Baterie, nebo vodík? Souboj technologií o bezemisní auto budoucnosti

Klimatická změna si na životě lidí, zvířat a celé planety začíná vybírat svoji krutou daň a přichází mnohem rychleji, než jsme předpokládali. Postupně se naplňuje to, před čím nás varovali vědci již před několika desítkami let. Svět potřebuje přestat spalovat fosilní paliva a přejít na udržitelnou energii a dopravu. V současné době zde máme dvě technologie pro potenciálně zcela bezemisní pohon aut – vyhraje v budoucnosti jejich souboj baterie, nebo vodík? Anebo to všechno bude nakonec ještě jinak?

Baterie

Lithium-iontové baterie zatím vedou v závodě o technologického šampióna pohonu elektrických aut. Je to opravdu těžká váha! A to doslova – baterie pro elektrické auto s dojezdem 500 km váží zhruba 500 kg. Excelují ale ve své královské disciplíně – nulové lokální emise při jízdě. Pokud se na dobíjení a výrobu bateriového elektrického auta použije bezemisní elektřina, bude celý jeho provoz také bezemisní.

(+) vysoká účinnost

Na to, jaký jsou baterie cvalda, mají ale pozoruhodně nízký apetit. Baterie dokáží velmi efektivně uchovávat elektrickou energii se zhruba 90% účinností včetně jejich nabíjení. Bateriové elektrické auto má díky účinnosti baterií a elektromotoru zhruba 3-4x nižší spotřebu energie, než klasické auto na benzín nebo naftu – jízda vás vyjde zhruba na 0,60 Kč/km. Nabíjet se dá snadno z běžné sítě a dnešní moderní lithium-iontové baterie pro použití v elektrických autech mají velkou životnost kolem 500 000 najetých kilometrů.

(-) nízká energetická hustota

Jejich nevýhodou ale je relativně krátký dojezd (dnes zhruba 300-500 km) a dlouhá doba nabíjení (desítky minut až několik hodin podle výkonu nabíječky), které souvisejí s jejich nízkou energetickou hustotou. Pro mnoho uživatelů je toto zásadní důvod, proč elektrická auta odmítají, když benzín nebo naftu natankují za 3 minuty a dojedou na plnou nádrž zhruba 800 km.

Vodík

Model molekuly vodíku H2

Vodík je pro baterie zdatným soupeřem – netrpí nadváhou, disciplínu doplnění energie zvládne sprintem a přitom je to slušný vytrvalec! Při výrobě vodíku za použití bezemisní elektřiny je jediným produktem jízdy vodíkového auta vodní pára.

(+) vysoká energetická hustota

Velký dojezd na jedno natankování u vodíkových aut umožňuje vysoká energetická hustota vodíku, která je zhruba 2,5x větší než u klasických paliv jako je benzín nebo nafta. Když vám dojde palivo, za 3 minuty máte opět natankováno na dalších 600 km jízdy. Na první pohled to vypadá mnohem praktičtěji než nabíjení baterie.

(-) nízká účinnost

Slabou stránkou aut na vodík je ale celková účinnost systému jejich pohonu. Na začátku musíme použít elektřinu na výrobu vodíku elektrolýzou vody s účinností 60-70 %. Takto vyrobený vodík použijeme jako palivo pro palivový článek, ze kterého se ve vodíkovém autě vyrobí elektřina s účinností 40-50 %. Výsledná účinnost přeměny elektřiny ve vodík a jeho přeměny zpět v elektřinu tak bude mezi 25-40 %. Ve srovnání s účinností bateriového systému ve výši 90 % je to podstatně méně. Celý pohon to velmi prodražuje a v současné době dosahují jízdní náklady u vodíkového auta výše kolem 3,70 Kč/km – zhruba 6x dráž než u auta na baterie a 1,5-2x dráž než u auta na benzín nebo naftu.

Baterie vs. vodík

Oba pohony elektrických aut mají svoje výhody, ale i nevýhody. Jejich souboj se může v budoucnu vyvíjet podle jednoho z následujících scénářů:

1. Jeden princip vyhraje

Technologický pokrok jednoho ze systémů může v následujících letech nabrat takové tempo, že toho druhého převálcuje a zcela zvítězí. Může to být za A), nebo za B):

A) Baterie vyhraje

Když se do 10 let podaří vyrobit baterii, kterou nabijete za 10 minut, na jedno nabití ujedete 1000 km a bude mít životnost přes 1 milion km, tak jasně vyhraje bateriový pohon. Možnou budoucnost nám ukazuje Tesla, která už dnes má technologii, díky které dokáže zanedlouho vyrobit elektrické auto s dojezdem 640 km, které nabijete na 80 % kapacity za 25 minutna jednu baterii najedete 1,6 mil. km.

Tesla Model 3

Nejprodávanějším bateriovým elektroautem současnosti je Tesla Model 3 od stejnojmenné americké automobilky. Bateriová elektrická auta jsou potenciálně bezemisní v průběhu celého svého životního cyklu, pokud se na jejich výrobu i provoz použije bezemisní elektřina. Jejich výroba má rovněž potenciál fungovat v uzavřeném cyklu – lithium-iontové baterie jsou z 99% recyklovatelné. Ze staré baterie se může téměř kompletně vyrobit baterie nová, na jejíž výrobu už není potřeba znovu těžit vzácné kovy jako lithium.

B) Vodík vyhraje

Pokud se podaří zásadně zvýšit účinnost přeměny elektrické energie na vodík a zpět na úroveň 80-90 % anebo tento proces podstatně zlevnit, tak zase vyhraje vodík. Zde může být cestou využití levné elektřiny z přebytků v době, kdy výroba bezemisní sluneční nebo větrné energie přesahuje její spotřebu. A také nová technologie elektrolýzy vody za použití nanopovrchu z běžně dostupných prvků jako je železo a nikl namísto velmi drahých katalyzátorů z platiny, ruthenia a iridia, které se dnes používají. A nakonec se vodík může vyrábět na obřích větrných farmách v Severním moři, kde se v současné době těží ropa.

Toyota Mirai

Nejprodávanějším vodíkovým autem současnosti je Toyota Mirai od japonské automobilky Toyota. Jediným odpadním produktem vodíkového auta je vodní pára. V případě, že se vodík na jeho pohon vyrobí elektrolýzou vody za použití bezemisní elektřiny, bude i jeho provoz zcela bez emisí. Takto vyrobený vodík bude součástí uzavřeného cyklu voda>vodík>voda bez nutnosti znovu těžit nové palivo jako je tomu u ropy a ropných paliv – benzínu a nafty.

2. Oba principy budou fungovat vedle sebe

Také se ale může stát, že technologický pokrok obou systémů poběží zhruba stejně a souboj nakonec skončí vítězstvím obou pohonů – bateriového i vodíkového (oba zvítězí nad pohonem na benzín a naftu). V budoucnosti tak můžeme jezdit bateriovými elektrickými auty s dojezdem přes 1000 km, která se budou nabíjet méně než 10 minut a budou mít životnost přes 1 milion km. A zároveň vedle nich budeme potkávat vodíková elektrická auta, která budou mít dojezd ještě větší, tankování vodíku zabere ještě méně času a přitom bude jejich provoz levnější než dnes provoz aut na naftu.

Oba dva elektrické pohony budou každý mít díky svým silných stránkám jiné využití. Baterie se budou používat v osobních autech a na kratší vzdálenosti. Vodík zase v nákladních autech a na delší vzdálenosti – něco jako dnes benzín pro osobní auta a nafta pro nákladní auta (anebo osobní auta na delší cesty).

3. Oba principy budou spolupracovat

Ale ještě je zde třetí možnost – oba dva systémy se prosadí, ale nebudou fungovat odděleně „vedle sebe“, ale budou spolupracovat. Ano, budou spolu-pracovat 🙂 Možná, že se budoucnost elektrických aut skrývá v hybridním bateriovo-vodíkovém autě. To by totiž kombinovalo oba dva systémy, z obou by si vzalo to nejlepší a nevýhody obou by minimalizovalo.

Na běžné ježdění na kratší vzdálenosti byste jezdili na levnou energii z baterie. A na delší vzdálenosti (třeba cesta přes 1000 km na dovolenou do Chorvatska) byste mohli jednoduše natankovat vodík a jet bez omezení při nabíjení. Z dnešních rivalů baterie a vodíku se v budoucnosti stanou nejlepší kámoši 😉

Můj osobní tip je, že budoucnost je někde mezi možnostmi 2-3. Auta na běžné ježdění budou čistě bateriová, nákladní auta budou vodíková a některá auta budou bateriovo-vodíkové hybridy. Jsem ale zcela přesvědčen, že budoucnost patří bezemisním elektrickým autům. Pokračovat v současném šíleném ropném dobrodružství si do budoucna nemůžeme dovolit.

Opravdu tady hrajeme šílenou hru s atmosférou a oceány. Bereme obrovské množství uhlíku hluboko z podzemí a dáváme ho do atmosféry a oceánů. Je to šílené, neměli bychom to dělat, je to velmi nebezpečné. Měli bychom urychlit přechod na udržitelnou energii. (Elon Musk, CEO Tesla)

Komentáře