Vyspělá biopaliva v dopravě

ČESKÁ ASOCIACE PETROLEJÁŘSKÉHO PRŮMYSLU A OBCHODU CZECH ASSOCIATION OF PETROLEUM INDUSTRY AND TRADE

Vyspělá biopaliva v dopravě Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu, Technologická platforma silniční doprava

Milan Vitvar, listopad 2013

U Trati 42 100 00 Praha 10 – Strašnice tel.: +420 274 817 404 E-mail: [email protected]

www.cappo.cz

Obsah 1. Úvod 2. První generace biopaliv 3. HVGO 4. Druhá generace biopaliv 5. Výrobní postupy pro druhou generaci 6. Postupy pokládané za perspektivní 7. Biopaliva z řas 8. Efektivita výroby, zdroje, geografie, náklady 9. Legislativní rámec EU 10. Situace v ČR 11. Závěr

Vyspělá biopaliva v dopravě

2

www.cappo.cz

1. Úvod Rozvoj biopaliv v posledních desetiletích •Podpora zemědělské výrobě ( přebytky ) •Bezpečnost v zásobování energetickými surovinami a redukce závislosti na ropě •Zmírnění následků emisí skleníkových plynů Rozdílná pojetí v různých zemích a různé cíle Dělení na „ generace“ či „konvenční“ a „vyspělá“ biopaliva

2. První generace biopaliv Bioetanol: 80 % světové spotřeby biopaliv. Bioetanol: Cukrová třtina ( Brazílie) – 24 %, kukuřice ( USA) - 63 %, ostatní cukrové či škrobové plodiny. Pokles výrobních nákladů úměrný technologickým zkušenostem ( pod 100 USD/t). Roste poptávka (FFV). Celková profitabilita: ceny ropy, surovin a vládní podpory. Výroba třtinového alkoholu a alkoholu z kukuřice byla v poslední době profitabilní i bez podpor. Třtinový alkohol : zcela splňuje kriteria pro pokročilá paliva, redukce emisí SP 70 – 90 %. Nezdaněná MOC okolo 0,60 USD/lge.


3

www.cappo.cz

Rostlinné oleje pro výrobu bionafty: řepkový olej ( Německo, VB, Francie), palmový olej ( Malajsie, Indonézie), sojový olej ( Argentina, USA). Palivo se z oleje vyrábí reesterifikací metanolem (FAME). Od roku 2000 do roku 2007 se světová poptávky po olejnatých surovinách ztrojnásobila. FAME má prioritní význam zejména v Evropě vzhledem k dominanci dieselových motorů v komerční i osobní přepravě ( V USA: nafta jen 20 % spotřeby) -58 % bionafty je produkováno v Evropě. Ekonomika: cena oleje a ropy, výroba je závislá na ekonomické podpoře. Omezení a obavy pro 1. generaci: •Přispívá ke zvyšování cen •Relativně nákladná cesta pro energetickou bezpečnost •Přínos úspor SP s výjimkou třtinového alkoholu omezený •Akcelerují odlesňování ( ILUC vlivem zvýšené poptávky) •V některých oblastech i konkurence pro zdroje vody


4

www.cappo.cz

Globální výroba biopaliv a hlavní producenti (převážně první generace)


5

www.cappo.cz

3. HVGO Výroba hydrogenovaného rostlinného oleje: společná rafinace s fosilní surovinou nebo lépe samostatnou hydrogenací . Tlak cca 5 MPa, teploty 350 – 400 °C. Pro zlepšení nízkoteplotních vlastností bývá izomerován. Spotřeba vodíku je vyšší u řepkového oleje ( nenasycený charakter) . Asi 15 % oleje je přeměněno na vodu a plyny . Výhodou je možnost vyššího přídavku do motorové nafty. HVGO bývá označován za přechodový stupeň mezi 1. a 2. generací


6

www.cappo.cz

4. Druhá generace biopaliv Výroba biopaliv ze zemědělských nebo lesnických zbytků, odpadů a z nepotravinářských surovin Uplatnění především lignocelulózy ( i v tomto případě jsou obavy z ILUC, avšak výtěžky získané energie na hektar půdy jsou obecně vyšší než u první generace) Lignocelulóza: celulóza a hemicelulóza (50 – 70 %), lignin ( až 33 %) Obsah vlhkosti ( 20 – 50 %) a kyslíku ( až 45 %)

Rozdíly obsahu ligninu u vytrvalých trav, slámy, dřeva, potenciál pro genetickou modifikaci rostlin. Vyspělá biopaliva v dopravě

7

www.cappo.cz

Druhá generace biopaliv Současný stav:

•technologická, logistická, ekonomická nevyspělost. •očekávána investiční i technologická rizika. Málo závodů komerční velikosti, vysoké výrobní náklady. Pokročilá biopaliva jsou nákladnější: 1,0 – 1,2 USD/lge. 50 % tvoří odpisy z investičních nákladů. Výrobní náklady mohou klesat s vyspělostí technologií. Problém obstarání a transportu suroviny, nízká energetická hustota, obsah vody, potenciální variabilita surovin, plynulost zajištění suroviny a výroby. 2. generace neposkytuje vedlejší produkty pro krmení zvířat s nákladovým zvýhodněním. Lignin může být energetickou surovinou nebo zdrojem pro ligninovou chemii Citlivost na energetické vstupy, ceny surovin, vedlejších produktů a k místním podmínkám Vyspělá biopaliva v dopravě

8

www.cappo.cz

5. Výrobní postupy pro vyspělá biopaliva BIOCHEMICKÉ CESTY •Biopaliva jsou vyráběna biochemickými postupy – hydrolýzou, enzymatickým rozkladem, fermentacemi TERMOCHEMICKÉ CESTY •Biopaliva jsou vyráběna termochemickými cestami - pyrolýzou, zplyňováním, rozkladem vodou, s využitím katalytických postupů nebo bez nich PRODUKTY výrob druhé generace: biometanol, bioetanol, bioDME, vyšší alkoholy nebo směs i alkoholů, metan, biovodík …. S využitím termochemických cest, zvl. FT syntézy jsou to i frakce motorové nafty či leteckého petroleje.


9

www.cappo.cz

Další postupy výroby vyspělých biopaliv jsou založeny na: •Výrobě řas •Zpracování odpadů (dle druhů) •Výroba bioplynu (metan) anaerobním rozkladem odpadů.

6.Postupy pokládané v současné době za perspektivní výroba bioalkoholu z lignocelulózy fermentací Proces zahrnuje: Předzpracování, hydrolýzu ( enzymatickou nebo kyselinovou), separaci ligninu, fermentaci, výrobu alkoholu. V některých případech je nutno oddělit lignin před fermentací případně i před hydrolýzou. Výtěžky alkoholu se pohybují od 110 do 300 l/t suché biomasy. Lignin se většinou spaluje. Největší náklady procesu: Předzpracování a výroba enzymů k rozkladu celulózy a hemicelulózy. Proces má potenciál pro výraznou redukci nákladů


10

www.cappo.cz

Některé parametry závodu na lignocelulózový etanol komerční velikosti Crescentino – Itálie •Údajně konkurenceschopná technologie bez podpor •Investiční náklady: 120 mil. Euro •40 000 t alkoholu ze 160 000 t suroviny •13 MW elektřiny (obnovitelný zdroj – sp. cena) z ligninu •150 pracovníků •Předzpracování, enzymatická hydrolýza, fermentace, destilace •Technologie PROESA, partner Novozymes ( dodávka enzymů) •Variabilita suroviny – od slámy a zem. zbytků po dřevní hmotu •Najetí: konec 2012


11

www.cappo.cz

. BTL proces – Fisher - Tropshova syntéza Zahrnuje předzpracování, zplynění za řízeného přívodu kyslíku při asi 850 °C, výrobu syntézního plynu a jeho čištění, Fischer Tropshovu syntézu a další konverzní stupně ( hydrokrakování) k výrobě paliva ( motorová nafta a její frakce), metanol, etanol, DME. Během procesu se zpracovává i lignin. Výzkum je zvládnut, další směry: snižování nákladů


12

www.cappo.cz

Rychlá ( mžiková) pyrolýza Termorozkladný proces při teplotě 400 – 600 °C, kyslík se nepřidává. Doba zdržení: 1 – 5 s. Po rychlém ochlazení na 100 °C se získá zkondenzovaný bioolej, který se hydrogenačně rafinuje na frakce motorové nafty. Velikost částic biomasy 2-5 mm, musí být suchá. Pyrolýzní olej obsahuje vodu, je kyselý a korozívní, je mísitelný s vodou a nemísitelný s uhlovodíky. Kyslík ( 30 – 40 %) musí být odstraněn rafinací. Technologicky náročný proces, ve stadiu poloprovozního výzkumu.


13

www.cappo.cz

Hydrotermální procesy (HTU) Působení vodou na biomasu ( může být i vlhká) za tlaku 12 - 18 MPa a při teplotách 300 – 400 °C, době zdržení 5 – 20 min. Pokud je voda v nadkritickém stavu ( 22,4 MPa, 374°C): Proces SWU ( Supercritical Water Upgrading).. Je nutno pracovat s vhodným materiálovým provedením zařízení, vznikají i org. kyseliny. Bioolej ( výtěžky okolo 50 %) je těžší, ale kvalitnější než z pyrolýzy, má menší obsah kyslíku (cca 18 %) a není mísitelný s vodou. Dále se rafinuje a štěpí hydrogenací. Procesem lze zpracovat např. i odpad z čištění vod.

Pyrolýza a HTU : snadnější logistika „zkapalněné“ biomasy


14

www.cappo.cz

7. Biopaliva z řas (třetí generace) •Vysoké výtěžky •O 90 % nižší spotřeba vody než běžné rostliny •Možnost použít slanou nebo odpadní vodu •Minimální potřeba rozlohy půdy •Mohou obsahovat 30 – 50 % oleje zpracovatelného na FAME •Zbytek: Cukry, proteiny pro možnou výrobu bioalkoholu •Vhodné klima, místo, sluneční světlo, teplota a nutrient •Náchylnost ke kontaminacím, problém i izolace z vodného roztoku •Alternativa: Pěstování v bioreaktorech •Náročnost, ekonomie, do komerční velikosti mohou nastoupit za více než 10 – 20 let ………….. Nejdůležitější komerčně zvládnuté procesy: Výroba celulózového alkoholu, BTL – FT technologie, HVGO ( zdroj: IEA)


15

www.cappo.cz

8. Efektivita výroby vyspělých paliv, zdroje, geografie a náklady Energetická účinnost ( poměr energie biopaliva k surovině): Lignocelulózová biopaliva ze zemědělských zbytků nebo lesnictví 12 – 35 % ( obsah energie v suché biomase – 20 GJ/t) Výtěžky bioalkoholu – 110 – 300 l a motorové nafty (BTL) ( 34 MJ/l) - 75 – 200 l na tunu biomasy Maximální teoretická energetická účinnost lignocelulózového etanolu - 50 % ( při konverzi všech uhlovodanů). Tento limit může být překročen v případě započtení ligninu. Výtěžky (suché) biomasy na hektar: 3 – 5 t (sláma) Zdroje bioenergie z biomasy: r. 2050: 85 EJ biomasy ze zbytků ze zemědělství a lesnictví, 180 EJ z nárůstu lesních ploch a využití půdy ležící ladem bez větších investic ( jižní část Afriky a Latinská Amerika) Současné zdroje zbytkové povahy- 10% biomasy pro biopaliva: 9,3 % biopaliv ( světově) pro dopravu v r. 2030. Možnost zvýšení v r. 2050 až na 27 % v objemu spotřebovaných paliv. Skutečný předpokládaný růst (2030) 5 % ( odhad IEA) Vyspělá biopaliva v dopravě

16

www.cappo.cz

Efektivita výroby vyspělých paliv, zdroje, geografie a náklady Předpoklady v zemích jako Jižní Afrika, Brazílie, Thajsko – nižší náklady na základní surovinu - až o 33 % pod běžné mezinárodní náklady. Brazíle: možnost využít zbytky ze třtiny pro výrobu alkoholu ( koncentrace biomasy v místě). Investiční a provozní náklady: Mnohem náročnější než náklady na zařízení pro fosilní paliva a I. generaci (desetinásobek). Malé velikosti potenciálních komerčních závodů Současná cena biopaliv 2. generace by mohla být konkurenceschopná při ceně ropy 130 USD/bbl..


17

www.cappo.cz

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

18

www.cappo.cz

Hlavní prvky návrhu novelizace směrnic s pozdějšími úpravami: •podíl biopaliv z potravinářských surovin bude limitován na 7 % konečné spotřeby energie v dopravě ( 7 + 2 + 1 %) •Čtyřnásobné započítávání biopaliv vyrobených z řas, bakterií, obnovitelných paliv nebiologického původu a zachycování a využívání uhlíku pro účely dopravy •Dvojnásobné započítávání biopaliv, vyrobených z odpadů a zbytků ( upotřebený kuchyňský olej, živočišné tuky) •Jednonásobné započítávání: sláma, hnůj, lignocelulózová vláknina, surový glycerin, kůra, větve, piliny, třísky…….. •Úspory skleníkových plynů by měly být alespoň 60 % pro biopaliva vyráběná na zařízeních , které zahájily provoz od 01.01. 2017 nebo později. V případě výroby biopaliv v zařízeních, které byly v provozu před 31.12.2016 by tato měla dosahovat úspory skleníkových plynů alespoň 35 %, od 01.01. 2017 50 %. •ILUC : jednou vykazování, jindy započítávání, nejasná situace


19

www.cappo.cz

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


20

www.cappo.cz

13. Závěr Vyspělá biopaliva •Lepší udržitelnost •Vyšší redukce emisí •Suroviny by neměly konkurovat s potravinářskými plodinami •Suroviny založené na lignocelulóze nebo na odpadech •Lepší využití energie z ha •S časem očekáváno snížení výrobních nákladů vč. odprodeje vedlejších produktů •Nižší citlivost na fluktuace cen surovin •Vývoj procesů, logistiky a skladování Konkurence břidličných energetických surovin ?????

Děkuji za pozornost Vyspělá biopaliva v dopravě

21

Vyspělá biopaliva v dopravě

Recommend Documents