murr Schunk

Čím nahradit fosilní paliva?

Ceny ropy, nestabilita v regionech, kde se těží, snaha o snižování emisí produkovaných spalovacími motory, motivovaná dnes i stále přísnějšími předpisy - to vše nahrává úsilí najít jiné zdroje a suroviny pro výrobu paliv. Souhrnně jsou tyto produkty označovány jako alternativní paliva, a právně v nich spatřují technologičtí vizionáři budoucnost moderní dopravy. I když ke kýžené nízkoemisní budoucnosti nás čeká ještě dlouhá cesta.

 

Prvotním velkým impulzem k hledání náhrady za tradiční pohonné hmoty na bázi ropy byl ropný šok z počátku 70. let minulého století, který vystřelil ceny této strategické suroviny strmě vzhůru. V posledních letech zase nabírá stále větší význam ekologický aspekt. Kromě neustálého úsilí o snižování spotřeby motorů se výrobci snaží o takové řešení pohonu, které by mělo co nejmenší dopad na ekologii.
Automobily už dokázaly jezdit na celou řadu různých druhů paliva vyráběných z nejrozmanitějších surovin – od biologického odpadu, včetně fekálií, přes mořské řasy a odpad ze zpracování kuřat, metan z bioplynových stanic a etanol z cukrové třtiny, až po zemní plyn nebo vodík. Ale také na (stlačený) vzduch či vodu (přesněji řečeno ovšem spíše na vodík z ní získávaný). A samozřejmě na elektřinu, ať už jde o energii získávanou z baterií a akumulátorů, nebo vyráběnou pomocí palivových článků.
K rozhodujícím faktorům pro přechod na alternativní paliva patří obvykle cena – a to především z provozního hlediska. Umožňují levnější provoz, ale vozidla určená pro jejich využití jsou zpravidla dražší (často poměrně výrazně, např. v případě elektromobilů) než běžné typy s motory na fosilní paliva. Z hlediska dlouhodobější perspektivy však toto řešení nabízí některé výhody, které běžná vozidla nemohou získat – např. vjezd do center měst s ekologickými limity, daňové úlevy apod.

Elektřina, bionafta, syntetický benzín a plyn
Pohon dnešních vozidel zajišťují v drtivé většině spalovací motory a elektromotory. Každé řešení má samozřejmě své pro a proti. Výhodou elektromotorů je tichý chod a vysoký točivý moment od samého počátku. Nevýhodou, jenž stále brzdí jejich výraznější nástup, je potřeba skladování energie v drahých a těžkých bateriích, které zhoršují jízdní parametry, omezují dojezd a mají také lví podíl na jejich zatím nepříliš konkurenceschopné ceně. Tradiční bolestí elektromobility (nejen) u nás je i řídká síť nabíjecích stanic.
Spalovací motory jsou již osvědčeným řešením, ale jejich zásadní nevýhodou jsou emise vypouštěné do ovzduší – s výjimkou motorů používajících jako palivo vodík, kde je ovšem problémem technologicky náročná a nákladná infrastruktura (pracuje se s vysokými tlaky a nízkými teplotami a je obvykle potřeba kryogenní chlazení).
Hlavní výhodu mají spalovací motory v podobě zavedené husté sítě čerpacích stanic a podpůrné infrastruktury. Díky rozsáhlým vylepšením a vývoji posledních let dosáhly navíc velmi zajímavých parametrů, včetně úspornosti a redukce emisí, takže v kombinaci s alternativními palivy tu zřejmě budou s námi ještě hodně dlouho.
Jako hlavní proudy, kterými se ubírá vývoj v oblasti nasazování alternativních pohonů, lze v současné době sledovat elektromobilitu, včetně palivových článků, využití plynu - ať už v podobě historicky dřívějšího propan-butanu (LPG), či nyní perspektivnějšího stlačeného či zkapalněného zemního plynu (CNG a LNG), nebo vodíku. Ten je sice považován za čisté palivo budoucnosti, ale bariérou v jeho rozšíření je zatím zmíněná náročná infrastruktura. Vodíkové vozy a čerpací stanice již existují, ale zatím v omezeném počtu jako příslib pokročilých technologií. Výrobci automobilů se zatím soustřeďují spíše na praktická, masově použitelná řešení, která budou moci využít na maximum podmínky, jež jsou aktuálně k dispozici.
Častým tématem jsou v kategorii alternativních zdrojů biopaliva, vyráběná z ekologicky příznivých surovin. V jejich historii se však negativně podepsala neuvážená podpora jejich nástupu, kdy byla vyráběna z potravinářských plodin, což způsobilo jednak nežádoucí odklon od pěstování jiných „nepalivových“ druhů a také využívání cenné zemědělské půdy k výrobě palivových porostů místo potravin. Navíc biosložky, nyní povinně přidávané do fosilních paliv, se ukázaly jako nepříliš vhodné řešení z hlediska parametrů výsledných produktů. Nyní se tedy vývoj zaměřuje především na biopaliva tzv. 2. generace, k jejichž výrobě už nejsou používány potravinářské plodiny.
K posledním novinkám v oblasti alternativních paliv patří etanol, na čerpacích stanicích označovaný jako E85. Je určen pro speciálně upravená vozidla, tzv. Flexible Fuel Vehicles (FFV), k nimž patří i zástupce „škodovácké“ rodiny v podobě modelu Octavia Multifuel. U běžných vozů však E85 může způsobit problémy, takže mezi motoristy si i přes nižší cenu a větší výkon příliš obliby nezískal.
Kromě těchto základních trendů se lze setkat i s některými dalšími variantami pohonů, která však lze zařadit spíše mezi technologické kuriozity s nepříliš pravděpodobným potenciálem budoucího masového využití.

Auta na vodu a vzduch
Auto na vodu stvořila japonská společnost Genepax, která pozoruhodný vůz představila v roce 2010. Nepoháněla je však ve skutečnosti voda, ale energie z palivového článku, který s vodou reagoval. Poté, co se voda nalije do nádrže vozu, generátor začne vyrábět vodík, který uvolňuje energii, jenž pohání vůz. Hlavní charakteristikou vodou poháněného vozu je, že nepotřebuje žádné další externí vstupy, jen je potřeba čas od času doplnit vodu. Podle výrobce litr vody (použít lze prý třeba i čaj nebo minerálku apod.) umožní autu jízdu rychlostí 80 km za hodinu. Firma nabízela i různé sady na přestavbu, resp. doplnění vozu o generátor vodíku za 40 – 100 dolarů, ovšem pouze rok, než svůj web ukončila. Většina podobných projektů vyvolala vlnu mediálního zájmu, aby poté za čas v tichosti skončila, nebo se prostě ukázala jako podvod na vylákání peněz z investorů – jak praví úsloví „příliš krásné než, aby to byla pravda“. Druhý termodynamický zákon formulovaný francouzským fyzikem Sadi Carnotem se prostě zatím nepodařilo obelstít...
Auto na vzduch, vyvíjené firmou MDI, na rozdíl od vodních projektů skutečně funguje, aspoň v prototypových verzích. Poslední z nich, odpovídající požadavkům evropských předpisů, se představil letos na Sardinii v rámci autosalonu Sinnova. Jde o projekt s názvem AirPod, u jehož vzniku stál francouzský inženýr a konstruktér Guy Negre. Od svého počátku v 90. letech minulého století však autíčko, které mělo být již prakticky hotové pro sériovou výrobu (zajímala se o něj i indická automobilka Tata), nabralo rovněž podstatné zpoždění.
Lehká jednomístná vozítka poháněná vzduchem z tlakových lahví zkonstruovali i studenti VUT v Brně. Dosahují rychlostí asi 40 km.h-1 a studenti s nimi soutěžili na závodech, které v maďarském Egeru pořádala společnost Bosch Rexroth.
Podstatnějším využitím vzduchu pro pohonnou soustavu automobilů bude však zřejmě spíše hybridní pohon využívající kombinaci spalovacího motoru a pneumatické jednotky, kterou vyvinula pod označením Hybrid Air firma Peugeot. Poprvé by se měla technologická novinka objevit u 2. generace vozu Peugeot 2008 v roce 2016, a také ve voze Citroën C3. Využívat bude benzínový motor a hydraulické čerpadlo poháněné z nádrže se stlačeným vzduchem, jehož opětovným stlačováním bude zároveň rekuperovat energii. Motory se budou střídat podle aktuálních podmínek, takže např. ve městě se uplatní spíše hydraulický agregát, zatímco na dálnici přijde ke slovu klasický úsporný benzinový motor.

Do oblak i jinak než na kerosin
Alternativní paliva však nejsou jen automobilovou záležitostí. Také v letectví běží pod patronací ICAO řada projektů. Pozornost se soustřeďuje zejména na biopaliva či jejich směsi s leteckým benzínem.
Let na alternativní palivo si už vyzkoušelo i největší dopravní letadlo světa, obří Airbus A380. V roce 2008 spustil Airbus výzkumný projekt, který byl zahájen tříhodinovým letem A380 z britského Filtonu do francouzského domoviny Airfbusů v Toulose na syntetické palivo získané procesem GTL (zkapalněný plyn). Motory RollsRoyce Trent 900 to zvládly bez problémů a podle vyjádření Airbusu může toto alternativní palivo nabízející zajímavé parametrové charakteristiky nahradit v místech, kde je dostupné, tradiční letecký benzín. Firma studuje možnost využití biopaliv 2. generace pro potřeby aeroliniek. Pokusné lety na různé druhy alternativních paliv prováděl i Boeing ve spolupráci s Virgin Atlantic, či japonskými aerolinkami ANA.
Kromě velkých tryskových letadel se však o alternativní paliva zajímají i výrobci menších strojů poháněných pístovými motory. Malá americká firma Swift Enterprises vyvinula syntetické palivo odvozené od biomasy, které bylo úspěšně otestováno na několika leteckých motorech používaných v těchto strojích. Palivo s označením 100LL či LL (zkratka označuje low lead, neboli palivo s nízkým obsahem olova) nebo100SF kromě detonací v motorech účinně brání odpařování, které je problémem při letech ve větších výškách, a může způsobit až zastavení motoru.

Palivová revoluce na kolejích
A pro úplný výčet, ani železnice, tradičné zaměřené na elektrickou trakci, či u neelektrifikovaných tratí na dieselový pohon, nestojí ohledně alternativních paliv stranou. Kromě asi nejvíce zastoupených biopaliv, jimiž se snaží dráhy vylepšit svou ekologickou image, už existují i lokomotivy fungující na vodík, metan apod. A zajímavou alternativou je i zemní plyn v podobě CNG, s nímž experimentují hlavně američtí a ruští dopravci. Z jejich pohledu je to logicky lákavá možnost, vzhledem k tomu, že disponují značnými zásobami této suroviny, a obrovské rozlohy tamních lokalit jsou problematické a náročné pro klasickou elektrifikaci. V Rusku např. jezdí i nejvýkonnější lokomotiva na plyn, jejíž pohon obstarávají motory odvozené z tryskových bombardérů, ovšem s extrémním výkonem se pojí i extrémní hlučnost, která vymezuje použití této pozoruhodné soupravy jen v odlehlých pustinách Sibiře – kde se ovšem také nacházejí ložiska zemního plynu, takže pro daný účel ideální konstelace.
Nejvýkonnější lokomotiva kombinující plynovou turbínu a elektřinu je ruská GT1-001 s maximálním výkonem 8300 kW, představená před 5 lety. Na jednu náplň 17 t LNG má dojezd 750 km a drží světový rekord: táhla soupravu složenou ze 170 vagonů o celkové hmotnosti 16 000 t. Loni ruský výrobce představil prototyp další plynově-elektrické lokomotivy, která produkuje 20krát méně emisí než její dieselové protějšky a při testech táhla skromnější nákladní vlak o hmotnosti 3000 t.
Nezahálejí ani Američané – také GE a Caterpillar vyvíjejí nový typ plynovou turbínou poháněné lokomotivy, který by měl nahradit dieselové stroje, zájem o spolupráci projevili už hlavní dopravci včetně velké trojky - Berkshire Hathaway, Union Pacific a Norfolk Southern.


Sečteno a podtrženo – z řešení, která by měla postupně nahradit fosilní ropu a z ní vyráběné produkty, má v současné době asi největší šance plyn, než se podaří dosáhnout uspokojivého stupně elektromobility, případně přejít na bezemisní vodíkovou budoucnost. Roli důležitého pomocného mezistupně v tom mohou sehrát i různé hybridní systémy, jimiž se automobilky snaží dostát požadavkům stále přísnějších ekologických pravidel.
 

 
Publikováno: 25. 9. 2014 | Počet zobrazení: 2055 článek mě zaujal 359
Zaujal Vás tento článek?
Ano