SUNERGY představilo technologická řešení zaměřená na defosilizaci

“Cesta k udržitelným palivům a chemickým surovinám bez fosilních paliv“ je název konference, kterou společně uspořádaly Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, Svaz chemického průmyslu ČR a evropská iniciativa SUNERGY. Konala se v Ústavu J. Heyrovského v Praze ve dnech 14. a 15. září 2023.

Na konferenci se sešli lidé z akademické sféry, průmyslu i organizací podporujících českou účast v programu Horizon Europe. Za průmysl se zúčastnily velké společnosti, jako je ORLEN-Unipetrol nebo BASF, ale také nové startupy, například TailorMem (CZ), který se specializuje na vývoj a výrobu nových typů membrán. Akademická část byla zastoupena především vědci a vědkyněmi z Ústavu Heyrovského a dalších ústavů Akademie věd ČR a z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze.

Celkem mělo setkání asi 70 účastníků, převážně z České republiky, ale také z Francie, Polska, Finska a Španělska. Takto široká a různorodá účast umožnila představit a prodiskutovat řadu vědeckých, technických, ekonomických a politických otázek souvisejících se syntetickými palivy - energeticky bohatými chemickými sloučeninami (jako jsou uhlovodíky, metanol, vodík atd.) vyráběnými z běžných surovin (CO2, voda, dusík) s využitím slunečního záření (solární paliva) nebo obnovitelné elektrické energie (e-paliva). Výroba těchto paliv z CO2 by je učinila uhlíkově neutrálními a jejich široké využití by se stalo základem pro oběhové hospodářství budoucnosti.

Vědecké přednášky se týkaly široké škály témat, od obecné potřeby syntetických paliv, jejich předností a záporů až po konkrétní postupy a technická řešení pro výrobu a využití různých druhů udržitelných paliv a chemických surovin. Z podrobných analýz a tvrdých čísel kvantifikujících energetickou náročnost jednoznačně vyplynulo, že kapalná syntetická paliva budou naprosto nezbytnou součástí přechodu na bezfosilní energetiku, a to zejména v kontextu České republiky.

Nejde jen o zajištění energie pro dopravu (při využití stávající infrastruktury), ale také o dlouhodobé skladování nestabilní energie z obnovitelných zdrojů a udržení stability a odolnosti energetických soustav evropských zemí a přispění k jejich energetické suverenitě. Vývoj technologií pro skladování energie v chemických vazbách syntetických paliv by tedy měl být považován za prvořadý strategický cíl evropských zemí a EU. Bylo zdůrazňováno, že syntetická paliva je třeba posuzovat a hodnotit především podle jejich energetické účinnosti. Jinými slovy, v syntetickém palivu je třeba uložit více obnovitelné energie než konvenční energie vynaložené na jejich výrobu.

Několik přednášek jasně ukázalo, že v současnosti známé postupy pro výrobu paliva neodpovídají přísným požadavkům na materiálovou a energetickou účinnost a že jsou zapotřebí zcela nové přístupy. Tento závěr vyžaduje vytvoření silných výzkumných a vývojových programů na národní i evropské úrovni. Jak uvedl zástupce koordinátora Frédéric Chandezon, SUNERGY (jeden z organizátorů setkání) je evropská iniciativa, která spolu s koordinační a podpůrnou akcí SUNER-C programu Horizon Europe usiluje o vytvoření celoevropské komunity zabývající se syntetickými (solárními) palivy, o jejich propagaci a především o vytvoření výzkumné iniciativy EU (nejspíše partnerství), která bude financovat a koordinovat evropský výzkum, vývoj a přenos technologií, jakož i rozšiřování a zavádění syntetických paliv do energetiky zemí EU i mimo ni.

Za tímto účelem pracuje SUNER-C (podporovaný širší komunitou SUNERGY) na "cestovní mapě", který byl vysvětlen ve specializované přednášce. Jedná se o otevřený dokument, který reaguje na nejnovější vědecký/technický vývoj i na vývoj politických a společenských názorů. Protože je příliš brzy na to, aby se "vybírali vítězové" tím, že se rozhodne, která syntetická paliva a výrobní procesy jsou nejslibnější, plán oprávněně zdůrazňuje potřebu pokračovat ve výzkumu a vývoji po více paralelních liniích, a to i včetně nově vznikajících nových aspektů interakcí světla s hmotou, jakož i fotokatalýzy a elektrokatalýzy.

Některé z technických otázek uvedených v "mapě" byly řešeny v rámci konkrétních vědeckých/technických přednášek. Oxidace vody (elektro- nebo fotochemická) je součástí prakticky všech uvažovaných procesů výroby paliv, ale zároveň představuje jejich slabé místo. Fyzikální/chemické zdroje problému oxidace vody byly analyzovány v jedné z přednášek, která rovněž nastínila cestu vpřed prostřednictvím vývoje nových katalytických materiálů na základě teoretického výzkumu. Na straně vývoje vodíku a redukce CO2 zazněla velmi zajímavá přednáška o nanostrukturovaných dvourozměrných katalytických materiálech, včetně grafenu dopovaného atomy kovů a sulfidů molybdenu a rhenia, kde se katalytická místa vyskytují na hranách nanolistů.

Bylo ukázáno, že fotoelektrochemická redukce CO2 na uhlovodíky probíhá katalyticky na mědí dopovaném polydopaminu na hydroxylapatitových listech. Mezi novými slibnými systémy pro umělou fotosyntézu byly představeny dopované organické polovodiče a metalo-organických materiálů kombinující světlosběrná a katalytická místa. Fotobiologie představuje alternativní přístup, kdy imobilizované sinice redukují dusík nebo CO2 pomocí elektrochemicky nebo fotochemicky dodaných elektronů. Přednášky o inovativních technických řešeních se zabývaly koelektrolýzou CO2 a vodní páry na pevných oxidech a popisovaly nové typy iontově výměnných membrán, které se nyní uplatňují v elektrokatalytických systémech a bateriích, jakož i v nových systémech vyrábějících elektřinu kombinováním mořské a sladké vody. Několik přednášek také zdůraznilo význam konstrukce fotoreaktorů a elektrolytických článků zaměřených na zlepšení energetické a materiálové účinnosti.

Pokrok na cestě k syntetickým palivům je do značné míry podmíněn pokrokem ve výzkumu materiálů, který přináší nové katalyzátory, separátory atd. Na úrovni EU je materiálový výzkum související s energetikou zastoupen programem AMPEA Evropské aliance pro energetický výzkum (EERA), o jehož činnosti byl podán přehled. Důležité aktivity probíhají i na národní úrovni, jak ukázala přednáška o "České skupině pro řešení CO2" a "Strategii AV21" Akademie věd ČR. Skupina pro CO2 zkoumá způsoby přeměny CO2 na chemické suroviny pro průmysl a jejím cílem je vytvořit kooperativní prostředí zahrnující průmysl, výzkum a vývoj i státní správu a také zapojit Českou republiku do mezinárodní spolupráce v oblasti nízkouhlíkového a oběhového hospodářství. Strategie AV21 nastiňuje hlavní výzkumné směry Akademie věd ČR a ve vybraných směrech podporuje synergie mezi ústavy Akademie i mezi obory. Jejím cílem je také zlepšit informovanost veřejnosti a usnadnit přenos znalostí do vzdělávacího a soukromého sektoru. Strategie je členěna do programů, z nichž jeden, "Udržitelná energetika", se přímo týká syntetických paliv. Zaměřuje se na vodík a "nová paliva", zachycování CO2 a také na skladování energie. Konkrétní výzkumné projekty v ústavech Akademie zahrnují například mechanismus (foto)elektrochemické oxidace vody, vývoj katalytických materiálů a membrán pro elektrolyzéry, skladování vodíku, membrány pro zachycování CO2, přeměny metanu na metanol a CO2 na etanol, jakož i odhalování základních principů využití světla a přeměny energie.

Na závěr citace z přednášky Ivana Součka, ředitele Svazu chemického průmyslu: „Snižování emisí skleníkových plynů, zvyšování účinnosti zdrojů a oběhového hospodářství, bezpečnost v chemickém průmyslu .... budou vyžadovat nové procesní technologie a jejich kombinace bude nezbytná pro dosažení cílů EU v oblasti klimatické neutrality do roku 2050."

Prof. Antonín Vlček