Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 2. díl: Elektromobilita a emise. Regulace vs. poptávka
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 2. díl: Elektromobilita a emise. Regulace vs. poptávka

Ačkoli je přechod na elektromobilitu motivován zejména snahou o celkové snížení emisí CO2, a tím o dosažení uhlíkové neutrality do roku 2050, má podle Evropské unie rovněž podpořit konkurenceschopnost unijního trhu. V minulém díle našeho seriálu jsme upozornili na skutečnost, že zavedený regulační rámec, zejména limity emisí CO2 pro osobní automobily a lehká užitková vozidla, má pozitivně motivovat automobilky, aby se čím dál tím víc orientovaly na produkci vozidel s nulovými či nízkými emisemi, tedy na produkci elektrických vozidel a dobíjecích (plug-in) hybridů. V tomto díle se podíváme, zda přechod na elektromobilitu tyto emise skutečně globálně sníží.

V úvodu zmiňovaná pozitivní motivace spočívá především v tom, že nesplnění emisních limitů (od roku 2021 95 g CO2/km) bude následováno pokutou 95 eur za každý gram navíc u každého nově registrovaného automobilu. Limit 95 g CO2 představuje průměrnou hodnotu, kdežto skutečný limit pro konkrétní vozidlo, ze kterého se pokuta počítá, závisí i na jeho hmotnosti. Pro lehká vozidla je tudíž limit nižší, pro ta těžká vyšší. Abychom si o tom mohli učinit nějakou představu, pak např. 120 g CO2 Volkswagenu up! GTI povede k pokutě 3 252 eur za jeden každý prodaný automobil, u BMW 116d to bude pokuta ve výši 1 330 eur, jak to ve svém článku uvádí Petr Prokopec (Autoforum.cz, 24. 1. 2020). Ovšem podle průzkumu Car Cost Index, analyzujícího celkové náklady na vlastnění a provoz osobních automobilů (TCO, Total Cost of Ownership), se tyto náklady v případě bateriových vozů a těch se spalovacím motorem postupně vyrovnávají. Především pak v Norsku a Nizozemsku mohou elektromobily z hlediska celkových nákladů na vlastnění a provoz plně konkurovat vozidlům se spalovacím motorem. Na druhou stranu, z analýzy rovněž vyplynulo, že v České republice činí rozdíl v nákladové konkurenceschopnosti 74 % v neprospěch elektromobilu. Otázkou tedy je, zda je trend snižování rozdílu TCO mezi elektromobily a konvenčními vozy se spalovacím motorem skutečně signálem zvyšující se konkurenceschopnosti bateriově poháněných vozidel.


Významnou úlohu při snižování CO2 hraje energetický mix, kterému se budeme věnovat v dalším díle. (Foto: autor)

Výsledky celoevropského průzkumu TCO elektromobilů a konvenčních aut komentuje Tex Gunning, generální ředitel nadnárodní skupiny LeasePlan, slovy: „Náš Car Cost Index ukazuje, že elektromobily jsou dostupnější než kdy jindy, a to zejména v severní Evropě, kde mají pozitivní dopad vládní pobídky.“ S nelibostí pak hledí na „tendenci některých politiků odstraňovat pobídky v rámci Evropské unie, což výrazně zpomalí boj proti změně klimatu a špatné kvalitě ovzduší v našich městech“. Ukazuje se tedy, že trend snižování rozdílu TCO mezi elektrickými vozidly a těmi se spalovacím motorem podporují především subvence jednotlivých členských států Unie, a ne třeba významně se zvyšující poptávka. Ostatně i vysoká nákladová konkurenceschopnost elektromobilů je ve zmíněném Nizozemsku stimulována především vládními pobídkami k pořízení a užívání bateriově poháněných vozidel a zároveň vysokým zdaněním modelů s klasickými spalovacími motory. V případě uvedeného Norska je zapotřebí vzít do úvahy i to, že tamější podpora elektromobility je umožňována příjmy do státního rozpočtu ze státní ropné firmy Statoil. Pravdou totiž zůstává, že pořizovací cena elektromobilu je stále příliš vysoká – odvíjí se totiž od vysokých cen trakčních baterií, daných volatilitou cen vzácných kovů (především kobaltu a lithia). Grafy vypracované společností Deloitte a uvedené v její zprávě „Automobilový průmysl. Znovuobjevení automobilu“ z února 2019 ukazují, že podíl bateriově poháněných elektromobilů na celkovém počtu nově registrovaných aut v EU za rok 2018 je pouhé 1,0 % (v ČR se jedná o 0,2 %). Cíl a smysl zavádění emisních regulací jsou tak v ostrém rozporu s poptávkou, jíž v rámci Unie stále dominují automobily na konvenční pohon. Zároveň je třeba zmínit, že přechod na elektromobilitu povede u výrobců klasických vozidel k nutnosti restrukturalizovat výrobu a přestavět dodavatelské vztahy, čímž se mohou dostat do nevýhody vůči americkým (Tesla) anebo čínským (BYD) výrobcům, kteří žádnou přestavbou projít nemuseli a s výrobou a distribucí elektrických automobilů již mají bohaté zkušenosti.

Účelnost přechodu na elektromobilitu z hlediska snižování emisí CO2

Důvodem, proč se přechod na elektromobilitu stává z hlediska snahy o navýšení konkurenceschopnosti unijního trhu vysoce problematickým, je jednak rozpor mezi regulacemi, nutícími výrobce klasických automobilů produkovat rovněž elektromobily, a poptávkou, jíž stále dominují auta na konvenční pohon, a jednak nutnost restrukturalizovat výrobu a dodavatelské vztahy. Ovšem o to účelnější by měl být tento přechod v souvislosti se snižováním CO2 produkovaného osobními automobily a dodávkami, jichž se zavedený regulační rámec a z něho vyplývající povinnosti týkají především. Ostatně o bateriově poháněných elektromobilech či nabíjecích (plug-in) hybridech se hovoří jako o vozidlech s nulovými či nízkými emisemi CO2. Zpráva EEA (European Enviromental Agency) Electric vehicles from life cycle and circular economy perspectives uvádí, že již v roce 2018 byly emise skleníkových plynů elektrických aut o 17 % až 30 % nižší než emise benzinových a naftových vozidel (menší hodnoty rozdílu přitom platí pro naftové, větší pro benzinové motory). Při snižování uhlíkové náročnosti celkového energetického mixu Evropské unie by se podle sledované zprávy mohly emise CO2 do roku 2050 snížit až o 73 %.

Patrik Svatoš ve svém článku (fDrive.cz, 4. 1. 2017), v němž vychází z dat Skupiny ČEZ a úplného energetického mixu ČR za rok 2015, ukázal, že zatímco například BMW 116i na každých 100 ujetých kilometrů vyprodukuje 12,6 kg CO2, pak při výrobě elektrické energie potřebné pro ujetí sta kilometrů takového BMWi3 (podle autora článku potřebuje uvedený model pro ujetí sta kilometrů 13 kWh elektrické energie) vznikne necelých 6 kg CO2. Je ovšem třeba dodat, že autor sledovaného článku výslovně opomíjí účinky rozdílných jízdních stylů, rychlosti a mnoha jiných faktorů a vychází z průměrných tabulkových hodnot. Za zmínku stojí ještě skutečnost, že spotřeby se uvádějí pouze s ohledem na energii spotřebovanou z baterie, a do úvahy tak není vzata energie odebraná ze sítě či nabíječky anebo ztráty jak při pomalém nočním nabíjení, tak při rychlonabíjení, kdy energetické ztráty jsou ještě o poznání vyšší (30 % až 50 %). S ohledem na výše uvedené průměrné tabulkové hodnoty a zároveň při odhlédnutí od mnoha dalších faktorů, které v produkci emisí CO2 sehrávají podstatnou úlohu, by se tak dalo říci, že z hlediska snižování emisí CO2 je přechod na elektromobilitu nejen smysluplný, ale i hmatatelně účelný.

 

Klíčová úloha energetického mixu

Je však zapotřebí si uvědomit, že tím, co sehrává významnou úlohu při snižování emisí skleníkových plynů, je v otázce elektromobility především energetický mix produkující elektrickou energii potřebnou k provozu a nabíjení bateriově poháněných vozidel. Jako významná proměnná ostatně energetický mix vystupuje ve všech výše uvedených výzkumech. Zpráva společnosti Deloitte ukazuje, jak mohou být rozdíly v emisích CO2 v závislosti na energetickém mixu té které země markantní. Zatímco ve Švédsku vzniká při výrobě elektrické energie pro elektromobil o parametrech Tesla Modelu zanedbatelných 4,1 g CO2/km, v Řecku je to již 155,3 g CO2/km. To ovšem znamená, že bateriově poháněné elektromobily můžeme považovat za auta s nulovými či nízkými emisemi pouze za té podmínky, že elektrická energie vyráběná pro potřeby jejich provozu a nabíjení bude pocházet z uhlíkově nenáročného energetického mixu, tedy takového, v němž budou významně zastoupené zdroje energie s nízkými emisemi CO2 (jaderné, vodní, fotovoltaické, větrné). Označovat elektromobily za produkující nulové anebo nízké emise CO2 je tak zavádějící, protože se ukazuje, že bateriová auta, emitující CO2 prostřednictvím výroby elektrické energie potřebné na jejich provoz a nabíjení, jsou bezemisní pouze podmíněně, nikoli naprosto.

Dodatečné emise CO2 při výrobě baterií

Ostatně i zpráva EEA uvádí, že ačkoli jsou emise z užívání elektromobilů relativně nízké, ty vyprodukované při jejich výrobě jsou naopak vysoké. Už jsme poznamenali, že za vysokou pořizovací cenu elektromobilů může vysoká cena trakčních baterií, která je zase dána volatilitou cen prvků vzácných zemin, lithia a kobaltu. Ovšem baterie nejsou pouze drahé – jejich výroba je navíc energeticky náročná a má nejen z toho důvodu závažné nepříznivé důsledky na životní prostředí. Josef Morkus, Jan Macek, Miloslav Emrich a Tomáš Diviš z Ústavu automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel FS ČVUT v Praze prezentovali v příspěvku Are electric vehicles really emissions cleaner than vehicles with an internal combustion engine? závěry švédské studie IVL, a sice, že výroba každé kilowatthodiny kapacity baterie produkuje 150–200 kg CO2, z čehož výroba materiálu, včetně těžby a rafinace, vyprodukuje 60–80 kg CO2/kWh. Při výrobě každého automobilu se uvolní 5–10 tun CO2, takže k emisím CO2 vyprodukovaným při výrobě elektromobilu je zapotřebí připočíst ještě dodatečné emise vznikající při výrobě trakčních baterií.

Dalo by se namítnout, že emise uvolněné při výrobě elektromobilů se dorovnají v průběhu jejich užívání, které je uhlíkově méně intenzivní a náročné než provoz automobilu se spalovacím motorem. Podle analytické skupiny Berylls Munich budou celkové emise CO2 aut se spalovacími motory a těch s motory elektrickými v Norsku dorovnány po 43 000 km a kupř. v Německu po 200 000 km. Tento rozdíl je daný samozřejmě tím, že norský energetický mix produkuje téměř nulové emise CO2. Německá mez uhlíkové rentability bateriového vozidla zase naráží na skutečnost, že běžná životnost baterií v provozu se pohybuje právě kolem 200 000 km a po jejím ujetí je zapotřebí baterie vyměnit, což s sebou ponese nové emise skleníkových plynů vyprodukovaných při jejich výrobě. Navíc je vhodné podotknout, že průměrná denní ujetá vzdálenost v osobní dopravě, alespoň co se týká ČR, se pohybuje mezi 27 a 42 kilometry (v případě služebních vozů to může být 55 km), takže čím vyšší budou emise vyprodukované při výrobě elektromobilu, tím vyšší bude muset být kilometrový nájezd pro jejich dorovnání. To je však v rozporu s tím, že elektromobily jsou pro své konstrukční vlastnosti vhodnější spíše pro překonávání krátkých vzdáleností a konkurenceschopné se stávají pro městský provoz, zásobování, různé pečovatelské služby apod. Mezi výhody elektromobilů totiž náleží možnost rekuperovat energii při brzdění a velmi nízká spotřeba energie při zpomalování a zastavování. Výsledná spotřeba elektromobilu, na rozdíl od automobilu se spalovacím motorem, nebereme-li v úvahu možnosti využití systému stop-and-go apod., tedy vychází nejnižší právě v městském provozu, kdežto vyšší vycházejí naopak na otevřené silnici.

 

Poptávka versus snižování emisí CO2

V tom ovšem spočívá potíž, která by snahu o snížení emisí CO2 přechodem na elektromobilitu mohla učinit bezúčelnou a v konečném důsledku i jdoucí proti cílům, k nimž jsme se zavázali v rámci Pařížské klimatické dohody. Jak ve svém učebním textu upozorňuje Ing. Ivo Celjak, CSc., (Konstrukce, technické systémy a provoz elektricky poháněných automobilů) ze Zemědělské fakulty JU v Českých Budějovicích, přechod na elektromobilitu může z hlediska svých emisních cílů kolidovat s aktuální uživatelskou poptávkou po velkých, vysoce výkonných automobilech. Kdyby měl přechod na elektromobilitu znamenat přechod na užívání velkých bateriově poháněných vozidel, s vysokým výkonem uspokojujícím poptávku po velkém, tzv. „komfortním“ dojezdu, stala by se výroba elektromobilů pro snížení emisí CO2 zcela nevhodná. Větší jízdní dosah si samozřejmě vynucuje o to větší elektrický výkon, přičemž platí, že 1kWh baterie představuje přibližně hmotnost 4,5–12,5 kg (jak dále uvádí Ing. Celjak, kupř. 1kWh baterie LiFePO4 = 7,5–12,5 kg, Li-Iion = 4,5 kg). Poptávka po větším, „komfortním“ jízdním dosahu s sebou tak nese nároky na vysokou hmotnost trakčních baterií, která vozidlo zatěžuje značnou mrtvou hmotou, a ruku v ruce s tím i na jejich větší rozměry, což všechno se negativně promítá do provozní spotřeby energie. Podle propočtů Ing. Celjaka jsou celkové emise malého automobilu (do 1 000 kg) s benzinovým motorem 32 291,9 g CO2/100 km, kdežto celkové emise velkého elektromobilu činí 41 279,22 g CO2/100 km. Z toho dovozuje, že v současné době jakýkoli elektromobil, který spotřebuje více než 19,2 kWh/100 km, vyprodukuje více emisí CO2 než malý automobil se spalovacím motorem s reálnou spotřebou 4, 8 litru BA na 100 km. Pokud se tedy preference uživatelů osobních aut a dodávek, jimiž jsou především dojezd, velikost automobilů (zvyšující se prodeje SUV) a v souvislosti s tím samozřejmě jejich výkon, „přenesou“ i na elektromobily, bude celý podnik přechodu na elektrická a nabíjecí (plug-in) hybridní vozidla zbytečný, ne-li kontraproduktivní.

 

Záležitost globální, a tudíž problematická

Největší překážkou environmentální či klimatické účelnosti přechodu na elektromobilitu je ovšem fakt, že emise CO2 jsou záležitostí vskutku globální, totiž že nezáleží na tom, kde ve světě jsou skleníkové plyny produkovány. Jak články trakčních baterií, tak permanentní magnety užívané v synchronních elektrických motorech obsahují prvky vzácných zemin, dále poměrně vzácný kobalt a energeticky při výrobě enormně náročné lithium. Celých 78 % prvků vzácných zemin v roce 2018 produkovala Čína, která rovněž disponuje 40 % jejich světových zásob. Jak už bylo uvedeno, výroba baterií, pro něž jsou některé kovy vzácných zemin, jakož i lithium a kobalt nepostradatelné, je jak energeticky, tak i ekologicky velice náročná. Naprostá většina bateriových článků se vyrábí v Asii, zejména v Číně, a pro jejich výrobu je potřeba značné množství elektrické energie. Podle zprávy GEM (Global Energy Monitor) nazvané Out of Step ovšem Čína navzdory svým závazkům a prohlášením navýšila svou uhelnou flotilu v období mezi lednem 2018 a červencem 2019 o 42,9 GW (trend v zemích mimo Čínu je opačný – ve sledovaném období byl zaznamenán pokles o 8,1 GW). A současně je v Číně buď ve výstavbě, anebo pozastaveno s pravděpodobným výhledem na znovuobnovení 147,7 GW uhelných elektráren (pro srovnání: aktuální výkonnostní kapacita uhelných elektráren Evropské unie je 150 GW). Ostatně k červenci roku 2019 představoval souhrnný výkon čínské uhelné flotily (1, 027 GW) čtyřnásobek uhelných flotil USA (254 GW) či Indie (226 GW). I kdyby se nám tedy podařilo snížit uhlíkovou intenzitu energetického mixu Evropské unie, na němž závisí výše emisí CO2 produkovaných osobní automobilovou dopravou, ze svých elektromobilů tím bezemisní vozidla ještě neučiníme, a to právě kvůli tomu, že Čína, světová jednička v produkci a disponování prvky vzácných zemin, se nadále chystá rozšiřovat svou – beztak již monstrózní – flotilu uhelných elektráren s vysokými emisemi CO2.


Údaje uvedené v článku byly konzultovány s odbornými garanty seriálu profesorem Janem Mackem a inženýrem Josefem Morkusem z Národního centra kompetence Josefa Božka pro pozemní vozidla.

Mgr. Václav Zajíc, Ph.D.

Další články

Automobilový průmysl
Převody/pohony/ložiska/spojky
Energetické strojírenství

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: