Otazníky kolem elektromobilů

Elektromobil má některé podstatné výhody. Ale samotné vozidlo je jen jednou ze součástí komplexního systému mobility s environmentálními dopady a se souvislostmi zasahujícími do výroby energie, do zpracování drahých materiálů i do chování zákazníků. Proto se přechod na elektromobilitu týká široké škály témat.

Tento článek se věnuje vybraným technickým otázkám. Snaží se vymezit okrajové podmínky pro celostní posouzení včetně politicko-ekonomických a sociologických otázek, které přenecháme povolanějším.

Jaké jsou výhody elektromobilu? Jeho ovládání je jednodušší, nepotřebuje spojku a řazení převodových stupňů. Má zpravidla velmi dobrou akceleraci a při zpomalování a brzdění může rekuperovat energii. Jeho provoz je tichý. Avšak především během jízdy nevytváří ani emise skleníkových plynů, ani lokálně působící emise škodící zdraví (s výjimkou otěru z pneumatik). Ke zdraví škodlivým emisím z automobilové dopravy patří zejména pevné částice, oxidy dusíku, těkavé organické látky, ale také oxid uhelnatý. Přípustné množství těchto složek ve výfukových plynech automobilů je regulováno předpisy EURO (v současné době verzí EURO 6) [1]. Limity těchto emisí postupně klesaly a u moderních automobilů jsou již opravdu velmi nízké. Po složitých diskusích se připravuje norma EURO 7, která limity dále upravuje a rozšiřuje o další sledované látky.

Normy EURO se netýkají emisí oxidu uhličitého. Dekarbonizace se stala v EU i jinde cílem různých opatření a nařízení určujících dovolené emise skleníkových plynů, přepočtených na ekvivalent CO_{2 eq} za všechna prodaná vozidla v daném roce. V EU je v současné době na tyto emise v průměru z nově vyrobených osobních aut u jednoho výrobce stanoven požadavek 95 g CO_{2 eq}/km s cílem jejich postupného snižování až na nulu v roce 2035 [2], což v podstatě znamená zákaz prodeje nových aut se spalovacími motory od tohoto data, pokud by nepoužívala plně obnovitelná syntetická paliva.

Emise CO₂ vozidel s různými pohony. Nahoře: Vývoj emisí podle ujetých kilometrů podle měření nevládní organizace Green NCAP (New Car Assessment Programme). U elektřiny se počítá s emisním faktorem pro provoz 282 g CO_{2 eq}/kWh a pro výrobu baterie také 282 g CO_{2 eq}/kWh. Dole: Stav po šestnácti letech provozu a 240 000 ujetých kilometrech podle GreenNCAP (emisní faktor elektrické energie 282 g CO_{2 eq}) a podle simulace ČVUT pro čínskou výrobu baterie (700 g CO_{2 eq}/kWh).

Elektromobily jsou z hlediska tohoto nařízení považovány za zcela bezemisní. Ve skutečnosti je zatím poměr energetických spotřeb u osobních automobilů stejné třídy při srovnání elektromobil – benzinový automobil lepší téměř třikrát, elektromobil vůči naftovému automobilu více než dvaapůlkrát a zhruba dvakrát lepší u elektrických autobusů než u naftových. U emisí záleží pak na emisním faktoru paliva. Pro naftu a benzin je to (včetně výroby) kolem 330 g CO_{2 eq}/kWh, pro zemní plyn asi 250 g CO_{2 eq}/kWh – i když o tomto čísle se vedou velké diskuse; zejména při frakovací těžbě a dopravě zkapalněného plynu bude reálný emisní faktor podstatně vyšší. U biopaliv jde o větší desítky gramů CO_{2 eq}/kWh. Emisní faktory výroby elektrické energie uvádíme dále.

Životní cyklus vozidel

Problém zmíněných předpisů spočívá v tom, že se zabývají pouze jednou částí životního cyklu automobilu, i když tou nejdelší. Ale aby mohl automobil jezdit, musí se nejprve vyrobit, což zahrnuje dlouhý proces od těžby surovin po konečnou montáž. Zastánci elektromobility často tvrdí, že elektromobil je jednodušší, protože elektromotor je méně složitý než spalovací motor. To je pravda, ale je nutné posuzovat celé hnací ústrojí. Baterie elektromobilu je podstatně složitější než palivová nádrž. Přitom emise CO₂ při výrobě této baterie jsou srovnatelné s emisemi vzniklými při výrobě celého zbytku vozidla [3]. Elektromobil, který právě vyjíždí z výrobní linky, má za sebou zhruba dvojnásobné emise ve srovnání s podobným automobilem se spalovacím motorem (viz též obr. 1).

Spotřeba primární energie vozidel s různými pohony. Nahoře: Podle ujetých kilometrů, Dole: za celý životní cyklus (240 000 km). Měření a výpočet Green NCAP.

Během provozu automobil se spalovacím motorem v celkové produkci CO₂ postupně „dohání“ elektromobil . Ale i při výrobě elektřiny pro provoz elektromobilu vznikají emise CO₂ a jejich množství závisí na spotřebě automobilu i na emisním faktoru při výrobě elektřiny v dané zemi. Důležité je objektivní posouzení spotřeby energie – je třeba počítat s energií dodanou ke spotřebiteli, tedy po ztrátách u výrobce a v síti, jakož i v nabíječce a baterii během nabíjení. Data, která publikuje Eurostat, jsou pro tento účel nepoužitelná, neboť uvádějí o 25–30 % příznivější emisní faktor pro hrubou výrobu u výrobce, nikoli emisní faktor pro čistou spotřebu u zákazníka (tab. I).

Emisní faktory na čistou spotřebu elektřiny (průměrné hodnoty pro rok 2023) [6].

Kdy dojde k vyrovnání celkové produkce CO₂ z výroby a provozu, a dokdy tedy elektromobil bude emisně horší než automobil? Velmi záleží na tom, z čeho se elektřina vyrábí. Například v Norsku, kde více než 95 % elektřiny pochází z vodních elektráren, se elektromobil a auto se spalovacím motorem vyrovnají po cca 40 000 ujetých kilometrech. Poměrně dobře je na tom i Francie nebo Slovensko, kde podstatná část elektřiny pochází z jaderných elektráren. V Polsku, kde se většina elektřiny vyrábí z uhlí, nedojde k vyrovnání při předpokládané životnosti vozidla téměř nikdy. A jak je to v ČR? Výpočty [4] ukazují, že elektromobil překoná benzinové auto po cca 130 000 km a auto s naftovým motorem až po více než 200 000 km.¹⁾ Ovšem za předpokladu, že se mezitím nevymění baterie. V Německu, které má emisní faktor podobný jako ČR, je situace obdobná, přestože Německo vyrábí více než polovinu elektřiny z obnovitelných zdrojů.

V evropském průměru s uvažovaným budoucím hrubým emisním faktorem výroby elektřiny 282 g CO_{2 eq}/kWh, dosažitelným kolem r. 2030, a s uvažováním výroby baterií v EU, se vyrovnají emise CO₂ u vozů s naftovým nebo hybridním pohonem přibližně po 110 000 km, u vozidel s benzinovým pohonem asi po 70 000 km [5] (obr. 1).