Dostatek energie a její účelné využití se stává závažnou problematikou v rámci udržitelného rozvoje lidské populace. Paradoxní přitom je skutečnost, že v zemské atmosféře je energie nezměrné množství, avšak vázané v podobě tzv. nízkopotenciálního tepla. To je nám na obtíž a usilovně se ho snažíme omezovat. Energii nelze vytvořit, ani ji zničit. Pouze ji můžeme přeměňovat. Kupříkladu chemickou energii fosilního zdroje na formu elektrickou, kterou vyhříváme obydlí a jeho stěnami ji v podobě tepla necháváme vyzářit do atmosféry. Přeměnit energii do její tepelné formy je zpravidla malý problém. Jde to však i opačně, byť ne vždy jednoduše. POTŘEBUJEME JEDNODUCHOU TECHNOLO GII Všimněme si technologie tepelného čerpadla, které dokáže měnit energii uloženou v nízké teplotě vzduchu, zeminy či vody na energii vázanou do vyšší teploty přenosového média. Výhodně tak lze vytápět kupř. rodinný domek, přičemž tento proces spotřebuje i méně než 1/4 ušlechtilé elektrické energie. Je to krok k řešení, avšak dosud zatížený tím, že se zde tepelným čerpadlem mění pouze stejná forma energie z teploty nízké na teplotu vyšší. My však potřebujeme jednoduchou technologii obecnější podoby „čerpadla energetického“, které by čerpalo atmosférické teplo a měnilo ho na energii mechanickou, využitelnou třeba k pohonu motorových vozidel, lodí apod. Současný trend pohonu vozidel se zaměřuje na elektrické akumulátory a na využití vodíku. K jeho výrobě potřebujeme zpravidla taktéž elektřinu. Je to nesporně významný ústupek od ekologicky škodlivých fosilních paliv. Má však i svá negativa a nemusí být řešením jediným a vždy nejšťastnějším. Stávajícími metodami vyráběný elektrický proud je sice nejčistší formou distribuované energie, avšak jeho produkce v každém případě více či méně zatěžuje životní prostředí. Nejvíce je to u uhelných elektráren. Bez viny není ani jaderná energie. Pro pohon vozidel lze kromě fosilních paliv využít vysokootáčkové setrvačníky, vysokokapacitní kondenzátory a supravodivé prstence. Ty energii přijímají a poté ji vydávají, přičemž ji z atmosféry nedokážou odčerpávat. Obdobné je to v případě vodíku, který je vázaný ve vodě a v nerostech, čili zcela bez energetického potenciálu. Odtud ho nejprve musíme energeticky náročně izolovat a teprve poté ho můžeme využít. ZAJÍMA VÁ VARIANTA : PNEUMOBIL Existuje ještě jedna možnost, a sice komprimovaný vzduch, který se chová mnohem příznivěji. Vozidlo poháněné komprimovaným vzduchem (tzv. pneumobil) je podle dostupných zpráv v hybridní podobě vyvíjeno v Japonsku a jeho několik prototypů čistě na vzduch již dnes experimentálně jezdí ve Francii. Pneumobil při stejném kilometrovém dojezdu jako elektromobil uchovává komprimovaný vzduch v nádrži, která je zhruba stejného objemu, a přitom 10krát levnější než elektrobaterie stejné kapacity. Kompresní aparatura o příkonu 10 kW může kupř. v noci během 8 h vyrobit zhruba 500 l komprimovaného vzduchu, k čemuž odebere ze sítě 80 kWh. Naprosto celá tato vložená energie je však v procesu komprese vyzářena v podobě tepla a kupř. zcela postačí k běžnému vytápění rodinného domku. Komprimovaný vzduch, ochlazený na nízkou teplotu totiž neobsahuje žádnou přidanou energii. Má pouze schopnost odčerpat teplo z vnějšího prostředí a ve vzduchovém motoru ho přeměnit na mechanickou energii. Z hlediska energetické bilance zde tudíž máme k dispozici oněch 500 l komprimovaného vzduchu „zcela zdarma“ pro pohon pneumobilu o hmotnosti 1200–1400 kg na vzdálenost cca 200–300 km. Stoprocentně se zde projevuje okřídlená zásada energetiků, že „nejvýhodnější je ta energie, která nemusí být vyrobena“. Přitom se při běžné spotřebě na jízdu automobilů nemusíme omezovat. Při jízdě vozidla vstupuje komprimovaný vzduch do radiátoru, v němž odčerpává teplo z vnějšího prostředí. Expanduje. Vstupuje do motoru, vykonává práci a pohání vozidlo. Na rozdíl od benzínového nebo naftového motoru vzduchový motor za sebou nezanechává teplou stopu, ale naopak: vozovku a její okolí ochlazuje. Tím získává energii pro jízdu. Je to výhodnější i v porovnání s elektromobilem, jenž při nabíjení doma v garáži přesune veškerou přivedenou elektroenergii do akumulátorů, aniž by poskytl využitelné zbytkové teplo a poté ji pouze odevzdá vozidlovému elektromotoru, aniž by sebemenší množství tepla odčerpal z atmosféry. Výhodný se zde jeví též pneuhybridní motor: buď rotační, nebo běžný pístový, kde menší část válců pracuje na fosilní palivo a zbylá část na komprimovaný vzduch. Takový motor si vnitřně předává nadbytečné teplo z fosilní části do části vzduchové. Nepotřebuje chladič a může být konstrukčně jednoduchý. Další možností je provoz jednotlivých válců motoru střídavě při fosilním a vzduchovém procesu. JINÝ POHLED NA MOBILITU Pokud se odpadní kompresní teplo výhodně využije kupř. k vytápění rodinného domku, dostáváme se v energetické bilanci do situace, kdy jízda vozidlem může být realizována zcela na úkor odčerpání energie z okolní atmosféry. Je to kvalitativně jiný pohled na mobilitu a zřejmě bude mít významný podíl na ekologicky a ekonomicky příznivém rozvoji dopravy. Uvedenou vzduchovou technologii však lze rozšířit i do výrobního využití. Zemědělská farma by mohla kupř. pohánět traktory komprimovaným vzduchem a odpadní nízkopotenciální teplo využívat k vytápění skleníků, k výrobě biologické hmoty z vodních řas a k prodeji tepla v okolí pro obytné a jiné účely. Obdobně skupina obytných domů v městském sídlišti nemusí být přímo vytápěna plynovou kotelnou, ale zařízením, v němž kompresor poháněný plynovým motorem vyrábí komprimovaný vzduch a přitom se vydělené teplo celé využije k vytápění. Vyrobený komprimovaný vzduch je produktem získaným navíc, schopným plně uspokojit spotřebu pneumobilů okolních obyvatel. Popisovaná technologie může posloužit jako nová zajímavá forma podnikání. Samozřejmě, pokud v některých případech nenalezneme pro kompresní teplo účelné využití, pak nabývá na významu elektromobilita. Mnohdy však tomu zřejmě bude naopak, takže obě metody by měly sestersky soutěžit v zájmu dosažení ekonomického a ekologického optima. Perspektivní využití komprimovaného vzduchu pro pohon motorových vozidel, zejména v hybridní podobě se spalovacím motorem, je v zorném poli řady světových automobilek. Zatím třeba ještě vyřešit různé technické problémy, zejména zamrzání zbytkové vody ve vzduchu, potřebu poměrně velké plochy radiátoru oteplujícího komprimovaný vzduch, problematiku vhodné izotermicky pracující kompresní aparatury v domácích podmínkách uživatele vozidla a systém účelného využívání kompresního tepla v územně rozptýlených plnicích zařízeních. Existuje však jedno velké perspektivní plus: nesporná možnost výrazně snížit spotřebu fosilních paliv přečerpáváním tepelné energie z vnějšího atmosférického prostředí. To jiné běžné technologie zatím neumí. Je to však velká výzva pro vědu a výzkum, pro techniky a ekonomy. Prof. Ing. Ladislav Pejša, DrSc. Doc. Ing. Martin Pexa, Ph.D.
