Známý taneční klub v Glasgow se rozhodl využít energie svých návštěvníků. Ukládá ji do podzemní baterie, ve které vydrží měsíce.

V době před pandemií vakcín, kdy se uzávěry protahovaly, se v médiích objevily ódy na ztracené radosti tanečního parketu. Vzpomínky na propocené noci v přeplněných klubech zachycovaly mnohé z toho, co nám Covid vzal: komunitu, svobodu a fyzickou blízkost.

Když se omezení začala uvolňovat, staly se hemžící se taneční parkety symbolem zotavení po celém světě. V SWG3 – uměleckém centru ve skotském Glasgow, kde se konají jedny z největších tanečních večírků ve městě – se v létě a na podzim roku 2021, ještě před příchodem varianty Omicron, lístky na klubové noci velmi čile prodávaly.

„Zájem o tyto akce byl silnější než kdy jindy, a to díky tomu, jak dlouho jsme si museli podobné zážitky odepřít,“ řekl pro NY Times Andrew Fleming-Brown, výkonný ředitel SWG3. „Chyběl nám ten sdílený zážitek z tělesného tepla, kdy jsme byli pohromadě v plném sále.“

Co kdyby uvolňující zážitek na tanečním parketu mohl být dobrý nejen pro tělo a duši, ale i pro planetu? Tento měsíc začnou SWG3 a poradenská společnost TownRock Energy, která se zabývá geotermální energií, instalovat nový systém vytápění a chlazení z obnovitelných zdrojů, který využívá tělesné teplo tančících návštěvníků klubů.

To by mělo v důsledku snížit celkovou produkci uhlíku společnosti SWG3 o 60 až 70 procent. A nemusí se to týkat jen jí. TownRock a SWG3 nedávno založily společnost, která má pomáhat dalším prostorám pro pořádání akcí zavádět podobné technologie.

Šťastné seznámení

Townsenda a Fleming-Browna seznámil v roce 2019 společný přítel poté, co Fleming-Brown projevil zájem o to, jak by SWG3 mohla využívat nízkouhlíkové zdroje energie. Jednatřicetiletý Townsend je pravidelným návštěníkem klubové scény a na místě byl již několikrát. V té době přicházelo do SWG3 více než 250 tisíc lidí ročně, uvedla Flemingová-Brownová. Townsend ze své zkušenosti věděl, jak doslova „nažhavené“ takové davy mohou být.

Mnoho geotermálních energetických projektů zahrnuje hluboké vrty, které využívají přirozené teplo země (které v důsledku zhruba z poloviny vzniká rozpadem radioaktivních prvků v hlubinách Země, takže jde v důsledku alespoň částečně o teplo jaderné). Jejich hloubení však může být neúměrně nákladné. „Geotermální vrt by nás vyšel na miliony liber,“ řekl Townsend novinářům. „Místo toho jsme si řekli, proč neshromažďovat teplo, které už máte u svých zákazníků, a pak ho využít k ukládání v zemi?“

Lidské tělo v klidu produkuje asi 100 wattů energie. Namáhavý tanec může tento výkon znásobit pětkrát nebo šestkrát. Taneční parkety v nočních klubech tedy jsou z podstaty velmi dobrým zdrojem tepla.

Pro zachycení této energie na SWG3 vyvinula společnost TownRock aplikaci pro již rozšířenou technologii: tepelné čerpadlo. Jedním z nejběžnějších tepelných čerpadel je chladnička, která udržuje chladný interiér tím, že přesouvá teplý vzduch do své vnější části.

S lidským teplem pod zem

Systém SWG3, nazvaný Bodyheat, bude ochlazovat prostor tím, že bude teplo tančících návštěvníků klubu odvádět nikoli do atmosféry, jako je tomu u běžného chlazení, ale celkem do sedmnácti vrtů hlubokých 150 až 200 metrů. Vrty promění horninu pod klubem v tepelnou baterii, která bude ukládat energii, aby mohla být využita k zásobování budovy teplem a teplou vodou.

Vývoj systému byl zahájen v roce 2019. Pandemické odstávky a s nimi spojená finanční nejistota projekt na několik měsíců pozastavily. Když se však kalendář akcí vyprázdnil, mělo vedení společnosti SWG3 čas na vypracování rozsáhlejšího plánu udržitelnosti budovy, v němž si stanovilo cíl dosáhnout do roku 2025 „nulových“ emisí uhlíku.

Když se na podzim 2020 obnovily práce na projektu, stalo lidské teplot ústřední složkou konceptu vytápění. První fáze instalace byla dokončena na jaře 2021 zajišťuje vytápění a chlazení dvou hlavních prostor SWG3 pro pořádání akcí. Pozdější fáze nabídnou teplou vodu do koupelen a vytápění do foyer a uměleckých ateliérů. V té době se SWG3 bude moci zbavit svých tří plynových kotlů, čímž sníží svou roční produkci uhlíku až o 70 tun. V době stavby samozřejmě také provozovatelé nemohli tušit, že Rusko o rok později zaútočí na Ukrajinu a zemní plyn čeká větší prudké zdražování.

Nula není zadarmo

Systém není levný – lépe by bylo asi říci, že je drahý. Fleming-Brown odhaduje, že běžný systém vytápění a chlazení pro podobně velké prostory by stál 30 až 40 tisíc britských liber, což je v přepočtu zhruba 1-1,2 milionu korun. První fáze systému Bodyheat vychází na 350 tisíc liber, tedy něco přes 10 milionů korun.

V daném případě ovšem pomohla dotace. Glasgow v roce 2021 hostí celosvětový klimatický summit OSN. Došlo k vypsání speciálních programů a polovinu nákladů na první fázi pokryl grant ze skotského Programu přechodu na nízkouhlíkovou infrastrukturu a se zbytkem pomohla vládou podporovaná nízkoúročená půjčka. Fleming-Brown odhaduje, že díky úsporám na účtech za energii se investice vrátí přibližně za pět let. V případě plné ceny by se investice vracela nejspíše dlouhé desítky let.

Během vývoje systému Bodyheat si Townsend a Fleming-Brown uvědomili, že by jejich systém mohl fungovat i jinde. Nový společný podnik TownRock a SWG3 Bodyheat Club, založený v listopadu, má za cíl pomoci řadě prostor pro pořádání akcí a tělocvičen vybavit jejich budovy určitou verzí systému Bodyheat. Zájem již projevil berlínský klub SchwuZ, britský řetězec tělocvičen a skotská umělecká rada, která provozuje řadu kreativních prostor.

Townsend zdůraznil, že tato myšlenka není proprietární, není tedy chráněna žádným patentem či průmyslovým vzorem. „Pokud skončíme u toho, že se podobné systémy jako Bodyheat budou snažit zavést i další společnosti, aby byly udržitelnější, bude to fantastické,“ řekl. „Chceme jen povzbudit rozvoj obnovitelného vytápění a chlazení.“

Tanec se k výrobě energie používal již dříve. Před více než deseti lety představila nizozemská společnost Energy Floors řadu dlaždic, které přeměňují kroky tanečníků na elektřinu. Klub Watt v Rotterdamu tyto dlaždice instaloval za velkého zájmu médií v roce 2008 a od té doby byly použity ve stovkách dalších projektů. Podobnou „kinetickou“ podlahu, kterou navrhla britská společnost Pavegen, plánuje během svého ekologického turné v roce 2022 použít i skupina Coldplay. Townsend uvedl, že TownRock a Pavegen jednají o možné spolupráci.

Kinetické taneční podlahy produkují pouze malé množství elektrické energie. Tělesné teplo by mělo mít významnější dopad na produkci uhlíku, i když obecně řečeno, tanec není příliš efektivní způsob, jak vytvářet tělesné teplo.

Většina tanečních studií by pravděpodobně nebyla vhodnými kandidáty pro systém typu Bodyheat, protože tance obvykle nebývá aerobní – jinak řečeno, nebývá tak rychlý, aby se tanečníci dostatečně „rozehřáli“. Pomalé, metodické zahřívací cvičení, které tvoří velkou část většiny tanečních hodin, vytváří jen málo tepla; energický pohyb se odehrává jen v krátkých intervalech. Tělocvičny, které kladou důraz na aerobní cvičení, se zdají pro projekty, které mají energeticky využívat tělesné teplo, být vhodnější. (V některých případech by se také třeba produkce tepla dala doplnil třeba výrobou elektřinou z rotopedů, i když to je spíše marketingový tah.)

Pozitivní energie

Naproti tomu tanec možná není nejlepším zdrojem obnovitelné energie, ale je důležitý v jiném směru: vyprávění příběhů. Na získávání tepla z krys v posilovnách, které pumpují na běžeckých pásech, je cosi ponurého. Energie zrozená z tance – zrozená z radosti – zaujme představivost jiným způsobem.

„Původně jsme si nemysleli, že tanec bude tak velkou součástí tohoto projektu,“ řekla Fleming-Brownová. „Ale ke sdělení myšlenky potřebujete vizuální jazyk a rychle se ukázalo, že emocionální spojení lidí s živou hudbou a tancem je [z hlediska vztahu s veřejností, pozn.red.] výhra.“

Aby pomohli ideu Bodyheat představit návštěvníků SWG3, probírají Fleming-Brown a Townsend různé způsoby, jak ilustrovat množství tepla, které tanečníci vytvářejí. Jednou možností je například s pomocí velkého teploměru nebo tepelné mapy podobné těm, které se používají ve zprávách o počasí. Townsendová navrhla uspořádat soutěž o to, kdo z tanečníků vyprodukuje nejvíce obnovitelné energie, ve které by „udržitelnost“ tedy de facto byla umělecké dílo.

Pro noční kluby mohou být systémy obnovitelných zdrojů energie jak podnikatelsky příznivou, tak ekologickou variantou. Do diskusí o změně klimatu se zapojují zejména mladí návštěvníci klubů. Třicetiletá Natalie Bryceová, pravidelná návštěvnice klubu SWG3, pro NY Times uvedla, že při výběru místa, kam si půjde zatančit, bere v úvahu ekologičnost klubu. „Všichni moji přátelé, kteří rádi chodí ven, se velmi zajímají o udržitelnost a o to, jak to, co děláme, ovlivňuje klima,“ řekla.

Fleming-Brown také novinářům tvrdil, že někteří dýdžejové a další umělci se při vyjednávání o rezervacích ptají na přístup jeho organizace k ekologii. Pro takové případy má k dispozici opravdu silný kalibr.

Tepelné čerpadlo

Pokud se podíváte do encyklopedie, zjistíte, že tepelné čerpadlo pracuje na principu obráceného Carnotova cyklu. Chladivo v plynném stavu je stlačeno kompresorem a poté vpuštěno do kondenzátoru. Zde odevzdá své skupenské teplo. Zkondenzované chladivo projde expanzní tryskou do výparníku, kde skupenské teplo (při nižším tlaku a teplotě) přijme a odpaří se. Poté opět pokračuje do kompresoru a cyklus se opakuje.

Jednou z charakteristik práce tepelného čerpadla je topný faktor. Ten udává efektivitu práce tepelného čerpadla jako poměr vyrobeného tepla a spotřebované energie. Při výběru tepelného čerpadla je vždy nutné zohlednit, k jaké okolní teplotě se výrobcem uvedený topný faktor vztahuje.[1] Ukazatel se vypočítá jako poměr topného výkonu k příkonu při různých teplotách.

Principiálně jsou tepelná čerpadla obsahující pracovní okruh s kompresorem a pracovní látkou, historicky podle prvního účelu nazývanou chladivem, založena na objevu z roku 1755. Tehdy byla rozpoznána možnost, jak odnímat teplo chladnější látce a toto teplo předávat do látky teplejší. Tedy proti směru přirozeného přestupu tepla z látky teplejší do studenější. První využití tento princip našel v chladicím stroji, výrobníku ledu, který byl předveden v roce 1834 a první komerčně nabízený výrobník ledu byl na trh uveden v roce 1854.

Počátky tepelných čerpadel, tedy zařízení, jejichž primárním účelem bylo zvyšovat teplotu látky či prostředí na jejich sekundární straně, jsou částečně spjaty i s územím České republiky. A to s osobností Petera Rittingera (nar. 1811), který v roce 1855 navrhl zařízení k účinnějšímu odpařování solí nasycené důlní vody.

V bývalém Československu byla první tepelná čerpadla osazena již v 50. letech 20. století, uvádí server TZB-info. Například ve slovenské vodní elektrárně Trenčín byl v roce 1956 instalován systém využívající tepelný potenciál odpadní vody z chlazení generátorů.

Pokud se v poslední době mluvilo Bavorsku v energetickém kontextu, obvykle to bylo v souvislosti s problematickými stránkami německé „Energiewende“. Například s velmi pomalým propojováním větrných parků na severu Německa s odběrateli elektřiny v jižní části země, například právě v Bavorsku.

Mohl by tak vzniknout dojem, že obyvatelé této rozlohou největší spolkové země mají k „zelené“ energetice výhrady. Ale podpora je podobná, podle některých průzkumů možná vyšší, než ve zbytku Německu – tedy vysoká. Kde však mají bezuhlíkovou energii brát?

Stejně jako ve zbytku Německa, také v Bavorsku roste odpor proti stavbě dalších větrných elektráren. Pro ty navíc nejsou na jihu Německa ani vhodné klimatické podmínky. Stejná turbína vyrobí v Bavorsku o polovinu méně elektřiny než v dobré lokalitě u Severního moře. To zcela zásadně mění ekonomiku provozu – v Bavorsku se prostě tyto zdroje v dohledné době sotva vyplatí. S fotovoltaikou by mohla být situace o něco lepší, ani pro ni Bavorsko není ideálním místem.

Situace je o to horší, že „zelené“ zdroje by měly nahradit nejen zdroje elektřiny, ale i tepla. V soukromých domácnostech dnes připadá drtivá část spotřeby energie (více než 80 %) na ohřev vody a topení. Buď musí vyrobit o to více elektřiny, nebo se musí najít jiné řešení. Bavoři ho hledají pod zemí, ve využití geotermální energie.

Nad předhlubní

Mnichov leží v oblasti, které geologové říkají Alpská předhlubeň ležící od Alp až k toku Dunaje. Ještě během třetihor to byl mořský průliv. Ten postupně zaplnily nánosy, které tam ukládaly řeky stékající z hor. Koncem třetihor však zemská tektonika sedimenty současně s celými Alpami vyzdvihla a moře vymizelo.

Podél severního úpatí Alp se tak táhne obří prohlubeň vyplněná propustnými sedimenty. Voda ze srážek, které se zastaví o severní hřeben Alp, po jejich skalnatém podloží tedy rychle klesá, ale jen do určité hloubky. Její tok v podstatě kopíruje průběh dna „vany“, tedy Alpské předhlubně. Valí se tak na sever a začne znovu postupně stoupat směrem k povrchu.

Během své podzemní exkurze se voda nejen do určité míry mineralizuje, ale především se samozřejmě ohřeje od okolní horniny. Několik kilometrů pod Mnichovem tak proudí doslova podzemní řeka s teplotami od 65 až do 100 °C (v závislosti na místě, ale především na hloubce). Horká voda v těchto místech proudí vápencovými vrstvami, které mají i další pro geotermální energii důležitou vlastnost: jsou dostatečně propustné. Jednoduše jde o horniny dostatečně porézní, ze kterých lze tedy horkou vodu odčerpat. Pro ekonomické využití geotermální energie je to extrémně důležitá podmínka.

Pokud je v daném místě geologická struktura s vysokou teplotou, ale velmi nízkou propustností, tak z ní prostě nelze teplo odebrat. Typickým příkladem takové horniny může být žula; z ní se voda bez rozbití v podstatě čerpat nedá. Pokud jde o horninu s nízkou teplotou, ale vysokou propustností, tak ani z velkých objemů není možné dosáhnout dostatečné účinnosti. Typickým příkladem může být pískovec: je velmi propustný, ale většinou má nízkou teplotu.

Ukázka geotermální instalace (kredit BTH)
Geotermální energie má proti jiným obnovitelným zdrojům tu velkou výhodu, že na povrchu zabírá malou plochu (kredit BTH)

Teplo jen ze země

V Mnichově jsou obě podmínky splněny a využití energie skryté pod zemí je tedy relativně přímočaré. Do horké horniny se jedním vrtem tlačí voda (či jiná podobná kapalina), z druhého se vyčerpává ohřátá. V jednodušší variantě se pak ohřátá kapalina používá pro vytápění/ochlazování domů. Pokud jsou teploty dostatečně vysoké, lze tento systém využít i k výrobě elektřiny, ale na to jsou zapotřebí opravdu poměrně příhodné podmínky: teploty vyšší než 100 °C a velmi propustná hornina, aby tok byl dostatečně silný. Teploty vody proudící pod Mnichovem jsou na to většinou nízké, lepší podmínky jsou ve větších hloubkách blíže Alpám.

Město chce mnohem spíše využívat jednodušší a finančně méně náročné mělčí vrty, které pak mohou posloužit k vytápění. Do roku 2040 by Mnichov chtěl mít také veškeré dodávky tepla kryté vlastní produkcí z obnovitelných zdrojů, především právě z geotermální energie. Projekt má na starosti městská firma SWM (Stadtwerke München).

Přechod na geotermální energii není levný, odhady celkové ceny jsou v řádech miliard eur. Návratnost těchto projektů by také pro ryze komerční subjekty, které si musí půjčovat na běžném trhu, mohla být velmi problematická. Pohybuje se totiž kolem deseti let – a to za předpokladu, že se projektu vyhnou komplikace, které geotermální elektrárny mohou doprovázet.

Získávání energie z pod povrchu země má dlouhou tradici. Obvykle jde o energie ve formě hmoty, kterou pak nad zemí spálíme. Pod zemí se ovšem skrývá energie volná, pravda ve své nejméně ušlechtilé podobě: jako teplo.

S každým kilometrem, který urazíme směrem do nitra Země teplota stoupne v průměru o 30°C. Zhruba tři kilometry pod povrchem tak je k dispozici voda, která by se dala využít například k vytápění. (Ne přímo, přes tepelný výměník, aby mineralizovaná voda nezanášela potrubí.)

Princip je jednoduchý: v podstatě stačí vytahovat ze země teplou vodu, teplo z ní „vytáhnout“, a pak se jí nějak zbavit. Nejčistší způsbo je ji jiným, blízkým vrtem vrátit do stejných hloubek. To sice stojí energii navíc, ale zase nemusíme řešit, co s vyčerpanou vodou z podzemí, která se kvůli velkému množství minerálů nemá prakticky žádné využití.

Kde to jde

Využití této tzv. geotermální energie je samozřejmě lákavá a lidé už s tím dlouhá desetiletí experimentují. Výsledky jsou ovšem až na výjimky horší, než by první pohled naznačoval. Aktuálně je produkce geotermální energie nejvyšší v USA (3,6 GW ), vysoká míra využití je díky příhodným geologickým podmínkám také na Filipínách (1,9 GW ) nebo v Indonésii (1,8 GW ). Nový Zéland má kapacitu 0,9 GW, Island 0,6 GW.

Silným hráčem na tomto poli začíná být Turecko, které v roce 2020 plánuje otevřít velkou geotermální elektrárnu využívající čtyři vrty do téměř pětikilometrové hloubky. Instalovaná kapacita země tak bude vyšší než všech zemí EU dohromady.

Zkušební vrt v českém středisku Ringen pro výzkum geotermální energie (foto: 
Ringen)
Zkušební vrt v českém středisku Ringen pro výzkum geotermální energie (kredit
Ringen)

Země EU získávají celkem 1,3 GW geotermální energie. Předpokládá se, že do roku 2050 by mělo dojít k výrazném, někde snad až tisícinásobnému nárůstu využívání geotermálním energie v každé ze zemí EU. Bude ale záležet na místních podmínkách, kterou nejsou všude stejné. Ostatně, my můžeme spíše závidět: některé oblasti těsně za českými hranicemi mají zřejmě výrazně větší potenciál než Česko.

V současné době je podíl elektrické energie získávané z geotermálních zdrojů v rámci EU cca 0,4 %. Udává se, že z celkového globálního potenciálu geotermální energie se v současné době využívá zhruba 1 %. V řadě zemí lze předpokládat velmi zajímavý potenciál rozvoje (Maďarsko, Chorvatsko, částečně snad i Slovensko).

V některých vybraných zemích je ovšem dnes podíl využívané energie dosti vysoký. Na Island je to například 28 %, v Salvadoru 25 %, v Keni 20 %. Z velkých evropských zemí má největší kapacity Itálie, která z geotermálu pokrývá zhruba 3 % své spotřeby.

Tři cesty

Prakticky se nabízí tři možnosti. První je provozovat velmi mělké vrty, které sahají do hloubky pár stovek metrů, a doplnit je tepelným čerpadlem. Není to masivní zdroj energie; ušetří zhruba 30 procent energie na vytápění, případně v létě na chlazení. Návratnost je tedy v řadě případů sporná, protože náklady na vrt jsou příliš vysoké.

Další možností je vrtata do již zmiňovaných hloubek kolem tří kilometrů. Zvláště pokud jsou hodně propustné (tedy ideálně nějaké měkčí usazeniny) je možné z takových hloubek celkem účinně čerpat vodu o teplotách, které se hodí na vytápění.

Třetí, technicky nejnáročnější možnost si žádá vrty do hloubek do míst, kde teploty dosahují alespoň 120°C. Což je většinou do hlouběk přesahujících čtyři kilometry. Pokud je v takovém vrtu dostatek vody (dává přes 100 litrů za minutu), lze z nich už vyrábět elektřinu i elektřinu.

Na většině míst světa jde ovšem výroba geotermální elektřiny příliš drahá. Už proto, že samotná geotermální elektrárna má ohromnou spotřebu. Některé zdroje spotřebuji polovinu vyrobené elektřiny na pohon čerpadel, které tlakují vodu do vrtů. Vyplácí se pouze v místech, kde tak hlubkové vrty nejsou zapotřebí (například Island, Filipíny, Turecko, západ USA a pár dalších).

Geotermální elektrárna Nesjavellir na Islandu. Tato druhá největší geotermální elektrárna na Islandu má výkon 120 MW elektřiny a 150 MW v teple. Ale využívá zcela ojediněle přiznivých podmínek Islandu. (foto: Gretar Ívarsson)

Návratnost vrtů do menší hloubek může být i v méně příhodných geologických podmínkách zajímavější. Návratnost by se teoreticky měla blížit hodnotám, které dělají geotermální energii zajímavým zdroj nízkoemisního tepla (zvláště pokud by emitující zdroje byly zatíženy uhlíkovou daní). Pokud se ovšem nestane problém…

Zatrápená zeměstření

Geotermální zdroj lze využívat pouze, pokud je hornina dostatečně propustná. V některých místech, především v měkkých a propustných sedimentech, to není problém. Někde – a vždy při vrtech do hodně velkých hloubek – tomu ovšem je nutné pomoci.

K tomu se používá dnes již velmi osvědčený těžební postup známý jako hydraulické štěpení. Spočívá v tom, že se do vrtu pod velkým tlakem vtlačí kapalina, která skály doslova roztrhá.

Ukázka hydraulického štěpení známého také jako „frakování“ (anglicky „fracking“). Obrázek zachycuje i možnost vzniku štěpením vyvolaných otřesů, o kterých ještě budeme mluvit. (kredit: Mikenorton)

Štěpení je ve větších hloubkách nezbytné, má však svá rizika. Za určitých okolností (pokud je v místě například do té doby neznámý zlom) může vyvolat i poměrně silné otřesy.

Slavný, či spíše neslavný, je příklad z roku 2006, kdy se objevily otřesy na geotermálním projektu v Basileji. Tamní vrt byl hluboký cca 4,5 kilometrů a štěpení vyžadoval. V jeho důsledku (až po ukončení štěpení, ale téměř jistě v souvislosti s ním) tu došlo zemětřesení s magnitudem zhruba 3,4.

O několik let později, v roce 2013, došlo k problémům na dalším projektu v St. Gallenu. V tomto případě těžaři narazili na ložisko zemního plynu. Operatáři museli zabránit úniku plynu a využili k tomu připravenou speciální tekutinu. Při tom ovšem bohužel došlo k natlakování okolní horniny, které vedlo k nechtěnému štěpení usazenin relativně blízko povrchu. To znovu způsobilo otřesy o magnitudu 3,5. Po těchto událostech Švýcarsko přistupuje ke geotermální energií již velmi opatrně.

Podobných událostech lze podle odborníků nepochybně předcházet, či přesněji lze riziko jejich vzniku výrazně snížit. Problém je ovšem v tom, že stačí jedna chyba, nerozvážnost či smůla a i slibný projekt může skončit. Ani energie z nitra Země není „bezpracná“.

Load More