Vodík bývá s jistou mírou nadsázky označován jako „šampaňské zelené energie“ – je vzácný a drahý, a proto se používá jen při zvláštních příležitostech. Vodík vyráběný štěpením vody pomocí obnovitelné energie je příliš drahý na to, aby se prosadil v praxi, ale startup Electric Hydrogen doufá, že se mu podaří snížit náklady pomocí nových elektrolyzérů.
Existují totiž obrovské segmenty světového hospodářství, které budou v rámci snahy o dekarbonizaci potřebovat vodíkové palivo – od letectví a lodní dopravy až po výrobu oceli, hnojiv a průmyslové vytápění. Z tohoto důvodu vědci hledají levný a ekologický zdroj vodíku.
Zelený vodík bude potřeba
Přestože zelená elektřina bude hnacím motorem světa a bude pohánět vše od automobilů až po vytápění domácností, nemůže dělat všechno. Továrny, letadla, lodě a těžký průmysl potřebují energeticky vydatná paliva a vodík je jedinou nízkouhlíkovou možností, která může konkurovat fosilním palivům.
Při spalování vodíku vzniká pouze voda. Je tedy výkonný a čistý, ale pouze pokud se vyrábí správným způsobem. Většinou se vodík vyrábí štěpením metanu (CH4) na oxid uhličitý (CO2) a vodík (H2). Tento proces je náročný na uhlíkové emise, což znamená, že na každý kilogram vyrobeného „šedého“ vodíku se do atmosféry uvolní přibližně 10 kilogramů CO2.
Vodík lze vyrábět také pomocí obnovitelné energie štěpením molekul vody na atomy vodíku a kyslíku v procesu známém jako elektrolýza. Tímto způsobem se ale vyrábí jen asi 1 % vodíku na světě. Rozšíření výroby tohoto „zeleného“ vodíku bude mít zásadní význam pro celosvětový přechod k čistým nulovým emisím.
Jak zlevnit zelený vodík?
Zelený vodík je drahý – zhruba třikrát dražší než vodík vyráběný z metanu. Dokud nebude zelený vodík levnější, je malá šance, že se prosadí. Raffi Garabedian se coby technologický ředitel americké firmy First Solar osm let snažil snížit náklady na technologie v solárním průmyslu. Doufá, že se mu tento trik podaří zopakovat s vodíkem a snížit náklady na elektrolýzu natolik, aby se ekologický vodík stal základem průmyslu po celém světě.
Jeho firma Electric Hydrogen přichází s novým, vylepšeným elektrolyzérem (zařízení, které štěpí vodu na vodík). Spolu s Davidem Eagleshamem se Garabedian pustil do přepracování tradičního elektrolyzéru s protonovou výměnnou membránou (PEM). Zaměřili se na zvýšení proudové hustoty – množství energie, které může elektrolyzérem protékat – s cílem zvýšit výkon.
Existují různé způsoby výroby ekologického vodíku, ale nejslibnější jsou elektrolyzéry s PEM, protože je lze snadno zapínat a vypínat v závislosti na kolísající dodávce energie, díky čemuž jsou ideální pro využití přebytků elektřiny z obnovitelných zdrojů. Membrány uvnitř PEM elektrolyzérů, které oddělují anodu, kde se shromažďuje kyslík, a katodu, kde se vyrábí plynný vodík, jsou však drahé.
Cena ještě musí klesnout
Zlepšení proudové hustoty elektrolyzéru PEM znamená, že v každém článku lze vyrobit více vodíku, vysvětluje Garabedian s tím, že to snižuje celkovou cenu za jednotku. „Pokud pro daný článek a cenu jeho výroby zdvojnásobíte proudovou hustotu, zdvojnásobíte produktivitu a snížíte náklady na polovinu,“ říká.
Garabedian tvrdí, že firma Electric Hydrogen zlepšila proudovou hustotu svého elektrolyzéru pětkrát. Dosáhla toho díky lepším membránám, materiálům, kódování a výrobním postupům. „To znamená, že náš elektrolyzér je opravdu levný,“ konstatuje.
Náklady však budou ještě muset klesnout. Cílem je dosáhnout do konce desetiletí výrobní ceny 1,50 dolarů za kilogram vodíku. Tím by se zelený vodík dostal na cenovou úroveň vodíku vyráběného pomocí metanu. Cíl dosáhnout do roku 2030 ceny 1,50 dolaru za kilogram je sice teoreticky možný, ale vyžaduje to, aby se „podařila spousta věcí najednou“.
Zdroje: eh2.com, newscientist.com.