Metanol či čpavek jako možné náhrady za zemní plyn

Projekt Evropské komise REPowerEU předpokládá, že se brzy podaří nahradit dvě pětiny ze 155 mld. m3 zemního plynu, který ještě v minulém roce přitekl z Ruska do Evropy. Jako zajímavé možnosti se mimo často zmiňovaného vodíku či biometanu jeví čpavek a metanol. 

Metanol či čpavek jako možné náhrady za zemní plyn

ABSTRACT: The REPowerEU plan devised by the European Comission envisages replacing two fifths of the 2021 Russian gas imports with renewable alternatives. Apart from biomethane and green hydrogen, ammonia and methanol produced from RES also have noteworthy potential.


 

Na financování celého procesu odchodu od plynu má Brusel do roku 2027 poskytnout dodatečných 210 miliard eur. REPowerEU má tři hlavní nástroje – výrazné úspory energie, rozvoj bezemisní energetiky a diverzifikaci. Při uzavírání nových kontraktů na dovoz plynu by se evropské státy měly opírat o společný nákup, výstavbu terminálů na přečerpávání zkapalněného plynu LNG ze zámoří, budování nových plynovodů a posilování stávajících přepravních cest. Mělo by se také zrychlit splnění cílů návrhu Fit for 55 a místo původních 40 procent podílu energie vyráběné z obnovitelných zdrojů dosáhnout do roku 2030 úrovně 45 procent.

 

VODÍK JAKO ALTERNATIVA ZA ZEMNÍ PLYN

Velké naděje se vkládají do vodíku. Může sloužit jako palivo místo zemního plynu? Teoreticky ano, ale v současné době se celosvětově 96 procent vodíku vyrábí z fosilních paliv, zejména takzvaným parním reformingem zemního plynu. Jde o poměrně levný chemický proces, ale negativním jevem je produkce velkého množství CO2, kdy na 1 kg vodíku, připadá 9–12 kg CO2.

Takto vzniklé emise je možno snížit až o 95 procent kombinací parního reformingu s technologiemi na zachytávání CO2 CCS (Carbon Capture Storage) nebo CCU (Carbon Capture Utilitization). Vodík vzešlý z tohoto procesu má následně název modrý vodík, nicméně při jeho výrobě stále hraje roli zemní plyn.

Pokud je vodík primárním produktem a je vyráběn elektrolýzou vody za pomoci elektřiny z obnovitelných zdrojů, říká se mu zelený vodík a je považován za zcela bezemisní.

REPowerEU počítá s podporou výroby vodíku z vody s využitím energie z obnovitelných zdrojů. Deset milionů tun zeleného vodíku by EU v řádu jednotek let chtěla dovážet, stejné množství by měla sama vyprodukovat především z přebytků solárních a větrných elektráren. Jejich instalovaný výkon by se tak během tří let měl zdvojnásobit na 320 GW a do roku 2030 by měl dosáhnout 600 GW. Je otázkou, jaká bude realita.

 

ZELENÝ VODÍK JE POPRVÉ LEVNĚJŠÍ NEŽ VODÍK ZE ZEMNÍHO PLYNU

Zelený vodík z obnovitelných zdrojů energie se měl stát konkurenceschopným až za několik let. Rostoucí cena zemního plynu způsobená omezením dodávek z Ruska však způsobuje, že zelený vodík je již nyní v mnoha částech světa levnější než vodík získávaný ze zemního plynu.

Protože tzv. zelený vodík neboli vodík vyrobený za využití elektřiny z obnovitelných zdrojů energie byl více než dvakrát dražší než tzv. šedý vodík vyrobený z fosilního zemního plynu, nebyl průlom v této budoucí technologii očekáván dříve než za pět až deset let.

„Změna už je tady. Všude tam, kde je výroba zelené elektřiny levná, například ve Skandinávii díky vodní energii nebo v Namibii díky větru a slunci, jsou produkty Power-to-X, jako je zelený čpavek, již nyní levnější než fosilní alternativa,“ vysvětluje Michael Sterner, odborník na vodík z Technické univerzity v Regensburgu.

 

PRŮMYSL JIŽ REAGUJE

Průmysloví giganti jako Siemens Energy, Linde a Air Liquide reagují na tento vývoj masivním rozšiřováním svých kapacit na výrobu zeleného vodíku. Teprve nedávno společnost Thyssen-Krupp oznámila, že svou divizi elektrolýzy uvede na burzu pod názvem Nucera. Evropská unie očekává, že se instalovaný výkon elektrolyzérů v Německu do roku 2030 znásobí ze současného 1 GW na 40 GW.

Díky novým ekonomickým podmínkám zaznamenávají společnosti zaměřené na vodík výrazný nárůst poptávky. „Zejména v námořním sektoru vidíme, že projekty se nyní realizují rychleji, protože se zvýšil odběr,“ uvádí Cyril Dufau-Sansot, generální ředitel a spoluzakladatel společnosti Hy2Gen.

 

PALIVO BUDOUCNOSTI? METANOL, SOUDÍ MAERSK

Pro transport vodíku se však nedají použít stávající plynovody, chování vodíku ke kovům je komplikované. Transport je náročnější – aby vodík vůbec proudil potrubím, je na to třeba vynaložit více energie než na zemní či jiný plyn. Náklady na energii při dopravě vodíku na stovky kilometrů by byly vyšší než hodnota energie, kterou dodal na místě určení. Je tu však možnost, která se zkouší – použít směs 80 % metanu a 20 % vodíku. Zkouší se to například ve Francii.

Existuje ještě jedna cesta pro možné nosiče vodíku – použít ho pro syntézu vhodných sloučenin a z nich ho na místě určení zase získávat. Nabízí se například metanol (CH3OH), ale také amoniak (čpavek, NH3).

Metanol a čpavek jsou nosiče energie, které lze vyrábět z ekologického vodíku. Vzhledem k tomu, že jsou při teplotě místnosti ve formě kapaliny, je snadnější je skladovat, přepravovat a manipulovat než vodík. Dnes se metanol a čpavek produkují především ze zemního plynu. Metanol a čpavek mohou být vyráběny také z obnovitelných zdrojů, jako je biomasa nebo obnovitelný vodík. Metanol a čpavek jsou běžné chemikálie používané v nejrůznějších průmyslových procesech. Tyto procesy mohou být efektivně dekarbonizovány přechodem na zelený metanol nebo čpavek. Ukazují také potenciál motorových paliv, zejména v lodním pohonu nebo v případě amoniaku jako náhradu paliva pro uhlí ve stávajících elektrárnách. Tato použití jsou v současné době omezena pouze na ukázkové programy, ale odborníci podle lloyd‘s Register očekávají, že do roku 2030 může čpavek představovat 7 % veškerého paliva používaného pro námořní dopravu po celém světě.

Na vodě je dnes také několik plavidel s metanolovým pohonem, včetně trajektů, podpůrných plavidel na moři a chemických tankerů. Metanol je dostupný po celém světě a vykazuje dobrou kompatibilitu se stávajícími motorovými technologiemi. Jednou z klíčových výhod metanolu je, že se snadno směšuje s vodou a je jen mírně nebezpečný pro mořské prostředí.

Stejně jako stav zavádění alternativních paliv je důležité zvážit možnosti snížení emisí i další výhody a nevýhody, kterým by bylo možné při přechodu na tato paliva čelit.

I proto dánská přepravní společnost Maersk oznámila, že společně s dalšími pěti společnostmi, včetně Air Liquide, plánuje v Singapuru postavit první ekologickou továrnu na výrobu e-metanolu v Asii. Závod, který má být postaven do konce roku 2022, bude přeměňovat oxid uhličitý na ekologický e-metanol. Přepravní společnost usiluje o minimální výrobní kapacitu 50 000 tun ročně. Zelený metanol se bude vyrábět ze zeleného vodíku. Díky této spolupráci chce Maersk získat do konce roku 2025 zásobování 730 tisíci tunami zeleného metanolu ročně.

Maersk v minulých letech si objednala celkem dvanáct zaoceánských lodí, jejichž kapalným palivem má být metanol. První se má dostat na vodu v příštím roce. Každá z nich má být schopná přepravovat 16 tisíc kontejnerů a stojí 130 milionů eur.

 

 

JAK SE VYRÁBÍ METANOL

Na rozdíl od vodíku není nutné metanol skladovat pod tlakem a dá se zapojit do už existující infrastruktury. V dnešní době se většina metanolu získává ze zemního plynu. Ten ovšem také patří mezi fosilní paliva, byť má menší ekologický dopad než ropa a uhlí.

Opravdu „zelený“ metanol je tedy nutné připravit jinak. Základním zdrojem je biomasa, například zemědělské odpady. K přeměně biomasy na metanol se používá teplo, pára a kyslík.

Další možností výroby je využití elektrolýzy. Při ní elektřina štěpí vodu na kyslík a vodík; vodík se pak slučuje s oxidem uhličitým – buď ze vzduchu, anebo zachyceným v průmyslu. Aby se dalo mluvit o „zeleném“ metanolu, je samozřejmě nutné používat elektřinu z obnovitelných zdrojů.

I při spalování metanolu samozřejmě vzniká skleníkový plyn oxid uhličitý. Ten je však součástí (téměř) uzavřeného cyklu – rostliny nebo průmysl si jej nejdříve stáhnou ze vzduchu, pak se stane součástí vyrobeného metanolu a po jeho spálení se zase vrátí do atmosfér. Což se liší od spalování vytěžených fosilních paliv – při něm se skleníkové plyny do atmosféry pouze přidávají.

Dřívější výpočty uváděly, že metanol pro námořní lodě vyjde na dvojnásobek ceny klasického lodního ropného paliva. S růstem ceny ropy se tento rozdíl může snížit.

Ovšem v soutěži o náhradníka za ropu se objevují i další kandidáti. Nejen zmíněný vodík, ale třeba také čpavek. „Myslím si, že lodní doprava nebude založena na jediném typu paliva,“ soudí Jacob Sterling, který má ve společnosti Maersk na starosti inovace zaměřené na ekologičtější přístupy.

 

V OMÁNU VZNIKÁ OBŘÍ VÝROBNA ZELENÉHO VODÍKU I PRO EVROPU

Air Products se společnostmi Acwa Power a Omanoil se dohodly na výstavbě výrobny zeleného vodíku v ománském Salalahu v hodnotě 7 mld. USD, která bude poháněna elektrickou energií z obnovitelných zdrojů. Vyrobený zelený vodík bude vázaný do amoniaku, aby se mohl snadněji distribuovat na mezinárodní trhy. Počítá se také s dodávkami do Evropy, kde bude amoniak uvolněn zpět na bezemisní vodík a využit pro čistou mobilitu.

Projekt je součástí strategie Ománské vize 2040, která chce využít energii ze slunce a větru na elektrolýzu vody a vyrobený zelený vodík bude dodávat globálním zákazníkům. Zařízení bude rovným dílem vlastněno partnery projektu a odběratelem vyrobeného zeleného čpavku bude společnost Air Products, která investuje další miliardy dolarů do distribuční infrastruktury.

Většina čpavku se vyrábí zahříváním zemního plynu nebo uhlí k získání vodíku, který potom reaguje s atmosférickým dusíkem. Jde o velmi energeticky náročný proces, který spotřebuje 2–3 % celkové světové spotřeby energie a ročně emituje více než jednu miliardu tun uhlíku.

Inženýr John Holbrook vyvinul technologii „solid state ammonia synthesis“ (syntéza čpavku v pevném skupenství), která bude čistší. Místo zahřívání fosilního paliva bude vodík získáván z vodní páry elektricky prostřednictvím nabité membrány. Membrána je zahřáta na 550 oC. Dusík se přivádí na jednu stranu membrány a vodní páry na druhou stranu, za vyrovnaného tlaku. Vodní pára se disociuje na vodík (protony) a kyslík, vlivem elektrického napětí na membráně přecházejí protony přes membránu, a na druhé straně reagují s dusíkem za vzniku NH3.

Tomáš Brejcha

Související články

Novým ředitele přečerpávací elektrárny Dlouhé stráně je Ludvík Štrobl

Novým ředitelem přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé stráně na Šumpersku je ode dneška Ludvík Štrobl. Ve funkci nahradil Vítězslav…

Studie: Za smog v Ostravě může hlavně topení uhlím. Huť a koksovny jsou spolu s dopravou viníky číslo dvě

Odborníci dlouho netušili, odkud znečištění ovzduší v Ostravě, kde lidé dýchají nejhorší vzduch v Česku, pochází. Konkrétně jak ke…

Bulharsko a Srbsko zahájily stavbu propojovacího plynovodu

Prezidenti Bulharska a Srbska Rumen Radev a Aleksandar Vučić dnes nedaleko Sofie zahájili stavbu plynovodu spojujícího obě balkáns…

Vítr a slunce v EU poprvé dodaly více elektřiny než plyn. Vodní elektrárny a reaktory zaostaly

Obnovitelné zdroje se v členských zemích Evropské unie uplatňují stále více. Solární a větrné elektrárny podle studie think tanku…

Matovič sľuboval, že Slovensko bude v energiách unikát. No inflácia udrela v eurozóne najviac práve na nás

Igor Matovič sľuboval, že vládny balík za 3,5 miliardy eur ochráni slovenské domácnosti a budeme vo svete unikát. Lenže viaceré kr…

Kalendář akcí

AQUATHERM Nitra

07. 02. 2023 - 10. 02. 2023
Medzinárodný odborný veľtrh vykurovacej, ventilačnej, klimatizačnej, meracej, regulačnej, sanitárnej a ekologickej techniky

E-Mobilita 2023, cesta k soběstačnosti

15. 02. 2023 08:00 - 18:00
Ostrava, na Černé louce, Pavilon A
Třetí ročník diskuzního fóra E-Mobilita si do hledáčku opět bere témata víc než aktuální. Moravskoslezský kraj se stává lídrem na poli vodíkových tech...

Energetický management pro města a obce

15. 02. 2023 09:00 - 16. 02. 2023 18:00
Praha, hotel DAP
Konference určená pro energetické manažery měst a obcí, jejímž hlavním tématem je snižování energetické náročnosti budov vlastněných veřejnou správou,...

Transportation Oil and Gas Congress 2023

20. 02. 2023 09:00 - 21. 02. 2023 20:00
Istanbul, Türkiye
TOGC 2023 is a B2B networking event for more than 350 specialists from pipeline industry that covers strategic goals and technical issues of the oil,...

ENERGY-HUB je moderní nezávislá platforma pro průběžné sdílení zpravodajství a analytických článků z energetického sektoru. V rámci našeho portfolia nabízíme monitoring českého, slovenského i zahraničního tisku.

75780
Počet publikovaných novinek
2092
Počet publikovaných akcí
881
Počet publikovaných článků
ENERGY-HUB využívá zpravodajství ČTK, jehož obsah je chráněn autorským zákonem.
Přepis, šíření či další zpřístupňování jakéhokoli obsahu či jeho části veřejnosti je bez předchozího souhlasu výslovně zakázáno.
Drtinova 557/10, 150 00 Praha 5, Česká republika