ALTERNATIVNÍ PALIVA A JEJICH PROBLEMATIKA: PŘÍMÉ VYUŽITÍ RME A FAME Prof. Ing. Jiří KOVÁŘ, CSc. Katedra chemie, ČZU Praha Úvod Problematika nárůstu spotřeby energií ve světě zejména v průmyslově vyspělých státech je stále tíživější, neboť průběh spotřeby energií představuje exponenciální křivku, zatímco zdroje energií, zejména fosilní, rapidně ubývají, což se týká hlavně ropy. Situace ve zdrojích ropy je o to komplikovanější, že přes dvě třetiny ropných zdrojů je soustředěno kolem Perského zálivu do zemí jako je Saudská Arábie, Irán, Irák, Spojené arabské emiráty, Kuwait a celkem 11 zemí ovládajících 75 % světové produkce ropy! Stinnou stránkou stále stoupající spotřeby paliv je „green-house effect“, tj. skleníkový efekt, který patří mezi globální problémy všech států, neboť např. spálením 1 tuny motorové nafty vzniká 2,8 tun emisí tvořených především oxidem uhličitým. Státy Evropské unie produkují ročně 3.300 milionů tun skleníkových plynů, což pochopitelně se promítá do změny klimatu s katastrofickým dopadem na celou lidskou společnost nejen v Evropě! Právě proto se všechny státy snaží o náhradu části konvenčních motorových paliv palivy alternativními, především biopalivy s pozitivní bilancí CO2, což v praxi znamená, že množství CO2 vzniklé spálením biopaliva je menší než množství CO2 spotřebované při fotosyntéze a tedy i tvorbě tohoto biopaliva! Biopaliva mohou být různého druhu a skupenství: např. bioplyn, MEŘO, FAME, biolíh, biomasa, která může zahrnovat celou paletu rostlinných materiálů nebo biologicky využitelných odpadů z průmyslu, zemědělství a domácností. Současná agrární politika v ČR předpokládá, že více jak 0,5 milionu ha orné půdy bude možno využít pro pěstování energetických plodin! A právě v této oblasti se bude jednat o větší produkci a zastoupení těch druhů, které můžeme vyprodukovat sami bez dovozu. Jsou to: rostlinné oleje, bionafta, biolíh, bioplyn. Hlavní pozornost v tomto článku věnujeme biopalivu pro zemědělce nejvíce slibnému: řepkovému oleji a jeho methylesteru = MEŘO, které již delší dobu známe a vyrábělo se u nás ve dvou velkých průmyslových výrobnách a ve 14 malých výrobnách a mísilo se s běžnou motorovou naftou a distribuovalo se ve formě bionafty s 31 % obj. MEŘO. Počínaje příštím rokem, tj. 2007 bude veškerá motorová nafta obsahovat 5 % MEŘO.
Palivářské vlastnosti řepkového oleje a jeho problematika Historie využívání rostlinných olejů pro vznětové motory Rudolf Diesel, geniální vynálezce a konstruktér, už při testování jeho motoru v r. 1895 používal tzv. „burákový olej“, tedy správně olej z podzemnice olejné. Uvažoval tehdy i o další variantě paliva: uhelném prachu. Ovšem nakonec se orientoval na palivo ropného původu: motorovou naftu, která vykazovala v praxi nejmenší rozsah palivářských problémů! Problémy spojené s využíváním rostlinných olejů ve vznětových motorech v další historii byly natolik neúspěšné, že se přikročilo k chemické transformaci rostlinného oleje získaného ať už ve formě řepkového, podzemnicového, slunečnicového či oleje z dalších plodin, a to chemickou reakcí s methylalkoholem. Tímto procesem zvaným trans-esterifikace se získal methylester daného rostlinného oleje, takže dnes už běžně užíváme zkratky těchto esterů: •
MEŘO = methylester řepkového oleje, častěji se používá zkratka anglická: RME
•
FAME = Faty Acid MEthylester, vyrobený esterifikací řady jiných olejů, např. i živočišných, nebo olejů odpadajících z fritovacích zařízení ve formě fritovacích olejů.
•
SOME = SOya-Methyl-Ester, ze sójového oleje, dnes dováženého hlavně z USA.
Samozřejmě mohou existovat další estery rostlinných olejů produkovaných z dalších olejnin, jedná se spíše o cenu a dostupnost základní olejnaté suroviny! Trans-esterifikace rostlinných olejů může proběhnout jak působením methylalkoholu, tak i ethylalkoholu, v tomto případě je česká zkratka MEŘO. Ovšemže fyzikální a chemické vlastnosti jsou rozdílné, jak bude popsáno v dalších kapitolách. Obecně se dá říci, že trans-esterifikací se vytvořilo alternativní palivo takové kvality, které se svými fyzikálními, chemickými a hlavně palivářskými vlastnostmi co nejvíce přibližuje původnímu palivu, tj. motorové naftě, zejména pak po přidání 31 % obj. MEŘO do motorové nafty, čímž vzniká „česká“ bionafta nebo také přesněji směsná nafta. Palivářské vlastnosti methylesteru řepkového oleje (MEŘO) ve srovnání s čistým řepkovým olejem Nejprve je třeba znovu definovat pojem bionafty a MEŘO, protože pod názvem „biodiesel“ se v němčině rozumí MEŘO, neboť naše bionafta by se měla důsledně označovat jako směsné palivo, jak už bylo zmíněno v předchozí kapitole. Zatímco pro MEŘO platí evropská a zároveň česká norma ČSN-EN 14214, pak pro směsnou naftu, čili naši českou bionaftu platí pouze česká norma ČSN 656508. Ovšem pro tzv. purifikovaný řepkový olej z hlediska palivářského neexistuje ani česká ani evropská norma, proto v následující tabulce č. 1
uvádím německou normu dle E DIN V 51605. V tabulce uváděná norma pro methylester označovaná jako FAME ovšem není zcela totožná s naší původní normou ČSN 656507, zejména pokud se jedná o výrobní suroviny, pak v případě MEŘO se jedná pouze o methylester řepkového oleje, zatímco v případě FAME se může jednat o methylestery také jiných olejů, např. palmového oleje nebo živočišných kafilerních tuků nebo dokonce použitých fritovacích olejů!! Bližší specifikace v další kapitole! Srovnání základních vlastností MEŘO a purifikovaného řepkového oleje vyplývají z následující tabulky č.1. Tabulka.1: Základní parametry FAME a purifikovaného řepkového oleje FAME dle ČSN-EN14214
Řepkový olej dle E DIN V 51605
860 – 900
900 – 930
3,5 - 5,0
36
Výhřevnost kJ/kg
38.000
36.000
Bod vzplanutí °C
min. 120°
min. 220°
Karbonizační zbytek dle Conradsona % hm.
max. 0,3
N.S
Cetanové číslo
min. 51
min. 39
Voda mg/kg
max. 500
max. 500
Číslo kyselosti mg KOH/g
max. 0,5
max. 2,0
Celkové nečistoty mg/kg
max. 24
max. 24
Obsah popela %
max. 0,02
max. 0,01
Obsah Na + K mg/kg
max. 5,0
N.S.
Obsah Ca + Mg mg/kg
max. 5,0
max. 20
min. -20 pro zimní obd.
N.S.
Jodové číslo g I2/100g
max. 120
N.S.
Sulfát. popel, % hm.
max. 0,02
N.S.
min. 51
45
Parametry Hustota kg/m3 Kinematická mm2/s
viskozita
CFPP °C
Cetanové číslo
Dříve však než se budeme věnovat využití čistého řepkového oleje, probereme palivářské vlastnosti samotného FAME, resp. MEŘO, pro které už dnes existuje výše uvedená norma. Palivářské vlastnosti methylesteru řepkového oleje MEŘO, resp, FAME Začneme nejprve srovnáním dvou norem: v tab. č. 2 je evropská a zároveň česká norma pro současnou motorovou naftu ČSN-EN 590 (2004)-NS.
Tabulka 2: ČSN-EN 590 (2004)-NS Parametry rna hmotnost kg/m3 Kinemat. viskozita, mm2/s Destilační zkouška: do 250 °C předestiluje % obj. do 350 °C předestiluje % obj. 95 % obj. předestiluje při Obsah vody, ppm Bod vzplanutí P.M. °C Obsah síry, ppm CFPP pro F. naftu, °C TVP pro F. naftu, °C Korozivní zkouška na měď, st. koroze Karbonizační zbytek dle CCR, % hm. Obsah nečistot, mg/kg Cetanový Index Mazivost, šířka oděrové stopy v mikrom. Polycyklické aromatické uhlovodíky, % hm. Výhřevnost, MJ/kg
FAME dle ČSNEN14214 820 - 845 2,0 - 4,5 65 max. 85 min. 360°C max. 200 max. 55 min. 50 max., resp.10 max. -20 min. -8 min. 1 max 0,3 max. 24 max. 51 min. 460 max. 11 max. 42,6 min.
Řepkový olej dle E DIN V 51605 EN ISO3675 EN ISO4264 EN ISO3405
EN ISO 12937 EN 22719 EN ISO 14596 EN 116 ISO 3015 EN ISO 2160 EN ISO 10370 EN 12662 EN ISO 5165 EN ISO12156 IP 391
Výhody při používání MEŘO, resp. FAME 1) Biologicky rozložitelné palivo dle CEC L-33- T-93. 2) Vyrovnaná uhlíková bilance, kdy od asimilačního efektu až po spálení paliva je produkce CO2 nižší na výstupu než na vstupu. Nevzniká skleníkový efekt - hromadění CO2. 3) Je tu morální i faktický doklad o možnosti přežití spalovacího motoru i v příštím století. 4) Je to alternativní palivo velmi podobné motorové naftě. Dává možnosti rozvoje zemědělské výroby a využití tuzemských zdrojů. 5) Je možno zásobovat ekologicky ohrožené oblasti CHKO a velkých center tímto palivem. 6) Toto palivo je bez síry, bez aromátů, bez PAH. 7) Kouřivost vznětových motorů klesá méně jak na 50 % oproti tradičnímu palivu. 8) Parametry jsou přesně normovány dle ČSN-EN 142124 + AC.
Nevýhody: 1) Jsou jen omezené možnosti výroby maximálně do 20 % celkové spotřeby paliva, uvažujeme-li omezenou ornou plochu pro produkci řepky. 2) Toto palivo 1. generace má menší výhřevnost v MJ/kg 37,8 MJ/kg pro MEŘO, komerční EHK nafta 43,5 MJ/kg a bionafta druhé generace, tj. směsná nafta má 42,1 MJ/kg, t.j. v poměru EHK : MERO: NATURDIESEL = 100:86,8 : 96,8. To znamená že stoupá spotřeba přibližně o 7,5 – 8 %. 3) Vykazuje nedobrý vliv na motorový olej, probíhá tzv. „želatinizace oleje“, umožní pouze 50% interval výměny oleje! 4) Vadnutí výkonu motoru, nutnost dekarbonizace motoru. 5) Agrese vůči plastům a vůči laku. 6) Chladové vlastnosti jsou horší, nutnost do-aditivace depresanty ve vyšší dávce zejména pro zimní podmínky, kdy CFPP má být - 20oC minimálně! Rozdíly mezi FAME a RME: Zatímco podle normy ČSN EN 14214 by neměl existovat rozdíl mezi FAME a RME, v praxi však jsou rozdíly zejména po stránce působení na motor a jeho olejovou náplň značné. Vyplývá to zejména ze charakteru surovin používaných pro výrobu FAME: •
Zatímco pro výrobu RME připadá v úvahu pouze řepkový olej, pak pro výrobu FAME se mohou používat různé oleje více nebo méně vhodné, např. další levnější rostlinné oleje, které jsou méně vhodné, nebo mají jisté závady pro kuchyňské použití. Dále se používají oleje mající vysoký podíl methylesterů nasycených kyselin, např. palmové, což palivářské praxi způsobuje řadu závad: ucpávání palivových filtrů a špatné chladové vlastnosti. Slunečnicový olej a jeho methylester působí rovněž palivářské potíže, zejména z hlediska nízké oxidační stability a tedy následné tvorby kalů, laků a pryskyřic, a to jak už při skladování tohoto paliva, tak zejména při spalovacím procesu v motoru, které se konkrétně a to velmi nepříznivě projevuje ve ztrátě komprese v důsledku karbonizace drážek pístních kroužků, jejich váznutí až nakonec zapečení a totální ztráty komprese. Opět se tu projevuje negativní vliv na nízkoteplotní vlastnosti těchto paliv, a to i v nízkých koncentracích uvedených FAME.
•
Ještě horší jsou palivářské vlastnosti FAME vyrobených ze živočišných tuků zejména kafilerních, které jsou označovány jako VUOME (Vaste Used Oils Methyl Ester). Shora uvedené negativní vlastnosti se tu stupňují a navíc karbonizační účinky na pístovou skupinu „přispívají“ ke kratší její životnosti a nutnosti dekarbonizace
motoru. Ovšem daleko negativnější je působení na vstřikovací soupravu vznětových motorů, zejména na vstřikovací trysky a jejich karbonizaci, což často končí havárií tohoto zařízení, které se bohužel nedá opravit, jen vyměnit! •
Nejhorší vlastnosti palivářské vykazuje FAME vyrobené z kuchyňsky použitých fritovacích olejů čili populárně řečeno: „friťáků“, jejichž množství se v posledních letech exponenciálně zvyšuje zároveň se změnou stravovacího menu (pommes-frittes a další podobný sortiment jídel). Ovšemže i tady jsou v kvalitě vykupovaných „friťáků“ velké rozdíly, jak jsem si sám zjistil např. u velkých renomovaných firem, které při přípravě uvedených jídel respektují teplotu a dobu používání fritovacích olejů, zatímco v malých bufetových stáncích se použitý fritovací olej podobá spíše tekoucímu asfaltu. V tomto případě jsou negativní palivářské parametry vystupňovány do té míry, že vyrobené FAME v řadě důležitých parametrů nesplňuje uvedenou normu. Zejména je to totálně narušená oxidační stabilita spojená s vysokým karbonizačním zbytkem (= C.C.R.) a tvorbou kalů, laků, pryskyřic, jejichž množství negativně ovlivňuje interval výměny oleje na 40 % až max. 50 %!
Jakým způsobem čelit vyjmenovaným negativním účinkům FAME ? 1)
Především volbou a výběrem FAME, resp. RME: V každém případě respektuji analytický protokol provedený renomovanou nezávislou firmou, kde sleduji zejména ty parametry, které buď se značně přibližují nebo dokonce přesahují normu ČSN EN 14214. Nedám se ovlivnit nabízenou nebo spíše podbízivou cenou paliva! Dám raději přednost řepkovému RME než FAME z fritovacího oleje!
2)
Záleží-li mi na dlouhé životnosti motoru a jeho příslušenství, pak používám pouze příměs FAME. Praxe ukazuje, že v rozmezí od 5 % obj. do 15 % obj. FAME jsou negativní vlastnosti této směsi minimální! Setkal jsem se s řadou případů, kdy majitel vozidla se 100% podílem FAME ve formě methylesteru fritovacího oleje mi sdělil, že mu už stejně nezáleží na nějaké větší životnosti motoru, protože se jedná o starý a „ojetý“ motor!
3)
Negativním účinkům se už dnes dá čelit promyšlenou a cílenou doaditivaci FAME či jeho směsí. V tomto případě uživatel se obrátí na fundovaného odborníka v oboru aditivních přípravků, zejména zaměřených na komplexní „package“ čili balík additiv, kde dominantní zastoupení mají mít zejména D-D-additiva (=detergenty a disperganty), dále A-A-additiva (tj. antioxidanty a antikorodanty). V zimním období musí být tento „balík“ additiv doplněn ještě účinným depresantem, aby tak hodnota CFPP se přibližovala -20 oC! V tom případě bude provozovatel vozidla provádět
sám do-additivaci paliva vždy po natankování daného množství paliva známým a předem určeným množstvím přípravku doporučeného additiva. 4)
Negativní účinky dále výrazně ovlivňuje teplotní režim motoru a charakter výkonového zatížení motoru. Proto bez obav mohu doporučit použití FAME, resp. RME pro stabilní motory, např užívané v kogeneračních agregátech, kde je ustálený optimální teplotní režim motoru, prakticky ustálená pracovní doba a optimální zátěž motoru. Rovněž v tomto případě jako kladný faktor se uplatňuje objem motoru, tzn. velkoobjemové motory se stálým teplotním zatížením jsou vhodné i pro použití ne zcela ideálního FAME, vyrobeného např. z méně vhodné suroviny, jak už bylo uvedeno výše!
5)
Krácení intervalu výměny motorového oleje. A právě opačné poměry, tj. neustálený teplotní režim daný krátkými jízdami a delšími prodlevami, který je typický pro osobní automobily se vznětovým motorem v městském provozu, kde jednotlivé provozované trasy jsou kratší než 10 km a kde se provozuje ten nejméně vhodný provozní režim, označovaný jako „STOPandGO“, tzn. neustálé střídání akcelerace a decelerace a následným stáním. Tento režim je zhoubný pro všechny typy vozů ať už poháněné vznětovým či zážehovým motorem a znamená nejen negativní dopady uvedené v předchozích odstavcích, ale navíc soustavným ředěním a celkovým znehodnocením motorového oleje palivem, které se nedokonale spaluje v akceleračním režimu motoru. To je tedy doprovázeno větším opotřebením motoru v důsledku porušení souvislé mazací vrstvy ať už ve válcích motoru či v kluzných ložiscích klikových či ojničních! To se zejména „podepisuje“ na životnosti tzv. „LONG-LIFE“ olejů, kterým v důsledku olejářské reklamy majitelé a provozovatelé věří, že jim vydrží až třeba 50.000 km! OMYL!! Při takovém výše uvedeném režimu STOPandGO – nemůže obstát sebelepší syntetický LOG-LIFE olej, neboť musí být znehodnocen při tomto režimu velice rychle a účinně palivem a vedlejšími produkty nedokonalého spalování! Proto považuji za daleko rozumnější způsob provádění výměny olejů a volbu druhu motorového oleje ten, který se ustálil v USA. Používají motorový olej běžné jakosti, který je v USA v ceně balené pitné vody, ale mění jej častěji, např. při doplňování palivové nádrže si zároveň nechají odsát olej a nahradit novým, přičemž intervaly výměny nedosahují často ani 5.000 mílí. Odtud tedy vyplývá i pro naše uživatele nestandardních paliv nutnost častější výměny oleje, v našich poměrech třeba až na 50 % běžného intervalu!! Přesnějšímu určení intervalu by pomohla olejová analýza anebo ještě lépe tzv. „ON BOARD DIAGNOSTIC“, která by ovšem do svého softwaru musela zahrnout i kvalitu paliva, což se zatím pochopitelně nestalo. ON BOARD DIAGNOSTIC je realizována u některých dražších typů osobních vozů velmi úspěšně (např. BMW sedmičkové řady), a přesto
nepotřebuje žádný tribodiagnostický přístroj! Sleduje se tu jen výstupní teplota oleje, doba trvání jednotlivých rozpětí otáček motoru, výkonový režim a jeho doba trvání a celková kilometráž od výměny oleje! Pak se najednou, zejména řidiči, který jezdí stylem: „třista z místa“, rozsvítí velkoplošná signálka, která mu nemilosrdně sděluje, že se musí zastavit co nejdříve v servisu, kde mu po přečtení záznamů jeho jízd sdělí kategorickou nutnost výměny oleje, přestože má najetý malý počet km! 6) Údržba palivové nádrže a čistoty paliva celkově. Většina motoristů, ale bohužel i servismanů si myslí, že to je záležitost jen palivového filtru! OMYL!! Především je to záležitost údržby palivové nádrže a samozřejmě i údržby čistoty podzemních nádrží velkých stanic, což ovlivňuje kvalitu tankovaného paliva! Jak se může měnit kvalita paliva v nádrži auta či jiného mobilního prostředku, zejména při používání alternativních paliv pro vznětové motory, jako např. FAME, RME či řepkového oleje? Tato otázka se týká i vozidel s benzínovým motorem a tedy problematiky čistoty jejich benzínových nádrží. Údržba palivové nádrže a čistoty paliva. Tak především si probereme ty zhoršující faktory, které se týkají všech palivových nádrží bez rozdílu v palivu. Jedná se o vliv vody na palivo! Jak se dostane voda do paliva? Trojí cestou: 1)
Vodu v palivu koupíme, zejména u těch „benzínek“, kde se buď čištění podzemních nádrží neprovádí vůbec nebo jen nahodile. Pokud vidíme zásobovací tanker po skončení stáčení, pak raději, pokud můžeme, jedeme rychle pryč! Nečistoty a voda zvířená při stáčení tankeru nám přivádí spoustu nežádoucích nečistot a vody!
2)
Voda, zejména na deštěm pokropených vozovkách se dostává netěsnostmi do palivové nádrže zvláště u těch nádrží, kam se přivádí při tankování palivo přívodní hadicí umístěnou nešťastně tak, že gejzír zvířené vody z vozovky proniká kolem netěsných spojů hadice! Tento způsob je už dnes výjimečný a týkal se některých dříve vyráběných vozidel, např. ŠKODA 1000MB.
3)
Nejčastější a nejběžnější způsob získávání vody v palivové nádrži vozidla se týká kondenzace vodních par obsažených ve vzduchu, který se musí dostávat do vyprazdňované nádrže! Platí: čím častěji jezdíme s poloprázdnou palivovou nádrží, tím více vody si natáhneme ať chceme či ne! Zejména vysoký obsah vodních par je v přechodových měsících jara či podzimu. Princip přívodu vody spočívá v rozdílu rosného bodu během dne a během noci.V důsledku kondenzace vzdušné vlhkosti během chladné části dne dostává kondenzací „něco málo“ volné vody do nádrže ve formě kapek.
Jakou formu přijímá voda v palivu? Tak především formu volné vody, která vlivem vyšší měrné hmotnosti klesá na dno nádrže a neslučuje se s palivem.Vytvoří separátní vrstvu na dně nádrže. Druhá forma vody je voda emulgovaná v palivu, což se vytvoří zejména v těch případech, kdy palivové čerpadlo je umístěno do nejnižší části nádrže a tím dochází při nasání vody k její emulzifikaci. Jak působí voda na palivo, zejména na alternativní paliva? Volná voda v důsledku separace v palivové cestě působí vždy rušivě. U benzínových motorů působí vynechávání zážehu takovéto směsi, avšak u naftových motorů může větší množství volné vody způsobit vážnou poruchu až havárii vstřikovacího zařízení, zejména vstřikovacích trysek, které musí být mazány naftou a v případě vniku volné vody a ztráty mazacího filmu vznikají svarové můstky, což znamená konec činnosti a havárii, která se dá opravit jedině drahou výměnou! V případě kontaktu vody zejména s methylestery ať ve formě FAME či RME probíhá už v nádrži chemická reakce vody a esteru, přičemž vznikají volné kyseliny, které trvale znehodnotí palivo zvýšením čísla kyselosti nehledě na korozívní působení na zinkový povrch nádrže a na hliníkové díly v dopravních cestách a tvoří se obtížná zinečnatá a hlinitá mýdla, která zalepují ventily a dopravní cesty a rovněž brzy zalepí celý palivový systém včetně filtru paliva, který přestává být průchodný!! Rovněž tak vznikají draselná a sodná mýdla při kontaktu s těmito ionty. Odtud tedy vyplývá kategorický požadavek na soustavné odvodňování palivové nádrže, což se u některých nádrží dá provádět, ale u většiny současných nádrží osobních vozidel se vůbec nedá provádět! U velkých nádrží nákladních vozidel mají odvodňovací šroub umístěný v nejnižší části nádrže, takže se periodicky dá nádrž drenážovat, což ovšem u nádrží osobních vozidel dělat nejde, protože nemohou mít spádové tvarování v důsledku maximálního vyplnění určeného prostoru. Některé dražší typy vozidel ovšem jsou vybaveny elektronickou indikací vody ve spodním prostoru palivového filtru (např. VOLVO)!
ŘEPKOVÝ OLEJ, PROBLEMATIKA JEHO PALIVÁŘSKÉHO VYUŽITÍ Prof. Ing. Jiří KOVÁŘ, CSc. Katedra chemie, ČZU Praha Obecně známé výhody Obecné výhody používání purifikovaného řepkového oleje jsou známé a byly již u předchozích alternativních paliv vyzdviženy: •
Nezávislost na ropných palivech.
•
Odstranění skleníkového efektu.
•
Obnovitelný zdroj paliva v našich podmínkách.
•
Bioenergetické výstupy jsou mnohem vyšší než vstupy energií nutné pro pěstování.
•
Zmenšení závislost zemědělské produkce na cenách ropných paliv, vzestup lukrativnosti zemědělské činnosti a získání vedlejších produktů, např. pokrutin pro živočišnou výrobu.
•
Snadná biologická odbouratelnost řepkového oleje v půdě oproti ropným palivům. Rovněž působen na vodní zdroje je v nízké koncentraci nezávadné.
•
Nízký obsah síry.
•
Minimální škodlivost emisí při spalování, absence kancenogenních látek obsažených v ropných emisích a emisích naftových motorů.
Nevýhody a problémy při palivářském použití: 1)
Nižší výhřevnost a tudíž vyšší spotřeba než u klasické motorové nafty, viz tabulka na str. 24.
2)
Horší chladové vlastnosti.
3)
Řádově vyšší viskozita řepkového oleje oproti naftě.
4)
Oxidační stabilita řepkového oleje je příčinou tvorby kalů při skladování, ale zejména při spalování vznikají snadno pryskyřice, laky a karbonové úsady blokující nejen vstřikovací trysky, ale i drážky pístních kroužků, což je příčinou ztráty komprese motoru.
5)
Podobně jako u FAME probíhá vlivem produktů nedokonalého spalování „želatinizace“ motorového oleje a odtud nutnost krácení intervalu výměny oleje!
6)
Horší filtrovatelnost řepkového oleje, zvláště pak přidruží-li se vyšší obsah vody v palivu.
7)
Obecně se dá předpokládat častější výměna filtru paliva spojená s údržbou palivové nádrže.
Výčet těchto nevýhod, který není úplný, vyvolal nutnost úprav jak motorů tak i paliva. Dnes už existuje řada firem nejen v Německu, ale také i u nás, které nabízejí možnost přestavby na řepkové palivo. Jedná se většinou o dvoupalivové systémy, používající na rozběh a doběh klasickou naftu. Úpravu traktoru na spalování řepkového oleje testovali v ČR také na Ústavu techniky a automobilové dopravy Mendelovy zemědělské a lesnické university v Brně pod vedením Doc. Ing. Sedláka, CSc. Úprava traktoru pro spalování řepkového oleje Přestavbu traktoru na spalování řepkového oleje provedla firma Gruber Landtechnik. Jedná se o dvou palivový systém se dvěma nádržemi. Na motoru je upravena pouze nízkotlaká větev palivového systému, jak je patrné ze schématu. Jiná úprava na motoru nebyla provedena. Pokud řidič zvolí přepínačem provoz motoru na řepkový olej, výměník tepla (chladící kapalina - řepkový olej) ohřívá olej přiváděný z nádrže. Při startu je olej ohříván také elektrickým topným tělesem. Po dosažení teploty 60 °C, elektronická jednotka přepne trojcestné ventily a do vysokotlakého čerpadla je přiveden olej. Druhý trojcestný ventil propojí přepad z čerpadla s příslušnou nádrží. Asi minutu před zastavením motoru řidič musí přepnout přepínač na provoz na naftu, aby došlo k naplnění nízko i vysokotlaké části palivového systému naftou. Jestliže to neučiní je upozorněn po zastavení motoru akustickým signálem. Další odkazy, které poskytuje německý autor Eichler, publikujeme v následující stati. V roce 1989 představila německá firma Eicher zemědělcům traktor s tříválcovým motorem o výkonu 80 kW na řepkový olej. Jde o tzv. vířivý motor, ve kterém je do vzduchu vířícího ve šroubovici v kulovém vybrání pístu vstřikováno samočistící čepovou tryskou palivo. Firma Motorenfabrik Manheim upravuje motory na řepkový olej zařazením předkomůrky. Nevýhodou předkomůrkových nebo vířivých motorů je vyšší spotřeba a to až o 15 %. Firma Heizomat Hilpolstein (SRN) optimalizuje Elsbettův motor s přímým vstřikováním se samočistícími kuželovými vstřikovacími tryskami a s použitím vyšších vstřikovacích tlaků. Tento motor se odlišuje zvláštním přívodem vzduchu, umožňujícím dosáhnout horkého spalovacího centra a studeného obalu ve válci, a proto je tento motor též nazýván „duotherm“. Firma nabízí speciální přestavbové sady. Přestavba je však finančně náročná, na jeden válec činí
náklady cca 3 000 DM a další náklady na kompletaci celého motoru 5 000 DM. Německé firmy DMS Schönebeck a TMW Nordhausen vyrábějí stabilní motory, používající jako palivo libovolný surový rostlinný olej. Tyto motory v agregaci s generátorem elektrického proudu jsou používány v blokových kotelnách a odpadní teplo se využívá k ohřevu vody. Toto zařízení je např. instalováno poblíž českých hranic v bioteplárně rakouské obce Kautzen a provozovatelem je sdružení farmářů, kteří dodávají olejnatá semena a odebírají pro krmivářské účely kvalitní pokrutiny po lisování za studena.
K získávání oleje jsou v zahraničí nabízeny malé kontinuálně a pomalu pracující šnekové lisy s velkými šneky a podélně uspořádanými pruhovými síty. Tyto lisy s výkonností 10 – 100 kg/hod jsou nastavitelné pro zpracování jednotlivých druhů semen na požadovaný stupeň lisování a jsou opatřeny různými filtrovacími systémy. Vzhledem k nižší výtěžnosti ve srovnání s průmyslovými lisovnami je možno při lisování řepkového semene získat 70 % hmotnosti pokrutin s krmnou hodnotou sójového šrotu. Z českých firem nabízí odpovídající lisovací zařízení např. firma Farmet v České Skalici.
Z ekologického hlediska jsou biopaliva na bázi rostlinných olejů z řady aspektů výhodnější než motorová nafta. Bioenergetické výstupy biopaliva z řepkového oleje jsou minimálně 2,5 krát vyšší než ostatní vstupy energií (včetně pěstování). Konkurence biopaliv vůči motorové naftě závisí na daňovém zatížení. Rostlinné oleje ve světových cenách jsou totiž minimálně 3krát dražší než motorová nafta. Před několika lety byla Měrná spotřeba realizována exkurze v Bavorsku. [kg/h] 30,0 Cílem bylo se přesvědčit o 25,0 výhodách substituce motorové 20,0 nafty řepkovým olejem. Exkurse 15,0 začala večer, kdy zemědělec 10,0 naplnil zásobník pomaloběžného 5,0 0,0 lisu asi 100 kg řepkového semene. NM RME řepkový olej za Druhý den ráno přefiltroval studena získaný olej přes sítko s Emise uhlovodíků plachetkou do dvou kanistrů. Větší nalil do palivové nádrže traktoru, [g/kWh] 0,030 menší do nádrže osobního 0,025 automobilu Opel vybaveného 0,020 0,015 Elsbettovým motorem. Pokrutiny 0,010 (výlisky) smíchal s obilním šrotem 0,005 a připravil krmivo pro dojnice. 0,000 Toto krmivo mu zabezpečovalo NM řepkový olej za RME studena nejvyšší užitkovost dojnic v celém regionu. Emise CO Další ekonomické přínosy jsou [g/kWh] 0,6 v úspoře nakupovaných motorových 0,5 paliv. Vlastní náklady na přípravu 0,4 paliv nedosahují ani poloviny 0,3 0,2 nákladů ve srovnání s daňově 0,1 zatíženou motorovou naftou. Další 0,0 výhodou je i úspora silniční daně, od NM řepkový olej za RME studena které jsou automobily i mobilní agregáty provozované na rostlinné EMISE NOx oleje osvobozeny. [g/kWh] Motorová biopaliva jsou nejen ekologická, nenavyšují skleníkový efekt, neprodukují zdravotně škodlivé emise, ale vytvářejí možnost provozování motorových agregátů a automobilů po vyčerpání fosilních paliv.
7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0
NM
řepkový olej za studena
RME
Profesor Munack at alt. 2006 provedl řadu emisních měření při použití řepkového oleje na motoru MERCEDES OM 906 LA. Výsledky jsou uvedeny v grafech. Výsledky měření
Emise částic [g/kWh] 0,10
0,08
0,06
0,04
Úprava motoru na spalování 0,02 rostlinného oleje nezměnila podle 0,00 Sedláka et. alt. objemovou spotřebu NM řepkový olej za studena RME hodinovou, změnila se pouze hmotnostní spotřeba vlivem rozdílné měrné hmotnosti řepkového oleje a motorové nafty. Nižší výhřevnost řepkového oleje se projevila nižším naměřeným točivým momentem motoru a tudíž i nižším výkonem. Výhřevnost řepkového oleje byla ve srovnání s motorovou naftou o 14,2 % nižší. Nejvyšší točivý moment byl o 13,9 % nižší a maximální naměřený výkon byl o 13,5 % nižší. Měrná spotřeba při použití řepkového oleje byla o 25,9 % vyšší! Diskuse Obdobné výsledky ve snížení výkonu naměřili také na universitě v Roztoku (Hassel et alt. v r. 2004.) Výkon většiny traktorů klesl o 5 až 15 %. Podobné výsledky získal i MAURER z university v Hohenheimu v r. 2003, který při zkouškách směsi motorové nafty s řepkovým olejem naměřil o 17 % vyšší měrnou spotřebu! Dále bylo konstatováno, že při nízkém zatížení motoru jsou ve válcích motoru nepříznivé podmínky pro dokonalé spalování řepkového oleje, což vede k poškozování motoru a jeho příslušenství! Dochází k rychlému ředění motorového oleje palivem, resp. jeho nedokonale spálenými produkty, dále dochází k nárůstu karbonu na vstřikovacích tryskách a dále roste karbon na koruně pístu, ale zejména v drážkách pístních kroužků, což se projevuje jejich váznutím a ztrátou komprese, snížením výkonu a zvýšením spotřeby!! Celkem se zvyšuje poruchovost, resp. počet havárií motoru a jeho příslušenství!! Ze 111 sledovaných traktorových motorů v Rostocku během 4 let pracovalo pouze 30 bez závad, což je necelá třetina!! Vážné poškození motorů nastalo v 10 případech!! Závěr •
Při aplikaci řepkového olej na běžný naftový motor vždy probíhá průběžně karbonizace motoru a jeho příslušenství, zejména vstřikovacího zařízení !
•
Vždy dochází ke zkrácení intervalů výměny oleje v důsledku tzv. želatinizace oleje.V každém případě při volbě paliva, ať už RME,
FAME či čistého řepkového oleje, budeme muset krátit intervaly výměny motorového oleje min. na 50 %!! •
Palivové hospodářství v případě používání řepkového oleje musí být v duálním uspořádání, tzn. start a konec činnosti musí být provedeno s běžnou motorovou naftou. Dnes jsou ke koupi již hotové sety pro toto uspořádání.
•
Je zapotřebí důsledná do-additivace řepkového oleje účinnými A-A additivy a zejména D-D additivy, což znamená mít k dispozici speciální „package“ additiv „šitý na míru“ pro řepkový olej!
•
Úspěch při používání těchto biopaliv je podmíněn vhodným typem spalovacího prostoru. Zatím největší úspěch vykazuje duální systém spalování dle ELSBETTa. Používání řepkového oleje jako paliva v běžném motoru bez úprav je doprovázeno předčasnou karbonizací jak motoru, tak jeho příslušenství!!
•
V případě užití řepkového oleje, resp. samotného RME či FAME, je nutné respektovat typ motoru, charakter provozu a další požadavky uvedené již v textu. Samozřejmě se poradíme se zástupci značkového servisu. V závěru tohoto článku je uveden seznam typů motorů osobních, nákladních a dalších dle výrobních značek, u kterých je možné použití výše jmenovaných biopaliv!
Seznam typů motorů, kde jejich výrobce povoluje použití methylesteru, tj. MEŘO či FAME: Nákladní auta Ročník výroby:
Nutné vybavení:
Značka:
Typ:
IVECO
všechny typy
nedoporučuje
MAN
všechny typy
zkrácení intervalu výměny na 1/2
MERCEDES
všechny typy
není nutné
RENAULT
všechny typy
nedoporučuje
VOLVO
všechny typy
nedoporučuje se kromě 5% směsi RME
SCANIA
všechny typy
není nutné
Osobní auta Značka:
Typ:
Ročník výroby:
Nutné vybavení:
AUDI …
A2 TDI,
od 9/1995…
není nutné
A3, A4, A6, A8 TDI
od 9/95
nutné dovybavení RME
MERCEDES
C a E třída
modely T
nutné dovybavení RME
SEAT
Cordoba…
od 2003
nutné dovybavení RME
Ibiza
od 2004
nutné dovybavení RME
Toledo
od začátku
nutné dovybavení RME
Leon
od 2005
nutné dovybavení RME
Fabia
od začátku
není nutné
Octavia
od 2004
nutné dovybavení RME
Superb
od začátku
není nutné
ŠKODA
nedoporučuje se kromě 5% směsi RME
VOLVO Bora
VW
Caddy
není nutné od 3/1996
Golf V
nutné dovybavení RME
Passat
od 9/1995
Polo
od 9/1995
Sharan
od modelového roku 1997
Vento
.od 1996
Literatura 1)
SEDLÁK, P. et alt: Vznětový motor na řepkový olej. XXXVII. Mezinárodní konference KOKA 2006, ČZU Praha
2)
HASSEL, E. et alt.: Einsatz von Rapsöl in Traktoren. Universität Rostock 2004
3)
MAURER, K.: Motorprüflauf mit Rapsöl-Diesel-Mischungen. Schlussbericht, Universität Hohenheim, 2003
4)
MUNACK, L. et alt.: Ergebnisse des Rapsöl-Betriebes eines LKWMotors. FAL, Bundesforschungsanstalt fur Landwirtschaft 2006
5)
ČAPPO, zpráva v r. 2006: Pohled petrolejářského průmyslu na využití biopaliv v dopravě v České republice. Vydalo ČAPPO v r. 2006
