MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE. Bc. JINDŘICH KLAŠKA, DiS

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

DIPLOMOVÁ PRÁCE

BRNO 2012

Bc. JINDŘICH KLAŠKA, DiS.

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Hodnocení vlivu biopaliva na parametry vznětového motoru Diplomová práce

Vedoucí práce: doc. Ing. Pavel Sedlák, CSc.

Vypracoval: Bc. Jindřich Klaška, DiS.

Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma „Hodnocení vlivu biopaliva na parametry vznětového motoru“ vypracoval samostatně a použil jsem při tom jen prameny a literaturu, které uvádím v přiloženém seznamu. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.

V Kobylnicích, dne 8. dubna 2012

….…………………………… Bc. Jindřich Klaška, DiS.

3

Abstrakt KLAŠKA J.: Hodnocení vlivu biopaliva na parametry vznětového motoru. Tato práce představuje a stručně charakterizuje alternativní paliva pro motorová vozidla. V první části se zabývám problematikou fosilních paliv využívaných v automobilové dopravě a jejich vlivem na životní prostředí. Ve druhé části věnuji pozornost biopalivům pro zážehové motory, elektromobilům a hybridnímu pohonu. Dále následuje část s problematikou paliv pro vznětové motory, jedná se o naftu motorovou, MEŘO, směsné motorové nafty a rostlinné oleje. Jednotlivá paliva jsou stručně charakterizována, jsou zachyceny jejich přednosti a nedostatky a jejich vliv na životní prostředí. V další části se zabývám konstrukčním řešením palivové soustavy. Vlastní práce pak představuje experimentální měření vozidla VW T4 Multivan, kdy dochází ke zjišťování parametrů motoru při provozu na vybrané druhy paliv a jejich srovnání.

K lí čo vá slo va : Rostlinný

olej,

alternativní

paliva,

obnovitelné zdroje, měření, dynamometr.

4

biopaliva,

automobily,

ekologie,

Abstract KLAŠKA J.: Assessment of the impact of biofuel on the performance of diesel engine. This essay represent short characteristic of alternative fuels for petrol and diesel driven vehicles. First part is about fossil fuels used in car transport and its enviromental impact. Second part is focused on biofuels for petrol driven engines, electric cars and hybrid propulsion. Next part is about diesel driven engines, it means diesel oil, FAME, mixture of diesel oils and vegetable oils. There are short characteristics of each other, including their main advantages, disadvantages and enviromental impact. Following part represent fuel system and its design. The main essay represent experimental measurement of vehicle VW T4 Multivan, in which different kind of fuels are tested in connection with engine working parameters.

Keywords: Vegetable oil, alternative fuels, bio fuels, gas fuels, hybrid propulsion, cars, ecology, renewable resources.

5

Chtěl bych poděkovat doc. Ing. Pavlovi Sedlákovi, CSc. za celkové vedení této diplomové práce a dále Jiřímu Slavíkovi a Ing. Jířímu Čuperovi, Ph.D. za odbornou pomoc při experimentálním měření vozidla.

6

Obsah 1.

Úvod ........................................................................................... 9

2.

Cíl práce.....................................................................................10

3.

Metodika ....................................................................................10

4.

Problematika využití fosilních paliv............................................11 4.1. Omezené světové zásoby surovin ..........................................11 4.2. Zvyšující se poptávka po biopalivech ....................................12 4.3. Vliv na životní prostředí .......................................................12

5.

Alternativní paliva pro zážehové motory.....................................13 5.1. Plynová paliva ......................................................................14 5.1.1. Biopaliva ........................................................................15

6.

Paliva pro vznětové motory ........................................................19 6.1. Motorová nafta .....................................................................19 6.1.1. Přednosti a nedostatky motorové nafty............................20 6.2. Emulzní motorová nafta ........................................................20 6.2.1. Přednosti a nedostatky emulzní motorové nafty ..............21 6.3. Směsné motorové nafty .........................................................21 6.3.1. Přednosti a nedostatky směsné motorové nafty ...............21 6.4. Bionafta ................................................................................21 6.4.1. MEŘO ............................................................................22 6.4.2. Přednosti a nedostatky MEŘO ........................................23 6.5. Rostlinné oleje ......................................................................24 6.5.1. Parametry rostlinného oleje ............................................25 6.5.2. Výroba oleje ...................................................................26 6.5.3. Přednosti a nedostatky rostlinného oleje .........................27 6.5.4. Elsbettův motor ..............................................................27 6.6. Zhodnocení paliv ..................................................................28

7.

Konstrukční řešení palivové soustavy .........................................30 7.1. Jednopalivový systém ...........................................................30 7.2. Dvoupalivový systém ............................................................30 7

8.

Experimentální měření vozidla ...................................................32 8.1. Zkušební zařízení ..................................................................32 8.2. Měřené vozidlo .....................................................................34 8.2.1. Zajištění vozidla proti pohybu na válcích zkušebny ........34 8.3. Vlastní měření ......................................................................35 8.3.1. Měření kouřivosti výfukových plynů ..............................37 8.3.2. Měření spotřeby .............................................................38 8.3.3. Měření otáček motoru .....................................................39 8.3.4. Měření teploty nasávaného vzduchu................................39 8.3.5. Výpočet měrné spotřeby .................................................39 8.3.6. Teplota vzduchu, atmosférický tlak, vlhkost ...................39 8.4. Výsledky měření ...................................................................40 8.5. Zhodnocení naměřených výsledků .........................................48 8.6. Zhodnocení provozu na jednotlivé druhy paliv ......................49

9.

Závěr ..........................................................................................50

Seznam obrázků ................................................................................51 Seznam tabulek .................................................................................52 Seznam literatury ..............................................................................53

8

1. Úvod Téma diplomové práce „Hodnocení vlivu biopaliva na parametry vznětového motoru“ jsem si vybral z důvodu, že se o tuto problematiku zajímám. S dnešní rostoucí populací a nadměrným využíváním paliva je zapotřebí se zamyslet nad možnými náhradami fosilních paliv v nadcházející budoucnosti. Hledání alternativních zdrojů energie je aktuální téma na celosvětové úrovni. Počet vozidel neustále roste, proto jsou kvůli redukci ekologické zátěže jejich výrobci legislativně tlačeni na snížení emisí a hledání alternativních paliv a typů pohonu. I v České republice se začíná vytvářet příznivější prostředí pro vozidla šetrnější k přírodě, přičemž hlavními hnacími silami jsou omezené zásoby fosilních paliv, aplikace zásad udržitelného dlouhodobého rozvoje především s ohledem na omezení znečištění ovzduší a řešení problémů souvisejících s důsledky hospodářského rozvoje. V posledních době vzrůstá také tlak na zavedení alternativních paliv zejména v souvislosti s hypotézou globálního oteplování. Otázky související s použitím alternativních paliv a jejich porovnání s klasickými motorovými palivy představují výzvu pro technology zpracování ropy, automobilové konstruktéry i běžné uživatele motorových vozidel. Nalezení vhodného alternativního paliva může být jedním z nejdůležitějších přínosů pro ochranu životního prostředí a jedinečných ekosystémů. Stále větší zaměření společnosti na alternativní paliva má dva základní důvody. Prvním z nich jsou snižující se světové zásoby ropy, které budou mít za následek ztrátu dominantního postavení současných pohonných hmot (nafta a benzín) na úkor alternativních paliv. Druhým závažným důvodem je obrovský nárůst škodlivých emisí výfukových plynů, a to převážně CO2 způsobujícího skleníkový efekt.1 Celosvětově se doprava stala jedním z hlavních znečišťovatelů ovzduší. V EU je dopravní sektor druhým největším producentem skleníkových plynů po energetice. Klíčem ke snížení produkce skleníkových plynů je zlepšení účinnosti spalování paliva ve vozidlech spolu s výrazným zvýšeným využíváním alternativních paliv, zejména biopaliv. Využití alternativních paliv má také přirozeně svoje negativa. Masivní využití biopaliv může být příčinou vzrůstajícího nedostatku potravin a jejich zvyšující se ceny.

1

Srov.: http://www.ceskyelektromobil.cz/projekt/ekologie.html - [cit. 2012-01-10].

9

2. Cíl práce Diplomová práce se zabývá teorií alternativních paliv, práce má za cíl představit a stručně charakterizovat alternativní paliva pro motorová vozidla. Bude pojednáno o problematice fosilních paliv využívaných v automobilové dopravě a jejich vlivu na životní prostředí, největší pozornost bude zaměřena na biopaliva. Jednotlivá paliva, především nafta motorová, směsné motorové nafty, MEŘO a rostlinné oleje budou stručně charakterizována, pokusím se uvést jejich přednosti a nedostatky a vliv na životní prostředí. Ve vlastní práci bude realizováno a vyhodnoceno experimentální měření na vozidle VW T4 Multivan, v rámci kterého dojde ke zjišťování parametrů motoru při provozu na vybrané druhy paliv a jejich srovnání. Hlavním úkolem bude ověření teoretických poznatků v praxi na válcovém dynamometru 4VDM E120-D.

3. Metodika Práce je dělena na tři základní části, z nichž dvě jsou teoretické, a třetí představuje experimentální měření a vyhodnocení. První část je věnována problematice fosilních paliv využívaných v automobilové dopravě a jejich vlivu na životní prostředí. Druhá a třetí část se zaměřuje na alternativní paliva a jejich ověření v praxi. Tato práce je základním přehledem alternativních možností pro vznětové i zážehové motory. Je stručně charakterizována motorová nafta, směsné motorové nafty, MEŘO a rostlinné oleje, jsou zachyceny jejich přednosti a nedostatky a v neposlední řadě právě jejich vliv na životní prostředí. Je popsáno konstrukční řešení palivové soustavy a nutné úpravy pro provoz na tato alternativní paliva. Ve vlastní práci jsou uvedeny výsledky experimentálního měření vozidla při použití vybraných druhů paliva na vozidle Volkswagen T4 Multivan, měřeného na válcové zkušebně Mendelovy univerzity v Brně. Je provedeno měření točivého momentu, spotřeby a kouřivosti vybraných paliv, následně je dopočítán výkon a měrná spotřeba. Měření těchto parametrů motoru probíhalo s rozdílným typem paliva, konkrétně motorové nafty, MEŘO a slunečnicového oleje. 10

4. Problematika využití fosilních paliv 4.1. Omezené světové zásoby surovin Největší zásoby se nachází v na blízkém východě a v západní Kanadě (viz obr. 1). Světové zásoby ropy se rok od roku snižují. Experti odhadují, že zásoby ropy, která představuje základní surovinu pro výrobu nafty a benzínu, bude v roce 2030 na úrovni asi 8,5 % dnešního množství a v letech 2050-2100 budou již vytěžena všechna dnes známá ložiska ropy. Světové zásoby uhlí, které jsou odhadnuty na cca sto miliard tun, by měly vystačit na staletí, pokud nestoupne v následujících letech jeho spotřeba. Předpokládá se, že v následujících letech bude uhlí v některých odvětvích nahrazovat ropu, čímž jeho spotřeba zákonitě stoupne. Zásoby zemního plynu vystačí dle odhadů na cca sto let.2

Obr. 1 Světové zásoby ropy v miliardách barelů3

Zdroj: 21. století

2

Srov.: http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2005050612 - [cit. 2009-01-10].

3

Srov.: http://zpravy.e15.cz/byznys/prumysl-a-energetika/kanada-se-tesi-na-ropnou-budoucnost-

[cit. 2012-03-20].

11

4.2. Zvyšující se poptávka po biopalivech Biopaliva jsou paliva vzniklá cílenou výrobou či přípravou z biomasy a biologického odpadu. Představují jeden ze způsobů využití biomasy, což je souhrn látek tvořících těla všech organismů, jak rostlin, bakterií, sinic a hub, tak i živočichů. Tímto pojmem často označujeme rostlinnou biomasu využitelnou pro energetické účely. Energie biomasy má svůj prapůvod ve slunečním záření a následné fotosyntéze, a tím, že tato forma energie je prakticky nevyčerpatelná, jedná se o obnovitelný zdroj energie.4 Spotřeba biopaliv v roce 2011 meziročně opět narostla. Za tři čtvrtletí se meziročně zvýšila spotřeba metylesterů mastných kyselin (MEŘO), které se využívají jako součást bionafty, o 21 % na 153 556 tun, spotřeba bioetanolu, který se přimíchává do benzinu, se zvýšila o 16 % na 59 390 tun oproti hodnotám roku 2010. Vyplývá to z údajů ministerstva průmyslu a obchodu. Biosložka se podle evropské směrnice povinně přimíchává do nafty od září roku 2007 a do benzinu (biolíh) od začátku roku 2008. Spotřeba MEŘO za celý rok 2010 činila 184 188 tun. Bioetanolu se ve stejném období spotřebovalo 69 037 tun. Podle Českého statistického úřadu se v r. 2011 zvýšila sklizeň řepky, která se pro výrobu biopaliv využívá, přibližně o 3 % na více než milion tun. Rekordní úrodu ohlásili i výrobci biolihu.5

4.3. Vliv na životní prostředí Motorová vozidla musí splňovat emisní normy EURO. V současné době je platná norma EURO 5, v letech 2014 až 2015 by měla začít platit norma EURO 6. Těmto normám se musí přizpůsobit i prodej paliv na tuzemských čerpacích stanicích. Především je kladen důraz na snížení obsahu síry na 10 mg síry/kg paliva a zvýšení podílu biosložky. Namísto původních 2 % se přimíchávají 4,5 % biosložky do nafty a 3,5 % do benzínu. Přimíchávání má například pomoci snížit emise skleníkových plynů, podpořit domácí zemědělskou produkci a snížit závislost na dovozech paliv. Čistá biopaliva a také jejich vysokoobjemové směsi byly v České republice od roku 2009 osvobozeny od spotřební daně. Daňové zvýhodnění a současně stále stoupající

4

Srov.: http://cs.wikipedia.org - [cit. 2012-01-10].

5

Srov.: ROŠKANIN, M. Spotřeba biopaliv vzrostla o třetinu“. In: PETROL magazín, 6/2011.

http://www.petrol.cz/magazin/pm062011/pm611.pdf - [cit. 2012-01-10].

12

cena nafty a benzínu pozvedly poptávku po biopalivech. Navýšením spotřeby biopaliv chce Česká republika splnit cíle Evropské unie. Program podporuje základní biopaliva, která jsou již nyní v České republice využívána. Jedná se především o MEŘO, tedy metylester řepkového oleje a o bioetanol. Oba druhy paliva jsou v přesně daném množství

povinně

přimíchávána

do

konvenčních

paliv.

Biopaliva

smísena

s konvenčními palivy již nejsou od daně osvobozena. Nulová sazba daně se týká pouze paliv s vysokým obsahem biosložky. Nejčastěji se ve světě používají paliva E85 či E95 s podílem bioetanolu ve výši 85 % u E85 a 95 % u E95, dále pak čisté MEŘO a nafta s 30% podílem biosložky. Od spotřební daně je osvobozen také stlačený zemní plyn (CNG). V České republice se neustále rozšiřuje počet plnících stanic, ale zatím bohužel nejsou pokryty všechny důležité dopravní tepny. Stát motivuje jeho rozšiřování využívání alternativních paliv nulovou sazbou spotřební daně a rozdílnými sazbami silniční daně. Ze zákona jsou od silniční daně osvobozena například auta s hybridním pohonem, vozy jezdící na zkapalněný propan-butan, zemní plyn a ethanol.

Část

odborné veřejnosti je však toho názoru, že biopaliva nejsou nijak výrazně pro ekologii přínosná, protože emise výfukových plynů jsou jen nepatrně nižší než u běžných fosilních paliv. Stále častěji se setkáme i s názorem, že využití biopaliv uměle zvyšuje ceny potravin. Odborníci očekávají velký přínos od druhé generace biopaliv, která vznikají z nepotravinových plodin (např. z biologického odpadu, z travin a z rychle rostoucích dřevin).6

5. Alternativní paliva pro zážehové motory Alternativní paliva pro zážehové motory se dělí na několik základních skupin. Jedná se o plynová paliva (LPG, CNG, LNG a vodík) a alkoholy. Za biopaliva jsou považovány kapalné nebo plynné pohonné hmoty vyráběné z biomasy. Patří mezi ně biometanol, bioetanol, bionafta, bioplyn, bio-ETBE (etyl-terc-butyl-eter), bio-MTBE (metyl-terc-butyl-eter), biovodík, rostlinné oleje a syntetická paliva, jejichž složky jsou vyrobeny z biomasy.

6

Srov.: http://www.ekolist.cz/txt - [cit. 2011-05-11].

13

5.1. Plynová paliva Plynová paliva, mezi která se řadí ropný plyn (LPG), zemní plyn (CNG a LNG), jsou z funkčního hlediska lepší než kapalná paliva, protože směs plynu a vzduchu, tedy dvou látek stejného skupenství, umožní jednodušší směšování a tím i větší čistotu spalin. Plynová paliva mají obvykle vyšší oktanové číslo, než tradiční paliva vyrobená z ropy. Jsou také šetrnější k motoru, protože nesplachují olej z plochy válce, jak tomu dochází u benzinu. Mezi hlavní faktory, bránící širokému rozšíření plynových paliv, je obtížné skladování, doprava a distribuce.7

Ropný a zemní plyn – LPG, CNG a LNG Ropný plyn, označovaný LPG (Liquefied Petroleum Gas) je v podstatě plynný uhlovodík získaný jako vedlejší produkt při rafinaci ropy. Mezi hlavní klady tohoto paliva patří nízké emise, tišší chod motoru, jeho delší životnost a také asi 50% úspora nákladů oproti standardnímu palivu. K záporům lze přiřadit počáteční vstupní investice, zmenšení zavazadlového prostoru, asi o 5 % nižší výkon a obtížnější manipulace s palivem. Zemní plyn se používá v podobě stlačeného plynu - CNG (Compressed Natural Gas), který je pod tlakem 200 barů, nebo LNG (Liquefied Natural Gas), který je v kapalné formě. Zemní plyn, a to v obou formách (CNG a LNG) je přechodným řešením, nikoli palivem budoucnosti. K hlavním výhodám tohoto paliva patří nízká cena, nízká spotřeba i emise a naopak vysoké oktanové číslo. Vzhledem k tomu, že zemní plyn je lehčí než vzduch, je vyloučeno riziko hromadění a otrava plynem při jeho úniku v podzemních prostorách.8 V současnosti (k datu 20. 1. 2012) je v České republice provozováno asi 3 475 vozidel na CNG.9 V lednu 2012 bylo v ČR k dispozici 50 veřejných plnících stanic, dále pak 14 neveřejných plnících stanic a cca 100 domácích stanic. Veřejné plnící stanice jsou umístěny především podél hlavních silničních tahů, které slouží jako tranzit přes Českou republiku. Do roku 2020 byl pro Českou republiku stanoven cíl v podobě ročního prodeje zemního plynu v sektoru dopravy cca 1 miliarda m3.

7

Srov.: http://stary.biom.cz/clen/jv/pr5.html - [cit. 2011-11-11].

8

SHAUHUBEROVÁ, M. Využívání zemního plynu v dopravě, In: Ekoenergie, s. 74.

9

Srov.: www.hybrid.cz - [cit. 2012-03-22].

14

Předpokládá se navýšení počtu CNG vozidel na 350 000 a dostavění asi 300 plnících stanic. Na konci roku 2011 dosáhl roční prodej plynu v sektoru dopravy 12,1 mil. m3. Technologie zemního plynu je ve světě rozvinutá a dlouhodobě ověřená praxí. Na zemní plyn jezdí ve světě více než 8,7 mil. vozidel v 60 zemích světa. Nejvíce v Argentině, Brazílii, Itálii, Ukrajině a v Německu. Země EU podporují rozšíření provozu na CNG hlavně v nejvíce ekologicky exponovaných lokalitách (lázně, rekreační oblasti, chráněná území). Dále EU poskytuje daňové zvýhodnění zemního plynu jako pohonné hmoty na delší časové období (Česká republika měla nulovou spotřební daň do roku 2011), existují přímé dotace na nákup všech vozidel mladších tří let s plynovým pohonem, je podporován výzkum a vývoj a plynofikace dopravy. V současnosti se vozy na CNG pohon stávají velice žádaným zbožím. Během 12 let by mělo každé desáté auto v Evropě jezdit na zemní plyn, který by se měl stát nástupcem LPG, jehož využití skončí s docházející ropou. Zásoby zemního plynu jsou oproti zásobám ropy téměř dvojnásobné a jsou otevírána další ložiska, tak jak se zlepšuje technologická úroveň zařízení pro těžbu plynu. K dalším výhodám zemního plynu patří nižší cena, lepší startovací vlastnosti při nízkých zimních teplotách, stabilní kvalita paliva a také to, že zemní plyn je bezpečnější než propan-butan. Zemní plyn je distribuován plynovody na místo cisteren s kapalnými pohonnými hmotami, které při havárii mohou způsobit závažnou ekologickou katastrofu.10

5.1.1.

Biopaliva

Fosilní zdroje energie (především uhlí, ropa, zemní plyn) jsou využívány již více jak sto let. Důsledkem těžby fosilních zdrojů jsou globální změny klimatu způsobené nadměrným množstvím CO2 v biosféře a celkově zhoršující se životní prostředí. Z těchto důvodů je třeba hledat alternativní obnovitelné zdroje energie, které by nezhoršovaly životní prostředí, a současně by se získávaly z obnovitelných zdrojů.11 Alkohol a rostlinné oleje, které se získávají z biomasy, jsou ideálním zdrojem energie v našem podnebí. Přestože biomasa nemůže plně nahradit klasické fosilní zdroje, odhaduje se, že tímto zdrojem by mohla být v České republice až pětina spotřeby všech paliv (viz. obr. 2). Nejdůležitějšími palivy vyráběnými z biomasy jsou etanol, metanol a bionafta. Používání bioplynu a dřevoplynu, které bylo populární 10

Srov.: SHAUHUBEROVÁ, M. Využívání zemního plynu v dopravě, In: Ekoenergie, s. 73.

11

Srov.: VLK, F. Paliva a maziva motorových vozidel, s. 125.

15

v období druhé světové války, postupně ustoupilo.12 V současné době se dostává opět do popředí, příkladem je rakouský výrobce zemědělské techniky Steyer, který nabízí model traktoru Steyer 6195 CVT, první evropský traktor poháněný bioplynem nebo CNG.

Obr. 2 Spotřeba biopaliv v České republice v letech 1992-2011 v tunách13 Zdroj: Finanční noviny

Rostliny, ze kterých lze získat energii, je možné rozdělit na rychle rostoucí dřeviny a rostliny bylinného charakteru. Výhodou energetických bylin je krátké vegetační období, snadný výsev, možnost zpracování i na neenergetické účely a možnost rychlé změny druhu rostlin. Mezi tyto rostliny patří obilí, cukrová řepa, brambory, slunečnice, řepka olejka a len.14 Pro zážehové motory jsou použitelnými biopalivy bioetanol, bioplyn, bio-ETBE, biometanol, bio-MTBE, biovodík.

Bioetanol Bioetanol se získává lihovým kvašením zemědělských plodin. V místech se subtropickým a tropickým podnebím se nejčastěji využívá cukrová třtina, v Evropě jsou výchozími plodinami výroby bioetanolu obilí, cukrová řepa, brambory a kukuřice.

12

Srov.: VLK, F. Alternativní pohony motorových vozidel, s. 84.

13

Srov.: http://www.financninoviny.cz/zpravy/index_img.php?id=186954 - [cit. 2012-03-20].

14

Srov.: LAURIN, J. Biopaliva pro vznětové motory, In: Ekoenergie, s. 67.

16

V klimatických podmínkách České republiky je nejvýhodnější obilí, a to pšenice nebo tritikále (česky žitovec – kříženec žita a pšenice). Z jedné tuny pšenice se získá asi 360 litrů etylalkoholu. Z jednoho hektaru je výnos cca 5,6 tun pšenice, z níž lze vyrobit přibližně 2 100 litrů bioetanolu. V porovnání s naftou má bioetanol nižší výhřevnost, nízkou vznětlivost vyjádřenou cetanovým číslem 7 a velmi malou mazací schopnost. Cetanové číslo je veličina označovaná zkratkou CČ nebo CN, udávající kvalitu motorové nafty z hlediska její vznětové charakteristiky. Čím vyšší cetanové číslo palivo pro vznětové motory má, tím je kvalitnější. Motor s přímým vstřikováním v takovém případě lépe startuje, má lepší výkon, tišší a hladší chod a také výfukové plyny obsahují méně nežádoucích zplodin hoření. Díky lepšímu výkonu klesá spotřeba pohonných látek. To vše vede ke snižování zátěže životního prostředí. Kvůli nízké výhřevnosti je měrná spotřeba bioetanolu vyšší než spotřeba nafty, takže palivový systém motorů se musí pro bioetanol přizpůsobit. Značné problémy může vyvolat i malé množství vody v palivu, která na sebe váže bioetanol. Bioetanol může způsobit korozi některých součástí, zejména palivového příslušenství motoru a působí agresivně na některé plasty a pryže. Tyto nepříznivé vlastnosti lze úspěšně ovlivnit přísadami na bázi nitrátů a éterů, které se do bioetanolu přidávají dle doporučení jejich výrobců v množství 4 - 12 %. Vznětový motor na bioetanolové palivo je pak mírně odlišný od naftového motoru, protože vlastnosti bioetanolu jsou až na jeho výhřevnost upraveny pomocí přísad tak, aby byly blízké vlastnostem nafty. Kvůli nižší výhřevnosti bioetanolu je nutné přizpůsobit palivové příslušenství motoru tak, aby umožnilo výrazné zvýšení vstřikované dávky až 1,7x. Kvůli lepšímu průběhu spalování bývá pro provoz na bioetanol zvyšován kompresní poměr původního naftového motoru až na 28:1. Řada měření výfukových škodlivin motoru ukázala, že v porovnání s emisemi při provozu na naftu dochází ke snížení obsahu pevných částic, snížení obsahu oxidů dusíku a ke značnému zvýšení obsahu oxidu uhelnatého a nespálených uhlovodíků ve výfukových plynech. Bioetanol nemá v současnosti v Evropě (s výjimkou Švédska) příliš široké uplatnění. Městské autobusy s motory optimalizovanými pro provoz na bioetanolové palivo označované E95 vyrábí firma SCANIA. Přibližně 400 městských autobusů je provozováno ve Stockholmu a asi 250 autobusů v dalších městech.15

15


17

Biometanol Výroba biometanolu ze dřeva je ve světě známá již velmi dlouho. Metanol však často vystupoval pouze jako vedlejší produkt při výrobě dřevěného uhlí, a to s velmi malým výtěžkem. Dnes se situace radikálně změnila. Dřevěné uhlí ztratilo na významu a metanol se stal pro motorová vozidla důležitým palivem. Největší množství metanolu je produkováno v Brazílii, USA a Švédsku. Metanol je pro člověka jedovatá látka, je to čistá kapalina bez zápachu, která se v přírodě vyskytuje jen ojediněle. Metanol je možné vyrobit nejen z biomasy, ale i z některých fosilních paliv, např. ze zemního plynu nebo z uhlí. Nevýhodou výroby metanolu z biomasy je jeho dvojnásobná cena v porovnání se syntetickým metanolem vyrobeným ze zemního plynu. Metanol je možné převést na vysoce oktanové palivo při relativně nízkých nákladech. Takové palivo neobsahuje síru a velmi málo znečišťuje životní prostředí. Při výrobě metanolu jsou dvě důležité otázky. Jaké množství biomasy je třeba na výrobu a jaký je poměr získané a vložené energie z takové výroby. Ze zkušenosti vyplývá, že z jedné tuny suché biomasy lze vyrobit 700 litrů metanolu. Poměr získané energie (metanol) a vložené energie na jeho produkci je závislý hlavně na způsobu výroby. Při výrobě metanolu z obnovitelných zdrojů je tento poměr velmi příznivý.16

Bioplyn Bioplyn se získává metanogením kvašením organických látek. Nejběžnějšími látkami jsou chlévská mrva, prasečí kejda, kukuřičná siláž nebo odpady v městských čistírnách (kalový plyn). Bioplyn je tvořen směsí plynů (55 - 75 % metan, 25 - 40 % oxid uhličitý, 1 - 3 % dalších plynů – vodík, dusík, sirovodík). Bioplyn pro účely pohonu motorových vozidel je nutno zbavit přebytku nežádoucích příměsí, zejména oxidu uhličitého a sirovodíku. Pro rychlé čerpání se stlačuje na tlak 250 - 300 barů, tlak v nádrži je 50 - 100 barů. Výhodou jsou nižší emise proti benzínu a asi 30% úspora nákladů na palivo. Nevýhodou současného používání bioplynu jako pohonné hmoty je jeho omezené množství a pouze lokální využití. Bioplyn v dopravě nachází nejširší uplatnění v Evropě (Švédsko, Dánsko, Rakousko, Švýcarsko, Francie a Itálie), mimo Evropu (USA, Brazílie, Chile, Nový Zéland).17

16

Srov.: VLK, F. Paliva a maziva motorových vozidel, s. 156-158.

17

Srov.: VLK, F. Alternativní pohony motorových vozidel, s. 116-117.

18

6. Paliva pro vznětové motory Ve dvacátých a třicátých letech 20. století se zabývaly firmy Deutz, Bosch, Mercedes-Benz, a Perins pokusy s různými rostlinnými oleji, např.: palmovým, arašídovým, bavlníkovým a sójovým. Při testech bylo zjištěno, že rostlinné oleje snižovaly výkonové parametry naftových motorů a velmi rychle znehodnocovaly motorový olej. Vzhledem k nízkým cenám a dostatku paliv ropného původu nebyl do 80. let minulého století o rostlinné oleje a bionafty výraznější zájem.18 V další části se budu podrobněji zabývat současně využívanými palivy, a dále technickými možnostmi a podmínkami pro použití paliv získaných z biomasy. Pro vznětové motory lze využít motorovou naftu, MEŘO, směsné motorové nafty, příp. emulzní naftu a čisté rostlinné oleje.

6.1. Motorová nafta Motorová nafta je směs kapalných uhlovodíků získaná z ropy, vyrábí se mísením petroleje a plynových olejů. Vzájemný poměr jednotlivých složek je dán především požadavky provozu za nižších teplot.19 Má čirou nažloutlou až žlutou barvu, patří mezi hořlaviny III. třídy s bodem vzplanutí nad 55 °C. Vzhledem k obsahu nerozvětvených uhlovodíků může při nízkých teplotách tzv. zamrzat, což je způsobeno krystalizací parafinických uhlovodíků. Obvykle obsahuje aditiva na zlepšení užitných vlastností. Mezi aditiva patří mazivové přísady, depresanty, detergenty a inhibitory koroze. Velmi důležité jsou vlastnosti nafty při nízké teplotě. V naftě může dojít k vylučování krystalů parafínu či ledu, což je nepřípustné. Na zlepšení tekutosti při nízké teplotě se používají speciální přísady, tzv. depresanty, které malé krystaly obalí a tím zabrání jejich dalšímu růstu. Letní nafta musí být filtrovatelná při teplotě 0 °C, zimní při minimální teplotě -15 °C. Teplota skladování musí být nad bodem tuhnutí a nesmí se blížit bodu vzplanutí nafty.20 Základní kvalitativní parametry určuje norma ČSN EN 590, a to zejména cetanové číslo, hustota při 15 °C, filtrovatelnost, bod vzplanutí, obsah síry, obsah vody, kinetická viskozita při 40 °C, destilační zkouška, obsah nečistot, popela, oxidační stabilita. Nafta

18


19

Srov.: MACEK, J. Spalovací motory I, s. 181.

20

Srov.: HLAVŇA, V. a kol. Dopravný prostriedok a jeho motor, s. 46.

19

s nízkým cetanovým číslem zvyšuje tvrdost chodu zejména rychloběžnějších motorů, zhoršuje jejich spouštění, vyvolává kouření s tvořením sazí a nadměrným dohoříváním při expanzi v důsledku příliš dlouhého průtahu při vznícení a snižuje hospodárnost chodu motoru. Paliva s velmi vysokým cetanovým číslem mohou naopak shořet příliš blízko u trysky, takže vstřikovaný paprsek nemá prostor na promísení se vzduchem, motor kouří a blízkost plamene u trysky může zvýšit teplotu až k zapečení. Tento problém se však řeší vícenásobným vstřikem.21

6.1.1.

Přednosti a nedostatky motorové nafty

Motorová nafta je již po mnoho desetiletí hlavním palivem pro vznětové motory. Výrobci vozidel věnují značné finanční prostředky výzkumu a vývoji v oblasti vznětových motorů. Mezi přednosti využívání nafty v dopravě patří snadná dostupnost čerpacích stanic a spolehlivost v provozu. Mezi nevýhody lze zařadit neustále se zvyšující cena motorové nafty, závislost na fosilních palivech a často také různá kvalita nafty na čerpacích stanicích, v případě nehody a úniku pohonných hmot do půdy je nutná její dekontaminace. V neposlední řadě ohrožují životní prostředí také škodlivé emise, které vznikají při provozu vozidel na motorovou naftu.

6.2. Emulzní motorová nafta Emulzní motorová nafta je alternativním palivem, které obsahuje emulzi (85 % motorové nafty, 13 % vody a 2 % dalších přísad, převážně emulgačních činidel, která zajišťují velmi malou velikost kapek rozptýlené vody). Emulgovaná nafta se používá hlavně ve Francii a Itálii, kde ji vyrábí společnost Elf a nese obchodní označení Aquazole. Při využití paliva Aquazole dochází k 10 - 15 % snížení výkonu motoru na vozidle bez úprav. Při takovém provozu jsou výrazně sníženy emisní hodnoty oxidu dusíku až o 30 % a u pevných částic až o 80 % vzhledem k emisím vznikajícím spalováním motorové nafty. Aquazole připravovaný z nafty s velmi malým obsahem síry je ve zkušebním provozu a umožňuje použití katalytických filtrů pevných částic. Vstřikování emulze motorové nafty s vodou příznivě ovlivňuje průběh spalovacího procesu. V důsledku snížení teploty plamene a možnosti menšího přebytku vzduchu

21

Srov.: MACEK, J. Spalovací motory I, s. 182.

20

potřebného ke spalování dochází ke snížení kouřivosti motoru. Klesá také obsah dusíku ve výfukových plynech.22

6.2.1.

Přednosti a nedostatky emulzní motorové nafty

K přednostem využívání emulzní motorové nafty patří snížení emisních hodnot dusíku, pevných částic a síry. Závažným problémem je zabezpečení stability vzniklé emulze při dlouhodobém skladování (v řádech několika měsíců). Náklady na výrobu emulzí motorové nafty značně zvyšují její cenu.

6.3. Směsné motorové nafty Směsné motorové nafty jsou směsi nafty s částečným podílem MEŘO (5 - 30 %). Nepříznivé vlastnosti MEŘO se u směsných motorových naft minimalizují. Vyhláška číslo 229/2004 Sb. zahrnuje normu „Směsná motorová nafta“ ČSN 65 6508. Úroveň škodlivých výfukových emisí při provozu na směsné motorové nafty závisí na poměru MEŘO a motorové nafty ve směsi.23

6.3.1.

Přednosti a nedostatky směsné motorové nafty

K hlavním přednostem směsné motorové nafty patří nižší cena a nižší výfukové emise ve srovnání s naftou. Dalším významným kladným faktorem je snížení závislosti na fosilních palivech. Mezi negativní vlastnosti patří nízká oxidační stabilita, která vede ke vzniku úsad při skladování nebo delším odstavení vozidla (sezónní vozidla v zemědělství). Při použití směsné motorové nafty je nutno častěji měnit palivové filtry.

6.4. Bionafta Bionafty jsou etylestery nebo metylestery mastných kyselin, které se získávají transesterifikací triglyceridů z olejů a tuků. Za výchozí suroviny lze považovat rostlinné oleje (slunečnicový, sójový, řepkový, palmový, lněný, případně použité fritovací oleje), nebo živočišné tuky (vepřové a drůbeží sádlo, hovězí lůj a rybí tuk).

22

Srov.: VLK, F. Paliva a maziva motorových vozidel, s. 160-162.

23


21

V posledních letech výrazně vzrůstá význam bionafty jako paliva pro vznětové motory. Výrobu pro jednotlivé země v Evropské unii znázorňuje graf na obrázku 3. Ve světové produkci převládá olej ze sóji (hlavně Spojené státy americké).24

Obr. 3 Vývoj výroby bionafty v Evropě v letech 2002-2007 24

6.4.1.

MEŘO

V současnosti se 80 % bionafty vyrábí z řepkového oleje. Jedná se o tzv. MEŘO, což je metylester řepkového oleje. Pro vyrobení jedné tuny MEŘO je třeba 1020 kg řepkového oleje a 110 kg metanolu. Z výnosu 2,7 tuny/ha semen řepky se získá přibližně 1 tuna MEŘO a glycerin. Vše probíhá dle normy ČSN 14 214. Palivo je velmi dobře odbouratelné (z 98 % v průběhu 21 dni) a snižuje tak riziko znečištění životního prostředí. Vedlejším produktem výroby metylesteru je glycerin, který lze použít dále v chemickém průmyslu, k výrobě mýdel, zubních past, atd. Esterifikace Esterifikace je proces běžně užívaný v tukovém průmyslu. Esterifikace se obvykle provádí ve velkých průmyslových zařízeních. Rostlinný olej uskladněný v cisterně se čerpadly dopraví do nádoby reaktoru. Esterifikační proces začíná přidáním louhu draselného a methylalkoholu do rostlinného oleje v reaktoru. Míchací zařízení zajistí promíchání směsi. Po proběhnutí esterifikace asi za 6 - 8 hodin se na základě různé hustoty směs rozdělí na dvě fáze. V první fázi methylester odteče do tepelného

24

Srov.: http://kfch.upce.cz/htmls/vedecka_cinnost_bionafta.htm - [cit. 2012-04-20].

22

ohřívače, kde se oddělí zbylý methanol, který nevstoupil do reakce. Separace probíhá kontinuálně v koloně, kde se odstraní i případný zbytek glycerinu. MEŘO je veden do zásobníku s pufrem (zpravidla kyselinou fosforečnou), kde je prováděna zkouška kvality. Pokud je její výsledek příznivý, je pohonná hmota vedena do zásobníku MEŘO. V druhé fázi se směs glycerinu s olejem neutralizuje kyselinou fosforečnou. Poté se odstředivkou oddělují pevné částice, které vstupují do sušárny, odkud vychází jako konečný produkt hodnotné fosforečné hnojivo. Poté se ze zbylé tekutiny v diskovém separátoru oddělí olej od glycerinu. Olej lze využít jako topný. Glycerin se po vyčištění dá použít ve farmaceutickém průmyslu.25 Tento proces schematicky znázorňuje následující obrázek 4.

Obr. 4 Proces esterifikace 26

Řepkový olej je tvořen přibližně z 97 % triglyceridy, zbytek představují diglyceridy a monoglyceridy, volné mastné kyseliny, lipidy atd. Triglycerid je sloučenina glycerinu a mastných kyselin.

6.4.2.

Přednosti a nedostatky MEŘO

MEŘO, které vzniká esterifikací rostlinného oleje, zlepšuje proces hoření a snižuje viskozitu paliva, takže má podobné vlastnosti jako motorová nafta. Při stejné tepelné účinnosti by měla být spotřeba MEŘO o 4 - 5 % vyšší. Stejných výkonů, jako při provozu na naftu lze dosáhnout seřízením motoru pro spalování MEŘO. Nespornou výhodou MEŘO je z ekologického hlediska jeho nejedovatost a plná biologická odbouratelnost při případném úniku do půdy při havárii. Emise jsou téměř bez SO2. Na rozdíl od nafty vykazuje nižší emise uhlovodíků a sazí. Emise CO2 jsou takřka stejné, vyšší je jen obsah některých oxidů dusíku. Palivo je použitelné bez úprav

25


26

Srov: http://kfch.upce.cz/images/Ved_cin/bionafta_reakce1.gif- [cit. 2012-03-22].

23

motoru. Vzhledem k nižší výhřevnosti se může asi o 5 % snižovat výkon. MEŘO lze bez problémů mísit s motorovou naftou, zvyšují se nároky na použití pryžových materiálů a plastů, které přicházejí do styku s palivem. Nevhodný je přírodní kaučuk a styrol (butadienový kaučuk). U moderních aut už k tomuto problému nedochází.27 K negativním vlastnostem MEŘO patří nízká tepelná a oxidační stabilita vedoucí ke vzniku usazenin při skladování a k tvorbě viskózních směsí, které mohou ucpávat palivový systém, především filtry. Při delších odstávkách motoru (cca 2 - 3 měsíce) může docházet k zalepení funkčních součástí palivového příslušenství motoru. U motorových olejů dochází vlivem použití MEŘO k ředění, proto je nutno zkrátit interval výměny oleje asi o 1/3. Po přechodu z nafty na MEŘO se rozpouští usazeniny v palivovém systému, což sice čistí palivový systém, vyžaduje to ale častější obměnu palivových filtrů a vstřikovacích trysek.28

6.5. Rostlinné oleje Pro výrobu biopaliv se nejvíce využívá olej z řepky olejky (Brassica napus). Je to způsobeno velkými osevními plochami, vysokými výnosy, a vyřešenou technologii sklizně.

27

Mezi další olejniny vhodné pro výrobu biopaliv patří sója a slunečnice.

V současné době se také masivně rozšiřuje využití použitých rostlinných tuků, které po zpracování splňují přísné normy pro výrobu rostlinného oleje jako paliva, případně pro MEŘO. Spálením jedné tuny motorové nafty se vyprodukuje až 2,8 tuny CO2, který patří do skupiny tzv. skleníkových plynů. Při spalování řepkového oleje platí vyrovnaná bilance CO2, při které se do ovzduší uvolní jen takové množství CO2, které rostliny fotosyntézou během růstu opět přijmou. Energetická bilance řepkového oleje od prvovýroby až ke konečnému produktu je velmi příznivá: energetický vstup včetně agrotechnických operací a výroby oleje činí 17,6 GJ/ha, zatímco výstup je 46,6 GJ/ha, což je 2,65násobný zisk energie z jednoho hektaru. Vezmeme-li však do bilance energetický obsah vedlejších produktů (slámy,

27


28


24

šrotu, glycerinu, apod.), pak podle údajů výzkumníků francouzského ústavu SOFIPROTEOL stoupne energetický zisk až šestkrát z jednoho hektaru.29

Obr. 5 Pole řepky olejky30

6.5.1.

Parametry rostlinného oleje

Výhřevnost řepkového oleje je 37 MJ·kg-1, zatímco výhřevnost motorové nafty je 42-43 MJ·kg-1. Z prvního pohledu je patrné, že vznětový motor by měl na naftu vykazovat vyšší výkon než na rostlinný olej, ale realita může být odlišná, protože dávkování vstřikovacího čerpadla je v objemových jednotkách a rostlinný olej má vyšší objemovou hmotnost (olej 920 kg·m-3, nafta 830 kg·m-3), tím pádem objemový tok zůstává shodný, ale navyšuje se tok hmotnostní.31 Rostlinný olej má výrazně vyšší viskozitu než motorová nafta. Viskozita paliva souvisí s konstrukcí vstřikovacího čerpadla a jeho mazacích kanálů. Může se stát, že úzké mazací kanály vstřikovacího čerpadla neumožní dostatečný průchod paliva, a tak může dojít k postupnému zadření. K předcházení tomuto problému slouží zařízení na ohřev paliva, které je umístěno před vstřikovacím čerpadlem.

29

BAUER, F. Výsledky měření traktorového motoru na řepkový olej a motorovou naftu. In: Sborník

z konference „Prosperující olejniny“ , 10.-11.12.2009. 30

Srov: http://www.google.cz/imgres?q=rostlinneoleje

31

Srov.: HLAVŇA, V. a kol. Dopravný prostriedok a jeho motor, s. 46; http://vytapeni.tzb-

info.cz/tabulky-a-vypocty/11-vyhrevnosti-paliv [cit. 2012-03-05].

25

Bod vznícení je u řepkového oleje 223 °C, u motorové nafty 75 °C, což způsobuje problematické starty motorů na rostlinný olej. Zmíněný problém je možné minimalizovat nastavením vstřikovače na vyšší hodnotu a prodloužením doby žhavení. Dalším problémem je běh při neprohřátém motoru, kdy je nedostatečně spalován rostlinný olej, čímž dochází k průsakům rostlinného oleje do klikové skříně. Tyto problémy jsou vyřešeny využitím dvoupalivového systému. Nižší cetanové číslo u rostlinného oleje (42,6) oproti naftě (46) negativně ovlivňuje start motoru a způsobuje horší vznícení paliva. 32 Obsah síry u řepkového oleje (max. 0,01%)32 je výrazně nižší než u motorové nafty, což je vzhledem k ochraně životního prostředí nespornou výhodou.

6.5.2.

Výroba oleje

Olej vyráběný z řepky olejky je poměrně snadnou záležitostí. Energetická hodnota vložená pro dosažení výsledného produktu je v procentuálním měřítku výhodná. U řepky se výnos pohybuje kolem 80 %, tzn. jen 15 - 20 % ze získané energie je třeba vložit do vyprodukování získaného oleje. Konvenční získávání oleje v potravinářském průmyslu je prováděno lisováním a extrakcí ve velkých centrálních zařízeních s výkonností až 150 t/hod. a výtěžností 89 - 94 %. V těchto zařízeních se obvykle provádí mechanické drcení, lisování a mokrá extrakce zbytku oleje z výlisků po předcházejícím zahřátí. V zemědělském podniku, kde se pracuje pouze s mechanickým lisováním, není možné tak vysoké výtěžnosti dosáhnout. I při optimální práci malých lisů (5 100 kg/h) se dosahuje výtěžnosti 70 - 80 %. Používají se šnekové kontinuálně pracující lisy. Při využití k pohonu motorů musí být řepkový olej zbaven především kalu. Odkalení se provádí několikadenní sedimentací, tlakovou filtrací nebo odstředěním. Požadavkem obchodu je maximálně 0,5% podíl vody a nečistot. Pro dlouhodobý provoz je též významný obsah fosfátů v oleji. Vysoký obsah fosfátů může zcela poškodit nebo zničit motor. V současnosti jsou zkoušeny metody odstraňování fosfátů z oleje. Pokusy bylo zjištěno, že obsah fosfátů je možno ovlivnit způsobem lisování. U jednoduchých lisů počtem otáček šneku a teplotou při lisování.33

32 33

Srov.: www.timur.cz/olej/energeticky_seminar.pdf - [cit. 2012-03-22]. Srov.: http://stary.biom.cz/clen/jv/pr5.html - [cit. 2011-11-11].

26

Nespornou výhodou je též zpracování nevyužitých zbytků rostliny. Tento odpad se využívá v bioplynových stanicích, jako krmivo pro dobytek, nebo jako hnojivo bohaté na minerály.

6.5.3.

Přednosti a nedostatky rostlinného oleje

Čisté rostlinné oleje mají jako motorová paliva nevhodné vlastnosti, zejména vysokou viskozitu, velmi nízké cetanové číslo, nízkou výhřevnost, vysokou teplotu tání, malou tepelnou a oxidační stabilitu. Pro použití v motorech s přímým vstřikem paliva musí být olej pro snížení viskozity předehříván na teplotu alespoň 70 oC. Ve spalovacím prostoru, na vstřikovacích tryskách, ale i v palivovém systému mohou vznikat po delší době provozu motoru úsady. Rostlinné oleje způsobují rychlejší stárnutí motorového oleje, a proto je nutné zkrátit intervaly pro jeho výměnu. Problematické je též spouštění a ohřev studeného motoru, takže pro tyto režimy bývá u mnohých motorů použita nafta. Nedostatkem je silné zakarbonování spalovacích prostorů motorů s přímým vstřikem paliva. Z ekologického hlediska je výhodou jejich nejedovatost. Palivo je rychle biologicky odbouratelné. Spaliny obsahují méně škodlivých produktů, než spaliny motorové nafty Obsah jednotlivých škodlivin ve výfukových plynech motorů provozovaných na rostlinné oleje závisí výrazně na konstrukčních a seřizovacích parametrech motoru a na průběhu spalování.34 Vzhledem k výše uvedeným potížím nenalezly doposud oleje jako motorové palivo širší uplatnění.35

6.5.4.

Elsbettův motor

Elsbettovy motory jsou odlišným řešením vznětových motorů. Jsou speciálně navrženy pro spalování rostlinného oleje. Liší se konstrukcí spalovacího prostoru a jiným způsobem vstřikování paliva. Dvoudílný litinový píst se pohybuje v litinovém válci. Ve dně pístu je kulovitý spalovací prostor, do kterého se tangenciálně vstřikuje palivo čepovou tryskou (viz obrázek 6). Vzduch se ve spalovacím prostoru víří ve šroubovici. Spalování paliva proto probíhá tak, že na špičce trysky ani na povrchu spalovacího prostoru nevznikají usazeniny. Tento motor může být chlazen pouze olejem, neboť samotné spalování probíhá v pístu, který musí být intenzivně chlazen 34


35


27

ostřikem dna olejem. Zásadně se každý motor Elsbett spouští na běžnou motorovou naftu, na kterou systém přepíná před ukončením jízdy. Na řepkový (nebo jiný) olej se provoz převádí až po zahřátí motoru na provozní teplotu. Produkce CO a CO2 je v porovnání s motorovou naftou výrazně nižší, nižší je též emise NOX a kouřivost. Obsah aldehydketonů a aromatických sloučenin je naopak vyšší. Spaliny mají ostřejší a štiplavější zápach.36

Obr. 6 Elsbettův píst 37

6.6. Zhodnocení paliv Od roku 1992 se vyrábí MEŘO jako motorové palivo v České republice. Z důvodu problémů, které vznikaly při provozu vozidel na MEŘO, se začala distribuovat směsná motorová nafta (motorová nafta + MEŘO). V současné době se směsné motorové nafty vyrábějí smísením motorové nafty dle normy ČSN EN 590 a MEŘO dle normy ČSN EN 14217. Povinné přimíchávání biosložky do motorové nafty je dáno zákonem č. 180/2007 Sb., s účinností od září roku 2007.

Výhody alternativních paliv, zvláště olejů:

36 37

•

ekologická hlediska,

•

snížení emisí CO2, SO2,

•

kladná energetická bilance,

•

ekonomická hlediska.

Srov.: http://stary.biom.cz/clen/jv/pr5.html - [cit. 2011-11-11]. http://vegburner.co.uk/images2/elsbettbowl.gif - [cit. 2011-04-04].

28

Nevýhody alternativních paliv, zvláště olejů: •

problematické starty a chod studeného motoru,

•

plošné rozšíření by vedlo k nutnosti osít monokulturou obrovské zemědělské plochy,

•

problémy v provozu u moderních vznětových motorů (se systémy PD, CR).

Evropská sdružení výrobců automobilů EAMA zaujímají kritická stanoviska k bionaftě, rostlinným olejům a směsným motorovým naftám. Pro automobilové vznětové motory připouštějí použít motorovou naftu s nejvýše 5 % objemu bionafty nebo rostlinného oleje.38 Využívání úrodné půdy a plodin k výrobě biopaliv vede k oprávněným obavám o dostatek potravin. Ve světě se vede diskuse o biopalivech, zda jde skutečně o „čistší" energii a zda její využívání jako paliva nevede k neúměrnému zdražování jídla v nejchudších zemích.39 Ostrá kritika se ozývá z Organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj (OECD), která konstatovala, že využití biopaliv a podpora těchto paliv vede k růstu cen potravin a k ničení přírody. Plodiny pěstované v Evropě a USA k produkci čistých biopaliv mohou mít podle některých studií na klima horší vliv, než paliva z ropy. Při spalování zelených paliv se uvolňuje velké množství skleníkových plynů (např.: NOx).40

38


39

Srov.: http://www.petrol.cz/alternativa/clanek.asp?id=11361 - [cit. 2011-01-15].

40

Srov.: HAMPLOVÁ, L. Biopaliva škodí klimatu víc než ropa. ww.ekonomika.ihned.cz – [cit. 2011-04-03].

29

7. Konstrukční řešení palivové soustavy Pro provoz vozidla na rostlinný olej je nutné upravit jeho palivovou soustavu. V praxi se používají dvě základní řešení palivové soustavy. Jedná se o systém s jednou nádrží, tzv. jednopalivový systém a systém s dvěma nádržemi, tzv. dvoupalivový systém, kdy je k originální nádrži přidána druhá menší nádrž na motorovou naftu. V obou systémech se užívají různé druhy předehřevů – tepelný výměník, vyhřívaný palivový filtr, elektrický předehřev.

7.1. Jednopalivový systém Zásadní úpravou palivového systému je vybavení tohoto systému zařízením na ohřev paliva na cca 80 °C. Určitým problémem tohoto systému jsou zimní starty za nízkých teplot. Proto je jednopalivový systém vhodný pro kogenerační jednotky, které jsou vhodné pro využití surového rostlinného oleje.

7.2. Dvoupalivový systém Přestavba motoru na dvoupalivový systém spočívá v přidání druhé palivové nádrže, dále v systému pro ohřev paliva jako u jednopalivového systému a zabudováním dvou třícestných ventilů do palivové soustavy. Při provozu na motorovou naftu se palivo dopravuje přes podávací čerpadlo a palivové čističe do třícestného elektromagneticky ovládaného ventilu a odtud dále do vstřikovacího čerpadla. Palivo z přepadu jde zpět přes druhý třícestný ventil do okruhu s motorovou naftou. Toto řešení vylučuje smíchání paliv, které by se mohlo negativně projevit u nízkotlaké soustavy pro motorovou naftu a také horším startem při nižších teplotách.41 Dvoupalivový přestavbový set je zobrazen na obrázku 7.

41

Srov.: BAUER,

F. Výsledky měření traktorového motoru na řepkový olej a motorovou naftu.

In: Sborník z konference „Prosperující olejniny“, 10.-11.12.2009.

30

Obr. 7 Dvoupalivový přestavbový set 42

Zdroj: Europecon

V praxi je změna druhu využívaného paliva realizována buď automaticky, kdy při dosažení určité provozní teploty se systém za pomocí informací ze snímačů teplot automaticky přepne z nafty na olej, nebo změna druhu využívaného paliva může být provedena také mechanicky pomocí přepínače, který ovládá řidič vozu. Nevýhodou mechanického systému je nutný zásah obsluhy, ale jeho nesrovnatelnou výhodou je jistota přepnutí druhu využívaného paliva, což při poruše automatického systému je značně komplikované. Před delším odstavením vozidla je nutné motor přepnout do režimu „nafta“, aby při následném startu studeného motoru byl provoz zahájen na naftu. Což je řešeno buď automaticky pomocí vynuceného doběhu po dobu asi jedné minuty, případně elektrickým podávacím čerpadlem. V případě manuálního řešení je třeba přepnout palivové nádrže cca 10 km před ukončením jízdy.

42

Srov.: http://www.europecon.cz/index_hi.php

31

8. Experimentální měření vozidla 8.1. Zkušební zařízení Pro měření vozidla byl využit dynamometr MEZ 4VDM E120-D na Mendelově univerzitě v Brně na ústavu techniky a automobilové dopravy Agronomické fakulty (viz. obr. 8).

Obr. 8 Zkušebna Mendelovy univerzity pro experimentální měření vozidel Zdroj: foto autor

Válcový vozidlový dynamometr slouží k měření výkonu spalovacího motoru vozidla bez nutnosti jeho demontáže. Spalovací motor přenáší výkon na hnací kola vozidla, ta třením roztáčí zkušební válce dynamometru (z konstrukčního hlediska se může jednat o monoválcové či duoválcové výkonové zkušebny). K válci je připojeno zařízení (z principu maření energie existují vířivé, hydraulické či elektrické brzdy), které klade otáčejícímu se kolu brzdný odpor a umožňuje regulaci jeho velikosti. Tento brzdný moment vyvolává reakční moment stejné velikosti, ale s opačným smyslem, a jelikož válce jsou spojeny s rotorem brzdného zařízení a poháněny koly vozidla, přenáší se reakční moment přes stator na siloměrné zařízení - tenzometr. Měřením velikosti reakčního momentu lze určit obvodové hnací síly na kolech vozidla a při znalosti otáček, resp. rychlosti otáčení je možné vypočítat výkon.43 43

Cit.: http://web2.mendelu.cz/autozkusebna/html/dynamos.htm - [cit. 2012-03-20].

32

Základní mechanické vlastnosti dynamometru MEZ 4VDM E120-D a schéma kompletní zkušebny jsou uvedeny v tabulce 1 a obrázku 9. Tab. 1: Základní mechanické vlastnosti dynamometru MEZ 4VDM E120-D 44 Max. zkušební rychlost [km.h-1]

200

Max. výkon na nápravu [kW]

240

Max. hmotnost na nápravu [kg]

2000

Průměr válců [m]

1,2

Šířka válců [mm]

600

Mezera mezi válci [mm]

900

Povrch válců

zdrsnění RAA 1,6

Setrvačná hmotnost válců (každá náprava) [kg]

1130

Min. rozvor [mm]

2000

Max. rozvor [mm]

3500

Zatížitelnost krytí v místě jízdy [kg]

2000

v místě chůze [kg]

500

Tlakový vzduch [bar]

min. 4 -1

Rozsah měření rychlosti [km.h ]

0 - 200

Rozsah měření sil [kN]

4x -1

±5

Přesnost měření rychlosti [km.h ]

± 0,01

Přesnost měření sil [%]

± 0,25

Přesnost regulace rychlosti [%]

± 0,1

Přesnost regulace síly [%]

± 0,5

Zdroj: Zkušebna Mendelovy univerzity pro experimentální měření vozidel

Obr. 9 Dynamometr MEZ 4VDM E120D47

44

Cit.: http://web2.mendelu.cz/autozkusebna/html/dynamos.htm - [cit. 2012-03-20].

33

8.2. Měřené vozidlo Pro měření bylo použito vozidlo VW T4 Multivan, 2,5 TDi. Prametry měřeného vozidla jsou uvedeny v tabulce 2. Měření proběhlo 25. ledna 2012 na školní válcové zkušebně v areálu Mendelovy univerzity v Brně. Vozidlo bylo pro měření řádně upraveno. Před měřením byla provedena kompletní servisní prohlídka s výměnou olejů a všech filtrů, aby výsledky testu nebyly ovlivněny nečistotami ve filtrech. Úprava palivového systému spočívala v rozpojení původního vedení paliva z nádrže a připojením externí nádrže přes Coriolisovy průtokoměry. Jako externí nádrže s měřenými palivy byly zvoleny plastové kanystry s popisem. Tab. 2 Parametry měřeného vozidla

Výrobce

VW, Wolfsburg, Německo

Rok výroby

2000

Stav tachometru

251 000 km

Počet válců

5

Jmenovitý výkon.

111 kW při 4000 ot/min

Max. točivý moment

275 Nm při 2100 ot/min

Vrtání

81 mm

Zdvih

95,5 mm

Kompresní poměr

19,5:1

Chlazení motoru

Kapalinové

Mezichladič stlač. vzduchu vzduch-vzduch Přeplňování

turbokompresor s regulaci plnícího tlaku

Vstřikovací systém

rotační vstřikovací čerpadlo Bosch Zdroj: vlastní zpracování

8.2.1.

Zajištění vozidla proti pohybu na válcích zkušebny

Po najetí měřeného vozidla na válce se nastaví rozvor a vozidlo se pevně zajistí zepředu i zezadu pevnými zarážkami, které jsou nastavitelné horizontálně i vertikálně a pevně ukotveny do podlahy. Zarážky se opírají o nárazníky pomocí tlumících elementů, jsou vybaveny pomocnými rameny, která auto fixují a zamezují tak bočnímu pohybu (viz obr. 10). 34

Obr. 10 Náhled na ukotvení měřeného vozidla

Zdroj: foto autor

8.3. Vlastní měření Před vlastním měřením byla provedena kalibrační zkouška a měření pasivních odporů. Hodnota pasivních odporů je nutná k pozdějšímu vypočítání výkonu vozidla. Při těchto nutných zkouškách dojde k dostatečnému prohřátí motoru, a poté je možné přistoupit k vlastnímu měření. Cílem měření je provést tři po sobě jdoucí měření na každý druh paliva. V konečných výpočtech a ve výsledném zpracování je použit aritmetický průměr z těchto tří měření. Při statickém měření výkonu je motor dlouhodobě zatížen. Tento proces simuluje jízdu s maximální dávkou plynu a s maximální rychlostí. Jedná se o režim jízdy, kdy jsou otáčky konstantní a motor je dlouhodobě zatížen plným výkonem. Změna paliva byla realizována přepojením přívodního potrubí do nádrže s dalším testovaným palivem, přičemž odvod přebytečného paliva, takzvaný přepad, zůstal po dobu dvou minut v původní nádrži, aby v celém palivovém systému došlo k pokud možno dokonalé výměně paliva a nemohlo tak dojít ke kontaminaci s tím původním a následně ke zkreslení výsledků. Po uplynutí těchto požadovaných dvou minut se 35

přepojil přepad do nádrže s dalším testovaným palivem a zkouška následujícího druhu paliva mohla proběhnout. Podobně se postupovalo i u posledního druhu paliva. Zjednodušeně lze popsat palivovou soustavu takto: nadrž – průtokoměr - palivový filtr - vstřikovací čerpadlo - palivový filtr – průtokoměr - nádrž. Nejdříve byla v provedeném testu použita motorová nafta, následně MEŘO a nakonec slunečnicový olej, viz. obr. 11.

Obr. 11 Náhled na použitá paliva

Zdroj: foto autor

Zásadním problémem při měření bylo zavzdušňování přepadové větve. Problém byl vyřešen výměnou těsnících elementů na přívodních hadicích. Každé měření probíhá třikrát pro dané palivo, čímž se vyloučí případná náhodná chyba měření. První měření bylo realizováno s motorovou naftou, druhé měření s MEŘO a třetí se slunečnicovým olejem. Z dosažených hodnot byl vypočten aritmetický průměr, se kterým je dále pracováno.

36

Obr. 12 Pohled z kabiny vozidla na obrazovku během měření

Zdroj: foto autor

Na obr. 12 je názorně vidět ovládací klávesnice a monitor při měření vozidla.

Každé měření probíhalo pro šest úrovní konstantních hodnot otáček motoru: 1583, 2110, 2592, 3160, 3586 a 3722 otáček/minuta.

8.3.1.

Měření kouřivosti výfukových plynů

Opacimetry měří kouřivost vznětových motorů, na které se hlavně podílejí pevné částice, v menší míře pak olej, vodní pára a nespálené palivo. Princip je založen na pohlcování světla v komoře naplněné plynem. Je-li v komoře čistý vzduch, světlo není pohlceno a hodnota opacity je 0 %. Naopak, je li vše pohlceno, hodnota opacity je 100 %. Hodnota opacity [%] se přepočítá na součinitel absorpce k [m-1]. Opacimetr je měřící komora, na jednom konci lampa, na druhém fotodioda. Je-li v komoře čistý vzduch, světlo není pohlceno a hodnota opacity je 0 %. Naopak, je-li vše pohlceno, je 100% K měření kouřivosti výfukových plynů se na zkušebně MENDELU používá přístroj BOSCH ESA 3.250. Na konec výfuku byla připojena sonda, která snímala kouřivost výfukových plynů. Použitý opacimetr je vyobrazen na obr. 13 na následující straně. 37

Obr. 13 Opacimetr RTM 430

8.3.2.

Zdroj: foto autor

Měření spotřeby

Měření spotřeby bylo realizováno použitím Coriolisových průtokoměrů od firmy Siemens. První průtokoměr byl napojen na přívodní potrubí do vstřikovacího čerpadla, druhý na zpátečku, která vede do nádrže. Výsledná spotřeba byla získána rozdílem naměřených hodnot průtokoměrů.

Obr. 14: Průtokoměr

Zdroj: foto autor

38

8.3.3.

Měření otáček motoru

Snímání otáček motoru bylo realizováno pomocí svorek připojených na akumulátor a počítač zkušebny BOSCH ESA 3.250. Měření otáček je přehledně vidět na obr. 15.

Obr. 15 Měření otáček

8.3.4.

Zdroj: foto autor

Měření teploty nasávaného vzduchu

K měření teploty nasávaného vzduchu byl použit termočlánek, který byl vsunut do sání motoru před vzduchový filtr. Tento termočlánek byl připojen k počítači zkušebny, kde zaznamenával veškeré naměřené hodnoty.

8.3.5.

Výpočet měrné spotřeby

Měrná spotřeba paliva udává, kolik hmotnostního množství paliva je potřeba na vyprodukování jednotky energie. Měrná spotřeba byla vypočtena pomocí hodinové spotřeby a výkonu vozidla, naměřené hodnoty jsou seřazeny v následných tabulkách a grafech.

8.3.6.

Teplota vzduchu, atmosférický tlak, vlhkost

Veškerá provedená měření probíhala za stejných podmínek, protože všechny tři sledované veličiny se během měření nijak zásadně nezměnily. Tyto přístroje byly ve zkušebně umístěny ve výhledu obsluhy zkušebny.

39

8.4. Výsledky měření Naměřené a vypočtené hodnoty jsou přehledně seřazeny do následujících grafů. Ke každému druhu paliva jsou nejprve uvedeny výsledky z každého jednotlivého měření samostatně a poté zpracovány v hodnotách aritmetických průměrů. Následuje grafické znázornění, ve kterém jsou přehledně zobrazeny zkoumané veličiny a jejich průběhy. Tabulka 3 Nafta – měření č. 1 Otáčky motoru Rychlost n v 1/min km/h 1583 55,2 2111 73,2 2592 90,2 3160 110,0 3586 125,0 3722 130,0

Točivý Výkon moment Teplota Měrná Kouřivost Spotřeba spotřeba P Mt sání g/kW∙h kW N.m °C % kg/h 39,4 237,4 18,3 10,2 -1,8 -46,1 58,6 264,9 18,3 11,0 12,5 213,6 70,4 259,2 18,3 6,3 18,4 261,5 84,4 255,0 18,3 6,7 20,4 242,2 91,6 243,8 18,4 9,8 21,8 237,9 92,1 236,2 18,3 12,5 20,6 223,5 Zdroj: vlastní zpracování

Tabulka 4 Nafta – měření č. 2 Otáčky motoru Rychlost n v 1/min km/h 1582 55,2 2106 73,2 2595 90,2 3160 110,0 3580 125,0 3720 130,0

Točivý Výkon moment Teplota Měrná Kouřivost Spotřeba spotřeba P Mt sání g/kW∙h kW N.m °C % kg/h 37,6 227,0 19,6 11,4 8,8 235,2 57,5 260,8 19,8 14,8 13,2 229,0 69,3 255,1 19,8 8,3 15,4 222,5 83,0 250,8 19,7 9,5 19,7 237,7 91,2 243,3 19,8 18,0 22,6 247,8 92,0 236,1 19,6 14,0 22,6 246,1 Zdroj: vlastní zpracování

Tabulka 5 Nafta – měření č. 3 Otáčky motoru Rychlost n v 1/min km/h 1581 55,2 2104 73,2 2591 90,2 3158 110,0 3585 125,0 3723 130,0


40

Tabulka 6 Nafta – Průměrné hodnoty z vykonaných měření Otáčky motoru Rychlost n v 1/min km/h 1582 55,2 2107 73,2 2593 90,2 3159 110,0 3584 125,0 3722 130,0

Točivý Výkon moment Teplota Měrná P Mt sání Kouřivost Spotřeba spotřeba g/kW∙h kW N.m °C % kg/h 38,4 231,7 19,5 11,8 5,3 137,5 58,0 262,9 19,5 13,5 13,0 223,5 69,9 257,5 19,6 7,9 16,5 235,6 83,6 252,8 19,5 8,7 19,9 238,3 91,4 243,6 19,5 13,0 22,5 246,2 92,2 236,5 19,4 12,7 21,9 238,0 Zdroj: vlastní zpracování

Obr. 16 Motorová nafta – měřené charakteristiky

Zdroj: vlastní zpracování

Tabulka 7 MEŘO – měření č. 1 Otáčky motoru Rychlost n v 1/min km/h 1582 55,2 2108 73,2 2589 90,2 3157 110,0 3584 125,0 3723 130,0


41





Tabulka 10 MEŘO – Průměrné hodnoty z vykonaných měření Otáčky motoru Rychlost n v 1/min km/h 1581 55,2 2106 73,2 2589 90,1 3160 110,0 3582 125,0 3721 130,0


42

Obr. 17 MEŘO– měřené charakteristiky


Tabulka 11 Slunečnicový olej – měření č. 1 Otáčky motoru Rychlost n v 1/min km/h 1583 55,2 2108 73,2 2591 90,2 3159 110,0 3584 125,0 3721 130,0



Točivý Výkon moment Teplota Měrná Mt Kouřivost Spotřeba spotřeba P sání g/kW∙h kW N.m °C % kg/h 42,8 257,9 19,0 5,9 10,1 235,4 59,7 270,8 18,9 4,6 13,2 220,3 70,0 257,8 18,7 3,0 17,6 250,9 83,5 252,5 18,7 3,0 21,6 259,1 92,1 245,2 18,5 1,7 22,6 245,0 92,1 236,3 18,5 0,4 22,8 247,7 Zdroj: vlastní zpracování

43



Tabulka 14 Slunečnicový olej – Průměrné hodnoty z vykonaných měření Otáčky motoru Rychlost n v 1/min km/h 1583 55,2 2107 73,2 2591 90,2 3159 110,0 3584 125,0 3722 130,0


Obr .18 Slunečnicový olej – měřené charakteristiky

44


V následujících grafech jsou zaneseny hodnoty výkonu, točivého momentu, spotřeby, měrné spotřeby a kouřivosti u jednotlivých druhů paliv. Z grafů je tedy patrné, který druh paliva má lepší zkoumané parametry motoru měřeného vozidla.

Obr. 19 Srovnání výkonu měřených paliv


Obr. 20 Srovnání točivého momentu měřených paliv

45


Obr. 21 Srovnání spotřeby měřených paliv


Obr. 22 Srovnání kouřivosti měřených paliv


46

Obr. 23 Srovnání měrné spotřeby měřených paliv

47


8.5.

Zhodnocení naměřených výsledků

Z vypočtených hodnot výkonu motoru je patrné, že rozdíly jsou v řádech jednotek kW, ze statistického hlediska takřka zanedbatelné. V pásmu nízkých otáček je výkon na rostlinný olej vyšší o 2,5 kW, křivka nafty motorové a MEŘO je v podstatě totožná, od středních otáček je výkon u nafty téměř shodný jakou u slunečnicového oleje, u MEŘO je výkon nižší asi o 2 kW. Při srovnání točivých momentů jsou rozdíly obdobné. V nízkých otáčkách má rostlinný olej vyšší točivý moment asi o 11 N·m. Ve středních a vysokých otáčkách jsou rozdíly točivého momentu nafty motorové a rostlinného oleje zanedbatelné, MEŘO má v těchto pásmech nižší hodnoty přibližně o 7 N·m. Z tabulek a grafů měrné spotřeby paliva má nejvýhodnější průběh nafta motorová, ovšem při prvních měřených otáčkách došlo k zásadní chybě měření, která následně citelně ovlivnila výslednou průměrnou hodnotu měrné spotřeby na nesprávnou hodnotu 137,5 g/kWh, i když velikost by měla být asi o 90-100 g/kWh vyšší. Tento případ jasně poukazuje na nutnost měření každého paliva 3krát po sobě k vyloučení takovýchto náhodných chyb. Nejvyšší měrná spotřeba byla zaznamenána u MEŘO v celém spektru otáček. Při posuzování kouřivosti motoru vychází nejlépe MEŘO, protože má nejnižší hodnotu v rozsahu otáček, které jsou v běžném silničním provozu využívány nejčastěji, tj. 2000-2600 ot/min. Naopak nafta motorová má z hlediska kouřivosti nejvyšší hodnoty v celém spektru otáček.

48

8.6. Zhodnocení provozu na jednotlivé druhy paliv Provoz vozidla na slunečnicový olej je vhodný zejména pro starší vozidla (do r. 2003), jejichž palivová soustava není tak složitá a náchylná na kvalitu paliva. Mezi hlavní klady využití slunečnicového oleje k pohonu automobilu patří jeho nižší cena, ekologičnost, využití obnovitelných zdrojů energie. Při použití slunečnicového oleje vykazuje motor téměř stejný výkon jako na naftu, ale vyšší točivý moment. K záporům patří problémy studených startů bez konverzního systému a možné problémy moderních vstřikovacích systémů vozidel. Provoz vozidla na motorovou naftu je výhodný zejména pro svoji jednoduchou dostupnost. Výrobci motorů proto vyvíjí a upravují motory pro provoz na naftu, nikoli ne na alternativní paliva. Provoz na naftu je vzhledem k ubývajícím zásobám fosilních paliv v dlouhodobém horizontu neudržitelný. Mezi hlavní nevýhody nafty patří i vysoká cena, která se v České republice dle Českého statistického úřadu k dnešnímu dni (pozn. 20. dubna 2012) pohybuje v průměrné výši 37,5 Kč/l a nepředpokládá se snížení. Provoz vozidla na MEŘO se pohybuje jak ve výhodách, tak i v nevýhodách provozu mezi motorovou naftou a rostlinným olejem.

49

9. Závěr Předložená diplomová práce podává přehled možností využití alternativních paliv a následných dopadů tohoto využití. Zabývá se jejich přednostmi a nedostatky, vlivem na životní prostředí a vhodností použití v běžném provozu. Po experimentálním měření vozidla na zkušebně Mendelovy univerzity v Brně se ukázalo, že provoz na rostlinný olej je pro toto vozidlo výhodný. Motor při spalování rostlinného oleje vykazuje srovnatelný výkon, nižší kouřivost, vyšší točivý moment než u nafty motorové. Obecně je vžitý názor, že výkon a točivý moment musí být u rostlinného oleje nižší než u nafty z důvodu jeho nižší výhřevnosti, což ale měření vyvrátilo. Vyšší výkon motoru při provozu na slunečnicový olej je pravděpodobně dán celkovým opotřebením vstřikovacího systému motoru. Ztráty, které vzniknou netěsností, mají za následek průnik paliva z vysokotlaké části do nízkotlaké. U rostlinného oleje vlivem vyšší hustoty k tomuto nedochází, čímž dojde ke vstřiku větší dávky paliva, při hoření palivo vydává více energie, proto dojde i ke zvýšení výkonu. Názory na možnosti rozšiřovat v budoucnosti produkci automobilových paliv z obnovitelných zdrojů rostlinného původu jsou velmi skeptické a jako překážky se uvádí škodlivé pěstování monokultur technických plodin a možné vlivy na zdražování potravin. Vyskytují se dokonce názory, že spalovat potravinářské produkty po převedení na biopaliva v automobilech ve světě, kde miliarda lidí hladoví lze považovat za zločin. Ačkoliv biopaliva představují velký potenciál v energetickém sektoru, je zároveň třeba pečlivě zkoumat i jejich rizika a nevýhody.

50

Seznam obrázků Obr. 1 Světové zásoby ropy v roce 2008 Obr. 2 Spotřeba biopaliv v České republice v letech 1992-2011 v tunách Obr. 3 Vývoj výroby bionafty v Evropě v letech 2002-2007 Obr. 4 Proces esterifikace Obr. 5 Pole řepky olejky Obr. 6 Elsbettův píst Obr. 7 Dvoupalivový přestavbový set Obr. 8 Zkušebna Mendelovy univerzity pro experimentální měření vozidel Obr. 9 Dynamometr MEZ 4VDM E120D Obr. 10 Náhled na ukotvení měřeného vozidla Obr. 11 Náhled na použitá paliva Obr. 12 Pohled z kabiny vozidla na obrazovku během měření Obr. 13 Opacimetr RTM 430 Obr. 14: Průtokoměr Obr. 15 Měření otáček Obr. 16 Motorová nafta – měřené charakteristiky Obr. 17 MEŘO– měřené charakteristiky Obr .18 Slunečnicový olej – měřené charakteristiky Obr. 19 Srovnání výkonu měřených paliv Obr. 20 Srovnání točivého momentu měřených paliv Obr. 21 Srovnání spotřeby měřených paliv Obr. 22 Srovnání kouřivosti měřených paliv Obr. 23 Srovnání měrné spotřeby měřených paliv

51

Seznam tabulek Tab. 1: Základní mechanické vlastnosti dynamometru MEZ 4VDM E120-D Tab. 2 Parametry měřeného vozidla Tabulka 3 Nafta – měření č. 1 Tabulka 4 Nafta – měření č. 2 Tabulka 5 Nafta – měření č. 3 Tabulka č. 6 Nafta – Průměrné hodnoty z vykonaných měření Tabulka 7 MEŘO – měření č. 1 Tabulka 8 MEŘO – měření č. 2 Tabulka 9 MEŘO – měření č. 3 Tabulka 10 MEŘO – Průměrné hodnoty z vykonaných měření Tabulka 11 slunečnicový olej – měření č. 1 Tabulka 12 slunečnicový olej – měření č. 2 Tabulka 13 slunečnicový olej – měření č. 3 Tabulka 14 slunečnicový olej – Průměrné hodnoty z vykonaných měření

52

Seznam literatury BAUER, F. Výsledky měření traktorového motoru na řepkový olej a

motorovou

naftu.

In:

Sborník

z konference

„Prosperující

olejniny“. 10.-11.12.2009. B ENEŠ , Š. C. Energetické využití palivových článků. In: Ekoenergie, 10/2008. H AMP LOVÁ , L.: Biopaliva škodí klimatu víc než ropa, tvrdí studie. In: Economia, a.s. [online]. Praha. [cit. 2009-04-03]. Dostupný z WWW:

http://ekonomika.ihned.cz/c1-23283305-biopaliva-

skodi-klimatu-vic-nez-ropa-tvrdi-studie HLAVŇA, V.; KUKUČA, P.; ISTENÍK, R.; LABUDA, R.; LIŠČÁK, Š. Dopravný prostriedok

a jeho motor. Žilina: Žilinská univerzita, 2000. L AURIN , J. Biopaliva pro vznětové motory, In: Ekoenergie, 10/2008. MACEK, J. Spalovací motory I, Praha: ČVUT, 2007.

R OŠ KANIN , M. Paliva jsou od ledna „zelenější“. In: PETROL magazín, 1/2009, Třebíč: Petrolmédia s.r.o., 2009. R OŠ KANIN , M. Spotřeba biopaliv vzrostla o třetinu. In: PETROL magazín, 6/2011, Třebíč: Petrolmédia s.r.o., 2011. S HAUHUBEROVÁ , M. Využívání zemního plynu v dopravě, In Ekoenergie, 10/2008. V EGR , J.: Elektromobily-historie a současnost. In: Pro-energy magazín. [online].

Praha.

[cit.

2012-01-10].

Dostupný

z WWW:

V LK , F. Koncepce motorových vozidel: Koncepce vozidel, alternativní pohony,

komfortní

systémy,

řízení

dynamiky,

informační

systémy. Brno: Nakladatelství a vydavatelství Vlk, 2000. V LK , F. Paliva a maziva motorových vozidel. Brno: Nakladatelství a vydavatelství Vlk, 2006. V LK , F. Alternativní pohony motorových vozidel. Brno: Nakladatelství a vydavatelství Vlk, 2004. 53

Elektronické zdroje:

21. STO LETÍ . [online]. Praha. [cit. 2009-01-10]. Dostupný z WWW: A UTO MOTORY . [online]. Praha. [cit. 2009-02-15]. Dostupný z WWW:

C Z B IOM .

[online].

Praha.

[cit.

2008-10-01].

Dostupný

z WWW:

Č ES KÝ E LE KTROM OBIL [online]. Praha. [cit. 2012-01-10]. Dostupný z WWW: DENÍK

E15.

[online].

[cit.

2012-03-20].

Dostupný

z WWW:

http://zpravy.e15.cz/byznys/prumysl-a-energetika/kanada-setesi-na-ropnou-budoucnost-. E KO LIST . C Z . [online]. Praha. [cit. 2011-05-11]. Dostupný z WWW: F INANČNÍ NOVINY . CZ . [online]. Praha. [cit. 2012-03-20]. Dostupný z WWW: C HAMANNE S . R . O . [online]. [cit. 2012-03-22]. Dostupný z WWW: < http://www.hybrid.cz> C H IP . CZ

[online].

Praha.

[cit.

2011-04-04].

Dostupný

z WWW:

K ATEDRA FYZIKÁ LNÍ CHEMIE P ŘI FA KULTĚ CHEM IC KO - TE CHNOLOG IC KÉ UNIVERZITY PARDUBICE .

[online]. Pardubice. [cit. 2011-11-04].

Dostupnýz WWW: K ATEDRA FYZIKÁ LNÍ CHEMIE P ŘI FA KULTĚ CHEM IC KO - TE CHNOLOG IC KÉ UNIVERZITY PARDUBICE .

[online]. Pardubice. [cit. 2012-03-22].

Dostupný z WWW: M ENDELOVA UNIVERZITA V B RNĚ , ÚSTAV TECHNIKY A AUTOMOBILOVÉ DOP RAVY .

[online]. [cit. 2012-03-20]. Dostupný z WWW:

54

P ET IT P RESS , A . S . [online]. Bratislava. [cit. 2009-04-04]. Dostupný z WWW: < http://fotky.sme.sk/fotka/37108/repka-olejna> P ETROLMED IA , S . R . O . [online]. Třebíč. [cit. 2012-01-10]. Dostupný z WWW: P ETROLMED IA , S . R . O . [online]. Třebíč. [cit. 2011-06-20]. Dostupný z WWW: P ETROLMED IA , S . R . O . [online]. Třebíč. [cit. 2009-01-15]. Dostupný z WWW: P RAŽS KÁ

ENERGETIKA ,

Dostupný

A.S.

z WWW:

[online].

Praha.

[cit.

2011-03-22].

ncni-projekty/cista-jizda-hybridnimi-vozy > T ÝMOVÁ INIC IAT IV A P RO MÍSTNÍ UDRŽITE LNÝ ROZVOJ , O . S . [online]. Praha.

[cit.

2011-03-22].

Dostupný

z WWW:

<www.timur.cz/olej/energeticky_seminar.pdf>

V EGBURNER . D ARREN H ILL . [online]. New York. [cit. 2009-04-04]. Dostupný z WWW: W IKIP ED IA [online]. San Francisco. [cit. 2012-03-21]. Dostupný z WWW: W IKIP ED IA [online]. San Francisco. [cit. 2012-03-21]. Dostupný z WWW:

55

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE. Bc. JINDŘICH KLAŠKA, DiS

Recommend Documents