Elektřina, vodík, plyn... Proč ještě nenahradily benzín a naftu?

Automobil mění energii na pohyb. Ona energie může pocházet z nejrůznějších zdrojů.

1. Fosilní paliva

Do této skupiny patří ropa, uhlí či zemní plyn. Vznikala v pravěku, kdy těla rostlin a organismů tlející pod povrchem bez přístupu vzduchu zuhelnatěla.

Kde se tehdy vzalo tolik uhlíku, že jej dodnes můžeme hojně těžit? Z nedýchatelné prvohorní atmosféry složené převážně z CO2. Právě první rostliny

jej fotosyntézou uložily do svých těl a do atmosféry vypouštěly kyslík. Díky nim se stala dýchatelnou a umožnila rozvoj živočichů. Dnes takto uložené

sloučeniny uhlíku a vodíku spalujeme a dávno pochytané CO2 do atmosféry zase vracíme.

Konkrétní dopady tohoto počínání jsou předmětem diskusí, nicméně je zcela namístě s fosilními palivy šetřit, ač naprosté vyčerpání bezprostředně

nehrozí. Současné zásoby ropy vystačí minimálně na 30 let, přičemž jsou stále objevována nová ložiska. Zásoby zemního plynu pak máme na víc než sto let a pro pohon automobilů jej lze používat buď přímo (CNG), nebo z něj vyrábět vysoce kvalitní syntetická paliva kapalná (včetně nafty).

V malajském Bintulu nedávno podobnou rafi nerii otevřela společnost Shell. Kapalná paliva pro tradiční spalovací motory (benzin a naftu) je možné

vyrábět i z uhlí, ale je to náročnější.

2. Elektromobil: Veze si jen šest litrů nafty

Ekologický přínos elektrického automobilu závisí na způsobu výroby energie v regionu, kde jezdí. Tedy na podílu energie z fosilních paliv. Jemu a spotřebě elektřiny totiž odpovídají emise CO2, které elektromobil jízdou způsobí.

Emise téměř nulové

Blízké oné vysněné nule jsou emise elektromobilů ve Francii (díky atomovým elektrárnám), Švédsku, Švýcarsku a Norsku. Česká republika je v evropské tabulce sedmou nejhorší, když na produkci každé kilowatthodiny elektrické energie vypustí do ovzduší 616 g CO2. Pokud tak elektromobil v praxi spotřebuje například 17 kWh elektřiny na 100 km, připadá na každý kilometr 105 g CO2. A to ještě jen za nereálného předpokladu,

že se nic neztratilo v distribuční síti ani při nabíjení. Čili i pokud bychom přistoupili na současnou hysterii kolem CO2, elektromobil jejich emise v našich podmínkách nesnižuje – pouze vznikají jinde než ve výfuku.

Zatraceně těžká energie Největší nevýhodou baterií je vysoká hmotnost v poměru k objemu energie, který obsahují. Akumulátory typu li-ion v Opelu Ampera obsahují jen 16 kWh energie a váží celých 180 kg. Přitom zmíněných 16 kilowatthodin se energeticky rovná necelým šesti litrům nafty. Zatímco diesel by na takové množství ujel něco málo přes sto kilometrů, elektromobily až o polovinu více (pokud nemusí topit či klimatizovat). Příčinou je až devadesátiprocentní účinnost elektromotoru, který rotuje bez ztrátového přímovratného pohybu a daleko méně se zahřívá. A též lepší hospodaření s energií: při brzdění se stává generátorem a mění kinetickou energii vozidla zpět na elektrickou. Proč nemůže mít elektromobil větší dojezd? Právě kvůli hmotnosti a velikosti akumulátorů. Baterie s kapacitou 100 kWh, což odpovídá 37 litrům nafty, by včetně příslušenství vážily 830 kg a zabíraly prostor 670 l. To by moc místa pro zavazadla nezbylo. A hlavně když dvojnásobně zvýšíme kapacitu a tím i hmotnost baterií, dopad na dojezd není bohužel také dvojnásobný. S hmotností totiž výrazně vzrostou jízdní odpory a s nimi spotřeba energie. Od určité hranice to přestane být efektivní. Při současné technologii baterií je tato hodnota přinejlepším 150 km.

Příliš dlouhé nabíjení

Zásadní uživatelskou nevýhodu elektromobilů představuje dlouhé nabíjení. Není to však ani tak věcí samotných akumulátorů jako spíš proudu, který máme pro jejich nabíjení k dispozici. Jednofázový s napětím 230 V (běžná domácí zásuvka) se vzmůže nanejvýš na 3,7 kilowattu, pak trvá dobití běžného elektromobilu šest hodin. Třífázový s 400 volty při 11 kW má šanci stihnout to samé za necelé dvě hodiny, při 22 kW za téměř hodinu.

Kdybychom chtěli elektromobil nabít za tři minuty, potřebovali bychom výkon 500 kW. A takovou přípojku zatím vyrobit neumíme. Zásadním problémem je též kapacita elektrické sítě. Domácnosti nikdy neměly tak velké spotřebiče, jakými jsou elektromobily. Když je všichni začnou nabíjet v šest hodin večer po příjezdu z práce, způsobí kolaps. Pro skutečné rozšíření elektromobilů je potřeba vybudovat inteligentní rozvodné sítě, které je

budou nabíjet postupně.

technika svetmotoru

3. Vodík: Už funguje, teď srazit cenu

Zatím nejméně koncepčních nedostatků mají vodíkové automobily poháněné elektromotory, jež energií zásobují takzvané palivové články. Vodíkový automobil je však také ze všech existujících řešení nejdražší.

Jak to funguje?

Vodík dobře hoří, má vysokou výhřevnost a vzniká z něj jen vodní pára. Proto se dá spalovat i v klasických pístových motorech. Takové modely již svého času individuálně nabízelo třeba BMW. Zážehový agregát s účinností jen kolem 30 procent však touto velmi drahou pohonnou hmotou dost plýtvá, palivové články s šedesátiprocentní účinností jsou lepším řešením.

Představme si je jako jednosměrnou baterii.

Čili v normálním akumulátoru dochází k chemickým změnám. V průběhu vybíjení jsou při nich na jedné straně elektrony uvolňovány, na druhé pohlcovány. A při nabíjení je to opačně. Do palivového článku se přivádí vodík (H2), vefukuje vzduch (kyslík O2) a reagují na vodu (H2O). Přitom se na membráně oddělí jeden elektron a elektrodou je odveden do akumulátoru. Ten má podstatně menší velikost než u elektromobilu, je totiž vlastně jen vyrovnávací, podobně jako u hybridu. K napájení elektromotoru slouží sám pouze krátce, než se po studeném startu palivové články zahřejí. Pomáhá při prudké akceleraci a ukládá energii během brzdění motorem.

K šedesátiprocentní účinnosti samotného pohonného systému se tak přičítá ještě hospodaření s kinetickou energií vozidla stejně dobré, jako mají elektromobily.

Dojezd 320 km

V tlakových nádobách Opelu HydroGen4 je 4,2 kg stlačeného vodíku, na což automobil ujede až 320 km. „Placatá“ (tedy úspornější) Honda FCX Clarity zvládne na čtyři kilogramy 450 km. Více vodíku na menší prostor se do auta vejde, pokud jej použijeme zkapalněný. Jenže vodík je kapalný jen hluboce podchlazen a ani nejlepší tepelná izolace nádrží nezaručí, že se nezačne ohřívat. Pak je potřeba odpouštět jej do atmosféry. Vodík pak v takovém autě ubývá, i když stojí. Za týden může být nádrž skoro prázdná. Proto řešení s kapalným vodíkem bude vhodné jen pro autobusy, nákladní automobily a jiné stroje, které jsou v provozu denně a tankují často.

technika svetmotoru

4. CNG: Dobrý, ale jen díky nízké dani

Motor na stlačený zemní plyn se obvykle příliš neliší od běžného benzinového a na diesel tak ztrácí účinností. Tlakové nádoby na zemní plyn jsou těžké, pokud na ně tedy výrobce místo oceli nepoužil kompozitové materiály. Pak jsou zase velice drahé. V každém případě zabírají asi pětkrát více místa než stejné množství energie v podobě nafty. Jen u některých vozů je možné protáhlé nádoby umístit pod podlahu. A benzinová nádrž musí být ve voze také, ač motory je možné startovat přímo na zemní plyn. Síť plnicích stanic je totiž stále řídká (kvůli nákladné výstavbě), a tak by řidiče vůz snadno nechal na holičkách.

Na CNG za své peníze dojedete nejdále, motory jej spalující však nepatří k nejspolehlivějším. Vysoké teploty spalování (plynná paliva neseberou agregátu teplo pro změnu skupenství) a suché sací ventily si vybírají daň většinou na hlavách válců.