Původní text vydán 20. ledna, editován Janem Mackem 30. března s přispěním Josefa Morkuse
Dnes je fakticky každý den v médiích nějaký článek na téma elektromobility. Když pomineme zaplacená P.R. či záměrně výhradně nekriticky pozitivní stanoviska některých spřátelených novinářů, tak je tu i jiná skupina autorů. Ta své nekritické nadšení pro technologie elektrických aut současně bohužel zakládá na mnoha mylných nebo nedostatečných informacích, a nikoli na vědeckých faktech ani na reálně dosažených parametrech. To je zapotřebí stále znovu uvádět na pravou míru, protože následné škody z opatření prosazovaných v současnosti mohou být obrovské. A to i s vědomím faktu, že vedení Evropské unie masivní přechod na elektromobilitu v rámci svého programu úplné dekarbonizace ekonomiky členských zemí v podstatě politicky a administrativně nařizuje prostřednictvím limitu fiktivních emisí skleníkových plynů u prodaných vozidel, který naprosto nerealisticky preferuje elektromobily předpokladem jejich nulového vlivu na tento účinek mobility. To bude ostatně rozebráno podrobněji v dalším textu. Zcela se pomíjí, že běžný zákazník si chce svobodně vybrat produkt, zajišťující svobodu mobility (jedu tehdy a tak daleko, jak to potřebuji).
Popsaný politický tlak nutí automobilky k elektrifikaci tržně úspěšných velkých vozidel s větší produkcí skleníkových plynů (např. SUV) a k soutěži o co největší dojezd, zajišťující elektromobilu konkurenceschopnost na trhu. Pokud se však elektromobil skutečně optimalizuje z hlediska ceny a spotřeby energie, vznikne jiný produkt než klasické osobní auto se spalovacím motorem nebo s hybridním pohonem. Výkonová a energetická hustota baterií je stále téměř o dva řády vzdálena od cílových hodnot, daných klasickým automobilem nebo hybridem, o cenových relacích nemluvě. Snaha o dojezd srovnatelný s klasickým automobilem je velmi kontraproduktivní. Elektromobil je totiž přínosný hlavně pro městskou mobilitu, která nevyžaduje velký dojezd a preferuje speciální malá vozidla. I v případě technicky optimalizovaného vozidla přináší odlišnost produktů a jejich následná specializace ovšem další problém – potřebné pořízení druhého automobilu do běžné domácnosti je cenově pro průměrného zákazníka bez velkých dotací zcela nedostupné a v intravilánu navíc nepoužitelné pro nedostatek parkovacích míst.
Ve snaze řešit tento rozpor se uvažuje o sdílení vozidel ve velkém rozsahu, které je však dosud nerozvinuté a v současném kontextu pandemie i nebezpečí krádeží asi ještě dlouho nebude ani použitelné. Kromě toho není řešeno navýšení provozu sdílenými vozidly, vracejícími se do místa momentální poptávky. Zde by pomohlo automatické řízení, ale to přináší další velké problémy z hlediska kapacity komunikací i z hlediska právně-etického.
V důsledku těchto nevyřešených problémů se iniciativa EU zcela míjí se zamýšleným účinkem. Navíc přímo poškozuje konkurenceschopnost evropského automobilového průmyslu, který dosud přispívá podstatným dílem k průmyslovému HDP v Evropě. Není divu, že k čistě bateriovým vozidlům přistupují v racionálněji uvažujících částech světa daleko opatrněji, se zvážením dalších alternativ. Následující článek chce upozornit na další paradoxy, vznikající ze snahy politicky a jednoduše řešit složité problémy bez zvážení hlubších souvislostí.
Škola realistické elektromobility vyžaduje v zásadě především znalosti středoškolské fyziky a schopnost dělit nebo násobit. Autor byl přitom velice optimistický při zaokrouhlování skutečných energetických spotřeb, naměřených v laboratořích a extrapolovaných simulacemi, i při kritickém přebírání optimistických a pesimistických cenových odhadů. Nepoužil však z pochopitelných důvodů zkreslené údaje z mediálních prezentací, zaměřených na lákání spekulativních a krátkodobých investorů, ani sliby z grantových přihlášek výzkumných projektů. Naopak využil výsledky prezentované na evropských fórech, hodnotících dosažené výsledky těchto grantů.
- Problematika nabíjení a dojezdu elektromobilů
Jistě záleží na tom, kolik ujedete následující den. Jen si v tom musíte být jisti, protože nabíjet musíte až před cestou. Li-ion baterii nedělá dobře, ani pokud ji držíte nabitou na 100 %, ani pokud ji hodně vybíjíte. To vědí majitelé lap-topů i mobilních telefonů po 1-2 letech provozu.
Možnost nočního nabíjení je závislá na výkonu wall-boxu a na kapacitě baterie v autě. Pro zvýšený dojezd 500 km s sebou vozíte ve zvýšené hmotnosti baterie navíc cca 300-500 kg, a to už se u auta střední třídy projeví zpětně na spotřebě. Ta nebude v létě nižší než 20 kWh/100 km (nesmíte ale zapnout klimatizaci), v chladnějších obdobích nejméně 25 kWh/100 km. 150 ujetých km bude asi vcelku bez problému, na 500 km potřebujete nejméně 100-125 kWh. I pro výlet na poloviční vzdálenost potřebujete pro přípravu vozidla na další den dobít během 6-8 hodin nejméně cca 70 kWh (nutno brát v úvahu ztráty při nabíjení), což obnáší při 7hodinovém nabíjení nejméně 10 kW příkonu (pro byty bez třífázového přívodu nejméně 50A jistič, protože 10 000/230 je více než 25A jistič na jednofázový přívod, obvyklý v bytech). Bude to ale bez souběhu s pračkou (2 kW), sušičkou (2 kW), myčkou (2 kW) – také tyto spotřebiče se dosud často zapínají na noc. Třífázový přívod přináší zvýšené fixní platby stejně jako nutnost instalovat větší jistič. Samozřejmě se denně nejezdí 250 km, ale pro použití v běžném provozu je žádoucí mít vozidlo připravené k další jízdě.
Současně při nízké venkovní teplotě pod 5°C klesá kapacita baterie, takže dojezd v zimě se snižuje minimálně o 30 %. Navíc u uváděných dojezdů jde o data pro novou baterii, jejíž kapacita s počtem nabíjení viditelně klesá, zejména při občasném přehřátí baterie nad 50°C, ať už v důsledku rychlonabíjení, špatné komunikaci nabíječky s vozidlem či pouhým zaparkováním vozidla na slunci v létě.
Příkon bytového a rodinného domu i bytu závisí na tom, kolik potřebujeme dobít. Ale síť v domě a požadovaný příkon musíme dimenzovat pro maximální počet současně používaných spotřebičů, dokonce v téže době (zkušenost s podceněním tohoto faktu už udělaly horské hotely při nabíjení elektrokol). Poněkud trpce úsměvnou alternativou je třeba rozpis nabíjení na nástěnce, přičemž mimořádná potřeba (jízda do nemocnice apod.) nemůže být vlastním elektrickým vozem vně pořadí uspokojena. O tom vědí své i američtí majitelé elektromobilů, které při evakuaci z oblastí postižených hurikánem byli odkázáni na pomoc klasických vozidel.
Řada autorů předpokládá, že polovina obyvatel žije v rodinných domcích. Minimálně ve velkých městech to pravda není. Na sídlištích, kde je dnes nedostatek parkovacích míst, to znamená jejich buď rozšíření (kam?), nebo zmenšení parkovacích příležitostí pro ostatní, protože nejen samotná nabíječka je drahá věc. Nejde jen o samotný stojan, ale o infrastrukturu – rozvodnou síť zde totiž musíte dimenzovat na maximální výkon, i když nebude použit, pokud nechceme na rychlonabíječkách oznamovat „Mimo provoz“ v okamžicích, kdy bude využit větší než průměrný příkon. To se týká navýšení výkonu transformátorů, případně rozšíření vysokonapěťových přípojek. Pro několik aut je to samozřejmě proveditelné, pro většinové nahrazení dosavadních vozidel elektromobily je to vysoce problematické.
Účinnost a emise skleníkových plynů ze spalovacích motorů versus elektrický pohon automobilů
Normované testy spotřeby probíhají za zjednodušených podmínek, které dále zkreslují srovnání spalovacích a elektrických motorů, například se nepočítá s topením. Pro účely testu se rovněž volí ekonomicky nahuštěné pneumatiky s malým valivým odporem, které rozhodně nejsou adhezně optimální. To ovšem dále zkresluje spotřebu těžkých elektromobilů, u nichž valivý odpor hraje větší roli. Při amatérských srovnáních dat z reklamních materiálů se zapomíná na detaily – např. spotřeba z baterie není spotřeba z nádrže. I při pomalém nabíjení odeberete a zaplatíte ze sítě nejméně o 10 % více, než pak využijete pro jízdu, kdy ovšem opět vybíjíte se ztrátou nejméně 10 %. Například u nejnovějšího modelu Škoda Enyaq iV to bude již zmíněných nejméně 20 kWh/100 km, ovšem jen při malých zrychleních a omezených rychlostech upravených v testu. Topení zajišťuje spalovací motor z odpadní energie “zdarma”, u elektromobilu spotřebováváte podle vnější teploty o 10-35 % více. Skutečný poměr účinností mezi “nádrží” a koly je v rozmezí 2-2,7 – lepší samozřejmě pro elektromobil s malým dojezdem a nabíjený výhradně přes noc. Účinnost rychlého nabíjení je totiž menší než 70 % a kromě toho se silně podepíše na životnosti baterie. To se v testu, který není stavěn na tyto okolnost, samozřejmě u elektromobilu neprojeví, ale při praktickém použití to výsledky ovlivní v neprospěch elektromobilu. Elektromobil má zdánlivě pěknou účinnost (byť v provozu málokdy překročí 60 %), protože nevyužívá primární palivo, ale ušlechtilou energii, kterou už někdo předtím vyrobil z nějakého primárního zdroje, jímž je v řadě evropských zemí kombinace obnovitelných zdrojů se zálohující tepelnou elektrárnou, tedy se zdrojem emisí CO2.
Co se týče emisí skleníkových plynů v elektrárně, je český energetický mix zatím ustálený mezi 520 a 580 g CO2 na kWh (podobný jako v Německu, kde však v důsledku vypínání jaderných elektráren naopak roste), rozhodně ne někdy mylně uváděných 415 g CO2 na kWh. Ke zmíněným ztrátám nabíjením musíme ovšem ještě připočíst ztráty v síti, které jsou v průměru mezi 5-7 %, takže u elektromobilu už tak budeme na 20*1,05*540=111 g CO2/km (EU pokutuje automobilky za překročení 95 g CO2/km 95 eury za každý gram navíc, ovšem z moci úřední předpokládá, že elektromobily produkují 0,0 g CO2/km).
Ztráty v síti rostou se druhou mocninou zatížení. Lze očekávat, že vyrovnávací proudy pro kompenzaci nestability obnovitelných zdrojů toto celkem pěkné číslo zhorší (dvojnásobný proud zečtyřnásobí ztráty). Ta všechna optimistická tvrzení ohledně nulových emisí elektromobilů jsou pokrytectvím. U srovnatelného pohonu Škoda Kodiaq s naftovým motorem budeme na oněch 139 g CO2 na km i se zahrnutím přídavných emisí při zpracování ropy, jak vyžaduje evropská metodika. To je fakt.
Jenže optimista a nadšený stoupenec elektromobilů asi nepřemýšlí o výrobě baterií. Ty jsou velice energeticky náročné a mají omezenou životnost (a jsou dost drahé, optimisticky kolem 200$/kWh neboli optimisticky 4 000 Kč/kWh, takže na 100 km dojezdu nejméně 80 000 Kč – a dále stačí násobit dle dojezdu). Pokud chcete věřit optimističtějším hodnotám, někdy prezentovaným v reklamách, zkuste u příslušného výrobce baterii za prezentovanou cenu poptat jako náhradní díl! Emise CO2 při výrobě elektromobilu jsou (zase podle dojezdu, čím větší, tím vyšší emise) nejméně dvojnásobné proti klasickému autu, na čemž se shoduje mnoho nezávislých zdrojů. Prakticky to znamená, že při energetickém mixu ČR musíte s benzinovým motorem u vozu nižší střední třídy (např. VW Golf, Škoda Octavia) srovnávaného s elektromobilem o dojezdu pod 300 km ujet nejméně 100 000 km, u pohonu dieselem 150 000 km. U SUV jako Škoda Kodiak nebo elektrický Enyaq iV je to cca 150 000 až 220 000 km. To ale už překračujeme životnost baterií a jejich vysoce emisní výroba se musí opakovat! Při nižších nájezdech jsou emise CO2 elektromobilu vyšší než emise automobilu se spalovacím motorem!
Ještě jsme nevzali v úvahu, že baterie, resp. jejich na energii a životní prostředí náročné části, jež zatěžují jedovaté látky, pokrytecky „výhodně“ dovážíme z Číny. Otrava čínských obyvatel (a také obyvatel Afriky, včetně zdokumentované dětské otrocké práce při těžbě kobaltu v Nigérii, kde Čína nutné suroviny s masivně investovaným kapitálem těží) nás pokrytecky nemusí zajímat, neboť ničené životy v Číně a Africe pro baterie jsou pro nás nepodstatným „lokálním problémem“? V současné době neokolonialistická Čína ovládá 60 % světových zásob kobaltu, ale s ohledem na benevolentní standardy životního prostředí zpracovává metalurgicky na prodejný polotovar 90 % jeho světové produkce. Ještě výraznější a z hlediska lokálního znečištění jedy je výroba prvků vzácných zemin (lantanidů), potřebných jako jak pro výrobu baterií, tak např. supermagnetů pro elektrické motory.
Tyto energeticky velmi náročné výroby jsou zásobovány z uhelných elektráren, jejichž výkon v Číně stále roste. CO2 je však globální problém, a elektrickou energii vyrábí Čína hlavně z uhlí (cca 800 g CO2 na kWh). Na to kvůli elektromobilitě zapomeneme, i když elektromobilitu zdůvodňujeme bojem s CO2?
Závěr – kdo si dnes koupí elektroauto, přispívá k navýšení skleníkového efektu, přičemž i čísla pro vrchol pokrytectví – Norsko – se změní, byť provoz automobilů k emisím CO2 přispívá v samotném Norsku jen málo. Pokrytectví je však v tom, že cenovou nekonkurenceschopnost elektromobilu vyrovnávají Norové dotacemi (zrušením všemožných daní a poplatků), na něž si pohodlně vydělávají karbonovou ekonomikou: těžbou a prodejem ropy a zemního plynu do ostatních zemí Evropy. Bez dotované ceny je s ohledem na shora uvedené ceny baterií elektromobil v kombinaci s obrovskými náklady na jejich vývoj těžko prodejný. V malých vozidlových kategoriích úplně neprodejný, ve velkých už tento nevýhodný poměr ceny a užitné hodnoty pravda trochu klesá. S masivními dotacemi – zatím v pěti bohatších zemích Evropy – pak chudší část populace dotuje prostřednictvím přerozdělování daní tu bohatější část. V řadě zemí EU se vážně zvažuje (nebo už jako např. v Německu realizuje) další daňové zatížení prodeje benzínu a nafty.
- Otázka dostatku zdrojů elektřiny pro elektromobilitu
Tady stačí pro posouzení ideologicky stanoveného cíle 100% dekarbonizace pomocí elektromobility násobit a dělit se zvážením zmíněných rozdílů v účinnosti ve prospěch elektromobilů a s použitím veřejně dostupných ověřených faktů. Např. energetický ekvivalent současné spotřeby benzinu a nafty u osobních a dodávkových automobilů do 3,5 t je asi 21 TWh, tedy pouhý úplně nový 1,5krát větší Temelín. Jenže s ohledem na zřejmě převažující používání elektromobilů se uvažuje o nočním nabíjení (tedy máme k disposici ne celý den, ale jen jeho cca 1/3), a to vede k potřebě dostavby výrobní kapacity elektráren cca s 9 GW, tedy ekvivalentu 9 existujících bloků Temelína (4,5 JETe o výkonu 2 GW s roční produkcí 15 TWh). Potom by skutečně žádný blackout opravdu nehrozil. Je překvapivé, že fundamenatlističtí zastánci elektromobility často v tomto nezpochybnitelném ohledu argumentují malým počtem elektromobilů, které je trh schopen absorbovat během následujících deseti let. Je to pravda, realita nebude zdaleka představovat úplnou náhradu klasických vozidel. Ani dílčí dopady, které lze při realističtějším předpokladu 10-15 % elektrických vozidel v ČR snadno zjistit z uvedených údajů, však nejsou zdaleka zanedbatelné, zvláště za existujících sporů o jadernou energetiku a za postupného odklonu od uhlí.
Pokud jde o nadšení pro obnovitelné zdroje pro zajištění energetických zdrojů také pro elektromobily, ve větrných elektrárnách s uvážením jejich roční využitelnosti (ne nominálního výkonu, ten větrník dodává jen někdy) bychom pro tento výkon museli teoreticky hustě zastavět větrníky celý Pardubický kraj při nejpoužívanější elektrárně VESTAS o výkonu 2 MW. Má-li být zdrojem elektromobility fotovoltaika, pak by musely FVE panely pokrýt navíc plochu celé Prahy se všemi připojenými předměstími.
Nejde o to, jak robustní sítě jsou dnes, ale zda robustními zůstanou. Což je problematické už při výhledech přechodu jen 10 % stávajícího parku osobních vozidel na elektromobily v roce 2030 (cca 500. 000 vozidel). To, že bychom bez pokřivujících dotací měli do 10 let půl milionu elektrických aut, je sotva myslitelné. Ale tím lépe pro stabilitu elektrické sítě, protože zatím žádná česká vláda v minulých 20 letech nebyla s to rozhodnout ani o dostavbě jediného nového bloku jaderné elektrárny. Sny o stabilizaci sítě pomocí nabíjených elektromobilů neberou v úvahu reakci jejich majitelů na zvýšený počet nabíjecích cyklů, který významně zkrátí životnost drahé baterie, a případné problémy s připraveností vozu k denním očekávaným výkonům po nejisté době nabíjení, o němž rozhodne bez vědomí majitele chytrá síť.
Němci si jako alternativu stabilizace OZE zřejmě zvolí nové paroplynové elektrárny na zemní plyn z Ruska, ty však představují rovněž zdroje emisí skleníkových plynů. Přes vysokou účinnost paroplynových elektráren (pokud by ovšem běžely neustále a nebyly použity jen jako záloha pro stabilizaci sítě) a příznivý obsah uhlíku v metanu s ohledem na jeho výhřevnost jsou jejich emise srovnatelné s uhlím, neboť metan je vysoce skleníkový plyn a při jeho těžbě dochází k masivním únikům do atmosféry. Bude to i česká cesta?
- Bezpečnost baterií elektrických automobilů
Bezpečnost baterií elektrických automobilů je bolestivým problémem u vozidel z druhé ruky, jichž je v ČR velké množství. Nepoužité baterie od renomovaných výrobců jsou velmi bezpečné, pokud nejsou ovšem vystaveny velkým zrychlením při nehodě, a pokud časté nabíjení nezpůsobí perforaci separační, většinou plastové polopropustné vrstvy uvnitř elektrolytu. Deformace vnitřní struktury působením velkých setrvačných sil při nehodě nebo deformace úložného prostoru pro baterie ve vozidle po nešikovné jízdě přes překážku je zrádná, neboť účinky vnitřního zkratu se mohou projevit až po několika týdnech, během nichž musí být vozidlo drženo mimo garáže a hromadná parkoviště v karanténě. Mohou být totiž vystaveny vnitřnímu zkratu, který postupně zvyšuje teplotu článku. Doporučená teplota pro vysokou životnost nesmí přesáhnout cca 50°C (to je problém rychlonabíjení s nutným chlazením i problém letního provozu). Problémy s izolační schopností separátoru mohou nastat už při 80°C a zcela jisté jsou nad 130°C. Tam už začne lithium reagovat s kyslíkem uvnitř baterie ve sloučeninách na katodě. Pak je následkem požár. Ten lze uhasit pouze potopením vozidla do nádrže s vodou – jinak se dá požár jen zmírnit nebo odložit, ale ne odvrátit. Podle zpráv médií jsou v ČR jediné dva certifikované kontejnery na hašení elektrovozů ve výbavě hasičů automobilky Škoda Auto v Mladé Boleslavi. Poslední hromadné poruchy baterií LG ve vozidlech Hyundai vedou dnes v Číně k úvahám o zákazu tohoto typu dnes hromadně vyráběných baterií. Odolnější provedení je nejen dražší a není dosud připraveno k sériové výrobě, ale má i sníženou energetickou hustotu.
Organizační zajištění karantény vozidla po nehodě, která trvá tři týdny, během nichž se nesmí rychlonabíjet, bude dosti náročné. Ani celonoční pomalé nabíjení není bezpečné, pokud nejste v dostatečné vzdálenosti od jiných vozidel (nevhodná jsou hromadná parkoviště) nebo od hořlavých předmětů (domácí garáže, hromadné garáže). V servisech se o elektromobily musí v oddělených boxech se speciálními nástroji starat speciální automechanici a současně elektromechanici, kteří mají certifikovanou zkoušku na zacházení vysokým napětím.
A co se bezpečnosti originálních baterií týče, raději nebudeme domýšlet českou tvořivost (viz „domácí“ přestavby aut na LPG). Nezapomínejme na obecnou zkušenosti s kvalitou různých čínských výrobků a také na fakt, že řada běžných občanů si bude moci koupit elektromobil jen jako ojetinu. Budou výrobní značky i předchozí/první majitelé ochotni transparentně dokládat, jaká je historie nabíjení a stavu baterie? Analogie s masívním stáčením tachometru až třetiny všech ojetých aut (nejen) na našem trhu by nás měla vést k opatrnosti. Hodnota a tím i cena elektrického vozu, který dosud sloužil jako manažerské auto a většinově používal rychlé nabíjení, se s ohledem na zůstatkový stav baterie, nejdražší části vozu, bude limitně blížit nule. Skepse není správným životním postojem. Ale na druhé straně máme trpkou zkušenost s ideologií přehnaného optimismu minulého režimu, který popíral vědecká fakta ba argumenty. Ovšem ten, kdo se nepoučí z minulosti, je odsouzen opakovat minulé chyby i v budoucnu.
Prof. Ing. Jan Macek, DrSc.
Vedle své pedagogické funkce na fakultě strojní ČVUT vede 30 let Ústav automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel. Je spoluzakladatelem spolku Realistická energetika a ekologie www.realisticka.cz
Profesor Macek se věnoval tematice elektromobily ještě obsáhleji při video rozhovoru, který můžete zhlédnout na https://www.youtube.com/watch?v=7IX3Io8_-mk&feature=youtu.be
Ing. Josef Morkus, CSc.
Odborný asistent v Ústavu automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel FS ČVUT v Praze. Specializuje se na hybridní a elektrické pohony automobilů.
I na Západě EU se obávají blackoutů sítě kvůli rozšiřování elektromobilů
I na Západě EU odborníkům např. v Německu, Británii a Francii dochází, jak iracionální prosazování zelené ideologie hrozí vyvolat rozsáhlé blackouty v zásobování elektřinou. Ovšem nad již vypracovanými návrhy i předběžných opatření vítězí ideologie korektnosti: politicky prosazovanou elektromobilitu nesmí nic ohrozit, ani se o tom raději nemá mluvit a psát.