Dopravní univerzita Jana Pernera Univerzita Pardubice
Autobusová doprava a její vliv na životní prostředí Semestrální práce z předmětu Životní prostředí
Helena Vlachová II. ročník, obor DMML – kombinované studium
Prohlášení: Prohlašuji,
že
předložená
práce
je
mým
původním
autorským
dílem, které jsem vypracovala samostatně. Literaturu a další zdroje,
z nichž
jsem
při
zpracování
čerpala,
v práci
řádně
cituji.
Anotace: Tato semestrální práce se zabývá autobusovou dopravou, jejím provozem a vlivem na životní prostředí - nahrazením motorové nafty ekologicky možným palivem, likvidací použitých olejů a likvidací použitých pneumatik. Jsou zde uvedeny jak základní charakteristiky tak i jejich možná řešení.
Klíčová slova: Bioplyn, bionafa, renegát, viskozita
motorová
nafta,
olej,
pryž,
recyklace,
OBSAH:
Prohlášení Anotace 1. ÚVOD - Historie dopravy 2. Vliv dopravy na krajinu 3. Motorová nafta 3.1. Všeobecná charakteristika 3.2. Základní parametry 3.4. Balení, skladování, doprava 3.5. Základní bezpečnostní údaje
4. Bionafta jako alternativní palivo 5. Plyn jako pohonná látka 5.1. Propan-butan 5.2. Zemní plyn 5.3. Bioplyn
6. Oleje 6.1. Rozdělení olejů
6.2. Likvidace použitých olejů
7. Pneumatiky 7.1. Likvidace použitých pneumatik 7.1.1. Protektorování 7.1.1.1. Protektorování za studena 7.1.1.2. Protektorování za tepla lisem
7.1.2. Výroba pryžového regenátu 7.1.3. Využití jako palivo 7.1.4. Chemické zpracování 2
str. 2 str. 2 str. 3 str. 3 str. 5 str. 5 str. 6 str. 6 str. 7 str. 7 str. 8 str. 8 str. 9 str. 9 str. 11 str. 11 str. 13 str. 14 str. 15 str. 15 str. 16 str. 16 str. 16 str. 16 str. 17
7.1.5. Mechanické a fyzikální zpracování 7.1.5.1. Metoda kryogenní 7.1.5.2. Metoda vícenásobného mletí za normální teploty
Závěr Použité informační zdroje
str. 17 str. 17 str. 17 str. 17 str. 18
1. ÚVOD - Historie dopravy Doprava: jakékoliv přemisťování osob či hmotných statků provedené buď vlastní silou či silou zprostředkovanou. Podle přemisťovaných objektů můžeme dopravu rozlišit na dopravu osob či nákladu a daná doprava se uskutečňuje pomocí dopravních prostředků po dopravní cestě. V našem případě se budeme zabývat veřejnou dopravou autobusovou, která přepravuje osoby pomocí dopravních prostředků – autobusů. Veřejnou dopravu zabezpečovaly až do poloviny 18. století těžké a nepravidelné jezdící formanské povozy, později je převzaly odpružené a pohodlnější pravidelné poštovní dostavníky. V roce 1827 se ve Francii a téměř současně v Anglii objevily hranaté vozy s plochou střechou pro 18 a některé až pro 50 cestujících. Pravděpodobně podle latinského omnes (všichni) se začaly nazývat omnibusy a otevřeli éru hromadné dopravy. V roce 1893 R. Diesel vynalezl první vznětový motor, který byl později používán jako pohonná jednotka pro autobusy. V roce 1908 se v ulicích Prahy objevil první městský autobus HOP (H – typ motoru, O – karoserie omnibusu, P – určený pro Prahu), který byl výrobkem firmy Lauren & Klement. Současně v tomto roce byly dány do provozu první dvě poštovní autobusové trati v našich zemích – Pardubice – Holice a Pardubice – Bohdaneč. Tehdy začala autobusovou dopravu využívat i pražská městská doprava. Později rakouská vojenská správa pronajímala autobusy poštovní správě pro přepravu osob a během provozu prováděla technickou kontrolu nad těmito vozy – tímto byl dán první podnět pro zavedení autobusů ve veřejné silniční dopravě. Autobus: silniční vozidlo pro motorovou dopravu, poháněné vlastním motorem s uzavřenou karoserií pro dopravu více než 9 sedících osob včetně řidiče, případně pro dopravu dalších stojících osob a zavazadel. Autobusovou dopravu můžeme rozdělit: a) dle účelu městskou meziměstskou dálkovou b) dle konstrukce vozidel jednopodlažní dvoupodlažní kloubové 2. Vliv dopravy na krajinu V posledních letech dochází k vysokému nárůstu silniční dopravy. Lidé více používají automobilů jako přepravních i dopravních prostředků a jejich okolí je čím dál tím více zamořováno výfukovými spalinami z motorů, hlukem a prachem. Doprava se stává samostatným vědním oborem a jednou ze snah tohoto oboru je ochrana životního prostředí. Ochrana životního prostředí, kde dochází co nejméně k poškozování fauny a flory odpadem z dopravy.
3
Veřejná autobusová doprava spadá do silniční dopravy, která má velký vliv na změnu reliéfu krajiny budováním doprovodných děl a zařízením (mosty, tunely, parkoviště, náspy, valy, příkopy ……) a má za následek velký úbytek zemědělské a lesnické půdy, likvidaci stromů, zasolování půd a povrchových vod, znečišťování vod a půd. Dalším velice negativním je vydávaný hluk a vibrace dopravními prostředky a zároveň výfukové plyny a prach, které silniční doprava produkuje. Jedním z dalších vlivů je také spotřeba kyslíku, který motory potřebují pro svůj pohon. Pokud vezmeme v úvahu autobusovou dopravu musíme zde uvážit dvě hlediska: a) autobusy zamořují životní prostředí svými výfukovými spalinami z motorů (výfukové plyny mají vysoký podíl na vzniku tak zvaných skleníkových plynů, kyselých dešťů a na úbytku ozónové vrstvy), prachem a hlukem b) ovšem pokud by lidé začali využívat více veřejné autobusové dopravy a snížila by se tak individuální doprava, mělo by to za následek nižší zatěžování silnic i životního prostředí. POJMY: ADITIVUM - různé druhy přísad přidávaných do ropných produktů. Používají se k dosažení a stabilizaci předepsaných parametrů (omezení pěnivosti, mazavost, úprava destilační křivky, prvky pro zlepšení spalování a emisí, ochrana ventilů motoru apod.) [8]. BIONAFTA-EKONAFTA - alternativní pohon pro dieselové motory s obsahem cca 60% motorové nafty 10% aditiv a 30% rostlinného oleje tzv. MEŘO. Zajišťuje stejné parametry jako klasická nafta, splňuje ekologické požadavky odbouratelnosti do 21 dnů [8]. BOD TUHNUTÍ - teplota pod bodem mrazu, při které se motorová nafta a podobné olejové výrobky vlivem vylučování parafínu mění z tekutého stavu na tuhou hmotu. Obvykle se pohybuje kolem -30 až –50 oC [8]. BOD VZPLANUTÍ - minimální teplota u které dochází u motorové nafty, eventuelně bionafty k zapálení [8]. CETANOVÝ INDEX - určení "motorového výkonu" u motorové nafty. Minimální hodnota je 46,00 [8]. PARAFINOVÁNÍ - jev u motorové nafty a podobných olejových výrobků. Při nízkých teplotách pod zajištěným bodem filtrovatelnosti dochází k vylučování parafínu, který se zachytává na filtrech a při extremně nízkých teplotách zapříčiní i úplné ztuhnutí nafty. Po zahřátí se opět rozpouští než by došlo ke znehodnocení paliva [8]. FILTROVATELNOST - údaj teploty, při které dochází u motorové nafty k vylučování parafínů v takovém množství, které neprojde filtrem palivového systému a tím dojde k zanesení filtru. Tento údaj je velmi důležitý v zimním období při teplotách pod bodem mrazu, kdy dochází k parafinování. Parafín neznehodnocuje palivo a po zahřátí se opět vrací do tekutého stavu. U filtrů většinou stačí vyprat filtr v teplé lázni [8]. HUSTOTA - ropné látky mají konstantní váhu, ale vlivem teploty proměnlivou hustotu (měrnou hmotnost) a tím i objem PHM. Norma stanovuje rozmezí hodnot odpovídající kvalitnímu PHM. Výpočtem rozdílu hustoty při různých teplotách lze stanovit množstevní ztráty vlivem rozdílné teploty [8]. FILTR - každé vozidlo obsahuje palivový filtr zachycující nečistoty v PHM. Stejný filtr je umístěn v každém výdejním stojanu i u velkoodběrových míst. Zanesení tohoto filtru bývá častou příčinou zastavení přívodu PHM a "zadušení motoru" [8]. Palivem pro spalovací motory mohou být pouze látky, které se lehce mísí se vzduchem a vytvářejí tak zápalnou směs. To jsou buď paliva plynná nebo kapalná, která neobsahují pevné nespalitelné látky. Dále si musí tato paliva zachovat schopnost tvoření směsi se vzduchem i
4
při nízkých teplotách při spouštění motoru, musí umožnit účinný postup hoření s malým obsahem zdraví škodlivých látek ve spalinách, zaujímat co nejmenší objem, nesmějí obsahovat jedovaté látky a další. Kapalná uhlovodíková paliva jsou sloučeniny uhlíku s vodíkem. Základní surovinou pro jejich výrobu je ropa. Většinou se těží společně se zemním plynem z různě hlubokých zemních vrtech. Po odstranění nečistot se zpracovává destilací v nepřetržitě pracujících destilačních věžích, v nichž se rozděluje na skupiny (frakce) uhlovodíků s určitým rozmezím bodu varu [1]. a) benzínová frakce obsahuje kapalné uhlovodíky přibližně s pěti až deseti různě uspořádanými atomy uhlíku v molekule. Bod varu je v rozmezí 35 až 180 oC. Množství benzínu představuje 20 až 30 % z destilovaného množství ropy [1]. b) petrolejová frakce obsahuje kapalné uhlovodíky přibližně s osmi až šestnácti různě uspořádanými atomy uhlíku v molekule. Bod varu je od 180 do 280 oC. Množství petroleje představuje 10 až 15 % z destilovaného množství ropy [1]. c) naftová frakce (plynový olej I) obsahuje těžší uhlovodíky asi s jedenácti až dvaceti dvěma různě uspořádanými atomy uhlíku v molekule. Bod varu je do 360 oC. Vydestiluje se asi 20 až 25 % z destilovaného množství ropy [1]. Uhlovodíky s bodem varu vyšším než 360 oC se již nedají destilovat při normálním tlaku, a proto se zpracovávají ve vakuových destilačních věžích při nižších tlacích. Výsledkem destilace je plynový olej II, jako další složka motorové nafty, dále lehké a těžké oleje na výrobu mazacích a jiných olejů a asfalt [1]. Jednou z nejpoužívanější pohonnou látkou v autobusové dopravě je motorová nafta (označení NM), která je používána ve vznětových motorech. Mírou zpoždění vznětu motorové nafty je cetanové číslo. Čím je cetanové číslo vyšší, tím je zpoždění vznětu kratší a chod motoru měkčí. Příliš vysoké cetanové číslo je však též na závadu, protože směs se nestačí dokonale vytvořit a spálit, přehřívá se vstřikovací tryska [1]. Motorová nafta sice v dnešní době již bývá nahrazována i palivy plynnými, jako je propanbutan a zemní plyn. Motory však musí být pro spalování a tvorbu těchto směsí upraveny. 3. Motorová nafta 3.1 Všeobecná charakteristika Motorové nafty jsou směsi kapalných uhlovodíků získávané z ropy destilací a hydrogenační rafinací vroucí v rozmezí 150 až 370°C. Mohou obsahovat aditiva na zlepšení užitných vlastností, jako jsou depresanty, detergenty, mazivostní přísady a inhibitory koroze [5]. Motorová nafta je velmi rozšířeným palivem pro pohon dieselových motorů, převážně strojů, agregátů, nákladní dopravy a v menší míře i osobních vozidel s moderními dieselovými motory. Nafta zajišťuje vysoký výkon motoru a vysoký kroutící moment při nižší spotřebě, což je výhodou právě u těžké dopravní techniky. Oproti benzinovému pohonu je motorová nafta olejového složení, čímž zajišťuje současně i mazání palivového systému. Záměna motorové nafty za benzin má za následek velmi rychlé zadření motoru. Olejové složení motorové nafty však má i svoje nevýhody, kterými jsou tuhnutí, filtrovatelnost, horší hoření a spalování, usazování karbonizačních zbytků v motoru apod. Kvalitu motorové nafty určují hlavně parametry cetanový index a destilační křivka. V zimním období je potom velmi důležitým parametrem filtrovatelnost. Parametry odpovídají ČSN EN 590. V současné době se převážně v České republice distribuuje nafta třídy "B" dle ČSN [5]. Rozdělení motorové nafty dle klimatických podmínek – viz. 3.2. Základní parametry. 5
3.2. Základní parametry a) normální klima [5] Znak jakosti Časové rozmezí pro expedici
třída B 15.4. - 30.9.
Filtrovatelnost (CFPP) - °C, max. Cloud Point (CP) - °C, max. Hustota při 15°C - kg.m-3 Cetanové číslo, min. Cetanový index, min. Destilační zkouška do 250°C předestiluje - % obj., max. do 350°C předestiluje - % obj., min. 95% (V/V) předestiluje při °C, min. Kin. Viskozita při 40°C - mm2.s-1, min. Bod vzplanutí PM - °C, min. Obsah síry - mg.kg-1, max. Obsah vody - mg.kg-1, max. Celkový obsah nečistot - mg.kg-1, max. Obsah popela - % hm., max. Oxidační stabilita - g.cm-3, max. Mazivost HFRR (wsd) 1,4/60°C) - µm
třída F 16.11. - 28.02.
0 820 - 845 51 46
třída D 1.10. – 15.11. 1.3. – 14.4. –10 – 820 - 845 51 46
<65 85 360 2 - 4,5 nad 55 350 200 24 0,01 25 460
<65 85 360 2 – 4,5 nad 55 350 200 24 0,01 25 460
<65 85 360 2 - 4,5 nad 55 350 200 24 0,01 25 460
-20 -8 820 - 845 51 46
b) arktické klima [5] Znak jakosti Hustota při 15°C - kg.m-3 Cetanové číslo, min. Cetanový index, min. Filtrovatelnost - °C, max. TVP - °C, max. Destilační zkouška do 180°C předestiluje - % obj., max. do 340°C předestiluje - % obj., min. Kin. Viskozita při 40°C - mm2.s-1, min. Bod vzplanutí PM - °C, min. Obsah síry - mg.kg-1, max. Obsah vody - mg.kg-1, max. Celkový obsah nečistot - mg.kg-1, max. Obsah popela - % hm., max. Oxidační stabilita - g.cm-3, max. Mazivost HFRR (wsd) 1,4/60°C) - µm
třída 2 800 – 840 48 46 –32 –22 10 95 1,5 – 4 nad 55 350 200 24 0,01 25 460
3.3. Balení, skladování, doprava Motorové nafty se používají jako paliva pro vznětové motory nebo také jako palivo pro některé typy plynových turbin. Motorové nafty se dodávají v železničních a silničních nádržkových vozech případně produktovodem. Při skladování, dopravě a manipulaci s 6
motorovými naftami musí být dodržována příslušná zákonná ustanovení (Zákon č. 238/91 Sb., Směrnice MZ ČR, Železniční přepravní řád, ČSN 65 0201, ČSN 65 6060 a další) [5]. 3.4. Základní bezpečnostní údaje Motorové nafty jsou čirou nažloutlou až žlutou hořlavou kapalinou III. třídy nebezpečnosti s bodem vzplanutí nad 55 °C. Normální klima (třídy B, D, F) [5].
4. Bionafta jako alternativní palivo Bionafta – ekologické palivo pro vznětové motory na bázi metylesterů – nenasycených mastných kyselin, popřípadě tuků čistě rostlinného původu. Metylestery jsou vyráběny chemickými procesy zvanými reesterifikace z rostlinných olejů, které se získávají např. lisováním semene řepky olejné nebo sojových bobů. Bionafta se vyrábí chemickou transesterifikací při které dochází k chemické reakci řepkového oleje a metanolu. V původním řepkovém oleji je obsažen ester s glycerinovou složkou, která dává nežádoucí palivářské vlastnosti. Proto se nahrazuje složkou pocházející z methylalkoholu, čili získáme methylester řepkových kyselin. Poté se zbavuje přebytečného methylalkoholu a vyloučeného glycerolu. Takto přečištěný methylester se mezinárodně označuje jako RME, u nás jako MEŘO a je základní palivovou složkou, která již může sloužit jako palivo pro vznětové motory. V tomto případě se mluví o bionaftě první generace. Pokud se stane složkou multikomponentního paliva pro diesely, hovoří se o bionaftě druhé generace tzv. NATURDIESEL. Jednou z hlavních příčin proč se veřejnost brání přijetí bionafty je obava z poškození motoru vlivem negativního působení rozpustných i nerozpustných nečistot organického i anorganického původu, které jsou v bionaftě přítomny buď již z procesu výroby nebo vznikem v důsledků dlouhodobého působení vzdušného kyslíku při skladování či tepelném namáhání v motoru. V souvislosti s tepelnou a oxidační stabilitou lze vymezit tři základní charakteristické oblasti nežádoucích změn [2]. a) dlouhodobou nízkoteplotní oxidací bionafty vzdušným kyslíkem při skladování při teplotách nepřesahujících 50 oC. V tomto případě se společně s oxidací negativně projevují účinky vody přítomné v palivu, která se podílí na rozkladu bionafty a především podporuje růst nežádoucích mikroorganismů [2]. b) nízkoteplotní namáhání bionafy v palivovém systému vznětového motoru při teplotách 60 až 70 oC urychlující oxidační působení kyslíku [2]. c) krátkodobé vysokoteplotní namáhání v motoru či motorovém prostoru při teplotách až 150 oC , které vede k polymeraci méně stabilních složek (včetně nečistot) přítomných v bionaftě a tvorbě vysokomolekulárních úsad [2]. Z hlediska možného poškození jsou nejcitlivější především segmenty zařízení pro vysokotlaké vstřikování paliva, proto je problematice použití bionaft věnována velká pozornost zejména u výrobců vstřikovacích zařízení. Stabilita bionafty i směsné motorové nafty je ovlivněna především přítomností stopových nečistot a příměsí různého typu a původu, ale i složení samotné bionafty, respektive obsah méně stabilních reaktivních esterů tzv. vícenenasycených mastných kyselin. Ukazuje se, že pro kvalitu bionafty má rozhodující význam dodržení správného technologického postupu výroby, jehož nedílnou součástí musí být i dokonalá rafinace vyrobeného produktu [2].
7
Možné negativní vlivy působení bionafty [2] Charakteristika paliva
Negativní působení
Možná porucha motoru
Estery rostlinných olejů
Křehnutí a měknutí některých plastů (elastomerů)
Únik paliva
Zbytkový metanol z výroby bionafty
Koroze barevných kovů (Al, Zn), nízký bod vzplanutí paliva (požární rizikovost)
Koroze vstřikovacího zařízení
Zbytkový obsah pomocných chemikálií z výroby bionafty
Nerozpustné sloučeniny na bázi sodíku a draslíku
Ucpání vstřikovacích trysek
Rozpouštěná voda
Rozklad bionafty, koroze, podpora Ucpání palivového filtru, koroze růstu mikroorganismů, nárůst vstřikovacího zařízení, zmenšení elektrické vodivosti průchodnosti palivových cest
Zbytkový obsah glycerinu z výroby bionafty, obsah nereagované suroviny
Koroze barevných kovů, nasáknutí a zbobtnání celulózových filtrů, tvorba sedimentů a laků na pohyblivých částech
Ucpání filtrů, zablokování vstřikovačů
Zbytkový obsah tzv. mastných kyselin z výroby bionafty
Urychlení koroze kovových součástí
Koroze vstřikovací zařízení, ucpání filtrů, palivových cest a vstřikovačů
Zvýšená zátěž (přehřívání) Zkracování životnosti palivových Vysoká viskozita bionafty při podávacích palivových rotačních čerpadel, horší průběh spalovacího nízké teplotě čerpadel, horší atomizace paliva ve procesu vstřikovacích tryskách Vyšší modul elasticity
Nárůst vstřikovacích tlaků
Zkracování životnosti vstřikovacího zařízení, nutnost častějšího servisu
Těkavé organické kyseliny (mravenčí, octová) vznikající při mikrobiálním napadení bionafty
Koroze kovových součástí
Koroze vstřikovacího zařízení
Produkty polymerizace bionafty při tepelném zatížení
Tvorba sedimentů a úsad
Ucpání filtrů, tvorba laků na horkých plochách
5. Plyn jako pohonná látka Jak už bylo zmíněno pohonnou látkou pro autobusy nemusí být výhradně používána pouze motorová nafta či bionafta, ale může to být i požívání plynu, které má v České republice i ve světě svou tradici. Pro pohon motorů v silniční dopravě jsou používány tři druhy plynu: propan-butan zemní plyn bioplyn Každý z těchto plynů má svá specifika a je pro účely pohonu motorů v autobusové dopravě více či méně vhodný. 5.1. Propan-butan Propan-butan je směsí dvou hlavních složek: propanu a butanu. Propan je nositelem 80 % energie při spalování. Je využíván jako zkapalněný plyn – LPG. Jeho použití pro pohon je do
8
značné míry riskantní oproti ostatním plynům. Při smíchání se vzduchem v poměru 5 % - 35 % je samovolně výbušný. Je těžší než vzduch, proto je nutné provést i bezpečnostních opatření v opravárenských dílnách, což si vyžaduje další investice než u ostatních plynů. Dalším problémem je poměr mezi oběmi složkami plynu. Složení je od různých výrobců jiné, cena za jednotku se však neliší, proto může docházet i ke kolísání provozních nákladů. Pokud by byla používána čistá složka, která je hlavním nositelem energie (propan) byla by její cena výrazně vyšší než motorová nafta. Pro plnění nádrží vozidel musí být používána speciální plnící stanice [4]. 5.2. Zemní plyn Zemní plyn má vysoký obsah metanu (CH4). Hodnoty, kterých dosahuje při spalování jsou vhodné i pro motory v silniční dopravě, kde se využívá jako stlačený plyn – CNG. Jeho využití představuje konstrukční úpravu, po které u vznětového motoru dojde k tomu, že může být používán jako palivo pouze CNG (není možný duální provoz). Při používání CNG jako paliva je nutné provést určitá bezpečnostní opatření v opravárenských kapacitách (zejména metanová čidla). Pro plnění nádrží vozidel je nutné používat speciální tlakovou plnící stanici [4]. 5.3. Bioplyn Bioplyn vzniká rozkladem organických látek (na skládkách odpadů, v rostlinných kompostištích, při likvidaci biologického odpadu apod.). Obsahuje v surovém stavu 50 % - 70 % metanu. Po vyčištění zůstává v podstatě jen metan a plyn je použitelný pro spalovací motory v silniční dopravě stejným způsobem jako zemní plyn. Jeho cena je oproti zemnímu plynu ještě výhodnější [4]. Z předchozích charakteristik vyplývá, že pro provoz autobusů se jeví jako vhodné médium zemní plyn a bioplyn. Pro plynofikaci autobusového provozu je nutné ale zvážit několik hledisek: Z hlediska společenského jsou to především ekologické argumenty. Významné jsou však také argumenty ekonomické. V součastné době jsou všechna vozidla na alternativní paliva podstatně dražší než jejich klasické protějšky. Cena vozidla na přírodní plyn se liší podle toho, zda se jedná o přestavěné vozidlo nebo o nový vůz z výroby. Přestavba stávajícího vozidla se pohybuje okolo 500 tis. Kč. Nová vozidla obvykle stojí o 27 300 – 45 500 EUR více než jejich klasické naftové protějšky. Počínaje rokem 2002 je možné získat na pořízení nového vozidla s pohonem na CNG dotaci od Ministerstva životního prostředí České republiky, která může při vhodném výběru vozidla zhruba eliminovat zvýšenou pořizovací cenu. Na bázi energetického ekvivalentu se přírodní plyn prodává na veřejných čerpacích stanicích za příznivější ceny než benzín či motorová nafta. Odhadované zásoby přírodního plynu by měly podle stávajících objemů spotřeby vystačit pro potřeby všech odvětví dalších 65 až 70 let. Pokud bychom zahrnovali i ověřené obnovitelné zásoby, pak se tato doba prodlouží až na 170 let [4]. Nevýhodou je poměrně nízká energetická kapacita v porovnání s energetickou kapacitou stejného objemu kapalných paliv. Zemní plyn stlačený na 20 MPa má jen 20 % energetické kapacity kapalných paliv. Zemní plyn se nejprve stlačuje a vozidla se mohou plnit přímo z kompresoru technikou pomalého plnění (zhruba 5 - 8 hodin) nebo mohou své zásobníky naplnit během 3-5 minut pomocí stlačeného plynu, uloženého v zásobnících (i několik navzájem propojených zásobníků) na stlačený přírodní plyn.
9
Pokud nejsou k dispozici veřejné plnící stanice, představuje výstavba kompresorové stanice pro tankování vozidla dodatečné výdaje. Podle toho jaké je provedení plnící stanice, kapacita nebo požadavky na zásoby plynu, mohou kompresory a související zařízení přijít na 4 500 – 9 100 EUR (malé kompresory). Autobusové čerpací stanice s dobou tankování do 3 minut, dimenzované pro velký počet vozidel, mohou stát až 910 000 EUR i více [4]. Základní provozní údaje [4]: spotřeba nafty (cca) 30l / 100 km spotřeba CNG (podle provozu) 31 – 52 m3 / 100 km cena nafty (předpoklad roku 2002) 22 Kč/l cena CNG (nabídka plyn. podniků v ČR) 10 Kč/ m3 ostatní provozní náklady jsou srovnatelné Za předpokladu, že provozní náklady zůstávají stejné vyjma spotřeby PHM, můžeme provést následující porovnání: Náklady na spotřebu PHM:
Kč/km Rozdíl
motorová nafta 6,60 Kč/km
CNG 4,21 Kč/km 2,39 Kč/km
(toto vyčíslení úspor nákladů je pouze orientační) [4]
Problémem však zůstává množství plnících stanic CNG. V rámci České republiky není dostatek plnících stanic (obr. 1), které by byly schopny obsloužit jednotlivá střediska autobusové dopravy. Proto je možné uvažovat o plynofikaci pouze za předpokladu rozšíření počtu plnících stanic.
obr. 1 – mapka - plnící stanice zemního plynu v České republice [4]
Přesto mnoho dopravních firem podporujících ekologický provoz autobusů přichází na trh a jedním z nich je i tuzemský výrobce autobusů SOR Libchavy. Nový ekologický autobus, vyrobený na osvědčené platformě SOR B 9,5, má pohon na stlačený zemní plyn (CNG). Zásobníky plynu s objemem 126 m3 jsou na rozdíl od přestavěných Karos umístěny na střeše. Kromě nízké hladiny škodlivých emisí ve výfukových plynech a menší hlučnosti patří
10
k přednostem i ekonomičtější provoz. Rozmístěním sedadel a prostorem pro dětský kočárek nebo invalidní vozík odpovídá autobus plně svému účelu (pojme 25 sedících a 55 stojících osob, má sníženou podlahu). Přednosti tohoto autobusu [4]: ekologický provoz – dán nízkou hladinou škodlivých emisí ve výfukových plynech a nižší hladinou hluku ekonomický provoz – vozidlo ujede za stejnou cenu pohonných látek dvojnásobnou vzdálenost než dieselová verze moderní technologie bezpečnost použité palivo má dvojnásobně vyšší zápalnou teplotu než běžně používaný automobilový benzín, při jeho úniku nedochází k žádnému znečištění životního prostředí oproti běžně používané motorové naftě, protože použitý plyn je látka běžně se vyskytující v přírodě
6. Oleje Musíme ale uvážit že nejenom pohonné látky v autobusové dopravě mohou ovlivňovat a znečišťovat životní prostředí. Motory ve vozidlech mají mnoho pohyblivých částí (písty, ložiska, hřídele, převodovku …..), jejichž chod je třeba zajistit použitím vhodného maziva. Třecí plochy pohybujících se součástek motoru se musí mazat, aby mezi nimi nevznikalo suché tření suché tření způsobuje zadírání třecích ploch. Mazáním se mezi třecími plochami vytváří tenká vrstva maziva – olejový film. Ovšem mazání spalovacích motorů plní i některé další funkce. Olejem se odvádí i část tepla z motoru, hlavně z pístu. Olej se ochlazuje nejčastěji proudem vzduchu, kterému je vystaveno spodní víko motoru, v němž se shromažďuje olej. Dalším účelem mazání je chránit součásti motoru před korozí, odvádět nečistoty z mazaných míst a zvyšovat těsnost pístních kroužků, a tím zabránit pronikání plynů ze spalovacích prostorů. Definice oleje: tekuté organické sloučeniny mastné povahy. Jsou lehčí než voda a ve vodě jsou nerozpustné. Rozpouštějí se v benzinu, éteru a jiných organických rozpouštědlech [1]. 6.1. Rozdělení olejů: a) Motorové oleje – rafinují se z ropy a pro zlepšení jejich vlastností se k nim přidávají četné přísady. Mezi hlavní druhy přísad patří: - zvyšovače viskozitního indexu, které snižují rozdíl viskozity teplého a studeného oleje - antioxidanty, které zpomalují stárnutí oleje - detergenty, které zabraňují vzniku studených kalů - antikorodanty, které chrání součásti motoru před korozí - přísady proti pěnění oleje Motorové oleje můžeme podle klasifikace SAE (zkratka Society of Automotive Engineers) řadit do skupin podle viskozity, přičemž k jiným vlastnostem se nepřihlíží. Běžně se oleje podle SAE rozdělují do 11 tříd nebo stupňů a do dvou skupin [1].
11
Rozdělení olejů:
Třídy olejů:
OW 5W 10W 15W 20W 25W 20 30 40 50 60
oleje s označením W mají určeny maximální přípustné viskozity při teplotě –17,8 oC, vlastnosti těchto olejů jsou vhodné pro zimní a chladné období
oleje bez označení W mají předepsané rozmezí viskozity při 100 oC, vlastnosti těchto olejů jsou vhodné pro letní období
Dle třídění jsou dále oleje rozděleny na jednostupňové (používané v jednom ročním období) nebo vícestupňové (určeny pro celoroční použití). Funkce motorového oleje: ♦ mazání ♦ ochrana kovových ploch před korozí ♦ odstraňování nečistot ♦ chlazení ♦ dotěsňování mezi pístními kroužky a stěnou válce ♦ tlumení hluku b) Převodové oleje – jsou na ně kladeny poněkud jiné požadavky než na převodové oleje. Kromě oxidační stálosti a ochrany převodovky před korozí kovových ploch musí zajišťovat mazání ozubených kol a ložisek. Převodový olej nepřichází do styku s produkty hoření paliva, ani s tepelnými částmi jako motorový olej. Přesto i převodový olej dosahuje poměrně vysoké provozní teploty přes 100 oC. Proto je velký rozdíl mezi viskozitami studeného oleje a oleje ohřátého na provozní teplotu. Zvláštní požadavky jsou kladeny na oleje pro rozvodovky s hypoidními převody, kde se již nevystačí s běžnými převodovými oleji s přísadami pro velké tlaky a je nutno používat oleje s vyššími parametry [1]. Rozdělení převodových olejů podle normy SAE: převodové oleje
75W 80W 85W 90 140 250
c) Kapaliny pro automatické převodovky - zcela zvláštní požadavky jsou kladeny na kapaliny pro automatické převodovky. Kromě toho že se touto kapalinou mažou třecí plochy zpravidla planetových převodů, v této kapalině pracují i lamelové třecí spojky a pásové brzdy a jsou touto kapalinou i ovládány. Touto kapalinou je
12
naplněn i hydrodynamický měnič nebo kapalinová spojka, které jsou spojeny s vlastní převodovkou ve společné skříni. Z předchozího vyplývají požadavky na vlastnosti kapaliny. Mimořádně důležité jsou protiotěrové vlastnosti, požadované rozmezí viskozity kapaliny se musí dodržet v rozsahu teplot od –30 až do 150 oC. Při řazení může povrchová teplota lamel dosáhnout teploty až 300 oC , která nesmí způsobit znehodnocení oleje. Kapalina proto musí mít mimořádnou teplotní a oxidační stálost. Další přísady musí zajišťovat odolnost proti pěnění. Kapalina musí obsahovat i disperzní přísady, které brání usazování jemných nečistot na důležitých místech, jako na ventilech hydraulického obvodu řízení převodovky atd. obsah příměsí pro zamezení koroze a agresivního působení na různé nekovové materiály použité v převodovce je samozřejmý. U nás se pro hydraulické převody autobusů vyrábí olej OT-H 3 [1]. d) Plastická maziva – běžně se nazývají mazací tuky. Jsou připravovány uměle z minerálních olejů, zhušťovadel a někdy i aditivů. Jako zhušťovadlo obsahuje většina mazacích tuků mýdla mastných kyselin. Mazací tuky se používají k mazání míst, která nelze mazat olejem nebo míst odkud by olej vytekl. Vlastnosti mazacích tuků jsou dány jednak olejem, z něhož jsou vyrobeny a jednak druhem mýdla, kterým byl tuk zahuštěn. Důležitou vlastností mazacích tuků je odolnost proti vodě a velikost bodu skápnutí, který omezuje použití tuků v místech majících vyšší teplotu [1]. Příklad použití a značení domácích automobilových tuků: NH2 – ložiska kol, vodní čerpadlo A00 – místa podvozku
6.2. Likvidace použitých olejů Otázkou ovšem zůstává jak naložit s použitými oleji ze spalovacích motorů a z převodovek těchto vozidel, aby nepoškozovaly životní prostředí. Podle vyhlášky Ministerstva životního prostředí č. 337/1997 Sb. a vyhlášky č. 334/1999 Sb. jsou odpadní oleje zařazeny do kategorie nebezpečných odpadů podléhající zpřísněnému režimu. Tyto oleje mohou znehodnotit zdroje vody a půdu vniknutím do nich. Velmi nebezpečnou součástí těchto olejů jsou sloučeniny kovů (zvláště olova), které se do nich dostávají otěrem. Další nebezpečnou součástí těchto olejů bývají chlorované organické sloučeniny – mají vysokou toxicitu a jejich spalováním mohou vznikat daleko toxičtější chlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany. Recyklace - prioritní způsob nakládání s použitými oleji – je dán směrnicí EU 75/439/EEC, kde se jedná nejenom o regeneraci motorových olejů, ale i o výrobu topného oleje pro energické využití. V současné době existují organizace, které se zabývají sběrem použitých olejů a její recyklací (tyto organizace musí mít koncesní listinu, opravňující ji pro podnikání v této oblasti). Pokud bychom hodnotili jednotlivá léta, musíme konstatovat, že dochází k poklesu sběru odpadních olejů a maziv a to působením několika faktorů: ♦ nedostatečná legislativa určující povinný objem sběru ♦ nové čerpací stanice bez zabezpečení sběru ♦ rušení sběru u existujících čerpacích stanic Zásady pro nakládání s použitými oleji: ♦ zpřísnění požadavků na provozování sběru použitých olejů, jejich třídění ♦ uzákonění povinností vracet použité oleje
13
♦ stanovení podmínek pro spalování použitých olejů jako zdrojů tepelné energie ♦ sankční pokuty za nesplnění legislativních opatření
7. Pneumatiky Nejenom výfukové plyny a použité oleje mají vliv na životní prostředí, dalším velice velikým problémem jsou použité pneumatiky. Pneumatiky, jako části podvozků automobilů, mají významný vliv na bezpečnou jízdu, pohodlí cestujících a hospodárnost provozu automobilu. Pneumatika běžného provedení se skládá ze tří částí: plášť, duše, ochranné vložky (jen u některých druhů pneumatik). Dále existují i bezdušové pneumatiky. Z konstrukčního hlediska pneumatiku můžeme rozdělit na několik částí (obr. 2): Kostra pláště – tvořena kordovými vložkami, zakotvenými kolem ocelového lanka v patce pláště. Určuje řadu nejdůležitějších vlastností pneumatiky, mezi něž patří především nosnost pneumatiky, její tvar a jízdní vlastnosti [1]. Patka pláště – zesílená část pláště, dosedající na ráfek, na nějž ji přitlačuje vnitřní přetlak vzduchu. Patka pláště musí bezpečně přenést všechny síly z pneumatiky na ráfek a opačně. Spojení patky s ráfkem u bezdušových pneumatik musí být vzduchotěsné. Nosným prvkem patky je výztužné ocelové lanko, k němuž jsou zakotveny jednotlivé vložky kostry. U plášťů pro nákladní automobily se používají dvě lanka v patce [1]. Nárazník – část pláště tvořící přechod mezi běhounem a kostrou pláště. K jeho výrobě se používají různé druhy materiálů. Zvyšuje se odolnost kostry pneumatiky proti průrazu [1]. Bočnice - chrání boční část kostry pláště před mechanickým poškozením [1]. Běhoun – vrstva pryže na vnějším obvodu pláště opatřená vzorkem. Hlavní funkcí běhounu je přenášet hnací sílu vozidla na vozovku, zlepšovat přilnavost k vozovce a zvyšovat účinnost brzdového systému [1]. Dezén – je vzorek na styčné ploše pláště s vozovkou. Je to soustava různě uspořádaných drážek, které rozčleňují povrch styčné plochy na geometrické obrazce – figury. Hlavní úlohou dezénu je zabezpečit co nejvyšší přilnavost pneumatiky k vozovce [1]. Duše (vzdušnice) – součást pneumatiky běžného provedení. Má ventil, kterým se plní vzduch do pneumatik na předepsaný tlak [1]. Ventil – kovový, kombinovaný s pryžovou těsnící vrstvou, celokovový [1]. Ochranná vložka – u pneumatik k ochraně duše před poškozením patkou pláště [1]. Dezén pláště (vzorek): ♦ letní ♦ zimní ♦ univerzální
14
Ochranná vložka - u pneumatik k ochraně duše před poškozením patkou pláště. [1]
obr. 2 – řez pneumatikou [1]
7.1. Likvidace použitých pneumatik V posledních letech rapidně vzrůstá spotřeba pneumatik v silniční dopravě a zároveň s tím se zvyšuje i procento opotřebovaných pneumatik. Naskýtá se zde otázka jak naložit s opotřebenou pneumatikou nebo jak využít neupotřebitelný pryžový odpad. V České republice existuje několik firem, které se zabývají využitím použitých pneumatik a pryžového odpadu. Lze je rozdělit do dvou kategorií: a) firmy zabývající se obnovou (protektorováním) pneumatik b) firmy zabývající se zpracováním pryžového odpadu
7.1.1. Protektorování Obnova pneumatik (protektorování) vykazuje nejvyšší úroveň využití energie a surovin. Je to ovšem nejvhodnější způsob recyklace opotřebených pneumatik. Jedná se o technologický proces, kdy se obnovuje běhoun a vytvoří se nový dezén pneumatiky. Při protektorování nedochází ke změně rozměru či konstrukce pneumatiky. Vzhledem k tomu, že časem dochází k fyzikálním změnám pneumatiky je vhodné protektorovat pouze pneumatiky, které nejsou starší než čtyři roky. V současné době se protektorují především pneumatiky nákladní vozidel, které jsou zatěžovány denně a velice rychle se opotřebovávají. Existují dva základní způsoby protektorování: 1. protektorování za studena 2. protektorování za tepla v lisu
15
7.1.1.1. Protektorování za studena je modernější technologií výroby. Pneumatiky jsou podrobnou vizuální kontrolou na prohlížecím stroji kontrolovány. Tato kontrola se skládá ze 7 samostatných fází, které na sebe navazují. Jsou kontrolovány staré opravy, analyzováno stáří pneumatiky, označena místa poškození a oprav, odstraňovány cizí předměty z běžné plochy. Po vstupu jsou opotřebené pláště roztříděny podle rozměrů a odrásány na drásacích strojích. Po broušení pneumatika prochází kontrolou na ultrazvukovém testeru, který odhalí všechny její skryté vady, průpichy, separace atd. a poškozená místa ihned označí. Na pracovištích oprav jsou poté veškerá zjevná i skrytá poškození ve 3 fázích vybroušena speciálními nástroji. Následuje stříkání vulkanizačním cementem a na speciálním pracovišti se provedou větší opravy pomocí opravných vložek, dále opravy poškození patek atd. Na dalším pracovišti se formou vyplnění opravným materiálem opraví drobná poškození běžné plochy a na bok pneumatiky se umístí předepsaná označení. Na konfekčním stroji se poté položí na takto připravenou plochu předem připravený desén s nalisovaným spojovacím materiálem. Po vulkanizaci představuje nejpevnější součást protektorované pneumatiky. Pneumatika s položeným novým běhounem se poté vloží do pružných obalů - tzv. bandáží, utěsní se patními kruhy a vloží do autoklávu. To je tlaková, elektricky vyhřívaná nádoba. Po naplnění je spuštěn vulkanizační cyklus, který probíhá zhruba 4 hodiny při teplotě 99 stupňů Celsia a tlaku 6 atm (navíc se ještě pracuje s tzv. diferenciálním tlakem, který má zásluhu na dokonalém přítlaku nového dezénu ve všech jeho bodech}[1] . Po ukončení cyklu jsou protektory vyjmuty z bandáží a procházejí náročnou výstupní kontrolou. Při ní jsou rovněž trvale označovány velikostí obvodu odrásané plochy - tento exaktní údaj umožňuje montovat do dvojmontáží stejně velké pneumatiky a výrazně tak zvyšovat kilometrický proběh .
7.1.1.2. Protektorování za tepla lisem tato technologie je nejstarším způsobem protektorování. První fáze je totožná jako při protektorování za studena. Na připravenou kostru pneumatiky jsou nalepovány nové pásy běhounové směsi a surový protektor je vložen do vulkanizačního lisu. Výhodou této technologie je relativní technologická a materiálová nenáročnost, která působí na cenu těchto pneumatik [1] .
7.1.2. Výroba pryžového regenátu V souvislosti s využitím procesu vulkanizace lze starou pryž zpracovávat na tzv. regenát. Pryžový regenát je rozrušená pryž z použitých pneumatik. Moderní linky dokáží již vyrábět celou řadu frakcí pryžového regenátu očištěného od nežádoucích příměsí jako jsou ocel a textil [6]. Principem je rozemílání pneumatiky na stále menší částečky. Tato procedura může být doplňována tepelným či chemickým zpracováním. Oleje se přidávají jako změkčovadla [6].
7.1.3. Využití jako palivo Výhřevnost pryžového odpadu z pneumatik je poměrně vysoká (cca 30 MJ.kg-1). V některých zemích elektrárny a teplárny využívají tento odpad jako palivo (např. ve Velké Británii nebo v Německu). Nejčastěji se odpad využívá jako přídavné palivo v cementárenských pecích. V České republice je to např. cementárna Mokrá u Brna a Čížkovice. Obsah síry (1 – 2 %) není na závadu, neboť vzniklý oxid siřičitý se váže na alkalické složky cementu. Výhřevnost odpadu je sice velká, ale vzhledem k velké spotřebě energie při výrobě pneumatik nepředstavuje energetické využití ideální řešení. Navíc se nevratně přemění chemická surovina. Opotřebené pneumatiky jsou spalovány v pecích celé, nebo ve formě hrubého regenátu. Použití renegátu z odpadní pryže umožňuje automatizované dávkování odpadu do cementářských pecí [7]. 16
Další technologií pro energetické využití je pryžového odpadu ve směsi s odpadem komunálním je PYROLÝZA. Cílem pyrolýzy je rozštěpení makromolekulárních látek na malé molekuly.
7.1.4. Chemické zpracování Pyrolýzou lze získat směs uhlovodíků a saze. Některé procesy používají pyrolýzu spojenou s hydrogenací. Vzniká směs nasycených uhlovodíků. Japonští vědci vyvinuli novou metodu, při které na pneumatiky působí při teplotě 400 oC a tlaku 4 MPa 40 % roztok hydroxidu sodného NaOH. Za těchto podmínek se pneumatiky rozpustí během 15 minut na olejovitou směs uhlovodíků s dlouhými řetězci . V USA se zkoumá nová biotechnologická metoda využití pryžového odpadu. Materiál ze starých pneumatik se smíchá s vhodnými mikroorganismy v kyselém prostředí při teplotě asi 70 oC. Mikroorganismy naruší vazby C-S a připraví tak materiál k novému použití. Cílem výzkumu je zpracovat tímto způsobem asi 20 % starých pneumatik .
7.1.5. Mechanické a fyzikální zpracování 7.1.5.1. Metoda kryogenní Pneumatika se ochladí kapalným dusíkem na – 80 oC. Při této teplotě se stane natolik křehkou, že ji lze poměrně snadno rozsekat sekacím strojem. Výsledný produkt (granulát) má vysokou výrobní cenu a navíc se i podstatně změní původní vlastnosti pryže. Na 1 kg pneumatik je spotřeba dusíku 0,6 kg . 7.1.5.2. Metoda vícenásobného mletí za normální teploty Pneumatiky se nejprve rozsekají na části zhruba tak 60 x 60 mm. Při zpracování velkých pneumatik z nákladních aut se provádí podélné půlení a vytrhávání ocelových lan z patek, aby nedošlo k rychlému opotřebení sekacího stroje. Ocelová lana spolu s další ocelí z jiných pneumatik se předávají ke zpracování v hutích . Za sekacími stroji následují vlastní recyklační linky, které se skládají z mlýnů a separátorů. Na linkách se provádí : • postupné drcení na jemnější frakce • separace oceli a textilu.
Závěr Mnoho firem již dnes používá jako pohonnou látku pro své vozidla bionaftu místo motorové nafty a současně má zájem o používání LPG (směs propan-butanu) či CNG (stlačený zemní plyn). Snaží realizovat přestavby autobusů i přes vysoké náklady. Tyto pohony produkují mnohem méně škodlivých látek ve výfukových plynech než tekutá paliva, neusazuje se karbon ve spalovacím prostoru a tím se i méně znečišťuje olej v motoru. Většina dopravních společností má uzavřeny smlouvy s firmami, které se zabývají zpracováním opotřebených pneumatikami a použitými oleji. Tyto firmy dokáží opotřebené pneumatiky i použité oleje přeměnit na užitečné výrobky či je vrátit do surovinového oběhu. Pokud bude schválena nová legislativa – upravena o nakládání s odpady – mohlo by to výrazně přispět ke zlepšení životního prostředí.
17
Použité informační zdroje: [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
PILÁRIK, M., PABST, J. Automobily. Praha: INFORMATORIUM, 1997. 335 s. ISBN 80-86073-02-5 POSPÍŠIL, M. Autoexpert. Znáte bionaftu???, 2002, č. 7-8, str. 40-43. KOVÁŘ, J. Alternativní palivo pro naftové motory. Praha, 1999. INFERRUM, Dopravní společnosti a ekologie. 2002, č. 5, str. 7-8 server: Česká rafinérská, Výrobkový katalog, [online]. c2002, [cit. 2003-1-2]. Dostupné z: < http://www.ceskarafinerska.cz/cz/katalog/motorova_nafta.asp > server: Interkat, Výroba pryžového renegátu, [online]. c2002, [cit. 2003-1-2]. Dostupné z:
server: Ekologie aktuálně, Recyklace, [online]. c2002, [cit. 2003-1-2]. Dostupné z: server: Swam, Slovník, [online]. c2002, [cit. 2003-1-2]. Dostupné z: < http://www.svam.cz/nafta.htm>
18
