Je Slovensko blízko limitu ďalšieho zníženia emisií CO2 spojených so spotrebou fosílnych palív?

Vo februárovom článku Vývoj CO₂ a spotreba fosílnych palív v SR bol analyzovaný vývoj a štruktúra spotreby palív s ohľadom na doterajší vývoj emisií CO₂ a ich budúci vývoj. Bolo spomenuté, že k dosiahnutiu cieľov stanovených v Parížskom dohovore z Decembra 2015 je potrebné podstatne znížiť, až eliminovať spotrebu fosílnych palív.

Spotreba fosílnych palív v SR je spojená okrem výroby elektrina a tepla aj s aktivitami ich uplatnenia v priemyslu, predovšetkým pri výrobe ocele, v chemickom priemysle a rafinérii a v neposlednom rade pri distribúcii a tranzitu zemného plynu.

Mnoho už aplikované opatrenia v týchto podnikoch viedli k zníženiu energetickej náročnosti a ďalšie podstatné znižovanie spotreby palív je možné iba znížením výrobnej aktivity spojenej s negatívnym dopadom na HDP slovenskej ekonomiky. Výroba elektriny je celosvetovo v centre pozornosti z hľadiska tvorby CO₂, ale v konkrétnych podmienkach SR nie je tým najkritickejším bodom z hľadiska vysokého podielu nefosílnych zdrojov na jej výrobe.

Merná tvorba CO₂ na vyrobenú MWh bola v roku 2013 na úrovni 0.17 t/MWh, zatiaľ čo EÚ priemer, využívaný v rámci metodiky EÚ pre stanovenie emisných povoleniek, je udávaný na úrovni 0.417 kt/MWh. Nízka hodnota mernej tvorby CO₂ na vyrobenú MWh vyplýva z nízkeho podielu tepelných elektrární a výhrevní na výrobe elektriny.

Pokles spotreby hnedého uhlia a čierneho uhlia a nárast spotreby zemného plynu vyplýva zo zmeny štruktúry spotreby palív pre energetické zdroje. Väčšina opatrení v súlade s politikou MŽP SR a MH SR z hľadiska objemu zníženia tvorby emisií bola zameraná na energetické zdroje a to ako v oblasti verejnej energetiky, tak aj u podnikových teplární a výhrevní.

Ako je možné ďalej znížiť spotrebu fosílnych palív?

Konzervatívny prístup pri spracovaní projekcií, uvedených v slovenskom „Biennial report“ (Second Biennial Report of the Slovak Republic, v PDF na stiahnutie TU – pozn. red.), nerátal so zásadnou zmenou technológie, t.j. s uvedením technológií, ktoré by už dnes neboli bežne komerčne využívané. Išlo o opatrenia na strane spotreby energie, ako aj vyššie spomenuté OZE. Výnimku tvoril scenár s ďalšími opatreniami – WAM, v ktorých sa uvažovalo aj s technikou CCS, to je záchytom a ukladaním CO₂.

Podstatné zníženie spotreby fosílnych palív je v uplatnení nefosílnych zdrojov energie, predstavovaných jadrovou energiou a OZE.

Pri pretrvávajúcej averzii k jadrovej energetike sa čoraz viac pretláčajú ako alternatíva obnoviteľné zdroje energie (OZE). Uplatnenie OZE v SR je plne zaradené do spomenutých scenárov. Biomasa má svoje výhody, ale aj limity. Jedným z nich sú aj národné emisné stropy pre tuhé častice PM_2.5. Biomasa spaľovaná v rámci malých zdrojov v domácnostiach je v rámci Slovenska ich najväčším producentom.

Veterné a solárne elektrárne sú v rámci EÚ podporované, čo však spôsobilo aj problémy pre prenose elektriny, napríklad v Nemecku. Nevýhodou týchto zdrojov je premenlivosť ich výkonu, ktorý neodpovedá krivke zaťažení elektrizačnej sústavy a vyžaduje nasadenie špičkových zdrojov elektriny s nižšími parametrami účinnosti.

V 70-tych a 80-tych rokoch minulého storočia v súvislosti s ropnými krízami vznikla koncepcia vodíkovej energetiky. Tá v sebe zahrňuje výrobu vodíka z nefosílnych zdrojov, t.j. z jadra a OZE, jeho skladovanie a opätovné využitie nielen pre dodávku elektrickej energie a tepla. Taktiež v rámci dopravy a technologických výrob, ako je výroba NH₃, priama redukcia železnej rudy a chemickými reakciami s CO resp. CO₂ na výrobu metanolu a náhradu iných petrochemických výrobkov.

Táto koncepcia však postupne a cez drobné realizácie doteraz nebola v plnej šírke realizovaná, nakoľko sa zakladala na ekonomickej konkurencieschopnosti týchto nových technológii oproti klasickým.

V tej dobe ešte otázka CO₂ nebola takým hnacím motorom pre implementáciu týchto technológií. V poslednej dobe sa vodíková energetika, respektíve niektoré články jej systému, opäť dostávajú do pozornosti. Nie iba z hľadiska koncepcií a výskumu, ale priamo komerčného využitia, o čom svedčí množstvo odkazov v internetovom vyhľadávači.

V tejto stati však nechceme rozoberať celú problematiku tohto systému, ale poskytnúť niekoľko odporúčaní, ako elementy tohto systému využiť pre ďalšie zníženie spotreby fosílnych palív.

Platí to v prípade, že sa závery konferencie o zmene klímy naozaj aplikujú do konkrétnych záväzkov ďalšieho zníženia emisií skleníkových plynov.

Nasledovné odporúčania sú pre výskumné organizácie a profesijné združenia, zamerané na uplatnenie OZE a predstavujú menšie projekty pre štart týchto procesov a aj ako námet na aplikácie technológii v rámci pomoci krajinám tretieho sveta, v ktorých práve fotovoltika môže predstavovať – vzhľadom k prírodným podmienkam – jeden z carbon free procesov výroby energie.

Tri odporúčania:

1. Prvou aplikáciou by mohli byť malé projekty systému elektrolýzy a palivového článku v priamej väzbe na solárne a/alebo veterné elektrárne. U malých výrobcov by priamo bola zaistená akumuláciou energie vo forme vodíka pri jeho skladovaní v plynnej a/alebo kryoegenej forme alebo hydridov. Článok s polymérnym elektrolytom, ktorý môže pracovať ako elektrolyzer a palivový článok predstavuje jednu z možných aplikácii.

2. Systém elektrolýza – skladovanie H₂ – palivový článok by mohol hrať svoju úlohu aj v rámci národnej elektrizačnej sústavy a to pri celkovom zvýšení podielu nefosílnych zdrojov, čo by prinieslo zvýšené nároky na reguláciu siete.

Foto: Bloom Energy Japan Limited

3. Zaujímavý a dnes aj komerčne využívaný element tohto systému sú palivové články s tuhým elektrolytom SOFC (Solid oxide fuel cells), v ktorých palivom môže byť nielen energeticky náročný vodík, ale plynná zmes CO₂ + H2 z konverzie zemného plynu alebo splyňovania uhlia alebo biomasy. Článok pracuje pri vysokej teplote nad 700 ^oC a odpadové teplo je využiteľné nielen pre dodávku tepla do CZT, ale aj na príklad pre technologické využite.

Kogeneračné jednotky pracujúce s plynmi zo splynovania biomasy majú problémy spojené s tým, že generovaný plyn má množstvo nečistôt a musia sa likvidovať organické úlety dodatočným spaľovaním s použitím zemného plynu. Pokiaľ by bol po splyňovaní namiesto motoru použitý SOF, mnohé problémy by odpadli, účinnosť výroby elektriny by bola vyššia.

Pri použití SOFC plyn oxidovaný v anódovom priestore predstavuje na výstupe koncentrovanú zmes vody a CO₂ To je výhodné v kombinácii s procesmi CCS (Carbon capture and storage), t.j. záchytu CO₂ a následného skladovania CO₂.

Čím je CO₂ koncentrovanejší, tým je tento spôsob efektívnejší a menej energeticky náročný. Navyše je tu možnosť recyklácie nezoxidovaného paliva t.j. CO po prípade uhľovodíkov.

Autor: Jiří Balajka

© PROPERTY & ENVIRONMENT s. r. o. Autorské práva sú vyhradené a vykonáva ich vydavateľ.