Elektromobily, zhubněte. Jinak může přibývat mrtvých na silnicích

Pokud mají být elektromobily krokem správným směrem, musíme si promluvit o jejich váze, píše trio vědců v článku pro časopis Nature. Díky kilogramům, které mají elektromobily proti tradičním vozům navíc, by mohly v důsledku způsobit více škod než užitku.

Blízká budoucnost silniční dopravy bude patřit elektrickým vozům, o tom je už asi marné vést pochybovat. Velká Británie, Kalifornie, Evropská unie, Kanada a další země plánují postupně ukončit prodej vozidel na fosilní paliva již v roce 2030. Norsko plánuje přistoupit k tomuto kroku ještě dříve.

Jejich zavádění má své potíže: od problémů s nabíjecí infrastrukturou, přes nutné změny v rozvodné síti až po otázku, kde pro elektrické vozy brát elektřinu. V časopise Nature nedávno trojice vědců upozornila na problémů, kterému se nevěnuje mnoho pozornosti: a to jejich hmotnost.

Všichni tloustnou

Zákazníci mají rádi velké vozy. Pick-upy a SUV nyní tvoří v USA 57 % prodejů, zatímco v roce 1990 to bylo 30 %. Hmotnost nového vozidla prodávaného ve Spojených státech také vzrostla – od roku 1990 osobní automobily, SUV a pick-upy přibraly 12 % (173 kg), 7 % (136 kg) a 32 % (573 kg). To je stejné, jako kdyby auto neustále převáželo klavír a pianistu. Podobné trendy jsou patrné i jinde ve světě. V Evropě dosáhl tržní podíl SUV v roce 2021 poprvé více než 45 %.

Elektrifikace hmotnost automobilů nadále zvyšuje. Benzínovou nádrž nahradí velké a těžké baterie. A zbytek vozidla musí být také těžší, aby konstrukce byla dostatečně pevná. Elektrický pick-up F-150 váží o 700 kg více než jeho benzínový předchůdce. Také menší elektromobily jsou těžší než jejich benzinové ekvivalenty.

Proč je to důležité? V první řadě jde o bezpečnost. Pravděpodobnost usmrcení cestujících při srážce s jiným vozidlem se zvyšuje o 12 % na každých 500 kg rozdílu mezi vozidly, uvádí autoři článku na základě dnešních analýz. Dodejme, že toto zvýšení riziko je relativní: kdyby všichni jezdili ve vozech s podobnou hmotností, riziko by nerostlo. Pokud ale bude přibývat do dnešního vozového parku více těžkých vozů, dá se očekávat, že počet obětí nehod se bude zvyšovat.

Ohroženi budou také chodci. Kdyby obyvatelé USA, kteří v posledních 20 letech nepřešli na vozy SUV a zůstali u menších aut, mohlo to podle jedné studie zabránit více než tisícovce úmrtím chodců. Těžší vozidla také produkují více znečištění z opotřebení pneumatik. K jejich výrobě a pohonu je zapotřebí více materiálů a energie, což zvyšuje emise a spotřebu energie.

Jak velký problém představuje hmotnost navíc? Hrubé srovnání nákladů na úmrtnost a přínosů pro klima ukazuje, že značný. Podle autorů článků v Nature se dnes náklady na ztracené životy navíc kvůli těžším vozům vyrovnají přínosům elektromobilů pro klima.

Prvním faktorem, který určuje výsledek poměr „nákladů a přínosů“ u elektrických aut, je hmotnost baterie (a také z nutnosti zesílené konstrukce vozu), druhým „čistota“ elektrických sítí, ze kterých se baterie nabíjí. Jinak řečeno tedy, jak velikou baterií daný vůz má, a kolik fosilních paliv se používá v energetice dané země.

Například v amerických podmínkách je na výrobu jedné megawatthodiny (MWh) vypustí do vzduchu cca 385 gramů oxidu uhličitého. To je velmi podobné jako v Česku, kde se pro rok 2020 předběžně odhaduje také zhruba hodnota 385 kilogramů oxidu uhličitého na vyrobenou MWh (podle Ministerstva průmyslu a obchodu).

Jak to počítají?

V ohledu emisí je tedy výpočet jasný. Trochu problém je v jiném ohledu: ve zvolené ceně života. Podle amerických údajů jeden při nehodě ztracený život vyjde na 11,6 milionu dolarů. V Česku Centrum dopravního výzkumu na základě dat z roku 2016 ve svém odhadu určilo cenu při nehodě ztraceného života na zhruba 19,4 milionů korun. Kilogram navíc u auta tedy má vlastně je z tohoto hlediska „levnější“ než v USA. V tomto hledu by tedy správnější srovnat cenu života vždy s danou zemí. Ale autoři si situaci velmi zjednodušili a použili jediné číslo pro celý svět. Ostatně stejně postupovali v dalším bodě: určení ceny uhlíku.

Při oceňování podobných škod je samozřejmě důležité, jak velké škody vlastně může napáchat navýšení hladiny skleníkových plynů, tedy především oxidu uhličitého. Shoda na tom nepanuje. Například americká vláda dnes počítá s tím, že tuna CO₂ může způsobit škodu v dlouhodobém měřítku cca 51 dolarů (více na wiki). Výpočet je ale předmětem velkých dohadů a politických bojů, neberte ho jako jasnou a exaktní věc.

Autoři pro ilustraci zvolili hodně nadstřelené číslo: odhadli, že tuna oxidu uhličitého nás vyjde na 150 dolarů. Ale ani při této hodnotě se třeba právě v USA nevyrovnají náklady způsobené vyšší hmotností vozu s jeho přínosy pro klima. Totéž platí i v Německu, které spoléhá do velké míry na spalování uhlí. A kdybychom měli přistoupit na to, že český život má stejnou finanční cenu jako americký, tak se těžší elektromobily nevyplatí ani v Česku.

Jde samozřejmě o zjednodušení. Realistické analýzy nákladů a přínosů elektromobilů vyžadují vyhodnocení mnoha dalších faktorů. Patří mezi ně náklady na zranění při srážkách, zdravotní přínosy čistšího ovzduší a dopady různých konstrukcí automobilů na životní cyklus. Ale podobné jednoduché výpočty slouží jako dobrá ilustrace a argumentace pro lepší pochopení jinak těžko srozumitelných problémů.

Situace se také nejspíše bude měnit. Některé země s velkým podílem bezemisních zdrojů elektřiny, jako například Norsko nebo jaderná Francie, jsou již v bodě, kdy elektrifikace nákladních vozidel přináší větší přínosy pro klima než náklady na bezpečnost. Jiné země, včetně Spojených států, zřejmě budou emise snižovat.

Jak připomínají autoři, bez řešení otázky hmotnosti však budou přínosy přechodu na elektrický pohon pro společnost menší, než by mohly v příštím desetiletí být. A uvádí několik nápadů, co by měli výzkumníci, politici a výrobci dělat, aby se situace změnila. Nemusíte s jejich myšlenkami samozřejmě souhlasit, ale je velmi dobře možné, že o nich v brzké době uslyšíme, tak si je stojí za to projít.

Zdanění těžkých automobilů

Ekonomie říká, že činnosti, které způsobují náklady ostatním, by měly být zdaněny. Stanovení registračních poplatků na základě hmotnosti vozidla může odradit těžká vozidla a podpořit lehká. Výběr poplatků na základě hmotnosti také řeší další hrozící problém vlád – jak nahradit ušlé příjmy z ušlých daní z benzinu a nafty, protože na silnicích přibývá elektromobilů.

Potenciálně jde o velké peníze. V roce 2019 vybraly americké federální, státní a místní vlády na daních z pohonných hmot více než 112 miliard dolarů. Několik států již začalo vybírat od majitelů elektromobilů poplatky v rozmezí 50-200 dolarů ročně, aby získaly zpět část těchto ušlých daní. Podle nich je to spravedlivé, protože daně z pohonných hmot pokrývají část nákladů na silniční infrastrukturu, kterou řidiči elektrických vozidel také využívají.

Různé výše těchto poplatků podle hmotnosti by zachovaly příjmy a zároveň by motivovaly lidi, aby si vybírali energeticky účinnější vozidla, která přinášejí menší sociální náklady. Snížilo by to také další emise z výroby materiálů a výroby

Několik míst takové daně zavedlo. Například v Iowě se registrační poplatek zvyšuje o 0,40 USD za každých 45 kg hmotnosti vozidla. Ve státě New York činí sazba 1,50 USD za každých 45 kg při hmotnosti nad 750 kg; nad 1 600 kg se zvyšuje na 2,50 USD. Francie půjde v příštím roce ještě dál a bude účtovat neuvěřitelných 10 eur (11,60 USD) za každý kilogram, který překročí hranici 1 800 kg. Pokud by tento zákon již neosvobodil elektrická a hybridní vozidla, zvýšil by cenu elektrického nákladního automobilu, například F-150, o 12 tisíc eur, tedy zhruba 300 tisíc korun.

Přidání poplatku za ujetou vzdálenost by rovněž motivovalo lidi k tomu, aby jezdili méně. Oregon takový program pilotně zavádí a dává majitelům možnost založit registrační poplatky na vzdálenosti, kterou za rok ujedou (v sazbě zhruba 1,1 centu za kilometr), namísto pevných ročních poplatků. Údaje o cestování lze shromažďovat pomocí palubních zařízení; některé pojišťovny již nabízejí pojistky, které jsou založeny na celkovém počtu ujetých kilometrů a dalších jízdních návycích.

Nevýhodou řešení je, že bude penalizovat lidi z venkovských oblastí, pro které je těžší vozidlo někdy nutností. Může se z toho v některých zemích (v USA například) stát další bod sváru mezi „venkovem“ (tenhle pojem v USA není úplně přesný, proto uvozovky) a městy.

Zmenšení baterií

Baterie dnes stojí o 90 % méně než před deseti lety. A jejich energetická hustota se od uvedení lithium-iontových baterií v roce 1991 více než ztrojnásobila. Přesto většina úspěchů v technologii baterií směřovala ke zvýšení vzdálenosti, kterou elektromobil ujede na jedno nabití, a ke zvýšení výkonu vozu. V uplynulém desetiletí například Nissan uvedl na trh verzi svého vlajkového elektromobilu Leaf s dlouhým dojezdem, která má trojnásobný dojezd (364 km) a dvojnásobný výkon (214 k). Jeho hmotnost však také vzrostla, a to o 14 % na 1 749 kg.

Dojezd je důležitý pro široké rozšíření elektromobilů. Většina zákazníků si kupuje auta na základě dojezdu, protože se obávají ztráty výkonu nebo nemožnosti dobíjet na dlouhé cestě. Většina cest autem je však krátká – na nákup nebo do školy. Například ve Spojených státech ujedou řidiči v průměru 56 kilometrů denně, což zdaleka nedosahuje maximálního dojezdu elektromobilů. V EU se průměrná délka takové jízdy udává obvykle kolem 35 kilometrů.

Prodloužení tohoto dojezdu o dalších přibližně 100 kilometrů každých několik let učiní elektromobily praktičtějšími pro lidi, kteří potřebují pravidelně cestovat na dlouhé vzdálenosti, například za prací. Ale i nyní se pro běžného řidiče jejich návratnost snižuje. Rychlonabíjecí infrastruktura se rozšiřuje. Výroba lehkých baterií přinese okamžité plody, myslí si autoři.

Mezi způsoby, jak baterie odlehčit, patří použití materiálů s vyšší energetickou hustotou a odstranění těžších součástí. Například baterie s pevným elektrolytem jsou kompaktnější a mohly by nabídnout vyšší hustotu energie, než je možné u lithium-iontových článků. Lithium-křemíkové baterie mohou dosáhnout vyšších hustot energie, pokud výrobci použijí v anodách více křemíku než grafitu. Zlepšení mohou být také digitální – bezdrátové systémy řízení baterií mohou odstranit až 90 % sítě kabelů. Použití menšího množství materiálů pomáhá výrobcům šetřit peníze.

Zavedení nejmodernějších technologií je však nákladné, což zvyšuje náklady na elektromobily. Jak poznamenávají autoři, pro urychlení inovací a vývoje je tedy podle nich nezbytná vládní podpora, a to jak výzkumu, tak výroby i spotřeby. Část těchto peněz by mohly poskytnout registrační poplatky založené na hmotnosti. Dotace na elektromobily v USA se v současnosti zvyšují s kapacitou akumulátoru. Pokud by se dotace na elektrická vozidla odvíjely od kapacity zásobníku energie na kg (kWh/kg), podpořil by se pokrok v oblasti lehčích baterií.

Odlehčení konstrukce

Tady může pomoci za prvé snížení hmotnosti samotných baterií, tak lepší využití jejich hmoty. Tesla, Volvo, GM a další výrobci automobilů zkoumají možnosti využití obalů baterií jako nosné části podvozku vozidla. Časem by třeba mohlo být možné, že by k ukládání energie sloužil samotný rám vozidla. Ovšem předtím by bylo zapotřebí provést rozsáhlý výzkum a vývoj.

Rychlejší by mohlo být další nahrazování tradičních materiálů novějšími obdobami. Dnes tvoří asi třetinu hmotnosti vozidla běžná ocel; v roce 1995 to bylo 44 %. Konstrukce vozidel mohou být pevnější a lehčí díky použití moderních forem oceli, většího množství hliníku a hořčíku a polymerů vyztužených uhlíkovými vlákny. Každý materiál přináší své vlastní nákladové a technické problémy a také dopady na emise z výroby a dodavatelských řetězců. Výzkumníci musí tyto kompromisy posoudit, aby našli bezpečná, čistá a cenově dostupná řešení.

Nahrazení oceli hliníkem snižuje hmotnost vozidel a spotřebu, ale z hlediska ochrany klimatu má jiný problém: může mít téměř pětkrát vyšší emise uhlíku než výroba oceli. Podle autorů by mohl snížit emise během životního cyklu na úroveň nižší, než u oceli přechod na recyklovaný hliník s nízkouhlíkovou mřížkou může. My jen dodáváme škarohlídskou otázku: kde se recyklovaný hliník pro všechny auta vezme?

Snížení počtu havárií

S těžšími vozidly na silnicích roste význam bezpečnosti provozu. Některá vozidla již využívají kamery, radary a další senzory, aby se vyhnula srážkám sledováním mrtvého úhlu a bdělosti řidiče. Tato zařízení udržují vozidla v jízdních pruzích, upravují rychlost, kontrolují světlomety a v případě hrozby srážky brzdí. Zavedení těchto technologií v celém vozovém parku USA by mohlo zabránit tisícům úmrtí, více než milionu nehod a miliardám dolarů ročně v sociálních nákladech.

Ale jen na technologie se spoléhat nedá, upozorňují autoři. Využívat by se podle nich měly i osvědčené nápady na zlepšení bezpečnosti v ulicích: omezení rychlosti, prvky na zklidnění dopravy a rozvoje infrastruktury pro chodce a další typy dopravy po městech. Paříž, Brusel, Bilbao a další města omezila rychlost na většině silnic na 30 kilometrů za hodinu.

Méně jezdit

Tohle je asi nejlogičtější bod, ale opravdu těžko prosaditelný. Jak vyplývá ze slov autorů článku, sami si uvědomují, že zakázat jízdu autem nejde (aspoň tedy ne v západním světě). Jedinou možností je tedy zajistit, aby alternativy, jako je chůze, jízda na kole a veřejná doprava, byly bezpečnější, pohodlnější, dostupnější, cenově přijatelné a spolehlivé.

Urbanisté by měli zvážit dopady územního plánování a rozvoje na způsoby řízení, aby se minimalizovala průměrná ujetá vzdálenost a dopady znečištění ovzduší, které neúměrně zatěžují zranitelné komunity. Připomínají, že pandemie nám ukázala, kolik práce lze vykonávat na dálku.