Studie: Budoucnost alternativních paliv v osobní dopravě

16.4.2016

Studie: Budoucnost alternativních paliv v osobní dopravě

ANOTACE: Tento článek slouží jako podklad pro navazující konferenci „Budoucnost alternativních paliv v osobní dopravě“. Vzhledem k zastoupení přednášejících (BMW, Škoda, Volvo) se záběr informací poskytnutých v textu orientuje pouze na osobní automobily. Pro informace o pokroku v hromadné dopravě, doporučujeme pozornosti náš záznam z exkurze za technologií Power 2 Gas nebo odbornou studii na portále proelektrotechniky.cz.

S ohledem na kombinaci několika ekologických záměrů na zlepšení situace s vypouštěním emisí do ovzduší je právě otázka využití alternativních paliv velmi často otevírána. Zejména v kontextu zavádění speciálních typů daní na paliva, zpřísňování zákonů týkajících se environmentálních otázek, restrikce směrem k vypouštění emisí z využívání fosilních paliv do ovzduší, problematika skleníkového efektu. Právě tyto důvody vyústily v otevření globální diskuze nad zdokonalováním alternativních energetických systémů, paliv pro osobní dopravu a následně byla kladena ze strany výrobců aut a celkově automobilového průmyslu vysoká priorita zapracovat na vývoji využití alternativních paliv v tomto odvětví.


Automobil využívající alternativní paliva se vyznačuje jako vozidlo, které pohání jiné palivo než tradiční benzín nebo nafta, jednoduše řečeno, automobil nezávislý v co nejvíce možné míře na využití ropy. V současné době se setkáváme s automobily spíše na hybridní bázi, které jsou poháněné elektrickou energií a vnitřním spalováním. Nicméně vědci z automobilového průmyslu pracují i na dalších možnostech, než je pouzevyužití elektrické energie. Mezi tyto další alternativy patří vývoj palivových článků, přímo vstřikové motory (GDI), vznětový motor s homogenním naplněním spalovacího prostoru (HCCI), nebo např. možnost skladování energie stlačeného vzduchu. Mezi hlavní alternativní paliva lze ovšem dálezařadit využití vodíku, propanu, biodieselu, metanolu, P-series paliv atd. Obecně alternativní paliva dělíme do několika skupin. Do první skupiny patří paliva mající původ v ropě (LPG); dále jsou topaliva tvořící skupinu CNG, LNG, GTL, Metanol, Dimetyleter; poté biopaliva (bioetanol, bionafta, bioplyn, dřevoplyn); a dále paliva různého nebo kombinovaného původu (vodík, peroxid vodíku, etery, paliva řady P-series a elektrická energie).

Výhody a nevýhody alternativních paliv

Nejprve se zaměříme na v současnosti nejvíce diskutovanou elektromobilitu. U plně elektricky poháněných aut využíváme baterie napájené ze sítě elektrického napětí, v současnosti  jsou využívané spíše hybridní modely, které kombinují využití tradičních fosilních paliv a využití elektrické energie. Mezi výhody elektroautomobilů patří vysoká efektivita modelů, podpořená rozvojem elektrické sítě. Tyto automobily nezatěžují vůbec životní prostředí emisemi. Jako negativum se může například jevit dopad na zatížení elektrizační soustavy. Nicméně není v příštích letech nijak významně patrné, že by právě stouplo množství elektromobilů natolik, aby tento fakt měl negativní dopad na zatížení sítě.

Mezi další, zejména dříve hojně diskutované verze alternativních paliv patří vodík, konkrétně jeho využití umotorů s pohonem založeným na palivových článcích, kdy dochází k reakci vodíku s kyslíkem, což následně vyrábí elektřinu pro pohon elektromotoru. S ohledem na jeho využitelnost v automobilové dopravě,  jeho velkým pozitivem jsou prakticky nulové emise, ale jeho velkým negativem jsou vysoké náklady.

Ve své době velmi populárním palivem, které je založené na svém původu v ropě jeLPG, jedná se o zkapalněný ropný plyn. Mezi jeho výhody patří menší podíl emisí vypouštěných do ovzduší, než je tomu u benzínových motorů, velmi rozvinutá infrastruktura čerpacích LPG stanic. Mezi negativa patří skutečnost, kdy produkce ropy zatěžuje životní prostředí, jelikož LPG patří mezi vedlejší produkt při těžbě a zpracování ropy.

Mezi další v současnosti velmi populární alternativní palivo patříCNG, toto palivo se využívá u motorů poháněných stlačeným zemním plynem. Při spalování tohoto paliva jsou emise výrazně nižší, než je tomu u benzínu nebo nafty. Negativem je málo rozvinutá infrastruktura čerpacích stanic.

Dříve mezivelmi uvažované využití alternativníchpaliv patřil i Methanol, který je určen pro vozy poháněné palivem M85, kdy 85% je tvořeno methanolem a 15% paliva je tvořeno benzínem. Nicméně v současné době toto paliva není automobilovými výrobci výrobci.

V minulých letech se těšily velké oblibě biopaliva a zejména Biodiesel, toto alternativní palivo jezaložené na rostlinných a živočišných olejích. Mezi výhody tohoto paliva patří jeho bezpečnost a snížení emisí vypuštěných do ovzduší. Negativem se dá označit nedostatečná produkce a pokrytí distribuce tohoto paliva, zároveň vzhledem k pokroku v oblasti vývoje alternativních paliv se od tohoto paliva opouští.

Paliva řady P-Series jsou čistá, vysokooktanová paliva, jedná se o směs kapalného kondenzátu zemního plynu, ethanolu, methyltetrahydrofuranu vyrobeného z celulózy, který sedá mísit s běžným benzínem nebo využít v čisté formě. Mezi výhody patří prokazatelně nižší emise. Ačkoliv toto palivo není nijak významně využíváno v automobilovém průmyslu, je zavedeno jako registrované palivo v energetických směrnicích.

Mezi další varianty alternativních paliv lze zařadit dřevoplyn, GTL neboli syntetickou ropu či dimetyléter, který je podobný metanolu a vyrábí se taktéž ze zemního plynu.

Norma Euro 6   

V Evropské unii se členské státy zavázaly k plnění emisní normy, tzv. Euro n. Tato norma stanovuje limitní hodnoty škodlivých látek ve výfukových exhalacích u naftových i benzínových motorů pro motorová vozidla měřených jako hmotnost emitované škodliviny na ujetou vzdálenost. Tyto normy stanovují limity uhlovodíků (HC), oxidů dusíku (NOx), oxidu uhelnatého (CO) a pevných částic (PM), nezabývají se tedy oxidem uhličitým ani sirnými sloučeninami. Normy se vydávají postupně očíslovány, normy s arabskými číslicemi připadají na osobní a lehké užitkové automobily a normy s římskými číslicemi se vážou na autobusy a nákladní automobily. Od roku 2014 je platná norma Euro 6 (VI). Tato novela přinesla povinnost, kdy musí všechny naftové motory splňovat požadavek na významné snížení emisí oxidů dusíku. Snížení přípustného limitu mezi normou 5 a 6 se pohyboval z 0,18 g/km na 0,08 g/km představuje více než 50% rozdíl. Mezní hodnoty u kombinovaných emisí uhlovodíků a oxidů dusíku naftových vozidel byly návazně taktéž sníženy a to na 170 mg/km.

Český trh a poptávka po vozidlech poháněných alternativními palivy

V roce 2015 byl zaznamenán významnější trend zvýšení poptávky po automobilech využívajících alternativní paliva, než tomu byla v letech předešlých. Mezi nejprodávanější vozy patřila bezesporu Škoda Octavia na CNG, dále mezi významnější prodeje se zařadila Dacia Dokker na LPG a podstatný podíl na prodejích mělo i elektrické BMW i3. Je zřejmé, že čeští zákazníci mají stále vetší zájem o ekologičtější dopravní prostředky.

Dle statistiky SDA se jedná převážně o vozy poháněné na stlačený zemní plyn CNG či zkapalněný ropný plyn LPG, kterýovšem zaznamenal meziroční pokles. Mezi alternativní paliva, která zákazníci využívají v podstatněmenší míře, patří bioethanol. Naopak nulový prodej již druhý rok v řadě byl zaznamenán u bionafty. Elektromobily jsou stále na českém trhu s minimálním zastoupením, v roce 2014 podíl prodaných elektromobilů na celkových prodejích osobních aut činil 0,10%, v roce 2015 byl zaznamenán nepatrný nárůst o 0,12%. Co do počtu prodaných elektromobilů zde byl zaznamenán rekord čítající 300 prodaných vozů.

Současné trendyvybraných automobilek

Automobilka Škoda, fungující pod koncernem VW, se zaměřuje zejména na výrobu a distribuci CNG vozidel v dopravě a v rámci České republiky patří mezi špičky v prodeji těchto vozů. Jako důkaz úspěchu stojí za zmínku podepsání kontraktu automobilky se strojírenskou společností Vítkovice Machinery Group na dodávku až tří stovek vozidel Octavia G-Tec, které budou poháněny motory spalujícími CNG. Octavia G-Tec využívá přeplňovaný zážehový motor 1,4 TSI o výkonu 81 kilowattů, který je schopen spalovat zemní plyn i benzín.Spotřeba činí pouhých 5,4 metru krychlového na 100 km. Při provozu na CNG ujede 410 kilometrů a při provozu na benzin ujede 960 kilometrů, čili kombinovaný dojezd čítá 1330 kilometrů. Automobilka v rámci postoje zaměřeného na životní prostředí dále rozvíjí svůj ekologický program GreenFuture, kde se snaží o snížení zatížení životního prostředí výrobou ekologicky šetrných vozů a komponentů. Kromě výše zmíněné Octavie G-Tec, Škoda nabízí model Citigo G-Tec, poháněný taktéž na stlačený plyn. Tento automobil v sobě ukrývá motor 1,0 MPI/50 kW G-TEC, jenž se vyznačuje jak nízkými emisemi CO2 (pouhých 79 g/km), tak i sníženými emisemi oxidů dusíku a nulovými emisemi pevných částic.

Švédská automobilka Volvo rozpracovává vývoj nekonvenčních agregátů jak v divizi nákladních automobilů, tak v osobní dopravě. Ve své řadě modelů osobních aut vidí Volvo budoucnost zejména v autech využívajících bio dieselu, zemního plynu, bio plynu a dalších možností, např. zplynování uhlí. Reflektuje ale také trend kombinovaných agregátů, tzv. plug-in hybridů umožňujících jízdu na čistě elektrický pohon nebo použití spalovací jednotky. Aktuálně Volvo nabízí plug-in hybridní modely XC90 a V60. S těmito vozy je možné ujet až 50 km s nulovými emisemi a stejně jako u dalších modelů automobilky jsou jejich materiály z 85% recyklovatelné. Volvo zastřešuje svůj ekologický směr vývoje v tzv. programu Drive E, který poskytuje nabídku vozů, jejichž provoz je šetrný k životnímu prostředí. Tyto nové hnací agregáty Drive-E se při nízké spotřebě paliva a emisích čtyřválcových motorů disponují výkonem, který odpovídá šesti- či dokonce osmiválcovým jednotkám.

V oblasti vývoje automobilů poháněných alternativními palivy zcela jistě nelze opomenout německou klasiku BMW, nejen s ohledem na vývojový pokrok ale i vzhledem k žebříčku popularity modelů u zákazníků v minulém roce 2015. BMW v posledních letech vypracovalo svoji řadu BMW i, která posouvá hranice elektromobility kupředu.Jedná se konkrétně o plně elektricky poháněný městský model BMW i3 a sportovní elektromobil BMW i8.Tyto modely jsou vytvořeny speciální technologií určenou pro konstrukci vozu, která využívá karbonových vláken. Automobily se tak vyznačují o poznání menší váhou, jelikož karbon je zhruba o 50% lehčí než ocel a o 30% lehčí než hliník, což dovoluje BMW posunout konstrukční měřítko úspornějším směrem. Další pokrok u těchto vozidel je zřejmý z využitelnosti vysokonapěťového akumulátoru na bázi lithium-iontové baterie. Nicméně zákazník u BMW může také využít nabídky hybridních modelů z řady BMW ActiveHybrid, konkrétně model Active Hybrid 5 představuje kombinování 6válcového řadového motoru BMW Twinpower Turbo a elektromotoru. Díky této kombinaci dochází ke snížení spotřeby fosilních paliv (benzínu) a množství emisí CO2. Kombinovaná spotřeba v l/100 km se pohybuje okolo 7,0 – 6,4. Emise CO2 dosahují hodnot okolo 149 g/km.

Budoucnost alternativních paliv?

Lze konstatovat, že rychlost jakou budou alternativní paliva zaváděna do procesu, záleží spíše na politických rozhodnutích, dostupnosti surovin a vývoji energetické koncepce v celosvětovém měřítku. Nicméně je nutné si v současné době uvědomit naši vysokou závislost na zpracování ropy a snažit se nalézt alternativní východiska a řešení co nejdříve, jelikož není úplně jasně predikovatelné, jak dlouho doopravdy můžeme ještě na ropu spoléhat.

Autor: Tereza Vinklerová / Alumni IEE

Institut energetické ekonomie > Ze světa energetiky > Články > Studie: Budoucnost alternativních paliv v osobní dopravě