Dříve jsme věřili, že budoucností jsou auta na baterie. Vize byla jasná. Žádné výfukové potrubí. Jen tiché flotily Tesl a Nissanů klouzajících kolem skleněných mrakodrapů, sci-fi sen, který oživili raní proroci techno jako Bradbury a Dick. Ten humbuk byl skutečný. V roce 2008 Barack Obama slíbil, že do roku 2015 postaví na americké silnice milion elektrických vozidel. Zdálo se to nevyhnutelné. Už jsme měli hardware. Nissan Leaf. Tesla Model S. BMW ActiveE. Už tady byli. Byli brilantní.
Pak mě realita udeřila do tváře.
„Range Alert“ již není marketingový termín. Toto je fyzická bariéra. Většina raných elektrických vozidel mohla ujet pouze 100–200 mil, než vybila baterie. A to je vše. Co nabíjecí infrastruktura? Byla vzácná. Nemohli jste jen tak natankovat. Museli jste hledat zásuvky. Strach z bezvýchodné situace se stal zabijákem trhu. Prodej stagnoval. V roce 2012 se ze showroomů prodalo pouze 52 835 plug-in hybridů a elektromobilů. Od prosince 2010 do tohoto období se celkové prodeje pohybovaly kolem hranice 70 000 kusů. Na pozadí 15 milionů tradičních vozů prodaných ročně? To je méně než jedno procento. Zaokrouhlená chyba.
Průmysl tedy změnil kurz. Ne zpět, ale na stranu. Společnosti si uvědomily, že nemohou jen čekat, až se baterie zlepší. Ekonomiku fosilních paliv neviděli jako selhání, ale jako platformu. Audi je v čele tohoto hnutí. Konkrétně sází na e-gas.
V roce 2013 Audi otevřelo první průmyslový závod na světě na výrobu syntetických uhlíkově neutrálních paliv. Tohle není jen obyčejný benzín. Je to e-gas určený pro vozidla na stlačený zemní plyn (CNG). Jejich testovací pole? Audi A3 Sportback TCNG. Ale větší strategií je infrastruktura. Tato rostlina vytváří šablonu. Buduje síť potřebnou pro dodávku elektřiny pro elektrická vozidla a vodík pro vozidla s palivovými články, až tyto technologie skutečně dospějí. Tohle je most.
Skeptici nejsou ohromeni. Christopher DeMorro, píšící pro Gas 2, projekt kritizoval. Jeho argument byl přímý. Výzvou není jen udržet emise, ale také je snížit. Zaměření na e-gas nám ponechává uhlíkový standard. Měli bychom dát přednost vozidlům, která v zásadě spotřebují méně energie. Účinnost je důležitější než syntéza.
Než však tento projekt zavrhnete jako firemní greenwashing, musíte pochopit mechaniku procesu. Budete se muset podívat na to, jak Audi definuje „uhlíkovou neutralitu“. Není to magie. Tohle je chemie. A to je možná jediný důvod, proč spalovací motor přežije příští desetiletí.
Audi nemluví jen o snižování své uhlíkové stopy. Společnost aktivně vyvíjí způsob, jak učinit spalovací motory uhlíkově neutrální. Pokud vám termíny „uhlíková stopa“ nebo „uhlíkové kompenzace“ nejsou známé, zvažte toto: uhlíková stopa počítá veškeré emise oxidu uhličitého (CO2) od osoby nebo firmy. Hlavním zdrojem problému je CO2, ale přesná měření berou v úvahu i metan a chlorfluoruhlovodíky. Tyto údaje jsou obvykle vyjádřeny v tunách ekvivalentu CO2 za rok.
Když snížíte emise CO2 pro konkrétní činnost, uhlíková stopa se sníží. Pokud snížíte své emise na stejnou úroveň, jako je vaše uhlíková stopa, dosáhnete uhlíkové neutrality. Společnosti toho dosahují různými, někdy obtížnými způsoby. Někteří místo uhelných staví větrné elektrárny. Jiní sázejí stromy, aby izolovali uhlík. Audi financuje projekty na snížení emisí skleníkových plynů. To vše je považováno za uhlíkovou kompenzaci.
Sektor dopravy je nejobtížnější částí. Přeprava osob a zboží obvykle znamená spalování fosilních paliv. Výroba auta vyžaduje elektřinu, často pocházející ze špinavých elektráren. Těžba, zpracování a dodávka paliva vyžadují ještě více energie. Pak se auto dá do pohybu. Spalovací motor produkuje skleníkové plyny. Hromadí se v atmosféře. Tvoří hřejivou přikrývku, která zahřívá planetu. Tento problém by mohla vyřešit elektrická a vodíková auta. Ale ještě nejsou životaschopné pro všechny, všude po mnoho let.
Závod Vertla a syntetický metan
Audi svůj přístup nazývá „vyváženou mobilitou“. Je definována jako holistická, uhlíkově neutrální mobilita na krátké, střední a dlouhé vzdálenosti. E-gas (elektrické palivo) je klíčem k udržení spalovacího motoru při životě v tomto zeleném scénáři. Jak dosáhnout uhlíkové neutrality pomocí starších technologií? Použití oxidu uhličitého jako suroviny.
Odpadní bioplynové stanice dodávají CO2. Účelový závod v německém Wertle se zabývá chemickými procesy. Od roku 2013 tento závod spotřeboval 2 800 metrických tun CO2 ročně. Ročně vyprodukuje 1000 metrických tun e-plynu. V kombinaci s dalšími ekologickými postupy dosahuje Audi uhlíkovou neutralitu v celém svém hodnotovém řetězci.
Chemici nazývají e-plyn metan. Spotřebitelé jej znají jako zemní plyn. Vytápí domy. Pohání vozidla na zemní plyn. Je to syntetické. Je to relativně čisté.
Základy E-paliva
Chemie e-plynu není žádná magie. Je to série reakcí. Vodík vznikající elektrolýzou vody reaguje s oxidem uhličitým. Dostanou se do kontaktu. Vzniká metan. Výsledkem je palivo, které se spaluje ve stávajících motorech. Chová se jako zemní plyn. Vychází čistý, protože CO2 byl původně odebrán ze vzduchu.
Pokud chcete přejít z běžného benzínu, infrastruktura může být výzvou. V USA ministerstvo energetiky nabízí “Alternative Fuel Station Finder”. Zadejte své PSČ. Vyberte typ paliva. Podívejte se, co je k dispozici. Síť je stále vzácná. Roste. Ale existuje.
Proč se držet spalovacích motorů, když existují baterie? Úzkost z rozsahu. Práce v chladném počasí. Stávající elektrická síť. Obrovské množství spalovacích motorů, které jsou stále na silnicích. Audi neopouští motor. Snaží se zajistit, aby motor neovlivňoval uhlíkovou bilanci. Tohle je most. Dlouhý, chemický most.
Matematika je jednoduchá. 1000 metrických tun paliva. 2 800 metrických tun vstupu CO2. Zbytek je voda. Vodík a kyslík. Uvolňují se jako vedlejší produkt. Čistě. Jen. Nebo alespoň tak jednoduché, jak to může průmyslová chemie udělat.
Je to škálovatelné? Toť otázka. Jeden závod ve Wertle je důkazem konceptu. Výkres. Ne globální řešení. Ještě ne. Ale dokazuje to, že koncept funguje. Metan ze vzduchu. Uhlíkově neutrální. Připraveno pro motory.
Zbytek je jen objem. A náklady. A politika. A infrastruktura. A čas.
Chemie výrobního procesu
Marketingový lesk nechme stranou. E-gas je prostě syntetický metan. Je to v laboratoři vypěstované dvojče skutečného plynu. Víte, co je skutečný plyn. Je to bezbarvý plyn bez zápachu získávaný ze zbytků starověkých rostlin a vodních sedimentů pohřbených hluboko v zemské kůře. Vznik fosilního metanu trvá miliony let. Syntetický metan? Dá se rychle vyrobit.
Vše začíná elektrolýzou.
Protáhněte vodou elektrický proud. Přerušte chemické vazby. Získáte vodík a kyslík. Reakční rovnice je jednoduchá:
2 H2O → 2 H2 + O2
Vodík sám o sobě vypadá slibně jako palivo budoucnosti. Slisujte ho, uložte do velké nádrže, protáhněte palivovým článkem spolu s kyslíkem a jako vedlejší produkty získáte elektřinu a vodu. Ale je tu problém. Budování vodíkové infrastruktury od nuly je nákladné. Na to ještě nejsme připraveni.
Audi proto volí jinou cestu. Vezmou tento vodík a smíchají ho s oxidem uhličitým. Tento proces se nazývá methanace.
CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O
Výsledkem je CH4. Metan. Chová se přesně jako bažinový plyn stoupající z bažiny nebo zemní plyn produkovaný v ústí vrtu. Stejná hořlavost. Stejný nedostatek zápachu. Stejný bezbarvý vzhled.
Proč je to důležité pro automobilového nadšence? Protože nové trubky nejsou potřeba. Není potřeba žádná nová distribuční síť. Toto syntetické palivo lze přímo integrovat do stávající sítě zemního plynu. Jde do domácností a firem. Tankuje se na stanicích stlačený zemní plyn (CNG ).
Automobilový průmysl se zaměřuje na druhý bod. Stanice CNG poskytují palivo pro rostoucí flotilu vozidel na zemní plyn nebo NG. Toto není kouzelná hůlka pro boj s globálním oteplováním. Naši závislost na fosilních palivech nezlomí přes noc. Ale vytvářejí most. Udržují motory v chodu, zatímco infrastruktura dohání.
V další části se podíváme na to, jak Audi vlastně plní své vozy tímto palivem.
Realita nízkouhlíkových vozidel na zemní plyn
Myšlenka tankovat Audi A3 syntetickým metanem se zdá jako skok do budoucnosti, ale ve skutečnosti má kořeny v technických řešeních z počátku 20. století. Jakmile byly na počátku třicátých let minulého století k dispozici spolehlivé přenosové linky zemního plynu, chtěli řidiči používat palivo. Mechanika procesu je jednoduchá. Čtyřdobé motory mísí palivo se vzduchem, zapalují ho zapalovací svíčkou a pohánějí písty nahoru a dolů. Pro benzín i zemní plyn platí stejná fyzika. Pokud by ve Spojených státech a na Blízkém východě nebyly objeveny tak obrovské a levné zásoby ropy, mohla by na silnicích dominovat vozidla na zemní plyn (NGV).
To se ale nestalo. Vozidla na zemní plyn jsou dnes specializovaným produktem. Na konci roku 2011 bylo na amerických silnicích jen asi 120 000 těchto vozidel. Celosvětově byl jejich počet vyšší – více než 15 milionů – ale distribuce byla nerovnoměrná. Pět zemí: Írán, Pákistán, Argentina, Brazílie a Indie ovládalo téměř 70 procent trhu. proč tam? Tyto země nemají dostatečné kapacity na rafinaci ropy. Používají to, co mají. V příštím desetiletí budou pravděpodobně následovat další země, zejména pokud budou ceny benzínu nadále růst. Zemní plyn je levnější. Odhady ukazují úsporu paliva asi 30 procent ve srovnání s benzínem.
Čistší spalování
Cena není jediné plus. Emise jsou nižší. Americká agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) klasifikuje vozidla na zemní plyn jako nejčistší dostupné spalovací motory. Tato pocta patří variantě Hondy Civic na zemní plyn. Statistiky jsou působivé. Hladina oxidu uhelnatého se sníží o 70 až 90 procent. Oxidy dusíku klesají o 75 až 95 procent. Dokonce i oxid uhličitý, hlavní skleníkový plyn, se sníží o 20 až 30 procent. Výsledkem je zlepšení kvality ovzduší a pomalejší postup ke globálnímu oteplování.
To není ideální řešení. Nákup auta na zemní plyn je dopředu dražší. Tankování představuje problémy srovnatelné s problémy infrastruktury nabíjení elektrických vozidel. V prosinci 2011 bylo ve Spojených státech pouze asi 1000 čerpacích stanic pro vozidla na zemní plyn. Polovina z nich byla soukromá. Přístup veřejnosti byl omezený. Můžete si nainstalovat domácí doplňovací systém, ale to zvyšuje již tak vysoké náklady. A i když snižují emise CO2, neeliminují zcela oteplovací efekt.
Syntetický cyklus Audi
Představte si vozidla na zemní plyn jako most. Přechodná technologie. To se změní, pokud je můžete pohánět syntetickým metanem vyrobeným z oxidu uhličitého. Audi to plánuje udělat ve svém závodě Werlte. Tento proces štěpí vodu na vodík a kyslík prostřednictvím elektrolýzy. Vodík je pak kombinován s oxidem uhličitým zachyceným v bioplynové stanici. Ale elektrolýza vyžaduje energii. Nepřenáší se tím znečištění na jiné místo? Ano. Jde o nejnovější prvek projektu Audi e-gas. Odkud se bere elektřina? Z obnovitelných zdrojů.
Dvojitá flexibilita
Automobilky, které tlačí syntetický metan, potřebují auto, které jej dokáže využívat. Pro Audi je to Audi A3 Sportback TCNG. Nevytvořili „čisté“ auto na zemní plyn. A3 TCNG je vybavena nádržemi jak na zemní plyn, tak na benzín. Motor mezi nimi plynule přepíná. Zbývá málo LNG? Žádná čerpací stanice na obzoru? Používejte benzín. Je to kompromis, ale cílem je jezdit co nejvíce na zemní plyn. Audi předpovídá, že 1 500 upravených modelů A3 TCNG bude schopno ujet 9 320 mil (15 000 kilometrů) ročně na obnovitelný e-plyn. Zahájení prodeje bylo plánováno na rok 2013.
Napájení sítě větrem a odpadem
Závod Werlte je hybridní zařízení. Jedná se o první instalaci na světě, která kombinuje vodíkovou elektrolýzu s methanací. Získáte vodík z vody a smícháte ho s oxidem uhličitým. Výsledkem je syntetický metan. Ale hlavní příběh není v chemii. Je ve zdroji energie.
Energie začíná větrem. Silný, stálý vánek od Severního moře. Audi tam instalovalo tři velké pobřežní větrné elektrárny. Čtyři turbíny. Každý generuje 3,6 megawattu. Roční objem výroby? Padesát tři gigawatthodiny. Jedná se o obrovské množství elektronů. A Audi má tři jasné plány, jak je využít.
Za prvé, přímé doručení. Společnost tvrdí, že dokáže využít větrnou energii k výrobě 1000 Audi A1 e-tron. Tato vozidla ujedou ročně 6 210 mil (10 000 kilometrů). Čistě elektrický. Žádné výfukové plyny.
Za druhé samotný závod ve Werlte. Do zařízení bude směřovat asi 20 gigawatthodin této větrné energie. Zde elektřina štěpí vodu na kyslík a vodík. Krátkodobě tento vodík nepůjde do palivových článků. Je to hlavní složka pro e-plyn. Syntetický metan. Vstupuje do sítě zemního plynu. A dostává se do vozidel na zemní plyn (NGV).
Za třetí, skladování. Větrné elektrárny jsou nestabilní. Někdy produkují více energie, než může síť pojmout. Tato přebytečná energie se obvykle ztrácí. E-gas toto pravidlo mění. Můžete jej načerpat do německé infrastruktury zemního plynu. Nechte to. Načíst později, až bude potřeba generovat energii. Německá síť je obrovská. Dokáže uložit ekvivalent 200 terawatthodin elektřiny. Dost na to, aby svítilo několik měsíců.
Spolupráce a efektivita
Audi tento cyklus nevymyslelo od nuly. Proces pochází z Centra pro výzkum solární energie a vodíku Bádensko-Württembersko. Spolupracovali s Fraunhofer Institute for Wind Energy and Power System Technology. Solar Fuel Technology je také zapojena do procesu. Jejich zařízení se nachází hned vedle Werltu.
Zde vstupuje do hry efektivita. Elektrolýza a metanizace uvolňují odpadní teplo. Závod Audi toto teplo zachycuje. Technologie Solar Fuel Technology jej využívá. Tato synergie mezi závody výrazně zlepšuje celkovou efektivitu. Proměňuje nevýhodu ve výhodu.
Plán a vyhlídky do budoucna
Závod ve Werlte dosáhl fáze instalace posledního nosníku v prosinci 2012. Zahájení výroby bylo plánováno na rok 2013. Načasování se shodovalo s uvedením nového modelu Audi A3 Sportback TCNG. Tyto vozy dorazily do prodejců na konci roku 2013.
Cestovní mapa tím neskončila. Druhý model TCNG, založený na podvozku A4, měl být uveden na trh v roce 2015. Cíl byl jednoduchý: více vozidel na zemní plyn na silnicích.
Audi nebylo jediným hráčem. Chrysler a General Motors již vydaly verze svých těžkých nákladních vozidel na zemní plyn. Honda propaguje svůj model Civic na zemní plyn. Zpráva byla konzistentní. Ušetřete peníze. Snižte emise. Možná také zachránit planetu.
Infrastruktura se mění. Palivo se mění. Ale motory? Stále potřebují pálit věci. Ať už jde o elektrony, vodík nebo syntetický metan, kolo se stále točí.
