Elektromobily a jejich dopad na životní prostředí: Studie a srovnání

V dnešní době je nám elektromobilita prezentována jako čistý způsob dopravy, který nás zachrání od globálního oteplování. Samozřejmě, že to není tak jednoduché. Navíc mnozí mají pochybnosti i o základním faktu, že by elektromobily mohly být ekologičtější než klasické vozy na spalovací motory. Naopak někteří odborníci se domnívají, že elektromobily jsou v konečném důsledku ještě méně ekologické než automobily se spalovacími motory. Pojďme se blíže podívat na to, jaké informace o dané problematice máme k dispozici.

Emise a výroba energie

Elektromobily neprodukují žádné lokální emise a díky tomu neznečišťují vzduch ve městech, kde žije většina lidí. Energii však musíme někde vyrobit. Při výrobě elektřiny především v uhelných elektrárnách vznikají emise skleníkových plynů a další látky znečišťující ovzduší. Z komínů uhelných elektráren ale do ovzduší prokazatelně uniká méně škodlivých látek než z výfuků spalovacích vozů.

Energii však musíme rozvést do jednotlivých odběrných míst a přenosová soustava má nemalé ztráty. Největší zatížení pro životní prostředí představuje proces výroby elektromobilu a baterií. Problém s lithiovými bateriemi spočívá v zatím neexistujícím způsobu likvidace, ale také v omezených zdrojích lithia a kobaltu, které jsou pro výrobu baterií potřebné. Pro budoucnost elektroaut je proto nezbytné vyvinout způsob, jak baterie recyklovat.

Názorová roztříštěnost a studie

Pokud se tedy chcete chovat zodpovědně k životnímu prostředí či z lásky k planetě Zemi promýšlíte nákup elektromobilu, nebudete mít jednoduché rozhodování. V této oblasti panuje velká názorová roztříštěnost. Agentura EEA nedávno zveřejnila novou Zprávu o vlivu dopravy na životní prostředí z pravidelné edice zpráv zaměřených na environmentální aspekty dopravy (TERM). Jejím hlavním závěrem je, že pokud jde o změnu klimatu a kvalitu ovzduší, elektromobily jsou jednoznačně výhodnější než automobily s benzinovým nebo naftovým motorem.

Podle této zprávy i se stávající skladbou zdrojů elektrické energie v Evropě, která stále zahrnuje významnou část elektřiny pocházející z uhlí, elektromobily mají zjevné přínosy. Naopak v otevřeném třístránkovém dopise, který obdržela šéfka Evropské komise Ursula von der Leyenová, uvádí 171 odborníků sdružených v IASTEC, že výpočet kterým se kalkuluje právě uhlíková stopa elektrických vozidel, je dle nich špatně nastaven. Vědci tak spočítali, že uhlíková stopa elektrických vozidel v jejich životním cyklu je až dvojnásobná.

Čtěte také: Jak recyklovat drahé kovy z elektroodpadu?

Jak uvedl pro německý list Bild Thomas Koch z Technologického institutu v Karlsruhe, který byl dříve vývojářem motorů v Daimleru: „Stojíme za Green Dealem, abychom snížili CO2. Apelujeme však na Evropskou komisi, aby uznala chybu ve výpočtu. Vědci tak spočítali, že například model Volkswagen ID.3 ve svém životním cyklu, který je odhadován na 15 let a 220 tisíc kilometrů, podle správného výpočtu vytvoří 30 tun CO2 místo 14 tun, které byly uváděny špatným výpočtem.

Švédská automobilka Volvo změřila emise vyprodukované výrobou jednotlivých typů motorů a výsledky pro alternativní pohony nevypadají nijak lichotivě. Přitom tato skandinávská značka se zavázala, že do roku 2030 bude produkovat pouze elektromobily. Je tedy elektromobilita opravdu „udržitelná“, nebo se jedná tak trochu o dvousečnou sekeru? Ukázalo se, že výroba čistě elektrických verzí vyprodukuje až o 70 % více oxidu uhličitého než při výrobě spalovací varianty.

Těžba surovin a výroba baterií

Prvním krokem při výrobě baterií je těžba surovin. Právě ta v mnoha lidech vzbuzuje negativní emoce. Asi nejvíce zmiňovaným materiálem je kobalt, jehož těžba probíhá často v chudých zemích se špatnými pracovními podmínkami. Dalším důležitým kovem je lithium, které se extrahuje z podzemních solí. Tato metoda však není příliš efektivní, je energeticky náročná a ničí životní prostředí.

Kdy budou elektromobily skutečně ekologičtější?

Nejzásadnějším faktorem této otázky je, jak "čistá" elektřina se vyrobí v místě, kde se nacházíte. Podíváme-li se opět do Spojených států, tak na výrobu elektřiny se nejvíce využívá uhlí, zemní plyn a jaderné štěpení. Dále se na produkci v malém množství podílí větrné elektrárny, vodní, solární a ještě pár dalších způsobů (geotermální, spalující biomasu). Pro příklad uvedeme Aljašku. Elektrárny na Aljašce produkují při výrobě elektrické energie relativně málo odpadu a má tedy poměrně "čistou" elektřinu.

To znamená, že elektromobil, který by spotřebovával pouze "Aljašskou" elektřinu, vyprodukuje zhruba stejně emisí jako benzínový motor, který by byl schopný ujet okolo 50 km za jeden litr. To jsou pětkrát lepší čísla, než u průměrného benzinového automobilu v USA. Takový elektromobil by byl asi dvakrát šetrnější k přírodě, než čeho dosahují ty nejlepší hybridní automobily. Abychom demonstrovali i druhý extrém, tak zmíníme Colorado, které disponuje jednou z "nejšpinavějších" elektřin v USA. Více než polovina produkce je z uhelných elektráren, které produkují více emisí, než všechny ostatní zdroje. Pokud tedy jezdí elektromobil na "Coloradskou" elektřinu, tak není ani zdaleka tak šetrný k životnímu prostředí, jako elektromobil užívající "čistší" elektřinu. Velkým problémem ovšem zůstává to, že v současné době je nedostatek této "čisté" elektrické energie.

Čtěte také: Využití kontejnerů na elektroodpad

Hybridy jako kompromis

Zatímco řada lidí bojuje za naprostý zákaz spalovacích motorů, druhá strana barikády naopak kategoricky odmítá jak elektroauta, tak hybridy. Právě hybridy by však mohly být ideálním kompromisem do doby, než se vyřeší problém s recyklací lithiových baterií. Zároveň se však jedná o ekologičtější variantu než klasický spalovací motor. Nespornou výhodou hybridů je také jejich nezávislost na infrastruktuře dobíjecích stanic, které jsou pro elektroauta nutností.

Zajištění dodávek energie z obnovitelných zdrojů

Základním předpokladem toho, že elektromobily budou šetrnější pro životní prostředí a naše zdraví, je zajištění dodávek energie z obnovitelných zdrojů. Za druhé musí tyto automobily něco vydržet. Pokud elektromobily ujedou jen 70 000 kilometrů a poté jsou vyřazeny z provozu, pak jejich celkový dopad na životní prostředí vzhledem k tomu, že při jejich výrobě bylo spotřebováno hodně energie, nevypadá ve srovnání s konvenčními osobními automobily nijak skvěle. Když s nimi ale ujedete 150 000 km a více, srovnání vychází výrazně ve prospěch elektromobilů.

Studie VUT v Brně

Brněnští vědci porovnávali, jaký je skutečný vliv emisí CO2 u elektromobilů a klasických aut vyráběných v Nošovicích po celou dobu jejich životnosti. Pozvání k rozhovoru pro web Čistá doprava přijal Kamil Jaššo, hlavní autor článku „Ekologický dopad vozidel: Srovnávací studie v rámci České republiky a ostatních zemí Visegrádské čtyřky“ z VUT v Brně.

Podle Kamila Jašša z Ústavu elektrotechnologie Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií VUT, mnoho lidí tvrdí, že elektrická vozidla jsou pro životní prostředí horší, protože výroba baterií je neekologická a elektřina se vyrábí v uhelných elektrárnách neboli že elektromobil má výfuk v elektrárně. Ale to mi jako akademikovi nedávalo moc logický smysl, protože stejná elektřina se přece používá jak při výrobě pohonných hmot, tak při provozu čerpacích stanic, tudíž spalovací auta mají svým způsobem také výfuk v elektrárně. Také mi nedávalo smysl, proč by těžba materiálů pro baterie měla být horší pro životní prostředí, když se většina materiálů pro baterie těží stejně jako jiné materiály. To je jako srovnávat jablka s hruškami.

Pokud chci porovnat dvě věci mezi sebou, musím zákonitě u obou porovnávat stejné parametry. Pokud tedy chci porovnat emise výfukových plynů spalovacího vozidla (jinými slovy aktivní emise produkované vozidlem při jízdě), musím je porovnat s aktivními emisemi elektromobilu. Pokud chci porovnat emise z výroby elektřiny pro pohon elektromobilu, musím je zároveň porovnat s emisemi z výroby paliva pro pohon spalovacího vozidla. Po diskusi s doc. Kazdou jsme se v roce 2021 rozhodli, že by bylo zajímavé vypracovat vlastní studii.

Čtěte také: Legislativa elektroodpadu v ČR

Hlavním cílem této studie bylo najít tvrdá data a porovnat jednotlivá vozidla mezi sebou spravedlivě a co nejpodrobněji co to půjde. Jako modelové vozidlo pro výpočty byl vybrán Hyundai Kona 2019 vyráběný v České republice. Toto vozidlo bylo vhodným reprezentantem, protože bylo k dispozici v benzinovém, dieselovém, elektrickém a hybridním provedení. Elektrická verze se navíc prodávala ve dvou velikostech baterií (39 kWh a 64 kWh), takže bylo možné porovnat vliv velikosti baterie na emise elektromobilu tzv. „od kolébky do hrobu“.

Navíc jsme věděli, že baterie pro tento elektromobil vyrábí společnost LG Energy Solution v polské Wroclawi, což nám umožnilo přesněji určit emisní faktor z jejich výroby a počítat s jejich skutečnou životností na základě údajů výrobce. V podstatě se jednalo o metodu posouzení životního cyklu LCA (Life-cycle Assessment). Tato metoda posuzuje vliv sledovaného výrobku na životní prostředí z různých hledisek. My jsme se soustředili na posouzení vlivu na ohřev atmosféry z hlediska vyprodukovaných skleníkových plynů v podobě tun CO2 ekvivalentu, jelikož je k tomu dostupných nejvíce relevantních zdrojových dat.

Nejdůležitější pro dosažení správných výsledků však bylo kritické čtení rozsáhlých studií o emisích z různých částí životního cyklu automobilu. Toto čtení a shromažďování relevantních dat mi zabralo téměř rok, jelikož většina těchto studií má stovky stran. CO2 ekvivalent je jednotka, která umožňuje společně popsat a mezi sebou porovnat jednotlivé skleníkové plyny, jelikož ohřívají atmosféru odlišně a přetrvávají v ní různě dlouho. Jednotlivé skleníkové plyny tak mají odlišný potenciál globálního oteplování (GWP - Global Warming Potential), který se přepočítává na ekvivalent v podobě množství oxidu uhličitého CO2, které by mělo stejný oteplovací efekt za daný čas (20, 100, nebo 500 let) jako dané množství zkoumaného skleníkového plynu. GWP oxidu uhličitého je tudíž rovno 1. Metan například, je mnohem silnější skleníkový plyn a jeho GWP v průběhu 100 let je rovno kolem 25. To znamená, že 1 kg metanu za 100 let ohřeje atmosféru stejně jako 25 kg CO2 za 100 let. Naše studie tedy neporovnává vozidla pouze z hlediska emisí oxidu uhličitého, jak si většina lidí myslí, ale z hlediska všech skleníkových plynů.

Asi nejzásadnějším zjištěním bylo, že při spravedlivém srovnání těchto vozidel je téměř nemožné, aby elektromobil vyšel z hlediska emisí skleníkových plynů hůře. Musím se přiznat, že jsem v naší studii sám nebyl zcela spravedlivý a záměrně jsem v případě elektrického vozidla počítal s horšími scénáři pro různé emisní zdroje (např. vysoké nabíjecí ztráty) a zároveň jsem kvůli nedostatku kvalitních zdrojových dat nezohlednil ztráty během životního cyklu paliva ani emise vznikající při údržbě vozu. V důsledku toho jsem spalovací vozidla trochu zvýhodnil. Nicméně výsledky výpočtů vyšly i přesto lépe ve prospěch elektromobilů, a to i v případě Polska se špatným energetickým mixem.

Všechny zdroje emisí jsou pro státy V4 stejné nebo dosti podobné s výjimkou jednoho, a to emisí z výroby elektřiny. V tomto ohledu se od sebe země V4 poměrně dost liší a Česká republika je na té méně lichotivé straně žebříčku. Moje rodná země, Slovensko, má díky jaderným a vodním elektrárnám poměrně čistý energetický mix a elektromobil je zde možné provozovat téměř bez emisí. Na druhé straně žebříčku je Polsko s převážně uhelným energetickým mixem. Výroba elektřiny pro pohon elektromobilu v Polsku tak významně zvyšuje celkové emise skleníkových plynů. Česká republika má v tomto ohledu bohužel blíže k Polsku než ke Slovensku. Nicméně i v České republice a Polsku je možné provozovat elektromobil téměř bez emisí, pokud se k jeho nabíjení použijí obnovitelné zdroje elektrické energie.

Největším problémem bylo najít relevantní data o emisích z těžby ropy a následné přepravy a rafinace paliv. Jako kdyby spojení pojmů palivo a uhlíková stopa bylo nějakou nepromíjitelnou kletbou. Paradoxně to byl právě ropný průmysl, kdo přišel s pojmem uhlíková stopa. Naštěstí Evropská unie vše sleduje a dělá si poznámky.

Nečekal jsem, že mezi zeměmi V4 bude tak velký rozdíl jen kvůli odlišnému energetickému mixu. V druhé části studie jsme na základě údajů od výrobce příslušných baterií vypočítali, kolik kilometrů ujedou dotyčné elektromobily, než kapacita jejich baterií klesne pod 70 %, což je dodnes bohužel považováno za jakýsi ukazatel, že baterie to má spočteno. Očekával jsem, že to bude více, než výrobci elektromobilů garantují zárukou což je nejčastěji 160 000 km, ale nečekal jsem, že to bude o tolik více. V současnosti se však objevují výrobci EV vozidel, kteří tuto hranici zvedají blíže k číslům, která nám v rámci studie vyšla.

Přestože je studie důkladná a zahrnovali jsme například i emise z výroby AdBlue, tak některá data jsou hůře dostupná a neexistuje moc relevantních zdrojů. Bez znalosti celého výrobního řetězce, konkrétního stylu užívání a způsobu a míry recyklace není možné pro tyto automobily stanovit 100% přesnou hodnotu emisí skleníkových plynů. Z důvodu nedostatku relevantních zdrojových dat jsme museli vynechat některé zdroje emisí, například emise z údržby vozidel. U emisí z údržby však lze předpokládat, že by dále elektromobily zvýhodnili, jelikož je jejich servisní náročnost výrazně nižší. Především se však studie zabývá pouze dopadem na životní prostředí prostřednictvím emisí skleníkových plynů, ale lze sledovat i další aspekty. Mě samotného by zajímalo, jak by to dopadlo, kdyby se sledovala například spotřeba pitné vody.

Pokud jde o vědeckou komunitu, studie prošla recenzním řízením v žurnálu, který patří do 5 % nejlépe hodnocených časopisů v dané oblasti výzkumu, v němž se k ní anonymně a kriticky vyjádřili vědci z různých částí světa. S přípravou studie nám navíc pomáhal Dr. Gavin Harper z Univerzity v Birminghamu, který je odborníkem na recyklaci baterií a emise vyprodukované během jejich životního cyklu a má několik publikací v prestižních časopisech jako je například Nature. Všichni měli ke studii konstruktivní připomínky, které nám pomohly studii dopracovat do současné podoby.

Pokud jde o širokou veřejnost, byl jsem upozorněn, že na síti X se rozproudila bouřlivá diskuse o naší studii. Překvapilo mě, že reakce byly většinou pozitivní. Jak už to v dnešní době bývá, těch pár negativních komentářů se týkalo whataboutismu (pozn. jedná se o druh argumentačního klamu, který se často používá k odvedení pozornosti od původního problému nebo obvinění; jedná se o taktiku, při které se místo řešení problému, který byl nastolen, poukazuje na jiný problém, často nesouvisející nebo méně závažný) nebo věcí, které jsou ve studii zmíněny, takže je jasné, že dotyčný komentující studii vůbec nečetl.

V současné době máme zpracovanou ještě jednu studii, která by mohla zajímat širší veřejnost a která se rovněž týká ekologie a okrajově i elektromobilů. Tato studie však ještě musí projít recenzním řízením a já doufám, že to nebude trvat tak dlouho jako v případě tohoto článku, který recenzním řízením procházel pomalu a trvalo to několik let. V současné době si dávám od ekologie pauzu a příští články se budou týkat nějakých pokroků v oblasti výzkumu baterií.

Za VUT je jediným zdrojem financování náš interní grant, který má zajistit, aby výzkumníci během svého výzkumu neumřeli hlady a mohli si koupit alespoň jednou za čas rohlík s treskou. Důkladným kritickým posouzením jednotlivých zdrojových studií a jejich porovnáním jsme pak mohli s vysokou mírou jistoty zvolit hodnoty jednotlivých emisních faktorů. V samotné studii je popsáno, jaké jsou možné odchylky těchto emisních zdrojů v různých studiích a proč jsme zvolili právě danou hodnotu.

Všechny relevantní studie jsou v článku citovány, a pokud někdo nesouhlasí s mou volbou hodnoty, může si z daného intervalu vybrat, co mu přijde vhodnější, dosadit to do uvedeného vzorce a spočítat si to sám. Vzhledem k tomu, že recenzní řízení trvalo tak dlouho tak jsem si tuto metodu ověřil sám už 3krát. Nechal jsem podobnou analýzu provést své diplomanty v rámci jejich diplomové práce, přičemž jsem jim nijak nezasahoval do volby hodnot, ani vozidel. Takže tři další lidé nezávisle na sobě vypočítali emise 3 různých typů automobilů (malé auto, SUV, sedan) a vyšlo jim to vesměs stejně (v prospěch EV).

Kromě toho se letos na VUT otevřel nový předmět „Úvod do elektromobility“, v němž prostřednictvím kritického myšlení a diskuse nechávám studenty vyhledat a zvolit hodnoty různých emisních faktorů a vstupních údajů a vypočítat výsledné emise vybraných automobilů. Navzdory omezenému času, který na cvičení mají, docházejí často k velmi podobným hodnotám.

Doufáme, že výsledky naší studie budou brány jako jasný a pádný důkaz, který tyto mýty vyvrátí, a že naše studie pomůže nasměrovat diskusi správným směrem. Pokud někdo nedokáže změnit svůj názor ani na základě pečlivě sepsané a třikrát nezávisle ověřené recenzované studie, pak mu bohužel ten názor už nic nezmění.

Shrnutí klíčových zjištění studie VUT

Studie Kamila Jašša z VUT přináší několik klíčových zjištění ohledně dopadu elektromobilů na životní prostředí v porovnání s vozidly se spalovacími motory:

• Elektromobily mají nižší emise skleníkových plynů během životního cyklu, a to i v zemích s energetickým mixem založeným na uhlí.
• Výroba elektromobilu produkuje více emisí než výroba benzinového vozu, ale tento "emisní dluh" se vyrovná po ujetí určitého počtu kilometrů.
• Energetický mix jednotlivých zemí má významný vliv na celkové emise elektromobilů; země s čistšími zdroji energie dosahují lepších výsledků.
• Hybridy mohou být kompromisním řešením, dokud se nevyřeší problémy s recyklací baterií.
• Zajištění dodávek energie z obnovitelných zdrojů a prodloužení životnosti elektromobilů jsou klíčové pro maximalizaci jejich environmentálních přínosů.

ADAC studie o radiačních emisích

Kromě lokálně bezemisního provozu elektromobily do svého prostředí vyzařují i podstatně méně radiace. Všeho všudy mohou být lidé klidní. I ti největší hříšníci operují v bezpečných hodnotách hluboko pod bezpečnostními limity. Pasažéři jsou dobře chránění, největší míra radiace byla naměřena v prostoru podlahy, kudy nejčastěji vedou elektrické svazky kabelů. Jak stejnosměrné, tak i střídavé napětí má na sílu radiace naprosto minimální vliv. Stejnosměrné rychlé nabíjení se zdá být ze všech způsobů doplňování energie nejbezpečnější. Překvapivě dobře si v této kategorii vedou čínské vozy.

Čínská studie o bezpečnosti elektromobilů

Čínské výzkumné středisko zabývající se automobilovými technologiemi (CATARC) před necelým měsícem uspořádalo konferenci, na které se i tato bezpečnostní složka vozidel hodnotila. Ty jsou mnohem komplexnější. Jde o soubor zahrnující bezpečnost nabíjení, elektromagnetické bezpečí, funkci vysokonapěťového systému a požární bezpečnosti. Všechny tyto vozy v testech vynikaly. Rozsah magnetické radiace v kabině se pohyboval od 0,8 μT do 1 μT v přední řadě, v druhé byl téměř měřitelný rozsah 0,3-05 μT. Pro představu srovnání uvádí společnost hodnotu vyzařování standardní elektrické dečky určené pro domácí použití. Ta při běžném provozu vyzařuje zhruba 10-50 μT elektromagenetické radiace.

Výsledky srovnávací studie emisí CO2 ekvivalentu (Hyundai Kona)

Studie Kamila Jašša a jeho týmu z VUT v Brně přinesla konkrétní data ohledně emisí CO2 ekvivalentu pro různé varianty modelu Hyundai Kona po ujetí 150 tisíc kilometrů:

Z tabulky vyplývá, že elektromobily, zejména s menší baterií, vykazují výrazně nižší emise CO2 ekvivalentu ve srovnání s benzinovými, naftovými a hybridními variantami.

tags: #elektro #auta #dopad #na #životní #prostředí

Oblíbené příspěvky:

• Obalový odpad a zákony
• Znečištěný naftový motor: příznaky
• Produkce Elektrárny Chvaletice
• Ekologické oleje: přehled
• Výzkum environmentální gramotnosti v Praze