Koncept elektromobility, který podpořila společnost ČEZ, je jedním z prvních kroků pro zásadní obrat v hromadné osobní i veřejné dopravě. Uvažovaný nákup až stovky elektromobilů pro magistráty a radnice v Praze a Ostravě, do něhož chce energetický koncern investovat v letech 2010-2013 nejméně půl miliardy korun, může významně podpořit vývoj a nástup nových technologií, soudí proděkan Fakulty elektrotechnické Pavel Mindl.

„Pro elektrizaci dopravy mluví ekologické požadavky i rostoucí ceny ropy a zemního plynu a jejich dostupnost,“ říká. Do světa bezemisní dopravy nevyužívající pro pohon energii z fosilních paliv vede podle něj několik cest. Jejich společným jmenovatelem je elektrický pohon, liší se však způsobem, jakým budou vozidla získávat elektřinu. Pavel Mindl nepředpokládá revoluci, nýbrž postupný přechod od různých typů hybridních vozidel využívajících jako hlavní nebo záložní zdroj klasický spalovací motor až po „čisté“ elektromobily.

Asistovaný nebo autarktický hybrid?

Spalovacím motorům ani přes opakované prognózy vyčerpání fosilních paliv na Zemi zřejmě zdaleka nezvoní hrana. Že však část jejich práce převezme v automobilu elektřina, je takřka jisté. Minimalizace spotřeby tradičních pohonných hmot tu jde ruku v ruce s požadavkem na snižování emisí - a nalezení optimálních pracovních bodů přibližuje právě nasazení elektrických pohonů.

„Na prvním místě stojí tzv. asistovaný hybrid. Spalovací motor doplňuje ve voze motorgenerátor, který funguje jako startér i jako zdroj proudu pro dobíjení trakčního akumulátoru, například při krátkodobých přebytcích výkonu hlavní pohonné jednotky,“ vysvětluje Pavel Mindl. Problém známe z popojíždění po městech: postávání na křižovatce, kdy vlastně motor běží zbytečně a spotřeba i emise rostou. Takový asistovaný hybrid při zastavení vypíná motor a na sešlápnutí plynového pedálu ho znovu nastartuje. „Testují se už dlouho, avšak příliš se nerozšířily. Důvod? Pro časté starty potřebujeme vysoké provozní napětí, alespoň 42 V, a velké proudy, abychom získali nejméně desetikilowattový výkon,“ dodává.

Klasická lehká hybridní auta jdou ještě dál, přes 200 V. Což však neznamená, že je lze nabíjet přímo z elektrické sítě. Právě složitá technologie měničů a dalších součástek umožní, aby se bateriové články nezničily a vydržely v nejlepším případě po celou životnost vozu - náklady na ně se totiž na jeho ceně podílejí až 30 procenty. A pro těžší vozidla se musí jít ještě výš, přes 500 V.

Autarktický hybrid, jehož klasickým příkladem je vozidlo Toyota Prius, si všechnu energii vyrábí sám. Toto elegantní řešení snižuje emise při zachování hlavní výhody soudobé individuální osobní dopravy, totiž nezávislosti a velkého dojezdu. Za vše se však platí, a tak si tento vůz nevybojoval pozici masového zboží. Ukázal však cestu, jak jít dále.

Nebo raději plug-in hybrid?

Navíc průzkumy zjišťují, že lidé, kteří jezdí za prací den co den, najedou v městských aglomeracích denně do 50 kilometrů. Proto se vývojáři v automobilkách orientují nikoli na autarktický, nýbrž plug-in hybrid.

Pro pojížďky po městě si auto vystačí s elektromotorem napájeným z akumulátorové baterie, která se přes noc nabije. Zavedení takových vozů ve velkém bude znamenat převrat v organizaci individuální silniční dopravy a nepochybně i v energetice. Na cestě k takovému systému stojí dvě zásadní překážky: Musí se přinejmenším zdvojnásobit kapacita baterií z počátečních 7 ampérhodin, používaných v původních Priusech nejméně na dvojnásobek, na čemž se v laboratořích usilovně pracuje a nové plug-in hybridy Prius od Toyoty jsou již na světě.

A energetici potřebují vybudovat systém, jak bez ohrožení sítě zajistit noční nabíjení. Na 100 kilometrů spotřebuje takový vůz 20 kilowatthodin, pro uvažované denní pojížďky o poloviční délce stačí na desetihodinové nabíjení příkon jednoho kilowattu, jejž snadno při 230 voltech utáhne klasická desetiampérová zásuvka.

„Síť si ani nevšimne jednoho, deseti, stovky automobilů. Milión už může přinášet problémy, zvláště když se vozy budou na některých místech koncentrovat, jako je tomu dnes třeba na sídlištích. Proto mluví energetici o inteligentní síti, která bude schopna komunikovat s distribučními závody a regulovat se prostřednictvím hromadného dálkového ovládání.“

Pro potřeby většího dojezdu by se musely vybudovat rychlonabíjecí stanice, připomíná dále Pavel Mindl. Jenže čas, kdy v krátké době potřebujete dostat do akumulátoru velké výkony, bude zcela určitě větší než tankování u klasické čerpací stanice, byť před vámi stojí dvě tři auta. V této souvislosti se též testují systémy rychlé výměny vybitých akumulátorů za nabité.

A přiznejme si, že ani jako druhé auto v domácnosti se „čistý elektromobil do zásuvky“ prostě neprodá. Takže v úvahu přichází opět hybrid zvaný plug-in. Při pojížďkách je to elektromobil, na dlouhých cestách dnes už klasický vůz se vznětovým či zážehovým motorem.

Vodík: Palivové články nebo spalování?

Vodíkové hospodářství, o němž mluvil prezident Bush už začátkem tohoto tisíciletí, se považuje za budoucnost dopravy bez využívání ropných paliv. Má skutečně velkou perspektivu při využití v palivových článcích, kde slouží jako nosič energie, či při přímém spalování v pístových motorech. V prvním případě se musí vyřešit životnost článků, která je i přes minimální podíl mechanických prvků zatím poměrně nízká. Problém, možná větší než zvyšování kapacity akumulátorů automobilových baterií, představuje skladování vodíku. Ostatně jako nosič energie pro palivové články přicházejí v úvahu i další látky, například metanol, sice jedovatý, avšak v porovnání s vodíkem velice dobře skladovatelný.

Pro výrobu vodíku se musí nalézt efektivní způsob získávání proudu na elektrolýzu vody nebo tepla na její tepelný rozklad. Pálit při výrobě elektřiny vzácná fosilní paliva nedává smysl, obnovitelné zdroje zřejmě ještě dlouho nebudou poskytovat dostatek proudu ani pro běžné účely, a tak se zatím nejlépe jeví vysokoteplotní jaderné reaktory IV. generace, jejichž nástup se předpokládá ve 30. letech. Výhodou spalování vodíku je to, že nevyžaduje zásadní konstrukční změny ve výrobě motorů.

Co bude za dvacet let?

Nástup elektromobilů ve velkém očekávají vědci během dvaceti let, říká Pavel Mindl. Zcela určitě to budou především už uvedené hybridy. Doplnit je mohou i jiné hybridní technologie, například v podobě tzv. range extenderů (zvětšení dojezdu), tedy elektromobilu, doplněného přídavným generátorem elektrické energie využívajícího mikroturbínu a vysokootáčkový generátor. Výhodou těchto systémů je široký sortiment použitelných paliv.

Bouřlivý vývoj se očekává v oblasti výzkumu palivových článků i akumulátorů. „Už dnes lze ujet běžně na jedno dobití 150 kilometrů. Objemová kapacita akumulátorů 100, špičkově pak 180 až 200 Wh/dm3, je však stále o řád menší v porovnání s benzínovou nádrží - a hmotností si stojí ještě hůře,“ vysvětluje docent Mindl. Elektromobily ani výrazněji nezlepší celkovou účinnost využití energie, která se z patnácti procent u parního stroje v předminulém století zvýšila na pouhých 25-30 procent u současných spalovacích motorů.

To znovu potvrzuje, že investice do „elektrické dopravy“ mají ekonomické a ekologické důvody: „Ušetří se přinejmenším palivo, komodita, která bude čím dál dražší. Nejdříve snížíme spotřebu, a pak začneme jezdit i na něco jiného,“ uzavírá proděkan Fakulty elektrotechnické ČVUT Pavel Mindl.

Vladimír Pick

---

3. mezinárodní sraz elektromobilů v areálu Incheba Expo Praha - Holešovice při příležitosti Autoshow 2009 pořádá 17.10.2009 sdružení ELEKTROMOBILY o.s.

---

Doprava po ropě: Vodík, metan, elektřina ... ?