Jak uchovat energii? Pět technologií, které mohou změnit budoucnost lidstva

Přechod na obnovitelné zdroje energie už není jen zbožným přáním ekologů, nýbrž nutností pro průmysl, byznys i státy. Evropská unie se v rámci Green Dealu zavázala, že od roku 2050 nebude produkovat žádné emise skleníkových plynů. K tomu však potřebuje vyřešit jeden problém: jak energii efektivně uchovávat a používat.

Celosvětová poptávka po elektřině by měla v letošním roce růst nejrychleji za téměř dvacet let, a to především v Asii. V Evropě za tím stojí rostoucí zájem o klimatizace a to především v jižních zemích kvůli dlouhým vlnám veder, ale také čím dál tím častějšímu využívání nových technologií závislých na elektřině, jako jsou elektromobily nebo umělá inteligence.

Letošní zpráva nezávislého think thanku Ember předpokládá, že se opět zvýší podíl energie vyrobené z obnovitelných zdrojů a naopak sníží výroba elektřiny z fosilních paliv. Ta se na globální výrobě elektřiny poprvé od roku 2000, kdy Ember začal tyto údaje sledovat, bude podílet méně než šedesáti procenty. 

Ačkoli jsou obnovitelné zdroje nyní hlavní zásobárnou energie v Evropě, značnou nevýhodou zůstává jejich nestabilita závislá na proměnách počasí. Vědci a vědkyně proto potřebují najít způsob, jak energii dlouhodobě uchovávat jednak krátkodobě mezi dnem a nocí a také dlouhodobě mezi létem a zimou.

„Největší problém máme v sezonní nevyváženosti. Během léta dokážeme vyrábět obrovské množství energie a ve své podstatě i platit za to, že ji někdo spotřebuje. Naopak v zimě ale máme energie nedostatek a její cena roste. V ideálním světě bychom tedy potřebovali ukládat energii z léta na zimu, což je zatím vzhledem k ceně za uchovávání nereálné,” vysvětluje Milan Vítek z neziskové organizace Fakta o klimatu. 

Tento problém by mohlo vyřešit pět nejvíce diskutovaných, přitom veřejnosti ne až tak známých technologií, které pravděpodobně sehrají klíčovou roli při transformaci energetiky.

Agregace flexibility – centrální energetický mozek lidstva 

Centrálně řídí více spotřebičů a malých zdrojů energie tak, aby bylo možné vyrovnat poptávku a nabídku v distribuční síti. To se hodí pro krátkodobé uchovávání energie, když je potřeba snížit zátěž ve špičce nebo reagovat na kolísání obnovitelných zdrojů. Na trhu existuje například domácí baterie Powerwall od americké společnosti Tesla. 

Pomáhá vyrovnávat výkyvy v dodávkách obnovitelné energie, a může tak snížit náklady na energii. Celkově pak potenciálně nabízí efektivnější využívání zdrojů energie. Na druhou stranu vyžaduje pokročilé technologie a software pro řízení a analýzu dat, čímž se vystavuje riziku kybernetických útoků. 

„Agregace flexibility pomáhá stabilizovat dodávky energie obecně, nejen obnovitelné, pomáhá k tomu, že nemusíte zapínat plynové elektrárny na každý malý výkyv, a tudíž částečně řeší problém krátkodobého ukládání,“ popisuje Vítek.

Akumulace tepla – strč teplo do písku

Funguje na jednoduchém principu zachycování a uchovávání tepla, které se může použít později. K tomu se používají různé materiály, jako je voda, písek nebo speciální soli. Tato technologie se už dnes běžně používá v centrálních systémech zásobování teplem. 

S ukládáním přebytečné energie z obnovitelných zdrojů v současnosti experimentují například Finové v rámci projektu Sand Battery. Teplo uložené do písku se využívá k vytápění budov. Německý projekt Dresden Lava zase zkoumá, jak využít vulkanické kameny pro ukládání přebytečné energie obnovitelných zdrojů v průmyslu. 

Akumulace tepla je již poměrně osvědčená technologie, díky níž může být teplo uchováváno po delší dobu. Nevýhodou je, že kapacita akumulace může být omezena velikostí a typem použitého média. Navíc čím delší skladování, tím roste pravděpodobnost ztrát. 

„Velkou část energie stejně spotřebováváme ve formě tepla,“ konstatuje Vítek z Fakta o klimatu.

Kogenerace energie (KVET) – ani joule nazmar 

Kombinovaná výroba tepla a elektrické energie neboli KVET spaluje palivo jako zemní plyn nebo biomasu k výrobě elektřiny. Vzniklé teplo se ale neztratí – naopak se využije dál pro vytápění nebo jako technologická pára. Tím se dosahuje celkové účinnosti přeměny energie až devadesát procent. Pro srovnání – uhelné elektrárny mají účinnost přeměny energie zhruba poloviční.

Výroba tepla je největším žroutem energie. KVET se běžně používá v energeticky náročném průmyslu, jako je papírenství nebo potravinářství. Dánsko je průkopníkem v kogeneraci, díky níž zásobuje své městské teplárenské sítě.

Vadou na kráse této technologie jsou vysoké počáteční investice a potenciální komplikace s regulacemi.

Převod do vodíku – jednička všech prvků

Zásadní technologie pro dlouhodobé ukládání energie. Nejčastěji se využívá elektrolýzy vody, kde se elektrická energie mění na chemickou energii ve formě vodíku. Spadá tím pod vědecký směr power-to-X (P2X), který se zabývá přeměnou energie z obnovitelných zdrojů na různé formy paliv a chemikálií.

Vodík má všestranné použití od palivových článků pro elektromobily (používá je například Toyota Mirai) přes vytápění, průmyslové procesy až po chemický průmysl (výroba amoniaku). Podle stupně udržitelnosti se získaný prvek dělí na zelený, modrý nebo šedý vodík.

Vodíkové stanice v Česku pravděpodobně nebudou, tudíž to bude asi slepá cesta.

Hlavní výhodou vodíku je, že tento základní prvek dokáže uchovávat energii po dlouhou dobu. Ačkoli se daná technologie rychle vyvíjí, zůstává zatím výroba zeleného vodíku drahá a jeho distribuce a skladování by vyžadovala výstavbu nové infrastruktury. 

Vodíkové stanice v Česku pravděpodobně nebudou, tudíž to bude asi slepá cesta. Ale naopak v dopravě nebo průmyslu je to nutná cesta, která nemá alternativu. 

Baterie (lithium a sodík) – až do posledního atomu

Poslední slibná technologie ukládá energii během chemických reakcí. Když je přebytečná energie dostupná, chemické látky ji do sebe absorbují. Například když se vodík váže na kovové sloučeniny, je při tom pohlcováno teplo.

Primární předností je možnost uchovávat velké množství energie na malém prostoru a zároveň její minimální ztráta během skladování. To vyvažují vysoké nároky na speciální materiály a technologie, a tím pádem nákladný vývoj a implementace. Technologie je zatím ve fázi výzkumu a pilotních projektů.

Agregace flexibility a akumulace tepla tedy představují efektivní využívání obnovitelných zdrojů energie. Kogenerace energie zase zlepšuje energetickou účinnost a snižuje náklady. Převod do vodíku otevírá nové možnosti pro skladování energie a ekologickou dopravu. A nakonec termochemické skladování může nabídnout další možnosti pro dlouhodobé a efektivní skladování energie.

Tyto technologie mají potenciál změnit budoucnost lidstva, ale žádná z nich podle expertů není samospásným zázrakem sama o sobě. Budoucnost energetiky bude pravděpodobně závislá na kombinaci několika z nich. A to nepůjde bez velkých investic do vědeckého výzkumu, vývoje a přizpůsobení infrastruktury.