Být či nebýt? To je oč tu proudí!

Takže, ať už to má jakoukoliv hodnotu, zde je můj názor. Podívejme se do křišťálové koule vědy, jestli tam najdeme odpověď.

Vezměme to od začátku. Palivo slouží jako akumulátor energie. Einsteinova slavná rovnice E = mc² nám říká, že energie a hmota jsou si rovnocenné. Také víme, že existují pouze tři cesty, jak energii z hmoty uvolnit:

1. Kombinováním hmoty s antihmotou: Je-li naše porozumění fyzice a matematice správné, vesmír obsahuje stejné množství hmoty a antihmoty (akorát nevíme, kde ji najít). Pro každý elektron by tedy měl (někde) existovat pozitron, pro každý proton antiproton atd. Když se elektron potká s pozitronem – BUM! – částice se navzájem zahubí a všechna hmota a antihmota je efektivně proměněna do dvou fotonů elektromagnetické energie.

2. Roztržením nebo sloučením jader: Veškerá hmota je tvořena atomy. Všechny atomy obsahují většinu hmotnosti ve svém jádru ve formě protonů a neutronů. Udržení všech těchto částic pohromadě ve sdíleném omezeném prostoru vyžaduje největší sílu ve vesmíru: jadernou sílu! Když si s touto silou pohrajeme a tyto jaderné vazby buď rozdělíme, nebo vynutíme tvorbu nových, uvolní se obrovská kvanta energie v podobě alfa, beta nebo gama záření.

3. ​Přemístěním elektronů a přesunutím jejich oběžné dráhy: Elektromagnetická síla udržuje elektrony uvnitř atomu v oběhu kolem jádra, aby kolem něj jen tak nelétaly. Když dosáhneme toho, aby atomy změnily umístění svých elektronů, např. přinucením k chemické reakci, vypustíme energii ve formě fotonů – malých částic, které se vyviklávají do vesmíru na rozlišných frekvencích: vysokofrekvenční záření, jako gama paprsky a rentgenové paprsky, středněfrekvenční viklání jako UV, viditelné a infračervené světlo, a dlouhovlnné frekvence jako mikrovlny a rádiové vlny.

Tak, teď když jsme stanovili různé způsoby uvolňování energie z hmoty, analyzujme, jak jako lidé můžeme využít jejich potenciál.

Volba 1: Anihilace hmoty a antihmoty

V seriálu Star Trek a podobných seriózních sci-fi filmech a literatuře se tato metoda často užívá pro warp motory. Tato technologie zatím zůstává pouhou sci-fi fantazií a subjektem experimentů CERN. Avšak v moderní medicíně se tento fenomén již užívá při pozitronové emisní tomografii k vyobrazení těla ve vysokém rozlišení.

Možnosti využití: Anihilace hmoty/antihmoty je extrémně účinné v uvolňování energie, a proto by mohlo být ideálním palivem budoucnosti. Vyžadovalo by ale obrovské technologické pokroky (zatím nevíme, jak generovat významná množství antihmoty ani jak ji lokalizovat). Pravděpodobnost implementace během příštích deseti let: 0,0001 %.

Volba 2: Jaderná energie

Druhá metoda, jaderná energie, je způsob, kterým mnoho zemí uspokojuje určité množství svých elektrických potřeb. Obecně jsou obrovská uranová jádra rozdělena za účelem uvolnit jejich energii. V oblasti výzkumu se dnes testuje opačná verze jaderné energie, sloučení velmi lehkých jader k vytvoření masivnějších atomů, pro komerční využití. O jejím využití v dopravě zatím vím pouze v případě auta DeLorean Michaela Foxe ve filmu Návrat do budoucnosti.

Možnosti využití: Malé reaktory založené na roztavených solích sice již existují, stále ale nejsou vhodné pro využití v automobilech ani jiných dopravních prostředcích. Zůstává několik technických problémů, např. stínění reaktorů za účelem předejít úniku vysokoenergetických prvků. Pravděpodobnost implementace během příštích deseti let: 0,002 %. Tady ale musíme zpozornět! Produkce jaderné energie ve velkém měřítku, ať už štěpením (s větší pravděpodobností), nebo fúzí (možnost do budoucna), přináší a nadále bude přinášet obrovská množství elektřiny, jež by mohla sloužit jako budoucí palivo do automobilů. To znamená, že relevantnost jaderné energie jakožto paliva bude závislá na typu motoru.

Volba 3: Elektromagnetická síla

Pojďme k věci. Je to právě ten třetí způsob uvolňování energie, elektromagnetická síla, který téměř exkluzivně užíváme pro pohon automobilů. Lidstvo vyvinulo dva hlavní typy motorů pro využití této formy energie: motor s vnitřním spalováním a elektrický motor. Podívejme se na každý zvlášť.

Spalovací motor okysličuje uhlovodíkové molekuly a vytváří tak oxid uhličitý a vodu. Tato chemická reakce je velmi exotermická, což znamená, že se při ní uvolňuje velké množství elektromagnetické energie ve formě tepla (infračervených fotonů), což způsobuje rychlé zvětšování objemu plynných produktů CO2 a H2O, které pohání motor. Uhlovodíková paliva, ať už nafta, nebo benzin, jsou výsledkem fotosyntetické konverze slunečního světla na chemickou energii. Jejich molekuly obsahují nesrovnatelnou hustotu energie a jsou snadno přepravitelné, což z nich dělá ideální prostředek pro skladování a přenos energie. Existující infrastruktura na výrobu, distribuci a skladování uhlovodíkových kapalin je rozsáhlá a spolehlivá.

Energetická hustota uhlovodíkových kapalin přináší zásadní výhody pro mořskou, leteckou i nákladní silniční dopravu, které budou těžko nahraditelné i s ohledem na významné pokroky budoucích bateriových technologií (bude potřeba aspoň desetinásobné snížení hmotnosti současných baterií). Klíčový požadavek pro tyto druhy dopravy je možnost skladování co největšího množství energie na palubě v co nejmenším objemu a s co nejmenší hmotností. Takže dokud nebudou vyvinuty motory na anihilaci hmoty a antihmoty nebo na zpracování jaderné energie, budoucnost nákladní dopravy spočívá v uhlovodíkových palivech.

Osobní vozy ale nemají tak vysoké bariéry, co se týče poměru energetické hustoty a celkové váhy vozu. Zde je proto přechod od spalovacích motorů a uhlovodíkových paliv na elektrické motory a elektřinu mnohem pravděpodobnější. Hlavní hnací silou této změny je nutnost snížit emise skleníkových plynů a podíl osobních vozů na jejich množství. Na úrovni automobilů elektrifikace tento podíl sníží na nulu. Výroba jako taková ale může – i když nemusí – vytvářet emise skleníkových plynů. Proto je třeba učinit obtížná strategická rozhodnutí o zdrojích elektřiny (uhlí, jádro, obnovitelné zdroje) a vyvinout účinné skladování - nezapomeňte, že elektron je subatomární částice a chová se podle zvláštních zákonů kvantové fyziky.  Jeho skladování je proto mnohem větší výzvou než skladování molekul.  Zdá se, že současná technologie je v rozporu s tím, jak nejlépe realizovat elektrifikaci automobilů.  Existují dvě hlavní metody:  Použití baterií (kde je problémem hmotnost a náklady na suroviny) nebo použití vodíkových palivových článků (kde je problémem výroba a skladování vodíku).  Zajímavé je, že na Dálném východě vsadilo Japonsko na technologii vodíkových palivových článků a zavázalo se k zavedení 400 000 těchto vozidel v době konání olympijských her v Tokiu v roce 2020.  Čína mezitím zřejmě investuje velké prostředky do výzkumu a vývoje bateriové technologie, včetně strategického získávání potřebných surovin.  Tuto technologickou soutěž je třeba bedlivě sledovat a pečlivě zvážit poučení z ní plynoucí.

Česká republika by mohla být sídlem až osmi nových čerpacích stanic na vodík do roku 2023 s nárůstem na dvanáct do roku 2025. České ministerstvo dopravy se zavázalo k podpoře vodíkových čerpacích stanic ve výši 12 miliard CZK, což je významná investice s ohledem na klesající ceny výstavby vodíkových stanic i distribuce. Globální instituce jako Hydrogen Council ohlašují významné pokroky v produkci i distribuci vodíku a zdůrazňují jeho rostoucí důležitost v energetickém mixu. A zatímco většina vodíku je v současnosti získávána z fosilních uhlovodíkových zdrojů, společnosti jako ORLEN Unipetrol usilovně pracují na optimalizaci výroby vodíku z alternativních zdrojů, např. elektrolýzou vody.

Pravděpodobnost využití: Elektromagnetická síla, ať už ve formě spalování uhlovodíků, nebo elektřiny, s námi z mnoha důvodů – od produkce po skladování a distribuci – ještě dlouho zůstane. Zatímco nákladní transport bude zcela určitě nadále využívat uhlovodíková kapalná paliva, u osobních vozidel bychom mohli vidět změnu. Otázka je, jak vypadá automobilový motor budoucnosti. Bude to motor spalovací, nebo elektrický? Hodně závisí na implementaci technologických experimentů, které v současnosti probíhají, i na širší diskuzi ve společnosti. Pravděpodobnost implementace v příštích deseti letech:  Uhlovodíková kapalná paliva: 100 % –  jedná se o zavedené palivo, které bude velmi obtížné nahradit. Elektron/elektrifikace: 30% šance na masové zavedení v nadcházejícím desetiletí, nicméně se zdá, že nakonec velmi pravděpodobně nahradí používání uhlovodíků, ať už palivy na bázi vodíku, nebo elektřinou z rozvodné sítě.

Chcete se vsadit, jakému palivu bude patřit budoucnost?