Různé druhy alternativního pohonu jsou nedílnou součástí automobilové historie. Vždyť v samých počátcích automobilismu po nějakou dobu nad spalovacími motory výrazně vedly elektromobily. A vůbec první auta ještě předtím poháněl parní stroj, existovala dokonce i auta jezdící na vodík.
Dřevoplyn i nafta
I později v dějinách se přihlásila alternativní paliva velmi nahlas o slovo. Například během druhé světové války zažil ohromný rozmach pohon na dřevoplyn. Vzhledem k nedostatku benzínu vybavovali řidiči své vozy zplyňovači a to především u užitkových vozidel, bez jejichž alespoň částečného provozu už bylo místy těžké fungovat. V některých zemích byla dřevoplynem poháněna drtivá většina nákladních automobilů, traktorů a další těžké motorizované techniky, ani osobní auta na dřevoplyn nebyla žádnou raritou.
Výraznou změnu v preferenci toho "na co jezdíme" můžeme sledovat vlastně také v nedávné historii. Vždyť auta se vznětovými motory byla až do konce osmdesátých let pouze velmi okrajovou záležitostí – první dieselový osobní vůz přitom vznikl už v roce 1933 – šlo o Citroën Rosalie 11UD. Jenže teprve ropná krize v sedmdesátých letech donutila automobilky přemýšlet o dieselu jako o slušné alternativě k benzínovým motorům.
Kam míří? Tento článek si neklade za cíl tvrdit, jak bude vypadat automobilový svět za 20 let. Má pouze nastínit možnosti, kterými směry se může vývoj ubírat. Mnoho v něm obsažených teorií se vám nemusí vůbec líbit. Pamatujte však na to, jakým vývojem prošel svět automobilů za dobu své existence. Ačkoli vypadá tempo inovací na první pohled jako velmi pomalé, vzpomeňte si, jak jste se například stavěli ke vznětovým motorům před dvaceti lety. Mnozí jejich tehdejší odpůrci patří dnes k zarytým zastáncům naftového pohonu. |
A teprve až příchod turbodieselů řady XUD v Citroënu BX a Peugeotu 405 v letech 1988 a 89 znamenal opravdový nástup dieselů mezi širokou veřejnost. Byly to právě tyto modely, ještě dnes často brázdící evropské silnice, které se staly prvními opravdu masově vyráběnými auty s přeplňovanými vznětovými motory. Právě ony nastartovaly vlnu popularity turbodieselů, která před několika lety v Evropě vyústila v situaci, kdy na řadě trhů předstihly dieselové modely v prodejích své benzínem poháněné sourozence. Tento stav víceméně trvá dodnes.
K tržní dominanci v Evropě to turbodiesely tedy dotáhly za nějakých 20 let. Přitom v USA mají i dnes zhruba jen 1% podíl a tolik dnes omílané hybridní vozy tam tvoří jen něco mezi dvěma a třemi procenty trhu. V Evropě jsou na tom hybridy snad ještě hůře. Ale za dalších 20 let ale může být vše úplně jinak.
Pojďme se podívat, jaké způsoby pohonu mohou být za další dvě dekády podstatně běžnější než dnes. Podívejme se také na to, kdo za jednotlivými druhy pohonu stojí.
Podoby spalovacích motorů
I klasické spalovací motory prošly ve své historii obrovským vývojem. A ani za dvacet let rozhodně nebudou "na odpis", jak by se podle mnohých současných zpráv mohlo zdát. Léty prověřená a postupnou evolucí vylepšovaná technika bude nejspíš i za dvacet let nejjednodušší a především nejlevnější alternativou, jak pohánět samohyb na čtyřech kolech.
Ale spalovací motor nemusí mít v té době rozhodně tak klasickou a jednoznačnou podobu, jako má dnes. V podstatě dnes máme motory benzínové a vznětové, největší vývojový skok znamená v současnosti trend downsizingu, tedy snižování zdvihových objemů a nástup přeplňování. Pravda, atmosférický benzínový motor vypadá jako ohrožený druh už dnes, za 20 let z něj bude nejspíš dinosaurus. Ale i to je jen další důkaz toho, jak se mění pohonné jednotky našich vozů a jak se budou měnit i do budoucna.
Klasický spalovací motor, ať už vznětový nebo zážehový, ale může za dvacet let existovat v celé řadě podob. Různých experimentálních motorů jsme popsali snad již desítky, do praxe se ale zatím podívalo jen minimum z nich. Ale sílící nároky na snižování spotřeby a emisí si žádají neobvyklá konstrukční řešení. A tak je více než pravděpodobné, že si některý, na dnešní poměry neobvyklý spalovací motor, najde během následujících dvou dekád cestu do praxe.
Kandidátů je celá řada, ať už je to motor MCE-5 s proměnným kompresním poměrem, Billem Gatesem financovaný dvoutakt OPOC, komůrkový motor MUSIC nebo třeba motor Tour Engine s oddělenými pracovními cykly. A to jsou jen ukázky několika z celé řady "šílených" motorů, které mohou v budoucnu zabodovat. Automobiloví výrobci si mohou vybrat například jenom některá dílčí vylepšení zmíněných revolučních vynálezů. Praxe už ukázala, že automobilky se rády drží klasiky a ačkoli jsou dnešní motory technicky neskonale pokročilejší než před sto lety, základ je v podstatě stejný.
I tento stejný základ budou výrobci nadále vylepšovat. V současnosti jsou hitem přeplňování, přímý vstřik paliva a proměnné časování ventilů nebo vypínání válců, za dveřmi čekají inovace jako Turbosteamer nebo Thermoelectric generator, které budou získávat energii z odpadního tepla motoru, pokročilý stop-start systém nebo nové kompresory, které budou kombinovat výhody turbodmychadel i kompresorů a neponesou jejich nedostatky. V praxi se dočkáme snad i technologie HCCI – tedy spalování homogenní směsi vzduchu s benzínem. Spalovací motory budou tedy stále složitější a nabídka jejich technických vychytávek bude stále pestřejší.
I nadále ale budou spalovací motory základem nabídky snad každého automobilového výrobce (specialisty jako je značka Tesla vynecháme). Stanou se také jakýmsi základem pro expanzi do různých jiných odvětví alternativních pohonů – čím dál častěji budou v hybridních ústrojích spojovány s elektromotory, častěji budou sloužit jako generátory elektřiny v autech typu Chevrolet Volt. Pro automobilky ale budou bezpečným přístavem, na kterém mohou stavět.
Mezi nejaktivnější automobilky v oblasti vývoje spalovacích motorů patří v současné době BMW – tedy automobilka, která si nenechává technologickou špičku uniknout ani o píď. BMW přitom zároveň již dlouhodobě koketovalo s vodíkem, nebrání se hybridům a měla velké plány s elektromobily, které aktuálně přehodnocuje a mluví o zbrždění projektu "i". Na downsizing snad více než kdo jiný vsadil celý koncern Volkswagen, ten patří mezi další automobilky, které pravděpodobně nedají velmi dlouho na spalovací motory dopustit.
Alternativní paliva
Velkým zastáncem klasických spalovacích motorů je také koncern Fiat, dnes vlastně i se svou americkou filiálkou Chrysler. Fiat zatím jako jediný z velkých světových automobilek poměrně výrazně odolává trendu hybridů a elektromobilů a to i přesto, že třeba jeho elektrická panda první generace patřila před desetiletími mezi ojedinělé počiny na poli sériových elektromobilů.
Pro Fiat je jeho pozice poměrně logická. Automobilka produkuje především malá auta, u kterých by hybridní ústrojí bylo příliš drahé a úspory ne tak výrazné. Fiat se tak soustředí na vylepšování spalovacích motorů a na snižování hmotnosti aut. Firma je také poměrně výrazným zastáncem alternativních druhů paliv.
A teď nemáme na mysli bionaftu nebo biolíh, které byly vzývány v posledním desetiletí, ale u kterých se snad konečně začal brát v potaz také jejich celkově nepříznivý vliv na biosféru. Fiat je dlouhodobě spojen s výrobou a vývojem vozů poháněných palivy CNG nebo LPG. Druhé jmenované je populární mimo jiné i v Česku, první zase slaví částečné úspěchy v Německu nebo právě Itálii.
Sergio Marchionne, šéf italského koncernu, se nedávno na americké konferenci NADA nechal slyšet, že chce, aby automobilky dodržely limit 54,4 mil na galon jakožto průměrné normované spotřeby flotily výrobce v roce 2025. Zmíněná spotřeba představuje průměr 4,3 litru na 100 kilometrů. Výpočetní schéma pro tento průměr je poměrně složité a krom velikosti vozu a jeho třídy počítá i s určitými úlevami a odpočty právě pro auta poháněná alternativními palivy.
Marchionne na konferenci nezapomněl zmínit, že jeho firma má s CNG bohaté zkušenosti a že auta na tento druh paliva je schopna začít ve velkém vyrábět prakticky okamžitě. Otázkou prý tedy zůstává pouze poptávka zákazníků. Kdo ví, třeba se Chrysler stane na americkém trhu průkopníkem na poli CNG vozů, zatímco GM se bude hnát za elektrickou budoucností. Mimochodem, i americký gigant číslo jedna má ve svém portfoliu automobilku, která má s CNG velké zkušenost, je jí evropský Opel.
Ke slovu se mohou v následujících desetiletích přihlásit i různá synteticky vyráběná alternativní paliva. V současnosti do nafty a benzínu přidávaná biopaliva by tedy v budoucnu mohla nahradit synteticky vyráběná paliva šetrnější k životnímu prostředí. V masovém měřítku by navíc mohla být výroba některých z nich i levnější než výroba dnešních biopaliv. V laboratorních podmínkách existuje různých způsobů přípravy syntetických paliv celá řada, otázkou je, který z nich se ukáže jako tím pravým pro praxi.
Hybridy za příplatek ke všemu
Prodeje hybridních aut tvoří v současnosti v podstatě jen mizivou část trhu, obzvlášť když započítáme ten celosvětový. Jenže s největší pravděpodobností stojíme na prahu podstatně většího rozmachu hybridů. Volvo má pro ně připravenu celou architekturu, Toyota po letech nabízení prakticky jediného modelu (v USA dvou, populární je hybridní camry) téměř slibuje hybrid v každé modelové řadě, Ford bude nabízet hybridní varianty řady svých větších modelů v USA. Francouzský koncern PSA je propagátorem jinak poměrně neobvyklé kombinace elektromotorů a vznětového motoru. A pak jsou tu ještě auta typu Chevrolet Volt, která se sice tváří jako elektromobily, ale ve skutečnosti to jsou prostě hybridy.
Zatímco ještě před rokem nebo dvěma jsme mohli hybridní modely v nabídce automobilek na evropském trhu spočítat na prstech rukou, zanedlouho nám ke stejným počtům nebude stačit ani početná skupina kamarádů. Nezapomínejme na to, jak před dvaceti lety začínaly svou pouť na evropském trhu turbodiesely.
S nástupem hybridních technologií do širšího spektra modelů si jich více všimnou zákazníci a technika postupem času zlevní. Dnes se může zdát myšlenka hybridu za příplatek k téměř jakémukoli autu naivní. Ale hybridní ústrojí se jednoduše budou zmenšovat a zároveň se stanou levnějšími. Je tak možné, že za deset let si podobně jako dnes za stop-start systém vypínající motor při čekání na semaforu budeme u řady modelů moci za příplatek vybrat hybridní variantu. Odtud je už jen krůček k tomu, aby byl hybridní prakticky každý vůz se spalovacím motorem.
Navíc hybridní auta pravděpodobně již brzy nebudou pouze vozy se spalovacím motorem, elektromotory a baterkami. Na cestě jsou i setrvačníková řešení – čistě mechanická, nebo elektrická s bateriemi či kondenzátory o vysoké kapacitě. Zapomínat nesmíme ani na vzduchové hybridy, které si mohou energii ukládat do podoby stlačeného vzduchu, který v případě potřeby pomůže pohonu auta. A kdo ví, jaké ještě možnosti v hybridní oblasti inženýři přinesou.
Elektromobily pro čistá města
Především evropské a americké vlády v posledních letech intenzivně řeší škodlivost automobilů k životnímu prostředí a stále zvyšují požadavky na snižování spotřeby paliva a emisí škodlivin. Přitom objektivně jediným problémem pro naše životní prostředí jsou automobily ve městech. Obzvláště ve velkých aglomeracích je místní znečištění z automobilů opravdu vysoké, což má neblahý vliv na kvalitu ovzduší. Naopak automobily svištící po dálnici (chytře postavené, což nebývá český případ) představují z hlediska vlivu na životní prostředí naprosto nicotnou zátěž.
Elektromobily představují při jejich současných schopnostech naprosto ideální městský dopravní prostředek. Místní emise jsou nulové a zvýšená potřeba elektrické energie je pro přírodu i člověka daleko přijatelnějším řešením, než kolony aut vytvářející smog. Jenže automobilky se dnes předhání v tom, kdo nabídne sportovnější a luxusnější elektromobil a přestavují na elektrické verze své běžné modely. Třeba Škodovka octavii, která v rukou obchodního zástupce najede za den stovky kilometrů. Ta elektrická umí při nejlepší vůli kilometrů 160.
Tento trend je v současnosti pochopitelný – automobilky se snaží vysokou cenu elektrického pohonu schovat v dražších modelech. Právě kvůli vysoké ceně budou i po následující řadu let elektromobily opravdu jen okrajovou záležitostí trhu. Jak ale budou především baterie zlevňovat, mají elektromobily šanci na větší úspěch. Ideálem by samozřejmě byla situace, kdy by malý městský elektrický vůz s dojezdem třeba 100 kilometrů na jedno nabití byl levnější než odpovídající model se spalovacím motorem.
To se dnes zdá jako utopie, jenže za dvě desetiletí může být realita jiná. Elektromobily jako takové umožňují výrazně zjednodušit konstrukci samotných automobilů, řada dnes nutných prvků by mohla zmizet. Jednoduchá městská auta typu Škody Citigo by pak při příznivých cenách baterií mohla nabídnout opravdu atraktivní ceny. Elektromobil jako druhý vůz do města by pak získal zcela nový rozměr.
Infrastruktura pro nabíjení elektromobilů navíc jistě bude kopírovat jejich nástup do praxe. Krom městských "soukromých" aut mají elektromobily také smysl jako městské rozvážkové vozy nebo pracovní auta řemeslníků. A existuje jistě i celá řada dalších vozů, které nikdy během svého života neopustí brány města a denně najedou maximálně řádově desítky kilometrů.
Elektromobily by mohly zpříjemnit život ve městech, otázkou je, jestli se jejich rozmachu opravdu dočkáme do oněch dvaceti let. Jisté je, že krom městských aut nakonec mohou elektromobily hrát velkou roli i v běžné dopravě. V tomto případě ale už nejde ani tak o příliš vysokou cenu baterií, která jistě za dvacet let klesne. Jde o technologie, které dnes nejsou dostupné a které dovolí vyrábět baterie s podstatně vyšší kapacitou, než dnes. Takové baterie ale budou jistě i za řadu let velmi drahé, vždyť třeba IBM slibuje nástup svých lithium-vzduchových baterií s desetinásobnou kapacitou oproti li-ion zhruba v roce 2020.
Navíc ani v té době nebudou pravděpodobně vyřešeny problémy s nabíjením elektromobilů. A teď máme na mysli vozy určené pro dálkové trasy. Zatímco v budoucnu nebude jistě problém si přes noc dobít elektromobil prakticky kdekoli, na několik set kilometrů dlouhé cestě řidiči jistě nebudou chtít čekat na dobití auta osm hodin. Nástup elektromobilů tak bude opravdu pozvolný a dlouho trvající. Na druhou stranu dnes existuje jen velmi málo automobilek, které by vývoj a přípravu elektromobilů zanedbávaly. Pokud tedy nakonec nastane na poli elektromobilů patřičný průlom k jejich nástupu do praxe, rozvoj bude poměrně rychlý.
Vodík jako spása
Možná nakonec bude celý nástup elektromobilů do praxe trvat tak dlouho, že je zcela převálcují vodíkové automobily. Ty už jsou považovány za budoucí spásu automobilismu po poměrně dlouhou dobu. Samotný vodík, jako palivo pro automobily, provází auta prakticky po celou dobu jejich existence. Nikdy se ale vodík v podstatě nedostal z experimentální fáze. Třeba BMW, v jednu dobu skalní zastánce vodíkové budoucnosti, s ním experimentuje už od roku 1979.
Řada automobilek, které byly velikými zastánci vodíku, jej přitom během postupného vývoje opustila. Kromě BMW mezi takové patří například i koncern General Motors. Důvodem byly zjevné nevýhody tohoto paliva, které až doposud bránily jeho nástupu do praxe. Problémem přitom tentokrát není samotná vodíková technika aut – vodík se dá spalovat jak v klasickém spalovacím motoru tak v palivových článcích, vyrábějících elektřinu. Potíže jsou primárně se samotnou výrobou vodíku, kvůli její energetické náročnosti a s jeho skladováním a manipulací s ním kvůli extrémně nízkým teplotám a vysokým tlakům, za kterých musí být zkapalněný vodík udržován.
I přes tyto nevýhody je ale vodík stále považován za jedno ze spásných řešení pro budoucí osobní automobilovou přepravu. Problém náročné výroby vodíku mají vyřešit energetické zdroje budoucnosti, potíže se skladováním a manipulací pak řeší zdokonalovaná technika. Zatímco v počátcích vodíkových automobilů byl vodík spíše spalován v klasických pístových spalovacích motorech, dnes se jako jasnou alternativou pro budoucnost jeví palivové články. Ty by v elektromobilech nahradily baterie, jejich výhodou by měly být podstatně menší prostorové nároky a také nižší hmotnost.
Pro uživatele mají vodíková auta jednu obrovskou výhodu, tankování probíhá prakticky stejným způsobem jako dnes a trvá zhruba stejnou dobu. Jen většinou kvůli extrémním teplotám probíhá tankování automaticky.
Právě pro tuto svou podobnost s benzínem a naftou bývá vodík vnímán jako jakési konečné řešení pro automobilismus. Navíc až jednou (pokud vůbec) dojde ropa, řada vozů poháněných spalovacími motory by šla přestavět na pohon na vodík.
Zatímco BMW a GM (které představilo první vůz poháněný palivovými články už v roce 1966) mají vodík "uložený k ledu", intenzivně na vývoji vozů s palivovými články pracují japonské automobilky Honda a Toyota. Honda už několik let v praxi testuje vůz FCX Clarity. Toyota zase vodíkovým autům věří tolik, že by je chtěla prodávat už v roce 2015. Z hybridních aut možná Toyota přejde rovnou na vodíkový pohon a mezičlánek v podobě elektromobilů téměř vynechá.
