Možnosti náhrady ruského plynu

Probíhající válka na Ukrajině nás staví před otázku, jakým způsobem se budou vyvíjet dodávky ruského zemního plynu do Evropy. Skutečností je, že jeho nákupem pomáháme financovat zločinecký režim Vladimira Putina, který vede Českou republiku na oficiálním seznamu nepřátel. Z etického hlediska je tak jediným správným řešením okamžité přerušení nákupu této komodity z Ruska.

Problémem je, že v tuto chvíli je Česká republika, potažmo celá EU na ruském plynu do značné míry závislá. Podíl Ruska na evropském importu byl ještě v první polovině loňského roku téměř 47 %. Ruský státní podnik Gazprom je tak stále zdaleka největším dovozcem této suroviny do EU.

Struktura dovozu zemního plynu do zemí Evropské unie. Zdroj: Eurostat

Je dobré si připomenout, že <nedávný prudký růst cen energií byl v Evropě do značné míry vyvolán právě politikou ruského Gazpromu. Přestože dodržel své dlouhodobé smluvní závazky, omezil krátkodobé prodeje a nedoplnil vlastní skladové zásoby na evropském území na úroveň z předchozích let. Vzhledem k tlaku na růst cen se mu tak ve finále podařilo výrazně zvýšit svoje zisky. Majoritní balík akcii Gazpromu vlastní ruská vláda. Tyto zisky tak pomáhají financovat probíhající válečnou kampaň. Pro představu, evropské platby za ruskou ropu a zemní plyn dohromady odpovídají částce, za kterou by se každý den daly pořídit řádově desítky nových tanků.

Porovnání naplněnosti zásobníků na zemní plyn, ovládaných Gazpromem, které se nacházejí na evropském území. Zdroj: Reuters

Pokud se tedy nechceme na ruském válečném úsilí podílet, je nutné přestat od Rusů nakupovat. Jak se ale bez ruského plynu obejít? Už v roce 2014, po vypuknutí první krize na Ukrajině, si nechaly evropské orgány vypracovat analýzu odolnosti vůči výpadku dodávek zemního plynu z Ruska. Tento zátěžový test uvažoval výpadek trvající 6 měsíců. Na ruském plynu jsme ovšem závislí dlouhodobě.

V horizontu několika nejbližších let bude nezbytné řešit tento výpadek dovozem z jiných zemí. Jedná se především o navýšení dodávek s využitím sítě už existujících plynovodů vedoucích do EU z Norska nebo Alžírska. Vzhledem k omezenému potenciálu tohoto řešení se nevyhneme také navýšení importu zkapalněného zemního plynu, dodávaného po moři.

Výhled pro příští zimu nabízí například tento analytický článek evropského think tanku Bruegel. Podle jeho závěrů je možné popsaným způsobem nahradit ruský plyn, aniž by to pro nás znamenalo devastující ekonomické dopady nebo problémy se zásobováním teplem a elektřinou. V této souvislosti bude samozřejmě nutné i tak přijmout určitá omezující opatření.

Detailní analýzu přímo pro české podmínky zpracovalo Hnutí DUHA. Tato práce obsahuje i přehled konkrétních doporučení pro českou vládu.

Schématické znázornění existující sítě evropských plynovodů a LNG terminálů. Zdroj: Clean Energy Wire (detailní mapa je k dispozici např. na webu ENTSOG)

V každém případě je pokračování importní závislosti na fosilním plynu dlouhodobě neudržitelné, a to nejen s ohledem na energetickou soběstačnost, ale i na environmentální důsledky. Při započtení úniků spojených s těžbou, dopravou a zpracováním zemního plynu totiž jeho emise vychází velmi podobně, ne-li hůře jako při spalování uhlí. Na vině je metan, který je z hlediska skleníkového efektu násobně potentnější, než oxid uhličitý. A zemní plyn je ze 70-90 % tvořen právě metanem. LNG neboli zkapalněný zemní plyn, který lze do Evropy dovážet po moři, není o mnoho lepší, neboť se často získává problematickou metodou frakování. S ohledem na zajištění energetické bezpečnosti lze předpokládat, že tento faktor ustoupí přechodně do pozadí, současně je to něco, co se nám poté brzy vrátí ve formě dopadů na klima. Detaily řeší například nová zpráva Mezivládního panelu pro klimatickou změnu.

Dlouhodobým řešením je systémový přístup, směřující k postupnému omezení dodávek této komodity. Přitom je nutné dodržet následující hierarchii: v první řadě bychom měli řešit potenciál úspor, resp. energetickou efektivitu. Na druhém místě je využití existujících druhotných zdrojů. Teprve po nich následují domácí obnovitelné zdroje a až nakonec import plynu nebo jeho alternativ ze zahraničí.

Výchozím předpokladem je analýza spotřeby zemního plynu v dotčených sektorech. Když se podíváme na současnou situaci využití zemního plynu jako paliva, tak zjistíme, že je využíván především k vytápění budov, produkci (technologického) tepla a k výrobě elektřiny. V případě firem v tuto chvíli bohužel není statisticky rozlišováno mezi využitím plynu pro vytápění budov a pro jiné, např. výrobní účely. Možnosti jeho náhrady se přitom v obou případech významně liší.

Struktura spotřeby plynu, používaného jako paliva. Zdroj: MPO

Výroba tepla

V oblasti úspor energie k vytápění budov máme značné rezervy. Podle nedávné studie, na které se kromě organizace Šance pro budovy podílelo také pražské ČVUT, je při rychlé a důkladné renovaci rezidenčních budov možné do roku 2030 uspořit téměř jednu pětinu energie potřebné k jejich vytápění. Do roku 2050 lze takto snížit spotřebu tepla na vytápění obytných budov na polovinu. Potenciál nerezidenčních, tedy komerčních a veřejných budov je pouze o málo nižší. Celkově je tímto způsobem možné do konce dekády nahradit cca. jednu třetinu importovaného ruského plynu. Uvedené termíny se mohou zdát jako příliš vzdálené, ale je na místě si uvědomit, že ani plánovaný nový jaderný reaktor v Dukovanech nebude s největší pravděpodobností spuštěn dříve než ve 40. letech.

Plné využití tohoto potenciálu by mohl usnadnit přechod tepláren na alternativní obchodní modely, kdy teplárenské podniky vystupují ne jako prodejci tepla jako komodity, ale coby poskytovatelé tepla jako služby. Koncoví zákazníci pak ve finále platí nikoli za fyzicky dodané teplo, ale za poskytovaný tepelný komfort. Teplárny se v tomto případě aktivně podílejí na snížení spotřeby vytápěných budov, resp. na financování a realizaci úsporných opatření, instalaci obnovitelných či decentralizovaných zdrojů energie a provádění energetického managementu.

Vývoj konečné spotřeby energie v budovách pro jednotlivé scénáře vývoje. Zdroj: Šance pro budovy

Právě zmíněný energetický management patří mezi opatření, které lze zavést velmi rychle. Ať už na úrovni jednotlivých budov, organizací (např. úřadů, nemocnic, nákupních center apod.) nebo celých měst. Tímto krokem lze s nízkými náklady dosáhnout úspor v řádu přibližně 10 %.

Aktuálně prochází celý teplárenský sektor procesem odklonu od uhlí. Do budoucna uvidíme nakolik bude tento vývoj ovlivněn současnými událostmi, nicméně právě zemní plyn byl dosud často uvažován jako jedna z možných náhrad uhlí. Ač může být toto řešení z mnohých důvodů stále lákavé, existuje zde ještě celá řada dosud nevyužitých alternativ. Patří mezi ně například využití odpadního tepla ze stokové sítě, průmyslových nebo výpočetních procesů, případně z nákupních center a zde provozovaných chladírenských technologií.

Podíl paliv na výrobě tepla v rámci teplárenských soustav v roce 2020. Žlutá: zemní plyn (20%), zelená: biomasa (14 %), hnědošedá: bioplyn (3 %), černá: černé uhlí (9 %), hnědá: hnědé uhlí (40 %). Zdroj: ERÚ

Například dodavatel tepla ve Stockholmu nabízí obchodní model Open District Heating, který umožňuje třetím stranám prodej jejich odpadního tepla do systému centrálního vytápění.

Podle studie britského think-tanku Ember, která se zabývá uhelným phaseoutem v České republice, lze využitím odpadního tepla v kombinaci s velkými tepelnými čerpadly nahradit většinu výroby tepla, kterou dnes teplárnám poskytují uhelné zdroje. Tím lze výrazně omezit spotřebu zemního plynu pro tyto účely.

Porovnání výroby tepla podle Vnitrostátního plánu ČR v oblasti energetiky a klimatu a scénáře EMBER v horizontu roku 2030. Zdroj: EMBER

Elektroenergetika a průmysl

Kromě tepláren lze zaznamenat rostoucí spotřebu zemního plynu také v oblasti elektroenergetiky. Prakticky všechny scénáře odklonu od uhlí počítají se zvýšením využitím tohoto zdroje. Argument, že se v uvedeném případě jedná o náhradu jedněch fosilních zdrojů druhými, není zcela na místě. Například podle již zmíněné studie Ember, by se výroba z nových plynových zdrojů podílela na náhradě uhlí z přibližně 18 % v základním scénáři, resp. 14 % ve scénáři, který uvažuje také zapojení bateriových úložišť. Zbylý podíl by měly zajišťovat domácí obnovitelné zdroje. Důvodem, proč tyto scénáře počítají se zvýšeným výkonem v plynových elektrárnách, je především vysoká flexibilita těchto zdrojů. Ta umožňuje pružně reagovat na odběrové špičky, nebo doplňovat intermitentní obnovitelné zdroje ve chvílích, kdy nefouká vítr nebo nesvítí slunce.

V první ze zmíněných rolí může plynové elektrárny doplnit tzv. řízení na straně poptávky (demand side management), resp. agregace flexibility. Zmíněná flexibilita je dostupná všude tam, kde dochází k akumulaci tepla nebo chladu, případně v průmyslových procesech, kde lze odložit provoz elektrických spotřebičů mimo špičky spotřeby, aniž by to mělo zásadní vliv na výsledek daného procesu.

Podle nedávné analýzy německého think-tanku Climate & Company existuje v horizontu roku 2025 využitelná flexibilita v oblasti průmyslu o ekvivalentu přibližně 2,5 GW. Celkový potenciál využitelný do roku 2030 je poté přibližně dvojnásobný, což je více, než by měl být nově instalovaný výkon plynových zdrojů uvažovaný ve většině dekarbonizačních scénářů. Pro představu, špičkové zatížení domácí elektrizační soustavy v roce 2020 dosahovalo necelých 12 GW, viz zpráva ERÚ.

Potenciál řízení na straně poptávky dle analýzy Climate & Company v horizontu roku 2030. Zdroj: Climate & Company

Ne že by řízení na straně poptávky dokázalo všechny tyto plánované zdroje zcela nahradit, ale na základě zahraničních zkušeností se ukazuje, že má potenciál zastoupit významnou část jimi poskytovaných služeb. Výhodou je mimo jiné ta skutečnost, že implementace tohoto konceptu je výrazně kratší, než případná výstavba nových plynových zdrojů. V porovnání s jejich provozem pak nabízí také vyšší cenovou efektivitu. Nutnou podmínkou je ovšem rozvoj inteligentních sítí (smart grids), které umožní plné využití potenciálu tohoto řešení.

Schématické znázornění technik řízení na straně poptávky. Zdroj: History of demand side management and classification of demand response control schemes

Jak už bylo naznačeno, flexibilitu v rámci denního balancování výroby a spotřeby elektřiny mohou podpořit také bateriové systémy, případně nově budované bioplynové stanice. Jejich rozvoj lze očekávat mimo jiné v souvislosti s plánovaným ukončením skládkování směsného tuhého komunálního odpadu. Tyto stanice by ovšem měly být optimalizovány pro špičkový výkon namísto dnes běžného provozu v režimu základního zatížení. Konkrétní rozdíly mezi oběma variantami popisuje například tento starší článek na serveru TZB-info.

Takto vyrobený biometan z modernizovaných i nově postavených bioplynových stanic může být také vtláčen do plynárenské sítě. Podle údajů asociace CZBiom je tímto způsobem možné ročně vyrobit až 500 milionů kubíků biometanu, což je necelá čtvrtina spotřeby zemního plynu v českých domácnostech.

Pro doplnění výroby z domácích obnovitelných zdrojů v rámci sezónní akumulace, případně pro náhradu zemního plynu ve výrobních procesech se jako jedno z dostupných řešení nabízí vodík, resp. zelený vodík. Zelený vodík je vyráběný pomocí elektrolýzy z obnovitelných zdrojů, které přitom nemusí být umístěny na našem území. Jeho dopravu po Evropě by měla zajišťovat síť nově budovaného vodíkovodu European Hydrogen Backbone. Ten má při délce 40 000 km propojit 21 evropských zemí. Zelený vodík se tak do Česka může dostat například ze solárních elektráren na jihu Španělska nebo z větrných elektráren v Severním moři, kde jsou pro jejich provoz výrazně lepší podmínky než v ČR.

Stejně jako bioplyn, i vodík může být vtláčen do existující plynárenské sítě. Existující kogenerační jednotky už nyní umožňují spalování směsi až do koncentrace 20 % vodíku. Ve vývoji jsou pak technologie umožňující plynulé navýšení tohoto podílu na 100 %.

Podle čerstvé studie organizace AURORA dosáhne ve vybraných evropských zemích zelený vodík cenové parity s vodíkem vyráběným ze zemního plynu do roku 2030. Možností je také import z oblastí mimo Evropu. Výhodou je v tomto případě skutečnost, že oblasti vhodné pro produkci zeleného vodíku jsou geograficky rozložené mnohem rovnoměrněji než naleziště fosilních paliv. To umožňuje také vyšší flexibilitu ve výběru jeho možných dodavatelů.

Porovnání jednotlivých technologií, používaných pro skladování elektřiny. Zdroj: TZB-info/ČVUT

Protože vodík má obecně některé nepříjemné vlastnosti ovlivňující jeho dopravu a skladování, lze v určitých případech uvažovat i o využití jiných syntetických plynů případně kapalných paliv vyráběných z obnovitelných zdrojů.

Ani tím ovšem výčet možných alternativ v oblasti dlouhodobého skladování energie zdaleka nekončí. Další z možností jsou tzv. Carnotovy baterie. Ty využívají principu ukládání energie ve formě tepla. Vyznačují se sice nižší účinností, zato mohou nabídnout nižší náklady. Zevrubným popisem této technologie se zabývá např. tento text od autorů z ČVUT v Praze.

Cena je pro systémy ukládání energie klíčová. Samotná výroba z obnovitelných zdrojů je už dnes levnější než fosilní alternativy včetně zemního plynu, problém je ovšem právě s dostupností takto vyrobené energie v čase.

Porovnání sdružených nákladů na výrobu elektřiny mezi lety 2009 a 2020. Zdroj: Fakta o klimatu

V této oblasti bychom si mohli vzít příklad ze Spojených států, resp. tamějšího ministerstva energetiky. To letos spustilo program, který chce do roku 2030 snížit náklady na dlouhodobé skladování energie o 90 %. Skutečnost, že podobný potenciál existuje i v ČR, dokládá mimo jiné domácí vývoj extrémně levných baterií pro stacionární aplikace.

Zemědělství

Je důležité si uvědomit, že zemní plyn se kromě výroby tepla nebo elektřiny používá také k výrobě hnojiv. Ty sice lze teoreticky dovážet i ze zemí, kde k jejich výrobě nebyl použit ruský zemní plyn, nicméně jejich snížená dostupnost, resp. vyšší cena se následně může promítnout do zvýšené ceny potravin.

V tomto, stejně jako v předchozích případech, je nutné opět dodržet nastíněnou posloupnost opatření. Na prvním místě jsou úspory. Těch lze dosáhnout například s využitím technik precizního zemědělství. To umožňuje úsporu hnojiv tím způsobem, že jsou aplikována s využitím satelitních dat v přesném množství a pouze v místech, kde je to zapotřebí. Tento postup přináší nejen finanční úspory, ale je současně je výrazně šetrnější vůči životnímu prostředí, neboť snižuje riziko nadměrné eutrofizace vod vlivem splachů přebytečných hnojiv ze zemědělské půdy.

Příklad vizualizace satelitních dat znázorňující rozdíly ve výnosech z jedné konkrétní parcely. Zdroj: World from Space

Průmyslová hnojiva mohou být zvláště u menších zemědělských podniků částečně nahrazena také biouhlím vyráběným z odpadní biomasy. Výhodou je nejen lokální dostupnost tohoto zdroje, ale i zlepšení půdních vlastností při jeho aplikaci. Na rozdíl od pálení biomasy umožňuje biouhel také bezpečně ukládat atmosférický oxid uhličitý, který byl předtím zachycen rostlinami použitými k jeho výrobě.

Zajímavou možností je i výroba minerálních hnojiv s využitím obnovitelných zdrojů. Protože je možné je dlouhodobě skladovat, odpadá zde nevýhoda nestálé produkce z obnovitelných zdrojů tak jako v případě elektřiny. Hnojiva by se navíc mohla vyrábět přímo v zemědělských provozech. Pilotní projekty tohoto typu jsou nyní připravovány v oblasti Austrálie nebo východní Afriky. V horizontu několika let by měly být spuštěny i první zkušební provozy v Evropě.

Závěr

Jak je z výše uvedených řádků patrné, možností náhrady zemního plynu je k dispozici celá řada. Uvedený výčet přitom nezahrnoval mnohé další položky týkající se například náhrady zemního plynu při výrobě plastů s využití rostlinných škrobů apod. Velká část z navržených opatření přináší kromě zvýšené energetické bezpečnosti i další benefity v podobě finančních úspor nebo snížení dopadů na životní prostředí. I přes související výzvy nám tak současná krize paradoxně nabízí možnost rozvíjet chytrá řešení, z nichž může profitovat celá společnost. Nyní bude záležet mimo jiné i na přístupu dotčených ministerstev v rámci aktualizace příslušných koncepčních materiálů a navazující legislativy, která by měla realizaci těchto řešení podpořit.

Autor je analytikem Asociace pro mezinárodní otázky