Program aplikace biopaliv v dopravě a jeho dopady na technické normy
Vladimír Matějovský, QMS Consulting, Praha
Motivace vývoje vlastností paliv - téměř celé století vývoj motivován zvyšováním výkonu motoru - v průběhu posledních 20 let se dostalo na první místo ekologické hledisko - snižování škodlivých emisí z motorů se postupně dostává až k nulovým hodnotám - nový fenomen: emise skleníkového CO2 dvě cesty: obnovitelné zdroje a spotřeba
Biopaliva byla již vícekrát používána v minulosti •
Rudolf Diesel – rostlinný olej
•
20. a 30. leta: etanol – benzol – primární benzin
•
Zákon č. 85 z r. 1932 – 20 až 25% lihu do benzinu
•
70. leta: ropná krize – přidávání etanolu do benzinu a pokusy prosadit palivo E 95
•
90. leta : bionafta jako biologicky odbouratelné palivo
•
po r. 2000– biopaliva jako obnovitelné zdroje energie
Direktiva 2003/30 – zelená revoluce - stanoven program náhrady části fosilních paliv palivy z obnovitelných zdrojů v EU - v dopravě min. 2% do konce r.2005, 5,75% 2010 10% 2020 (Ʃ20%) Tlaky začaly už v 90. letech, zaštítěné biologickou odbouratelností, po roce 2000 bojem proti globálnímu oteplování - CO2
CEN – plán norem kapalných paliv V dubnu 2004 byla vydána informace CEN o palivech a jejich složkách, se kterými se v následujících letech počítá v EU a je proto třeba pro ně připravit normy.
Alternative liquid motor fuels
Diesel (EN590)
Gasoline (EN 228)
Methanol (M100)
Ethanol (E100)
Diesel emulsion E95 Gasoline blends
Bio Diesel
(90 - 95% v/v bio-ethanol & 5-10% additives) (SS 15 54 37 Motor fuels – Fuels alcohols for high speed diesel engines)
B5
(up to 5%)
(EN590)
E5 (up to 5%) (EN 228)
B30 (FAME blended in diesel oil - 30%)
E15 (15% v/v bio-ethanol in gasoline) (EN 228 to be reviewed for oxygen & ethanol contents)
B100 (FAME for diesel engines) (EN 14214)
Ethanol & ethanol derivates (blended in diesel about 5 to 20%)
(CSN 65 65 11 Fermentative denatured ethanol determine for application in automotive petrol)
E85
M3 (low blended methanol in gasoline up to 3%) (EN228)
Synthetic Diesel
Gas To Liquid (FT-Diesel)
M85
Biomass To Liquid
on short term
on long term
DME
CEN/TC19 in charge of the standardisation work for motor fuels (ISO/TC28/SC4 : shadow committee) CEN/TC 307 in charge of analytical methods for FAME European Commission Directive on motor fuels : D98/70 as revised by D2003/77
ETBE
Alternative Gaseous motor fuels
LPG
Natural Gas
Hydrogen (ISO 14687)
(Liquefied Petroleum Gas)
(EN589)
covering fuel cell for automotive & stationnary applications
CNG (Compressed Natural Gas)
(ISO 15403) LNG (Liquefied Natural Gas)
(EN1160) Biogas (SS 15 54 38: Motor fuels -Biogas as fuel for high speed otto engines)
CEN/TC19 in charge of the standardisation work for motor fuels (ISO/TC28/SC4 : shadow committee) ISO TC 193: standardisation of quality specifications, methods of measurements, sampling, analysis, … for natural gas and its substitutes ISO TC 197: standardisation of Hydrogen technologies European Commission Directive on motor fuels : D98/70 as revised by D2003/77
Ekonomický pohled - paliva vyrobená ze zemědělských plodin v Evropě a dalších zemích (etanol, bionafta) jsou 2x ?? dražší než z ropy -Brazilie a další země produkují levný etanol3Kč/l, pilotní projekt s E95 ve Švédsku - velké kolísání cen ropy mění poměry - rozdíl mezi ropným palivem a etanolem částečně vyrovnala burza
Kdo má vyšší cenu biopaliva platit, stát? nebo spotřebitel? -Brazilec má etanolové palivo levnější -Evropan by musel doplácet až 15 Kč na litr Řešení: -malé přídavky do ropných paliv, tj. nařídit aplikaci biopaliv zákonem a stát si zachová plnou spotřební daň -nebo koncentráty, které je ale nutné osvobodit od SD, jinak by byly drahé a nikdo by je dobrovolně nekupoval
Realizace přídavků biopaliv z pohledu rafinerií ropy - investice: skladování a blending biosložek - nákup dražších biosložek - pokles vlastní rafinérské produkce - větší nároky na technickou kontrolu - hrozba velkých pokut při nesplnění zákonem stanoveného přídavku biosložek
Realizace z pohledu zemědělství a zpracovatelského průmyslu - velká příležitost - celkem jisté investice - zaručený prodej - otázka konkurence uvnitř EU a z „úrodnějších“ zemí - konkurence esterů z méně vhodných zdrojů
Suroviny pro výrobu bionafty - panenské suroviny – řepka, soja, palma, - druhotné a odpadní - důsledky: nestejná a kolísavá kvalita FAME strašák pro výrobce automobilů - výhoda bionafty: velká výhřevnost
Realizace z pohledu spotřebitelů - zvýšení ceny benzinu a nafty malými přídavky biosložek je „stravitelné“ - lze používat levnější koncentráty, ale jen pro vozidla upravená, jinak s určitou nejistotou, zvýšenými náklady na údržbu - rozhodnutí závisí na tom, jak velké jsou nejistoty a o kolik je koncentrát levnější než standard a tím menší náklady na palivo
Možné negativní vlivy v provozu s koncentráty biosložek - etanolu: pro vozidla FFV a upravená žádné pro neupravená zimní problémy, emise, boostery k řídící jednotce - FAME: i při schválení výrobcem častější výměna palivových filtrů a motor. oleje, neschválená vozidla se na začátku provozu sledují - diagnostika MO Problém státních rezerv a skladování obecně
Zákonem stanovené způsoby realizace v ČR - jako hlavní způsob realizace stanoveno přidavání malých množství etanolu do benzinu a FAME do nafty + plná SD - protože se realizace zpožďovala, bylo po složitých jednáních povoleno osvobození biosložek od SD v koncentrátech - současný stav na trhu: E5, E85, B7, B30, B100, (palivo E95 nezavedeno)
Současná situace v realizaci norem pro biopaliva v ČR - ČSN EN 228 jako E5 (E10), 590 jako B7 - ČSN EN 14214: Methylestery mastných kyselin (FAME) pro vznětové motory - ČSN P CEN/TS 15293: Ethanol E85 - ČSN 65 6513: Ethanol E 95 - ČSN EN 15376: Ethanol jako složka automobilových benzinů - ČSN 65 6508: Směsné motorové nafty …..
Sofistikované zpracování rostlinných olejů na uhlovodíková paliva - na benzin – výzkum ČeR Litvínov - na motorovou naftu – NESTE - OMV - na tryskový petrolej - USA
Prognózy prodeje vozidel v r. 2020, časopis ATZ, srpen 2011 „Budoucnost patří elektrickému pohonu, ale je jen otázka, kdy ta budoucnost bude“ - 103 mil. soukromých a LD vozidel/rok 2020 - pouze 3 mil. s jen elektrickým pohonem - pouze 6 mil. s kombinací el.+ spal. motorů - Ʃ =100 mil. se spal. motorem, tj. o 30 mil. více než v r. 2010 (40% nárůst) - Diesotto motory – stejné emise, účinnost,...
Vývoj složení benzinu v EU Snižování obsahu: - olova - končící zákazem používání (r. 2000) - síry - končící bezsirným benzinem - aromátů a olefinů s redukcí na 35/18 % - konce destilace na max. 210 °C Regulace tlaku par, obsahu kyslíkatých látek, průběhu destilační křivky Zákonem stanoveno povinně přidávat etanol
Vývoj složení nafty v EU Snižování : - obsahu síry končící bezsirnou naftou - koncových teplot destilační křivky - obsahu polyaromatických uhlovodíků Regulace hustoty, mazivosti, oxidační stálosti, obsahu FAME Zákonem stanoveno povinně přidávat MEŘO
Znovu pohled do historie •
Rudolf Diesel – rostlinný olej (colza)
•
20. a 30. leta: etanol – benzol – primární benzin
•
Zákon č. 85 z r. 1932 – 20 až 25% lihu do benzinu
•
70. leta: ropná krize – přidávání etanolu do benzinu a pokusy prosadit palivo E 95
•
90. leta : bionafta jako biologicky odbouratelné palivo – akceptováno v některých zemích
•
po r. 2000 – EU: biopaliva jako obnovitelné zdroje energie – prevence proti globálnímu oteplování
Dámy a pánové, děkuji Vám za pozornost V.M.
Suroviny pro výrobu etanolu - cukry, škrob, celuloza,..... lignin? - cukrová třtina, obilí, řepa, brambory,.... - nevýhoda kvasného procesu – ztráta CO2 nevýhoda etanolu - malá výhřevnost
Postoje automobilového průmyslu k biopalivům
Etanol: formulace E 10 odmítnuta, ale E 85 akceptována FAME: někteří výrobci mají vstřícný postoj, jiní až zamítavý – konkurence ale nutí k postupné akceptaci směsí i B 100
Vliv biosložek na provoz vozidel Menší výhřevnost etanolu lze částečně kompenzovat využitím velkého oktanového čísla. Výhřevnost FAME je jen o málo menší, rozdíl se nemusí vůbec projevovat v tahu, u směsí ani na spotřebě Omezená použitelnost pro zimní nafty
Vliv biosložek na emise
Obsah kyslíku v molekule podporuje dokonalejší spálení paliva – méně CO, sazí, ev. CH Nejmarkantnější rozdíl ve spalování nafty a E95 – spaluje se bez vzniku sazí, motorový olej po provozu na E 95 nečerná
Vliv na systémy pro úpravu složení výfukových plynů
Etanol bez vlivu Obavy ze zanášení DPF při spalování bionafty – jen při nedostatečné funkci trysek Vysokotlaké vstřikování vytváří příznivější podmínky pro dokonalé spalování
Vliv biosložek na skladování paliv Paliva s malým obsahem etanolu chránit před stykem se vzdušnou vlhkostí-(E 85 až15%) Vydáno doporučení CONCAWE neskladovat naftu déle než půl roku Podle přísnějšího doporučení spotřebovat naftu s 5/7 % FAME do 3 měsíců, B 30 do 2 měsíců a B 100 do 1 měsíce.
Výroba a kvalita FAME v zemích EU V r. 2009 vydána nová EN 142 12 na FAME: - min. 96,5 % metylesterů - jodové číslo max. 120 - kys. linoleová max. 12 %, 4 x C=C max.1 % - kovy I. i II.sk. max. 5 mg/kg - KZ, popel, voda, glyceridy, glycerol,...
Paliva E 85, B 30 a B 100 jsou vhodná pro nastavování a pančování - KONTROLOVAT! V období ledna a února 2010 bylo zjištěno, že některé vzorky benzinu a nafty obsahovaly podstatně více biosložky, než připouští norma, např. obsah etanolu v benzinu Super 95 byl 23 % nebo obsah metylesterů v naftě 10,9 %. Závěr: benzin byl „nastavený“ asi 20% paliva E 85 a nafta asi 20 % SMN 30 nebo asi 6 % B 100
Palivo E 85 lze pančovat vodou! E 85 je směs bezvodého etanolu a benzinu Super 95 v poměru 85:15, v zimě až 75:25 Podle velikosti obsahu benzinu rozpustí při 20°C letní formulace až 17% obj. vody. Lze to snadno ověřit postupným přidáváním vody do 100 ml benzinu injekční stříkačkou za stálého míchání. Zákal vyvolaný podstatně menším přídavkem vody znamená, že je produkt pančovaný
