Vodíkový pohon prohrál. Do aut ani náklaďáků se už neprosadí, tvrdí expert

Článek si můžete také poslechnout v audioverzi.

Dokonale čistá auta s vodíkovým pohonem slibují marketingová oddělení automobilek již roky (třeba BMW v roce 2006). V posledních letech plány nabývají konkrétnějších obrysů. Nejlehčí plyn by se mimo jiné měl stát například významným ruským exportním artiklem.

Otázkou je, zda „promarněné roky“ nebyly příliš dlouhé. Bateriová konkurence v rámci čisté dopravy učinila během poslední dekády ohromný skok kupředu. Má smysl investovat do vodíku pro pohyb na silnicích?

Předpovídání je vždy ošemetná věc, zvláště pokud se týká budoucnosti, jak se říká. Ale například fyzik Patrick Plötz z německého Fraunhoferova ústavu pro výzkum systémů a inovací se domnívá, že vodík přichází prostě pozdě. Proč, to shrnul v článku pro časopis Nature Electronics (text je zamčený).

Plötz se dnes věnuje především otázkám přechodu k novým druhům pohonů a energetické účinnosti, i když svou kariéru začínal u teoretické částicové fyziky.

Plötz vychází z celkem jasné premisy, že není mnoho času. Ač my v Česku tomu stále nechceme uvěřit, silné a majetné západní státy chtějí rychlou změnu. V Pařížské dohodě se signatářské státy zavázaly, že doprava by měla být klimaticky neutrální – to znamená, že by měla mít nulové čisté emise skleníkových plynů – již během několika desetiletí.

Nic přitom nenasvědčuje tomu, že by došlo ke změně na straně nás uživatelů. Lidé zřejmě nepřestanou jezdit méně, či využívat nějaké „zelenější“ druhy dopravy (kolo, hromadnou dopravu). Vyspělé země jsou „uvězněny“ v závislosti na automobilech. Automobilky jsou důležitou součástí ekonomiky, existuje rozsáhlá a velmi drahá silniční infrastruktura, auta jsou společenský symbol a tak dále a tak podobně.

To tedy znamená, že státy, které to se snižováním emisí myslí vážně, budou hledat alternativy, které jsou opravdu rychle dostupné. Budou se mezi dostupnými technologiemi rozhodovat již nyní, navzdory nejistotě, která technologie by v dlouhodobém měřítku mohla být skutečně nejlepší.

I když tedy podle Plötze vodík určitě může v řadě oborů, včetně některých druhů dopravy, najít své místo, pro silnice prostě nebude připraven včas. Pokud jsou závazky ve změně emisí z dopravy míněny vážně, nelze čekat, až vodíková technologie dožene náskok. Už nyní by se měl vývoj a další podpora zaměřit na bateriová elektrická vozidla, a to v osobní, tak i nákladní dopravě.

V segmentu osobních automobilů je situace už dnes celkem jednoznačná. Na začátku 2021 bylo na celém světě přibližně 25 tisíc automobilů s vodíkovými palivovými články. Téměř všechny, více než 90 %, se nachází pouze ve čtyřech zemích: Koreji, Spojených státech, Číně a Japonsku. V současné době jsou od světových výrobců k dispozici pouze dva modely osobních automobilů na palivové články. Elektromobily s palivovými články také nelze tankovat doma. Vodíkových čerpacích stanic je na světě v provozu přibližně 540.

Na začátku roku 2022 přitom na silnicích po celém světě jezdilo zhruba 15 milionů elektromobilů a plug-in hybridů. Na výběr je z více než 350 modelů. Pro uživatele, kteří nemohou nabíjet doma, nebo se jim to v danou chvíli nehodí, bylo k roku 2020 na celém světě v provozu přibližně 1,3 milionu veřejných nabíječek; čtvrtina z nich s výkonem alespoň 22 kW. Nabíjecí výkony také rostou: v Evropě je podle údajů sebraných Mezinárodní agenturou pro energii (IEA) v provozu více než 1 000 dobíjecích míst s výkonem 300 kW.

Když měla bateriová elektrická vozidla omezený dojezd pod 150 km a nabíjení trvalo několik hodin, rýsoval se pro vozidla s palivovými články důležitý a velký segment trhu: cestování na dlouhé vzdálenosti. Bateriové elektromobily však nyní nabízejí reálný dojezd kolem 400 km a nejnovější generace používají baterie s napětím 800 V, které lze nabít na dojezd 200 km za přibližně 15 minut. Je málo uživatelů, kterým něco takového nebude stačit.

Podle Plötze jsou mnohé současné investice do vodíkových automobilů ovlivněny chybným vnímáním „utopených nákladů“. To znamená, že dotyční si říkají: do téhle technologie už jsme investovali spoustu prostředků, a kdybychom to teď vzdali, přijdou vniveč.

Ovšem baterie jsou v mnohem lepším postavení. Cena baterií v posledních letech výrazně klesala, a to především díky technickému vývoji, nyní by se měly rychle projevovat i úspory z výroby opravdu ve velkém. I do nabíjecí infrastruktury se již investovalo poměrně dost prostředků a další se plánují.

V případě nákladní dopravy je situace zdánlivě méně jasná. Nákladní vozy s palivovými články nejsou k dispozici. Proběhly zkoušky předsériových vozů, ale koupit si je zatím nemůžete (zato jste se mohli nechat nachytat ve velkém investičním podvodu kolem vodíkového tiráku společnosti Nikola).

Bateriové nákladní automobily se také ovšem neprodávají zrovna jako housky na krámě: jsou v jiné fázi vývoje než osobní elektromobily. Zpoždění se obvykle odhaduje na jednu dekádu. Na celém světě je tak v provozu pouze zhruba 30 tisíc bateriových elektrických nákladních vozidel a více než 90 % z nich je v Číně.

Řada výrobců zatím nové modely bateriových „náklaďáků“ alespoň oznámilo. Na trh by mělo v příštích letech přijít více než 100 modelů v kategorii N2, tedy s hmotností 3,5 až 12 tun, a více než 50 modelů pro vozy nad 12 tun.

Tato první generace má mít většinou dojezd 250 kilometrů u menších typů a zhruba 300 až 350 km u vozů těžší kategorie, což jejich využití samozřejmě limituje. Zjednodušeně lze říci, že podobné vozy lze použít v případech, kdy celkový roční nájezd vozu nepřesahuje 50 tisíc kilometrů, například rozvoz dodávek po městě, uvádí Plötz.

Větší problém jsou elektrická vozidla na dálkovou přepravu, u kterých se průměrný roční nájezd pohybuje nad 100 tisíc kilometrů ročně. A také přeprava velmi těžkých nákladů (protože k té je zapotřebí vydat velké množství energie). Právě v této oblasti by se tak měla vodíková vozidla uchytit nejdříve.

Skupina firem z oboru tak na konci roku 2020 oznámila (v PDF), že by do roku 2030 chtěla na evropské silnice dostat zhruba 100 tisíc nákladních automobilů s palivovými články. Vzhledem k tomu, že komerční sériová výroba nákladních automobilů podle nejoptimističtějších odhadů může začít v roce 2027, zdá se to být dost optimistický odhad. Konkurence také nebude nejspíše spát, a v té době již budou komerčně dostupná a v provozu bateriová elektrická vozidla druhé generace s lepšími parametry.

Nákladní bateriové vozy a vozy s palivovými články mají ovšem jedno společné: v současné době pro ně neexistuje specializovaná infrastruktura. Chybí jak vodíkové čerpací stanice, tak i nabíječky, které by obsluhovaly právě jen elektrické nákladní vozy s jejich výrazně většími bateriemi. Samozřejmě lze použít stávající rychlonabíječky, pokud to na daném místě tedy je fyzicky možné (což často není), ale ani to pro běžný provoz úplně nestačí.

Rýsuje se ovšem praktická možnost, jak problém obejít. Předpisy evropským řidičům povolují pouze 4,5 hodiny jízdy, po nichž následuje povinný odpočinek v délce nejméně 45 min. Pokud by se během této doby mohl elektrický vůz nabít na další úsek, hlavní problém by byl vyřešen.

Během oněch 4,5 hodiny těžký nákladní automobil v průměru ujede kolem 400 kilometrů. Spotřeba nákladních vozů přitom – někdy i poměrně výrazně – přesahuje 100 kWh na 100 kilometrů. Plötz počítá pro dálkovou dopravu s hodnotou kolem 150 kWh na 100 kilometrů. Pro nabití zhruba 400 km za 45 minut pro těžký nákladní automobil znamená průměrný nabíjecí výkon přibližně 800 kW.

Současný standard rychlého nabíjení umožňuje výkon až 350 kW. Dnes již však vzniká standard „megawattové nabíječky“, který by měl umožnit nabíjení s výkonem přes 2 megawatty (MW). Specifikace se očekávají na konci roku 2022, konečná norma pak v roce 2023.

V rámci Evropské komise také vznikl plán na vybudování sítě megawattových nabíječek. Podél hlavní dálniční sítě mají být výkonné nabíječky rozmístěny ve zhruba 50kilometrových intervalech. Také se dnes testují systémy na dobíjení za jízdy (shora i zdola), které by výrazně omezily nutnost nabíjení v době odpočinku.

Na konec si Plötz nechává klíčovou otázku: co cena? Vždyť ta je často důležitější než technická stránka věci. Připomíná, že v principu nic nebrání tomu, aby vznikl bateriový elektromobil s dojezdem tisíc kilometrů: už jen vzhledem k ceně baterií by ale šlo o drahou hračku, která se nikdy nemůže vyplatit.

Rozhodující tedy bude, zda bude levnější vůz s bateriemi nebo s palivovými články. Vzhledem ke stavu trhu a technologií v tuto chvíli odpověď z praxe neexistuje. Plötz cituje tři práce, podle kterých se bateriové vozy zdají být v součtu pro majitele levnější než nákladní vozy s palivovými články.

Není to samozřejmě jisté: ve skutečnosti bude hrát v rozhodování největší roli cena paliva (elektřiny či vodíku). Byť dramatický vývoj posledních měsíců může naše vnímání v tomto ohledu poněkud narušit, ve skutečnosti je výhoda v tomto ohledu jednoznačně na straně elektřiny. Vodík dnes je dostupný jen v omezeném množství a za výrazně vyšší ceny. Rozjezd výroby ve větším měřítku je pomalý. Elektřina se produkuje více než století a dnes v ohromných objemech a (čistě technicky) také velmi levně.

Určitě se najdou nějaké aplikace, při kterých by vodík měl výhodu a cena za kilometr vlastně nehraje takovou roli: například při dopravě v odlehlých oblastech nebo transportech nadrozměrného a extrémně těžkého zboží. Stačí to na ospravedlnění investicí do vodíku? Tyto oblasti mohou i v případné bezuhlíkové budoucnosti pokrýt třeba biopaliva nebo obnovitelná syntetická paliva.

Byť tedy vodík může v bezuhlíkových ekonomikách (pokud vzniknou) plnit celou řadu rolí, třeba v letectví, lodní dopravě či průmyslu, chvíle, kdy pro sebe mohl utrhnout část trhu se silniční dopravou, už podle německého fyzika s největší pravděpodobností pominula.

Pokud se nezačnou urychleně během několika let sériové vyrábět vodíkové „kamióny“, bude podle něj velmi brzy rozhodnuto definitivně.