Jsou e-auta opravdu lepší pro životní prostředí než běžná? Jak dlouho vlastně vydrží baterie v provozuschopném stavu a kolik bude stát náhradní? Kdy konečně přestanou být elektroauta dražší než ta na benzín nebo naftu?
Také vám to vrtá hlavou? Z jiskření názorů okolo elektromobility mezi, řekněme, anodou optimismu a katodou pesimismu však vyplývá jednoznačná odpověď jen na máloco. Podívali jsme se na hlavní témata problematiky, zaostřili jsme na lithium-iontové baterie, jejichž tvůrci před pár dny obdrželi Nobelovu cenu za chemii, i jejich možnou náhradu, dotkli jsme se problematiky „čisté“ a špinavé“ výroby elektřiny – ale otázku, zda jsou e-auta pro planetu přínosem, anebo ne, si nakonec budete muset zodpovědět sami.
KDY PŘIJDE VĚK ELEKTROMOBILITY?
Aspoň něco, v čem je jasno: už je dávno tady. Po Praze se pohybujeme kromě jiných způsobů i tramvajemi a metrem, v řadě měst jsou běžné trolejbusy a testují se také autobusy na baterie, mezi městy se prohánějí vlaky poháněné elektřinou. Nyní jsou na řadě auta – ale i v tomto případě je už budoucnost mezi námi, tedy alespoň v některých zemích… Je vlastně zajímavé, že si Češi po desítkách tisíc kusů (ročně) za desítky tisíc korun (za kus) kupují elektrokola (někdy i více do rodiny), ale zahlédnout na českých silnicích e-auto zatím moc běžné není.
JAKÁ JSOU PRO A PROTI ELEKTROMOBILŮ?
I když je většina „plusů“ i „minusů“ dobře známa, o některých se přece jen tak často nemluví. Pokusme se to tedy shrnout.
VÝHODY
- Nízké provozní náklady
Jezdit na elektrickou energii je mnohem levnější než na benzín nebo naftu, u kterých navíc mohou ceny více kolísat. K levnému provozu významně přispívají také nízké nároky na průběžný servis (odpadají výměny oleje, olejového filtru, svíček, zrezivělého výfuku, filtru pevných částic a podobně) a logicky se nemusí podstupovat ani stále přísnější pravidelné kontroly emisí (u aut na benzín nebo naftu poprvé po čtyřech letech a pak každé dva roky).
- Menší poruchovost
Elektromotor je jednodušší, nepotřebuje řadu součástek a systémů včetně převodovky a má delší životnost. Z toho vyplývá nízká poruchovost e-vozů, a ve srovnání s konvenčními auty tudíž další zlevnění provozu.
- Domácí nabíjení
Možnost přes noc „natankovat“ doma za obzvlášť výhodný tarif a ráno odjet se stoprocentně nabitou baterií je obrovská výhoda… Samozřejmě pro toho, kdo tu možnost má: nabíjet auto prodlužovačkou z pátého patra paneláku není moc dobrý nápad.
- Svižná jízda a skvělý rozjezd
Zatímco u spalovacího motoru se točivý moment a výkon zvyšuje s rostoucími otáčkami, u elektromotoru je tomu naopak. Maximální síla od samotného začátku umožňuje „zážitkovou“ akceleraci a pohodový rozjezd i do prudkého kopce.
- Příjemné ticho a žádné vibrace
Co dodat? Že nezvyklé jízdní ticho může být nebezpečné pro (neopatrné) chodce, takže je legislativně nařízeno elektrovozy vybavit systémem vydávajícím při nízkých rychlostech umělý zvuk (k jeho ladění přistupují automobilky s různou mírou kreativity). Ale protože ticho nejen ohrožuje, ale hlavně léčí, vznikla na druhou stranu i petice požadující tuto novou povinnost zase zrušit.
- Nulové lokální emise
Nulové lokální (či „přímé“) emise aut bez výfuku představují obrovské plus především v zamořených městských aglomeracích se špatnými rozptylovými podmínkami. Může jít o dobrý důvod pro pořízení e-auta pro ty, kdo spíš než na jejich cenu hledí na ochranu zdraví a stav životního prostředí. Na druhou stranu platí, že výfukem elektromobilů jsou komíny elektráren, což u mnohých vzbuzuje pochyby o celkové ekologičnosti elektromobilů – podle nich jde jen o přesun problému z měst tam, kde jsou velké elektrárny.
- Účinnost motoru
Srovnání účinnosti spalovacích motorů (30–40 %) s elektromotory (80–90 %) poukazuje na značnou nehospodárnost klasických motorů v nakládání s neobnovitelnými fosilními zdroji: přes 60 % natankované nádrže je de facto „využito“ jen k tomu, aby se během jízdy přes chladicí a výfukový systém ohříval okolní vzduch.
Pro představu: Německý magazín Auto Motor und Sport spočítal, že Tesla Model S s sebou v baterii veze ekvivalent pouhých deseti litrů nafty. Díky energetické účinnosti elektrického pohonu ale její dojezd odpovídá třiceti litrům.
- Kouzlo rekuperace
Na příznivé energetické bilanci e-auta se ze zhruba 17 % podílí rekuperace. Při ní se energie vznikající bržděním (která by jinak přišla nazmar) „vrací“ zpět do baterie elektromobilu.
NEVÝHODY
- Vyšší pořizovací cena
Rozhodující podíl (30–50 %) na ni mají samotné baterie. Ceny těch nejpoužívanějších, lithium-iontových (li-ion), sice od roku 2010 klesly o neuvěřitelných 85 %, ale pořád to ještě nestačí, e-auta jsou stále dražší než klasické vozy. Výrazné snížení nákladů může za určitých okolností přinést i fakt, že vyrobit e-auto trvá výrazně kratší dobu než konvenční, ale to se projeví až při podstatném navýšení produkce (VÍCE).
- Kratší dojezdová vzdálenost
Dojezdová vzdálenost elektromobilů se konvenčním autům stejné třídy také ještě nevyrovná, a navíc ji zkracují extrémní teploty. A to jak samy o sobě, tak ještě více při zapnutém topení či klimatizaci (např. ZDE). Nicméně už dnes není výjimkou dojezd přes 300 (i více) kilometrů, čímž padla jedna z hlavních psychických bariér proti e-vozům.
- Nízký počet nabíjecích stanic
Zatímco možnost domácího nabíjení v garáži nebo u rodinného domu je lákadlem e-mobility, zatím nedobudovaná síť veřejných nabíjecích stanic v ČR od jejich nákupu odrazuje. Ale i tak je už dnes možné se po vlastech českých toulat elektromobilem a po cestě do něj „tankovat“, nehledě na to, že infrastruktura veřejných nabíječek (včetně vysokorychlostních) rychle posiluje.
Vše o nabíjení, nabíječkách a dalších souvislostech najdete v článku E-auta: Jaké jsou možnosti nabíjení a co dělá Praha?
- Dopady na životní prostředí
Ekologicky náročnou výrobu baterií s nemalou produkcí CO2 od jejich výroby přes provoz (dobíjení e-vozů elektřinou z klasických elektráren) až po jejich recyklaci (s dosud ne zcela vyjasněnými možnostmi u baterií) není možné bagatelizovat.
LI-ION, REVOLUČNÍ BATERIE, NEBO NĚCO JEŠTĚ „REVOLUČNĚJŠÍHO“?
Po zákazu nikl-kadmiových (Ni-Cd) akumulátorů z důvodu jedovatosti kadmia, které v 90. letech poháněly stovky osobních i užitkových vozů francouzského koncernu PSA, „převzaly otěže“ li-ion baterie. Ty posunuly elektromobilitu během několika let o míle dopředu, a to nejen pokud jde o samotnou dojezdovou vzdálenost (respektive výdrž baterie na jedno nabití). Zároveň se těžiště vývoje elektromobility přesunulo do zámoří, kde byly největšími milníky sportovní vůz Tesla Roadster (uveden na trh 2008) a Nissan Leaf (2011). Evropské automobilky na vývoj reagovaly se zpožděním.
LITHIOVÉ AKUMULÁTORY
Jejich vylepšování i v současné době představuje hlavní trend v akumulaci elektřiny. Zatím se daří zvyšovat jejich kapacitu a (s výkyvy kvůli zvýšené poptávce po lithiu a kobaltu) také snižovat jejich cenu. Usilovně se rovněž pracuje na navyšování počtu nabíjecích cyklů – dnes tyto baterie vydrží řádově stovky nabití. Už v roce 2017 expert Jeff Dahn z týmu Tesly oznámil dvojnásobné zvýšení životnosti li-ion baterií, které by měly vydržet zhruba 20 let, a tento vývoj dále pokračuje.
- Energetická náročnost a emise
S li-ion bateriemi se ale pojí také některé potíže – zejména vysoká energetická náročnost při získávání samotného lithia z přírodních zdrojů a následně i při výrobě akumulátorů. Další problém představují malé zásoby kobaltu, který se při jejich výrobě rovněž používá. Kobalt se navíc celosvětově těží převážně (ze 60 %) v problematické Demokratické republice Kongo s popřením všech zásad „fair trade“ za drsných pracovních podmínek, navíc se zneužíváním dětské práce.
Řešení prvního problému by mělo přinést rozsáhlejší využívání „zelené“ energie. Nejde-li to zatím přímo během těžby lithia, pak alespoň na straně výrobce baterií. Vzhledem k tomu, že z celkových emisí kysličníku uhličitého připadá polovina na procesy v závodě výrobce, klesly by použitím elektřiny z obnovitelných zdrojů emise CO2 (od těžby až po umístění baterie do auta) na 50 %. To je přesně cíl Muskovy Gigafactory, která chce používat výhradně „zelenou" energii.
- Kobalt
V tomto případě je strategií snižování podílu kobaltu na bateriích. Zatímco původní poměr aktivního materiálu NMC (nikl-mangan-kobalt) používaného pro lithiové články byl 1 : 1 : 1, nyní evropské automobilky plánují zavést poměr 8 : 1 : 1. Už dnes snížili němečtí producenti obsah kobaltu ve svých bateriích na 12–14 %, ovšem baterie užívané v Tesle Model 3 (v nichž je mangan nahrazen hliníkem, jde tedy o směs NCA) mají podíl kobaltu pouze 2,8 %. Výrobci navíc od svých dodavatelů požadují potvrzení, že byl získán bez využití dětské práce, případně se sami dobrovolně zavazují, že nebudou používat kobalt z Konga. Ideálem zůstává vývoj bezkobaltové baterie.
REVOLUČNÍ BATERIE: ZATÍM V NEDOHLEDNU
Vývoj tedy směřuje k bezkobaltovým bateriím – není však možné v bateriích také nahradit energeticky náročné a drahé lithium „něčím jiným“ a dosáhnout levněji stejných nebo i lepších výsledků v akumulaci elektřiny? To je otázka, která je v médiích často označována jako „hledání svatého grálu elektromobility“.
Poměrně pikantní je, že zvládnutí nového typu nízkonákladové nezápalné baterie s pevným elektrolytem (ten je v současných li-ion bateriích tekutý) na bázi skla oznámil před časem právě jeden z otců „klasických“ li-ion akumulátorů a letošní nositel Nobelovy ceny John Goodenough. „Cena, bezpečnost, energetická hustota, rychlost vybíjení a nabíjení a počet cyklů jsou kritické pro to, aby se elektromobily mohly masově rozšířit," okomentoval to. „My věříme, že náš objev řeší mnoho problémů dnešních baterií." Lithium by v nich mohl nahradit sodík nebo draslík.
Je to ale pouze jeden z příkladů. Podle Elona Muska Tesla sleduje zhruba 60 různých typů nových druhů baterií a všechny tyto projekty si interně známkuje od jedničky („nesmyslné“) až po pětku („vhodné k navázání spolupráce“). Zatím je nejlepší dosaženou známkou trojka, což v podstatě znamená, že v dlouhodobém výhledu není tento projekt zcela zatracen (VÍCE).
Ať už je hodnocení odborníků Tesly v konkrétních případech oprávněné nebo ne, jedno je jisté: prosadit i nadějnou novinku do výroby trvá mnoho let, a tak se nahrazení lithia v chemických akumulátorech jinými materiály jen tak nedočkáme.
A NEŠLO BY TO BEZ BATEREK?
Ještě jednou guru elektromobility Musk: „Jestli mám dělat nějaké předpovědi ohledně elektromobilů, tak pokládám za velmi pravděpodobné, že je nebudou pohánět baterie, ale ultrakapacitory." To pronesl v San Francisku v roce 2011 a po osmi letech ticha o tomto tématu, které si sám naordinoval, v roce 2019 Tesla kupuje společnost Maxwell Technologies zabývající se výrobou a vývojem ultrakapacitorů (též: „superkapacitory")… Blíží se tedy doba, kdy kola e-automobilů nebude roztáčet energie uložená prostřednictvím komplikovaných chemických procesů v bateriích, ale technologie podobná kondenzátorům?
Možná ano, ale i v tomto případě platí, že si na to nejspíš ještě budeme muset pěkných pár let počkat. Primárním důvodem převzetí společnosti bylo totiž pravděpodobně to, že Maxwell také vyvinul a patentoval baterii se suchou elektrodou a tento patent může výrazně zlevnit výrobu li-ion článků, zvýšit jejich bezpečnost i prodloužit dojezd.
Do budoucna se ale ultrakapacitory pro pohon e-aut jeví nadějně – velmi rychle se nabíjejí, vydrží přitom statisíce nabití bez úbytku kapacity a jejich výkon na rozdíl od baterií neklesá ani v extrémních teplotních podmínkách. Na druhou stranu jsou zatím vhodné pouze pro krátkodobé, zato intenzivní zatížení. Své využití mají v elektromobilitě už dnes: e-autům a hybridům umožňují rekuperaci (viz výše), a v Šanghaji dokonce jezdí elektrobusy s tímto zdrojem energie… Jejich provoz dobře ilustruje výhody i nevýhody současných ultrakapacitorů – nabíjejí se pár vteřin, musí to však dělat téměř na každé zastávce (mrkněte na přiložené video).
Jejich vývoj však zdaleka nekončí. V březnu loňského roku médii proskočilo oznámení šéfa britského start-upu Superdielectrics Jima Heathcota o možnostech výroby superkapacitorů, které budou mít mnohonásobně větší kapacitu než současné, a přitom budou „za dobrou cenu"… Důvěryhodnost jeho slov podpořilo brzké navázání spolupráce Superdielectrics se společností Rolls-Royce (ZDE, angličtina)... Tak uvidíme.
Podrobnosti o ultra/superkapacitorech najdete TADY.
JÁDRO PUDLA: ODKUD SE TA ELEKTŘINA BERE?
Elektromobily sice během jízdy nevypouštějí do ovzduší žádné emise, ale dělají to za ně elektrárny. Když k tomu přidáme energeticky a ekologicky náročnou výrobu velkokapacitních baterií a dosud ne úplně vyjasněnou problematiku jejich recyklace, vyvstává otázka, jestli „náhodou“ e-auta životní prostředí nezatěžují více než konvenční. (Tvrdé jádro benzínových a naftových hlav, jako například známý automobilový inženýr Fritz Indra, toho ale má proti elektromobilitě ještě mnohem víc.)
ELEKTŘINA PRO JÍZDU
Jak „čistá“ nebo „špinavá“ elektřina se podílí na provozu e-aut? Záleží na tom, z jakých pochází zdrojů, tedy na národním energetickém mixu dané země. Takové Norsko, kde se o výrobu elektřiny starají téměř výhradně vodní elektrárny, je proto zemí elektromobilitě zaslíbenou, ale ani Česko v tomto ohledu nedopadá tak špatně, jak si mnozí myslí: oproti konvenčním autům jezdícím 100% na fosilní paliva u nás tvořily podle operátora trhu s olektřinou (OTE) energetický mix v loňském roce fosilní zdroje z 57 % a zbytek připadal na zdroje s nulovými emisemi CO2 – jaderné elektrárny (37 %) a obnovitelné zdroje (6 %). Výsledkem je, že provozní emise CO2 elektroaut jsou v Česku o 36 % menší než u aut na benzín, a to opravdu není málo!
NÁROČNĚJŠÍ JE VÝROBA
Daleko složitější je určit emisní zátěž vznikající výrobou li-ion baterií – přitom právě od toho se odvíjí skutečnost, že e-auto je ekologičtější než konvenční až po ujetí určitého počtu kilometrů. Před časem vzbudila značný ohlas studie švédského ústavu IVL Swedish Environmental Research Institute, podle níž výroba jedné baterie do elektromobilu vyprodukuje tolik emisí, kolik vypustí klasický automobil za celých 8,2 roku provozu… Jenomže tato studie vůbec nezapočítala emise vznikající těžbou ropy, energeticky/emisně náročnou rafinerací benzínu a několikanásobným transportem od těžby až po rozvoz pohonných hmot na čerpací stanice. Kritický pohled na studii, který „upravuje“ ekologickou návratnost e-aut na 3–6 let, spolu s odkazem na její originální znění naleznete TADY.
ZELENÁ ENERGIE NA POSTUPU
Navíc je zapotřebí vzít v potaz dekarbonizaci energetiky, k níž dochází v rámci boje proti klimatickým změnám – tedy nárůst podílu obnovitelných zdrojů na výrobě elektřiny provázený ústupem od uhelných elektráren a poklesem emisí. Je jasné, že tento trend probíhá v různých zemích nerovnoměrně (a v některých zatím vůbec), ale to nic nemění na tom, že se „ekologická návratnost e-aut“ oproti minulým rokům snižuje a tento trend se bude do budoucna urychlovat…
Tím se vlastně oklikou dostáváme zpět k bateriím, respektive bateriovým úložištím. Efektivní využití elektřiny ze solárních a větrných elektráren, které jsou závislé na počasí a v prvním případě i denní době, je možné docílit pouze akumulací elektřiny z důvodu jejího pozdějšího využití a/nebo uložení jejího aktuálního přebytku. Bateriová úložiště jsou koncipována nejčastěji opět na bázi lithia, ale vědci usilovně hledají i mechanické a další možnosti ukládání elektřiny.
MENŠÍ ZLO, ALE…
Jsou tedy e-auta lepší a ekologičtější než konvenční? Svou užitnou hodnotou je dohánějí a pro potřeby běžného cestování plně dostačují už dnes. Problém je zatím jejich cena, obzvláště v zemi, kde si konečný spotřebitel může o finančních pobídkách na jejich nákup jenom nechat zdát. Ale i ta se postupně snižuje.
Pokud jde o zátěž, které životnímu prostředí způsobuje hlavně výroba li-ion baterií, existuje řada studií dokládajících mnohem rychlejší „ekologickou návratnost“ (ve srovnání s benzínovými a naftovými auty) než výše zmíněných 8,2 roku. A přestože to bývá často zpochybňováno jako pouhé přenesení problému na venkov, svůj význam má i přesunutí emisí zkracujících lidský život z hustě obydlených míst do vzdálenějších komínů elektráren – nejenže ve městech v Česku žije 75 % obyvatel, ale ti v nich navíc vdechují polycyklické uhlovodíky, prachové částice či oxidy dusíku z výfuků z bezprostřední blízkosti, zatímco komíny jejich koncentrace rozptylují a „ředí“. (Pozn.: CO2 se sice podílí na oteplování planety, ale jeho dýchání lidskému zdraví neškodí – ve výše jmenovaných případech je tomu přesně naopak.)
A pak je tu logika věci: Spalování ropy v dnešním měřítku je dlouhodobě neudržitelné. Vozy na elektřinu jsou stále na začátku svého vývoje. Výroba samotné elektřiny se odklání od fosilních zdrojů... Takže? Výroba a provoz elektromobilů už dnes s pravděpodobností hraničící s jistotou páchá planetě menší zlo než běžná auta a do budoucna to bude stále lepší.
E-auta nejsou zdaleka odpovědí na všechny problémy spjaté s udržitelnou mobilitou – pouhé nahrazení konvenčního vozového parku e-auty nevyřeší dnešní popojíždějící zácpy na silnicích, ani z ulic měst nevyžene nevzhledné šňůry zaparkovaných osobních automobilů. Řešení musí být komplexní, s důrazem na další rozvoj veřejné dopravy (MHD ve městech, vysokorychlostní železnice mezi nimi), aktivní dopravy (zejména cyklistiky a chůze) a v oblasti automobilismu na podporu sdílených jízd (carpooling) i automobilů (carsharing). Vše musí být provázáno tak, aby lidé mohli různé druhy dopravy pohodlně a výhodně kombinovat.
Projekt Čistou Stopou Prahou je v roce 2018–2019 spolufinancován z projektu „Čistá mobilita pro Prahu". Ten je financován Státním fondem životního prostředí České republiky na základě rozhodnutí ministra životního prostředí. Ministerstvo životního prostředí a Státní fond životního prostředí České republiky neodpovídají za věcný a formální obsah informací, které příjemce podpory zveřejní v rámci realizace podporovaného projektu. Více na www.sfzp.cz, www.mzp.cz.
