TOP

Portugalsko zahájilo první aukci na právo instalovat plovoucí solární parky na vodách sedmi přehrad v zemi s celkovou výrobní kapacitou 263 megawattů.

Plovoucí fotovoltaické panely se testují po celém světě. Portugalský ministr pro energetiku Joao Galamba pro agenturu Reuters uvedl, že tato technologie má nejen výhody pro životní prostředí, ale je také energeticky účinnější. Často doplňují výrobu elektřiny ve vodních elektrárnách, znovu využívají stávající zařízení a zabraňují využívání dalších pozemků.

Aukce bude standardní: o výběru vítězů rozhodující cena, za kterou se uchazeči zaváží vyrobenou energii prodávat.

Portugalsko plánuje instalovat solární parky o výkonu až 100 MW na vodách jižní přehrady Alqueva, největšího umělého jezera v západní Evropě, a také 50 MW na přehradě Castelo de Bode, která se nachází v centrální oblasti země. Podle Galamby budou plovoucí solární parky Alqueva a Castelo de Bode největší z celkem sedmi projektů, které by měly být uvedeny do provozu do roku 2023.

Největší portugalská energetická společnost EDP se na rozšíření tohoto druhu obnovitelné energie připravuje a v roce 2017 instalovala pilotní plovoucí solární elektrárnu na přehradě Alto Rabagao, aby technologii otestovala. Instalace s 840 panely nemá valný energetický smysl, jde pouze o experimentální zařízení.

“Jsme si jisti, že o tuto aukci bude obrovský zájem,” řekl pro Reuters Galamba a dodal, že zájemci musí své nabídky předložit do 4. dubna, aby 19. dubna mohlo být přijato konečné rozhodnutí.

Portugalsko uspořádalo v letech 2019 a 2020 dvě aukce pro solární parky na pevnině. V obou případech bylo dosaženo velmi nízkých cen: méně než 300 korun za megawatthodinu (MWh). Tak nízko ovšem cena klesla díky kombinaci faktorů, neodráží skutečnou cenu fotovoltaických elektráren v této chvíli.

Kontrakt byl uzavřen na 15 let a firmy počítají s odloženou návratností po několika letech. Některé velké subjekty – například vítěz jednoho kola, korejská společnost Hanwha Q-Cells, nízkými cenami dává najevo, že se chce na iberijském trhu udržet dlouhodobě.

Zelený sen

Portugalsko, které je celoročně zalité sluncem a omýváno Atlantským oceánem, je mnohými odborníky a analytiky v oblasti obnovitelných zdrojů energie považováno za ideální místo pro získávání energie z koktejlu přírodních zdrojů: slunce, větru a vody.

Solární parky a větrné turbíny se staly součástí portugalské krajiny již před lety, ale přestože přibližně 70 % vyrobené elektřiny pochází z obnovitelných zdrojů, země je stále závislá na dovozu fosilních paliv, aby uspokojila své energetické potřeby.

Portugalsko zkoumá inovativní způsoby, jak zvýšit využití obnovitelných zdrojů energie, od kolosální větrné farmy plovoucí uprostřed rozbouřených vln oceánu až po stovky solárních panelů na hladině přehradní nádrže.

Nemylme se – zatím jsou podobné novinky příliš drahé. Průkopníci typu Portugalska a portugalských zkušeností mohou mít náskok, až náklady klesnou na konkurenceschopnoou úroveň.

Evropa se potýká s prudkým nárůstem cen elektřiny v důsledku své závislosti na využití zemního plynu, který celosvětově zdražuje. Přesto se Portugalsko – kde se téměř 20 % obyvatelstva potýká s nějakou formou energetické chudoby – se nevzdává svého “zeleného” snu. Plovoucí elektrárny by v tom mohly sehrát svou roli.

Další soutěžící

Vývoj plovoucích fotovoltaických elektráren není samozřejmě omezen na Portugalsko. Výhody by měly být stejné všude: elektrárny by nevyužívaly jinak využitelnou plochu, v horkém klimatu by se díky tomu mohly panely chladit a tedy fungovat efektivněji. A podle některých by panely mohly snižovat i výpar vody z nádrží.

Celkem pochopitelně se pokusy v tomto směru zaměřují dnes především na oblasti s nejvhodnějšími podmínkami. Nedávno jsme například psali o zahájení komerčního provozu plovoucí solární elektrárny v Albánii. Za projektem stojí výrobce obnovitelné energie Statkraft ve spolupráci s norským dodavatelem Ocean Sun.

Zařízení “plove” na vodní nádrži Banja, kde společnost Statkraft provozuje elektrárnu Banja o výkonu 72 MW. Tvoří ji 1 536 solárních panelů, které mají dohromady instalovaný výkon 0,5 MWp z plochy téměř čtyř tisíc metrů čtverečních. Součástí projektu je porovnání výkonů s menší elektrárnou (160 stejných panelů) na souši. V uplynulých týdnech se měl k první plovoucí jednotce přidal tři další s celkovým dodatečným výkonem 1,5 MWp.

Plovoucí elektrárna na albánské přehradní nádrží Banja (foto Statkraft)
Plovoucí elektrárna na albánské přehradní nádrží Banja (foto Statkraft)

Projekt využívá patentovanou membránovou technologii společnosti Ocean Sun, která je určena pro dobře chráněné a klidné vodní plochy, jako jsou jezera, fjordy ńebo vodní nádrže. Solární moduly jsou namontovány na hydroelastických membránách, které údajně nabízejí proti jiným řešením výhody v ceně i výkonu. Systém tvoří disková plovoucí platforma ukotvené ke dnu pomocí čtyř kotevních bodů a dvanácti lan.

Design je do značné míry inspirován zkušenostmi s velkochovem ryb v moři. “Rozdíl oproti rybí farmě spočívá v tom, že pod kruhem nejsou žádné klece pro ryby, takže hmotnosti systému je soustředěna na hladině, kde jsou rozmístěny moduly,” řekl před časem pro web PV-Magazine šéf firmy Sun Ocean Børge Bjørneklett.

Každá jednotka se skládá z plovoucího prstence potaženého tenkou membránou z polyetylenu s vysokou hustotou (HDPE). Přestože je membrána silná jen několik milimetrů, snadno unese jak váhu solárních panelů, tak váhu personálu provádějícího instalaci nebo údržbu.

Díky tomu, že membrána je tak tenká, mohou být panely podle společnosti mohou účinně chladit od vody z vodní plochy pod nimi. To by logicky mělo zvyšovat účinnost panelů především v parných dnech. Šéf společnosti Ocean Sun neuvedl podrobnosti o chemickém složení použitého materiálu, který označil za umělý polymer.

Uvedl, že membrána by mohla pojmout přibližně 600 kW výrobní kapacity fotovoltaického modulu, přičemž velikostní limit závisí na tom, že jedna membrána zabere celý 40stopý kontejner a větší membrány zatím nelze do zámoří přepravovat. “Když vyvíjíme projekty o velikosti megawattů, jsou rozděleny na dílčí jednotky o výkonu 600 kW, přičemž každou jednotku představuje jeden vztlakový kruh,” řekl Bjørneklett.

Zachycování a ukládání (a využívání) uhlíku (Carbon Capture and Storage – CCS, resp. Carbon, Capture, Utilization and Storage – CCUS) se často považuje za účinný způsob snižování globálních emisí skleníkových plynů. Proti tomuto názoru však zaznívají hlasy řady odborníků, kteří se domnívají, že tato technologie nepatří k těm, které by mohly výrazněji přispět k řešení klimatické krize.

Zachycování, využití a ukládání uhlíku je soubor technologií navržených k zachycování oxidu uhličitého z různých lidských činností produkujících vysoké emise. Jedná se především o energetické nebo průmyslové provozy, které jako palivo používají buď fosilní paliva, nebo biomasu. Oxid uhličitý je po svém zachycení stlačen a přepravován v potrubí, loděmi, po železnici nebo kamiony, aby byl na místě určení opět použit v různých průmyslových aplikacích nebo trvale uložen pod zem.

Argumenty proti

Jedním z těch, kteří mezi stoupence tohoto řešení nepatří, je Carroll Muffett, výkonný ředitel neziskového Centra pro mezinárodní environmentální právo (CIEL). „Existuje řada důvodů, proč je zachycování uhlíku špatným klimatickým řešením. Prvním a nejzásadnějším z těchto důvodů je, že toto zachycování není nutné,“ domnívá se.

Argumenty, které jeho centrum proti technologiím zachycování uhlíku vznáší, jsou především tyto:

– Ve skutečnosti zhoršují klimatickou krizi, protože de facto přispívají ke zvyšování produkce ropy.

– Dosavadní CCS technologie nejsou proveditelné nebo ekonomické ve větším měřítku, protože mohou zachycovat pouze zlomek emisí.

– Prodlužuje se jimi závislost na fosilních palivech a oddaluje se jejich nahrazení obnovitelnými alternativami.

– Vytvářejí environmentální, zdravotní a bezpečnostní rizika v lokalitách, kde se nachází CCS infrastruktura, tedy rozvodné potrubí a podzemní zásobníky.

Pochybnosti o užitečnosti zachycování a ukládání uhlíku vyjádřil také generální ředitel nadnárodní italské energetické firmy Enel Francesco Starace. „Zkoušeli jsme to, a když říkám ‚my‘, mám na mysli energetický průmysl. Během posledních 10 nebo 15 let jsme se opravdu velmi snažili najít řešení, ale bez úspěchu. Kdybychom totiž nějaké spolehlivé a ekonomicky zajímavé řešení již měli, proč bychom nyní zavírali všechny ty uhelné elektrárny, pokud bychom mohli dekarbonizovat celý systém?,“ říká Francesco Starace. Podle něj platí základní pravidlo: pokud se nová technologie do pěti let opravdu neuchytí, je třeba ji opustit. V případě CCS přitom lze hovořit minimálně o 15 letech snažení. „Existují i jiná klimatická řešení: Přestaňme vypouštět uhlík,“ navrhuje Francesco Starace.

Za českou energetickou společnost ČEZ vyslovil pochybnosti o významu CCS před několika lety její koordinátor pro výzkum a vývoj Aleš Laciok. Podle něj totiž bude v Česku pokles velkých energetických zdrojů emisí takový, že je otázka, jestli potom bude mít technologie CCS  vůbec nějaké uplatnění. Technickým problémem je pak zejména neefektivita ve fázi separace. Ta je způsobena tím, že koncentrace oxidu uhličitého ve spalinách je velmi nízká – u uhelných elektráren se pohybuje okolo 12 procent.

S CCS příliš nepočítá ani Mezivládní panel pro změnu klimatu (IPCC). Podle něj je jedinou možnou cestou rychlé vyřazení fosilních paliv spolu s omezeným odstraňováním uhlíku přírodními zdroji, jako je například zalesňování nebo zvýšení schopnosti půdy vázat uhlík.

Vyhozené peníze

Klimatičtí výzkumníci a aktivisté již dlouho tvrdí, že technologie zachycování a ukládání uhlíku jen prodlužují závislost světa na fosilních palivech a odvádějí pozornost od tolik potřebného obratu k obnovitelným alternativám. Ty jsou přitom z ekonomického hlediska rok od roku konkurenceschopnější. Analýza agentury Bloomberg New Energy Finance z roku 2020 například uvádí, že sluneční a větrná energie jsou již nejlevnějšími zdroji energie pro dvě třetiny světové populace.13

Dosavadní mnohamiliardové investice do CCS jsou tedy podle mnohých jen plýtváním prostředky, které by se mohly mnohem lépe využít jinde. Vždyť veškerým dosavadním efektem těchto investic je, že všech 28 zařízení CCS, která v současnosti po celém světě fungují, má kapacitu zachytit pouze 0,1 procenta celosvětových emisí fosilních paliv, neboli 37 megatun CO2 ročně. Z této kapacity pak je pouze 19 procent, neboli 7 megatun, zachyceno pro skutečnou geologickou sekvestraci. Zbytek se používá k výrobě ropy.

Příklady neúspěchu

Jako příklad selhání této technologie se uvádí zařízení CCS Petra Nova instalované v uhelné elektrárně poblíž texaského Houstonu v roce 2017. Toto zařízení ve spojení s elektrárnou mělo být podle provozovatele prototypem nízkouhlíkového zdroje. Elektrárna uváděla, že roční úspora emisí bude ekvivalentní emisím 300 000 automobilů. Během svého často přerušovaného provozu však systém CCS zachytil pouze 7 procent z celkových emisí CO2 elektrárny, což se zcela rozcházelo se sliby snížit emise o 90 procent. Zachycený uhlík byl navíc používán k těžbě ropy, kterou loňský výrazný cenový propad učinil neekonomickou. Provoz CCS a plynová elektrárna používaná k jeho pohonu tedy byly na neurčito odstaveny a uhelná elektrárna je tak nyní stejně náročná na emise jako dříve.

O několik let před krachem houstonského projektu neuspěl také projekt CCS v uhelné elektrárně Kemper ve státě Mississippi, v němž bylo „utopeno“ kolem osmi miliard dolarů.  

Na druhou stranu je třeba říci, že v současné době existuje ve světě, ale i u nás řada poměrně slibných projektů CCS. USA například jen v letošním roce oznámily více než 40 nových projektů. Zdá se tedy, že teprve nadcházející roky tedy zřetelněji ukážou, jak dalece je tato technologie životaschopná. Pravděpodobně však půjde spíše o životaschopnost v průmyslových aplikacích než v oblasti energetiky. 

Několik společností tvrdí, že brzy mohou nabídnout bezpečná, levná a čistá elektrická letadla, která pomohou cestujícím rychle překonat vzdálenost do zhruba 200 kilometrů – a přitom nepotřebovala vzletovou dráhu. Odborníci z veřejného i soukromého sektoru se domnívají, že by se tato technologie mohla dát vzniknout novému odvětví dopravy, který by pomohl zmírnit dopravní zácpy a změnit způsob, jakým lidé cestují ve velkých metropolitních oblastech.

„Městská letecká doprava“ je v současné době pro většinu zákazníků naprosto nedostupná (vzpomeňte si na Uber Copter, kterážto služba se nikdy ve větším neujala). Postupné zlepšování a snižování cen baterií údajně ovšem snížilo náklady na vývoj elektřinou poháněných letadel, která by se v tomto sektor mohla „vzkřísit z mrtvých“.

Vícero malých společností sází na to, že se jim podaří přiblížit městskou a regionální leteckou dopravu na elektrický pohon masám. A vyvinuly nová letadla, která alespoň podle jejich optimistických odhadů mají v příštích několika letech soutěžit o část tohoto vznikajícího trhu.

“Chceme vytvořit něco, co bude dostupné mnoha lidem a co dokáže plnit funkci vysokorychlostního vlaku, aniž by k tomu potřebovalo infrastrukturu,” řekl nedávno pro NY Times Daniel Wiegand, výkonný ředitel a zakladatel společnosti Lilium se sídlem v Německu. “V den spuštění služby nebudeme na ceně jízdenky vysokorychlostního vlaku v Německu, ale pokud se tam nedostaneme do 15 let, budu považovat naši misi za neúspěšnou.”

Levnější?

Výrobci tvrdí, že nová generace těchto elektrických létajících strojů má proti oproti běžným letadlům a zejména vrtulníkům řadu výhod. Zejména v případě vrtulníků jsou údržba a provoz velmi nákladné (stroje běžně potřebují 5-6 hodin přípravy a údržby na hodinu letu), jsou hlučné a také nejsou úplně bezpečné, jak se v posledních letech několikrát ukázalo.

Tyto nové stroje minimálně na papíře spotřebují výrazně méně energie než běžné vrtulníky. Na rozdíl od tradičních letadel s pevnými křídly zase nemají potřebovat ke vzletu a přistání vzletové a přistávací dráhy. A znovu na rozdíl od vrtulníků by měly být mnohem méně hlučné a naopak výrazně bezpečnější: budou totiž mít více rotorů a záložní bezpečností systémy, díky kterým by si měly poradit i s poruchou v nižších výškách.

Adam Goldstein, jeden z výkonných ředitelů společnosti Archer Aviation, která zatím staví dvoumístný elektrický „demonstrační“ s šesti malými motory, pro NY Times uvedl, že jeho společnost by ráda nabídla ceny v rozmezí tří až čtyř dolarů za „ujetou“ míli – což by po přepočtu odpovídalo zhruba 50-60 korunám na kilometr. Byť Praha by rozhodně nebyla prvním městem, kde služby tohoto typu mohou fungovat, tak si pro představu řekněme, že cesta z centra Prahy na letiště Ruzyně (cca 15 kilometrů vzdušnou čarou), by tak vyšla na zhruba 800 korun. Pro srovnání pro luxusní službu Uber Black by měl zákazník z centra Prahy počítat cenu cca 650,- korun.

“Naším největšími nákladem jsou baterie,” řekl Goldstein novinářům. A dodal, že jsou “drahé, ale každý den zlevňují”. (Vytrvale ovšem odmítá pro média být konkrétnější ohledně nákladů na baterie a konkrétních cen.)

Husté pole

Na přeplněném poli vyniklo několik, včetně právě Lilium a Archer: zatím ne ani tak úrovní služeb či strojů, ale schopností získat kapitál. Žádná z nich se nespokojí pouze s výrobou vozidel; všechny se snaží vyvíjet letadla a poskytovat komplexní služby, čímž kombinují tradiční role výrobců letadel a leteckých společností.

Hlavní vliv na pokles ceny baterií se obvykle připisuje společnosti Tesla a dalším automobilkám, které „rozjely“ na trh s elektromobily a začaly baterie vyrábět ve velkém. Podle některých analýz to není tak úplně pravda, ovšem faktem je, že tradiční výrobci, například Hyundai, vidí příležitost i ve vzduchu a navyšují investice do výzkumu elektrických letadel. Právě jihokorejská automobilka tvrdí, že by do roku 2028 mohla uvést do provozu i vlastní letadlo. Asi netřeba brát tento termín příliš vážně, ale možné je samozřejmě leccos.

Zavedenější hráči v této oblasti, jako jsou Joby Aviation a Volocopter, slibují, že budou mít letadla v provozu do roku 2024, což je ambiciózní cíl, který bude do značné míry záviset na získání souhlasu regulačních orgánů.

Koncept Volocity společnosti Volocopter (foto Volocopter)
Koncept Volocity společnosti Volocopter (foto Volocopter)

Přímo vzhůru

Největší investice směřují do elektrických vozidel, která startují a přistávají vertikálně, jako jsou vrtulníky nebo stíhačky Harrier. Tato letadla, známá jako elektrická letadla s vertikálním vzletem a přistáním (eVTOL), mohou obvykle pojmout dva až deset cestujících a urazit maximálně 300 kilometrů, což je ideální pro přelety v metropolitní oblasti nebo pro spojení dvou měst.

Daniel Wiegandovi ze společnosti Lilium tvrdí, že svůj „heureka“ moment prožil v roce 2014. Sledoval video vojenského letadla, které vzlétalo vertikálně, a uvědomil si, že elektrická verze by mohla vyřešit všechny tradiční problémy s používáním letadel v hustě obydlených městských oblastech: eliminovat hluk a znečištění ovzduší, stejně jako potřebu ranvejí. Pan Wiegand, v té době ještě student Technické univerzity v Mnichově, sestavil tým a začal vyvíjet motor, který dnes pohání sedmimístné elektrické letadlo jeho společnosti.

Je přesvědčen, že technologie tryskového letadla jeho společnosti je lépe škálovatelná než konstrukce založené na vrtuli. Myslí si, že díky spíše vyššímu počtu sedadel může jeho stroj snížit cenu na úroveň, kterou si mohou dovolit i střední třída.

Jiný přístup zaujímá společnost Volocopter, která byla založena v roce 2011 a sídlí v německém Bruchsalu; v současné době má dvě vozidla v pokročilém vývoji, včetně “multikoptéry”, vrtulníku s 18 rotory, nazvané VoloCity.

Tento dvoumístný letoun má dolet 40 kilometrů. To podle šéfa společnosti Floriana Reutera usnadňuje jeho certifikaci a ideálně se hodí pro cestování ve městech, kde naprostá většina cest probíhá na vzdálenost od 10 do 30 kilometrů. Volocopter také vyvíjí čtyřmístný letoun s doletem 150 kilometrů, který je určen spíše pro regionální dopravu.

“Jsme jednou z mála společností, které si přiznávají, že různé typy letů a měly by tedy existovat i různé typy letadel,” řekl pan Reuter. Společnost Volocopter v současné době usiluje o získání certifikace pro své letadlo u Evropské agentury pro bezpečnost letectví. Údajně doufá, že její stroje budou v provozu do roku 2024.

Společnost Joby se sídlem v kalifornském Santa Cruz usiluje o podobný cíl jiným způsobem. Se svým plně elektrickým letadlem, které pojme čtyři cestující (plus pilota) a má dolet cca 200 kilometrů na jedno nabití, již uskutečnila více než tisíc zkušebních letů.

Společnost se dostala na titulní stránky novin v prosinci loňského roku, kdy firma Uber vyčlenila ze společnosti Joby svůj produkt pro sdílení jízd městskou leteckou dopravou Elevate. Uber zároveň do firmy investoval dalších 75 milionů dolarů, čímž naznačil, že obě služby by měly být úzce propojeny.

První prototyp e-letounu společnosti Joby létá od roku 2017 (foto Joby)
První prototyp e-letounu společnosti Joby létá od roku 2017 (foto Joby)

Jak se přichystat

Pokud bude fungovat technická a obchodní stránka věci, což zatím není jisté, další velký problém pro tento druh dopravy by mohla být regulace. „Létající taxíky“ by musely získat povolení ke komerčním letům od příslušných úřadů, jako je evropská EASA (Úřad pro civilní letectví) či Federální úřad pro letectví (FAA) v USA.  Oba tyto orgány však pokračují ve studiu této problematiky.

Některé úřady a dokonce i velká města se již na zavedení elektrických letadel do svých přetížených dopravních systémů připravují. Aktivita je patrná v USA i v Evropě, ale větší šanci na rychlý start je zřejmě přece jen za oceánem.

Starosta Los Angeles Eric Garcetti založil v roce 2019 organizaci Urban Movement Labs. Dnes se tato organizace zaměřuje na přípravu procesu certifikace elektrických letadel pro využití ve veřejné doprav. A to tak, aby v USA bylo možné projít v podstatě standardizovaným procesem snad již od roku 2025.

Starosta Miami Francis Suarez uvedl, že jeho město přijímá eVTOL jako nákladově efektivní a ekologickou alternativu ke starším druhům dopravy, jako jsou autobusy a lehká železnice, jejichž výstavba je nákladná a které se opírají o starší technologie. Řekl, že město zkoumá parkovací garáže, střechy a další potenciální místa pro vzlety a přistání.

“Cítíme, že jednou z chyb v plánování a financování dopravy je opakování včerejších nápadů,” řekl v rozhovoru pro NY Times. “Obloha má samozřejmě více rozměrů a dává vám možnost být kreativní.”

Sam Morrissey, výkonný ředitel Urban Movement Labs, uvedl, že letadla se zpočátku pravděpodobně budou omezovat na stávající komerční letiště a letové dráhy, dokud úředníci nebudou schopni určit, jak lze přidat nová místa pro vzlety a přistání, aniž by došlo k narušení ostatních druhů dopravy. (Joby i Archer zahájili certifikaci podle pravidel pro stávající letadla s pevnými křídly.)

Aby nám nepadala

Jak se s oblibou v byznysu říká, pokud na zavádění novinky opravdu dojde, nebude to nic jednoduchého: “Představte si regulaci leteckých tras a pak to vynásobte milionem,” řekl nedávno pro BBC News Michael Taylor, odborník na cestování a technologie z americké výzkumné skupiny JD Power a pokračoval: “Je pravděpodobné, že se začne stanovením standardních tras pro drony nebo letecké taxi. Stanoví se pravidla, vyřeší se zádrhele a standardy se budou uplatňovat univerzálně, aby se minimalizoval počet mimořádných událostí.”

Aaron Belbasis, odborník na nové technologie z inženýrské a projekční firmy Aurecon, říká, že prvořadé jsou otázky zdraví a bezpečnosti. Poukazuje na to, že s větším počtem motorových vozidel ve vzduchu je statisticky pravděpodobné, že dojde k většímu počtu nehod. A dodává, že pokud by takový stroj, jaký výrobci navrhují, nekontrolovaně padal, bylo by to „aerodynamickou elegancí kamene“. V takovém případě by stroj byl všem na palubě, tak všem a všemu, kdo se ocitne v blízkosti jeho pádové dráhy.

Podle některých komentátorů hrozí i to, že investice do skyportů a další infrastruktury mohou zaostávat za investicemi do samotných vozidel eVTOL. Její zaostávání by pak mohlo vést k celé řadě špatně předvídatelných potíží.

Navzdory všem těmto problémům údajně mají města v USA, Evropě a Asii o „skyporty“ obrovský zájem. V několika příštích letech by údajně mohlo vzniknout až 200 „městských vzdušných přístavů”. Uvidíme, zda a kdy se doopravdy proletíme.

Výrobce čerpacích stojanů Adast plánuje, že v příštích letech zaměří svoji pozornost na vodík. Tuto alternativu k fosilním palivům dokáže díky CNG technologiím pro plnění do vozidel používat již nyní. Na svých čerpacích stanicích chce mít plnicí zařízení na vodík umístěná do roku 2027. Nejplynulejší přechod k vodíku přitom očekává u nákladní dopravy. Svůj výzkum a vývoj chce Adast v příštích letech soustředit také na zařízení umožňující využití vodíku v průmyslu nebo v domácnostech a rekreačních objektech v odlehlých oblastech.

„Vodíkové řešení pro klasickou dopravu máme připravené prakticky již nyní. Vychází z naší nové CNG stanice, která je koncipovaná tak, že v ní lze v určitém procentu pouštět i vodík. Zařízení stačí pouze osadit odlučovačem, který vodík z plynu vytáhne a umožní jeho uskladnění ve stanici. V momentu, kdy se tato alternativa začne v dopravě výrazněji prosazovat, můžeme kromě dosavadního plynu prakticky okamžitě začít využívat i vodík. Technicky se nejedná o nic složitého,“ řekl jednatel společnosti Adast Daniel Struž s tím, že společnost chce mít své technologie určené pro vodík k dispozici na čerpacích stanicích do roku 2027.

Podle celostátní strategie

Adast se svým přístupem snaží vycházet z Vodíkové strategie České republiky, kterou letos v červenci schválila vláda. Dotovaná vodíková vozidla by se podle ní měla v tuzemsku začít objevovat ve větší míře od roku 2024, vodíkový provoz na komerčním principu pak zhruba o devět let později. Aktuální infrastruktura čerpacích stanic s vodíkem přitom v Česku zatím neexistuje, ačkoliv se zde již první vozidla poháněná vodíkem objevují. Plnicí stanice lze najít nejblíže ve Vídni a Drážďanech, vůbec první veřejná plnička vodíku by pak měla vzniknout do konce roku v Dolní oblasti Vítkovic v Ostravě.

Vodíková strategie ČR počítá do budoucna s pomalu klesající cenou vodíku. Zatímco v nejbližších letech by se měl jeden kilogram vodíku pohybovat kolem 4 eur, po roce 2040 by měla jeho cena klesnout až k jednomu euru. Konkurenceschopné ceny s naftou by přitom mělo být dosaženo okolo roku 2027.

„U jednotlivých typů dopravy očekáváme nejplynulejší přechod k vodíku u té nákladní. Již dnes se zde ve větší míře používá CNG, které otevírá cestu k alternativám fosilních paliv,“ doplnil Daniel Struž s tím, že současný raketový růst cen energií včetně elektřiny by mohl nástup vodíku jako plně konkurenceschopného média ještě uspíšit.

Komplexní budoucnost

Adast přitom vnímá vodík nejen jako alternativu pro dopravu. „Vidíme v něm poměrně komplexní budoucnost, ke které nám chybí vývoj pouze některých komponentů. Ve finále tak může sloužit jak pro průmysl, tak domácnosti,“ říká Daniel Struž. Jako vhodný zdroj energie ho mohou využívat například odlehlá horská střediska, u nichž je připojení ke klasickým zdrojům buď komplikované, nebo příliš nákladné. Spousta těchto lokalit navíc leží v místech s podprůměrnou dobou slunečního svitu, tudíž zde není možné využít fotovoltaické panely.

„Odlehlá místa v nížinách se zase nemohou spolehnout ani na silnější vítr, a tak pro ně nepřipadá v úvahu ani větrná alternativa,“ popisuje jednatel společnosti Adast. Podle něj je tak řešením pro tyto lokality zásobník vodíku spolu s článkem přeměňující energii na elektřinu. Vodík by sem přitom v pravidelných intervalech vozil plnič. Adast se i proto chce v následujících pěti letech zaměřit na vývoj komplexního vodíkového řešení, aby domácnosti či řadoví uživatelé měli veškeré komponenty k dispozici od jednoho dodavatele.

Společnost Adast zároveň považuje za nutné vnímat vodík pouze jako jedno z možných řešení. Do kontrastu to dává s elektromobilitou, která byla donedávna obecně chápana jako jediná cesta do budoucna. „Řada aktérů už ale od tohoto pohledu upouští. Monotematická řešení jsou špatnou strategií, neboť jsou velmi náchylná na systémové výpadky,“ uzavírá Daniel Struž.

Elektromobily a hybridy byly dlouho určené jen milovníkům úsporné jízdy. Kouzlo ampérů ale postupně objevily i sportovní značky a benzinové koně doplnily či zcela nahradily ty elektrické. Nejnovější generace hypersportů se na ně spoléhá již zcela.

Průkopníkem elektrického pohonu u sportovních aut byl model Tesla Roadster (2008–2012). Dvoumístný vůz využíval hliníkovou konstrukci Lotusu Elise a jeho zadní kola poháněl třífázový elektromotor, jehož výkon v průběhu let vzrostl z původních 185 kW (248 k) na 215 kW (288 k) a při akceleraci na stovku (pod 4,0 s) pokořil i osmiválcová Ferrari. Uváděný dojezd byl 393 km a celkem vzniklo přibližně 2500 exemplářů.

Osobní auto šéfa Tesly Elona Muska bylo použito jeho společností Space X jako náklad při zkušebním startu rakety Falcon Heavy, a vypuštěno na heliocentrickou oběžnou dráhu, kde létá rychlostí přes 28 000 km/h. Kde se právě nachází, můžete zjistit na webu whereisroadster.com.

Rychlíci s kabelem

Krátce poté, co skončila výroba Tesly Roadster, se v roce 2013 se zrodila nová generace hybridních hypersportů LaFerrari, McLaren P1 a Porsche 918 Spyder s kabelem ve výbavě. Spíše než o spotřebu a ekologii (byť i zde hraje roli fakt možnosti vjezdu do nízkoemisních zón) se v jejich případě jednalo o omezení ztrát a větší efektivitu pohonného ústrojí.

Extra rychlé hybridní stroje spontánní reakcí na plyn díky zátahu elektromotoru v momentu, kdy ještě nestačil zabrat spalovací motor, nalákaly k hybridům i ty nejzarytější zastánce spalovacích motorů. Porsche 918 Spyder (2013–2015) s atmosférickým V8 2,7 l doplněným o dva elektromotory disponovalo 652 kW (887 k). Na elektřinu zásluhou největší baterie ujelo z této trojice nejdál (přibližně 30 km) a již tehdy se svou normovanou spotřebou 3,3 l/100 km ukázalo dnes již dobře známé plug-in hybridní kouzlení.

Porsche 918 Spyder s atmosférickým V8 2,7 l, který byl doplněný o dva elektromotory, disponovalo výkonem 652 kW 887 k. foto: Porsche
Porsche 918 Spyder s atmosférickým V8 2,7 l, který byl doplněný o dva elektromotory, disponovalo výkonem 652 kW 887 k. foto: Porsche

Neméně zajímavý McLaren P1 (2013–2015) s biturbo V8 a elektromotorem integrovaným do jeho bloku disponoval systémovým výkonem 674 kW (916 k). Na elektřinu se dalo ujet necelých 10 km a normovaná spotřeba byla neméně fantastických 8,6 l/100 km. O skoro šest více si „řeklo“ LaFerrari (2013–2018), ale to stejně registroval jen málokdo. Atmosférický V12 6,3 l doplněný o nejmenší baterii a elektromotor na konci dvouspojkové převodovky dávaly velkolepých 708 kW (963 k).

Nejlehčí vůz (1365 kg), ale také nejdražší (30 mil. Kč) vůz z této trojice sice uměl jet čistě na elektřinu jen do 5 km/h, ale stovka pod 3 s a maximálka přes 350 km/h vše vynahradila. Elektromotor systému HY-KERS v jeho případě měl naopak držet dvanáctiválec v otáčkách a cílenými dávkami točivého momentu pomáhal zkracovat dobu řazení a zvyšovat plynulost přeřazování. Tento systém se inspiroval ve formuli 1.

  • Organizátor Formule E letos poprvé pořádá i seriál elektrických buggy Extreme E. foto: Extreme E
  • Seriál závodů výhradně elektricky poháněných monopostů se jezdí od roku 2014. foto: Formule E
  • Systém pro obnovu kinetické energie KERS se ve formuli 1 používá již od roku 2009. foto: Renault Sport
  • Pininfarina Battista je čistým elektromobilem, který disponuje početným stádem 1900 koní. foto: Pininfarina
  • Mercedes-AMG One má vidlicový šestiválec o objemu 1,6 l, doplněný třemi trakčními elektromotory. foto: Mercedes-AMG
  • Ferrari SF90 Stradale disponuje systémovým výkonem 735 kW 1000 k a ujede v elektrickém módu 25 km. foto: Ferrari
  • Čistě elektrického Audi R8 e-tron vzniklo v letech 2015 až 2016 necelých sto kusů. foto: Audi
  • McLaren P1 2013–2015 s biturbo V8 a elektromotorem dokázal ujet na elektřinu jen necelých 10 km. foto: McLaren
  • LaFerrari poháněl kromě atmosférického motoru V12 6,3 l i elektromotor systému HY-KERS, který se inspiroval ve formuli 1. foto: Ferrari
  • Porsche 918 Spyder s atmosférickým V8 2,7 l, který byl doplněný o dva elektromotory, disponovalo výkonem 652 kW 887 k. foto: Porsche
  • Tesla Roadster se v roce 2018 stala průkopníkem elektrického pohonu u sportovních aut. foto: Tesla

Dlouhý a náročný vývoj

Rozhodnutí postavit hypersport s hybridní technikou převzatou z formule 1 se rozhodl vedle Ferrari i Mercedes, respektive jeho divize AMG. Koncept hypersportu Mercedes-AMG One se představil v roce 2017 na autosalonu ve Frankfurtu nad Mohanem.

Vyladění pohonného ústrojí s vidlicovým šestiválcem o objemu 1,6 l, doplněným třemi trakčními elektromotory (jeden je integrován s motorem a další dva pohání přední kola) si vyžádalo více času, než se původně plánovalo, a tak se sériová verze stále ještě nepředstavila. Agregát totiž musí prokázat větší odolnost a výdrž než motor pro závodní speciál, kterých má stáj Mercedesu ve formuli 1 na sezonu hned pět, a splnit i náročné emisní předpisy.

Systémový výkon má být přes 1000 koní, přičemž spalovací motor točí 11 000/min. Okolo 1,4 t vážící plug-in hybrid s čistě elektrickým dojezdem až 25 km má pokořit stovku za 2,6 s a dvoustovkou jet již za 6 s. Maximálka má být 350 km/h. První z 275 zákazníků, z nichž jeden pochází z ČR, si svůj vůz převezmou snad již v příštím roce.

Nejprodávanějším sportovním plug-in hybridem se stalo BMW i8 (2014–2020), které ve své době šokovalo neobvyklým spojením tříválce a dvou elektromotorů s celkovým výkonem 262 kW (356 k). Přestože jich vzniklo přes 20 tisíc kusů, pro BMW to byl ztrátový podnik. Ale také zajímavá zkušenost.

Kabel si dnes vozí také hypermoderní Ferrari SF90 Stradale, které oproti modelu LaFerrari může na elektřinu skutečně něco ujet (25 km). Se spalovacím motorem 4.0 V8 pracujícím v tandemu se třemi elektromotory disponuje systémovým výkonem 735 kW (1000 k).

Vysoce výkonný plug-in hybrid, který navazuje na dřívější model P1, má i McLaren Artura se zcela novým zážehovým motorem V6 a elektromotorem m celkový výkon 500 kW (671 k) a disponuje i čistě elektrickým jízdním režimem EV s dojezdem 30 km. Výkonný dobíjecí hybrid nabízí i Koenigsegg. Čtyřmístné GT Gemera disponuje díky spojení zážehového tříválce a tří elektromotorů výkonem 1250 kW (1700 k).

Na čistě elektrický pohon musel dozrát čas

Zatímco plug-in hybridní supersporty se vcelku chytly, ty čistě elektrické tvrdě narazily na nezájem zákazníků. Výjimkou byla jen již zmiňovaná Tesla Roadster. Další pokusy o elektrické supersporty skončily nezdarem.

Mercedes-Benz SLS AMG Electric Drive (2013) se čtyřmi elektromotory s celkovým výkonem 552 kW (751 k) i Audi R8 e-tron (2015–2016) se dvěma vzadu s celkovými 340 kW (462 k) se staly jen drahými hračkami konstruktérů. Prvního vzniklo jen asi 10 kusů, druhého necelá stovka. Přišly totiž příliš brzy a stály násobky toho, co klasické verze.

Mercedes-AMG One má vidlicový šestiválec o objemu 1,6 l, doplněný třemi trakčními elektromotory. foto: Mercedes-AMG
Mercedes-AMG One má vidlicový šestiválec o objemu 1,6 l, doplněný třemi trakčními elektromotory. foto: Mercedes-AMG

V současné době se o tučná konta zákazníků zajímá celá řada modelů: Lotus Evija, Pininfarina Battista, Rimac Nevera, Aspark Owl či Dendrobium D-1. V očekávání je i stále odkládaná druhá generace Tesly Roadster. Elon Musk slibuje zrychlení z 0 na 100 km/h za 1,9 s a dojezd téměř 1000 km.

Volty také stále více v závodech

Efektivita v případě spotřeby je součástí strategie v celé řadě motoristických disciplín. Zpočátku zejména hybridní pohon, jehož základní myšlenkou je optimální využívání energie. Již v roce 2007 Toyota využila kombinovaný pohon u Supry HR-V, která zvítězila v japonské 24hodinovce v Tokachi.

Ve formuli 1 se systém pro obnovu kinetické energie KERS používá od roku 2009. Toto zařízení ale zvyšuje hmotnost závodních speciálů a má vliv i na jejich vyvážení. Kromě ukládání energie do akumulátorů se objevilo i řešení velkokapacitními kondenzátory a rovněž varianta se setrvačníky. Funkční hybridní koncepty se úspěšně řadu let používají i ve vytrvalostních závodech FIA WEC (sportovní prototypy LMP1). Ty mají výhodu, že jsou větší než monoposty F1 a prostorově náročné komponenty se dají pod karoserií efektivněji rozmístit.

Hybridní ústrojí se začínají objevovat na vytrvalostních soutěžích a závodech, jako je Rallye Dakar a Le Mans. Mnohé další motoristické disciplíny jdou ale většinou spíše cestou plné elektrifikace. Elektrické vozy se pravidelně účastní závodu na vrch Pikes Peak a společně s hybridy přepisují tabulky rekordních jízd na Severní smyčce Nürburgringu. Organizátor Formule E chystá rovněž seriál elektrických silničních bugy Extreme E, připraven je i elektrický rallyecross či seriál elektrických cestovních vozů Pure ETCR.

Seriál závodů výhradně elektricky poháněných monopostů se jezdí od roku 2014. foto: Formule E
Seriál závodů výhradně elektricky poháněných monopostů se jezdí od roku 2014. foto: Formule E

Nemalé množství fanoušků elektromobility přilákal na výstaviště PVA EXPO v pražských Letňanech nedávno skončený veletrh e-SALON. Na jeho třetím ročníku se mezi osmi desítkami vystavovatelů, kteří prezentovali především osobní elektrické vozy, případně nabíjecí technologie, objevili i zástupci výrobců elektromobilní manipulační a komunální techniky, například společnost KOVACO Electric – česko-slovenský výrobce malých elektrických nakladačů.

Jediné svého druhu

Nejedná se sice o úplnou novinku – společnost KOVACO Electric tyto nakladače představila již v roce 2018 –, ale určitě máme co do činění s dvěma unikátními modely, podle výrobce zatím s jedinými komerčně vyráběnými elektrickými nakladači na světě.

Model Elise 900 si mohou zájemci zakoupit ve dvou variantách, resp. se dvěma typy olověných baterií (v plánu již jsou i lithiové). S baterií o kapacitě 240 Ah, která umožňuje elektromotoru poskytovat výkon 23 kW, může toto pracovní vozidlo manipulovat s nákladem o hmotnosti až 900 kg. Pokud je nakladač vybaven baterií s kapacitou 400 Ah, dosahuje nakladač výkonu 39 kW a zvládne tak zacházení i s břemenem vážícím 1400 kg. Slabší baterie umožňuje nakladači pracovat až po dobu 6 hodin, ta silnější dokáže udržet nakladač v provozu až 8 hodin. Jejich plného nabití lze dosáhnout za dobu o něco málo přesahující 5 hodin. Životnost baterií by podle výrobce měla dosahovat zhruba 1 700 cyklů.   

Nadstandardní vlastnosti

Nakladač není zajímavý jen svým elektrickým pohonem, nadstandardní je například i jeho světlá výška 262 mm, která je zárukou toho, že nakladač v obtížnějším terénu jen tak neuvízne. Také jeho stabilita je podle výrobce lepší, než jakou v této kategorii vozidel nabízí konkurence – boční náklon může dosáhnout až 47⁰, což je o 10⁰ více, než umožňují jiné obdobně konstruované nakladače s konvenčním pohonem. Dodejme, že při jízdě do kopce může maximální úhel stoupání dosáhnout až 35⁰.

Firma KOVACO porovnala své nakladače s dieselovou konkurencí i z hlediska hlučnosti a ukázalo se, že Elise 900 je více než 3,5krát méně hlučný.

Zajímavostí je možnost dálkového ovládání vozidla, a to buď prostřednictvím klasického dálkového ovladače se dvěma joysticky, nebo pomocí speciální aplikace nainstalované v mobilním telefonu.

Aby byla charakteristika úplná, uveďme ještě to, že nakladač umožňuje výměnu nakládací lopaty za jiná pracovní zařízení, jichž je celá škála, například za sněhovou frézu, sněhový pluh, štípačku dřeva, křovinořez, nosič balíků, paletové vidle, úhlový smeták nebo dokonce střihač stromů.

Malý, ale šikovný

Vedle modelu Elise 900 má KOVACO Electric v nabídce také kompaktní pásový malý nakladač MiniZ. Výrobce upozorňuje na to, že díky svým kompaktním rozměrům je MiniZ ideální i pro práce ve složitých interiérech. Jeho celková šířka 79 cm totiž zaručuje, že vozidlo projede většinou běžných interiérových dveří od šířky 80 cm včetně nainstalovaných dveřních křídel. Uplatnění ale najde i v zemědělství nebo v zahradní architektuře. S připravovanou řadou plně elektrických přídavných zařízení se navíc jeho možnosti ještě rozšíří.

Stejně jako jeho větší bratr i tento nakladač může být na jedno nabití v činnosti maximálně 8 hodin a k plnému nabití baterie dochází zhruba za 5,3 hodiny. Výkon tohoto pracovního stroje činí 11 kW, přičemž maximální hmotnost nákladu může dosáhnout až 400 kg.

Obdobně jako model Elise lze i tento ovládat na dálku – pomocí dálkového ovladače nebo mobilní aplikace. Také spektrum nástrojů je velmi podobné, jen je vše samozřejmě o něco menší.

Společnost KOVACO Electric, jejíž zbrusu nový výrobní závod se nachází ve Velké Dobré u Kladna, již vedle České republiky a Slovenska buduje svoji dealerskou síť i v řadě dalších, i mimoevropských zemí. V ostrém provozu je v současné době již asi 200 strojů – v Evropě, USA, Jižní Americe či dokonce Austrálii. Pomáhají například v jednom španělském dole, pokládají trávník na Estadio Santiago Bernabéu, stadionu hvězdného Realu Madrid, nebo rozvážejí krmivo zvířatům na amerických farmách. V České republice je jich sice zatím v provozu málo, ale poptávka prý rychle roste.

Lithium-iontové baterie spustila věk elektroniky do kapsy, a elektromobilů. Od svého uvedení na trh před třemi desetiletími naprosto radikálně zlevnily. Ale proč?

Když se dnes mluví o bateriích, často se opakuje, že jsou stále příliš drahé. Ovšem na začátku 90. let, kdy se na trhu poprvé objevily dnes dominantní “li-onky”, byly přímo nekřesťanské drahy. Více než třicekrát dražší dnes. Podle nedávné studie totiž cena lithiových akumulátorů za poslední tři desítky let klesla zhruba o 97 procent. Co za tímto rychlým poklesem cen stálo?

Na to se pokusila odpovědět v nové práci skupina odborníků z MIT. Podle nich byly zdaleka nejsilnějším faktorem úspěšné investice do výzkumu a vývoj, zejména v oblasti chemie a materiálových věd.

Jejich přínos byl větší než úspory z rozsahu – tedy úspory dané tím, že se baterie začaly vyrábět skutečně ve velkém v optimalizovaných závodech (ovšem úspory z rozsahu přispěly ke snížení cen druhým největším dílem). Nová zjištění byla zveřejněna v článku, který vydal odborný časopis Energy and Environmental Science.

Zjištění by mohlo údajně pomoci i při dalším plánovaní firem i států v této oblasti. Profesorka Jessika Tranciková (skutečně se píše s “k”) se nechala slyšet, že i další výhledy jsou poměrně optimistické, alespoň tedy podle analýzy, kterou udělal její tým. V technologii elektrochemických baterií jsou prý stále ještě značné rezervy a tedy prostor pro další pokles cen.

Jak na to

Podobné cenové analýzy bývají obtížné, protože většina relevantních informací se skládá z přísně chráněných obchodních údajů. “Prošli jsme akademické články, průmyslové a vládní zprávy, tiskové zprávy a specifikační listy. Dokonce jsme se podívali na některá právní podání. Museli jsme dát dohromady data z mnoha různých zdrojů, abychom získali představu o tom, co se v oboru vlastně děje,” příblížil práci týmu Micah Ziegler z MIT v tiskové zprávě.

Říká, že tým nakonec shromáždil “přibližně 15 tisíc kvalitativních a kvantitativních datových bodů v tisícovke záznamů (zpráva, dokumentů. článků atp.). Podle týmu byly nejméně spolehlivé (a také nejhůře dostupné) údaje z prvních let po uvedení tohoto typu baterií na trh. Nejistoty dokáže potlačit porovnání různých zdrojů dat ze stejného období, ale pouze do jisté míry.

Mnoho týmů, mnoho přístupů

Nakonec autoři dospěli k závěru, že více než polovina z celkového poklesu ceny je důsledek úspěšného výzkumu a vývoje. Tam autoři zahrnuli veškerý výzkum a vývoj bez ohledu na zdroj a formu financování: patří tam R&D v soukromém sektoru, tak ve státních či veřejně financovaných institucích. Dritvá část tohoto poklesu nákladů v rámci této kategorie výzkumu a vývoje byla důsledek pokroku v chemickém a materiálovém výzkumu.

To není samozřejmě. Odobrníci se pokoušeli v minulosti přistupovat v k problému z různých úhlů a různých stran. Vylepšovala se konstrukce samotných bateriových článků, výrobní zařízení a postupy, docházelo (a dochází) k neustálé optimalizaci dodavatelských řetězců atd.

První "gigatovárna": závod společností Tesla a Panasonic v Nevadě (kredit Tesla)
První “gigatovárna”: závod společností Tesla a Panasonic v Nevadě (kredit Tesla)

Byť za práci na vývoj lithiových baterií byla v roce 2019 oceněna Nobelovým výborem trojice vědců (více o nich v boxu na konci článku), inovace vedoucí k pokles ceny nejsou podle autorů nové studie dílem jednotlivců. Podle nich jde o plod dlouholetého úsilí mnoha lidí a mnoha týmů z různých pracovišť.

Z hlediska strategie podpory výzkumu a vývoje je zajímavé i to, že pokles ceny byl z velké části výsledkem investic realizovaných až po komercializaci technologie lithium-iontových baterií. Tedy ve fázi, kdy se někteří analytici domnívali, že přínos výzkumu bude méně významný. Ve skutečnosti hrál ovšem tento vliv ve snížování ceny hlavní vliv ještě téměř čtvrt století po uvedení baterií na trh.

Nejen pro baterie

Studie využila analytický přístup, který Tranciková a její tým původně vyvinuli pro analýzu podobně prudkého poklesu nákladů na výrobu křemíkových solárních panelů v posledních několika desetiletích. A využili ho také k analýze růstu nákladů na jadernou elektrárny ve Spojených státech. “Naše práce míří k pochopení základním mechanismům technologických změn,” říká Tranciková.

Jednou z výhod metodiky, kterou Tranciková a její kolegové vyvinuli, je podle ní to, že pomáhá roztřídit relativní význam různých faktorů, když se mění mnoho proměnných najednou – právě to se totiž obvykle při zdokonalování technologií děje. “Nejde o prosté sečtení vlivu těchto proměnných na náklady,” vysvětluje Tranciková, “protože mnoho z těchto proměnných ovlivňuje mnoho různých složek nákladů. Je to taková složitá síť závislostí.”

Práce by podle autorů mohla být vodítkem při schvalování veřejných výdajů na výzkum a vývoj, ale posloužit by mohla i soukromým investorům. Které faktory z těch, jenž mohou ovlivnit, skutečně mají ovlivňovat? Na co vynaložit dostupné zdroje?

John Goodenough slaví 95. narozeniny (foto UoT)
John Goodenough slaví 95. narozeniny (foto UoT)

Jak to bylo s vytvořením “lionek”

Když byli 9. října 2019 oznámeni nositelé Nobelovy ceny za chemii, málokdo byl překvapený. Medaili a s ní spojenou prémii dostali John B. Goodenough, Stanley Whittingham (oba USA) a Akira Jošino (Japonsko). V podstatě by se dalo říci, že cena byla očekávána. Proč? Protože všichni tři zcela zásadně přispěli k vývoji materiálů, které najdete v bateriích, jež pohánějí nejen všechny možné druhy elektroniky, ale také elektromobily. Cynicky řečeno se udělení ceny se očekávalo nejen kvůli významu objevu, ale také proto, že John Goodenough je ve velmi požehnaném věku (97 let), a Nobelova cena se neuděluje posmrtně (Dodejme, že John Goodenought stále žije a je dokonce i ještě vědecky aktivní, byť jeho některé nedávné výsledky nejsou příjimány úplně kladně.)

Z laického hlediska jsou současné „lithium-iontové“ baterie v principu poměrně jednoduchá zařízení. Tvoří je samozřejmě dvě elektrody oddělené membránami a tekutým elektrolytem, který představuje „dálnici“ pro nabité ionty putující od jedné elektrody ke druhé. Když se baterie nabíjí, kladná elektroda (katoda) ze slitiny lithia uvolňuje ionty. Ty se přesunují k záporné anodě, která je obvykle tvořena uhlíkem. Ionty z katody se skryjí v uhlíkových vrstvách anody, kde čekají, až bude energie v baterii zapotřebí. Pak začne celý proces probíhat opačně: ionty z anody putují na katodu, kde se setkají s elektrony přicházejícími z druhé strany sepnutého obvodu. Může se zdát nepochopitelné, proč trvalo tak dlouho, než taková baterie vznikla.

Už nejméně století víme, že lithium je díky svým vlastnostem ideální surovinou pro výrobu baterii. Ale v praxi byl tento kov nepoužitelný. Po téměř celé 20. století si tak lidstvo vystačilo s bateriemi, které z velké části vznikly ještě ve „století páry“. Například klasický olověný akumulátor byl poprvé postaven v roce 1859. Situace se začala měnit díky práci laureátů a mnoha dalších vědců zhruba od 70. let.

První krok udělal Stanley Whittingham, který vytvořil funkční baterii s jednou lithiovou elektrodou. Jak to občas ve vědě bývá, k výsledku dospěl dosti velkou náhodou: věnoval se výzkumu vhodných supravodičů (tedy látek, které vedou elektřinu zcela beze ztrát). Experimentoval se sulfidem titaničitým. Zjistil, že to sice není materiál supravodivý, ale mohl by velmi dobře fungovat jako elektroda v baterii. V podstatě si ho lze představit jako plástev s mnoha vrstvami, mezi které se schovávají ionty lithia. Baterii tedy stále „pohání“ lithium, ale může ho obsahovat méně a v méně nebezpečné formě.

Výsledek byl ovšem polovičatý: Whittingham postavil baterii s katodou ze svého nově objeveného zázračného materiálu a anodou z čistého lithia. Vznikla tak dobíjecí baterie s na svou dobu vysokou hustotou energie a vhodným rozsahem pracovních teplot. To se pozdávalo i managementu společnosti Exxon, která během tehdejší ropné krize po jediné čtvrthodinové schůzce další vývoj zafinancovala. Ovšem zároveň byl jeho výrobek dosti nebezpečný.

Požáry v Whittinghamově laboratoři byly údajně tak časté, že mu místní hasiči začali účtovat použití speciálních směsí nutných pro hašení lithia. Výkony baterie se i tak dařilo zlepšovat. V roce 1976 Whittingham veřejně oznámil svůj vynález a začal baterie vyrábět v malých sériích pro hodinářský průmysl. Ale rozšířit řady zákazníků se dařilo jen pomalu. Navíc na začátku 80. let klesla cena ropy, Exxon začal šetřit a financování vývoje ukončil.

Výzkum pak převzal John Goodenough. Jako materiálový vědec měl pocit, že jeho předchůdce plně nevyužil potenciál své baterie. Jeho znalosti mu napovídaly, že kdyby se podařilo nahradit sulfid nějakým vhodným oxidem, mohlo by se výrazně zvýšit napětí baterie. Jeho tým se nakonec setkal s velkým úspěchem. Zjistili, že při využití katody z oxidu lithia a kobaltu (tzv. oxid kobaltolithný LiCoO2) stoupne napětí baterií na dvojnásobek původní hodnoty, zhruba na 4 V. LiCoO2 je od té doby jeden z nejpoužívanějších materiálů v bateriích. A také to není jediný Goodenoughův důležitý objev.

Jeho skupina například jako první přišla s další podobou lithiových akumulátorů, dnes stále rozšířenějších lithium-železo-fosfátových akumulátorů (tedy s katodou z LiFePO4).

Při povídání o práci posledního z oceněných, Akira Jošiny (angl. transkripcí Akira Yoshino), se dostávám už do 80. let. V Japonsku výrobci elektroniky hledali nové typy „pohonu“ pro spotřební elektroniku, kterou vyváželi do celého světa. Jošino pracoval s baterií vylepšenou podle receptu obou spolunositelů letošní ceny za chemii, ale pokoušel se ji učinit ještě praktičtější a bezpečnější.

Chtěl se například zbavit kovového lithia. Katodu vyrobil z Goodenoughem objeveného oxidu lithia a kobaltu a zkoušel k ní anody z různých uhlíkatých materiálů, které by sloužily jako „klec“ na lithiové ionty. Předchozí výzkumy ukázaly, že to by mohla být slibná cesta, jak zcela nahradit elektrody z klasického kovového lithia, které se ukázaly tak nebezpečné například pro Whittinghamovu laboratoř.

Jošino experimentoval s různými materiály, průlomu ovšem dosáhl, když sáhl po tzv. ropném koksu. To je velmi křehký materiál, který vzniká za vysokých teplot z těžších složek ropy. Při vhodném zacházení a úpravách vznikne materiál složený téměř výhradně z čistého uhlíku s malým podílem dalších příměsí (obsah uhlíku u „vyčištěného“ ropného koksu je až 99,5 %). Jošino tak dokázal z baterie zcela odstranit čisté lithium a učinit ji výrazně méně hořlavou.

Lithiové baterie tak byly po desetiletích teoretických úvah a pokusů připraveny ke každodennímu využití. Uvedení do praxe se dočkaly v roce 1991 a od té doby jejich význam jen a jen roste – a cena klesá.

Bateriová úložiště by podle odhadů agentury Bloomberg měla do roku 2030 celosvětově dosáhnout kumulativního výkonu 358 GW / 1 028 GWh, což je více než dvacetinásobek toho, co bylo realitou na konci roku 2020. Tehdy byla na celém světě v provozu bateriová kapacita o velikosti 17 GW / 34 GWh. Tento boom stacionárního skladování energie si ovšem na investicích vyžádá více než 262 miliard amerických dolarů.

Autoři studie BloombergNEF’s Global Energy Storage Outlook 2021 odhadují, že mezi lety 2021 a 2030 na celém světě vznikne nová úložná kapacita o velikosti 345 GW / 999 GWh, což je například více, než kolik mělo loni na výrobu elektřiny celé Japonsko.

V příštích letech by měly hrát v odvětví bateriových úložišť dominantní roli dvě země: USA a Čína. Ty jakožto dva největší trhy se stacionárními bateriemi by se na jejich nových instalacích měly společně podílet více než z poloviny. Opomenout ale nelze další silné trhy, které jsou v Indii, Austrálii, Německu, Spojeném království a Japonsku.

Z regionálního hlediska by mělo do roku 2030 nejvíce bateriového výkonu vzniknout v jihovýchodní Asii a Tichomoří. V Severní a Jižní Americe by zase mělo dojít k největšímu nárůstu bateriové kapacity. Evropa, Střední východ a Afrika v současnosti zaostávají, a to především kvůli nedostatku správně zacílených politických pravidel a pobídek, což je v případě Evropy poněkud překvapivé, vezmeme-li v úvahu její velmi ambiciózní cíle v boji se změnou klimatu. Růstový potenciál je zde tedy značný.

Bezprecedentní růst

Prognóza naznačuje, že zhruba 55 % bateriových úložišť vybudovaných do roku 2030 bude součástí energetických distribučních řetězců – budou sloužit například ke skladování solární nebo větrné energie. Projekty propojující obnovitelné zdroje, zejména pak solární, s bateriovými úložišti, se ostatně již nyní stávají poměrně obvyklým jevem. To potvrzuje i hlavní autor výše zmíněné zprávy Yiyi Zhou: „Globální trh s úložišti roste bezprecedentním tempem. Klesající ceny baterií a prudký nárůst obnovitelných zdrojů činí z bateriových úložišť flexibilní zdroj v mnoha energetických systémech. Projekty skladování energie nabývají na velikosti a jsou stále více propojeny s obnovitelnými zdroji.“

Růst by měly rovněž rezidenční a firemní bateriová úložiště. V tomto ohledu patří k silným trhům Německo a Japonsko, významné jsou ale také Austrálie a Kalifornie. Úložiště energie umístěná v domácnostech a ve firmách by měla do roku 2030 tvořit přibližně jednu čtvrtinu všech světových úložišť.

Další možnosti

Zajímavý je rovněž aktuální technologický vývoj. Ve hře je totiž několik typů lithium-iontových baterií, které budou soupeřit o to, která technologicky i ekonomicky převáží nad ostatními. Letošní rok by pak měl být podle studie Bloombergu zlomem, kdy stacionární baterie na bázi fosforečnanu lithného a železnatého (LFP) poprvé převáží nad bateriemi na bázi nikl-mangan-kobalt (NMC). Do roku 2030 by se pak chemická báze LFP měla stát v rámci lithium-iontových úložných baterií tou nejpoužívanější, a to především díky své dominantní roli v Číně a jejímu poměrně rychlému šíření i ve zbytku světa. V dohledné budoucnosti by se navíc mohly začít komerčně prosazovat i sodíkové baterie.

Dodejme, že kromě baterií je aktuálně ve vývoji i mnoho nebateriových úložných technologií, jako je například skladování energie pomocí stlačeného vzduchu či termální ukládání. Je však více než pravděpodobné, že minimálně v příštích 10 letech budou bateriové systémy převažovat, a to z velké části díky jejich cenové konkurenceschopnosti, zavedeným dodavatelským řetězcům a již dobře prokázané efektivitě. Pokud se však novým úložným technologiím podaří komerčně se prosadit dříve, bude to pro ekonomiku i ekologii jen dobře.

Rychlý přechod k elektrifikované letecké přepravě má těžký probléem. Dnešní baterie nestačí požadavkům, která se na dopravní stroje kladou.

Všichni dobře víme, že změny nebývají jednoduché. Byť jsou ve výsledku třeba pozitivní, málokdy je snášíme bez skřípění zubů. Není tak divu, že proponenti změn dělají vše pro to, aby naše obavy zmírnili a dopředu nás utěšili.

Přesně to se dnes děje v oboru elektrického létání, upozorňuje v nedávném sloupku pro časopis IEEE Spectrum Václav Smil, v Kanadě působící odborník českého původu a autor mnoha knih, které s oblibou doporučuje například Bill Gates.

Opakovaně se nám dostává ujištění, že potenciál komerčního elektrifikované letecké dopravy je ohromný a tato nová kategorie letadel zcela změní náš život. Skutečnost je ovšem podstatě skromnější, vysvětluje Smil.

Nepovedené starty

Kdyby měly pravdu všechny zprávy, elektrická letadla by byla už dávno mezi námi. V roce 2017 společnosti Boeing a JetBlue financovaly americkou společnost Zunum Aero, která neslibovala nic menšího než proměnu letecké dopravy pomocí elektrických letadel na krátké vzdálenosti schopných přepravit 12 osob, a to do roku 2022. O dva roky později společnost Boeing odmítla pokračovat ve financování projektu.

Na pařížském leteckém veletrhu v červnu 2019 představil generální ředitel společnosti Eviation Alici, devítimístné příměstské letadlo, které mělo dva tlačné motory na koncích křídel – což je velmi pochybná konstrukce – a řekl: “Tohle není nějaké hypotetické letadlo… Už funguje.” Nefungovalo. První let se neuskutečnil, jak bylo oznámeno, a v roce 2021 byly motory přemístěny na záď trupu.

Čím větší nároky, tím rychlejší ústup. První elektrické letadlo na světě, Sun Flyer, letělo v červenci 2017 v Oshkoshi ve Wisconsinu půl hodiny ve výšce 1 000 stop. Konstruktér, společnost Bye Aerospace, uvedl, že postaví větší model schopný přepravit čtyři osoby na vzdálenost 300 mil – skutečný převrat. FAA tvrdí, že do roku 2020 povolí provoz elektrického letadla. Sun Flyer má však problémy s naplněním očekávání.

Sun Flyer 2 vzlétl v říjnu 2018 a poprvé přeletěl kanál La Manche, ale pouze se dvěma lidmi – ne se čtyřmi. Letadlo bude nyní rozšířeno, aby se do něj vešli čtyři lidé. Větší verze, Sun Flyer 4, měla vzlétnout v roce 2019, aby byla připravena k certifikaci v roce 2020. Nyní však není stanoveno žádné datum prvního startu.

Pravda, existuje Pipistrel Velis Electro, první elektrické letadlo, které získalo letovou certifikaci Evropské unie. Je schopen přepravovat pouze dvě osoby, a má zhruba hodinovou výdrž. Nejrychlejším elektrickým letadlem vůbec je zatím pouze sportovní Rolls-Royce Spirit of Innovation (Duch Inovace), který žádné cestující nevozí a vozit nikdy nemá.

Většina nových technologií nastupuje pomalu a lopotně, to se dá očekávat. V případě elektrifikace letectví nejde ovšem jen o to, že část příliš ambiciózních výrobců či kladla nerealistické cíle a dočkala se logického neúspěchu. Problém je mnohem zásadnější. Či možná by bylo lepší říci širší.

Tisíce, miliony, miliardy

Celý světový letecký průmysl – včetně nákladních, charterových a firemních letů – přepraví ročně 6 miliard cestujících a 2 miliardy tun nákladu. Pokud by všech 11 000 komerčních letadel (a 100 000 soukromých tryskáčů), která jsou dnes v provozu, bylo nahrazeno elektrickými letadly, ušetřilo by se 4,4 milionu tun paliva ročně, což by mohlo odpovídat zhruba částce kolem 50 miliard dolarů.

 Celosvětová flotila letadel pro přepravu cestujících však roste o více než 8 % ročně. Očekává se, že do roku 2030 se roční růst zpomalí na 5 %, což stále znamená zdvojnásobení celosvětové flotily letadel každých 15 let.

Letecká doprava vzrostla z 28 miliard osobokilometrů v roce 1950 na 2,8 bilionu osobokilometrů v roce 2000, což představuje stonásobný nárůst. Před pandemií pak dosáhl roční objem přepravy téměř 9 bilionů osobkilometrů.

Biliony osobokilometrů mohly tak rychle přibýt díky nástupu širokotrupých letadel přepravujících 300 až 500 cestujících na jedno letadlo mezi kontinenty. Jak připomíná Smil, rychlý nárůst objemu přepravy byl možný díky letům na dlouhých, a přitom velmi frekventovaných trasách. Mezi Evropou a Severní Amerikou je zapotřebí překonat zhruba šest tisíc kilometrů. Na cestě mezi Evropou a východní Asií je zapotřebí překonat vzdálenost kolem osmi tisíc kilometrů. A mezi Severní Amerikou a Asií leží zhruba 11 tisíc kilometrů širého oceánu.

Proti tomu nárůst přepravy na kratší vzdálenosti byl podstatně méně výrazný. Pokud k němu došlo, tak především ve větších zemích a na delších trasách. Na menších vzdálenostech letadla tak dobře jiným typům dopravy konkurovat tak účinně nemohou. Příkladem ostatně může být nedávné ukončení provozu letecké společnosti Alitalia. Ta v nezvykle vysoké míře spoléhala na domácí linky, kde se ovšem ukázaly populárnější levnější, pohodlně a prakticky stejně rychlé vlaky (pravda do jisté míry dotované státem).

Mimochodem, příklad Itálie ukazuje, že “elektrifikace letectví” někdy může proběhnout v podstatě uzemněním letadel. Došlo k výměně jednoho dopravního prostředku za jiný. To je možné u regionálních linek, zatím ale nemáme dopravní prostředek, který by letadla dokázal takto jednoduše nahradit na delší vzdálenosti. Může na nich tedy proběhnout přímočará výměna letounů na fosilní paliva za letadla na baterie?

Problém paliva

Motory dnešní dopravních strojů jsou poháněny leteckým petrolejem, který poskytuje energii téměř 12 000 watthodin na kilogram. Naproti tomu nejlepší současné komerční li-ion baterie poskytují méně než 300 Wh/kg, tedy jednu čtyřicetinu (1/40) energetické hustoty petroleje. Dokonce i když vezmeme v úvahu vyšší účinnost elektromotorů, klesne efektivní hustota energie přibližně na pět procent hodnoty petroleje, tedy jednu dvacetinu (1/20). Tuto výkonností propast mohou baterie v příští dvou desetiletích těžko překonat.

Za posledních 30 let se maximální hustota energie baterií zhruba ztrojnásobila. I kdyby elektrochemici tento výkon zopakovali a v roce 2050 nám poskytli baterie s kapacitou 1 000 Wh/kg, stále by to zdaleka nestačilo na to, abychom mohli letět letadlem bez mezipřistání z New Yorku do Tokia, což už léta dělají letecké společnosti All Nippon Airways, Japan Airlines a United Airlines s Boeingem 777. A zatímco letadla na kerosin jsou cestou k cíli pouze lehčí a lehčí, elektrická letadla budou s sebou musí vždy nést obrovské baterie.

Neměli bychom se nechat zmást analogií s elektrickými vozy. Jak automobily, tak letadla musí sice překonávat v pohybu především odpor vzduchu. Ovšem síly, kterým jsou vystaveny, jsou velmi rozdílné. Elektromobil dosahuje maximální rychlosti přibližně 160 kilometrů za hodinu. Typický elektromobil o hmotnosti dvou tun musí při této rychlosti vyvinout k překonání odporu vzduchu sílu řádově stovek Newtonů. To si v podstatě můžete představit jako sílu, kterou Země přitahuje objekt o hmotnosti řádově několika desítek kilogramů.

Ovšem větší dopravní letadlo musí překonat odpor vzduchu o několik řádů vyšší, obvykle ve stovkách tisíc Newtonů. Při současné hustotě baterií si takový stroj vůbec těžko představit. Baterie by rozhodně tvořily velkou část jeho celkovou hmotnosti, i kdyby byly výrazně výkonnější než dnes.

Na papíře samozřejmě existují způsoby, jak si s problémem poradit. Baterie nemusí být umístěny v samotném letadle. Baterie by se mohly například vyměňovat za letu, čímž by se snížila potřeba letadla schopného pojmout tisíce kilowatthodin lithium-iontových baterií. Tento scénář by však musel zahrnovat flotilu elektrických letadel, která by cestovala v tandemu. Kromě toho by elektrické letadlo muselo nést další komponenty, včetně motorů, převodovek, vrtulí, motorů. Jinak řečeno, jde zatím o sci-fi.

Existuje trh, na kterém se elektrické stroje mohou uchytit: je to doprava menšího počtu osob na menší vzdálenosti: v podstatě tedy „aerotaxi“. V této oblasti jsou technické překážky nejmenší a nejsnáze překonatelné, Jak jsme ale uváděli, podíl takových letadel na celkovém trhu je velmi malý.

Elektrifikace letů na krátké vzdálenosti by i tak samozřejmě mohla mít svoje výhody a mohla by zlepšit život a zpříjemnit cestování milionům, které žijí v odlehlejších částech světa. V řadě případů by mohla možná i dopravu zlevnit, třeba díky snížení nákladů na dopravu paliva na odlehlejší letiště (samozřejmě by bylo nutné vybudovat v takových místech zdroje elektřiny, ale to má i další přidružené pozitivní efekty). Ovšem zavedení malých vrtulových letadel na elektrický pohon svět letecké dopravy nezmění.

Stroj Alice v barvách společnosti DHL (foto DHL)
Elektrické letadlo Alice společnosti Eviation. Letoun se má dodávat jak v nákladní verzi, tak i verzi pro přepravu osob. K ovládání stroje stačí jeden pilot, nosnost je poměrně skromných 1200 kilogramů. Doba nabíjení na jednu letovou hodinu je přibližně 30 minut. Maximální dolet je 815 kilometrů. Tucet těchto strojů předběžně objednala společnost DHL. (foto DHL)

Peníze, peníze

Letecký průmysl navíc vyžaduje obrovské investice. Odhady před začátkem epidemie nemoci covid-19 uváděly, že v letech 2018 až 2038 se bude kombinovaný trh s novými letadly spolu s náklady na jejich údržbu, opravy a související výcvikové služby pohybovat v řádu 16 bilionů amerických dolarů. Takto obrovské výdaje vyžadují dlouhé plánovací horizonty, zakotvené v závazcích ke konkrétním projektům a objednávkám letadel.

Letecký průmysl si je vědom rozdílu mezi svými potřebami a technologií baterií. Mezinárodní asociace leteckých dopravců (IATA), která zastupuje 275 leteckých společností, uvádí, že “do doby, než se elektrická letadla stanou realitou, zbývá ještě nejméně 20 let”. Očekává se, že do roku 2037-38 se rozdíl zmenší natolik, že umožní “rychlý nárůst” počtu elektrických letadel.

IATA se v tomto případě řídí historickým precedentem. Pokud se podíváme na historii nasazení nejdůležitějších leteckých motorů, zjistíme, že většina z nich byla zavedena až po 20 letech, a některým dokonce trvalo téměř 40 let, než dosáhly svého plného potenciálu.

Vyvinout a zkonstruovat nový významný letecký motor, který může pohánět širokou škálu letadel, a nejen několik modelů, trvá dlouho. Dlouhou dobu trvá také vybudování infrastruktury a vyškolení inženýrů pro podporu provozu a údržby tohoto nového motoru a modelů letadel a flotil, které bude pohánět.

To znamená, že o příštích několika desetiletích v tomto odvětví je již rozhodnuto. Vzhledem k tomu, že průměrná životnost dopravních letadel je něco málo přes 20 let, nadcházející nákupy nových letadel rozšíří stávající flotilu nejméně o polovinu. A všechna tato nová letadla budou spoléhat na motory poháněné kerosinem.

Letecká a lodní doprava v současnosti přispívají k celkovým antropogenním emisím CO2 přibližně osmi procenty a aktuální opětovný růst cestovního ruchu, výroby a obchodu tento příspěvek pravděpodobně ještě zvýší. Vedle elektrických pohonů se jako prostředek schopný tento růst zbrzdit poměrně slibně jeví pohonné hmoty typu drop-in (syntetická alternativa kapalných uhlovodíkových paliv z ropy, jako je letecký petrolej, benzín nebo nafta) vyráběné z vody a CO2 za pomoci sluneční energie.

Švýcarským vědcům z vysoké školy ETH Zürich se nyní podařilo vytvořit celý termochemický výrobní řetězec, od zachytávání vody a CO2 z okolního vzduchu až po finální syntézu drop-in pohonných hmot (např. metanol nebo letecký petrolej). Použili k tomu modulární solární systém o výkonu 5 kW, který po dva roky provozovali na střeše strojní laboratoře v centru Curychu ve zcela reálných podmínkách, tedy při velmi proměnlivém slunečním svitu. Nyní výsledky své práce představili v prestižním vědeckém časopise Nature.

K přednostem tohoto termochemického procesu, který využívá jako zdroj procesního tepla koncentrované sluneční záření, patří rychlost a účinnost výroby, jejímž finálním produktem jsou uhlíkově neutrální paliva. Paliva typu drop-in jsou plně navíc plně kompatibilní se stávající infrastrukturou pro skladování a distribuci pohonných hmot.

Účinnost zatím slabinou

Malá solární rafinerie, kterou vybudovali švýcarští odborníci, se skládá ze tří termochemických konverzních jednotek integrovaných v sérii. První v řadě je jednotka pro přímé zachycování vzduchu, která nasává CO2 a vodu přímo z okolního vzduchu. Druhá je solární redoxní jednotka, která tyto látky přeměňuje na specifickou směs CO a H2, takzvaný syngas. Třetí je jednotka přeměňující syntézní plyn na kapalné uhlovodíky.

Slabou stránkou stávajícího zařízení je, že jeho energetická účinnost je stále příliš nízká. Nejvyšší míra účinnosti, které se dosud solárnímu reaktoru podařilo dosáhnout, je totiž pouhých 5,6 procenta. Ačkoli je tato hodnota světovým rekordem v kategorii solárního termochemického štěpení, rozhodně není dostačující. Výzkumníci proto slibují podstatnou optimalizaci celého procesu. Naopak důležitým úspěchem jejich práce je, že při štěpení na vodu a CO2 nevznikají žádné nežádoucí vedlejší produkty termochemických reakcí.

Jak tedy systém dále zlepšit, aby se zvýšila jeho účinnost? Zásadní je podle Švýcarů rekuperace tepla mezi redoxními kroky termochemického cyklu, protože tím se může zvýšit účinnost solárního reaktoru na více než 20 procent. Dále je zde prostor pro optimalizaci struktury redoxního materiálu, například pomocí 3D tisku vyrobených hierarchicky uspořádaných struktur pro zlepšení přenosu tepla a hmoty. Výzkumníci nyní vynakládají velké úsilí oběma těmito směry.

Nasazení této technologie v průmyslovém měřítku se v tuto chvíli již zdá být vcelku reálné. Tzv. heliostat je totiž možné podle potřeby snadno zvětšit. Současná solární minirafinerie používá solární reaktor o výkonu 5 kW, ale testován již byl i reaktor desetkrát větší. Pro modul o výkonu 1 MW by však bylo třeba sestrojit reaktor zhruba dvacetkrát větší, než je ten stávající. U solární věže, která bude použitelná pro komerční účely, se počítá s více moduly solárních reaktorů, přičemž se předpokládá i využití infrastruktury již existujících komerčních solárních elektráren.

Malý kousek pouště

Solární reaktor potřebuje mnoho přímého slunečního světla a minimum bezeslunných dnů. Má proto smysl je stavět především v lokalitách, jako je jižní Španělsko a severní Afrika, země Arabského poloostrova, Austrálie, jihozápad USA nebo pouště Číny a Chile. Obecněji řečeno: v regionech, kde je množství ročního přímého slunečního záření vyšší než 2 000 kWh/m2. Výrobní řetězec sice potřebuje hned na počátku kondenzovat vodu z okolního vzduchu, ale i pouštní vzduch je dostatečně vlhký, aby jí dodal potřebné množství. Pouštní země je navíc relativně levná, protože mnoho jiných využití nemá. Konkurenční střet s potravinovou produkcí zde tedy určitě nehrozí.

Podle Švýcarů by tak šlo budoucí celosvětovou poptávku po leteckých pohonných hmotách uspokojit využitím méně než jednoho procenta vyprahlé půdy na Zemi. „Abychom to uvedli do kontextu, v roce 2019 byla celosvětová spotřeba leteckého petroleje 414 miliard litrů; celková zastavěná plocha všemi solárními elektrárnami potřebnými k plnému uspokojení celosvětové poptávky po leteckém petroleji by byla asi 45 000 km2, což odpovídá 0,5 procenta rozlohy saharské pouště,“ uzavírá Aldo Steinfeld .

Načíst další