Elektromobily I. – výhody a ekologie
Elektromobil Škoda Enyaq, foto © TZB-info
Klasickým žárovkám se už nějakou dobu v EU říká tepelné zdroje. A je to tak správné, protože víc hřejí, než svítí. Analogicky by se mohlo autům se spalovacím motorem říkat topení na kolečkách. Protože víc hřejí, než jezdí.
Doprava se vyvíjí a s ní přicházejí elektrická auta. Mají na své straně většinu výhod a není třeba se jich obávat. Ale aby byla dostupná a uživatelsky přívětivá, budou potřebovat ještě několik let.
Protože ropy a zemního plynu máme na Zemi omezené množství, dříve nebo později většina dopravy přejde na jiné palivo. Vhodnou alternativu představuje elektromobil na baterie. V tomto článku si přiblížíme, proč jsou elektromobily výhodnější, než auta se spalovacím motorem a co brzdí jejich větší rozšíření.
Článek se zabývá pohonem osobních automobilů. Výhodám vyplývajícím z jiných způsobů dopravy (hromadná doprava, sdílená auta, chůze, jízdní kolo…) nebo z logistické optimalizace (aby se lidé a věci nemuseli přepravovat tak často a tak daleko) se budeme věnovat v jiných textech.
Stávající režim automobilové dopravy je zastaralý
„Za 30 let bude spoustu ropy – a žádní zájemci. Ropa zůstane v zemi. Doba kamenná neskončila proto, že došly kameny a ropná éra neskončí kvůli nedostatku ropy,“ Ahmed Zaki Yamani, saúdský ministr pro ropu, rok 2000.
Z pohledu příštích generací bude současný režim automobilové dopravy stěží pochopitelný. Většinu českých aut v roce 2022 pohání paliva, jejichž zdroje se v tuzemsku téměř nevyskytují. Česká automobilová doprava zcela závisí na dovozu ropy, která pochází převážně z Ruska, ze zemí blízkého východu, ale i z USA. To znamená, že téměř všechna ropa, na kterou u nás jezdíme, pochází z ložisek vzdálenějších než 1 000 kilometrů. A považujeme to za bezpečné a spolehlivé.
Aby se ropa dala použít, musí se vytěžit (vzniká znečištění), transportovat (vzniká znečištění), zpracovat (vzniká znečištění), nakonec si ji nenávratně spálíme (vzniká znečištění) přímo pod nosem. Celý proces musí probíhat neustále, jinak se nikam nejede. Považujeme to za přirozené a nevyhnutelné.
Účinnost spalovacích motorů v současných autech se pohybuje okolo 20 % (zážehový motor) až 30 % (vznětový motor). Tato „hezká” čísla navíc vyjadřují účinnost v ideálních otáčkách, v běžném provozu je účinnost spalovacího motoru ještě nižší. To znamená, že jen zhruba pětina energie obsažené v palivu motor využije na pohon vozidla a většina energie přichází vniveč v podobě odpadního tepla. Zvlášť absurdní je to v létě, kdy musíme spálit ještě o trochu paliva více a vyrobit tak více tepla, abychom mohli ochlazovat kabinu klimatizací.
Jinak řečeno, spalovací motor je v první řadě topení s výkonem v řádu desítek až stovek kilowattů a až v druhé řadě pohon. Když auto se spalovacím motorem za jízdy spálí 5 litrů paliva, energie odpovídající čtyřem litrům se zmaří v motoru, chladiči a výfuku a jen jeden litr bude pohybovat autem. Tyto čtyři zbytečné litry se musí také vytěžit, transportovat a upravit, což stojí energii a vzniká při tom odpovídající znečištění. Ze všech pěti litrů – včetně čtyřech nevyužitých – přitom vznikají zplodiny, které:
- ohrožují zdraví posádky auta,
- ohrožují zdraví posádek ostatních aut,
- ohrožují zdraví ostatních lidí v okolí silnic,
- přispívají ke globálnímu oteplování.
Aby se zabránilo těmto negativním jevům, jsou do aut instalována další zařízení, které dělají spalovací motor složitějším, dražším a náchylnějším na poruchy (start-stop, katalyzátory, filtry pevných částic, turbodmychadla, hybridní pohony, odpojování válců, vstřikování močoviny…).
Spalovací motor také ke svému provozu potřebuje mnoho náhradních dílů a náplní. Sem patří filtry (olejový, palivový, vzduchový, filtr pevných částic…), olej, řemeny, čerpadla, těsnění, části výfuku… To všechno se musí v dostatečném množství a počtu variant vyrobit, dovézt, instalovat a zlikvidovat, při čemž vzniká obrovské množství toxického odpadu.
Shrnuto, současná automobilová doprava vyžaduje, abychom neustále přes půl světa dováželi palivo a peníze za něj poslali do regionů často s pochybnými režimy. Dovezené palivo následně promrháme v neúčinných spalovacích motorech za vzniku přebytečného tepla, hluku, vibrací a škodlivých emisí, kterými ničíme zdraví sobě i ostatním. K provozu auta dále potřebujeme mnoho jednorázového spotřebního materiálu. A to všechno je dnes považováno za naprosto přirozené.
Přitom tento stav může být dost křehký, nad těžbou a transportem paliva máme jako národní stát jen minimální kontrolu zahrnující produktovody na svém území. Příkladem jsou samozřejmě současné ceny paliv v souvislosti s ruským útokem na Ukrajinu. Ale o podobné situace není nouze ani v době míru:
- Do Česka aktuálně ropovodem Družba neteče žádná ropa
- Správa rezerv: Česko má komerční zásoby pohonných hmot na 30 dní
Problémy se zatím povedlo vždy včas vyřešit a běžný uživatel výpadky nijak nepocítil. Všechny tyto události však poukazují, že stávající režim dodávky paliv, na němž závisí veškerá tuzemská doprava, se může snadno dostat ke svým limitům a z ČR to nemůžeme nijak ovlivnit.
Proč je lepší jezdit na elektřinu
Elektromobilita snižuje závislost na dovozu paliv. Elektřinu pro provoz elektromobilu si umíme vyrobit:
- na vlastním území,
- v dostatečném množství,
- z mnoha různých zdrojů,
- z mnoha bezemisních zdrojů, tj. z vody, fotovoltaiky, jádra a větru,
- i doma z vlastní fotovoltaiky.
Zdroje energie pro pohon elektromobilů jsou tak na českém území dostupné a máme je fyzicky pod kontrolou včetně sítí. Můžeme se dohadovat o počtu „temelínů“ nebo solárních boomů potřebných pro elektrický pohon veškeré tuzemské dopravy. Nebo o mezinárodních smlouvách, které využívání těchto zdrojů limitují a regulují. I tak je naše úroveň soběstačnosti v elektroenergetice nesrovnatelná s fosilními palivy. Jinak řečeno, temelíny a fotovoltaika se v ČR postavit dají, dostatečné ložisko ropy a plynu v republice nikdy mít nebudeme, nemluvě o dostupnosti vlastního zdroje energie pro domácnosti nebo firmy.
Nejen, že v ČR máme mnoho dostupných zdrojů elektřiny, ale navíc se tato energie v elektromobilu využívá mnohem lépe. To znamená, že na ujetí určité trasy elektrické auto spotřebuje celkově méně energie.
Navíc elektromobil při brzdění nemaří v brzdách obrovskou energii několikatunového auta jedoucího rychlostí desítek kilometrů v hodině, ale používá ji k nabíjení baterií. Druhá výhoda brzdění rekuperací je výrazně nižší opotřebení brzd u elektrických aut.
Elektromotor má vysoký výkon k dispozici od 0 otáček, díky čemuž má lepší zrychlení a chybějící řazení dělá jízdu plynulejší.
A i když si z internetových diskuzí čtenář odnese jiný dojem, statistiky jednoznačně ukazují, že oproti automobilům se spalovacím motorem elektromobily řádově méně často hoří.
Akumulátor v elektromobilu může posloužit i k jinému účelu než k dopravě, ať už jako pojízdný zdroj elektřiny nebo jako aktivní součást elektrické sítě. Na rozdíl od aut se spalovacím motorem tak elektromobil může být užitečný, i když stojí.
Úleva pro řidiče i ostatní účastníky silničního provozu
Elektromobil je tichý. To je příjemné pro nejen pro řidiče, přínos pro ostatní je patrný zejména ve městech. Na křižovatkách, na parkovištích, přechodech pro chodce, zkrátka všude, kde auta startují, stojí s běžícím motorem, rozjíždí se nebo jen popojíždí. Tento hluk je zbytečný a elektromobil umožňuje se všeho toho rachotu zbavit.
Elektrické auto při provozu nevypouští žádné emise. Společně s tichým provozem to představuje značnou úlevu nejen pro řidiče a pro města, ale pro všechny lidi a zvířata, kteří se pohybují nebo žijí a pracují v blízkosti silnic.
Ekologie elektrického pohonu
Hlavní ekologickou předností elektromobilu je jeho provoz. Čím více kilometrů elektromobil najezdí, tím jeho ekologický přínos oproti spalovacím motorům roste. Výhody elektromobilu z hlediska ekologie:
- Elektromobil neznečišťuje prostředí, kde jezdí.
- Elektromobily jsou tiché.
- Elektromobil oproti spalovacímu motoru energií téměř neplýtvá. Viz grafy výše.
- Při brzdění se kinetická energie auta mění zpět na elektřinu.
- Elektromobil lze napájet z obnovitelných zdrojů, včetně těch domácích.
- Obnovitelných zdrojů v energetice přibývá a tím „zelená” i nabíjení ze sítě
- I když se elektromobil nabíjí přímo z uhelné elektrárny, je pořád účinnější než spalovací motor. Viz infografika níže.
- Pokud se elektromobilem jezdí, celkové emise za život auta jsou zhruba třetinové oproti vozidlům se spalovacím motorem. I při započtení emisí vzniklých při výrobě baterie.
- Suroviny na výrobu baterie je potřeba vytěžit pouze jednou – oproti ropě nebo plynu pro provoz spalovacího motoru, které se musí těžit neustále.
- Materiály z baterií se dají recyklovat na rozdíl od ropy, která je po spálení nenávratně pryč.
- K provozu a údržbě elektroauta je potřeba mnohem menší množství spotřebního materiálu
Porovnání účinnosti spalovacího motoru a elektromotoru napájeného elektřinou z různých zdrojů. Data i použité jednotky pocházejí z USA. Zdroj: Karin Kirk, Yale Climate Connections
Hlavním ekologickým problémem elektromobilu je výroba baterie. Pokrok tuto zátěž postupně snižuje, významněji by potom měla přispět průmyslová recyklace baterií. Ekologické nevýhody elektromobilu:
- Výroba baterií – baterie jednoho elektromobilu obsahuje desítky kilogramů hliníku, mědi, niklu a dalších kovů. Jejich těžba a zpracování způsobuje znečištění a stojí hodně energie. Elektrické auto tak po vyjetí z továrny představuje vyšší environmentální zátěž než srovnatelný protějšek se spalovacím motorem. S elektroautem je potřeba ujet určitý počet kilometrů, aby se tato zátěž vyrovnala. Ujetá vzdálenost, při které nastane tato parita, záleží na velikosti baterie elektromobilu.
- Vyšší spotřeba pneumatik – elektromobily jsou o stovky kilogramů těžší než srovnatelná auta se spalovacím motorem. Zároveň mají lepší zrychlení a využívají rekuperaci energie (tzn. brzdí) při jízdě „bez plynu“. Životnost pneumatik elektromobilu proto bývá kratší než u aut se spalovacím motorem.
Když jsou elektromobily tak skvělé, proč se pořád používají auta se spalovacím motorem? A co vysoká cena elektromobilu, dojezd a nabíjecí infrastruktura? Na tato témata se podíváme v druhém dílu článku.
Aktualizováno 19. 10. 2022 - upravena anotace článku.