Vodíková budoucnost se neobejde bez jaderných elektráren

Téměř všechny scénáře přechodu k nízkoemisní budoucnosti lidstva počítají s významnou rolí vodíku.  Klíčová je přitom otázka, jakým způsobem se vodík pro průmyslové i energetické využití bude vyrábět. Doposud se vyrábí parním reformingem zemního plynu, což vede opět k fosilním palivům a vypouštění CO₂. Lepší by byla výroba pomocí elektrolýzy – ale kde vzít „čistou“ elektřinu? Vývoj cen fosilních paliv a technologický pokrok v poslední době ukazují, že nejlepším řešením bude vodík vyráběný elektrolýzou poháněnou elektřinou z jaderných elektráren.

Naprostá většina dnešní produkce vodíku pochází ze zemního plynu. Vodík vyrobený tímto způsobem tak zůstává v podstatě fosilním palivem. Nízkouhlíkové alternativy byly ale zatím v porovnání s tímto vodíkem neúměrně drahé. Jde o tzv. „zelený vodík“ vyrobený elektrolýzou napájenou z obnovitelných zdrojů, nebo tzv. „růžový vodík“ získaný také elektrolýzou, která je ale poháněná elektřinou z jádra.

Zatím je vodík drahý

Výrobci vodíku ze zemního plynu jsou v poslední době stále více nuceni přecházet na technologie, jež dovedou zachytit a uskladnit CO₂ , který při tomto způsobu jeho produkce vzniká. Očekává se, že v důsledku toho náklady na výrobu vodíku ze zemního plynu výrazně vzrostou. Agentura pro jadernou energii OECD (NEA) odhaduje, že to může být, i s ohledem na velkou nestabilitu dodávek plynu v současném světě, až 5,87 USD za kilogram. Při takovém vývoji by cena vodíku vyrobeného elektrolýzou z OZE s proměnným výkonem, tedy ze solárních a větrných elektráren, která může podle NEA klesnout až na 0,77 USD za kilogram, byla rázem vysoce konkurence schopná. Ještě optimističtější jsou odhady ceny vodíku vyrobené s pomocí elektřiny z jaderných elektráren. Při společném průmyslovém umístění infrastruktury, které by minimalizovalo náklady na skladování, přepravu a distribuci vodíku, by podle NEA náklady na jeho výrobu pomocí jádra vycházely na 0,16 USD za kilogram (pro 500MW_e zařízení, což pokryje trvalou poptávku velkého průmyslového komplexu).

Myšlenka přechodu na vodík je úžasná – ale uvědomujeme si, co to obnáší?

NEA však zároveň zdůrazňuje, že budoucnost vodíkové energetiky se v žádném případě neobejde bez ambiciózní politické podpory. Její studie totiž ukazuje nejen obrovský potenciál, ale také jistou obludnost této výzvy. V současnosti se na celém světě ročně vyrobí asi 90 milionů tun vodíku. Podle nedávné analýzy Mezinárodní energetické agentury (IEA) by ale poptávka mohla do roku 2050 dosáhnout až 500 milionů tun. Současná elektrolýza obvykle vyžaduje asi 50 kWh elektřiny na výrobu 1 kilogramu vodíku. Uspokojení předpovídané poptávky by tedy do roku 2050 vyžadovalo 2 500 TWh nízkouhlíkové elektřiny každý rok, což představuje přibližně 1,5násobek současné roční spotřeby elektřiny v celé Evropě! Zvýšení produkce bezemisního vodíku na plných 500 milionů tun ročně proto nevyhnutelně znamená zvýšení produkce čisté elektřiny o několik řádů. I v této souvislosti roste význam jaderné energetiky. Mezinárodní agentura pro atomovou energii (IAEA) proto ve své nejnovější prognóze zvýšila odhady růstu výroby v jaderných elektrárnách a očekává, že se světová instalovaná kapacita jaderných elektráren do roku 2050 více než zdvojnásobí na 873 GW_e ve srovnání se současnými přibližně 390 GW_e.

Příklady projektů

Přestože vodík hraje ve světové energetice zatím zanedbatelnou roli, vznikají, a v některých případech už i běží, pozoruhodné projekty.

Významnou podporu vodíkové energetiky představuje v USA přelomový zákon o snižování inflace, který vyčlenil na výrobu čistého vodíku 9,5 miliardy USD. Americké ministerstvo energetiky odhaduje, že jaderná energie by mohla potenciálně produkovat vodík pokrývající až 15 % celkové národní poptávky.

Prvním zařízením na výrobu čistého vodíku z jádra v USA je elektrárna Nine Mile Point v Oswego ve státě New York, která začala produkovat vodík letos na jaře. Jeden reaktor by měl také ještě do konce tohoto roku začít dodávat čistý vodík i v jaderné elektrárně Davis-Besse v Oak Harbor v státě Ohio. Projekt má za cíl prokázat funkčnost nízkoteplotního systému elektrolýzy s potenciálním využitím pro místní výrobní a dopravní služby a pro dodávky paliva pro autobusovou flotilu.

Vysokoteplotní elektrolýzu má naopak demonstrovat projekt společností Bloom Energy a Xcel Energy v jaderné elektrárně Prairie Island. Zahájení výroby v Red Wing v Minnesotě se očekává začátkem roku 2024. Ve stejném roce má začít vyrábět vodík také elektrárna Palo Verde v Tonopah v Arizoně. Společnosti Arizona Public Service a PNW Hydrogen by vyrobený plyn chtěly používat k výrobě elektřiny v době vysoké poptávky nebo k výrobě chemikálií a paliv. Další americká společnosti DOE Hydrogen Shot podporuje financování celkem až 10 regionálních center čistého vodíku po celých USA.

Ve Spojeném království nedávno oznámil chemický gigant INEOS, že zahájil průzkumná jednání se skupinou Rolls Royce, která vyvíjí technologii malých modulárních reaktorů, o dekarbonizaci obrovské rafinerie Grangemouth ve Skotsku. INEOS současně získal dotaci vlády spolkové země Severní Porýní-Vestfálsko v Německu na studii proveditelnosti výstavby závodu na elektrolýzu o výkonu 100 MW v Kolíně nad Rýnem. Celá skupina INEOS hodlá do balíčku projektů zeleného vodíku po celé Evropě investovat v příštích letech 2 miliardy EUR.

Zdroje:

https://www.nsenergybusiness.com/features/is-opportunity-for-nuclear-powered-hydrogen-bigger-than-ever/

https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_24321/nest-hydrogen-containment-experiments-for-reactor-safety-hymeres

https://www.theguardian.com/business/2022/nov/27/ineos-in-talks-with-rolls-royce-to-build-mini-nuclear-power-plant-in-scotland

https://www.indianchemicalnews.com/hydrogen/ineos-granted-state-funding-for-green-hydrogen-plant-study-in-germany-14004

https://www.iea.org/news/hydrogen-patents-indicate-shift-towards-clean-technologies-such-as-electrolysis-according-to-new-joint-study-by-iea-and-epo

https://www.energy.gov/ne/articles/4-nuclear-power-plants-gearing-clean-hydrogen-production

https://world-nuclear.org/information-library/energy-and-the-environment/hydrogen-production-and-uses.aspx

https://www.iaea.org/newscenter/news/fast-tracking-nuclear-hydrogen-iaea-to-develop-roadmap-for-commercial-deployment

https://www.oecd-nea.org/upload/docs/application/pdf/2022-09/7630_the_role_of_nuclear_power_in_the_hydrogen_economy.pdf