Auto na vzduch – budoucnost lidstva, nebo blábol?
Indická automobilka Tata chce ve světě prorazit s automobily poháněnými vzduchem. Někomu to může připadat jako skvělý nápad, jiný si myslí, že jde o hloupst, odporující všem termodynamickým zákonům.
Tak jak to vlastně je? Abychom neudělali díru do natlakovaného zásobníku hned na začátku, představíme vám nejdřív samotný automobil. Jde už o přibližně desátou generaci vozu, který nejdřív vyvinul jeden francouzský inženýr, pak se lucemburská firma snažila tuto technologii prodat, pak sama vyrábět, a posléze ji několikrát prodala do indických rukou. Tata se nyní snaží přesvědčit svět, že jezdit s vozem AirPod na vzduch je stejně jednoduché jako jezdit na elektřinu. A mnohem ekologičtější. Emise jsou tady nulové.
Podívejte se na video auta jezdícího na vzduch:
Nejde o žádné spalování vzduchu v nějakém futuristickém stroji z románů sci-fi. Jde o jednoduchý princip – stlačit vzduch do nádrže a pak jeho energii využít na pohon auta. Nic více, nic méně. Nová generace je rychlejší (až 80 km/h), má větší dojezd (125 až 200 km) a je spolehlivější. Tahle krásná plastová bublina má vředu výklopné sklo, pod které vstoupí řidič. Ten nemá v ruce volant, ale jen joystick, kterým pohybuje, a tím řídí. Je to jako počítačová hra – přiklonit vpřed znamená zrychlit, vzad zabrzdit. O pohon se stará dvouválcový motor s objemem 430 ccm a výkonem 7 kW.
Zadní 2,5místné sedadlo je otočené proti směru jízdy. Vše je jednoduché, designově zajímavé a z vozu je fantastický rozhled. Střed auta pod sedadly pak zabírá malý motor a především nádrž na stlačený vzduch. Ta se plní ze speciálního statického kompresoru.
Na co budeme jezdit? O slovo se hlásí auta na vodík, vzduch i světlo
Trocha termodynamiky
Ale pojďme se podívat na to, jestli tenhle nápad je vlastně reálný a nejde jen o další technický blud. Postačí na to trocha termodynamiky, kterou měli všichni vysokoškoláci z technických oborů. Ale teď pro všechny ostatní:
Zákon zachování energie není žádná věda – ten známe už ze středních škol. Když zvedneme závaží nad zem, musíme tím vykonat práci. Jenže v téhle chvíli je zde práce uschovaná, protože když závaží klesá, energii může předávat (známý princip Cimrmanova důlního výtahu, kdy do horní klece vždy nastoupil o jednoho horníka víc než do dolní. Bohužel se Cimrmanovi začali v dole hromadit dělníci.)
Stejně tak je to i se stlačeným vzduchem. Když jej stlačíme, teoreticky v něm uschováme energii. Prakticky je ovšem energie stlačeného a nestlačeného vzduchu stejná. Nikam se neposouvá, jen se mění tlak. Podle stavové rovnice tak musí někde při zvýšení tlaku vznikat teplo. To při kompresi skutečně vzniká. Kde tedy je ta energie? Je v takzvané entropii, tedy vnitřní neuspořádanosti látky. Stlačený plyn má mnohem vyšší entropii než nestlačený plyn – přesně 796 joulů na stupeň Kelvina. A právě tady se nám objevuje ta teplota a práce.
A teď několik klasických početních operací – pokud budeme chtít stlačit vzduch z jedné na deset atmosfér, na kolik nám vyšplhá teplota? Na 293 °C! Jenže při této teplotě se nemůže plyn skladovat. Takže ho musíme ochladit na reálnou okolní teplotu. Při ní se ovšem stlačený vzduch ochladí a jeho tlak klesne. Tedy je opět potřeba něco dotlačit. Už tady je zcela jednoznačný důkaz ztráty účinnosti i pro naprostého laika.
Kdy dojde ropa? V optimistické verzi za 60 let. A v pesimistické…?
Několika dalšími propočty (pokud máte zájem, velmi pěkně je to popsané na stránkách Energy Bulletinu) pak dojdeme k výsledku, že při desetinásobné kompresi je účinnost pouhých 52 %, a to ještě jen pokud počítáme s ideálním stavem. Reálné podmínky a reálný kompresor ideální není vůbec. Větší tlak pak znamená ještě výraznější ztrátu účinnosti.
Proto je zapotřebí používat vícestupňové kompresory. Jenže náklady na tyto kompresory, které ztrátu teplem rozdělí do několika fází, čímž zvýší účinnost, jsou drahé. Navíc sice zvyšují termickou účinnost, ale snižuje se jejich mechanická účinnost.
Výsledek tedy je ten, že efektivita je výrazně nižší. Musíme totiž započítat nejen ztráty v mechanické a termické účinnosti kompresoru, ale i ztráty v motoru. Celková účinnost se tak u podobného vozu pohybuje při nejlepší vůli někde v oblasti kolem 30 %. Pro srovnání – spalovací motor má dnes účinnost mezi 28–35 %.
Ekologie jako slovní trik
Navíc je tu jasný princip ekologických vozidel, která vlastně nejsou zase až tak tak ekologická. Ve Spojených státech amerických dokonce zakazují elektromobilům a podobným vozidlům označování „s nulovými emisemi“ a nutí výrobce nahrazovat toto formulaci za mnohem přesnější – „lokálně bezemisní“.
Elektřina se prostě vyrobit musí – ať je to na dobití akumulátoru nebo na pohon kompresoru. A že se stále ještě nejvíc získáván z fosilních zdrojů, je známé každému… V podstatě jde tedy pouze o přesun ekologické zátěže z center měst do průmyslových oblastí.
Přesto jde o jednu ze zajímavých cest, jak lidem nabídnout ekologičtější dopravu. Pokud se více rozšíří ekologické zdroje energie, pak není nutné se dívat na podobné technické experimenty skrz prsty a jejich provoz by se měl podporovat.
Zdroj Foto: MDI, Text: Jan Čech
