Tři čtvrtiny natankovaného benzinu vyletí bez užitku do vzduchu. O efektivitě spalovacích motorů

Představte si, že natankujete plnou nádrž. Platíte za reálnou, měřitelnou energii, jenže zhruba sedmdesát procent z ní se nikdy nedostane až ke kolům vašeho auta. Zmizí bez užitku jako teplo. Nejde přitom o žádnou konstrukční chybu, ale o neúprosný zákon termodynamiky.

Spalovací motor funguje na principu, který v roce 1824 popsal francouzský inženýr Nicolas Léonard Sadi Carnot a který dnes nese jeho jméno. Podle tzv. Carnotova cyklu nemůže žádný tepelný stroj dosáhnout stoprocentní účinnosti. Jeho maximum je vždy dané rozdílem mezi vysokou teplotou, při níž probíhá spalování, a nízkou teplotou okolí, kam odchází odpadní teplo. Právě tento rozdíl je u běžného benzinového motoru fyzikálně omezený. Zatímco teoretická účinnost takzvaného Ottova cyklu (principu čtyřtaktního motoru) je přibližně 56 %, v reálném provozu se u moderních motorů pohybuje mezi 30 a 35 %.

Kam se tedy zbylá energie ztrácí? Největší díl, zhruba 30–35 %, unikne jako zbytkové teplo ve výfukových plynech. Dalších 25–30 % pohltí chladicí soustava (chladič, olej, kapalina), která brání přehřátí motoru a udržuje ho v provozní teplotě. Značné množství tepla vyzáří i samotný povrch motoru a svou část si vezmou také pomocné systémy jako alternátor, klimatizace nebo různá čerpadla.

Na samotný pohon kol tak ve výsledku zbývá jen oněch 20 až 30 % energie z nádrže. A i z toho si ještě ukrojí svůj díl valivý odpor pneumatik, odpor vzduchu a ztráty v převodovce.

Elektromobil je na tom z pohledu termodynamiky úplně jinak. Jeho motor nepřeměňuje teplo na pohyb, nýbrž elektrickou energii přímo na mechanickou práci, a to s ohromující účinností 85–95 %. Odpadá tak celý tepelný cyklus a s ním spojené masivní ztráty. Energie z baterie jde tedy téměř beze zbytku na roztáčení kol.

Proč se tedy spalovací motor i přes svou neefektivitu drží na výsluní už přes sto let? Odpověď spočívá v bezkonkurenční energetické hustotě kapalných paliv. Jeden litr benzinu v sobě skrývá přibližně 8,9 kWh energie. Pro srovnání, jeden kilogram moderní lithiové baterie pojme jen asi 0,25–0,30 kWh. Benzin a nafta jsou zkrátka z hlediska uložené energie extrémně „skladné“. Právě tato obrovská výhoda po celá desetiletí kompenzovala nízkou účinnost samotného motoru.

S tím, jak se ale zlepšuje energetická hustota baterií a klesá jejich cena, se tato rovnice začíná měnit. Fyzikální principy spalovacího motoru však zůstanou stejné. A jeho výfuk bude vždycky horký.

Zdroje: