Ropná krize, koronavirus a válka na Ukrajině pořádně zamíchaly i rozdanými kartami v automobilovém průmyslu včetně logistiky dopravy. Změny za poslední čtyři roky, vymezené autosalony IAA Truck a IAA Transportation, jsou výmluvné. Od počátku století se ozývaly varovné hlasy o dramaticky klesajících zásobách energetických surovin. Těžitelná ložiska ropy při současné spotřebě vystačí na 50 let a zemního plynu na 100 let. Je tedy nutné připravovat se na náhradu fosilních paliv a změnu druhu pohonu. Alternativní paliva organického původu, například MERO (metylester řepkového oleje), byla a jsou jen dočasným řešením.
Elektropohon ano, ale co baterie?
Zdálo se, že jedinou možnou cestou bude elektropohon, který je pro vozidla z hlediska trakčních vlastností neobyčejně výhodný a nepotřebuje spojku ani převodovku. Jeho problémem je skladování energie ve vozidle a přijatelný dojezd. Nevýkonný a těžký olověný akumulátor byl sice po 100 letech nahrazen akumulátorem Li-ion, ale i jeho koncentrace energie oproti kapalnému palivu (naftě) je asi 25× nižší. A ani on není ve srovnání s plnou palivovou nádrží zrovna lehký. Navíc je prostorově náročnější. Bateriové elektrovozidlo (BEV), třeba návěsová eurosouprava, má tak kratší dojezd a menší užitečnou hmotnost. Evropská unie proto zavedla legislativní opatření dovolující navýšení celkové hmotnosti o 10 %, tedy ze 40 na 44 t. Co bude s vozovkou pod přetíženými nápravami, se nijak nezohlednilo.
Vodík jako řešení?
Spásou proto mohlo být zavedení palivového článku na vodík, který chemickou energii „paliva“ přímo mění na energii elektrickou. Energetická hustota vodíku je oproti naftě nižší „jen“ 20× (stlačený), resp. 4× (zkapalněný). Ve vozidle lze vodík skladovat v nádobách pod tlakem 70 MPa (hustota asi 0,04 kg/dm3), kdy jeho výhřevnost je 33,33 kWh/kg, resp. 1,31 kWh/ /dm3, a jeho plnění je bezproblémové. Další možností je zkapalnění při teplotě −253 °C (hustota 0,07 kg/dm3) a uložení v kryogenních nádobách (při tlaku 2—4 bar), kdy výhřevnost činí 33,33 kWh/kg, resp. 2,36 kWh/dm3, ale plnění je vysoce problémové. Pro srovnání: výhřevnost nafty je asi 9,7 kWh/dm3. Za zmíněné čtyřleté období všichni významní světoví výrobci nákladních a užitkových automobilů připravili do výroby elektromobily, z nichž některé jsou již v nabídce a řada provozovatelů je už i reálně používá. Protože je ale prostor pro akumulátory omezený, dosahují skutečné nájezdy jen 400 km, zatímco uváděné teoretické dojezdy na jedno nabití deklarují až 500 km. To je však přijatelné, uvažujeme- li povinnou zastávku řidiče po 4,5 h jízdy s nájezdem asi 300 km a legislativně omezenou dobou jízdy v jednom dni. Přední automobilky již také představily elektromobily s vodíkovými články (FCEV), jež začínají být do výroby zaváděny v letošním roce, kdy už také začíná být k dispozici alespoň základní infrastruktura plnicích stanic. Podle německého konsorcia pracujícího na projektu HyCET (Hydrogen Combustion Engine Trucks) s účastí BMW, Deutz, Freight (DHL), Keyou, Total Energies a Volvo Group bude v roce 2030 v pěti zemích Evropské unie (Benelux, Německo a Francie) 150 plnicích stanic H2.
Spalovací motor není „mrtvý“
Rozvojem vodíkové infrastruktury se ovšem překvapivě otevřela i nová možnost uplatnění pístového spalovacího motoru (ICE), který se přechodem z nafty (směs uhlovodíku) na vodík stává čistým zdrojem, protože v procesu hoření nefiguruje žádný uhlík. Řada firem nabízí přestavby vznětových motoru na vodík a velký výrobce motorů Cummins již má v nabídce vodíkový šestiválec X15H. Poměrně nízká provozní účinnost spalovacího motoru (30—40 %) spolu s menší výhřevností vodíku ale vyžadují pro vyhovující dojezd velké nádrže. Bohužel, s palivovým článkem to není o moc lepší, protože při větších zatíženích má stejnou, nebo dokonce horší účinnost než spalovací motor. Lepší je jen při malém zatížení ve městě, kde ji ale zhoršuje nabíjení akumulátoru nutného pro dostatečně rychlou reakci na změny zatížení. V této turbulentní době, kdy vzniká zcela nová struktura průmyslu, dopravy a služeb, již četná společenství výrobců, výzkumných ústavů a technických univerzit nabízejí řadu nových technických řešení, u nichž teprve čas a trh ukážou, které jsou optimální. Vývoj syntetických paliv na bázi vodíku a volba různých pohonů, včetně konfigurací jednotlivých komponent a jejich konstrukcí, je patrna z obrázků.
Od každého trochu
Úvodem závěru může být diskuse profesorů Ústavu automobilů a spalovacích motorů ČVUT v Praze: „Vše je horší než kapalná fosilní paliva. Přistoupíme- li na požadavek na nefosilní palivo, je vodík nejlepší ze špatných možností. Objem nádrží závisí na tom, kolik místa mu konstruktér věnuje. Nejde však o přestavbu, ale o zcela novou konstrukci. Hlavní výhodou oproti akumulátoru je rychlé plnění a menší hmotnost. Zkapalněný vodík je kvůli odparu provozně špatně použitelný.“ Z toho lze usoudit, že ještě asi 30 let budou vedle sebe žít různé druhy pohonů, z nichž jednotlivé se prosadí pro určité provozní podmínky dopravy. BEV mají své místo v osobních, dodávkových a v lehkých nákladních automobilech a autobusech pro městskou a příměstskou dopravu. Pro dálkovou nákladní i osobní dopravu v mezinárodním měřítku, složky integrovaného záchranného systému a armádu zůstane pohon spalovacími motory. Stlačený vodík jako palivo pro ICE a palivové články (FCEV) se zatím uplatní jen v místech s dostatečnou infrastrukturou plnicích stanic. Právě infrastruktura je největším problémem tuzemské dopravy. Plnicí stanice na vodík jsou v České republice tři a výkonná rychlonabíječka stejnosměrným proudem pro nákladní automobily jen jedna, a to ještě v soukromém areálu. Podstatně nadějnější je rozšiřující se síť nabíječek pro osobní a dodávkové automobily. Celou zemi ale nelze zastavět větrníky a soláry, a tak to musí do budoucnosti pokrýt elektrárny jaderné. /Branko Remek/
