Celkem 108 milionů dolarů (cca 2,3 mld. korun) získala od investorů společnost Heliogen, která chce uvést do praxe první dostupný systém na výrobu tepla ze slunečního světla pro výrobu elektřiny. Má být levnou variantou například nejen pro produkci tepla, ale také výrobu elektřiny, či vodíku.
Ovšem právě možnost produkce bezuhlíkového tepla vysvětluje zájem některých investorů. Mezi ně se kromě některých tradičnějších rizikových investorů zařadil také ArcelorMittal, přední světová ocelářská a těžební společnost.
Jak to funguje
Heliogen byl založen již v roce 2013, ale veřejně se o něm začalo intenzivněji mluvit v roce 2019. Tehdy si získala pozornost tiskovým prohlášením, ve kterém nezapomněla zmínit, že mezi prvními investory do společnosti byl i Bill Gates. Díky němu jsme se dozvěděli o technologii Heliogenu více.
Firma se věnuje oboru, který není podstatou nijak nový: vývoji solárně-termálních elektráren. To jsou zařízení, ve kterých zrcadla soustředí odrážené světlo do jediného místa, z praktických důvodů na vyvýšeném místě, charakteristické věži uprostřed elektrárny. Vznikající teplo pak slouží k vytváření páry pohánějící turbínu. Heliogen se od jiných systémů liší ovšem v jednom důležitém ohledu, totiž dosažené teplotě. V roce 2019 společnost uváděla, že na „terči“, kde se soustředí paprsky odrážené zrcadly, tepolta těsně přesahovala 1 000 °C. Od té doby se mluví až o 1 500°C.
Při takových teplotách by se podle firmy dá uvažovat o efektivní a levné výrobě syntetických paliv. Myslíme konkrétně rozklad vody pro výrobu vodíku. V souvislosti s Heliogenem mluví nejčastěji o produkci tzv. syntézního plynu, tedy směsi vodíku a oxidu uhelnatého (CO), která může také posloužit jako náhrada řady fosilních paliv. Výchozími surovinami by byl oxid uhličitý a voda.
Jinak řečeno, postup by pak mohl sloužit k ukládání energie z obnovitelného zdroje do dobře skladovatelné podoby klasického paliva pro pohon motorů či turbín. Ovšem podobně jako v případě technologie výroby paliv z CO2 zachyceného ze vzduchu, o kterém jsme psali před časem, podobná technologie by v blízké budoucnosti mohla dávat finanční smysl pouze za specifických okolností, kdy běžná paliva budou znevýhodněna například zatížena uhlíkovou daní.
Firma toho ho dosáhla nasazením velmi přesného řídícího systému zrcadel. Kolem cílové plochy na věži jsou umístěny čtyři fixní kamery zaostřené každá na jiný pomyslný bod. Počítač vyhodnocuje v reálném čase, zda a jak se odraz mění, a podle toho určuje nastavení zrcadel. Šéf Bill Gross na serveru Vox tehdy řekl, že kamery nesledují přímo zrcadlo, ale zaostří na čtyři různé, ale stejně vzdálené body vedle zrcadla. Poté se jejich obraz vzájemně porovná, a pokud se na obrazu všech kamer objeví stejná „stopa“ rozptylu světla v atmosféře, tak je zrcadlo správně nastavené. Pokud ne, software určí nutnou korekci. Systém dokáže udržet paprsky zrcadel soustředěné na oblast o průměru zhruba 50 centimetrů.
Společnost je tedy stejně tak energetická, jako softwarová. Počítačová analýza obrazu se softwarovým inženýrům dlouhá desetiletí nedařila, změna přišla v posledních méně než 10 letech. Heliogen tvrdil, že cca před rokem 2015 neměli k dispozici prakticky použitelný systém, který by mohla firma využít. (V astronomii se používal přesnější systémy i v dříve, ale možná pro Heliogen byly až příliš „prototypové“ a málo robustní. To je ovšem z naší strany spekulace.)
Kam s ní
Zvyšování teploty přitom má podle Heliogenu rozšířit možnosti využití solární energie k jiným účelům než výrobě energie. Zpráva konkrétně zmiňuje výrobu stavebních materiálů, v tisku se často objevovaly zmínky o možném využití při výrobě oceli. Má to ovšem svá omezení.
Z pohledu některých zmiňovaných aplikací (výrobu oceli či stavebních materiálů) je nevýhodou omezená pracovní doba zdroje. Tavicí pec či výrobu stavebních materiálů, která bude fungovat pouze část dne není z dnešního pohledu příliš praktická. Samozřejmě, teplo lze do jisté míry akumulovat či doplňovat z jiných zdrojů, ale to vše zdroj samozřejmě prodražuje.
Solárně-termální elektrárna pracuje jen na přímém slunci, a prakticky tedy jen na suchých a slunných místech (například ve Španělsku ano, u nás prakticky vůbec). Ostatně své o tom ví i zakladatel Heliogenu, již zmínný Bill Gross. V roce 2007 založil Gross společnost eSolar, která fungovala do roku 2016, a také se pokusila o rozvoj solární elektrárny soustřeďující světlo z mnoha zrcadel do jednoho bodu. Základní nápad byl také stejný: vzít poměrně levná zrcadla, ale vybavit je velmi dobrým řídícím systémem.
Společnost eSolar dotáhla svou elektrárnu až k praktické demonstraci. V roce 2009 spustila v Kalifornii solární elektrárnu o výkonu 5 MW (stojí poblíž města Lancaster, tedy zároveň nedaleko od zkušebního provozu Heliogenu). Elektrárna se skládala ze dvou „jednotek“, tedy de facto dvou věží, kolem kterých stálo celkem 24 tisíc zrcadel. Světlo se soustředilo poblíž vrcholku věží, kde v potrubí vytvářelo páru pohánějící připojenou turbínu.
Jak se ovšem ukázalo, v praxi bylo zařízení ekonomicky neudržitelné. Podle údajů, které provozovatel nakonec po naléhání některých zájemců a aktivistů zveřejnil, pracovala elektrárna minimálně v prvních letech provozu zhruba čtyři až pět dní v měsíci, a to pouze během poledních hodin. Proč ne každý den, když oblast je velmi slunná a jasno je většinu roku? Dalo by se spekulovat, že provoz se vyplatil ve dnech, kdy byla cena elektřiny na trzích zvýšená.
Mezi červencem 2009 a 2010 vyrobila cca 552 megawatthodin (MWh), odhady před zahájením provozu, na jejichž základě se dělala i ekonomická analýza, uváděly odhad výroby zhruba 4 300 MWh. A nebyly to vlivem „dětských nemocí“ – během následujících dvanácti měsíců byla výroba prakticky totožná, cca 539 MWh. V roce 2015 tak byl provoz ukončen a elektrárna postupně rozebrána. Věže například zmizely v roce 2018.
Zkušenost eSolaru je tedy dobrým příkladem praktických obtíží zavádění solárně-termálních elektráren do praxe. Obor byl na přelomu první dekády 21. století plný nadějí, ale dnes jde o zcela okrajovou záležitost omezenou v podstatě na pár zemí na světě. Výkon všech elektráren tohoto typu je něco přes šest gigawattů, což je z globálního hlediska zcela zanedbatelná hodnota.
Výroba elektřiny ze slunečního záření, tedy fotovoltaické systémy, jsou praktičtější, protože vyžadují obecně řečeno jednodušší údržbu a fungují i při zamračené obloze a slabším světle. A co je samozřejmě ještě důležitější, jsou dnes jednoznačně levnější. Jejich cena také nadále klesá, a minimálně z technologického hlediska se jeví oprávněná naděje, že trend by mohl pokračovat i v blízké budoucnosti.
Uvidíme, jak se Heliogen s těmito problémy popere. Získané prostředky totiž firma použije jak na další vývoj své „Sunlight Refinery“, jak systém nazývá, a jednak na realizaci několika skutečných instalací, které by fungovaly v reálných výrobních procesech ve velkém měřítku.
Jedno z těchto pilotních pracovišť bude v Boronu v Kalifornii, kde společnost Rio Tinto provozuje důl na boráty. Podle memoranda o porozumění podepsaného v březnu zahrne technologii společnosti Heliogen do svých obvyklých procesů na místě. Další memorandum o porozumění se společností ArcelorMittal „zhodnotí potenciál produktů Heliogen v několika ocelárnách společnosti ArcelorMittal“. Plánují se zařízení v USA, v Asii a Tichomoří.
