Klimatická neutralita jako technologická výzva

Koncept klimatické neutrality se stává stále významnějším tématem napříč celou společností, a to nejen pro spotřebitele, ale také pro výrobce a dodavatele technologií. Rostoucí důraz na environmentální udržitelnost vede k hledání řešení, která umožní snižovat emise skleníkových plynů při zachování spolehlivosti a ekonomické dostupnosti energetických systémů.

Současně jde o významnou technologickou výzvu vyplývající z mezinárodních klimatických závazků a evropské legislativy. Transformace energetiky proto není pouze otázkou výroby energie, ale také efektivního využívání dostupných zdrojů a modernizace stávající infrastruktury.

Co je klimatická neutralita?

Usilovat o klimatickou neutralitu znamená zavádět procesy a technologie zaměřené na snižování emisí oxidu uhličitého (CO₂) a dalších skleníkových plynů (GHG). Za klimaticky neutrální lze považovat takový systém nebo proces, jehož emise jsou minimalizovány a případné zbytkové emise jsou kompenzovány tak, aby byl jeho celkový dopad na klima neutrální.

V praxi se jedná především o:

• zvyšování energetické účinnosti,
• využívání obnovitelných zdrojů energie,
• snižování spotřeby primárních energetických zdrojů,
• zavádění nízkoemisních technologií,
• využívání alternativních a obnovitelných paliv.

Cíle Evropské unie do roku 2050

Evropská unie se prostřednictvím iniciativy European Green Deal zavázala k postupnému dosažení klimatické neutrality do roku 2050. Součástí této strategie je také cíl snížit emise skleníkových plynů o nejméně 55 % do roku 2030 oproti úrovni roku 1990.

Green Deal zasahuje prakticky všechna hospodářská odvětví a předpokládá odpovědnější využívání zdrojů, vyšší energetickou účinnost a rozsáhlou modernizaci energetických systémů.

Mezi hlavní očekávané přínosy patří:

• snížení spotřeby energie prostřednictvím vyšší energetické účinnosti budov,
• rozvoj čistších zdrojů energie a inovativních technologií,
• prodlužování životnosti výrobků a podpora recyklace,
• ochrana ovzduší a vodních zdrojů,
• ochrana biodiverzity,
• zvýšení konkurenceschopnosti evropského průmyslu.

Které zdroje energie umožní dosažení klimatické neutrality?

Otázka klimatické neutrality není pouze otázkou výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. Ještě před několika lety převládal názor, že hlavní cestou ke snižování emisí bude úplný přechod od plynu k elektřině vyráběné ze solárních, větrných a vodních zdrojů.

V posledních letech však stále více odborných institucí upozorňuje, že samotná elektrifikace nemusí být schopna pokrýt všechny energetické potřeby Evropy. Významnou roli budou i nadále hrát plynná paliva, zejména pokud budou postupně nahrazována nízkoemisními alternativami, jako jsou biometan nebo vodík.

Podle odhadů evropských energetických organizací bude elektřina v roce 2050 schopna pokrýt významnou část energetických potřeb, nikoliv však jejich celek. To se týká zejména oblastí průmyslu, dopravy a vytápění budov, kde bude nutné kombinovat různé technologie a energetické nosiče.

Další výzvou je budování infrastruktury schopné zajistit výrobu, přenos, distribuci a akumulaci výrazně většího množství elektřiny. Současně nelze přehlížet existující plynárenskou infrastrukturu, která je v mnoha evropských zemích rozsáhlá a funkční.

V České republice navíc stále významná část výroby elektřiny pochází z tepelných elektráren. Energetická transformace proto bude pravděpodobně probíhat formou postupné integrace elektřiny a plynu, nikoliv jejich vzájemného nahrazení.

Synergie elektřiny a plynu při vytápění budov

Úplná elektrifikace budov může být vhodným řešením zejména u novostaveb, kde lze potřebnou infrastrukturu zohlednit již ve fázi návrhu. Situace je však odlišná u stávajících budov, které tvoří převážnou část evropského stavebního fondu.

Podle evropských statistik bylo přibližně 85 % budov postaveno před rokem 2000. Tyto budovy zpravidla nebyly navrženy pro vytápění pomocí elektrických tepelných čerpadel a jejich kompletní přechod na elektrifikované systémy může vyžadovat rozsáhlé stavební úpravy.

V České republice je navíc plynová infrastruktura jednou z nejrozsáhlejších v Evropě. Plyn využívá k vytápění více než 1,5 milionu domácností a plynová síť pokrývá většinu obydleného území.

Právě zde vzniká prostor pro hybridní a vysoce účinné technologie, které kombinují výhody obnovitelných zdrojů energie s existující plynárenskou infrastrukturou. Takový přístup může přinést významné energetické úspory při nižších investičních nákladech než úplná elektrifikace objektu.

Lze proto očekávat, že budoucí energetika nebude založena výhradně na elektřině nebo výhradně na plynu, ale na jejich vzájemné synergii. Významnou roli zde mohou hrát hybridní zdroje, kogenerační jednotky a plynová tepelná čerpadla. Současně se předpokládá postupné zvyšování podílu obnovitelných plynů, zejména biometanu a vodíku.

Plynová tepelná čerpadla a jejich role v energetické transformaci

Plynová tepelná čerpadla mohou společně s rozvojem výroby obnovitelných plynů představovat jednu z perspektivních technologií pro dekarbonizaci vytápění budov. Umožňují efektivně využívat energii okolního prostředí a současně využívají stávající plynárenskou infrastrukturu.

Na rozdíl od běžných plynových kotlů nevyužívají pouze energii obsaženou v palivu. Část potřebného tepla získávají z obnovitelných zdrojů energie, nejčastěji z okolního vzduchu, čímž dosahují vyšší celkové účinnosti a nižší spotřeby plynu.

Co je Thermally Driven Heat Pump?

Nařízení EU o ekodesignu definují termálně poháněné tepelné čerpadlo (Thermally Driven Heat Pump) jako technologii využívající teplo nebo spalovací motor k pohonu absorpčního procesu nebo cyklu komprese páry.

Zjednodušeně řečeno využívá toto tepelné čerpadlo tepelnou energii k získávání obnovitelného tepla z okolního prostředí. Toto teplo je následně využíváno pro vytápění budov nebo přípravu teplé vody.

Zatímco elektrická tepelná čerpadla využívají elektřinu k pohonu kompresoru, termálně poháněná tepelná čerpadla využívají teplo, nejčastěji produkované plynovým hořákem. V některých aplikacích lze využívat také odpadní teplo nebo teplo ze solárních tepelných systémů.

Hlavní výhody plynových tepelných čerpadel

1. Snižování emisí a spotřeby primární energie

Plynová tepelná čerpadla dokážou oproti klasickým plynovým kotlům významně snížit spotřebu zemního plynu i související emise CO₂. V závislosti na konkrétní aplikaci může dojít ke snížení emisí přibližně o 30 až 40 % což bylo doloženo rozsáhlím aplikačním měřením.

Při využití obnovitelných plynů, například biometanu, lze environmentální přínosy dále zvýšit.

2. Efektivní využití stávající plynárenské infrastruktury

Technologie umožňuje využít existující plynové přípojky, rozvody a technologická zařízení bez nutnosti zásadních úprav distribuční soustavy. To je významné zejména u rekonstrukcí budov a modernizací stávajících kotelen.

3. Stabilní výkon při nízkých venkovních teplotách

Termálně poháněná tepelná čerpadla si zachovávají vysoký výkon i za nízkých venkovních teplot. Potřeba doplňkových zdrojů tepla je proto ve srovnání s některými elektrickými systémy nižší.

4. Vhodnost pro vyšší teploty topné vody

Technologie je vhodná také pro objekty využívající radiátorové systémy, konvektory nebo vzduchotechnické jednotky. Pokles výkonu při vyšších teplotách topné vody bývá podstatně menší než u řady elektrických tepelných čerpadel.

5. Ekonomický provoz

Ekonomická výhodnost závisí na konkrétní aplikaci a aktuálních cenách energií. V mnoha komerčních a průmyslových projektech však plynová tepelná čerpadla dosahují zajímavých provozních nákladů díky kombinaci vysoké účinnosti a efektivního využití zemního plynu.

Vývoj trhu termálně poháněných tepelných čerpadel

Zájem o termálně poháněná tepelná čerpadla v Evropě dlouhodobě roste. Technologie nachází uplatnění zejména v komerčních objektech, průmyslových provozech, bytových domech, zdravotnických zařízeních a veřejných budovách.

Velkou výhodou je možnost modernizace stávajících plynových kotelen bez rozsáhlých stavebních zásahů. Díky tomu lze dosáhnout významného snížení energetické náročnosti budov při zachování stávající infrastruktury.

Jedním z nejvýznamnějších výrobců absorpčních plynových tepelných čerpadel v Evropě je společnost ROBUR. Její systémy typu GAHP (Gas Absorption Heat Pump) patří mezi nejrozšířenější plynová tepelná čerpadla na evropském trhu. Vedle společnosti ROBUR se vývoji termálně poháněných tepelných čerpadel věnuje také řada dalších výrobců a výzkumných institucí, což potvrzuje pokračující technologický rozvoj tohoto segmentu.

Závěr

Dosažení klimatické neutrality nebude pravděpodobně založeno na jediné technologii ani na jediném energetickém nosiči. Současné scénáře ukazují, že významnou roli bude hrát kombinace elektřiny, obnovitelných zdrojů energie a nízkoemisních plynných paliv.

Plynová tepelná čerpadla představují jednu z technologií, která umožňuje tuto synergii využít. Díky kombinaci obnovitelného tepla z okolního prostředí a efektivního využití plynných paliv mohou přispět ke snižování emisí, zvyšování energetické účinnosti a modernizaci stávajících budov bez nutnosti rozsáhlých stavebních zásahů.

V následujících letech proto mohou být významnou součástí energetické transformace zejména tam, kde je žádoucí spojit požadavky na dekarbonizaci s ekonomickou a technickou realizovatelností modernizace budov.