UNIVERZITA
PARDUBICE
Dopravní fakulta Jana Pernera
Znečištění životního prostředí z dopravy, využití alternativních paliv a alternativních zdrojů energie Seminární práce
Vypracoval: ing. Bašta Václav
Obsah: Úvod ....................................................................................................................... 1 1. Část první - produkce emisí silniční motorovou dopravou ................................ 4 1.1 Analýza znečištění ovzduší v ČR v souvislosti s předpisy EU .......................... 4 1.2 Posuzování vlivu emisí vozidel a kvality pohonných hmot .............................. 7 2 Část druhá – využití alternativních paliv a dalších alternativních zdrojů energie v dopravě, jejich vliv na zátěž životního prostředí a energetická náročnost dopravních systémů .......... 13 2.1 Základní aspekty používání alternativních paliv ............................................ 13 2.2 Požadavky na spotřebu motorových paliv ..................................................... 15 2.3 Biopaliva ........................................................................................................ 15 2.3.1 Kapalná biopaliva ...................................................................................... 16 2.3.2 Porovnání vlastností klasických a alternativních motorových paliv ............ 17 2.3.2 Bioetanol pro palivářské užití v ČR ............................................................ 19 2.3.3 Aktuální stav výroby a odbytu biopaliv na bázi řepkového oleje v ČR ....... 23 2.4 Plynná biopaliva ............................................................................................ 24 2.5 Jiné zdroje biopaliva ...................................................................................... 25 2.6 Alternativní paliva na bázi fosilních surovin ................................................... 26 2.7 Využití zemního plynu ( CNG, LNG) .............................................................. 30 2.8 Využití zkapalněných rafinérských produktů (LPG) ....................................... 31 2.9 Ostatní alternativní paliva .............................................................................. 33 2.10 Ostatní faktory ovlivňující spotřebu energie ................................................. 35 2.11 Hybridní pohony .......................................................................................... 35 2.12 Elektromobily ............................................................................................... 37 2.13 Nízkoemisní vozidla ..................................................................................... 37 -1-
2.14 Jiné typy pohonů vozidel .............................................................................. 38 Závěr ................................................................................................................... 38 Použitá literatura .................................................................................................. 40 Souhrn, klíčová slova .......................................................................................... 40 Použité zkratky ..................................................................................................... 42
-2-
Úvod Seminární práce je věnována vlivu dopravy na životní prostředí. Práce je rozdělena na dvě samostatné kapitoly. První kapitola se zabývá produkci emisí motorových vozidel v souvislosti s předpisy EU. Dále je zde zhodnocen současný stav produkce emisí z dopravy a prognóza na celostátní i regionální úrovni , včetně predikce emisí do roku 2015. Druhá kapitola se zabývá alternativními zdroji paliv. Kromě již známých typů alternativních paliv je v práci věnována pozornost některým specifických druhům paliv a novým typům pohonů. Poslední část je zaměřena na nová technická řešení směřující k výhledovému využití dnes již známých zdrojů energií: vodíku,biomasy a sluneční energie.
-3-
1. Část první – produkce emisí silniční motorovou dopravou 1.1 Analýza znečištění ovzduší v ČR v souvislosti s předpisy EU Míra znečištění venkovního ovzduší – imisní situace – je objektivně zjišťována monitorováním koncentrací znečišťujících látek a porovnáním zjištěných koncentrací s imisními limity, případně s přípustnými četnostmi překročení imisních limitů, jakožto úrovněmi, které by dle legislativy neměly být v ochraně ovzduší překračovány [1]. Schválením Směrnice Rady 96/62/EC o hodnocení a řízení kvality ovzduší (Rámcová směrnice) vytvořila EU budoucí způsob postupu pro zachování, případně zlepšení kvality vzduchu tak, aby došlo k zabránění, předcházení a snižování vlivů znečištěného ovzduší na lidské zdraví a ŽP. Základním posláním Rámcové směrnice je nejen definice a stanovení cílů, ale i zavedení jednotných metod a kritérií pro posuzování kvality ovzduší ve všech členských zemích. K dosažení limitních hodnot ve stanovených termínech zavedla Rámcová směrnice koncepci každoročně se snižujících tolerančních mezí tak, aby toleranční mez dosáhla nuly k datu „vyhovění“ limitním hodnotám. Cíle uvedené v této směrnici budou vždy konkretizovány v následných takzvaných dceřiných směrnicích tím, že budou určeny pro jednotlivé škodlivé látky limitní úrovně a prahové hodnoty odvozené od aktualizovaných doporučení Světové zdravotnické organizace (WHO). Navazující směrnice 99/30/EU (tzv. První dceřiná směrnice) stanovuje v ovzduší limitní hodnoty pro oxid siřičitý, oxid dusičitý a oxidy dusíku, olovo a suspendované částice (limitní hodnota je vztažena na prachovou frakci PM10), dále směrnice 2000/69/EC určuje limitní hodnoty pro oxid uhelnatý a benzen, a konečně byla přijata směrnice 2002/3/EC stanovující limitní hodnoty pro ozon. Nová česká legislativa zcela reflektuje požadavky EU na kvalitu ovzduší stanovením limitních hodnot cílených na ochranu zdraví dle doporučení WHO. Nařízení vlády č. 350/2002 Sb. stanovuje imisní limity a meze tolerance pro oxid siřičitý, oxid dusičitý a oxidy dusíku, oxid uhelnatý, suspendované částice, benzen, olovo, nikl, rtuť a navíc také limitní hodnoty pro kadmium, arsen, nikl, amoniak a polyaromatické uhlovodíky vyjádřené jako benzo(a)pyren. Dále pak stanoví cílové imisní limity a dlouhodobé cíle pro troposférický ozon a depoziční limit pro prašný spad. Rovněž stanovuje měření úrovně znečištění ovzduší a hodnocení při posuzování úrovně jeho znečištění, zabývá se také oblastmi a místy se zhoršenou kvalitou ovzduší. Tabulka 1 uvádí sestavený přehled imisních limitů, mezí tolerance, četnost dovolených překročení v kalendářním roce i data splnění vymezených limitů pro jednotlivé znečišťující látky.
-4Tabulka 1. Imisní limity a meze tolerance pro látky znečišťující ovzduší
Zdroj: Nařízení vlády č. 350 / 2002 Sb.
-5-
Rámcová směrnice 96/62/EC požaduje v souladu s principem subsidiarity (realizace opatření požadavků na nejnižší možné řídící úrovni), aby členské státy rozdělily svá území do zón s hodnocením a řízením kvality ovzduší a tak co nejvhodněji administrativně zajistily hodnocení a řízení kvality ovzduší na celém svém území. Nové směrnice EU pro kvalitu ovzduší požadují po členských státech rozdělit svá území do zón, příp. aglomerací, a v těchto zónách hodnotit kvalitu ovzduší. Zóny jsou tedy primární jednotky pro řízení kvality ovzduší a směrnice specifikují požadavky na hodnocení kvality ovzduší v jednotlivých zónách. Aglomerace jsou pak definovány směrnicemi jako zóny s počtem obyvatel nad 250 000 nebo s počtem obyvatel nižším, ale s takovou hustotou obyvatelstva na km2, která opravňuje nutnost stanovení a řízení kvality ovzduší na tomto území. Podle obecně přijímaného výkladu v členských zemích má vymezení zón vycházet především z administrativního členění státu tak, aby zóny jako administrativní jednotky mohly plnit požadavky, které směrnice stanovují na hodnocení kvality ovzduší, předávání zpráv Komisi a řízení kvality, např. formou akčních plánů. Požadavek vymezení zóny tak, aby na jedné straně vyhovovalo administrativnímu členění státu a na druhé straně respektovalo územní rozložení znečištění jednotlivých příměsí může být obtížně splnitelný. V souladu s právem EU (96/62/EC a 2001/81/EEC) vymezuje Nařízení vlády č. 351/2002 Sb. základní pojmy: kritická zátěž, územní jednotka sítě, kritická úroveň, národní a krajské emisní stropy, směrovou a cílovou hodnotu, emisní projekci a inventuru i acidifikaci. Hodnoty emisních stropů je nutné na území ČR dosáhnout nejpozději v roce 2010. V následujících letech musí být pak tyto hodnoty snižovány dále tak, aby v roce 2020 nebyly překročeny kritické zátěže. Tabulka 2 uvádí hodnoty národních emisních stropů a tabulka 3 doporučené hodnoty krajských emisních stropů pro vybrané znečišťující látky v roce 2010. Hodnoty jsou stanoveny podle Goeteborského protokolu-AcETO o omezení acidifikace, eutrofizace a přízemního ozonu k Úmluvě EHK OSN o dálkovém znečišťování ovzduší překračujícím hranice států. Stanovené hodnoty emisních stropů mohou být sníženy v rámci národních programů, prokáže-li se potřeba a rovněž reálná možnost řešení. Tabulka 2. Hodnoty národních emisních stropů v roce 2010
-6Tabulka 3. Doporučené hodnoty krajských emisních stropů v roce 2010 pro vybrané znečišťující látky
Zdoj: Příloha č.1 k Nařízení vlády 351/2002/Sb.
Porovnání stanovených emisních stropů pro ČR s dosavadní úrovní emisí uvádí tabulka 4. Z uvedených hodnot vyplývá, že ČR v současnosti splňuje požadavky na emise SO2 a NH3, překročeny jsou emisní stropy pro NOx a VOC. K dosažení emisního stropu pro oxidy dusíku bude nutné vyvinout značné úsilí, neboť se jedná o snížení emisí NOx o 40 % do roku 2010. Jak uvádí Zpráva o stavu ŽP v ČR za rok 2001, ke slabým stránkám aktuálního stavu ŽP patří i nadále vysoké měrné emise oxidu uhličitého, zejména vzhledem k průměrům EU. Nárůst hustoty automobilové dopravy je příčinou pouze mírně klesajícího či dokonce místy rostoucího trendu imisního zatížení oxidy dusíku. Tabulka 4. Srovnání produkce emisí v ČR se stanovenými emisními stropy
* rok 1999
1.2 Posuzování vlivu emisí vozidel a kvality pohonných hmot Vývoj jakosti motorových paliv pro zážehové a vznětové motory je v posledních letech výrazně ovlivňován požadavky na ochranu ŽP, zejména zlepšení kvality ovzduší, neboť automobilová doprava patří mezi největší zdroje jeho znečištění. Proto již v říjnu 1998 schválil Evropský parlament a Rada Směrnici 98/70/EC, ve které s platností od 1. 1. 2000 zavedl přísnější kriteria, než uvádí Evropská norma pro motorová paliva EN 228/1998. Další následné zpřísnění požadavků na kvalitu paliv pak proběhlo ještě od 1. 1. 2005 v souladu se Směrnicí Komise 2000/71/EC. Tyto kvalitativní požadavky pro benzínové i naftové pohonné hmoty jsou uvedeny v tabulce 5.
-7Tabulka 5. Předpisy pro PHM dle Směrnice 98/70/EC
Ke trendu zlepšování jakosti pohonných hmot se veřejně přihlásily významné petrolejářské společnosti, které hledají cesty jak vyrábět paliva pro motory ještě lepších užitných a ekologických vlastností než předepisují příslušné technické normy. Také Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu (ČAPPO) vyhlásila už pro roky 1998 - 1999 „Ekologickou iniciativu“, jejíž cílem bylo v místních podmínkách dosahovat příznivějších parametrů, než stanoví normy a předpisy o ochraně ŽP. Jednalo se především o nové parametry, obsah aromátů a olefinů, a zpřísnění obsahu benzenu a síry v automobilových benzínech. Novým ukazatelem jsou polyaromatické uhlovodíky a zpřísnění obsahu síry v motorové naftě. Vyhodnocení výsledků plnění jakostních ukazatelů jsou uvedeny v tabulce 6. Z uvedeného přehledu vyplývá, že firmy sdružené v ČAPPO splnily závazky pro tehdy platné normy ČSN EN 228 a ČSN EN 590 se značnou rezervou. Této kvality PHM bylo dosaženo důslednou péčí výrobců, dovozců i značkových distribučních firem a jejich úzkou spoluprací. Značný podíl na tomto faktu měla i osvěta a ekologické uvědomění vedení zaměstnanců společnosti [3]. Tabulka 6. Srovnání ukazatelů jakosti PHM pro motorová vozidla
Vysvětlivky: (n) není normován v platné ČSN EN. Skutečné hodnoty jakostních parametrů propočteny váženým průměrem českých výrobců (výroba) a 90 % segmentu dovozců (dovoz). Nebylo zaznamenáno jednorázové překročení sledovaného ukazatele jakosti.
Z tabulky 7 je patrné, že tuzemští výrobci (Česká rafinérská a.s. a PARAMO a.s.) byli schopni vyrobit PHM s přísnými jakostními znaky EU [3], až na obsah benzenu v automobilovém benzínu již v předstihu před existencí Vyhlášky MPO ČR 227/2001 Sb., kterou se stanoví požadavky na PHM pro provoz vozidel na pozemních komunikacích a způsob sledování a monitorování jejich jakosti. Tato skutečnost vyplývá z posledního sloupce této tabulky, kde jsou uvedeny hodnoty z přílohy č. 1 (Jakostní ukazatele pro paliva určená pro
vozidla vybavená zážehovými motory) a přílohy č. 2 (Jakostní ukazatele pro paliva určená pro -8vozidla vybavená vznětovými motory) k této vyhlášce. Dále tato vyhláška stanovuje přísnější limit 0,005 g.l-1 pro obsah olova než směrnice 98/70/EC, která předepisuje hodnotu 0,013 g.l-1. Tabulka 7. Srovnání parametrů výroby PHM v ČR s parametry platnými v EU
Jako příklad vysoce dynamického ovlivňování kvality PHM politickými kroky se jeví příklad SRN. Jak je uvedeno v [4] podařilo se v Německu v důsledku politického snažení, tedy cestami daňových předpisů, zavést předpisy Směrnice 98/70/EC platné od roku 2005 pro kvalitu PHM s velkým předstihem. Již od 1. 1. 2001 byl v prodeji benzín „Superplus“ s obsahem síry 50 mg.kg-1a od 1. 11. 2001 prakticky „bezsírový“ ϒ⇐ 10 mg.kg-1 . Na základě dobrovolného ujednání mezi Spolkovou vládou, automobilovým a petrolejářským průmyslem jsou PHM, které obsahují 50 mg.kg-1 síry (tedy předpokládaný obsah platný k 1. 1. 2005) zatíženy na jeden litr dodatečně daní ve výši 0,015 Euro. Od 1. 1. 2003 pak dojde k dalšímu zatížení daní ve stejné výši pro PHM s obsahy síry vyššími než 10 mg.l-1 . K tomu však bude nutné vyvolat změny Směrnice 98/70/EC, kterou navrhlo Německo EU. Rada EU však předpokládá německou Spolkovou vládou navržené daňové zatížení snížit. Vývoj automobilové dopravy v posledních desetiletích v evropských průmyslově vyspělých státech vedl k tomu, že se doprava stala stejně významným emitorem zatěžujícím ŽP jako průmysl. Např. v Německu dle oficiální statistiky Umweltbundesamt [5] se podílí doprava z 51 % na produkci CO, z 35 %na produkci NOx a z 21 % na produkci VOC. Emisní legislativa je určována dokumenty EHK OSN a EU (Direktivy EC). Emisní předpisy obou těchto subjektů jsou ve shodě, liší se pouze v dobách jejich vstupu v platnost. Přehled vybraných předpisů souvisejících s produkcí emisí u vozidel všech kategorií vybraných z přílohy č. 1 k Vyhlášce MDS 341/2002 Sb. je uveden v tabulce 8. Tabulka 8. Přehled homologačních předpisů EHK OSN a směrnic EU souvisejících s produkcí emisí u vozidel všech kategorií
-9-
Emisní legislativa rozděluje motorová vozidla do následujících základních kategorií: - osobní (M1) a lehká užitková (N1) vozidla s hmotností < 3,5 t se zážehovými a vznětovými motory (předpisy EHK OSN 15, EHK OSN 83, EURO); - dvou nebo tříkolové motocykly se zážehovými motory a objemem > 50 cm3 (předpis EHK OSN 40); - dvou nebo tříkolové motocykly se zážehovými motory a objemem < 50 cm3 – malé motocykly a mopedy (předpis EHK OSN 47); - autobusy, lehké, střední a těžké nákladní automobily s hmotností > 3,5 t se vznětovými motory i zážehovými motory spalujícími plynná paliva (předpis EHK OSN 49); - speciální pracovní stroje a traktory s výkonem > 37 kW se vznětovými motory (předpis EHK OSN 96). Emisní předpisy vydané EU jsou všeobecně známy jako tzv. EURO předpisy. V tabulkách 9 a 10 jsou přehledně shrnuty platnosti předpisů pro motorová vozidla EURO a
EHK OSN 83. -10Tabulka 9. Přehled platnosti všech sérií předpisu EHK OSN 83 pro produkci nových automobilů
Tabulka 10. Porovnání emisních předpisů EURO a EHK OSN 83 pro kategorie vozidel M1 a N1
Podstatným zdrojem emisí automobilů je motor (karburátor a výfuk), dále pak odvětrání nádrže PHM a podvozek (pneumatiky a brzdy). Složení výfukových plynů motorů je rozdílné podle typu motoru (benzínový, naftový) a jízdního režimu, jakož i druhu a kvalitě PHM. Jak benzínové, tak i naftové motory emitují při provozu CO, NOx, organické sloučeniny a na obsahu síry v PHM závislý SO2. Komponenty organických sloučenin jsou směsí skládající se z více než 100 látek [6]. Vzhledem k ovzduší jsou z hygienického hlediska středem zájmu především aromáty jako benzen, toluen, xyleny, PAU i aldehydy. Spalovací motory emitují kromě plynných komponent také pevné částečky, jejichž množství jsou u benzínových motorů oproti naftovým řádově na nižších úrovních. Emise sazí u automobilů se vznětovými motory představují vysoké karcinogenní riziko pro zdraví obyvatelstva, zvláště pak dětí v obcích [7]. Tabulka 11. Limitní hodnoty škodlivin [g.km-1] ve výfukových plynech pro produkci nových automobilů v EU
Zdroj: Bayerisches Landesamt fuer Umweltschutz, 2002
•
osobní automobily s přímým vstřikováním
-11-
Tabulka 11 uvádí limitní hodnoty deklarované předpisy EU u škodlivých komponent ve výfukových plynech nově vyráběných automobilů. Emisní limity pro nákladní vozidla a autobusy nerozlišují hmotnost ani zdvihový objem motoru a jsou vyjadřovány v hodnotách g.kWh-1. Jednoduchým přepočtem při známém průměrném výkonu motoru [kW] za daných podmínek a rychlosti vozidla [km.h-1] lze získat emisní hodnoty v kg.km-1 [3]. Pro nové nákladní automobily a autobusy jsou sledované limitní hodnoty škodlivin ve výfukových plynech uvedeny v tabulce 12. Tabulka 13 uvádí limitní hodnoty pro mopedy a motocykly. Obdobně jako v případě osobních a lehkých užitkových vozidel bude zpřísňování emisních limitů vyžadovat řadu konstrukčních změn a úprav i u nákladních automobilů a autobusů. Tabulka 12. Hodnoty výfukových plynů pro nové nákladní automobily a autobusy [g.kWh-1]
Zdroj: Bayerisches Landesamt fuer Umweltschutz, 2002
Tabulka 13. Hodnoty výfukových plynů u motocyklů a mopedů [g.km-1]
Legislativa v ČR v oblasti ŽP a dopravy se přijatými dokumenty v r. 2002 výrazně posunula směrnicím a dokumentům EU, což je nezbytné vzhledem k časovému harmonogramu o přistoupení ČR k EU. K uvedenému stavu přispívá skutečnost, že předpisy EHK OSN týkající se dopravy a ŽP jsou shodné s příslušnými směrnicemi ES. Vznikající nová česká legislativa respektuje směrnice EU. Bylo zjištěno, že maximální přípustné obsahy znečišťujících polutantů ve výfukových plynech motorových vozidel i PHM v ČR jsou na
stejné úrovni jako v zemích EU. -12-
2. Využití alternativních paliv a dalších alternativních zdrojů energie v dopravě, jejich vliv na zátěž životního prostředí a energetická náročnost dopravních systémů. 2.1. Základní aspekty používání alternativních paliv Dopravní prostředky v současné době využívají pro svůj pohon paliva prakticky výhradně fosilního původu. Spotřeba energie v dopravě se blíží 40 % celkové spotřeby energie ve světě. Stále silněji se projevuje vliv trvale rostoucí produkce skleníkových plynů na klimatické podmínky planety a potvrzuje se vyčerpatelnost fosilních zdrojů energie. Přechod sektoru dopravy na trvale udržitelný způsob provozu je proto zásadní podmínkou jeho dalšího rozvoje. Globální změny klimatu stejně jako zajištění energetických zdrojů pro příští generace se stávají vážným politickým tématem ve všech vyspělých státech. Tyto skutečnosti je nutno si uvědomit s plnou zodpovědností nejen za budoucnost vlastní země, ale i za budoucnost celé planety. Provoz motorových vozidel se zásadním způsobem podílí na znečišťování životního prostředí. Negativní důsledky jsou nejvýznamnější v urbanizovaných územích, kde představují vážná zdravotní rizika pro obyvatele. Významného snížení této zátěže lze dosáhnout konverzí naftových motorů u městských autobusů, obslužných a zásobovacích vozidel, na pohon v současnosti dostupnými druhy alternativních paliv. Alternativní paliva pro pohon motorových vozidel by měla v budoucnu nahradit dnes používaný benzin a motorovou naftu. Zavádění alternativních paliv v dopravě je tedy jednou z možných cest ke snižování znečištění ovzduší způsobeného provozem dopravních prostředků. V důsledku jednoduššího chemického složení a struktury uhlovodíků vzniká spalováním CNG nebo LPG oproti naftě o 15 – 30 % méně CO2. Plyn jako palivo motorů silničních vozidel může také značně zmírnit produkci pevných částic, oxidů dusíku, benzenu, některých vyšších uhlovodíků, a oxidu uhličitého. Předpokladem k dosažení takového snížení je však správné řešení a technická úroveň spalovacího motoru. Ve srovnání s naftovými motorem dosahují spalovací motory na alternativní paliva nižších hodnot emisí hygienicky nejzávažnějších škodlivin, zejména pevných částic (PM), polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH) včetně polycyklických aromatických uhlovodíků karcinogenních (PAHkarc.). Měření znečištění ovzduší polycyklickými aromatickými uhlovodíky v blízkosti autobusů poháněných motory naftovými a na zemní plyn prováděná Hygienickou stanicí Karviná zjistila o 25 – 75 % nižší znečištění motory na zemní plyn. Výsledky jiných měření
-13(KSD/VŠCHT, 1997), uvádí řádově stokrát nižší podíl PAH v celkově emitovaných uhlovodících u motorů na CNG. Výrazné snížení koncentrace pevných částic ve spalinách je mimořádně příznivým efektem z toho důvodu, že částice na sebe váží vysoce škodlivé PAH a PAHkarc. Nižší jsou i emise NOx, CH a CO. Na druhé straně spalování zemního plynu vede k vyšším koncentracím metanu ve spalinách. To je možno řešit odpovídajícími konstrukčními opatřeními na motoru a použitím oxidačního katalyzátoru ve výfukovém systému vozidla. Emitované nespálené uhlovodíky z plynového zážehového motoru jsou z hygienického hlediska méně závažné než emise vyšších uhlovodíků naftového motoru. Celkové hodnocení provedených emisních měření a výzkum složení výfukových plynů ze spalovacích motorů poukazuje na ekologické výhody využívání alternativních paliv. Jejich používání je výhodné jak z hlediska požadavků dnešní legislativy, tak z pohledu znečišťování ovzduší a rizika znečištění ostatních složek prostředí. Nižší emise NOx a hlavně nízké emise pevných částic jsou účinným opatřením k potlačení vzniku smogových situací. V případě NOx potom i ke snížení acidifikace životního prostředí. Výsledky měření emisí a provozní zkušenosti s bionaftou II.generace jasně napovídají, že jde o palivo, které alespoň částečně pomůže snížit množství emisí při provozu vznětových motorů. Využití bionafty jako alternativního paliva je dále vhodné v ekologicky citlivých oblastech a u stavebních strojů, kde případný únik paliva může ohrozit zasažené ekosystémy. Nevýhodou tohoto druhu bionafty je vysoký podíl fosilní složky. Naopak její výhodou je použitelnost ve vznětových motorech bez potřeby zásadnější změny v konstrukci. Z výsledků všech měření emisí u plynových motorů vyplývá, že plyn jako palivo pro spalovací motory je palivem plně ekologickým. Je možno konstatovat, že úprava spalovacích motorů na LPG v kombinaci s oxidačním katalyzátorem, a na CNG, má jednoznačně kladný efekt na množství emitovaných oxidů dusíku, oxidu uhelnatého, částic, aldehydů a polyaromatických uhlovodíků. Z paliv, které jsou v současnosti v České republice nejsnáze dostupné, se více prosazuje LPG, neboť přestavba motoru na jeho spalování je jednodušší než pro CNG. LPG je navíc dostupnějším palivem, neboť infrastruktura plnících stanic je již dostatečně hustá. Výstavba infrastruktury potřebné pro LPG je levnější a jednodušší než pro CNG. Jako palivo pro motory je ale jednoznačně kvalitnější CNG, a to hlavně díky vysoké antidetonační odolnosti, která umožňuje oproti LPG vyšší kompresní poměr, a tím zvýšit i účinnost motoru. Zemní plyn lze označit za perspektivní palivo, jehož vlastnosti a dostupnost budou doceněny v blízké budoucnosti. V Evropě má téměř čtvrtinu emisí CO2 na svědomí automobilová doprava, v celosvětovém měřítku je to asi 17 %. Právě snížení emisí oxidu uhličitého je hlavní prioritou všech výrobců automobilů. Nedá se přitom očekávat, že by se zastavil růst počtu motorových vozidel. Zatímco v roce 1900 jezdilo po světe 8000 automobilů, v současné době je to mezi 600 až 800 miliony a předpokládá se, že do roku 2050 může tento počet narůst až na 2 miliardy. Hlavními cestami, jak snížit zatížení životního prostředí emisemi CO2 jsou: zvýšení účinnosti spalovacích motorů a tím snížení jejich spotřeby; diverzifikace zdrojů energie (elektřina, zemní plyn, bioplyn, vodík, a pod.); vývoj obnovitelných zdrojů energie a zdokonalování motorů využívajících alternativní paliva.
-14-
2.2 Požadavky na spotřebu motorových vozidel Světová energetická rada (WEC) konstatuje, že doprava je nejrychleji se rozvíjejícím odvětvím, které mělo za posledních 20 let jen rostoucí požadavky na spotřebu ropy. Podle údajů WEC je v některých zemích Organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj (OECD) 600 vozidel na 1 000 obyvatel, i když většina zemí vně OECD má méně než 20 automobilů na 1 000 obyvatel. Jak je uvedeno ve zprávě WEC z roku 1996, z uvedených faktů vyplývá možnost dalšího podstatného rozšiřování silniční dopravy. S tím je spojeno další zvyšování energetické spotřeby a nutnost rozvoje dopravní infrastruktury. Zpráva WEC se zabývá vývojem do roku 2020. Předvídá se zájem o problém globálního oteplování omezený na země OECD, nečlenské země vně OECD se budou koncentrovat na své vlastní problémy. Podle WEC bude trendem počátku tisíciletí snížení významu osobních automobilů ve srovnání s kamionovou a leteckou dopravou. Očekává se, že spotřeba energie pro osobní automobily výhledově klesne ze stávajících 50 % z celkové dopravní potřeby na 30 %. Jejich využití klesne na 30 % proti dnešním 50 %. Počet automobilů očekávaný Světovou energetickou radou na silnicích kolem r. 2010 se předpokládá 1,118 miliardy, za jistých podmínek, např. vhodného rozvoje letecké a železniční hromadné dopravy může klesnout však na 775 milionů. Podle odhadů Shell International Petroleum Co. Ltd., se na světových silnicích nyní pohybuje 600 milionů vozidel. Vozidla spálí ročně více než 600 mil. t benzínu a 370 mil. t motorové nafty. To odpovídá spotřebě 40 000 l.s-1. Spálením 1 t motorové nafty vzniká 2,8 t emise oxidu uhličitého. Státy Evropské unie produkují ročně 3 300 mil. t tohoto skleníkového plynu. 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.
2.3 Biopaliva Biopaliva jsou jedním ze základních alternativních a perspektivních druhů energie. Možností využití energie biomasy je celá řada a výzkum tohoto oboru přináší konkrétní výsledky, které jsou postupně uplatňovány v praxi. Energetická bilance při pěstování řepkového oleje vyznívá velmi příznivě: energetický vstup pro řepku včetně agrotechniky a zpracování na olej činí 17,6 GJ ha-1, zatímco výstup 46,6 GJ ha-1 (podle dr. Friedricha z berlínského výzkumného ústavu UBA) což je 2,65 násobný zisk energie z jednoho hektaru. Vezme-li se však do bilance energetický obsah vedlejších produktů (např. slámy, šrotu, glycerinu a pod.), pak podle údajů výzkumníků francouzského ústavu SOFIPROTEOL stoupne energetický zisk až 6 krát a z 1ha můžeme v našich poměrech získat až 1000 kg surového oleje po technologickém zpracování řepkového semene.
-15-
2.3.1 Kapalná biopaliva Nejvyšší potenciál z obnovitelných energií má energie z biomasy. Stávající agrární politika předpokládá, že více než 0,5 mil. ha orné půdy v České republice bude možno využít pro fytoenergetiku. Kromě tepelného využití biomasy jako biopaliva (sláma, stromová kůra, dřevní štěpka, brikety a pelety) je v oblasti fytoenergetiky významnou oblastí substituce stávajících motorových paliv biopalivy, zejména bionaftou, rostlinnými oleji, bioetanolem, případně upraveným bioplynem nebo dřevoplynem. Využití rostlinných olejů jako motorového paliva je možné dvojím postupem. První cesta je technologické transformace rostlinného oleje na bionaftu alkylesterizací spojené s odstraněním vysoké viskozity a malé těkavosti rostlinných olejů. Druhou cestou je přizpůsobování motorů pro používání rostlinného oleje. V České republice je zavedena výroba bionafty jako metylesteru řepkového oleje na 14 malých výrobnách s kapacitou 500 - 2000 t a dvou průmyslových výrobnách (30 000 t Milo Olomouc; 12 000 t Mydlovary). Produkovaná bionafta je neomezeně mísitelná s motorovou naftou a palivovou směs bylo možno získat již u řady čerpacích stanic. Řepkový metylester lze bez potíží používat i neředěný motorovou naftou ve veškerých vznětových motorech za předpokladu, že pryžová a plastová těsnění a armatury budou vyměněny za součástky odolné k působení metylesteru. Zároveň může dojít ke snížení viskozity motorového oleje, který je třeba měnit v kratších intervalech. Některé nové sériové modely osobních automobilů se vznětovými motory jsou již upraveny a povoleny pro využití bionafty. Bionafta je doporučena v nových sériích stavebních a technických strojů, v zemědělských traktorech a samochodných strojích. Energetická a ekonomická efektivnost výroby bionafty souvisí s efektivním krmivářským využitím řepkových pokrutin a s recyklací odpadů z výroby bionafty, kterým je směs glycerínu a metylalkoholu. Druhou cestou je přizpůsobení motoru rostlinnému oleji. Technické řešení je možné ve více variantách. Původní dieselův motor vynalezený v roce 1895 byl konstruován na podzemnicový olej, jeho dlouhodobý další vývoj byl však spojen s motorovou naftou. Pro využití čistého rostlinného paliva se hledají vhodná konstrukční řešení. V roce 1989 představila německá firma Eicher zemědělcům traktor s tříválcovým motorem o výkonu 80 kW na řepkový olej. Firma Motorenfabrik Manheim upravuje motory pro použití na řepkový olej. Firma Heizomat Hilpolstein vyrábí optimalizovaný Elsbettův motor rovněž pro přímé využití oleje jako paliva. K získávání oleje jsou nabízeny malé kontinuálně a pomalu pracující šnekové lisy o výkonnosti 10 - 100 kg/hod, které lze nastavit pro zpracování jednotlivých druhů semen a požadovaného stupně lisování. 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 ekologického hlediska jsou biopaliva na bázi rostlinných olejů z řady aspektů výhodnější než motorová nafta. Bioenergetické výstupy biopaliva z řepkového oleje jsou minimálně 2,5krát vyšší než ostatní vstupy energií (včetně pěstování). Další biopalivo, které se v současné době v ČR začíná využívat je bioetanol vyráběný buď z obilnin nebo z cukrovky. Jeho hlavní uplatnění bude jako aditivum v benzinové směsi Natural, kde nahradí stávající aditivum na bázi metylalkoholu připraveného z fosilních zdrojů. V některých státech se připravují palivové směsi až s 20% přídavku bioetanolu. Uplatnění bioplynu jako motorového paliva také není novou záležitostí. Již před 20 lety byl komprimovaný bioplyn získávaný v čistírnách odpadních vod využíván pro pohon nákladních automobilů. S výstavbou nových bioplynových stanic na zpracování bioodpadu
-16může být využití bioplynu jako motorového paliva obnoveno. Biologickým zpracováním např. 10 kg kuchyňských odpadů lze získat 1 m3 čistého bioplynu, což je palivo pro 10 km jízdy osobního automobilu. Další možností výroby motorových biopaliv je zplynování fytomasy nebo bioodpadů se setrváním vstupní suroviny 1 - 2 sekundy v reakční zóně při teplotě reaktoru cca 500°C. Tento proces je označován jako rychlá pyrolýza a jeho produktem jsou především páry a aerosoly, v menší míře plyn. Ochlazením produktů vznikne kapalina o hustotě 1,1 - 1,2 kg/l s výhřevností 16,5 - 19 MJ/t. Takto získanou kapalinu lze upravovat pro použití jako motorové palivo. Motorová biopaliva jsou nejen ekologická, nenavyšují skleníkový efekt a neprodukují zdravotně škodlivé emise, ale současně vytvářejí možnost provozování motorových agregátů a automobilů po vyčerpání fosilních paliv.
2.3.2 Porovnání vlastností klasických a alternativních motorových paliv Vlastnosti alternativních paliv ze zemědělské produkce jsou velmi podobné v porovnání s ostatními motorovými palivy ropného původu. Ropná paliva mají jiné složení. Fyzikální a chemické vlastnosti rostlinných olejů a jejich esterů jsou však velmi podobné motorové naftě a fyzikální a chemické vlastnosti alkoholů a jejich éterů jsou velmi podobné automobilním benzinům. Použití čistých rostlinných olejů a alkoholů vyžaduje speciální úpravu motorů. Užití esterů a éterů jako přídavků v palivových směsích úpravy nevyžaduje. Vznětové motory - rostlinné oleje a estery - bionafta Pro použití ve stávajících vznětových motorech je nutné rostlinný olej získaný lisováním upravit, aby se co nejvíce přizpůsobil motorové naftě ve fyzikálně-chemických a zejména v palivářských vlastnostech. Produktem této úpravy je methylester, který se mezinárodně označuje jako RME, u nás jako MEŘO a je základní palivovou složkou, která sama o sobě již může sloužit jako palivo pro dieselovy motory. V tomto případě mluvíme o bionaftě první generace. Může se také stát složkou multikomponentního paliva pro diesely, pak hovoříme o bionaftě druhé generace či také o směsné naftě (tvořené směsí dvou nebo více palivářských komponent) tzv. NATURDIESEL. Pro svoji obsahovou nejednoznačnost se termín bionafta v technické dokumentaci nepoužívá. Technické normy ČSN v nynější podobě uznávají pouze termíny: metylestery řepkového oleje (MEŘO) směsné palivo pro vznětové motory s obsahem metylesteru řepkového oleje (nad 30% hm. MEŘO, max. 36% hm. MEŘO) Metylester řepkového oleje (MEŘO) se sice chemicky liší od ropných produktů, avšak jeho hustota, viskozita, výhřevnost a průběh spalování se motorové naftě velmi přibližují. MEŘO se ve srovnání s motorovou naftou vyznačuje vcelku pozitivním vlivem na životní prostředí. MEŘO vykazuje podstatně lepší parametry ve srovnání s motorovou naftou v emisích CO2, SO2 a kouřivosti. Mírně vyšší má pouze emise NOx, což lze eliminovat seřízením motoru. Provozní přechod na metylester (a naopak) usnadňuje neomezená mísitelnost s motorovou naftou. Provozní problémy spojené se zředěním motorového oleje a přechodem na zimní období byly odstraněny formulací směsného paliva s obsahem 30-36 % metylesteru řepkového oleje - SNM 30. Tato směs se chová prakticky jako klasická motorová nafta. Výhody bionafty (resp. směsné nafty) druhé generace (NATURDIESEL): Je to kompaudní vícesložková nafta (většinou 3složková).
Je biologicky rozložitelná - 90 % za 21 dnů. -17Jednotlivé složky bionafty (MEŘO, ALKANY C10 - C13, či C14 - C 18, hydrogenačně odsířený plynový olej či petrolej z hydrokraku a alkény či olefiny ve formě NERATENu) jsou domácího původu. Výhřevnost (42,1MJ kg-1) se blíží běžné naftě. Motorářské a palivářské vlastnosti téměř totožné s naftou EHK. Naturdiesel s obsahem 1/3 MEŘO vykazuje nízké emise a kouřivost, spotřebu téměř srovnatelnou s EHK naftou. Palivo je mísitelné 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 daňovou sazbou spotřební daně ve výši 5%. V současné době se bionafta první generace (MEŘO) používá pouze jako komponenta do bionafty druhé generace. Zážehové motory - alkoholy a étery Pro zážehové motory může být použit etanol a metanol přímo, nebo po přepracování jako metyl-terc-butyl-éter (MTBE) a etyl-terc-butyl-éter (ETBE). Obě suroviny fungují jako antidetonační činidlo (zvyšují oktanové číslo benzinu) a oxidační činidlo (obsahují kyslík, který zlepšuje spalování, což vede ke snížení obsahu některých škodlivých látek ve výfukových plynech). Přídavek 10-15 % okysličujících látek (alkoholů nebo éterů) k autobenzinům sníží emise: oxidů uhlíku o 20 až 25 % uhlovodíků o 10 až 15 % benzenu o 20 až 30 % oxidů dusíku o 5 % formaldehydu o 6 až 8 % Orientace na zpracování bioetanolu na ETBE, který může nahradit MTBE ve formulacích moderních autobenzinů, tvoří strategickou páteř českého programu využití bioetanolu pro oblast pohonných hmot. ETBE z bioetanolu je komponentou bezolovnatých autobenzinů, ale lze jej použít i do benzinů olovnatých. Uvedený způsob je s úspěchem využíván v řadě zemí (zejména Francie, též Itálie a USA). Pro výrobu bioetanolu lze využít cukernaté a škrobnaté plodiny, zejména cukrovku a obiloviny. Bioetanol - líh se jako pohonná látka uplatňoval již ve 20 a 30 letech minulého století. Líh k pohonu motorů se upravoval ve směsi, z nichž domácí přípravek vyráběný za první Československé republiky se nazýval dynalkol. Dynalkol byla směs 40 % etylalkoholu se 60 % benzénu. Kromě toho se vyráběl pro specielní účely dynalkol letecký, složený ze 44 % lihu, 44 % benzénu a 12 % petroleje. Tyto směsi se připravovaly v rafineriích. Pro uvedené účely se užíval alkohol 96,7 %-ní. Směs obou látek je velmi stálá a má měrnou hmotnost 850 kg.m-2 a bod tuhnutí pod -20 °C. Startovatelnost byla velmi dobrá, chod motoru tichý bez rušivých rázů a vysoce pružný. Tvoření sazí, kouřivost i zaolejování svíček bylo minimální. Jiné podobné směsi používané ve dvacátých a třicátých letech jsou: Etol, směs 50 % lihu, 25 % petroleje a 25 % etyléteru; natalit, směs 55 % lihu, 44,9 % etyléteru a 0,1 % amoniaku, carburant national (francouzský přípravek), směs 50 % lihu, 49,9 % benzénu nebo
benzinu a 0,1 % amoniaku; Reichskraftstoff (německý přípravek) 50 % lihu, 30 % benzénu -18nebo benzinu a 20 % acetonu, nebo po 50 % lihu a acetonu apod. Podle současných zahraničních zkušeností lze bioetanol využívat pro pohon zážehových motorů v zásadě dvěma způsoby: _ Etanol jako palivo _ Etanol jako přísada. První cestou se prakticky jako jediná na světě vydala Brazílie. Jako hlavní složku pohonných směsí využívá etanol. Program byl zahájen v roce 1975. Ani zde se nepoužívá etanol jako jediná složka motorového paliva, a v každém případě se jedná o pohon upravených zážehových motorů. Používaná paliva (podmínkou je úprava motorů): - alkoholické (95 % vodného etanolu + 5 % autobenzinu), - směsné benzinové palivo (22 % bezvodého etanolu + 78 % autobenzinu), - směs "MEG" (33 % metanolu, 60 % etanolu, 7 % autobenzinu). Vývojový trend směřuje k směsnému benzinovému palivu, jak vyplývá ze zahraničních zkušeností při využití etanolu.
2.3.2 Bioetanol pro palivářské užití v ČR Zážehové motory Současná spotřeba automobilních benzínů se pohybuje kolem 2 milionů tun. Pro užití palivářského bioetanolu lze využít dva způsoby: - přimíchávání 5 - 7 % etanolu do bezolovnatých benzinů, - míchání 13-15 % hmotnostních ETBE (etyl-terc-butyl-éteru) do bezolovnatých benzinů typu Natural. Při současné výrobní kapacitě lihovarského průmyslu asi 650 000 hl čistého lihu (65.000 m3) to představuje nárůst výrobní kapacity v nejoptimálnější variantě na přibližně trojnásobek. Z hlediska zpracovatelů v petrochemickém průmyslu i prodejců je vhodnější použití ETBE. Proto se předpokládá uplatnění bioetanolu ve formě ETBE (jeho produkce se předpokládá v českém petrochemickém průmyslu), jehož přídavek do bezolovnatého autobenzinu by byl maximálně 15 % hmotnostních. Pro 1 mil. t autobenzinů (především bezolovnatých) je zapotřebí 150 tis. t ETBE, resp. 70 tis. t bioetanolu ročně, pro 2 mil. t autobenzinů pak 300 tis. t ETBE a 140 tis. t bioetanolu ročně. Tyto hodnoty je však nutné považovat za maximální a je třeba zohlednit i dovoz benzinů a ostatní výrobní možnosti. První rafinérská přislíbila využít 50 000 t bioetanolu jako antidetonačního a oxidačního činidla do bezolovnatých benzinů (tj. 700 000 t benzinu s 15 % ETBE). Etanol se bude přepracovávat na éter, etyl-terc-butyl-éter (ETBE), který má výhodnější palivářské vlastnosti než samotný etanol a především neváže vodu, čímž lze předejít korozi skladovacích, přepravních a čerpacích zařízení. S přídavkem 15 % ETBE se vlastně přidává 7 % bioetanolu. Menší firmy nabízejí dnes výrobu benzinu typu natural s obsahem 5% kvasného lihu a 10% kosolventu, který rovněž omezuje usazování vody a předchází korozi. Pro spotřebitele jsou obě varianty prakticky stejné, neboť po kvalitativní stránce benzin v obou případech splňuje evropskou normu. Vznětové motory Využití bioetanolu pro pohon vznětových motorů lze realizovat výrobou etylesteru řepkového oleje EEŘO. V minulosti byl záměr na uplatnění bioetanolu při výrobě esterů rostlinných olejů (zejména řepkového) omezován bariérou cenového rozdílu bioetanol metanol. Tento rozdíl cen nepříznivě ovlivňoval alternativu EEŘO proti MEŘO. Motorářské
vlastnosti obou paliv se podle předpokladů příliš neliší, v provozním měřítku se však výroba EEŘO v EU neuplatnila. -19V roce 1998 vláda ČR odsouhlasila pro další přípravu programu základní principy státní ekonomické podpory produkce bioetanolu pro výrobu českého ETBE s tím, že stát uhradí cenový rozdíl bioetanol-metanol. Tím se úvahy o výrobě EEŘO staly reálnějšími. Výhodou je, že kromě úpravy technologického režimu reesterifikace lze využít stávající výrobní zařízení (v ČR je teoreticky k dispozici přes 100 tis t.r-1 kapacit MEŘO se spotřebou přes 10 tis. t metanolu). Na stávajících výrobních zařízeních je možné vyrábět jak MEŘO, tak EEŘO. Technologicky je třeba tuto úvahu přesněji ověřit, zejména při různých technologiích reesterifikace (s katalyzátorem KOH za běžné teploty, s katalyzátorem NaOH za 80 °C, příp.s etanoláty K nebo Na). Provozní zkoušky výroby EEŘO (např. v RPN Chrudim – viz. tabulka 1) naznačily, že naznačená cesta je správná. Tabulka 1. Porovnání technických ukazatelů pro motorovou naftu, MEŘO s EEŘO (etylester řepkového oleje) z provozního pokusu ve výrobně MEŘO v RPN Chrudim
-20-
Poznámka: Nevyhovující vysoké číslo kyselosti EEŘO je technologicky řešitelné.
Přímé použití etanolu pro pohon vznětových motorů naskýtá možnost výrazného snížení emisí škodlivin. Kvasný etanol (bioetanol) má však proti motorové naftě o 35 % horší výhřevnost, a tím i vyšší měrnou spotřebu v motorech. Z tohoto pohledu daleko lépe vycházejí metylestery řepkového oleje jako alternativní palivo do vznětových motorů. Přesto jsou provozní aplikace bioetanolu ve vznětových motorech známy. Důvodem k jeho uplatnění je velmi příznivé složení emisí (zejména nízká je kouřivost). Obecně je možné snižovat výsledné emise konstrukčními zásahy v motoru, použitím katalyzátorů a v neposlední řadě vhodným složením (formulací) paliv. Bioetanolové palivo se skládá z přibližně 90 % bioetanolu, kolem 5 % přísady AVOCET (obchodní označení přísady obsahující 80 % nitroesteru, 18 % metanolu, 2 % antikorozní a jiné přísady) jako urychlovače zapalování, zbytek organické alkoholy jako denaturační přísady. Má sice o 25 % nižší cenu než motorová nafta (při zohlednění daňového osvobození bioetanolu), ale o 35 % vyšší spotřebu vztaženou na stejný energetický obsah měrné jednotky paliva, (1 l motorové nafty odpovídá 1,34 l bioetanolu). Provozní zkoušky (Švédsko) vykazují v městských autobusech srovnatelné výsledky. Motor (SAAB - SCANIA DSI 11 E) je rovněž konstrukčně upraven a je vybaven katalyzátorem. Používání paliva v městské dopravě je příznivější k životnímu prostředí z hlediska složení emisí a kouřivosti, ale provoz je proti motorové naftě i "bionaftě" (metylesterům řepkového oleje) finančně nákladnější. Výsledky měření emisí a kouřivosti provedených ve spolupráci VÚZT a TU Liberec jsou uvedeny v následujících grafech 1 a 2. Při zkouškách byl motor provozován s palivy: - Nafta motorová (ČSN EN 590, resp. ČSN 65 6506)
- Metylestery řepkového oleje (ČSN 65 6507) - Směs 95 % bezvodého bioetanolu a 5 % a přísady AVOCET (ICI) -21Pro motor ZETOR 7701 provozovaný na motorovou naftu a na alternativní motorová paliva lze uvést tyto závěry: _ hodnoty měrných emisí NOx při provozu na motorovou naftu (NM) a na metylester (MĚŘO) jsou přibližně stejné, při provozu na BIOETANOL byly emise výrazně nižší; _ měrné emise CO jsou při provozu na motorovou naftu (NM) a metylester (MĚŘO) opět téměř stejné, BIOETANOL je má poloviční; _ měrné emise CH jsou u alternativních paliv o něco vyšší než u motorové nafty (NM), nejvyšší jsou u BIOETANOL (zvýšení proti motorové naftě o 57 %); _ kouřivost motoru provozovaného na motorovou naftu (NM) je nejvyšší, snížení asi o 25 % je patrné u metylesteru (meřo), kouřivost BIOETANOLU je minimální. Uvedené výsledky jsou patrné z následujících grafů 1 a 2. Graf 1. Hodnoty kouřivosti pro motorovou naftu a alternativní paliva
-22-
Graf 2. Porovnání emisí motorové nafty a alternativních paliv
2.3.3 Aktuální stav výroby a odbytu biopaliv na bázi řepkového oleje v České republice V roce 2000/2001 došlo k významnému nárůstu tržního prodeje řepkových methylesterů (biodiesel - bionafta). Vzestup cen ropy a ropných produktů vedl k výraznému zvýšení poptávky po biopalivech, jak u čerpacích stanic, tak také u provozovatelů dopravních parků. Propagace a prezentace v odborném i denním tisku způsobila změnu v pohledu veřejnosti na bionaftu (směsná nafta s přísadou MĚŘO), která se tak stala všeobecně nejznámějším produktem z obnovitelných surovin. V ČR dosáhla výroba methylesterů řepkového oleje za rok 2000 celkem 67,245 tis. t, z čehož bylo 93 % vyrobeno s dotační podporou. Celková výroba směsného paliva s hmotnostním podílem 31 % methylesterů řepkového oleje činila 227 131 t. S ohledem na dovoz a vývoz dosáhla celková domácí spotřeba směsného paliva 231 754 t, což představovalo 9,7 % podíl na spotřebě motorové nafty v ČR. Následující tabulka ukazuje vývoj výroby, vývozu, dovozu a spotřeby methylesterů řepkového oleje v České republice.
-23Tabulka 2. Přehled výroby, vývozu, dovozu a spotřeby MEŘO v České republice
Nový způsob podpory uplatňovaný od 1. 10. 2001 vychází z Nařízení vlády ČR č 86/2001 Sb., které stanoví formy a rozsah uvádění orné půdy do klidu. Zohledňuje se především podpora pěstitelů řepky. Státní zemědělský intervenční fond nakupuje řepku olejnou z půdy určené do klidu a z volného trhu, zajistí její skladování a prodává výrobcům řepkových methylesterů za přesně stanovenou cenu, zajišťující konkurenceschopnost methylesterů, resp. směsného paliva s motorovou naftou. Zvlášť velká pozornost se věnuje managementu kvality zahrnující producenty, obchodní a nákupní organizace, přepravu a skladování, s cílem prezentace kvalitního produktu řepkových methylesterů a směsného paliva, a udržení trvalé důvěry u spotřebitelů a výrobců vozidel.
2.4 Plynná biopaliva Zdrojem plynu, kterého lze využívat jako paliva v dopravě, může být energetické využití odpadů jehož jedním z produktů je bioplyn. Jde o plyn získaný při anaerobní fermentaci (vyhnívání) organických látek živočišného nebo rostlinného původu. Mezi obnovitelnými zdroji energie má biomasa jedinečné postavení, protože na rozdíl od jiných zdrojů (větrné energie, vodní energie a jiných) představuje obrovský energetický potenciál. Ten je téměř desetkrát větší, než činí roční objem kompletní světové produkce ropy a plynu dohromady. V České republice je možné k čistě energetickým účelům využít až 8 miliónů tun biomasy a odhaduje se, že tímto zdrojem může být u nás pokryto 15 – 20 % spotřeby všech paliv a energií. V dopravě je pro pohon motorových vozidel využíván především vyčištěný skládkový plyn. Bioplyn je pro účely pohonu motorových vozidel nutno zbavit přebytku nežádoucích příměsí, zejména oxidu uhličitého a sirovodíku tak, aby odpovídal požadavkům na zemní plyn (obsah metanu nad 95%, výhřevnost srovnatelná). Nevýhodou současného používání bioplynu jako pohonné hmoty je jeho omezené množství a pouze lokální možnost použití. Bioplyn v dopravě nachází nejširší uplatnění v Evropě ve Švédsku, Dánsku, Rakousku, Švýcarsku, Francii a Itálii, mimo Evropu pak v Brazílii, USA, Chile a na Novém Zélandu. MagneGas - plynné palivo z obnovitelných surovin a odpadů Koncem roku 2000 byla v USA uvedena do provozu nová technologie s označením MagneGas, vyrábějící plyn s vysokým energetickým obsahem (vyšším než u zemního plynu). Tato technologie je schopna na plyn přeměnit rozličné uhlovodíky v kapalné fázi, např. jakýmkoli způsobem použité odpadní oleje, různé roztoky, kontaminované vody, ale i některé
odpady biologického původu, např. odpadní rostlinné oleje, splaškové vody zemědělského a komunálního původu, apod. Z výše uvedených látek je produktem plyn vysoce bohatý na vodík - MagneGas - vyznačující se výbornými fyzikálními i bezpečnostními vlastnostmi. Hoří -24rychle, ale neexploduje ani při nárazu. Díky své vůni je snadno detekovatelný. Je lehčí než vzduch, a proto se při eventuelním uvolnění plynule rozptýlí do okolí. Základ tohoto vysokooktanového plynu (až 150 oktanů) tvoří tzv. cluster (hrozen) na rozdíl od "běžných" plynů, jež jsou nejčastěji uspořádány do uhlovodíkových řetězců. Clusterové uspořádání účinně "svazuje" do hroznů s uhlíkem a kyslíkem vodík, který je jinak ve své samostatné podobě třaskavý, nebezpečný a obtížně skladovatelný. Kromě jiného využití plynu (nahradí ve svařování acetylen, je vhodný pro kogeneraci) lze jej využívat i jako zdroj energie pro palivové články, případně jako přímou náhradu paliva pro pohon automobilů. Složení tohoto plynu je závislé na vstupní surovině, obecně však lze uvést následující průměrné údaje. Tabulka 3. Průměrné hodnoty složení plynu MagneGas
Tabulka 4. Průměrné složení emisí ze spalování plynu
Za pozornost stojí minimální emise oxidu uhelnatého, vysoký obsah vodní páry (charakteristický pro spalování vodíku) a především vysoký obsahu kyslíku ve spalinách. Plyn je vyráběn v přístroji, jehož nejdůležitější částí je PlasmaArcFlow reaktor. Znečištěná tekutina proudí skrz ponořený elektrický oblouk při teplotě 7000 °F (cca 3900°C). V tomto procesu jsou uhlovodíky obsažené v tekutině vystaveny vlivům vysoké teploty a intenzivnímu magnetickému poli (odtud též název MagneGas). Tyto faktory současně likvidují bakterie obsažené v tekutině. Z reaktoru je pak do tlakové nádoby přístroje vháněn plyn, kde je pak připraven k přečerpávání. Technologie je navržena jako mobilní. MagneGas je možno vyrábět na místě jeho budoucího využití a přizpůsobit jej požadavkům odběratele. Nejrozšířenější přístroj má výkon 1500 kubických stop plynu za hodinu, což odpovídá přibližně 43 m3/hod.
2.5 Jiné zdroje biopaliva Kromě řepkového oleje se rozvíjí i jiné technologie na získání biopaliva z dalších zdrojů
na bázi biologických surovin. V Německu byl zahájen výzkum nového alternativního paliva získaného ze všech druhů rostlin a odpadů po zpracování dřeva, kterých je v této zemi ročně k dispozici kolem 50 mil. t. V roce 1990 se podařilo poprvé vyrobit z biomasy čistý syntetický plyn bez dehtu, který -25se přemění na syntetické palivo pro vznětové motory. Takové palivo neobsahuje síru ani aromatické látky a jeho spalování je provázeno pouze emisemi oxidu uhličitého. Toto palivo, které bylo pojmenováno "Sunfuel - Sluneční palivo", lze upravit chemicky přesně na míru vznětovým motorům budoucnosti, které budou mít nižší spotřebu než dosavadní dieselové motory a budou pracovat bez škodlivých emisí. K projektu se připojily některé německé automobilky, jako Mercedes-Benz a Daimler-Chrysler, která bude financovat zkoušky se syntetickým palivem z biomasy.
2.6 ALTERNATIVNÍ PALIVA NA BÁZI FOSILNÍCH SUROVIN Mezi alternativní paliva na bázi fosilních surovin patří plynná paliva: - zemní plyn - zkapalněné rafinérské plyny (propan-butan). Plynná paliva mají proti klasickým kapalným palivům ropného původu velkou přednost ve výrazně jednodušším chemickém složení a struktuře uhlovodíků. To zajišťuje minimalizaci emisí některých skupin uhlovodíků ve výfukových plynech, které jsou považovány za hygienicky nejrizikovější, a to jak uhlovodíků obsažených v palivu (např. lehké aromatické uhlovodíky typu benzen v benzínových palivech), tak těch skupin, které vznikají v průběhu spalovacího procesu ve válci motoru (např. polycyklické aromaty). Z fosilních paliv patří mezi plynná paliva směs propan-butan (označovaná jako LPG) a zemní plyn. Typické složení zemního plynu je 93% CH4, 3% C2H6, 1% vyšší HC, 3% N2, 0,3% CO2. Zemní plyn lze aplikovat buď jako stlačený (CNG) nebo zkapalněný (LNG). V praxi se zatím užívá CNG o tlaku kolem 20 MPa. Na kompresi se spotřebuje až 5 % energetického obsahu plynu. Zatím je zemní plyn v dopravě využíván málo, ale jeho spotřeba jako alternativního paliva se bude zvyšovat. Se sériovou výrobou automobilů na zemní plyn se uvažuje v nejbližších letech. Plyn je velmi čisté palivo, směs se vzduchem, která vstupuje do spalovacího prostoru je zcela homogenní a proto lze dosáhnout dokonalejšího spalování. Emise HC, CO, pevných částic jsou velmi nízké. Nižší jsou i emise CO2 vzhledem k relativně vysokému obsahu vodíku. Methan má vysoké oktanové číslo - 130, což umožňuje použití vyšších kompresních poměrů a tudíž dosažení větší účinnosti. Ve srovnání s kapalnými palivy ropného původu mají obě plynná paliva menší podíl uhlíku v 1 kg paliva (tabulka 5).
Tabulka 5. Obsah uhlíku v palivech
Nižší obsah C v 1 kg paliva a vyšší výhřevnost plynných paliv jsou základním předpokladem k nižší produkci CO2. Skutečné využití této výhody je ovšem závislé na způsobu řešení a technické úrovni pístového spalovacího motoru. Při použití plynných paliv místo benzínu dojde při správné instalaci plynového palivového systému vždy ke snížení -26emisí CO2. Použití plynných paliv místo nafty se projeví nižší produkcí CO2 zpravidla v případě NG; u LPG je pokles emisí CO2 více závislý na využití technického potenciálu plynových zážehových motorů, a to často vyžaduje rozsáhlejší motorářský výzkum. Ekologický efekt při náhradě benzínu plynnými palivy Náhrada benzínu plynnými palivy se plným využitím potenciálu, který mají LPG a CNG jako motorová paliva, může projevit pouze v případech aplikace současné technologie a motormanagementu jaký se používá pro dnešní vozidlové benzínové motory. Ekologický efekt je potom průkazný a jednoznačný, a to jak při hodnocení podle požadavků současné legislativy, tak při posuzování zatím nelimitovaných složek ve výfukových plynech. Ekologický efekt při náhradě nafty plynnými palivy V relaci k hygienické závažnosti jednotlivých složek výfukových emisí se za nejvýznamnější efekt musí považovat výrazné snížení emisí tuhých částic (PM); toto snížení je vysoce efektivní, neboť na tuhých částicích jsou vázány další hygienicky mimořádné rizikové skupiny polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH) včetně jejich karcinogenních derivátů (PAH Karc). Porovnání emisních vlastností původního naftového motoru s korespondujícími vlastnostmi plynových zážehových motorů ukazují níže uvedené grafy a tabulky. Měření provedly TU Liberec v roce 1997 a VŠCHT Praha. Graf 3. Emise PM, určené filtrací surového (nezředěného) vzorku výfukových plynů pomocí velkoplošného filtru (VŠCHT).
Proti naftovému motoru ML 636 E mají plynové motory ML 636 PBEM i ML 636 NGE cca 10x nižší emise tuhých částic. Tento výsledek byl zjištěn měřením všech porovnávaných motorů na zkušebně KSD TU v Liberci podle metodiky EHK a později ověřen společným měřením KSD TU-L/VŠCHT Praha. Emise organických látek (TC) ve výfukových plynech motorů vznětových (naftových) a motorů zážehových na plynná paliva jsou zhruba (řádově) srovnatelné; výrazný rozdíl je však v podílu hygienicky nejškodlivějších organických složek na celkových emisních nespálených uhlovodíků (viz. tabulka 6) - u plynových motorů jsou emise PAH až o 2 řády nižší proti motoru naftovému (měření KSD/VŠDHT, r. 1997).
-27Tabulka 6. Podíl emisí PAH na celkových emisích HC (Vyhodnocení váženým průměrem podle EHK 49)
Z celkových emisí PAH se cca 10 % těchto uhlovodíků zachytí na povrchu tuhých částic (tzv. polotěkavé uhlovodíky), zbytek je v plynné fázi (těkavé uhlovodíky). Porovnání emisí PA KARC z autobusového naftového motoru a autobusových plynových motorů ukazuje následující graf . Graf 4. Emise PAHkarc.
Výsledky měření jednoznačně ukazují plynový motor jako ekologicky šetrnou pohonnou jednotku silničních vozidel. V optimalizovaném provedení mají plynové motory proti současným motorům naftovým výfukové emise podle testu EHK celkově výrazně nižší emise, resp. změny v jednotlivých složkách jak ukazuje tabulka 7.
Tabulka 7. Změna emise plynového motoru ve srovnání s naftovým motorem
-28-
2.7 Využívání zemního plynu (CNG, LNG) Zemní plyn patří mezi perspektivní alternativní pohonné hmoty, jejichž využití je v současné době již technologicky zvládnuto. Proto je zemní plyn považován za spojovací článek mezi dnešními kapalnými pohonnými hmotami a palivem budoucnosti - vodíkem. Zkušenosti z dnešního využívání zemního plynu v dopravě významně napomohou budoucímu využití vodíku. Na počátku 21. století využívá zemní plyn 1,5 milionu vozidel ve více než 50 zemích celého světa; počet plnících stanic se blíží 4 tisícům a roční celosvětová spotřeba zemního plynu pro pohon vozidel je zhruba 3 mld. m3. Jako motorové palivo je převážně využíván stlačený zemní plyn CNG (Compresed Natural Gas), objevují se ale i projekty užití zkapalněného zemního plynu LNG (Liquefied Natural Gas). Současné celkové světové zásoby zemního plynu jsou přibližně 405 tisíc miliard m3 a dělí se na prokázané (150 tisíc miliard m3) a předpokládané. Za předpokladu současné úrovně těžby a spotřeby se životnost prokázaných světových zásob odhaduje na 70 let (ropa 30 - 45 let). Každý rok se ale nachází více nalezišť zemního plynu než se za rok spotřebuje, takže životnost zásob dále roste. Kromě toho je další zdroj zemního plynu v tzv. podmořských hydrátech zvyšující životnost zásob o dalších několik set let. Z toho důvodu je zemní plyn perspektivní pro využití jako topného zdroje a pohonné hmoty. Sériová silniční vozidla na CNG vyrábí v Evropě 13 výrobců automobilů, v USA 30 a v Japonsku pak všechny automobilky. K nejvýznamnějším výrobcům vozidel na CNG patří: v kategorii osobních automobilů: Volvo (V70, S80), Honda (Civic), Fiat (Marea, Multipla), Toyota (Crown, Corola), Mazda (Demio), Mercedes-Benz (Smart), Opel (Zafira), Ford, Nissan, Daewo, BMW, v kategorii dodávkových a nákladních automobilů: Mercedes-Benz, Ford, Toyota, Nissan, Mitsubischi, Citroën, v kategorií autobusů: všichni významní výrobci, např. Mercedes-Benz, Iveco, MAN, Volvo, Neoplan, Nissan, Isuzu, Renault, Van Hool, Scania. Rozvoj zemního plynu jako paliva pro motorová vozidla je patrný v posledních 10 letech. Z hlediska spolehlivosti, vhodnosti použití, výkonu, uživatelského komfortu nejsou vozidla na zemní plyn horší než vozidla na benzin nebo naftu a výrazně předčí tato vozidla z hlediska emisí. Tabulka 8. Země s největším počtem vozidel na CNG
-29Další rozvoj využití plynu v dopravě bude záviset především na daňové politice, zájmu automobilového průmyslu, na větším zapojení plynárenských společností a ekologických opatřeních. Ve většině zemí stojí za rozvojem jeho využití v dopravě stimulační opatření - dotace na podporu projektů uvedení plynových vozidel na trh, výstavbu plnicích stanic a daňové úlevy. Probíhající i plánované rozvojové projekty v jednotlivých státech Evropy ukazuje následující tabulka. Tabulka 9. Využití zemního plynu v dopravě - státy Evropy
Evropská komise pro zavádění vozidel jezdících na čistá paliva očekává, že zemní plyn bude do roku 2010 využívat v České republice 80 tisíc vozidel. V současné době je využití zemního plynu v dopravě doménou hromadné dopravy. V osobní dopravě je rozšíření velmi malé. Za největší překážky rozvoje plynových paliv v České republice v oblasti osobní dopravy lze označit: - nedostatek plnicích stanic pro stlačený zemní plyn; - téměř žádná nabídka upravených vozidel; - vysoká pořizovací cena takto upravených automobilů; - chybějící podpora státu pro rozšiřování plynových pohonů. Jedním z hlavních důvodů pomalého prosazování užití zemního plynu pro pohon vozidel v České republice je doposud malý počet veřejných rychloplnicích stanic zemního plynu. Ty stlačují zemní plyn z distribuční sítě a plní jím tlakové nádoby ve vozidlech na provozní tlak 20 – 22 MPa. Velké rychloplnicí stanice jsou finančně velmi náročné, s dlouhou dobou návratnosti a určitým rizikem, zda se předpoklad plynofikace vozidel naplní jak v čase, -30tak v počtu. Jejich cena je minimálně 5 milionů Kč, u CNG stanic pro autobusy to jsou již desítky milionů Kč. Kromě nich se ve světě používají již více než 10 let také malé, pomaloplnicí stanice. Malé domácí plnicí stanice mají výhodu v rychlé době pořízení, mohou být instalovány všude tam, kde je zaveden zemní plyn a jejich velikost lze dimenzovat s ohledem na optimální ekonomiku. Pomaloplnicí zařízení jsou vhodná především pro osobní a lehké nákladní automobily, které parkují na stálém místě a nejezdí nepřetržitě. Domácí (firemní) plnící stanici je možné doplnit o tlakové zásobníky plynu a výdejní stojan, což umožní rychlé plnění. U této varianty je počet vozidel omezen kapacitou zásobníků a dobou potřebnou k jejich doplnění. Tato varianta je proto vhodná v začátcích plynofikace dopravy, kdy počet vozidel na zemní plyn je nízký a nevyplácí se zatím stavět rychloplnicí stanici. Síť čerpadel CNG by měla postupně zhoustnout. První čerpací stanice na stlačený zemní plyn (CNG)v Plzeňském kraji začala fungovat v Plzni v areálu Západočeské plynárenské (ZČP) poblíž zdejšího zimního stadiónu. Počty automobilů na stlačený plyn v Evropské unii rychle stoupají. Vedoucí postavení v tomto oboru zaujímá Německo. Kromě Německa se nový program začíná prosazovat i v dalších státech Evropské unie. Ve Francii jezdí na stlačený plyn každý třetí nový autobus. V popředí je již od 60. let Itálie, kde je na severu země nejhustší sít čerpacích stanic a jezdí nejvíce plynových aut v Evropě. Plynofikace dopravy je zde má trvalou podporu vlády. Rozvoji programu na vyžití zemního plynu pomáhá podstatně nižší cena plynu proti benzinu a naftě. Plyn stojí zpravidla polovinu co ropné produkty. Kromě snadnější výroby a dopravy k tomu přispívají rovněž nižší spotřební daně. V současnosti připravuje EU nový zákon, který by měl být přijat do roku 2004. Základem je nízké daňové zatížení planu jako paliva. EU se snaží také administrativními kroky podpořit využití plynu v dopravě. Evropská komise přijala akční plán a dva návrhy směrnic zabývajících se využitím alternativních paliv v dopravě. Akční plán stanovuje postup k dosažení náhrady 20 % benzinu a nafty v roce 2020. Tato náhrada by měla být provedena za využití biopaliv, především bioplynu a skládkového plynu, dále zemním plynem a v poslední fázi pak využitím vodíku ve spalovacích motorech a palivových článcích. Legislativní podpora EU alternativním palivům vychází především z ekologických předností. Vozidla na zemní plyn produkují výrazně menší množství škodlivin, vliv na
skleníkový efekt je u těchto vozidel v porovnání s benzinem a naftou rovněž výrazně menší. Zemní plyn je také považován za spojovací článek mezi současnými pohonnými hmotami a vodíkem. Jedním ze zdrojů vodíku může být i zemní plyn, který je mu svým složením ze všech látek nejbližší. K tomuto účelu se bude také moci využít již postavená síť čerpacích stanic na zemní plyn. Zkušenosti ze současného využívání plynu v dopravě pomohou urychlit v pozdějších letech nástup tohoto paliva. K rozvoji využití zemního plynu dojde také v České republice, která bude přitom vycházet z evropské legislativy. V České republice v současnosti jezdí na zemní plyn přibližně 350 vozidel, z toho je 250 osobních aut a přes 80 autobusů. Veřejných čerpacích stanic na plyn je v tuzemsku deset, ale v poslední době se jejich síť začala rozšiřovat. Zemní plyn je v současnosti nejlevnější pohonnou hmotou v České republice .
2.8 Využívání zkapalněných rafinérských plynů (LPG) V současnosti využívá v Evropě LPG cca 2.500.000 automobilů a každá šestá ze 17 milionů tun spotřebovaného LPG je určena na pohon osobního či nákladního auta nebo autobusu. Plyn (LPG) je nejoblíbenější alternativní automobilové palivo současnosti. -31Podle řady znaků však nelze LPG řadit mezi alternativní paliva. Stalo se palivem, které je ve většině evropských zemí běžně dostupné. Růst zájmu o LPG je dán řadou výhod, které nabízí. Kromě zpravidla nižší ceny ve většině států EU se vyznačuje provozními přednostmi a nízkými emisemi. Prudký nárůst využívání LPG zaznamenali zejména v Polsku, které se během posledních čtyř let ve spotřebě autoplynu dostalo hned za Itálii. Čerpacích stanic na LPG je v Polsku 2150 a vozidel na plyn asi 600 000. V České republice patří propan-butan k dražším palivům, které však zatím není pro zemní plyn konkurencí. Lze předpokládat, že tato paliva se v nejbližších letech nestřetnou, protože hlavní síla LPG je u osobních vozidel, zatímco zemní plyn hledá cestu k autobusům, těžkým nákladním autům a dodávkám. V současnosti je v České republice vytvořena síť asi 600 čerpacích stanic LPG, což je přibližně třetina počtu všech čepacích stanic. Na LPG nyní jezdí v České republice 150 000 až 200 000 přestavených automobilů, přesná statistika není k dispozici. Vozy na LPG má v nabídce řada řada automobilek a zájemci v některých státech Evropské unie tak přestávají být závislí pouze na autech přestavěných z benzinového pohonu. Renault uplatňuje pohon LPG nyní u osmi modelů. Například u modelu Laguna používá patentem chráněnou polymorfní plochou nádrž na plyn, která umožňuje vozidlu dojezd 600 kilometrů. Vedle toho zůstává nádrž na benzin. Dvoupalivový systém je zachován i u všech přestavovaných vozidel v tuzemsku. To je jedna z dalších výhod plynového pohonu, že při kombinaci obou paliv má auto výrazně delší dojezd. Automobilka Volvo nabízí využití LPG pro všechny hlavní modely. V následujících tabulkách jsou uvedeny vybrané statistické údaje o rozšíření LPG jako paliva v dopravě.
Tabulka 10. Spotřeba LPG v dopravě
Tabulka 11. Počet stanic LPG
-32-
2.9 OSTATNÍ ALTERNATIVNÍ PALIVA VODÍK Perspektivní se jeví využití vodíku, který se dá vyrobit různými způsoby, elektrolyticky i chemicky z vody a distribuovat jako zkapalněný nebo rozpuštěný v kovových slitinách. Přednosti vodíku jako automobilového paliva jsou: větší množství uvolněné energie na hmotnostní jednotku paliva - velké spalné teplo H2 nepřítomnost škodlivých emisí, kromě malého množství NOx Spalovací motory Vodík lze využívat jako přímého zdroje energie - paliva. V případě využití vodíku pro pohon motorových vozidel se spalovacími motory se jako největší problém jeví technologie tankování a skladování vodíku. Pro dodržení bezpečnostních norem je zapotřebí příliš těžkých nádrží – tlakových bomb. Dalším problémem je utěsnění přívodních potrubí, neboť molekula vodíku je tak malá, že při stávajícím tlaku v bombě (22 MPa) proniká i při použití speciálních dotěsňovacích kroužků. Je tedy aktuální nebezpečí výbuchu, zvláště při parkování v uzavřené garáži. Po stránce nákladů je vodík srovnatelný s benzínem a pro jeho výrobu jsou rozsáhlé zdroje. Vodík se dá průmyslově vyrábět jednak elektrolýzou vody, ale především se dnes velká množství vodíku získávají ze zemního plynu nebo z uhlí. Nevýhody však na druhé straně mohou spočívat ve velmi širokých mezích výbušnosti a v nevytvořené infrastruktuře pro jeho distribuci. Palivové články Perspektivním zdrojem energie se jeví technologie palivových článků, které umožňují využití vodíku bezpečnější formou než jeho spalování. Pohonnou jednotkou je elektromotor. Na rozdíl od elektromobilů poháněných akumulátory, je elektřina pro pohon vyráběna přímo ve vozidle v palivových článcích. Elektřina vzniká exotermní elektrochemickou reakcí samotného vodíku (stlačeného nebo zkapalněného) s kyslíkem (ze vzduchu). Vodík může být chemicky vyvinutý rovněž v automobilu (např. ze zemního plynu, metanolu, benzínu, apod.).
Nejedná se tedy o spalování paliva, nýbrž o chemickou reakci - opak elektrolýzy. Při reakci kromě elektřiny vzniká také voda nebo vodní pára. Proti klasickým akumulátorům elektromotorů mají palivové články řadu výhod, především vyšší jízdní dojezd, ekologickou čistotu (podle způsobu získávání vodíku) a vyřazené palivové články nezatěžují životní prostředí těžkými kovy jako klasické olověné akumulátory. Palivové články ve spojení s přiváděným kyslíkem generují elektrický proud přímo elektrickou cestou a zároveň i teplotu v závislosti na typu. V současnosti se dělí články na nízkoteplotní (3 typy 60 - 250 oC) a na vysokoteplotní (2 typy 550 - 1000 oC). Jedním z konkrétních příspěvků k jejich využití je koncept HydroGen 1 firem Opel a General Motors, které v něm vidí klíč k mobilitě příštích generací. HydroGen l je plně funkční prototyp technicky vycházející z populárního velkoprostorového modelu Opel Zafira. Tento pětisedadlový experimentální automobil je poháněný třífázovým elektromotorem o výkonu 55 kW/75 k, který mu dokáže udělit rychlost až 140 km/h. Elektrický proud se vytváří v sadě palivových článků, do kterých se řízeně dodává vodík. Do doby, než bude vybudována taková infrastruktura plnicích stanic, která by byla schopná dostatečně pokrývat poptávku po palivu - vodíku, vidí Opel a GM řešení v palubních reformátorech, ve kterých se bude vodík získávat z benzinu. Palivové články konceptu HydroGen 1 neprodukují žádné znečišťující odpadní látky. Prototyp HydroGen 1 byl vyvinut v Globálním centru alternativních pohonů (Global Alternative Propulsion Center - GAPC), které založily firmy Opel a GM v roce 1998, a které dnes v Německu a v USA zaměstnává na 250 špičkových odborníků. -33Představením konceptu HydroGen 1 byl potvrzen zájem na dotažení inovativního principu pohonu palivovými články do stádia využití v sériové výrobě automobilů. Podle expertů GM a Opelu je příprava cenově dostupného systému pohonu s palivovými články otázkou několika málo příštích let. Konstruktérům konceptu HydroGen 1 se podařilo zvýšit jeho akční rádius mezi doplňováním paliva až na 400 km, podstatně vzrostl i výkon sady jeho palivových článků. Svými kompaktními rozměry zabírá sada palivových článků přibližně stejné místo jako konvenční zážehový či vznětový motor. Stálý výkon sady palivových článků činí 80 kW ( 109 k), špičkový krátkodobý výkon pak 120 kW ( 163 k). Výhledově se vodík prosadí jako optimální palivo. Při jeho elektrochemické reakci s kyslíkem v palivových článcích vzniká obyčejná neškodná voda. Jednou ze zásadních otázek je způsobu uložení vodíku ve voze.Vedle přímého uložení zkapalněného plynu ve speciální nádrži se řeší další dvě alternativy. První z nich počítá se zachytáváním atomů vodíku na povrchu extrémně malých dutých uhlíkových vláken a druhý způsob využívá principu ukládání vodíku ve stlačeném metalickém prášku. Podle prvních zkušeností lze konstatovat, že vývoj automobilu s nulovými emisemi bude úspěšný a efektivní pouze tehdy, pokud se podaří získat vodík za pomoci obnovitelných přírodních zdrojů energie, jako je například biomasa, energie řek, větru nebo slunečního záření. Základní principy jsou již známé a prověřené, dosud však tyto metody nejsou převedeny do běžného komerčního využívání. Perspektivně bude energie získaná z větru, slunce nebo z bioplynu k výrobě vodíku stále více používána a lze očekávat, že zdroje s palivovými články zaujmou zásadní postavení v zásobování energií. Výzkumu tohoto zdroje energie se věnuje mnoho úsilí a palivové články získávají stále větší respekt. V roce 2002 byla realizována celosvětově největší přehlídka možností využití vodíku a baterií s palivovými články ve svých produktech v rámci expozice "Hydrogen + Fuel Cells". Výrobce autobusů značky Scania dokončil vývoj autobusu s pohonem typu palivového článku jako součást projektu částečně financovaného Evropskou unií. Na projektu se podílí
řada významných evropských společností včetně francouzské Air Liquide a německé SAR. Pohon autobusu je na bázi elektrolytické reakce pohonné hmoty – vodíku – s kyslíkem z okolního vzduchu. Tato reakce produkuje elektrickou energii a vodu jako vedlejší produkt. Vozidlo je poháněno elektrickým motorem, který funguje na bázi systému palivových článků s integrovanou vyrovnávací baterií. Současně je recyklována brzdná energie. Palivové články jsou plněny čistým plynným vodíkem, který je ve stlačeném stavu uložen v nádržích na střeše autobusu. Palivové články mají účinnost 52 – 57 %, což je mnohem vyšší než u běžného naftového motoru vyrábějící elektřinu pomocí generátoru. Spotřeba energie byla snížena o 60 % v porovnání s obdobným typem autobusu s dieselovým motorem. Hlučnost a vibrace byly sníženy na minimum. Jiné zdroje vodíku Jedním z možných zdrojů plynného vodíku v palivových článcích je sloučenina NaBH4. Tuto technologii prověřují ve vývojovém centru společnosti DaimlerChrysler. Látka není nebezpečná pro dopravu a manipulaci, přičemž výsledek reakce nedoprovází ani nežádoucí emise. V blízké době by měl být dokončen projekt automobilu se symbolickým názvem Natrium, který bude poháněn právě zmíněnými palivovými články. S nádrží o objemu 200 l se předpokládá dojezd 500 km. Zrychlení z 0 na 100 km/h proběhne za 16 sekund a spotřeba paliva na 100 km se bude pohybovat okolo 7,8 l. Mezi zajímavé vlastnosti paliva patří, že po reakci NaBH4 s vodou se uvolní vodík a vzniklou sloučeninu lze po recyklaci opět použít. Podle zveřejněných informací lze vodík vyrobit i z obnovitelných zdrojů energie. -34V USA byl na půdě University of Wisconsin vyvinut proces výroby vodíku z cukrů a alkoholů získaných z rostlin a živočišných tuků. Vědci předvedli možnost jeho výroby konverzí vodného roztoku glukózy na vodík, oxid uhličitý a uhlovodíky při teplotách kolem 230 oC za použití platinového katalyzátoru. V reakční směsi pak bylo přítomno až 50 % vodíku. Vyšší výtěžky lze získat ze sorbitu, glycerínu a etylenglykolu, avšak tyto látky jsou méně dostupné než glukóza. Vedlejší produkt - uhlovodíky - by bylo možné využít v plynových turbinách nebo palivových článcích s pevnými elektrolyty.
2.10 Ostatní faktory ovlivňující spotřebu energie Odpory vozidla Kontakt kol osobního automobilu jedoucího rychlostí 100 km/h s vozovkou tvoří asi 20 % z celkových pasivních odporů jízdy. Zbývajících 65 % si připisují aerodynamické odpory a asi 15 % třecí ztráty např. v převodovém systému. V roce 1992 byla vyvinuta pneumatika Michelin Green X, jejíž valivý odpor je v porovnání s konvenčními automobilovými plášti asi o 30% nižší, což se projeví ve snížení spotřeby paliva o 3 až 5 %. Porovnání spotřeby osobního automobilu s běžnými pneumatikami a „zelenými“ pneumatikami Michelin uvádí následující tabulka. Tabulka 12. Porovnání spotřeby OA podle typu pneumatik
Tlak vzduchu v pneumatikách Velký vliv na spotřebu paliva má samozřejmě tlak vzduchu v pneumatikách. Výzkumy ukázaly, že přes 40 % vozů jezdí s pneumatikami podhuštěnými o více než 0,5 baru. Důsledkem je nejenom rychlejší opotřebení pláště, horší jízdní vlastnosti zapříčiněné deformovanou dotykovou plochou pneumatiky, ale také zvýšení valivého odporu pneumatiky asi o 12 %. Dosáhne-li podhuštění asi 1 baru, zvyšuje se valivý odpor až na 30 %. S určitým zjednodušením lze tvrdit, že při ustálené rychlosti jízdy 90 km/h znamená podhuštění o 1 bar zvýšení spotřeby o 3 až 5%, což v absolutním vyjádření může pro běžný osobní automobil znamenat zvýšení o cca 0,4 l/100 km.
2.11 Hybridní pohony Jednou z cest snižování spotřeby energie a tím i znečišťování prostředí jsou hybridní pohony. Jde o způsob kombinace dvou běžných pohonných jednotek: benzinového (naftového) motoru a elektromotru. Hybridní pohon může být využit pro překlenutí období, než dojde k hromadnému využívání jiných alternativních paliv a pohonů. Z hlediska emisí by bylo velice příznivé, kdyby spalovací motor v systému používal jako palivo zemní plyn. Nevýhodou hybridního pohonu je jeho složitost daná dvěma kompletními druhy motorů. Důsledkem je větší pravděpodobnost technické poruchy, značné -35zvýšení celkové hmotnosti vozu a cena. V dalším textu je uveden popis konkrétních projektů, které již hledají své uplatnění na trhu. TOYOTA Průkopníkem ve výrobě vozidel s hybridním pohonem je japonská Toyota. První sériově vyráběný osobní automobil s tímto typem pohonu je model Prius. Jako studie se objevil na tokijském autosalónu už v roce 1995 a o dva roky později již byla v prodeji v Japonsku. Dnes se prodává v Anglii a míří i do dalších evropských zemí. Systém hybridního pohonu se skládá z dvou pohonných jednotek: benzinovým čtyřválcem 1,5 VVTi s proměnným časováním ventilů o výkonu 53 kW a elektromotorem se stálým výkonem 33 kW a hodnotě točivého momentu 350 Nm. Systém koexistence dvou pohonných jednotek nese označení THS (Toyota hybrid system) a spočívá v elektronicky řízené volbě mezi elektromotorem, benzinovou jednotkou či současné spolupráci obou. Počítač vyhodnotí dle způsobu jízdy optimální variantu a v případě, že řidič nepotřebuje využívat maximálního výkonu, zapojí elektromotor. Při poklesu kapacity akumulátorů na minimální stav uvede počítač do činnosti benzinový agregát, který akumulátory prostřednictvím generátoru nabije. Prius nepotřebuje k dobíjení žádný vnější zdroj. Výkonem, který není pro pohon vozu zapotřebí, se prostřednictvím generátoru dobíjejí akumulátory typu Ni-MH (nikl metalhydrid), které využívají i rekuperovanou část kinetické energie vozu při sjíždění svahu.
Vůz má při provozu s elektromotorem nulové emise, benzinový motor díky třícestnému katalyzátoru a průměrné kombinované spotřebě 5,1 l/100km také významně šetří životní prostředí. Automobilka Toyota představila i hybridní pohon všech kol u osobního automobilu studie HV-M4. Pohon je založen na spolupráci dvou elektromotorů s 2,4 l zážehovým čtyřválcem připojeným k převodovce CVT (mění převodový poměr plynule).Také tento hybridní systém dobíjí své akumulátory během jízdy. AUDI V malé sérii začala vyrábět hybridní vůz automobilka Audi v roce 1996. V modelu Audi Duo je kombinován vznětový motor 1,9 l s přímým vstřikem nafty TDI s elektromotorem 22 kW. Základem je hybridní pohon řízený podle vyžadovaného výkonu automaticky mezi spalovacím motorem a elektromotorem. Další dva režimy se týkají pohonu čistě elektrického nebo zprostředkovaného spalovacím motorem. HONDA U modelu Insight autmobilky Honda je celá konstrukce podřízena potřebám hybridního pohonu. Ten spočívá na kombinaci spalovacího motoru s elektromotorem, přičemž spalovací motor tvoří 1,5litrový technicky vypiplaný tříválec v zážehové verzi s výkonem 50 kW, stejnosměrný elektromotor zůstal u 10 kW. Výkony obou jednotek na společném hřídeli se v tomto případě sdružují a je-li to zapotřebí, akumulátory Ni-MH se dobíjejí interně. Spotřeba vozu kolem 3,6 l/100 km. FIAT Automobilka Fiat, kde v rámci projektu ATENA (Ambiente Traffico Telematica Napoli) zkoušejí již dříve vyrobené studie vozů s alternativními pohony, vyvinula model Multipla Hybrid Power. Vyvinut byl paralelní systém umožňující buďto elektrický režim, kdy je zážehový motor vypnut a odpojen od převodovky a pohon zajišťuje 30 kW elektromotor, nebo režim hybridní, kdy působí na hnací kola oba motory paralelně, popřípadě režim elektrický s dobíjením. Vybraný 1,6 l benzínový motor s výkonem 76 kW má při hybridním -36režimu spotřebu 6,8 l/100 km + 3 kWh/100 km. Emise výfukových plynů se proti provozu sériového modelu Multipla se zážehovým motorem snížily v průměru o 50 %. NISSAN Japonská automobilka Nissan pracuje na systému PHPS (Parallel Hybrid Propulsion System - Paralelní hybridní hnací systém) založeném na myšlence kombinování zážehového motoru se dvěma elektromotory při využití převodovky CVT. Jeden elektromotor slouží jako zdroj hnací energie pro energeticky nenáročný pohyb malou rychlostí, při brzdění se chová jako generátor a přeměňuje kinetickou energii vozu na elektrickou. Druhý elektromotor slouží jako startér vznětového motoru a při poklesu napětí akumulátorů je poháněn spalovacím motorem, aby je ve funkci generátoru dobíjel. Při jízdě po městě a malých jízdních odporech pracuje jenom první elektromotor, protože účinnost spalovacího motoru není v tomto režimu efektivní. Přechodem na vyšší rychlost přebírá funkci pohonu spalovací motor.
2.12 Elektromobily Elektromobily tvoří samostatnou větev automobilového odvětví. Vývoj ve využití elektrické energie k pohonu vozidel lze rozlišit do tří způsobů jejího získávání a uskladnění: _ hybridní systém, kde je vůz vybaven spalovacím motorem, jenž pohání vozidlo přímo, nebo prostřednictvím dynama dobíjí akumulátor;
_ elektromobil, který používá pouze akumulátory; _ palivové články, které jsou zdrojem elektrické energie pro elektromotor. Zkušenosti s využitím elektrického pohonu ve formě elektromobilu jsou uplatňovány i v rámci vývoje hybridních pohonů a vozidel s palivovými články. Proto jsou praktické příklady výroby elektromobilů velkým přínosem pro budoucnost dopravních prostředků. HONDA Automobilka se průběžně zabývá vývojem elektromobilu již přes 20 let. Na začátku 90. let se zaměřila na přestavbu kompaktního komerčního vozidla Acty Street a CIVIC Shuttle. Za připomenutí stojí také EVX a výzkumný prototyp čistého městského vozidla CUV-4 (Clean Urban Vehicle). Na základě získaných poznatků byl na novém základě vyvinut elektromobil Honda EV. Pohon elektromobilu zajišťují progresivní nikl-hydridové zdroje. Nevýhodou jsou zatím vysoké náklady na výrobu těchto akumulátorů. Předpokládaný jízdní dosah elektromobilu s nikl-hydridovými akumulátory je kolem 200 km. Účinnost nabíjecího zařízení je 85 % a doba nabíjení střídavým napětím 110 nebo 220 V činí 8 h (z 20 % na plnou kapacitu).
2.13 Nízkoemisní vozidla Nízkoemisní vozidla představují samostatnou kategorii, která není z hlediska zdrojů energie alternativní, ale přispívá k jejich úsporám snižování spotřeby na základě stávajících konceptů vozidel. Využíváním nových technologií lze prakticky okamžitě dosáhnout výrazného snížení množství emisí i úspory spotřebované energie. Dále jsou uvedeny příklady výroby tohoto typu vozidel. Honda Civic Automobilka Honda získala se svým modelem Civic v roce 1995 (jako první benzinem poháněné vozidlo) certifikát nízkoemisního vozidla. Množství emisí bylo o více než 50 % nižší ve srovnání s platnou normou. Honda Accord ULEV Dalším vývojovým stupněm je model Accord ULEV - čtyřválcový 2,2 l, který se vyznačuje technologicky zdokonalenou konstrukcí motoru VTEC, katalyzátorem s rychlým -37zahříváním a progresivním přesným počítačovým řízením. Představený model bude mít emise (v porovnání se současnými vozidly) zredukovány o 80 %. Výsledky zkoušek potvrzují, že jde o první benzínem poháněné vozidlo s extrémně nízkými emisemi certifikované úřadem CARB (California Air Resources Board).
2.14 Jiné typy pohonů Využití stlačeného vzduchu Jako jedna z dalších alternativ je prověřována možnost využití stlačeného vzduchu k pohonu vozidel. Na jedné z pořádaných automobilových výstav byl představen prototyp třímístného automobilu s tímto druhem pohonu. Technika stlačeného plynu byla krátce používána začátkem 20. století v tramvajích ve francouzských městech Nantes a La Rochelle. Nový pohon spočívá ve třech dlouhých trubicích vyrobených z uhlíkových vláken a umístěných pod podvozkem automobilu. Tyto trubice obsahují vzduch o vysokém tlaku. Vstříknutí stlačeného vzduchu uvádí do pohybu píst motoru společně s osou kol. Předpokládané parametry vozidla budou ověřeny ve funkčních zkouškách. Podle oznámení výrobce by měla být v roce 2003 zahájena výroba první série vozidel s tímto pohonem.
Závěr Lidstvo na celé Zemi spotřebuje každou vteřinu 10 TW (terrawattů), což je 10 000 000 000 000 wattů. Ve formě sluneční energie každou vteřinu dopadá na povrch Země 180 000 TW. Tato energie je čistá (vůči zemi) a je jí dostatek (zásoby vodíku ve Slunci se odhadují v řádu miliard roků). Sluneční energie se dá přeměnit na všechny potřebné druhy energie. Velmi perspektivním a již využívaným zdrojem energie je biomasa, která zahrnuje všechny živé organismy na zemi. Každou sekundu se pomocí fotosyntézy ukládá do biomasy 90 terrajoulů (příkon se rovná 90 terrawattů). Organické zbytky obsahují chemickou energii, která může být využita buď přímo (tepelná energie), nebo nepřímo (přeměnou na vhodnější formu energie - pro dopravu i použití). V současné době si většina států uvědomuje nezbytnost vývoje a uplatnění nových zdrojů energií. Zatím není zcela jasné, který ze zdrojů energie se bude v budoucnu využívat ve velkém měřítku. Cesty jsou však nastíněny a lze je stručně formulovat takto: _ Vodík - způsoby jeho získávání jsou různé od využití fosilních paliv, po rozklad vody (pomocí různých technologických postupů) i s využitím sluneční energie, až po biologické procesy, kdy u některých organismů obsahujících chlorofyl může být fotosyntéza ovlivněna tak, že se při ní uvolňuje vodík. _ Biomasa - může být zdrojem různých forem energetických produktů, využitelných ve všech energetických procesech - tedy i v dopravě. _ Přímá přeměna slunečního záření na elektrickou energii - využívá fotovoltaického jevu, který nastává v některých polovodičích (např. křemíku, germaniu aj.). Nejpoužívanější je krystalický křemík _ Nepřímá přeměna slunečního záření na elektrickou energii formou termoelektrické přeměny - spočívá v tzv. Seebeckově jevu, kdy v obvodu ze dvou různých vodičů vzniká elektrický proud, jestliže jejich spoje mají různou teplotu. Účinnost tohoto zařízení, kterému se říká termoelektrický článek, závisí na rozdílu teplot a na vlastnostech vodičů. Během dvacátého století se ekonomický rozvoj a kvalita života staly závislými na fosilních zdrojích energie (uhlí a ropa). I když největší podíl jejich potřeby (67 %) připadá na -38výrobu elektrické energie, dopravní systémy jsou na těchto zdrojích zatím zcela závislé. Podíl obnovitelných a alternativních zdrojů energie v dopravě se v jednotlivých zemích liší podle podmínek přístupu k těmto zdrojům a možností jejich získávání, ale ani u nejvyspělejších zemí nepřekračuje několik procent z celkové energetické spotřeby tohoto odvětví. Problematika alternativních zdrojů energie pro dopravu je velmi široká a při zahrnutí i dalších oblastí jako jsou dopady na životní prostředí a celkovou energetickou zátěž dopravních systémů se musí rozložit do několika subsystémů, které přestože jsou vzájemně provázány, musí být řešeny samostatně. Praktické příklady nových technických řešení i způsobů získávání energie pro dopravu ukazují předpokládané cesty dalšího vývoje, které je nutné sledovat.
-39Použitá literatura [1] BŘEZINA, P., ROTTNER, M. LNG - zkapalněný zemní plyn, [on line elektronický časopis]. 2001. http:/www.energetic.cz/plyn [2] DIVIŠ, J. Současný stav a priority projektu "Bioetanol" v ČR. [on line]. 19.12.2001. http://www.biom.cz [3] DVOŘÁK, M. Sluneční energie. [on line]. 30.3.2002. http://www.ereferaty. cz [4] HOLUB, G. EU a obnovitelné zdroje energie. [on line elektronický časopis]. 22.10.2002. http://www.odpady.ihned.cz [5] JEVIČ, P., ŠEDIVÁ, Z. Aktuální stav výroby a odbytu biopaliv na bázi řepkového oleje v České republice. [on line]. 27.11.2001. http://www.biom.cz [6] KÁRA, J. Předpokládané užití alternativních paliv s důrazem na užití derivátů etanolu a rostlinných olejů. [on line]. 2001. http://www.biom.cz [7] KÁRA, J., KRATOCHVÍL, Z., VÁŇA, J. Využití bioalkoholu. [on line]. 18.12.2001. http://www.biom.cz [8] KOVÁŘ, J. Alternativní palivo pro naftové motory: Naturdiesel. [on line]. 2001. http://www.biodiesel.cz [9] LANG, D. Alternativní paliva a hybridní pohon. [on line]. 18.11.2001. http://maturita.cz/referaty [10] ŠIHLAVÝ, R. HydroGen 1. [on line elektronický časopis]. 17.7.2000.
http://www.autorevue.cz/magazin [11] TOŠOVSKÝ, J. MagneGas - plynné palivo z obnovitelných surovin a odpadů. [on line]. 29.1.2002. http://www.biom.cz [12] VÁŇA, J. Motorová biopaliva - obnovitelný zdroj energie. [on line]. 15.1.2002. http://www.biom.cz [13] VÁŇA, J. Nové cíle při výrobě motorových biopaliv. [on line]. 19.2.2002. http://www.biom.cz [14] ŽÁKOVEC, J. Využívání zemního plynu v dopravě na počátku 21. Století, [on line elektronický časopis]. 2001. http://www.energetik.cz/plyn [15] Automobil očima chemika, Masarykova střední škola chemická, Praha, studenti 4. ročníku. [on line]. 1998. http://mssch.cz/ma/cefic. [16] Budoucnost bude patřit pohonům s alternativním pohonem. [on line]. 14.10.2001. http://www.scania.cz [17] Elektromobil Honda EV se představil zájemcům. [on line elektronický časopis]. 2001. http://www.techtydenik.cz Souhrn První část projektu aktualizuje a statisticky zhodnocuje databáze emisních faktorů vozidel. Druhá část je zaměřena na aktualizaci údajů o alternativních druzích paliv, aktuální situaci v produkci a využívání alternativních paliv v České republice s nástinem možného vývoje v blízké budoucnosti. Kromě již známých typů alternativních paliv byla pozornost zaměřena na některé specifické druhy paliv a nové typy pohonů, které jsou rovněž příspěvkem na poli snižování energetické náročnosti dopravních prostředků a systémů. Přínosy využívání alternativních druhů energií a nová technická řešení směřují k výhledovému využití dnes již známých zdrojů energií: vodíku, biomasy a sluneční energie.
-40Klíčová slova emisní faktory, databáze, statistika, emise,alternativní palivo, biopalivo, vodík, energie Summary The database of vehicles emission fators is updated and statisíc evaluated in the first stage of the project The second stage of the project is aimed at the completion and up-dating data on alternative fuels. Data on the current situation in the production and use of alternative fuels in the Czech Republic were completed, the possible developement in the near future was outlined. Except the already known types of alternative fuels, the interest was aimed at some specific kinds of fuels and new types of powertrains which also contribute to the reduction of energy consumption of the transport means and systems. The benefits from the application of alternative kinds of energy and new technical solutions lead to the use of other already known kinds of energy: hydrogen, biomass and solar energy. Key words
emission factors, databáze, statisties, emissions, alternative fuel, biofuel, hydrogen, energy
Použité zkratky AcETO Protokol o omezení acidifikace, eutrofizace a přízemního ozonu CO oxid uhelnatý CO2 oxid uhličitý ČR Česká republika ČSN Česká státní norma EC European Council EEA European Environmental Agency (Evropská agentura pro ŽP) EHK OSN Evropská hospodářská komise Organizace spojených národů EIA Environmental Impact Assessment (posuzování vlivů na životní prostředí) EMEP European monitoring and Evalution Programme (Evropský program monitorování a hodnocení) EN označení evropských norem ES Evropské společenství EURO označení pro ekvivalentní předpisy vydávané EU k předpisu EHK OSN 49 EU Evropská unie g.km-1 gram za kilometr g.kWh-1 gram za kilowatthodinu HC suma uhlovodíků resp. všech těkavých organických sloučenin ISO označení mezinárodních norem kg.km-1 kilogram na kilometr km.h-1 kilometr za hodinu kW kilowatt M1 osobní vozidla -41MD ČR Ministerstvo dopravy ČR MDS ČR Ministerstvo dopravy a spojů ČR MOP ČR Ministerstvo obchodu a průmyslu ČR MŽP ČR Ministerstvo životního prostředí ČR N1 lehká užitková vozidla s hmotností < 3,5 t NH3 amoniak NOx oxidy dusíku PAU PolyAromatic Hydrocarbons (polyaromatické uhlovodíky) Pb olovo PHM pohonné hmoty PM částice POPs persistentní organické polutanty SEA Strategic Envoronmental Assessment (Strategické posuzování vlivů na ŽP) SO2 oxid siřičitý VOC těkavé organické látky WHO Světová zdravotnická organizace ŽP životní prostředí CH Uhlovodíky CNG Compressed Natural Gas – Stlačený zemní plyn
CO Oxid uhelnatý CO2 Oxid uhličitý ČAPPO Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu ČSN Česká státní norma ČÚBP Český úřad bezpečnosti práce HC Uhlovodíky LNG Liquid Natural Gas (zkapalněný zemní plyn) LPG Liquid Petrol Gas - zkapalněný rafinérský plyn, všeobecně známý pod názvem propan - butan MEŘO Metylester nenasycených mastných kyselin řepkového oleje MDS ČR Ministerstvo dopravy a spojů České republiky MFČR Ministerstvo financí České republiky MZ ČR Ministerstvo zemědělství České republiky MJ Megajoule NOx Oxidy dusíku PAH Polyaromatické uhlovodíky PAHKARC Polyaromatické uhlovodíky - karcinogenní PM Particular Matter - pevné částice SOx Oxid siřičitý
POZNÁMKY: • Číslování stran (?!) • Není použito písmo Times New Roman • Tabulka na str. 4 je špatně formátována • Odkazy na zdroje nejsou umístěny podle pokynů • Tab. 4, 5 a dále - není uveden zdroj • grafy - chybí zdroj • Drobné typografické chyby (3% bez mezery aj.), str. 36 - tvrdé konce řádků, Arial, str. 40 nejsou pevné mezery v číslech • Str. 37 - zastaralé jednotky (bar) • Zdroje nejsou citovány v souladu s ISO 690 Po věcné stránce je práce velmi pěkná. 12. 3. 2004 JM
