105
program
Biokomponenty pro motorová paliva Ing.Ivan Souþek, pĜedseda pĜedstavenstva a generální Ĝeditel ýeská rafinérská a.s., O.Wichterleho 809, 278 52 Kralupy n.Vlt. tel.+420 315 71 8520, e-mail
[email protected]
Úvod V ýeské republice je v souþasné dobČ v plném proudu diskuse o biopalivech, pĜesnČji o pĜidávání biokomponent do motorových paliv. Tato diskuse se odehrává na úrovni zákonodárné, exekutivní a mezi odborníky, ale zaþíná být aktuální i mezi motoristy, jež používání motorových paliv s biokomponenty v historicky blízké dobČ þeká. Je zĜejmé, že tato tématika je odrazem evropské snahy o snížení objemĤ dovozĤ ropné suroviny, resp. pokrýt její pĜedpokládaný nárĤst pĜídavkem biokomponent a ne dalším navyšování dovážených objemĤ. Žádoucí je i omezení emisí CO2 a další aspekty životního prostĜedí. A to vše v dobČ, kdy se cena ropy šplhá vzhĤru a na druhé stranČ je omezen odbyt domácí agrární produkce. Mimochodem, v ýeské republice se rozhodnČ nejedná o novinku. V meziváleþném období se používaly tzv. lihobenzínové smČsi s vysokým obsahem bezvodého etanolu (20%) pĜidávaného do benzínu, v 90. letech minulého století pak byla hojnČ vyrábČna tzv. bionafta, neboli motorová nafta s pĜídavkem MEěO z domácí produkce V souþasné dobČ jsou pĜijímána dĤležitá rozhodnutí, jak dostát legislativním požadavkĤm národní i evropské legislativy, kde alokovat státní dotace a zároveĖ jakým zpĤsobem technicky a organizaþnČ zvládnout tyto požadavky zejména ve výrobČ a distribuci. Musíme vysvČtlit koncovým uživatelĤm, jaké zmČny mohou s novými palivy oþekávat. A to vše pĜi zhodnocení dopadĤ na životní prostĜedí, ochranu ovzduší a krajinotvorbu ovlivnČnou pČstováním technických plodin v ýR. Indikativní cíle EU Jako þlenský stát Evropské unie má následujícího podílu biokomponent 1 x x
ýR na svém trhu motorových paliv dosáhnout
K 31.12.2005 – 2,00 % energetického ekvivalentu ropy K 31.12.2010 – 5,75 % energetického ekvivalentu ropy
SmČrnice nestanovuje: x x x
1
Jakými biokomponetami má být tohoto cíle dosaženo Zda se má jednat výhradnČ o domácí agrární produkci nebo o importované zboží Zda se má jednat o plošný pĜídavek nebo jen používání biokomponenty jen v urþitém segmentu trhu
SmČrnice EU 2003/30/ES, o podpoĜe používání biopaliv nebo dalších obnovitelných paliv pro dopravu
APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1101
24.–27. 4. 2006 Milovy
program
9
Obr.1: ScénáĜ postupného zvyšování obsahu biokomponent v motorových palivech
8 7 % obj
6 5 4
Závazný obsah
3
Bioetanol [1]
2 1 2005
MEěO [2]
2006
2007
2008
2009
2010
Je vČcí strategie þlenského státu jak svĤj indikativní cíl naplní.V každém pĜípadČ je však nezbytné vnímat fakt, že skuteþný pĜídavek podle výše indikovaných procent energetického ekvivalentu bude rĤzný pro rĤzné biokomponenty s ohledem na jejich hustotu a energetický obsah a konkrétní motorové palivo (5,75% ve smČrnici EU odpovídá 8,99% lihu v automobilovém benzínu).
Možnosti ýeské republiky Z teoretické škály možností, jak požadavek EU naplnit, je ke zvážení, co vzhledem ke klimatickým podmínkám a možnostem þeského zemČdČlství pĜedstavuje nejvhodnČjší Ĝešení. Pro uplatnČní v motorových palivech jsou v ýR uvažovány dvČ základní biokomponenty: 1. Bioetanol, vyrábČný zejména fermentaþní technologií z obilí. Alternativní suroviny pĜedstavuje cukrovka. Pracuje se na využití celulózy jako laciné suroviny pro výrobu bioetanolu 2 . 2. MEěO vyrábČné transesterifikací Ĝepkového oleje metanolem. Namísto NaOH jako katalyzátoru je možné využít pevný katalyzátor 3 , nebo tzv. superkritickou metodu transesterifikace bez použití katalyzátoru. Alternativu k MEěO pĜedstavuje hydrokrakování a pyrolýza rostlinných olejĤ 4 . Použití obou komponent v ýR limitují následující faktory: a) Bilance energie („Well to Wheel“ koncept = bilance spotĜeby energií nezbytných pro jejich výrobu v porovnání s energetickým obsahem vyrábČného motorového paliva). Pro bioetanol je tato bilance velmi kritická. b) Dostupnost: Pro obČ složky je determinována dostupnými osevními plochami a kapacitou navazujících zpracovatelských závodĤ. Produkce bioetanolu potĜebné kvality je dosud v ýR velmi omezená. c) Normy kvality pro výrobu motorových paliv: V souþasné podobČ velmi omezují pĜídavek biokomponent, vizte tab.1.
2
ANON.: "Shell invests in pioneering bioethanol technology". European Chemical News 2002/76/2005/29 AXENS, proces ESTERFIP-H 4 PRAMANIK, T.; TRIPATHI, S.: "Biodiesel: clean fuel of the future". Hydrocarbon Processing 2005/84/02/49 3
APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1102
24.–27. 4. 2006 Milovy
program
Tab. 1: Možnosti aplikace bioetanolu a methyl-esterĤ mastných kyselin v ýR
Bioetanol (kvasný líh) MEěO / FAME Plošné pĜidávání do automobilových benzínĤ – max. PĜímé pĜidávání do NM – max. 5% obj. (ýSN EN 590) 5% obj (ýSN EN 228) Výroba ETBE a jeho pĜidávání do automobilových Výroba smČsné motorové nafty obsahující min. 31% benzínĤ: max. 15% obj. ETBE , max. 2,7% hm obsah hm MEěO (ýSN 65 6508) ** kyslíku Výroba EEěO Výroba EEěO SmČsi obsahující vysoký podíl etanolu: Používání þisté bionafty (100% FAME / MEěO podle - E85 – zážehové motory * (CWA 15293) ýSN EN 14214) ** - E100 – zážehové motory (mĤže obsahovat až 8 % vody, jako v Brazílii) - E95 – vznČtové motory * (e-Diesel) Poznámky: * Využití jen ve speciálních motorech; ** Vozidla smČjí být na tato dvČ paliva provozována pouze se souhlasem výrobce motorĤ
Bioetanol je možno pĜímo pĜidávat max. do 5% obj. nebo jako ETBE max. 15% obj. do automobilových benzínĤ, þi obČ složky je možné kombinovat pĜi dodržení maximálního obsahu kyslíku 2,7 % hm v benzínu, vizte obr.2 5 . V souþasné dobČ jsou v CEN tyto hodnoty revidovány. Obr.2: Vzájemný obsah bioetanolu a ETBE (pĜi 2,7% hm kyslíku) 8,00 7,00
EtOH content (%vol)
6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
ETBE content (%vol)
Methylestery mastných kyselin je povoleno pĜidávat max. do 5% obj. do motorové nafty 6 nebo jsou složkou pĜi výrobČ smČsné motorové nafty s obsahem min. 31%
5 6
ýSN EN 228: Motorová paliva-Bezolovnaté automobilové benziny. Technické požadavky a metody zkoušení. ýSN EN 590: Motorová paliva. Motorové nafty. Technické požadavky a metody zkoušení.
APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1103
24.–27. 4. 2006 Milovy
program
hm. 7 MEěO je však možné používat 100% jako palivo do vznČtových motorĤ, avšak se souhlasem výrobcĤ automobilĤ, obdobnČ jako u smČsné nafty 8 . d) Cena: bioetanolu i MEěO v porovnání s.minerální složkou motorového paliva e) Postoj výrobcĤ automobilĤ: PĜítomnost biokomponent v palivu musí být výrobcem schválena a to buć odkazem na pĜíslušnou normu kvality paliva, emisní normu nebo výslovnČ. PĜínosy a negativa pĜidávání biokomponent a standard „udržitelnosti“ Každá cesta má svá pro a proti. To platí i pro biokomponenty a jejich pĜidávání do motorových paliv, vizte tab.2. Tab.2: Vlastnosti biokomponent pĜi pĜidávání do motorového paliva Pozitiva
Obnovitelná složka Vysoké oktanové þíslo Nearomatický charakter Nízký obsah S
ýásteþnČ obnovitelná složka Vysoké oktanové þíslo Nearomatický charakter Nízký obsah S PĜíznivá hustota (nižší než u etanolu) Nízký tlak par Dobrá afinita k uhlovodíkĤm Nízká rozpustnost ve vodČ Obnovitelná složka Nízký obsah aromátĤ Nízký obsah S
Negativa BIOETANOL Vysoká afinita k vodČ (polární látka) Vysoká hustota Korozní pĤsobení Vysoký smČsný tlak par Negativní dopad na destilaþní kĜivku paliva Nižší oxidaþní a biologická stabilita Nízká výhĜevnost ETBE Výroba omezená dostupností i-butenu Nutnost odstraĖovat nezreagovaný etanol C4 frakce Vyšší výrobní náklady ve srovnání s MTBE
MEěO Vysoká hustota Kritická oxidaþní stabilita Vyšší pČnivost Tvorba zákalĤ a emulzí Hygroskopiþnost Nutnost dodateþné aditivace (antioxidanty, detergenty, biocidy atd.
ETBE má v porovnání s etanolem zĜetelnČ Ĝadu technických výhod a jeho výrobu a aplikaci pĜi výrobČ motorových paliv ýeská rafinérská navrhuje místo dosavadního MTBE. Je to rovnČž složka, kterou není omezena dlouhodobá skladovatelnost motorových paliv, tzn. vhodná pro využití v systému ýepro pro dlouhodobé skladování. Hlavním problémy aplikace biokomponent mají charakter technologický (složitČjší analytická kontrola, problémy pĜi krátkodobém i dlouhodobém skladování), logistický (možnost
7
ýSN 65 6508: Motorová paliva-SmČsné motorové nafty (obsahující MEěO) - Technické požadavky a metody zkoušení. 8 ýSN EN 14 214: Motorová paliva-Methyl estery mastných kyselin (FAME), palivo pro vznČtové motoryTechnické požadavky a metody. APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1104
24.–27. 4. 2006 Milovy
program
pĜepravy produktovodními systémy) i ekonomický (vysoká cena, formy dotace, mechanismus a výše vratky spotĜební danČ) V tabulce 3 jsou pak shrnuty aspekty obou hlavních biokomponent pro tzv. udržitelnost jejich používání z hlediska ochrany životního prostĜedí a naplnČní požadovaných cílĤ, vzhledem k ropným uhlovodíkĤm. Tab.3: PlnČní standardu „udržitelnosti“ Efektivita výroby Emise CO2 Ostatní emise Disponibilita v ýR Náhrada ropy
Bioetanol vs. automobilový benzín Výrobní cena vyšší (lze kompenzovat státní dotací) S ohledem na výrobní cyklus je efekt nízký PĜíznivČjší než u ropných uhlovodíkĤ Omezena agrotechnickými možnostmi a výrobními kapacitami V celkovém cyklu pČstování a výroby se nahradí 0-50% primární ropné suroviny . V pĜípadČ nevyužití energie výpalkĤ a slámy je energetický efekt negativní!!
MEěO vs. motorová nafta Výrobní cena vyšší (lze kompenzovat státní dotací). Problém odpadní glycerín Pozitivní efekt PĜíznivČjší než u ropných uhlovodíkĤ Omezena agrotechnickými možnostmi (510% energetického obsahu – reálné) a výrobními kapacitami V celkovém cyklu pČstování a výroby se nahradí 75-85% primární ropné suroviny
ýeská rafinérská bude pĜipravena Možnostmi zakomponování biokomponent do surovinového portfolia ýeR se vlastníci zabývají již delší dobu 9 10 . Od roku 2004 si ýeská rafinérská a Unipetrol objednaly u VŠCHT, VÚAnCh a ÚPM Ĝadu studií vČnovaných problematice biokomponent. Touto otázkou se zabývá i speciální pracovní tým ýeské rafinérské a vlastníkĤ. ýeská rafinérská zahrnula implementaci biokomponent i do svého strategického plánu a optimalizaþního modelu výroby. V roce 2005 schválili akcionáĜi ýeské rafinérské 4 investiþní projekty, které pokrývají nezbytné úpravy stávajících zaĜízení v rafinériích v Kralupech nad Vltavou a LitvínovČ pro pĜimíchávání bioetanolu do automobilových benzínĤ a MEěO do motorové nafty. Celková hodnota všech 4 projektĤ je vČtší než 230 milionĤ Kþ a zahrnuje zejména: x x x x
Výstavbu zaĜízení pro stáþení bioložek Úpravu nebo výstavbu skladovacích zásobníkĤ biokomponent Úpravu zaĜízení pro mísení a expedici pohonných hmot Nákup potĜebného zaĜízení pro laboratorní analýzy.
Tyto investice budou realizovány do konce roku 2006. Schéma þinností pĜi pĜidávání bioetanolu do benzínĤ je vyjádĜeno na obrázku 3.
9
ŽÁK, Josef, SVÁTA, Josef: "Možnosti využití bioetanolu v prĤmyslu zpracování ropy". Ropa a uhlie 2000/42/03/10 10 VITVAR, Milan: "NČkteré aspekty použití FAME jako paliva pro dieselové motory". "Moderní pohonné hmoty a maziva pro motorová vozidla 2004". Odborný semináĜ ýAPPO na Autotec 2004, Brno 7.6.2004 APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1105
24.–27. 4. 2006 Milovy
program
S cílem využít specifické vlastnosti biokomponent, ýeská rafinérská se rozhodla pro pĜímé míšení do motorových paliv, nikoliv až pĜidávání do uhlovodíkového premixu.To umožní kontrolovat veškerá omezení týkající se obsahu složek i pĜesnČjší kontrolu kvality motorových paliv, ale vyžádá si náklady na segregaci finálních paliv s biokomponentami a pĜísnou kontrolu obsahu vody v systému skladování. Pro výrobu ETBE je v technické pĜípravČ zámČr pĜebudovat stávající jednotku MTBE. V pĜípadČ získání potĜebných souhlasĤ vlastníkĤ mĤže být tento projekt ukonþen v roce 2008 s odhadem nákladĤ dalších více než 150 milionĤ Kþ. Projekt zahrne recyklaci nezreagovaného bioetanolu ze zbytkové C4 – frakce a posoudí i možnost intenzifikace jednotky. ýeská rafinérská v minulosti již dvakrát výrobu ETBE a jeho mísení do automobilových benzínĤ provoznČ ovČĜovala 11 . Další detailní ovČĜení pĜipravuje v souþasnosti. Jak vyplývá z výše uvedeného ýeská rafinérská bude pĜipravena technicky zahájit od konce roku 2006 pĜímé mísení bioetanolu do automobilového benzínu a pĜidávat MEěO do motorové nafty a to v rozmezí povoleném platnými normami pro standardní motorová paliva. ýeská rafinérská souþasnČ vČnuje znaþnou pozornost a finanþní prostĜedky na výzkum chování smČsí fosilních ropných paliv s bioložkami.
11
KITTEL, Hugo: "Experience with production of ETBE in CRC". Preprints of the International Conference “Motor fuels 2002”. Vyhne, Slovakia, 17-20.6.2002 (in Czech)
APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1106
24.–27. 4. 2006 Milovy
program
ZávČr Je nutné zodpovČdnČ zvážit, zda vysoké uplatnČní bioetanolu v kvalitČ potĜebné pro pĜímé pĜimíchávání do automobilových benzínĤ 12 nebo jeho využití pro výrobu vysooktanové komponenty na bázi ETBE ( ethyl-terc-butyl-ether ) pĜedstavuje pro ýR skuteþnČ výhodné Ĝešení. V podmínkách ýR pĜirozenČjší komponentu pĜedstavuje MEěO. SkuteþnČ namísené a vyexpedované množství biokomponent spotĜebitelĤm v ýR bude záviset zejména na stavu legislativy, požadavcích trhu motorových paliv, dostupnosti biokomponent, vlastní komerþní strategii „procesorĤ“ ýeské rafinérské a pĜipravenosti nejvČtší distribuþní organizace v ýR – ýepro.
12
ýSN 65 6511: Kvasný líh denaturovaný, urþený k použití do automobilových benzínĤ – Technické požadavky a metody zkoušení APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1107
24.–27. 4. 2006 Milovy
