Klíčová slova: emise, zemní plyn, CNG, LNG, bioplyn, plynofikace dopravy, silniční doprava

Transkript

1 Dopravní fakulta Jana Pernera, Univerzita Pardubice šk. rok 2003/2004, zimní semestr III. ročník (obor DMML), KS Benediktová Marcela Název práce: ZEMNÍ PLYN V DOPRAVĚ Prohlášení: Prohlašuji, že předložená práce je naším původním autorským dílem, které jsme vypracovali samostatně. Literaturu a další zdroje, z nichž jsme při zpracování čerpali, v práci řádně cituji. Anotace: Tato semestrální práce se zabývá využitím zemního plynu jako paliva v dopravě. Snaží se poukázat na výhody a nevýhody jeho používání, popisuje současný stav v České republice a v Evropě. Ukazuje na postoj EU k této problematice a podporu ze strany státní správy. Definuje překážky plynofikace a cesty k jejich odstranění. Na závěr pojednává o využití zemního plynu v ostatních druzích dopravy. Klíčová slova: emise, zemní plyn, CNG, LNG, bioplyn, plynofikace dopravy, silniční doprava

2 Obsah ÚVOD SPECIFIKACE PŘÍNOSŮ UPLATŇOVÁNÍ ZEMNÍHO PLYNU V DOPRAVĚ VÝHODY A NEVÝHODY ZEMNÍHO PLYNU V DOPRAVĚ Výhody zemního plynu oproti kapalným palivům NEVÝHODY ZEMNÍHO PLYNU OPROTI KAPALNÝM PALIVŮM FORMY ZEMNÍHO PLYNU CNG, LNG, BIOPLYN Stlačený zemní plyn CNG Zkapalněný zemní plyn LNG Bioplyn ZHODNOCENÍ OSTATNÍCH ALTERNATIVNÍCH PALIV A TECHNOLOGIÍ Porovnání klasických a vybraných alternativních pohonných hmot Porovnání nejvíce rozšířených plynných alternativních PHM LPG a CNG Výhled do budoucna PLYNOFIKACE DOPRAVY VE SVĚTĚ A V EVROPĚ SOUČASNÝ STAV PLYNOFIKACE DOPRAVY VE SVĚTĚ A V EVROPĚ Evropa Itálie Německo Francie AKTIVITY A CÍLE EVROPSKÉ UNIE V OBLASTI ALTERNATIVNÍCH PALIV A TECHNOLOGIÍ Evropské projekty na podporu ekologické dopravy Zemního plynu nebo bioplynu se týkají následující projekty: % náhrada ropy v dopravě do roku Vybrané pasáže z akčního plánu EC Scénář rozvoje alternativních paliv do roku Plán činnosti EC PODPORA NGVS V EVROPĚ A VE VYBRANÝCH ZEMÍCH SVĚTA ZE STRANY STÁTU PLYNOFIKACE DOPRAVY V ČESKÉ REPUBLICE STAV PLYNOFIKACE DOPRAVY V ČESKÉ REPUBLICE V ROCE CNG plnící stanice Vozidla na zemní plyn Výrobci, dodavatelé CNG komponentů do vozidel LEGISLATIVA PRO PLYNOVÁ VOZIDLA A PLNICÍ STANICE V ČR PŘEHLED ORGANIZACÍ ČINNÝCH V OBLASTI NGV MĚSTSKÁ AUTOBUSOVÁ DOPRAVA V ČESKÉ REPUBLICE (MĚSTA, POČTY VOZIDEL ) PODPORA PLYNOFIKACE DOPRAVY ZE STRANY STÁTNÍ SPRÁVY DAŇOVÉ ZVÝHODNĚNÍ ZEMNÍHO PLYNU, BUDOUCÍ VÝVOJ VE VAZBĚ NA VÝVOJ DANÍ V EU PROGRAMY MINISTERSTVA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ A STÁTNÍHO FONDU ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ SFŽP: Program 5.3. na podporu vybudování infrastruktury ekologizované MHD Program ISPA v České republice

3 5 ÚLOHA PLYNÁRENSTVÍ PŘI ROZVOJI PLYNOFIKACE DOPRAVY V ČESKÉ REPUBLICE PŘÍKLADY KONKRÉTNÍCH ČINNOSTÍ PLYNÁRENSKÝCH SPOLEČNOSTÍ USILUJÍCÍCH O ROZVOJ PLYNOFIKACE DOPRAVY Realizační, technické aktivity zaměřené na budování infrastruktury Marketingové, propagační a finanční aktivity zaměřené na přesvědčování a získávání nových provozovatelů plynových vozidel, plnicích stanic DEFINOVÁNÍ PŘEKÁŽEK PLYNOFIKACE A CESTY K JEJICH ODSTRANĚNÍ PŘEKÁŽKY BRÁNÍCÍ ŠIRŠÍMU UŽITÍ ZEMNÍHO PLYNU V DOPRAVĚ POTENCIÁLNÍ PROVOZOVATELÉ NGV VOZIDEL A JEJICH POŽADAVKY Hlavní požadavky potenciálního investora na nová vozidla CNG AUTOBUSY CNG OSOBNÍ AUTOMOBILY ZÁKLADNÍ PŘEDPOKLADY PRO BUDOUCÍ ROZVOJ PLYNOFIKACE DOPRAVY NAVRHOVANÉ AKTIVITY JEDNOTLIVÝCH ÚČASTNÍKŮ NGV TRHU PRO ROZVOJ PLYNOFIKACE DOPRAV ZEMNÍ PLYN V ŽELEZNIČNÍ A LODNÍ DOPRAVĚ ZEMNÍ PLYN V ŽELEZNIČNÍ DOPRAVĚ ZEMNÍ PLYN V LODNÍ DOPRAVĚ LNG trajekt v Norsku ZÁVĚR SEZNAM TABULEK SEZNAM OBRÁZKŮ ZDROJE

4 Úvod Doprava je jednou z důležitých činností, kterou člověk ke svému životu potřebuje. Dnešní doba klade stále větší požadavky na rychlou a kvalitní dopravu. Největší objem přepravy připadá na dopravu silniční. To se však negativně odráží na množství emisí a škodlivin v městech a aglomeracích a na kvalitě životního prostředí celkově. Silniční doprava je však pro člověka nenahraditelná. Je tedy nutné hledat jiné zdroje energie nežli jsou klasické nafta a benzín. Tato semestrální práce se zabývá využíváním zemního plynu v dopravě. Snaží se zmapovat jeho výhody a nevýhody a jeho různé formy. Sleduje vývoj situace ve světě a v Evropě. Popisuje současný stav využívání zemního plynu v České republice a seznamuje s jeho využitím i v jiných druzích dopravy. 4

5 1 Specifikace přínosů uplatňování zemního plynu v dopravě 1.1 Výhody a nevýhody zemního plynu v dopravě Výhody zemního plynu oproti kapalným palivům Ekologické výhody Doprava je jedním z největších zdrojů škodlivin a emisí v ovzduší. Konkrétní procentní zastoupení jednotlivých zdrojů emisí uvádí tabulka 1. tabulka 1 - Rozdělení zdrojů emisí podle jejich podílu [6] REZZO Charakteristika Emise I Zdroje o výkonu nad 5 MW 38 % (průmysl, elektrárny, teplárny, velké kotelny) II Zdroje o výkonu 0,2 5 MW 2 % (domovní kotelny aj.) III Zdroje o výkonu pod 200 kw 4 % (malé domovní kotelny, individuální vytápění) IV Mobilní zdroje 56 % (automobily, autobusy aj.) Celkové emise v roce 1997 v ČR 423 tis. tun 100 % Ekologické výhody zemního plynu v dopravě jsou jednoznačné, vyplývají z jeho složení, především poměru atomů uhlíku a vodíku v molekule. Zemní plyn je tvořen z cca 98 % metanem CH 4 s příznivým poměrem C : H = 1 : 4. Bioplyn je složen až z 60 % metanu. Pro účely použití v dopravě se upravuje na kvalitu zemního plynu. Vozidla na zemní plyn produkují výrazně méně škodlivin než vozidla s klasickým pohonem, a to nejen škodlivin dnes sledovaných: oxidů dusíku, oxidu uhelnatého, uhličitého, pevných částic, ale také i karcinogenních látek: polyaromatických uhlovodíků, aldehydů, aromátů včetně benzenu. Rovněž vliv na skleníkový efekt je u vozidel na zemní plyn menší v porovnání s benzínem či naftou. Motory na plynový pohon zpravidla s velkou rezervou plní platné emisní limity EURO II i připravované EURO III, EURO IV. Výjimkou v některých případech zatím bývá vyšší obsah emisí nespáleného metanu. Snížení jejich koncentrace je technicky realizovatelné pomocí oxidačních katalyzátorů a např. CNG autobus Karosa Citybus již v tomto ukazateli splňuje normu EURO IV, jejíž zavedení se chystá na rok Některé státy (např. USA) však obsah uhlovodíků ve zplodinách nesledují a je otázkou, zda budou evropskými předpisy v budoucnu nadále limitovány. Používání CNG v městské hromadné dopravě osob ve městech je velkým ekologickým přínosem. Konkrétní číselné porovnání nafty a CNG ve městě se 100 tis. obyvatel ukazuje tabulka 2. 5

6 tabulka 2 - Ekologický přínos MHD na CNG pro město se 100 tis. obyv. nafta [t/rok] CNG [t/rok] rozdíl/rok tuhé látky 1,04 0,35 0,69 NO x 48,70 34,10 14,60 CH 4,20 2,80 1,40 CO 5,60 1,40 4,20 CO , ,00 287,00 Zkušenosti z praktického použití vozidel s pohonem na zemní plyn ukázaly, že provoz těchto vozidel se oproti provozu vozidel s naftovými motory z hlediska životního prostředí vyznačuje především následujícími výhodami: - výrazné snížení emisí pevných částic (PM Particulate Matters), které jsou u naftových motorů považovány z důvodu mutagenních a karcinogenních účinků za nejzávažnější, - kouřivost vznětových motorů je u plynových pohonů prakticky eliminována, - snížení dalších dnes sledovaných složek emisí oxidů dusíku NO x a emisí oxidu uhelnatého CO, - snížení emisí oxidu uhličitého (skleníkového plynu) cca o %, - výrazné snížení nemetanových, aromatických a polyaromatických uhlovodíků (PAU), aldehydů, - snížení tvorby ozónu v atmosféře nad zemí, který způsobuje tzv. letní smog, - spaliny z motorů na zemní plyn neobsahují oxid siřičitý (SO 2 ), - do zemního plynu se nepřidávají aditiva a karcinogenní přísady, - plynové motory mají tišší chod, úroveň hluku plynových autobusů oproti naftovým je díky měkčímu spalování nižší o 50 % vně vozidel, o % uvnitř vozidel, - při tankování nevznikají žádné ztráty paliva (odpařování nafty), - nemožnost kontaminace půdy v důsledku úniku nafty na silnici, v garáži. Používáním motorů na zemní plyn lze výrazně snížit množství emisí v ovzduší. Konkrétní snížení jednotlivých složek emisí v procentech uvádí tabulka 3. tabulka 3 - Srovnání emisí produkovaných naftovými motory a motory na zemní plyn výsledky dle měření firmy Transgas, a. s. Pevné částice Snížení o % NOx Snížení o % HC Srovnatelné, resp. zvýšení nedosahující limitu CO snížení o % CO 2 snížení o % Ekonomická výhodnost Náklady na pohonnou hmotu (zemní plyn) jsou nižší, provoz plynových automobilů je tedy levnější 1. 1 Na konci roku 2003 je cena stlačeného zemního plynu v České Republice cca poloviční ve srovnání s benzínem. 6

7 Provozní výhody - u dvoupalivových systémů je zachována možnost užívání benzínu, - lepší směšování plynu se vzduchem umožňuje rovnoměrnost palivové směsi, možnost pracovat s vysokým součinitelem přebytku vzduchu, rovnoměrnější plnění válců, menší zatěžování motoru, - zvýšení celkového dojezdu u dvoupalivových systémů (u zemního plynu o cca km), - díky čistotě paliva se prodlužuje životnost motorového oleje i samotného motoru, - nevytvářejí se karbonové usazeniny, - nemožnost zcizení pohonné hmoty, - ve srovnání s naftovými motory snížení hlučnosti motoru, - lepší startování při nízkých teplotách (odpadá používání zimní nafty), - vysoká antidetonační schopnost vysoké oktanové číslo zemního plynu (130) umožňuje motoru pracovat i v oblasti výrazného ochuzení palivové směsi, zvyšuje odolnost vůči klepání motoru. Vyšší bezpečnost - zemní plyn oproti benzinu, naftě, LPG je lehčí než vzduch, - zápalná teplota zemního plynu je oproti benzínu dvojnásobná, - tlakové nádrže vyrobené z oceli, hliníku nebo kompozitních materiálů jsou bezpečnější než nádrže na kapalné pohonné hmoty, - při tankování nemůže dojít ke znečištění případně proniknutí paliva do země. Jednoduchost distribuce plynu k uživateli. Zemní plyn je přepravován již vybudovanými plynovody, jeho používáním se snižuje počet nákladních cisteren s kapalnými pohonnými hmotami na silnicích. Větší perspektiva zemního plynu Větší perspektiva zemního plynu oproti produktům ropy (benzínu, naftě, propan butanu) vzhledem k jeho větším zásobám oproti ropě. Při hodnocení jednotlivých druhů paliv lze porovnávat různá kritéria. tabulka 4 uvádí výhřevnost a oktanové číslo těchto druhů paliv. tabulka 4 - Výhřevnost a oktanové číslo různých PHM Pohonná hmota Výhřevnost Oktanové (cetanové) číslo Benzín Natural MJ/kg = 33 MJ/l 95 Nafta 43 MJ/kg = 36 MJ/l (40 55) Propan 46 MJ/kg = 23 MJ/l 100 Butan 54 MJ/kg = 27 MJ/l 93 Zemní plyn - CNG 49 MJ/kg = 34 MJ/m litr benzínu = 0,9-1,0 m 3 CNG = 1,2 litru LPG, - 1 litr nafty = 1,1-1,2 m 3 CNG = 1,3 litru LPG, - 1 litr LPG = 0,7-0,8 m 3 CNG 50[8] 7

8 1.1.2 NEVÝHODY ZEMNÍHO PLYNU OPROTI KAPALNÝM PALIVŮM Nedostatečná infrastruktura Každé alternativní palivo, které se snaží konkurovat tradičním pohonným hmotám, trpí neexistencí dostatečné infrastruktury potřebné k rozšíření jeho užití. Zejména jde o problém menšího počtu plnicích stanic. Vyšší náklady Vyšší náklady na vozidlo - přestavby vozidel na plyn zvyšují cenu vozidla vzhledem k investici na pořízení (schválení) plynové zástavby do vozidla, - sériově vyráběné plynové vozy jsou dražší (menší počty kusů, individuelní výroba) Vyšší náklady na plnicí stanice, na díly plynových zástaveb Vzhledem k doposud malému rozšíření a tudíž malosériové výrobě plynových vozidel jsou náklady vyšší. Lze očekávat, že náklady klesnou s širším využíváním plynu v dopravě. Ekonomika provozování plynových vozidel Přestože plyn jako pohonná hmota je výrazně levnější než klasická paliva benzín, nafta (1/3 až 1/2 ceny klasických pohonných hmot), ekonomika nemusí vycházet příznivě. Nižší cena plynu nemusí vždy vyvážit dodatečné finanční náklady na přestavbu vozidla, zejména u vozidel s malým počtem ujetých kilometrů.. Zhoršení stávajícího komfortu - nutnost pravidelných kontrol plynových zástaveb, - zmenšení zavazadlového prostoru nebo užitného prostoru o prostor, který zabírá tlaková nádrž 2 Provozní nevýhody - zvýšení celkové hmotnosti automobilu a tím snížení povolené hmotnosti užitečné v důsledku instalace tlakové nádrže na plyn 3, - zpřísněná bezpečnostní opatření (garážování, opravy,...), - snížení výkonu motoru (o cca 5 10 %) u přestavovaných vozidel, - menší dojezd CNG vozidel oproti klasickým palivům (osobní automobil km). 1.2 Formy zemního plynu CNG, LNG, bioplyn Z chemického hlediska je zemní plyn směs plynných uhlovodíků s proměnnou příměsí neuhlovodíkových plynů. Jeho hlavní složkou je metan CH4. Je to hořlavý, výbušný plyn bez barvy, bez zápachu a bez chuti. Není jedovatý, má zanedbatelné toxické vlastnosti. Je lehčí než vzduch. Vlastnosti zemního plynu tranzitního (t = 15 º C, p = 101,325 kpa, suchý γ = 0): Složení zemního plynu uvádí 2 alternativně je možno řešit umístěním tlakové nádrže na střechu (autobusy), pod vozidlo (osobní, nákladní automobily) nebo do jiných prostor (např. místo náhradního kola) 3 lze řešit užitím tlakových lahví z kompozitních materiálů, které jsou až 5 lehčí než tradiční ocelové 8

9 tabulka 5. 9

10 tabulka 5 - Složení zemního plynu CH 4 98,20 % CO 2 0,10 % N 2 0,77 % S 0,20 mg/m 3 Výhřevnost 34,08 MJ/m 3 Spalné teplo 37,82 MJ/m 3 Meze výbušnosti 5 15 % Zápalná teplota 650 C Množství spalovacího vzduchu 9,56 m 3 vzduchu/m 3 ZP Teplota plamene C Jako motorové palivo je převážně využíván stlačený zemní plyn CNG (Compressed Natural Gas) a bioplyn (biogas, kompogas), v menší míře je využíván zkapalněný zemní plyn LNG (Liquefied Natural Gas) Stlačený zemní plyn CNG Zemní plyn z distribuční sítě je komprimován na barů pomocí kompresorů a pod tímto tlakem plněn do tlakových nádob ve vozidlech Zkapalněný zemní plyn LNG Je to zkapalněný zemní plyn je % metan (se zbytky etanu, propanu, vyšších uhlovodíků, dusíku ), který je zchlazen na 162 C při atmosférickém tlaku. Zkapalněný zemní plyn je studená, namodralá, průzračná kapalina bez zápachu, nekorozivní, netoxická, s malou viskozitou. - zkapalněný zemní plyn zaujímá cca 600 menší objem než plynný zemní plyn, - hustota LNG je 0,4 0,42 kg.m -3, - 1 kg LNG má výhřevnost 54,8 MJ, 1 litr LNG 22,2 MJ, - zápalná teplota LNG je 540 C [8]. Výhody LNG - větší dojezd vozidla na LNG oproti CNG (jedna z hlavních nevýhod CNG), na srovnatelnou úroveň s klasickými pohonnými hmotami 4, - vysoce čisté palivo s minimem škodlivých emisí (díky zkapalnění LNG neobsahuje vodu, kysličník uhličitý a může být zbaven většiny vyšších uhlovodíků), - vysoká hustota energie (srovnatelná s ropnými látkami), - relativně snadná všeobecná dostupnost, - dostatečné zásoby zemního plynu, - nepříliš těžká palivová nádrž, - doba plnění srovnatelná s klasickými palivy, - bezpečnější provoz (vyšší zápalná teplota LNG oproti benzínu), 4 Pro srovnání: 1,5 litru LNG energeticky odpovídá 1 litru benzínu, 1,7 litru LNG energeticky odpovídá 1 litru nafty 10

11 - oproti CNG zmenšení objemu palivových nádrží a tím zvětšení úložného prostoru ve vozidle. Nevýhody LNG: - uchovávání za velmi nízkých teplot, - odpar z nádrže při delší odstávce vozidla, - složitější a nákladnější technologie v porovnání se stlačeným zemním plynem, - jiná technologie plnění vozidel a nová rizika při tankování, Bioplyn Bioplynem je obecně myšlena plynná směs metanu a oxidu uhličitého, metan je vždy převažující složkou. Bioplyn je produktem procesu metanizace anaerobního rozkladu (bez přístupu vzduchu), kde anaerobní mikroorganismy transformují organické látky na bioplyn. Průměrný obsah metanu v bioplynu podle jednotlivých technologických procesů uvádí tabulka 6. tabulka 6 - Průměrný obsah metanu v bioplynu podle technologických procesů Zdroj bioplynu Obsah metanu (obj. %) čištění odpadních vod stabilizace kalů agroindustriální odpady skládky Bioplyn obsahuje vedle svých hlavních složek metanu a oxidu uhličitého i dusík, sirovodík, kyslík a další příměsi sulfany, vyšší uhlovodíky, aromáty, chlorované uhlovodíky, alkoholy, ketony atd. Nejvíce nečistot obsahuje bioplyn ze skládek tuhých odpadů. Při obsahu metanu nad 53 % začíná bioplyn být lehčí než vzduch. Přestože metan i oxid uhličitý jsou plyny bez zápachu, bioplyn silně zapáchá. Zápach je způsoben hlavně obsahem sirovodíku a dalšími zejména sirnými sloučeninami, které páchnou již ve velice nízkých koncentracích (merkaptany). Podstatně více zapáchá bioplyn ze skládek. Oproti zemnímu plynu (34 MJ.m -3 ) má bioplyn nižší výhřevnost, přibližně MJ.m -3. Bioplyn je vhodný jako topný plyn pro běžné spalovací procesy i jako plyn pohonný pro spalovací motory. Pro účely použití jako pohonné hmoty se bioplyn upravuje, především se zbavuje CO 2 a H 2 S, a tak se jeho kvalita může přiblížit nebo vyrovnat zemnímu plynu. Při srovnání uvedených 3 forem zemního plynu je v současnosti nejvíce využíván stlačený zemní plyn, dále bioplyn a na posledním místě zkapalněný zemní plyn. Širší užití bioplynu je limitováno jeho množstvím a lokalizací. Zkapalněný zemní plyn je využíván především v USA, v Evropě existuje několik demonstračních projektů. Širšímu uplatnění LNG zatím brání ekonomika provozu vysoké energetické náklady na zkapalnění plynu, na zkapalňovací stanice i na uskladňování LNG ve vozidlech. Díky vysoké hustotě energie zemního plynu ve zkapalněné formě má LNG perspektivu, často je označován jako přechod mezi stlačeným zemním plynem CNG a kapalným vodíkem. 1.3 Zhodnocení ostatních alternativních paliv a technologií I ropné společnosti začínají otevřeně přiznávat, že éra ropy pomalu končí. Zčásti je to dáno tím, že ubývá snadno dostupných ložisek. Ale především vyspělé státy stále zpřísňují předpisy, které stanovují obsah škodlivin z automobilových motorů. Ve výfukových plynech 11

12 by mělo být stále méně sloučenin síry, oxidů dusíku poškozujících lidské plíce a také méně nejvýznamnějšího skleníkového plynu oxidu uhličitého, který významně přispívá k zahřívání planety. Spalovací motory poháněné benzínem nebo naftou nebudou moci stále zpřísňovaným emisním limitům vyhovět. Budoucnost automobilismu je v tzv. čistých technologiích ultra clean, zero emission, přicházejících v úvahu zejména pro centra velkých měst. Řada světových firem vynakládá velké finanční částky na podporu projektů, které jsou zaměřeny na vyhledávání nových a hlavně obnovitelných zdrojů energie. Do těchto kategorií lze začlenit i alternativní paliva. Benzinové a naftové motory nadále zůstávají ve výrobních programech všech výrobců automobilů. Jejich vývoj není ukončen a zdokonalení jsou možná. Přední světové automobilky vynakládají značné prostředky na vývoj motorů výkonnějších a úspornějších, ale také šetrnějších k životnímu prostředí, vyvíjejí nové technologie. Jejich koncepce jsou založeny na optimálním dávkování paliva (např. přímým vstřikováním) a tím snížené jeho spotřebě. Nižší spotřeba paliva vede k nižším emisím výfukových zplodin, další jejich snížení je dosahováno vývojem speciálních katalyzátorů. Příkladem je technologie ZLEV (Zero Level Emission Vehicle) automobil s nulovými emisemi. Cílem je snížit emise na hodnotu emisí vypouštěných do ovzduší elektrárnou při výrobě ekvivalentního množství elektrické energie potřebné k ujetí stejné vzdálenosti elektromobilem. Na průnik na trh dopravy, dnes obsazený tradičními pohonnými hmotami, se chystá celá řada alternativních paliv a nových technologií a nebude pro zemní plyn jednoduché se zde prosadit. Velmi perspektivními se jeví vozidla s palivovými články (Fuel cells). Jedná se o elektromobily, které si potřebnou elektrickou energii vyrábějí přímo ve vozidle v palivových článcích. Ty potřebují pro svůj provoz kyslík a vodík. Zdrojem kyslíku je okolní vzduch, zdrojem vodíku buď přímo vodík, zemní plyn nebo metanol. Na trhu se začínají objevovat hybridní vozidla. K pohonu slouží hybridní systém skládající se z klasického motoru a elektromotoru. Podle jízdních podmínek se používá jeden nebo druhý motor. Na krátkých vzdálenostech (ve znečištěných centrech městech) využívají vozidla elektromotor s nulovými emisemi. Klasický motor uvede řidič do chodu jen při meziměstských jízdách nebo při dobití akumulátorů. Chceme-li mít výčet možných paliv a technologií budoucnosti úplný, musíme k předchozím připočíst vozidla využívající dnešní alternativní pohonné hmoty zemní plyn stlačený CNG nebo zkapalněný LNG, propan butan LPG, metanol, etanol, biopaliva bioplyn, bionaftu, bioetanol, DME, elektromobily s klasickými akumulátory a ekologicky nejčistší vozidla solární automobily a vozidla s vodíkovým pohonem Porovnání klasických a vybraných alternativních pohonných hmot Benzín Nafta Zemní Propan butan Vodík Elektřina plyn CNG LPG H 2 akumulátory Vliv na životní prostředí CO HC - nespálené uhlovodíky NOx PM - pevné částice CO

13 Ekonomika Cena paliva Pořízení (přestavba) automobilu Provoz Infrastruktura Komfort užití Nabídka vozidel na trhu Přijetí veřejností Vysvětlivky : 0 stejné - trochu horší - - zřetelně horší výrazně horší + trochu lepší + + zřetelně lepší výrazně lepší Porovnání nejvíce rozšířených plynných alternativních PHM LPG a CNG Výhody propan butanu oproti zemnímu plynu - poměrně široká síť čerpacích stanic v České republice i v Evropě - větší dojezd na jedno naplnění (propan butan cca km oproti zemnímu plynu cca km) - nižší investice při pořízení plynové zástavby (cca tisíc Kč) - menší tlaková nádrž - nižší cena plnicích stanic Výhody zemního plynu oproti propan butanu - výhodnější je cena zemního plynu (ne o mnoho) díky nulové spotřební dani nižší provozní náklady - lepší startovací vlastnosti při nízkých teplotách - bezpečnost zemní plyn je oproti propan butanu lehčí než vzduch, a tudíž bezpečnější při provozu a manipulaci; propan butan má přísnější podmínky garážování s ohledem na spolehlivé větrání - stabilní kvalita paliva - perspektiva užití zásoby zemního plynu jsou dlouhodobější než zásoby ropy, na kterou je výroba PB vázána Výhled do budoucna V prvním desetiletí 21. století jednoznačně zůstane jako hlavní zdroj motorových paliv ropa. Pozornost je a bude soustředěna na výzkum a vývoj nových technologií, nových katalyzátorů, jimiž lze dále snížit množství emisí výfukových plynů. S tenčícími se zásobami ropy budou současné klasické pohonné hmoty benzín, nafta ztrácet na významu, ostatní dnešní alternativní paliva buď v průběhu příštích 30 letech skončí spolu s ropnými látkami (např. propan butan) nebo je nebude možno získávat v dostatečném množství a budou využívána 13

14 převážně lokálně (bioplyn, metanol, etanol, rostlinné oleje). Experti předpokládají, že okolo roku 2020 bude 15 až 20 % vozidel (přibližně 120 milionů) používat alternativní pohonné hmoty a do poloviny 21.století spalovací motory již nebudou existovat, nahradí je palivové články nebo solární pohon. Ani v éře elektromobilů na bázi palivových článků se zemní plyn z dopravy nevytratí. Je reálné, že metanol nebo přímo vodík pro palivové články budou vyráběny ze zemního plynu. 2 Plynofikace dopravy ve světě a v Evropě 2.1 Současný stav plynofikace dopravy ve světě a v Evropě Na počátku 21.století ve světě na zemní plyn jezdí 1,5 milionu vozidel ve více než 50 zemích. Počet plnicích stanic se blíží 4 tisícům. Roční celosvětová spotřeba zemního plynu pro pohon vozidel je zhruba 3 miliardy m 3. Jako motorové palivo je převážně využíván stlačený zemní plyn CNG, objevují se ale i projekty užití zkapalněného zemního plynu LNG. Vozidla s pohonem na CNG se hojně používají již v několika zemích světa. Přehled těchto zemí uvádí tabulka 7. tabulka 7 - Země s největším počtem CNG vozidel Země Počet CNG vozidel Argentina Itálie Pakistán USA Brazílie Čína Rusko Venezuela Indie Egypt Kanada Německo Kolumbie CELKEM Osobní a dodávkové automobily Sériová silniční vozidla na CNG vyrábí v Evropě řada automobilek. K nejprodávanějším modelům patří Fiat (Marea, Multipla), Volvo (V70, S80). V současnosti na trh přichází CNG Opel Zafira, VW Golf 2,0. Pro nejbližší roky se připravují CNG modely Ford, Fiat Ducato, Doblo, Volvo S 60, Opel Astra [9]. Autobusy CNG autobusy nabízejí všichni významní výrobci např. Mercedes-Benz, Iveco, MAN, Volvo, Neoplan, Nissan, Isuzu, Renault, Van Hool, Scania [9]. 14

15 2.1.1 Evropa V Evropě jezdí na zemní plyn 425 tisíc vozidel ( bez Itálie a Ruska). K dispozici je téměř 900 plnicích stanic Itálie Itálie byla první zemí na světě, která již více než před půlstoletím začala využívat zemní plyn jako pohonnou hmotu. V současnosti zde jezdí 460 tisíc CNG vozidel (v roce tisíc), z toho 453 autobusů. Počet CNG plnicích stanic dosáhl 398 (v roce stanic). Roční prodej CNG je vyšší než 400 milionů m 3. Nejprodávanějším plynovým automobilem je FIAT Multipla. V roce 2002 bylo prodáno a za první dva měsíce roku 2003 již více než 6 tisíc těchto vozidel. Automobilka FIAT nabízí jak jednopalivovou verzi Bluepower s dojezdem 650 km, tak dvoupalivovou verzi Bipower s dojezdem 400 km na zemní plyn. Podporou vlády je snížená daň na CNG. Podpůrný program pro přechod na CNG uživatelé vozidel starších než 10 let obdrží finanční příspěvek při přechodu na zemní plyn. Střednědobým cílem je zdvojnásobení počtu vozidel a plnicích stanic do roku 2005 [7] Německo Začátkem roku 2001 počet CNG vozidel v Německu přesáhl hranici 10 tisíc (v roce ), plnicích stanic bylo 230 ( v roce ). V Berlíně v rámci NGV projektu jezdí více než 1000 vozidel taxi na zemní plyn. V roce 2000 proběhla ve spolupráci plynárenských společností, výrobců vozidel a ministerstva životního prostředí Image NGV kampaň. Od dubna 1999 v rámci ekologické daňové reformy byla snížena daň na zemní plyn jako pohonnou hmotu do konce roku Touto úpravou je výrobcům automobilů, potenciálním uživatelům vozidel poháněných zemním plynem, provozovatelům čerpacích stanic a plynárenskému průmyslu poskytnuta jistota pro plánování investic. Finanční podpora německé vlády se pohybuje mezi miliony /rok. Cílem pro nejbližší roky je zvýšení počtu plnicích stanic na 300, umístěných hlavně ve městech nad 100 tisíc obyvatel. Do rozvoje plynofikace dopravy hodlá německé plynárenství investovat 150 milionů DM. V roce 2001 plynárenská společnost Ruhrgas a vlastník čerpacích stanic ARAL uzavřely dohodu o vybudování CNG plnicích stanic v Německu do 5 let [7] Francie Na začátku roku 2001 ve Francii jezdilo celkem CNG vozidel, CNG plnicích stanic bylo 105. Počátky plynofikace dopravy byly ve Francii zaměřeny hlavně na sektor veřejné dopravy (městské autobusy, svoz domovního odpadu) a na služební vozidla Gaz de France. Nyní se rozšiřuje využívání zemního plynu i v ostatních oblastech včetně osobní dopravy. V roce 1998 jezdily na zemní plyn ve Francii 3 autobusy, počátkem roku 2001 se jejich počet zvýšil na 500 v téměř 40 francouzských městech. Pro nejbližší roky je již objednáno dalších zhruba plynových autobusů (25 % nových autobusů ve Francii je na zemní plyn), dalších 70 měst plánuje jejich zařazení do městské dopravy. V roce 2001 byl předpoklad výstavby 50 nových veřejných CNG stanic. Konkrétně zemní plyn pro pohon autobusů si zvolily např. Paříž (do roku autobusů na zemní plyn), Nice, Bordeaux, Montpellier, Lille, Poitiers, Colmar, Strasbourg, Le Mans, Orsay, Valence, Nancy, Nantes a další [7]. Jaká je situace v ostatních státech Evropy ukazuje tabulka 8. tabulka 8 - Situace v ostatních státech Evropy [7] Země CNG vozidla CNG stanice poznámka Švédsko Největší autobus.park v Evropě Malmö

16 CNG autobusů Velká Británie Plynová vozidla ve 22 městech Holandsko GAIA projekt v oblasti Amsterdamu Belgie Nulová daň na zemní plyn jako PHM Španělsko Barcelona plánuje nákup 250 NG autobusů Švýcarsko nových CNG stanic do 3 let Turecko Portugalsko Nulová daň na zemní plyn ve veřej.dopravě Rakousko Marketing.projekt OMV+plynáren.společn Norsko 88 4 Gasnor 70 CNG aut, Bergen 18 autobusů Řecko 40 2 Atény 40 CNG autobusů, 250 objednáno Polsko 39 2 Przemysel 12 CNG autobusů Island osobních aut VW na bioplyn 2.2 Aktivity a cíle Evropské unie v oblasti alternativních paliv a technologií Evropské projekty na podporu ekologické dopravy V důsledku politického tlaku a tlaku veřejného mínění zaměřila Evropská komise jednu z cest v oblasti výzkumu a vývoje do oblasti energetiky, životního prostředí a udržitelného rozvoje. V zemích EU je nejrychleji se rozvíjejícím sektorem doprava. Spotřeba energie v tomto odvětví se od roku 1970 více než zdvojnásobila a dosahuje třetiny celkové spotřeby energií. Oblast dopravy s sebou navíc přináší řadu dalších problémů ovlivňujících život obyvatel špatná kvalita vzduchu, produkce skleníkových plynů, vyčerpávání energetických zdrojů Na podporu řešení problematiky dopravy a městského prostředí vyhlásila Evropská komise počátkem 90. let 20. století ještě v rámci THERMIE programu 3 cílené dopravní projekty ANTARES, JUPITER a ENTRANCE, na které navázalo dalších 7 projektů CENTAUR, ENTIRE, EVD-Post, JUPITER-2, NGVeurope, SAGITTAIRE a ZEUS Zemního plynu nebo bioplynu se týkají následující projekty: CENTAUR Projekt zaměřený na postupy zvýhodňující hromadnou dopravu před soukromou, na zavádění energeticky účinnějších vozidel, čistých technologií. CNG je testován v Bristolu a Grazu. ENTIRE Projekt demonstroval vhodnou kombinaci komerční a veřejné dopravy ve městech se snižováním emisí, zaměřuje se na racionální využívání energie v městské dopravě. V Kolíně nad Rýnem byly pořízeny nákladní vozy pro svoz komunálního odpadu s pohonem CNG, kurýrní služba UPS přestavěla vybraná vozidla z naftového pohonu na CNG. Salamanca uvedla do provozu CNG autobusy. JUPITER-2 Cílem projektu bylo zavést nové, čistší autobusy do městské dopravy. CNG autobusy byly zkoušeny v Bilbau, Florencii, Merseyside a Nantes. 16

17 NGVeurope Projekt získává zkušenosti se zaváděním automobilů poháněných zemním plynem a bioplynem. Na 250 plynových vozidlech ve vybraných 13 městech (Colmar, Goteborg, Poitiers, Řím, Augsburg a další) v 7 zemích Evropy jsou demonstrovány výhody používání zemního plynu v městské dopravě. Od uvedeného projektu se očekává především: - kvantifikace snížení emisí škodlivin v důsledku užití zemního plynu, - získání zkušeností z praktického provozu plynových vozidel, - rozšíření infrastruktury plnicích stanic ve vybraných městech, - rozšíření informovanosti veřejnosti o výhodách zemního plynu v dopravě. ZEUS Projekt je zaměřen na odstranění tržních bariér, které brání širšímu uplatňování ekologických vozidel v dopravě evropských měst. CNG je zkoušen v Aténách, Brémách, Helsinkách. CIVITAS II [3] Vyhlášení výzvy: Uzávěrka výzvy: Rozpočet 6. RP pro CIVITAS II: 50 mil. Typ nástroje: Integrovaný projekt CIVITAS II je významná iniciativa EU zaměřená na podporu zavádění a testování inovativních opatření výrazně zlepšujících dopravu ve městech. Cílem je dosáhnout zásadního posunu směrem k udržitelnému rozvoji, zvýšit využívání čistých vozidel a alternativních paliv. Souhrn opatření bude vybrán konkrétně pro dané prostředí tak, aby byla podporována energetická a dopravní politika města. CIVITAS II navazuje na úspěšnou aktivitu CIVITAS, v rámci které byly podpořeny 4 projekty zahrnující celkem 19 měst (z ČR se město Praha účastní projektu TRENDSETTER [5]) Opatření v rámci projektů CIVITAS: Energeticky účinné, cenově dostupné a čisté dopravní prostředky pro veřejnou a osobní dopravu využívající alternativní paliva (biopaliva, zemní plyn) a související potřebná inovativní infrastruktura povinné, plány pro regulaci vjezdu do vnitřních částí měst, omezení vjezdu pouze pro čistá vozidla a cyklisty; parkování, komplexní strategie týkající se poplatků (kombinace s parkováním a veřejnou dopravou), stimulace využívání hromadné dopravy, vč. bezpečnosti a přístupnosti (zejména pro občany se sníženou pohyblivostí), nové formy využívání/vlastnictví dopravních prostředků, nové koncepty zásobování, integrace dopravních a informačních systémů, služby pro pasažéry. Zaměření CIVITAS II: - středně velká města (do obyvatel) - podpora účasti kandidátských států - účast partnerů z min. 3 různých států Projekty by měly být předkládány nejlépe dvojicí měst, z nichž jedno je tzv. vedoucí (leader) a mělo by pokrýt co největší spektrum výše vyjmenovaných opatření, druhé tzv. následující (follower) se zaměří na 1-2 aspekty [3] % náhrada ropy v dopravě do roku 2020 V prosinci 2001 Evropská komise (European Commission EC) přijala akční plán a 2 návrhy směrnic zabývajících se užitím alternativních paliv v dopravě. Komise zvážila, že užití paliv 17

18 jako etanol a bioplyn získávaných ze zemědělských zdrojů (např. biopaliva) jsou technologie s velkým potenciálem v krátkodobém a střednědobém horizontu. Akční plán načrtl strategii jak dosáhnout 20 % náhrady benzínu a nafty alternativními palivy v silniční dopravě do roku 2020 v dnešních 15 státech Evropské unie. Závěrem je, že pouze 3 alternativní paliva/technologie mají šanci nahradit z více než 5 % spotřebu motorových paliv v příštích 20 letech. - biopaliva, v současnosti již používaná - zemní plyn ve střednědobém horizontu - vodík a palivové články v dlouhodobém horizontu První navrhovaná směrnice stanovuje minimální úroveň biopaliv jako poměr paliv prodaných od roku 2005, nejprve 2 % až po 5,75 % prodeje PHM v roce Pro zemní plyn je cílem 10 % náhrada dnešních, na bázi ropy vyráběných, pohonných hmot v roce Druhá navrhovaná směrnice dává členským státům volbu uplatňování snížené sazby spotřební daně na čistá nebo smíšená biopaliva, která jsou užívána pro vytápění nebo jako motorové palivo. Pro zemní plyn a vodík evropská komise navrhuje zřídit poradní skupinu pro zavádění uvedených paliv na trh, výběr typů vozidel, geografických území, budování infrastruktury plnicích stanic a vhodnou daňovou politiku. Členové uvedené skupiny budou vyhledáváni z příbuzných oborů průmyslu a nestátních organizací. Jistota dodávek energie (energy security) a ochrana životního prostředí jsou 2 klíčové motivační faktory při tvorbě nových politických iniciativ EC. Tyto nové iniciativy demonstrují první evropskou legislativní podporu alternativním palivům. Cíl komise 10 % náhrada ropy zemním plynem do roku 2020 představuje ve státech EU: - 23,5 milionu vozidel na zemní plyn, - spotřebu zemního plynu cca 47 miliard m 3, - cca 20 tisíc plnicích stanic zemního plynu. Jedná se o významný krok Evropské unie uznávající důležitost alternativních paliv a zejména zemního plynu jako ekonomické a ekologické užitné náhrady pohonných hmot na bázi ropy. Evropská komise doporučuje využití zemního plynu jako obnovitelného zdroje (bioplyn), ve formě stlačeného (CNG) a zkapalněného plynu (LNG) a také jako zdroje pro výrobu vodíku v budoucnu Vybrané pasáže z akčního plánu EC Těžba ropy v Evropské unii v posledních 10 letech roste, zejména díky těžbě z nových nalezišť v Severním moři. Zároveň se však spotřeba ropy nemění, primárně díky náhradě ropy jako zdroje energie pro mimodopravní účely. Tento úbytek je kompenzován prudkým nárůstem spotřeby v dopravě. V příštích 20 až 30 letech je očekáváno snižování produkce ropy v EU, ačkoli spotřeba ropy poroste s tím, že možnosti její náhrady budou již vyčerpány a poptávka v sektoru dopravy dále poroste. Během příštích desetiletí lze očekávat zvyšující se závislost na importu ropu, jedinou možnost je zvýšení dodávek ropy od členů OPEC. Tento scénář se nekryje se snižováním emisí skleníkových plynů např. s protokolem z Kyoto zavazujícím průmyslové země redukovat jejich produkci v následujících desetiletích. Proto byla vypracována evropská strategie pro zabezpečení zásobování energiemi znamenající 20 % podíl alternativních paliv v dopravě s dvojím účelem zvýšení bezpečnosti (jistoty) zásobování a redukci skleníkových plynů. Tento cíl dává další požadavky na automobilový a 5 Návrhy obou směrnic jsou uvedeny na 18

19 ropný průmysl, kde v minulosti znamenal drastickou redukci emisí konvenčních polutantů, eliminaci olova a síry z automobilových paliv, zvýšení účinnosti spalování a s tím snížení spotřeby paliva. Každé radikální změny v zásobování palivy nebo technologiemi motorů znamenají řadu problémů. Různé alternativy budou vyžadovat různé typy a úrovně investic v infrastruktuře a vybavení. Nejjednodušší je náhrada několika % nafty nebo benzínu bionaftou nebo etanolem, založení ploch pro produkci těchto alternativních paliv je pouze dlouhodobá investice. Na druhou stranu palivové články poháněné vodíkem jsou nejvíce komplikovanou alternativou díky značným investicím do výroby vodíku a kompletně novému systému jeho distribuce. Přesun k dopravnímu systému založenému na vodíku je klíčové rozhodnutí, které bude mít pouze smysl ve velkém měřítku, v dlouhodobé strategii, celosvětově, nikoli pouze v EU. Po zvážení všech možností se jeví 3 potenciální alternativní paliva, která mohou přesáhnout 5 % podíl trhu PHM v roce 2020: - biopaliva - zemní plyn - vodík Technologie hybridních vozidel, která kombinuje spalování a elektrickou sílu, nabízí imožnost snížení paliva srovnatelnou s alternativními palivy. Další alternativní paliva a technologie se nejeví tak nadějně, ale mohou rovněž nabízet limitovaný příspěvek. Účinnost spalování motorových paliv Hodnoty účinnosti spalování motorových paliv byly oficiálně schváleny jako součást EU strategie k redukci emisí a zvýšení ekonomiky paliv v roce 1996, emise CO 2 byly stanoveny na 120 g CO 2 /km pro nové automobily do roku 2005 a nejpozději do roku Toto v průměru představuje 35 % snížení spotřeby paliva u nových vozidel v porovnání s úrovní roku Biopaliva Již od první ropné krize v roce 1973 je biomasa uplatňována jako alternativní zdroj energie k fosilním palivům. Využití biomasy pro výrobu alternativních motorových paliv byla zatím věnována malá pozornost, zaměření dopravy bylo téměř výhradně na ropu. Biologický materiál může být užíván jako pohonná hmota několika způsoby : Rostlinné oleje (řepka, slunečnice, soja, ) mohou být přeměněny na náhradu nafty, která může být užívána ve směsi s klasickou naftou nebo přímo jako čistá bionafta, cukrová řepa, obilí a další rostliny mohou být prostřednictvím fermentace přeměněny na alkohol bioetanol, který může být užit jako součást benzínu nebo přímo v čisté formě jako motorové palivo nebo jako součást benzínu po konverzi na ETBE reakcí s isobutenem. Budoucí vývoj umožní ekonomicky vyrábět bioetanol ze dřeva nebo slámy. Organický odpad může být přeměněn na energii, která může být využita jako automobilové palivo. Odpadní olej lze využít jako součást bionafty, domácí, zvířecí odpad jako bioplyn Množství organického odpadu je limitováno, ale cena odpadu je minimální a náklady odpadového hospodářství klesají. Technologický pokrok indikuje ve střednědobém horizontu další kapalná a plynná biopaliva získávaná termochemickými procesy z biomasy jako např. biodimetyleter, biometanol, pyrolysní oleje a vodík. V principu biopaliva nabízejí ideální alternativu založenou na EU přebytcích rostlinné výroby a z hlediska emisí CO 2 nulové. Na druhou stranu jsou biopaliva nákladná (300 vícenáklady oproti 1000 litrů konvenčního paliva). To je vypočteno při ceně ropy 30 /barel, při 70 /barel se náklady vyrovnají. Maximální substituce klasických 19

20 motorových paliv biomasou je 8 % současné spotřeby benzínu a nafty, což představuje 10 % omezení zemědělské půdy. Přestože je vyšší podíl biopaliv limitován velikostí obdělávaných ploch, z krátkodobého pohledu je jejich využití nejsnazší. Mohou být užívána ve stávajících vozidlech a distribuční systém nevyžaduje nákladné investice. Současná spotřeba biopaliv je stále pod 0,5 % spotřeby benzínu a nafty. Zemní plyn Zemní plyn je primárně složen z metanu CH 4 a může být užíván jako motorové palivo v klasickým benzínových motorech. Pro využívání zemního plynu ve vozidlech je zapotřebí speciální zásobník plynu a vstřikovací systém, kromě možnosti přestavovat existující benzínová vozidla jsou na trhu již vozidla speciálně vyráběná s pohonem na zemní plyn. Zemní plyn lze využívat jednak ve formě stlačeného plynu (tlak 200 barů), tak ve zkapalněné formě (při teplotě 162 C). Vysokotlaká verze je v současnosti preferovanější variantou. Technologie zemního plynu je plně vyvinutá a vyzkoušená. V Itálii 460 tisíc vozidel jezdí na zemní plyn, využívá síť téměř 400 plnicích stanic. V Evropě dalších 70 tisíc vozidel využívá zemní plyn. Zemní plyn má velký potenciál pro využití jako motorové palivo. Je levný, má vysoké oktanové číslo, čisté palivo a nemá problémy se současnými i budoucími emisními limity. Nabízí potenciál % snížení emisí CO 2 v porovnání s benzínem, v porovnání s naftou je snížení CO 2 nevýznamné díky vyšší účinnosti naftových motorů. V případě užití zemního plynu v městských autobusech dochází k vítanému snížení hluku ve městech. Přestože v budoucnu budou benzín i zemní plyn převážně importovány, v bezpečnosti zásobování je výhodnější zemní plyn. Delší životnost zásob zemního plynu oproti ropě a rovnoměrnější rozložení nalezišť zemního plynu ve světě je velmi významnou skutečností. Rozhodnutí o širším využívání zemního plynu v dopravě bude záviset na seriozní analýze bezpečnostních aspektů jeho dodávek. Počáteční nárůst užití zemního plynu, 5 až 10 % podíl na trhu pohonných hmot, bude záviset na tom, jestli se zemní plyn ukáže být minimálně závislý z pohledu bezpečnosti zásobování. Metan je významný skleníkový plyn. Teoretické výhody snížení CO 2 oproti benzínu mohou pominout vlivem několikaprocentních ztrát metanu během distribuce, skladování nebo plnění. Praktické zkušenosti současných plynových vozidel indikují, že skutečné snížení CO 2 je % oproti teoretickým %. Rozšíření užití zemního plynu musí zahrnovat opatření k minimalizaci ztrát metanu. Energie spotřebovaná pro komprimaci zemního plynu na 200 barů představuje další 4 % energetických ztrát. Rovněž jsou nezbytná bezpečnostní opatření. Díky svým vlastnostem zemní plyn je lehčí než vzduch, má úzké meze zápalnosti, vysokou zápalnou teplotu je zemní plyn méně nebezpečný než benzín nebo LPG. Vybudování dostatečné infrastruktury pro areály plnicích stanic nebude představovat vysoké náklady díky existujícím distribučním systémům zemního plynu v EU. Současné studie navrhují vybudovat dalších plnicích stanic pro vytvoření nezbytně potřebné EU sítě v celkových investicích okolo 800 milionů. Vodík Vodík je předmětem současného intenzivního výzkumu jako potenciální palivo pro motorová vozidla. Hlavním důvodem je požadavek US legislativy na výrobce vozidel k zavádění Zero Emission Vehicles (vozidla s nulovými emisemi) na trh. Vodík využívaný v palivových článcích, kde jediným produktem spalování je voda, se nabízí pro uvedený požadavek. Užití vodíku jako motorového paliva není omezeno pouze na palivové články. Vodík je perfektní palivo pro klasické benzínové motory. Díky mnohem menším nákladům na spalovací motory v porovnání s palivovými články se zdá, že varianta spalování vodíku bude preferovanějším řešením do doby výrazného snížení nákladů palivových článků nebo do doby zvýšení jejich účinnosti energetické přeměny. Užitím vodíku ve spalovacích motorech 20

21 vznikají rovněž NO x, i když jako jediné polutanty. Několik velkých automobilek již významně investuje ve vodík/palivové články technologii a předpokládají, že vývoj přinese snížení výrobních nákladů na faktor 10 a více pro palivové články, ojediněle je očekávána sériová produkce vodíkem poháněných osobních automobilů do 3 4 let. Je potřeba zdůraznit, že vodík není energickým zdrojem, ale nosičem energie Pro hlavní výrobu vodíku prostřednictvím elektrolýzy je nutný další významný energetický nosič elektřina. Výhody užití vodíku jako paliva bezpečnost zásobování a nulová tvorba skleníkových plynů závisí na tom, jak je vodík vyráběn. Je-li vodík vyráběn pomocí elektřiny např. vyráběné z uhlí, zvýší se sice bezpečnost zásobování, ale výrazně se zvýší emise CO 2. Je-li vodík vyráběn pomocí elektřiny z nefosilních zdrojů (nukleární nebo obnovitelné), zvýší se bezpečnost zásobování a sníží emise CO 2, ale přidávají se další vlivy tohoto způsobu výroby elektřiny (např. nedořešení uložení jaderného odpadu, omezenost obnovitelných zdrojů, ) Vodík jako budoucí rozšířený energetický nosič má výhody (obdobně jako elektřina) může být vyráběn z různých energetických zdrojů a (na rozdíl od elektřiny) může být skladován. Může být vyráběn elektřinou vyráběnou z nízkouhlíkatých paliv (zemní plyn) nebo elektřinou nukleární nebo z obnovitelných zdrojů. Budoucnost ukáže, zda přímé užití zemního plynu jako paliva nebo jeho konverze na vodík a následné užití v palivových článcích přinese větší výhody. Výroba vodíku ze zemního plynu nebo elektřinou pomocí elektrolýzy jsou plně vyvinuté průmyslové procesy s malou možností významné technologické změny nebo snížení nákladů. Hlavní výhodou vodíku jako energetického nosiče je, že nabízí cestu k decentralizovanému energetickému trhu na bázi nefosilních paliv. Rozvod vodíku je také známou technologií. Vytvoření distribuční sítě je závislé pouze na dostatečném množství zákazníků. Do vyřešení tohoto požadavku se jeví optimální alternativou distribuce vodíku k plnicím stanicím pomocí cisteren. Umístění dostatečného množství paliva ve vozidle je další problém, který dnes není uspokojivě vyřešen. Protože vodík má pouze 30 % energetický obsah v porovnání se zemním plynem na objemové bázi, plynové zásobníky jsou příliš velké a těžké. Je zřejmé, že potenciální výhody vodíku jako motorového paliva budou dosaženy po dalším úspěšném technologickém vývoji zásobníků vodíku a technologie palivových článků a po nákladných investicích do výroby vodíku a jeho distribuce. Zatímco ostatní alternativy mohou být využívány v již existujících vozidlech (biopaliva), dosažitelnými palivy (zemní plyn), vybudovanou infrastrukturou (biopaliva, částečně zemní plyn), vodík/palivové články začínají na startovní čáře. Jedná se rozhodně o nejnadějnější alternativu ke klasickým benzínem nebo naftou poháněným vozidlům, ale bude trvat ještě mnoho let, než dojde k plně komerčnímu využití. Další vývoj technologií vodíku a palivových článků bude záviset na investicích automobilového průmyslu v řádu stovek milionů. EU v současnosti spolufinancuje velký demonstrační projekt s 30 vodíkem poháněnými autobusy v 10 evropských městech s cílem získat praktické zkušenosti s novou technologií. Širší finanční podíl EU vlád pro zavádění vodíkových vozidel bude záviset na budoucím vývoji těchto technologií. Další paliva a technologie Elektromobily Komerčně jsou nabízeny již řadu let, ale nesetkaly se zájmem zákazníků. Velikost baterií a jejich náklady jsou problémem pro výrobu vozidel dostatečné velikosti, výkonu a dojezdu mezi dobitím baterií a cenou, kterou je ochoten zákazník zaplatit. Další nevýhodou je pomalé plnění baterií. Očekávání převratného rozvoje technologie baterií nezbytného pro širší rozšíření elektromobilů se zatím nenaplňuje. Elektromobily mají stále svůj význam v dopravě na krátké vzdálenosti, kde bezhlučnost a nulové emise jsou rozhodující. EC vidí malou naději 21

22 v rozšíření elektromobilů, pouze obrat v technologiích baterií by mohl předpokládané scénáře změnit. Hybridní vozidla Přestože nereprezentují alternativní paliva, hybridní vozidla jsou možnou alternativní technologií pro blízkou budoucnost. Hybridní vozidla zachovávají výhody benzínových (naftových) motorů a elektromobilů a zároveň potlačují jejich nevýhody. Hybridní vozidlo má 2 motory, spalovací a elektromotor. V závislosti na okolnostech jízdy (akcelerace, nabití) automobil využívá nejvýhodnější režim. Protože dochází k průběžnému dobíjení baterií v průběhu jízdy, baterie mohou být menší (a levnější) než u klasických elektromobilů. Dva motory a další technická vylepšení zvyšují cenu a váhu vozidla. Na trhu je k dispozici již několik modelů hybridních automobilů. Je těžké říci, zda vysoký objem výroby sníží ceny vozidel nebo zda nižší spotřeba paliva uhradí vyšší pořizovací náklady. Úspory paliva významně závisí na tom, jak je vozidlo užíváno. 30 % snížená spotřeba uváděná často výrobci vozidel je pouze v městském provozu s častým zastavováním a akceleracemi a motorem běžícím při nízkém nabití po většinu doby. Při stálé jízdě při vyšší rychlosti není mezi hybridním a klasickým vozidlem ve spotřebě paliva rozdíl. Metanol a Dimetyleter (DME) Obojí jsou alternativní paliva běžně získávaná ze zemního plynu. Metanol může být užíván v benzínových motorech, DME jako náhrada nafty. Metanol nabízí několik výhod v porovnání se zemním plynem, zejména proto, že se jedná o kapalinu (menší objem nádrže). Důsledkem konverze metanu na metanol je celková nižší účinnost a vyšší emise CO 2 oproti tomu, kdy je zemní plyn užit jako palivo přímo. Navíc vysoká toxicita metanolu je příčinou menšího zájmu o toto alternativní palivo. DME má fyzikální vlastnosti obdobné LPG. Při pokojové teplotě je v plynné fázi, tlakem několika atmosfér zkapalňuje. Jako palivo pro naftové motory nabízí vyšší efektivnost než paliva pro benzínové motory, tato výhoda je kompenzována ztrátou energie při konverzi ze zemního plynu. Díky snadné možnosti zkapalňování DME nabízí možnost komercializace zdrojů zemního plynu tam, kde nejsou ospravedlnitelné investice do plynovodů, protože odběry jsou malé nebo vzdálené. Další výhodou DME je fakt, že oproti naftě vzniká spalováním méně emisí. Z tohoto důvodu je DME zajímavý pro výrobce autobusů a trucků. Je obtížné rozhodnout o větší podpoře metanolu nebo DME ze strany EC. EC bude monitorovat vývoj na trhu, jak v EU, tak mimo ni. Nafta vyráběná ze zemního plynu Je vyráběna pomocí Fischer Tropschovy syntézy a nabízí se jako alternativa k naftě vyráběné klasickým způsobem. Konverze zemního plynu na naftu prochází několika kroky s významnou spotřebou energie a tomu odpovídajícími emisemi CO 2. Díky tomu neexistuje výhoda snížení emisí CO 2. Výhodou je zvýšení bezpečnosti zásobování, neboť rozšiřuje řadu možných motorových paliv, má výborné vlastnosti (cetanové číslo) pro přimíchávání do různých druhů nafty Propan butan LPG LPG je užíván jako automobilové palivo již několik desetiletí. LPG vzniká při rafinaci ropy anebo jako kapalná frakce separovaná od metanu v průběhu těžby zemního plynu. Vyrobené množství závisí na druhu používané ropy, typu a stupni rafinace a na specifitě plynových nalezišť. Díky vazbě na ropu je otázkou, zda může být LPG považován za alternativní pohonnou hmotu. LPG je levné, z ekologického pohledu příznivé palivo. Určité množství LPG je využíváno v chemickém průmyslu jako surovina a pro další specifické účely. Benzín rovněž obsahuje butan v množství, která dovoluje limitní tlak par. Další navýšení produkce LPG z těžších ropných frakcí nemá smysl, jednak z bezpečnosti zásobování, jednak z hledisek 22