BIOPALIVA BIOFUELS
Situace kolem ropy
1 barel ropy = 159 litrů Denní těžba ropy na světě : asi 75 milionů barelů Roční těžba ropy na světě : asi 27 miliard barelů Ropa pokrývá asi 40 % primární spotřeby energie na světě 70 % ropy se spotřebuje v dopravě Za 5 – 10 let budou celosvětové zásoby ropy z poloviny spotřebovány.Poté se bude celosvětová těžba ropy snižovat.
SITUACE V EU • Rostoucí spotřeba energie včetně energie pro dopravu • Nedostatečné zásoby ropy v EU • Obava z rostoucí ceny ropy • Závislost na dovozu • Rostoucí emise GHG • Závazky – Kjotský protokol
CÍL • 20 % motorových paliv nahradit alternativními palivy
Zvětšování podílu alternativních paliv na celkové spotřebě motorových paliv v zemích EU do roku 2020 (% e.o.)
ROK 2005 2010 2015 2020
BIOPALIVA 2 6 (7) (8)
ZEMNÍ PLYN 2 5 10
VODÍK 2 5
CELKEM 2 8 14 (23)
Palivové články -MCFC 1. Vodíkové (Proton exchange membrane).. ? 2. MCFC
BIOPALIVA • Bioethanol • FAME – methyl (etyl)estery mastných kyselin • • • • •
ALTERNATIVNÍ PALIVA Biopaliva Zemní plyn Vodík GTL, BTL
SMĚRNICE EU • 2003/30/EC……..podpora • 2003/96/EC……..zdanění • Národní trhy……….BIOPALIVA – 2005: – 2010:
2,0 % (e.o.) 5,75 % (e.o.)
Schéma výroby BiOH
Bioetanol - výroba
30°C, 24-40 hod, pH = 4-6......... 13 % alkoholu
Bioetanol - norma Vlastnosti Vzhled Obsah ethanolu před denaturací Obsah vody Hustota (při 20°C)1) Obsah ethanolu po denaturaci
Jednotka
Mezní hodnoty Zkouší se podle minimálně maximálně čirý, bez zákalů a ČSN 66 0805 sedlin % (VN) 99,7 ČSN 66 0805
ČSN ISO 760; ČSN ISO 1388-1 ČSN ISO 758; ČSN 66 0805 Vyhl. Mze ČR č. 82/2000 Sb., čl.1 odstavec 2 (1)c) metodou plynové chromatografie 2) Obsah volných kyselin mg/le 50 ČSN ISO 1388-3,4; ČSN EN 228 2) Odparek ČSN 66 0805 mg/le 15 Obsah denaturačního % (VN) 2,0 4,0 Nestanovuje se, výrobce zaručuje 3) prostředku provedení denaturace dle příslušného právního předpisub 1) viz Úřední alkoholometrické tabulky –Vyhláška MZe ČR č. 141/97 Sb. Příloha část A 2) le – litr ethanolu – jednotka stanovená Zákonem o lihu č. 61/97 Sb. § 2 odst. j. 3) Pro přímé mísení do benzínu se k denaturaci použije benzín Natural 95 (Super), pro výrobu ETBE se k denaturaci použije ETBE (ethylterciální butyléter) Obsah aldehydů se řídí Vyhláškou č. 141/97 Sb. pro líh kvasný bezvodý ke zvláštním průmyslovým účelům % (VN) kg/m3 % (VN)
791 95,6
0,39 -
Bioetanol do aubi • Přímý přídavek......PROBLÉMY • ETBE • EN 228 • Max. 5 % obj. BiOH • 15 % obj. ETBE • Obsah kyslíku max. 2,7 % hmot.
NORMA AUBI
Tlak par - těkavost aubi
Nízkoteplotní vlastnosti aubi Směs
B1 B2 B3
Obsah Obsah vody lihu [%obj.] [mg/kg] 2 859,0 3,5 2042,5 5 2923,7
Krystalizace [°C] zákal bod krystalizace -50,3 -12 -42,5 -10 -30
TVP [°C] < -70°C < -70°C < -70°C
Základní vlastnosti Ethanol MTBE ETBE methanol Oktanové číslo VM Směsné oktanové číslo VM Oktanové číslo MM Směsné oktanové číslo MM Bod varu Hustota@20°C
[°C] [kg/m3 ]
Tlak par (RVP)
[kPa]
Výhřevnost
[MJ/kg]
111,4 130 106-111 94 96 89-92 78,4 789 789 125 (160) 22,17 26,77 21,15
118
118
100 102
102
55,3 741 734 55
73,1 740 744 27
35,2
36,3
TBA
114,4 109 133 103-108 120-130 94,6 93 99 95-96 91-94 64,7 82,9 793 770 789 410 65 (540) 19,55 19,7
TAME 111
98
86,3 770
350
7
300
6,5
250
6
200
5,5
150
5
100
4,5 4
50 0
3,5 0
5 10 Obsah EtOH v AuBi, (%obj.) Tlak par autobenzinu s EtOH Směsný tlak par EtOH Přírůstek tlaku par
15
Přírůstek tlaku par (kPa) x
Tlak par (kPa) x
Směsný tlak par ethanolu
Průběh vymývání lihu Benzinová směs s obsahem 2 %obj. lihu 7
Objem (%) x
6 5
Objem vodní vrstvy
4
Přidaná H2O
3 2 1 Objem vymytého lihu
0 0
0,5
1
1,5
2
2,5 3 H2O (%)
3,5
4
4,5
5
5,5
Kosolventní vlastnosti ETBE SEE 5/5 s obsahem 5% obj. ETBE a 5% obj. etanolu 9
Odečtená vodní hladina
8
objem (%)
7 6 5
Přidaná H2O
4 3
Objem vymytých kyslíkatých složek
2 1 0 0
0,5
1
1,5
2
2,5 3 H2O (%)
3,5
4
4,5
5
5,5
Typ benzinu dle složení – ALK, FCC, PYGAS, REF, IZOM,
BIOMASA • Biodegradabilní podíl z produktů, odpadů a zbytků ze zemědělské výroby, dřevařského průmyslu • Biodegradabilní podíl z odpadů
Bioetanol v ČR • • • • • • • •
Plán: 2,0 mil. hl/rok … 160 kt/rok Surovina: pšenice…… 4,0 t/ha Spotřeba: 140 000 ha = 3,3 % půdního fondu Vedlejší produkt: 175 000 lihových výpalků Pro výrobu ETBE: 80 kt/rok Spotřeba aubi v ČR: 2,2 až 2,5 kt (2005-10) ETBE: 450 hl + 43 kt IZOBUTYLEN BiOH: 1550 hl přímo do aubi
NORMA VS.BUDOUCNOST • • •
E5…….E10…….E15 FUEL FLEXIBLE VEHICLES ACEA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Kapacity (spotřeba vs. vyrobitlné množství) Vliv na vozidla Vliv na materiály Stabilita emisí Tlak par Organické kyseliny Tolerance k vodě Nečistoty
Diesel • • • •
MONA MONA s 5 % obj. MEŘO BIONAFTA = MEŘO SMĚSNÁ MOTOROVÁ NAFTA (S OBSAHEM MIN. 31 % OBJ.)
ČSN EN 590
ČSN EN 14214 ČSN65 6508
ROSTLINNÉ OLEJE • Vysoká viskozita • Špatná termická a hydrolytická stabilita • Nízké cetanové číslo
Oleje a paliva v EU Oleje -celkem (2004): 10,4 Mt Slunečnicový 16%
Ostatní 7%
Sojový 25%
Palmový 0% Řepkový 52%
Motorová paliva Celkem: Benzíny: Motorová nafta:
2004
2020
280 Mt 120 Mt 160 Mt
325 Mt 135 Mt 190 Mt
Složení olejů • Triglyceridy – >95%, po rafinaci >99%,
• Ostatní • Zastoupení mastných kyselin – <5% (Fosfatidy, volné mastné kyseliny, steroly, tokoferoly) Olej Sojový Palmový Řepkový Slunečnicový
1
10
4
23
54
7,5
0,4
0,3
0,4
44
4
40
10
0,2
4
1,5
60
20
11
0,5
1,5
0,4
5,5
4
25
64
0,3
0,3
0,7
FA
BIONAFTA • • • •
MEŘO/EEŘO BIONAFTA: ČSN EN 14214 Na 1 t MEŘO …. 2,5 t řepky BIONAFTA + MONA…… (5 až 30 %)
PROČ NE ČISTÉ MEŘO? • • • • • • • • •
Chemické složení Termicko-oxidační stabilita Vyšší viskozita a hustota Odlišná destilační křivka Rozpustnost vody, emulgovatelnost Nižší výhřevnost Sklon k hydrolýze Napadání mikroorganismy Horší nízkoteplotní vlastnosti 5%
Realizace směrnice EU v podmínkách ČR 6) možnosti zemědělské produkce MEŘO (kt)
50
100
150
200
250
300
350
400
Řepka (kt)
130
265
395
530
660
795
925
1 055
Řepk. olej (kt)
50
105
155
205
260
310
360
410
Bilance surovin:
Bilance vedlejších produktů: Pokrutiny (kt)
80
155
235
310
390
470
545
625
Glycerin (kt)
6
11
17
22
28
33
39
44
Bilance osevních ploch (tis. ha): výnos 1,6 t/ha
85
165
250
330
415
495
580
660
výnos 3,5 t/ha
40
75
115
150
190
225
265
300
FISCHER-TROPSCH SYNTÉZA
REAKTOR
MTFB RISER SLURRY
Teplota Tlak H2/CO
°C bar mol/mol
240 25 1,7
320 23 2,5
260 18 0,6
Methan Benzin Diesel Wax
% hmot. % hmot % hmot % hmot
2 18 14 52
10 40 7 4
7 19 14 38
PROBLÉMY • • • • • • • • • • •
Vysoký obsah glycerolu a glyceridů … ucpávání palivových filtrů + korozní působení na neželezné kovy (Cu, Zn) Nízká oxidační stabilita je příčinou tvorby úsad na motorech, koroze v důsledku vytvoření agresivních oxidačních produktů (k.mravenčí, octová) Vysoký obsah alkalických kovů (Na,K) vede k hygroskopičnosti a tvorbě mýdel, kalů ….. Ucpávání filtrů Malá stabilita při nízkých teplotách ….. Zhoršená filtrovatelnost Vysoký obsah vody…..koroze, ucpávání filtrů, bakteriální napadení Pro růst organismů (bakterie, plísně, houby) je vhodný substrát obsahující mastné kyseliny, fosfor a vodu, zejména při skladování i malé množství FAME může vyvolat tento problém Vysoké číslo kyselosti (volné kyseliny) a jejich korozní působení Koksování, úsady, kaly v oleji…. Ucpávání vstřikovacích trysek Vysoký obsah fosforu má dopad na účinnost a životnost oxidačních katalyzátorů Nárůst pěnivosti paliva Vysoká viskozita bionafty při nízkých teplotách …. Problémy při dosahovánÍ potřebných vysokých vstřikovacích tlaků
OBNOVITELNÉ SUROVINY BIOPALIVA 2. GENERACE GTL, BTL
SYNTÉZNÍ PLYN…….. SUROVINOVÝ JOINT VENTURE
FISCHER-TROPSCH SYNTÉZA
n CO + (2n+1) H2
CnH2n+2
+ H2O
CnH2n + H2O
n CO + 2n H2
H(-CH2-)nOH + (n-1)H2O
n CO + 2n H2 Fe, Co - katalyzátory
Konvenční paliva z alternativních zdrojů - GTL
GAS
LIQUID
