Autobusy, vlaky, brzy i letadla. Stane se vodík palivem budoucnosti v hromadné dopravě?

V průběhu podzimu došlo ve světě k několika nenápadným událostem, které však možná signalizují příchod velkých změn v globální přepravě. Ve Velké Británii vyjel na koleje první osobní vlak poháněný vodíkem. Objevilo se několik výrobců lodí, kteří testují nákladní i osobní plavidla poháněná místo nafty ekologičtějším vodíkem. Asi největší rozruch ale způsobila zpráva společnosti Airbus, tedy největšího výrobce letadel na světě, který oznámil, že do roku 2035 uvede do provozu první komerční bezemisní dopravní letadla poháněná místo leteckého benzínu právě vodíkem.

Zmíněné události jsou součástí širšího trendu, kdy stále více vyspělých států i měst po celém světě testuje osobní auta, autobusy, vlaky, lodě či letadla poháněná zatím velmi málo rozšířeným vodíkem. Většina z nich to dělá z jednoduchého důvodu - snaží se najít způsob přepravy, při kterém nevznikají emise skleníkových plynů přispívajících ke klimatickým změnám.

Politici předpokládají, že hlavní roli v přechodu z dnešních benzínových a naftových motorů na tzv. „čistou“ mobilitu budoucnosti sehrají elektrické baterie, většina světových automobilek proto dnes uvádí na trh elektroauta. Jsou však oblasti, do kterých se elektrické baterie nehodí – například pro letadla jsou příliš těžké, pro velké zaoceánské lodě či nákladní auta zase mají příliš malou kapacitu. Všechna tato odvětví zároveň produkují velké množství emisí a hledají způsob, jak se stát „čistšími“.

https://www.youtube.com/watch?v=a4pXAmljdUA

A právě o vodíku se stále častěji mluví jako o palivu, které by v těchto velkých dopravních prostředcích mohlo nahradit naftu a benzín. „Elektrické baterie a vodíkové články budou v budoucnu koexistovat vedle sebe. Menší osobní auta s kratším dojezdem budou jezdit na baterky, větší auta, autobusy, vlaky, náklaďáky na vodík,“ prorokuje budoucí úlohu vodíku Aleš Doucek, předseda představenstva České vodíkové technologické platformy a vedoucí oddělení vodíkové technologie a inovace v energetice v ÚJV Řež. Podle výzkumníka má celosvětový nástup vodíku do běžného provozu za elektromobilitou zhruba desetileté zpoždění, ale začíná být stále více vidět – ať už jde o vodíkem poháněné vlaky, městské autobusy nebo osobní auta.

Čekání na průlom

Při pohledu na historii tohoto paliva se zdá zvláštní, že bylo až dosud tak opomíjené. Vodík měl totiž historicky velmi slibný start – v roce 1807 si ho švýcarský vynálezce Francois Isaac de Rivaz vybral jako palivo do vůbec prvního spalovacího motoru na světě, který poháněl primitivní automobil. Navzdory tomuto prvenství ale masivní využití vodíku coby paliva nikdy nepřišlo a automobily začaly pohánět benzín a nafta, které byly mnohem levnější a snáz dostupné. „Ve dřívějších dobách nebyla taková poptávka po čistých technologiích. Když šlo za slušné peníze vytěžit a dovézt ropu a pak ji použít ve spalovacím motoru, tak nás nic nemotivovalo k tomu používat vodík,“ vysvětluje Doucek, proč vodík čelil oproti ropným produktům velké nevýhodě.

Také v letectví to na začátku minulého století vypadalo, že má vodík díky svým chemickým vlastnostem před sebou zajímavou budoucnost. Němečtí výrobci vzducholodí ve 30. letech využívali mimořádně lehký vodík jako nosný plyn, který díky své nízké hustotě držel obří létající stroje ve vzduchu. Po tragické havárii vzducholodi Hindenburg, která v roce 1937 před přistáním v New Jersey shořela před zraky mnoha diváků, ale tyto pokusy na dlouhou dobu skončily.

Naposledy na začátku třetího tisíciletí se znovu zdálo, že přišla chvíle, kdy se vodík stane masově využívaným „palivem budoucnosti“. Jeho nástupu tehdy příznivě nahrával souběh dvou okolností. Tou první byly vysoké ceny ropy, které dávaly naději, že by se mohla drahá výroba vodíku a výstavba infrastruktury konečně vyplatit. Světové vlády zároveň začínaly hledat způsoby, jak snížit emise skleníkových plynů, protože z globálního oteplování se stávalo politické téma.

„Můžeme ukončit naší závislost na dovozu energetických surovin ze zahraničí,“ řekl v roce 2003 americký prezident George Bush s poukazem na to, že Spojené státy tehdy dovážely drahou ropu ze Saúdské Arábie a dalších zemí. „Můžeme zvýšit kvalitu vzduchu. Můžeme zásadně změnit budoucnost pro naše děti. Vodíkové palivo představuje jednu z nejzajímavějších a nejvíce inovativních technologií naší doby,“ dodal, když veřejnosti představoval investiční plán ve výši 1,2 miliardy dolarů.

Na tyto velké plány ale nakonec nedošlo. USA totiž poté objevily nový způsob získávání ropy z tzv. ropných písků, což prudce snížilo cenu suroviny, a nástup vodíku se znovu odložil. Nyní se nicméně zdá, že je nástup zelených alternativ ke spalovacím motorům nevyhnutelný. Vyspělé části světa od Kalifornie přes Německo až po Čínu se snaží razantně snížit emise skleníkových plynů. Evropská unie si v dala za cíl stát se do roku 2050 bezuhlíkovou ekonomikou - a jelikož doprava je významným zdrojem emisí, politici tlačí na výrobce automobilů, aby produkovali bezemisní vozidla. Ambiciózní je i Čína, která chce mít do roku 2035 polovinu všech aut elektrických či vodíkových.

Kde a odkud

Pokud jde o osobní automobily, většina světových automobilek vsadila nikoli na vodík, ale na bateriová elektroauta. Podle letošní analýzy Mezinárodní energetické agentury (IEA) tvoří osobní vozidla poháněná vodíkovými palivovými články pouze půl procenta všech prodaných nízkoemisních automobilů. Jejich podíl ale rychle roste, i když z malého základu. Celkový počet vodíkových osobních aut loni zdvojnásobil a dosáhl 25 tisíc kusů. Největším trhem jsou momentálně Spojené státy, kde jich jezdí po silnicích zhruba sedm tisíc, následují Japonsko a Jižní Korea.

Právě asijské státy mají největší plány zvýšit podíl vodíkových aut a intenzivně budují infrastrukturu. Korejská automobilka Hyundai v roce 2013 jako první na světě spustila sériovou výrobu auta na vodíkový palivové články a dnes vyrábí model Nexo, Toyota brzy představí druhou generaci vodíkového automobilu Mirai. Japonsko zase plánuje v Austrálii stavět solární parky na ekologickou produkci vodíku.

Jak již bylo řečeno, vodíková vozidla mají oproti elektrickým některé výhody. Vodíkem poháněná vozidla jsou bateriovým elektroautům podobná v tom, že oboje pohání elektrická energie. Zatímco v elektroautech je ale elektřina uložena v baterii, ta vodíková mají v nádrži stlačený plyn, který během jízdy v palivových článcích při kontaktu se vzduchem vytváří elektřinu, přičemž jedinou emisí je vodní pára vycházející z výfuku. Vodíkové auto tedy s sebou nemusí vozit velkou a těžkou baterii, má větší dojezd než bateriové elektroauto a „tankování“ trvá jen několik minut.

Zároveň má velké nevýhody, které jeho masovému rozšíření brání. První zásadní překážkou je chybějící infrastruktura. Zatímco elektromobily je možné dobíjet z takřka všudypřítomné elektrické sítě, pro vodík podobná podpora neexistuje. V Německu, které je v rámci Evropy jedním z nejpokročilejších států, existuje asi stovka plnících vodíkových stanic. Řada států přitom nemá vůbec žádné plnící stanice - i kdyby si tedy jejich obyvatelé chtěli taková auta koupit, nemají je kde naplnit.

Druhou překážkou rychlejšího nástupu vodíku je, že na rozdíl od elektřiny neexistuje dostatečně velké množství firem, které by ho vyráběly. Asi 95 procent ze světově produkovaného vodíku se vyrábí průmyslově ze zemního plynu, což je energeticky náročné, a vznikají při tom opět skleníkové plyny. Pouze zlomek celkového ve světě vyrobeného vodíku vzniká elektrolýzou za použití obnovitelných zdrojů energie, vodík tedy dnes ještě nelze označit za zelenou nebo čistou energii. Nevýhodou vodíkových aut je oproti elektroautům také podstatně vyšší cena.

Velké plány

Nástup vodíku proto podle Doucka nebude jednoduchý. „Mluvíme o kompletním přerodu několika odvětví. Musíme vymyslet výrobu vodíku, což bude úloha energetického sektoru. Budeme potřebovat dostat vodík do dopravních prostředků, do aut a vlaků. To s sebou nese potřebu vybudovat plnící infrastrukturu. Budeme potřebovat kompletně přehodit výhybku ve výrobním sektoru ze spalovacích motorů na palivové články. Takže opravdu je to velice komplexní přerod několika částí ekonomiky,“ říká výzkumník. Aby tato proměna mohla být úspěšná, vodík bude podle něho muset podpořit stát.

Evropská unie má podle agentury Bloomberg cíl investovat do rozvoje sektoru 470 miliard eur do roku 2050. Součástí tohoto programu má být výstavba plnících stanic, ale také stavba elektrolytických výroben vodíku z obnovitelných zdrojů. Některé země, například Německo, mají k tomu navrch v plánu vlastní miliardové investice. Zastánci vodíku věří, že pro čistou výrobu vodíku bude možné použít přebytky z velkých větrných elektráren, které vznikají mimo špičku, kdy poptávka po elektřině klesá. „Přinese to tedy také benefity, jako je třeba stabilizace sítě,“ věří Doucek.

Ačkoli Toyota nebo Hyundai mají velké plány s výrobou osobních aut na palivové články, experti se shodují, že nejlepší způsob využití vodíkových článků je pravděpodobně ve vlacích, autobusech, nákladních autech či letadlech, protože baterie o potřebné kapacitě by byly pro tyto provozy příliš těžké a objemné. Tyto dopravní prostředky mají také výhodu, že často fungují na pevně stanovených linkách či trasách, a není proto nutné budovat tak hustou síť čerpacích stanic. „Pro městské autobusy a vlaky je snazší vybudovat infrastrukturu, protože jezdí de facto kolem jednoho depa, kdežto pro osobní auta potřebujete zasíťovat celou zemi,“ vysvětluje Doucek.

Tuto teorii odborníků potvrzuje i dosavadní praxe, kdy stále více států zavádí testovací provozy vodíkových vlaků či městských autobusů. V severním Německu už je v provozu osobní vlak na vodíkový pohon od firmy Alstom, od září ho testují také rakouské státní dráhy OBB. Vodíkové autobusy v městské hromadné dopravě momentálně testuje Paříž, Dublin nebo Londýn. Plány na jejich zavedení mají města ve většině evropských zemí, především pak v Německu.

V Česku podle Doucka zatím existuje jedna plnící vodíková stanice v Neratovicích. Vznikla v roce 2009 pro potřeby projektu prototypu vodíkového autobusu TriHyBus, který vyvinul právě Doucek a jeho tým v ÚJV Řež. Během příštího roku by ale měly vzniknout další dvě plnící stanice, které ministerstvo dopravy podpoří z evropských dotací. Několik českých měst také plánuje začít testovat vodíkové autobusy, které by se mohly na silnicích objevit zhruba za dva roky.

Většina vodíku, který se v Česku vyrobí, vznikne podobně jako jinde ve světě jako vedlejší či odpadní produkt při výrobě různých petrochemických produktů v chemických továrnách. Podle Doucka by se ale měl postupně i v Česku vodík začít vyrábět i za pomocí obnovitelných zdrojů právě z přebytků elektrické energie.

„Když se podíváme na elektřinu, tak energetický mix České republiky rozhodně není bezemisní, je zatížen velkou stopou kvůli uhelným elektrárnám, takže zdejší elektromobily také nejsou zelené. To je s vodíkem stejné,“ říká Doucek. Věří však, že postupem času bude vodík vyráběn i ekologicky. „Zatímco se bude postupně vytvářet poptávka po jeho využití, tak souběžně se bude řešit, jak elektřinu nebo vodík vyrobit s co nejméně emisemi,“ uzavírá Doucek.