Obnovitelná mobilita

Elektromobily

Přímé využívání obnovitelně vyrobeného elektrického proudu pro pohon elektromobilů představuje nejoptimálnější možnost obnovitelné mobility. Elektromobily EV1 vyrobené v Kalifornii byly opatřeny velmi účinnými bateriemi na bázi hydridů kovů a byly schopny na jedno nabití ujet 80 až 100 mil, ale s Li-ion bateriemi až 300 mil. Existence úspěšného elektromobilu byla trnem v oku ropným společnostem, velikým výrobcům konvenčních motorů, ale i firmě General Motors, která je sice vyrobila, ale za pomoci administrativy státu Kalifornie jejich výrobu zastavila a přes protesty nájemců dala elektromobily sešrotovat. O této kauze, vrcholící v  90. letech, existuje film jež případ podrobně dokumentuje.

Ekonomika elektromobilů je přesvědčivá. Elektrická energie generovaná z fotovoltaických článků nebo větrných elektráren se může s ohledem na nespojitou výrobu stát významným zdrojem pro akumulaci energie do elektrických vozů. Konkrétní projekt  v současné době  realizuje kalifornská firma  AC Propulsion. Podle nejnovějších předpokladů by mohlo v SRN jezdit kolem roku 2020 asi milion aut a po tomto datu lze očekávat široký tržní průlom. Největším podíl budou mít hybridní automobily, které se budou napájet ze zásuvky a na větší vzdálenosti budou podpořeny  spalovacím motorem. Čistě elektrické automobily budou hrát důležitou roli v městském provozu. Poněvadž jsou  úsporné, spotřebovával by jeden milion elektromobilů pouze 0,3 procenta výroby elektřiny roku 2020. Rovněž uspoří veliké množství emisí oxidu uhličitého, čím větší bude podíl obnovitelných energií, tím větší tento efekt bude. Více. Je ovšem zřetelné, že elektrický pohon nemůže být řešením v případě  hromadné dopravy,  nákladních automobilů, letcké a lodní dopravy jež se bude muset saturovat biopalivy, případně vodíkem.

Současná mobilita představuje v ČR asi 4,1 milionů aut s průměrným ročním dojezdem asi 15.000 km. Při průměrné spotřebě 6 litrů na 100 km a účinnosti motoru 25% to představuje využívanou energii:
4,1 * 10⁶ * (15000/100) * 6 * 10  * 0,25 =  9.2 (kWh) * 10⁶ = 9,2 TWh, tato energie by mohla být dobře kryta z elektrické energie, s tím, že by se jednalo o hybridní automobily v kombinaci elektřiny a biopaliv.

Přibližně  polovina  zemědělských a lesních strojů s dieselovým motorem by mohla být decentrálně saturována z  lničkového oleje.

Úsporné automobily

Jedním z příkladů úsporného automobilu je německé LOREMO (Low Resistance Mobile), a má mít spotřebu 2 litry, velmi malou hmotnost a cenovou dostupnost.  Provoz efektivních  automobilů je nespornou podmínkou obnovitelné mobility. Auto by mělo být na trhu počátkem roku 2009 s emisemi pod 50g CO₂/km. V současné době je ve výrobě a na trhu elektromobil  TWIKE.

Biopaliva

Evropská komise svou směrnicí 2003/30/EG na podporu a využívání biopaliv stanovila náročné cíle. Do konce roku 2010, by mělo být nejméně 5,75% fosilních paliv nahrazeno palivy biogenními a do konce roku 2020 nejméně 8%. Biopaliva představují poměrně velikou paletu možností, od bioplynu vyrobeného různou cestou  z různých substrátů, přes lokálně lisované přírodní oleje, až po proces výroby uhlovodíkových směsí Fischer Tropschovou syntézou – proces BTL – takzvaná biopaliva druhé generace. Dále jsou uvedeny hektarové výnosy jednotlivých biopaliv. (1)

Srovnání energetického výnosu biomasy a fotovoltaiky

Přímé využití sluneční energie při současném stupni fotovoltaické konverze, vztažené na plochu je nejméně 25 – 30 krát výnosnější a v technologické perspektivě 5-10 let  bude ještě vyšší. Jeden ha fotovoltaiky představuje 10.000 m², při výnosu 120 kWh/rok.m² 1,2 GWh/rok, tj. 4,3 TJ, přičemž nejvýnosnější proces využívající biomasu  poskytuje 0,178 TJ. To představuje asi 4% dopadající energie s tím, že od této hodnoty  je třeba odečíst energetické náklady na  zemědělské práce a dopravu biomasy. Výhoda přímé výroby elektřiny spočívá v možnosti využití nezemědělské a zastavěné plochy a výhody u biomasy lze spatřovat v produkci méně závislé na aktuálních podmínkách a dobré možnosti skladování.

Potenciály obnovitelné mobility

V současné době populární  biodiesel ale i čistý rostlinný olej lze považovat za přechodné a u oleje především lokální aplikace, které mají i jisté nevýhody – především vysokou potřebu zemědělské půdy. Neideálnější možností výroby biopaliv, jak z kapacitního hlediska, tak i z důvodů biodiverzity rostlinných vstupů se zdají v současnou chvíli být procesy BTL (Biomass to Liquid). V BRD by bylo podle údajů Agentury pro obnovitelné suroviny možné počítat s potenciálem výroby 4 milionů hektarů, což by touto technologií mohlo pokrýt 25% současné německé spotřeby. V rámci Evropy by bylo možné takto pokrýt asi 40% celkové spotřeby pohonných hmot. (2)

Bez ohledu na to, že v ČR je menší hustota obyvatel než v SRN a že během 25 let lze počítat se zapojením více jak jednoho milionu hektarů pro produkci energetické biomasy, je třeba počítat s konkurencí budoucí biomasy pro obecné energetické využití (bioplyn, pevná biomasa) a pro mobilitu, realizovanou bioplynem nebo „Sundieselem®“ (BTL).

Z tohoto důvodu je třeba obnovitelnou mobilitu chápat jako vícevrstvé řešení s podporou hromadné dopravy, snížením průměrné spotřeby osobních aut na 3 litry, používáním elektromobilů a hybridních aut doplňujících přímé nabíjení akumulátorů ze sítě nebo lokálních zdrojů ještě  kapalnými biopalivy. Elektřina představuje díky vyšší účinnosti stacionárních zdrojů v nichž bude vyráběna, i díky kogeneračnímu využití tepla lepší řešení.

Rizika výroby biopaliv

• již dnes jsou v Indonésii na místech vymýcených původních deštných pralesů zakládány olejové plantáže pro výrobu oleje na biodiesel;
• v Jižní Americe bioenergetické plantáže konkurují výrobě potravin.

Tyto excesy ale nejsou dány biopalivy, jejichž koncept je správný, ale neexistencí či malou legislativní i občanskou aktivitou, které by mohly devastujícímu jednání zabránit (EIA a  protesty lokálních NGO a veřejnosti v producentských i spotřebitelských zemích). Na současném stavu se rovněž podílí veliký tlak investičních společností na tvorbu zisku.

Význam energetických rostlin spočívá především v jejich lokálním či regionálním využití. Pro výrobu biopaliv první generace je zřetelnou nevýhodou převažující potřeba monokultur, zatímco pro paliva generace druhé, a částečně pro bioplyn,  jsou vhodné jakákoliv biomasa, včetně přirozených lučních porostů a bioodpadů s limitní vlhkostí

Energetická bilance vodíkové mobility

Účinnost vodíkové mobility, představovaná řetězcem: primární energetický zdroj – elektřina – elektrolytická výroba vodíku – chlazení/komprimace – palivový článek - má nízkou celkovou energetickou účinnost danou součinem účinností:
30-40 * 50-75 *85-90 *50-60 = 6,3% až 16,2% vztaženo na množství primární energie bez dopravy kapalného vodíku.

Pro uskladnění 10 kWh jsou pro různé technologie potřeba různé objemy

Z uvedené tabulky je zřetelné, že vodík se v běžných dopravních prostředcích neuplatní rovněž s ohledem na velikou potřebu skladovacího prostoru, znemožňující operativní uskladnění zejména v letadlech. V automobilu by nádrž odpovídající 40 litrům benzínu musela mít 550 litrů a byla by pravděpodobně mnohem těžší a dražší.

Přínos a potenciál elektromobility

Využití elektřiny k pohonu elektromobilů je mimořádně energeticky výhodné z následujících důvodů:

• lze vyžít kapacity elektromobilů pro uskladnění přebytečného proudu z výroby v decentrálních fotovolatických a větrných elektrárnách a k vyrovnávání odběrů
• při výrobě elektřiny termickým způsobem (geotermie, biomasa) lze část energie odpadající ve formě tepla využít kogenerečně, zatímco ve spalovacích motorech by byla zmařena;
• elektromobily mohou být lehčí (odpadá těžký motor), konstrukčně méně náročné; (odpadá diferenciál, palivová nádrž s příslušenstvím), mohou mít lepší jízdní vlastnosti (průběžná kontrola okamžitých jízdních vlastností vozu pomocí programově řízeného náhonu na všechna kola);
• při průměrném dojezdu 15.000 km ročně na 1 auto připadá (automobil TWIKE) cca 20 km na 1 kWh, na průměrný dojezd auta 0,75 MWh, 4 miliony osobních auta v ČR tedy 3 TWh; i kdybychom při větších autech počítali s trojnásobkem měrné spotřeby elektřiny, pak se bude jednat o cca 15% celkové spotřeby s tím, že se při její kogenerační výrobě využije teplo.

Snížení dopravní náročnosti

dopravní náročnost lze snížit především náledujícími opatřeními, především jejich zákonnou, společenskou a mediální podporou

• podpora a facilitace hromadné dopravy
• regionalizace částí ekonomických okruhů, především pokud se týče energií a materiálů;
• podpora vzniku firem zabývajících se sdílením aut  „carsharing“;
• proměna životního stylu směrem k menší materiálové náročnosti spotřeby

Elektromobily nejsou jedinou možností obnovitelné mobility, v menším měřítku se konají rovněž pokusy s obnovitelně poháněnými letadly a loďmi

Obnovitelně provozovaná letadla

Do této kategorie patří nový prototyp letadla, jež je poháněno elektrickým proudem  z palivových článků s vodíkem. Jedná se o prototyp Antares DLR-H2, který bude brzy testován v praktickém provozu.

Obnovitelně provozovné lodě

Již dnes je možné, aby existovaly moderní plachetnice, které by byly opatřeny počítačem řízenými prakticky nezničitelnými plachtami nebo speciálními větrnými motory či vypuštěnými draky. V kombinaci s moderní technologií GPS a meteorologickými  satelitními mapami je možné velmi efktivně využívat vítr a během přejezdu bezvětrné oblasti použít motor na některé vhodné biopalivo. Kontejnerové lodě s vypuštěnými draky  jsou již v provozu a šetří až 50% pohonných hmot.

Literatura

• Biokraftstoffe - eine vergleichende Analyse, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V., 2006
• Biokraftstoffe, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), Gülzow, 2006