Název práce: Alternativní pohony v dopravě a jejich vliv na životní prostředí

Dopravní fakulta Jana Pernera, Univerzita Pardubice II. ročník (obor DP-KV), st. skupina 29 Holubář Radek, Los Daniel pracovní skupina 2 Název práce: Alternativní pohony v dopravě a jejich vliv na životní prostředí. Prohlášení: Prohlašujeme, že předložená práce je naším původním autorským dílem, které jsme vypracovali samostatně. Literaturu a další zdroje, z nichž jsme při zpracování čerpali, v práci řádně citujeme. Anotace Tato semestrální práce pojednává o hledání alternativních způsobů pohonu motorových vozidel. Pokouší se nastínit problematiku technického a ekonomického využití nestandardních druhů motorových paliv, snaží se poukázat na výhody a nevýhody využívání alternativních paliv. Důležitá je i problematika životního prostředí, která celou prací prochází a je hlavní příčinou přechodu od klasických paliv k alternativním pohonům. Klíčová slova – alternativní paliva, bionafta, CNG (stlačený zemní plyn), LPG (zkapalněný propan-butan), vodík, alkoholy, MEŘO (methylester řepkového oleje), ethery, bioplyn

Úvod Tato semestrální práce by vás měla seznámit s různými druhy alternativních pohonů jak pro zážehové, tak i vznětové motory a nastínit tak i jiné možnosti pohonu motorových vozidel. Žijeme na prahu 3. tisíciletí a každý z nás si je vědom toho, že naleziště ropy tu nebudou věčně, proto je nutné již v dnešní době pomýšlet na přechod k alternativním palivům. Převážná část roční světové spotřeby motorových paliv je fosilního původu. Vznik zdrojů se datuje na období před několika sty miliony let. Problémem je právě to, že tyto zdroje jsou vyčerpatelné a neobnovitelné. Podle odborníků by k vyčerpání světových zásob například ropy mělo dojít přibližně za 40 let (podle Německého spolkového geologického úřadu dokonce již za 34 let), zemního plynu asi za 80 let. Co z toho vyplývá? Je to nutnost hledat nová, alternativní paliva pro zážehové a vznětové motory, přičemž se pozornost v hledání zdrojů obrací např. na zemědělské produkty, různé zkapalněné plyny, palivové články apod.[5] Mezi alternativní motorová paliva vyráběná ze zemědělských produktů patří různé rostlinné oleje (slunečnicový, arašídový, lněný, bavlníkový, palmový, olivový, řepkový), dále paliva, která se získají úpravou (přesněji esterifikací) těchto olejů, a ethanol, nejčastěji vyráběný z cukrové řepy, našim klimatickým podmínkám vzdálené cukrové třtiny, také z obilí nebo brambor. O používání paliv rostlinného původu píše už na začátku 20. století Rudolf Diesel ve své knize „Die Entstehung des Dieselmotors“ (z roku 1913), v níž se zmiňuje o používání arašídového oleje u naftového motoru. V tehdejším ČSR se po roce 1932 do benzinu přidával ethanol vyráběný z brambor v množství asi 20 %. [2] Budete moci sledovat, čím jsou vlastně současné snahy o využití alternativních paliv získávaných ze zemědělských produktů motivovány. Jednak jsou to ekonomické aspekty, zejména potřeba zpracovat zemědělskou nadprodukci a zachovat pracovní příležitosti v zemědělství, dále ekonomické výhody pro výrobce paliv a spotřebitele, dané hlavně

-1-

finanční podporou státu. Poté se pohlíží na omezenou dostupnost paliv na bázi ropy a hlavně přípravou k přechodu na obnovitelné zdroje energie po vyčerpání ložisek ropy. Jenže práce není jen o palivech ze zemědělských produktů, jsou i jiné alternativy a v některých případech jsou i lepší než právě různé upravované oleje zemědělských plodin. V tomto případě se jedná o v dnešní době hojně užívaný zkapalněný propan-butan (LPG), ale i pozvolna se rozvíjející pohon na zemní plyn, nebo pohon na vodík. Dozvíte se také, proč vlastně některé alternativní pohony nejsou akceptovány nejen uživateli vozidel, ale hlavně výrobci automobilů. Mnozí, ať už lidé nebo sami odborníci, zdůvodňují používání alternativních paliv tím, že mají příznivý dopad na životní prostředí, pokud tedy máme na mysli škodlivé emise z výfukových plynů automobilů. Snahou samozřejmě bude to, aby každý, kdo si práci přečte, porozuměl všem souvislostem a pochopil, že užívání alternativních paliv je nutné právě ve vztahu k životnímu prostředí a nezbytné, pokud se zabýváme možností vyčerpání ropných zdrojů.

-2-

1 Ropa Dříve než se vůbec začneme bavit o tom, jaké druhy alternativních paliv známe a jaké výhody případně nevýhody přináší jejich použití, měli bychom si říci něco o ropě. Protože právě ropa je primární příčinou toho, proč lidé přechází od klasických paliv k alternativním pohonům svých automobilů. V této podkapitole bych rád zmínil alespoň okrajově některé důležité skutečnosti, které se týkají těžby, zpracování a využití ropy a samozřejmě i složení ropy, v dalších kapitolách zjistíte, proč jsou výrobky z ní v provozu tak škodlivé. V současné době je ropa nejdůležitější chemickou i energetickou surovinou. Jenže její chemické využití není nikterak velké a zvláště palivářský průmysl působí její nevratné vyčerpání. A tady se právě dostávám k jedné z příčin přechodu z klasických paliv na alternativní. Zásoby ropy nejsou nevyčerpatelné a za několik desítek let se může stát, že naleziště na Středním východě v Rusku, USA, Mexiku i jinde ve světě zkrátka úplně vyschnou. Vytěžené rezervy se rychle spotřebují a najednou nebudou mít auta na co jezdit. Toho se bojí snad každý řidič, proto je dobré přejít na jiný pohon co nejdříve. [5] 1.1 Složení ropy [4] Ropa je homogenní kapalnou směsí uhlovodíků s malým obsahem sirných, dusíkatých a kyslíkatých látek. Jsou v ní rozpuštěny i plynné uhlovodíky (methan, ethan, propan a butan). Ropa je základní surovinou pro výrobu kapalných paliv a maziv. Je obvykle lehčí než voda (ρ=0,65-1,06 g.cm-3), má charakteristický zápach a zbarvena je žlutě až hnědočerně. Ropa se řadí mezi bitumeny, což jsou hořlavé horniny, které se rozpouštějí v organických rozpouštědlech aniž by změnily svou chemickou strukturu. Bitumeny a tedy i ropa patří do velké skupiny tzv. kaustobiolitů. Elementární složení ropy vyjadřuje tabulka 1 (viz. příloha). Z tabulky 1 je vidět, že ropa je z převážné části tvořena uhlíkem a vodíkem. Všechny ostatní prvky, které se v ropě nacházejí, jsou nečistoty. Především síra je prvkem, který se rafinérie snaží při zpracování ropy odstraňovat, ale zatím se to úplně nedaří. Je to také způsobeno tím, že v současné době se těží ropa s vysokým obsahem síry. Z uhlovodíků jsou v ropě přítomny především n-alkany (uhlovodíky s nerozvětveným řetězcem), izoalkany (uhlovodíky s rozvětveným řetězcem), cykloalkany (uhlovodíky s jedním nebo několika kruhovými řetězci), dále jsou zde aromatické uhlovodíky (tzv. areny, které mají šestičlenný kruhový řetězec s aromatickým systémem vazeb mezi atomy uhlíku, např. benzen) a také alkeny (uhlovodíky s dvojnou vazbou). To byly tedy sloučeniny, které v ropě musí být přítomny. Nyní si uděláme stručný přehled sloučenin, které se v ropě vyskytují jako nečistoty. Pomůžeme si opět tabulkou a začneme tyto sloučeniny podle ní tvořit. Začneme kyslíkatými látkami (fenoly, karboxylové kyseliny). Ty způsobují hlavně kyselost ropy. Velkou skupinu tvoří sirné látky (jednak v podobě elementární síry, jednak jako organické thiosloučeniny-např. thioalkoholy, sulfidy, thiofeny). Další skupinou jsou dusíkaté látky (jsou to hlavně pyridinové zásady a neutrální dusíkaté sloučeniny). Skupinu nečistot tvoří i vysokomolekulární látky obsahující síru, kyslík a dusík (ropné pryskyřice, asfalteny, karbeny, karboidy a asfaltogenní kyseliny). Poslední skupinu pak tvoří kovové nečistoty (vanad, sodík, nikl, hliník, křemík apod.). Počet atomů uhlíku v molekule ovlivňuje fyzikální vlastnosti uhlovodíků. Na délce řetězce uhlovodíků tedy závisí i destilační rozmezí jednotlivých ropných frakcí. Základní uhlovodíkové frakce ropy jsem shrnul do tabulky 2 (viz. příloha).

1.2 Zpracování ropy [3] Dalším bodem, o kterém se zmíním je samotné zpracování ropy. Ropa se může zpracovat různými postupy, závisí na jejím složení a na vlastnostech požadovaných produktů. Zpracování ropy je usnadněno jejím kapalným skupenstvím a také tím, že převážnou část tvoří uhlovodíky s různou strukturou. Ropa se zpracovává v tzv. rafinériích nebo -3-

v petrochemických závodech. Petrochemické zpracování ropy zahrnuje hlavně destilaci ropy a zpracování některých frakcí na alkeny, dieny a aromáty, výrobu vodíku, syntézního plynu, syntézu amoniaku, močoviny, výrobu alkoholů, fenolů, aldehydů apod. Teď se budu zabývat stručně destilací ropy. Prvním krokem je zahřátí ropy na 350 °C, což má za následek její vypařování. Páry stoupají do vysoké destilační kolony a v ní procházejí otvory v talířích umístěných napříč kolonou. Po ochladnutí se páry změní v kapalinu, která se shromažďuje na talířích. Každý talíř přitom sbírá jinou kapalinu zvanou frakce (viz. tabulka 2 v příloze) a ta se odvádí potrubím. Každá frakce může vyžadovat další rafinaci. Zbytek na dně destilační kolony se může destilovat při sníženém tlaku vzduchu, tzv. vakuovou destilací. Tak se vyrábí třeba právě nafta, nebo asfalt, mazací oleje a parafín. Po destilaci ropy se jednotlivé získané frakce krakují a zušlechťují. Například těžké frakce, kterými jsou těžké oleje, je možné změnit na hodnotnější lehké frakce, jako je benzín. Zahřívají se pod tlakem ve velké nádobě obsahující katalyzátor, který urychluje štěpení těžkých olejů a parafínů, a mění je na benzín a plyny (ethen, ethylén). Takto popsaný a provedený proces nazýváme katalytickým krakováním. Po použití se katalyzátor přečerpá do regenerátoru, v němž se uhlík nahromaděný během krakování vypálí a katalyzátor se může použít znovu. Samozřejmě, že je možný i proces opačný, tedy je možné změnit lehké frakce na těžké. Tento proces se potom nazývá zušlechťování a používá se ke zvýšení výtěžku a zlepšení kvality benzínu. Posledním krokem je pak odstranění sirných sloučenin, které by učinily automobilové výfukové plyny ještě nepříjemnějšími. Takto v kostce vypadá zpracování ropy na jednotlivé frakce. V podkapitole o ropě jste měli možnost zjistit složení ropy i její přeměnu na určitý druh výrobku. Skutečně je prvotní příčinou toho, že na planetě Zemi je narušené životní prostředí (hlavně co se ovzduší týče). Hlavně některé prvky, jako síra a dusík ve spojení s kyslíkem, jsou nejnebezpečnější a jestli se nezačne přemýšlet o tom, jak alespoň trochu snížit obsah emisí ve výfukových plynech, budeme se tu za pár let „topit“ ve smogovém mraku. Proto by se těžba ropy měla omezovat a lidé by měli začít přecházet na tzv. alternativní paliva (různé plyny, ethery, estery, alkoholy nebo palivové články).

2 Klasická motorová paliva Pod pojmem klasická motorová paliva si téměř každý představí nejpoužívanější a nejznámější ropné produkty, kterými jsou právě motorová nafta a benzín. A právě tato paliva jsou nejčastěji používána jako zdroj energie pro absolutní většinu dnes používaných dopravních prostředků. Jejich rozšířenost a masivní používáni je zapříčiněno jejich chemickými a fyzikálními vlastnostmi, které je předurčují právě ke spalování ve spalovacích motorech. Obrovskou výhodou těchto paliv je jejich kapalné skupenství, které umožňuje snadnou manipulaci a dopravu. Dají se dobře uskladňovat. Mísí se dobře se spalovacím vzduchem a při jejich spalování v podstatě nevzniká dým ani tuhé zbytky. Motorová nafta a benzín patří do skupiny kapalných paliv uhlovodíkových (frakce petrolej + plynný olej se označuje jako motorová nafta) společně se zkapalněnými plyny – propan, butan a těžkými oleji.[9] 2.1 Benzíny [9] V současné době už jen bezolovnaté automobilové benzíny jsou směsi uhlovodíků vroucí v rozmezí 30 až 215°C získané z ropy destilací a dalšími zušlechťujícími technologickými postupy. Mohou obsahovat přísady zvyšující užitné vlastnosti jako např. kyslíkaté složky, detergentní, antidetonační, antioxidační aj. přísady. Základní kvalitativní parametry tří nejpoužívanějších benzínů jsou uvedeny v tabulce 3 (viz. příloha). Bezolovnaté automobilové benzíny se používají převážně pro zážehové motory silničních motorových vozidel. Nesmějí se používat pro vozidla, která jsou v provozu na pracovištích v -4-

uzavřených prostorách. Bezolovnaté benzíny jsou určené zejména pro moderní typy zážehových motorů vybavených katalyzátorem.S výjimkou bezolovnatého automobilového benzinu Speciál, který je určen jako náhrada olovnatého Speciálu pro starší automobily s netvrzenými ventilovými sedly. Automobilové benzíny se dodávají v železničních a silničních nádržkových vozech případně produktovodem. Při skladování, dopravě a manipulaci s automobilovými benzíny musí být dodržována příslušná zákonná ustanovení (Zákon č. 238/91 Sb., Směrnice MZ ČR, Železniční přepravní řád, ČSN 65 0201, ČSN 65 6060 a další). 2.2 Motorové nafty [9] Motorové nafty jsou směsi kapalných uhlovodíků získávané z ropy destilací a hydrogenační rafinací vroucí v rozmezí 150 až 370°C. Mohou obsahovat aditiva na zlepšení vlastností, jako jsou depresanty, detergenty, mazivostní přísady a inhibitory koroze. Základní kvalitativní parametry motorové nafty jsou uvedeny v tabulce 4 (viz. příloha) Motorové nafty se používají jako paliva pro vznětové motory nebo také jako palivo pro některé typy plynových turbin. Motorové nafty se dodávají v železničních a silničních nádržkových vozech případně produktovodem. Při skladování, dopravě a manipulaci s motorovými naftami musí být dodržována příslušná zákonná ustanovení (Zákon č. 238/91 Sb., Směrnice MZ ČR, Železniční přepravní řád, ČSN 65 0201, ČSN 65 6060 a další). 2.3 Klasická paliva a životní prostředí [10] Klasická paliva, tedy benzín a motorová nafta, jsou v současnosti nejpoužívanějším zdrojem energie v dopravě. A právě jejich spalováním vzniká velké množství škodlivých látek. Tyto látky jsou převážně plynného skupenství. Proto má spalování klasických paliv velký vliv na kvalitu ovzduší. 2.3.1 Znečišťování ovzduší [10] Na znečištění ovzduší se nejvíce podílí silniční doprava, která v roce 1995 vyprodukovala 8993 % škodlivých emisí z dopravy. U železniční dopravy používáním motorové nafty se nejvíce do ovzduší dostaly emise SO2 a prachové částice - kolem 7 %. Tabulka 5: Množství emisí podle vzniku u jednotlivých druhů dopravy v ČR v r. 1995. [10] Druh

CO2

NOx

CO

CxHy

SO2

Olovo

Prach

Silniční (%)

89,5

92,0

93,0

91,9

91,2

92,5

91,5

Železniční (%)

3,9

5,3

2,1

5,4

6,9

0,0

7,5

Letecká (%)

6,1

2,1

4,6

2,1

1,1

7,5

0,0

Vodní (%)

0,5

0,6

0,3

0,7

0,8

0,0

0,9

V roce 1991 došlo k relativně velkému snížení emisí produkovaných silniční dopravou a to nejspíše z důvodů nákupu ojetých automobilů s katalyzátory. Od této doby, ale produkce škodlivých emisí stále roste viz. tabulka 6. Tabulka 6: Množství emisí v ČR v dopravě (v tisících tunách). [10] Rok

CO2

NOx

CO

CxHy

SO2

Olovo

Prach

1990

7333

167

288

22

5,3

0,40

7,8

1991

5974

134

231

17

4,2

0,35

6,0

1992

6877

144

273

19

4,3

0,25

5,7

1993

6762

134

253

18

4,2

0,22

5,1

1994

7033

133

237

17

4,4

0,21

4,5

-5-

Jak je patrné z tabulky 5 spalováním klasických paliv vzniká velké množství plynných škodlivých látek. Je to hlavně: Oxid uhličitý – CO2: Oxid uhličitý nemá přímo vliv na lidské zdraví, ale patří mezi nejdůležitější plyny vytvářející skleníkový efekt. Nejvíce CO2 u nás vyprodukuje právě silniční doprava - téměř 90 %, kdežto železniční doprava jen kolem 4 %. [10] Oxidy dusíku – NOx (konkrétně oxid oxid dusnatý a oxid dusičitý): Jsou jednou z příčin tvorby kyselých dešťů. Způsobují snižování odolnosti vůči virovým onemocněním, bronchitidě a zápalu plic. Největším producentem je se svými 92 % silniční doprava, kdežto emise ze železniční dopravy tvoří jen 5,3 %. [10] Oxid uhelnatý - CO: Způsobuje zpomalování reflexů, zbavuje tělo kyslíku a zvyšuje výskyt bolestí hlavy. V roce 1995 představoval podíl silniční dopravy na celkových emisích z dopravy 93 %, kdežto podíl železniční dopravy byl 2,1 %. [10] Uhlovodíky - CxHy: Benzínové motory vylučují mnohem větší množství těchto látek než odpovídající motory dieselové. Některé uhlovodíky (např. benzen) jsou karcinogenní, jiné způsobují ospalost, dráždění očí a kašel. Ze silniční dopravy pochází téměř 92 % emisí, ze železniční dopravy téměř 6 %. [10] Olovo - Pb: Bylo přidáváno do paliva jako antidetonátor. Je vysoce toxické, zejména pro děti a těhotné ženy. Emise olova z dopravy v současné době klesají, jelikož výroba olovnatých benzínů byla zrušena. Nepatrné množství olova je ale stále v benzínech obsaženo. [10] Ozón - O3: V přízemní vrstvě ničí vegetaci a poškozuje některé druhy materiálů. Ovlivňuje rovněž zdraví a způsobuje dráždivý kašel, dráždění plic a očí apod. Největší koncentrace jsou v poledních a odpoledních hodinách ve velkých městech a v průmyslových aglomeracích. [10] Prachové částice: Hlavním zdrojem jsou dieselové motory. Z chemického hlediska jde o různorodou směs organických a anorganických látek. Jsou potencionálně karcinogenní. Silniční doprava tvoří 91,5 % celkových emisí těchto částic z dopravy a železniční doprava 7,5 %. [10] Z tabulky č.7 je zřejmé, že doprava na celkovém množství emisí nejvíce přispívá emisemi oxidů dusíku a uhlíkatých sloučenin jako je oxid uhelnatý a uhlovodíky. Velmi nepatrné hodnoty jsou u oxidu siřičitého. [10] Tabulka 7: Podíl emisí z dopravy na celkovém množství v ČR. [10] Rok

CO2

NOx

CO

CxHy

SO2

Prach

1990

4,5

23,9

29,7

12,6

0,28

1,22

1991

3,8

20,6

20,6

9,9

0,24

1,00

1992

4,8

22,8

24,6

12,5

0,28

1,13

1993

4,9

26,9

25,1

12,0

0,30

1,14

1994

?

36,1

24,2

11,7

0,35

1,28

1995

6,2

46,9

30,5

21,4

0,70

3,40

-6-

3 Bionafta V této kapitole se dostávám k jednomu z alternativních paliv, k jehož výrobě se používá obnovitelný zdroj. To je samozřejmě hned první výhodou a jak se ukáže v průběhu kapitoly, není to výhodou poslední. Avšak bionafta skrývá i mnohé nevýhody, což se posléze dozvíte z následujícího výkladu. Hned na začátku bych rád uvedl tabulku 8 (viz. příloha), se kterou budu v průběhu kapitoly pracovat. K tomu, abyste pochopili, co je to bionafta, je nutné znát přímo její výrobu. Z čeho se vlastně bionafta vyrábí? Při jízdách autem či vlakem jezdíte kolem polí s řepkou olejkou a možná si ani neuvědomujete, že právě z této rostliny se získává mnoha úpravami palivo, kterému se říká bionafta. Formulace je však trochu nepřesná, protože bionafta je směs nafty a methylesteru řepkového oleje, ale to bych hned na úvod vysvětloval věci, kterými se budu zabývat později. Nyní se podívejme na problematiku řepkového oleje.

3.1 Řepkový olej [6] Ze semen ozimé řepky se lisuje řepkový olej, jehož lze při hektarového výnosu 2,6 t dosahovaného v ČR získat přibližně 0,98 t. Takové množství oleje odpovídá z energetického hlediska 0,86 t motorové nafty. V tabulce 8 (viz. příloha) můžete zjistit některé důležité vlastnosti rafinovaného řepkového oleje. Jak je vidět, řepkový olej má vysokou viskozitu, což při nižších teplotách nedovoluje jeho použití v naftových motorech s přímým vstřikem paliva, ale pouze v motorech zvláštní konstrukce (např. v motorech se speciálně upravenou vířivou komůrkou nebo v motoru známém pod označením Elsbett). Odpověď na otázku, proč se řepkový olej nedá použít v takových podmínkách v motorech s přímým vstřikem paliva je jednoduchá: olej zanechává velké úsady. Ale problematické je i spouštění studeného motoru, kdy ke spouštění bývá často použita nafta. Tyto důvody vedou k tomu, že řepkový olej dosud nenalezl širší uplatnění jako motorové palivo. 3.2 Estery řepkového oleje Na počátku 90. let vzniklo za podpory vlády v ČR několik provozů, kde se začala vyrábět tzv. bionafta I. generace - 100% methylester řepkového oleje, nazývaný MEŘO, jako alternativní palivo za motorovou naftu. Snahou výrobců bylo, aby čisté MEŘO po menších úpravách pomocí aditiv mohlo být používáno ve vznětových motorech. Byla to sice dobrá myšlenka vzhledem k využití rostlinného oleje, který se může snadno získávat z řepky nebo bobů vypěstovaných našimi zemědělci, ale proti většímu využívání čistého MEŘO hovořily špatné zkušenosti z provozu. Tento upravený rostlinný olej nedosahoval výkonnostních parametrů ropného oleje tj. motorové nafty. MEŘO vykazoval vysokou kouřivost, špatnou filtrovatelnost při nízkých teplotách (bod tuhnutí při -8°C), velmi nízkou kalorickou hodnotu a s ní spojený snížený výkon motoru. Navíc tento druh bionafty vykazoval vysoké poškozování pryžových částí motoru, což znemožňovalo jeho použití ve většině běžných dieselových motorů. Když se k tomu přidá ještě dvojnásobné zvýšení spotřeby motorového oleje, jde o neekonomické využití. V období prvních pokusů nasazení bionafty do běžného prodeje zůstala ještě dodnes v některých lidech velká nedůvěra vůči tomuto palivu. Bionafta se srážela při styku s vodou a její smíchávání s klasickou motorovou naftou většinou znehodnotilo celé palivo. Dopravci a většinou ani prodejci nebyli dostatečně poučeni o „záludnostech“ bionafty a tankovali ji do vozidel bez jakékoli přípravy, což právě u starších a neudržovaných motorů mělo za následek téměř jejich znehodnocení. Jak rychle se bionafta začala používat, tak rychle od ní každý ustoupil a již o ní nechtěl slyšet. Aby projekt ekologického alternativního paliva neupadnul v zapomnění, vzniknul projekt bionafty II.generace (o tomto druhu bionafty je více pojednáno v kapitole o směsných motorových palivech).[6] Na dalších řádcích se máte možnost dozvědět něco více o zpracování řepkového oleje. Pro motory s přímým vstřikem paliva se řepkový olej upravuje esterifikací methylester (MEŘO) -7-

nebo ethylester nasycených mastných kyselin řepkového oleje. Z chemického hlediska mají molekuly esterů menší rozměry než molekuly tuků a z tohoto důvodu mají estery nižší viskozitu a průběh přípravy paliva i jeho samotné spalování ve válci motoru je příznivější než v případě olejů. V tabulce 8 (viz příloha) si opět můžete povšimnout orientačních údajů o methylesteru řepkového oleje. [6] Na uvedeném obrázku je základní technologické schéma výroby MEŘO a jeho komplexního využití, včetně vedlejších produktů.[2] ekologické palivo do vznětových motorů

Metylester (MEŘO) řepkový olej

metanol katalyzátor (KOH, NaOH)

Řepkové semeno

surový glycerin

+ ropné produkty

Vícekomponentní bionafta

palivo do vznětových motorů (ekologické při obsahu MEŘO > 30 % hm.)

konečná úprava, rafinace

řepkové výlisky, šroty

čistý glycerol krmné směsi Nyní si řekneme něco o vzniku škodlivých emisí. Na ty má velký význam hlavně kyslík obsažený v esterech, který zlepšuje průběh spalování v motoru, což vede ve srovnání s naftou k výrazně nižší tvorbě pevných částic. Není to však jen kyslík, který napomáhá vzniku malého množství částic, ale je to i velmi nízkým obsahem síry v methylesteru. Je jasné, že částice s menším obsahem síry jsou méně karcinogenní. Při spalování v motoru je významný též krátký průtah vznícení, který souvisí s cetanovým číslem paliva. V tabulce 8 (viz. příloha) je vidět, že MEŘO dosahuje cetanového čísla 54, zatímco motorová nafta má cetanové číslo pouze 50. V důsledku kratšího průtahu vznícení se zmenší množství paliva shořelého při stálém objemu a hodnoty maximálních tlaků a teplot ve válci motoru jsou, hlavně na počátku spalovacího procesu s MEŘO, nižší. Snížení emisí oxidů dusíku (NOx) ve srovnání s naftou má příčinu v tom, že se zkrátila doba trvání vysokých tlaků a teplot. Proti příznivému vlivu kratšího průtahu vznícení na tvorbu NOx působí -8-

pravděpodobně vliv kyslíku obsažený v palivu a k snížení tvorby NOx tudíž nedochází. Přínosem kratšího průtahu vznícení je u MEŘO nižší tvorba nespálených uhlovodíků. Byla provedena i srovnávací měření škodlivých výfukových emisí nepřeplňovaného vznětového motoru bez katalytického reaktoru. Jejich cílem bylo ověření základních vlastností MEŘO, hlavně jeho vliv na množství škodlivin obsažených ve výfukových plynech. Srovnání bylo mezi motorovou naftou a MEŘO od několika různých výrobců. Výsledky měření přinesly některé důležité skutečnosti. Byl to hlavně pokles výfukových emisí CO na zhruba 95 %, výfukových emisí CH na 80-85 %, vzrůst výfukových emisí NOx na 105-110 % a snížení obsahu pevných částic ve výfukových plynech na 48-70 %.[6] Mnoho odborníků se shoduje v tom, že MEŘO má hlavní přínos ve vytvoření rovnováhy CO2 v přírodě. Produkce oxidu uhličitého při spalování odpovídá jeho spotřebě při fotosyntéze. Pro životní prostředí je přínosné, že paliva, která jsou získávána převážně z rostlinné produkce, nezvyšují obsah CO2 v ovzduší a tudíž nedávají příčinu ke vzniku skleníkového efektu v atmosféře. Shrňme si hlavní výhody MEŘO do několika vět. Vzhledem k biologické odbouratelnosti je tomuto palivu přiřazena nižší sazba DPH 5 %‚ čímž se značně snižuje konečná prodejní cena pro spotřebitele. I základní cena pro plátce DPH je výhodnější, než u motorové nafty. Bionafta má vysokou mazací schopnost (je mastnější než motorová nafta) a tím snižuje opotřebení motoru a prodlužuje životnost vstřikovacích jednotek. Mazací schopnost nafty je zvláště důležitá, protože některé části motoru jsou mazány přímo naftou a ne motorovým olejem, zvláště rotační vstřikovací čerpadla, kde jsou veškeré jeho pohyblivé části mazány naftou. Bionafta nevyžaduje žádné zvláštní podmínky pro uskladnění. Lze ji skladovat ve stejných zásobnících jako motorovou naftu. Bionafta při spalovacím procesu lépe shoří a tím výrazně snižuje kouřivost naftového motoru, množství polétavých částic, síry, oxidu uhličitého, aromatických látek a uhlovodíků vůbec. Díky svému složení je bionafta odbouratelná do 21 dnů a je tudíž vhodná mimo jiné i do provozů, kde hrozí kontaminace půdy pohonnými látkami, tj. zejména do zemědělské a lesní výroby, při pracích ve vodohospodářských ochranných pásmech apod. Bionafta je považována za tzv. čistič - má schopnost uvolňovat karbon a dokonale čistit motor a celý palivový systém a tím zabránit zadření motoru a zanášení palivových filtrů. Při delším používání bionafty je zajištěna v motoru i palivovém systému čistota a tím i delší životnost. [6] MEŘO má však i své nevýhody. Oproti naftě je to hlavně agresivita vůči součástkám, které jsou vyrobeny z pryže (hlavně se jedná o hadice a těsnění), a některým lakům a barvám, dále se při použití MEŘO tvoří velké úsady v motoru a jeho palivovém systému, což má za následek hlavně nepříznivé ovlivnění funkce palivových filtrů a vstřikovacích trysek, motorové oleje se rychleji znehodnocují (je to vlivem metanolu obsaženém v MEŘO v době, kdy se motor používá nezahřátý na provozní teplotu), vede to samozřejmě k častější výměně olejů, problémy se ale objevují i při provozu (při spouštění motoru). Také skladování MEŘO, zejména při nízkých teplotách, je jednou z hlavních nevýhod. Při používání MEŘO se snižuje výkon motoru o 10 % a poslední nevýhodou je vysoká výrobní cena MEŘO, která závisí na technologii výroby (je skoro děsivé, že náklady na výrobu 1 litru MEŘO jsou nejméně 3krát vyšší než náklady na výrobu motorové nafty). Před přechodem na bionaftu je nutné vyčistit palivový systém od vody a usazenin a provést kontrolu motoru. Náhlý přechod na bionaftu bez přípravy by mohl uvolněním nečistot zanést filtry, v horším případě i poškodit motor. U strojů s požadovaným vyšším výkonem je nutné počítat se ztrátou na výkonu motoru max. do 2 % a se zvýšením spotřeby max. do 3 %. Toto navýšení je však minimální vzhledem k ceně bionafty. Bionafta, respektive její rostlinná část je velmi náchylná na vodu, proto je nutné vyčistit palivový systém od vody a pravidelně jej kontrolovat. Při skladování bionafty je nutné zajistit čistotu skladovacího prostoru a chránit bionaftu proti styku s vodou. Bionaftu se nedoporučuje příliš dlouho skladovat, protože by se rostlinná část mohla začít rozkládat. [6]

-9-

3.3 Směsná motorová paliva [6] To byly tedy hlavní nevýhody používání MEŘO, ale nejsou to jediné. Vzhledem k tomu se začala vyrábět tzv. „bionafta druhé generace“. Je to směsné motorové palivo, které má hlavní složku motorovou naftu a zbytek tvoří právě menší množství MEŘO. Dvě normy ČSN z roku 1998 předepisují minimální obsah MEŘO v motorové naftě a rozdělují tak směsná paliva na dva druhy. Norma ČSN 65 6508 udává, že by směsné palivo mělo obsahovat minimálně 30 % hmotnosti MEŘO, norma ČSN 65 65509 uvádí minimálně 5 % hmotnosti. V tabulce 8 (viz. příloha) máte uvedeny vlastnosti paliva s 30 % MEŘO. Docela logicky si můžete domyslet, že palivo s 5 % MEŘO má vlastnosti dosti podobné motorové naftě. Nyní bych uvedl některé názvy motorových paliv s obsahem 30 % MEŘO, které jsou k dostání na trhu pohonných hmot: Seta Diesel, Natur Diesel ND 21, Natur Diesel ND 22b, BIOPAL 22, BIOSTER M, Diesel-Economic 96, EKOPAL I, EKOMIX, Diesel SP 96 EKO. Podle tohoto pramene se směsné palivo s obsahem 5 % MEŘO v ČR pravděpodobně nevyrábí. I s palivem, které obsahuje 30 % MEŘO, bylo provedeno několik zkoušek na základě předpisů EHK 24 a EHK 49. Výsledky jsou trochu jiné než u čistého MEŘO, ale v konečném porovnání dosti podobné. Po přechodu z motorové nafty na bionaftu druhé generace se snížil výkon motoru, ale zároveň se o 5 % zvýšila měrná spotřeba paliva. Došlo ke snížení obsahu CO, uhlovodíků a pevných částic a opět se zvýšil obsah NOx ve výfukových plynech o 5-10 %. Takovou zajímavostí je, že pro používání směsných motorových paliv s obsahem MEŘO vyšším než 5 % je potřebný souhlas výrobce motorů. Tuto skutečnost předepisuje vyhláška Ministerstva dopravy a spojů ČR č. 102/1995 Sb., o schvalování technické způsobilosti a technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích, ve znění pozdějších předpisů. Závěrem bych uvedl, že v rámci zemědělské politiky ČR se počítá s využitím asi 0,5 mil. ha zemědělské půdy pro pěstování rostlin, které budou určeny pro výrobu motorových paliv. Pro vznětové motory jsou vhodnější biopaliva na bázi řepkového oleje, pro zážehové, motory jsou pak vhodnější paliva na bázi ethylalkoholu. 3.4 Bionafta v EU [13] Je všeobecně známo, že snaha České republiky vstoupit do Evropské unie je velká. I v dopravě se však bude muset počítat s tím, že do roku 2005 by měla být povinným palivem právě bionafta. Je to však pouze spekulace, protože toto opatření má hodně příznivců, ale i odpůrců. Evropská unie se bude snažit postupně „donutit“ členské země, aby nahradily část spotřeby ropných paliv. EU připravuje direktivu, která zaváže členské země nahradit část spotřeby klasických ropných paliv palivy z obnovitelných zdrojů. Hnacím motorem pro schválení této direktivy je jednak snaha o částečnou nezávislost evropského trhu na importu ropy a především naplnění tzv. Kjótského protokolu, který předpokládá významné snížení znečištění ovzduší především skleníkovými plyny. Jako alternativní pohon přichází v úvahu zatím jenom bionafta, protože paliva nazývaná souhrnně jako lihobenzíny jsou nevýhodná hned z několika hledisek a to z technického, ekonomického a dokonce ekologického. Ač se to nezdá, klíčovým bodem direktivy se stal způsob, jakým má být direktiva naplněna v praxi. Velké společnosti a rafinerie se snaží docílit toho, aby se příměs bionafty v naftě stala „povinnou“. Tedy, aby se u čerpacích stanic v roce 2005 prodávala směs nafty s obsahem 2% MEŘO, která se do nafty namíchá již ve výrobě. Naopak opozici v tomto sporu tvoří zástupci nezávislých obchodníků (UPEI, u nás SČS), kteří prosazení tohoto přístupu odmítají. Zákonitě by totiž vedl k likvidaci výrobců směsné bionafty a pravděpodobně i menších výrobců MEŘO. Proto prosazují takzvanou „volnou“ alternativu. Vedle klasické nafty se zachová výroba subvencované 100% nebo 31% bionafty v takovém objemu, aby ve výsledné bilanci spotřeby nafty v té které zemi byla dodržena hranice podílu 2% MEŘO.

- 10 -

3.5 Kvalita bionafty [13] Na konci tohoto povídání o bionaftě bych rád seznámil čtenáře s jedním z hlavních výrobců tohoto alternativního paliva v České republice a o označení, pod kterým je možné bionaftu zakoupit na trhu paliv. Nakonec bych se chtěl vrátit k nesporným výhodám, které používaní bionafty jako paliva přináší a budu se snažit vyřešit otázku toho, proč lidé ustupují od používaní této alternativy. Pod jménem Naturdiesel se skrývá plně aditivované moderní palivo pro všechny dieselové motory. Bionaftu s ochrannou známkou Naturdiesel vyrábí společnost ADW Bio, a. s. se sídlem v Sedleci u Náměště nad Oslavou již od roku 1994 a tato společnost se řadí mezi přední výrobce bionafty v ČR. Ekologické palivo s obchodním označením Naturdiesel si za dobu svého trvání získalo celou řadu příznivců, nejen na čerpacích stanicích, ale rovněž i u dopravců a zemědělců. Je zvláštní, že i přes to, že bionafta je bezesporu jedním z nejlepších ekologických paliv, zákazníků majících zájem o její používání ubývá. Zajímavostí je i to, že je jich hodně z řad zemědělců, kteří si tímto krokem neuvědomují, že škodí sami sobě. Tato situace možná vzešla z toho, že ne všichni výrobci, kteří se produkcí a zpracováním bionafty zabývají, dokáží kvalitní palivo vyrobit. Neznamená to jen smíchat několik surovin dohromady. Právě díky tomu někteří prodejci zahraniční zemědělské techniky odmítají převzít garance za používání bionafty. Ale výrobci v zahraničí, například v Německu, neznají pojem směsná bionafta. Převážně se totiž v zahraničí pod pojmem bionafta rozumí 100% MEŘO. Teď se konečně dostávám k tomu, co už bylo výše popsáno, a to jsou právě ony výhody, které bionafta bezesporu má. Podle vyjádření Ústavu paliv a maziv nepřináší používání bionafty žádné negativní vlivy ani na motorech ani na vstřikovacích čerpadlech. Zemědělci by však měli dbát na některé rady, např. neponechávat v nádržích zemědělské techniky bionaftu při delších odstávkách, používat pouze kvalitní palivo s atestem, nikdy ne 100% MEŘO bez atestu. Před odstavením techniky je nutno vyprázdnit nádrž s bionaftou a motor nechat proběhnout na klasickou motorovou naftu. Pokud se budou uživatelé bionafty držet těchto rad a najdou si kvalitního dodavatele s kvalitní bionaftou, nemusí se vůbec obávat jezdit na toto palivo. Před časem byly prováděny zkoušky paliva na motorech vozů Škoda Octavia a Fabia, které potvrdily, že není prakticky podstatného rozdílu při provozu na motorovou naftu a bionaftu. Oba zmíněné vozy mají výrobcem schválen provoz na bionaftu. Naturdiesel prošel určitým stádiem vývoje až dospěl do dnešní výrobcem garantované stabilní kvality. Palivo splňuje požadavky normy ve všech zkoušených parametrech, za zmínku stojí velmi nízký obsah vody a nízké číslo kyselosti. Z nízkého obsahu popela lze odvozovat, že methylestery byly dobře zbaveny zbytků katalyzátoru a neobsahovaly ani jiné minerální látky. Lze jen konstatovat, že ve zkoušených parametrech splňuje palivo i požadavky ČSN EN 590. To znamená, že bionafta Naturdiesel je palivo, kterému je možno důvěřovat a bez obav jej používat. Výrobce Naturdieselu dokonce zajišťuje veškerý servis pro své zákazníky a na palivo poskytuje garance. A úplně nakonec se podívejme na to, kde se vlastně bionafta pod označením Naturdiesel dá koupit. Je to na mnoha čerpacích stanicích v celé ČR. Mezi největšími prodejci jsou sítě čerpacích stanic Slovnaft, Agip, Avanti a další. Velkým distributorem Naturdieselu je také společnost OMV.

- 11 -

4 Zemní plyn [13] Benzínové a naftové spalovací motory ještě patrně nějaký čas zůstanou jedinými masově rozšířenými pohonnými jednotkami automobilů. Neznamená to ovšem, že bychom nemohli hledat určité alternativy k současným pohonným hmotám, tedy k benzínu a naftě. Stále musíme mít na mysli, že světové zásoby ropy nejsou nevyčerpatelné a také se musíme snažit o udržení alespoň stávajícího životního prostředí. To, že je životní prostředí z emisí výfukových plynů namáháno jsem už předeslal v kapitole o ropě, kde byla řeč o složení a nečistotách v ropě a dále je problému znečištění věnována i část kapitoly o klasických motorových palivech. Právě jednu z alternativ představuje pohon na zemní plyn. Je to aspoň do doby, než se vymyslí nějaké přijatelnější použití vodíkových článků, o nichž se dozvíte v jiné kapitole. Na začátku si položme otázku, co je to vlastně zemní plyn a jaké má složení. Je to směs, která je tvořena z 85 % methanem (CH4, což je jednoduchý uhlovodík, který je bez barvy a bez zápachu, je hořlavý a se vzduchem výbušný, vyskytuje se v přírodě, i jako bahenní či důlní plyn), z 10 % dusíkem a oxidem uhličitým a z 5 % vyššími uhlovodíky. Zemní plyn používající se k pohonu automobilů lze ještě dále dělit na stlačený zemní plyn, který je znám spíše pod anglickou zkratkou CNG (Compressed Natural Gas), a zkapalněný zemní plyn, který se označuje již méně známou zkratkou LNG (Liquified Natural Gas). CNG bývá v zásobníku vozidla stlačen až na tlak 200 bar, naopak k dosažení kapalného stavu je zapotřebí teplota –162°C. Jen pro zajímavost, zkapalněním se původní objem zemního plynu zmenší asi šestkrát. Musíme dát pozor na to, abychom kapalný zemní plyn nezaměnili s kapalnou směsí propanu a butanu, která je nám známa pod zkratkou LPG . Na rozdíl od zemního plynu je směs propanu a butanu těžší nežli vzduch a tak se usazuje při podlaze. Z toho plyne i hlavní důvod, proč vozidla s pohonem LPG mají zakázaný vjezd do mnoha podzemních garáží. A ještě jednou si musíme dát pozor. Něco jiného je bioplyn. Skládá se sice také z methanu, ale vzniká tlením a kvašením organických hmot bez přístupu vzduchu. Využitelnost bioplynu je sice srovnatelná se zemním plynem, ale má jednu velkou přednost a tou je získávání energie z hlediska CO2 neutrální. Každý alternativní pohon má své klady, ale i své zápory a o tom bych teď chtěl čtenáře seznámit. I když v případě zemního plynu jde také o fosilní energii, jsou emise ve výfukových plynech takto poháněných spalovacích motorů výrazně nižší než u stejného agregátu, kde je pohonnou látkou benzín. Je to způsobeno tím, že zemní plyn je tvořen převážně methanem a tak je velice „čistým“ palivem. V praxi je produkce CO2 u vozidel na zemní plyn o více než 20 % menší než u vozidel jezdících na benzín. A to nezmiňuji saze a oxid siřičitý, které lze v případě zemního plynu takřka zanedbat. Další výhodou je to, že provoz na zemní plyn je levnější než na benzín a to je v dnešním světě plným teroristických útoků a válek na Blízkém východě více než postačujícím argumentem. Vždyť ceny ropy se za nějakou dobu mohou pohybovat ve výškách, které si nyní ani nedovedeme představit. Oproti benzínu bychom ušetřili 40-60 %, oproti naftě asi 20 %. Takové ceny jsou hlavně zapříčiněny daňovým zvýhodněním zemního plynu. Jenže jako každá mince má svou druhou stranu, i použití zemního plynu jako alternativního paliva sebou přináší určité nevýhody. Prvním problémem je malá dojezdová vzdálenost vozidel, které používají jako pohonnou látku právě zemní plyn. Objem plynové nádrže je 80 litrů a automobil je s plnou nádrží schopen ujet pouze 200-300 km. To je skutečně velmi málo, protože to odpovídá množství energie ve zhruba 20 litrech benzínu. V úvahu musíte vzít také fakt, že síť čerpacích stanic pro tento pohon je velice řídká a to dokonce i v zemích, kde se zemního plynu více využívá. Konstruktéry takových vozidel vede tato skutečnost

- 12 -

k tomu, že se automobily vybavují přepínacím tlačítkem a vozidlo má tak kromě pohonu na zemní plyn i tzv. bivalentní pohon na benzín (ozn. Bi-Fuel). Někoho by mohlo napadnout, proč by nebylo možné tankovat zemní plyn do automobilu přímo doma. Samozřejmě by to vyžadovalo instalaci speciálního kohoutu přímo na potrubí zemního plynu, ale tento nápad je v současné době nerealizovatelný. Položme si další otázku, zda se vyplatí přestavba na zemní plyn. U nás s takovou přestavbou zkušenosti nejsou. Podle zahraničních odborníků se ale přestavby na zemní plyn jako pohonné látky nevyplatí. Nezabývejme se nyní určitými administrativními problémy a otázkou ztráty záruky, ale podívejme se hlavně na nevýhody jako jsou poměrně vysoké náklady spojené s přestavbou a také stále diskutovaná ztráta části vnitřního prostoru, zejména zavazadlového, která je nevýhodou i u pohonu LPG. Trochu něco jiného je, když je automobil na dvojí pohonnou hmotu připraven přímo od výrobce. O tom bude zakrátko pojednáno. Přesto v Evropě existují firmy, které se zabývají přestavbami na zemní plyn. Jejich sídla jsou hlavně v Německu. I automobilka Ford založila speciální firmu CNG-Technik GmbH/Mainz. Ta vyrábí pro modely Ford příslušné přestavovací soupravy. Opět uvedu takovou světovou zajímavost: různé německé plynárenské společnosti podporují pořízení vozu na zemní plyn speciálními šeky v hodnotě až 5000,- DM. 4.1 Pohon na zemní plyn u konkrétních vozidel [13] Jedním z průkopníků a velkých vyznavačů automobilů na pohon zemním plynem je švédský gigant – automobilka Volvo. Na konci loňského roku uvedla na trh další dva modely s tovární úpravou, která umožnila používání obě pohonné hmoty, tedy tradiční benzín i zemní plyn. Jen pro upřesnění, jedná se o kombi V70 a limuzínu S80 Bi-Fuel. Výhodami jsou automatizované přepínání z jednoho pohonu na druhý, aniž byste cokoli registrovali, a dále umístění nádrží pod vozidlo, čímž se takřka neomezí vnitřní prostor vozu. Teď uvedu trochu nezbytných technických vlastností. Oba vozy jsou poháněny řadovým zážehovým pětiválcem 2,4 l. Motor je upraven tak, že mezi výkonem při pohonu benzínem nebo zemním plynem není žádný rozdíl. V obou případech činí 102 kW. Při pohonu na zemní plyn je jen o něco menší točivý moment, což má vliv hlavně na akceleraci vozu. V případě benzínu vozidlo akceleruje z 0 na 100 km/h za 10,5 s, v případě zemního plynu jen o 0,5 sekundy déle. Shodná zůstává maximální rychlost 205 km/h. Důležitým technickým parametrem je i spotřeba. Ta činí u pohonu na benzín 8,6 l/100 km, u zemního plynu 7,5 m3/100 km. A asi nejužitečnější informace je o ceně. Před rokem stálo Volvo V70 59 262,DM a Volvo S80 6 435,- DM (cena není ještě uvedena v Euro, protože na konci roku 2001 neplatila jednotná evropská měna). Technici automobilky Volvo jsou za jedno v tom, že se Bi-Fuel vyplatí při ročním proběhu 11 200 km a je-li vozidlo drženo po dobu tří let. Platí zde i podpora plynárenských společností. V Bavorsku dostal každý kupec prvního vozu s pohonem na zemní plyn šek na bezplatné tankování ve výši 1500,- DM. Nyní bych rád uvedl konstrukční provedení vozů s pohonem na zemní plyn. Stále se budu držet značky Volvo. Automobily mají pod podlahou tři nádrže z kompositu hliník/uhlíková vlákna. Dvě jsou menší s obsahem 12,5 litru a jedna větší s obsahem 75 litrů. Největší z nich je umístěna až za zadní nápravou. Navzdory jejich různým obsahům jsou stavěny na stejný tlak 200 bar, což nám říká, že se do velké nádrže při daném tlaku vejde 23 normovaných m3 zemního plynu. Takové umístění nádrží způsobí to, že zavazadlový prostor není téměř dotčený, jediné, co ho ještě zmenšuje je místo pro rezervní kolo. I tankování plynu je jednoduchou záležitostí, protože plnicí hrdlo nádrže je hned vedle benzínového. Benzínová nádrž je o dost menší než u běžných modelů Volvo, jen kolem 30 litrů, ale nelze ji samozřejmě při konstrukci do automobilu vůbec nedát. Při vaší návštěvě - 13 -

třeba Španělska byste se mohli divit, protože v této zemi nejsou prakticky žádné čerpací stanice na zemní plyn. Je škoda, že Bi-Fuel Volvo má akční rádius značně snížen. S plnými nádržemi plynu i benzínu ujede jen 500 km. V tuto chvíli je to největší slabina vozu na dvě pohonné alternativy. Záleží již jen na uživateli, zda dá přednost úspoře peněz nebo úspoře času tím, že nebude muset trávit každou chvíli minuty u čerpacích stanic. S pohonem na alternativní pohon zemním plynem nepřišla jen automobilka Volvo. Jedním z průkopníků při konstrukci vozů na zemní plyn je i italská automobilka Fiat. V Itálii jezdí na zemní kolem 400 tisíc automobilů. Fiat vyrábí provedení vozů buď čistě na zemní plyn, nebo i kombinaci zemní plyn-benzín. Další automobilkou je Ford, o které již byla řeč. V Německu je možné si nechat přestavět na zemní plyn modely Ka, Fiesta, Focus a Galaxy. Ford se také snaží zabezpečit přestavbu užitkových vozidel. Z německých automobilek se pohonem na zemní plyn zabývají Volkswagen a Opel. U modelů VW Golf a VW Golf Variant je dokonce cena srovnatelná se stejně výkonnými modely se vznětovými motory. Automobilka Opel předvedla v červnu 2001 vůz Zafira 1,6 CNG. Tento automobil má čtyři ocelové nádrže o celkovém objemu 111 litrů na zemní plyn umístěné pod podlahou. Takové umístění nádrží (2 před a dvě za zadní nápravou) vytlačilo ze své obvyklé pozice rezervní kolo, místo něhož budete mít pouze utěsňovací přípravek. Vůz má i záložní benzínovou nádrž s objemem 14 litrů. Opel uvažoval o CNG i u modelu Astra Caravan. 4.2 Podpora plynofikace autobusů MHD [13] Teď si dovoluji zařadit kapitolu o vývoji myšlenek zavést pohon na zemní plyn i v městské hromadné dopravě. Půjde hlavně o dotace a problémy spojené právě s pohonem CNG, které už v určité míře byly citovány výše. V oblasti plynofikace dopravy od roku 1999 sice existoval Program 5.3. Státního fondu životního prostředí (SFŽP) na podporu vybudování infrastruktury ekologizované městské hromadné dopravy, ten však byl zaměřen pouze na výstavbu plnících stanic. I přesto, že byl o dotace zájem, za tři roky existence uvedeného programu nebylo bohužel ani v jednom případě o ně zažádáno. Důvod nezájmu byl naprosto jasný. Jedním z hlavních argumentů dopravních podniků proti převodu autobusů na zemní plyn je totiž jejich vyšší pořizovací cena oproti verzím naftovým. Proto Ministerstvo životního prostředí ČR se vcelku pružně rozhodlo změnit zaměření programu. Nový Program 5.3., který je nyní zaměřen na podporu nákupu plynových autobusů, umožňuje zájemcům využitím zemního plynu v městské autobusové dopravě získat dotaci až 900 tisíc Kč na jeden autobus. To je maximální rozdíl ceny plynové a naftové verze. Finančních prostředky budou na dotace čerpány ze Státního fondu životního prostředí. Odborníci na ministerstvu si od nově koncipovaného programu podpory plynofikace MHD slibují oživení zájmu ze strany provozovatelů městských autobusů. Nový program napomůže jak stávajícím provozovatelům plynových autobusů při obnově jejich, často již značně zastaralého, vozového parku, tak i městům nebo dopravním podnikům plánujícím přechod na ekologickou městskou dopravu. Důkaz, že nový program by mohl být užitečný, podaly města Karlovy Vary, kde je zájem o dvacet autobusů, a Plzeň, kde je zájem dokonce o třicet autobusů. Osobní a užitková vozidla dotacemi nejsou podporována. Zde je potřeba dobře počítat. Jednou z hlavních výhod zemního plynu je jeho nízká cena. A to nejen vůči benzínu, ale i LPG. Náklady na přestavby osobních vozidel se pohybují okolo čtyřiceti tisíc korun. Avšak díky nízké ceně CNG se vrátí po ujetí 40 000 km. Náklady na ujetí jednoho km při současných cenách produktů činí u benzínu 1,95Kč, v případě CNG pak pouze 0,76 Kč. Jedním z hlavních důvodů pomalého prosazování užití zemního plynu pro pohon vozidel v České republice je doposud malý počet veřejných rychloplnicích stanic zemního plynu. Ty - 14 -

stlačují zemní plyn z distribuční sítě a plní jím tlakové nádoby ve vozidlech na provozní tlak 20 – 22 MPa. Velké rychloplnicí stanice jsou finančně velmi náročné, s dlouhou dobou návratnosti a určitým rizikem, zda se předpoklad plynofikace vozidel naplní jak v čase, tak v počtu. Jejich cena je minimálně 5 milionů Kč, u CNG stanic pro autobusy to jsou již desítky milionů Kč. Kromě nich se ve světě používají již více než 10 let také malé, pomaloplnicí stanice. Malé domácí plnicí stanice mají výhodu v rychlé době pořízení, mohou být instalovány všude tam, kde je zaveden zemní plyn. Pomaloplnicí zařízení jsou vhodná především pro osobní a lehké nákladní automobily, které parkují na stálém místě a nejezdí nepřetržitě. V Kanadě a USA jsou využívána i pro některá speciální vozidla – vysokozdvižné vozíky nebo rolby ledu na zimních stadionech. Společnosti s velkým počtem vozidel na zemní plyn (např. pošty, zásobovací firmy, plynárenské společnosti) používají ve svých areálech až desítky malých čerpacích stanic na zemní plyn. FuelMaker je možné doplnit o tlakové zásobníky plynu a výdejní stojan, což umožní rychlé plnění. U této varianty je počet vozidel omezen kapacitou zásobníků a dobou potřebnou k jejich doplnění. Tato varianta je proto vhodná v začátcích plynofikace dopravy, kdy počet vozidel na zemní plyn je nízký a nevyplácí se zatím stavět rychloplnicí stanici. Síť čerpadel CNG, kterých je v republice v tuto chvíli deset, by měla postupně zhoustnout. Kromě již stávajících čerpacích stanic se uvažuje o otevření „pumpy“ v Karlových Varech a Českých Budějovicích. Jak je vidět, bude ještě nějaký čas trvat, než pohon CNG ovládne nejen dopravu jako celek, ale i třeba jen městskou hromadnou dopravu. Ve vztahu k životnímu prostředí je samozřejmě zemní plyn menší zátěží, než třeba benzín. To by měl být první důvod, proč by se hlavně ve velkých městech, kde je doprava zajišťována hlavně autobusy, mělo přecházet na tuto alternativu. Nezbývá než věřit, že lidé dají přednost lepšímu vzduchu ve svých sídlech před finančním zatížením, které přináší přestavba na pohon CNG.

- 15 -

5 Propan – butan (LPG, PB) Použití propan-butanu, nebo technického propanu či technického butanu se propaguje v posledních letech, nejedná se však o nový objev. Propanbutanová směs, v zahraničí označovaná jako Liquefied Petroleum Gas (LPG), se používala pro pohon motorových vozidel u nás i ve světě již dříve, zejména v období druhé světové války a po ní, kdy byl nedostatek benzinu. 5.1 Vlastnosti a výroba LPG Propan-butan je směs uhlovodíků, která je za normálních podmínek v plynném stavu. Tuto směs lze ale poměrně snadno ochlazením nebo stlačením převést do stavu kapalného, čehož se také s výhodou využívá. Propan-butan je plyn charakteristického zápachu, je nejedovatý, ale nedýchatelný. Základní vlastnosti propan-butanu vycházejí z vlastností jeho složek, tedy propanu a butanu viz. tabulka 9 (obsažena v příloze). [1] Pro pohon motorových vozidel se tedy používá s výhodou směs propanu s butanem čili tzv. LPG. Pro lepší vlastnosti v zimním a letním období se na tato období vytváří jiná směs propan-butanu. A to v zimním období 60% propanu a 40% butanu a v letním období 40% propanu a 60% butanu [1]. Tím se dosahuje lepších vlastností za nízkých popř. vyšších teplot. Do propan-butanu se dále mohou přimíchávat i další látky zlepšující jeho vlastnosti. Konkrétní požadavky, které musí LPG jako zkapalněný ropný plyn splňovat, stanoví norma ČSN EN 589 viz. tabulka 10 (obsažena v příloze). [9] Propan-butan se získává z rafinérských plynů, ze zkapalněných podílů zemního plynu, při stabilizaci benzínu, vzniká při krakovacích a hydrogenačních procesech, při hydrogenaci uhlí apod. Složení propan-butanu se může měnit podle místa vzniku. Někdy se do něj mísí i nenasycené složky –ethylen, propylen, buten a butadien. [3] 5.2 Použití LPG [1] LPG se používá pro pohon zážehových motorů. Přestavba motoru na pohon LPG není nijak složitá a může být použit princip dvoupalivového systému, takže automobil může používat jak LPG, tak benzín. LPG se tankuje do vozidla v kapalném stavu, což znamená používání tlakových nádob ve vozidle. Tlakové láhve se plní maximálně na 75 – 80%, aby se zabránilo vytvoření velkého přetlaku při ohřátí lahve. Při teplotě –30 °C je přetlak nulový, při teplotě +22 °C je přetlak již 0,5 Mpa. Pro tlakové lahve a tlakové zařízení platí příslušné předpisy o předepsaných intervalech tlakových zkoušek. Tlaková láhev o hmotnosti 53 kg obsahuje asi 46 kg LPG, což je ekvivalentní asi 75 l benzínu. Toto množství má objem za normálních podmínek 22,5 m3. Na 1 kg LPG připadá tedy 53:46 = 1,152 kg zátěže v podobě tlakové láhve. U menších lahví (obsahuje 22 kg LPG) je tento poměr vyšší, až 1,364. Nebo po přepočtu na ekvivalent benzínu je to v prvním případě 0,716 kg a v druhém případě 0,833 kg zátěže na 1l benzínu. Tlaková láhev musí být umístěna nebo upravena tak, aby LPG odcházel v kapalném stavu a vypařoval se až v redukčním ventilu poblíž karburátoru. Jedině tak je zaručeno, že se nebude měnit složení směsi (propan a lehčí plyny by destilovali dříve) a že se tlaková láhev úplně vyprázdní. Je tím také zaručeno, že motor dostane potřebné množství LPG i při velkém zatížení i při nízké venkovní teplotě, kdy přetlak v láhvi klesá. Pokud by se tlaková láhev ochlazovala (obalování jinovatkou), svědčilo by to o tom, že plyn odchází v plynné a nikoliv v kapalné fázi. Návratnost investic pro přestavbu motorového vozidla na pohon LPG závisí na rozdílu cen benzínu a LPG, na počtu ujetých kilometrů za rok apod. Dále je zakázáno používat pro pohon motorových vozidel propan-butan prodávaný pro topné účely, protože se jedná o jiné daňové zatížení. Dále je uvedena přestavba osobního automobilu na pohon LPG. Pochopitelně při změně cen LPG a dalších parametrů, dojde ke změně v nákladech i na návratnosti investic. Přestavbu - 16 -

motorů na pohon plyny smějí provádět jen určené firmy, které mají potřebné technické vybavení a příslušně vyškolený personál. Amatérské úpravy mohou být tragické! Přestavba osobního automobilu (typ Favorit) [1] (ceny v roce 2000) Cena přestavby: 29 000 Kč Spotřeba benzínu na 100 km: 7,6 l Cena zemního plynu: 7,50 Kč / m3 Náklady na 1 km: 0,45 Kč Úspora na 1 km: 0,85 Kč Návratnost po ujetí: 34 000 km Instalace tlakových nádrží je provedena tak aby nedošlo k jejímu porušení při nárazu: ƒ v podélném směru: 20g ƒ v příčném směru 8g Použití LPG pro pohon motorových vozidel má pozitivní vliv na složení výfukových plynů. Množství CO, NOX a CnHm je nižší až o polovinu v porovnání s benzínem. 5.3 Klady a zápory pohonu aut propan-butanem (LPG) [11] Pohon LPG láká, protože plyn stojí zhruba polovinu co srovnatelné množství benzinu, přičemž spotřeba při použití LPG se zvedne pouze asi o tři až deset procent a výkon klesá o zhruba pět až sedm procent. Má to i další výhody. Při tomto pohonu se prodlužuje životnost motorového oleje, který si na rozdíl od působení tradičních paliv - lépe a déle udržuje potřebné vlastnosti. V motoru se nevytvářejí karbonové usazeniny, čímž se jeho životnost prodlužuje. Plynový pohon produkuje čistší výfukové plyny. Motor nevylučuje dým, prach, saze, oxidy síry, olovo a jiné látky, jako benzin či nafta, a vytváří méně oxidu uhelnatého a nespalitelných uhlovodíků. U přestavěného vozu zůstává možnost cestovat na benzin, dvě plné nádrže značně zvětší dojezd vozidla. V ČR je plně postačující síť čerpadel plynu, plyn levnější než benzin lze tankovat i v sousedních zemích. Ve srovnání se zemním plynem je síť čerpacích stanic nesrovnatelně širší. Auta upravená na LPG mají větší dojezd než vozy, které tankují zemní plyn, a přitom mají menší nádrže, úprava auta k pohonu na LPG je levnější než při přestavbě na zemní plyn. Na trhu jsou také auta sériově upravená k pohonu na LPG. Jenže. Úprava automobilu na propanbutanový pohon vyžaduje investici zhruba od 13 000 do 40 000 korun za pořízení a schválení zařízení ve vozidle, u některých typů automobilů je schvalování komplikované. Zmenšení zavazadlového prostoru o palivovou nádrž. Kruhové nádrže místo rezervního kola jsou poslední dobou zajímavým řešením, ale předpisy na povinnosti vozit rezervu v autě trvají. U starších zařízení je třeba počítat s pěti- až sedmiprocentním poklesem výkonu motoru a tříprocentním snížením maximální rychlosti při letně nepatrném a v zimě tří- až desetiprocentním zvýšením spotřeby. Je nutná zvýšená opatrnost při manipulaci a opravách, neboť již dvě procenta plynného LPG ve vzduchu tvoří výbušnou směs. Ve srovnání se zemním plynem, který se v pohonu automobilů rovněž začíná uplatňovat, je LPG těžší než vzduch, a tudíž nebezpečnější při provozu a manipulaci. Ve srovnání se zemním plynem je LPG dražší. U automobilu přestavěného na LPG jsou každoročně - nebo po deseti tisících kilometrech - povinné pravidelné revize. Používat lze jen oficiálně dovezené, schválené a odborně montované zařízení. Výroba LPG je vázána na ropu, což ovlivňuje ceny podobně jako u benzinu a nafty. S automobilem upraveným na plynový pohon je zakázán vjezd do některých podzemních garáží.

- 17 -

6 Vodík Jelikož během několika desítek let budou světová ložiska ropy vyčerpána, začíná se stále častěji hovořit o palivech budoucnosti. Často jmenovaným prvkem na toto téma je právě vodík. Proč zrovna vodík? Vodík se na Zemi nachází v obrovském množství.Ve formě vody, uhlovodíků, či jiných sloučenin. Má velikou výhřevnost a při spalování je mnohem šetrnější k životnému prostředí, než ostatní paliva. Základní vlastnosti vodíku jsou uvedeny v tabulce 11 (viz. příloha). Způsoby využití vodíku v dopravě jsou v současné době základní dva: 1. Spalování vodíku v zážehových motorech. 2. Využití vodíku jako zdroje elektrické energie v palivových článcích. 6.1 Spalování vodíku [8] V porovnání s jinými motorovými palivy pro zážehové motory , např. benzínem, zemním plynem, má vodík následující výrazně odlišné vlastnosti: ƒ malá měrná hmotnost a malý obsah energie v jednotce plynu (obtížné uskladnění na vozidle), ƒ velmi nízká teplota kapalného vodíku (problém uskladnění kapalného vodíku na vozidle), ƒ nízká energie potřebná k zapálení směsi vodíku se vzduchem (sklon k samozápalům), ƒ velmi široké rozmezí zápalnosti směsi vodíku se vzduchem (spalování i velmi chudých palivových směsí), ƒ vysoká rychlost hoření a nízká antidetonační odolnost, ƒ palivová směs vodíku se vzduchem neobsahuje uhlík (spálením nevzniká oxid uhličitý ani uhlovodíky). Vodík je vhodným palivem zejména pro motory zážehové. Přechod na vodík jako palivo samozřejmě vyžaduje určité úpravy motoru. Základním problémem je tvorba směsi se vzduchem. Existuje několik základních řešení tohoto problému, z nichž každý ovlivňuje základní parametry motoru, jako je výkon motoru, spotřeba paliva, množství škodlivých výfukových emisí. Kvalita připravené směsi vodíku se vzduchem totiž ovlivňuje kvalitu spalování směsi ve válci. Z použitelných způsobů tvorby palivové směsi lze uvést: ƒ plynný vodík se přivádí do sání motoru prostřednictvím směšovače, ƒ stlačený plynný vodík se vefukuje do sání motoru elektricky ovládanými ventily, ƒ stlačený plynný vodík se vefukuje do válců motoru elektricky ovládanými ventily, ƒ zkapalněný vodík se vstřikuje do válce motoru elektricky ovládanými ventily. Při tvorbě palivové směsi ve směšovačích, dochází ke vzniku homogenní směsi, ale v důsledku nízké měrné hmotnosti vodíku má náplň válců nízký energetický obsah a měrný výkon motoru je malý. Proto se spíše používá nasávání vzduchu a přivádění vodíku buď v plynné fázi, vefukovacím ventilem, nebo v kapalné fázi vstřikovacím ventilem přímo do válců. 6.1.1 Vliv spalování vodíku na životní prostředí [8] Narozdíl od uhlovodíkových paliv směs vodíku se vzduchem neobsahuje uhlík. Čímž tedy spalováním vodíku nevzniká oxid uhličitý, způsobující nežádoucí skleníkový efekt. Nevzniká ani oxid uhelnatý, nebo pevné částice. Z legislativně limitovaných plynných škodlivin jsou ve výfukových plynech vodíkového spalovacího motoru oxidy dusíku. Množství oxidů dusíku závisí hlavně na přebytku kyslíku, teplotě, tlaku a době zdržení spalin při vysokých teplotách ve spalovacím prostoru. Co se týče exhalací oxidu uhličitého a uhlíkatých sloučenin z vodíkového motoru, ukázaly analýzy, že jsou minimálně o tři řády nižší než u stejně silného

- 18 -

motoru spalujícího benzin, naftu či zemní plyn. Všechny exhalace ve vodíkovém motoru přitom pocházejí z tepelného rozkladu motorových olejů ulpívajících na stěnách válců, popřípadě mazacích a těsnicích turbinových olejů. Nelze však opomenout, že z charakteru hoření, které je u vodíku výrazně rychlejší, vyplývá poměrně vysoká, dle provozních podmínek motoru až o řád vyšší koncentrace nenasycených uhlovodíků (zejména benzenu) ve spalinách. 6.2 Vodík a palivové články [8] Druhý způsob využití vodík jako pohonu dopravních prostředků spočívá v palivových článcích. Vodík se zde neúčastní přímo vytvářením mechanické energie, ale je zdrojem energie elektrické. Ta se potom pomocí elektromotoru převádí na pohybovou energii. Elektřina vzniká exotermní elektrochemickou reakcí samostatného vodíku (stlačeného nebo zkapalněného), nebo vodíku chemicky vyvinutého v automobilu (např. ze zemního plynu, methanolu, benzínu apod.) s kyslíkem (ze vzduchu). Kromě elektřiny vzniká také voda nebo vodní pára a teplo. Nejedná se tedy o spalování paliva, nýbrž o chemickou reakci – opak elektrolýzy. Oproti akumulátorovým automobilům mají palivové články řadu výhod. Hlavními jsou vyšší jízdní dojezd a ekologická čistota (neobsahují těžké kovy jako klasické akumulátory). Technologie palivových článků není nová, již v roce 1839 objevil princip palivového článku anglický profesor Sir William Grove. Převratný pokrok ve vývoji palivových článků však vyvolal až americký vesmírný program NASA. Palivové články se staly zdrojem elektrické a tepelné energie v programech GEMINI a APOLLO. Druhým velkým impulsem pro vývoj palivových článků byla „ropná krize“ v letech 1973 – 1974. 6.2.1 Palivové články Jak již bylo řečeno v palivovém článku reaguje vodík s kyslíkem za vzniku elektrické energie, vody (vodní páry) a tepla. V dopravě se uplatňují palivové články nízkoteplotní s pevným elektrolytem ve formě membrány, kterou mohou prostupovat protony. Článek bývá označován PEM (polymer elektrolyt membrane).Elektrody bývají zhotoveny z niklu nebo ze stříbra a jsou opatřeny tenkou vrstvou platiny sloužící jako katalyzátor. Molekuly vodíku se na anodě rozpadají na dva atomy. Vlivem katalyzátoru předávají disociované atomy vodíku anodě elektrony. Kladný vodíkový iont H+ postupuje elektrolytem ke katodě, kde reakcí s kyslíkem a dvěma elektrony vznikne molekula vody.Reakce probíhá při teplotě přibližně 60 až 100 °C. Elektrické napětí jednoho palivového článku je při zatížení přibližně 450 mA.cm-2 membrány 0,75 V. Pro získání vyšších napětí se články zapojují do baterií. Elektrická účinnost palivových článků dosahuje až 60%. Stejnosměrné napětí vzniklé v článku se v měniči přeměňuje na střídavé a přivádí se do třífázového elektromotoru. Jelikož čistý vodík není zatím zcela běžným palivem, je snaha zkonstruovat palivové články využívající běžná paliva s vysokým obsahem vodíku (zemní plyn, methanol, benzín). Problém je řešen rozkladem ve zvláštním zařízení předřazeném palivovému článku – reformeru. Cílem konstruktérů je umístit reformer do vozidla. To by umožnilo využívat současnou síť čerpacích stanic a přiblížit tuto technologii do praxe. [8] Jednou z firem hodně se zabývající technologií palivových článků je firma Daimler Benz. Jejich první vyrobené vozidlo s tímto pohonem mělo označení NECAR 1 (New Electric Car) a bylo vyrobeno již v roce 1994. Výkon vozu byl 50 kW a maximální rychlost 90 km/h. Obsaditelnost vozu byla dvě osoby. Vývoj vozidel s pohonem pomocí palivových článků probíhá i nyní. V roce 1999 předvedla firma již svůj čtvrtý vůz označený NECAR 4 s výkonem 55 kW a maximální rychlostí 145 km/h a dojezdem 450 km na 5 kg kapalného vodíku. Vývoj takovýchto vozů probíhá i nadále. K firmě Daimler Benz se přidalo i spousta dalších firem (např. Opel). Bohužel zatím vozidla s palivovými články nenalezla širší uplatnění a to hlavně pro svou vysokou cenu. [7]

- 19 -

6.2.2 Palivové články a životní prostředí [8] Samotné palivové články produkují pouze vodu a tak neškodí životnímu prostředí. Do celkového hodnocení vlivu palivových článku (respektive vodíku) na životní prostředí by měla být zahrnuta i veškerá energie potřebná na výrobu vodíku. 6.3 Výroba vodíku [12] V průmyslovém měřítku se vodík vyrábí jednak petrochemickými procesy včetně zplyňování uhlí (90 % produkce), jednak elektrolýzou vody. Do budoucna nelze počítat s výrobou vodíku zplynováním uhlí (zásoby uhlí budou vyčerpány). Za perspektivní postupy se považují: elektrolýza vody, termické štěpení vody a zplyňování biomasy, jmenovitě biomasy odpadní. U elektrolýzy vody je potřeba určité nezanedbatelné množství elektrické energie. A záleží pouze na způsobu výroby elektrické energie, do jaké míry bude výroba vodíku ekologická. Elektrolýzou vody se vzhledem k její energetické náročnosti získávají pouze zhruba 3 % světové spotřeby vodíku. Elektrolýzu vody využívají převážně země s levnou elektrickou energií z vodních elektráren (např. Norsko, Indie, Egypt, Kanada, Peru). 6.4 Ceny vodíku [9] Cena paliva se významnou měrou podílí na provozních nákladech vozidla. Pro porovnání jsou v následující tabulce 12 uvedeny průměrné ceny vodíku, zemního plynu a benzínu v roce 2001. Ceny je nutno považovat pouze za orientační, není zahrnuta spotřební daň a daň z přidané hodnoty. Tabulka 12: Ceny energie ve vodíku, zemním plynu a v benzínu (v roce 2001). Palivo Cena energie /Kč . kWh-1/ H2 vyrobený elektrolýzou H20 - elektrická energie z vodní elektrárny 5 H2 vyrobený elektrolýzou H20 - elektrická energie ze sluneční energie 7 H2 stlačený na 20 MPa dodaný firmou Messer v ČR 8,5 Zemní plyn stlačený na 20 Mpa v ČR 1 Benzín automobilový v ČR 1,4 6.5 Budoucnost vodíku jako paliva [12] Hlavní výhodou vodíku jako paliva je čistota spalování. Pokud se vodík použije v motorech s vnitřním spalováním nebo v palivových článcích, vznikne tepelná, mechanická či elektrická energie a neškodný produkt - voda. Nevznikne odpadní CO2 ani další složky, které jsou průvodním jevem při spalování jakékoliv tuhého, kapalného nebo plynného uhlovodíkového paliva. CO2 je hlavní složkou skleníkových plynů a používání vodíku by mohlo výrazně omezit jeho tvorbu. Základním problémem používání vodíku je ale jeho výroba.Vodík se v pozemských podmínkách téměř nevyskytuje v čisté formě. Neomezené množství je ho ve vodě, krom toho je základem veškerých organických látek, a především je obsažen ve všech uhlovodíkových palivech, která se používají. ƒ

Petrochemické procesy představují 90 % výroby vodíku. Vstupem je uhlovodíkové palivo a tepelná energie, výstupem čistý vodík , CO2 a další, méně podstatné složky. Pokud se bude vodík pro pohon vozidel vyrábět z uhlovodíkových paliv, v globálním měřítku to nebude mít na omezení skleníkových plynů velký vliv. Navíc to bude dražší, než když původní uhlovodíkové palivo spálíme v automobilech rovnou.

ƒ

Elektrolýza vody je ekologicky úplně čistá. Nevznikají při ní skleníkové plyny a kyslík, který se vyrobí zároveň s vodíkem, bude mít dobré průmyslové využití. Tento způsob výroby vodíku lze však chápat jako akumulátor energie. Problém je kde vzít velké množství levné elektrické energie, aby se vodík stal běžným palivem automobilů. Jestliže - 20 -

je např. v Čechách cca 3 000 000 automobilů a v provozu je, dejme tomu, třetina z nich, pak zhruba při 50 kW průměrného výkonu automobilu bude instalovaný výkon: 1 000 000 × 50 = 50 000 000 kW = 50 000 MW. Takový výkon by elektrárny musely mít, to znamená, že bychom potřebovali 26 temelínských elektráren! Pokud bychom vodík získali elektrolýzou (bez vzniku skleníkových plynů), musíme vyloučit veškeré tepelné elektrárny. Zbývají vodní, větrné, sluneční, všechny netradiční a atomové. Mimo poslední možnost je dosažení požadovaného výkonu např. v našich podmínkách naprosto nereálné, a tak je jedinou možností přechod na atomovou energetiku. Přestože při výrobě elektřiny skutečně nevzniká žádný skleníkový plyn, není atomová energie zcela bezpečná pro životní prostředí. Hlavním problémem je bezpečné skladování vyhořelého paliva. . Proto je i tato možnost výroby vodíku nejistá. Vodík jako palivo je zcela určitě mnohem šetrnější k životnímu prostředí než uhlovodíková paliva. Problémem je ale jak ekologicky a levně získat čistý vodík. Toto je problém, který podaří-li se vyřešit, nebude nic stát v cestě vodíku a jeho použití v dopravě.

- 21 -

7 Ostatní alternativní paliva [3] Do ostatních alternativních paliv lze zařadit veškeré pohonné látky, které zde ještě nebyly zmiňovány. Může se jednat např. o alkoholy, ethery, různé plyny apod. Do ostatních paliv lze ale také zařadit látky, které se mohou přidávat ke klasickým palivům pro zlepšení jejich vlastností. Používání těchto paliv by bylo zajisté pro životní prostředí výhodné, ale bohužel v cestě k rozšíření těchto paliv stojí různé problémy. Největším problémem bývá ekonomika získávání paliv, jednoduše řečeno výroba bývá příliš složitá a tedy nákladná. Dalším problémem je získávání těchto paliv. Jejich využití se možná zvýší s klesajícími zásobami ropy a fosilních paliv a snahou najít jiné zdroje energie. 7.1 Bioplyn [3] Dříve se tento plyn nazýval „kalový plyn“. Vzniká rozkladem organických látek anaerobním kvašením (metanogenní kvašení). Probíhají následující reakce: ƒ hydrolýza za vzniku nižších, rozpustných organických sloučenin ƒ acidogeneze – přeměna na organické kyseliny ƒ metanogeneze – přeměna na methan, oxid uhličitý a další sloučeniny Pro zajištění těchto pochodů je třeba zajišťovat optimální podmínky (teplota, pH atd.). Rozklad je způsobován bakteriemi, které působí při určitých optimálních teplotách. ƒ psychrofilní bakterie: do 20 ˚C ƒ mezofilní bakterie: 20 – 45 ˚C ƒ termofilní bakterie nad 45 ˚C Pro zajištění optimální činnosti bakterií se udržuje pH v sázky v rozmezí 6,5 – 7,5. Do fermentoru, kde probíhají veškeré procesy, nesmí proniknout vzdušný kyslík. Také vysoký obsah amoniaku, kationty K, Ca, Mg, antibiotika a některé léky mohou zpomalit či zastavit anaerobní procesy. Většinou se fermentují pouze tekuté odpady (kejda prasat nebo skotu).Někdy se vstupní materiál zahřívá na teplotu 70 ˚C, čímž se docílí zničení choroboplodných zárodků. Vyhnilá směs se odděluje od vody a následuje filtrace bioplynu. Stejným postupem mohou být zpracovávány i odpady z potravinářského průmyslu. Množství bioplynu, jeho složení a výhřevnost jsou závislé na složení výchozích organických látek, jak je patrné z tabulky 13 (viz. příloha). Průměrné složení bioplynu: (surový) CH4 : 55 – 75 % CO2 : 25 – 40 % H2S : 1 – 3 % N2, H2, H20 : malé množství Je výhodnější, je-li plyn zbaven oxidu uhličitého a sulfanu, tím se zvýší jeho výhřevnost a odstraní se jeho toxicita. Takto upravený plyn se dále může po kompresi používat pro pohon motorových vozidel nebo pro výrobu elektrického proudu ve stacionárních motorech. 7.2 Skladový plyn [3] Má podobné vlastnosti jako bioplyn. Uvolňuje se na skládkách odpadů. Někdy se označuje jako LFG (Landfil Gas). Jeho složení závisí na složení odpadů, vlhkosti, hloubce uložení a na procesech, které probíhají. V závislosti na uložení materiálu může plyn obsahovat až 70 % methanu, dále pak vzniká oxid uhličitý, příp. další plynné složky.

- 22 -

Skladový plyn se využívá pro vytápění nebo se může po odstranění nežádoucích složek použít i pro pohon spalovacích motorů. Skladový plyn se může různými škvírami a propustnými horninami dostat do sklepení budov i značně vzdálených od skládky. 7.3 Dřevoplyn [3] Je to generátorový plyn, vzniklý zplyňováním dřeva. Obsahuje CO, v menší koncentraci je ze spalitelných plynů zastoupen methan a vodík. Převážnou část tvoří dusík ze vzduchu použitého ke zplyňování. Jeho výhřevnost je 4600 – 5850 kJ/m3. Mimo jiné se používá také jako palivo do motorů. Výkon motoru se ale oproti benzínu, či propan-butanu sníží asi o 20 %. V modernější verzi se s dřevoplynem setkáváme i nyní, používá se např. pro pohon stacionárních motorů, které vyrábějí elektrický proud. Tyto motory, např. ŠKODA Energoblok, mají obsah válců 64 l (šestiválec), využívají teplo spalin i teplé vody z chladiče. používají vyšší kompresní poměr, až 10:1. Tyto motory jsou doplněny elektronickým ovládáním. 7.4 Alkoholy (a ethery) [3] Alkoholy mohou být použity jako částečná náhrada uhlovodíkového paliva, pokud je jich nadbytek, mohou být spalovány samostatně nebo se přidávají k ropným palivům, aby se upravili jejich vlastnosti jako je zvýšení oktanového čísla (viz. tabulka 14 v příloze), snížení nebezpečí zamrzání karburátoru, snížení obsahu škodlivých složek ve spalinách apod. Snaha využívat alkoholy jako součást motorových paliv není nová. Už v první světové válce se alkoholy používali jako přísady snižující nebezpečí zamrzání karburátorů. V dnešní době jejich použití sleduje zlepšování vlastností pohonných hmot a snižování negativních dopadů na životní prostředí tím, že jejich přídavek redukuje množství škodlivých látek ve výfukových plynech. Další výhodou alkoholů je jejich vysoké výparné teplo (viz. tabulka 15) v porovnání s benzínem. výparné teplo snižuje teplotu ve spalovacím prostoru zážehového motoru, což přispívá k zlepšení chodu motoru. Tabulka 15: Výparné teplo alkoholů a etherů. [3] Alkohol Výparné teplo Ether kJ/kg Methanol 1100 Ethanol 910 Isopropanol 700 Isobutanol 680 Terc. butanol 544 Benzín 335 Alkoholy také napadají některé plastické hmoty odolávající uhlovodíkům, někdy dokonce i napadají kovy a kovové slitiny. Přídavek alkoholů k benzínu zvyšuje oktanové číslo, ale současně snižuje výhřevnost a tím zvyšuje i spotřebu pohonné směsi. Procentické zvýšení spotřeby nemusí odpovídat procentu přidaného alkoholu, zpravidla je zvýšení spotřeby menší. Při spalování kyslíkatých sloučenin je nižší spotřeba kyslíku než při spalování uhlovodíků. Kyslíkaté sloučeniny v palivu snižují obsah CO ve výfukových plynech, objevují se v nich však aldehydy a další látky. Přítomnost alkoholů v benzínech vede dále k vytvoření chudší směsi a tím mohou vznikat problémy při startování a volnoběhu. Chudé směsi, kde je velký přebytek vzduchu, se obtížně zapalují, hoří pomalu a špatně se spalují. U chudých směsí má velký význam pro zapálení také intenzita elektrické jiskry, u bohaté směsi se intenzita - 23 -

elektrické jiskry uplatňuje méně. Použití alkoholů může zvyšovat i opotřebení motorů, protože vznikají korozivní zplodiny, může docházet ke smývání olejového filmu, vytváření emulzí apod. Methanol i ethanol mají nízké cetanové číslo, jejich vysoké výparné teplo snižuje teplotu ve spalovacím prostoru, což je u vznětových motorů nežádoucí. Tudíž se používají výhradně u motorů zážehových. 7.5 Výroba a použití alkoholů [3] 7.5.1 Methanol [3] Methanol je možné procesem MTG (Methanol To Gasoline) převést na vysokooktanový benzín. Tento způsob patří mezi nepřímé způsoby zkapalňování uhlí. Dříve se methanol získával jako vedlejší produkt při chemickém zpracování dřeva, dnes se vyrábí převážně ze syntézního plynu., který se připravuje těmito postupy: a) Parní reforming zemního plynu b) Parciální, nekatalytická oxidace zemního plynu c) Kombinace parního reformingu v prvním stupni s parciální oxidací v druhém stupni. d) Výroba syntézního plynu z uhlí se provádí zplyňováním uhlí kyslíko-parní směsí v generátorech Vlastnosti methanolu jsou uvedeny v tabulce 16 (viz. příloha). Nevýhodou methanolu je, že jakmile se dostane do styku s pryskyřičnatými látkami v oleji, začne se vylučovat velmi viskózní fáze, která může ucpat palivový systém. Spalné teplo methanolu je asi poloviční v porovnání s benzínem, proto je asi dvojnásobná spotřeba methanolu při spalování oproti benzínu. Může se však použít vyšší kompresní poměr (až 12:1) a není třeba katalyzátoru pro likvidaci škodlivých výfukových plynů. Spalováním methanolu vzniká formaldehyd v mnohem vyšší koncentraci než při spalování benzínu. Formaldehyd je někdy zařazován mezi karcinogenní látky. Spalování směsi methanolu s benzínem: [3] K benzínu se může přidat až 16 % bezvodého methanolu při normální teplotě. Pokles teploty nebo přídavek vody vede ke snížení rozpustnosti methanolu v benzínu (obsah vody může být max. 0,2 %). Přídavek methanolu k benzínu vytváří chudší spalovací směs než samotný benzín. Ochuzovací efekt methanolu může způsobit zhasínání motoru a zhoršovat rovnoměrnost jeho chodu. Methanol napadá některé elastomery, které jsou odolné vůči benzínu, dále některé barvy, korozně napadá slitiny Pb+Sn, hliník a ocel. Ve výfukových plynech se snižuje obsah CO, nespálených uhlovodíků, NOX, ale mohou se objevit i stopy formaldehydu. Spalování směsi methanolu s motorovou naftou [3] Díky nízkému cetanovému číslu methanolu (CČ=2) se směs motorové nafty a methanolu nevyužívá. 7.5.2 Ethanol [3] Ethanol se může používat jako pohonná hmota buď samotný, nebo ve směsi s dalšími palivy, nejčastěji s uhlovodíky, kde zlepšuje některé vlastnosti směsi. Ethanol se může vyrábět z cukrové řepy, obilí, kukuřice, z cukrové třtiny a dalších plodin. V našich podmínkách to je prakticky pouze cukrová řepa a obiloviny. Ethanol se vyrábí i

- 24 -

synteticky hydratací ethylenu který se získá pyrolýzou ropných frakcí. Jako náhrada benzínu, ale tato výroba nemá význam. V současné době by mohl ethanol konkurovat ropě při ceně ropy vyšší než 30 USD/barel. Ethanol může být vyráběn následujícími postupy: a) Fermentací přírodních cukrů (cukrová řepa, cukrová třtina) b) Fermentací z uhlovodíků nebo ze škrobu (brambory, obiloviny) c) Kyselou nebo enzymatickou hydrolýzou celulózových látek (dřevo, sláma) Produkce ethanolu ze zemědělských plodin je uvedena v tabulce 17 (viz. příloha). Vedle použití ethanolu jako součásti benzínů je možné použít ethanol i ve vznětových motorech, kde do 5 % je směs navzájem dokonale mísitelná, při použití oběhového čerpadla, které promíchává obsah palivové nádrže, je možný přídavek až 15 %. Přídavek ethanolu má ale vliv na vlastnosti motorové nafty viz tabulka 18. Tabulka 18: Vliv přídavku ethanolu na vlastnosti motorové nafty. [3] Přídavek ethanolu % 5 10 15 Snížení výhřevnosti o % 1,8 3,6 5,4 Snížení kouřivosti o % 10 16 19 Snížení obsahu CO o % 31 38 45 Vedle uvedených změn se snižuje i teplota výfukových plynů asi o 15 % a snižuje se i obsah NOX. 7.6 Ethery [3] Ethery mají vysoká oktanová čísla, vysoké výparné teplo a jejich rozpustnost v uhlovodíkových frakcích není ovlivňována vodou. Určitým způsobem představují adici alkoholů do pohonných hmot. Většina nezvyšuje těkavost benzínu. ethery s výjimkou diisopropyletheru (DIPE) netvoří při skladování peroxidy. Oktanová čísla etherů jsou uvedena v tabulce 19. Tabulka 19: Oktanová čísla etherů. [3] Sloučenina Oktanové číslo VM MM MTBE 117 101 ETBE 118 100 TAME 112 7.6.1 Methyl-terc.butylether (MTBE) [3] Představuje určitý způsob přídavku methylenu k benzínu protože se vyrábí z methanolu a isobutylenu. MTBE se používá pro zvyšování oktanového čísla benzínu. pomáhá vyrovnat tzv. „oktanovou díru“ běžných autobenzínů, protože OČ úzkých frakcí v destilačním rozmezí benzínu není rovnoměrné, některé mají vyšší, jiné zase nižší oktanové číslo než je průměrná hodnota. Zvyšuje čistotu motoru a snižuje obsah CO ve výfukových plynech 7.7 Sluneční energie Energie slunečního záření je obrovská. A jen z nepatrné části je využívána pro výrobu energie (převážně elektrické). I v dopravě jsou vyvíjeny snahy využít tento zdroj energie k pohonu dopravních prostředků. Využívají se na to tzv. sluneční kolektory, pomocí kterých se přeměňuje sluneční energie na elektrickou. Takto vzniklá elektrická energie se pak přeměňuje na pohybovou pomocí elektromotorů. V současné době již vozidla na solární pohon dosahují - 25 -

vysokých rychlostí a výkonů. Byly vyzkoušeny i dálkově řízená solární letadla (respektive křídla), dále i lodě na solární pohon atd. Největším problémem takto získávané energie pro dopravu je doba svícení Slunce. Tato doba je v průběhu dne příliš proměnlivá a tak zabraňuje širšímu využití tohoto systému v dopravě.

8 Závěr V příštích letech se můžeme dočkat rapidního vzrůstu počtu automobilů s pohonem na určitý druh alternativního paliva. O tom už nyní uvažuje mnoho automobilek na celém světě. Je zřejmé, že se přední světoví konstruktéři budou zabývat otázkou hlavně ekologickou, ale budou se jí snažit provázat i s efektivním využitím vozů s takovým pohonem. Vždyť jste si měli možnost přečíst o vysokých nákladech spojených s instalací různých komponentů, které zajišťují tento ekologický způsob přepravy. Nezbývá než věřit, že třeba už za pět let tu budou jezdit automobily, které budou ve velice malé míře znečišťovat životní prostředí a my jejich používáním připravíme dalším lidem život na čisté, výfukovými exhalacemi nezničené planetě. Pokud se budu věnovat pouze ekologii provozu, existuje plno jiných dopravních prostředků, které jsou ekologičtější než samotná silniční doprava. Jenže automobily tady byli, jsou a budou a myslím si, že tu za pár let bude jezdit o další miliony více vozů a planeta Země se bude znečišťovat čím dál tím více. Jak bylo z práce patrno, jen málo světových automobilek se snaží vyrábět své vozy s pohonem na nějaké alternativní palivo. Jsou vždy jen dva či tři modely a to je všechno. Spočítejte si, kolik se ještě prodá vozů bez takového pohonu. Navíc proti jsou hlavně světoví dodavatelé ropy, které přechod na alternativní pohon připraví o zákazníky. Co se ovšem stane v době, kdy se prodá poslední barel ropy, to si neodhaduji říci, ale představa, že najednou budou miliony aut neschopné provozu, je zdrcující. Je to samozřejmě téma k jiné semestrální práci, ale dovolím si alespoň napsat, že planeta Země se stane jedním velkým vrakovištěm. Češi jsou národem prozíravým a spíše sledují fakt, aby pohonné hmoty byly co nejlevnější. Myslím si, že jim ani tak nejde o ekologii, ale hlavně o to, aby za co nejméně peněz dojeli nejdále. Je však dobře, když se rozhodují pro pohon alespoň na LPG, protože tím chrání i svoje životní prostředí. Navíc se z určitých příruček dozvědí to, že je takový pohon vyjde levně, že je LPG šetrné k životnímu prostředí a řeknou si, že vlastně udělali dvě dobré věci najednou. Neříkám, že jiné národy nesmýšlejí podobně, ale raději bych poukázal na to, že i když je třeba pohon na vodík ještě ekologičtější, není mnoho lidí, kteří by se pro něj rozhodli. Důvod je však jasný a stále dokola avizovaný. Náklady na výrobu jsou příliš drahé a nejsou ochotni investovat. Věřme ale, že se tato situace změní a my si budeme za několik let pořídit vůz s ekologickým pohonem, který nám nijak výrazně nenabourá rodinný rozpočet. Doufám, že po přečtení této semestrální práce jste získali určitý přehled o druzích a využití alternativních způsobů pohonu v dopravě a to zejména silniční, která právě díky nejvyšší míře znečištění pomalu začíná upadat. Měli jste možnost rozšířit si svůj obzor v oblasti řešení ekologických otázek spojených s dopravou, ale i načerpat nové znalosti a skutečnosti, které je potřeba vědět. Netvrdím, že jste mohli najít v práci vše, co jste najít chtěli, ale takové základní a nejen základní informace tu citovány byly. Nakonec se mi ale na mysl přichází otázka: nebylo by snazší přejít raději na jiný druh dopravy než na jiný druh paliva?

- 26 -

Použité informační zdroje: 1. FIŠER, L. Automobily na alternativní pohon, Benzín-Plyn(LPG) I. Brandýs nad Orlicí: Klub motoristů LPG, 1997, 116 s. 2. POKORNÝ, Z. Bionafta, ekologické alternativní palivo do vznětových motorů. Praha: Institut výchovy a vzdělávání Ministerstva zemědělství ČR, 1998. 43 s. ISBN 80-7105-173-X. 3. ROUBÍČEK, V., RÁBL, V. Technologie ropy. Alternativní paliva. Ostrava: VŠBTechnická Univerzita Ostrava, 2000. 268 s. ISBN 80-7078-690-6. 4. MACHALÍKOVÁ, J. Provozní hmoty automobilové dopravy. Bratislava: Vydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry, 1987. 156 s. 5. KIZLINK, J. Technologie chemických látek II.. Brno: Vysoké učení technické, 2001. 421 s. ISBN 80-214-2013-8. 6. LAURIN, J. Motorová paliva z řepkového oleje. Alternativní energie, 2001, roč. 4, č. 3, s. 24-25. 7. ŽAKOVEC, J. Využití palivových článků v dopravě. Alternativní energie, 2001, roč. 4, č. 3, s. 34-35. 8. LAURIN, J. Vodík – palivo pro motorová vozidla. Alternativní energie, 2001, roč. 4, č. 4, s. 24,30-31. 9. http://www.ceskarafinerska.cz/cz/katalog/ 10. http://sedmagenerace.cz/sg97_01/1997/3DOPR.HTM 11. http://www.ekolist.cz/01052661.htm 12. http://vesmir.cts.cuni.cz/10_2001/568.htm 13. http://www.petrol.cz/noviny/ OBSAH: Úvod ........................................................................................................................................... 1 1

Ropa ................................................................................................................................... 3

1.1 Složení ropy [4].............................................................................................................. 3 1.2 Zpracování ropy [3]........................................................................................................ 3 2 Klasická motorová paliva................................................................................................... 4 2.1 Benzíny [9]..................................................................................................................... 4 2.2 Motorové nafty [9] ......................................................................................................... 5 2.3 Klasická paliva a životní prostředí ................................................................................. 5 2.3.1 Znečišťování ovzduší ............................................................................................. 5 3 Bionafta .............................................................................................................................. 7 3.1 Řepkový olej [6]............................................................................................................. 7 3.2 Estery řepkového oleje ................................................................................................... 7 3.3 Směsná motorová paliva [6]......................................................................................... 10 3.4 Bionafta v EU [13] ....................................................................................................... 10 3.5 Kvalita bionafty [13] .................................................................................................... 11 4 Zemní plyn [13]................................................................................................................ 12 4.1 Pohon na zemní plyn u konkrétních vozidel [13] ........................................................ 13 - 27 -

4.2 Podpora plynofikace autobusů MHD [13] ................................................................... 14 5 Propan – butan (LPG, PB)................................................................................................ 16 5.1 Vlastnosti a výroba LPG .............................................................................................. 16 5.2 Použití LPG [1] ............................................................................................................ 16 5.3 Klady a zápory pohonu aut propan-butanem (LPG) .................................................... 17 6 Vodík................................................................................................................................ 18 6.1 Spalování vodíku [8] .................................................................................................... 18 6.1.1 Vliv spalování vodíku na životní prostředí [8]..................................................... 18 6.2 Vodík a palivové články [8] ......................................................................................... 19 6.2.1 Palivové články .................................................................................................... 19 6.2.2 Palivové články a životní prostředí [8] ................................................................ 20 6.3 Výroba vodíku.............................................................................................................. 20 6.4 Ceny vodíku ................................................................................................................. 20 6.5 Budoucnost vodíku jako paliva .................................................................................... 20 7 Ostatní alternativní paliva [3]........................................................................................... 22 7.1 Bioplyn [3] ................................................................................................................... 22 7.2 Skladový plyn [3] ......................................................................................................... 22 7.3 Dřevoplyn [3] ............................................................................................................... 23 7.4 Alkoholy (a ethery) [3]................................................................................................. 23 7.5 Výroba a použití alkoholů [3] ...................................................................................... 24 7.5.1 Methanol [3]......................................................................................................... 24 7.5.2 Ethanol [3]............................................................................................................ 24 7.6 Ethery [3]...................................................................................................................... 25 7.6.1 Methyl-terc.butylether (MTBE) [3] ..................................................................... 25 7.7 Sluneční energie ........................................................................................................... 25 8 Závěr................................................................................................................................. 26 Příloha: Tabulky.doc

- 28 -

Tabulka 1: Elementární složení ropy. [4] 8.1.1 Prvek Uhlík Vodík Síra Dusík Kyslík Fosfor Kovy ZPĚT DO TEXTU

8.1.2 Obsah v % 80-88 11-14,5 0,6-4,5 0,1-1,0 méně než 1,0 méně než 0,3 stopově 0,002-0,04

Tabulka 2: Základní uhlovodíkové frakce ropy. [4] Počet atomů Skupenství (za Bod varu resp. v molekule normální bod tání [ºC] teploty) 1-4 Plyn -125 až +11 5-11 Těkavá kapalina 35 až 200

12-18

Málo těkavá kapalina

16-24

Olejovitá kapalina

24-40

Olejovitá kapalina

20-35 35-50

Tuhá látka Tuhá látka

Frakce

Alkany, alkeny n-alkany, izoalkany, cykloalkany 180 až 300 Petrolej Jako benzín + alkylované cyklické a aromatické uhlovodíky 200-360 Plynový olej Jako petrolej + kondenzované cyklické a aromatické uhlovodíky Více než 360 Těžký olej mazut Složité cyklické uhlovodíky s postranními řetězci Bod tání 30 až 70 Parafíny n-alkany Bod tání 55-95 Cerezíny Alkylované a izoalkylované cyklany

ZPĚT DO TEXTU

- 29 -

Zemní plyny Benzíny

Základní složení

Tabulka 3: Základní kvalitativní parametry benzínů. [9] Výňatek z normy ČSN EN 228:2001. Znak jakosti Normal 91 Oktanové číslo VM, min. Oktanové číslo MM, min Vzhled

91 82 čirý a jasný

Super 95 95 85 čirý a jasný

Hustota při 15°C - kg.m-3 725 – 775 725 - 775 Obsah olova - mg/l, max 5 5 Destilační zkouška odpař. množství při 70°C - % (V/V), léto 20 - 48 20 – 48 odpař. množství při 70 °C - % (V/V), zima 22 - 50 22 - 50 odpař. množství při 100 °C - % (V/V) 46 - 71 46 - 71 odpař. množství při 150°C - % (V/V), min. 75 75 konec destilace - °C, max. 210 210 Tlak nasycených par - kPa, léto 45 - 60 45 - 60 Tlak nasycených par - kPa, zima 60 – 90 60 - 90 Index těkavosti (duben a říjen), max. 1150 1150 Mechanické nečistoty a voda nepřítomné nepřítomné -1 Obsah síry - mg.kg 150 150 -3 Obsah pryskyřic - mg.100cm , max. 5 5 Obsah benzenu - % (V/V), max. 1 1 Obsah aromátů - % (V/V), max. 42 42 Obsah olefinů - % (V/V), max. 18 18 Obsah kyslíku - % (M/M), min. 2,7 2,7 Pozn.: léto 1.5.-30.9., zima 1.11.-31.3., přechodové období duben a říjen

Super plus 98 98 88 čirý a jasný 725 – 775 5 20 – 48 22 – 50 46 – 71 75 210 45 – 60 60 – 90 1150 nepřítomné 150 5 1 42 18 2,7

ZPĚT DO TEXTU Tabulka 4: . Základní kvalitativní parametry motorové nafty. [9] Normální klima Znak jakosti třída B třída D Časové rozmezí pro expedici 15.4. - 30.9. 1.10. - 15.11. 1.3. - 14.4. Filtrovatelnost (CFPP) - °C, max. 0 -10 -3 Hustota při 15°C - kg.m 820 - 845 820 - 845 Cetanové číslo, min. 51 51 Cetanový index, min 46 46 Destilační zkouška do 250°C předestiluje - % obj., max. <65 <65 do 350°C předestiluje - % obj., min. 85 85

- 30 -

třída F 16.11. - 28.02. -20 820 – 845 51 46 <65 85

95% (V/V) předestiluje při °C, min. Kin. viskozita při 40°C - mm2.s-1, min. Bod vzplanutí PM - °C, min. Obsah síry - mg.kg-1, max. Obsah vody - mg.kg-1, max. Celkový obsah nečistot - mg.kg-1, max. Obsah popela - % hm., max. Oxidační stabilita - g.cm-3, max.

360 2 - 4,5 nad 55 350 200 24 0,01 25

360 2 - 4,5 nad 55 350 200 24 0,01 25

360 2 - 4,5 nad 55 350 200 24 0,01 25

Arktické klima Znak jakosti třída 2 -3 800 - 840 Hustota při 15°C - kg.m 48 Cetanové číslo, min. 46 Cetanový index, min -32 Filtrovatelnost - °C, max. Destilační zkouška 10 do 180°C předestiluje - % obj., max. 95 do 340°C předestiluje - % obj., min. 1,5 - 4 Kin. viskozita při 40°C - mm2.s-1, min. nad 55 Bod vzplanutí PM - °C, min. -1 350 Obsah síry - mg.kg , max. 200 Obsah vody - mg.kg-1, max. 24 Celkový obsah nečistot - mg.kg-1, max. 0,01 Obsah popela - % hm., max. 25 Oxidační stabilita - g.cm-3, max. Vyňato z normy ČSN EN 590:2001 (samostatně platná od 1.1.2003 do této doby platí souběžně s ČSN EN 590/1999) ZPĚT DO TEXTU Tabulka 8: Základní vlastnosti některých částí bionafty. [3] Jednotka Motorová Řepkový nafta olej

MEŘO

kg.m-3 MJ.kg-1 mm.s-1

830 42,7 2-4,5

925 37,4 30-45

880 38 3,5-6

Bionafta 30% MEŘO 845 41,2 2-4,5

% % % %

87 13 0 0,05

77,5 12,2 10,4 0,02

77,5 12,2 10,4 0,02

84,1 12,8 2,1 0,04

Hustota při 15 °C Výhřevnost Kinematická viskozita při 40 °C Hmotnostní podíl C Hmotnostní podíl H2 Hmotnostní podíl O2 Hmotnostní podíl S

- 31 -

(max.) Cetanové číslo ZPĚT DO TEXTU

50

Tabulka 9:Základní vlastnosti propanu a butanu.[1] PLYN PROPAN Chemický vzorec C3 H8 Molekulová hmotnost 44 Bod varu - 43 °C Výhřevnost 11 070 kcal/kg Teplota vzplanutí °C 510 °C na vzduchu Oktanové číslo 100 ZPĚT DO TEXTU

42

54

52

BUTAN C4 H10 58 - 0,5 °C 10 920 kcal/kg 490 °C na vzduchu 92

Tabulka 10 : Vlastnosti LPG (výtažek z normy ČSN EN 590). [9] Oktanové číslo MM, min. 89 Obsah dienů % mol., max. 0,5 Sirovodík vyhovuje -1 Obsah síry - mg.kg , max. 200 Korozivní působení na mědi 1 -1 Odparek - mg.kg , max. 100 Absolutní tlak par při 40°C - kPa, max. 1550 Absolutní tlak par min. 250 kPa při teplotě - °C, min. -5* * platí v zimním období ZPĚT DO TEXTU Tabulka 11: Vlastnosti vodíku.[8] Měrná hmotnost kapaliny při –252,8 °C Měrná hmotnost plynu při 0 °C Výhřevnost Výhřevnost Stechiometrické množství vzduchu Teplota zapálení Rozmezí zápalnosti Antidetonační odolnost ZPĚT DO TEXTU

kg . m-3 kg . m-3 kWh . kg-1 kWh . kg-1 kg . kg-1 °C

70,7 0,089 33,3 2,96 34 585 0,5 – 10,5 0

Tabulka 13: Vliv složení organické hmoty na množství, složení a výhřevnost bioplynu. [3] Látka Specifická produkce Obsah CH4 Výhřevnost bioplynu bioplynu, m3 na 1 kg v bioplynu (%) MJ/m3 rozložené látky - 32 -

Tuky Sacharidy Bílkoviny Čistírenský kal Prasečí exkrementy ZPĚT DO TEXTU

1,125 až 1,515 0,79 až 0,875 0,56 až 0,75 0,80 až 1,3 1,05

62 – 67 50 61 – 84 65 – 75 64 - 70

- 33 -

cca 23,45 17,75 cca 24,85 cca 23,0 cca 22,0

Tabulka 14: Oktanová čísla některých alkoholů a etherů.[3] Sloučenina Oktanové číslo VM ALKOHOLY Methanol 112 Ethanol 110 n-Propanol i-Propanol 98,5 n-Butanol 99,6 sek. Butanol 110 i-Butanol 107 terc. Butanol 109 ETHERY MTBE 117 ETBE 118 TAME 112 ZPĚT DO TEXTU

MM 92 90 90

97 101 100

Tabulka 16: Vlastnosti methanolu. [3] 8.1.2.1 Vlastnosti Hustota Viskozita (20 ˚ C) Výparné teplo Spalné teplo Výhřevnost Zapalovací energie Stech. poměr vzduch: palivo Teplota samovznícení ZPĚT DO TEXTU

8.1.2.2 Jednotka kg / m3 mPa.s kJ / kg MJ / kg MJ / kg mJ kg / kg ˚C

- 34 -

8.1.2.3 Hodnota 796 0,59 1100 22,7 19,9 0,3 6,4 385 - 470

Tabulka 17: Produkce ethanolu ze zemědělských plodin. [3] 8.2 Plodina Výtěžek Výnos Produkce ethanolu [l/t] ethanolu [l/ha] [t/ha] Pšenice ozimá 370 5-6 1850 - 2220 (zrno) Cukrovka 80 35 - 45 2800 - 3600 (bulvy) Brambory (hlízy) 100 20 - 30 2000 - 3000 Topinambur 77 30 2310 (hlízy) Čirok cukrový 76 30 2280 (nadzemní část) Kukuřice (zrno) 386 34 - 45 13124 - 17370 Kukuřice 67 47,5 3180 (na zeleno) Pšenice 393 4,5 1770 Ječmen 368 4,2 1520 Žito 355 3,6 1280 Oves 334 3,4 1135 ZPĚT DO TEXTU

- 35 -

Produkce ethanolu [t/ha] 1,5 – 1,8 2,3 – 2,9 1,6 – 2,4 1,9 1,8 10,6 – 14,1 2,5 1,4 1,2 1,0 0,9