Budoucnost motorových paliv

Rozvoj aplikačního potenciálu

Budoucnost motorových paliv Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu Milan Vitvar červen 2013

Kulatý stůl Motorová paliva pro silniční dopravu Most 20. června 2013

1


Obsah •Fosilní paliva •Alternatívní paliva •

Ekologie spalování paliv

•

Biopaliva

•

Obnovitelné zdroje a legislativa v EU

•

Vyspělé výroby biopaliv

•

Jak dál v EU, situace v USA, situace v ČR

•

Vyspělé výroby biopaliv- další směřování

•

Těžba břidličných energetických surovin

•

Důsledky těžby břidličné ropy

•

Výhled do roku 2050


2


Fosilní paliva Královská místa stále náleží autobenzinu a motorové naftě. Ve světě se ročně spotřebuje asi 2 200 Mtoe/r

USA používají více automobilový benzín, Evropa spíše motorovou naftu. (Historické důvody, zaměření komerční dopravy, daňové zatížení a efektivnost) Ropa a její produkty se podílí asi 30 % na světové roční spotřebě energie Rostoucí nároky probouzejících se motoristických gigantů – Číny a Indie. Značná část ropy se nachází v politicky nestabilních oblastech středního východu: Otázka skutečných světových zásob, udržitelné těžby, mezinárodní závislosti Dosud nevyřešený problém ekologie Kulatý stůl Motorová paliva pro silniční přepravu Most 20. června 2013

3


Alternatívní paliva: Cíl: Nahradit částečně nebo úplně stávající fosilní paliva nebo zajistit pohon vozidel jiným způsobem než vnitřním spalováním Důvody pro jejich uplatnění mohou vycházet z : ekologie ( biopaliva jako obnovitelný zdroj) vědomí limitu ropných zásob politicko-hospodářské důvody (biopaliva pro kompenzaci přebytků v zem. výrobě, globální bezpečnost v zásobování trhu energií) Hlavní alternatívní paliva: LPG : Bilance plynů při zpracování ropy a jejich využití, dobré vlastnosti - úzká směs uhlovodíků – OČMM 89, pro pohon je v ČR používáno cca 80 000 t/r. Používají se běžné benzinové motory , emisní parametry jsou lepší tlak v nádrži 1,4 MPa Není přílišný zájem výrobců automobilů LPG rozšiřovat pro omezené zdroje, existovaly problémy s nekompatibilními materiály. Kulatý stůl Motorová paliva pro silniční dopravu Most 20. června 2013

4


Alternatívní paliva CNG Dostupnost a zajištěnost zdrojů , metan – jediný uhlovodík, přednost při návrhu motorů. OČVM 128. Dobré emisní parametry Stlačen na 25 MPa Podpora plynárenských podniků, očekáváno podstatnější rozšíření Kryogenní forma LNG ( bod varu – 160 °C). Určena pro veliké motory Vodík Dávný sen ekologů – zcela „čisté“ palivo, diskutován v souvislosti s nukleárními/solárními /vodními/větrnými elektrárnami a elektrolýzou vody. Jiné technologie zajištění suroviny vycházejí z fosilních nebo bio paliv. Patrně omezené využití v příštích dekádách Elektrická energie Spojení baterie a elektrický motor naráží na omezenou kapacitu baterií. Existuje intenzívní výzkum právě v této problematice. Současné dojezdy mohou být až 200 km. Značná podpora v USA a Číně


5


Alternatívní paliva Hybridní pohony Jde o kombinaci spalovacího a elektrického motoru: dvojí typ: spalovací motor jako pro rychlou jízdu mimo města, elektrický používán spíše ve městech pro nižší rychlost ( lepší ekonomie provozu) , anebo menší spalovací motor jen na dobíjení baterií. Využití brzdění pro dobíjení. Palivové články Elektrické motory zásobeny z palivových článků, kde se proud vyrábí z kapalných paliv. Chemická energie paliva se mění na elektrickou v důsledku oxidace paliva kyslíkem nebo jiným oxidačním činidlem. Proud směřuje od anody ke katodě elektrickým obvodem s elektromotorem, přes elektrolyt mohou procházet jenom ionty. Článek dosahuje cca 0,7 V napětí , takže pracuje více článků dohromady. Účinnost se pohybuje od 40 do 60 %.


6


Specifické použití v kosmické technice ( USA) , ale nyní např. i v záložních zdrojích, pohonech strojů, motorů atd.

Nově existují palivové články s výměnou protonů , používající jako „elektrolyt“ pevnou polymerní membránu či pevné oxidy kovů a jiné materiály. Desítky typů a variant, vč. teplotních podmínek, za kterých provozují. V konečné podobě na stejném principu může být jako paliva používán i metanol, benzín či jiné uhlovodíkové frakce. Oxidantem může být i vzduch. Výsledkem reakcí je voda a CO2. Zatím spíše ve stadiu pokročilého výzkumu a prototypů. Cenově i výrobně jsou poměrně náročné, v USA nejsou z důvodu nákladů považovány za prioritně perspektivní. Z alternatívních paliv jsou nejslibnější zemní plyn, biopaliva a elektrická energie (IEC) Kulatý stůl Motorová paliva pro silniční dopravu Most 20. června 2013

7


Ekologie spalování paliv: Roční globální emise činí 50 000 Mt CO2 ( 23 % z toho doprava) Scénáře vlivu skleníkových plynů na podmínky celé planety Ke konci století může globální oteplení činit až 6 °C Významné meteorologické jevy, hladiny moří a ztráta území, podmínky života na planetě Bioenergie jako taková a její součást - biopaliva jako alternatívní zdroj v dopravě - mohou významně pomoci zlepšit ekologickou situaci. Jde o obnovitelnou energii. V dnešní době se bioenergie podílí 10 % na celkové energetické spotřebě a do roku 2050 by se měl tento podíl ztrojnásobit. (2% podíl v palivech) CO2 emitován do atmosféry je v průběhu času znovu pohlcován rostlinami během fotosyntézy Další předností je vytvoření pracovních míst pro výrobu biopaliv v celém svém řetězci, postupná nižší závislost na fosilních zdrojích


8


Biopaliva alternatívní a obnovitelný zdroj energie v dopravě Biopaliva první generace ( převážně výroba z potravinářských surovin) Nejstarším biopalivem je etanol ( od 20. let minulého století- OČ 106/89) mísený do autobenzínu Rozvoj nastal v Brazílii a USA, kde od 80. let nahrazuje MTBE Pro motorovou naftu jsou palivy první generace FAME, tedy v podstatě rostlinné oleje, reesterifikované metanolem. Ve světě dominuje olej palmový ( C 16 – C 18), sojový ( C 18+ ) a řepkový C 18 +). Dají se zpracovávat i živočišné tuky, upotřebené kuchyňské oleje a další suroviny.


9


Globální výroba biopaliv a hlavní producenti (převážně první generace)


10


Obnovitelné zdroje v dopravě: Legislatívní rámec v Evropě: Směrnice 2009/28/EC ( „Směrnice o obnovitelných zdrojích“) stanovila závazné cíle dosáhnout do roku 2020 20 % podílu obnovitelné energie v Evropské unii a 10 % podílu pro obnovitelnou energii v sektoru dopravy. Současně byla doplněna Směrnice 98/70 EC ( „Směrnice o kvalitě paliv“), která zavedla závazný cíl dosáhnout do roku 2020 redukci 6 % obsahu skleníkových plynů v palivech, používaných v provozu mobilních prostředků. Směrnice nezohledňovaly vysoké emise skleníkových plynů, které vznikají jako důsledek zvýšené poptávky po kapalných biopalivech ve světě. Státy EU jsou schopny saturovat biosložky pro paliva přibližně ze 2/3 své současné spotřeby. 1/3 se dováží ze států, kde dochází k záboru nezemědělské půdy. V roce 2020 by importy měly krýt téměř dvojnásobnou poptávku oproti současnému stavu


11


Obnovitelné zdroje: Důsledkem poptávky jsou tzv. nepřímé změně ve využití půdy ( ILUC) , která vede ke globálnímu řetězci změn, končícímu záborem nových přírodních území (savany, rašeliniště, mokřadla, pralesy atp). Zejména odlesněním deštných pralesů vznikají vysoké škody. Jsou obavy ze ztráty biodiverzity a nejúčinnějšího sytému pro pohlcování CO2. Mění se zásoba uhlíku, tedy vlastnost charakteristická pro kteroukoliv půdu, změnou ve využití a vypalováním území s velkou zásobou uhlíku je uvolňován CO2 a další zplodiny do atmosféry.


12


Obnovitelné zdroje: Evropská komise a parlament se proto rozhodly navrhnout novelizaci původní směrnice a nastavit nová pravidla s cílem minimalizovat vliv nepřímé změny ve využití půdy.

.


13


Evropská komise spolu s dalšími relevantními organizacemi vybrala variantu, kdy dojde k omezení výroby tzv. I. generace biopaliv ( výroba složek z potravinářských surovin, tedy olejnin a škrobovin) a akcentuje vývoj a komerční využití vyspělých biopaliv, tedy biopaliv původně ve směrnici 28 označovaných jako biopaliva druhé ( celulóza, lignocelulóza) a třetí (řasy, odpady) generace.


14


Hlavní prvky návrhu novelizace směrnice • podíl biopaliv z potravinářských surovin bude limitován na 5 % konečné spotřeby energie v dopravě ( 5 + 5 %) • biopaliva vyrobená z řas, biologické části směsného komunálního odpadu, biomasy z průmyslových odpadů, slámy, zvířecího hnoje, zbytků při výrobě palmového oleje, surového glycerinu, odpadního oleje z celulózek, odpadů při výrobě vína, slupek a skořápek ořechů, zbytků třtiny, vymlácených kukuřičných klasů, kůry, větví, pilin, listí, odřezků ze zarovnávání prken…. budou započtena čtyřnásobně • biopaliva vyrobená z upotřebených kuchyňských olejů, zvířecího tuku, nepotravinářského celulózového materiálu, lignocelulózy ( vyjma řezaných klád a dýhových odřezků) by měla být započítávána ve dvojnásobném energetickém obsahu. • úspory skleníkových plynů by měly být alespoň 60 % pro biopaliva vyráběná na zařízeních , které zahájily provoz od 01.07. 2014 nebo později. V případě výroby biopaliv v zařízeních, které byly v provozu před 01.07. 2014 by tato měla dosahovat úspory skleníkových plynů alespoň 35 %, a to do 31. prosince 2017 a od 01.01. 2018 alespoň 50 %


15


Praktické zajištění • ILUC stanoven paušálně dle přílohy 1 novelizace



obilniny

12 g CO2/MJ

cukrové plodiny

13 g CO2/MJ

olejniny

55 g CO2/MJ

ILUC se jen vykazuje, nepočítá se do cíle !!!

Výhledově se hodnoty a výpočty ILUCu mohou měnit modely)

(ekonometrické

Pokud by byl ILUC závazný, byly by emise např. pro řepku: 52g + 55 g CO2/MJ. Olejniny v tomto případě přestávají vyhovovat ( fosilní palivo 83,8 g CO2/MJ)


16


Vyspělé výroby biopaliv  Biopaliva vyráběná biochemickými postupy, fermentacemi, hydrolýzou, a to z celulózových odpadů – současně jeden z hlavních směrů, zejména v USA  Biopaliva vyráběná termochemickými cestami, tedy pyrolýzou, zplyňováním, s využitím katalytických postupů nebo bez nich, ze stejných surovin nebo jiných odpadů, vč. případného využití FT syntézy a hydrokrakování. Produkty mohou být: biometanol, bioetanol, biobutanol, bioDME, biovodík, směs alkoholů, směsi uhlovodíků  Výroba řas ( dále s použitím uvedených procesů)  Výroba řas fotosyntetickou cestou z odpadního CO2 (následují výše uvedené cesty vč. případné reesterifikace olejů)  Zpracování odpadů (obě uvedené cesty + mnoho způsobů dle druhu Reesterifikace upotřebených kuchyňských olejů, zvířecích tuků aj. Hydrogenace VGO (?) Kulatý stůl Motorová paliva pro silniční dopravu Most 20. června 2013

17


Vyspělé výroby biopaliv Nejvíce průmyslově zvládnutá je prozatím výroba bioalkoholu z celulózy a hemicelulózy, získávané z biomasy. V USA jsou desítky závodů na zpracování zemědělských zbytků nebo dřeva a další se staví, a to v komerčních velikostech. V Evropě by zatím měl být v provozu závod v severní Itálii Lze využít obilních lihovarů, ke kterým se přidají stupně přípravy biomasy a další fermentační stupně pro přeměnu hemicelulózy/celulózy ve zkvasitelné cukry Termochemické cesty se nacházejí prozatím spíše ve výzkumných a poloprovozních stupních: Rychlá pyrolýza je uskutečňována v náročném zařízení , kdy se vysušená biomasa zahřeje na cca 500 °C během 1 – 4 sekund. Po ochlazení a separaci je získán tzv. pyrolýzní olej ( až 80 %). Je nemísitelný s uhlovodíky, rozpustný ve vodě, obsahuje určité množství vody ( cca 10 – 15 %) a jeho výhřevnost je přibližně poloviční oproti fosilnim palivům. Je nutno zajistit separaci vody a hydrogenaci k odstranění kyslíku.


18


Vyspělé výroby biopaliv Proces rozkladu biomasy superkritickou vodou ( SCW proces) probíhá při tlaku 22,4 MPa a teplotách okolo 374 °C, kdy se voda dostává do nadkritického stavu, stává se silným oxidačním činidlem a dokáže rozkládat biomasu. Předností technologie je, že biomasa může být vlhká a variabilní. Výtěžek oleje je nižší ( asi 50 %) , ale z hlediska vlastností je srovnatelný s pyrolýzním olejem. Varianta HTU ( Hydro Thermal Upgrading) prováděná při mírnějších podmínkách s delší dobou zdržení má poskytovat lepší kvalitu oleje a snížení jeho afinity k vodě. Rovněž tyto biooleje bude třeba rafinovat a dekarboxylovat BTL technologie využívá zplynění biomasy ( oxidace s podstechiometrickým poměrem kyslíku) a FT syntézy „ umělé“ ropy. Tato se následně hydrokrakuje. I když jsou finální paliva velmi kvalitní, celkový výtěžek nafty se pohybuje od 10 do 20 % a celkově je zařízení vysoce investičně a provozně náročné.


19


Vyspělé výroby biopaliv, jak dál v EU ? Stimuly pro první generaci: - podpora zemědělství, zvýšení výnosů za posledních 50 let - snížení emisí skleníkových plynů - závislost na fosilních palivech  Stimuly pro druhou generaci: - zhodnocení „odpadní“ biomasy: až 10 % biomasy - silná konkurence ve využití jako OZE dle stejné směrnice 28/99, podpora v rámci jiných programů. Biomasa se spaluje za účelem výroby energie: ČEZ: několik elektráren a tepláren; - Využití biomasy není v současnosti palčivým ekonomickým problémem, cena biopaliv z biomasy je prozatím vyšší než z potravinářských plodin - snížení emisí skleníkových plynů, zabránění ILUC - závislost na fosilních palivech  Stimuly pro třetí generaci: - ????, odpady, řasy, pohlcení plynného CO2. Nenáročnost na rozlohu půdy, efektivita vlastního růstu řas. Cena prozatím více než trojnásobná oproti potravinářským plodinám. Chybí ekonomické stimuly - snížení emisí skleníkových plynů - závislost na fosilních palivech 


20


Situace v USA: USA jsou mnohem dále než EU EISA 2007, dále RFS 2, ročně korigovaná ze strany EPA Jednoznačná povinnost, vč. kvót na vyspělá biopaliva. Snaha omezit bioetanol z kukuřice, za posledních 10 let se prudce zvýšilo pěstování kukuřice pro bioetanol a nyní tam směřuje více než 40 % produkce Jiný historický vývoj ( zabránění škod z použití MTBE), orientace na bioetanol, představa o postupné náhradě fosilních paliv.

RFS 2 definuje i finanční motivace výrobcům, zvýhodňuje celulózový etanol. Komerční závody na výrobu celulózového etanolu se začínají stavět, výroba biopaliv z řas zatím minimálně. Do roku 2015 by mělo být uvedeno do provozu 27 nových závodů, 16 z nich na celulózový etanol


21


Situace v USA: Do roku 2022 by mělo směřovat 136 mil m3/r biopaliv do celkové spotřeby Rozdíl v pojmech oproti EU : termín vyspělá biopaliva zahrnuje téměř všechny typy s výjimkou kukuřičného etanolu V USA jsou vyspělými biopalivy i metylestery z řepkového a zejména sojového oleje, jatrophy a lničky seté. Zařazování plodin a druhů provádí EPA, která jinak celkově řídí produkci biopaliv na federální úrovni z pověření legislativy. Má mandát i např. snížit povinnost vzhledem k podmínkám daného roku a dále vede agendu podpor. Postavení třtinového alkoholu, jako uznávaného pokročilého paliva, i když z dovozu, je bilanční a plní srovnávací funkci z hlediska nákladů.


22


Vyspělé výroby biopaliv, jak dál ? Obě nové generace se zdají být prozatím nákladově podstatně výše oproti 1. generaci, i když chybí spolehlivé srovnání. V některých studiích se upřednostňuje pyrolýza a proces SCW před biochemickými cestami pro možnost „zkapalnění“ biomasy a snadnější logistiku a možnost zpracovávat olej ve stávajících rafineriích ropy, i když ekonomika fermentačních technologií vychází obecně lépe. Biopaliva, vyrobená termochemickými cestami z biomasy musí v následujících úpravách „ ztratit“ kyslík, a proto výtěžky produktu v ekvivalentu fosilního paliva jsou relativně nízké. Výroby jsou investičně i nákladově ( zejména energie) náročné a vzbuzují otázku, zda je tato cesta správná. V případě biopaliv z řas je hlavním problémem zajištění nutrientu, čistoty, případně i separace vody. Existují představy o výrobě biopaliv z řas poblíž elektráren a čistíren odpadních vod. Zvládnutí tohoto technologického procesu je ale velice náročné a nákladné. Proces ale může být využit i pro výrobu potravin či krmiv Smysl v nynější době: zpracování odpadu


23


Vyspělé výroby biopaliv, jak dál ? Hnací silou pro další vývoj pokročilých biopaliv bude cena ropy a otázka její dlouhodobé dostupnosti. Za hranici se považuje trvale více než 130$/bbl. Komerční velikost výroby a rozvoj technologií může výhledově zlevnit biopaliva vyšších generací. Podle určitých studií by měly procesy plně vyspět v horizontu 30 – 60 let, kdy jejich relativní konkurenceschopnost k ropě může odpovídat 40 - 60 $/bbl Elektrická energie z obnovitelných zdrojů představuje principiálně jednodušší řešení, které je dnes úspěšně komerčně zvládnuto. Proto využití elektrické energie v dopravě může podstatně ovlivnit budoucnost pohonu automobilů nebo změnu dopravních technologií. Není požadavek EU na zavedení vyspělých biopaliv do 7 let předčasný ?


24


Situace v ČR (biopaliva) Pozitiva: Nebývalá příležitost pro výzkum a podnikání– vyspělá biopaliva - zvláště oblast likvidace odpadů a výroba řas, dále v provádění teoretických analýz a rozborů, zapojení se do mezinárodních programů ( „dobrovolná schémata“) - Zákon 201/2012 Sb a Nařízení 351/2012 Předběžné stanovisko ČAPPO - Členské firmy plní povinnosti dané legislativou. Na dávkování biopaliv si motoristé zvykli, nicméně ČAPPO nepovažuje I. generaci za definitívní řešení – perspektivu asociace vidí ve vyspělých biopalivech a bude podporovat příslušný výzkum Kulatý stůl Motorová paliva pro silniční dopravu Most 20. června 2013

25


Těžba břidličných energetických surovin Před časem byly zveřejněny zprávy , zejména z USA, o těžbě břidlicového zemního plynu. Plyn začal být v USA natolik levný, že se vrací zpět průmysl z Asie. Plyn, ale i ropa je dobýván novou technologií horizontálních vrtů a frakturováním hornin. Přestože existují pochybnosti o možných ekologických problémech ( podzemní vody, tektonické poruchy, otřesy …), bylo rozhodnuto tento způsob realizovat na území několika států USA. Postup byl vyvinut před mnoha lety pro dotěžování klasických ropných ložisek v periferních oblastech. Ropa z břidlic bývá často označována jako „ tight oil“. USA: „Budeme zcela soběstační do několika let“ (2035). Významné zásoby také: Argentina, Kanada, Čína, Polsko ( plyn)


26



27


Jaké mohou být důsledky těžby břidličné ropy: •Pokles cen ropy: - odsunutí či zpomalení bioprogramu - zvyšování počtu vozidel a spotřeby fosilních paliv - nedozírné důsledky pro ekologii- další masívní zvýšení emisí skleníkových plynů - země OPEC zintenzívní výstavbu zařízení na produkty s vyšší přidanou hodnotou, snížená konkurenceschopnost Evropy •Nerovnováha ve světě v důsledku zdrojů ( levná ropa vs. drahá ropa, totéž o plynu, a to v kombinaci s levnou prac. sílou …) •Jiný způsob globalizace, mocenských zájmů a zchudnutí států bez energetických zdrojů •Snížené úsilí o zavádění energeticky vyspělých technologíí a o úspory energií

• ???? REVOLUCE ! Kulatý stůl Motorová paliva pro silniční dopravu Most 20. června 2013

28


Co na závěr: Výhled do roku 2050 (dle IEC /WEC) z roku 2011 •Benzín a nafta stále dominantní, ale konvenční motory s vnitřním spalováním podíl 26-78 % •Dále TO a letecký petrolej •Spotřeba paliv poroste ( 30% -82%): nafta a TO 40% 200%, l. petrolej 200- 300%, benzín se sníží o (16 – 63 %) •Rozvoj biopaliv (4x vyšší než nyní), další jako elektřina, hybridy a zemní plyn se zvýší 7x •Spotřeba hlavně Asie/Čína/Indie •Počet aut se zvýší (2,2 x-2,6x) •Urbanizace: megaměsta – více než 25 – 50 mil. obyvatel globálně 60-100, z toho v Číně 50 •Elektrizace dopravy, zvl. v megaměstech •Nové dopravní systémy a technologie, zejména pro hromadnou přepravu Kulatý stůl Motorová paliva pro silniční dopravu Most 20. června 2013

29


Děkuji za pozornost


30

Budoucnost motorových paliv

Recommend Documents