09. 12. 2022
|
emovio.cz logo

Může „neřešitelný“ problém elektrických lodí vyřešit baterie v kontejneru?

Trup nákladní lodi (foto bvi4092 / CC BY 2.0)
Trup nákladní lodi (foto bvi4092 / CC BY 2.0)

Navrhnout elektrickou nákladní loď není tak snadné jako vyrobit elektromobil, podle některých je to dokonce s dnešní technologii nemožné. Ale možná by mohl pomoci trik s kontejnery.

Obří lodě nesou takové množství paliva, že je ho při dnešní úrovni technologií nemožné nahradit energií skladovanou v bateriích. Ty největší lodě by potřebovaly baterie s hmotností přes miliardu kilogramů. Místo motorů spalovacích v útrobách obřích kontejnerových lodí tedy v dohledné době elektrické motory zřejmě nezaujmou.

Ale postupná elektrifikace oboru není vyloučena. A podobně jako v oboru pozemní dopravy, i na moři, by se nejspíše mohlo začít u menších dopravních prostředků. U nich nevýhody elektrického pohonu nejsou tak zjevné, a naopak se mohou uplatnit výhody tohoto čistého pohonu.

V některých oblastech světa se tak zavádí ve větší míře hybridní (tedy dieselelektrické) či přímo elektrické trajekty a jiná podobná plavidla určená pro dopravu na kratší vzdálenosti. Ale stejně jako v případě automobilové dopravy se našli průkopníci, kteří s elektromobily začali brzy, i v lodní dopravě jsou někteří odvážnější.

Americký startup Fleetzero plánuje brzy začít křižovat Tichý oceán s menšími elektrickými loděmi, o kterých tvrdí, že by se cenou mohly vyrovnat lodím na fosilní paliva. Rekordní baterie byste v nich hledali ovšem zbytečně: myšlenka je taková, že by tyto nákladní lodě „měnily baterie“ v přístavech, do kterých zavítají.

Elektrice na míru

Zakladatelé firmy tvrdí, že chtějí „ušít“ lodě na míru elektrického pohonu, ne předělat dnešní lodě na elektřinu: „Začali jsme s problémem dekarbonizace námořní přepravy od otázky, jak zařídit, aby nebyla dražší víc než dnes,“ Steven Henderson, spoluzakladatel a generální ředitel startupu pro časopis Fast Company.

Henderson a jeho spoluzakladatel Michael Carter pracovali v lodní dopravě a podle svých slov si uvědomili, že snaha o snížení emisí v tomto odvětví má jeden základní problém: všechny možné alternativy jsou výrazně dražší než současná technologie.

Například čpavek nebo zelený vodík by mohly stát až čtyřikrát více než těžké topné oleje (tedy mazut), který lodě používají dnes. Lodě by také musely používat přepracované motory, které by mohly spalovat alternativní kapalná paliva. „Uvědomili jsme si, že pokud je to [snižování emisí uhlíku, pozn.red.] naše budoucnost, tak to není dobré ani pro odvětví, a pokud se sazby za lodní dopravu zvýší, nebude to dobré ani pro zbytek světa,“ řekl Carter pro Fast Company.

Cílem společnosti tedy od začátku bylo nabídnou alternativu, které nepovede k navýšení nákladů na přepravu. Henderson a Carter údajně prošli řadu všemožných alternativ a po jejich zvážení údajně dospěli k názoru, že elektrické lodě „nebudou fungovat“. Na kontejnerové lodi s kapacitou 10 000 nebo 20 000 kontejnerů, která dnes obepluje zeměkouli na jednu nádrž paliva, prostě za žádných okolností nebude místo pro baterie, které by jí poskytly alespoň trochu srovnatelné výkony. Jejich energetická hustota prostě není taková jako v případě kapalných uhlovodíků.

„Ta myšlenka nebyla životaschopná,“ řekl Carter pro americké novináře a pokračoval: „Ale uvědomili jsme si, že řešíme špatný problém.“ Spočítali, že pokud by lodě byly menší – tedy bylo by na nich místo pro 3 000 až 4 000 kontejnerů – a po cestě by se častěji zastavovaly, mohla by to i se současnou bateriovou technologie dávat smysl. „Moderní lodě jsou optimalizovány na fosilní paliva,“ říká Henderson. „Jak by to vypadalo, kdyby se lodě optimalizovaly podle baterií?“

Koncept elektrické kontejnerové lodi společnosti Fleetzero. Bateriové kontejnery jsou vyznačené zeleně, takže je dobře vidět, že i když loď má omezený dojezd, rozhodně jejich objem je ohromný. (foto Fleetzero).
Koncept elektrické kontejnerové lodi společnosti Fleetzero. Bateriové kontejnery jsou vyznačené zeleně, takže je dobře vidět, že i když loď má omezený dojezd, rozhodně jejich objem je ohromný. (foto Fleetzero).

Jako jiné kontejnery

Návrh společnosti Fleetzero tedy spočívá v tom, že lodě by vezly energie v bateriích vtěsnaných do standardních lodních kontejnerů. Přístavní jeřáby by je tedy dokázaly v přístavu z lodi jednoduše zvednout a vyměnit za čerstvě nabité baterie.

Tento systém by měl dávat smysl, protože zavádění nějakých přístavních „rychlonabíječek“ pro nákladní lodě zatím neexistuje. I když takové plány samozřejmě minimálně na papíře jsou, výměna baterií je v tomto případě logickou alternativou (která se ostatně může částečně prosadit i v pozemní dopravě).

Loď by samozřejmě musela mít i tak velkou baterii – a také poněkud netypickou trasu. Autoři nápadu předpokládají, že při přepravě zboží z Číny do USA, tedy na vzdálenost, kterou dnes kontejnerové lodě překonávají přímo, by „eloď“ několikrát zastavila. Plula by přes Japonska na Aljaška, odkud by dorazila Seattlu, a pak mohla případně pokračovat podél západního pobřeží do Los Angeles. V takovém případě by vzdálenost mezi přístavy je dostatečně krátká na to, aby současná technologie baterií dokázala pokrýt dojezd.

Lodě Fleezero by nemohly přímo konkurovat obřím lodím, které dnes obstarávají velkou část dopravy. Jejich lodě by údajně zase měly tu výhodu, že mohou zastavovat i v přístavech, které se dnes běžně nepoužívají, protože pro kontejnerovým „obrům“ jsou prostě příliš malé. Menší elektrické lodě by se tak snad mohly vyhnout podobným situacím, jakých jsme byli svědky během koronavirové pandemie. Protože přístavy byly přetížené a odbavování zboží vázlo, desítky lodí čekaly v dlouhých frontách na vykládku celé dny. Což je jistě zajímavá výhoda, otázkou ovšem je, zda – či spíše za jak dlouho – se taková situace může zase opakovat.

Lepší baterie?

Klíčovým ukazatelem pro použitelnost baterií v dopravních prostředcích všeho druhu je jejich měrná kapacita. Tedy kolik energie mohou udržet v poměru ke své hmotnosti. Jako jednotka se používá watthodina na kilogram (Wh/kg).

Známé olověné akumulátory, které byly k dispozici již na začátku 20. století měly kapacitu 10-15 Wh/kg. Pokročilejší nikloželezné pak 40 Wh/kg (rok 1911). Přitom z jednoho jediného litru benzínu se při spálení uvolní 10 000 watthodin (čili 10 kWh). Účinnost motorů bylo tehdy nízká, z této energie se tedy využila jen malá část (někdy jen 10 procent). I tak již před 100 lety platilo, že několik litrů paliva zvýší dojezd vozidel stejně jako tunová olověná baterie.

Dnes je situace v tomto ohledu lepší díky tomu, že kapacita baterií celkem rychle roste Třeba v první generaci vozů Nissan Leaf (vyrobeny 2010) činila kapacita kompletních baterií 150 Wh/kg. U prvních vozů Tesla Model 3 se pohybovala údajně kolem 260 Wh/kg. Cena lithiových baterií přitom výrazně klesla. Podle nedávné studie cena lithiových akumulátorů za poslední tři desítky let klesla zhruba o 97 procent. Ke zlevnění přispěla řada faktorů, včetně úspor z rozsahu a v ještě větší míře zřejmě další výzkum a vývoj.

Jako americká společnost by měla Fleetzero také přístup do některých amerických přístavů, kam zahraniční společnosti nemohou, což by údajně umožnilo dodávat zboží k některým zákazníkům rychleji. „Můžeme mít trasu například mezi Long Beach [Kalifornie] a Portlandem [Oregon] na lodi a zbavit se tak tisícovek kamionů na silnicích,“ prodává svůj nápad Henderson. „A je to levnější služba. Přeprava po silnici je o dost dražší než námořní přeprava.“ V současné době se často stává, že zboží z Číny „propluje“ kolem cílových zákazníků, protože v jejich okolí není vhodný přístav.

Pokud bude mít loď dostatek zastávek, mohou podle Fleetzero zabrat na lodi méně místa než současný systém s dieselovými motory a palivovými a balastními nádržemi. Jejich elektrické lodě by tedy měly (alespoň teoreticky) prostor využívat efektivněji než lodě současné.

Baterie, které na lodě čekají v přístave se také mohou nabíjet v časech, kdy jsou ceny elektřiny nízké. Případně baterie mohou posloužit také jako záložní zdroj energie pro lodě v kalifornských přístavech. Výhledově se totiž počítá s tím, že zakotvené lodě nebudou moci mít zapnuté motory, aby neznečišťovaly ovzduší.

Startup zatím postavil jeden prototyp baterie o velikosti lodního kontejneru a pro Fast Company uvedl, že další dokončí v příštích několika týdnech. Má za sebou také první úspěšnou atestaci u Amerického úřadu pro námořní dopravu. Následovat budou zkoušky baterií a celého pohonu na upravené zkušební lodi. Svou první „ryze elektrickou“ loď by chtěla mít společnost k dispozici v roce 2023. Což je samozřejmě vzhledem i k současnému ekonomickému klimatu velmi optimistický cíl. Je velmi pravděpodobné, že jde o běžný startupový „termínový optimismus“, a pokud Fleezero nějakou elektrickou loď vůbec postaví, bude v provozu nejspíše později než příští rok.

Podle společnosti má zájem o využívání lodí k doručování několik velkých společností, od oděvních značek a výrobců spotřební elektroniky až po velké maloobchodní prodejce. Konkrétní partnery oznámí údajně ještě v letošním roce.

Nějací zájemci by se skutečně najít mohli. Společnosti jako Amazon, Ikea a Patagonia mají za cíl přejít do roku 2040 na bezuhlíkovou dopravu. Podle Hendersona je reálné, že by se to vše mohlo uskutečnit s elektrickými nákladními loděmi, i když podoba technologie se bude pravděpodobně vyvíjet. „My jsme dnes přesvědčeni, že budoucnost lodní dopravy je elektrická,“ tvrdí. „Myslím si ovšem, že forma, ve které jsou elektrony na lodi uloženy, se bude časem ještě měnit.“

Výměna baterií v autech?

Výměna baterií se zkoušela a zkouší i v elektromobilitě. Někteří z našich čtenářů si možná pamaují příběh společnosti Better Place, která se snažila se stejným principem uspět v Izraeli a Nizozemsku, ovšem rychle zkrachovala s obrovskou ztrátou pro investory. 

Firma měla obrovské plány. Chtělo odstartovat ve velkém na několika trzích najednou a na několika kontinentech. Ale ve skutečnosti to bylo příliš veliké sousto: společnosti nikdy nezvládla nutné postupy a technologie. Například jedna její stanice Better Place měla vyjít podle plánů na půl milionu dolarů, ve skutečnosti se cena pohybovala kolem dvou milionů.

V květnu 2013 musela vyhlásit bankrot. V Izraeli, který byl nakonec jejím hlavním trhem, postavila 37 výměnných stanic a prodala celkem pouze necelou tisícovku vozů, z toho zhruba 150 zaměstnancům. Investoři z firmy prakticky žádné peníze zpět nezískali.

Better Place také přišel velmi brzy, možná předčasně (v roce 2012) a roli v pádu firmy hrály zřejmě i zásadní chyby a přílišný optimismus managementu. A možná také skutečnost, že problém obav z nízkého dojezdu, který chtěla společnost svým řešením odbourat, vlastně takový problém není. 

V posledních letech ovšem znovu získala pozornost. Velký potenciál v ní vidí v Číně, kterážto země má již svůj technickou normu pro výměnné baterie.

V praxi také službu některé čínské firmy zákazníkům nabízejí, například společnost NIO. V rámci její služby „Baterie jako služba“: majitelé platí zhruba 3 500 korun měsíčně za pronájem 70 kWh akumulátoru, který si mohou šestkrát měsíčně vyměnit. Letos na jaře společnost Nio prohlásila, že na svých stanicích Power Swap provedla celkem dva miliony výměn, přičemž uživatelé získali v průměru při každé výměně 200 kilometrů dojezdu.

Vozy s výměnnými bateriemi dokonce mají na čínském trhu také dotační výhodu. Vztahují se na ně totiž i nadále daňové úlevy, které na vozy „pevnými“ bateriemi už uplatnit nelze.

Státu se totiž myšlenka líbí – a argumentují podobně jako mnozí jiní.: koupě takového elektromobilu tak draho, a bude tedy dostupnější. Baterie lze ve stanici nabíjet s menším zatížením sítě (často mimo špičku) a šetrněji, takže déle vydrží. Navíc pak lze dobíjení baterie využívat jako „energetické banky“ při vyrovnávání nabídky a poptávky po energiích.

I na západě se snaží s touto myšlenkou některé firmy uspět, například americký start-up Ample, o kterém byl jsem již psali.  Její koncept je ovšem poněkud jiný. Ample doufá, že se mu podaří přesvědčit alespoň část výrobců, aby do svých aut (zřejmě jen vybraných modelů) umožnili instalaci, či přímo instalovali, jím navržené modulární baterie. Jsou to v podstatě „Lego“ baterie skládané z mnoha menší „kostek“, které se dají tedy vyměnit po dílech.

Stanice na výměnu baterií by tak měla být výrazně jednodušší. Na rozdíl od společnosti Better Place, která stavěla drahé bateriové stanice s jámou, přes kterou auto přejíždělo, společnost Ample instaluje stanici do prostoru o šířce dvou parkovacích míst. Ample není Better Place ani co se týče obchodní stránky věci. Chce se zaměřit totiž primárně na flotilové vozy.

Podobné články

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Oblíbené články

Témata