Českou republiku, a potažmo celou Evropu, čeká změna energetické koncepce. Jiří Dědeček spolu s kolegou Petrem Krtilem z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR připravili nezávislé expertní stanovisko AVex, ve kterém podrobili Green Deal kritickému pohledu z pozice vědy.
Je Green Deal politické rozhodnutí nebo prostě nutnost?
Green Deal je naše vlastní rozhodnutí, o kterém se dá diskutovat. Můžeme se na něj dívat jako na politickou deklaraci, ale bude mít poměrně zásadní dopad na fungování naší společnosti. Zavázali jsme se přibližně do roku 2050 zbavit emisí oxidu uhličitého, čili zbavit se naší závislosti na fosilních palivech. Neoddiskutovatelným faktem je, že fosilní paliva někdy dojdou. Takže dříve nebo později se musíme vyrovnat s tím, že fosilní paliva dostupná nebudou, a naše energetika, pakliže chceme zachovat úroveň života naší společnosti, bude muset být postavena na neemisních energetických zdrojích.
Jak vidíte energetickou budoucnost lidstva?
Půjde o zásadní změnu oproti tomu, jak jsme vnímali svět doteď. Patrně nebude existovat jenom jediný proces, který nás zachrání a který bude představovat naši energetickou budoucnost. Budeme muset být schopni zřetězit různé chemické technologie, které nám umožní obnovitelnou energii, kterou získáme ve formě elektřiny, výsledně převést na kapalné sloučeniny (kapalná paliva), která jsme schopni skutečně skladovat a transportovat.
Prvním krokem takového procesu je převádění elektřiny na energii chemických vazeb. To je úloha elektrolýzy vody, která nám umožní získat základní převodový systém - energeticky využitelný vodík. Tento proces, který známe víc než století, jsme schopni realizovat i s relativně slibnou účinností.
Jaderná energie nám stačit nebude?
Málokdo si uvědomuje, že v tuto chvíli spotřebováváme pro všechny oblasti či sektory naší společnosti každý rok zhruba ekvivalent třiceti ročních produkcí jaderné elektrárny Temelín. Pokud se rozhodneme dodržet Green Deal, musíme počítat s tím, že alespoň o polovinu těchto zatím dostupných fosilních zdrojů do roku 2050 přijdeme.
Vzhledem k omezené dostupnosti primárních energetických zdrojů a výrazné průmyslové orientaci je Česká republika životně závislá na dovozu energie. V současnosti používané zdroje jsou navíc dominantně fosilního charakteru a jejich budoucí využití bude regulováno a ekonomicky znevýhodněno na evropské úrovni. Náhrada jak vlastních, tak dovážených fosilních zdrojů nízkoemisními a obnovitelnými, jak je popsána ve Vnitrostátním plánu v oblasti energetiky, změní revolučním způsobem energetickou koncepci České republiky. S ohledem na energetickou bezpečnost a časový nesoulad mezi produkcí obnovitelné energie a její potřebou, je nutné vyvinout technologie pro dlouhodobé ukládání energie. Dlouhodobé ukládání energie (v řádu týdnů či měsíců), stejně jako interkontinentální transport, zatím nejsou dostatečně podporovány současnou technologickou infrastrukturou.
AVex je nezávislé expertní stanovisko, které Akademie věd České republiky připravuje pro orgány státu a jeho představitele jako odborný podklad ve věcech veřejných záležitostí. AVex identifikuje klíčové oblasti, v nichž v globálním měřítku technologie nedosahují úrovně nezbytné k bezpečnému přechodu na bezfosilní energetický model. Zároveň popisuje aktivity, jimiž Česká republika může získat konkurenční výhodu – zejména ve vývoji vodíkových technologií a výroby alternativních paliv, které jsou dosud zahrnuty ve strategických dokumentech na národní i evropské úrovni pouze rámcově. Jiří Dědeček stanovisko připravoval.
Jak to potom bude vypadat s naší energetickou soběstačností?
Evropa ani Česká republika v nejsou energeticky soběstačné a nebudou ani po přechodu na obnovitelné zdroje. V současnosti dovážíme asi 45 % našich energetických zdrojů ze zahraničí (elektřina, plyn, ropa), Evropa je na tom podobně.
Je tedy jasné, že potřebujeme energii nejen ukládat, ale zároveň ji pokud možno bez dalších konverzí i transportovat na velké vzdálenosti. Představa, že si v Austrálii necháme nabít baterie a jejich pomocí pak budeme převážet energii do Evropy, je v lepším případě úsměvná.
Jaké to má řešení?
Je nutné začít počítat. V první řadě si musíme uvědomit, že my v České republice musíme získat energetickou náhradu za fosilní paliva, která odpovídají zhruba nějakým 14 – 15 jaderným elektrárnám Temelín. To neznamená, že bychom je měli postavit, ale budeme muset využít jakékoli jiné energetické zdroje, které u nás máme. A je tady velký tlak na to, aby tyto zdroje byly v první řadě obnovitelné.
O jakých zdrojích se konkrétně bavíme?
Máme k dispozici tři: energii ze slunce prostřednictvím fotovoltaických elektráren, energii větrnou a energii biomasy, přičemž energie ze slunce je vzhledem k zabrané ploše instalací asi třikrát účinnější než větrná.
Podle všech současných oficiálních rozborů je hlavním zdrojem, na který budeme v budoucnu spoléhat, energie z fotovoltaických elektráren.
Není závislost na slunečním svitu omezující?
Je. Sluneční energie nemusí být k dispozici tehdy, když ji nutně naše společnost potřebuje a většinou ani není. Musíme si uvědomit, že energii z fotovoltaiky budeme mít k dispozici někdy mezi dubnem a zářím každého běžného roku. A s tím se nedá nic dělat, protože to jednoduše odpovídá tomu, kdy na naši polokouli dopadá nejvíc slunečního záření.
Budeme tuto energii ukládat do baterií?
Uložit ji do baterií v principu není problém. Problém to začne být v momentě, kdy si vyhodnotíte energetickou náročnost naší společnosti. Abychom uložili množství energie, které nám pokryje naše energetické potřeby během zimní inverze (což mohou být až tři týdny, kdy nefouká a ani dostatečně nesvítí slunce), potřebujeme horentní tři miliardy tun lithiových baterií. Pokud se nepletu, na to tady na zeměkouli ani neexistuje dostatek dostupného materiálu.
Ostatně celá otázka ukládání energie otevírá druhou otázku – jestli i v případě fotovoltaických nebo větrných zdrojů máme dostatek plochy, na které bychom elektrárny mohli provozovat. Při nejoptimističnějších odhadech se dá předpokládat, že bychom v případě fotovoltaiky potřebovali zhruba někde kolem 5–7 % naší rozlohy. Když se do toho započítá nutnost ukládání a efektivita ukládání, dostaneme se na číslo až 17 nebo 20 % naší celkové rozlohy. A pokud nechceme brát na úkor lesů nebo polí, tak už nám tolik té volné rozlohy nezbývá.
Baterie tedy nejsou řešením?
Samozřejmě, že bateriové technologie výroby se dalším vývojem zlepší, ale je otázka o kolik. Musíme si uvědomit, že potřebujeme skladovat ohromné množství energie. Aby bateriové systémy pro tento účel uspěly, musely by zvýšit svou energetickou hustotu zhruba mimo rozsah, který lze očekávat v časovém horizontu 15 let, se kterým pracuje Green Deal.
Ukládání velkého množství energie musí zohlednit dva aspekty.
Jeden zásadní aspekt je množství energie, které potřebujeme skladovat, a druhým je doba, po kterou ji potřebujeme skladovat. A další otázkou je, jak efektivně dokážeme transformovat energii do skladovacího média.
V čem by se bateriové systémy musely zlepšit, aby byly pro ukládání energie použitelné?
U bateriových systémů není problém s vlastní efektivitou ukládání energue, ale je neskutečný problém s objemem. Dokážeme si představit, že současné parametry bateriových systémů se zlepší. Ale realistické je očekávat, že se zlepší řádově o desítky procent. To znamená, pokud v tuhle chvíli jsem schopný ukládat do baterie o určité velikosti jednu megawatt hodinu, po zlepšení budu moci uložit do stejného objemu třeba 1,5–1,7 megawatt hodiny. Ale já bych potřeboval, abych ve stejném objemu byl schopný uložit stokrát větší množství energie!
A neexistuje žádný chemický systém, který by byl v tuto chvíli známý, který by umožnil zlepšit energetickou hustotu o dva řády, které potřebujeme. V tomto případě tak není problémem efektivita, ale škálovatelnost.
Můžeme uvažovat i o nějakých alternativních způsobech získávání energie, jako jsou třeba přečerpávací elektrárny, které jsou koneckonců mnohem starší než lithium-iontové baterie. Nicméně k tomu, abychom pokryli již zmíněnou zimní inverzi, bychom potřebovali zhruba 1100 přečerpávacích elektráren velikosti elektrárny Dlouhé stráně, což je naše nejznámější přečerpávací elektrárna.
Dost dobře si nedokážu představit, že by v České republice byl dostatečný počet lokalit, který by takovéhle instalace vůbec umožňoval. U nás je takových lokalit dosud vytipováno šest. Víc ne.
A co samotná efektivita záchytu obnovitelné energie?
Samozřejmě jsme schopni zvýšit efektivitu záchytu energie pomocí obnovitelných zdrojů, ale bohužel jen velmi málo. Zatím nejlepších výsledků se dosáhlo ve fotovoltaice, ale tam se kolegové již přiblížili k fyzikálním hranicím efektivity fotovoltaických systémů. Takže v případě fotovoltaiky se dá předpokládat vylepšení o desítky procent. I zde by by však bylo nutné několikanásobné vylepšení, aby v budoucnu byla fotovoltaika použitelná v našich zeměpisných šířkách bez neúměrně velkého záboru plochy. Bohužel ani velký rozvoj malých fotovoltaických elektráren s řádově desítkami kW výkonu například na střechách budov nepředstavuje řešení budoucí energetické koncepce.
A co jaderná fúze? Hned vedle budovy vašeho ústavu na Ládví je i český experimentální tokamak Ústavu fyziky plazmatu.
Ano, jaderná fúze by mohla představovat dlouhodobé řešení energetické situace lidstva. Bohužel, jako v případě řady dalších navrhovaných technologií praktické energetické využití fúze není v současné době dostatečně technologicky zralé a fúzní energetické technologie pro praktické využití nelze očekávat dříve než za 30–50 let. To je pro „přežití“ naší společnosti ve střednědobém horizontu příliš pozdě.
Existuje tedy nějaké řešení?
Jediné rozumné řešení je mobilizovat všechny nízkoemisní zdroje energie (zejména v oblastech s vysokou dostupností obnovitelné energie) a takto získanou energii ukládat do energií chemických vazeb syntetických paliv. Současné technologie nám umožňují syntetická paliva vyrábět, dokázali to už Němci za druhé světové války, když dokázali se syntetickým benzínem dojet až k Moskvě. Potíž je v tom, že tato výroba zatím není dostatečně efektivní. Společnost ve válečném stavu, která nutně potřebuje palivo, nehledí na energetickou ani ekonomickou účinnost takové výroby. Problém nastává v momentě, kdy vyrábím syntetické palivo jako nosič nebo zásobárnu energie. Pak si nemohu dovolit, aby efektivita samotné syntézy paliva dosahovala pouhých 20 % a zbytek energie 80 % přišel vniveč.
To do značné míry odlišuje syntetická paliva od baterií nebo výroby vodíku. Zatímco v případě výroby vodíku či baterií je zásadním problémem škálovatelnost systému tak, aby podporoval množství energie, které je nutno nezbytně uložit, v případě syntézy syntetických paliv (např. z vodíku a oxidu uhličitého) je zásadním problémem dostatečná efektivita. Když vezmeme v úvahu efektivitu výroby syntetických paliv, zjistíme, že musíme vyrobit 10x více energie v obnovitelných, aby nám po přeměně na syntetická paliva vlastně něco zbylo pro naši spotřebu.
Proč nemůžeme použít místo syntetických paliv vodík?
Problémem samotného vodíku je jeho malá a reaktivní molekula, která vodík pro dlouhodobé skladování diskvalifikuje.
Aby však nedošlo k omylu. Výroba vodíku bude nezbytná pro drtivou většinu technologií ukládání energie. Nezbytně nutné je vyvinout nové postupy pro výrobu vodíku, které budou škálovatelné do velkého objemu. Zároveň však potřebujeme vyvinout nové postupy, které nám umožní z vodíku a oxidu uhličitého syntetizovat palivo efektivně.
Je tedy Green Deal uspěchané rozhodnutí?
Je nutné oddělit samotný Green Deal – tedy rozhodnutí o odchodu od fosilních paliv – od na něj navazujícího legislativního rámce (Fit for 55). Zejména ve vztahu k legislativnímu rámci jsou zřejmé dva problémy: technická proveditelnost a způsob, jak na celou problematiku společnost nazírá a jak k ní přistupuje.
Z pohledu na technickou část je zřejmé, že jsme se zavázali splnit, co nejsme schopni v daném časovém horizontu dodržet bez ohrožení ekonomické struktury a společenské soudržnosti. Technologie potřebné k odchodu od fosilních paliv se nám zatím nepodařilo vyvinout, i když to je v principu možné. K tomu potřebujeme dostatečný čas a dostatečnou podporu, dostatečné prostředky. A to už není otázka techniky ani vědy, to je otázka celé společnosti. Ostatně, uspěchanosti a nadřazovaní ideologie nad pragmatické zvažování technických analýz při prosazování aktivit směřujících k prosazení cílů Green Dealu si nakonec všiml i Evropský účetní dvůr svou komplexní kritikou Evropské vodíkové strategie. Nejen v případě vodíkové strategie přijímaná rozhodnutí často ignorují nutnost realistického zhodnocení nákladů a komplexního zhodnocení všech dopadů formou dopadových studií.
Zcela zásadní problém spatřuji v tom, jak na tuto problematiku nazírá drtivá většina společnosti. Celý problém je nám předestírán přes takovou trošku růžovou optiku, že všechny potřebné technologie jsou k dispozici, nebo že se zaručeně vyvinou. A v nás to pak budí dojem, že se nejedná o nic zásadního, že jen vyměníme auta, která jsou poháněna spalovacím motorem, za elektromobily a budeme dál žít náš život tak, jak jsme ho žili doteď. A to není pravda.
Přijaté rozhodnutí změnit energetický koncept může v konečném důsledku ohrozit fungování celé společnosti i řady aspektů, které určují kvalitu našeho života.
Technologický rozvoj byl historicky vždy daný tím, že na začátku byl nějaký objev nebo přírodovědné poznání, které se buďto osvědčilo a pak se zavedlo, nebo se neosvědčilo. V tomto okamžiku se teď tváříme, že ve skutečnosti je podstatné naše rozhodnutí a příroda se nějakým způsobem přizpůsobí.
Už jsme někdy v historii zaznamenali takový tlak na výzkum, jako teď v případě přistoupení ke Green Dealu?
Jsou dva případy, kdy došlo k tak obrovské mobilizaci výzkumného vývojového potenciálu, že to skutečně změnilo fungování celé planety na dlouhou dobu.
Ten první je projekt Manhattan, o kterém slyšela asi drtivá většina z nás, kdy se Spojené státy rozhodly, že alokují úplně všechny svoje zdroje k tomu, aby vyvinuly atomové zbraně. Že to změnilo život na planetě, to je zcela jasné.
Druhý případ, ke kterému došlo během studené války, byl projekt, který dovedl Američany až na povrch Měsíce. Ale v obou případech došlo k obrovské koncentraci všech zdrojů, které byly potřeba. Drtivá většina společnosti ale dnes žije v představě, že nás spasí konvenční přístup, a že se obejdeme bez toho, že bychom mobilizovali veškeré naše zdroje.
Pokud jsme skutečně rozhodnutí k tomu, že chceme změnit náš energetický koncept, ještě dřív než nás k tomu dožene realita, a realita nás k tomu dožene docela určitě, tak nám nezbude, než k tomu přistupovat ne jako k běžné výzvě, ale jako k existenciální otázce přežití tohoto typu společnosti.
Pokud nezměníme náš vlastní postoj, že se vlastně nejedná o nic tak moc dramatického, jsme doopravdy odsouzeni k tomu, že to neskončí dobře. A my bychom byli opravdu rádi, kdyby to špatně neskončilo.
Zdroj: Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského
Text vznikl s copywritingovou podporou Martiny Kurfirstové (Vědavýzkum.cz)
Jiří Dědeček vystudoval Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy, doktorát z fyzikální chemie získal již během svého působení na Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského. V roce 2013 mu byl Akademií věd České republiky udělen titul doktor věd. Pracuje v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR, je členem správní rady společnosti METTOC, SE. Za výzkum možnosti přeměny metanu na metanol získal ocenění Česká hlava.
- Autor článku: ne
- Zdroj: Akademie věd ČR
