Rešerše: Vodík v energetice

Přehled současného stavu a odhady dalšího rozvoje

Základní orientaci v tématu vodíku dodává přehledová publikace Global Hydrogen Review od Mezinárodní energetické agentury (IEA). Tato publikace je v posledních letech každoročně aktualizována a shrnuje aktuální situaci ohledně využití vodíku v energetice, včetně výroby, spotřeby, infrastruktury, obchodu, politiky, inovací apod. Publikace porovnává realitu současného stavu ohlášených projektů a politických opatření s žádoucím stavem podle dekarbonizačního scénáře Net Zero Emissions by 2050.

Základní údaje

Název	Hodnota	Komentář
Energetický obsah	33,3 MWh/t	Jde o výhřevnost vodíku (v angličtině lower heating value nebo také net calorific value), tedy množství tepla, které se uvolní při spálení vodíku. (Do této hodnoty není započteno skupenské teplo vodní páry obsažené ve spalinách.) Vůči této hodnotě se běžně udávají účinnosti elektrolyzérů, palivových článků, turbín apod.
Účinnost elektrolyzérů	65–70 %	Elektrolyzéry slouží pro výrobu vodíku pomocí elektřiny a vody. V současnosti komerčně dostupné PEM (proton exchange membrane) elektrolyzéry dosahují účinnosti až 70 %. Tento údaj znamená, že z 1 MWh elektřiny se vyrobí množství vodíku s energetickým obsahem 0,65–0,7 MWh, což odpovídá asi 20 kg vodíku. Další vývoj ale probíhá v mnoha směrech, vyšší účinnost by mohly v komerční škále poskytnout např. technologie SOEC (solid oxide electrolyzer cells), AEM (anion exchange membrane electrolysis) nebo pokročilé alkalické elektrolyzéry (např. firma Hysata plánuje do roku 2025 uvést na trh model s udávanou účinností až 95 %). Více detailů uvádí např. zpráva Global Hydrogen Review na str. 140.
Účinnost palivových článků	60 %	Slouží pro konverzi vodíku na elektřinu, například ve vodíkových autech. Účinnost se liší podle technologie, 60 % dosahují technologie PEM, AFC a SOEC. Tento údaj znamená, že z vodíku s energetickým obsahem 1 MWh se vyrobí 0,6 MWh elektřiny. Větší přehled o dostupných technologiích palivových článků poskytuje např. fact sheet ministerstva energetiky USA.
Současná výroba (2022) → z toho nízkoemisní	95 Mt < 1 Mt	Celosvětová produkce vodíku byla v roce 2022 okolo 95 milionů tun (dle zprávy Global Hydrogen Review, str. 64).
Očekávaná výroba (2030) → z toho nízkoemisní	> 150 Mt 20–38 Mt	Celosvětová spotřeba vodíku v roce 2030 se odhaduje minimálně na 150 milionů tun (dle zprávy Global Hydrogen Review, str. 66). Podle těchto odhadů by měl nízkoemisní vodík tvořit 20–38 milionů tun (podle toho, zda započítáme projekty v rané fázi plánování).

Energetický obsah: 33,3 MWh/t

Jde o výhřevnost vodíku (v angličtině lower heating value nebo také net calorific value), tedy množství tepla, které se uvolní při spálení vodíku. (Do této hodnoty není započteno skupenské teplo vodní páry obsažené ve spalinách.) Vůči této hodnotě se běžně udávají účinnosti elektrolyzérů, palivových článků, turbín apod.

Účinnost elektrolyzérů: 65–70 %

Elektrolyzéry slouží pro výrobu vodíku pomocí elektřiny a vody. V současnosti komerčně dostupné PEM (proton exchange membrane) elektrolyzéry dosahují účinnosti až 70 %. Tento údaj znamená, že z 1 MWh elektřiny se vyrobí množství vodíku s energetickým obsahem 0,65–0,7 MWh, což odpovídá asi 20 kg vodíku.

Další vývoj ale probíhá v mnoha směrech, vyšší účinnost by mohly v komerční škále poskytnout např. technologie SOEC (solid oxide electrolyzer cells), AEM (anion exchange membrane electrolysis) nebo pokročilé alkalické elektrolyzéry (např. firma Hysata plánuje do roku 2025 uvést na trh model s udávanou účinností až 95 %). Více detailů uvádí např. zpráva Global Hydrogen Review na str. 140.

Účinnost palivových článků: 60 %

Slouží pro konverzi vodíku na elektřinu, například ve vodíkových autech. Účinnost se liší podle technologie, 60 % dosahují technologie PEM, AFC a SOEC. Tento údaj znamená, že z vodíku s energetickým obsahem 1 MWh se vyrobí 0,6 MWh elektřiny. Větší přehled o dostupných technologiích palivových článků poskytuje např. fact sheet ministerstva energetiky USA.

Současná výroba (2022): 95 Mt

→ z toho nízkoemisní: < 1 Mt

Celosvětová produkce vodíku byla v roce 2022 okolo 95 milionů tun (dle zprávy Global Hydrogen Review, str. 64).

Očekávaná výroba (2030): > 150 Mt

→ z toho nízkoemisní: 20–38 Mt

Celosvětová spotřeba vodíku v roce 2030 se odhaduje minimálně na 150 milionů tun (dle zprávy Global Hydrogen Review, str. 66). Podle těchto odhadů by měl nízkoemisní vodík tvořit 20–38 milionů tun (podle toho, zda započítáme projekty v rané fázi plánování).

Vybrané akademické přehledové články

Název	Rok	Autoři	Žurnál	Popis
Hydrogen energy, economy and storage: review and recommendation	2019	J. O. Abe et al.	International Journal of Hydrogen Energy	Článek identifikuje dostupnost technologií pro skladování vodíku jako základní překážku pro široký rozvoj vodíkové ekonomiky. Dává přehled technologií pro skladování vodíku z technického i ekonomického pohledu, se zaměřením na pevné skupenství ve formě hydridů kovů (včetně porovnání energetické hodnoty vodíku na kg hmotnosti oproti ostatním konvenčním zdrojům energie).
Hydrogen production for energy: An overview	2020	Furat Dawood et al.	International Journal of Hydrogen Energy	Zkoumá využití vodíku v energetice, od výroby a čištění, přes ukládání (včetně bezpečnostních aspektů), až po využití vodíku. V závislosti na cestách výroby vodíku porovnává emisní náročnost celého životního cyklu.
Hydrogen energy systems: A critical review of technologies, applications, trends and challenges	2021	Meiling Yue et al.	Energy Reviews	Zaměřuje se na možnosti využití vodíku v energetice, od výroby vodíku přes ukládání a distribuci až po konverzi zpět na elektřinu nebo využití v dopravě. Statisticky analyzuje data z dostupné literatury a zkoumá příklady projektů ve světě. Zkoumá náklady, efektivitu a životnost jednotlivých technologií.
Blue and green hydrogen energy to meet European Union decarbonisation objectives. An overview of perspectives and the current state of affairs	2022	Giovanni Lagioia et al.	International Journal of Hydrogen Energy	Článek dává narativní přehled literatury o současném stavu technologií pro výrobu zeleného a modrého vodíku a možnostech jejich příspěvku k plnění dekarbonizačních cílů EU.

J. O. Abe et al.: Hydrogen energy, economy and storage: review and recommendation

International Journal of Hydrogen Energy, 2019

Článek identifikuje dostupnost technologií pro skladování vodíku jako základní překážku pro široký rozvoj vodíkové ekonomiky. Dává přehled technologií pro skladování vodíku z technického i ekonomického pohledu, se zaměřením na pevné skupenství ve formě hydridů kovů (včetně porovnání energetické hodnoty vodíku na kg hmotnosti oproti ostatním konvenčním zdrojům energie).

Furat Dawood et al.: Hydrogen production for energy: An overview

International Journal of Hydrogen Energy, 2020

Zkoumá využití vodíku v energetice, od výroby a čištění, přes ukládání (včetně bezpečnostních aspektů), až po využití vodíku. V závislosti na cestách výroby vodíku porovnává emisní náročnost celého životního cyklu.

Meiling Yue et al.: Hydrogen energy systems: A critical review of technologies, applications, trends and challenges

Energy Reviews, 2021

Zaměřuje se na možnosti využití vodíku v energetice, od výroby vodíku přes ukládání a distribuci až po konverzi zpět na elektřinu nebo využití v dopravě. Statisticky analyzuje data z dostupné literatury a zkoumá příklady projektů ve světě. Zkoumá náklady, efektivitu a životnost jednotlivých technologií.

Giovanni Lagioia et al.: Blue and green hydrogen energy to meet European Union decarbonisation objectives. An overview of perspectives and the current state of affairs

International Journal of Hydrogen Energy, 2022

Článek dává narativní přehled literatury o současném stavu technologií pro výrobu zeleného a modrého vodíku a možnostech jejich příspěvku k plnění dekarbonizačních cílů EU.

Politika kolem nízkoemisního vodíku

České a evropské strategie a plány

Technologický a ekonomický vývoj vodíkových technologií úzce souvisí s politickým rámcem. Za poslední roky vznikla sada strategií, které se snaží přispět k rozvoji role nízkoemisního vodíku.

Název	Rok	Popis
Vodíková strategie EU	2020	Dokument z roku 2020 od Evropské komise. Rozděluje budoucí vývoj vodíku do roku 2050 na tři etapy zaměřující se na instalaci elektrolyzérů, výrobu zeleného vodíku, import vodíku a jeho využití při vyrovnávání elektrizační soustavy.
Vodíková strategie ČR	2021	Hlavní vodíková strategie České republiky vytvořená společně Ministerstvem průmyslu a obchodu, Ministerstvem dopravy a Ministerstvem životního prostředí. Vychází z Vodíkové strategie EU a bohužel neobsahuje mnoho konkrétních cílů. Udává prognózu spotřeby vodíku po odvětvích a očekávaný časový vývoj zavádění vodíku do dopravy, průmyslu apod., stejně jako u evropské strategie je období do roku 2050 rozdělené na tři etapy.
Národní akční plán čisté mobility ČR	2020	Tento dokument od Ministerstva průmyslu a obchodu obsahuje na rozdíl od Vodíkové strategie velmi konkrétní a měřitelné cíle: pro rok 2030 například 870 vodíkových autobusů, 40–50 tisíc osobních vodíkových vozidel a 80 plnicích stanic.

Vodíková strategie EU , 2020

Dokument z roku 2020 od Evropské komise. Rozděluje budoucí vývoj vodíku do roku 2050 na tři etapy zaměřující se na instalaci elektrolyzérů, výrobu zeleného vodíku, import vodíku a jeho využití při vyrovnávání elektrizační soustavy.

Vodíková strategie ČR , 2021

Hlavní vodíková strategie České republiky vytvořená společně Ministerstvem průmyslu a obchodu, Ministerstvem dopravy a Ministerstvem životního prostředí. Vychází z Vodíkové strategie EU a bohužel neobsahuje mnoho konkrétních cílů. Udává prognózu spotřeby vodíku po odvětvích a očekávaný časový vývoj zavádění vodíku do dopravy, průmyslu apod., stejně jako u evropské strategie je období do roku 2050 rozdělené na tři etapy.

Národní akční plán čisté mobility ČR , 2020

Tento dokument od Ministerstva průmyslu a obchodu obsahuje na rozdíl od Vodíkové strategie velmi konkrétní a měřitelné cíle: pro rok 2030 například 870 vodíkových autobusů, 40–50 tisíc osobních vodíkových vozidel a 80 plnicích stanic.

Vodíkové platformy a asociace

Kromě vodíkových strategií hrají velkou roli platformy, které propojují jednotlivé aktéry a firmy aktivní v rozvoji vodíku.

Název	Oblast	Popis
Česká vodíková technologická platforma	ČR	Projekt vzniklý z Ministerstva průmyslu a obchodu, spolufinancovaný z EU. Jeho cílem je podpora rozvoje vodíku v ČR pomocí propojování zainteresovaných subjektů, vzájemného informování, prosazování zájmů rozvoje vodíku v kontaktu se státní správou apod.
Clean Hydrogen Partnership	EU	Jedná se o partnerství 3 institucí: Evropské komise, Hydrogen Europe a Hydrogen Europe Research. Hlavním cílem je přispět financováním výzkumu a inovací k plnění cílů Green Dealu a Vodíkové strategie. Dále pak urychlit rozvoj čistého vodíku a posílit jeho konkurenceschopnost.
Hydrogen Europe	EU	Sdružení více než 400 firem a institucí z 25 evropských zemí. Součást Clean Hydrogen Partnership, ve kterém reprezentuje zájmy komerčního sektoru.
Hydrogen Europe Research	EU	Sdružení 140 univerzit a výzkumných organizací z 29 zemí. Součást Clean Hydrogen Partnership, ve kterém reprezentuje zájmy akademické sféry.
Fuel Cell and Hydrogen Energy Association (FCHEA)	USA	Průmyslová asociace působící v USA. Sdružuje přes 90 firem v oblasti výroby, distribuce a inovací vodíkové energetiky. Cílem je podpora komercializace a propagace vodíkových palivových článků.
Hydrogen Council	globální	Iniciativa leaderů firem napříč různými sektory (energetika, doprava, zpracovatelský průmysl) s cílem podpořit transformaci čisté energetiky. Nyní sdružuje přes 150 firem z celého světa.

Česká vodíková technologická platforma

ČR

Projekt vzniklý z Ministerstva průmyslu a obchodu, spolufinancovaný z EU. Jeho cílem je podpora rozvoje vodíku v ČR pomocí propojování zainteresovaných subjektů, vzájemného informování, prosazování zájmů rozvoje vodíku v kontaktu se státní správou apod.

Clean Hydrogen Partnership

EU

Jedná se o partnerství 3 institucí: Evropské komise, Hydrogen Europe a Hydrogen Europe Research. Hlavním cílem je přispět financováním výzkumu a inovací k plnění cílů Green Dealu a Vodíkové strategie. Dále pak urychlit rozvoj čistého vodíku a posílit jeho konkurenceschopnost.

Hydrogen Europe

EU

Sdružení více než 400 firem a institucí z 25 evropských zemí. Součást Clean Hydrogen Partnership, ve kterém reprezentuje zájmy komerčního sektoru.

Hydrogen Europe Research

EU

Sdružení 140 univerzit a výzkumných organizací z 29 zemí. Součást Clean Hydrogen Partnership, ve kterém reprezentuje zájmy akademické sféry.

Fuel Cell and Hydrogen Energy Association (FCHEA)

USA

Průmyslová asociace působící v USA. Sdružuje přes 90 firem v oblasti výroby, distribuce a inovací vodíkové energetiky. Cílem je podpora komercializace a propagace vodíkových palivových článků.

Hydrogen Council

globální

Iniciativa leaderů firem napříč různými sektory (energetika, doprava, zpracovatelský průmysl) s cílem podpořit transformaci čisté energetiky. Nyní sdružuje přes 150 firem z celého světa.

Příklady projektů a aktivních firem

Interaktivní aplikace

Vodíkové mapy a interaktivní přehledy dávájí představu o aktuálním stavu této technologie v ČR i ve světě.

Název	Autoři	Popis
Vodíková mapa ČR	Centrum dopravního výzkumu	Interaktivní mapa prezentující aktuální stav vodíkových projektů v České republice. Pro každý bod uvádí provozovatele, stupeň realizace a způsob výroby vodíku.
Interactive Hydrogen Dashboard	Global Energy Infrastructure	Interaktivní mapa prezentující aktuální stav vodíkových projektů po celém světě, pravděpodobně však není pro některé státy příliš detailní (jako např. pro ČR). Pro každý bod uvádí provozovatele, stupeň realizace a způsob výroby vodíku.

Vodíková mapa ČR

Centrum dopravního výzkumu

Interaktivní mapa prezentující aktuální stav vodíkových projektů v České republice. Pro každý bod uvádí provozovatele, stupeň realizace a způsob výroby vodíku.

Interactive Hydrogen Dashboard

Global Energy Infrastructure

Interaktivní mapa prezentující aktuální stav vodíkových projektů po celém světě, pravděpodobně však není pro některé státy příliš detailní (jako např. pro ČR). Pro každý bod uvádí provozovatele, stupeň realizace a způsob výroby vodíku.

Vybrané projekty na výrobu zeleného vodíku v ČR

Pro perspektivu, podle Vodíkové strategie ČR by se v ČR v roce 2030 mohlo spotřebovat okolo 100 tisíc tun nízkoemisního vodíku (v roce 2050 dokonce více než 1,5 mil. tun). Zde zmíněné plánované projekty tedy pokryjí jen malý zlomek této spotřeby.

Název	Investor	Uvedení do provozu	Plán roční produkce	Popis
SG Hydrogen Napajedla	Solar Global	2023	30 tun	První český projekt komerčního elektrolyzéru na výrobu zeleného vodíku pomocí elektřiny z vlastní střešní solární elektrárny.
H2 Triangle	For H2 Energy	2025	630 tun	Projekt zahrnuje výstavbu lokálního vodíkového hospodářství, rozvoj vědecko-výzkumné činnosti v oblasti vodíku a vybudování výrobních a montážních hal, které poskytnou zázemí pro dodavatele vodíkových technologií. Výstavba bude realizována v areálu Strategické průmyslové zóny Triangle u Žatce.
VOZARTEK	Veolia	2026	270 tun	Projekt na výrobu zeleného vodíku v teplárně ve Frýdku-Místku. Jako zdroj energie bude sloužit kombinace elektrické energie z FVE a odpadní biomasy. V budoucnu je plánovaná také větrná elektrárna.
Green Mine	Sev.en	2027	360 tun	Elektrolyzér má vzniknout v rámci projektu Green Mine, který představuje celkovou revitalizaci mosteckého lomu ČSA, v němž skončí těžba v roce 2025.
FVE s akumulací pomocí vodíku	Orlen Unipetrol	2027	4 500 tun	Největší český výrobce šedého vodíku plánuje pro chod elektrolyzéru kombinovat vlastní energii ze slunce s dodávkami zelené energie od jiných subjektů.

SG Hydrogen Napajedla

Solar Global, 2023

Plán roční produkce: 30 tun

První český projekt komerčního elektrolyzéru na výrobu zeleného vodíku pomocí elektřiny z vlastní střešní solární elektrárny.

H2 Triangle

For H2 Energy, 2025

Plán roční produkce: 630 tun

Projekt zahrnuje výstavbu lokálního vodíkového hospodářství, rozvoj vědecko-výzkumné činnosti v oblasti vodíku a vybudování výrobních a montážních hal, které poskytnou zázemí pro dodavatele vodíkových technologií. Výstavba bude realizována v areálu Strategické průmyslové zóny Triangle u Žatce.

VOZARTEK

Veolia, 2026

Plán roční produkce: 270 tun

Projekt na výrobu zeleného vodíku v teplárně ve Frýdku-Místku. Jako zdroj energie bude sloužit kombinace elektrické energie z FVE a odpadní biomasy. V budoucnu je plánovaná také větrná elektrárna.

Green Mine

Sev.en, 2027

Plán roční produkce: 360 tun

Elektrolyzér má vzniknout v rámci projektu Green Mine, který představuje celkovou revitalizaci mosteckého lomu ČSA, v němž skončí těžba v roce 2025.

FVE s akumulací pomocí vodíku

Orlen Unipetrol, 2027

Plán roční produkce: 4 500 tun

Největší český výrobce šedého vodíku plánuje pro chod elektrolyzéru kombinovat vlastní energii ze slunce s dodávkami zelené energie od jiných subjektů.

Vybrané významné firmy v sektoru nízkoemisního vodíku

Název	Kategorie	Tržní kapitalizace	Popis
Linde PLC	Chemický průmysl	$185 mld.	Největší výrobce průmyslových plynů, zároveň jeden z největších výrobců vodíku. Pokrývá celý hodnotový řetězec od výroby přes distribuci až po ukládání. Na svém webu firma uvádí, že vyrábí šedý, modrý i zelený vodík. Podle dostupných informací v současnosti silně investuje do rozvoje modrého a zeleného vodíku.
Air Products & Chemicals	Chemický průmysl	$63 mld.	Air Products vyrábí škálu průmyslových plynů, mimo jiné i vodík. V současnosti silně investuje do modrého a zeleného vodíku.
ČEZ	Energetika	$23 mld.	Největší výrobce elektřiny v ČR plánuje vyrábět zelený vodík z vlastních zdrojů. Například má již v plánu konkrétní projekt na plnící stanici se 100% zeleným vodíkem v Mníšku pod Brdy.
Orlen Unipetrol	Petrochemický průmysl	$7 mld.	Největší výrobce (šedého) vodíku v ČR, dceřiná společnost polského PKN Orlen. V současnosti se zaměřuje na výstavbu plnících stanic pro vodíková auta - plánuje 28 stanic do roku 2030. Na začátku roku 2024 má dvě v provozu, další ve výstavbě. V budoucnu plánuje investovat i do zeleného vodíku.
Plug Power	Technologie	$5 mld.	Americká firma specializující se na výrobu palivových článků, které se používají pro konverzi vodíku na elektřinu, hlavně pro sektor dopravy. Kromě toho také vyrábí elektrolyzéry a sadu technologií na přepravu, skladování a čerpání vodíku do aut.
Fuel Cell Energy	Technologie	$0,76 mld.	Firma zaměřující se na výrobu vodíkových palivových článků a také technologie na výrobu bezemisního vodíku z bioplynu. Jejím cílem je přispět k dekarbonizaci energetického průmyslu.

Linde PLC

Chemický průmysl, tržní kapitalizace: $185 mld.

Největší výrobce průmyslových plynů, zároveň jeden z největších výrobců vodíku. Pokrývá celý hodnotový řetězec od výroby přes distribuci až po ukládání. Na svém webu firma uvádí, že vyrábí šedý, modrý i zelený vodík. Podle dostupných informací v současnosti silně investuje do rozvoje modrého a zeleného vodíku.

Air Products & Chemicals

Chemický průmysl, tržní kapitalizace: $63 mld.

Air Products vyrábí škálu průmyslových plynů, mimo jiné i vodík. V současnosti silně investuje do modrého a zeleného vodíku.

ČEZ

Energetika, tržní kapitalizace: $23 mld.

Největší výrobce elektřiny v ČR plánuje vyrábět zelený vodík z vlastních zdrojů. Například má již v plánu konkrétní projekt na plnící stanici se 100% zeleným vodíkem v Mníšku pod Brdy.

Orlen Unipetrol

Petrochemický průmysl, tržní kapitalizace: $7 mld.

Největší výrobce (šedého) vodíku v ČR, dceřiná společnost polského PKN Orlen. V současnosti se zaměřuje na výstavbu plnících stanic pro vodíková auta - plánuje 28 stanic do roku 2030. Na začátku roku 2024 má dvě v provozu, další ve výstavbě. V budoucnu plánuje investovat i do zeleného vodíku.

Plug Power

Technologie, tržní kapitalizace: $5 mld.

Americká firma specializující se na výrobu palivových článků, které se používají pro konverzi vodíku na elektřinu, hlavně pro sektor dopravy. Kromě toho také vyrábí elektrolyzéry a sadu technologií na přepravu, skladování a čerpání vodíku do aut.

Fuel Cell Energy

Technologie, tržní kapitalizace: $0,76 mld.

Firma zaměřující se na výrobu vodíkových palivových článků a také technologie na výrobu bezemisního vodíku z bioplynu. Jejím cílem je přispět k dekarbonizaci energetického průmyslu.

Související infografiky a studie

Zaujala vás naše práce? Prozkoumejte další související infografiky a studie: