Budoucnost zavrženého uhlí - 85 procent až takové účinnosti může dosáhnout palivový článek na uhlí.

Technologie spalování fosilních paliv zdaleka nevyčerpaly své možnosti.

Kdokoli projíždí Německem, nemůže přehlédnout vrtule větrných elektráren, které tam v posledních letech vyrostly leckdy v úctyhodných počtech. Ukazuje se však, že kdybychom srovnatelné prostředky vynaložili na zlepšení technologií tepelných elektráren, získali bychom více elektřiny za nižších emisí oxidu uhličitého než pomocí větru.
Od svého vzniku koncem 19. století prodělaly tepelné elektrárny dlouhý vývoj a velmi výrazně vzrostla jejich účinnost.
Původní jednoduchou parní turbínu nahradila celá kaskáda. Pára pod tlakem proudí skrze jednu turbínu do další, která je optimalizována pro fungování pod nižším tlakem. Teplou vodu, která již neroztočí nic, lze použít k vytápění.
Zvýšení účinnosti přinesla i plynová turbína, kterou pohání přímo proud spalin, takže odpadá mezičlánek s ohřevem vody na tlakovou páru. Uhlí lze rovněž přeměnit nejprve na hořlavý plyn, který se mísí s kyslíkem lépe než pevná látka, takže vlastní spalování je efektivnější.
Propojení různých technologií využití uhlí ještě zlepší. Nejlepších výsledků zatím dosahuje dosud nepříliš rozšířená IGCC technologie (viz Čistá energie z uhlí), kterou využívá například floridská elektrárna Polk.

Problémový oxid uhličitý
Zásadní problém spalování fosilních paliv představuje oxid uhličitý, který při spalování vzniká. Nové turbíny s vyšší účinností emisím nezabrání. Řešením celého problému může být zachycování oxidu uhličitého z kouřových plynů dříve, než unikne do vzduchu (technologie CCS).
Takové zařízení by se mělo stát součástí každé elektrárny v Evropské unii do roku 2020. K vypírání kouřových plynů se používá vesměs organických sloučenin, které obsahují aminoskupiny - NH₂.
Nejrozšířenější absorpční kapalinou je vodný roztok monoethanolaminu. Lze ho užít opakovaně, protože oxid uhličitý z něj lze snadno uvolnit zahříváním. Účinnost spalování tím ale o jedenáct procent poklesne.
Vzhledem k velikostem tepelných elektráren představuje i zlepšení třeba o jediné procento významný přínos. Společnost Siemens staví v tepelné elektrárně ve Staudingeru poblíž Frankfurtu 25 metrů vysokou vypírací věž, v níž oxid uhličitý ze zplodin hoření odstraňují soli aminokyselin. Nový proces sníží účinnost jen o 9,2 procenta.

Kam s ním?
Když ale pomocí nákladného procesu odstraníme z kouřových plynů 80 až 90 procent oxidu uhličitého, co s ním budeme dělat potom?
Užívá se v chemickém, potravinářském a farmaceutickém průmyslu, pro tvorbu ochranné atmosféry při svařování, jako chladicí medium, ale třeba i při těžbě ropy a zemního plynu pro jejich vytlačování z vrtů. Množství z tepelných elektráren však spotřebovat neumíme.
Jde o plyn, takže ho nelze jen tak někam vysypat. Uvažovalo se o rozpouštění v moři. V roce 2002 skutečně proběhly první pokusy, kdy během léta zmizelo v hlubinách Norského moře 5,4 tuny kapalného CO₂. Lokální zvýšení kyselosti způsobené jeho reakcí s vodou však představuje velké nebezpečí pro mořské organismy.
Jako vhodnější způsob se ukazuje ukládání oxidu uhličitého v geologických strukturách. Stěžejní otázkou je jejich těsnost, aby plyn jen nepatrně těžší než vzduch neměl kudy uniknout do atmosféry.
Zvláště vhodná se jeví vytěžená ložiska ropy a zemního plynu. Pro jejich naplnění oxidem uhličitým by se dala s malými úpravami využít existující těžební infrastruktura. Navíc jde o velmi dobře geologicky zmapované oblasti. Oxid uhličitý by se vrátil tam, odkud vzešel.
Zatím jde spíše o nadějnou než rozšířenou technologii. Její možnosti se dosud testují hlavně při odlučování oxidu uhličitého při těžbě zemního plynu s vysokým obsahem této látky, například v Severním moři na ložisku zemního plynu Sleipner, v Barentsově moři na ložisku Snohvit a v alžírském ložisku Salah.
Náklady rozhodně nebudou malé - mohou zvednout cenu elektřiny až na dvojnásobek. Levné však nejsou ani obnovitelné zdroje.
První zkušební třicetimegawattový blok s CCS technologií by měl být v těchto dnech spuštěn švédskou společnosti Vattenfall v průmyslovém areálu Schwarze Pumpe poblíž německo-polské hranice. Celé zařízení přišlo na 70 milionů eur.
Potrubí odvede denně 240 tun vznikajícího oxidu uhličitého do 350 kilometrů vzdáleného vytěženého ložiska zemního plynu.

Obří baterie
Existuje i jiná možnost, jak využít energii skrytou v uhlí, než ho spálit a vyrobit teplo pro pohon turbín. Palivový článek vyrábí elektřinu rovnou bez hoření. Je to vlastně jakási baterie, v níž proud vzniká chemickou reakcí. Palivo se do něj přivádí neustále, takže se nemůže vybít.
V jeho nitru probíhá jakési kontrolované hoření. Žádné plameny uvnitř neuvidíme, reakce probíhá nenápadně na rozhraní elektrod s roztokem nebo taveninou. Energie se neuvolňuje ve formě tepla jako při normálním hoření, ale jako elektřina.
Palivový článek vyrábí elektřinu z paliva jaksi přímo, bez hořáků, kotlů a turbín, takže může dosáhnout účinnosti až 85 procent.
Může v něm reagovat řada různých látek, například vodík, methanol, různé druhy nafty a benzinu, zemní plyn, svítiplyn, syntézní plyn, bioplyn, plyn uvolňující se ze skládek. Kyslík lze brát ze vzduchu.
V laboratorních podmínkách už proběhlo testování palivového článku, který spaluje přímo uhlí. Nejprve se rozemele na prach o velikosti do jednoho mikrometru, za teploty 750 až 850 stupňů Celsia se smísí s roztaveným uhličitanem lithným, sodným nebo draselným. Pak již vše probíhá standardním způsobem. Vzdušný kyslík reaguje s uhlíkem na oxid uhličitý a energie se uvolňuje ve formě elektřiny.
Tady se nabízí otázka, proč místo elektráren nebudujeme gigantické palivové články. Zatím to neumíme v takových rozměrech, abychom nahradili současná zařízení.
Palivové články jako by zůstaly ve stínu technologií využívajících obnovitelné zdroje, které v posledních deseti letech zaznamenaly velký skok vpřed. Možná by se vyplatilo vynaložit více prostředků na nové technologie využívající neobnovitelné zdroje, protože uhlí hned tak nedojde. Navíc v prakticky stejných palivových článcích můžeme využívat hořlavé materiály nejrůznějšího, tedy i biologického původu.

Ondřej Dvořák
spolupracovník redakce

Obrázek: Čistá energie z uhlí

Autor: Ondřej Dvořák

Zdroj: EKONOM