Výraznému navýšení podílu elektromobilů na počtu prodaných nových aut stojí v cestě stále dvě hlavní věci - vysoká cena a omezená kapacita baterií. Přitom se už dlouho testuje mnohem elegantnější řešení: palivové články na vodík. Ani to ale pochopitelně není bez výhrad. Jakých? Přinášíme přehled.
Slabiny elektromobilů
Hlavní nedostatek současných elektromobilů je zřejmý: aby nabídly rozumný dojezd, vozí s sebou velké a těžké baterie. Ty jsou navíc velmi drahé, tvoří klidně i polovinu výrobních nákladů elektromobilu, a dobíjí se buď pomalu, nebo poměrně rychle, avšak za cenu tepelných ztrát a vysokých nároků na přenosovou soustavu.
Vodíková auta
Vedle protežovaných elektromobilů s bateriemi ale existuje ještě jeden typ. Auta na vodík, poháněná také elektromotorem, který je však napájen elektřinou vznikající za jízdy v palivových článcích. Takový vůz má jízdní charakteristiky bateriového elektromobilu, z pohledu uživatele se ale tankuje v podstatě jako normální auto. Jednou za nějakých 500 km během pár minut doplníte tekuté palivo a jedete dál.
Nedostatek stanic
Prakticky vzato je to ale v podstatě pořád jen vize. Vodíkové auto si teoreticky sice můžete pořídit, však v současnosti jsou ve výrobě hned tři takové automobily, ale vodík v podstatě není kde tankovat: v Česku funguje už deset let jediná vodíková stanice, a to veřejně nepřístupná v Neratovicích - neekologická, vyrábí totiž vodík ze zemního plynu.
Dalších šest až osm vodíkových stanic by u nás mělo podle představ ministerstva dopravy vyrůst do roku 2023, i tak bude ale pokrytí našeho území nedostatečné. Na východ od Neratovic se zatím nacházejí dvě stanice ve Vídni a okolí a jedna ve Štýrském Hradci, v takovém Polsku se teprve chystá otevření prvních dvou vodíkových stanic. Kdybyste snad chtěli, na vodík si dnes zkrátka moc nezajezdíte.
Plničky na západě
Aspoň trochu rozumná síť je zatím jen v Německu a na hlavních dálničních tazích v Dánsku; Nizozemci se intenzivní výstavbou snaží rychle dosáhnout podobného stavu, jaký panuje v sousedním Německu. A Němci chtějí své území výhledově pokrýt sítí 400 stanic. Přehled funkčních plniček je ostatně k dispozici zde.
Pak je tu samozřejmě finanční stránka věci. Vodíkové auto není levné, stojí zhruba 1,5 milionu korun, a kilogram vodíku, který vystačí zhruba na 100 km jízdy, stojí okolo deseti eur. Náklady na palivo proto přesahují 2,5 Kč/km, což proti konvenčním spalovacím motorům nepředstavuje žádnou úsporu. Vodík se tedy jednoduše řečeno dnešním motoristům nevyplatí. Na tomto budou muset výrobci aut a dodavatelé paliva ještě pořádně zapracovat.
Těžko ale kvůli tomu vodíková auta odsuzovat nebo z toho vinit automobilky, které je vyvíjí. Naopak trojice, která neustále pokračuje ve vývoji a výrobě (Honda, Hyundai a Toyota), si zaslouží obdiv. A na návratu mezi vodíkové automobilky pracuje také Mercedes-Benz. Za uplynulých 15 let se jim díky vývoji na poli tlakových nádrží podařilo typický dojezd na jedno natankování prodloužit z 300 na 500 km. Souběžně s tím také narostl výkon, který přesahuje 100 kW.
Ekologičnost palivových článků
V ostatních oblastech se za stejnou dobu mnoho nezměnilo. Vodík má jako potenciální palivo budoucnosti minimální publicitu i podporu ze strany politiků a neziskových organizací, které jinak tak intenzivně lobbují za odklon od konvenčních druhů pohonu. Veškerá sláva patří bateriovým elektromobilům a o tom, že vodík je přinejmenším platnou alternativou, se prakticky nediskutuje.
Výroba
Přitom máloco má v ideální podobě tak blízko představě o bezemisní automobilové dopravě jako vodíkový pohon. Za předpokladu využití čistých obnovitelných zdrojů totiž vodík vzniká bez jakýchkoliv škodlivých exhalací - energeticky náročnou (s účinností 60-90 procent), avšak chemicky čistou elektrolýzou vody.
Jako elektrolyt se používá kyselina sírová (alternativně louh), probíhající chemické reakce ale uvolňují jedinou látku a tou je čistý kyslík. V palivovém článku pak dochází k opačnému procesu: vodík se při kontrolované chemické reakci slučuje s kyslíkem z okolního vzduchu za vzniku elektřiny a vodní páry.
Nutnost zachovat ekologický postup
Existují i další postupy: výroba vodíku za vysokého tlaku nebo vysoké teploty, případně biologickou cestou. Technologická rozmanitost na rychlosti rozvoje vodíkové infrastruktury koneckonců také nepřidává. Všechny zúčastněné strany navíc musí dbát na to, aby stranou zůstala konvenční výroba vodíku z metanu, jakou využívá například právě vodíková stanice ve středočeských Neratovicích.
Tento postup je sice nejjednodušší a dnes finančně nejvýhodnější, produkce jednoho kg vodíku ale v tomto případě obnáší vypuštění 9 kg CO2 do ovzduší a nijak neřeší závislost naší společnosti na fosilních palivech. Kdyby vodíková auta mělo pohánět takto vyrobené palivo, rozhodně si nepomůžeme - přepočtené emise CO2 by se pohybovaly kolem 100 gramů na kilometr.
Bezemisní provoz
Palivové články zajišťují přímo za jízdy proces opačný k elektrolýze vody. K anodě je přiváděn vodík a ke katodě kyslík (vzduch), které za přítomnosti katalyzátoru, typicky platiny, spolu reagují. Reakcí vzniká vodní pára, elektřina a odpadní teplo. Konkrétní konstrukční provedení jsou rozmanitá, v praxi ale všechny dnešní vodíkové automobily mají soustavu palivových článků o celkovém výkonu okolo 100 kW.
Tento proces se opět neobejde beze ztrát, teoretická účinnost palivových článků je podle Gibbsovy funkce maximálně 83 procent, v praxi je to 50 až 60 procent. Hlavní kouzlo vodíkového pohonu ale při provozu automobilu zůstává zachováno: provoz je prostý jakýchkoliv emisí škodlivých látek.
Infrastruktura
Kromě palivových článků a nádrží s kapalným vodíkem potřebuje vodíkové auto i baterii. Stačí ale malá, kapacitou srovnatelná s obyčejnými hybridy bez dobíjení. V ní se ukládá přebytečná energie vzniklá tím, že palivové články mají stálý výkon, zatímco spotřeba energie pro pohon auta se dynamicky vyvíjí. Je to komplikace, nicméně přítomnost takové baterie při současném stavu technologií nevytváří žádné extrémní nároky na prostor nebo výrobní náklady. Celý koncept tedy stojí a padá především s jednou věcí - chybějící infrastrukturou.
Prosazení vodíku
Změnu by mohlo přinést postupující soupeření energetických a petrochemických společností. Pro první skupinu je vodík zajímavý jako rozšíření stávajícího portfolia, svým způsobem jde ale i o nutnost - výroba vodíku je jedním ze způsobů, jak uložit přebytečnou elektřinu ve chvílích, kdy elektrárny na obnovitelné zdroje jedou naplno, ale uživatelé v rozvodné síti nemají odpovídající spotřebu.
Druhá skupina zase čelí nutnosti dříve či později své podnikání posunout směrem, který nebude výhradně založen na těžbě a zpracování ropy a zemního plynu. Zkoordinovat všechny kroky nebude jednoduché a případný legislativní nátlak ze strany EU, jaký se projevuje při prosazování bateriových elektromobilů, může být spíš na obtíž.
Udržitelná doprava
V době, kdy je hrozba tzv. blackoutu, tedy výpadků rozvodné sítě elektřiny z důvodu jejího přetížení, stále reálnější, se vybudování paralelní vodíkové sítě jeví jako rozumné řešení zvyšující stabilitu systému. Při koncepčním přístupu také řeší racionální využitelnost stávající sítě benzinových stanic, jejich kapacita totiž není připravena na náhradu několikaminutového tankování o řád déle trvajícím rychlodobíjením baterií.
Nejdosažitelnější aplikací vodíkového pohonu je hromadná doprava, kde se tento princip již delší dobu postupně uplatňuje. Autobus je dost velký na to, aby se do něj dal natankovat vodík na celodenní provoz. Palivo se mezitím může postupně shromažďovat ve vodíkové čerpací stanici, z níž se mezi směnami jednotlivé autobusy natankují pro další provoz.
MHD na vodík
Po celém světě dnes již jezdí stovky vodíkových autobusů, například ve Švýcarsku nebo v německém Hamburku. Tempo inovací na tomto poli nicméně udává především Kanada.
Individuální doprava vyžaduje podstatně hustší infrastrukturu a důslednější provázanost jejích jednotlivých složek, proto je vodík v osobních autech stále hudbou poměrně vzdálené budoucnosti. Bude také potřeba vyřešit zatím vysokou pořizovací cenu vodíkového automobilu a drahé palivo. Evropská unie alespoň činí první pozitivní krok. Automobily s vodíkovým pohonem požívají už dnes stejných legislativních výhod jako klasické elektromobily.
Zdroj: