Keď sa vodík používa ako palivo, neprodukuje žiadny CO2, ale iba vodnú paru. Slúži ako mimoriadne všestranný nosič energie, dokáže poskytovať teplo a energiu pre priemyselné procesy a zároveň stabilizovať siete obnoviteľnej energie uskladňovaním prebytočnej elektriny. Svoj strategický význam má hlavne z pohľadu dekarbonizácie odvetví akými sú výroba ocele, cementu, diaľková doprava a letectvo čo z neho robí mimoriadne silný nástroj v celosvetovom boji proti zmene klímy. Častým omylom však je predstava, že vodík je sám o sebe „čistý“. Environmentálny dopad vodíka však závisí výlučne od spôsobu jeho výroby. V súčasnosti pochádza väčšina vodíka vyrobeného na celom svete z fosílnych palív, a preto sa zaraďuje medzi významné zdroje emisií CO2. Spôsobov ako vyrobiť vodík je však viacero, a preto na uľahčenie identifikácie výrobnej metódy bol zavedený klasifikačný systém nazývaný vodíková dúha. Takýto jednoduchý, vizuálny a funkčný klasifikačný systém poskytuje rýchly prehľad o environmentálnej udržateľnosti jednotlivých spôsobov výroby, čím umožňuje v prvom priblížení relatívne jednoducho posúdiť jeho ekologickú stopu.
Hnedý a čierny vodík sa vyrábajú priamo z uhlia, pričom ich farebné rozlíšenie sa vzťahuje na konkrétny typ použitého uhlia. Čierny vodík sa vyrába z čierneho (bituminózneho) uhlia, zatiaľ čo hnedý vodík pochádza z lignitu, označovaného ako hnedé uhlie. Oba varianty sa vyrábajú procesom splyňovania. V tomto procese uhlie reaguje pri vysokých teplotách s vodnou parou a kyslíkom, čím vzniká syntézny plyn, z ktorého sa následne extrahuje vodík. V priebehu výroby sa generujú významné množstvá CO2 a oxidu uhoľnatého ako vedľajších produktov. Pokiaľ ide o environmentálny dopad, hnedý a čierny vodík sú vnímané ako opak zeleného vodíka, a preto predstavujú environmentálne najmenej priaznivú voľbu s produkciou 19 ton emisií CO2 na každú tonu vyrobeného vodíka. Spomedzi všetkých posudzovaných výrobných procesov prispievajú čierny a hnedý vodík v najväčšej miere ku globálnemu otepľovaniu, acidifikácii a vyčerpávaniu prírodných zdrojov.
Zelený vodík je všeobecne považovaný za bezemisný zdroj energie vyrábaný použitím elektriny získanej z obnoviteľných zdrojov energie. Hlavnou metódou výroby zeleného vodíka je elektrolýza vody. Pri tomto procese elektrolyzér rozkladá molekuly vody na ich základné prvky: vodík a kyslík. Obnoviteľné zdroje energie, ktoré poháňajú elektrolýzu využívajú veternú, solárnu a vodnú energiu. Počas samotnej výroby zelený vodík nevytvára žiadne priame emisie CO2. Aj napriek nulovým priamym emisiám, do úvahy však treba zobrať fakt, že nepriame emisie CO2 vznikajú pri výrobe samotných zariadení, akými sú spomínané elektrolyzéry, veterné turbíny a solárne panely, ako aj v rámci ich dodávateľských reťazcov. Celková uhlíková stopa zeleného vodíka sa takýmto spôsobom môže vyšplhať až na 1 tonu CO2 na tonu vyrobeného vodíka. V súčasnosti sa výroba zeleného vodíka pomocou veternej energie považuje za o niečo čistejšiu než pri využívaní solárnej energie, čo je spôsobené hlavne vyššími energetickými nárokmi pri výrobe solárnych zariadení.
Sivý vodík je v súčasnosti najbežnejšou formou vodíka na svete a predstavuje viac ako 95% svetovej spotreby vodíka a približne 48% celosvetovej produkcie. Vyrába sa z fosílnych palív, predovšetkým zo zemného plynu, prostredníctvom procesu nazývaného parná reformácia metánu. Kľúčové je, že táto metóda sa využíva bez akejkoľvek technológie na zachytávanie uhlíka. V dôsledku toho tento process, podobne ako pri čiernom a hnedom vodíku, uvoľňuje do atmosféry 9 až 12 ton CO2 na tonu vyrobeného vodíka. Z ekonomického pohľadu však sivý vodík naďalej zostáva najlacnejšou alternatívou výroby vďaka vybudovanej infraštruktúre a dostupnosti zemného plynu.
Modrý vodík je z pohľadu vstupných zdrojov a použitých technológií obdobou čierneho, hnedého a sivého vodíka, avšak zahrňuje dodatočnú technológiu pri ktorej sa až 90% emisií CO2 zachytáva a ukladá hlboko v podzemí alebo sa ďalej využíva v rôznych priemyselných procesoch. Tento typ vodíka sa preto považuje za prechodné riešenie preklenujúce medzeru medzi fosílnou a plne obnoviteľnou výrobou vodíka. V porovnaní s čiernym, hnedým a sivým vodíkom je uhlíková stopa výrazne nižšia, a odhadované emisie sa pohybujú od 1 do 5 ton CO2 na tonu vodíka.
Tyrkysový vodík predstavuje nízkoemisné riešenie a je jednou z novších kategórií v spektre vodíka, ktorá sa z environmentálneho hľadiska nachádza medzi zeleným a modrým vodíkom. Jeho výroba je založená na vysokoteplotnej pyrolýze metánu bez prítomnosti kyslíka, pri ktorej dochádza k premene na vodík a uhlík bez produkcie emisií oxidu uhoľnatého a CO2.
Ružový vodík sa vyrába elektrolýzou vody, pričom energia pre tento proces sa získava z jadrových elektrární. Keďže jadrová energia počas svojej prevádzky nevytvára priame emisie CO2, považuje sa za čistý zdroj energie. Vysoké teploty generované jadrovými reaktormi môžu taktiež produkovať paru, ktorú je možné využiť na zvýšenie efektivity elektrolýzy.
Biely vodík, známy aj ako prírodný vodík, je jedinečný tým, že ide o prirodzene sa vyskytujúci geologický vodík nachádzajúci sa v podzemných ložiskách v zemskej kôre. Jeho enviromentálny dopad súvisí najmä s jeho ťažbou.
Vodík ako univerzálny nosič čistej energie má obrovský potenciál a ponúka cestu k udržateľnej a dekarbonizovanej budúcnosti. Jeho prínos pre životné prostredie však závisí výlučne od spôsobu jeho výroby. Vodíková dúha názorne ilustruje tento rozdiel a vymedzuje spektrum od vysoko znečisťujúcich „špinavých“ odtieňov, ako je hnedá a čierna, až po „čistý“ zelený vodík s takmer nulovými emisiami. K dosiahnutiu ambicióznych globálnych klimatických cieľov je prechod od vodíka vyrábaného z fosílnych palív ku zelenému vodíku vyrábanému z obnoviteľných zdrojov energie nevyhnutný. Táto zásadná energetická transformácia si však vyžaduje neustále technologické inovácie, strategické investície do infraštruktúry a robustnú legislatívu potrebnú na prekonanie súčasných výziev.
[Marián Matejdes] z Ústavu anorganickej chémie SAVTento projekt získal finančné prostriedky z programu Európskej únie Horizont 2020 pre výskum a inovácie v rámci programu SASPRO 2 COFUND Marie Sklodowska-Curie č. 945478. (Podpora sa týka priamo vedeckej činnosti, nesúvisí s publikovaním tohto príspevku)
Zdroj: https://ceepr.mit.edu/wp-content/uploads/2025/01/MIT-CEEPR-WP-2025-02.pdf