Spalovací Motor a Jeho Dopad na Životní Prostředí

Pokud se mluví o zatěžování životního prostředí automobilovou dopravou, téměř vždy se týká provozu aut a emisí skleníkových plynů, které vznikají při spalování nafty nebo benzínu během jízdy. Spotřeba energie a tím i produkce skleníkových plynů je ale navázaná na výrobu auta, těžbu surovin, zpracování ropy nebo likvidaci nepojízdného vraku.

Výroba Paliv a Emise

Výroba paliv prodělala za posledních 150 let neuvěřitelný pokrok. Technologie pro vylepšení výroby paliv byla vyvinutá až v poválečné době. Základem je tradiční destilace. Tou se z ropy získávalo palivo vlastně od samého počátku. Principem je, že destilací se dostávají z ropy jednotlivé uhlovodíkové substance podle jejich bodu varu. Z ropy se tak postupně získá benzín (teploty 30-180° C), kerosin a petrolej (nad 180° C), nafta (nad 220° C), naftalen a těžké frakce ropy. Nad 360° C už nelze normálně destilovat, a tak musí nastoupit vakuová destilace. Jenže ani ta nezvýší výtěžnost v maximální míře 25 % z původního objemu ropy. A to je dost málo. Navíc vydestilovaný benzín a nafta nemají dostatečné vlastnosti, které by jim umožnily práci v současných motorech.

Proces Spalování

Každá práce ve spalovacím motoru závisí na míře tepla dodaného palivem. O tom, kolik má v sobě směs obsaženého tepla, podává informaci takzvaná výhřevnost paliva, nebo ještě lépe výhřevnost směsi. Ve válci se palivo nejdříve zahřívá a vytváří co největší kontaktní plochu s okysličovadlem, tedy se vzduchem. Toho se dociluje především jemným rozprášením. Čím menší kapičky, tím větší styčná plocha se vzduchem, a tedy i větší plocha na odpaření. Následuje právě odpařování paliva. Při něm se mísí odpařené páry s kyslíkem a ohřívají se látky na takzvané předplamenné reakce. Dále probíhají předplamenné reakce. Jde vlastně o přípravu směsi na samotnou chemickou reakci. Vznikají volné radikály. Následuje samotné hoření směsi a následné dohořívání směsi. Zde dochází k pomalejším chemickým reakcím a také k reakcím, na které se už nedostal kyslík či jiná chemická látka. Zde jsou reakce výrazně ovlivněny ochlazováním od stěn, kdy za nižších teplot se už nedokáže palivo tak dokonale spalovat.

Za všechno může kyslík a teplota, ať už se jedná o benzínový, nebo naftový motor. Každý z nich ale působí tak trochu jinak. Prostě nemůžeme souhrnně říct, že když je méně kyslíku, tak se celá chemie hoření zblázní a z výfuku nám vypadají uhelné brikety s jedovatými ampulemi plnými karcinogenů. Navíc, ať se snažíme, jak se snažíme, stále nám do toho mluví příroda. Ta se snaží neustále něco zredukovat do takzvaného rovnovážného stavu. Sama se třeba brání stálému nárůstu teplot ve válci tím, že mění chemii přeměny CO na CO2 apod.

Emise u Zážehových a Naftových Motorů

U zážehových motorů mají oxidy dusíku svůj vrchol v mírně bohaté směsi. Jde o to, že tvorba NOx má zřejmou závislost na teplotě plamene. Takže NOx jsou také tradiční průvodci zatížení motorů. S klesajícím zatížením také klesá jejich produkce. Naftový motor je na rozdíl od zážehového regulován kvalitativně. S vyšším výkonem prudce vzrůstá podíl sazí a NOx. CO je v naftovém motoru najednou jen nedůležitou součástí, která má malý podíl na celkových emisích. U naftových motorů je potřeba k dokonalému spalování zvyšování objemu vzduchu, ve kterém by se nehomogenní směs mohla spálit. Jak toho docílit? Při spalování je důležitý kyslík, který se do motoru dostává ze vzduchu, kde je většinou přítomno cca 21 % podle objemu, nebo 23,2 % podle hmotnosti. Zbytek je dusík, oxid uhličitý CO2, vzácné plyny a vodní páry. U benzínu a nafty je zapotřebí 14,5 až 15 kg vzduchu na shoření jednoho kilogramu paliva.

Čtěte také: Elektromobil vs. Spalovací Motor

Výroba Automobilů a Emise

Výrobci aut uvádějí jen emise navázané na přímou výrobu. Jenže ani tady si „zelený“ řidič moc nepomůže. Mnoho součástí aut se do továrny dováží už hotových od externích dodavatelů, nebo může jít o subdodávky v rámci jednoho podniku. Ani ty se pak nemusejí započítávat do výroby, navíc může jít o podniky vzdálené desítky kilometrů. Typicky se montují jako hotové součásti například kola nebo sedačky, ale můžou to být i některé menší části karoserie a další komponenty. Například Škoda Auto vyrábí pouze jeden typ motoru a většina motorů je součástí dodávek. V automobilkách se lisují velké karosářské díly jako bočnice, střecha, dveře nebo části podlahy. Potom následuje svařování celé karoserie vozu a nalakování. Posledním krokem je finální montáž celého auta včetně elektroniky, motoru a kompletního vybavení.

Podle Zprávy o trvale udržitelném rozvoji automobilky Škoda Auto vycházejí emise do ovzduší na jeden vyrobený vůz na hodnotu 5,57 kilogramu. To jsou veškeré emise z provozu výrobního závodu. Nejde tedy jen o CO2. Jde o emise z teplárny, svařoven, ŠKO-ENERGO a podobně. Přesněji jde o všechny emise uváděné dle povinnosti dané zákonem o ochraně ovzduší. Naproti tomu průměrné auto vyrobené v závodech TPCA, kde se na uhlíkovou stopu dívají komplexněji, vykazuje na jeden automobil 201,9 kilogramů CO2. Do této hodnoty je započítána spotřeba zemního plynu, elektrické energie, benzinu a nafty u služebních vozidel, technologického plynu na svařovně, benzinu a nafty v procesu výroby automobilů a benzinu a nafty při testování vozidel.

Oxid Uhličitý (CO2) a Ostatní Emise

Moderní automobily mají spalovací motory, ve kterých je pomocí různých mechanismů omezován vznik CO2 při spakování, což je vlastně produkt dokonalé chemické oxidace. Jeho detekce ve spalinách nám ukazuje na kvalitní proces hoření. Omezování CO2 tak nakonec padá na hlavu spotřeby paliva. A právě proto byl také politiky vybrán jako vhodný nástroj pro snižování energetické závislosti na ropných produktech. O tom, co CO2 dokáže, nemusíme pochybovat, ale oxid uhličitý byl vzat na pranýř za všechny ostatní emise a je bičován. Přitom příspěvek metanu k celkovému ohřívacímu potenciálu je 30× vyšší než u CO2. Pranýřování CO2 má ovšem za následek to nejhorší, co se mohlo stát. Ostatní složky emisí jsou dnes na okraji zájmu a nehovoří se o nich. Emisní normy sice pamatují na NOx, HC a saze, ale problém je, že se o nich nehovoří.

Nedávno například Mezinárodní rada pro čistou dopravu vzala patnáct soudobých vozů s naftovými motory a nedala je na motorovou brzdu, ale jezdila s nimi v reálném provozu. S každým bylo najeto 6 400 kilometrů. Jen jediný vůz by prošel. Ostatní překračovaly limity, a to dost výrazně. Průměr vypouštěných NOx ve spalinách byl 560 mg/km, což je sedminásobek povoleného limitu.

Prachové Částice a Elektromobily

Studie kalifornské univerzity zjistila, že u nabíjecích stanic pro elektromobily i na čerpacích stanicích je zhruba dvojnásobně více jemných prachových částic než v běžném městském prostředí Los Angeles. Na vině jsou ale hlavně spalovací auta. Do médií se přesto dostala především část o tom, že nabíjení může být škodlivé. Pojďme si to nyní rozebrat do detailu. Je to podobné, jako kdybychom tvrdili, že tankování na benzínce je nebezpečné jen kvůli prachu. Pro představu: běžné americké město má v ovzduší kolem 7,5 mikrogramu částic PM2,5 na metr krychlový. Na čerpací stanici je to už 12 mikrogramů na metr krychlový a u nabíječek průměrně 15 mikrogramů na metr krychlový. Rozdíl tedy není dramatický, ale na titulky to stačí.

Čtěte také: Znečištění ovzduší způsobené spalovacími motory

Za zvýšené hodnoty může především ventilátor, který při nabíjení chladí elektroniku a víří usazený prach. Pokud stanice neběží, prach usedá na povrchy, ventilátor ho ale při spuštění jednoduše rozfouká. Výzkumníci navíc upozorňují, že stačí poodejít pár metrů a koncentrace je zase v normě. Proto doporučují nevětrat při nabíjení okny auta nebo se nezdržovat těsně u stojanu.

Podle Evropské agentury pro životní prostředí zaviní částice PM2,5 zhruba 238 tisíc předčasných úmrtí ročně. „Tyto částice jsou tak malé, že se mohou dostat hluboko do plic a dokonce i do krevního oběhu - což může vést k vážným problémům, jako je srdeční nebo plicní onemocnění,“ uvedl pro časopis Carscoops doktor Michael Jerrett.

Vznikají hlavně spalováním fosilních paliv a biomasy, částečně i opotřebením brzd a pneumatik. Elektromobily tedy nejsou hlavním viníkem - pneumatiky sice ubývají všem autům stejně, ale díky rekuperaci brzdí elektromobily častěji motorem, takže brzdové destičky tolik nepoužívají. A spalovací motor, který vytváří většinu zplodin, nemají vůbec. V případě měst, čerpacích, ale i nabíjecích stanic (které se navíc často nacházejí na benzínce) jsou tedy hlavním zdrojem částic PM2,5 spalovací auta.

Ve skutečnosti ale ani 15 mikrogramů na metr krychlový PM2,5 nepředstavuje nic výjimečného - jde o hodnoty srovnatelné s tím, co naměříte třeba na zahrádkách restaurací v Praze. Podle Státního zdravotního ústavu sice koncentrace PM2,5 v Česku nepřekračují imisní limity, pořád ale patří k nejvýznamnějším zátěžím ovzduší. Pražské měřicí stanice uvádějí pro rok 2022 hodnoty mezi 9,5 a 14,5 mikrogramů na metr krychlový - tedy podobné, jaké kalifornští výzkumníci naměřili u čerpacích a nabíjecích stanic. „To představuje až dvojnásobek středních hodnot měřených na republikových pozaďových stanicích. Z porovnání ročních průměrných koncentrací frakce PM2,5 s doporučenou hodnotou WHO (5 mikrogramů na metr krychlový v ročním průměru) vychází, že tato hodnota byla na všech stanicích v Praze dvoj- až téměř trojnásobně překročena,“ uvádí zpráva.

Elektroauta jsou v provozu výrazně čistší a úspornější než spalovací vozy. Neznečišťují přímo ulice a část z nich jezdí na elektřinu z obnovitelných zdrojů. I pokud se ale nabíjejí z běžné sítě, platí, že komíny elektráren vypustí do ovzduší méně škodlivin než tisíce výfuků ve špičce. Navíc jsou emise z elektráren účinněji filtrovány.

Čtěte také: Vliv spalovacích technologií na ovzduší

„Elektromobily jsou oproti vozidlům se spalovacím motorem obrovským zlepšením a naše vlastní studie ukazují, jak elektrifikace dopravy čistí vzduch pro všechny,“ komentovala pro Carscoops odbornice na environmentální zdraví Yifang Zhu. Podle ní by se zvýšená prašnost u nabíječek dala řešit vzduchovými filtry.

Prachové částice patří k nejnebezpečnějším složkám znečištění ovzduší, protože jsou dost malé na to, aby pronikaly hluboko do plic i do krevního oběhu. Dlouhodobé vystavení zvyšuje riziko kardiovaskulárních a plicních onemocnění, astmatu či chronické obstrukční plicní nemoci. Podle Světové zdravotnické organizace zkracují průměrnou délku života Evropanů o několik měsíců.

„Navzdory zlepšení v posledním desetiletí byla v roce 2020 česká populace vystavena jemným částicím (PM2,5) více než většina ostatních zemí EU, a to v koncentraci 14 mikrogramů na metr krychlový ve srovnání s 12 mikrogramy na metr krychlový v celé EU. Evropská agentura pro životní prostředí odhaduje, že v roce 2021 mělo znečištění ovzduší v Česku za následek více než 80 předčasných úmrtí na 100 tisíc obyvatel, což je o 43 procent více, než byl průměr EU,“ vysvětluje report evropského onkologického registru.

Znečištění má přitom i ekonomické dopady - vyšší nemocnost, nižší produktivitu práce i zátěž pro zdravotní systém. Evropská agentura pro životní prostředí odhaduje, že ročně stojí evropské státy stovky miliard eur.

Elektromobily vs. Spalovací Motory: Kontroverze a Srovnání

Stále se objevují četné názory rozporující fakt, že elektromobily jsou čistší, než auta se spalovacími motory. Problematice elektromobilů (dále jen BEV - Battery Electric Vehicle) se věnuji již delší dobu. Sám jsem si proto kladl otázku, nakolik jsou BEV „zelené“. Proto jsem hledal studie, které se věnují problematice BEV a jejich vlivu na životní prostředí. Seriózní mezinárodní studie označují BEV za lepší řešení pro životní prostředí, než vozidlo s pohonem na naftu nebo benzín. Čas od času se v tisku objeví informace o studiích, které tvrdí, že BEV jsou větší zátěž pro životní prostředí, než vozidla se spalovacím motorem. Pojďme se věnovat jedné takové německé studii - IFO, o které se objevily zprávy i v tisku.

Krátce po zveřejnění studie se ozvali odborníci i novináři a podrobili tuto zprávu ostré kritice. Prof. Dr.-Ing. Odborník na BEV drs. A.E. Auke Hoekstra z Technické univerzity Eindhoven uvedl několik nesprávných předpokladů a neobjektivních porovnání uvedených ve studii a napsal, že není ani správné nazvat tento „kousek“ akademickou studií. „Je to názor tří lidí …, nikdo z nich nepůsobil v (elektrickém) automobilovém průmyslu nebo nepracoval s bateriemi.“ Více viz. IFO studie nesprávně předpokládá, že baterie BEV se po 150 000 km stanou „nebezpečným odpadem“. Toto je kratší období, než normální záruční doba pro baterii BEV (federálně stanovena na 100 000 mil = 160 000 km v USA, nebo 150 000 mil v Kalifornii). EU dnes předepisuje kvótu recyklace 50 % pro lithium-iontové baterie. Studie porovnává vozidlo Tesla Model 3 s 75 kWh baterií s dieselovým vozidlem Mercedes-Benz C220, což je porovnání jablek s pomeranči. V článku se používají data ze starého režimu testování emisí NEDC, který je opravdu nepřesný a je v procesu nahrazení novějším standardem WLTP.

Pokud chceme srovnávat BEV s vozidly se spalovacím motorem, musíme brát v potaz nejen výrobu samotného vozidla, ale i výrobu a dopravu pohonného média (nafta, benzín nebo elektrický proud). Na výrobu benzínu / nafty potřebujeme vytěžit ropu, s těžbou které je spojena i spotřeba energie. Ropu je potřeba dopravit do rafinerie, což je také spojeno s potřebou energie a s dopadem na životní prostředí (např. Výroba elektrické energie může být „čistá“, nebo „špinavá“ (vodní elektrárny nebo uhelné elektrárny). Toto ale obvykle nedokážeme ovlivnit, protože o tomto rozhoduje stát. To má samozřejmě následně vliv na celkové působení BEV na životní prostředí.

Výroba vozidla se spalovacím motorem zahrnuje komplikovanější komponenty, jako při výrobě BEV - motor, převodovka, rozvodovka, což je samozřejmě opět spojené se spotřebou energie. Samotný provoz vozidla se spalovacím motorem má vliv na životní prostředí - vlastními emisemi vozidla během jízdy. Provoz vozidla se spalovacím motorem vyžaduje i pravidelný servis s výměnou určených dílů a náplní (filtry, oleje, atd.). Díly je třeba také vyrobit a např. oleje se rovněž vyrábějí z ropy se všemi negativními následky. BEV během svého provozu pravidelný servis téměř nepotřebuje, nebo se omezuje pouze na výměnu kabinového (pylového) filtru, chladící a brzdové kapaliny. To je výrazně méně, než při servisu spalovacího motoru.

Vozidlo se spalovacím motorem kromě toho plýtvá energií v brzdách při potřebě zpomalení vozidla. BEV při ubrání „plynu“ samo zpomaluje (brzdí), protože rekuperuje = dobíjí baterie vozidla. Na mnoha BEV se dá intenzita zpomalování a tedy i rekuperace nastavovat podle požadavků řidiče. Elektromotor nepotřebuje další stroj (startér) na uvedení do chodu. Spalovací motor svou konstrukcí podléhá opotřebení (pístní kroužky, vložky válců, ventily, …), které snižuje jeho výkon a co má také vliv i na emise. Spalovací motor se pro optimální fungování a kvůli správnému fungování čištění výfukových plynů (emise) musí zahřát na provozní teplotu. Během ohřevu se zvyšuje opotřebení motoru, motor není vhodné zatížit na plný výkon a jeho teplota má rovněž vliv na emise. Nic z toho neplatí pro elektromotor, který může okamžitě podávat plný výkon.

Na tomto místě je vhodné zmínit i velmi častý neduh mnohých motoristů: motor vozidla nechávají zbytečně nastartovaný, i když vozidlo není v pohybu (např. během delšího rozhovoru se známým), nebo když čekají ve vozidle (v zimě kvůli ohřátí se a v létě kvůli chlazení klimatizací). Kromě zbytečné produkce emisí si asi neuvědomují, jak dlouho musí „stromy a rostliny pracovat“ aby vyprodukovali tento zbytečně spálený kyslík.

Zmínit je třeba samozřejmě i nevýhody BEV. Pořizovací cena BEV. Pro objektivní srovnání s vozem se spalovacím motorem je však třeba vzít v úvahu nejen pořizovací cenu vozidla, ale také provozní náklady - elektřina na nabíjení a minimální náklady na servis. Dojezd BEV. Ačkoliv aktuálně jsou k dispozici vozidla s dojezdem kolem 450 km podle nové metodiky WLTP, pro mnohé je to však „málo“. Je to však hlavně o plánování, protože nabíjecích stanic je v Čechách poměrne dostatek. Energie potřebná na výrobu baterií.

Emise CO₂ a Jak Je Snížit

Emise spalovacích motorů přispívají ke změnám klimatu. Kolik tun CO₂ ročně vypustí váš vůz? Možná víc, než si myslíte a právě tyto emise zásadně ovlivňují klima naší planety. Například Škoda Octavia vypustí při ročním nájezdu 10 000 km přibližně 1,07 tuny CO₂, Škoda Fabia 1,14 tuny a Volkswagen Golf 1,24 tuny CO₂. Ačkoli novější modely mají nižší emise, na českých silnicích stále dominují starší automobily s vyšší spotřebou paliva.

Existuje několik způsobů, jak mohou řidiči snížit emise CO₂ spojené s provozem jejich vozidel. Klíčové je volit úspornější automobil s nižší spotřebou paliva nebo přechod na alternativní pohony, jako jsou elektromobily, které během provozu nevypouštějí žádné emise CO₂. Důležitým faktorem je také technický stav vozidla. Pravidelná údržba, správně seřízený motor a optimální tlak v pneumatikách mohou snížit spotřebu paliva a tím i množství emisí. Neméně podstatný je i styl jízdy. Každý řidič má možnost přispět k čistějšímu ovzduší. Ať už volbou ekologičtějšího dopravního prostředku, změnou jízdních návyků nebo podporou udržitelných iniciativ.

Následující tabulka uvádí příklady ročních emisí CO₂ u vybraných modelů vozidel při nájezdu 10 000 km:

Elektrokola a Jejich Vliv na Životní Prostředí

Elektrokola zažívají skutečný rozkvět. Městům se tak s každým elektrocyklistou ulevuje od zatěžujícího a znečišťujícího automobilového provozu. Doprava je jedním z největších globálních znečišťovatelů, a tak je přirozené, že k hledání čistších a zelenějších způsobů transportu obracíme velkou pozornost. Elektromobily včetně elektrokol se zdají být slibným řešením, neboť produkují méně emisí než konvenční dopravní prostředky. Tím, že vyměníme automobil za kolo, okamžitě a přímo přispějeme ke snížení znečištění ovzduší a uhlíkových emisí. Elektrokola oproti tomu produkují zhruba o 90 % méně uhlíkových emisí než konvenční automobily, a to právě proto, že jim chybí spalovací motor a výfuk, ze kterého by vypouštěly znečišťující plyny.

Používání elektrokol z environmentálních důvodů má velký smysl na místech, která stojí mimo trasy veřejné dopravy, například na venkově a na městských předměstích. Co se týče nulové ekostopy, klasický bicykl vyhrává na celé čáře, ale elektrokolo přichází ke slovu všude tam, kde bychom kvůli vzdálenosti a náročnosti terénu raději než na normální kolo sedli za volant automobilu. Své výhody ale mají i ve městech, kde se jejich používáním můžeme vyhnout několikerému úmornému přestupování nebo můžeme jízdu na elektrokole zkombinovat s jakýmkoli prostředkem městské hromadné dopravy, který umožňuje jeho převážení.

Ekostopa elektrokol začíná - stejně jako ekostopa všech produktů, které před svým uvedením na trh projedou nějakým druhem výroby - na výrobní lince. Vyrobit kolo s elektrickým pohonem samo o sobě spotřebovává velké množství energie a dalších zdrojů. Výroba sestává ze dvou hlavních částí: sestavení mechanických součástek a na energii náročná intenzivní výroba elektronických komponentů. A právě baterie jsou nejčastěji zmiňovány coby Achillova pata elektrických kol. Výroba takových baterií je ve velké míře závislá na lithium-iontové technologii, což obnáší využití lithia, kobaltu, niklu a dalších vzácných kovů. Samotné dobývání těchto kovů je obrovsky energeticky náročné a pro životní prostředí představuje nesmírnou zátěž v podobě kontaminované půdy i vody spolu se značnou ekologickou degradací krajiny a produkcí velkého množství emisí skleníkových plynů.

Další kontroverzí, která se k elektrickým kolům váže, je jejich krátká životnost. Po třech až pěti letech přicházejí poruchy baterií, motorů i elektronických displejů. To je objektivně příliš brzy a změny se odvíjejí poměrně pomalu. Obavy, že čím více elektrokol budeme vyrábět, tím více elektronického odpadu budeme hromadit, jsou zatím opodstatněné a nehrají celému fenoménu příliš do karet.

tags: #spalovací #motor #ekologie #dopad #na #životní

Oblíbené příspěvky:

• Zajímavosti o Španělsku
• Fascinující finská příroda ve filmu
• Hornopočernické divadlo v přírodě: Prohlédněte si jeho vývoj
• Vznik a projevy statické elektřiny
• Kde koupit pytle na tříděný odpad v Jablonci?