Budoucnost automobilového průmyslu závisí na nových materiálech

Automobilový průmysl je odvětvím, které dnes a denně ovlivňuje naše životy. Největší chemická společnost na světě BASF dlouhodobě investuje do výroby materiálů a řešení, která mají umožnit rozvoj elektromobilů coby ekologicky výrazně šetrnější alternativy ke klasickým automobilům.

První auto se spalovacím motorem vyvinuli Gottlieb Daimler a Carl Benz před 126 lety. Od té doby auto nejen změnilo naše cestovní zvyklosti, ale i způsoby jak pracujeme, jak navazujeme přátelské styky s jinými lidmi a dokonce, jak se vůbec jako osobnost definujeme.

Dnes existují nové výzvy, se kterými se mobilita budoucnosti musí vypořádat: celosvětový nárůst populace, rostoucí životní standard v rozvojových zemích, prohlubující se urbanizace, změny klimatu a omezená možnost disponování s fosilními palivy. Soutěž o vývoj automobilu budoucnosti vedou rozličné pohonné látky a perou se o pomyslnou pole position.

Aut na našich silnicích neustále přibývá. V roce 2021 se očekává, že lidé budou užívat už 1,2 mld. vozidel, což je o 300 mil. více než dnes. Výrobci automobilů, dodavatelé a i samotní řidiči si kladou základní otázku, jak přes rostoucí výrobu automobilů snížit spotřebu paliva a tím pádem i emise.

Odpovědí na tuto otázku je neustálé zlepšování současných palivových forem a také vývoj forem nových: od hybridů, přes palivové články až elektromotorům. S čím budeme v budoucnu tankovat naše auto? A budeme tomu ještě vůbec moci říkat „tankování“?

Auto se spalovacím motorem zůstává oblíbené

Největší část aut, které dnes spatříme na ulicích, jsou poháněna stejně jako dříve klasickým spalovacím motorem. Nepřetržitá oblíbenost tohoto typu motoru není žádná náhoda: nabízejí nejvyspělejší techniku, nejvyšší dojezd, vysoký komfort a bezpečnostní standardy, stejně jako moderní design – a to vše za dostupnou cenu.

Přitom samozřejmě existuje možnost zvýšení účinnosti a s tím spojené snížení spotřeby paliva. Klíčovým faktorem v tomto smyslu jsou například zlepšená technika motoru, anebo lehké materiály – náhrada kovových částí plastovými.

Současné auto se skládá z cca 15% z plastu, ve střednědobém horizontu lze podíl navýšit na cca 25%. Přesto ale budou mít auta s benzínovým, nebo dieselovým motorem podle expertů stále příliš vysoké emise oxidu uhličitého a v dlouhodobém horizontu se budou potýkat s velmi nepříjemnou závislostí na ropě.

Možnost zmírnit dopady na životní prostředí a ulehčit zásobám ropy s sebou přináší obrácení pozornosti na plyn coby palivo. Přichází v úvahu buď ve stlačené formě přírodně se vyskytující zemní plyn (Compressed Natural Gas – CNG), nebo kapalný plyn (Liquefied Petroleum Gas – LPG).

Obě varianty jsou ve srovnání cenově výhodnější, stejně tak by ve střednědobém horizontu bezpochyby vznikla dostatečná síť čerpacím stanic – tato forma ale stejně jako ta klasická spočívá ve využití fosilních zdrojů energie.

Alternativní pohony na vzestupu

Vedle dalšího vývoje spalovacích motorů ale podniky již několik let pracují na možnosti přechodu k alternativním zdrojům energie. Největší krok k masové produkci již v tomto smyslu mají za sebou tzv. hybridy. Hybridní automobil kombinuje spalovací motor s elektromotorem.

Cílem je snížení spotřeby a emisí. Rychlejší přísun cenově dostupných hybridů na masový trh, než je tomu u aut poháněných pouze baterií, spočívá v tom, že technologie hybridů vychází z již ozkoušených postupů. Například Toyota v posledních devíti letech prodala okolo 3 mil. hybridů značky Toyota Prius.

Přednosti mají hybridy oproti spalovacím motorům zejména v městském provozu: při krátkých úsecích, malých rychlostech a častějším brzdění dochází k efektivní syntéze obou typů motorů. Například energie vzniklá při brzdění může být s pomocí hybridní technologie získána zpět a uložena do baterie.

U větších vzdáleností a při vyšších rychlostech už ale pracuje především klasický spalovací motor, což má za následek zvýšení spotřeby paliva, protože váha elektromotoru je jen mrtvou zátěží.

Dnes můžeme na silnicích vidět hybridy druhé generace. Jejich baterie je výkonnější a auto může být nabíjeno pomocí zásuvky. Tyto hybridy mají také spalovací motor, který slouží k nabíjení elektrické baterie a prodloužení dojezdu vozu. Jeho nasazení je ale díky větší výkonnosti baterie redukováno.

S elektromobily zpět k emisím

Velký potenciál je připisován elektromobilům, které jsou plně napájeny pomocí proudu z baterie. Zejména v městských aglomeracích s hustým provozem, a tudíž množstvím emisím, mohou elektromobily přispět k znatelnému odlehčení životnímu prostředí a zvýšení kvality lidského života – žádné přímé emise totiž během jízdy elektromobilu nevznikají.

Mimo to se elektromobily se svým současným dojezdem cca 150 kilometrů hodí především právě pro kratší vzdálenosti, které v městech podnikáme. Dle studie Evropského úřadu pro životní prostředí z roku 2010 je tento dojezd navíc pro většinu námi vykonaných jízd zcela dostatečný – více než 80% jízd, které Evropané podnikají, je kratších 20 km.

Dokud dojezd nepřekračuje rámec naší cesty (tj. oněch 150 km), představují elektromobily skutečnou a reálnou alternativu již dnes. Elektromobily se také proto postupně stávají středem pozornosti.

Pro širokou akceptaci elektromobilu je však nezbytný další vývoj v oblasti baterií, což je také jedním z jader výzkumu BASF. Je to podstatné nejen pro cenu (dnešní cena elektromobilů je ještě poměrně vysoká), ale také pro zvýšení dojezdu, protože v obou případech znamená baterie klíč.

Dnes jsou nejčastěji k vidění lithium-iontové baterie. Cílem vědců je snížit cenu tohoto typu baterie a současně nalézt řešení pro zvýšení dojezdu přes 250 km. Další generace baterií, na které pracují experti BASF, mohou přinést ještě vyšší nárůsty počtu kilometrů: například kombinací lithia se sírou nebo vzduchem je možné si představit dojezd mezi 300 a 400 km na jedno nabití.

Vedle vývoje baterií jsou dalšími dvěma centrálními oblastmi, kterými se BASF ve výzkumu elektromobilů zabývá, teplotní management a využití lehkých materiálů. Rozvoj obou prvků může vést k vyšší účinnosti: menší váha znamená nižší spotřebu energie (což zvýší dojezd).

„Hightech“ materiály jsou patrně rozhodujícím příspěvkem, který dopomůže ke snížení váhy, a účinným energetickým managementem se zajistí, že se ztratí nejmenší možné množství energie na klimatizaci a vytápění a spotřeba energie bude co nejmenší.