Alternativní paliva v dopravě a jejich vliv na životní prostředí Gustav ŠEBOR Ústav technologie ropy a petrochemie Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
Souhrn 9 Důvody pro použití alternativních paliv v dopravě 9 Typy alternativních paliv 9 Vliv alternativních paliv na životní prostředí • Energetická náročnost výroby alternativních paliv • Porovnání výrobních nákladů pro různé způsoby jejich výroby v závislosti na ceně ropy • Celkové emise CO2 spojené s jejich výrobou a spotřebou • Výfukové emise škodlivin
Důvody pro zavádění alternativních paliv v dopravě 9 Rostoucí celková spotřeba energie, včetně energie v dopravě 9 Závislost zemí EU na dodávkách ropy 9 Rostoucí cena ropy a snižující se zásoby 9 Emise GHG a závazek k jejich snížení
Ð Konec roku 2001 – Akční plán Evropské komise pro životní prostředí, zdraví a bezpečnost předpokládající 20 % ní podíl (e.o.) alternativních paliv na celkové spotřebě motorových paliv v zemích EU v roce 2020. Pouze následující typy alternativních paliv mají šanci nahradit z více než 5 % klasická kapalná motorová paliva, benzin a motorovou naftu: - bioetanol a bionafta, biopaliva – v současnosti již používaná, - zemní plyn a produkty procesů GTL, CTL, resp. BTL (ve střednědobém, resp. dlouhodobém časovém horizontu) - vodík (v dlouhodobém časovém horizontu)
BIOPALIVA (směrnice 2003/30/EC) Biomasa Î biodegradabilní podíl produktů, odpadů a zbytků ze zemědělské výroby, dřevařského průmyslu a příbuzných odvětví a také biodegradabilní podíl průmyslových a komunálních odpadů. Indikativní cíl EU Î podíl v r. 2005 2 % e.o., r. 2010 5,75 % e.o., r. 2020 8 % e.o. Další argumenty EU pro rozšíření biopaliv v dopravě: 9podpora zemědělství, udržení kulturního rázu krajiny (vyčlenění cca 10 % půdy pro tyto účely), 9udržení zaměstnanosti (náhrada 1 % e.o. spotřeby ropných motorových paliv biopalivy vytvoří v EU 45 tis. – 75 tis. nových pracovních míst).
Bioetanol Pro výrobu bioetanolu je vhodná jakákoliv biomasa obsahující dostatečné množství cukrů, resp. látek, které lze na cukry převést (škrob a celulóza) fermentačními procesy (lihové kvašení). Nelze již očekávat zásadní inovaci tohoto procesu.
Předmětem intenzívní výzkumné činnosti je ve světě studium možností využití lignocelulózové biomasy (sláma, dřevní odpad) jako suroviny pro výrobu bioetanolu. Hlavní její podíl je tvořen celulózou a hemicelulózou, které mohou být převedeny na jednoduché cukry, i když podstatně obtížněji než je tomu v případě škrobu.
Největším problémem palivářské aplikace bioetanolu je vedle technických problémů (distribuce paliva, vliv na provoz vozidel) jeho cena, která je určována trhem s motorovými palivy a rozpočtovými pravidly státu.
ČR – surovinou mohou být obiloviny (hustě setá pšenice) a cukrová řepa (výstavba lihovarů Vrdy, Dobrovice, další lihovary jsou pak v různých fázích přípravy, resp. výstavby).
Bionafta (FAME) Suroviny – rostlinné oleje z olejnatých rostlin (sója, řepka, slunečnice, případně živočišné tuky (lůj, sádlo, rybí tuk). Jako surovina mohou sloužit i odpadní tuky a oleje – např. upotřebený fritovací olej. Dále metanol, který může být po úpravě technologie nahrazen etanolem z bio-produkce.
Technologie – podstatou re-esterifikace tuků za vzniku metyl-, příp. etylesterů mastných kyselin za současné tvorby glycerínu jako vedlejšího produktu, technologie je prověřená a zvládnutá.
Problémy – stabilita, odolnost proti mikrobiálnímu napadení a následně skladovatelnost – žádoucí je okamžitá spotřeba, palivo by se nemělo dopravovat produktovody, vliv na provoz vozidel.
ČR - výroba je realizována v současné době na bázi řepkového oleje a metanolu v 16 výrobnách s celkovou roční kapacitou 190 kt, která zatím není plně využívána.
Bioplyn Bioplyn – plynný produkt anaerobní methanové fermentace organických látek, tj. rozkladu bez přístupu vzduchu.
ČR – teoretický roční dostupný potenciál 15 PJ, tj. 360 tis. t o.e., současná produkce 2-2,5 PJ, tj. 50-60 tis. t o.e.
Výrobní cena a kvalita bioplynu významně závisí na vstupní surovině a způsobu jeho výroby.
Pokud má být bioplyn použit jako pohonná hmota v dopravě je třeba jej nejprve vyčistit na kvalitu zemního plynu a po kompresi jej přidávat do distribuční sítě zemního plynu, nebo přímo plnit do vozidel.
Čištění a komprese ovšem významně zvyšují jeho prodejní, resp. nákupní cenu a to o 25-50 % při ceně surového bioplynu 190 - 390 Kč/GJ.
Zatím je využíván a to i v ČR především pro přímé spalování nebo k výrobě elektrické energie a tepla. Tento způsob jeho využití je ekonomicky výhodnější než jeho využití jako pohonné hmoty v dopravě.
Další typy biopaliv Syntetická paliva vyráběná přímou a nebo nepřímou konverzí biomasy: • mžiková pyrolýza lignocelulózové biomasy, • hydrotermické zpracování biomasy z komunálních a zemědělských odpadů - HTU (Hydro Thermal Upgrading), produktem je tzv. “syntetická bioropa“ (biocrude), • hydrogenační rafinace, resp. hydrokrakování rostlinných olejů, • nepřímá konverze biomasy na kapalná paliva - BTL (Biomass to Liquids) - výroba syntézního plynu, výroba syntetické ropy, resp. motorových paliv (především motorové nafty), metanolu a dimetyléteru Fischer - Tropschovu syntézou. Metanol může být použit jako palivo v zážehových motorech a dimetyléter ve vznětových motorech. • kapacita výrobní jednotky versus náklady na svoz biomasy.
Využití uvedených technologií se očekává ve střednědobém, resp. dlouhodobém časovém horizontu, zatím jsou předmětem intenzivních výzkumných aktivit.
Zkapalněné ropné plyny (LPG) ♦ Zdroje: těžba zemního plynu (60 %) + zpracování ropy (40 %) ČR – výroba 227 kt (2005), import - SRN, Kazachstán, Rusko – spotřeba volný trh 150-170 kt/r, doprava 90 kt/r ♦ Nejvíce rozšířené plynné palivo současnosti Svět – 10 mil. vozidel, 41 tis. čs, spotřeba 17 mil. t LPG (Jižní Korea, Japonsko, Mexiko, Austrálie) Evropa – 5 mil. vozidel, 21 tis. čs, spotřeba 6 mil. t LPG (Polsko, Turecko, Itálie) ČR – 200 tis. vozidel, 800 čs, spotřeba 90 kt LPG ♦ Plynofikace autobusové dopravy – Evropa celkem 1200 busů ( Vídeň 450 autobusů MHD) – Most/Litvínov 90 autobusů MHD
Syntetická paliva vyrobená na bázi zemního plynu, resp. uhlí (GTL, CTL) ♦ Podstatou technologie GTL je chemická přeměna zemního plynu na kapalné produkty FT syntézou a jejich doprava na světové trhy při použití stávající přepravní infrastruktury.
Tato technologie by měla ovlivnit rafinerský a petrochemický průmysl významnějším způsobem než kterákoliv jiná technologie za posledních 50 let.
V současné době se považuje za perspektivní výroba těžké synt. ropy a její následné hydrokrakování na kvalitní motorovou naftu a ostatní motorová paliva, rozpouštědla, tvrdý parafin a další produkty.
Zvětšení kapacity výrobní linky a tedy i celkové výrobní kapacity závodu je klíčové pro snížení nákladů na výrobu 1 bl syntetické ropy.
Toto zvětšování však má svůj limit: při denní kapacitě 10 tis. bl a 30 letech provozu je třeba zajistit 1,1, ·1012 m3 zemního plynu, tuto kapacitu má pouze 7 % světových nalezišť zemního plynu.
Vodík – palivo budoucnosti
Není primárním zdrojem energie, ale jejím nosičem. Perspektivní palivo v dlouhodobém časovém horizontu.
Základní podmínky pro jeho rozšíření: levný a dostatečně velký zdroj, vyřešení jeho skladování, vybudovaná infrastruktura pro jeho distribuci. Letiště Mnichov – od r. 1999, veřejná plnicí stanice pro C-H2 i L-H2, 3 nízkopodlažní autobusy MAN s pal. články + osobní automobily BMW 760 Evropská vodíková dálnice: iniciativa LINDE GAS Æ na trase 1 800 km mezi významnými městy v SRN bude do r. 2020 vybudováno 35 vodíkových čs
Vliv alternativních paliv na životní prostředí ♦ Komplexní posouzení vlivu paliv na životní prostředí zahrnuje jeho celý „životní cyklus“ (LCA- Life Cycle Assesment), tj. produkci zdrojů, výrobu paliva, jeho distribuci ke spotřebiteli až po fázi jeho spotřeby ve vozidle.
Analýza vlivu paliva na životní prostředí je rozdělena na dvě části: – první „od zdroje do nádrže“ (WTT – Well to Tank) – druhá „z nádrže na kola“ (TTW – Tank to Wheels)
Obě tyto části pak zahrnují celý životní cyklus zv. „od zdroje na kola“ (WTW – Well to Wheels)
Vliv alternativních paliv na životní prostředí 9GHG emise a spotřeba energie jsou ovlivněny nejen typem alternativního paliva, způsobem jeho výroby a využití odpadních produktů, ale i konstrukcí a účinností pohonné jednotky. 9Záměna mot. paliv z fosilních zdrojů alternativními palivy z obnovitelných zdrojů je v současné době finančně velmi náročná. Snížení emisí GHG má vždy za následek větší energetickou náročnost a zvýšení nákladů. Vyšší náklady však ještě vždy nemusí znamenat větší snížení těchto emisí. 9Použití alternativních paliv přináší výrazné snížení emisí základních i minoritních zdravotně rizikových organických škodlivin.
Závěry 9 Lze očekávat, že v blízké budoucnosti bude na trhu k dispozici poměrně široké spektrum alternativních paliv v kombinaci s řadou výrobních technologií. 9 Z ekonomických důvodů se po přechodnou dobu uplatní tam, kde to bude možné, používání směsí klasických a alternativních motorových paliv. 9 Použití syntetických mot. paliv nebo vodíku je efektivní z hlediska snížení emisí GHG ve fázi koncové spotřeby pouze za předpokladu, že se podaří zachytit a uskladnit CO2 vznikající v procesu jejich výroby. 9 Syntetická motorová paliva a vodík mají v budoucnu vetší potenciál pro náhradu fosilních paliv než současná konvenční biopaliva, bioetanol a bionafta. Rozvoji velkokapacitní výroby těchto paliv v současnosti brání především vysoké náklady a složitost výroby.
