Elektřina, vodík, nebo syntetická paliva? Velká a důležitá bitva o pohon budoucnosti

Vodík, syntetická paliva, elektřina: této trojici bude patřit budoucnost osobní dopravy. Ve snaze snížit produkované emise odzvoní v příští dekádě osobním automobilům spalující fosilní paliva, o budoucnosti se však rozhoduje právě nyní.

To s sebou přináší i vášnivé diskuze, které jsou vyhrocené nejen na sociálních sítích, ale například i mezi politiky. Takřka vždy je důvodem absence celkového kontextu a neznalost toho, co zavedení jednotlivých technologií znamená. Následující kapitoly tak shrnou zásadní výhody a nevýhody všech tří druhů pohonu v osobní dopravě.

1. Výroba

V současné době rozlišujeme tři druhy vodíku: zelený, modrý a šedý, které se liší způsobem výroby. U modrého a šedého vzniká využitím fosilních zdrojů (zemní plyn, případně metan) a rozdíl je pouze v tom, zda je CO2 vzniklý při výrobě zachycen (modrý vodík), či nikoli (šedý).

Prohlédněte si velký tematický speciál Živě: Auta na vodík 

Evropská vodíková strategie, ale především veškeré další plány na snižování emisí počítají výhradně se zeleným vodíkem. Ten vzniká elektrolýzou a na vstupu tak vyžaduje pouze vodu a dostatečné množství elektrické energie. Její množství je při současných technologiích enormní a pohybuje se kolem 60 kWh na výrobu jediného kilogramu vodíku.

Při současném energetickém mixu (ať už toho českého nebo evropského) je jasné, že i zelený vodík má do ekologického paliva daleko – při výrobě elektřiny pro elektrolýzu se neobejdeme bez uhlí ani plynových elektráren. Do budoucna se počítá s pravidly, která zavedou záruku původu, která řekne, že pro výrobu byly využity OZE (obnovitelné zdroje energie).

V současné době hojně diskutovaná syntetická paliva jsou na tom velmi obdobně jako vodík. Ačkoli jich rozlišujeme desítky druhů (například ta z biomasy), debaty se vedou výhradně o benzinu a naftě vyrobených při využití vodíku a oxidu uhličitého. U vodíku by se tak opět mělo jednat o jeho zelený druh vyrobený za využití OZE.

Oxid uhličitý se bude získávat ze vzduchu, v lepším případě zachytávat u zdrojů znečištění. Energetická náročnost je ještě vyšší než v případě samotného vodíku a násobně vyšší než u paliv vyrobených z ropy. Malou výhodou je možnost využít části současných rafinérii k výrobě syntetických alternativ, prozatím jde ale jen o teoretické úvahy.

Pokud se tedy budeme bavit o efektivitě výroby, pak je nejvýhodnějším pohonem ten elektrický. Energie je využívaná přímo pro pohon automobilu a v cestě nestojí mezičlánek v podobě dalšího produktu, jehož výroba efektivitu snižuje.

Vítězem je elektřina.

2. Infrastruktura a skladování

Vodík lze skladovat v plynném i kapalném skupenství. V prvním případě se nedá vyhnout únikům – větším či menším podle technologie. Na celou soustavu, ať už samotné vysokotlaké nádrže (až 700 bar) nebo potrubí, jsou kladeny značné nároky a skladování vodíku patří ve srovnaní s dalšími plyny k velmi náročným.

V případě plynného skupenství také narazíme na nízkou objemovou energetickou hustotu. I z toho důvodu vznikají plány například na skladování vodíku s využitím podzemních solných jeskyní.

Skladování v kapalném stavu sice výrazně zvýší energetickou hustotu, má však jednu zásadní nevýhodu – je třeba udržovat teplotu -253 °C. Takto enormní podchlazení je další výraznou energetickou zátěží a v kombinaci se zelenou elektrolýzou jde o další snížení efektivity. S vysokým tlakem je třeba počítat i v případě dopravy a další infrastruktury jako jsou čerpací stanice.

Nic z výše uvedeného neplatí pro syntetická paliva, která jsou skladována stejným způsobem jako současná fosilní paliva. Jsou uchovávána při standardní teplotě a za atmosférického tlaku. Z toho vyplývá možnost využít totožné prvky infrastruktury ať už jde o čerpací stanice nebo všechny články přepravy od rafinerie až po koncovou čerpací stanici.

Stále palčivější otázkou je infrastruktura a skladování v případě elektřiny. Zásadní otázkou tak s velkou pravděpodobností nebude samotná výroba, kterou bude možné pokrýt razantní transformací k OZE či využitím malých modulárních reaktorů, ale akumulace.

Zatímco teoretických návrhů a technologických ukázek existuje celá řada, do praxe se v Evropě dostaly jen přečerpávací elektrárny. Pilotní bateriové systémy zatím nemusíme brát v potaz, jejich kapacity jsou zanedbatelné. Například australské plány na vybudování úložiště s kapacitou 4 GWh v příštích letech ale ukazují, že velká bateriová úložiště budou jednou z hlavních cest.

Švýcaři si postavili bizarní gravitační baterii. Má podobu jeřábu a uloží 35 MWh

I budování infrastruktury pro elektromobilitu je jednou velkou neznámou. Zatímco v současné době stíhají nabíjecí stanice obhospodařovat nízká procenta podílu elektromobilů v osobní dopravě bez obtíží, v budoucnu se to může změnit.

Velké plány s malými reaktory. ČEZ je postaví na místě současných uhelných elektráren

Motivovat soukromé investory, ale i lokální samosprávy k budování nabíjecích stanic, bude klíčovým úkolem pro stát i Evropskou unii. A reagovat budou muset i distributoři energie.

Vítězem jsou syntetická paliva.

3. Nabíjení/tankování

V případě rodinných domů je situace jasná – elektromobil splňuje podmínky pro zřízení akumulačního tarifu D27d, tudíž lze přes noc nabíjet za zvýhodněnou cenu. Plusem je fotovoltaika, která může místo domácích baterií nabíjet automobil.

Otázkou je budoucí vývoj sazeb pro dobíjení u distributorů – tradiční akumulační tarif je v posledních letech stále méně výhodný a je tudíž možné, že se dočkáme specifických tarifů na míru pro elektromobily. Anebo naopak vyjmutí ze zvýhodněné sazby a dobíjení za plnou cenu.

S elektromobilem se však již dnes lze plně spolehnout na nabíjení na dobíjecích stanicích, byť za cenu kompromisů. Aktuální síť z velké části tvoří nabíječky do výkonu 22 kW, kde by plné nabití trvalo několik hodin. V reálném provozu tak jde spíš o postupné dobíjení například při nákupu.

Na druhé straně je ale takový způsob šetrnější k akumulátoru. Především u dálkových tras se budou hodit rychlonabíječky, které do půl hodiny (podle modelu) nabijí 60-80 % baterie.

V případě rozšíření syntetických paliv se jejich tankování nebude žádným způsobem lišit od současného stavu. Plnou zkrátka natankujete za nízké jednotky minut a stejně tak do nádrže přidáte vhodná aditiva.

Naopak tankování vodíku má velmi podobná specifika jako v případě dobíjení akumulátoru v elektromobilu. Vše tady probíhá pod vysokým tlakem a podobně jako u nabíječky je i tady postupně snižován průtok do nádrže. Zatímco první polovinu nádrže je možné doplnit do pěti minut, další tankování bude výrazně pomalejší.

Každé čtvrté auto prodané v Číně v roce 2022 byl elektromobil. Bodoval zejména místní BYD

Plnou nádrž je možné tankovat až 20 či 30 minut. I tady se počítá s postupným zkracováním doby. Například Hyundai Nexo počítá s natankováním nádrže za 5 minut, většina stanic to ale neumožňuje.

Vítězí syntetická paliva (města) a elektřina (rodinné domy).

4. Ekologie

Ať už jde o elektřinu, vodík nebo syntetická paliva, vždy bude otázka ekologie stát a padat na energetickém mixu. Jak už bylo zmíněno, vodík i syntetická paliva jsou násobně energeticky náročnější na výrobu než přímé použití elektřiny pro pohon automobilu.

O ekologickém provozu se tak nebudeme moci bavit ani u jednoho ze tří typů pohonu do doby, než budeme elektřinu vyrábět bezemisně. Výhodu samozřejmě má elektřina, která díky efektivitě přímého užití spotřebuje nejmenší množství energie.

Řešit můžeme i lokální emise, tedy obdobu výfuků běžných spalovacích automobilů. U elektromobilů, stejně jako u vodíkového pohonu jsou nulové. Elektrická auta nemají žádný odpad, u vodíku je jediným odpadním produktem voda.

Když nemůže elektromobil dojet k nabíjecí stanici, česká nabíječka H2BOT přijede za ním

U automobilů se spalovacím motorem jsou lokální emise syntetických paliv stejně jako u současných modelů závislé na kvalitě spalování a zachytávání škodlivin.

Díky složení jsou sice eliminovány pevné částice, k emisím CO2 však dochází v nezměněné podobě. Pokud se však náhodou stane, že i po roce 2035 budou z výrobních linek sjíždět automobily se spalovacími motory na syntetická paliva, s velkou pravděpodobností budou muset pracovat se zachytáváním CO2.

Není žádný vítěz, nerozhodně.

5. Cena

I tady bude rozhodujícím parametrem jediné – náklady na elektřinu. Zatímco u elektromobilů půjde o přímý provozní náklad, u vodíku a syntetických paliv půjde o hlavní složku výsledné ceny paliva. V tabulce níže tak najdete orientační ceny přepočtené na ujetí jednoho kilometru.

U vodíku je započítána cena nové pražské stanice Orlenu, u elektřiny nejnižší možná cena u dobíjecích stanic ČEZu a zároveň nejrychlejší nabíjení v síti rychlonabíječek Ionity. V případě vodíku je třeba brát v potaz, že nejde o zelený vodík, který v budoucnu bude násobně dražší.

Vyčíslit cenu za kilometr u syntetických paliv zatím není možné – na běžném trhu neexistují. Pokud by ale existovala, vyčíslením nákladů na výrobu se odborníci dostávají na řády stovek korun za litr syntetického benzinu. Uvedených 400 Kč tak je ryze demonstračních.

Vítězem je elektřina

Výsledek? (Ne)jednoznačný

Závěr je jasný – bez kompromisů to nepůjde. Současné směřování trhu i politických rozhodnutí je nejvíc nakloněno osobní elektromobilitě. Tahle kategorie roste zdaleka nejrychleji a rok 2023 se v zemích EU může stát prvním rokem, kdy se prodá víc elektromobilů (vč. hybridů a plug-in hybridů) než automobilů se spalovacím motorem.

Obrovskou výzvou bude především budování infrastruktury pro dobíjení elektromobilů, které si postupně vyžádá nejen tisíce nových stanic, ale především zásadní změny v distribuční síti.

Ani to ale neznamená, že další dvě alternativy jsou mrtvé. V případě vodíku visí jeden velký otazník nad nákladní dopravou. Sem se elektrický pohon nehodí a vodík by tady mohl být zajímavou alternativou. Vybudovat čerpací huby poblíž překladišť by bylo násobně levnější a jednodušší než budovat velmi výkonné nabíjecí stanice s potenciálem v rozumné době nabít akumulátory nákladních automobilů.

Vodík s velkou pravděpodobností nebude téma v osobní dopravě. Experimentuje se s ním dlouhou dobu, nicméně k zásadnímu rozšíření nedošlo. Na rozdíl od nákladní dopravy, kde se náklady na drahé palivo rozmělní v cenách převážených komodit, by zásadní překážkou byla cena paliva v okamžiku přechodu na zelený vodík.

Navíc sem zasáhne další obrovské téma, které bude vyžadovat násobně větší množství vodíku – dekarbonizace průmyslu. Pokud má vodík v budoucnu nahradit plyn a uhlí například v ocelářském průmyslu, bude poptávka po něm enormní.

A syntetická paliva? Ve třicátých letech by mohlo jít o způsob, jak prodloužit životaschopnost již vyrobených automobilů se spalovacími motory. Takřka jistě neodvrátí zákaz jejich výroby po roce 2035. Ostatně ani automobilky s takovou alternativou nepočítají.

Za Evropou kulháme čím dál pomaleji. Kolik je v Česku elektromobilů? Ty nákladní spočítáte na prstech jedné ruky

Zároveň ale mohou být způsobem, jak celou transformaci osobní dopravy usnadnit. V roce 2035 sice budeme běžně potkávat v bazarech elektromobily, které si bude moci dovolit každý, nejasnou ale zůstává otázka stavu infrastruktury. Z mnoha důvodů může být po přechodnou dobu výhodnější provoz spalovacího motoru, byť s drahým palivem.