„Při spalování vodíku vzniká vedle značného energetického zisku (96–120 MJ/kg vodíku) pouze ekologicky naprosto nezávadná voda,“ píše se na Wikipedii, a tak není divu, že v něm technologicky vyspělé země vidí jednu z možností, jak nahradit fosilní paliva.
Jenže to má háček, na který upozorňuje čerstvá studie publikovaná v odborném časopisu Energy Science & Engineering. Jmenuje se How green is blue hydrogen? (PDF), prošla recenzním řízením, a stoji za ní vědci Robert Howarth z Cornellovy univerzity a Mark Jacobson ze Stanfordu.
Spalování vodíku je čisté, nejprve ho ale musíme vyrobit
Zatímco samotné spalování vodíku může být jedním z nejslibnějších zdrojů čisté energie, jak už název studie napovídá, nejprve ten vodík musíme nějak vyrobit.
V ideálním případě bychom mohli použit prostou elektrolýzu s využitím energie z obnovitelných zdrojů, nicméně tato technologie dnes ještě není připravená na masovou produkci – ve velkém měřítku je příliš drahá a podle expertů bude kompetitivní možná až někdy v polovině 21. století.
V každém případě, takto čistě vyrobenému vodíku říkáme zelený vodík.
Steam Methane Reforming
Jelikož je to ale opravdu drahé, současná celosvětová výrobní kapacita se z většiny orientuje na tzv. hnědý a modrý vodík, který se rodí v procesu SMR (Steam Metahne Reforming) a popisuje jej následující chemická formulka:
CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3 H₂
Jednoduše řečeno, vezmete zemní plyn/methan, přidáte vodní páru a za vysokých tlaků a teplot v silně endotermickém procesu získáte oxid uhlíku a čistý vodík.
Schéma výroby hnědého a modrého vodíku technologií SMR (Foto: Parent55, CC0)
Pokud necháte oxidy uhlíku uniknout do okolí, říkáme produktu hnědý vodík a má tedy svoji negativní uhlíkovou stopu, se kterou je třeba počítat. Pokud ale uhlík zachytíte důmyslným systémem filtrů a uskladníte jej nebo dále zpracujete, právě jste vyrobili modrý vodík.
Zařízení na výrobu vodíku technologií SMR v německém Dormagenu
Methan je skleníkový plyn
Autoři studie nicméně upozorňují, že má mnohem větší ekologickou stopu už samotný methan, který patří k významným skleníkovým plynům. Při masové výrobě (byť) modrého vodíku, jehož poptávka může i díky vodíkové automobilitě (vodíkové autobusy aj.) nadále růst, bude do okolí unikat o to více plynu.
Molekula methanu je malá, a tak únikům nelze prakticky zabránit. A to nejen při procesu SMR, ale i v distribuční síti.
Při 3,5% úniku methanu je výroba vodíku horší než spalování uhlí
Autoři stude vycházeli z doporučení americké agentury ochrany životního prostředí EPA, která stanoví dolní a horní hranici úniku metanu na 1,54 až 4,3 procent. Howarth a Jacobson nakonec odhadli, že průměrná hodnota úniku je zhruba 3,5 procent a to na základě analýzy 21 předchozích studií, satelitních a leteckých snímků i místního šetření.
Podle modelu vědců má výroba vodíku technologií SMR a při 3,5% úniku methanu větší stopu CO₂-ekvivalentu než spalování uhlí
Poté vytvořili model, který počítal ekvivalent uhlíkové stopy pro dané úniky. Ať už by se jednalo o nízké, nebo vyšší procento, podle jejich výpočtů je výroba průmyslového vodíku technologií SMR z hlediska skleníkových plynů horší, než prosté spalování zemního plynu, a vodík tak trochu přichází o svoji klíčovou výhodu.
No, a když spočítali ekologickou stopu pro již zmíněnou střední hranici 3,5 procent uniklého methanu při distribuci a výrobě, došli k závěru, že může být technologie SMR dokonce horší než spalování uhlí.
Zelený vodík zatím není konkurenceschopný
Snad se ale blýská na lepší časy, vědci totiž postupně vyvíjejí nové bezemisní technologie výroby vodíku. Některé sice opět používají methan (třeba pyrolýza methanu), takže postup neřeší problém úniku plynu v jeho dopravě, jiné se už ale orientují výhradně na zelený vodík, jehož jedinou ekologickou stopou bude ta, která odpovídá konstrukci samotného zařízení.
Příkladem je v úvodu zmíněná výroba elektrolýzou z obnovitelných zdrojů bez dalších (výrazných) uhlíkových externalit. Tato technologie už sice existuje a funguje, zatím ale není vzhledem k vysokým nákladům tržně konkurenceschopná, a tak se budeme muset i nadále spokojit s hnědým a modrým vodíkem, jehož environmentální dopady jsou podle studie možná mnohem rozsáhlejší, než jsme si doposud mysleli.
