Klimatická změna. Globální oteplování. Různé nezvyklé projevy počasí. Za to všechno údajně mohou emise oxidu uhličitého z lidské činnosti. Jak to s tímto plynem ve skutečnosti je?
Oxid uhličitý je pro přírodu nezbytný a užitečný plyn. Do atmosféry je ho celosvětově z různých zdrojů, mezi které patří zejména energetika a doprava, vypouštěno značné množství. Snaha snižovat emise všeho druhu, ať již jde o částice, prach, různé plyny nebo chemikálie vypouštěné do vzduchu nebo do vody, a třeba i hluk, je nepochybně účelná a správná. To se týká i „lidských“ emisí CO2. Jen je potřeba volit takovou cestu, aby současně nevznikalo více škody než užitku.
Spalovací motor není bezemisní ze své podstaty
Během spalování paliva dochází k tvorbě různých emisí. Zdraví škodlivé, tedy částice, oxidy dusíku a další, jsou limitovány na velmi nízké úrovni normou Euro 6 (připravena je Euro 7) a moderní motory tuto normu plní. Kromě toho při spalování vzniká i oxid uhličitý, který je sice zdraví neškodný [v běžných koncentracích — pozn. red.], ale jde o skleníkový plyn a je mu připisován vliv na oteplování Země. Emise CO2 vznikají nejen v motoru během provozu automobilu, ale i při těžbě a výrobě paliva z ropy, dále při zpracovávání materiálů potřebných k výrobě vozidla i při výrobě samotné, a dokonce i při jeho likvidaci po skončení jeho životnosti. Proti vozidlům se spalovacím motorem je elektromobil považován za bezemisní. Ale emise CO2 vznikají již při jeho výrobě, podobně jako u vozidla se spalovacím motorem. Navíc další emise vznikají při těžbě a zpracování surovin pro akumulátor i při jeho výrobě. Závisí přirozeně na typu a velikosti (kapacitě) akumulátoru či na místě výroby. Více než tři čtvrtiny akumulátorů pro evropská vozidla pocházejí z Číny, a i ty vyráběné v Evropě jsou z čínských surovin. Přitom energie potřebná k těžbě, rafinaci surovin i výrobě akumulátorů v Číně pochází převážně z uhelných elektráren a množství CO2 vzniklé v souvislosti s výrobou akumulátorů je srovnatelné s množstvím emisí CO2 při výrobě celého zbytku elektromobilu. Teoreticky lze část těchto emisí ušetřit díky recyklaci akumulátorů, v praxi se to ale zatím moc nedaří. Elektromobil, který vyjíždí z výrobní linky, má proto na počátku za sebou více emisí CO2 (až dvojnásobek) než srovnatelný automobil se spalovacím motorem. Další emise vznikají při výrobě elektřiny potřebné pro jeho provoz. Zde jsou značné rozdíly mezi jednotlivými zeměmi. Nízké emise z výroby elektřiny má například Norsko, které má elektřinu převážně z vodních elektráren, a dále Francie nebo Slovensko, kde elektřina pochází převážně z jádra. Proti tomu špatně je na tom Německo, které má přes velký příklon k obnovitelný zdrojům energie (OZE) emise cca 10× vyšší než Francie. A velké emise stále ještě produkuje i Česká republika. Nejhůře je na tom Polsko s elektřinou převážně z uhlí, jehož vinou produkuje emise CO2 na každou vyrobenou kilowatthodinu v průměru v podobné míře jako Čína. Účinnost elektrického pohonu, a tedy i spotřeba energie pro jízdu, je u elektrického pohonu výrazně lepší než u pohonu spalovacím motorem, kvůli ztrátám v distribuci a při nabíjení je ovšem potřeba vyrobit elektřiny více (a tím vznikne i více emisí), než ukazuje měřič spotřeby na palubní desce vozidla. Automobil se spalovacím motorem „dohání“ elektromobil v produkci emisí CO2 během provozu. Kdy jej dožene, a tedy od kdy se elektromobil stává z hlediska CO2 lepším, záleží na těchto skutečnostech: jak velký je akumulátor, kde byl vyroben a v které zemi elektromobil jezdí (z čeho se tam vyrábí elektřina). Délka naježděné vzdálenosti, při níž nastane vyrovnání, se může pohybovat ve velmi širokém rozmezí od 20 000 km po více než 200 000 km. Záleží také na podmínkách provozu (převaha města, či dálnice, provozu v létě, nebo v zimě atd.) i na stylu jízdy řidiče.
Materiály jsou zásadní
Moderní technologie (nejen) v automobilovém průmyslu jsou výrazně závislé na zdrojích vhodných materiálů. V případě akumulátoru je nejčastěji v Evropě užívána technologie založená na oxidech lithia, niklu, manganu a kobaltu (zkráceně Li-NMC, LNMC či NMC) využívající lithium, nikl, mangan a kobalt na katodě a grafit na anodě. Lithium se těží zejména v Jižní Americe a v Austrálii, často za ekologicky problémových podmínek, což platí i pro kobalt těžený v Kongu a grafit pocházející převážně z Číny. Tyto materiály se zpracovávají a z nich se vyrábějí elektrody akumulátoru v rozhodující míře v Číně. Evropa žádná významná ložiska těchto materiálů nemá. V Cínovci těžba lithia ještě nebyla zahájena a ani objemem nebude rozhodující, a hlavně zde prakticky zcela chybí průmysl na zpracování těchto materiálů. Zčásti kvůli velmi přísným požadavkům na ochranu životního prostředí před toxickými látkami. V poslední době roste, zejména v Číně, podíl starší, ale levnější technologie LFP (lithium-železo-fosfát, případně LFMP mangan místo nebo vedle železa). Nejnověji některé čínské firmy vyrábějí i sodíkové akumulátory, kde sodík nahrazuje lithium. Výhodou těchto typů baterií je především nižší cena a také větší požární bezpečnost. Jejich nevýhodou je ale menší kapacita (do 1 kg baterie se vejde méně elektřiny), a tedy elektromobil s těmito akumulátory má při stejné hmotnosti menší dojezd. V mnoha oborech se užívají tzv. prvky vzácných zemin. Například pro pohon elektromobilu se využívají nejčastěji elektromotory s permanentními magnety, které jsou vyráběny ze vzácných zemin těžených opět zejména v Číně. Tyto zeminy (celkem 17 prvků) nejsou vlastně ani tak vzácné, v přírodě se vyskytují běžně, ale zpravidla v tak malých koncentracích, že by se jejich těžba nevyplatila. Pro jejich získání je nutné vytěžit mnohonásobně větší množství zeminy, těžba je výrazně neekologická a emisně náročná, a proto se dováží převážně z Číny, kde jsou výhodnější ložiska a na ekologii se tolik nehledí. Dalším důležitým materiálem je křemík, který tvoří základ k výrobě čipů. Ty se používají v mnoha výrobcích od domácích spotřebičů po rakety a jsou nezbytné i pro automobilový průmysl. Přitom v elektromobilech je jich potřeba více než v běžných automobilech. Jejich výroba je energeticky náročná a opět se dováží převážně z Asie. Závislost na těchto materiálech je podstatným problémem v požadovaném přechodu na elektromobilitu. Při jejich těžbě a zpracování vzniká velké množství CO2, i když tyto emise vznikají převážně mimo území Evropy. Pokud se chlubíme, že elektromobilitou snižujeme naše emise, a přitom emise z těžby a zpracování materiálu jinde přehlížíme, je to pokrytecké.
Kudy tedy vede cesta
Jednou z cest ke snižování emisí CO2 je sice úplná nebo částečná elektrifikace pohonu, ale: první podmínkou pro to je zajištění dostatku levné a nízkoemisní elektřiny i s ohledem na nárůst její spotřeby provozem elektromobilů (a také s vědomím toho, že žádný zdroj elektřiny není zcela bezemisní). Tuto podmínku však OZE, zejména solární a větrné neplní. I když vlastní výroba v těchto zdrojích vychází levná a nízkoemisní, při započtení nutnosti záložních zdrojů vyvolané šířením OZE, potřebného posilování sítí, a zejména nutných dotací do obou systémů (tj. do OZE a záložních elektráren), výsledek není ani tak levný, ani tak nízkoemisní, jak se často zjednodušeně uvádí. Pro ČR se jako perspektivní řešení jeví jaderná energie. Pokud ovšem chceme zajistit dostatek energie a nespoléhat se na nejistý a pravděpodobně drahý dovoz, je nutné do doby výstavby jaderných zdrojů zachovat v rozumné míře i provoz uhelných a plynových elektráren. Nicméně i když bude zajištěn dostatek nízkoemisní, a na rozdíl od současnosti levné elektřiny, zůstává zde potřeba drahých akumulátorů a emise z jejich výroby. Problém akumulátorů je v nízké měrné energii (kolik kWh elektřiny je v 1 kg akumulátoru), která je řádově nižší než u kapalných paliv. V důsledku toho jsou akumulátory velké, těžké a drahé. Jejich vývoj a další zlepšování pokračuje, ale k tomu, aby se dostaly na úroveň srovnatelnou s kapalnými palivy, by bylo nutné zvýšit jejich měrnou energii asi 50×, což je zřejmě nereálné. Přirozeným řešením, jak snížit hmotnost, emise i cenu, je používat menší akumulátory. To ovšem znamená opustit v Evropě převládající představu, že elektromobil musí mít stejný dojezd jako automobil se spalovacím motorem.
Jaké jsou tedy možnosti:
1) Pravděpodobně budou i nadále vyráběny elektromobily s velkými, 60kWh až 100kWh akumulátory a s odpovídající cenou, ale nemělo by jít o jedinou sledovanou a dotacemi či dalšími úlevami podporovanou cestu. 2) Městské elektromobily s akumulátorem přibližně 30 kWh, které pro městský provoz postačí s podmínkou, že existuje možnost častého nabíjení, nejlépe pomalým způsobem. 3) Nabíjecí (plug-in) hybridy s akumulátorem 15—25 kWh jsou vhodné pro pravidelné dojíždění na kratší vzdálenosti do několika desítek km a pro příležitostnou jízdu na větší vzdálenost. Opět zde platí podmínka možnosti dostupného dobíjení. [A je potřeba si také uvědomit, že kombinace spalovacího pohonu a elektropohonu s sebou při výrobě může nést i větší ekologickou zátěž než elektromobil — pozn. red.] Pokud však nejsou využívány pro jízdu na elektřinu a jezdí na spalovací motor, což se dle statistik děje dosti často, spojují i nevýhody elektromobilů (větší hmotnost) a spalovacích motorů (emise). 4) Nedobíjitelné hybridy (mild-hybridy a full hybridy) jsou dnes již nejprodávanějším druhem pohonu v Evropě. Jejich zásadní výhodou je, že nepotřebují nabíjecí infrastrukturu. Vystačí s velmi malým akumulátorem (1,0—2,0 kWh), což umožňuje udržet jejich cenu na nižší úrovni. 5) V Evropě opomíjenou kategorií jsou sériové hybridy nebo range- -extendery, kde spalovací motor pohání jen generátor a náprava je poháněna elektromotorem. Spojují výhody spalovacího motoru (velký dojezd a rychlé tankování s jednoduchým ovládáním) s dobrou dynamikou elektromobilu. Vystačí s malým akumulátorem, asi 2—5 kWh (sériový hybrid) nebo okolo 15 kWh (range-extender). V Číně tento druh pohonu výrazně roste. 6) Zvláštní kategorií jsou vodíkové automobily, kde je spalovací motor nahrazen palivovým článkem. Výhodou je lokálně bezemisní provoz. Podstatným problémem je vysoká cena vozů a nedostatek i cena zeleného vodíku. Alternativní metodou k elektromobilitě je ještě použití „obnovitelných“, resp. syntetických paliv ve spalovacích motorech. Zásadní předností je, že tato paliva mohou být využívána v současných automobilech i v tankovacích stanicích, a tím přinášejí okamžité snížení emisí. Podstatnou překážkou je jejich vysoká cena, která by se mohla hromadnou výrobou (patrně zatím ne v ČR) snížit. Další překážkou je nelogické lpění EU na legislativě, která zatím znemožňuje jejich (technicky bezproblémové) mísení s klasickými palivy.
Nereálné cíle
Dosavadní představy EU o „jediné správné“ cestě, tedy o elektromobilitě, nevedou, jak je výše ukázáno, k nulovým emisím. Emise v Evropě sice klesají, ale ani zákazem prodeje spalovacích motorů ani úplným přechodem na elektromobilitu nelze cíle 90% snížení CO2 do roku 2040 ani nulových emisí v roce 2050 dosáhnout. Nulové emise mohou být dosaženy jen na papíře, budeme-li dogmaticky trvat na nepravdivém tvrzení, že elektromobil je bezemisní. Používání elektrického pohonu dává smysl ve velkých městech, ale ne kvůli CO2, ale kvůli eliminaci zdraví škodlivých emisí při hustém provozu. I když moderní spalovací motory mají velmi nízké emise, projedou-li špatně větranou ulicí tisíce automobilů za den, pak se tyto emise mohou kumulovat, a proto bezemisní provoz v těchto místech dává smysl. Pro představu o míře vlivu emisí automobilů na celkové emise CO2: osobní a lehké nákladní automobily se podle údajů Evropské agentury pro životní prostředí podílejí na evropských emisích CO2 z lidské činnosti přibližně 14 %. Evropská unie se na celosvětových lidských emisích CO2 podílí již jen asi 7 %. To znamená, že kdyby byl zakázán provoz (nejen prodej!) všech automobilů v Evropské unii, snížily by se lidské emise CO2 o 0,14 × 0,07 = 0,0098, to jest méně než o 1 %. A když tyto automobily nahradíme elektromobily, bude to jen zlomek z toho 1 %. A přitom se lidské emise na celkovém koloběhu uhlíku podílejí jen velmi malou částí, zhruba 96 % CO2 pochází z přírodních zdrojů, které ovlivnit nemůžeme. Pokud jde o CO2, je nutné opustit představu, že je oxid uhličitý škodlivý a že je nutná úplná dekarbonizace výroby i provozu. Uhlík je základním prvkem organických sloučenin všech živých organismů včetně lidí a oxid uhličitý je nezbytný pro přírodu a je potravou rostlin. V USA byl oxid uhličitý vyškrtnut ze seznamu škodlivin a jsou tam rušeny veškeré dotace na podporu elektromobility. Také v aktuálním návrhu 15. pětiletého plánu v Číně byly elektromobily vyškrtnuty ze seznamu strategických odvětví, což i tam povede k omezení či ukončení dotací do elektromobility. I Mezinárodní energetická agentura již uvádí, že klimatické cíle nejsou splnitelné a bezpečnost je důležitější než politické závazky. Pouze Evropa tak dále trvá na dosavadním upřednostňování elektromobilů. Důsledky dotací na ně, pokutování automobilek za výfukové emise a přehlížení skutečných emisí za životní cyklus vozidel vedou k jedinému — k drahým vozidlům, omezování mobility obyvatel a k prodlužování životnosti stávajících automobilů. Přitom by rychlá náhrada starých vozidel moderními automobily byla nejrychlejší cestou ke snížení emisí z dopravy. Zásadní pro žádoucí evoluci systému mobility je stabilní a předvídatelné prostředí státních a nadnárodních regulací. Současný chaos, vyvolaný unáhlenými rozhodnutími o nařízeních a směrnicích EU, která se pak napravují stejně nepromyšlenými úpravami, vede k velkým ekonomickým ztrátám a pochopitelné nedůvěře investorů i části zákazníků. Vedlejším efektem je pak přemíra zbytečné administrativy u podnikatelských subjektů, a to nejen v oblasti dopravy. Racionální je nehledat jedno univerzální řešení pohonu vozidel, ale nechat výrobce volit nejvýhodnější cestu ke snižování emisí s ohledem na stav techniky a zájem zákazníků. Každý z výše popsaných druhů pohonu k tomu má určitý potenciál, který lze během vývoje využít. Optimální poměr těchto pohonů nejlépe určí trh, pokud nebude deformován dotacemi, příkazy nebo zákazy a dalšími regulacemi. K tomu je však nutné opustit idealistickou představu Green Dealu o tom, že je nutná plná dekarbonizace a že mohou nebo musí být dosaženy nulové emise CO2. /Josef Morkus, Fakulta strojní ČVUT/
