Dopravní fakulta Jana Pernera, Univerzita Pardubice II. ročník (obor DP-SV), st. skupina 28 Novotný Jiří, Skřek Pavel pracovní skupina 3
Název práce: Vznik, vývoj, výhody a nevýhody bionafty Prohlášení: Prohlašujeme, že předložená práce je naším původním autorským dílem, které jsme vypracovali samostatně. Literaturu a další zdroje, z nichž jsme při zpracování čerpali, v práci řádně citujeme. Anotace: V této práci je definováno jedno z alternativních paliv a to je bionafta. Je zaměřena hlavně na oblast postupného vývoje, vlastnosti tohoto paliva a srovnání s ostatními palivy. Klíčová slova: - Biomasa - Řepka olejná - MEŘO ( Metylester řepky olejné ) - Resterifikace - Bionafta
1
I. Úvod Celosvětový růst spotřeby energií spojený s postupným vyčerpáváním omezených fosilních zdrojů a se zvyšujícím se skleníkovým efektem patří mezi globální problémy lidské společnosti. Omezení, skleníkového efektu, oteplování zeměkoule a zabránění nevratných klimatických změn s katastrofálním účinkem na lidskou společnost je možné jen maximálními energetickými úsporami a využíváním obnovitelných energetických zdrojů. Základním a nekonečným zdrojem je Slunce. Pokusy o přímé využití této obrovské energie dopadající na povrch naší Země stále ještě nepřinášejí možnosti širokého průmyslového využití. Nejvyšší potenciál z obnovitelných energií má energie z biomasy. V oblasti fytoenergetiky je významnou oblastí substituce stávajících motorových paliv biopalivy, zejména bionaftou, rostlinnými oleji, bioetanolem, případně upraveným bioplynem nebo dřevoplynem. Metylester řepkového oleje, jinými slovy bionafta, patří mezi alternativní pohonné hmoty, kterým se předpovídá světlá budoucnost. I v České republice se jí v poslední době daří pronikat pod kapoty vozidel. A to nejen traktorů a zemědělských strojů, ale i lesnických a stavebních strojů a v menší míře také osobních automobilů. Bionaftě, která je levnější než klasická nafta, napomáhá v jejím šíření postupně se rozrůstající prodejní síť. Úkol najít a dokázat využít pohonnou hmotu, která by nahradila benzin či motorovou naftu a zároveň byla ekologická a snadno dostupná, se jevil jako velmi obtížný. S postupem let výzkum ukázal, že tento problém je řešitelný. Svými hodnotami se bionafta blíží motorové naftě, navíc má velmi dobré ekologické parametry, například nižší kouřivost a také snadnou biologickou odbouratelnost. Dotacemi na trvale obnovitelné zdroje energie její výrobu a užívání podporuje také Evropská unie ve svém programu zemědělské produkce pro technické účely. Každá země má s bionaftou vlastní zkušenosti. Například v Německu, které je považováno v této oblasti za evropskou jedničku, se jezdí na čistou bionaftu. Ve Francii ji asi z pěti procent přimíchávají do běžné motorové nafty, aby se vylepšily její ekologické vlastnosti. Česká republika šla zprvu cestou, která se osvědčila v Německu. Nakonec však byla tato cesta opuštěna, zejména proto, že čistá bionafta byla mnohem dražší než obyčejná motorová. Motory, která dříve běhaly na klasickou naftu, se po přechodu na čistý metylester začaly zanášet, protože bionafta rozpouštěla usazeniny z motorové nafty. Mnozí uživatelé si stěžovali také na to, že stroje, v nichž používali neředěnou bionaftu, měly podstatně nižší výkon a vyšší spotřebu. Navíc v zimě, kdy teplota klesla pod minus 10 °C se s nimi nedalo vůbec pracovat. Z důvodů různých zkušeností je v součastnosti používání bionafty mezi jednotlivými spotřebiteli dobrovolné.
2
II. Biomasa Biomasa je organická hmota rostlinného nebo živočišného původu. Je získávána jako odpad ze zemědělské, průmyslové činnosti, jako komunální odpad. Biomasa může být i výsledkem záměrné výrobní činnosti v zemědělství, lesnictví. Je nejstarším lidmi využívaným zdrojem energie a má obnovitelný charakter. Efektivní a ekologické využití biomasy má minimální negativní vliv na životní prostředí. Biomasu je možné využívat přímým spalováním i k výrobě ušlechtilých paliv, které podstatně méně zatěžují životní prostředí než klasická paliva (černé, hnědé uhlí, lignit, ropa, aj.). Její výroba je pro životní prostředí spíše přínosem (likvidace odpadů, zalesňování nevyužité a často nevyužitelné půdy), než dobývání fosilních paliv. V České republice jsou vzhledem k velké rozloze půdy, která je využívána k zemědělským a lesnickým účelům (asi 87 % z celkové rozlohy), dobré podmínky pro energetické využití biomasy. K energetickým účelům je možné využít asi 8 mil. tun pevné biomasy [4]. II. IV. Všeobecné využití biomasy • • •
Výroba tepla přímým spalováním v topeništích (dřevo, dřevní odpad, sláma, atd.). Zpracování na kvalitnější paliva tzv. fytopaliva (pelety, brikety, bioplyn, etanol, bionafta). Výroba elektřiny (kombinovaná výroba elektrické energie a tepla).
II. II. Způsoby získávání energie z biomasy Způsob získávání energie je podmiňován fyzikálními a chemickými vlastnostmi biomasy (např. vlhkost). Množství vody a sušiny má vliv na zpracování biomasy, tedy i na způsob získávání energie. Hodnota 50 % sušiny je přibližná hranice mezi mokrými procesy a suchými procesy. Suché procesy - termochemické přeměny biomasy • Spalování • Pyrolýza • Zplynování Mokré procesy - biochemické přeměny biomasy • •
Alkoholové kvašení Metanové kvašení
Fyzikální a chemické přeměny biomasy • •
Mechanické (štípání, drcení, lisování, briketování, peletování, mletí, atd.) Chemické (esterifikace surových bioolejů)
Získávání odpadního tepla při zpracování biomasy • • •
Kompostování Čištění odpadních vod Anaerobní fermentace pevných organických odpadů, …
3
Biomasa záměrně pěstovaná Energetické rostliny je možné rozdělit na rychlerostoucí dřeviny a rostliny bylinného charakteru. Výhodou energetických bylin je krátké vegetační období, snadnější výsev, možnost zpracování i na neenergetické účely, možnost rychlé změny druhu rostlin. • Výroba etylalkoholu: cukrová řepa, obilí, brambory, atd.. • Výroba olejů a metylesterů: řepka olejná, slunečnice, len, atd.. Výroba paliva: • Energetické byliny: řepka, konopí, amaranthus, šťovík, topinambur, komonice bílá, lesknice, psineček, ovsík, kostřava, atd.. • Energetické dřeviny: vrba, topol, olše, akát, platan, líska, atd.. II. III. Princip získávání bionafty z biomasy Esterifikace Z olejnatých semen (řepka, len, slunečnice) se lisuje olej. Ten se esterifikací, tj. substitucí metylalkoholu za glycerin mění na metylester oleje, který má podobné vlastnosti a výhřevnost jako motorová nafta. Jeho rozložitelnost v přírodě je několikrát rychlejší než u běžné nafty, což má význam pro ochranu životního prostředí, vodních zdrojů apod. Výroba metylesterů mastných kyselin. Malotonážní výroba bionafty (500 – 3 000 t/rok) Reesterifikace probíhá za studena, v produktu zůstává 8 až 17 % tuků, to omezuje dobu skladovatelnosti v létě na 3 až 4 týdny. Velkotonážní výroba bionafty (přes 10 000 t/rok) Výhodou jsou menší měrné investiční náklady, stabilní vysoká kvalita bionafty. Reesterifikace za tepla umožňuje zvýšit výtěžnost, ale i technologickou spotřebu energie. Využití jako náhrada motorové nafty. II. IV. Výhody využití biomasy • • • • • • •
Biomasa má jako zdroj energie obnovitelný charakter. Je tuzemským zdrojem energie, který není vázán jen na určitou lokalitu, což znamená úsporu finančních prostředků a energie za dopravu. Pěstováním energetických plodin je možné využívat přebytečnou zemědělskou půdu. Půdy, které se nehodí nebo nejsou potřebné k potravinářské výrobě. Likvidace odpadů, zbytek po zpracování lze využít jako hnojiva. Spalování pevných komunálních odpadů (na jednu osobu připadá cca 500 – 800 kg pevných odpadů za rok). Energetické využití biomasy má menší negativní dopady na životní prostředí. Bionafta je zatížena 5 % DPH (daň z přidané hodnoty), po dobu 5 ti let je výrobce osvobozen od daně z příjmu, které plynou z výroby bionafty.
4
III. Vznik a vývoj bionafty Na počátku 90. let vzniklo za podpory vlády v ČR několik provozů, kde se začala vyrábět bionafta I. generace – 100 % methylester řepkového oleje, nazývaný MEŘO, jako alternativní palivo za motorovou naftu [6]. Snahou výrobců bylo, aby čisté MEŘO po menších úpravách pomocí aditiv mohlo být používáno ve vznětových motorech. Byla to sice dobrá myšlenka vzhledem k využití rostlinného oleje, který můžeme snadno získávat z řepky nebo bobů vypěstovaných našimi zemědělci, ale proti většímu využívání čistého MEŘO hovořily špatné zkušenosti z provozu. Tento upravený rostlinný olej nedosahoval výkonnostních parametrů ropného oleje tj. motorové nafty. Meřo vykazovalo vysokou kouřivost, špatnou filtrovatelnost při nízkých teplotách (bod tuhnutí při -8 °C), velmi nízkou energetickou hodnotu a s ní spojený snížený výkon motoru. Navíc tento druh bionafty vykazoval vysoké poškozování pryžových částí motoru, což znemožňovalo jeho použití ve většině běžných dieselových motorů a zvýšená spotřeba oleje až na dvojnásobek jasně mluvila o neekonomickém využití. V období prvních pokusů nasazení bionafty do běžného prodeje zůstala ještě do dnes v některých lidech zakořeněna velká nedůvěra vůči tomuto palivu. Bionafta se srážela při styku s vodou a její bezhlavé smíchávání s klasickou motorovou naftou většinou znehodnotilo celé palivo. Dopravci a většinou ani prodejci nebyli dostatečně poučeni o záludnostech bionafty a směle ji tankovali do vozidel bez jakékoli přípravy, což právě u starších a neudržovaných motorů mělo za následek téměř katastrofu. Jak rychle se bionafta začala používat, tak rychle od ní každý ustoupil a již o ní nechtěl slyšet. Aby projekt ekologického alternativního paliva neupadnul v zapomnění, vzniknul projekt bionafty II.generace. Bionafta I. generace je ekologické alternativní palivo pro vznětové motory na bázi methylesterů nenasycených mastných kyselin rostlinného původu. Vyrábí se rafinačním procesem zvaným esterifikace, při kterém se mísí metanol s hydroxidem sodným a pak s olejem vylisovaným ze semen řepky olejné nebo ze sojových bobů. III. I. Řepka olejná Řepka se všeobecně spatřuje jako potravinářská surovina pro lidskou výživu,extrahovaný šrot, případně pokrutiny či semena jsou významnou součástí krmných směsí, biomasa se užívá jako zelené krmení či hnojení, řepková bílkovina je využitelným zdrojem pro lidskou výživu, řepkový olej je významnou surovinou pro chemický průmysl (oleochemie) a jako zdroj obnovitelné energie místo fosilních zdrojů – tzv. bionafta, případně ekomazadla. Řepka olejná (Brassica napus L. var. napus) z rodu brukev (Brassica) patří do čeledi brukvovitých - Brassicaceae, kam náleží dalších 170 rodů s asi 2000 druhy. Brukev řepka nemá planého předka. Jde fylogeneticky o velmi mladý a dosud značně poměnlivý a vitální druh, který vznikl jako amfitetraploid s 38 chromosomy po křížení brukve zelné (B.oleracea) s 20 chromosomy a brukve řepice (B.campestris) s 18 chromosomy. Rod Brassica obsahuje asi 50 druhů o kterých se soudí, že vznikly ze společného předka s 10, případně 8 či 12 chromosomy. Původní výskyt řepky je vázán na středomořské gencentrum, kde jsou také lokalizovány brukev zelná a řepice. Řepka se pěstuje ve dvou poddruzích: B. napus L. subsp.napus – brukev řepka olejka a B. napus L. subsp. Rapifera Metzger – brukev řepka tuřín –kolník. III. I. I. Vývoj a pěstování V roce 1983 vznikl tzv. Systém výroby řepky (SVŘ). Ten kodifikoval pěstování řepky, aby došlo ke snížení zaorávek pro vyzimování a současně se zvýšily výnosy semen. Značně přispěl ke
5
zlepšení ochrany proti škůdcům a ke zpřesnění hnojení dusíkem. Výměra i výnosy opět narostly (v r. 1989 102,5 tis.ha a 3,06 t/ha semen) a zaorávky klesly pod 5 % z osevu. Toto období SVŘ bylo spojené s přechodem pěstování na dvounulové odrůdy řepky počínaje rokem 1983 s ukončením v r. 1992. U těchto odrůd klesl obsah kyseliny erukové až na 2 % a snížil se obsah glukosinolátů z asi 80 µmol na 25 µmol/g semene. To umožnilo podstatně širší užití řepkových extrahovaných šrotů jako hodnotného bílkovinného krmiva. Po rozpadu centrálně plánované ekonomiky a změnách politických systémů v socialistických zemích Rady vzájemné hospodářské pomoci se opět výrazně změnilo postavení řepky v Česko – Slovensku. Uvolnilo se značné množství půdy, která již nebyla potřebná pro výživu zvířat, hlavně skotu, neboť rozsah živočišné výroby se mezi roky 1989 – 2000 snížil ve VDJ asi o 48 % . Rapidně se mimo pícnin, jako je silážní kukuřice, jeteloviny a jetelotrávy snížily osevní plochy cukrovky, lnu, zčásti i brambor a luskovin. Mimo růstu úhorů a travních porostů na orné půdě bez krmného využití narostly výrazně plochy všech hlavních olejnin: řepky, máku, hořčice a slunečnice. Poklesla výkonnost celého zemědělského sektoru a to přes to, že výrazně vzrostla produktivita práce a zemědělství podstatně snížilo úroveň vkladů do výroby a sociálních programů. Proto byl zpracován program Systém výroby řepky intenzifikace (SVŘi) s cílem zvýšit výnosy řepky nad 4 t/ha semen. Principem SVŘi je snižování podílu konstantních nákladů na jednotku produkce ředěním ve vyšších výnosech. Vlastní pěstitelská technologie vychází z teorie tvorby výnosů a je cílená na posílení mohutnosti a aktivity kořenového systému, udržení dlouhé doby asimilace, omezení redukce generativních orgánů – úložných míst pro asimiláty a na zlepšení distribuce asimilátů. Z nových vstupů se uplatňují hybridní odrůdy, regulátory růstu, nové pesticidy včetně rozšíření ochrany proti škodlivým činitelům a kodifikují se požadavky na ekosystém řepkového pole z produkčního hlediska. Po roce 1990 se mimo oblast potravinářství začala řepka uplatňovat jako energetická surovina a od roku 2000 se stala nejvýznamnější exportní komoditou rostlinné výroby ČR. To vše vedlo k tomu, že za období 1989/2000 se plochy řepky zvětšily asi o 350 % a mají tendenci dále narůstat.K tomu přispívá i velmi dobrá prodejnost řepky v porovnání s obilninami a luskovinami, případně cukrem či škrobem. Její výměra zřejmě dále poroste a zvýší se výnosy. Dojde i k navýšení cen a to pro dobrou prodejnost řepky. Řepka se pěstuje ve formách jarní a ozimá řepka.Ozimá řepka má v našich podmínkách vegetační dobu 300 až 340 dnů, nejčastěji 320 až 330 dnů, výjimečně v nadmořských výškách nad 600 m i celý rok. Řepka vytváří mohutný kůlový kořen, který je asi z 87 % rozložen v ornici. Nadzemní část ozimé řepky se objevuje ve dvou proměnách: v podzimní fázi listové růžice (fáze vegetativní) a v jarní fázi prodlužovací nebo rychlého růstu (fáze generativní). Lodyha má výšku 120 - 220 cm, nejčastěji 140 - 160 cm. Na lodyze vyrůstá v úžlabí lyrovitých listů zpravidla 6 - 8 větví prvého řádu, které se dále větví. Rostliny při hustotě kolem 60 jedinců na 1 m2 mají zpravidla 300 až 500 květů, ze kterých do sklizně obvykle zůstane 80 až 120 šešulí. Soliterní rostliny mají 3 až 5 tisíc květů a výjimečně i více než tisíc šešulí. Dvouřadá šešule zpravidla obsahuje 15 - 20 tmavě zbarvených semen s hmotností tisíce semen nejčastěji 4,5 až 5,5 g, výjimečně až 10 g. Vyskytují se však i čtyřřadé šešule a šešule se 40 - 50 semeny. Semena mohou být i žlutě zbarvená. Květ je stavěn podle čísla 4. Obvykle má barvu jasně žlutou, výjimečně i světle žlutou či bílou. Řepka je rostlinou včelomilnou, i když je z větší části samosprašná, ovšem v závislosti na ročníku a odrůdě. Sprášení větrem je menší než 10 %, hmyzem (hlavně včely, ale i čmeláci a mouchy) nad 90 %. To je důležité u složených (CHL)
6
hybridů. Běžné odrůdy a restaurované hybridy se mohou samosprášit bez zjevného dopadu na výnos. Z hlavních polních plodin začíná nejdříve kvést řepka (po ranější řepici) a to výjimečně již v poslední dekádě dubna. Kvetení porostu zpravidla trvá 20 - 25 dnů a většinou celé probíhá v květnu. Semeno řepky začíná klíčit při teplotě +1 oC, kořeny rostou již při +2,9 oC a nadzemní biomasa při +5 oC. Rostliny se sílou kořenového krčku nad 8 mm odolávají v půdě i opakovaným holomrazům do -20 oC. Jarovizace probíhá u mladých rostlin v rozmezí 2 - 8 oC po dobu 30 - 60 dnů. Řepka ozimá je typickou dlouhodenní rostlinou, pro jejíž jarovizaci je vhodnější krátký den. Podle vývoje vegetačního vrcholu lze učinit prognózu přezimování a výnosu. III. I. II. Agroekologické přednosti Řepka olejná je vynikající předplodinou pro obiloviny a je žádaným přerušovačem obilních sledů. To je dáno vysokou dodávkou organické hmoty a živin a biofumigačním působením 2fenylethyl isothiokyanátu na řadu patogenů (kap. Řepka a ekosystém, Osevní postup). Zvyšuje úrodnost půdy, odpleveluje, snižuje potřebu průmyslových hnojiv. Podstatná část živin z hnojiv a díky vynikající osvojovací schopnosti i získaných z tíže přístupných vazeb v půdě se vrací zpět pro následné plodiny. Je alternativním zdrojem za organická hnojiva, neboť se do půdy dostane asi 10-15 t sušiny z kořenů, listů, slámy a z výdrolu naroste dalších 10-20 t zelené biomasy s 10-15 % sušiny. Tato hmota nahrazuje 40-60 t hnoje. Pěstování je úspěšné i v sírou emisně zatížených oblastech, protože řepka spotřebuje při výnosu 3,5 t/ha semen asi 80-90 kg S/ha. Může být asanační plodinou. Například při výnosu 3,5 t/ha semen exportuje z pole kolem 25-30 kg S/ha. Je významným zdrojem obživy pro volně žijící faunu, je včelomilná, transparentní žluť květů je významným krajinotvorným prvkem. Brání erozi půdy, splavování dusíkatých látek do spodních vod, snižuje znečištění půdy a vodních zdrojů. Biomasa je významnou součástí plynulého pásu zeleného krmení především pro svoji ranost, levné osivo, rychlé klíčení, růst i při nižších teplotách umožňují využití řepky jako zeleného hnojení. Cenná je i řepka z výdrolu, neboť od sklizně v druhé dekádě července do konce srpna, kdy musí být zaorána před vzejitím nových osevů řepky, vytvoří kolem 10 t/ha zelené hmoty. Do půdy se vrací všechna vyprodukovaná biomasa a to buď přímo (sláma, chlopně šešulí, kořeny) nebo zprostředkovaně (extrahované šroty) prostřednictvím živočišné výroby. V tucích pro lidskou výživu se z koloběhu živin ztrácejí pouze produkty fotosyntetické asimilace: C, O, H. III. I. III. Řepka pro výrobu MEŘO Agrární evropská politika dává konkrétní podněty k řešení dílčích otázek technického nepotravinářského - oleochemického - využití řepky. Je známo, že chemické reakce, kde je jedním z reaktantů molekula mastné kyseliny, se odehrávají buď na karboxylové skupině nebo na dvojné vazbě. Přibližně 11 % výtěžku při štěpení olejů představuje glycerol. Tento velmi důležitý trojsytný alkohol představuje sám o sobě důležité odvětví organické technologie. Při naplnění programu výroby metylesteru mastných kyselin řepkového oleje jako biopaliva vznikne tedy v ČR ročně asi 10 tisíc tun 100 % glycerolu. Vzdor dobré dnešní odbytové situaci je nutno uvažovat o nových, doposud technologicky nezvládnutých aplikacích. Například v oboru biotechnologie: kvasné procesy - zdroj uhlíku. Je příznivou skutečností, že složení mastných kyselin v řepkovém oleji se dá šlechtitelskou prací významně pozměnit.
7
Pro oleochemii je významná možnost rozkladu olejů a tuků buď hydrolýzou nebo alkoholýzou. Produkty rozkladu jsou mastné kyseliny, glycerol a estery mastných kyselin. Z těchto pak velký význam mají hydrolýzou uvolněné mastné kyseliny vzhledem k přítomnosti reaktivních dvojných vazeb a karboxylové skupiny. Řízené chemické reakce na dvojné vazbě a na karboxylové skupině vedou k rozmanitosti oleochemických produktů. Pro hydrolýzu i alkoholýzu je společným rozkladným produktem olejů glycerol, který představuje přibližně 11 % výtěžku při jejich štěpení. Koncem roku 1995 vyvrcholila 1. etapa výstavby výroben bionafty v ČR. K dispozici jsou podle potenciální výrobní kapacity v celkovém rozsahu 63 tis. t metylesterů mastných kyselin řepkového oleje (MEŘO) ročně. Při plném vytížení tyto výrobny zpracují zhruba 180 tis. tun semen. V důsledku značných dovozu MEŘO, 20,1 tis.t v r. 1997, o rok později 26,4 tis.t a za leden až červen 1999 byl import 9,4 tis.t produkce MEŘO nenaplňuje výrobní kapacity. Proto uvádíme potenciál výroby MEŘO jen v objemu 50 tis.t. , když se reálně nejvíce vyrobilo 27,6 tis.t v r.1997. Většinou bionaftu již nevyrábí, ale pouze lisují olej. Vedlejšími produkty jsou řepkové výlisky, resp. šroty (liší se obsahem zbytkového oleje), užívané pro výrobu krmiv a glycerol, který po rafinaci nachází uplatnění v chemickém průmyslu a kosmetice. Metylestery mastných kyselin řepkového oleje (tzv. čistá bionafta) jsou alternativním palivem do vznětových motorů, které není třeba konstrukčně upravovat. Protože se vyrábí z přírodní suroviny, vzniká při jeho produkci až šestkrát méně klimatických plynů vytvářejících tzv. skleníkový efekt ve srovnání s motorovou naftou. Používá se buď samostatně v čisté podobě nebo pro výrobu tzv. směsné bionafty. Ta obsahuje 30 % metylesteru, zbytek jsou vybrané ropné produkty. Směsná bionafta si zachovává řadu ekologických vlastností a je z tohoto pohledu příznivější pro životní prostředí než motorová nafta. Dotační politika státu rozhoduje o uplatnění směsné bionafty, neboť při stejném daňovém zatížení a o asi 5 % nižší energetické účinnosti neobstojí v konkurenci s motorovou naftou z ropy. Dlouhodobým cílem je nahradit 10 - 15 % celkové spotřeby motorové nafty směsnou bionaftou. Nově se zkouší uplatnění etylesteru řepkového oleje (EEŘO). Místo metanolu se pro esterifikaci užívá líh – bioetanol. Směsná bionafta s EEŘO vykazuje ve srovnání s ropnou naftou při 30 % obsahu EEŘO nižší emise oxidu uhelnatého, nespálených uhlovodíků a pevných látek. Produkuje však více oxidů dusíku.
8
VI. Vlastnosti, výhody, nevýhody bionafty IV. I. Bionafta (směsné palivo) Jak už bylo uvedeno bionaftou se rozumí palivo pro vznětové motory vyráběné jednoduchým chemickým postupem, reesterifikací, z přírodních produktů, nejčastěji z rostlinných olejů. Rostlinné oleje jsou tvořeny triglyceridy – estery, především nenasycených vyšších mastných kyselin, jako je např. kyselina olejová, linolova a linolenová. Jedná se nejčastěji o kyseliny s 18-ti členným uhlíkatým řetězcem. Reesterifikací vznikají převážně metylestery mastných kyselin.. Čistý metylester mastných kyselin lze používat jako palivo ve všech vznětových motorech, ať s malými úpravami nebo i bez nich. V Evropské unii se pod pojmem biodiesel rozumí palivo pro vznětové motory, kde je použit pouze čistý MEŘO. Jako palivo však čistý metylester doposud v ČR nenašel využití. V ČR je v současné době na trhu s palivy pro vznětové motory dobře zavedeno směsné palivo s obsahem 31 % obj. MEŘO ve směsi s nízkosirnou motorovou naftou. Podle § 19 odst.1 písm.c),d) a e) zákona č. 141/2001 Sb., o spotřební dani, se pod tímto pojmem rozumí bionafta. Jedná se o směsi paliv a maziv s metylestery řepkového oleje, přičemž podíl MEŘO musí činit 31 % objemových (v/v) všech látek ve směsi obsažených. Pro toto palivo je platná ČSN 656508.Vzhledem k tomu, že se jedná o směs MEŘO s ropnými složkami je podle technické nomenklatury označování jako bionafta nebo biodiesel nesprávné a mělo by se mluvit o směsném palivu. My dále budeme používat označení bionafta. IV. I. I. Důvody k používání bionafty • • • • • • • • • • •
jedním z hlavních důvodů je zachování osevních ploch ve stávající výměře, kdy EU požadované snížení osevní plochy bude využito pro nepotravinářské využití pomoc při řešení strukturálních problémů zemědělství pomoc při řešení sociálních problémů venkova (snižování nezaměstnanosti) spalováním MEŘO, jako složky směsného paliva se nezvyšuje obsah oxidu uhličitého v ovzduší, neboť množství tohoto plynu v exhalacích po spálení MEŘO odpovídá jeho množství spotřebovanému při fotosyntéze během růstu řepky téměř nulový obsah oxidů síry ve spalinách MEŘO snížení kouřivosti motorů snížení ekologické zátěže z provozu městské hromadné dopravy při použití bionafty využití řepkových výlisků jako vydatného zdroje bílkovinného krmiva nahrazujícího dováženou sóju využití řepkové slámy k energetickým účelům využití odpadního glycerinu v kosmetickém průmyslu snížení dovozu fosilních paliv v podobě energetického ekvivalentu za MEŘO [3].
IV. I. II Kvalitativní parametry bionafty Dominantním parametrem, který zajišťuje kvalitu paliva, a který by měl být dodržen, je kvalita MEŘO. Tato kvalita je definována ČSN 656507 (1999). Dalším parametrem, který ovlivňuje celkovou kvalitu směsného paliva, je kvalita motorové nafty (ČSN EN 590) použité do směsi s MEŘO. Tato problematika je však nad rámec tohoto článku.
9
Mezi nejdůležitější parametry patří: •
Číslo kyselosti (nejvýše 0,5 mg/kg) Obsah volných mastných kyselin představuje jeden z největších problémů z hlediska spolehlivosti a výkonu motoru. Vyšší obsah volných mastných kyselin svědčí o nedokonalém průběhu reesterifikace a následném zpracování MEŘO nebo o jeho oxidační stabilitě. Způsobuje korosi palivové soustavy, tvorbu nežádoucích mýdel, vznik nežádoucích polymerizačních procesů v podobě tvorby vysokomolekulárních látek s vysokou vizkozitou charakteru měkkých pryskyřic a lepivých úsad, které způsobují zanášení palivové soustavy. Zvýšeným obsahem volných mastných kyselin se snižuje obsah MEŘO v palivu, čímž je snížena jeho výhřevnost a tedy i výkon motoru.
•
Obsah síry (nejvýše 0,22 mg/kg) Zvýšený obsah síry vede ve spalovacím prostoru ke vzniku síranů, které podporují vznik kapiček paliva a jejich shluků, což má za následek nedokonalé prohoření směsi s následnou čadivostí a tvorbou polymerizujících úsad na vstřicích a kroužcích.
•
Obsah fosforu (nejvýše10 max. 20 mg/kg) Je zde nebezpečí tvorby Ca3 (PO4 ) 2 , který tvoří nábaly (tvrdé úsady) na tryskách a způsobuje nedokonalé rozptýlení paliva a následně špatné prohoření směsi.
•
Obsah alkalických kovů – draslíku (K) event. sodíku (Na) (nejvýše 10 mg/kg) Je zde opět nebezpečí tvorby nábalů, ale tzv. měkkých úsad, které nejsou tak nebezpečné, jako úsady tvrdé.
Z hlediska spolehlivosti chodu motoru byly tyto čtyři důležité parametry v počátcích výroby podceňovány a způsobily řadu poruch, což mělo za následek vznik celé řady fám o nevhodnosti a rizikovosti použití tohoto nového druhu paliva. V současné době se již tyto problémy téměř nevyskytují a směsné palivo se na našem trhu stalo plnohodnotným palivem v porovnání s motorovou naftou. Důkazem o trvalém zajištění standardních kvalitativních ukazatelů, jak MEŘO, tak i směsného paliva v celém řetězci od výrobců, až ke konečnému spotřebiteli je jejich zvyšující se vývoz hlavně do Německa a Polska. O tom, že výroba MEŘO a jeho využití, jako náhrady fosilních paliv má budoucnost, je dokladem neustále se zvyšující poptávka nejen u nás, ale hlavně v EU. IV. II. Další vlastnosti MEŘO •
Při spalování bionafty vzniká pouze takové množství oxidu uhličitého, jaké spotřebuje rostlina při svém růstu. Na rozdíl od fosilních paliv neobsahuje bionafta téměř žádné látky, o kterých se domníváme, že mohou vyvolávat onemocnění rakovinou. Dále je možno bionaftu používat jako topný olej. Kotle pro spalování bionafty musí mít ale k tomu speciálně upravený hořák..
•
Není nebezpečná pro spodní vodu a při jejím spalování je produkováno jen malé množství emisí. Na rozdíl od bionafty může jeden litr fosilní nafty, který se dostane do spodní vody, znečistit milión litrů pitné vody. Využití bionafty by bylo smysluplné především v chráněných krajinných oblastech, v lodní dopravě, při stacionární výrobě elektřiny (např. na ledovcích) apod. V některých rakouských městech jsou již několik let prostředky veřejná hromadné dopravy provozovány na bionaftu. 10
•
U naftových motorů dochází provozem postupně k značnému zakarbonování "srdce" motoru. Důsledkem je zanášení palivových filtrů a v nejhorším případě i přidření motoru. Přejde-li se pak na bionaftu, uvolní se tento karbon důsledkem velmi silného detergentního účinku MEŘO nejenom z motoru, ale i z celé palivové soustavy a nádrže. MEŘO má schopnost motor dokonale vyčistit.
•
Řepka olejná, jako rostlina na sebe dokáže vázat při fotosyntetické reakci daleko více oxidu uhličitého, než se následně při spálení MEŘO uvolní do ovzduší.
•
Má vysokou mazací schopnost (je mastnější než motorová nafta) a tím snižuje opotřebení motoru a prodlužuje životnost vstřikovacích jednotek. Mazací schopnost nafty je zvláště důležitá pro rotační vstřikovací čerpadla, kde jsou veškeré jeho pohyblivé části mazány naftou a ne mazacím olejem.
•
Nevyžaduje žádné zvláštní podmínky pro uskladnění. Lze ji skladovat ve stejných zásobnících jako motorovou naftu, kromě betonových zásobníků. Při vyšším poměru smíchání s motorovou naftou může bionafta poškodit přírodní kaučuk a materiály z polyuretanové pěny.
•
Čistá bionafta není toxická, je biologicky odbouratelná a neobsahuje žádné aromatické látky ani síru.
•
Nezpůsobuje ve vodě mikrobiologické zatížení až do koncentrace 10 000 mg/l a je pro ryby neškodná. Testy na Univerzitě v Idaho prokázaly, že ve vodním roztoku je po 28 dnech degradováno 95 % bionafty oproti pouhým 40 % motorové nafty.
IV. III. Bionafta a motorová nafta IV. III. I Charakteristika motorové nafty Motorové nafty jsou směsi kapalných uhlovodíků získávané z ropy destilací a hydrogenační rafinací vroucí v rozmezí 150 až 370 °C. Mohou obsahovat aditiva na zlepšení užitných vlastností, jako jsou depresanty, detergenty, mazivostní přísady a inhibitory koroze. Základní kvalitativní parametry motorové nafty za normálního klima jsou uvedeny v tabulce 1a. a za arktického klima v tabulce 1b.: Norma: (ČSN EN 590) Použití: Motorové nafty se používají jako paliva pro vznětové motory nebo také jako palivo pro některé typy plynových turbin. Balení, skladování, doprava: Motorové nafty se dodávají v železničních a silničních nádržkových vozech případně produktovodem. Při skladování, dopravě a manipulaci s motorovými naftami musí být dodržována příslušná zákonná ustanovení (Zákon č. 238/91 Sb., Směrnice MZ ČR, Železniční přepravní řád, ČSN 65 0201, ČSN 65 6060 a další). Dopravní označení: RID/ADR:UN:Kemler: 3/32c120230
11
Základní bezpečnostní údaje: Motorové nafty jsou čirou nažloutlou až žlutou hořlavou kapalinou III. třídy nebezpečnosti s bodem vzplanutí nad 55 °C Tabulka 1a. Základní kvalitativní parametry motorové nafty za normálního klima [6] Třída 1 Znak jakosti B D F Časové rozmezí pro jednotlivé prodávané a 15.04 až 1.10 až 15.11 16.11 až 28.02 expedované druhy 30.09 1.03 až 14.04 Filtrovatelnost (CFPP) - °C max. 0 -10 -20 Hustota při 15 °C - kg m3 820 - 860 Cetanové číslo: min. 49 Destilační zkouška do 250 °C předestiluje - % obj. max. 65 do 350 °C předestiluje - % obj. min. 85 do 370 °C předestiluje - % obj. min. 95 Kin. viskozita při 40 °C - mm2/s 2,0 až 4,5 Bod vzplanutí PM - °C min. nad 55 Obsah síry - % hm max. 0,05 Obsah vody - mg. kg max. 200 Celkový obsah nečistot - mg.kg max. 24 Obsah popela - % hm max. 0,01 Výhřevnost - Mj.Kg inf. 42,5 Tabulka 1b. Základní kvalitativní parametry motorové nafty za arktického klima [6] Znak jakosti Třída 2 Hustota při 15 °C - kg m 800 -840 Cetanové číslo: 46 Filtrovatelnost - °C - 32 TVP - °C - 22 Destilační zkouška do 180 °C předestiluje - % obj. 10 do 340 °C předestiluje - % obj. 95 Kin. viskozita při 40 °C - mm2/s 1,5 - 4,0 Bod vzplanutí PM - °C nad 55 Obsah síry - % hm 0,05 Obsah vody - mg. kg 200 Celkový obsah nečistot - mg.kg 24 Obsah popela - % hm 0,01 Výhřevnost - MJ.kg 42,5
12
IV. III. II. Bionafta Dalšími parametry, které zajímají každého motoristu, jsou vlastnosti bionafty vzhledem k motoru a jeho výkonu. Bionafta II. generace je složena z takových komponentů, aby plně vyhovovala normě ČSN EN 590, tj. norma pro klasickou motorovou naftu a ČSN 65 65 08. V tabulce 2. jsou uvedeny aktuální parametry bionafty v porovnání s normou EN 590. Tabulka 2. Parametry bionafty [1] Naměřeno: Cetanový index: 46,3 Filtrovatelnost: -10 o Viskozita při 40 C 2,02 Bod tuhnutí -37 oC Bod vzplanutí 65 oC Obsah Meřo 30,5 %hm. Hustota: 836,6 / 15oC Carbon. zbytek: 0,06 % obj.
Norma: 46 Max. -10,0 2,00 – 4,50 neuvádí Min. 55,0 30 - 36 820 - 860 max. 0,30
IV. III. III. Provoz bionafty a motorové nafty Bionafta, která je dnes běžně k dostání na čerpacích stanicích je velkým lákadlem pro řidiče, zvláště při cenové relaci i o 4,- Kč/litr nižší, než u motorové nafty. Neznalí řidiči potom náhodně natankují do svého vozidla bionaftu místo nafty a často jsou zklamáni výsledkem. V tomto případě však není na vině bionafta. Bionafta zajistí dostatečný výkon jako motorová nafta, ale potřebuje mít zajištěny v palivovém systému dobré podmínky. Jelikož je bionafta velmi náchylná na vodu - při kontaktu s větším množstvím vody se sráží a zanáší palivový filtr - je nutné zbavit palivový systém vody. To lze zajistit vyčištěním nádrže, nebo použitím speciálních odvodňovacích přípravků (pozor, přípravky nesmíchávat s bionaftou). Bionafta působí jako čistič a při průchodu palivovým systémem a motorem na sebe váže usazeniny karbonu. U vozidel s většími usazeninami by náhlý přechod způsobil rychlé zanesení filtrů, nebo v horším případě i zanesení vstřikovacího čerpadla a jeho poškození. Proto výrobci doporučují provést vyčištění motoru, případně přecházet na bionaftu pomalu a postupně a ze začátku častěji měnit palivový filtr. Po zaběhnutí motoru na bionaftu se Vám investice vrátí delší životností filtrů i palivového systému. Při skladování bionafty ve větších nádržích doporučujeme před prvním uložením vyčistit nádrž a zbavit potrubní systém nečistot. Při dlouhodobém skladování může dojít ke kondenzaci vodních par v nádrži a znehodnocení bionafty, proto doporučujeme skladovat bionaftu jen nezbytně nutnou dobu a častěji kontrolovat stav skladovací nádrže. Z hlediska emisí je bionafta ve srovnání s motorovou naftou opět kladně hodnocena. Porovnání emisí bionafty a motorové nafty vystihuje tabulka 3.
13
Tabulka 3. Emise bionafty a porovnání s motorovou naftou [6] Motorová nafta 62 43 223 0,15 0,49
CO (g/hod) CHx (g/hod) NOx (g/hod) SO2 (%) kouřivost (stupnice BOSCH)
MEŘO 56 31 241 0,002 0,26
Bionafta je dostatečnou náhradou za motorovou naftu a dnes se již řidiči nemusí obávat poškození motoru, ztráty výkonu, nebo jiných vedlejších účinků. Pouze při přechodu na bionaftu je potřeba dodržet některé zásady, které výrobce bionafty doporučuje. Bionafta je již běžně používána v nákladních i osobních automobilech a podle referencí některých uživatelů u vozidel osobních a nákladních s nižším výkonem není poznat rozdíl, u vozidel s požadovaným vysokým výkonem (traktory při orbě, těžkotonážní tahače apod.) dochází k poklesu výkonu max. do 2 %. Spotřeba paliva se opět pohybuje podle výkonu motoru a to zvýšením o 0 – 3 % max. I při těchto parametrech je stále bionafta ekonomicky velmi výhodná. Tabulka 4. vyjadřuje porovnání fyzikálních vlastností motorové nafty a bionafty. Je to sledováno pro vznětový motor s výkonem 52 kW, obsahem 4,15, otáčkami: 2 200 ot/min. Tabulka 4. Fyzikální vlastnosti a porovnání s motorovou naftou [6] Sledovaná hodnota Motorová nafta Kinematická viskozita (mm/s): 0 °C 3-14 Kinematická viskozita (mm/s): 20 °C 2-8 Kinematická viskozita (mm/s): 100 °C 0,7-2 cetanové číslo*** 45 měrná hmotnost (kg/l) 0,8-0,86 bod vzplanutí (°C) 55 bod tuhnutí (°C) 0-(-12)
MEŘO 10 6,3-8,1 1,7 54-55 0,87-0,88 130 -7
*** Cetanové číslo - udává objemové procento cetanu (n-hexadekanu) v takové jeho směsi s 1methylnaftalenem, které se chová ve zkušebním motoru za stejných podmínek stejně jako zkoušené palivo. 1-methylnaftalen se nahrazuje 2,2,4,4,6,8,8 - heptamethylnonanem. Cetanové číslo = %cetanu + 0,15 % heptamethylnonanu [1]. Další důležitý okruh, který je potřeba uvažovat, je působení bionafty na motor. Vliv bionafty na motor lze chápat z dvou pohledů, zda-li jde o používání v novém, nepoužívaném motoru, nebo ve starších dieselových agregátech, kde se již používala komerční motorová nafta. Obojí má své výhody a nevýhody, viz. následující tabulka 5.
14
Tabulka 5. Vliv bionafty na motor [6] Nový motor Výhody - udržuje čistý palivový systém - nízké emise - menší zátěž katalyzátoru
Nevýhody - schopnost vázat se s vodou, BIO zhoustne, je nefiltrovatelné a "nemaže" - časem se rozkládá - oxiduje, motor nesmí dlouho stát - údajně "želatinizuje" motorový olej, údajně se zkracuje interval výměny oleje - hlučnější chod v mrazech
- vysoká mazací schopnost - nižší opotřebovávání vstřikovacího čerpadla - bod tuhnutí snížen pod hranici -30 °C - zvýšené cetanové číslo (46 - 56) - snižuje obsah karbonu v motorovém oleji - delší interval výměny palivového filtru, prakticky je interval nekonečný, protože BIO neobsahuje téměř žádné nečistoty Starý motor - vlivem detergence starých agregátů může - BIO je detergentem, rozpouští usazeniny v dojít k "ucpání" paliv. soustavy a následné palivové soustavě - čistí disfunkci => nutná výměna filtrů - vlivem detergence rovněž dochází k usazení karbonu v motorovém oleji - nutné odvodnění palivové soustavy a nádrže paliva, protože BIO reaguje s vodou IV. IV. Vlastnosti bionafty II. generace
Současná bionafta II.generace je doplněna a upravena látkami ropného charakteru, které musí být hluboko odsířené a dearomatizované, aby byla zachována podmínka biologické odbouratelnosti. Kvalitativní parametry jsou uvedeny v tabulce 6. Bionafta si zachovává základní vlastnosti motorové nafty a přitom působí velmi ekologicky na životní prostředí. Současná bionafta II.generace je považována za velký pokrok v oblasti alternativních paliv a je na nesrovnatelně vyšší úrovni proti původní bionaftě. Bionafta II. generace je tedy palivo pro vznětové motory s obsahem methylesterů řepkového oleje nad 30 %. Zbývající části této směsi jsou motorová nafta a příslušná aditiva. Při teplotě 20 °C je to čirá kapalina bez viditelné vody, méně nebo více zabarvená do žluta.
15
Tabulka 6. Základní kvalitativní parametry [6] Požadované vlastnosti jednotky třída
filtrovatelnost CFPP *
Vyhodnocení + vyhovuje
teplota
- nevyhovuje
°C
B
0
+
°C
D
-10
+
°C
F
-20
+
Hustota při 15°C
kg/m3
820 - 860
+
Kinematická viskozita při 40°C
mm2/s
2,00 až 4,50
+
46
+
< 65
+
Cetanový index
min.
Destilační zkouška: při 250°C předestiluje
%(V/V) max.
při 350°C předestiluje
%(V/V)
min.
85
+
při 370°C předestiluje
%(V/V)
min.
95
+
°C
min.
> 55
+
mg/kg
max.
350
+
Conradsonův zbytek
% (m/m) max.
0,30
+
Síra
% (m/m) max.
0,04
+
Popel
% (m/m) max.
0,01
+
24
+
třída 1
+
max.
0,25
+
% (m/m) min.
> 30
+
36
+
Bod vzplanutí (PM) Voda
Obsah mech. nečistot
mg/kg
Korozivní působení na měď
stupeň
(3hod. Při 50°C)
koroze
Číslo kyselosti
mg KOH/g
max.
Obsah methylesterů mastných kyselin řepkového oleje **
max.
16
Výhřevnost (informativně)
MJ/kg
40,5
+
* Palivo je k dispozici v několika třídách CFPP v závislosti na klimatických podmínkách. V průběhu roku se dodává palivo s následujícími zaručenými vlastnostmi : od 15.4. do 30.9. třída B podle filtrovatelnosti ( CFPP max. 0 °C) od 1.10. do 15.11. třída D podle filtrovatelnosti ( CFPP max. -10 °C) od 16.11. do 28.2. třída F podle filtrovatelnosti ( CFPP max.-20 °C, TVP max. - 8 °C) od 1.3. do 14.4. třída D podle filtrovatelnosti ( CFPP max. -10 °C) ** Obsah methylesterů řepkového oleje je vyjádřený jako methyloleát a je stanovený číslem esterovým. Použití: bionafta II.generacese používá jako paliva pro vznětové motory. Balení, skladování, doprava: bionafta II.generacese dodává v silničních nádržkových vozech. Při skladování, dopravě a manipulaci s motorovými naftami musí být dodržována příslušná zákonná ustanovení (Zákon č. 238/91 Sb., Směrnice MZ ČR, Železniční přepravní řád, ČSN 65 0201, ČSN 65 6060 a další). Dopravní označení: RID/ADR:UN:Kemler: 3/32c120230 Základní bezpečnostní údaje: bionafta II.generace je čirou nažloutlou až žlutou hořlavou kapalinou III. třídy nebezpečnosti s bodem vzplanutí nad 55 °C. Dnes je výroba a užití celé škály aditiv pro naftové motory neodělitelnou součástí moderních paliv pro vznětové motory. Aditivace spočívá v multifunkčním působení jednoho a téhož additiva a dále je nutno respektovat fyzikálně - chemické a palivářské vlastnosti daného paliva. Při rozhodování a volbě nejvhodnějšího výběru druhů a dotace aditiv musíme vzít v úvahu: 1) Čím větší je podíl MEŘO (methylesteru řepkové kyseliny) tím větší potíže a problémy vyvstávají, především s oxidační stálostí paliva, tvorbou pryskyřic, tvorbou úsad jak v nádržích, kohoutech, potrubích, zejména však ve vstřikovacím čerpadle a na tryskách. Tvoří se pryskyřičnaté úsady na rozvodovém mechanizmu či ve vlastním kompresním prostoru úsady na dřících ventilů a na koruně pístu.Potom mluvíme o tzv. "řepkové únavě" motoru. Motor ztrácí výkon a přehřívá se při plné zátěži, zvyšuje se spotřeba paliva. MEŘO vykazuje také svoje plusy. Poskytuje palivu zvýšenou maznost, neboť dostatečná viskozita paliva sama ještě neznamená záruku, že nedojde k poruše vstřikovacího čerpadla. Dokladem je "švédská anabáze" ve SVENSKA SHELL po uvedení superčisté motorové nafty typu CLASS I s pouhými 10 ppm síry a nafty typu CLASS II s 50 ppm síry. V tomto případě docházelo po ujetí cca 3 - 12 000 km k zadření vstřikovacích čerpadel. MEŘO poskytuje podstatně lepší emise zejména v případě oxidu siřičitého, oxidu uhelnatého, sazí a pochopitelně i částic. Největším argumentem MEŘO je 99 % odbouratelnost dle testu CEC-E 33-A 93 během 21 dnů. Ovšem i ostatní složky mohou dosahovat vysokého procenta odbouratelnosti, která u samotné klasické motorové nafty je max. kolem 72 % v závislosti na obsahu aromatických uhlovodíků a síry. 2) Další složkou bionafty druhé generace jsou lehké či těžké alkany, které představují rovněž odbouratelnou složku navíc s vynikajícími palivářskými vlastnostmi. Nedostatkem lehkých
17
alkanů je nedostatečná maznost. N-alkany ovlivňují pozitivně emise, ovšem spotřeba roste neboť mají nízkou měrnou hmotnost. 3) Třetí majoritní složkou bionafty druhé generace je střední bezsirný destilát přinášející dobrou výhřevnost, dobrou spotřebu a výkon, ovšem s vysokými exhalacemi a špatnou odbouratelností. Proto zde záleží na tom, aby výrobce získal zdroj bezsirného středního destilátu s technologickým minimem aromatických uhlovodíků (asi 15 %). Je nutné odsíření tohoto destilátu na 0,05 % síry, aby tak se při překročení tohoto limitu nezvýšil počet částic v emisích. A právě proto se používá jako třetí komponenty komerčně dosažitelná CITY-nafta. Tyto a podobné složky v různých variantách obsahuje většina u nás vyráběných bionaft druhé generace. Ovšemže ne všechny tyto bionafty u nás uvedené na trh mají optimální sladění výrobních složek, některé mají příliš velký podíl lehkých složek, a tudíž nízkou měrnou hmotnost často klesající pod 800 kg m-3 s negativními dopady na spotřebu a maznost. Jiné jsou v důsledku vysokého podílu MEŘO a dalších těžkých ropných složek zvyšují karbonizaci motoru a emise. IV. IV. I. Výhody bionafty druhé generace (NATURDIESELu) • • • • • • • • • • • •
Je to kompaudní nafta vícesložková, většinou 3složková Je biologicky rozložitelná z 90 % za 21 dnů Jednotlivé složky bionafty (MEŘO, ALKANY, či hydrogenačně odsířený plynový olej či petrolej z hydrokraku a alkény či olefiny ve formě NERATENu) jsou domácího původu Výhřevnost se blížící komerční naftě 42,1 MJ kg-1 Motorářské a palivářské vlastnosti téměř totožné s naftou EHK Naturdiesel obsahuje jen 1/3 MEŘO, vykazuje výborné exhalace,nízkou kouřivost, spotřebu téměř srovnatelnou s EHK naftou. JE misitelná s běžnou naftou v jakémkokoliv poměru. Emise jsou bez aromátů, bez SO2 a polyaromátů (PAH) Motory nevykazují žádné změny na výkonu a intervaly výměny oleje jsou normální Chladové vlastnosti jsou výborné díky petrolejové frakci a Neraténu Bionafta má vynikající cetanové číslo Nízká karbonizace obdobná jako u EHK nafty Byla dosud ekonomicky zvýhodněna pouhými 5 % daně.
V současné době se bionafta první generace (MEŘO) používá pouze jako komponenta do bionafty druhé generace (NATURDIESELu). V síti čerpacích stanic v ČR je možné zakoupit v současné době pouze NATURDIESEL. IV. V. Ekonomická oblast bionafty Konkurenční schopnost ”biopaliv” vůči motorové naftě totiž velmi závisí na daňovém zatížení. Aby směsná nafta byla na trhu konkurenceschopná je výroba takto zdaněné směsné nafty subvencována tak, aby konečná cena byla na výši 90 % ceny motorové nafty. Tento systém je velmi komplikovaný a v praxi snižuje schopnost bionafty II.generace cenově konkurovat motorové naftě a stimulovat koncové spotřebitele k užívání ekologických paliv. Nový daňový systém pro bionaftu by měl respektovat (tak jako v zemích EU), objemový podíl čistého metylesteru obsaženého v palivu a tento podíl ve směsné naftě zvýhodnit nulovou spotřební daní. Směsná nafta by tak byla zatížena spotřební daní v maximální výši 5624,- Kč/1000 litrů
18
Ze sbírky zákonů dne 30.6.1999: "§ 21 Základ daně Základem daně je množství paliv a maziv, u nichž vznikla daňová povinnost podle § 5 a 20, vyjádřené v 1 000 litrech při teplotě 15 oC. To neplatí pro zkapalněné plyny, u nichž je základem daně množství vyjádřené v tunách čisté hmotnosti, a pro stlačené plyny, u nichž je základem daně množství vyjádřené v m3 při normálním tlaku a teplotě [5]. "§ 22 Sazby daně automobilové benziny a letecké pohonné hmoty (s výjimkou leteckých petrolejů) technické benziny směsi benzinů podle § 19 odst. 4 a směsi benzinů s jinými palivy a mazivy (s výjimkou směsí benzinů s jinými palivy a mazivy motorové nafty (s výjimkou bionafty podle § 19 odst. 3) a petroleje topné oleje lehké a velmi lehké směsi paliv a maziv používané jako pohonná hmota nebo jako surovina či polotovar pro výrobu bionafty podle § 19 odst. 3 (s výjimkou směsí benzinů podle § 19 odst. 4 a směsí benzinů s jinými palivy a mazivy) ropné destiláty z destilace nebo krakování ropné suroviny používané jako pohonná homota ropné destiláty z primární destilace nebo krakování ropné suroviny používané jako surovina či polotovar pro výrobu bionafty podle § 19 odst. 3 upravené uhlovodíkové produkty (s výjimkou plynných) získané jako vedlejší produkt při těžbě zemního plynu nebo ropy používané jako pohonná hmota nebo jako surovina či polotovar pro výrobu bionafty podle § 19 odst. 3 automobilové a letecké motorové a převodové oleje a automobilová plastická maziva směsi paliv a maziv používané pro topné účely ropné destiláty z primární destilace nebo krakování ropné suroviny používané pro topné účely upravené uhlovodíkové produkty (s výjimkou plynných) získané jako vedlejší produkt při těžbě zemního plynu nebo ropy paliva obsahující líh podle § 19 odst. 6 písm. a) a b) zkapalněné plyny používané jako pohonná hmota (s výjimkou bioplynu) zkapalněné plyny používané jinak než jako pohonná hmota (s výjimkou bioplynu) stlačené plyny používané jako pohonná hmota stlačené plyny používané jinak než jako pohonná hmota směsi paliv a maziv obsahující méně než 70 % minerálních olejů používané jako pohonná hmota nebo jako surovina či polotovar pro výrobu bionafty podle § 19 odst. 3 směsi paliv a maziv obsahující méně než 70 % minerálních olejů používané
19
10 840 Kč/1 000 l 10 840 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l 0 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l 10 840 Kč/1 000l 2 850 Kč/t 0 Kč/t 0 Kč/m3 0 Kč/m3 8 150 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l
pro topné účely bionafta podle § 19 odst. 3 směsi paliv a maziv obsahující méně než 70 % minerálních olejů používané jako pohonná hmota nebo jako surovina či polotovar pro výrobu bionafty podle § 19 odst. 3 směsi paliv a maziv obsahující méně než 70 % minerálních olejů používané pro topné účely
20
0 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l 8 150 Kč/1 000 l
V. Závěr Problematika využití alternativních paliv je v současné době, kdy je ovzduší čím dál více znečišťováno, důležitým faktem. O tom, že doprava se na znečišťování životního prostředí podílí čím dál tím větším způsobem si možná někteří z nás ještě občas připustí. Málokdo z nás si však v praktickém každodenním životě uvědomí, že největší podíl na této neutěšené situaci má zejména automobilová doprava. Motorizace společnosti neustále stoupá a nikdo z odborníků si dnes netroufá říci, zda bude ukončena - zejména v průmyslových zemích. Dopravu nemůžeme jen tak zastavit. Můžeme se, ale podílet na snížení následků jejího působení. Měli bychom tedy prosazovat alternativní paliva. Motorová biopaliva jsou nejen ekologická, nenavyšují skleníkový efekt a neprodukují zdravotně škodlivé emise, ale rovněž vytvářejí možnost provozování motorových agregátů a automobilů po vyčerpání fosilních paliv. Mělo by se usnadnit používání alternativních pohonných hmot místo benzínu a nafty, zejména z obnovitelných zdrojů energie a zavést přísnější podmínky pro využívání zdrojů energie. Protože jestliže prognózy ukazují, že do roku 2020 poroste množství automobilů daleko rychleji než populace, pak je opravdu čeho se obávat. Doba, kdy prestiž osobnosti bude dána silou jejich myšlenek - oproti současnosti, kdy prim často hraje ,,síla motoru‘‘ - se bohužel tak zdá být v nedohlednu.
21
Seznam použité literatury 1. ŠEŠULKA, V. Analýza paliv. Praha: SNTL, 1970. 260 s. Typové číslo L16-C3-IV-31/67 629/IX 2. Bionafta [online]. [cit. 2002-11-10]. Dostupné z WWW:
. 3. Prof. Kovář, Jiří. Ekoczech – Bionafta II [online]. 1999, [cit. 2002-11-10]. Dostupné z WWW: . 4. Energetik [online]. 2001-2002, [cit. 2002-11-10]. Dostupné z WWW: . 5. Zákon 129/1999 Sb. [online]. 1999, [cit. 2002-11-10]. Dostupné z WWW: . 6. Bionafta – Biodiesel [online]. 2002, [cit. 2002-11-10]. Dostupné z WWW: .
22
Obsah I. Úvod
2
II. Biomasa
3
II. I. Všeobecné využití biomasy II. II. Způsoby získávání energie z biomasy II. III. Princip získávání bionafty z biomasy II. IV. Výhody vzužití biomasy III. Vznik a vývoj bionafty
3 3 4 4 5
III. I. Řepka olejná
5
III. I. I. Vývoj a pěstování III. I. II. Agroekologické přednosti III. I. III. Řepka pro výrobu MEŘO
6 7 7
IV. Vlastnosti, výhody, nevýhody bionafty
9
IV. I. Bionafta (směsné palivo)
9
IV. I. I. Důvody k používání bionafty IV. I. II. Kvalitativní parametry bionafty
9 9
IV. II. Další vlastnosti MEŘO
10
IV. III. Bionafta a motorová nafta
11
IV. III. I. Charakteristika motorové nafty IV. III. II. Bionafta IV. IV. Vlastnosti bionafty II. generace
11 13 15
IV. IV. I. Výhody bionafty II. generace (NATURDIESELu) IV. V. Ekonomická oblast bionafty
18 18
V. Závěr
21
Seznam použité literatury
22
23
