Profesor Macek: Kto si kúpi nákupnú tašku za 25-tisíc eur, keď tá so spaľovacím motorom stála polovicu?

Európa sa rozhodla pomerne direktívnym zásahom budovať našu automobilovú budúcnosť prechodom na elektroautá. Je to podľa vás dobrý nápad?

Áno aj nie. V istých oblastiach mobility to dobrý nápad je, ale rozhodne to nie je všeliek.

Môže tento nápad naozaj prispieť k uhlíkovo neutrálnej budúcnosti, po ktorej tak EÚ túži?

Práve v tom je problém. Zatiaľ to vyzerá tak, že v každej krajine záleží na tom, aký má energetický mix. Z toho sa odvodzujú aj možnosti nabíjania elektromobilov. Samozrejme, záleží tiež na tom, aké vozidlo sa nabíja.

Európa má veľmi rôznorodý všeobecný energetický mix. S oficiálnymi dátami z Eurostatu sa musí narábať veľmi opatrne. Tie dáta sa zbierajú za určitých predpokladov, ktoré nie sú práve najvhodnejšie pre posúdenie uhlíkovej neutrality elektromobilov. Na Slovensku je napríklad energetický mix – teda podiel jadrových, vodných a uhoľných elektrární na fosílne palivá – z hľadiska vlastnej slovenskej výroby veľmi dobrý. Je tam málo zdrojov založených na fosílnych palivách. Ešte lepšie to bude, keď sa zapnú 3. a 4. blok Mochoviec.

Doteraz sme však elektrinu dovážali.

To je práve ten problém, ktorý už dáta z Eurostatu nepodchytávajú. Niekedy sa elektrina z krajiny dováža a inokedy vyváža. Ak sa vyváža, tak je to s tým domácim energetickým mixom. Ale ak sa dováža, tak do uhlíkovej bilancie je potrebné započítať uhlíkovú bilanciu dovážanej elektriny. To je sčasti problém aj v Nemecku. Nemecko nie veľmi múdrym prechodom na obnoviteľné zdroje, ktoré sú občasné, je dnes nielen nútené vyrábať v uhoľných elektrárňach, ale naviac musí dovážať elektrinu s nepriaznivou uhlíkovou bilanciou.

Všetko teda záleží na energetickom mixe v jednotlivých krajinách. Ale dáta z Eurostatu sa nedajú použiť. Každá krajina má podrobné dáta z energetických regulačných úradov, kde sa dohľadať dajú. V Českej republike sú oficiálne údaje o uhlíkovej stope výroby energie v rozmedzí mierne pod 400 gramov oxidu uhličitého na kilowathodinu. V Nemecku je to podobné. Ale tento údaj sa vzťahuje na produkciu energie na svorkách generátorov v elektrárňach. Táto elektrina sa tak používa na krytie spotreby v samotnej elektrárni, čo nie je vôbec zanedbateľné množstvo. Ďalej sú tu straty v sieti a náklady na udržovanie stability siete, k čomu sa používajú zdroje, ktoré do štatistiky priamo nie sú zahrnuté.

A čo ak zarátame aj emisie „z dovozu“?

Summa summarum, v európskych krajinách musíme dáta o uhlíkovej bilancii v Eurostate zvýšiť asi o štvrtinu až tridsať percent na straty v sieti a dovoz. Uhlíková bilancia pre nabíjanie elektrinou je na tom podstatne horšie, ako sa často uvádza. Je to pritom ešte zložitejšie, ak vezmeme do úvahy čas, keď sa vozidlá nabíjajú, teda sú k dispozícii obnoviteľné zdroje [nočné nabíjanie vylučuje fotovoltiku, pozn. red.]. O tom ale máme málo dát, nejde ešte o príliš rozšírené vozidlá.

A čo problémy pri samotných autách?

Elektromobil má niekoľko zádrhov. Predovšetkým samotný proces nabíjania batérií by sa dal prirovnať k tankovaniu klasického automobilu deravou hadicou na benzínovej pumpe. Tie straty sú nezanedbateľné. Podľa štatistík nemeckého autoklubu na základe používateľských hlásení sú rôzne podľa typu vozidiel. Minimálne sú ale na úrovni desiatich percent. Tam, kde prevláda nočné nabíjanie, teda pomalé nabíjanie batérie je to iné, ale napríklad Tesla vykazuje straty pri nabíjaní vyše 25 percent. To nastáva pri rýchlonabíjaní. To sú priemerné hodnoty, každý vodič si to ale dokáže vylepšiť podľa toho, akú stratégiu nabíjania si zvolí. Najhoršie je rýchlonabíjanie a keď sa pokúšate pri jednom nabíjaní do auta dostať energie čo najviac. Povedzme chcete dosiahnuť úplný deklarovaný maximálny dojazd a auto nabijete na 100 percent.

Prečo je to tak?

Ono totiž pri úplnom nabití stúpa odpor batérie, takže pri rovnakom nabíjacom výkone je potrebné enormne zvyšovať napätie na vstupe do batérie, čo by sa teoreticky urobiť dalo, ale enormne by stúpol stratový výkon, ktorý by sa musel chladením okamžite z batérie odviezť. Dobíjanie s vysokým výkonom a dobíjanie na 100 percent nerobí dobre batérii a ani využitiu energie. Pri superrýchlych nabíjačkách ide o nezanedbateľné straty. Nabíjačka sa musí chladiť, je dokonca tendencia chladiť aj samotné nabíjacie káble nemrznúcou kvapalinou. A zároveň by sa mala počas nabíjania chladiť aj samotná batéria v aute. Pri superrýchlych nabíjaniach sa v aute dokonca musí aktivovať klimatizácia, aby teplota chladiaceho média v aute bola nižšia ako teplota okolia. To je strata, ktorú musíme vziať do úvahy.

Výrobcovia áut tieto údaje neudávajú?

Samozrejme, že nie, ale nejde to ľahko zovšeobecniť. Oni udávajú len to, čo vychádza z bilancie samotného vozidla. Tam sa vychádza z priemerných účinkov, teda využitia energie, ktorá už v batérii je. Kladne tam však pôsobí možnosť rekuperácie, teda namiesto brzdenia trecími brzdami používať brzdenie rekuperáciou, čo je spätné získavanie elektriny z výkonu dodávaného kolesami pri brzdení. Ak však také auto ide z kopca alebo zotrvačnosťou, musí prekonávať svoje vnútorné odpory. Ďalej sa tam prejavuje účinnosť generátorového chodu motorov a podľa výkonu, ktorým sa batéria nabíja, vznikajú straty pri nabíjaní batérie. Účinnosť rekuperácie, ktorá bilancii pri nabíjaní auta pomáha, teda nie je veľká.

Podieľa sa na využití energie batérie aj jazdný režim?

Áno. Väčšina majiteľov elektromobilov sa už presvedčila, že „ťažká noha“ pri akcelerácii nasledovanej brzdením nie je pre využitie batérie a dojazd auta nič dobré. Je tiež dobré nespoliehať sa na rekuperáciu a radšej nechať vozidlo vybiehať bez brzdenia, pokiaľ to situácia na diaľnici dovolí.

Treba dodať ešte jednu vec, ktorá je síce dobre zamýšľaná, ale pre výrobcov automobilov aplikovateľná len s pôvodne nezamýšľanými dôsledkami. To je snaha o obmedzovanie skleníkových plynov všetkých vyrábaných automobilov. Dnešné automobilky, bez ohľadu na to, kam vozidlá predali, musia preukazovať priemernú emisiu skleníkových plynov prepočítaných na oxid uhličitý, ktorý je ostatne hlavným vypúšťaným skleníkovým plynom zo spaľovania. Celkový limit zo všetkých predaných vozidiel jedného výrobcu je dnes 95 gramov CO₂ na kilometer. Pri nafte by to zodpovedalo spotrebe okolo 3,6 litra na 100 kilometrov. To by sa dalo dosiahnuť len pri extrémne malých automobiloch, čiže je to za rozumných okolností nesplniteľné. Tento limit sa však počíta zo všetkých predaných áut, pričom ho trochu zlepšujú plynové palivá, ale hlavne elektromobily, pri ktorých sa počíta fiktívna nulová emisia skleníkových plynov bez ohľadu na reálny emisný faktor pri výrobe elektriny. Elektromobily tak značné pokuty za nesplnenie limitov obmedzujú, ale musí sa ich predať čo najviac, pokiaľ možno tak s vysokým výkonom motoru.

Tie už vplyvom cien batérie vychádzajú veľmi draho…

Pomerne skoro sa ukázalo, že vyššia cena oproti klasickému vozidlu sa dá najlepšie ukryť do celkovej ceny veľkého auta. Viedlo to ekonomicky k racionálnemu riešeniu, keď sa elektromobily predávajú predovšetkým ako SUV autá, kde sa drahá batéria v cene najľahšie „ukryje“. Z toho vznikajú veľmi ťažké vozidlá. Jazdné odpory veľmi závisia na hmotnosti vozidla. Dnešné SUV s udávaným dojazdom okolo 400 až 500 kilometrov musia so sebou voziť batériu, ktorá váži medzi 500 až 700 kilogramami. So sebou tak vozíte ten istý náklad, ako je samotné užitočné zaťaženie samotného auta. O túto hmotnosť je vozidlo ťažšie, má väčšie jazdné odpory a spätne sa to prejavuje vo všetkých parametroch vrátane rekuperačných. Je tu ešte jeden faktor, ktorý si nie každý uvedomuje.

O čo ide?

Ako som vravel, elektromobil nie je dobré nabíjať na 100 percent. Optimálnych je 80 percent. Nie je tiež dobré batériu ani úplne vybiť. Ideálne je pohybovať sa v stave nabitia medzi 20 až 80 percentami. Takže sa pohybujeme v rozmedzí využitia jedného nabitia asi 60 percent. To ale vedie k tomu, že si kúpite batériu na dojazd 500 kilometrov, ale keďže sa vám odporúča využiť len 60 percent, reálny dojazd je potom okolo 300 kilometrov. Inštruktážny systém auta nabáda vodiča vyhľadať nabíjaciu stanicu omnoho skôr, než by batériu vyčerpal.

Vozíte teda so sebou ťažkú batériu, ktorú tam ale máte pre mimoriadne situácie, napríklad pre zaistenie kúrenia v zime alebo dlhší pohyb v zápche, keď si musíte za chladného počasia kúriť a pri nepravidelnom pohybe v kolóne spotrebujete viac ako pri rovnomernom jazdení. Ide teda o to, aby ste nemuseli auto v takýchto situáciách odstaviť. A pre ne v aute zbytočne vláčite stovky kilogramov, ktoré nevyužívate, ale sú tam pre vaše pohodlie. Takto to vyzerá z hľadiska toho, k čomu viedlo to európske opatrenie.

A čo malé automobily s menším dojazdom?

Tam by to šlo. Ale vzhľadom na ich dvojnásobnú cenu oproti klasickým autám, tak do toho pôjdu asi len nadšenci. Kto si kúpi „nákupnú tašku“ za 25- až 30-tisíc eur, keď tá pôvodná so spaľovacím motorom stála 12-tisíc?

Po roku 2035 ale musíme byť nadšenci povinne všetci…

(Úsmev). Uštipačne by som povedal, že ak chce niekto obmedziť automobilitu, tak je to ideálne riešenie. Aj ja si myslím, že áut je mnoho a často sa používajú aj tam, kde nie sú nutné, kde napríklad funguje hromadná doprava. Ale ak je toto cieľ, tak by to mal dotyčný povedať rovno a ísť s týmto návrhom do politického zápasu, a nie to takto skrývať pod rôzne nepriame opatrenia, ktorými donucuje výrobcov predávať autá draho. Navyše sa v dôsledku zákazu spaľovacích motorov podstatne zdraží aj nákladná a autobusová doprava vrátane hromadnej. Tá by pritom podľa plánov mala prevziať podstatnú časť elektromobilitou zastavenej industriálnej individuálnej dopravy v autách.

Vy teda nemáte problém so samotnou elektromobilitou, ale s tým, že sa ideologicky nadiktovala jediná správna cesta, ku ktorej dospeli politici ešte skôr, než v tom budú mať jasno technológovia, vývojári a podnikatelia?

Presne tak. Ak sa má niečo rozbehnúť, tak to, pravdaže, treba dotovať a pozitívne motivovať. Pre výpočet flotilového priemeru emisií sú pre automobilku výhodné batériové autá, ktoré akoby neprodukujú nič. Ale pri tom energetickom mixe, ktoré má Nemecko, sú elektroautá v tejto krajine energeticky ešte náročnejšie, ak sa započítajú emisie pri ich výrobe. Pri týchto komplexných výpočtoch vychádza, že elektromobil ohľadom emisií jednoducho nie je lepší.

Existuje aj iná potenciálna cesta?

Existuje, je ňou vodík.

U nás chcel ísť vodíkovou cestou vo forme podpory a dotácií aj bývalý minister hospodárstva Richard Sulík. Môže to byť dobrý nápad, ak krajina, ako sme my, ktorá má aj isté technologické zázemie, staví na túto alternatívu?

Spracovával som nejaké štúdie, a preto viem o neistotách, ktoré tam sú. Pri vodíkových systémoch je však z hľadiska využitia primárnej energie na vstupe do výroby vodíka elektrolýzou vody účinnosť týchto systémov o niečo nižšia než účinnosť uskladnenia elektriny v elektrickej batérii. Do toho je započítaná aj energia na uskladnenie vodíka, najčastejšie – z hľadiska hmotnosti zásobníkov aj najlepšie – stlačením na vysoký tlak. Kilogram vodíka je veľmi objemný, a to aj pri porovnaní so zemným plynom. Skvapalňovanie je veľmi energeticky náročné. A zásobníky si nemôžete naplniť do rezervy, lebo sa to bude odparovať. Zásobníky založené na chemickej väzbe vodíka do hydridov sú zase veľmi ťažké.

Potom ale prichádza účinnosť využitia vodíka zo zásobníkov vo vozidle, ktorá je opäť nižšia než hmotnosť samotného elektromotora a batérie, či už použijeme spaľovací motor alebo o niečo účinnejší palivový článok s malou batériou a elektromotorom. Palivové články premieňajú energiu paliva pri jeho oxidácii priamo na elektrinu, a to pri nízkej teplote. Celkové prevádzkové emisie od výroby elektrickej energie pre výrobu vodíka až po jej využitie na kolesách sú preto o dosť vyššie než u batériového elektroauta, asi trojnásobne. To sú však prevádzkové emisie. No emisie, ktoré vzniknú pri výrobe, sú pri vodíkových systémoch podstatne priaznivejšie, zhruba na úrovni výroby bežného auta so spaľovacím motorom, ako ešte uvedieme.  

Ak by sa však odmietla ideologická preferencia a nastavila radšej technologická neutralita pri hľadaní najlepšieho riešenia do budúcnosti, o ktorom by následne nerozhodovali politici, ale klasický technologický proces, priviedlo by nás to k správnemu riešeniu?   

Myslím si, že áno. Aj na Slovensku sa hľadajú najlepšie spôsoby, ako tie technologické problémy vodíka riešiť. V Košiciach nedávno vedci dostali ocenenie za ukladanie vodíka do zásobníkov. Energetické nároky na ukladanie vodíka sa ale musia tiež započítať. Otázne je tiež aj to, čo s tým vodíkom robiť. Mohlo by sa s ním aj kúriť, dokonca by teoreticky mohol nahradiť aj zemný plyn. Tam by ale vznikol problém v tom, že by ste museli prestaviť všetky horáky, keďže ide o úplne iné nastavenie hustoty zmesí a zmesových pomerov so vzduchom. A sú tu tiež aj ďalšie problémy s potrubiami a armatúrami plynovodov.  

Pri pohone áut by to už nepredstavovalo problém?

Napodiv ani veľmi nie. Pri spaľovacích motoroch sa dajú ľahko urobiť motory, ktoré budú pracovať so zmesou zemného plynu s vodíkom alebo len s čistým vodíkom. To je trend, ktorým sa dnes dosť uberá a rieši sa takto viacero výskumných úloh. Paradoxne, práve Nemci na to majú množstvo štátom podporovaných projektov, ale Európa to nechce prijať.

Prečo?

Narážame práve na ten ideologický cieľ. Pretože pri spaľovaní vodíka nemusíme mať nulové zdraviu škodlivé emisie z výfuku. Pri jeho spaľovaní síce nevzniká oxid uhličitý, ale vznikajú oxidy dusíka. Dá sa to obísť, môžu sa odstraňovať v katalyzátore, dá sa tiež takmer zabrániť ich vzniku spaľovaním pri nízkych teplotách. Ale z hľadiska európskej iniciatívy nejde o nulové emisie, a tak sa to nepočíta.

Tu ale treba dodať, že palivové články sú ešte veľmi drahé, pre využitú platinu. Palivový článok tak dnes ešte nie je dobre predajný. Pred dvomi rokmi sa luxusné auto ponúkalo so základnou cenou 1,7 milióna českých korún [72-tisíc eur, pozn. red.], čo nie je málo, ale na luxusné auto zasa ani veľa. Mám ale obavu, že aj táto cena bola dotovaná.

Je tam ale posun vo výskume?

Áno, je tam síce veľa problémových detailov, ktoré treba vyriešiť, ale všeobecne sa usudzuje, že zhruba o desať rokov by aj vodíkové palivové články mohli byť konkurencieschopné. Palivový článok má však zlé vlastnosti pri dynamike jazdy. Keď šliapnete na plyn, tak to chvíľu trvá, kým sa rozbehne. Preto sa vždy musí doplniť o malý akumulátor, je to teda vlastne hybridný pohon. Potrebuje extrémne čistý vodík a rovnako aj nasávaný vzduch. Pretože hlavne uhľovodíky prítomné vo vzduchu na súčasných diaľniciach aj pri dnešnom najdostupnejšom vodíku, vyrábanom z metánu – hoci vo veľmi malom množstve – dokážu časom platinový katalyzátor v palivovom článku „otráviť“. Palivový článok má v prevádzke podobnú, len o málo vyššiu účinnosť ako spaľovací motor. So spaľovaním vodíka v motoroch – aspoň na prechodné obdobie – by sa infraštruktúra budovala ľahšie, pretože spaľovací motor nepotrebuje extrémne čistý vodík a dokáže pri vhodnej konštrukcii dôjsť aj na iné palivo. To je ale otázka európskych štandardov. Ak sa tieto pokusy automobilkám vôbec nezapočítajú do emisnej bilancie, tak vôbec nebudú motivované a touto cestou výskumu sa ani nepustia.

Ak sa vrátime späť k emisiám, a tie sú dnes hlavným hodnotiacim prvkom, nebolo by lepšie vychádzať z komplexných emisií, ktoré elektrické auto prinesie za celý cyklus od momentu výroby?

Je tu ešte jeden faktor, o ktorom sa v Európe hojne diskutuje, ale do zákonov sa u nás zatiaľ ešte nepretavil. V Amerike sa s tým už štátna politika snaží počítať. Je to nazeranie na emisie a energetickú spotrebu nielen od primárneho zdroja až na kolesá vozidla, ale hľadí sa na celkovú energetickú spotrebu emisií za celý životný cyklus. Sem už vstupujú aj energetické náklady na výrobu článkov batérií i samotnej batérie, čo je ďalší obrovský hendikep elektromobilov. Je zrejmé, že extrakcia, teda získavanie takého reaktívneho kovu, ako je lítium, bude energeticky ohromne náročná. To sa týka všetkých vzácnych kovov, počínajúc kobaltom a ďalšími prvkami vzácnych zemín. Zanedbateľné to nie je ani pri nikle a hliníku, ktorý sa musí používať vo vyššej miere. To všetko by sa muselo započítať, ak by sme chceli odhadnúť emisie spojené s celým životným cyklom od výroby až po likvidáciu či recykláciu vozidla.

Tieto zdroje má ale pod palcom najmä Čína a krajiny v jej geopolitickom dosahu.

Jedným z dôvodov, prečo sa o tom v Európe diskutuje, je fakt, že veľmi záleží na použitých technológiách a tiež na tom, v ktorej krajine sa tieto energeticky náročné výroby odohrávajú. Situácia je taká, že metalurgia je obmedzená na štáty, ktoré majú dostatočne pružné a tolerantné emisné legislatívy a uspokojivo lacnú pracovnú silu. Na prvom mieste je, samozrejme, Čína. Tá má väčšinu svojej energetickej spotreby z uhlia. A tak sú emisie na produkciu poloproduktov pre výrobu článkov značné. Ak by sa to vyrábalo v Európe s naším energetickým mixom, bolo by to iné. Napríklad na Slovensku alebo vo Francúzsku, ktoré majú jadrové zdroje, prípadne v krajinách so silným podielom vodných elektrární, ako je trebárs Nórsko.

Otázne však je, či je výroba v týchto krajinách konkurencieschopná, a to vzhľadom na ich environmentálne pravidlá obmedzujúce produkciu s množstvom toxických škodlivín z hutných foriem výroby a tiež ceny ľudskej práce.

Takže naše rozhodnutie pre bezuhlíkové autá spôsobí, že Čína, ktorá má podstatne väčšie emisie skleníkových plynov, bude mať vďaka nám ešte uhlíkovejšiu ekonomiku?

Áno. Momentálne plány Číny, ktorá plánuje po päťročniciach, sú na úrovni okolo 250 gigawattov. To je približne sto českých Temelínov. Oni tiež plánujú jadrové elektrárne, ale ide to pomalšie a je to menej pohodlné. Samozrejme, nevieme, ako to dopadne. Aj u nás sú plány mať vlastné továrne na výrobu elektromobilov. Ale mám obavy, či budú oproti Číne konkurencieschopné. Minimálne budú musieť dovážať základné kovy, ktoré sú na to potrebné. A to z krajín, kde je to lacnejšie.

Čiže z Číny.

Áno. Emisie skleníkových plynov pôsobia globálne. Je jedno, či ich vypustíte v Ázii alebo kdekoľvek inde. 

Foto – ČVUT