Kvalita motorových paliv na bázi obnovitelných zdrojů energie

Kvalita motorových paliv na bázi obnovitelných zdrojů energie 28.11.2013

Ing.Vladimír Třebický

OSNOVA

 Sortiment paliv na bázi obnovitelných zdrojů energie  zážehové motory  E-10, E10+, E-85

 vznětové motory  B 100, HVO, BTL, E-95

 Pravidla pro skladování, riziko při nedodržení kvalitativních požadavků  Mikrobiologická kontaminace  Závěr

2

Paliva a požadavky na ochranu životního prostředí  Paliva na bázi obnovitelných zdrojů energie  Požadavky na udržitelnost biopaliv,  úspora CO2  min 35%(2013-2016),  50% od roku 2017  od roku 2018 60% pro technologie zavedené po 1.1.2017

3

Paliva s obsahem biosložek  Automobilové benziny s obsahem biosložek ČSN EN 228  Odlišnosti paliva E-10 ve srovnání s E-5      

Obsah kyslíku 3,7%hm. Obsah etanolu až 10V/V Obsah éterů až 22%V/V Vyšší těkavost při 70°C a 100°C Tlak par se dále nezvyšuje Větší rozpustnost vody

4

Paliva s obsahem biosložek  Paliva pro zážehové motory  Kvalitativní požadavky na etanol  Pro přídavek do 10%V/V etanolu platí jakostní norma ČSN EN 15376  Limity pro složení a kontaminující látky    

Obsah etanolu a vyšších alkoholů 98,7%m/m, 2%m/m Obsah metanolu 1%m/m Kyselost (jako kyselina octová) 0,007%m/m Obsah vody 0,3m/m

5

Paliva s obsahem biosložek  Paliva pro zážehové motory  Kvalitativní požadavky na etanol  Pro přídavek do 10%V/V etanolu platí jakostní norma ČSN EN 15376  Limity pro složení a kontaminující látky  Obsah chloridů a síranů (6mg/kg, 4mg/kg)  Vodivost 2,5µS/cm  Obsah mědi (0,1mg/kg)

 Požadavky na skladování  Zamezení přístupu vlhkosti  Materiálová kompatibilita

6

Paliva s obsahem biosložek  Palivo E-85  Palivo určeno pouze pro FFV vozidla  K dispozici nová evropská norma ČSN P CEN/TS 15293          

Obsah etanolu 70 až 85%obj. Dvě třídy těkavosti A a B- tlak par (35-60kPa, 50-80 kPa) Obsah vyšších alkoholů max.6%V/V Obsah éterů max.11%V/V Elektrická vodivost max. 1,5S/cm Obsah vody max. 0,4%m/m Obsah chloridů max. 1,2 mg/kg Obsah síranů max. 4 mg/kg Obsah mědi max.0,1 mg/kg Obsah fosforu 0,15 mg/l 7

Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+  Palivo E10+(rozmezí 10 až 25%V/V etanolu)     

Předpoklad –rozhodnutí EK o zavedení paliva E10+ Mandát pro CEN k vytvoření specifikace Vývoj vozidel pro E 10+ Příprava na výrobu a distribuci paliva Nutnost finanční podpory vývoje paliva i vozidel z prostředků EK  Paliva s vysokým obsahem kyslíku jsou jednou z alternativ paliv pro úsporu skleníkových plynů  Pro úspěšné řešení bude třeba zodpovědět řadu dosud nezodpovězených otázek

8

Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+  Palivo pro zážehové motory E10+  Nepředpokládá se kompatibilita současného vozového parku a paliva E10+  Předpokládá se nutnost zachování paliva E5/E10 pro tato vozidla  Pro dosažení efektu snížení emisí CO2 a regulovaných emisí bude využito efektu vyššího obsahu kyslíku a zvýšených oktanových čísel  Vyšší oktanová čísla by měla kompenzovat vyšší spotřebu paliva  Nutnost ověření vlivu paliva E10+ na RON a MON  Úprava vlastností etanolu (ČSN EN 15376), zejména obsahu sulfátů a chloridů, jako potenciálního zdroje úsad  Ověření materiálové kompatibilty palivového systému a použitých těsnění 9

Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+  Vliv obsahu etanolu na RON/MON a citlivost  Etanol má větší vliv na RON než na MON a se zvyšujícím se obsahem etanolu se rozdíl mezi RON a MON (citlivost) zvyšuje  Kompenzace je možná úpravou motoru,  zvýšení kompresního poměru na 13 až 14 pro nízkoobjemové motory s vyšším výkonem

10

Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+  Pro palivo s obsahem etanolu nad 11%obj. je nutná úprava metody pro stanovení OČ, základem bude upravená norma DIN 51756-7  Vliv vyššího obsahu etanolu na těkavost- tlak par a destilační křivku  Tlak par-vliv etanolu roste jen do 5%obj  Průběh destilační křivky je ovlivněn v předestilovaném objemu při 70°C  Pro paliva s vysokým obsahem etanolu budou muset být navrženy nové základové benziny s nižším tlakem par a odlišnou destilační křivkou

11

Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+  Vliv obsahu etanolu na destilační křivku, nutno definovat nový ukazatel místo E70

12

Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+  Závislost tlaku par na obsahu etanolu

13

Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+  Zkušební metody a jakostní ukazatele  Všechny současné metody jsou použitelné, je nutno ověřit vliv vyššího obsahu kyslíkatých látek na nejistotu měření jednotlivých metod  Největší úpravy se dají předpokládat u oktanových čísel a destilační zkoušky  Nutno zavést nové metody pro stanovení kontaminantů typu chloridů a síranů  Nově budou zavedeny metody pro stanovení kovů: kromě Mn, Pb, Fe i další popelotvorné prvky  Zavedení korozní zkoušky na stříbře  Analýza destilačního zbytku , zaměření na obsah NM a FAME

14

Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky

 FAME  Kvalitativní požadavky jsou uvedeny v ČSN EN 14214  min. 96,5%m/m esterů  s ohledem na vlastnosti FAME nutný přídavek antioxidační přísady  příznivý vliv na emise HC, CO2,PM

15

Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky Emise vznětového motoru v závislosti na obsahu MEMK

16

Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky  FAME  Kvalitativní požadavky obdobné jako pro motorovou naftu – ČSN EN 14214  Limitující požadavky na obsah kontaminantů-vliv na kompatibilitu s materiály , oxidační stabilitu a tvorbu úsad v palivovém systému  Estery nenas.kyselin =>4= (max. 1%m/m)  Metylester kys. linolenové max. 12%m/m  Obsah vody max. 500 mg/kg  Obsah metanolu max. 0,2%m/m  Vázaný a volný glycerol - vliv na nízkoteplotní vlastnosti  Obsah monoglyceridů max.0,7%m/m

 Limity pro obsah metanolu, obsah kovů Na, K, Ca, Mg a P  Oxidační stabilita min 8 hod

17

Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky  FAME – metylestery mastných kyselin  Kromě tradičních rostlinných olejů se využívají nepotravinářské plodiny (jatropa), živočišné tuky, odpadní suroviny, budoucnost má využití řas  Kvalitativní požadavky definované v ČSN EN 14214  bod vzplanutí min 101°C  Limit pro mechanické nečistoty 24mg/kg  Limit pro obsah vody 500mg/kg – riziko mikrobiologické kontaminace,  rychlá metoda bioluminiscence stanovení ATP

18

Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky 

FAME  Změny od roku 2013  FAME jako B100-standardní požadavky na nízkoteplotní vlastnosti

 FAME jako přídavek nafty –  pět tříd pro CP (13°C) až (-3°C) a  CFPP(a-e) (10°C) až (-10°C) a současně je limitován obsah MG (třídy 1 až 5 (0,3%m/m až 0,7%m/m), limitování nasycených monoglyceridů

 Test průchodnosti membránovým filtrem po ochlazení ASTM D 7501 (uložení při teplotě 5°C a následně membránová filtrace při 25°C-měří se čas, minimální požadavek je 360s, pro zimní použití 200s

19

Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky  Nízkoteplotní vlastnosti FAME jako součásti NM (bez aditiv) Vlastnost

Třída

Třída

Třída

Třída

Třída

Třída

a

b

c

d

e

f

Cloud point

°C

16

13

9

5

0

-3

CFPP

°C

13

10

5

0

-5

- 10

Třída 1

Třída 2

Třída 3

Třída 4

Třída 5

Třída 6

0,15

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

Mono glyceridy

%m/m

20

Alternativní biopaliva Další alternativní paliva  Vyspělá biopaliva ,  syntetická paliva,  hydrogenované rostlinné oleje a živočišné tuky

 Specifikace CWA (CEN Workshop agreement) CWA 15940 parafinická motorová nafta– spolupráce výrobců automobilů a výrobců paliv  dva druhy (A, B) v závislosti na cetanovém čísle (nad 70 a 51 až 66),minimálně 98,5% parafinů, nízký obsah síry, olefinů aromátů a polyaromátů, nižší hustota při 15°C 770 až 800 kg/m3  Nutnost použití mazivostní přísady a kontroly dodatečným testem na opotřebení (Bocle test) 21

Alternativní biopaliva Srovnání vlastností paliv pro vznětové motory Vlastnost paliva

CWA

CWA

NExT BTL

15940

15940

biodiesel

třída A

třída B

GTL diesel

NM EN 590 bezsirná

770-800

770-800

775-785

770-785

 835

Viskozita při 40°C mm2/s

2,5-4,5

2,5-4,5

2,9-3,5

3,2-4,5

2,5-3,5

Cetanové číslo

min.70

51-66

84-99*

73-81

51-53

360/95%

360/95%

295-300

325-330

345-350

EN 590

EN 590

-5–(-30)

0-(-25)

5

-

-

34

34

36

Polyaromatické

0,1

0,1

0

0

4

aromatické

1,0

1,0

-

-

-

olefiny

0,1

0,1

-

-

-

Obsah kyslíku % m/m

-

-

0

0

0

Obsah síry mg/kg

5

5

0

<10

<10

Hustota při 15°C kg/m3

Teplota 90% předestilovaného objemu °C Cloud point °C Výhřevnost MJ/l uhlovodíky

%m/m

22

Alternativní biopaliva

Srovnání vlastností paliv pro vznětové motory Vlastnost paliva

EN 590 základ

EC1

NExBTL

základ

5%

20%

85%

NExBTL 5%

15%

Hustota při 15°C kg/m3

831

829

822

792

814

813

810

Viskozita při 40°C mm2/s

2,7

2,8

2,9

3,4

2,0

2,0

2,1

Cetanové číslo

55

57

62

91

55

56

60

343

348

343

315

283

288

293

-7

-7

-8

-17

-36

-34

-31

Teplota 95% předestilovaného objemu °C Cloud point °C*

23

Alternativní biopaliva

Emise vznětového motoru – porovnání NM a BTL

24

Alternativní biopaliva

 Porovnání emisí EN590 vs.BTL

25

Alternativní biopaliva

 Palivo pro vznětové motory na bázi etanolu E-95  Využití od poloviny 80. let min. stol  Etanol velmi dobré vlastnosti pro palivo pro zážehové motory (OČ 104)  Nevýhodné vlastnosti pro vznětové motory (CČ pouze 8)  Nutné použít zvyšovače CČ (látky typu glykoléterů a nitrátů)  Pro standardní kompresní poměr (cca 16 – 18) nutná vysoká koncentrace přísady 26

Alternativní biopaliva  Technické podmínky provozu autobusového motoru na palivo E-95  Zvýšení kompresního poměru až na 28  Zvětšení průměru palivových trysek  Změna těsnění a materiálu palivového filtru  Vyšší objem nádrže (vyšší spotřeba o 70%)  Výrobce autobusů SCANIA  Bylo vyrobeno 600 autobusů  Palivo E-95 umožňuje splnění emisních limitů EURO 5

27

Příprava na použití paliv s vysokým obsahem biosložky  Skladovací podmínky-čistota skladovacích nádrží a přepravních cisteren  Minimalizace rizika kontaminace vodou – filtry na zachycení vzdušné vlhkosti u vstupu vzduchu do nádrží  Výběr materiálů-riziko materiálové nekompatibility (nitrilová pryž, polypropylén,polyvinyl-,barevné kovy a slitiny s obsahem Cu, Zn a Pb)  Vhodné materiály-hliník, nerez a ocel  Ohřev během transportu a skladování v průběhu zimního období  Doporučení použití biocidu jako prevence mikrobiologické kontaminace 28

Riziko mikrobiologické kontaminace  Nedodržení podmínek skladování, zejména neomezený přístup vzdušné vlhkosti a nedostatečné čištění nádrží a odkalování vede k mikrobiologické kontaminaci  Projeví se jako tvorba mazlavých úsad hnědé barvy, které ucpávají palivové filtry a znečišťují palivový systém  Nutnost pravidelné kontroly metoda chemiluminiscence, stanovení obsahu ATP

29

Rizika při nedodržení kvality paliv s vysokým obsahem biosložky  Rizika nedodržení kvality paliv s vysokým obsahem biosložky  Oxidační stabilita  Tvorba polymerů jako produktů stárnutí  Koroze železných a neželezných kovů  Tvorba kovových mýdel vlivem koroze kyselinou mravenčí  Vliv na elastomery v důsledku tvorby peroxidů

30

ZÁVĚR  Závěr  Kvalita paliv na bázi OZE je definována technickými normami  Automobilové benziny mohou obsahovat až 10% etanolu  Předpokládá se vývoj paliva pro zážehové motory s obsahem etanolu v rozmezí 10 až 25% obj. , bude nutné vyvinout nové motory využívající vyšší oktanové číslo tohoto paliva a korigující nižší energetickou hodnotu např. vyšším kompresním poměrem  Bude nutné upravit zkušební metody a připravit nové základové benziny s nižší těkavostí a připravit nový jakostní standard

31

ZÁVĚR  Závěr  Pro paliva na bázi FAME je požadován minimální obsah kontaminantů (metylestery s více dvojnými vazbami, glycerol a glyceridy, voda nečistoty, obsah alkalických kovů a kovů alkalických zemin a fosforu)  Paliva na bázi HVO mají výrazně nižší obsah kontaminantů (olefiny, aromáty, síra), vysoké cetanové číslo, ale je nutno upravovat mazivost  Nedodržování kvality paliv na bázi biopaliv má negativní vliv na složení emisí a funkčnost a čistotu palivového systému

32

Děkuji za pozornost Kontaktní osoba: Ing. Vladimír Třebický Email: [email protected] Telefon: +420 274 021 330