Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Perspektivní paliva pro vozidlové motory Bakalářská práce
Vedoucí práce: doc. Ing. Pavel Sedlák, CSc.
Vypracovala: Petra Hlaváčová
Brno 2011
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma Perspektivní paliva pro vozidlové motory vypracovala samostatně a pouţila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
dne ………………………………… podpis ………………………...……
Poděkování Děkuji mému vedoucímu práce, panu doc. Ing. Pavlu Sedlákovi, CSc., za jeho podporu a trpělivé vedení ke zdárnému vypracování této bakalářské práce. Dále děkuji svým rodičům, protoţe bez jejich lásky a podpory bych byla ztracena.
Abstrakt Hlaváčová, P. Perspektivní paliva pro vozidlové motory. Bakalářská práce. Brno: MZLU v Brně, 2011. Bakalářská práce je zaměřena na problematiku perspektivních paliv pro vozidlové motory. Cílem této práce je zpracovat přehled alternativních paliv a zhodnotit jejich vyuţití do budoucna. Nejdříve jsou v práci uvedeny základní definice jednotlivých pojmů podle směrnice Evropské unie 2003/30/EC. Poté následuje přehled současných alternativních paliv. Jednotlivá paliva jsou popsána a vyjmenovány jejich plusy a mínusy z pohledu palivářského, ekonomického, ale i ekologického. Práce se dále zabývá přehledem současné nabídky alternativních paliv pouţívaných u nás a ve světě. Samotný závěr se zabývá shrnutím a předpokládaným vývojem v budoucnu vyplývajícím z předchozích informací. Klíčová slova Alternativní palivo, perspektivní palivo, biopaliva, bionafta
Abstract Hlaváčová, P. Perspective fuels for vehicle engines. Bachelor thesis. Brno: MUAF, 2011. This bachelor thesis is oriented on problems of perspective fuels for vehicle engines. The goal of this work is processing the inventory of perspective fuels and assess their future use. The first there are presented basic definitions of the terms based on The European Union Directive 2003/30/EC. Then the review of current alternative fuels follows. There are described particular fuels and their positives and negatives and evaluated from the perspective of fuel, economic and ecological. Further this thesis contains abstract of current offers alternative fuel using in our country and in the world. The end consider summary and expected progress in the future resulting from previous information.
Key words alternative fuels, perspective fuels, bio fuels, biodiesel
Obsah Obsah 1
2
5
Úvod a cíl práce 1.1
Úvod
7
1.2
Cíl práce
8
Alternativní paliva 2.1
Pouţívaná alternativní paliva
2.1.1 Základní pojmy dle směrnice 2003/30/EC [7]
9 12 12
Jednotlivá alternativní paliva
14
2.2.1
Ropný plyn LPG
14
2.2.2
Zemní plyn CNG a LNG
18
2.2.3
Biopaliva a alkoholy
21
2.2.3.1
Rostlinné oleje
22
2.2.3.2
Bionafta
22
2.2.3.3
Paliva na bázi alkoholů
25
2.2
2.2.3.3.1
Metanol
26
2.2.3.3.2
Etanol
26
2.2.3.4
Bioplyn
27
2.2.3.5
Étery
28
2.2.4 2.3
Vodík
Přehled pouţívaných paliv u nás a ve světě
30 32
2.3.1
Pouţívaná paliva v ČR
32
2.3.2
Pouţívané LPG
33
2.3.3
Vyuţívaný zemní plyn
33
2.3.4
Biopaliva
34
2.3.4.1
Etanol
34
2.3.4.2
Bionafta
35
2.3.5 2.4 3
7
Vodík
Zhodnocení alternativních paliv a jejich perspektivnost do budoucna
Závěr
36 37 42
Literatura
43
Seznam obrázků
46
Seznam tabulek
46
Seznam použitých zkratek
47
Seznam příloh
48
1 1.1
ÚVOD A CÍL PRÁCE Úvod
Naši dávní předci vyuţívali pro svou potřebu pouze obnovitelné zdroje, které byli pro jejich vyuţití dosaţitelné. Jak se však člověk vyvíjel a objevoval stále nové a nové způsoby jak přírodní zdroje vyuţít pro svou potřebu a vyuţívat i dosud nedosaţitelné zdroje, začal tak stále více vyuţívat i zdroje neobnovitelné a to i přesto, ţe jejich zásoba není nevyčerpatelná. Zprvu si to zřejmě neuvědomoval, vyčerpání těchto zdrojů bylo aţ příliš vzdálenou budoucností, postupně však spotřeba těchto zdrojů stále narůstala aţ dodnes. Neobnovitelné zdroje, které doposud pouţíváme jako pohony nejen motorových vozidel se stále ztenčují. V dnešní době je tímto nejvíce vyuţívaným neobnovitelným zdrojem ropa. Většina populace na Zemi si ţivot bez tohoto paliva nedokáţe ani představit. V současnosti se však k jejímu vyčerpání stále více a mnohem rychleji přibliţujeme neţ kdykoli předtím. Díky tomu si lidé konečně uvědomili vzácnost těchto zdrojů a problém, který se musí řešit. Moţným řešením jsou různé alternativní zdroje, z nichţ je většina zaloţena především na obnovitelnosti. Můţeme sem zařadit celou řadu pohonů od vodíku, elektřiny aţ po biopaliva. Přesto, ţe spotřeba neobnovitelných zdrojů roste a jejich zásoby se ztenčují existují i tací, kteří v této situaci nevidí ţádné riziko a ani problém, který by se měl řešit. Předpokládají, ţe situaci vyřeší například technologický pokrok, který je nezadrţitelný a jiţ v minulosti částečně tento předpoklad potvrdil. Díky tomuto rozvoji se zkvalitnilo vyuţívání zdrojů a tím se i částečně sníţila jejich potřeba. Nicméně, populace stále narůstá a s ní i mnoţství poţadavků na vyuţití zdrojů. Bohuţel si současná generace příliš neuvědomuje svou povinnost zachovat neobnovitelné zdroje i pro generace budoucí a tím tak dosáhnout trvale udrţitelného rozvoje. Tedy takového rozvoje společnosti, který současným i budoucím generacím zachová moţnost uspokojovat jejich základní ţivotní potřeby a přitom nesníţí rozmanitost přírody a zachová funkce ekosystémů. To ţe v současné době máme pro tyto zdroje vyuţití neznamená, ţe v budoucnu se pro ně nemůţe najít mnohem naléhavější pouţití a pak by naše obrovská spotřeba mohla znít jako malicherná a nepromyšlená. Obnovitelné zdroje paliv by mohly být tou správnou cestou, kterou bychom se měli ubírat. Avšak i skvělý nápad je moţné špatně realizovat. Proto je velmi důleţité veškeré budoucí kroky dobře promyslet. -7-
Nepřijít pouze s jednou variantou moţného řešení, ale s více variantami. A i u těchto variant je třeba dívat se do budoucna a neřešit pouze současnou situaci, jak se dnes bohuţel velmi často děje. Rozhodnutí, které se zdá být správné, můţe při jeho realizaci narazit na spoustu problémů. Je tedy velmi důleţité dobře zváţit veškeré plusy a mínusy a teprve podle toho se rozhodnout, kterou cestou se vydat. Jak jiţ bylo řečeno obnovitelných paliv je celá řada, neznamená to však ţe i mezi nimi nejsou horší či lepší varianty. I palivo, které se na první pohled můţe zdát jako nevýhodné, můţe být ve svém důsledku výhodnější neţ ty ostatní. V tomto rozhodování je důleţité se dívat dopředu a dobře kalkulovat s moţnými změnami, které čas přinese. Doufejme tedy, ţe obnovitelné zdroje paliv jsou tou správnou cestou, kterou se máme ubírat. Kromě obnovitelných paliv, však existují další alternativní paliva pro vozidlové motory, jejichţ výchozí surovinou je ropa, tedy neobnovitelný zdroj energie. I kdyţ tato paliva nemají ráz obnovitelnosti přesto jsou důleţitými náhradami za benzín a naftu. Hlavní problém současnosti je produkce oxidu uhličitého automobilovou dopravou. Tato produkce bohuţel neustále roste a nedá se předpokládat, ţe by v budoucnu nabrala klesající tendenci. Tento problém se zvyšující se produkcí oxidu uhličitého, však řeší částečně právě tato paliva. Většina alternativních paliv produkuje při spalování totiţ méně oxidu uhličitého, který je zodpovědný za skleníkový efekt. Proto jsou paliva na obsah této látky testována a obecně normy na produkci nejen této látky se sniţují. Z těchto důvodů se dá předpokládat sniţující se produkce emisí z výfukových plynů nejen vlivem vyuţívání alternativních paliv.
1.2
Cíl práce
Cílem této práce je vypracování přehledu současného stavu pouţívaných alternativních paliv pro vozidlové motory u nás a ve světě, popsat jejich výhody pro spalovací motory a zhodnotit jejich perspektivnost do budoucna.
-8-
2
ALTERNATIVNÍ PALIVA
V současné době se jako hlavní paliva pouţívají benzín či nafta, jejichţ původem je ropa. Potřeba těchto paliv se však neustále zvyšuje a proto hrozí, ţe by tato paliva jednoho dne jiţ nemohla pokrýt naši spotřebu. Důvody pro vytvoření alternativních paliv jsou různé. Málo kdo asi neslyšel o vyčerpávání zásob ropy. Odhady velikosti těchto zásob se však významně liší. „Podle prognózy IEO (International Energy Outlook) bude v roce 2020 světová spotřeba energie o 50 % vyšší neţ v roce 2000. Toto předpokládané zvýšení světové spotřeby energie souvisí s očekávaným zvýšením její spotřeby v rozvojových zemích. Pokud se týká ropy,odhaduje se, ţe její světová těţba by měla kolem roku 2020 vrcholit a potom nastane období, ve kterém jiţ bude trvale klesat.“ [5]
Obr. 1
Světové zásoby ropy při dnešní spotřebě (3,5 miliardy t/rok) [4]
Předchozí obr. 1 představuje další hrubou předpověď očekávaného dosahu ropy v rozmezí 150 let. Od roku 2010 lze předpokládat větší výkyvy v ceně ropy, coţ pravděpodobně povede ke zvětšení zájmu o vyuţívání nekonvenčních podílů ropy.
-9-
Dalším důvodem, který podporuje nutnost pouţívání alternativních paliv, je stále se zvyšující cena ropy. Tato cena však především odráţí nabídku a poptávku, mnohdy je navíc ovlivněna přírodními katastrofami či politickými problémy. Neméně důleţitým důvodem pro zavedení alternativních paliv je i ekologické hledisko. Emise, které jsou vypouštěny do ovzduší původními fosilními palivy, nepříznivě ovlivňují nejen lidský organismus, ale i celé ekosystémy. Alternativní paliva by tedy měla být prostá těchto nepříznivých vlivů, avšak o tzv. ekologičnosti některých paliv by se dalo také polemizovat. Podle ministerstva ţivotního prostředí by alternativní paliva v dopravě měla být schopna především omezit emise limitovaných (oxid uhelnatý, uhlovodíky, oxidy dusíku, pevné částice) a nelimitovaných ( jako jsou polyaromatické uhlovodíky) znečišťujících látek a skleníkových plynů (především oxidu uhličitého). [6] Nejvýznamnějším důvodem pro zavedení alternativních paliv je tedy zřejmě snaha států se oprostit od závislosti na dodavatelích fosilních paliv, která většinou pocházejí z politicky nestabilních států. Za alternativní paliva, jak se říká náhradě za automobilový benzin a motorovou naftu, se povaţují zejména: stlačený zemní plyn (CNG), zkapalněné ropné rafinerské plyny (LPG), bioplyn, bionafta a paliva na základě metylesteru řepkového oleje, paliva s vyuţitím alkoholů (etanol a metanol), vodík. [1] K hlavním variantám pro alternativní pohon motorových vozidel patří především zemní plyn, ropný plyn, biopaliva, etanol, metanol a vodík. Některá plynná paliva, však nelze povaţovat bezezbytku za obnovitelná, protoţe podmínky pro obnovitelnost nesplňují. V krátkodobém časovém horizontu jsou řešením biopaliva, tj. paliva vyrobená z biomasy, ve střednědobém časovém horizontu můţe být řešením zemní plyn a syntetická kapalná paliva vyrobená na bázi zemního plynu. Z dlouhodobého časovém horizontu sem můţeme zařadit syntetická kapalná paliva vyrobená na bázi biomasy a vodík. Alternativou k současným kapalným palivům je i zkapalněný propan-butan.
- 10 -
V době mezi roky 2010 aţ 2020 se předpokládá vyuţívání především zemního plynu jako další alternativní pohonné hmoty (podle předpokladu by v roce 2020 jeho podíl mohl činit aţ 10 % (e.o.)). [5] Vyuţití vodíku jako alternativní pohonné hmoty v dopravě ve větší míře se očekává aţ po roce 2020. Je podmíněno dostatečně širokou nabídkou vyráběných vozidel s přijatelnou cenou a vybudováním distribuční sítě pro toto palivo. [5]
Obr. 2
Podíl alternativních paliv na sniţování emisí CO2 z dopravy podle představ firmy VW [5]
Z obr. 2 vyplývá, ţe důleţitost biomasy a zemního plynu na sniţování emisí CO 2 do roku 2020 pravděpodobně stále poroste. V letech 2020 – 2030 se předpokládá stagnace významu zemního plynu a naopak růst významu vodíku. Vyuţívání biomasy podle předpovědi nadále poroste, i kdyţ uţ ne v takové míře jako doposud.
- 11 -
2.1 2.1.1
Používaná alternativní paliva Základní pojmy dle směrnice 2003/30/EC [7]
Směrnice 2003/30/EC vydaná Evropskou unií obsahuje tyto základní definice jednotlivých pojmů: 1.
Pro účely této směrnice se rozumí: 1.1. „biopalivem“ kapalná nebo plynná pohonná hmota pro dopravu vyráběná z biomasy; 1.2. „biomasou“ výsledek biologického rozkladu produktů, odpadů a zbytků ze zemědělství (včetně rostlinných a ţivočišných látek), z lesnictví a s nimi příbuzných průmyslových oborů, jakoţ i výsledek biologického rozkladu průmyslových a městských odpadů; 1.3. „jinými obnovitelnými palivy“ obnovitelné pohonné hmoty kromě biopaliv, pocházející z obnovitelných zdrojů energie ve smyslu směrnice 2001/77/ES (2) a pouţívané pro účely dopravy; 1.4. „energetickým obsahem“ minimální kalorická hodnota paliva.
2.
Za biopalivo se povaţují přinejmenším níţe vyjmenované výrobky: 2.1. „bioethanol“: ethanol vyrobený z biomasy nebo biologického rozkladu odpadů, uţívaný jako biopalivo; 2.2. „bionafta“: methylester vyrobený z rostlinného nebo ţivočišného oleje, s kvalitou nafty, uţívaný jako biopalivo; 2.3. „bioplyn“: plynná pohonná hmota vyrobená z biomasy nebo biologického rozkladu odpadů, která můţe být vyčištěna aţ na kvalitu zemního plynu a uţívána jako biopalivo, nebo dřevoplyn; 2.4. „biomethanol“: methanol vyrobený z biomasy, který se uţívá jako biopalivo; 2.5. „biodimethylether“:
dimethylether
vyrobený
z
biomasy,
uţívaný
jako biopalivo; 2.6. „bio-ETBE (ethyl-tercio-butyl-ether)“: ETBE vyrobený z bioethanolu. Objemové procento biopaliva v bio-ETBE je 47 %;
- 12 -
2.7. „bio-MTBE (methyl-tercio-butyl-ether)“: palivo vyrobené z biomethanolu. Objemové procento biopaliva v bio-MTBE je 36 %; 2.8.
„syntetická biopaliva“: syntetické uhlovodíky nebo směsi syntetických uhlovodíků vyrobené z biomasy;
2.9. „biovodík“: vodík vyrobený z biomasy nebo biologického rozkladu odpadů, uţívaný jako biopalivo; 2.10.
„čistý rostlinný olej“: olej vyrobený z olejných rostlin lisováním, vyluhováním nebo srovnatelnými postupy, surový nebo rafinovaný, avšak chemicky neupravovaný, pokud je jeho vyuţití slučitelné s typem daného motoru a odpovídajícími poţadavky týkajícími se emisí.
- 13 -
Jednotlivá alternativní paliva
2.2 2.2.1
Ropný plyn LPG
LPG (z angličtiny Liquefied Petroleum Gas) znamená zkapalněný ropný plyn. Toto palivo je tvořeno směsí uhlovodíkových plynů a pouţívá se jako palivo do spalovacích spotřebičů a vozidel. Tento zkapalněný plyn, který je hlavně směsí propanu a butanu obsahuje málo síry, ţádné olovo a benzenové uhlovodíky. Umoţňuje dosáhnout stejnorodé směsi vzduchu a paliva, kterou lze dobře rozdělit mezi válce, a to je velká výhoda pro spalování. Cena tohoto paliva je také příznivá a to i přesto, ţe spotřeba je o 20% vyšší. Zajímavou vlastností je také schopnost přecházet z plynné formy do kapalné, kdy z 1 m3 plynu vzniknou 4 litry kapaliny. Tato schopnost tedy umoţňuje v malém prostoru skladovat velké mnoţství energie. Tato směs propanu a butanu není jedovatá, ale je nedýchatelná (neobsahuje kyslík). V kapalném skupenství je lehčí neţ voda, v plynném těţší neţ vzduch. [1] LPG se nejčastěji pouţívá v záţehových motorech, ve kterých má oproti motorům poháněným benzínem niţší výfukové emise. Samozřejmě toto tvrzení platí pouze při správném seřízení a pouţití kvalitního paliva. Pouţití LPG k pohonu vozidel při správném technické řešení plynofikovaných vozidel je nepochybně správný krok k sníţení zátěţe ovzduší výfukovými emisemi. Toto sníţení zátěţe se především projevuje ve velkých městech, kde se často přistupuje k plynofikaci autobusů městské hromadné dopravy. [1] V ČR plynofikaci městské hromadné dopravy vyuţívá například Dopravní podnik města Mostu a Litvínova, a.s., kde je velkým problémem kumulace průmyslu. Pomocí sníţených emisí těchto autobusů, chtějí tak sníţit emisní znečistění vzduchu, a tak přispět k zlepšení kvality ţivota tamějších obyvatel. [12] Díky stále se zvyšujícím cenám benzínu a nafty toto palivo začíná bít stále více oblíbenější. V současnosti se lidé stále více zajímají o přestavby, na pohon s LPG. Tato vstupní investice do přestavby, se však u vozidel s menším počtem ujetých km za rok, vrací aţ v dlouhodobějším horizontu.
- 14 -
Obr. 3
Porovnání emisních vlastností osobního automobilu, provozovaného na benzin, resp. na LPG [1]
Obr. 3 představuje porovnání jednotlivých vyprodukovaných emisí, kde benzín představuje 100%. Tedy například u produkce CO, vyprodukuje automobil na propan – butan o 43,3% méně škodlivin. Naopak např. u polycyklických aromatických uhlovodíků nedochází jiţ k tak výraznému sníţení. Propan – butan vyprodukuje jen o 17,6% méně těchto škodlivin neţ benzín. Celkově však toto palivo má niţší produkci všech uvedených emisí coţ patří k jeho hlavním výhodám. Výhodou LPG je i to, ţe při nízkých teplotách např. studený start, má toto palivo o 40% méně výfukových emisí neţ benzín. Tato vlastnost je velmi výhodná především v místech s vysokým soustředěním obyvatel, kdy vozidlo po startu neprodukuje tolik emisí jako běţné vozidlo. [1]
- 15 -
Tab. 1
Vlastnosti LPG [26]
Parametr
Jednotka
Hustota
kg/m3
Výhřevnost
MJ.kg-1
Benzin 730..780
540,0
43,9
45,8
91 - 98
100,0
0,85 - 0,855
0,823
Oktanové číslo C
1
LPG
Jak je patrné z tab. 1, oktanové číslo zemního plynu je o 5 aţ 10 % větší neţ u benzínu, to umoţňuje vyšší kompresi a tím i vyšší účinnost motoru. Vyšší měrná výhřevnost tohoto paliva je však kompenzována niţší hustotou, a díky tomu se zkracuje i dojezdová vzdálenost vozidla. Výhodou je především ekonomičnost provozu vozidla s tímto pohonem. Toto palivo je oproti benzínu asi o polovinu levnější, spotřeba je průměrně sice o 20% vyšší neţ při jízdě na benzín, ale i tak je ekonomická úspora při pouţití paliva značná. Výhodou je také moţnost kdykoliv přepnout vozidlo do reţimu pohonu na benzín. Díky tomu se značně zvyšuje dojezdová vzdálenost vozu, coţ je výhodou především při cestách do zahraničí. Síť čerpacích stanic na LPG není v současné době totiţ stále dostačující. [1] Od roku 2004, kdy u nás bylo kolem 500 čerpacích stanic s LPG, došlo k růstu na současnou hodnotu kolem 800 čerpacích stanic. [9] Byť počet stanic stále roste není doposud dostačující, coţ je hlavním omezením rozšíření tohoto paliva. I kdyţ moţnost přepnutí na benzín, tuto nevýhodu do značné míry kompenzuje. Další významnou nevýhodou je zvětšení celkové hmotnosti automobilu. Nevýhodné je také zmenšení zavazadlového prostoru, v kterém jsou tlakové nádrţe na LPG uloţeny. Tyto nádrţe mohou váţit od 50 do 80 kg. [1] Samozřejmě i pro pouţívání tohoto paliva platí určitá omezení. Řidič s vozidlem například nemůţe parkovat v podzemních garáţích. Určitá omezení jsou také při vjezdu do opraven a při opravách vozu. Jde především o situace, kdy můţe při činnosti vzniknou jiskra, např. sváření, broušení. Opravy vozu můţe vykonávat pouze proškolený mechanik pro opravy automobilů se zařízením pro alternativní pohon
- 16 -
plynem. Majitel vozu je povinen absolvovat po celou ţivotnost vozu pravidelné kontrolní prohlídky.[1] Čerpání LPG do nádrţe není nijak sloţité a je upraveno tak, aby nemohlo dojít během čerpání k nehodě „Výdejní pistole je opatřena pryţovou manţetou pro ochranu osoby nasazující a vyjímající hubici z hrdla dálkové přípojky plnění před případným popálením plynem v případě, ţe by došlo k mechanickém poškození hrdla nádrţe vozidla nebo pistole, nebo ţe by hubice pistole správně nezapadla do hrdla přípojky vozu. Na drţadle pistole je obal zabraňující přimraţení pokoţky ke kovové části pistole v případě úniku plynu. Výdejní pistole stojanu je během čerpání LPG přichycena k hrdlu dálkové přípojky plnění automobilu a není třeba ji drţet.“ [1] Shrnutí výhod tohoto paliva: provozní výhody o LPG má vyšší oktanové číslo o vysoká výhřevnost a vysoká antidetonační odolnost LPG o zachování moţnosti vyuţívat i benzínový pohon o zvýšení dojezdové vzdálenosti, ekologičnost paliva o lepší homogenita směsy plynu se vzduchem o niţší produkce škodlivin o niţší emise při studeném startu, ekonomické hledisko provozu vozidla na LPG o cena paliva.
Shrnutí nevýhod tohoto paliva: cena přestavby, zvětšení celkové hmotnosti vozidla a zmenšení zavazadlového prostoru, omezení vlivem pouţívání LPG (zákaz vjezdu do podzemních garáţí, povinné pravidelné kontrolní prohlídky …)
- 17 -
2.2.2
Zemní plyn CNG a LNG
Zemní plyn je tvořen asi z 85 % metanem, coţ je plyn s chemickým vzorcem CH4, který je bez zápachu, hořlavý, se vzduchem vybuchující. Často se vyskytuje v přírodě jako bahenní či důlní plyn. Dále je zemní plyn tvořen z 10 % dusíkem a oxidem uhličitým a z 5% vyššími uhlovodíky. [1] Zkratka CNG - Compressed Natural Gas v překladu znamená stlačený zemní plyn. Ve vozidle bývá většinou uloţen v zásobníku pod tlakem aţ 200 bar. Zkratkou LNG coţ je - Liquified Natural Gas, označujeme zemní plyn zkapalněný. K dosaţení zkapalnění LNG je třeba teplota –162 °C, čímţ se původní objem zemního plynu zmenší zhruba šestsetkrát. [1] Z 90 – 100 % je zkapalněný zemní plyn tvořen metanem. Jedná se o namodralou, průzračnou kapalinu prostou zápachu, netoxickou, nekorozívní s malou viskozitou. [25] I přes to, ţe zemní plyn je také fosilní palivo, jedná se o ekologické palivo. Tato výhoda vyplývá především z chemického sloţení zemního plynu, např. produkce CO2 je aţ o 25% niţší. Další škodlivé látky např. CO, HC, Nox, jsou niţší o 80 % oproti spalování benzínu či nafty. Navíc saze, oxid siřičitý a zdraví škodlivý benzol nevznikají vůbec. Pro další sníţení emisí můţeme pouţít třícestný katalyzátor. Z těchto důvodů řadíme zemní plyn k nejekologičtějším palivům vůbec. [1] Distribuce plynu k uţivateli je jednoduchá. Plyn se přepravuje pomocí jiţ vybudovaných plynovodů, tudíţ zde není další ekologická zátěţ v podobě přepravy pomocí cisteren. I přes to je však síť čerpacích stanic nedostačující. Proto se vozidla nabízejí kromě tzv. monovalentních i jako bivalentní. U těchto vozidel lze jako palivo kromě CNG stále pouţívat i benzín. Díky tomu lze bez problémů přepínat pohon mezi CNG a benzínem, coţ značně zvyšuje jejich dojezdovou vzdálenost a částečně tak řeší problémy se sítí čerpacích stanic. Běţná vozidla lze na tento systém samozřejmě přestavět, ale řada odborníků doporučuje spíše zakoupit vůz s touto úpravou přímo od výrobce. [4] Pro plnění plynu do vozidla můţeme vyuţít dvou tipů plnících stanic. Prvním je stanice pro rychlé plnění. Doba plnění v této stanici je srovnatelná s čerpáním běţných kapalných paliv, tedy 3 – 5 minut. Toto plnění je prováděno výdejním stojanem. Při plnění se, pomocí rychloupínacího systému, připojí hadice výdejního stojanu na plnící ventil vozidla. Tyto výdejní stojany jsou vybaveny hmotnostním měřením průtoku plynu, teploty a tlaku, aby zajistily stanovený provozní tlak v nádrţi vozidla na 20 – 22 MPa. Druhým způsobem jsou stanice pro pomalé plnění. - 18 -
Tyto stanice přímo pomocí kompresoru plní zemní plyn do vozidel, přičemţ mohou plnit i několik aut najednou. Toto plnění zpravidla trvá několik hodin. Oficiální mezinárodní název tohoto zařízení je VRA – Vehicle Refuelling Appliance, v češtině toto zařízení nejlépe vystihuje název „domácí plnička plynu“. Výhodou této stanice je především její nezávislost na veřejných čerpacích stanicích, lze ji zřídit všude kde je přípojka plynu. Naopak nevýhodou je vyšší pořizovací cena. [8] Plyn je ve vozidle uchováván v tlakových nádrţích o značné hmotnosti. Tyto tlakové nádrţe jsou často umisťovány do zavazadlového prostoru, coţ přispívá ke sníţení komfortu. Běţná ocelová tlaková nádrţ o objemu 80 l má hmotnost cca 80 kg. Tuto nevýhodu lze částečně kompenzovat pouţitím tlakových lahví z kevlaru, kde při objemu 100 l váţí nádoba pouze 27 kg. Na druhou stranu je však cena těchto nádob významně vyšší oproti ceně nádob ocelových. Výhodou kevlarových nádrţí je i vyšší bezpečnost, bez problému odolají úderům kladiva, nárazu i střelbě. Navíc při případném úniku plynu, zemní plyn stoupá vzhůru, takţe nemůţe dojít např. k průsaku paliva do země. [1] Tab. 2
Porovnání některých vlastností benzínu a zemního plynu [27]
Parametr
Jednotka
Zemní plyn
Benzin
Oktanové číslo, rozsah
91 - 98
128
Teplota vznícení
°C
340
537
Teplota varu
°C
30 - 210
-161,6
Hustota při 15 °C
kg/m3
720 - 775
0,678
Min. výhřevnost ka. fáze, MJ/kg resp. plynné fáze MJ/m3
43,5
34
Podle tab. 2 je zápalná teplota zemního plynu oproti benzínu dvojnásobná. Zemní plyn má podobně jako LPG také vyšší oktanové číslo neţ benzín, to příznivě ovlivňuje chod motoru a jízdní vlastnosti. Chod motoru také příznivě ovlivňuje schopnost zemního plynu dosáhnout lepšího promísení směsi paliva. Tato výhoda přispívá ke snadnějším startům při studeném motoru a také příznivě ovlivňuje produkci nespálených uhlovodíků a ostatních škodlivin. [1]
- 19 -
Spalováním zemního plynu se sniţuje, například produkce ozónu, smogu, plynů vyvolávajících skleníkový efekt a také nejsou produkovány pevné částice a síra. tímto přispívá toto palivo k ekologičnosti [4] Ţivotnost těchto motorů a oleje je mnohem vyšší, protoţe vnitřní části motoru nejsou zanášeny karbonovými úsadami. [1] Toto palivo je také ekonomicky výhodné, je totiţ mnohem levnější neţ ostatní paliva. Jeho současná cena se pohybuje maximálně kolem 24 Kč/kg, oproti benzínu je to úspora cca 10 korun. Zemní plyn má vyšší perspektivu do budoucnosti neţ paliva vyráběná z ropy, důvodem jsou jeho větší zásoby coţ si uvědomuje i Evropská unie. „Do roku 2020 by se zemní plyn měl stát podle plánu Evropské unie nejrozšířenějším alternativním palivem. jeho zásoby jsou značné a kladem je přínos pro ţivotní prostředí. Pro současnou EU to představuje 23,5 miliónů vozidel s celkovou spotřebou 47 miliard kubíků plynu. To je přibliţně stejné mnoţství, jaké proteče nyní za rok tranzitním plynovodem přes Českou republiku. Záměr EU otevírá plynárenským firmám, mnohem rychleji a v podstatně větším rozsahu, velice perspektivní trh dalšího uplatnění zemního plynu.“ [1]
Shrnutí výhod zemního plynu jako paliva: ekologické hledisko o niţší produkce škodlivin, o palivo je lehčí neţ vzduch, při úniku nedojde ke kontaminaci půdního prostředí, provozní výhody o homogenita palivové směsi o prodlouţení ţivotnosti motoru o vysoká antidetonační schopnost, vyšší bezpečnost, ekonomičnost paliva o niţší cena paliva neţ u paliva konvenčního, zachování moţnosti vyuţívat i benzínový pohon,
- 20 -
zvýšení dojezdové vzdálenosti.
Shrnutí nevýhod tohoto paliva: zmenšení zavazadlového prostoru vlivem nádrţe, nedostatečná infrastruktura čerpacích stanic.
2.2.3
Biopaliva a alkoholy
Biomasu řadíme k obnovitelným zdrojům energie především proto, ţe na rozdíl od jiných zdrojů představuje akumulovanou sluneční energii. Je to nejrychlejší způsob jak se do budoucna můţeme stát nezávislými na fosilních palivech, avšak zároveň tvoří konkurenci běţným plodinám pro výţivu člověka. Vyuţívá totiţ plodiny jako cukrová řepa, cukrová třtina, brambory, olejniny, aj. Pro výrobu můţe také pouţít opady z výroby např. zemědělské, lesnické, potravinářské. K nejdůleţitějším palivům vyrobeným z biomasy řadíme: metanol, etylalkohol a bionaftu. Dalšími palivy jsou bioplyn a dřevoplyn. Dřevoplyn byl populární hlavně v období 2. světové války, ale dnes jiţ ustupuje do pozadí. [1] Podle směrnice 2003/30/EC bylo cílem Evropské unie nahradit 2 % energetického obsahu fosilních motorových paliv obnovitelnými zdroji (biopaliva a elektrická energie z obnovitelných zdrojů), do konce roku 2005. Do konce roku 2010 se tento cíl zvýšil na 5,75 %. Dle směrnice 2009/28/ES je cílem Evropské unie do roku 2020 nahradit 10 % energetického obsahu fosilních motorových paliv obnovitelnými zdroji. [7] [24]
- 21 -
2.2.3.1 Rostlinné oleje Rostlinný olej můţeme získat z různých rostlin, dnes je k dispozici přes 300 druhů, mezi něţ patří např. u nás velmi vyuţívaná řepka olejná, dále slunečnice, olivy, sója, kokosový ořech aj. Olej je v těchto rostlinách uloţený v semenech či plodech a získává se lisováním. [1] Vlastnosti těchto olejů vyplývají z druhu a podílu obsaţených mastných kyselin. Ty oleje, které mají nenasycených mastných kyselin hodně, mají dobrou oxidační stálost, avšak jsou tekuté jen při teplotě +20 °C a vyšší. To je důvod proč například palmový olej se u nás samostatně nepouţívá. Oleje známé z naší kuchyně obsahují převáţně nenasycené mastné kyseliny a jsou tekuté i při teplotách pod 0 °C. Mají však malou oxidační stálost a za vyšších teplot dochází k tvorbě lepivých pryskyřic. [11] Výhoda rostlinných olejů je hlavně v tom, ţe je moţné na jejich spalování upravit téměř kaţdý vznětový motor. [1] 2.2.3.2 Bionafta Při pouţívání neupravených rostlinných olejů jsou nutné rozsáhlé konstrukční úpravy vznětových motorů. Z těchto důvodů jsou tyto přestavby neekonomické i přes niţší cenu neupraveného oleje. V ČR se nejvíce vyuţívá olej z řepky olejné. Proto se do konstrukčně nezměněných vznětových motorů začalo pouţívat chemicky upravené palivo na bázi rostlinných olejů. Čisté rostlinné oleje se upravují esterifikací na metylester. [2] V ČR se pouţívá zkrácené označení MEŘO pro Metylester Řepkového Oleje, v zahraničí se pouţívá termín RME – Rapeseed Methyl Ester. [1] Existují dva různé typy bionafty. První typ tvoří čistý metylester řepkového oleje, tato varianta je však neekonomická. Druhou variantou je směsná nafta obsahující min. 31 % MEŘO, zbylý podíl je tvořen klasickou motorovou naftou. [1] „MEŘO – čirá naţloutlá kapalina bez mechanických nečistot a viditelné vody je neomezeně mísitelná s motorovou naftou. Je netoxická, neobsahuje těţké kovy ani ţádné látky škodlivé zdraví. Je agresivní vůči běţným nátěrům a pryţím.“ [2]
- 22 -
Tab. 3
Porovnání vlastností MEŘO a nafty [1]
Parametr
Nafta s nízkým obsahem síry
Jednotka
Cetanové číslo
MEŘO
46
61,2
Bod varu
°C
191
347
Viskozita při 20 °C při 50 °C
mm2/s mm2/s
5,1 2,6
7,5 3,8
Obsah síry
% hmot.
0,036
0,012
Obsah dusíku
ppm
0
6
Zbytkový obsah uhlíku
%
0,15
0,02
Výhřevnost
MJ.kg-1
44,5
40,6
Hustoto
kg.m-1
845,9
880,2
Z porovnání vlastností MEŘO a nafty uvedených v tab. 3 vyplývá, ţe jejich vlastnosti jsou velmi podobné. MEŘO má vysoké cetanové číslo coţ přispívá k dobré vznítitelnosti paliva. Ve srovnání s motorovou naftou má také vyšší viskozitu a také hustotu, avšak výhřevnost je u MEŘO niţší neţ u nafty. Pokud porovnáme MEŘO s motorovou naftou, zjistíme ţe u MEŘO dochází k významnému sníţení emisí nespálených uhlovodíků, a na nich navázaných polycyklických
aromatických
uhlovodíků.
Výhodou
spalování
tohoto
paliva
je, ţe vyprodukovaný CO2 je v důsledku asimilace nově vysazených rostlin spotřebován a díky tomu není nárůst obsahu CO2 v atmosféře a nedochází k zatěţování ţivotní prostředí. Navíc při jeho spalování nedochází k produkci oxidů síry, protoţe palivo ţádno síru neobsahuje, a tak přispívá k zamezení kyselých dešťů. Obecně rostlinné oleje neobsahují aromatické sloţky a ve srovnání s motorovou naftou jsou emise polycyklických aromatických uhlovodíků také niţší. K dalšímu sníţení škodlivin dochází při pouţití oxidačního katalyzátoru. Při případné kontaminaci půdy výrobci garantují aţ 90% odbouratelnost paliva během 21 dnů. Vozidlům pouţívajícím bionaftu stačí běţná velikost nádrţe, protoţe má porovnatelnou hustotu energie jako nafta a
- 23 -
výkon motoru je také podobný. Vlivem podpory státu je i toto palivo pro spotřebitele zajímavé z cenového hlediska. [1] Pokud má vozidlo přejít na MEŘO doporučuje se překontrolování technického stavu vozidla, jde především o palivový systém. Vozidlům se zhoršeným stavem motorů a opotřebovanou pístní skupinou se přechod na toto palivo nedoporučuje. Kvůli agresivitě vůči pryţím se doporučuje výměna takovýchto těsnění a pryţových hadic palivového systému. Rovněţ je třeba chránit nátěry před potřísněním palivem. MEŘO je letním palivem, proto můţe při teplotě pod +5 °C dojít k problémům se startováním. Také se doporučuje kratší interval mezi jednotlivými výměnami oleje. [3] Shrnutí výhod bionafty: ekologické hledisko o niţší emise oproti motorové naftě o vyrovnaná energetická bilance o odbouratelnost v případě kontaminace, o niţší zátěţ ţivotního prostředí o niţší obsah polycyklických aromat ekonomicky výhodnější cena paliva, není třeba konstrukčních změn motoru neomezená mísitelnost s motorovou naftou srovnatelný výkon motoru s motorovou naftou, dostupnost paliva pro uţivatele.
Shrnutí nevýhod bionafty: agresivita vůči pryţovým částem, barvám, lakům, horší startovatelnost při nízkých teplotách. mírně vyšší emise NOx častější intervaly výměny oleje
- 24 -
2.2.3.3 Paliva na bázi alkoholů K hlavním zástupcům alkoholů vhodných pro spalovací motory patří metanol a etanol. Přičemţ metanol lze vyrábět z fosilních paliv (ropa, uhlí, zemní plyn), částečně lze pouţít i biomasu (suchou destilací dřeva). Oproti tomu etanol je produkt vyráběný kvašením ze zemědělské výroby. Pouţívají se zde suroviny obsahující cukr, celulózu nebo škrob. [1] Spalováním alkoholů klesá mnoţství pevných částic, ale zvyšuje se obsah CO a CHx ve spalinách a také se zde tvoří aldehydy. Metanol se navíc k některým materiálům chová agresivně např. pryţe, plasty, slitiny hliníku, mimo to je pro člověka velmi toxický. Porovnání vlastností etanolu a metanolu i s ropnými palivy je uvedeno v následující tabulce. [1] Tab. 4
Vlastnosti etanolu a metanolu a jejich porovnání s ropnými palivy[1]
Etanol
Metanol
Benzin
Nafta
Výhřevnost [MJ.Kg-1]
26,9
21,3
43,7
42,5
Bod varu [°C]
78,3
64,5
99,2
150
Oktanové číslo
106
105
79-98
-
Jak je patrné z tabulky č. 4, výhřevnost alkoholových paliv je mnohem menší, ale i tak dokáţí rychle a dokonale shořet, navíc ke spálení spotřebují mnohem menší mnoţství vzduchu, vlivem vázaného kyslíku. Díky vyššímu oktanovému číslu je moţné zvýšit kompresní poměr záţehových motorů. [1] Tato paliva lze pouţít u záţehových i vznětových motorů a lze je mísit i s benzínem. U zážehových motorů nejsou nutné významné úpravy. Je třeba zvětšit dodávku paliva do motoru tak, aby odpovídala směšovacímu poměru z důvodu menší výhřevnosti alkoholu. Také je třeba upravit palivový systém a motor, aby se omezily korozní vlivy. Oproti tomu motory vznětové je nutné přestavět na záţehové nebo upravit palivo tak, aby vznětovým motorům odpovídalo. [1]
- 25 -
2.2.3.3.1 Metanol Jedná se o čistou kapalnou látku bez zápachu, pro člověka jedovatou. Nejvíce metanolu je vyráběno v Brazílii, USA a Švédsku. K jeho výrobě je moţné pouţít jak jiţ bylo řečeno fosilní paliva, ale i biomasu. Výroba z ní však není ekonomická. [1] Oproti motorové naftě obsahuje méně emisí např. při pouţití u automobilu je zde sníţení NOx o 65%. Metanol má o polovinu niţší energetickou hustotu neţ nafta, proto na stejnou vzdálenost spotřebuje vozidlo zhruba dvakrát víc paliva. Metanol je v porovnání s benzínem méně prchavý a dá se uhasit vodou a to i na malou vzdálenost od ohně díky niţší teplotě hoření. Hlavní nevýhodou je jiţ zmíněná toxicita. Další nevýhodou je to, ţe způsobuje rychlejší korozi kovových materiálů a má i negativní vliv na plastové materiály. [1] Metanol jako palivo se vyrábí ve dvou podobách. První je samotný metanol v čisté formě (M100) pouţívaný především v USA pro nákladní vozy. V ČR se pouţívá směs (M85 tvořenou 85 % metanolu s 15 % bezolovnatého benzínu). V případě pouţití metanolu u vznětových motorů, je třeba vozidla vybavit zapalovacím systémem (cetanové číslo metanolu je 5). Pokud palivo obsahuje několik procent nafty, není jiţ třeba pouţívat zapalovací svíčky. [1] 2.2.3.3.2 Etanol Etanol řadíme k jednomu z nejstarších alternativních paliv. Je pouţíván jako palivo ve spalovacích motorech, ale vyuţívá se i v potravinářském průmyslu. Tato jeho univerzálnost je velkou výhodou. Důleţité je i to, ţe pro člověka není v malém mnoţství toxický. [1] Etanol se vyrábí fermentací cukerných roztoků. Pro výrobu je moţné pouţít suroviny obsahující cukr, celulózu nebo škrob, jakými je např. obilí, brambory, kukuřice, cukrová třtina, cukrová řepa, ovoce a další plodiny. Fermentovaná směs obsahuje po 30 hodinách 6 aţ 10% alkoholu, ten se po destilaci pouţívá jako kapalné palivo. Během tohoto procesu vznikají vedlejší produkty, které jsou významné z pohledu krmivářského jako bílkovinné krmivo.[1] Pěstování plodin pro výrobu etanolu by přispělo k podpoře zemědělství. Ale pokud by došlo k většímu rozšíření tohoto paliva, mohla by se surovina pro jeho výrobu stát velmi významným konkurentem zemědělské výroby pro lidskou výţivu. Coţ vidím jako hlavní nevýhodu tohoto paliva. - 26 -
Další důleţitou nevýhodou tohoto paliva je rychlejší koroze díky jeho schopnosti vázat vodu. Výpary z paliva, především během čerpání pohonných hmot, mohou ovlivnit řidičovu schopnost řídit vozidlo. Vyšší zápalná teplota etanolu, můţe ovlivnit startovatelnost při nízkých teplotách. Kvůli niţší výhřevnosti mají vozidla jezdící na toto palivo vyšší spotřebu. Navíc během spalování se tvoří aldehydy ve výfukových plynech. Tuto koncentraci lze sníţit aţ o 80% díky oxidačním katalyzátorům. Takţe stále platí, ţe emise vznikající spalováním tohoto paliva jsou niţší neţ při spalování benzínu a to i při pouţití směsí etanolu s benzínem.[1] Shrnutí výhod methanolu a etanolu: provozní výhody o obě paliva mají vyšší oktanové číslo coţ umoţňuje vyšší kompresi, ekologické hledisko o produkují méně škodlivin.
Shrnutí nevýhod těchto paliv: obě paliva urychlují korozi kovových materiálů, problémy při startech za nízkých teplot, niţší dojezdová vzdálenost, metanol je vysoce toxický, má neviditelný plamen, draţší výroba neţ u benzínu. 2.2.3.4 Bioplyn Tato látka je tvořena směsí plynů: 55 – 75 % metan, 25 – 40 % oxid uhličitý a 1 – 3 % ostatní plyny. Bioplyn je vyráběn pomocí anaerobní fermentace organických látek (chlévská mrva, prasečí kejda). [1] Pro pohon motorových vozidel, je nutné bioplyn zbavit neţádoucích příměsí (oxid uhličitý a sirovodík). Nevýhodou vyuţívání tohoto paliva jako pohonné hmoty je jeho omezené mnoţství a lokální moţnost vyuţití. Další výhody a nevýhody jsou srovnatelné se zemním plynem. V dopravě je bioplyn vyuţíván ve Švédsku, Dánsku, Rakousku, Švýcarsku, Francii a Itálii, dále ve světě v Brazílii, USA, Chile a na Novém Zélandu. [1] Nejedná se však o hojně vyuţívané palivo.
- 27 -
2.2.3.5 Étery Jedná se o uhlovodíkové sloučeniny obsahující kyslík, které lze vyrobit z biomasy. Étery mají vysoké oktanové číslo coţ umoţňuje namíchat vysoce oktanový motorový benzín. Hlavním důvodem je snaha sníţit škodlivost emisí. Přidáním oxigenátů se sníţí především obsah oxidu uhelnatého a uhlovodíků v emisích. [3] [23] MTBE (methyl-tercio-butyl-ether) je dnes nejrozšířenější oxigenát, který umoţňuje formulaci bezolovnatého autobenzínu. ETBE (ethyl-tercio-butyl-ether), můţe nahradit MTBE. [3] Oba tyto étery ve směsi s benzínem mají stejné provozní parametry motoru. [24] Průkopníkem ETBE se stala Francie, následovaná Itálií. [3] V současnosti se nejvíce vyrábí ve Francii, Španělsku a Německu jako sloţka benzínu. [23] Dimetyléter (DME) je náhradou motorové nafty pouţívané ve vznětových motorech, ale můţe být pouţit i ke zlepšení průběhu spalovacího procesu metylalkoholových paliv v mnoţství max. 15 %. Jedná se o bezbarvý plyn, který má chloroformový zápach. Mírně dráţdí dýchací cesty, ale není jedovatý. Ve směsi se vzduchem, kyslíkem, chlórem a chlorovodíkem tvoří výbušnou směs. [23] Vlastnosti DME ve srovnání s propanem a naftou představuje následující tabulka č. 5. Díky vysokému cetanovému číslu je DME vhodný pro vznětové motory jako palivo. Výhodou je vysoký obsah kyslíku, který příznivě ovlivňuje průběh spalování. V porovnání s naftou má také niţší zápalnou teplotu. Naopak nevýhodou je jeho nízký bod varu, kvůli kterému musí být skladován v nádrţích pod tlakem (na nádrţe jsou kladeny podobné poţadavky jako na nádrţe pro LPG) a nízká viskozita (nutná těsnost palivového systému). DME je agresivní vůči pryţím a některým plastům. Další důleţitou nevýhodou je i nízká mazací schopnost vyţadující mazivostní přísadu.
- 28 -
Tab. 5
Vlastnosti DME, propanu a nafty [23]
Parametr
Jednotka
DME
Propan
Nafta
Hustota při 20°C
kg/m3
665
501
835
Výhřevnost
kWh.kg-1
7,8
12,9
11,9
Obsah kyslíku
% hm.
Bod varu
°C
-24,8
-42,6
180…360
Zápalná teplota
°C
240
540
270
34,8
Cetanové číslo
57
-
-
0,004
52
Pří spalování je DME v porovnání s motorovou naftou výrazně ekologičtější v produkci oxidů dusíku a pevných částic. Obsah CO je sice vyšší, ale tento problém lze snadno odstranit oxidačním katalyzátorem. [23] Shrnutí výhod dimetyléteru: ekologické hledisko o vstupní surovina pro výrobu o niţší produkce škodlivin Provozní výhody o dobré cetanové číslo o nízká teplota samovznícení o při spalování se netvoří saze o méně hlučné motory Nevýhody paliva: o poloviční energetický obsah na jednotku objemu
- 29 -
2.2.4
Vodík
Vodík je povaţován za moţné palivo budoucnosti. Jedná se o nejhojnější a nejjednodušší prvek ve vesmíru a třetí nejhojnější prvek na Zemi. Kde se vyskytuje prakticky v neomezeném mnoţství, téměř výhradně ve formě sloučenin (voda, uhlovodíky, atd.). [28] Tab. 6
Srovnání vybraných vlastností benzínu a vodíku při 20 °C [28]
Palivo (20 °C)
Hustota
Měrný objem
Výhřevnost
Hustota energie
druh/skupenství
[kg/m3]
[l/kg]
[MJ/kg]
[MJ/l]
Vodík 1 bar Vodík 700 bar Benzín
0,084
11939
119
0,01
39
25,2
119
4,6
700
1,43
44,5
31,15
Předchozí tabulka č. 6 představuje porovnání vlastností benzínu a vodíku jako paliva. Z tabulky je patrné, ţe výhřevnost vodíku oproti benzínu je téměř trojnásobná. Důleţitější je však hustota energie, která vyjadřuje mnoţství energie na daný objem paliva, která je přímo úměrná výhřevnosti a hustotě paliva. Stlačený vodík má mnohem menší měrný objem, hustota energie se s intenzitou stlačení zvyšuje. Energii v něm obsaţenou lze uvolnit ve dvou formách. První z nich je uvolnění energie ve spalovacím motoru, druhá ve „studené“ formě přímou přeměnou v elektrický proud v palivovém článku. Pouţití systémů na bázi palivového článku částečně kompenzuje niţší hustotu energie. [1] [28] Při spalování směsi vodíku a vzduchu nevznikají téměř ţádné emise, oproti benzínu má aţ o 99,9 % niţší emise. Výhodou druhého způsobu je však mnohem větší energetická účinnost při vyuţití energie z palivového článku a tím i dosaţení srovnatelných jízdních vlastností s klasickými vozy. [1] Při manipulaci s vodíkem jsou nutná omezení vyplývající z fyzikálně - chemických vlastností vodíku. Asi nejvýznamnější je jeho vlastnost tvořit výbušnou směs s kyslíkem, proto musíme zajistit naprostou těsnost od lahve nebo zásobníku aţ ke spotřebiči. [1]
- 30 -
Pro výrobu vodíku je moţné vyuţít celou řadu zdrojů. Z fosilních paliv se vyrábí parním
reformováním
a parciální
oxidací
zemního plynu, ropných
zbytků
nebo zplyňováním uhlí. Z vody lze vodík vyrobit elektrolýzou. Při elektrolýze vody se spotřebuje na 1 kWh energie ve vyrobeném plynném vodíku 1,53 kWh elektrické energie. Při výrobě ze zemního plynu pouze 1,43 kWh. Z těchto důvodů se v současnosti vyrobí 90% vodíku ze zemního plynu.[5] Spalovací motory na vodík dosahují vysoké účinnosti aţ při větším zatíţení, pomocí přeplňování je moţné rozšířit dobrou účinnost i do pásma nízkého zatíţení. Nevýhodou je malá objemová výhřevnost směsi vlivem nízké hustoty vodíku. Větším nebezpečím jsou zpětné zášlehy plamene do sacího potrubí.[16] U druhého způsobu vyuţití vodíku je pouţit elektromotor a jiţ zmíněný palivový článek, který souţí jako akumulátor. Tento systém pohonu je výhodný nejen díky nulové produkci emisí, ale i z důvodu vysoké účinnosti. [1] Pouţívané palivové články u tohoto způsobu vyuţití jsou elektrochemickým zařízením, které souvisle mění chemickou energii paliva na elektrickou. Existuje několik typů těchto palivových článku lišících se elektrolytem, provozní teplotou, účinností a především způsobem pouţití. V dopravě je nejpouţívanější palivový článek s polymerní membránou (PEMFC). Palivové články by se podle předpokladu za 20 – 30 let mohly stát dominujícím způsobem pohonu vozidel. [16] Hlavní výhodou těchto článků je malá produkce škodlivin, vodíkové palivo produkuje jen vodu a elektřinu. Články jsou velmi spolehlivé a mají delší ţivotnost, díky jednodušší konstrukci většinou bez pohyblivých částí. Vozidla poháněná vodíkem vyţadují přeplňování a optimální seřízení soustavy. Tím se zamezí klepání a především obávaným zpětným zášlehům do sacího potrubí. Vozidla s palivovými články pomaleji reagují na vyšší zatíţení motoru, řešením jsou hybridní pohony např. kombinace spalovacího motoru a palivového článku. Negativem je také vysoká cena tohoto pohonu a nedostatečná síť čerpacích stanic. [16] Největší konkurencí pro vozy na vodík jsou elektromobily, jejichţ jedinou nevýhodou je niţší dojezdová vzdálenost.
- 31 -
Shrnutí výhod vodíku jako paliva: ekologické hledisko o velmi nízké emise při spalování, ekonomické hledisko o dostatek suroviny pro výrobu, Nevýhody: vysoké výrobní náklady, malá výhřevnost při spalování vodíku v běţných motorech, ve stádiu vývoje , výroba vodíku pomocí elektřiny z neobnovitelných zdrojů, malá síť čerpacích stanic.
Přehled používaných paliv u nás a ve světě
2.3 2.3.1
Používaná paliva v ČR
V České republice jsou podle ministerstva ţivotního prostředí vyuţívána v dopravě především tyto alternativní paliva: Plynná paliva – sem řadíme především stlačený zemní plyn a zkapalněný ropný plyn (i kdyţ ho nelze zcela povaţovat za obnovitelný z důvodu jeho výchozí suroviny kterou je ropa (fosilní palivo), Biopaliva – v čisté formě jako estery mastných kyselin a ropné oleje, nebo v různých směsích s fosilními palivy např. bioethanol s benzínem, estery mastných kyselin s motorovou naftou. Během několika let se počítá s vyuţitím biopaliv II. generace vyráběných však z nepotravinářské biomasy jakou je celulóza z dřevení hmoty nebo jiných rostlin. Tím dojde k odklonu od dnes vyuţívaných potravinářských plodin. [6]
- 32 -
2.3.2
Používané LPG
Tab. 7
Spotřeba LPG (kt) v letech 2000 – 2004 [5]
Rok
2000
ČR
2002
2003
2004
153
190
162
179
213
33 090
35 640
36 750
38 670
38 930
199 850
204 370
208 530
211 540
217 080
Evropa & Eurasie Celý svět
2001
Jak je vidět z tabulky spotřeba LPG se neustále zvyšuje a to aţ dodnes. Zvyšování spotřeby souvisí s nárůstem počtu provozovaných vozidel na toto palivo a tím i zvětšení počtu čerpacích stanic. V České republice se ke dni 31. 12. 2010 nacházelo celkem 6 591 čerpacích stanic, z toho lze u 812 jedno druhových veřejných stanic zakoupit palivo LPG. Oproti roku 2009 došlo k nárůstu o 16 LPG stanic. Oproti letům 2008 – 2009 kdy došlo k nárůstu o 88 LPG stanic je patrné sníţení zájmu o toto palivo. [9] V ČR na toto palivo podle statistiky ministerstva dopravy jezdí cca 130 tis. osobních vozidel a cca 6 tis. vozidel nákladních. [19] Ve světě na LPG jezdí více neţ 13 mil. vozů z čehoţ 4 milióny právě v Evropě. [19] 2.3.3 V ČR
Využívaný zemní plyn počátkem roku 2010 vyuţívalo zemní
plyn jako pohonnou hmotu
cca 1 800 vozidel (z toho 1 500 osobních a dodávkových automobilů, 270 autobusů, 20 komunálních vozidel, aj). Počet čerpacích stanic v ČR dosáhl v roku 2010 počtu 25, přičemţ roční prodej CNG v roce 2009 přesáhl 8,1 milionů m3. [8] Rozmístění jednotlivých
čerpacích
stanic
u
nás
znázorňuje
následující
mapka
na obrázku č. 4. Oproti běţným palivům je vidět, ţe je zde výrazný rozdíl v hustotě sítě čerpacích stanic, který rozšíření tohoto paliva do značné míry omezuje.
- 33 -
Obr. 4
CNG stanice v ČR [8]
Ve světě dnes jezdí na toto palivo přes 13 milionů vozidel, z toho 1,4 milionu jen v Evropě. Nejvíce vozidel na tento pohon jezdí v Itálii, Ukrajině, Německu a Bulharsku. Z toho plyne i zvýšení počtu CNG stanic, který se dnes šplhá na 19 tisíc. Za posledních 5 let se světová spotřeba CNG podle statistiky asociace NGVA zvýšila z 10 mld. m3 na 40 mld. m3. [20] 2.3.4
Biopaliva
Biopaliva jsou v ČR jedním z nejrozšířenějších paliv, k nejrozšířenějším patří především Etanol a Bionafta. 2.3.4.1 Etanol Následující graf představuje světovou spotřebu etanolu. Z grafu je patrné, ţe jeho spotřeba se stále zvyšuje a etanol se tedy stává stále významnějším palivem. V roce 2008 bylo 86 % světové produkce (tj. 66 mil. m3) etanolu vyuţito k výrobě motorového paliva.
- 34 -
Obr. 5
Světová spotřeba bioetanolu a bionafty [13]
V ČR se na čerpacích stanicích nejvíce setkáme etanolem pod názvem E85, kde směs obsahuje 85% bezvodého lihu a 15 procent naturalu. V současné době lze toto palivo natankovat u téměř 100 čerpacích stanic a počet se stále zvyšuje. [14] Přičemţ první čerpací stanice byla otevřena 11. 6. 2009. [15] Spotřeba bioetanolu v EU se v roku 2008 zvýšila z 0,9 Mtoe na 1,2 Mtoe (coţ je 612 000 m3), tedy o 33,8 procenta. [21] Nejvíce se palivo pouţívá ve Švédsku z celé Evropy. Zde je v provozu víc neţ 16 tisíc vozidel FFV (Flexi Fuel Vehicle), palivo E85 si lze natankovat na více neţ 250 čerpacích stanicích. [14] K dalším zemím řadíme Velkou Británii, Nizozemsko, Dánsko a Německo. [21]
2.3.4.2 Bionafta V současnosti je ve značení bionafty na čerpacích stanicích v ČR rozpor, coţ spotřebitelům jen stěţuje orientaci. Čerpací stanice pouţívají celou řadu názvů např. pro směsnou naftu pod označením Ekodiesel se pouţívá EuroOil, ale i Biodiesel či SMN. Někdy se pod názvem Bionafta prodává směsná nafta a jindy zase stoprocentní bionafta. [22]
- 35 -
Spotřeba bionafty v EU se zvýšila ze 4,1 Mtoe v roce 2006 na 5,8 Mtoe (4 524 000 m3) z roku 2008, tedy o 41,7 %. [21] 2.3.5
Vodík
Ve světě bylo v roce 2005 provozováno 72 vodíkových stanic, přičemţ 31 z nich bylo v Evropě. Z Evropy má nejvíce stanic Německo. V budoucnu chce postavit největší síť vodíkových stanic Norsko. Ve světě tento pohon nejvíce podporuje USA a Japonsko. [17] První vodíková čerpací stanice byla otevřena v ČR v roce 2009 v Neratovicích. Zde vznikl unikátní projekt pod vedením Ústavu jaderného výzkumu a Linde Gas. Výsledkem je tzv. TriHyBus, který je pouţíván pro tamější veřejnou městskou dopravu. Tento autobus je schopen na 20 kg paliva ujet 300 km. Tento unikátní autobus představuje obr. 6. [17]
Obr. 6
TriHyBus [17]
- 36 -
Zhodnocení alternativních paliv a jejich perspektivnost do
2.4
budoucna Alternativní paliva zcela jistě mají v budoucnu svou pozici na trhu zajištěnou. Hlavním argumentem pro pouţívání alternativních paliv jsou ekologické důvody. Tato paliva kladou totiţ v porovnání s klasickými palivy na ropné bázi menší zátěţ na ovzduší z pohledu emisí skleníkových plynů, tak také dalších škodlivin, které výfukové plyny obsahují (oxid uhelnatý, oxidy dusíku, celkové uhlovodíky, a další). Další jejich výhodou je, ţe téměř nezatěţují vodní zdroje a půdu. Důleţitá je i lepší biologická odbouratelnost některých paliv na bázi rostlinných zdrojů (bionafta, bioetanol). [5] Dalším argumentem pro vyuţívání alternativních paliv je stále se zvyšující cena ropy, u které se dá předpokládat prudký cenový nárůst do budoucna. Vývoj cen směsných paliv, a také CNG, LNG a LPG je silně závislý na ceně benzínu a nafty, protoţe ropné produkty vstupují do jejich výroby. Oproti tomu ceny biopaliv jsou závislé od cen vstupů, tedy zemědělských produktů. Proto se dá předpokládat zvyšování jejich ceny v závislosti na ceně vstupů.Dále zde hraje roli sazba
spotřební
daně
a
sazba
DPH,
coţ
významně
ovlivňuje
cenovou
konkurenceschopnost paliva. [29] A neméně důleţitá je i snaha oprostit se touto cestou od závislosti na dodavkách ropy z politicky nestabilních států, jejichţ politická situace často ovlivňuje její cenu.
- 37 -
Tab. 8
Porovnání klasických paliv s alternativními palivy (kromě biopaliv) [10] Benzín
Nafta
Zemní plyn
Propan butan
Vodík
CNG
LPG
H2
Vliv na životní prostředí CO
0
+
+++
+++
+++
HC - nespálené uhlovodíky
0
+
++
+++
+++
NOx
0
-
+++
++
+++
PM - pevné částice
0
-
+++
+++
+++
CO2
0
+
++
++
+++
Cena paliva
0
-
+++
++
---
Pořízení (přestavba) automobilu
0
0
--
-
---
Infrastruktura
0
0
---
-
---
Komfort uţití
0
0
-
-
--
Nabídka vozidel na trhu
0
0
---
--
---
Přijetí veřejností
0
0
--
-
--
Ekonomika
Provoz
Vysvětlivky - trochu horší
-- zřetelně horší
--- výrazně horší
+ trochu lepší
++ zřetelně lepší
+++výrazně lepší
0 stejné
Tabulka č. 8 porovnává výhody a nevýhody alternativních paliv (kromě biopaliv) s palivy klasickými (benzín, nafta). Jako výchozí hodnoty bere v potaz vliv těchto paliv z hlediska ţivotního prostředí, ekonomické výhodnosti a provozu. Podrobnější vlastnosti vybraných paliv jsou uvedeny v tabulce jako příloha. Z tabulky vyplývá jako nejlepší alternativní palivo vodík, který má nejmenší produkci škodlivin do ovzduší. Z hlediska cenového a provozního uţ tak slibným
- 38 -
palivem není. Dá se však předpokládat vyšší vyuţití v budoucnu, kdy technologie jeho výroby a vyuţití bude mnohem propracovanější neţ dnes. Dalšími výhodnými palivy vyplývajícími z tabulky jsou LPG a CNG, která mají velmi podobný pozitivní vliv na ţivotní prostředí. CNG však produkuje oproti LPG více nespálených uhlovodíků, a naopak LPG má vyšší produkci NOx, v ostatních ohledech je vliv na ţivotní prostředí srovnatelný. K oblíbenosti těchto paliv také významně přispívá jejich cena, která je výrazně niţší v porovnání s benzínem nebo naftou. LPG je však mnohem vyuţívanějším palivem čemuţ odpovídá i hustší síť čerpacích stanic. V současnosti mnoho lidí vyuţívá moţnosti přestavby na tento pohon, u CNG se většinou doporučuje spíše koupit vozidlo na tento pohon přímo z výrobny, ale přestavba je samozřejmě moţná. Pro zvýšení vyuţívání CNG by bylo nutné rozšířit síť čerpacích stanic a zvýšit informovanost obyvatel, coţ se týká obecně většiny alternativních paliv. Tabulka nehodnotí zkapalněný zemní plyn, jehoţ vyuţívání je problematické. Na území ČR není vybudována vlastní zkapalňovací stanice. Dovoz tohoto paliva by byl velmi nákladný a promítl by se do konečné ceny. Další překáţkou je absence vyráběných vozidel na LNG v Evropě, která jsou zatím ve fázi prototypů. [5] Tabulka také nebere v potaz, to ţe tato paliva vycházejí z fosilního zdroje a proto tedy přispívají ke sniţování zásob těchto neobnovitelných zdrojů. Po jejichţ vyčerpání by jiţ nebylo moţné tato paliva vyuţívat a proto se pro vzdálenější budoucnost s nimi nedá počítat. Tabulka neuvádí biopaliva, která patří v současné době k jedněm z nejrozšířenějších pouţívaných alternativních paliv. K nejvýznamnějším biopalivům patří bionafta, methanol, ethanol a dimetyléter. Tato paliva jsou výhodná především v současnosti, protoţe jsou schopna rychle uspokojit poţadavky po palivech, která by méně znečišťovala ţivotní prostředí. V porovnání s konvenčními palivy se však nejedná o příliš velký rozdíl v produkci škodlivin. Kromě produkce během samotného spalování paliva, je třeba brát v úvahu celý ţivotní cyklus produkce paliva (produkce suroviny, výroba, samotné pouţití paliva). Pro pouţití mnohdy vyţadují motory konstrukční úpravy a jsou náchylnější k poruchám Tato paliva také představují konkurenci zemědělské produkci pro výţivu člověka, coţ by vzhledem k stále se zvyšující lidské populaci mohl být problém.
- 39 -
Při pouţívání čisté bionafty můţe při niţších teplotách docházet k problémům se startovatelností. Směsná motorová nafta tyto problémy sice odstraňuje, ale k jejímu vytvoření je pouţita klasická nafta. Z tohoto důvodu není pro budoucí vyuţití vhodná. Metanol i Etanol produkují méně škodlivin, coţ je výhodné pro ţivotní prostředí. Na druhou stranu však na ujetí stejné vzdálenosti spotřebují přibliţně dvojnásobné mnoţství paliva ve srovnání s klasickými palivy. Výhodou etanolu je výroba z odpadů zemědělské produkce. Velmi slibné můţe být vyuţití DME, jako náhrady za motorovou naftu. Jedná se o palivo vyrobené ze zemního plynu či biomasy s lepší celkovou bilancí energií neţ ostatní syntetická paliva. [5] Jeho vlastnosti jsou pro vznětové motory výhodné a produkce škodlivin je také niţší, proto se dá předpokládat v budoucnu jeho vyšší vyuţití. I přes jejich nevýhody, tvoří v současné době biopaliva významnou část alternativních paliv. Při větším rozvoji by se však mohli stát konkurencí potravinám produkovaným pro výţivu člověka. V nepříliš vzdálené budoucnosti můţeme počítat se zemním plynem, jehoţ zásoby jsou velké a mohl by pomoci s rozšířením budoucího alternativního paliva. Vzdálená budoucnost by mohla patřit vodíku, který by díky technologickému rozvoji mohl překonat současné nevýhody. Pro posouzení výhodnosti alternativních paliv je nutné posuzovat i celý „ţivotní cyklus“ zahrnující všechny fáze, tj. produkci zdrojů, výrobu paliva a jeho přepravu ke spotřebiteli a teprve pak samotné pouţití ve vozidle (WTW), a ne pouze finální spotřebu ve vozidle (TTW). Během výroby kaţdého druhu alternativního paliva se v různém mnoţství spotřebovává energie z neobnovitelných zdrojů, díky tomu můţe být v souhrnné bilanci pozitivní efekt konečné spotřeby paliva ve vozidle nulový. Tento fakt platí v současné době například pro vodík. [5] Rozvoj alternativních paliv však stále naráţí na bariéry. Jedná se o bariéry technické, geografické, environmentální, legislativní a institucionální, bezpečnostní, nákladů, veřejné akceptovatelnosti a nepoznaných výhod. Nejvýznamnější je bariéra ekonomická. Z průzkumu uskutečněného v roce 2003 v rámci evropského projektu VIEWLS vyplývá, ţe v případě bionafty vidí takřka 77 % respondentů hlavní bariéru v ekonomice. [29]
- 40 -
Obr. 7
Produkce emisí CO2 biopalivy 2. generace „Advanced bio-fuels“ v celém ţivotním cyklu [31]
Předchozí graf (obr. 7) představuje produkci oxidu uhličitého během ţivotního cyklu biopaliv I generace, II. generace a klasických paliv. Zatímco paliva I. generace jsou schopny dosáhnout redukce 50 % CO2, biopaliva druhé generace dosahují dokonce redukce vyšší neţ 90 %. Je tedy zřejmé ţe biopaliva budou mít důleţitou roli v dodrţování limitů produkce oxidu uhličitého. [31] Evropská unie neustále tlačí na zpřísnění těchto limitů produkce oxidu uhličitého při spalování automobily. Například od roku 2014 nebude moci 70 % nově vyrobených nákladních vozů vyprodukovat více neţ 175 gramů CO2/km. Od roku 2017 přitom tento limit bude platit pro všechny nově vyrobené vozy. V roce 2020 se navíc tento limit má sníţit na 147 gramů CO2/km. Pokud se výrobcům nepodaří plnit tato pravidla, budou muset za kaţdý nadlimitní gram CO2 zaplatit 95 eur. V opačném případě, kdy se jim podaří produkci sníţit pod limit, získají tzv. superkredit. [30] Díky tomu se dá předpokládat určité podraţení vozů na klasická paliva. Dá se předpokládat, ţe tato změna příznivě ovlivní cenový rozdíl mezi konvenčními vozy a vozy na alternativní paliva, coţ přispěje i k jejich vyššímu rozšíření.
- 41 -
3
ZÁVĚR
Hlavním cílem alternativních paliv je co nejméně zatíţit ţivotní prostředí, ať uţ během výroby nebo jeho samotnému pouţití ve vozidle. Z pohledu produkce škodlivých látek vyprodukovaných při provozu vozidla mají alternativní paliva navrch oproti běţným palivům. Některá alternativní paliva jako je např. vodík neprodukují téměř ţádné škodliviny během provozu. To je velká výhoda především ve městech, kde je produkce škodlivin uţ tak vysoká. Dalším důleţitým stanoviskem při hodnocení výhodnosti paliv je hledisko provozní. Některá paliva jsou agresivní vůči pryţovým částem, jiná mají různě vysoká oktanová čísla (coţ můţe být i pozitivum), různou spotřebu v porovnání s ujetými kilometry. Důleţitá je i snadnost tankování paliva, uloţení nádrţe ve vozidle. Neméně důleţitá je i síť čerpacích stanic, coţ je mnohdy jedno z hlavních omezení rozšířenosti paliva. Nejvíce pouţívaná jsou biopaliva především bionafta. Jsou moţností, kterou lze rychle a snadno vyuţít a tím řešit současnou situaci. Z pohledu do budoucnosti se dá předpokládat nahrazení jinými palivy, uţ jen z důvodu, ţe plocha pro vypěstování této suroviny je konkurencí pro zemědělské plochy určené ke spotřebě člověka. V dnes velmi oblíbeném LPG vidím hlavní nevýhodu ve výchozí surovině kterou je ropa, tedy neobnovitelný zdroj. Nevýhodou je také sníţená dojezdová vzdálenost vozu, která se v současnosti řeší dvěma nádrţemi. Jednu má vůz na LPG a jednu na benzín. Pokud se však chceme oprostit od vyuţívání neobnovitelných zdrojů není LPG tou správnou cestou i kdyţ je velmi rozšířeným palivem, čemuţ odpovídá i síť čerpacích stanic. Oproti LPG je CNG maličko lepší, jeho výhodou je snadnější distribuce paliva k uţivateli, díky které nevzniká další zatíţení ţivotního prostředí ve formě převáţení paliva v cisternách. Navíc je i bezpečnější. Přes všechna pozitiva se však jedná stále o fosilní palivo, jehoţ zásoby jsou sice větší, ale přesto vyčerpatelné. K palivům hojně vyuţívaných v budoucnosti, by se mohl zařadit vodík, který oproti benzínu produkuje o 99,9 % škodlivin méně. Dalším palivem budoucnosti by mohl být také Dimetyléter. Jaké palivo se však stane naší budoucností ukáţe aţ čas, s jistotou se však dá říct, ţe to nebude palivo fosilní.
- 42 -
LITERATURA [1] VLK, F. Alternativní pohony motorových vozidel. Brno: Nakladatelství VLK, 2004. 234 s. ISBN 80-239-1602-5. [2] POKORNÝ, Z. Bionafta : ekologické alternativní palivo do vznětových motorů. 1. vyd. Praha: Institut výchovy a vzdělávání Ministerstva zemědělství ČR, 1998. 43 s. ISBN 80-7105-173-X. [3] KÁRA, J. Motorová paliva z biomasy v České republice. Praha: Ústav zemědělských a potravinářských informací, 2001. 39 s. Zemědělské informace. ISBN 80-7271-095-8. [4] KAMEŠ, J., Alternativní pohon automobilů. 1. vydání. Praha: Nakladatelství BEN – technická literatura, 2004. ISBN 80-7300-127-6 [5] ŠEBOR, G., POSPÍŠIL, M., ŢÁKOVEC, J., Technicko – Ekonomická analýza vhodných alternativních paliv v dopravě [online], c2006, [cit. 2011-0106]. Dostupné z http://www.mdcr.cz/cs/Strategie/Zivotni_prostredi/Alternativni_pa liva.htm [6] MINISTERSTVO ŢIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ, Alternativní paliva v dopravě [online], [cit. 2011-03-06]. Dostupné z http://www.mzp.cz/cz/alternativni_paliva_doprave [7] SMĚRNICE EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 2003/30/ES [online]. c2003, [cit. 2011-01-10], Dostupné z http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=DD:13:31:32003L0030:CS:PDF [8] Internetové stánky CNG.cz, Plnící stanice [online], [cit. 2011-03-11]. Dostupné z http://www.cng.cz/cs/zemni_plyn/plnici_stanice/pomaluplnici_stanice.html MPO.cz [online], [cit. 2011-03-11]. Dostupné z http://www.mpo.cz/dokument83255.html [10] POSPÍŠIL, M., Liniové zdroje [online], [cit. 2011-03-12]. Dostupné z http://envis.praha-mesto.cz/rocenky/DZ_OO/pril_reserse/04_Lin_Zdroje.pdf [9]
[11] ROŠKANIN, M. Voňavá paliva: Rostlinné oleje – kontroverzní pohonné hmoty. PETROL magazín. 2008, 2, s.80. [online], [cit. 2011-03-12]. Dostupné z http://www.petrol.cz/magazin/pm022008/alternativa2_08.pdf [12] JIŘIČKA, J. LPG, Alternativní palivo nebo běžný produkt? [online], c2006, [cit. 2011-03-11]. Dostupné z http://most.zeleni.cz/3539/clanek/lpg-alternativni-palivonebo-bezny-produkt-/ - 43 -
[13] ČÍŢ, K. Bioetanol – světový rozvoj jeho vyuţití jako motorového paliva. Listy cukrovarské a řepařské [online], c2010, [cit. 2011-03-17]. Dostupné z http://www.cukr-listy.cz/on_line/2010/PDF/31-32.PDF [14] Cukrovary a lihovary TTD,E85 – palivo nové generace [online], [cit. 2011-03-17]. Dostupné z http://www.cukrovaryttd.cz/agroetanol-ttd/vyrobky/e85-palivo-novegenerace/ [15] MAREK, B. Zahájení prodeje E85. Listy cukrovarnické a řepařské [online], c2010, [cit. 2011-03-17]. Dostupné z http://www.cukr-listy.cz/on_line/2009/pdf/195.PDF [16] JANÍK, L.; DOUCEK, A.; DLOUHÝ, P. Strategická výzkumná agenda rozvoje vodíkového hospodářství v ČR [online]. c2010 [cit. 2011-03-17]. Dostupné z http://www.hytep.cz/data/docs/SVA_HYTEP.pdf [17] Internetové stránky Ústavu jaderného výzkumu [online], [cit. 2011-03-17]. Dostupné z http://www.nri.cz/web/ujv/vodikovy-autobus [18] STÝBLO, S. Automobilový konstruktér: „o hybridech si myslím své“ [online]. c2010 [cit. 2011-03-20]. Dostupné z http://www.tipcar.cz/automobilovykonstrukter--%E2%80%9Eo-hybridech-si-myslim-sve%E2%80%9C-4642.html [19] Internetové stránky Lpg.cz [online], http://www.lpg.cz/vyhodylpg/index.php
[cit.
2011-03-20].
Dostupné
z
[20] CPU.cz, 5 let od uzavření Dobrovolné dohody se státem (Podpora zemního plynu pro dopravu) [online]. [cit. 2011-03-20]. Dostupné z www.cpu.cz/data/articles/down_1925.doc [21] ATLEROVÁ, L. Biopaliva zatím jen na půli cesty [online]. c.2009 [cit. 2011-03-20]. Dostupné z http://biom.cz/cz/odborne-clanky/biopaliva-zatimjen-na-pul-cesty [22] ROŠKANIN, M.; MIKŠOVSKÝ, T. Totemy mohou řidiče mást [online]. c.2010 [cit. 2011-03-20]. Dostupné z http://www.petrol.cz/staniceprodukty/clanek.asp?id=13978 [23] LAURIN, J. Étery získávané z biomasy jako alternativní automobilová paliva [online]. c.2007 [cit. 2011-04-16]. Dostupné z WWW: http://biom.cz/czp-kapalnabiopaliva/odborne-clanky/etery-ziskavane-z-biomasy-jako-alternativniautomobilova-paliva?sel_ids=1 [24] SMĚRNICE EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 2009/28/ES [online]. c2009, [cit. 2011-04-16]. Dostupné z http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2009:140:0016:0016:CS:PDF
- 44 -
[25] CNG.cz. Zkapalněný zemní plyn [online], [cit. 2011-04-16]. Dostupné z http://www.cng.cz/cs/alternativni-pohonne-hmoty-126/ [26] MACEK, J. Spalovací motory I. Praha: Nakladatelství ČVUT, 2007. 260 s. ISBN 978 800 1036 181. [27] CNG.cz Vlastnosti CNG [online]. http://www.cng.cz/cs/vlastnosti/ [28] DLOUHÝ,
P.;
JANÍK,
L.
[cit.
Vodíkové
2011-04-16].
hospodářství
Dostupné
[online].
z
c.2007
[cit. 2011-04-20]. Dostupné z http://www.hytep.cz/?loc=article&id=3 [29] Internetové stránky fakulty dopravy ČVUT. Ekonomika zavádění alternativních paliv v dopravě a možnosti internalizace externích nákladů dopravy v české republice
[online].
c.2006
[cit.
2011-04-22].
Dostupné
z
http://alternativnipaliva.fd.cvut.cz/Files/ZZ_04_06.pdf [30] Internetové stránky ČTK. Europoslanci zpřísnili emisní limity pro malé nákladní vozy
[online].
c.2011
[cit.
2011-04-22].
Dostupné
z
http://www.ceskenoviny.cz/eu/parlament/zpravy/europoslanci-zprisnili-emisnilimity-pro-male-nakladni-vozy/596645 [31] GÁL,
L.
Další
vývoj
v oblasti
kapalných
biopaliv
[online].
c.2010
[cit. 2011-04-22]. Dostupné z http://biom.cz/cz/odborne-clanky/dalsi-vyvoj-voblasti-kapalnych-biopaliv
- 45 -
Seznam obrázků Obr. 1
Světové zásoby ropy při dnešní spotřebě (3,5 miliardy t/rok) [4]
Obr. 2
Podíl alternativních paliv na sniţování emisí CO2 z dopravy podle představ
firmy VW [5] Obr. 3
9
11
Porovnání emisních vlastností osobního automobilu, provozovaného na
benzin, resp. na LPG [1]
15
Obr. 4
CNG stanice v ČR [8]
34
Obr. 5
Světová spotřeba bioetanolu a bionafty [13]
35
Obr. 6
TriHyBus [17]
36
Obr. 7
Produkce emisí CO2 biopalivy 2. generace „Advanced bio-fuels“ v celém
ţivotním cyklu [31]
41
Seznam tabulek Tab. 1
Vlastnosti LPG [26]
16
Tab. 2
Porovnání některých vlastností benzínu a zemního plynu [27]
19
Tab. 3
Porovnání vlastností MEŘO a nafty [1]
23
Tab. 4
Vlastnosti etanolu a metanolu a jejich porovnání s ropnými palivy[1]
25
Tab. 5
Vlastnosti DME, propanu a nafty [23]
29
Tab. 6
Srovnání vybraných vlastností benzínu a vodíku při 20 °C [28]
30
Tab. 7
Spotřeba LPG (kt) v letech 2000 – 2004 [5]
33
Tab. 8
Porovnání klasických paliv s alternativními palivy (kromě biopaliv) [10]
38
- 46 -
Seznam použitých zkratek MEŘO
metylester řepkového oleje
CO
oxid uhelnatý
CO2
oxid uhličitý
CHx
uhlovodík
SOx
oxid síry
NOx
oxid dusíku
PM
částice sazí
PAH
polycyklické aromatické uhlovodíky
LPG
liquefied petroleum gas
CNG
Compressed Natural Gas
LNG
Liquified Natural Gas
MTBE
methyl-tercio-butyl-ether
ETBE
ethyl-tercio-butyl-ether
DME
Dimetyléter
WTT
Well to Tank
TTW
Tank to Wheels
- 47 -
Seznam příloh Příloha 1 Vlastnosti vybraných paliv [26]
- 48 -
PŘÍLOHY
- 49 -
Příloha 1
Vlastnosti vybraných paliv
Veličina H C O obsah kyslíku S Molární hmotnost Teplota varu 13) Výparné teplo 14) tTlak par 13)
Jednotky 1 1 1 1 kg.kmol-1 °C kJ.kg-1 kPa
Hustota 13) Lt
kg.m-3 kg.kg-1
Hu13)
MJ.kg-1
13
HutV ) Hsm.v Interval zápalnosti λ 16) OČ (VM) OČ (MM) MČ CČ ČSN EN Teplota vznícení 13)
Benzin Motorová nafta Těţký topný olej Metanol Etanol LPG Metan Vodík 0,15 - 0,145 0,137 - 0,126 0,14 0,125 0,13 0,177 0,25 1,0 0,85 - 0,855 0,863 - 0,87 0,85 0,375 0,52 0,823 0,75 0 0 0 - 0,004 0 0,5 0,35 0 0 0 0 0 - 0,0025 0,01 i více 0 0 0 0 0 ≈ 98 ≈ 170 ≈ 198 32 46 51 16 2 30..190 170 .. 360 175 ..450 65 78 ≈ -30 -162 -253 ≈ 419 ≈ 554 ≈ 785 1119 904 ≈ 353 510 450 45 - 90 37 21 730..780 815 .. 855 950 a více 795 789 540(kap.) 424(kap.) 71(kap.) (kap.) (kap.) (kap.) (kap.) (kap.) 2,06 (plyn) 0,72(plyn) 0,09 (plyn) 14,7 14,5 14,6 6,46 9,0 15,5 17,2 34 43,9
42,7-4315
41,3
19,7
28,6
45,8
50
120,0
MJ.dm
32
35,8
39,25
15,5
21,2
24,8
21,2
8,52
-3
3,75 0,4 - 1,4 91 - 98 83 - 87
3,865 0,48 - 1,35
3,657 3,438 0,5 - 1,35 0,34 - 2,0 114 95
3,475 0,3 - 2,1 111 94
3,725 0,4 - 1,7 100 95 25
3,223 0,7 - 2,1 140
2,973 0,5 - 10,5
100
0
589
386 110
-
-3
MJ.m 1 °C
228 480 - 550
45 - 55 590
0 - 44 657991 ≈ 370
450
-
13) za atmosférických podmínek (orientačně) - tlak, případně teplota; teplota vznicení po dostatečně dlouhém čase působení (řádově minuty) 14) při teplotě varu dle této tabulky 15) Hu = 42,7 MJ.Kg-1 je obvyklá standardní hodnota 16) platí pro homogenní směs za atmosférických podmínek (orientačně)
- 50 -
- 51 -
