Nádej umiera posledná. Ale veriť nestačí. Mnohí analytici, vládni predstavitelia a vizionári verili a tvrdili, že vodíková ekonomika pomôže v boji s klimatickou zmenou. Realita však ukazuje, že napriek mnohým pozitívam je vodík ako zdroj energie ekonomický aj technologický nezmysel.
Nenávratné dotácie na úrovni miliárd eur nestačia na očakávaný technologický pokrok ani presvedčenie investorov. V našom príspevku sa dozviete:
- čo sú príčiny rozhodnutí odstúpiť od vodíkových projektov,
- fakticky podložené limitácie výroby, prepravy a používania zeleného vodíka,
- ako vnímame možnosti pre ďalšie smerovanie ekonomiky zeleného vodíka rešpektujúc jeho fyzikálno-chemické limitácie,
- náhradné riešenia pre sektory, v ktorých má byť zelený vodík využívaný.
Úvod
Prečo firmy rušia alebo odkladajú veľké vodíkové projekty v Európe?
Stephen R. Covey vo svojej knihe 7 návykov skutočne efektívnych ľudí prirovnáva firmy k čate, ktorá si vysekáva cestu džungľou. Radoví zamestnanci sekajú. Ich manažéri udávajú tempo a ostria mačety. Top manažment z výšky korún stromov kontroluje, či firma seká správnym smerom v správnej džungli. Po rokoch snáh o rozvoj biznisu so zeleným vodíkom sa z výšky stromov ozýva: Nesprávna džungľa!
Vodík ako čisté palivo
Sme uhlíková spoločnosť. Energia z uhlíka je základným stavebným kameňom priemyselnej výroby, dopravy, budov a v podstate akéhokoľvek aspektu civilizácie. Patrí aj medzi hlavné témy diskusií o klimatickej zmene. Väčšina využívanej energie pochádza z fosílnych zdrojov. Ich priamym spaľovaním alebo produktov z nich sa do prostredia uvoľňuje oxid uhličitý (CO2) a ďalšie skleníkové plyny (GHG), ktoré príroda nestíha absorbovať a tak ostávajú v atmosfére spôsobujúc skleníkový efekt zohrievania vzduchu, vôd a pôdy.
Riešením prebytku uhlíka v atmosfére by mohol byť vodík, ktorý na jednotku hmotnosti patrí medzi energeticky najbohatšie palivá a jeho spaľovaním vzniká len vodná para, ktorá nepatrí medzi sledované GHG. Achillovou pätou vodíka je spôsob jeho výroby. Až 96 % celkového objemu vodíka v Európe sa v roku 2022 vyrobilo zo zemného plynu - teda fosílneho uhlíkového paliva za vzniku CO2. Vodík ma tiež charakteristiku, ktorá komplikuje jeho skladovanie a manipuláciu. Tá vyplýva z rizikových vlastností vodíka ako výbušnosť, nízka hustota, neviditeľný plameň či absencia zápachu.
Z tohto dôvodu Európska únia, ale aj iné krajiny sveta, vyčlenili od roku 2020 miliardy na výskum a vývoj nových spôsobov výroby, skladovania a využitia vodíka. Zrodil sa zelený vodík - vznikajúci bez použitia fosílnych zdrojov z vody využitím elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov. Vo veľkom dochádzalo k vývoju a výrobe elektrolyzérov, zariadení, ktoré umožňujú vyrábať vodík z vody. Skúmali sa rôzne možnosti prepravy vodíka od využitia siete zemného plynu až po naviazanie molekuly vodíka do kvapalných a tuhých látok. Analyzovalo sa všestranné použitie vodíka pre vykurovanie budov, v doprave, priemysle alebo pre uskladnenie vo chvíli výroby nevyužitej obnoviteľnej energie.
Hópium a zrážka s realitou
S nárastom podporených projektov, ohlásených investícií a pilotných testovaní rástli prevádzkové skúsenosti a spresňovali sa analýzy. Pôvodné takmer futuristické odhady o výkonnosti vodíkovej ekonomiky boli korigované. BloombergNEF ešte v apríli 2023 uvažoval pre väčšinu európskych krajín o cene vyrábaného vodíka elektrolýzou vody v roku 2030 pod 2 EUR/kg. V decembri 2024 korigoval a viac než strojnásobil predpovedané náklady a vo svojej analýze uviedol, že cena zeleného vodíka vyrábaného v Európe bude ešte aj v roku 2050 v intervale 1,4-4,4 EUR/kg.
Aj u investorov postupom času klesala dôvera. Aprílová štúdia od Hydrogen Europe odhalila, že päť rokov po spustení Vodíkovej stratégie EÚ len 21 % projektov podporených 18,9 miliardami EUR z európskej schémy IPCEI dosiahlo konečné investičné rozhodnutie. Projekty mimo IPCEI schémy získali podľa odhadov autorov štúdie konečné investičné rozhodnutie len v 8-10 % prípadoch. Tieto trendy viedli k označeniu vodíka ako hópium (kombinácia anglických slov hope – viera a opium – vysoko návyková droga ópium).
Drahá výroba
Dôvodov pre triezvenie analytikov a investorov je viacero. Na strane výroby zeleného vodíka nebolo dosiahnuté očakávané zníženie výrobných nákladov z vývoja technológií a rozvoja obnoviteľných zdrojov energie. Štúdia TNO z roku 2024 porovnala viaceré prebiehajúce projekty výstavby elektrolyzérov v Holandsku. Výsledná cena zeleného vodíka vychádzala toho času vyše 13 EUR/kg (bežne vyrábaný fosílny vodík mal vtedy priemernú cenu na úrovni 1,5 EUR/kg). Väčšinu ceny predstavovali náklady na elektrickú energiu a investícia do technológie.
Jednotka na výrobu zeleného vodíka v susednom Maďarsku (zdroj: MOL Group)
K podobným záverom ekonomickej nevýhodnosti dospel aj podnikateľ v zelených technológiách Gniewomir Flis, ktorý sa v júli tohto roku podelil so svojou ročnou skúsenosťou rozbiehania firmy na výrobu zeleného vodíka a chemikálií z neho. Okrem potvrdenia záverov TNO upozornil aj na náročné prevádzkovanie elektrolyzérov poháňaných zelenou elektrickou energiou z tzv. premenlivých obnoviteľných zdrojov (v tuzemskej literatúre sa začal objavovať pojem "závislé od počasia").
Ako jednu z možností uviedol zakúpenie batériového systému, ktorý výrazne dvíha náklady na elektrickú energiu (investícia do baterky a zároveň nevyhnutnosť 2-3x väčšieho rezervovaného elektrického príkonu, aby sa baterka stihla nabiť). Druhou možnosťou je podľa Flisa flexibilná prevádzka elektrolyzérov. Časté zapínanie a vypínanie elektrolyzérov však významne vplýva na životnosť katalyzátorov, membrán a iných konštrukčných prvkov a znižuje celkovú účinnosť výroby vodíka. Operátor si preto vyberá medzi vysokými investičnými alebo prevádzkovými nákladmi.
Pozornosť tiež upriamil na nízku konkurencieschopnosť USA a Európy. Aj pri zakúpení lacného čínskeho elektrolyzéra rastú v západných krajinách náklady vzhľadom na vyššie mzdy pracovníkov a ceny energií a materiálov. Tento fakt potvrdzuje aj decembrová správa Ministerstva energetiky USA, ktorá konštatovala, že takmer polovicu potrebnej investície do výroby zeleného vodíka v USA predstavujú náklady na výstavbu, nie samotný nákup elektrolyzéra.
Komplikovaná distribúcia
Vyrobený zelený vodík treba vhodne skladovať a prípadne transportovať na miesto použitia. Aj tieto aspekty vodíkového hospodárstva sa ukázali byť výzvou. Ako upozorňovala naša vlastná publikácia Vodík už v roku 2021, skladovanie a preprava vodíka sú náročné úkony s nízkou kapacitou a výslednú cenu zeleného vodíka môžu viac než zdvojnásobiť.
S prepravou vodíka je spojené aj zvýšené bezpečnostné riziko vzhľadom na jeho výbušnosť, potenciálne krehnutie kovových materiálov a vysoký tlak, pod ktorým je prepravovaný. Skúmanou možnosťou je vložiť molekulu vodíka do inej látky, napríklad kvapalného amoniaku alebo tuhého hydridu (v čom sú špičkoví pracovníci Technickej univerzity v Košiciach). S procesom vloženia vodíka do inej látky a následného spätného získania vodíka z tejto nosnej látky sú spojené ďalšie straty materiálu a energie. Pre ilustráciu, extrakcia vodíka z amoniaku je spojená so stratami energie na úrovni 18 % až 40 %.
Alternatívou je využiť existujúcu sieť zemného plynu, čo sa testuje aj na Slovensku. Tu je však problémom nízka hustota vodíka. Jeden kilogram vodíka zaberá 8x väčší objem ako jeden kilogram zemného plynu, pričom v sebe nesie len zhruba o 2,5x viac energie. To znamená, že na uskladnenie rovnakého množstva energie je potrebný viac než trojnásobne väčší objem. Tento nepomer spôsobuje problémy aj u kompresorov, ktoré vtláčajú plyn do zásobníkov, alebo ho pod požadovaným tlakom tlačia do potrubia. Zavedením vodíka do zemného plynu stúpa jednotková spotreba energie, nakoľko rastie objem stláčaného plynu. Reagovať na tieto požiadavky úpravou kapacitne vyťažených distribučných sietí zemného plynu je investične náročné. Španielska plynová asociácia podmienila zvládnutie zmesi plynu s 20 objemovými percentami vodíka investíciou vyše 700 miliónov EUR do existujúcej plynovej siete v Španielsku.
Primiešavanie vodíka do siete zemného plynu v obci Blatná na Ostrove (Zdroj: H2 Pilot, SPP-distribúcia)
Neisté aplikácie
Okrem konvenčného využívania vodíka, prioritne vo výrobe palív (Slovnaft) a hnojív (Duslo), sa skúmajú aj aplikácie vodíka ako energetického nosiča. V našej analýze sa zameriame najmä na využitie vodíka vo vykurovaní a doprave. Nevýhodou aplikácie zeleného vodíka ako zdroja energie je vstavaná energetická neefektivita. Najúčinnejšie priemyselné elektrolyzéry vyžadujú približne 50-55 kWh energie na výrobu 1 kg vodíka. Následným spálením vodíka sa však uvoľní v najlepšom možnom prípade 39 kWh energie. To znamená, že viac ako pätina energie bola stratená. Keď k tomu pripočítame straty distribúciou a straty zo samotného spaľovania, celková účinnosť využitia energie klesá pod 50 %.
V prípade vykurovania v domácnostiach je situácia o to horšia, že viaceré štúdie potvrdili zvýšené úniky plynu zo sporákov a kotlov v prípade primiešania vodíka. Ďalším rizikom v domácnostiach sú už spomínané vlastnosti vodíka ako absencia zápachu a neviditeľný plameň. Ani zemný plyn sám o sebe nezapácha, ale jeho hustota umožňuje primiešavanie „smradľavých“ látok. Pre vodík neexistuje dostatočne ľahká zapáchajúca látka, ktorá by sa stihla uvoľniť rovnako rýchlo ako samotný vodík. Následkom bezpečnostných limitácií je nutnosť kreatívnych riešení ako je napríklad upravený horák Bosch, ktorý sa rozsvieti na znak toho, že vodíkový plyn už horí.
Vodíkový sporák so svetelným upozornením na plameň (Zdroj: Bosch)
V doprave sa situácia s vodíkom tiež vyvinula od optimistických vyhliadok k reálnym skúsenostiam. Rozvoj vodíkových áut nešiel očakávanou rýchlosťou a v mnohých krajinách sa predaje počítali v jednotkách kusov. Nízky dopyt po zelenom vodíku ako pohonnej hmote v sektore osobnej mobility viedol k zatváraniu čerpacích staníc. Urobili tak napríklad Shell v bašte zelených technológií Kalifornii či jediný prevádzkovateľ vodíkových staníc v Dánsku, spoločnosť Everfuel.
Obľube sa netešili vodíkové motory ani v sektore hromadnej dopravy. Vo francúzskom Pau prevádzkovali vodíkové autobusy od 2019. Riaditeľ sekcie mestskej dopravy zhodnotil ich prevádzku ako "každodenné dobrodružstvo". Po rokoch častých porúch a takmer dvojnásobných nákladov prešli v roku 2023 na elektrobusy. Zvýšené náklady na údržbu motorov na vodík dokumentujú viaceré prevádzkové štúdie. Podobne dopadol aj experiment s vodíkovými vlakmi v Nemecku. Po roku sa pre vysoké náklady rozhodli pre batériové vlaky a modely s trolejovým vedením.
Vodíkové autobusy na Slovensku (Foto: Dopravný podnik Bratislava)
Domček z kariet
Ekosystém, ktorý po rokoch vývoja stále vykazuje ekonomickú nevýhodnosť a technologické problémy, je prirodzene krehký. Následkom sú časté odkladania alebo rovno rušenia ambicióznych vyhlásení. Len v priebehu štyroch júlových dní odstúpili od plánovaných vodíkových investícií firmy Repsol (30 MW elektrolyzér s opciou na nárast až 200 MW) a E.ON (20 MW elektrolyzér). Na Slovensku v podobnom čase rezonovala správa o odstúpení Dusla od stámiliónovej investície zahŕňajúcej výrobu zeleného vodíka.
Viaceré ohlásené projekty sa spoliehajú na realizáciu pridružených ohlásených projektov. Zrušenie jedného projektu vedie k domino efektu. Ten nastal napríklad v prípade spoločnosti ArcelorMittal, ktorá zrušila plány implementovať zelený vodík a elektrifikáciu v dvoch svojich nemeckých závodoch (napriek získaniu kumulatívnej dotácie vo výške 1,3 miliardy EUR). Do týždňa odložil nemecký energetický holding EWE v rovnakej oblasti plán vybudovať 50 MW elektrolyzér. Jedným z hlavných dôvodov bola strata budúceho odberateľa, ArcelorMittal.
Aktuálna situácia viedla až ku kontroverznej otváracej prednáške popredného energetického analytika a investora Michaela Liebreicha, ktorý na konferencii Financial Times Hydrogen Summit 2025 publiku povedal: „Ak vám naozaj záleží na životnom prostredí, nevyrábajte zelený vodík.“
Ako ďalej napredovať – autorský komentár
Predošlé riadky odhalili súčasné výzvy vodíkovej ekonomiky a ich nelichotivý stav po rokoch výskumu a testovaní v praxi. Vodík síce obsahuje v jednom kilograme najviac energie spomedzi konvenčných palív a jeho spálením vzniká čistá vodná para, ale technologické limitácie v jeho zelenej výrobe, skladovaní a použití ho diskvalifikujú z viacerých aplikácií. Záverečná veta článku holandských vedcov v prestížnom vedeckom časopise Green Chemistry z mája tohto roka potvrdzuje naše pozorovania: „Rozprávky sú pekné, ale v skutočnosti žiadna vodíková ekonomika v 21. storočí nebude.”
Očakávame, že hlavným spotrebiteľom zeleného vodíka budú tie priemyselné prevádzky, ktoré už teraz vodík využívajú. Nie ako energetický nosič, ale materiálový zdroj – surovinu. Tieto výroby už majú roky skúseností a nevyhnutnú infraštruktúru dostatočne pripravenú na nebezpečné fyzikálno-chemické vlastnosti plynného vodíka. Podobné prevádzky, ako napríklad na Slovensku výroba palív (Slovnaft) a hnojív (Duslo), navyše nemajú k dispozícii iné alternatívy ako znížiť emisnú stopu svojich výrobkov, ktoré si vyžadujú vodík. Dodávatelia palív sú navyše povinní zabezpečiť od roku 2025 minimálny percentuálny podiel energie dodanej do dopravy zo zeleného vodíka. V prípade nesplnenia im hrozia pokuty. V týchto sektoroch vnímame dostatočnú technologickú pripravenosť, ako aj ekonomicko-legislatívne-environmentálnu motiváciu pre rozvoj zelených vodíkových technológií.
Pri výrobe vodíka predpokladáme odklon od tlaku na produkciu len zeleného vodíka elektrolýzou vody. Jednou z možností je nahradiť vysoko energeticky náročnú výrobu elektrolýzou iným, menej náročným procesom. Alternatívou je pyrolýza zemného plynu alebo biometánu, ktorú vyvíja pre svoje potreby napríklad nemecký gigant BASF. Vedľajším produktom tohto procesu je tvorba tuhého uhlíka, ktorý môže byť použitý na obohatenie degradovanej pôdy alebo ako surovina pre výrobu batérií. Vodík vyrobený pyrolýzou (bio)metánu si vyžaduje o približne 80 % menej elektrickej energie ako zelený z elektrolýzy vody. Medzi ďalšie sľubné procesy patrí tzv. parný reforming biopalív (rozbíjanie uhľovodíkov vysokotlakovou vodnou parou) ako sú napríklad bioplyn, bioetanol alebo biooleje získané z biomasy.
Vzhľadom na vyššie uvedené výpočty energetickej efektivity sa dá konštatovať, že vodík je energetický marič, nie palivo. Pri viacerých aplikáciách dochádza k strate viac ako polovice energie vynaloženej na získanie samotného vodíka. V sektoroch, ktoré hľadajú alternatívne zdroje energie k tradičným fosílnym palivám, vidíme ako rentabilné iné alternatívy.
Ako zdroj tepla v domácnostiach aj priemysle existujú dve hlavné alternatívy. Pre teplo pri nízkej teplote (pod 140 °C, typické pre kúrenie v domácnosti alebo vybrané priemyselné procesy) existuje riešenie v podobe tepelných čerpadiel. Tie využívajú elektrickú energiu na transformáciu zvyškového odpadového alebo okolitého tepla o nízkej teplote na teplo o vyššej teplote. Ich rozširovanie síce vytvára tlak na elektrickú prenosovú sústavu, ale aj pri nízkej cene zemného plynu stále predstavuje ekonomicky výhodnejšie riešenie ako využitie vodíka. Pre procesy, ktoré si vyžadujú vyššie teploty (pečenie, náročné priemyselné procesy) je výhodnou alternatívou náhrada časti alebo všetkého fosílneho zemného plynu biometánom. Ide o plyn vznikajúci rozkladom biomasy, ktorý sa upraví a dosiahne vlastnosti zhodné so zemným plynom. Táto alternatíva nevyžaduje úpravu infraštruktúry, len nové pripojenia pre výrobcov, aj keď vytvára tlak na dostupnosť suroviny – vhodnej biomasy. Aj táto alternatíva zvýši pri nízkej cene zemného plynu konečnú cenu tepla, ale ide o významne menší nárast ako by išlo v prípade využívania zeleného vodíka.
V doprave vidíme potenciál najmä v kombinácii čiastočnej (sú lokality, kde pripúšťame zmysluplnosť aj úplnej) elektrifikácie a biopalív. Elektromobily neprodukujú emisie priamo a vytvárajú príležitosť znižovať emisnú stopu centrálne (v mieste výroby elektrickej energie). Vďaka vyššej celkovej účinnosti umožňujú zásadne znížiť spotrebu primárnej energie v doprave. Biopalivá sú na druhú stranu už etablovaným nástrojom v doprave. Nachádzajú sa takmer v každom litri tankovaného paliva a kontinuálne znižujú emisie skleníkových plynov, napríklad európsky obnoviteľný etanol dosahuje redukciu emisií o takmer 80 % v porovnaní s fosílnym benzínom. Biopalivá sú zodpovedné za väčšinu obnoviteľnej energie v európskej doprave (v roku 2022 vyše 90 %). Ich výhodou v porovnaní s elektromobilmi je už existujúca tankovacia infraštruktúra, ako aj nižšia obstarávacia cena vozidiel. Významný potenciál pre udržateľnosť predstavuje aj priama kombinácia hybridných vozidiel jazdiacich na biopalivo. Nevýhodou rozvoja elektromobility je podobne ako u tepelných čerpadiel tlak na elektrickú prenosovú sústavu, nevyvinutá tankovacia infraštruktúra a tiež absencia výberu dane z pohonných hmôt využiteľnej na udržiavanie kvality ciest. U biopalív je s ich rozvojom spojené najmä súperenie o ornú pôdu s potravinárskym sektorom. Ekonomicky, technologicky aj environmentálne sú elektromobilita a biopalivá prínosnejšie ako použitie vodíkových motorov.
Za revíziu a cenné pripomienky k textu ďakujeme:
- Miroslav Variny, docent, Slovenská technická univerzita
- Vincent Nemček, konzultant v oblasti regulácie EÚ, Združenie pre výrobu a využitie biopalív
- Ján Baráth, projektový riaditeľ pre Business Development, AZC Services
