Obnovitelné zdroje pro pohon automobilu

Vodík, syntetická paliva, elektřina: této trojici bude patřit budoucnost osobní dopravy. To s sebou přináší i vášnivé diskuze, které jsou vyhrocené nejen na sociálních sítích, ale například i mezi politiky. Takřka vždy je důvodem absence celkového kontextu a neznalost toho, co zavedení jednotlivých technologií znamená.

Druhy vodíku a syntetických paliv

V současné době rozlišujeme tři druhy vodíku: zelený, modrý a šedý, které se liší způsobem výroby. Evropská vodíková strategie, ale především veškeré další plány na snižování emisí počítají výhradně se zeleným vodíkem. Ten vzniká elektrolýzou a na vstupu tak vyžaduje pouze vodu a dostatečné množství elektrické energie.

Při současném energetickém mixu (ať už toho českého nebo evropského) je jasné, že i zelený vodík má do ekologického paliva daleko - při výrobě elektřiny pro elektrolýzu se neobejdeme bez uhlí ani plynových elektráren.

V současné době hojně diskutovaná syntetická paliva jsou na tom velmi obdobně jako vodík. Ačkoli jich rozlišujeme desítky druhů (například ta z biomasy), debaty se vedou výhradně o benzinu a naftě vyrobených při využití vodíku a oxidu uhličitého. Oxid uhličitý se bude získávat ze vzduchu, v lepším případě zachytávat u zdrojů znečištění.

Energetická náročnost je ještě vyšší než v případě samotného vodíku a násobně vyšší než u paliv vyrobených z ropy. Pokud se tedy budeme bavit o efektivitě výroby, pak je nejvýhodnějším pohonem ten elektrický.

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

Skladování a infrastruktura

Vodík lze skladovat v plynném i kapalném skupenství. V prvním případě se nedá vyhnout únikům - větším či menším podle technologie. V případě plynného skupenství také narazíme na nízkou objemovou energetickou hustotu. Skladování v kapalném stavu sice výrazně zvýší energetickou hustotu, má však jednu zásadní nevýhodu - je třeba udržovat teplotu -253 °C.

Takto enormní podchlazení je další výraznou energetickou zátěží a v kombinaci se zelenou elektrolýzou jde o další snížení efektivity. Nic z výše uvedeného neplatí pro syntetická paliva, která jsou skladována stejným způsobem jako současná fosilní paliva. Jsou uchovávána při standardní teplotě a za atmosférického tlaku.

Stále palčivější otázkou je infrastruktura a skladování v případě elektřiny. Zatímco teoretických návrhů a technologických ukázek existuje celá řada, do praxe se v Evropě dostaly jen přečerpávací elektrárny. Pilotní bateriové systémy zatím nemusíme brát v potaz, jejich kapacity jsou zanedbatelné.

I budování infrastruktury pro elektromobilitu je jednou velkou neznámou. Motivovat soukromé investory, ale i lokální samosprávy k budování nabíjecích stanic, bude klíčovým úkolem pro stát i Evropskou unii.

Tankování a nabíjení

V případě rodinných domů je situace jasná - elektromobil splňuje podmínky pro zřízení akumulačního tarifu D27d, tudíž lze přes noc nabíjet za zvýhodněnou cenu. Otázkou je budoucí vývoj sazeb pro dobíjení u distributorů - tradiční akumulační tarif je v posledních letech stále méně výhodný a je tudíž možné, že se dočkáme specifických tarifů na míru pro elektromobily.

Čtěte také: České startupy a energie

S elektromobilem se však již dnes lze plně spolehnout na nabíjení na dobíjecích stanicích, byť za cenu kompromisů. Aktuální síť z velké části tvoří nabíječky do výkonu 22 kW, kde by plné nabití trvalo několik hodin. Na druhé straně je ale takový způsob šetrnější k akumulátoru.

V případě rozšíření syntetických paliv se jejich tankování nebude žádným způsobem lišit od současného stavu. Naopak tankování vodíku má velmi podobná specifika jako v případě dobíjení akumulátoru v elektromobilu. Vše tady probíhá pod vysokým tlakem a podobně jako u nabíječky je i tady postupně snižován průtok do nádrže. Plnou nádrž je možné tankovat až 20 či 30 minut. I tady se počítá s postupným zkracováním doby.

Ekologie a energetický mix

Ať už jde o elektřinu, vodík nebo syntetická paliva, vždy bude otázka ekologie stát a padat na energetickém mixu. O ekologickém provozu se tak nebudeme moci bavit ani u jednoho ze tří typů pohonu do doby, než budeme elektřinu vyrábět bezemisně. Řešit můžeme i lokální emise, tedy obdobu výfuků běžných spalovacích automobilů.

U elektromobilů, stejně jako u vodíkového pohonu jsou nulové. Díky složení jsou sice eliminovány pevné částice, k emisím CO2 však dochází v nezměněné podobě.

Náklady na provoz

I tady bude rozhodujícím parametrem jediné - náklady na elektřinu. Zatímco u elektromobilů půjde o přímý provozní náklad, u vodíku a syntetických paliv půjde o hlavní složku výsledné ceny paliva. U vodíku je započítána cena nové pražské stanice Orlenu, u elektřiny nejnižší možná cena u dobíjecích stanic ČEZu a zároveň nejrychlejší nabíjení v síti rychlonabíječek Ionity.

Čtěte také: Více o sluneční energii

Vyčíslit cenu za kilometr u syntetických paliv zatím není možné - na běžném trhu neexistují. Pokud by ale existovala, vyčíslením nákladů na výrobu se odborníci dostávají na řády stovek korun za litr syntetického benzinu.

Alternativní pohony: Co už tu bylo a neuspělo?

Pohánět auto lze lecjak. Vždy však člověk hledal něco, co bude snadno dostupné a efektivní. Možná ještě v současnosti jezdí některá auta, která spalují fritovací olej. To bylo popravdě první „alternativní palivo“, které si čeští řidiči oblíbili. Stačilo se držet vůně hranolek.

Nicméně fritovací olej je ve srovnání s některými dalšími palivy ještě poměrně konvenční záležitostí. Jeden čas se o stlačeném vzduchu uvažovalo zcela vážně jako o pohonu budoucnosti. Bylo to zhruba kolem roku 2010, kdy nebylo jasné, jestli se budeme držet fosilních paliv, nebo potřebujeme něco nového. Pak přišel Guy Negre a společnost MDI.

S nimi i pístový motor, ale nikoliv spalovací, využíval totiž tlaku vzduchu z tlakové nádoby. I přes naprosto tragický vizuál prvních autíček na vzduch to vypadalo nadějně. Autu klesal výkon s tím, jak se nádrž vyprazdňovala a tlak šel dolů. Projekt na nějaký čas utichl, pak se objevilo podivné vozítko ZPM AirPOD a od té doby se nic neděje.

Druhá světová válka a s ní nedostatek spousty základních surovin, jako ocel nebo třeba benzín, byla rozmachem pro různé alternativy. A tak se stalo, že se již známý koncept pohonu auta dřevoplynem stal v podstatě normou v hromadné a nákladní dopravě, majetnější si nechávali upravovat svá auta.

U nás se používala ve velkém měřítku třeba Škoda 256 G, v Anglii jezdily dvoupatrové autobusy, které měly generátor plynu za sebou na vozíku. Dřevo se ale nakonec neuchytilo jako trvalé řešení a přešli jsme zpět na benzín a naftu.

50. léta byla dost jaderná. Štěpná reakce se pokoušela procpat, kde to šlo. Zkusila to i v autech a popravdě představa vozidla, které na jedno doplnění paliva ujede 8 000 kilometrů, je poměrně lákavá. Ford Nucleon však nikdy nedošel sériové výroby, bylo by totiž nutné vybudovat síť doslova jaderných čerpacích stanic a asi by se doplnění paliva nedalo realizovat úplně samoobslužně.

Navíc by to byl v podstatě nekontrolovatelný počet aut s malými jadernými reaktory. Lákavá myšlenka pohonu auta však lidstvo neopustila. Cadillac přišel v roce 2009 s konceptem World Thorium Fuel, který měl být o něco bezpečnější. Využíval totiž thoria, které má celu řadu výhod.

Hybridní pohony osobních automobilů

Hybridním pohonem u osobních automobilů se dnes myslí hlavně kombinace klasického spalovacího motoru s elektromotorem a baterií, která je nejčastější. Existují ale různé možnosti tohoto uspořádání, nebo jiné možnosti uložení energie pro její následné použití.

Spalovací motor má obrovskou výhodu v hustotě energie uložené v jeho palivu, jehož dočerpání je velmi rychlé a rozšířené. Jím vynaloženou energii ale nelze rekuperovat, a proto vznikají různě výhodné a úspěšné kombinace spalovacího motoru s dalším pohonem, jejichž cílem je snížení spotřeby vozidla hlavně v neplynulém (městském) provozu, kde je výrazná spotřeba energie pro rozpohybování vozidla a následně je energie takto vynaložená spotřebována na ohřev a opotřebení brzd při zpomalování - tuto energii je výhodné rekuperovat a při následném rozjezdu využít.

Mimo segment osobních automobilů se s hybridními pohonnými jednotkami můžeme setkat v MHD, kde se jedná o trolejbusy či tramvaje, které mohou být napájeny jak z trolejí, tak z baterie či záložního diesel agregátu, u diesel-elektrických lokomotiv, či u těžkých strojů, například dumperů v lomech.

Historie hybridních automobilů

Hybridní automobily nejsou novinkou, jak by se mohlo na první pohled zdát. Na počátcích automobilismu z důvodu složité regulace a spouštění spalovacího motoru vedl motor elektrický, ale měl jeden velký problém: kapacitu baterií.

Prvním hybridem byl v roce 1898 automobil zvaný Mixte, který vymyslel Ferdinand Porsche ve spolupráci s továrnou Lohner, jenž byl poháněn elektromotory, ale jehož zdrojem energie byl spalovací motor, který roztáčel dynamo a nabíjel baterie. V roce 1900 na světové výstavě v Paříži se tento automobil stal velkou senzací.

Postupem času se zlevňováním ropy spalovací motory na dlouhou dobu převálcovaly všechny alternativy v osobních automobilech až do konce 20. století, kdy se automobilky začaly o jiné způsoby opět zajímat.

Zajímavostí je například Audi Duo z konce 80. let minulého století, jenž bylo postaveno na základu modelu 100 Avant. Jeho zadní kola poháněl elektromotor o výkonu 13 koní, a nezávisle na něm poháněl přední kola pětiválec o objemu 2,3 litru. Kvůli těžkým Ni-Cd bateriím mělo vozidlo vyšší spotřebu než klasický vůz a ani jeho následující dvě generace (třetí generace již byla postavena na základu Audi A4 generace B4) nedosáhly úspěchu.

Revoluce v podobě Toyoty Prius na přelomu milénia

V roce 1997 přišla automobilka Toyota s hybridním modelem Prius, částečně na objednávku japonské vlády, na kterou zareagovala také automobilka Honda s modelem Insight, který se nedočkal tak zářného úspěchu, ale v nabídce automobilky je dodnes (dnes se jedná o čtyřmístný liftback, první generace byla aerodynamický dvoumístný hatchback, jehož duchovním nástupcem je dnes CR-Z).

První generace Priusu byla zpočátku k dispozici pouze v Japonsku. Vzhledem k jejímu úspěchu byla v roce 2000 uvedena na další světové trhy.

V roce 2003 přišla na trh druhá generace, u které se Toyota zaměřila také na aerodynamiku (součinitel aerodynamického odporu vzduchu dosáhl tehdy výtečných 0,26), a tak vznikla dnes již velmi dobře známá silueta tohoto liftbacku nižší střední třídy. Do roku 2008 se prodal milion kusů a Toyota začala svůj hybridní systém zvaný HSD (Hybrid synergy drive) nabízet v mnoha svých modelech včetně své luxusní odnože Lexus (zde Lexus hybrid drive).

V roce 2009 přišla na trh třetí generace, která ihned v Japonsku vyhrála titul Auto roku, a která se v roce 2011 dočkala také provedení karoserie MPV a hatchback, v roce 2014 také velmi očekávané plug-in hybridní varianty.

Do roku 2015, kdy přišla na trh čtvrtá generace, se modelů z rodiny Prius prodalo po celém světě přes 5,2 milionu kusů, což je více než 60 % z celkového počtu prodaných hybridů automobilky Toyota, a Prius se stal celosvětovým symbolem hybridních automobilů.

Široké rozšíření hybridů a supersporty

V současnosti nabízí již téměř všechny světové automobilky hybridní verze svých modelů, jejichž hlavním cílem je snížit lokální emise ve městech, v jejichž centrech se objevují nízkoemisní zóny.

Hlavní myšlenkou je, že ve městě je vozidlo schopno jet čistě na elektřinu - nedosahuje vysokých rychlostí a ujetá vzdálenost je minimální. Často brzdí, a tak lze takto vynaloženou energii rekuperovat zpět do baterie, díky čemuž lze dosáhnout poměrně nízké spotřeby elektřiny pro výsledný pohyb vozidla, neboť část energie využité pro rozjezd lze znovu využít. Navíc i při rozjezdech by docházelo k dalším ztrátám - na spojce či hydrodynamickém měniči, a v neefektivních režimech motoru.

Mimo město, kde je doprava značně plynulejší, a kde by k žádné velké úspoře energie rekuperací nedocházelo, je v provozu spalovací motor, jehož převodovka k tomu může být přímo uzpůsobena (dlouhé převody), ale i zde může elektromotor pomáhat v neefektivních režimech spalovacího motoru, aby nebylo nutno uzavírat škrtící klapku například.

Další možností je použití elektrického pohonu na krátké jízdy, neboť průměrný týdenní nájezd v Evropě je necelých 400 km, a tak je možné většinu svých jízd používat elektrický pohon (v kombinaci s baterií s kapacitou na například 100 km jízdy) a pouze výjimečné delší jízdy spouštět spalovací motor, který by ideálně fungoval pouze jako generátor u sériového hybridu.

Speciální kategorií posledních let jsou supersportovní hybridy, jejich cílem není co nejnižší spotřeba paliva, ale výhodná kombinace dravosti a dojezdu spalovacího motoru s vysokým a okamžitě dostupným točivým momentem elektromotoru. Mezi ně patří „svatá trojice“ (McLaren P1, LaFerrari a Porsche 918), chystaný Koeniggsegg Regera a s přimhouřením oka také námi testované BMW i8.

Rozdělení hybridů podle uspořádání

Sériový hybrid

Sériový hybridní pohon automobilu se v mnohém podobá čistě elektrickému vozidlu. Jeho náprava (případně nápravy, nebo každé kolo zvlášť, bude-li vozidlo vybaveno elektromotory v kolech) je poháněna pouze elektromotorem, který má lepší průběh točivého momentu a rozsah otáček než spalovací motor, a tak není potřeba převodovka.

Spalovací motor je v tomto případě pouze jako generátor, který dobíjí baterie. Díky tomu je možno jej dimenzovat na běh ve stacionárních otáčkách, kde bude běžet s vysokou účinností, případně je možno zastavět různá technická řešení, která by se při běžném použití nehodila - například koncept Audi A1 e-tron 2010 využívá rotačního motoru Wankelova, jeho spalovací motor + generátor váží zhruba 70 kg, což je v porovnání s dostatečně velkou baterií (dojezd 350 km) poměrně nízká hodnota.

Protože je možno tento spalovací motor konstruovat bez požadavku vysoké dynamiky, může být i relativně malý a jednoduchý, s výkonem tak, aby pokryl například jízdu ustálenou dálniční rychlostí - tedy na dlouhých trasách, kde již nestačí kapacita baterie. V tomto případě bude ale jeho výsledná přeměna energie o něco méně výhodná, neboť ani generátor, ani nabíjení baterie nedosahují 100% účinnosti.

Tato vozidla jsou často označována jako REV - elektrická vozidla s „range extenderem“, což je například BMW i3 REX a další chystané automobily BMW. Často jsou zmiňována jako cesta blízké budoucnosti, neboť kombinují výhody elektrického pohonu s akumulátorem, a zároveň možnost rychlého doplnění paliva vozidel se spalovacím motorem, který ale není velkým závažím navíc jako v případě použití velkokapacitních baterií.

Mezi sériové hybridy na trhu patří: BMW i3 REX, Chevrolet Volt / Opel Ampera, Fisker Karma.

Paralelní hybrid

Paralelním hybridem je dnes většina prodávaných hybridů. Který motor bude běžet kdy a jak určuje elektronika a výsledný výkon je dán součtem jejich aktuálních výkonů, přičemž ne vždy musí oba motory běžet zároveň - tato skupina se pak nazývá sérioparalelními hybridy, kde může v určitých režimech běžet každý motor samostatně, přičemž oba přímo pohání nápravu, se kterou jsou mechanicky spojeny.

Zajímavým řešením těchto vozidel je možnost pohonu každé nápravy jiným druhém pohonu, a tedy pohon všech kol bez mechanického spojení náprav, což ale samozřejmě nezajistí ani sportovní, ani terénní jízdní vlastnosti. Příkladem takového vozidla jsou modely Hybrid4 koncernu PSA.

Rozdělení hybridů (HEV) podle jejich výkonu

Mikrohybrid

Mikrohybridní automobily jsou dnes již naprosto běžné - jde jen o vylepšený systém Stop&Start, který vypíná motor v nízké rychlosti ještě před zastavením automobilu, často spojený s kondenzátorem, který následně pomáhá se startem spalovacího motoru. Jejich provoz lze tedy dle potřeby realizovat za pomoci jak elektrického, tak spalovacího motoru dle aktuální potřeby a výhodnosti daného řešení. Tento způsob pohonu využívá například Toyota ve svém systému HSD, a to bylo také již od počátku konkurenční výhodou Priusu - byl schopen jet čistě na elektřinu.

Z nich se později vyvinula důležitá kategorie plug-in hybridních vozidel, které je možno připojit do zásuvky a dobít si baterii i jinak než pouze spalovacím motorem či rekuperací. Tato vozidla jsou pak schopna čistě elektrického pohonu po delší dobu, jehož využitelnost závisí na použití vozidla. Při elektrickém pohonu je obvykle omezena maximální rychlost a v případě požadavku vysokého výkonu je ihned startován spalovací motor.

V současnosti mají největší smysl právě plug-in hybridní varianty, na což se také automobilky soustředí. Na trhu jsou k dispozici plug-in hybridní varianty: Toyota Prius Plug-in Hybrid, Mitsubishi Outlander PHEV, Volkswagen Golf a Passat GTE, Audi A3 a Q7 e-tron, Volvo V60 a XC90 Plug-in, BMW i8 a chystají se také některá BMW (Mini), Mercedesy, Cadillacy, Hyundai a Kia, Škoda Superb III.

Diesel-hybridy

V poměrně nedávné době vznikla kategorie diesel-hybridů. Důvod jejího pozdějšího vzniku je, že většina hybridních automobilů cílila na trh USA či Japonska, kde byly populární, a kde je oblíbenost naftových motorů minimální.

tags: #obnovitelné #zdroje #pro #pohon #automobilu

Oblíbené příspěvky:

• Péče o oleandr
• Poplatek za Peugeot 206
• Problémy s havraní populací
• Tipy pro kuchyni bez odpadu
• Organizace v ČR