Je skutečně bateriový elektromobil univerzálním řešením?

S nástupem generace politiků a úředníků, postupně zakazujících fosilní technologie pod všeobjímající záminkou ochrany klimatu, přichází nový fenomén. Tito novodobí mravokárci si osobují právo nejen rozhodovat, jaké technologie jsou pro lidstvo škodlivé, ale také které jsou nejvhodnější pro budoucnost. Dříve o úspěchu či neúspěchu rozhodovala svobodná soutěž různých technologií a nakonec se přirozenou cestou většinou prosadilo řešení, kombinující nejvíce výhod a nejméně nedostatků. Zvláště disruptivní technologické změny se většinou prosadily samy a rychle. Kdo by se ostatně namáhal zákazem klasické fotografie v době nástupu její digitální sestry - kterou zase nikdo nemusel subvencovat - když vše rychle a efektivně rozhodl a zařídil trh samotný. Ne tak dnes. Administrativní zásahy, zákazy, příkazy a v neposlední řadě dotace se stávají těmi nejůčinnějšími nástroji rozhodování o budoucích cestách technologického vývoje. Role volného a svobodného trhu se tím potlačuje a tragicky deformuje.

Vzorovým příkladem popisovaného vývoje se v poslední době stal evropský automobilový průmysl. Auta se spalovacím motorem se přes svou neobyčejnou technologickou vyspělost a nepopíratelné výhody velmi rychle dostávají do neúprosné bruselské klimatické klatby. Naopak bateriové elektromobily se vyšvihly na nejvyšší piedestal obliby bruselských politiků a úředníků, a proto jsou svorně zbožňovány i zahrnovány nekonečnou – hlavně dotační - péčí, aby snad trh nakonec neukázal, že tím ideálem nejsou? Už jen pár posledních politiků a průmyslníků volá po otevřenosti technologické soutěže. Ale připomínají spíše volání tonoucího na rozbouřeném moři.

Obr. Metanolový supersport Gumpert Nathalie v ulicích Mnichova. Oranžový vůz je provozním testovacím prototypem

Technologická soutěž u elektromobility

Ještě před pár lety nebylo zdaleka jasné, která technologie získá královské žezlo. Poté se vynořila novátorská TESLA vizionáře Elona Muska, se kterým si v poslední době téměř dojemně padl do náruče šéf Volkswagenu Herbert Diess, který nedávno vsadil osud jedné ze dvou největších automobilek světa (s Toyotou) na kartu klasické bateriové elektromobility. Nadějí pro vodíková osobní auta zůstává fakt, že další obři - Hyundai a Toyota dále pokračují ve vývoji a malosériové výrobě aut s palivovými články. Tato jakási rodinná rivalita – neboť bateriové BEV i palivočlánkové FCEV patří do kategorie bezemisní elektromobility – zatím sice není definitivně rozhodnuta, ale je už pravděpodobné, že vodíkové technologie se prosadí spíše u těžší dopravy - autobusů, nákladních aut, lokomotiv, lodí a letadel. U těchto dopravních prostředků je velká, těžká lithiová baterie přece jen handicapem, neboť zabírá nadmíru kapacity určené pro cestující a zboží.

Ani u osobních vozů to ale bateriová elektromobilita nebude mít snadné. Nové elektromobily VW ID.3 a ID.4 letos narazily na hlavním zahraničním trhu VW v Číně na nečekaně silnou místní konkurenci. Ta v posledních letech pilně „vyšívala“ na svých domácích elektromobilech a dosáhla jejich vysoké konkurenceschopnosti. Už brzy lze očekávat jejich ofenzívu i v Evropě. Elektromobily jsou výrobně podstatně jednodušší než auta se spalovacím motorem. Spalovací motor spolu s převodovkou má asi 1400 jednotlivých dílů – elektromotor jen okolo dvou set. Navíc elektronika a hlavně software elektromobilů už ani zdaleka nejsou takovou doménou Evropanů, jako speciální slitiny a precizní výroba motorových dílů spalovacích motorů. A v bateriích má Asie už stejně letitý náskok a kontroluje výchozí suroviny.

I v Evropě se ale nadále objevují také u osobních aut nové technologie nebo nové kombinace stávajících.

Obr. Fotografie oficiálního modelu Gumpert Nathalie představeného veřejnosti v roce 2020 a připraveného do malosériové výroby. Cena 407 000 € - počítá se s výrobou asi 500 kusů, společnost se také stará o zajištění čerpadla metanolu resp. jeho dodávek pro nového majitele

Příklad zajímavého pohonu – elektromobil na metanol

Gumpert Natalia je název prvního malosériového supersportovního elektromobilu s metanolovým palivovým článkem na světě. Oficiálně měl světovou premiéru v roce 2020 – pandemie ale reálné zahájení výroby pozdržela o 1-2 roky.

Nejde o nějaký nový převratný vynález, ale o neobyčejně šikovně zkombinované stávající technologie, díky kterým je výsledek jedinečný.  Hlavním tvůrcem vozidla je Roland Gumpert – zkušený inženýr z Ingolstadtu, dříve šéf sportovního oddělení AUDI a jeden z tvůrců pohonu všech čtyř kol – slavného Audi Quattro. Výrobcem je malá společnost Gumpert AIWAYS Automobile GmbH se sídlem též v Ingolstadtu. Pozoruhodné je přitom partnerství s čínskou firmou AIWAYS, která s německou společností spojuje svoje velké plány.

Přednosti vozidla jsou patrné při srovnání jeho dat se špičkovým produktem nesrovnatelně větší a renomované automobilky PORSCHE:

Tabulka 1

Nejdůležitější rozdíly jsou zjevné v kapacitě zdrojů energie, tedy i dojezdu, a ve hmotnosti vozidel. Nathalie je vlastně klasickým elektromobilem se standardní zásuvkou pro připojení do nabíječky. Navíc ale disponuje palivočlánkovým prodlužovačem dojezdu na metanol resp. vodík. Tím se má dosáhnout kýžené jistoty pro řidiče vozidla, že nikdy nezůstane někde „viset“ s prázdnou baterií. Dokonce se může pojistit běžným 5litrovým kanystrem s metanolem. Použitím metanolu jako výchozí suroviny pro výrobu vodíků Gumpert řeší dvě velká negativa klasického vodíkového auta: výrobně náročné a drahé nádrže na stlačený plynný vodík a velmi drahou a technicky náročnou vodíkovodou infrastrukturu, tedy vodíkové plnící stanice.

Obr. Schéma fungování Nathalie: z metanolu vyrobený vodík putuje do palivového článku, který přímo zásobuje 4 elektromotory, každý s výkonem 100 kW asi do rychlosti 130 km/h. Palivový článek funguje v optimálním stálem režimu a pokud je rychlost nižší, jako na obrázku, stačí ještě dobíjet trakční baterii v podlaze supersportu.

Metanol nevyžaduje vysoký tlak

Tlak ve vodíkových nádržích palivočlánkových osobních aut činí 700 bar – pro srovnání tlak vody v domácnostech většinou nepřesahuje 10 bar. Proto byly prozatím i všeobecně skladování a doprava vodíku velkými překážkami masového rozšíření vodíkových technologií. Gumpert ale využil při konstrukci Nathalie metanolu resp. směsi 60 % metanolu a 40 % vody. Ta se teprve přímo v autě rozloží na své složky: kyslík, kysličník uhličitý a vodík. Posledně jmenovaný pak putuje bez vysokého tlaku do palivového článku, kde už probíhá běžná chemická reakce, jak ji známe u aut na čistý vodík, například u Toyoty Mirai. Doprava a skladování (tekutého) metanolu probíhá podobně jako u benzínu nebo nafty. Finanční efekt pro zajištění potřebné infrastruktury metanolu vynikne při srovnání s klasickou vodíkovou infrastrukturou. Pokud se každá ze zhruba 14 tisíc klasických čerpacích stanic v Německu dovybaví jedním metanolovým stojanem, dosáhnou celkové náklady asi 32 milionů eur. Již probíhající výstavba základní sítě pouhých čtyř set vodíkových plnících stanic si vyžádá celkové náklady okolo 600-800 mil. eur při současných cenách jedné stanice 1,5 až 2 miliony eur. Navíc lze u těchto aut využívat také odpadní metanol a především „zelený metanol“, který se dá vyrábět zvláště v místech vysoké výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. Představuje tak jednu z možností akumulace elektřiny z OZE. Později se ze zeleného metanolu uvolňuje v palivovém článku jen stejné množství CO2, které do něj bylo při výrobě vloženo. Je tedy klimaticky neutrální.

Metanolový Smart versus e-Smart

Oba luxusní vozy Porsche a Gumpert Nathalie samozřejmě nejsou zamýšleny pro široké vrstvy obyvatelstva, ale ilustrují na špičkovém výrobku techniku, která se za nimi skrývá. Roland Gumpert tvrdí, že metanolový pohon funguje v jakýchkoliv autech od Smartu přes běžná osobní vozidla až po těžké tahače. Důkazem je instalace metanolové technologie do vozu e-Smart v majetku Spolkového ministerstva dopravy. S tímto vozem Gumpert absolvoval i letošní 130kilometrovou srovnávací jízdu ministerského „metanolového“ Smartu a klasického bateriového e-Smartu, kterou zorganizovala televize BR-Bayerischer Rundfunk v Mnichově a jeho blízkém okolí po normálních silnicích a při běžném provozu. Řidič běžného bateriového e-Smartu raději – i přes šestistupňovou venkovní teplotu - z úsporných důvodů vypnul na jízdu topení a jel sám. Přesto po zhruba 100 kilometrech musel zajet k nabíjecí stanici, kde ztratil nabíjením z 10 na 80 procent kapacity baterie zhruba půlhodinku. Jeho konkurent Roland Gumpert v metanolovém Smartu trať absolvoval s dcerou a topením zapnutým na dvacet stupňů Celsia s naprostým přehledem a úsměvem na rtech. Po vyhrané jízdě si pochvaloval, že ještě pohodlně dojedou přinejmenším z Mnichova domů do Ingolstadu (dalších 82 km) a ještě ani poté nebude muset hned natankovat.

Reportér BR pak konzultoval metanolovou technologii s odborným poradcem pro inovativní druhy pohonu profesorem Arnoldem Lammem, který se podílel v devadesátých letech minulého století na vývoji obdobného pohonu u společnosti Daimler. Lamm se nejdřívě spontánně vyjádřil na mikrofon:

„Technicky to funguje, ale pro masový trh považuji tento systém dnes stejně jako dříve za příliš komplexní, drahý a náročný“. Poté, co se seznámil s aktuálními parametry projektu, sdělil redakci BR následným dopisem mimo jiné: „Nakonec se tuto technologii v této konfiguraci v každém případě vyplatí dále podporovat !!!!“ (pozn.: ty čtyři vykřičníky jsou skutečně uvedeny v dopise profesora Lamma).

Obr. Metanolový Smart, patřící Spolkovému ministerstvu dopravy a testovací Gumpert Nathalie v areálu společnosti v Ingolstadtu

Elektromobily s bateriemi a na vodík

Přes všechen další vývoj alternativních pohonů se táhne stín rozhodnutí hlavních hráčů v automobilovém průmyslu, kteří vsadili na bateriovou elektromobilitu. Ten vlak se už rozjel a prozatím není síly, která by ho zastavila. Koncem letošního září ale byla zveřejněna zpráva, že Velká Británie připravuje legislativu, omezující nabíjení elektromobilů v době špiček kvůli zamezení nebezpečí blackoutů. Jaký bude tato zpráva mít vliv na ochotu zákazníků přecházet na elektromobily je zatím otázkou. Velká Británie je jednou z předních zemí, které odstavují uhelné elektrárny a naopak dotují obnovitelné zdroje, o což usiluje také EU.

Další neblahá zpráva pro elektromobilitu přichází z německého Kulmbachu. Tam jedno z podzemních parkovišť zakázalo vjezd bateriových elektromobilů a hybridních aut. Zdůvodnění je jednoduché: velmi obtížné hašení případného požáru těchto aut. Elektromobily sice nehoří častěji než jiná auta, ale pokud vzplanou, jsou velmi těžko uhasitelné. Zatím zřejmě jediným spolehlivým řešením je takové auto vložit na několik dní do kontejneru s vodou, protože baterie má tendenci se stále znovu vzněcovat a vybuchovat. Podzemní parkoviště navíc mívají dost nízké stropy, což znemožňuje nasazení těžší hasičské techniky.

V Číně, která je v elektromobilitě  velmocí – jezdí tam okolo čtyřiceti procent všech elektromobilů na světě (zhruba 4,5 mil.) už před lety zavedli v některých městech poněkud nouzový systém nabíjení. Napojit elektřinou nekonečné flotily elektromobilů v centrech mamutích čínských měst je skutečný problém. Mnozí elektromobilisté tak po příchodu do práce odevzdávají klíčky od auta servisní firmě, která elektromobil dopraví na obrovská parkoviště mimo centrum. Tam se elektrická auta nabíjejí a poté jsou, na konci pracovní doby, vrácena majiteli. Rychlonabíjecí stanice nejsou řešením už jen z důvodu mnohde nedostatečné kapacity elektrických sítí.

Pouze odvážnější ještě hovoří o nutnosti pokračování v technologické otevřenosti nebo si dovolují přemítat o možnosti zachování alespoň částečné výroby aut se spalovacím motorem. Například BMW argumentuje jednoduše tím, že vyváží svá auta do celého světa a do roku 2035 jistě nebude k dispozici potřebná infrastruktura pro elektromobily ve všech těchto zemích. BMW je také jedinou ze silného tria německých automobilek, která stále pokračuje ve vývoji vodíkového osobního auta a na rok 2025 připravuje jeho sériovou výrobu. Skupina VW a Daimler vývoj vodíkových osobních aut zatím pozastavily. V AUDI ale zůstává v pohotovosti zhruba stovka inženýrů, detailně sledujících vývoj vodíkových technologií a je připravena kdykoliv obnovit práce na vývoji vodíkového auta v duchu proslulé reklamy AUDI: „Vorsprung durch Technik“ (náskok díky technice).

Zajímavý je také vývoj v Toyotě. Šéf koncernu Akio Toyoda je nadále celkově skeptický k výhradně bateriové elektromobilitě. Koncern nadále vidí vodík v centru pozornosti své budoucí strategie. Pokračuje ve vývoji palivočlánkových aut, ale oprášil i dřívejší koncepci aut se spalovacím motorem s vodíkem jako palivem. Při jeho spalování totiž vzniká jen minimum CO2. Podobný projekt se zkoušel v letech 2006-2009 v BMW, ale po rozpačitých výsledcích jej zastavili. Toyota ale jistě nový projekt postaví na nejnovější technice. Má už zkušenosti s hybridní Toyota Prius, které se konkurence zpočátku vysmívala, aby ji později sama ještě ráda napodobovala. A právě další generace slavné Toyoty Prius má být platformou pro nový hybrid – elektromotor v kombinaci se spalovacím motorem na vodík - někdy v roce 2025.  

Nezbývá než dále doufat v technologickou otevřenost a pokračující technický pokrok nejen u stávajících elektromobilů a vodíkových aut, ale také u dalších pohonných alternativ, které by měly rovněž mít možnost ve férové soutěži bojovat o své místo na slunci.

Zdeněk Fajkus, Mnichov

Obr. malý. Metanolový Smart, který Roland Gumpert přebudoval na matanol po dohodě se spolkovým ministrem dopravy Andreasem Scheuerem

Zdroj: časopis CzechIndustry 3/2021