Specifikace a emise paliv pro dieselové motory I.V. Silver z podniku Interfleet Technology uvažuje o používání paliva s nízkým obsahem síry na železnicích Po mnoho let železnice Spojeného království používaly pro své dieselové lokomotivy a motorové jednotky standardní palivo pro dieselové motory podle příslušných britských a evropských norem. Toto palivo dosahuje požadovaná výkonová kritéria, ale základní charakteristiky paliva samotného zaznamenaly doposud jen malou změnu. To se vše však mění. Průmysl pro výrobu silničních paliv zlepšil svůj vztah k životnímu prostředí za prvé úplným vyloučením olova z benzinu a poté snížením obsahu síry jak v benzinu, tak i v naftě. Tento druhý krok má přímý vliv na snížení škodlivých výfukových emisí, například kysličníků dusíku a kysličníku siřičitého, ale především to umožňuje použít zařízení na druhotné spalování (snížení obsahu výfukových plynů) s cílem dále snížit znečišťování vzduchu a vyhovět stále náročnějším normám evropské legislativy. Stále platí, že železnice představují způsob cestování, který je více přátelský životnímu prostředí ve srovnání se silniční dopravou, zvláště když uvážíme takové faktory jako jsou emise na osobokilometr. Spojené království ani evropská legislativa až donedávna nijak neovlivnily dieselovou železniční trakci (kromě otázek projednávaných podle zákona o čistém vzduchu), ačkoliv Mezinárodní svaz železnic (UIC) zveřejnil doporučené maximální limity emisí s cílem poskytnout svým členům a výrobcům lokomotiv určité vodítko. Ale poté přichází nevyhnutelná evropská legislativa. Výstižně nazvaná Směrnice pro mobilní zařízení mimo silnice (obecně známá jako NRMM) zahrnula nyní do svého portfolia i železniční trakci. Omezení se nyní týkají kysličníků dusíku, kysličníku uhelnatého, uhlovodíků atd. Připojená tabulka shrnuje omezení pro železniční trakci, která jsou obsažena v této směrnici. První stadium legislativy, tj.stadium IIIA, nyní vstupuje v platnost v souladu s údaji závisejícími na velikosti a silovém výkonu lokomotivy. Obecně se má zato, že úpravy lokomotivy umožní dosáhnout těchto omezení, ačkoliv asi ne každý výrobce lokomotivy by s tímto výrokem souhlasil. Omezení stadia IIIB vstoupí v platnost v časovém rámci let 2011/12 a jde o taková snížení, že samotné úpravy lokomotivy nebudou stačit k tomu, aby vyhověly těmto požadavkům. Zavedení druhotného spalování výfukových plynů tam, kde existuje kombinace zařízení jako jsou částicové naftové filtry a selektivní katalytická redukce, může dosáhnout nutného snížení. A do této rovnice také přicházejí paliva se sníženým obsahem síry, jelikož vysoký obsah síry v tradičních palivech v nejlepším případě ovlivňuje účinnost mnoha zařízení na druhotné spalování a v nejhorším způsobuje jejich neúčinnost. Na základě výše uvedené poznámky, že silniční průmysl už v této oblasti pracuje, je možné na prostranstvích před garážemi spatřit naftu s ultra-sníženým obsahem síry (ULSD) již několik let. Toto palivo se definuje jako palivo, jehož obsah síry není větší než 50 dílů k milionu ve srovnání s maximálním limitem 2 000 ppm běžných železničních „plynových olejů“. Nyní začíná být běžně dostupná i nafta s nulovým obsahem síry (SFD), ve které je maximálně snížen limit síry na pouhých 10 ppm.
1
Avšak jestliže železniční průmysl má vyhovět této legislativě okamžitě, potom podle směrnice NRMM, stadia III B palivo pro dieselové motory se sníženým obsahem síry, bude muset být uvedeno na trh včas. Ale co to znamená v praxi? Ovlivní toto „nové“ palivo výkon nebo spolehlivost lokomotivy? Průměrný pozorovatel by mohl říci, když se to uspokojivě podařilo u dieselových automobilů, proč by to mělo být odlišné na železnici? Tedy motorovým jednotkám se nepodařilo uspět. Nafta s ultra-sníženým obsahem síry (ULSD) má nižší specifickou energii než plynový olej nebo deriváty, která je nahrazuje, takže byly problémy se snížením výkonu. Proces odstraňování síry také způsobuje úbytek některých z přirozených lubrikačních činitelů, takže zpočátku byly i problémy se vstřikovacím zařízením paliva do té doby, než palivový průmysl byl schopen dodat vhodné lubrikační příměsi do paliva samotného. Vlastní význam nafty s ultra-sníženým obsahem síry (ULSD) pro železnice Tudíž železniční průmysl Spojeného království podle toho reagoval. Sdružení vlakových provozních podniků (ATOC) zahájilo pracovní program, podporovaný Výborem pro železniční bezpečnost a normy (RSSB), s cílem odhadnout důsledky pro zavádění nafty s ultra-sníženým obsahem síry (ULSD) nebo nafty s nulovým obsahem síry (SFD) na železniční síti. Podnik Interfleet Technology byl vybrán, aby se zúčastnil tohoto projektu. Počáteční podrobná studie potenciálních problémů vedla k doporučením, jak provést testování vybrané lokomotivy a následné zkoušky vozového parku. V této po-privatizační době projektový tým konzultoval tyto otázky se všemi stranami a vyzval je, aby se svým aktivním přístupem staly dobrým příkladem podpory napříč celou zemí. K dnešnímu dni byly testovány čtyři lokomotivy a pátá by měla následovat během pozdního léta 2006. Pro každý typ lokomotivy byla vybrána jednotka, která měla být tažena a pak rychle od vozidla odpojena, aby bylo možné provést tyto zkoušky.I když to nebylo ideální uspořádání, umožnilo to posoudit starší lokomotivu s potenciálně horšími emisemi. Tento postup také minimalizoval dopad na průmysl obecně a zajistil lepší dostupnost lokomotiv pro zkoušky. Účelem tohoto testování bylo prošetřit účinky měnící se palivové specifikace na výkon lokomotivy, zvláště na výkon a spotřebu paliva, a také přesněji stanovit přímé vlivy na emise vylučující síru. Zkoušky byly provedeny podnikem mi Technology, dříve Leyland Technical Centre, tj. privatizovaný podnik, který zakoupil zkušební a rozvojová zařízení bývalého Leyland Technical Centre, blízko Prestonu. Jeden lokomotivní typ na zkušební lavici, a to Cummins NTA 855 R3 z regionu jihozápadních vlaků, třída 159, dieselová vícenásobná jednotka, je zde zobrazena.
2
Lokomotiva NTA 855R3 při zkoušce v mi Technology blízko Prestonu. Nevyhnutelně, s jedním příkladem každého lokomotivního a přitom použitého typu, došlo k určitému rozptylu ve výsledcích. Avšak přímé snížení kysličníku dusíku, které bylo hlášeno z paluby lokomotivy, představuje částečný pokrok. Vliv na výkon a spotřebu paliva byl více smíšený, tzn. několik lokomotiv bylo jasně ovlivněno a jiné nijak citlivě nereagovaly. S cílem kvantifikovat měřené účinky ve skutečném životě a posoudit jakoukoli otázku spolehlivosti, jako je prosakování paliva z pryžových těsnění nebo nižší stupeň lubricity, byly zahájeny tři zkoušky vozového parku, každá prováděná na jednom z lokomotivních typů na zkušebním stanovišti. Byl vybrán malý počet vozidel a za účelem zajistit použití pouze nafty bez síry byly navrženy speciální adaptéry a upraveny na těchto vozidlech tak, aby se zabránilo připojení standardních palivových trysek bez vědomého úsilí odstranit adaptér (což v nouzovém případě může být provedeno). Získání ceny První z těchto zkoušek byla zahájena začátkem roku 2006 a bude pokračovat po celý zbytek tohoto roku. Byly definovány požadavky na sběr údajů pro tyto zkoušky a bude zpracován celkový přehled účinků. Dosud se celá záležitost vyvíjí slibně bez významných problémů se spolehlivostí, bez zpráv strojvůdců o snížení výkonu a bez jakýchkoli pokut týkajících se spotřeby paliva, případně ztracených v denních změnách provozu vozidla (ačkoliv se požaduje více výkonů pro podporu tohoto stanoviska). Avšak jisté je, že současná vyšší cena nafty bez síry je problém. Pro železniční operátory v jiných zemích, které neprováděly srovnatelné pokusy, tento projekt poskytuje údaje užitečné pro vládu a jiné orgány pro orientační testování dieselového vozového parku vzhledem k budoucí strategii. Úspěch tohoto projektu zahrnujícího celý průmysl pro tento cenný a skutečně aktuální cíl vedl k jeho představení na výstavě 2006 Railway Foreum/Modern Railways Awards, kde vyhrál v kategorii Inovace v udržitelném rozvoji.
3
Skleníkové plyny Tak co bude dál ? Zajímavou skutečností je, že navzdory právně uznaným znečišťujícím faktorům diskutovaným výše hlavní skleníkový plyn, kysličník uhelnatý (CO2), není právním parametrem. Pokud jde o globální oteplování, docela správně se přisuzuje vzrůstající význam účinkům CO2, ale paliva se sníženým obsahem síry zde nehrají aktivní úlohu. Mnoho se dnes hovoří o biopalivech. Jsou to biologicky udržitelná paliva založená na různosti rostlinných výrobků nebo živočišných tuků, z nichž nejběžnější pro dieselové lokomotivy v Evropě jsou tučné kyseliny metylester (FAME), obvykle odvozené od řepkového nebo slunečnicového oleje. Výroba nafty založená na fosilních palivech uvolňuje do ovzduší uhlík, který se dříve ukládal do zemské kůry. Výroba biopaliva může tvrdit, že je neutrální (nebo přibližně), pokud jde o uhlík, zatímco CO2 uvolněný během výroby je ve velké míře vyrovnán CO2 absorbovaným úrodou prostřednictvím fotosyntézy. Existují širší otázky týkající se využití půdy pro pěstování úrody a dovoz paliv, ale tyto otázky zde nejsou podrobně zvažovány. Etapa Typ vozidla IIIA motor.vůz lokomotiva lokomotiva lokomotiva
IIIB
motor.vůz lokomotiva
Síla výkonu P P>130 kW P<560 kW P>560 kW P>2000kW na válec & zdvihový objem>5 litrů na válec P>130 kW P>130 kW
V provozu CO od g/kWh 01/2006 3,5 01/2007 3,5 01/2009 3,5 01/2009 3,5
HC g/kWh 0,6 0,4
NOx g/kWh 4,0 4,0 6,0 7,4
PM g/kWh 0,2 0,2 0,2 0,2
01/2012 01/2012
0,19 -
2,0 4,0
0,025 0,025
3,5 3,5
Lze také očekávat snížení jiných znečišťujících látek (polutantů), jako jsou uhlovodíky, kysličník uhelnatý a částice, ale nikoliv kysličníky dusíku, jejichž výskyt se může i zvýšit. Evropská unie má směrnici o biopalivech, jejímž cílem je dosáhnout 5,75 % (pokud jde o obsah energie) ve srovnání se všemi palivy pro dopravní účely z obnovitelných zdrojů, a to do konce roku 2010. Teoreticky bionafta může být použita buď „čistá“ ( s odvoláním na B 100) nebo smíšená s konvenční naftou. V současné době většina výrobců lokomotiv bude uznávat (certifikovat) pouze B 5 (5%) jako limity směsi a zde se očekává malý nebo žádný škodlivý účinek na výkon lokomotivy nebo její spolehlivost. Stávající specifikace nafty opravdu umožňují tuto úroveň bionafty bez jakékoli oddělené identifikace. Nad úroveň B5 dochází k určitému znepokojení nad opačnými účinky na lokomotivu, jako je snížený obsah energie vedoucí k nižšímu výkonu a nízké provozní teplotě díky větší tendenci ke krystalizaci, včetně otázky dlouhodobého skladování vzhledem k její chudší oxidační stabilitě. Poměr mísení se však zvýší a nebude příliš dlouho trvat, kdy se paliva B 20 stanou běžnějšími na širším dopravním trhu.
4
Takže železnice budou muset ještě jednou vyhodnotit dopad specifikace alternativního paliva na jejich širokou řadu lokomotivních typů, výkonů a stáří, které jistě budou různé u každého průmyslu v jiné zemi. Znovu se očekává spolupráce různých průmyslových odvětví, aby nedošlo k nevítaným překvapením a všechny vlaky mohly pokračovat v jízdě na čas. Tentokrát bude mít průmysl jako výhodu prokázaný vyhodnocovací proces, nezbytné technické znalosti a zkušený tým pro provádění zkoušek. A tady to nekončí. Kontrola emisí a legislativa bude jenom přituhovat. Nehledě na další změny v palivech, má dieselová lokomotiva dlouhodobou budoucnost v dopravním použití? A co palivové buňky a často zmiňovaná vodíková infrastruktura? Odborníci se začali teprve rozhlížet v těchto oblastech, zpráva výboru RSSB hovoří o životaschopnosti vodíkových palivových buněk, viz další informace na webové stránce organizace (www.rssb.co.uk). Ale zřejmě ponecháme tyto oblasti na další článek. Autor by rád poděkoval sdružení ATOC a výboru RSSB za jejich souhlas zveřejnit podrobnosti o projektu.
Palivový adaptér pro naftu bez síry
Lokomotiva MAN VP 185 Název v originálu: Diesel fuel specifications and emissions Zdroj: Modern Railways listopad 2006, s. 66-67 Překlad: Kamila Hušnerová Korektura: ODIS
5
