9/8/2023
První závod na výrobu e‑paliva Haru Oni v chilském Punta Arenas, společný projekt Porsche AG a chilské společnosti HIF, zahájil pilotní provoz v prosinci 2022. | Foto: Porsche AG
Evropská legislativa, která od roku 2035 požaduje prodej automobilů s nulovými emisemi CO2, se vztahuje pouze na nová vozidla. Do té doby zakoupené automobily se spalovacími motory mohou i nadále jezdit na benzin a naftu. Není jich a ještě dlouho nebude málo. I pro ně už existují čistější alternativy pohonných hmot. Každá má ale nějaký háček.
Kdo bere ochranu životního prostředí skutečně vážně, nesmí nabízet jen omezení pro nové automobily, ale musí hledat řešení pro 1,3 miliardy vozidel provozovaných po celém světě, z nichž drtivá většina má spalovací motor. Boj proti změně klimatu je globální záležitostí, takže vyžaduje globální řešení.
Již dnes je možné tankovat paliva, která přinášejí významné snížení emisí oxidu uhličitého i zdraví škodlivých látek, aniž by jejich použití vyžadovalo příliš vysoké výdaje.
V našem přehledu dalších alternativ, které nám současný stav techniky nabízí, klíčové kritérium, kterým je cena, respektive provozní náklady, pomíjíme. Cenu pohonných hmot totiž kromě způsobu výroby v rozhodující míře určuje daňové zatížení a další poplatky. Navíc během loňského roku jsme viděli, jak dlouhodobé kalkulace mohou velmi snadno ztratit na významu. A cenové relace mění pochopitelně i technologický pokrok – co se dnes jeví jako nereálné, může být za pár let v praxi běžné.
Zemní plyn po celém světě pohání víc než 23 milionů vozidel. Významnou měrou snižuje emise uhlovodíků, oxidu uhličitého, oxidu dusného a dalších skleníkových plynů. Vozidla na zemní plyn nevypouštějí téměř žádné pevné částice a těkavé organické sloučeniny a při úniku nedochází ke kontaminaci půdy.
Motory na zemní plyn ve formě stlačeného (CNG) nebo zkapalněného (LNG) poskytují parametry srovnatelné s konvenčními motory na naftu nebo benzin a jsou ideální alternativou zejména pro nákladní vozy, autobusy nebo komunální vozidla.
Ještě významnějšího snížení zátěže klimatu lze dosáhnout použitím obnovitelného zemního plynu. Ten se vyrábí z vedlejších zemědělských produktů a organického odpadu. Jedná se tedy o biopalivo, které je s fosilním zemním plynem prakticky totožné.
Přínos bioplynu umocňuje skutečnost, že metan ze skládek nebo čistíren odpadních vod uniká do atmosféry, kde je jeho potenciál globálního oteplování víc než 25krát vyšší než u oxidu uhličitého. Proto je zachycování a zpracování metanu na palivo velmi přínosnou alternativou, byť není klimaticky zcela neutrální.
Termín biopaliva se používá pro pohonné hmoty a složky směsí vyráběné z biomasy. Plynná paliva se používají přímo jako bioplyn nebo se přeměňují na kapalná paliva. Velký nárůst produkce biopaliv od počátku 80. let byl vyvolán legislativními opatřeními a programy, jejichž cílem byla snaha snížit používání fosilních paliv v dopravě a zbavit se závislosti na producentech ropy. Většina spotřeby biopaliv se uskutečňuje ve formě směsí s ropnými produkty.
Etanol, což je druh alkoholu, se vyrábí především z cukrové třtiny nebo škrobnatých rostlin. Nové technologie založené na využití biomasy ze surovin obsahujících celulózu výrazně snižují uhlíkovou stopu, nicméně tato produkce je stále velmi malá. Asi jediným příkladem země, kde etanol směle konkuruje palivům z fosilních zdrojů, je Brazílie. S etanolem se ale běžně setkáváme i u nás především v podobě paliva E85 sestávajícího z 85 procent etanolu a 15 procent benzinu.
HVO je zkratka pro hydrogenovaný rostlinný olej. Toto biopalivo je podobné motorové naftě, proto se mu také říká obnovitelná nafta nebo bionafta. Vyrábí se hydrogenací odpadních lipidů, jako jsou rostlinné oleje (řepkový a palmový), lůj nebo použitý kuchyňský olej. Naftu s patnáctiprocentní příměsí HVO má od loňského roku ve své nabídce i společnost Čepro.
Převážná většina produkce biopaliv využívá suroviny jako cukrová třtina, kukuřice, řepka nebo sója. Tato biopaliva první generace mají pro klima jen malý přínos vzhledem k potřebě využití zemědělských strojů poháněných naftou a hnojiv vyrobených ze zemního plynu a uvolňujících oxid dusný, tedy skleníkový plyn, který má 300krát větší dopad na klima než oxid uhličitý.
Ještě horší je, že růst poptávky po plodinách pro biopaliva poškodil biologickou rozmanitost a zvýšil spotřebu a znečištění vody. Také prohloubil nedostatek potravin. Evropská směrnice 2003/30/ES o podpoře užívání biopaliv nebo jiných obnovitelných pohonných hmot v dopravě podnítila kácení tropických deštných pralesů v Brazílii, Indonésii a dalších zemích, aby uvolnily místo plantážím sóji a palmy olejné. Přitom došlo k vysídlení domorodých komunit, likvidaci volně žijících živočichů a uvolnění obrovských zásob uhlíku v deštných pralesích.
Udržitelná výroba biopaliv musí využívat odpadní a zbytkové suroviny, především použitý kuchyňský olej a odpadní živočišné tuky z nepotravinářských plodin. Jenže v Evropě jsou jejich zásoby malé, takže se pro výrobu biopaliv 75 procent potřebného množství dováží. Import ze zemí mimo EU přitom omezuje jejich schopnost dekarbonizovat vlastní ekonomiky.
Janet Ranganathanová, která se zabývá environmentálními technologiemi ve World Resources Institute, upozorňuje, že omezování globálního oteplování v souladu s Pařížskou klimatickou dohodou vyžaduje naprosté omezení využívání zemědělské půdy.
Pro zajištění minimálního negativního dopadu biopaliv je proto zásadní jejich výroba z moderních surovin. Pro pěstování nepotravinových plodin lze vybírat opuštěné nebo znehodnocené oblasti nevhodné pro zemědělskou produkci, kde je půda náchylná k erozi způsobené větrem a deštěm. Nejlepšími kandidáty jsou vyvíjené krycí plodiny pomáhající vodě se vsakovat a ne odtékat. Příkladem je karinata, příbuzná řepky, která produkuje energeticky bohatý, nejedlý olej.
Laboratorní výroba e paliv je technicky zvládnutá, ale velkoobjemová průmyslová produkce bude vyžadovat obrovské investice. | Foto: KIT (Karlsruher Institut für Technologie)
Při výrobě syntetických paliv se nejprve elektrolýzou vody s pomocí obnovitelné elektřiny (proto se jim říká e‑paliva) vyrábí vodík. Tento zelený vodík se pomocí syntézy spojí ve vysokotlakém katalyzátoru s oxidem uhličitým získaným ze vzduchu a přemění se na různé kapalné uhlovodíky, které nesou coby e‑paliva názvy například e‑kerosin, e‑metan nebo e‑metanol.
Klimaticky neutrální charakter e‑paliv vyplývá z toho, že k jejich produkci slouží elektřina z obnovitelných zdrojů a při jejich používání se vypouští pouze tolik CO2, kolik bylo dříve odčerpáno z atmosféry při výrobě. Pokud by tedy byly už provozované spalovací motory poháněny pouze e‑palivy, budou i tyto klimaticky neutrální.
Porsche a Toyota zkouší syntetická paliva i na závodních tratích. | Foto: Porsche AG
Syntetická paliva mají dvě výhody: lze je dlouhodobě skladovat a přepravovat na dlouhé vzdálenosti. Díky vysoké hustotě energie a tomu, že se dají přepravovat při běžné teplotě a tlaku, je lze vyrábět po celém světě a přepravovat s využitím stávajících technologií. V tomto ohledu mají výhodu i proti přímému využití vodíku. Do Evropy lze dovážet e‑paliva z těch částí světa, kde může být dostatek obnovitelné energie. Zatím jediná pilotní průmyslová produkce e‑paliva je od konce roku 2022 v Chile v rámci společného projektu automobilky Porsche a chilské společnosti HIF (Highly Innovative Fuels). Ostatní produkce jsou zatím jen v rámci zkušebních zařízení.
Zastánci elektrické mobility poukazují na její vysokou účinnost. A mají pravdu: Na rozdíl od spalovacích motorů spotřebují elektromobily téměř veškerou energii, která je do akumulátoru přivedena, pro jízdu. U spalovacích motorů poháněných e‑palivy se elektřina využívá k výrobě paliva a vzhledem k procesu přeměny je logicky účinnost nižší. Konvenční automobil poháněný e‑palivem potřebuje ke stejnému provozu celkově třikrát až čtyřikrát víc energie než elektromobil. Tento ukazatel ale nemusí být nutně ten rozhodující, budeme‑li brát v potaz i jiné než čistě technické faktory. Navíc pro některé typy dopravy nebude ve střednědobém výhledu dostupná jiná CO2 neutrální alternativa.
Syntetická paliva jsou v současné době vzácná a jejich výroba nákladná, mimo jiné proto, že chybí zařízení na výrobu zeleného vodíku ve velkém. Jsou ale důkladně prozkoumaná a vědecké i technické znalosti pro jejich brzké uvedení na trh jsou k dispozici. V současné době je to především nejistota, která brání tomu, aby se jejich komerční produkce rozjela v průmyslovém měřítku. Nikdo nebude investovat miliardy eur do zařízení, u něhož není záruka, že ho bude možné dlouhodobě používat.
Specifickým e‑palivem je čistý vodík. V dopravě se předpokládá jeho využití hlavně v elektricky poháněných vozidlech, kde jsou hlavním zdrojem elektrické energie palivové články, ale vodík lze použít i jako palivo pro spalovací motory. Problémem vodíku v porovnání s klasickými palivy je jeho relativně nízká objemová výhřevnost a vysoká rychlost hoření. Pro už vyrobená vozidla se spalovacími motory se nehodí, protože vyžaduje určité konstrukční úpravy. Speciálně navržené motory na spalování vodíku nicméně mohou mít vyšší účinnost než motory na tradiční paliva. Vodík rovněž vyžaduje vybudování nové infrastruktury pro tankování, což ale platí i pro jeho využití v palivových článcích. Vodík ovšem není zcela bezemisní palivo – neprodukuje sice oxid uhličitý, ovšem spalováním směsi se vzduchem se uvolňují toxické oxidy dusíku. Přes uvedené problémy specialisté mnoha firem a vysokých škol (včetně ČVUT) nadále s využitím vodíku ve spalovacích motorech experimentují. Perspektivní pro snížení emisí CO2 je i využití směsi vodíku s bioplynem.
Nesmíme také zapomínat, že e‑paliva jsou sice uhlíkově neutrální, ale spalovací motory používající tato paliva stále vypouštějí toxický oxid dusičitý a karcinogenní částice, což poskytuje silný argument ekologickým aktivistům při snaze prosadit co nejpřísnější podobu emisního standardu Euro 7.
Kompromis, který byl na základě jednání Evropské komise a Německa v nedávné době nalezen v podobě možnosti vyrábět i po roce 2035 automobily se spalovacím motorem, pokud budou jezdit na klimaticky neutrální paliva, má navíc ještě jeden problém. Tato „úlitba“ vyžaduje technické řešení, které zajistí, že nová auta schválená pro e‑paliva nebude možné provozovat na benzin nebo naftu (případně plyn) fosilního původu.
Pod heslem e Fuels for Future testovaly organizace Uniti, ADAC a ZDK dlouho době Volkswagen Golf poháněný CO2 neutrálním palivem. | Foto: ADAC
Jakým způsobem to bude zajištěno, zatím nebylo stanoveno, nicméně je pravděpodobné, že infrastruktura pro e‑paliva bude muset být striktně oddělená od infrastruktury pro fosilní paliva. Dokud nebudou mít provozovatelé stávajících vozů se spalovacími motory možnost jednoduše čerpat syntetické palivo tak, jak jsou dosud zvyklí u tradičních paliv, nebudou zřejmě firmy motivovány k tomu, aby se pustily do velkoobjemové výroby e‑paliv.
Autoweek.cz/AutoTablet.cz
článek napsal pro magazín Český autoprůmysl
