Jak zlořečený CO2 bojuje s oteplováním

Od objevu elektřiny badatelé hledali účinné způsoby, jak tuto energii uložit pro použití na vyžádání. Což umožnil vynález baterie, se kterou se dnes setkáváme na každém kroku.

A to v nejrůznějších velikostech a při nejrůznějším účelu jejího použití, přičemž se však v praxi nejčastěji setkáme s lithium-iontovým akumulátorem. Ten díky své dlouhé životnosti a vysoké kapacitě má dnes velmi široké použití, od drobné spotřební elektroniky až po pohon elektromobilů. Baterie nám však umožňují i ukládání a následnou vlastní spotřebu energie z obnovitelných zdrojů. I u nás tak s rychle rostoucím zájmem o fotovoltaické panely narostla poptávka po bateriích, do kterých lze doma vyrobenou elektřinu uložit.

Podle některých expertů se ale více než nákup domácích baterií má vyplatit investovat do velkých bateriových úložišť, která se dají sdílet komunitně. Náklady na stavbu těchto bateriových úložišť mají být investičně výhodnější oproti tomu, co by se muselo investovat do ekvivalentního množství baterií v domácnostech. Navíc s velkým bateriovým úložištěm se domácnosti mají oprostit od starostí spojených s jejich údržbou, nebo povinnými revizemi a následnou likvidací, když se o vše stará (za úplatu) provozovatel. S touto nabídkou na náš trh hodlá v dohledné době proniknout řada zahraničních společností, nabízejících bateriová úložiště nejen pro velké administrativní budovy, ale i průmyslové podniky.

Na potřebu akumulovat elektrickou energii reagovali i stoupenci elektromobility, přezdívaní u nás „baterkáři“. Jejich energetické úložiště je uspořádáno z opotřebovaných bateriových modulů, které sloužily v elektromobilech. Toto takzvané sekundární využití baterií je vydáváno za „nejúčinnější formu jejich recyklace“, kdy je efektivně využita zbytková kapacita baterie, a tím je prodloužen její životní cyklus, přičemž pro účely energetických úložišť lze údajně využívat i opotřebené baterie se state-of-health (tzv. kondicí baterie) pod 70 procent. Ale nic netrvá věčně, ani láska k jedné slečně. A co má po tomto „sekundárním využití“ hromadících se baterií následovat, o tom už se nemluví.

Nicméně pro uchování elektřiny vyrobené fotovoltaickými panely na střeše rodinného domu zatím nevymyslel nikdo lepší řešení, než jaké představuje vhodná, k tomuto účelu sériově vyráběná baterie. Ovšem ve velkém měřítku se nezdají být baterie pro ukládání elektřiny až tak úplně ideálním řešením. Ač se to zdá být neuvěřitelné, za slibnou technologii dnes nejsou označována velká bateriová úložiště, ale úplně jiné systémy, jako třeba skladování vzduchu, nazývané Compressed Air Energy Storage (CAES).

Nosnou myšlenkou je zde využití přebytečné elektřiny z fotovoltaických a větr­ných elektráren k výrobě stlačeného vzduchu za pomoci kompresorů a poté jeho ukládání, aby mohl být později použit pro výrobu elektřiny. Výhodou CAES je to, že umožňuje ukládat energii v obrovském měřítku, což je překážka pro elektrochemické bateriové technologie. Stlačeného vzduchu k ukládání energie se v současnosti využívá až pro trojciferné megawattové instalace, tedy na skladování energie v měřítku srovnatelném s konvenčními přečerpávacími vodními elektrárnami. Především má však konvenční CAES relativně nízkou cenu ve srovnání se všemi druhy baterií, jak o tom širší veřejnost informovali odborníci z Oregonské státní univerzity ve Spojených státech.

První patent na skladování stlačeného vzduchu v uměle vybudovaných dutinách v hlubokém podzemí, jako prostředek k ukládání elektrické energie, byl vydán v USA roku 1948. První elektrárna CAES na světě o výkonu 290 MW byla postavena v německém Huntorfu už v polovině 70. let 20. století a byla primárně zaměřena na skladování elektrické energie vyrobené v méně flexibilních uhelných a jaderných elektrárnách během období nízké poptávky a na zpětné napájení sítě v období vysoké spotřeby. Dalšími motivy pro stavbu této elektrárny byla kapacita studeného startu a její schopnost regulovat frekvenci sítě.

V roce 1991 byla pak do provozu uvedena elektrárna CAES u města McIntosh v Alabamě ve Spojených státech, která původně poskytovala výkon 110 MW, ale v roce 1998 byly přidány dva další generátory a její celková kapacita tak činí 226 MW. Zájem o takovéto elektrárny na nějaký čas v důsledku sloučení menších sítí usínal, avšak přechod od fosilních paliv k obnovitelným zdrojům ho opět probudil. Je stimulován rostoucí poptávkou po rezervách v elektrické síti, aby se vyrovnaly odchylky mezi uvažovanou a skutečnou výrobou energie z obnovitelných zdrojů. Přičemž rostoucí poptávka po flexibilitě pozornost energetiků zaměřuje na CAES elektrárny kvůli jejich analogiím s přečerpávacími vodními elektrárnami.

Ovšem tato koncepce skladování elektrické energie se ubírala ještě dalším směrem, neboť rozvoj lokálních obnovitelných zdrojů energie si rovněž vyžadoval možnost akumulovat zde vyráběnou elektrickou energii. Tedy se hledal princip pro menší řešení, kdy k tomu nebudou třeba solné jeskyně či jiné velké dutiny v podzemí, přičemž se uvažovalo využití i jiných plynů. A světe div se, do zorného pole badatelů se vetřel i plyn s větší hustotou než má vzduch, považovaný aktivisty za největšího škůdce naší planety, kvůli němuž se Evropská unie hodlá zbavit všech fosilních paliv, totiž zlořečený kysličník uhličitý (C02). Ten je ve své podstatě netoxický, nehořlavý a bezpečně se s ním manipuluje. Je už také známo, že je díky svým termodynamickým vlastnostem vhodný pro přenos tepla při tlaku nad 150 barů v procesní smyčce komprese a expanze. Proto také od dubna 2023 bude C02 v Dánsku využívat první meziodvětvový systém tepelných čerpadel ETES k dodávání tepelné energie v průmyslovém měřítku.

Tedy díky C02 lze na nejrůznějších lokalitách ukládat elektřinu, kterou vyprodukují místní obnovitelné zdroje, když slunce svítí nebo vítr fouká. Jedná se tu o princip zkapalňování a opětovného vypařování plynu, který se do úspěšného konce podařilo dotáhnout italskému startupu Energy Dome se sídlem v Miláně. A jejich technologie C02 BATTERY, využívající kysličník uhličitý, tak umožňuje solárním parkům nákladově efektivní skladování velkého množství zelené energie. Kysličník uhličitý, jako jeden z mála plynů, který lze kondenzovat a skladovat jako kapalinu pod tlakem při teplotě okolí, se zde využívá v uzavřeném termodynamickém procesu při skladování energie s vysokou hustotou bez extrémně nízkých (kryogenních) teplot. Na podobném principu zkapalňování a opětovného vypařování plynu, označovaném zkratkou LAES (Liquid Air Energy Storage), se pro skladování elektrické energie začal využívat i zkapalněný vzduch. Jenže ten je třeba uchovávat za velmi nízkých teplot, konkrétně při –196 stupních Celsia.

Holdingová společnost českého podnikatele Zdeňka Sobotky, dosud působící především v Jižní Americe, hodlá postavit stovky solárních megawattů v Rumunsku a v Řecku, nově na Kypru, ale také v Maďarsku a Španělsku, přičemž již pracuje na nových projektech pro Českou republiku a Slovensko. Zdeněk Sobotka, jehož holding Solek by měl v Evropě do roku 2025 postavit solární parky o kapacitě  500 MW, k tomu říká: „Já myslím, že kolem roku 2025 dojde v energetice k zásadní změně a nastane tvrdá decentralizace. Už to nebude tak, že velké elektrárny zásobují celé oblasti. Bude to na tisících, statisících menších elektráren propojených přes internet, které budou výkon mezi sebou balancovat.“

K čemuž pak dodává, že levná elektřina, vyráběná za příznivých podmínek, se dá uložit, neboť „dnes vznikají kromě baterií nové systémy, třeba takzvaný CO2 Energy Dome“. A že to myslí s novou technologií vážně, dokládá i jeho následný výrok: „První CO2 Energy Dome je dnes v podobě pilotního projektu na Sardinii, my bychom toto zařízení chtěli implementovat na Kypru i v Chile. Tam takové úložiště už jedna společnost, nikoliv naše, připravuje. Jsem si jist, že tyto technologie přijdou.“

Jinak řečeno, skladování energie z obnovitelných zdrojů pomocí nových technologií nám ukazuje, že zlořečeného C02 lze využívat k nápravě toho, co podle klimatologů v atmosféře způsobuje. Tedy že v našem područí i on může, jak se dnes říká, bojovat s oteplováním.