Energetická hustota a účinnosť premeny energie na pohyb: Spaľovacie autá vs. elektromobily

Energetická hustota a účinnosť premeny energie na pohyb: Spaľovacie autá vs. elektromobily

V dnešnej dobe sa často porovnáva efektívnosť spaľovacích áut a elektromobilov. Kľúčovými faktormi sú energetická hustota paliva a účinnosť premeny energie na pohyb. Tieto vlastnosti ovplyvňujú nielen spotrebu, ale aj ekologický dopad vozidiel. Poďme sa pozrieť na rozdiely medzi týmito dvoma technológiami jednoduchšie a zrozumiteľnejšie.

Energetická hustota – koľko energie máme k dispozícii?

Energetická hustota určuje, koľko energie môžeme uložiť do určitého množstva paliva alebo batérie.

• Spaľovacie motory: Benzín a nafta majú vysokú energetickú hustotu, čo znamená, že obsahujú veľa energie na jednotku hmotnosti alebo objemu. Konkrétne, benzín a nafta majú hustotu okolo 44-46 MJ/kg (megajoulov na kilogram). Vďaka tomu môžu spaľovacie autá na jednu nádrž prejsť dlhú vzdialenosť.


• Elektromobily: Batérie v elektromobiloch, najmä lítium-iónové, majú energetickú hustotu približne 0,3 MJ/kg, čo je výrazne menej v porovnaní s fosílnymi palivami. Preto potrebujú batérie viac miesta a sú ťažšie, aby poskytli rovnaké množstvo energie ako nádrž s benzínom či naftou.

Účinnosť premeny energie na pohyb – koľko energie sa využije?

Účinnosť premeny energie na mechanickú prácu určuje, koľko z dostupnej energie vozidlo naozaj využije na pohyb.

• Spaľovacie motory: Spaľovacie motory využívajú len 20-30 % energie z paliva na pohon auta. Zvyšok sa stráca vo forme tepla. Preto sa väčšina energie z nádrže nikdy nevyužije na pohyb auta.


• Elektromotory: Elektromotory majú oveľa vyššiu účinnosť – až 90 %. To znamená, že takmer všetka energia z batérie sa využije na pohyb. Navyše, elektromobily dokážu pri brzdení vracať časť energie späť do batérie (rekuperácia), čo ich robí ešte efektívnejšími.

Ako je to celkovo s energetickými stratami?

Spaľovacie motory:

Ťažba a spracovanie ropy: Pri ťažbe a spracovaní ropy sa stratí 10-15 % energie.

Transport a distribúcia: Pri transporte a distribúcii palív sa stráca len okolo 1-2 %.

Účinnosť motora: Spaľovacie motory strácajú 70-80 % energie vo forme tepla.

Celková účinnosť: Keď zohľadníme všetky straty, efektívnosť je len okolo 16-26 %. To znamená, že zo 100 % energie, ktorú ropa obsahuje, sa na pohyb využije len veľmi malá časť.

Elektromobily:

Výroba elektriny: Účinnosť závisí od zdroja. Fosílne palivá majú účinnosť okolo 33-40 %, ale veterné a solárne elektrárne môžu dosiahnuť až 80-90 %.

Prenos a distribúcia: Pri prenose a distribúcii sa stráca 5-10 % energie.

Nabíjanie a pohon: Batérie a elektromotory majú spolu účinnosť okolo 81-90 %.

Celková účinnosť: Celková účinnosť od výroby elektriny po pohyb auta je medzi 27-77 %, v závislosti od toho, z akého zdroja elektrina pochádza. Pri nabíjaní s domácej fotovoltickej elektrárne to môže byť až 80-90 % nakoľko nedochádza k stratám distribúciou elektriny v sústave. V porovnaní s efektívnosťou spaľovacích motorov sú elektromobily až 4x účinnejšie.

Záver: Ktoré auto zájde ďalej?

Odpoveď záleží od toho z akého uhlu sa na to pozeráte. Celkovo prejde na jedno tankovanie/dobitie ďalej klasické auto so spaľovacím motorom. Na jednotku energie zájde ďalej elektromobil. Elektromobily sú efektívnejšie v premene energie na pohyb, čo znamená, že sú ekologickejšie a ekonomickejšie v dlhodobom horizonte. Napriek tomu, že batérie majú nižšiu energetickú hustotu, elektromotory využívajú energiu oveľa efektívnejšie ako spaľovacie motory. A keďže energetická efektívnosť je hlavné kritérium určujúce ďalší vývoj v segmente, budúcnosť je rozhodne elektrická.

Zdroje:

https://www.energy.gov/eere/fuelcells/articles/fuel-cell-and-battery-electric-vehicles-compared

https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/2016-01-0903/

https://transportgeography.org/contents/chapter4/transportation-and-energy/combustibles-energy-content/

https://afdc.energy.gov/fuels/properties

https://www.mdpi.com/2313-0105/10/6/186