Menu

Nová jízda s vyšším napětím

Elektromobilita nově definuje pojem automobil. Technika, využití, identita - prakticky všechno, co dělalo automobil automobilem, se nyní přehodnocuje. Postaru to už nepůjde.

Co je to vlastně automobil? Před érou autonomních vozidel, elektrických pohonů a elektronických asistenčních systémů, nucených aktualizací a zahlazování podvodů s ochranou životního prostředí existovala na tuto jednoduchou otázku jednoduchá odpověď: Automobil je mechanicky ovládané vozidlo, poháněné spalovacím motorem na fosilní paliva, využívané k individuální přepravě osob, které je většinou v soukromém vlastnictví řidiče. A mohli bychom chytře doplnit následující akademickou definici: Automobil plní také svou společenskou funkci. Ta je určena prostřednictvím množství písemných i nepsaných zákonů, zvyků a někdy i místních praktik. Jedná se o stavový objekt, jehož použití a význam úzce souvisí se sociálními trendy, ekonomickými příležitostmi, omezeními životního prostředí a měnícími se potřebami mobility. Nezapomínejme na jeho ekonomickou roli, zejména u nás: český automobilový průmysl zaměstnává více než 150 000 lidí a tvoří 20 procent české průmyslové výroby a také 20 procent veškerého vývozu. Všechno je to o autech. A všechno se to v nejbližší době zcela změní.

Elektrony za miliony

Elektrický automobil je považován za důležitou součást skládanky budoucí dopravy: je nejen šetrnější k životnímu prostředí, ale také kompatibilní s globálními megatrendy, jako jsou urbanizace, demografické změny, konektivita a mobilita. Je to také skvělá příležitost pro společnost, hospodářství a stát, aby přepracovaly celý koncept automobilu a dopravy a vytvořily mobilitu nového druhu. Je to velmi pomalý proces, a to i v rozvinutějších zemích, než je Česko. V sousedním Německu by do roku 2030 podle plánu spolkové vlády měl každý druhý nově registrovaný vůz jezdit na elektřinu. Vzhledem k současným číslům to ale nevypadá příliš optimisticky ani v Německu, a o to méně u nás. V ČR bylo za první pololetí 2018 zaregistrováno 267 elektroautomobilů a 1 813 automobilů s hybridním pohonem (z toho 151 plug-in hybridů). To značí podíl jen 0,2 procenta.

Změna mobility je naléhavě zapotřebí: fosilní paliva jako převládající zdroj energie stále zdražují a tlak na snížení znečišťujících látek je stále vyšší. Snaha o omezení dopravy je válcována prudce rostoucím počtem vozů po celém světě, zejména na rychle rostoucích trzích Číny a Indie. Zde se, stejně jako v minulosti, tradiční dopravní koncepce dostává na své limity: automobil už neposkytuje možný pokrok, ale naopak mu brání. Doprava budoucnosti bude muset být nejen šetrnější k životnímu prostředí a k lidem, ale také se bude muset přizpůsobit novým požadavkům stále více převládající městské populace, která bude navíc stárnout. Ale automobil budoucnosti bude - pravděpodobně - nejen elektricky poháněný a elektronicky řízený, ale sám o sobě propojený s okolním světem se stane součástí digitální společnosti. Hovoří se o „redefinici automobilu“ a o „technologickém obratu“. A ve skutečnosti tomu elektrický automobil skutečně odpovídá nejlépe: pod kontrolou budou prakticky všechny hodnoty komplexu automobil a doprava.

Zásobování energií

Celá nadějná budoucnost e-mobility v současné době závisí na zásobování motorů elektrickou energií. Proudu by bylo dost (samotné rafinerie vyrábějící benzin a naftu spotřebují více elektřiny, než by potřebovala všechna elektroauta). Ale skladování energie v baterii v autě je v nejlepším případě dočasné řešení: lithiumiontové baterie mají pouze jedno až dvě procenta energetické hustoty naplněné benzinové nádrže, jsou těžké, drahé a vzácné. „Současné baterie využívané v elektromobilech,“ píše se ve studii financované EU, „nebudou v dlouhodobém horizontu schopny poskytnout za rozumnou cenu dostatek energie pro elektrický provoz a pro fungování dodatečných spotřebičů na palubě.“ A na velké posuny ohledně skladování energie díky novým akumulátorovým technologiím, jako jsou glass baterie, redox flow průtokové akumulátory a cenově dostupné silicon-air baterie, by se raději nemělo čekat. Palivové články by byly alternativou, ale neprosazují se: jsou stále příliš neefektivní, zásobování vodíkem je obtížné a složité bude také vybudovat zásobovací síť. Zejména cena ale není v pořádku: v dohledné budoucnosti budou palivové články výrazně dražší než ty nejdražší akumulátory.

Kdo prosazuje baterie, musí také zároveň myslet na nabíjecí stanice. Pokud by například v roce 2030 po německých silnicích skutečně jezdil milion elektrických automobilů, muselo by být podle hrubých výpočtů zřízeno 35 000 veřejných a poloveřejných nabíjecích míst, navíc dalších 2 600 pro dálkovou dopravu. Na tom moc nezmění ani nová technologie: i když se dosavadní dojezd zvýší o 50 procent, poklesne potřeba nabíjení stanic v důsledku síťových efektů pouze o 17 procent. Zvýšení nabíjecích možností v domácnostech o 10 procent by však naopak mohlo snížit potřebu veřejných stanic o 20 procent. Tak jako tak, je naléhavě zapotřebí vybudovat více nabíjecích míst. Namísto pevné nabíjecí stanice s nabíjecím kabelem mohou být menší autobaterie nabíjeny indukčně na parkovacích místech s nabíjecími cívkami nebo při jízdě ve speciálních pruzích na dálnici. To by sice zjednodušilo plynulé dodávky elektrické energie, ale zároveň představovalo obrovské úsilí. Celé nasazení baterií má ale také hospodářský háček: jedna třetina hodnoty budoucích elektrických automobilů se podle odborníků nachází v jejich úložišti energie: akumulátory a suroviny, ze kterých jsou vyráběny, jsou drahé nedostatkové zboží, které se - v důsledku vysokých počátečních investic - nevyrábí místně, ale nakupuje se v Asii. Německý expert v oblasti e-mobility Alois Knoll tuto volbu v rozhovoru označuje za „historickou chybu“ (viz rámeček vpravo). Slábnoucí evropský automobilový průmysl by se mohl nakupováním hlavního komponentu dostat do nebezpečné situace. Ale ve prospěch baterií existuje zajímavý argument: masa e-vozů jako virtuální obří baterie! „Stojící automobily by se mohly stát aktivními účastníky dynamického trhu s energií a stabilizovat energetickou síť,“ říká studie Technické univerzity Mnichov. Například parkovací garáže „se stanou aktivními hráči na trhu s energií a budou fungovat jako velké, virtuální nárazníky v době energetických špiček.“

V dohledné budoucnosti bude pravděpodobně převládat mix různých pohonů a různých způsobů skladování energie. I kdyby to v průměru nebylo až tak nutné: 80 procent Evropanů nejezdí víc než 40 kilometrů denně, typická délka cesty je 16 kilometrů.

Otázka pohonu

Přestože elektromobilita znamená mnohem více než jen auto s elektromotorem, stojí otázka pohonu stále v popředí: čistě elektrické, hybridní se spalovacím motorem a elektromotorem nebo benzinové motory s elektrickou podporou zrychleného startu a vyššího maximálního výkonu se získáváním energie rekuperací při brzdění? Čím je elektromobil více elektrický, tím kompaktnější je hnací jednotka. Základem elektrického pohonu je proto posun od složité mechaniky směrem ke složité elektronice. To umožňuje další integraci hnacího ústrojí přímo do osy. Například automobilový subdodavatelé Bosch a GKN pracují na sdružené jednotce motoru, převodovky, diferenciálu a dalších součástí. Nejenže bude snadnější výroba (což ohrozí konvenčních dodavatele), ale zjednoduší to také přesné řízení a kontrolu vozu: vzniknou cenná datová a ovládací místa pro stále více elektronicky a digitálně řízená vozidla. Například při tzv. torque vektoringu se točivý moment každého kola řídí samostatně. Tato technika použitá doposud hlavně v drahých autech zlepšuje zážitek z jízdy a bezpečnost při rychlých manévrech, zvyšuje agilitu při nízkých rychlostech a může být používána pro jemné ovládání autonomních vozidel.

Palubní elektronika jako centrální nervový systém

Digitalizace vozu představuje velký posun ve složitosti palubní elektroniky. Přestože současná benzinová a naftová auta jsou již dlouho i elektronickými vozidly, teprve v elektrickém vozidle se z palubní elektroniky stává skutečný nervový systém, který integruje všechny elektronické prvky. Tím se otevírají zcela nové možnosti řízení a optimalizace: automobil se stává senzorovou sítí, která analyzuje své okolí stejně jako sebe sama. Je to takový malý internet věcí spojený s velkým internetem věcí pro inteligentní provoz. Elektromobil jako stroj pro zpracování dat je tedy také rozhraním mezi digitálním a fyzickým světem, mezi uživatelem a infrastrukturou - bohužel také takovým, který může ohrozit lidský život a narušit složité dopravní systémy. Vytvoření bezpečných a robustních palubních systémů a jejich propojení s komplexními sítěmi bude velkou výzvou pro automobilový průmysl, softwarové společnosti a digitální plánování provozu. V současnosti zjištěné bezpečnostní zranitelnosti ukazují, že automobil musí být naléhavě považován za bezpečnostní riziko IT a zajištěn v rámci kritické mobilní infrastruktury.

Průmysl mobility

Přesun komplexnosti do digitální části vozidel a výroba vysoce integrovaných elektrických pohonů snižují vstupní bariéry pro začínající podniky zabývající se mobilitou. Kromě rostoucího významu IT dodavatelů a partnerů se také mění poměry sil uvnitř automobilového průmyslu: důraz na IT v nových koncepcích mobility posouvá klíčové kompetence, snižuje překážky vstupu na trh a mění pravidla hry na trhu - to vše se dočtete ve zprávách EU o úloze informačních a komunikačních technologií v elektromobilitě. Dosavadní výrobci automobilů se svými etablovanými sítěmi dodavatelů a distributorů, na které kladou zvýšené požadavky, jsou díky pronikajícím komunikačním technologiím postaveni před velké změny: význam informačních a komunikačních technologií pro vývoj a výrobu vozidel roste. V IT dominantní standardy včetně obchodních webů a automatizace se importují do automobilového sektoru. To vede ke vzniku polycentrické sítě s více hlavními hráči a zcela to mění mocenské vztahy. Přeloženo do češtiny: brzy budou také softwarové a datové firmy určovat, co je to vlastně automobil, jak působí, co je s ním možné provozovat a jak funguje. Možná, že na konci vývoje stojí dokonce přepracovaný model, ve kterém značka automobilu a jeho výroba budou dvě nezávislé věci - až po „autopolotovary“, které mohou být na základě ekonomických podmínek upraveny pomocí datových služeb podle vlastních potřeb.

Chytrý provoz

Vizí budoucnosti ohledně inteligentní dopravy a únikových bodů elektromobility máme určitě dostatek: samoučící se systémy řízení dopravy, které se přizpůsobují aktuálnímu provozu, komunikaci typu stroj-stroj mezi vozidly, algoritmickou optimalizaci vozových parků a tras, stále podrobnější kontrolu toků zboží a lidí. Ačkoli není stále jasné, jak dobře je možné centrálně řídit tak složitý systém, jako je doprava, potenciál pro optimalizaci městské dopravy je v každém případě enormní. Pokud připustíme nové druhy dopravy a zvýšíme efektivitu algoritmů, mohlo by být dosaženo větší mobility současně s menším provozem. „Počet automobilů ve městech je nyní limitován, žádný další růst už není možný. Není tam prostě už žádný prostor pro ještě větší provoz,“ říká expert Alois Knoll. Nároky na pohodlný provoz už bude podle něj nutné řešit jiným způsobem: „Řešení by mohlo zahrnovat autonomní elektrická vozidla velmi odlišné velikosti a kapacity, která jsou navržena pro specifické potřeby v různé denní době v jednotlivých městských čtvrtích a řízena supervýkonnými počítači. Provedli jsme simulace takových konceptů s velmi povzbudivými výsledky.“ Opravdu inteligentní doprava není tedy čistě technickou nebo digitální otázkou. Vyžaduje sociální a individuální změny v myšlení ohledně toho, co vlastně znamená mobilita. A ta asi nebude - tak jako v posledních 100 letech - znamenat: „Mám auto, takže jsem mobilní.“ Místo toho poroste tlak na vlastní optimalizaci mobility ve prospěch kolektivu, například při sdílení privátních aut, využíváním sběrných taxi a přes „nudging“ metody jako přednost v jízdě pro obsazené automobily na přeplněných silnicích. Také výrobci navigačních systémů budou nejspíše nuceni k tomu, aby navrhovali nejen nejrychlejší, ale hlavně nejefektivnější cestu. Nové aplikace a pravidla by například mohly vytvářet pobídky pro spolujízdu nebo nabírání zboží na soukromých cestách. Čím méně vozidel přepravuje více věcí po kratších trasách, tím je provoz inteligentnější.

Sdílené vlastnictví

Požadavky na individuální mobilitu budou muset ustoupit kolektivním potřebám. Obraz vlastního auta jako garanta mobility se stává beznadějným vzhledem k rostoucí urbanizaci. Do roku 2050 se očekává, že v aglomeracích bude žít 80 procent všech Evropanů (dnes je to 74 procent). Komfort bydlení se tedy dostává do přímého soupeření s prostorově náročnou dopravou: typický evropský automobil je 90 procent svého života nepoužívaný - odstavený na parkovišti. Jeho prostorové nároky v klidovém režimu (při parkování) činí 13 m2, v městské dopravě dokonce až 140 m2 - desetinásobek mírně obsazeného autobusu. Navíc se ve městech a metropolitních oblastech vytváří 80 % celosvětových emisí CO2; jedna pětina z toho připadá na sektor dopravy. S vozidlem jako kontejnerem zabírajícím místo na parkovišti a prostředkem pro transport jedné osoby není naše budoucnost kompatibilní.

Elektromobilita ale neznamená přímo mobilitu elektroautomobilů: v mobilním mixu je potřeba snížit počet vozidel. Na druhou stranu by mohlo být dokonce nutné mít správné dopravní a bytové plánování, které snižuje dopravu samo o sobě: vnitřní města bez aut, menší ulice a méně parkovacích míst. E-koloběžky a nákladní kola pravděpodobně nahradí automobil jako dominantní dopravní prostředek v mnoha městských scénářích. Do popředí se proto dostanou alternativní způsoby užívání a vlastnictví. Jako „transformaci sektoru mobility na digitální službu“ to označuje odborník na digitalizaci Timo Daum ve svém článku Auto v digitálním kapitalismu: „Individuální soukromý majetek v podobě automobilu na fosilní paliva bude nahrazen různými modely vlastnictví a užívání - od sdílení vozidel přes taxíky a veřejnou dopravu až po sdílené jízdy.“

Ale i když je těžké rozloučit se s vlastním autem a obrat k nové mobilitě bude trvat dlouho, bude tento přerod kompenzován nárůstem mobility prostřednictvím nové řady ekvivalentních dopravních prostředků, které se budou schopny lépe přizpůsobit našim individuálním i kolektivním potřebám. Musíte pouze tuto budoucnost přijmout -a i vnitřně se stát trochu mobilnějšími.

***

ROZHOVOR

„Dodržujte slovo“

Alois Knoll je profesorem na katedře robotiky, umělé inteligence a vestavěných systémů na Technické univerzitě Mnichov. Je také iniciátorem výzkumného projektu Providentia pro testovací digitální úsek německé dálnice A9.

* > Bude i v budoucnosti existovat ještě něco, čemu budeme říkat „auto“?

Samozřejmě, ale bude více „sdílené“ než soukromé. Bude muset mít delší dobu používání a bude vyžadovat menší údržbu. Mohlo by poskytovat další rezervovatelné služby na placené bázi. Bude integrováno do systému plánování a optimalizace, který bude velmi ovlivněn technikami umělé inteligence a bude fungovat prostřednictvím sdílení dat mezi uživateli.

* > A samotné auto?

Značně zjednodušená mechanika usnadní flexibilitu vnitřního prostoru. Auta bude možné stavět v ekonomicky velmi rozdílných úrovních výbavy, pohodlí a velikosti, čímž se rozostří hranice mezi různými třídami vozidel. V kombinaci se zvyšující se autonomií vlastně máme před sebou pravděpodobně zcela jiný svět s pravděpodobně zcela novými hráči.

* > A co řidiči?

Čím inteligentnější systémy budou, tím více zvládnou, a čím více budou mít vnitřních stupňů volnosti a stavů, tím silnější a různorodější bude komunikace mezi nimi a lidmi. Ale pak se objevuje otázka: Jak to řeknu stroji? Mnohem víc než v minulosti jde o to, dávat pokyny v lidsky přijatelnější podobě a s menším úsilím pro uživatele a vždy mít šanci stroj korigovat - jinými slovy, mít stroje, které „poslouchají na slovo“. Ale tak daleko ještě rozhodně nejsme.

* > Auto jako spolujezdec?

Dokonce i kdyby vozy jezdily po ulicích úplně nezávisle, budeme s nimi komunikovat -rozhodně mnohem víc než dnes. Jako lidé chceme pokračovat v určování přestávek a pauz pro nabíjení. Budeme se s autem smysluplně bavit o celkové pro nás komfortní trase. Optimalizované plánování propojovacích tras - klasické téma umělé inteligence - odhalí obrovský potenciál a usnadní mnohem pohodlnější cestování. Autonomní automobil rozhodně neznamená, že bychom se měli nechat napomínat. Taková auta lidi kupovat nebudou. Ta, která umožní dialog, ale pravděpodobně velmi rádi.

Foto popis| Vítejte v zemi bez proudu V ČR existuje v současné době přes 660 veřejně přístupných dobíjecích míst, z toho 180 je určeno pro rychlé nabíjení. Pro srovnání: v Německu to je 25 430, z toho je 3 220 rychlonabíječek (zdroj dat: eafo.eu).
Foto popis| Méně emisí CO2 díky elektrickému pohonu Emise oxidu uhličitého automobilu VW Golf v průběhu celého jeho životního cyklu, včetně emisí vznikajících při výrobě vozidla, jeho baterií a pohonných hmot. Potenciál úspor je obrovský, ale ne absolutní.
Foto popis| Podložky pro indukční nabíjení (zde BMW) by mohly být instalovány na parkovištích, a dokonce i na dálnicích.
Foto popis| Pět stupňů elektrifikace Mezi automobilem na fosilní paliva a čistě elektrickým vozidlem existují mezistupně: pomocné elektrické motory, generátory pro zpětné získávání energie, čistě elektricky poháněné motory s dobíjecí baterií a bez ní. To umožňuje novou rozmanitost v nabídce typů vozidel.
Foto popis| 136 koní v zadní nápravě Společnost GKN představila na frankfurtském veletrhu IAA 2017 integrovanou, elektricky poháněnou zadní nápravu eTwinsterX. Kompletní hnací souprava se zvýšenou účinností pro hybridní vozidla a další elektrovozidla je uzavřena v kompaktním formátu.
Foto autor| Foto: GKN; Astrid Eckert & Andreas Heddergott/TU München; Bosch

Foto popis| Komunikace motocykl-automobil Virtuální ochranný štít společnosti Bosch varuje motoristy, když se přiblíží k motocyklu. Tato komunikace stroj-stroj by měla v budoucnu pomoci vyhnout se „téměř každé třetí“ nehodě motocyklu.
Foto popis| Elektrický brouk Všichni výrobci automobilů uvedou v příštích několika letech nové e-modely. Ostentativní design je navržen tak, aby zmírnil strach ze změn: i e-auta mohou být odvážná.
Foto popis| Algorouting Ideální trasy v komplexním provozu s mnoha účastníky lze stanovit pouze algoritmicky.
Foto popis| Malý provoz Autonomní vozidla, jako například studie Mercedesu „smart vision EQ fortwo“, by měla ještě více individualizovat dopravu a zároveň umožnit větší sdílení.

O autorovi| FELIX KNOKE, autor@chip.cz


Příbuzná témata: