TriHyBus – vodíková technologie není sci-fi

Trojitě hybridní vodíkový autobus získal na veletrhu zlatou medaili za energeticky efektivní exponát. Petr Dlouhý z Ústavu jaderného výzkumu Řež, jeden z koordinátorů projektu, nás svou nadšenou přednáškou mezi zastávkami zhypnotizoval už na veletrhu. Poveletržní rozhovor dopadl podobně, zvládli jsme probrat od samotného autobusu přes vodíkové technologie až po jaderné elektrárny.

TriHyBus (oficiální stránka) vyvinul Ústav jaderného výzkumu Řež.

TriHyBus je celosvětově unikátní. Čím?

Unikátní je především použití tří energetických zdrojů v rámci pohonu autobusu. Vodíkových autobusů tu již bylo dost, dokonce dvojitě hybridních vozidel je hodně.

Jaké zdroje energie používáte?

První a jediný zdroj elektrické energie je palivový článek. Další dva zdroje – baterie a ultrakapacitor – jsou vlastně pouze akumulátory a slouží pro ukládání energie, která vzniká za jízdy. Při brzdění totiž motor funguje jako generátor a vzniklou energii žene zpět do systému. Podle nějakých pravidel se pak ta energie distribuuje do baterie nebo do ultrakapacitoru. Oba akumulační prvky jsou také dobíjeny z rozdílu výkonu palivového článku a motoru – tedy například při stání v křižovatce a v zastávkách.

Na veletrhu jste se zmínil o tom, že zásadní jsou právě ta pravidla…

Ano. Jsou definovaná poměrně komplikovanou strategií distribuce energie v rámci hybridního systému, nad kterou bdí řídící jednotka. Chování je částečně ukryto přímo ve způsobu propojení těch tří zdrojů. Podrobnosti jsou ale do jisté míry utajeny.

Proč jste se vůbec pustili do experimentování s hybridní technologií?

První motivace byla použít alternativní energetický zdroj, tedy palivový článek. Pokud chcete navíc využít energii, která vzniká při brzdění, potřebujete nějaký akumulační prvek. Tedy – na první pohled – baterie. Hned na ten druhý ale zjistíte, že současné baterie mají slušnou kapacitu, ale maximální nabíjecí výkon je nedostatečný. Potřebujete sehnat baterii, která by dokázala pojmout až 250 kW, zhruba na tolik se dá dosáhnout při prudkém brzdění. A to nelze.

Takže pokračujete v přemýšlení a napadne vás ultrakapacitor. Kapacitor má pro změnu maximální nabíjecí výkon daleko za potřebami busu, ale zase kapacita není nic moc. Tak prostě vezmete všechno. A najednou máte trojitý hybrid, s baterií a kapacitorem. Kombinace tří zdrojů, z nichž každý má svoje pro i proti. Když srovnáte baterii a ultrakapacitor, při přibližně stejné velikosti má baterie oproti kapacitoru desetkrát větší kapacitu a desetinový maximální nabíjecí výkon.

Jaké výhody má hybrid oproti klasickému spalovacímu motoru?

Malinko to rozvedu. Když se pohybujete s autem, překonáváte určité jízdní odpory. Nevratné, jako je aerodynamický odpor a valivý odpor. S těmi nehneme, ty musíme překonat. Pak potřebujeme energii na zrychlení a zdolání kopců, což je vlastně jenom zrychlení v jiné ose. Když jednou naberete rychlost, tak ji budete chtít zase ubrat. A tyhle složky je možné s určitou ztrátou získat zpět. Motory na fosilní paliva nemají jak, hybridní motory to zvládnou.

Podíl vratných a nevratných odporů je jiný ve městě a na dálnici. Na dálnici hybrid nepotřebujete, ve městě je k nezaplacení.

Důvodu pro hybrid je víc. Spalovací motor má křivku momentu asi jako Říp. Účinnost bude mít podobnou charakteristiku. Řazením se snažíte udržet motor v otáčkách s vysokou účinností. Ale jsou situace, kdy je lepší motor vypnout a na nějaký přískok použít elektromotor. Hledá se vždy cesta, jak využít to nej z obou věcí. Nebo ze tří, to dělají ti nejlepší.

Opravdu je TriHyBus celosvětový unikát? Žádné jiné TriHy- vozidlo neexistuje?

Žádné jiné trojitě hybridní vozidlo neznám. Vlastně ano, slyšel jsem o trojitě hybridní „ještěrce“. Její vývoj měl na starosti partner projektu, firma Proton Motor. Ale o tom vím opravdu jen velmi málo. Vlastně už jsem se vyčerpal.

Ale myslím, že slovo unikátní se dá použít i pro dva exempláře na světě.

Jen aby bylo jasno, unikátní je především propojení zdrojů a způsob, jak to všechno rozumně řídit. Jednotlivé prvky jsou – řekněme – standardní, komerčně dostupné.

Vodíková laboratoř na silnici

Jak vypadal vývoj? Kolik lidí se na něm podílelo?

Na vývoji se podílely čtyři společnosti, neumím odhadnout konkrétní počet pracovníků přímo dedikovaných na daný úkol.

Takže TriHyBus není vaše děťátko?

Většinu vývoje má na starosti Škoda Electric. My jsme spíš nadšení z toho, že jsme si projekt vymysleli a dali mu nějaký základní rámec a celý projekt úspěšně koordinovali. Tím „my“ myslím hlavně Luďka Janíka a Ivo Vášu, kteří s nápadem busu přišli. Luděk Janík, Já, Aleš Doucek a Markéta Somolová jsme napsali projekt, podali a oni nám ho – překvapivě – přiklepli.

Přiklepl kdo?

Nositelem projektu bylo Ministerstvo dopravy, dotace šly z Evropských fondů regionálního rozvoje. Čtvrtina peněz byla vlastních, zbytek dotace.

Vyvinuli jste tedy unikátní systém, zjistili jste, že v praxi funguje, ladíte jeho používání. Co od něj čekáte dál?

Celý projekt vznikl za účelem osvojení vodíkových a hybridních technologií. Firmy, které na TriHyBusu spolupracovaly, si v první řadě chtěly osvojit nějaké znalosti, které jim můžou pomoci ke konkurenční výhodě.

To byl jeden důvod. Druhý a možná důležitější cíl projektu byl ukázat vodíkovou a technologii lidem. Hodně lidí si pod pojmem vodíkové technologie představí jadernou fúzi a podobné sci-fi záležitosti.

TriHyBus tedy není prototyp, na který by čekala sériová výroba?

Rozhodně není. Ještě dlouhou dobu tu určitě vodíkové autobusy jezdit nebudou, tahle technologie ještě není zralá. Nevyhovuje cenou a jsou i technologické překážky.

Jaké?

Začnu trošku filosofovat. Vývoj každé technologie má různé fáze. V počátku vývoje se pohybujete v laboratořích. I když třeba bádáte nad něčím pro běžný život, do běžného života to nepouštíte. Následuje fáze, kdy se tu tam snažíte pokusně něco provozovat. Objevíte požadavky na další vývoj, na které v laboratoři nebylo vidět. V téhle fázi se teď pohybujeme my.

Technologie pracuje velmi slušně, pohon je účinnější než jiné stávající koncepce. Ale komfort, který vám přinese klasický spalovací motor, zatím nenabízíme. Lidé si nekupují auta, protože jsou úžasně technologicky vyspělá, ale protože jezdí rychle, jsou spolehlivá, levná a daleko dojedou. Tohle všechno dohromady zatím neumíme.

Na světě je ale spousta technologických nadšenců, kteří by třeba vodíkem poháněné auto zkusili, kdyby k tomu měli podmínky…

To je určitě zásadní, ale ne teď. Teď je strašně důležité úspěšně si projít tou druhou fází a na tu je plně dostačující provoz několika desítek exemplářů. Díky tomu víme, kolik dnes tahle technologie stojí. Existují levnější způsoby, jak v této době ulevit životnímu prostředí. Ale potenciál do budoucna tu rozhodně je.

Použiju analogii se solární technologií. Když podpoříte něco měrou, která neodpovídá rozumnému uvažování, najednou dotujete technologii, která má v současných cenách smysl ve Španělsku a ne na padesáté rovnoběžce.

A jak daleko má vodík ke třetí – asi spotřebitelské – fázi?

Určitě deset, možná dvacet let. Tu fázi bych definoval jako fázi přirozené volby. Tedy volby dané technologie bez ohledu na dotace.

Ale nechci být za skeptika, to je obvykle pozice lidí na opačné straně. V rozumné míře je potřeba se těmi věcmi zabývat už teď. Musím se vodíku zastat: spalovací motor měl na vývoj 150 let. Prvních padesát bych raději koupil dva koně.

Vodík je čistý, jen když ho vyrábíte z jádra

Jak souvisí vodík s jadernou technologií? Jak je možné, že se projekt TriHyBusu realizoval na ústavu jaderného výzkumu?

Spojitost je jednoduchá: vodík lze velmi efektivně vyrábět za pomoci vysokopotencionálního tepla. Tedy za vysokých teplot. Pokud chcete koukat na vodík jako alternativu k fosilním palivům, nemá přece smysl jej z nich vyrábět. Tak se to dělá dnes. Ze zemního plynu (CH4) nějak utrhnete ty céčka a máte vodík.

Jedna z motivací pro rozvoj vodíku je ekologie. Vodík je ale bez emisí jen tehdy, když máme k dispozici čistý primární zdroj. My takový zdroj vidíme v jádru, případně obnovitelných zdrojích energie.

Takže vodík je základ pro širší síť technologií? Na webu projektu jsem se poprvé dočetl o vodíkovém hospodářství.

Ano, vodík je plnohodnotná alternativa k fosilním palivům. Funguje ale úplně jinak, rozhodně ho nelze chápat jako klasické palivo. Vodík je vlastně pouze nosič energie.

Představte si vodík jako baterku, do které lze nakoupit elektrolyt bokem. Oproti baterce má výhodu vyšší koncentrace energie. Nabít baterii navíc trvá delší dobu než načepovat vodík. Další věc je skladování: vodík se dá ve velkém skladovat poměrně obtížně, ale je to pořád snazší než skladovat elektrickou energii. Pokud se nicméně zlepší vlastnosti baterií několikanásobně, nebude to mít vodík lehké.

Před nějakou dobou jsme na blogu psali o elektromobilu Superbel, který byl na veletrhu taky. Jeden z jeho konstruktérů napsal do diskuze: „Palivové články jsou mrtvé. Na vodík se už jezdit nebude. Budoucnost patří akumulátorům hliník-vzduch nebo lithium-vzduch. Dojezdy elektromobilů budoucnosti dosahují 1000 km na jedno nabití.“ Co vy na to?

Pokud bude dojezd na baterie takový, bude to mít vodík těžké. Ale ta čísla jsou zatím velmi přehnaná.

Nevnímáte další alternativy k fosilním palivům jako konkurenci?

Vnímáme je jako alternativu. Pokud budou baterie takové, budeme všichni nadšení. To není nějaký boj. Hledá se prostě alternativa k fosilním palivům a cesty jsou různé. Ukázat teď na jednu je těžké, tak se řeší paralelně. Budoucnost ukáže. Myslím, že se uplatní obojí. Tak unikátně jednotvárné, jako to bylo doteď se spalovacími motory, to asi v budoucnu nebude.

Pro vodík mluví způsob jeho produkce. Elektrickou energii lze vyrobit s účinností přibližně 35 procent. Vodík by se v budoucnu dal vyrábět efektivněji, až s účinností 50 procent. Kromě toho se výrobou vodíku dá regulovat spotřeba elektrické energie v síti. Když začne na Rujáně foukat, začnete si vyrábět vodík pro svá vozidla. Pokud jednou zmoudří elektrická síť (projekt SmartGrid), třeba podobnou regulaci bude možné použít i na nabíjení aut. Zase: je mnoho cest a časem se ukáže, co má větší šance.

Vodík za dvacet let? Máme luxus pochybovat

Kdy to budeme vědět?

Odhadoval jsem nástup vodíkových technologií odteď za dvacet let. Což je vlastně úplný nesmysl a šarlatánství. Těžko předvídat něco na tak dlouho dopředu. Je to spíš odhad doby, která je potřeba na vývoj a dořešení věcí. Aby se na konec třeba zjistilo, že jsme přišli na něco lepšího.

Všechno je teď hodně rychlé. Například jaderná fúze už tu měla být několikrát. Od začátku se opakuje, že vývoj trvá třicet let. Těžko dohlédnout něco, jako je technický rozvoj obecně. Ale to už je zase moc filosofie.

Třicet let – má ten údaj nějaké racionální jádro?

Možná lidi ve vedení doufají, že až bude za třicet let někdo chtít výsledky, budou už na penzi.

Abych zase nebyl za úplného skeptika, my tomu samozřejmě věříme a snažíme se, aby to tak bylo. Ale nemůžeme si být jistí. Na jasná stanoviska jsou politici, my si můžeme dovolit luxus pochybovat.

Každopádně, tohle je stoprocentní: vývoj hybridních technologií pohání hlavně strach z konce fosilních paliv a peníze, které by nové technologie ušetřily. Je to tak?

Určitě. Těch motivací je několik. První je konečnost zásob. Většina fosilních zdrojů je navíc v rukou nedemokratických a politicky neprůhledných států a závislost na rozmarech jejich představitelů je velmi nebezpečná. Třetím argumentem je ekologie.

Poslední otázka, malinko offtopic: co říkáte na gůglí chytrá auta, která se řídí sama?

Pěkné, rozhodně tomu fandím, ale asi bych neusnul jako spolujezdec.