Automobil a emise CO2

Celkový počet motorových vozidel ve světě se v roce 2018 pohyboval kolem 1,3 miliardy a do roku 2040 se odhaduje nárůst na 2 miliardy. Motorových vozidel je tedy zhruba 10krát méně než obyvatel planety Země. Nejvyšší úroveň motorizace je v USA a v některých zemích západní Evropy (např. Velká Británie, Německo, Itálie, Francie). Udává se, že v USA jezdí 800 vozidel na tisíc obyvatel. V zemích, jako je Bangladéš, Burundi nebo Mosambik, připadá na tisíc obyvatel pouze jeden automobil. V ČR bylo v roce 2000 registrováno necelé 3,5 miliónu vozidel, v roce 2020 už jezdilo těsně nad 6 milionů vozidel.

Roční celosvětová produkce automobilů obnáší 91 milionů vozů nejrůznějších kategorií. V Evropě se ročně vyrobí téměř 20 milionů automobilů, z toho 1,3 milionu v České republice. V roce 2020 bylo ve 27 zemích Evropské unie v provozu 229 montážních závodů automobilového průmyslu, kde pracovalo 2,6 milionu zaměstnanců. Dalších 13,8 milionu lidí pracuje ve firmách, které dodávají do těchto montážních závodů materiál, dílčí výrobky a služby.

Většina sluneční energie dopadá na planetu Zemi v oblasti viditelného světla a krátkovlnného záření poblíž ultrafialové (UV) oblasti. Největší podíl této energie je pohlcována zemským povrchem (voda, horniny), menší část je pohlcena atmosférou nebo odražena od mraků. Určité množství této energie je emitováno zpět do atmosféry ve formě infračerveného (tepelného) záření a následně zpět do kosmu. Skleníkové plyny dokáží část tohoto tepla pohltit a to pak zůstává v atmosféře.

Složení zemské atmosféry je významným faktorem, který určuje teploty na naší planetě. Průměrná celosvětová teplota atmosféry těsně nad zemským povrchem je 15 °C. Kdyby byla atmosféra bez skleníkových plynů, snížila by se tato teplota na pouhých -18 °C. Celý princip, udržující na Zemi teploty v přijatelných mezích, se označuje jako skleníkový efekt.

Jde o zcela přirozený proces, ve kterém hlavní roli „skleníkového plynu“ hraje vodní pára, jakožto přirozená součást atmosféry. Z ostatních plynů jsou do určité míry přirozenou součástí atmosféry ještě oxid uhličitý, metan, oxid dusný a troposférický ozón. Některé syntetické látky jako freony byly do atmosféry dodány lidskou činností. Účinek jmenovaných skleníkových plynů není stejný. Pro srovnání uveďme, že pokud jedna molekula CO2 pohltí jednotkové množství tepla, potom jedna molekula metanu pohltí 20 takových tepelných jednotek, oxid dusný 200 krát více a troposférický ozón je dokonce 2000 krát více.

Během čtvrtohor, tedy posledních asi 2,5 milionů let, kolísal obsah oxidu uhličitého v atmosféře mezi 200 a 280 ppm (0,020 – 0,028 %). V dobách ledových to byla nižší hodnota, v dobách meziledových vyšší hodnota. Je změřeno, že za posledních asi 200 let (od začátku průmyslové revoluce) narostl obsah CO2 v atmosféře z 280 ppm na současných 410 ppm. Je prakticky jisté, že nárůst hodnot je v současné meziledové době přirozený proces, ale je také pravda, že tak rychlý růst jeho obsahu v atmosféře způsobuje lidstvo svojí nešetrnou a často bezohlednou činností. Pokud by vás zajímalo, jak se tyto hodnoty měří, tak od roku 1958 se jako referenční hodnoty používají velmi přesná měření na stanici Mauna Loa na Havajských ostrovech. Obsahy CO2 během čtvrtohor zjišťují vědci ze vzduchových bublin, které se uchovaly v ledu Antarktidy a Grónska.

Hlavní příčinu zvyšujících se obsahů CO2 v atmosféře představuje spalování fosilních paliv (ropa, uhlí, zemní plyn), některé průmyslové činnosti produkující oxidy dusíku, metan a dříve také freony a samozřejmě i doprava. Objektivně změřeným důsledkem našeho bezohledného počínání je nárůst teploty na planetě, který představuje od poloviny minulého století v celosvětovém průměru jeden stupeň, ale např. v kontinentálních podmínkách České republiky to obnáší dvojnásobnou hodnotu.

Atmosféra má ve změnách globálního klimatu nezastupitelný význam. Je to médium, které velmi rychle (řádově hodiny a dny) absorbuje nebo uvolňuje teplo a transportuje ho na velké vzdálenosti. Dopad zvyšujících se teplot atmosféry v globálním měřítku je velmi široký, uveďme jen několik příkladů. Teplejší atmosféra více ohřívá mořskou vodu, což negativně ovlivňuje nejen vodní organismy (např. korály), ale teplejší oceánská voda umožňuje snazší vznik tropických cyklón nebo může narušit přirozený běh mořských proudů. Změna distribuce tepla v atmosféře způsobuje v určitých oblastech úbytek srážek, jinde zase vzniká nadbytek srážek a jsou zde častější povodně. Teplotní změny vedou také ke změnám v geografickém rozšíření některých rostlinných a živočišných společenstev, rozšiřují se oblasti výskytu některých vážných chorob (malárie, žlutá zimnice horečka dengue) a v neposlední řadě pozorujeme tání polárních ledových pokryvů a tím celosvětový nárůst mořské hladiny.

V přírodě probíhá velké množství chemických reakcí mezi živou a neživou přírodou a uhlík je prvkem, který se na těchto procesech podílí velkou měrou. Jednotlivé procesy jsou propojeny do uhlíkového cyklu a probíhají v určitém pořadí a s různou rychlostí. Součástí tohoto cyklu je i vznik a spotřeba oxidu uhličitého. Celý cyklus probíhá na planetě prakticky od jejího vzniku, tak jak ho známe dnes, funguje asi 3,5 miliardy let, kdy se objevily první fotosyntetizující organismy. Bohužel, v posledních desítkách let do něj významně zasahuje člověk.

Uhlík je prvek, který je zcela zásadně obsažen v živých organismech, velké množství je uloženo v litosféře a nezanedbatelně je obsažen také v atmosféře a hydrosféře. Nás zajímá především jeho obsah v atmosféře, budeme tedy sledovat procesy, které obsahy uhlíku snižují (tzv. sinky) a procesy, které naopak obsahy oxidu uhličitého v atmosféře zvyšují. Pojďme se podívat, jak tento koloběh zjednodušeně funguje.

Na kontinentech jsou molekuly CO2 odebírány z atmosféry rostlinami při fotosyntéze a vznikají z nich složitější uhlíkaté sloučeniny (bílkoviny, cukry, tuky). Rostliny pak slouží jako potrava živočichům, kteří tyto energeticky bohaté uhlovodíky dále zpracovávají. Všechny organismy dýchají, takže část uhlíku se vrací do atmosféry jako CO2. Pokud rostlina nebo živočich odumře, mikroorganismy jejich tělo rozloží a na konci vznikne voda a oxid uhličitý. Do tohoto cyklu však vstupuje člověk, který do atmosféry přidává oxid uhličitý především spalováním fosilních paliv. Za normálních okolností jsou rostliny schopny zvýšit svoji fotosyntézu, ale množství CO2 dodané člověkem je příliš vysoké.

Celou situaci ještě komplikuje skutečnost, že člověk má stále vyšší nároky na prostor a potravu, takže intenzivně redukuje rostlinné porosty na planetě. Pro úplnost ještě dodejme, že obrovské množství uhlíku se vyměňuje na hranici atmosféra – půda. Člověkem využívaná fosilní paliva nejsou vlastně ničím jiným, než obrovskou zásobárnou uhlíku, který byl odebírán z atmosféry statisíce let a na miliony let pohřben do litosféry.

Jiná část uhlíkové cyklu probíhá na hranici atmosféra – oceán. Obrovská množství CO2 se rozpouští ve studených vodách povrchových částí oceánů ve vyšších zeměpisných šířkách, aby se pak v teplejších rovníkových oblastech zase uvolňoval zpátky do atmosféry. Do atmosféry se ale vrací jen menší část, protože velké množství oxidu uhličitého je využíváno mořským fytoplanktonem (řasy a sinice). Ten je základem potravního řetězce směrem k vyšším živočichům. Některé organismy zabudovávají uhlík do svých pevných schránek, které se pak hromadí na mořském dně a stávají se součástí litosféry ve formě uhličitanu vápenatého.

Významný může být v některých případech i tok uhlíku z litosféry do atmosféry. Děje se tak při každé sopečné erupci. Některé vulkanické události jsou takového rozsahu, že produkují obrovské množství CO2, často ve spojitosti s jinými plyny a pevným znečištěním atmosféry (popílek). Jsou to ale jen epizodické události s poměrně malou frekvencí.

Všechny uvedené procesy jsou po milióny let v rovnováze, i když rychlost a objem některých reakcí se může měnit v závislosti na klimatických změnách. Zásahy člověka do tohoto cyklu znamenají porušení rovnováhy, které může mít dalekosáhlé následky.

Evropská unie vyvíjí značný tlak na snižování emisí skleníkových plynů a to i v oblasti dopravy. Zatím se většina automobilových koncernů ubírá směrem k elektromobilitě nebo hybridním typům automobilů. Na spalovací motory jsou kladeny stále vyšší nároky, což v konečném důsledku představuje hlavní úkol pro jejich konstruktéry – snižování spotřeby paliva. Některé země již deklarovaly odklon od spalovacích motorů, například Německo chce jejich výrobu ukončit v roce 2030.

Vzrůst prodeje elektromobilů je v posledních letech nepřehlédnutelný. Podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) jezdilo v roce 2019 po silnicích celého světa 7,2 milionu elektromobilů, z toho 47 % v Číně. Do roku 2040 má stoupnout celosvětový počet elektromobilů na 420 milionů. 

Přechod ke kompletnímu elektrickému vozovému parku není úplně snadný a levný. Pravdou je, že elektromotor je složen z méně součástek než motor spalovací, jednodušší je převodovka a zcela odpadá výfuková soustava s katalyzátorem či filtrem, což představuje asi o 30 % menší pracnost při výrobě. I tak je cena vozu téměř dvojnásobná v porovnání s konvenčním, protože bateriové články tvoří 30 až 50 % ceny vozu. Abychom mohli bez omezení používat elektromobily, potřebujeme dostatečně silnou elektrickou infrastrukturu – zejména síť dobíjecích stanic. Dosavadní statistiky ukazují, že více jak 90 % všech dobíjení se děje doma nebo v zaměstnání. Dobití elektromobilu vyžaduje mnohem více času, než dotankovat benzin nebo naftu do nádrže, takže rozhodně utrpí naše pohodlí, kterého se tak neradi vzdáváme.

Masivní zavádění elektromobilů vyžaduje adekvátní technická řešení. Můžeme to ukázat na příkladu České republiky. Odborníci předpokládají, že v roce 2030 zde bude jezdit 250 – 500 tisíc elektromobilů. To bude vyžadovat instalaci až 40 000 dobíjecích stanic, což představuje náklady kolem 40 miliard korun. Adekvátním způsobem je potřeba navýšit výrobu elektrické energie, protože dobíjení půl milionu elektromobilů z běžné zásuvky (230 V) přes běžný jistič (16 A), tedy výkonem 3,7 kW, znamená zvýšení odběru o cca 2 GW (to odpovídá 2 blokům jaderné elektrárny Temelín).

Kromě přechodu na elektrovozidla existují i jiné postupy, které vedou ke snižování dopravních emisí. Některá evropská města zakázala nebo zpoplatnila vjezd starším automobilům a vozidlům s dieselovým motorem. Velké rezervy jsou také v objemech dopravovaného zboží, je mnohem efektivnější využívat lokální produkty a výrobky, než vozit prakticky stejné přes polovinu světa. Bylo spočteno, že v současnosti využíváme náš vozový park pouhých 7% času, to představuje obrovský prostor na růst efektivity jeho využití – začíná se rozvíjet sdílená doprava.

Nemalé rezervy máme také ve větším využívání železniční dopravy při přepravě osob i zboží. Podle Českého statistického úřadu narostl v roce 2020 objem přepravovaného zboží oproti roku 2010 o 30 %. V roce 2020 se přepravilo po silnicích téměř 500 tisíc tun zboží, zatímco železnice přepravila pouhých 90 tisíc tun nákladů. Podobně přeprava osob po silnici je téměř dvojnásobná v porovnání s cestováním vlakem.

Alternativou k elektrické mobilitě jsou vozidla na vodíkový pohon. O tom ale u jiného exponátu Vodíková raketa.