Univerzita Pardubice Dopravní fakulta Jana Pernera
Semestrální práce Motory a jejich vliv na životní prostředí
Radek Darmovzal
2. ročník kombinovaného studia Mg-DP.
Prohlášení: Prohlašuji, že předložená práce je mým původním autorským dílem, kterou jsem vypracoval samostatně. Literaturu a další zdroje, z nichž jsem při zpracování čerpal, v práci řádně cituji.
Anotace Tato práce se zabývá vlivem spalovacích motorů na životní prostředí a pokouší se naznačit možnosti řešení tohoto problému pomocí alternativních paliv. Klíčová slova Škodliviny, EOBD, katalyzátor, alternativní paliva, Euro I – IV.
Obsah 1. 2. 3. 4.
Úvod Vývoj emisí Škodliviny v automobilové dopravě Možnosti eliminace spalin 4.1. Katalyzátor 4.2. EOBD 5. Alternativní paliva 5.1. Etanol 5.2. Zkapalněný plyn 5.3. Zemní plyn 5.4. Vstřikování LPG a CNG 5.5. Palivové články 5.6. Bionafta 6. Závěr
str. 2 str. 3 str. 5 str. 7 str. 7 str. 10 str. 11 str. 11 str. 11 str. 11 str. 12 str. 14 str. 16 str. 18
1. Úvod Dnešní životní styl a způsob života je neodmyslitelně spjat s mohutným rozvojem dopravy a tudíž také se zásadní otázkou vlivu dopravy jako celku a hlavně vlivu automobilů, jejich výfukových plynů na životní prostředí. A proto pro nejbližší dobu by mělo být cílem dopravních specialistů dělat osvětu mezi lidmi. Ale hlavně se snažit situaci nějakým způsobem stabilizovat negativní účinky dopravy na životní prostředí a následně se pokusit o snižování těchto negativních vlivů působících na životní prostředí. Největší hrozbou pro modrou planetu je oteplování atmosféry a s ním přicházející změny. Jen od r.1950 do r. 2000 narostly emise skleníkových plynů 4x. Během tohoto století se počítá s nárůstem průměrné teploty o dalších 1,2 až 3.5 0C. Zdá se to málo? Podobný pokles o stejnou hodnotu by však znamenal na Zemi nástup doby ledové. Na tvorbě skleníkových plynů se podílí ze 75 % spalování fosilních paliv, tedy i spalování ropy a ropných produktů při provozu automobilů. Za rok při spalovacích procesech v automobilových motorech v České republice se dostane do našeho ovzduší cca 20.000t oxidů dusíku, 25.000 t uhlovodíků včetně polyaromatických uhlovodíků, zhruba 20.000 t oxidů síry a mnoho dalších škodlivin. Ty ve svém úhrnu působí negativně na zdraví občanů podél rušných komunikací a ve velkých městech především. Nejvíce jsou ohroženy oslabené skupiny obyvatelstva, jako např. děti, staří lidé a nemocní. Automobil ve městě je podstatně větším nebezpečím než ve volné krajině už proto, že pokud motor neujede dostatečnou vzdálenost (v zimě i 4 km) není dostatečně zahřátý motor a ve výfukových plynech je mnohonásobně více škodlivin.
2
Upozorňuji rovněž na automobily s katalyzátory, které pro správnou funkci katalyzátoru potřebují zahřátý motor, jinak produkují velmi nebezpečné a karcinogenní polyaromatické uhlovodíky. Životnost katalyzátoru je cca 100.000km a proto mnoho dovezených automobilů není možné považovat za neškodné.Automobilová doprava působí na zdraví člověka nejen výfukovými plyny, ale také dopravními nehodami. Lidé si neuvědomují, že mimořádně negativní dopad na lidské zdraví má automobil tím, že nutí člověka nepohybovat se. Pohyb totiž rozproudí krev a ta roznáší živiny po těle. A také odplavuje škodliviny. Stres řidičů je dalším rizikovým faktorem pro zdraví člověka.
2. Vývoj emisí Vývoj emisních předpisů Prvním předpisem platným v Evropě byla směrnice EHK 15 zavedená v roce 1971. Ta obsahovala v původní verzi 4 jízdní cykly a počítala s měřením obsahu oxidu uhelnatého (CO) a nespálených uhlovodíků (HC). Později přibylo měření oxidů dusíku (NOx). Test se během let měnil a doplňoval. Po mnoha přepracováních bylo EHK 15 koncem osmdesátých let nahrazeno novou vyhláškou EHK 83. Ta se stala základem i pro dnes platné předpisy. Původní znění vstoupilo v platnost v roce 1989 (v ČR od 1991 ). Předpis specifikuje 3 typy hodnocení: Typ A je určen pro hodnocení vozidel se zážehovým motorem bez dodatečné úpravy spalin (dnes se již uplatňuje pouze na přezkušování emisních vlastností starších typů vozidel při jejich individuálním dovozu nebo při jejich přestavbě na použití alternativních paliv.). Typ B se používá pro hodnocení vozidel se zážehovým motorem s katalyzátorem (používajících bezolovnatý benzin). Typ C je určen pro hodnocení vozidel se vznětovými motory (používajících motorovou naftu). Předpis EHK 83 prošel od roku 1989 několika úpravami, které se většinou týkaly zpřísnění limitních hodnot. Na počátku devadesátých let v rámci jednotné legislativy ve státech Evropské unie vychází nové emisní předpisy, jejichž základem je právě EHK 83, ale nesou již název podle zvyklostí EU. Tyto emisní předpisy jsou spíše známější pod názvem EURO (někdy se používá jenom zkratka EU) plus číslo revize předpisu. V rámci sjednocování legislativy jsou tyto předpisy přijímány i v ostatních státech mimo Evropskou unii. Zde nesou označení jako příslušná verze EHK 83 (např. EHK 83.03). EURO 1 (EUI) V roce 1992 začal ve státech Evropské unie platit předpis 91 /441 /EG, známější spíše jako EURO 1 , tento předpis začal platit v roce 1995 i jako druhá revize EHK 83 (označení EHK 83.02) v ostatních státech. EURO 2 (EU2) Od 1.1.1996 platily ve státech Evropské unie předpisy 94/12/EG a 96/69/EG, označované jako EURO 2. Tyto normy zavedly opět přísnější limity a ve státech řídících se podle předpisů EHK vstoupily v platnost jako třetí a čtvrtá revize EHK 83 (EHK 83.03 a EHK 83.04) v roce 1996, resp. v roce 1999. EURO 3 (EU3) Od 1.1 .2000 platí ve státech Evropské unie předpis 98/69EG - A (EURO 3) a od 1.4.2001 jako předpis EHK 83.05 platí i v ČR. Tento předpis již počítá s odděleným vyhodnocováním emisí oxidů dusíku (NOx) a nespálených uhlovodíků (HC), které byly dříve vyhodnocovány společně. Změny se též částečně týkají uspořádání jízdního cyklu.
3
EURO 4 (EU4) V současné době je již zveřejněn předpis 98/69/EG - B (EUR04), který by měl začít platit od roku 2005. A již dnes někteří výrobci, mezi nimi i Škoda Auto, nabízejí motory, které splňují požadavky tohoto předpisu.
Graf 1. Přehled vývoje emisních předpisů. [1] Přehled vývoje emisních předpisů znázorňuje graf č. 1. Státy mimo EU se co do platnosti jednotlivých revizí předpisu EHK mohou lišit. V Německé spolkové republice platil po jistou dobu předpis označovaný jako EURO 3D. Jeho limity byly přísnější než norma EURO 2 a vozy, které jej splňovaly, měly jisté daňové zvýhodnění. Všeobecně platí, že s datem začátku platnosti nového předpisu musí skončit výroba nebo dovoz vozů nesplňujících zpřísněné požadavky nového předpisu. Pro prodej nových vozů většinou platí, že jejich prodej musí skončit jeden rok od data začátku platnosti předpisu. Daňové úlevy V některých státech platí na vozy, které splňují vybrané emisní limity, daňové úlevy. V České republice tyto úlevy uplatňuje zákon o silniční dani. U vozidel splňujících emisní normu EURO 2 je snížení sazby daně o 25 % (platí do 31.12.2001 ) a u vozidel vyhovujícím normě EURO 3 snížení sazby daně o 50 % ( do 31. 12.2001 ) a počínaje dnem 1 .1.2002 o 25 %. Budoucnost Protože emisní požadavky na nové motory se neustále zpřísňují, je nutné již dnes vyvíjet nové a dokonalejší motory, které se budou vyznačovat nízkou spotřebou a ještě nižší produkcí škodlivin. Neustále také pokračuje vývoj nových alternativních druhů pohonů, při jejichž provozu nevznikají žádné škodlivé látky.
4
3. Škodliviny v automobilové dopravě OXIDY DUSÍKU (NOx). Jsou dnes nejrozšířenější škodlivinou z výfukových zplodin automobilů. NO2 je vstřebáván v plících až z 90 % a spolu s ostatními součástmi NOx může být příčinou zánětlivých procesů sliznice nosu, hrtanu, průdušek a plic. Může nastat i edém plic a výjimečně i smrt. Astmatiky, alergiky, pacienty s bronchitidou a angínou pectoris postihuje zhoršení zdravotního stavu. Norma v ČR stanoví denní průměr na maximálně 100 µg/m3. Okamžité hodnoty znečištění však dosahují někdy až 1300 mikrogramů i více. I při menších koncentracích se však zvyšuje riziko virových a dalších onemocnění dýchacích cest.
PŘÍZEMNÍ OZÓN (O3) A SMOG. Přízemní ozón vzniká působením intenzivního slunečního záření na znečišťující látky z výfukových plynů. Nejvyšší přípustná osmihodinová koncentrace O3 v ČR činí 160 µg/m3.Směs PAU, polétavého prachu, benzenu, kyseliny sírové, oxidu dusičného a dalších škodlivin z výfuků aut bývá nazývána smogem nebo v létě za působení intenzivního slunečního záření, tedy včetně přízemního ozónu, fotosmogem. Působí agresivně na dýchací cesty člověka a v kontextu s úrovní znečištění, délkou pobytu a odolnosti jedince jsou příčinou zhoršení zdravotního stavu, onemocnění dýchacích cest, srdečních a cévních potíží, podráždění očí, bolestí hlavy, únavy, aj.. Častější vystavení organizmu člověka může být příčinou omezení funkčnosti plic a u dětí navíc i vývojových poruch.
OXID UHELNATÝ (CO). Je produktem nedokonalého spalování ropných produktů a nedokonalého spalování vůbec. CO se váže na hemoglobin v krvi mnohem lépe než kyslík a proto způsobuje deficit okysličení krve. Má toxické účinky a při zvýšení hladiny CO, vázaného na hemoglobin v krvi nad 40 % COHb již hrozí akutní nebezpečí smrti. Nejvíce poškozuje srdce, cévy, nervový systém a nenarozený plod v matčině těle. Jak omezení schopnosti hemoglobinu vázat kyslík, tak jeho neochota uvolňovat vázaný kyslík způsobuje deficit zásobování tkání kyslíkem a snižuje výkonnost, zvyšuje únavu. 5000 µg/m3 je naše norma nejvyšší přípustné průměrné denní koncentrace CO v ovzduší.
OXID SIŘIČITÝ (SO2 ) a polétavý prach. SO2 se dnes vyskytuje v ropném palivu i v ovzduší ze spalovacích procesů v tepelných elektrárnách a teplárnách sice v menší míře, ale ve spojení s dalšími škodlivinami jsou jeho účinky pro zdraví rizikové. SO2 dráždí nosní sliznice i plíce a s vyššími koncentracemi způsobuje i otok plic a hrtanu. Normy v ČR připouští průměrné denní maximum 150µg/m3.Norma pro denní průměr u polétavého prachu činí 60µg/m3. Ačkoli prach není příliš podezírán z poškozování zdravotního stavu obyvatelstva, jedná se o prach kontaminovaný těžkými kovy, je nosným médiem i pro další škodliviny, a tedy je i nebezpečný ve vztahu ke zdraví člověka. Navíc je znovu a znovu uváděn do ovzduší a proto je čistota měst a obcí mimořádně důležitým atributem životního prostředí.
5
OLOVO (Pb). Působí na organizmus člověka toxicky a ukládá se v kostech, měkkých tkáních, vlasech člověka. Obsah olova v cínovém nádobí Římanů prý způsobil degeneraci a pád této civilizace. Olovnaté benziny byly již v ČR staženy z prodeje a proto se předpokládá i snižování obsahu olova v životním prostředí a lidském organizmu. Přesto bude olovo ještě dlouho přítomno v potravě, lidském organizmu i životním prostředí. Nesprávné zpracování při recyklaci starých kovů by mohlo předpokládaný stav v některých oblastech zhoršit. Pozornou manipulaci si zaslouží i kontaminované okolí rušných silnic, sedimentované kaly v rybnících a spalovny odpadů, které jsou zodpovědné za značnou část olova v našem prostředí.
POLYCYKLICKÉ AROMATICKÉ UHLOVODÍKY (PAU) Ze stovek druhů těchto látek jmenujme alespoň benzo-a-pyren. Vstřebávají se v plicích a střevech, jsou převážně karcinogenní a mutagenní. Nafta obsahuje odlišné složení těchto látek, nicméně stejně škodlivých.
ALDEHYDY. Mají kromě dráždivých účinků pro oči, sliznice nosu a plíce, také rakovinotvorné účinky, především formaldehyd. Ten poškozuje i mozek a způsobuje leukémii.
BENZEN. Je součástí benzinu. V USA mnohem méně (cca 2 %) než v Evropě (5 – 15 %). Do ovzduší se dostává především odpařováním, ve městech se nachází v koncentraci cca 3 – 30 µg/m3 a denní příjem se pohybuje okolo 400 µg/m3. Kuřáci samozřejmě více, až 600 µg/m3. Působí toxicky na organizmus, především centrální nervový systém a krev, může způsobit i smrtelnou otravu organizmu. Oslabuje imunitní systém člověka, je karcinogenem.S ohledem na to, že u většiny automobilů činí exhalace z motorových vozidel z 20 % odvětrání klikové skříně, 10 % ztráty odpařováním benzinu z karburátoru, 10 % odpar benzinu z nádrže a při tankování paliva, a 60 % teprve výfukové plyny, je zapotřebí omezovat i zbylé škodliviny, které jsou navíc i podezřelé jako karcinogeny.
AZBEST. Který je rovněž podezřelým (lépe řečeno prokázaným) karcinogenem už v nových brzdových obloženích používán není. Víme však, že starých automobilů s azbestovým obložením stále jezdí dost a azbest je také součástí prachu okolo rušných komunikací, a proto je s ním stále ještě zapotřebí počítat.
6
4. Možnosti eliminace škodlivých zplodin ve výfukových plynech 4.1. TŘÍCESTNÝ ŘÍZENÝ KATALYZÁTOR Převádí škodlivé zplodiny CO, HC, NOX na neškodné látky. Katalyzátor má keramickou voštinovou konstrukci, kterou procházejí tisíce nepatrných kanálků. Voština je pokryta katalyticky aktivní látkou. (Konverze) Když výfukové plyny procházejí keramickou voštinou, převádějí se na neškodné látky oxidací (přidáváním kyslíku) nebo redukcí (odnímáním kyslíku). 2 CO + O2 ⇒ 2 CO2 oxid uhelnatý kyslík oxid uhličitý 2 NO + 2 CO ⇒ N2 + 2 CO2 oxid dusnatý oxid uhelnatý dusík oxid uhličitý 2 C2H6 + 7 O2 ⇒ 4 CO2 + 6 H2O uhlovodík kyslík oxid uhličitý voda Správná a účinná funkce katalyzátoru závisí na vyvážené směsi výfukových plynů. Toho se dosahuje palivovou směsí která kolísá v úzkých mezích kolem stechiometrické směsi (vzduchová hodnota λ lambda 1=14,7 kg vzduchu/1 kg paliva), Bohatá směs, tj. nedostatek kyslíku v katalyzátoru, napomáhá konverzi NOX, zatímco chudá směs tj. přebytek kyslíku, napomáhá konverzi HC a CO.K tomu účelu sleduje vyhřívaný snímač obsahu kyslíku (Heated Oxygen Senzor = HO2S, tzv. lambda sonda) umístěný před katalyzátorem nepřetržitě zbytkový kyslík ve výfukových plynech a vysílá signál do řídící jednotky motoru (PCM), která podle toho nastavuje časy vstřiku. Chemicky je katalyzátor látka, která ovlivňuje průběh reakce, aniž se jí zúčastňuje. Katalyzátor není tedy žádný filtr, který zachycuje nečistoty, ale působí svojí přítomností. Katalyzátorem jsou v našem případě slabé vrstvičky drahých kovů (např. paladia a rhodia) nanesené na mřížce katalyzátoru, které vyvolávají reakce produktů nedokonalého hoření a jejich rozklad na méně nebezpečné látky. Optimální pracovní teplota uvnitř katalyzátoru je mezi 300 až 600 °C, při vyšších teplotách by mohlo dojít k jeho poškození. Označení "třícestný" se používá pro typ katalyzátoru, který snižuje obsah tří nejnebezpečnějších složek výfukových plynů, tj. CO, NOx, HC.
7
Regulace Lambda λ. Opatření u zážehových motorů Pouhou volbou součinitele přebytku vzduchu v obvyklých mezích nelze rozhodujícím způsobem snížit emise všech škodlivin současně. v oblasti minimálních koncentrací CO a HC jsou totiž maximální emise NOx. Závislost hlavních škodlivin na součiniteli přebytku vzduchu lambda u zážehových motorů znázorňuje graf č. 2.
Graf 2. Závislost hlavních škodlivin na součiniteli přebytku vzduchu lambda u zážehových motorů. [5] Pro dosažení co nejlepších výsledků je důležité co nejlepší rozprášení a promíchání optimálního množství paliva se vzduchem a dodržování přesně stanoveného součinitele přebytku vzduchu Respektování těchto požadavků dnes umožňují moderní vícebodové vstřikovací systémy (MPI). Dalším důležitým faktorem je okamžik zážehu směsi.Okamžik přeskoku jiskry na zapalovací svíčce je také optimalizován elektronickou řídicí jednotkou. V neposlední řadě je důležitá také pracovní teplota motoru a její rychlé dosažení po studeném startu. Třícestný katalyzátor dosahuje nejvyšší účinnosti tehdy, má-li spalovaná směs součinitel přebytku vzduchu lambda roven jedné. Aby byl tento poměr co nejvíce zachován, používá se před katalyzátorem lambda sonda, která měří množství kyslíku ve výfukových plynech, podle jeho obsahu nastavuje řídicí elektronika množství dodávaného paliva. Takto pracující systém se nazývá řízený katalyzátor.
8
Graf 3. Vliv součinitele lambda na účinnost katalyzátoru. [5] Vliv součinitele přebytku vzduchu lambda na účinnost katalyzátoru znázorňuje graf č. 3. Hlavní nevýhodou katalyzátoru je zvýšení protitlaku ve výfukovém systému a tím snížení výkonu motoru. V motorech vybavených katalyzátorem se nesmí používat olovnatý benzín, protože by došlo k zanášení aktivních ploch katalyzátoru a tím k snížení jeho účinku, tzv. "otrávení' katalyzátoru. Opatření u vznětových motorů Složení škodlivin u vznětových motorů je možné ovlivnit především vhodnou tvorbou spalované směsi ve válci. Značný vliv na emise má okamžik vstřiku paliva. U přeplňovaných motorů lze snížení emisí NOx dosáhnout mezichlazením plnicího vzduchu (intercooler). Na kouřivost motoru má vliv především přebytek vzduchu při spalování a kvalita rozprášení paliva při vstřiku do válce. Jemnějšího rozprášení se dociluje většími vstřikovacími tlaky, např. použitím vysokotlakého systému čerpadlo-tryska.Použití klasického třícestného katalyzátoru je u vznětových motorů nevhodné, a proto se používá pouze tzv. oxidačního katalyzátoru, který snižuje obsah oxidu uhelnatého (CO) a nespálených uhlovodíků (HC). Důležitým prvkem jsou zde filtry, které snižují obsah pevných látek ve výfukových plynech. Závislost hlavních škodlivin na součiniteli přebytku vzduchu lambda u vznětového motoru je znázorněná v grafu č. 4 [5].
Graf 4. Závislost hlavních škodlivin na součiniteli lambda u vznětových motorů. [5] 9
4.2. EOBD – evropská palubní diagnostika. Účelem zavádění stále přísnějších norem pro emise výfukových plynů je nejen zajistit, aby nové vozy opouštějící továrny splňovaly předepsané emisní limity, ale zajistit také, aby znečišťování životního prostředí způsobované vozidly bylo spolehlivě a nepřetržitě monitorováno. To není nový problém, je to důvod, proč byly zavedeny pravidelné povinné emisní zkoušky. Jak je však možno sledovat plnění limitů mezi předepsanými prohlídkami vozidel a stále se prodlužujícími servisními intervaly? Protože životnost katalyzátoru,pokud nedojde k jeho mechanickému poškození, je závislá především na správné funkci elektrické části zapalování a vstřikování paliva. I drobné poruchy mohou dramaticky zvyšovat úrovně emisí vozidla, kterých si řidič ani nevšimne. Některým poruchám se vždy nelze vyhnout: špatná údržba, nesprávné používání a nevhodné palivo také mohou sehrát důležitou roli. Řešením tohoto problému je tak zvaná evropská palubní diagnostika (Europen ON Board Diagnostics) EOBD. EOBD je součástí Evropských norem stupně 3, které budou povinné pro vozy s benzínovými motory poprvé registrované od 01 ledna 2001 a pro vozy s dieselovými motory od roku 2003 [1]. EOBD Byla vyvinuta tak, aby splňovala legislativní požadavky na ochranu životního prostředí a v budoucnu bude využívána úředními orgány k monitorování souladu se specifikovanými emisními limity. EOBD je tudíž standardizována pro všechny vyráběné vozy v automobilovém průmyslu. Mnoho prvků je konstrukčně i funkčně identických, například 16kolíkový datový konektor, diagnostické popisy a zkratky, kódy poruch, přenos dat a komunikace s všeobecně použitelnými zobrazovacími nástroji.Systém EOBD monitoruje účinnost katalyzátoru měřením množství kyslíku uloženého v katalyzátoru. Kyslík je potřebný pro konverzi výfukových plynů. Kontaminace a stárnutí snižují schopnost uchovávat kyslík.EOBD potřebuje pro sledování účinnosti katalyzátoru dva snímače lambda.Snímač lambda umístěný před katalyzátorem měří množství kyslíku před katalyzátorem, druhý snímač lambda měří množství,kyslíku za katalyzátorem. Porovnáním těchto dvou signálů se určuje schopnost katalyzátoru jímat kyslík. Účinnost katalyzátoru je vyvozována z poměru frekvencí spínání obou snímačů lambda před a za katalyzátorem. Pracuje-li katalyzátor správně, snímač lambda za katalyzátorem má nízkou spínací frekvenci, protože fluktuace mezi chudými a bohatými výfukovými plyny jsou vyrovnávány konverzí škodlivin. Poměr mezi spínacími frekvencemi snímačů lambda je nízký (blízký 0). Když se účinnost katalyzátoru zhoršuje, počet sepnutí obou snímačů je stále bližší. Když poměr dosáhne hodnoty 1 katalyzátor je vadný. Výfukové plyny přicházející do katalyzátoru opět vycházejí ven bez významné konverze škodlivin [1]. Systém EOBD komunikuje s řidičem prostřednictvím kontrolky chybné funkce (MIL kontrolka motoru). Kontrolka MIL může upozornit řidiče dvěma způsoby. 1.kontrolka MIL se rozsvítí při zapnutí zapalování (funkční test společně s ostatními kontrolkami) a zhasne po rozběhnutí motoru. Pokud kontrolka MIL nezhasne nebo rozsvítí-li se za jízdy, diagnostika EOBD zjistila závadu, která ovlivňuje emise a příslušný chybový kód se uloží do adaptivní paměti. Vůz v takovém případě musí do servisu k prozkoumání závady, ale nejedná se ještě o nouzový stav. Ten nastává tehdy, pokud je ohrožen katalyzátor. To je případ pokračujícího vynechávání zážehů: nespálené palivo přichází do katalyzátoru a vzněcuje se, čímž způsobuje nadměrné teploty vedoucí k poškození katalyzátoru. Kontrolka MIL v tomto případě bliká s frekvencí 1Hz a řidič musí ihned snížit rychlost. Pokud MIL bliká i nadále, je nutno se vyhnout prudkému zrychlování a zpomalování a vůz musí co nejdříve do servisu. Při této závadě se může spustit režim nouzového řízení motoru (FMEM Failure Mode Effect Management). Používá se různá strategie varování. Zjistí-li se výpadky zážehu, může FMEM zablokovat přívod paliva do postižených válců a zabránit tak vniknutí nespáleného paliva do katalyzátoru a tím se zabrání akutnímu nebezpečí jeho zničení.
10
5. Alternativní paliva Z hlediska výkonu, infrastruktury, účinnosti a také pohodlí jsou zatím běžné koncepce pohonu jen stěží nahraditelné. Ovšem negativní změny klimatických podmínek, vyčerpání zásob fosilních paliv a nutnost řešení otázky, jak se vypořádat se stále stoupající spotřebou energie, logicky zájem o alternativní pohony zvyšuje. K jaké alternativě pohonu se přiklonit, o tom rozhoduje účel konkrétního automobilu a často i specifika upřednostňovaná jednotlivými státy. 5.1. Etanol Alkohol jako palivo spalovacího motoru se zdá být dobrou náhradou ropných produktů zvláště tam kde existují podmínky pro jeho hospodárnou výrobu. Dnes se nejvíce lihu pro automobily získává z cukrové třtiny v Brazílii, kde to dělá ročně asi 13milionů m3, v USA ho vyrábějí z kukuřice a z obilí za stejné období kolem 6milionů m3. Zatím je jeho výrobní cena asi 0,3 Euro/litr, ale snaha je dostat se na 0,13 Euro/litr.Používání lihu pro pohon automobilových motorů má na evropském kontinentu největší šance ve Švédsku, kde se alkohol s podporou státu vyrábí ze slámy a štěpků. Palivo, které je tady k dostání u padesáti čerpacích stanic je směsí 85 % etanolu a 15 % benzinu. Předpokládá se ale, že do roku 2006se počet čerpacích stanic alkoholového paliva zvýší na 500. Na spalování tohoto paliva je potřeba na motoru upravit ventily a jejich sedla kvůli opotřebení, a tak též je automobil vybaven jinou nádrží a palivovým potrubí. Dále je motor osazen dodatečnými čidly které zjišťují poměr alkoholu a benzinu v palivu, který je právě spalován a podle tohoto poměru se upravuje charakteristika zapalování.Takto vybavené automobily splňují normu EU4 jejíž platnost začíná až rokem 2005. 5.2. Zkapalněný plyn – LPG Dnes velmi rozšířeným alternativním palivem je LPG (Liquefied Petroleum Gas) u nás známí jako propan-butan. Jedná se o směs uhlovodíků získaných jako vedlejší produkt při rafinaci ropy. Tento plyn je možné ochlazením nebo stlačením převést do kapalného stavu, ve kterém má malý objem. Podle dostupných statistik na LPG jezdí ve světě asi 7,3 milionů vozů, z toho u nás zhruba 150 000. Bivalentním systémem se u automobilů umožňuje zvětšení dojezdu. Například skříňový Transit LPG ujede na propan-butan 320Km a na benzín dalších750Km. Sériová výroba oproti individuální přestavbě může využít vysoké oktanové číslo ke zvýšení kompresního poměru znamenajícího i vyšší tepelnou účinnost. Propan-butan však nějakým zásadnějším způsobem otázku paliva pro budoucí automobily neřeší. 5.3. Zemní plyn - CNG Za perspektivní alternativní palivo, které se nechá dobře využít v jenom lehce modifikovaném zážehovém motoru, je zemní plyn. Ten je tvořen asi z 98 % metanem, přičemž platí, čím větší je obsah metanu, tím větší je energetický potenciál zemního plynu a hodí se tedy lépe jako palivo. Jeho zásoby jsou tak obrovské, že k jejich vyčerpání by mohlo dojít až za více než 150 let. Aplikace zemního plynu je převážně ve stlačené formě (CNG – Compressed Natural Gas) a v automobilu se plní do ocelových 80litrových nádrží pod tlakem 200 barů. Jejich obsah u osobního vozu zajišťuje dojezd 220-250 Km. Přitom hmotnost ocelové nádrže je kolem 90 Kg. Kompozitní plasty tuto hmotnost snižují, na 40 Kg, ale jsou proti oceli 2,7krát dražší. Další vývoj se ubírá směrem k možnosti plnění plynu pod tlakem 600 bar. Zemní plyn je také fosilním palivem , takže i při jeho spalování se uvolňují složky deklarované jako škodlivé, byť v daleko menším množství. Značně omezený je také výskyt CO2. Nicméně takovéto motory splňují podmínky ekologické normy EU4. 11
Další možností získávání metanu jsou skládky organických odpadů nebo čističky, kde se vytváří bioplyn. Po jeho vyčištění může sloužit jako palivo spalovacích motorů s vlastnostmi obdobnými zemnímu plynu. Pro Využití CNG v blízké budoucnosti je zapotřebí dále propracovat technologii jeho tankování, čímž se připravuje zároveň půda pro tankování velmi perspektivního vodíku a podstatně rozšířit síť čerpacích stanic. Nejvíce je jich dnes v Německu a v Itálii, zhruba po třech stovkách. Třetím principem pohonu vozidel jsou palivové články. Jízdními výkony se vozy s palivovými články nejvíce přibližují možnostem automobilů na klasický pohon. Pohon vyhovuje i z dalších hledisek – jedinými zplodinami, které unikají do okolního prostředí, jsou vodní páry. Vyřazené palivové články nezatěžují životní prostředí těžkými kovy, jejich životnost je také o mnoho delší [2]. 5.4. Vstřikování LPG a CNG Základní funkce zařízení pro vstřik plynu Vstřikování plynu je generačně odlišný systém řešení alternativního pohonu motorových vozidel využívající moderní technologie zvláště na poli elektronického řízení celého systému. U těchto systémů jsou v zásadě možná dvě odlišná řešení. Prvním je vstřikování plynné fáze do sacího potrubí těsně před sací ventil Druhou variantou je vstřik kapalného propan-butanu přímo k sacímu ventilu hlavy zážehového motoru. Tyto systémy jsou zatím u všech výrobců ve stádiu vývoje. Někteří výrobci je již začali zařazovat do nabídek svých montážních dílen, ale po krátké zkušenosti z prototypových zkoušek se projevily zásadní nedostatky v životnosti některých komponentů zejména vstřikovacích ventilků - a tyto soupravy byly staženy z trhu. S tímto systémem od holandského výrobce Vialle, jehož výrobky pro alternativní pohon patří k nejkvalitnějším, ale také nejdražším na trhu, byl dokonce nabízen přímo od výrobce supersportovní vůz Bugatti EB 110.K hlavním výhodám tohoto systému patří zvýšení výkonu a točivého momentu motoru při zachování spotřeby paliva a snížení škodlivých emisí výfukových plynů (včetně u plynových pohonů problematických NOx). Je to způsobeno tím, že kapalný propanbutan po vstříknutí k sacímu ventilu okamžitě zplynuje, čímž dojde k razantnímu ochlazení nasávané směsi, které umožní nasátí většího hmotnostního množství vzduchu (zvýšení výkonu), i k ochlazení spalovacího prostoru motoru, které se příznivě projeví na množství NOx ve výfukových plynech. K nevýhodám, nepočítáme-li zatím nedořešené technologické problémy životnosti, patří v první řadě cena soupravy pro přestavbu motoru, která je několikanásobně vyšší než u systému vstřikování plynné fáze či klasického podtlakového systému. Vstřikování plynné fáze paliva (propan-butanu, nebo zemního plynu) do sacího potrubí těsně před sací ventil je v současné době novinkou na trhu sériově vyráběných souprav pro alternativní pohon motorových vozidel. Ve své nabídce má tento systém již řada výrobců a v systémech řízení a regulace jsou již nyní značné odlišnosti. Systém vstřiku plynné fáze je jakýmsi mezičlánkem mezi klasickým podtlakovým systémem a přímým vstřikem kapalné fáze plynu. Příprava plynu před jeho mísením do nasávaného vzduchu je v principu shodná jako u podtlakového systému - zplynovač s redukcí tlaku. Dále však plyn neproudí přes škrtící regulační šroub (u vozů bez elektronického řízení směsi) nebo krokový regulační motorek (u vozů s řízeným katalytickým systémem) do klasického směšovače (který byl hlavním dávkovacím činitelem podtlakových systémů), ale proudí z reduktoru do tzv. distributoru. To je poměrně složité zařízení, které má hned několik funkcí [3].
12
Jednak provádí základní dávkování množství plynu pro chod motoru, dále uzavírá přívod plynu k jednotlivým válcům motoru při nuceném běhu naprázdno (deceleraci), otevírá při chodu motoru v režimu volnoběh či jízda a provádí přesné rozdělení "vstřikovaného" množství plynu přiváděného do jednotlivých vstřikovacích trysek, umístěných v sacím potrubí u ventilů jednotlivých válců spalovacího motoru. Systémy vstřikování 1. Kontinuální / digitální vstřik plynu Způsobem funkce má tento systém nejblíže k mechanickému kontinuálnímu vstřikování benzínu (nejběžnější BOSCH K-Jetronic), pouze dávkování plynu je řízeno elektronicky. Plyn je zde rozváděn distributorem k jednotlivým tryskám, které pouze zajišťují vstřik plynu do sacího potrubí. Veškeré dávkovací a regulační funkce obstarává právě distributor. Trysky mohou být opatřeny podtlakovými ventilky, které zlepšují přechodovou fázi z volnoběžného režimu do jízdního režimu. U zařízení bez těchto ventilků je nutné při zástavbě zařízení do vozu dodržet co možná nejkratší délku hadiček spojujících distributor a trysky (max. do 20 cm - délka hadiček se nepříznivě projevuje na prodlevě mezi sešlápnutím plynového pedálu a reakcí motoru) a zajistit jejich naprosto shodnou délku. Dále se tyto systémy liší způsobem elektronického řízení a dají se rozdělit na dvě skupiny. První z nich je technicky dokonalejší a při bezchybné montáži a dobrém stavu přestavovaného vozu je prakticky zajištěna dokonalá funkce těchto systémů. K dalším výhodám patří velmi jednoduché oživení a základní nastavení systému po přestavbě - po nastartování a přepnutí na plyn proběhnou veškerá nastavení automaticky, po připojení PC s diagnostickým softwarem je možné vše zkontrolovat, případně program poupravit. Řízení dávkování směsi je prováděno řídící jednotkou, která snímá otáčky motoru, polohu otevření škrtící klapky, údaj kyslíkového čidla (lambda sondy) a množství nasávaného vzduchu (MAP senzor). Právě snímání tohoto posledně jmenovaného údaje, které je pro funkci vstřikování prakticky nejdůležitější (u klasického podtlakového systému základní dávkování plynu závislé na množství nasávaného vzduchu zajišťuje směšovač, který u vstřikovacích systémů není), je značně problematické, jelikož téměř každý typ motoru má odlišný způsob měření množství nasávaného vzduchu a zejména pak výsledný signál pro řídící jednotku. Z toho vyplývá, že řídící jednotky plynových vstřikovacích zařízení s tímto způsobem řízení musí být takzvaně ušité na míru pro konkrétní typy vozů.Toto je prakticky jediná, ale někdy podstatná, nevýhoda tohoto systému V ČR má zastoupení holandský výrobce AG (zařízení DGi) a ten po sdělení typu vozu, motoru, řídící jednotky, roku výroby a nejlépe kódu WIN zašle patřičnou řídící jednotku (pokud ji má ve výrobním programu). Dovozce samozřejmě má k dispozici jednotky na nejběžnější typy vozů, pro vozy Felicia a Octavia 1.6 MPi – 55 Kw již existuje hromadné schválení MDS ČR. Druhý systém, jehož hlavní výhodou je univerzálnost použití pro prakticky jakýkoliv vůz s řízeným katalytickým systémem, nemá ve svém zapojení právě ono problematické snímání množství nasávaného vzduchu. Tato veličina je nahrazena předvolenou křivkou v závislosti na otáčkách motoru a úhlu otevření škrtící klapky. Tyto křivky však nemusí vyhovovat konkrétním podtlakovým poměrům v sacím potrubí motoru, a tak je nutné systém poměrně komplikovaně nastavovat za jízdy s připojeným přenosným PC s diagnostickým softwarem. Tato práce vyžaduje značnou odbornost a znalost problematiky pro dosažení optimálního nastavení, zvláště pak pro následné plnění přísných emisních limitů. Do ČR jsou dováženy systémy LANDI RENZO (Holandsko) a TARTARINI (Itálie). Zvláště zařízení TARTARINI - Etagas je naprosto univerzální a je možné jej použít i pro víceválcové a velkoobjemové motory.
13
2. Sekvenční vstřik plynu Jedná se o zatím nejmodernější a nejdokonalejší systém vstřikování plynné fáze paliva. Jako jediný ze systémů pro alternativní pohon plynem je schopen bez následných problémů pracovat ve vozech s řídícími systémy OBDII (USA, Kanada - všechny vozy od roku výroby 2000), či EOBD (Evropa - všechny vozy od roku výroby 2001). Jeho funkce je zdánlivě jednoduchá. Reduktor pracuje shodně jako u systému kontinuálního vstřiku, distributor však pouze rozděluje plyn do přívodních hadiček ke vstřikovacím tryskám. Vstřikovací trysky jsou zde opatřeny dávkovacími elektrickými ventilky, které přímo zajišťují přesné impulzní dávkování plynu do jednotlivých válců. Řídící jednotka plynového zařízení je napojena na všechna čidla, jako u systému kontinuálního vstřiku, ale jejich signály jsou podružné a pouze ovlivňují základní regulaci vstřiku, která je řídící jednotkou "přepočítávána" z impulsů snímaných přímo z benzínových vstřikovacích ventilků. Soupravy pro přestavby vozů ovšem opět existují pouze pro jednotlivé konkrétní typy motorů. V ČR je k dispozici zařízení SGi holandského výrobce AG.
5.5. Palivové články Vyrábějí elektrickou energii z vodíku a kyslíku. Využívají řízené fyzikální reakce obou plynů, která je založena na výměně protonů. Potřebný kyslík se získává přímo z ovzduší, stlačený vodík je však nutno vézt ve speciální nádrži. Nesnáz zatím spočívá v tom, že vodík je získáván chemickou přeměnou z uhlovodíkových paliv a sice v jednotce přímo spojené s palivovým článkem. To představuje technickou komplikaci, snížení účinnosti, zvýšení hmotnosti a další problémy. Nejsou však neřešitelné, a proto se dnes vývoji palivových článků věnují takřka všechny velké automobilky jako General Motors, Daimler-Chrysler, Ford, Mazda, Honda nebo Mitsubishi. Palivové články samy o sobě nepředstavují žádný pohon. Palivový článek je měnič, v němž se uvolňuje chemická energie během oxido-redukční reakce a transformuje se v energii elektrickou. A teprve potom může přijít na řadu pohon: získanou elektrickou energii můžeme použít k napájení elektromotoru, který může pohánět např. vozidlo. Ale co je to vlastně ten palivový článek?. Palivový článek je možno si představit jako elektrolýzu úplně naruby. Totiž tak, že k jedné elektrodě přivádíme vodík (nebo případně uhlovodíkové palivo), ke druhé elektrodě kyslík nebo okysličovadlo, přitom je mezi elektrodami místo vody jiný vhodný elektrolyt a za přítomnosti katalyzátoru zde dochází k chemickému slučování kyslíku a vodíku na vodu, přitom na elektrodách vzniká elektrické napětí a mimo to reakce produkuje obvykle i teplo. Ale žádný plamen, žádné výbuchy, v naprosté tichosti probíhá přímá přeměna energie paliva na elektrickou energii. Navíc prakticky nevznikají žádné škodlivé emise, pouze vodní pára (při použití uhlovodíků též oxid uhličitý), ale přece to má jednu podstatnou nevýhodu: je to zatím pořád ještě velmi drahé [4].
14
Praktická aplikace palivových článků není nijak nová, už v šedesátých letech byly užívány v kosmickém výzkumu například v projektu Apollo, kde byl potřeba lehký a ekologicky čistý zdroj tepla i napájení přístrojů. Na přelomu osmdesátých a devadesátých let byly prakticky tytéž palivové články použity například v pokusném nízkoenergetickém domě Fraunhofferova ústavu. Spotřebovávaly zde vodík, vyrobený přes léto elektrolýzou vody elektrickým proudem, získaným ze sluneční energie pomocí fotovoltaických článků. Byla ověřena dobrá funkce systému, přičemž palivové články byly umístěny dokonce přímo ve vzduchovodu klimatizace domu. Je patrné, že v obou případech se jedná o velmi výjimečné projekty, kdy příliš nezáleželo na penězích, resp. kdy byly daleko důležitější výhodné vlastnosti palivových článků a peníze byly přitom nejdříve tak na třetím nebo dalším místě. Takový přístup ale není myslitelný při plošném nasazení v praxi. Řada špičkových výzkumných laboratoří se již nejméně dvě desítky let snaží tuto dříve kosmickou techniku přiblížit praxi, tedy především významně zlevnit. Je to proces trochu podobný jako u polovodičů, ale bohužel zdaleka ne tak rychlý. Hlavním cílem je jistě zkonstruovat ekologicky čistou náhradu pístových spalovacích motorů, ovšem za přijatelnou cenu. Elektromotory jsou již dávno k dispozici, nyní navíc mohou být výhodně doplněny inteligentním elektronickým řízením. Zbývá "jen" přidat účinný, spolehlivý, lehký a levný mobilní zdroj elektrické energie. Úsilím vědců byly postupně vyvinuty palivové články zhruba šesti druhů, které se liší palivem (vodík, metan, jiné uhlovodíky) a provozními parametry, zejména pracovní teplotou. Podle toho lze hodnotit i jejich vhodnost nasazení ve vozidlech. O vodíku se již dlouho uvádí, že je palivem budoucnosti. Akorát nikdo přesně neví, kdy ta jeho pravá chvíle přijde. Jeho největší přednosti jsou: možnost výrazného snížení obsahu škodlivých emisí ve spalinách a velká výhřevnost kilogramu vodíku. Nejelegantnější využití vodíku představují nepochybně výše zmíněné palivové články, které samy sice nejsou motorem, protože neprodukují přímo mechanickou práci, ale ve spojení s elektromotorem mohou vytvořit kvalitní pohon vozidla [4]. Vodík však může být také palivem prakticky v kterémkoliv ze současných druhů spalovacích motorů, jako je pístový, proudový nebo raketový. Může zde nahradit dosud běžná uhlovodíková paliva. Motory k tomu musí být ovšem upraveny. Za to se odvděčí podstatně nižšími koncentracemi škodlivých emisí ve výfuku, přitom pochopitelně zcela odpadají emise CO a CO2. Nezbytné úpravy se týkají nejen spalovacího prostoru motoru, ale také palivové soustavy, počínaje nádrží ve vozidle, až po vhodné dávkování paliva do spalovacího prostoru. A nestačí ani to, vně vozidla musí být vybudován samostatný systém distribuce a plnění vodíkového paliva - výdejní stojany, nádrže, cisterny, systém rozvozu. Náročnost budování infrastruktury vodíkového paliva si může čtenář představit jako obdobu budování plnicích stanic LPG (zkapalněný propan-butan) pro vozidla, které se u nás během posledního desetiletí dobře zavedly. Podobné je to také u plnicích stanic na CNG (stlačený zemní plyn), které jsou v některých zemích běžné a i u nás se v dohledné době zřejmě více rozšíří. U vodíku to však bude technicky náročnější než u LPG a CNG dohromady. Vodík může být uchováván dokonce obojím způsobem, jak ve stlačené tak ve zkapalněné formě, ale obojí přináší značné technické problémy. Jedná se totiž o vysoké tlaky a při zkapalnění i mimořádně nízké teploty (jen 20 K, tj. - 253 °C). Z toho důvodu například výdejní stojan pro vodíkové palivo musí být konstruován jinak než jsme zvyklí, koncovku plnicího potrubí připojuje k ventilu na automobilu robotizovaná ruka. Připojování i plnění je dosti nebezpečné a proto je nejlépe, když probíhá bez přímé přítomnosti člověka. Takové zařízení je ve zkušebním provozu na letišti v Mnichově, na vodík zde pokusně jezdí upravené osobní automobily a autobusy.
15
Vysoká výhřevnost kilogramu vodíku je lákavá, ale v praxi je také důležité, kolik kilogramů bude přitom vážit a kolik místa ve vozidle zabere silnostěnná a tepelně izolovaná palivová nádrž. Některé další problémy vodíku: - tvoří třaskavou směs se vzduchem - problém větrání garáží, autoservisů apod., - díky malé molekule proniká téměř každým těsněním, šroubením i ventily, - stlačování a zkapalňování vyžaduje značné výdaje energie navíc [4]. Speciální tlakové nádoby, stlačování i řada nutných bezpečnostních opatření činí vodíkové palivo v konečném hodnocení dosti drahým v porovnání s tekutými uhlovodíkovými palivy, která vystačí s lehkými nádržemi bez tlaku. Proto zřejmě jen velmi urgentní okolnosti mohou přispět k jeho skutečně plošnému užívání. Počítá se, že by k tomu mohlo dojít při blížícím se vyčerpání fosilních uhlovodíkových paliv, tj. řádově během 20 - 50 let. Pro bližší budoucnost výrobci vozidel stále hledají provozně levnější a relativně méně nebezpečná tekutá paliva. Horkým favoritem se přitom může stát methanol, který lze poměrně jednoduše vyrábět synteticky. Jeho hlavní a skoro jedinou nevýhodou je jedovatost, naproti tomu podobně jako vodík může být methanol použit jak do pístových spalovacích motorů tak i do určitého typu palivového článku. Ve spalovacích motorech má i určité přednosti, a to i z hlediska emisí. V tomto ohledu může vodíku vyrůst poměrně nečekaná a přitom zdatná konkurence. 5.6. Bionafta energetická bilance při pěstování řepkového oleje vyznívá velmi příznivě : energetický vstup pro řepku včetně agrotechniky a zpracování na olej činí 17,6 GJ ha-1, zatímco výstup 46,6 GJ ha-1 (podle dr. Friedricha z berlínského výzkumného ústavu UBA) což je 2,65násobný zisk energie z jednoho hektaru. Vezme-li se však do bilance energetický obsah vedlejších produktů (např. slámy, šrotu, glycerinu a pod.), pak podle údajů výzkumníků francouzského ústavu SOFIPROTEOL stoupne energetický zisk až 6krát z 1ha můžeme v našich poměrech získat až 1000 kg surového oleje po technologickém zpracování řepkového semene. Olej prakticky není přímo využitelný jako palivo ve vznětových motorech (i když takové existují, např.ELSBETT). Musí se proto chemicky upravit, aby se co nejvíce přizpůsobil motorové naftě ve fyzikálně-chemických a zejména v palivářských vlastnostech. Tomuto záměru se nejvíce přibližuje chemický proces zvaný transesterifikace. V původním řepkovém oleji je obsažen ester s glycerinovou složkou, která dává nežádoucí palivářské vlastnosti. Proto ji nahradíme složkou pocházející z methylalkoholu, čili získáme methylester řepkových kyselin. Poté se zbavuje přebytečného methylalkoholu a vyloučeného glycerolu. Takto přečištěný methylester se mezinárodně označuje jako RME, u nás jako MEŘO a je základní palivovou složkou, která sama o sobě již může sloužit jako palivo pro dieselové motory. V tomto případě mluvíme o bionaftě první generace. Může se také stát složkou multikomponentního paliva pro diesely, pak hovoříme o bionaftě druhé generace či také o směsné naftě (tvořené směsí dvou nebo více palivářských komponent) tzv. NATURDIESEL. Bezproblémově se mísí s běžnou komerční naftou v jakémkoliv poměru. Při přechodu na NATURDIESEL není nutné vyměnit palivový filtr, čistit palivová nádrž ani vyměnit pryžové díly (hadičky), ale doporučuje se to zejména v případě, když jde o systém již značně dlouhou dobu užívaný, nebo když je nádrž paliva léta nečištěná a zavodněná. Větší množství vody v nádrži vadí. Je tu nebezpečí hydrolýzy MEŘA. V menším množství je možné ji vyvázat přídavkem VELFOBIN. Pokud je ovšem v nádrži "jezero" vody, pak je nutné ji důkladně vyčistit. Změna ve výkonu motoru a spotřebě je sotva postřehnutelná [5].
16
To je hlavní výhoda oproti bionaftě 1. generace, kde výkon motoru i při laickém posouzení znatelně klesne a spotřeba stoupne. Zimní vlastnosti NATURDIESELU lze hodnotit kladně. "Balík" zimních aditiv obsahuje účinný depresant zaručující minimálně hodnotu CFPP (ztráta filtrovatelnosti) na -15oC pro třídu E a -20oC pro třídu F. Ke skladovatelnosti NATURDIESELU. Do jednoho roku neprobíhá prakticky více změn než u běžné komerční nafty. Pro delší období platí samozřejmý požadavek skladování v podzemních nádržích bez patrného ohřívání vlivem sálajícího slunce, a přítomnosti vzdušného kyslíku, zejména u nadzemních nádrží. Ale tak dlouhou dobu se většinou v nádržích NATURDIESEL nezdrží. Dnes je výroba a užití celé škály aditiv pro naftové motory neoddělitelnou součástí moderních paliv pro vznětové motory. Ovšem vtip aditivace spočívá v multifunkčním působení jednoho a téhož additiva a dále je nutno respektovat fyzikálně - chemické a palivářské vlastnosti daného paliva [5]. Při rozhodování a volbě nejvhodnějšího výběru druhů a dozace additiv musíme vzít v úvahu: 1) Čím větší je podíl MEŘO (methylesteru řepkové kyseliny) tím větší potíže a problémy vyvstávají, především s oxidační stálostí paliva, tvorbou pryskyřic, tvorbou úsad jak v nádržích, kohoutech, potrubích, zejména však ve vstřikovacím čerpadle a na tryskách. Tvoří se pryskyřičnaté úsady na rozvodovém mechanizmu či ve vlastním kompresním prostoru úsady na dřících ventilů a na koruně pístu.Potom mluvíme o tzv. "řepkové únavě" motoru. Motor ztrácí výkon a přehřívá se při plné zátěži, zvyšuje se spotřeba paliva. MEŘO vykazuje také svoje plusy. Poskytuje palivu zvýšenou maznost, neboť dostatečná viskozita paliva sama ještě neznamená záruku, že nedojde k poruše vstřikovacího čerpadla. Dokladem je "švédská anabáze" ve SVENSKA SHELL po uvedení superčisté motorové nafty typu CLASS I s pouhými 10ppm síry a nafty typu CLASS II s 50 ppm. síry. V tomto k případě docházelo po ujetí cca 3 - 12 000 km k zadření vstřikovacích čerpadel. MEŘO poskytuje podstatně lepší emise zejména v případě S02, HC, CO, sazí a pochopitelně i částic. Největším argumentem MEŘO je 99 % odbouratelnost dle testu CEC-E 33-A 93 během 21 dnů. Ovšem i ostatní složky mohou dosahovat vysokého procenta odbouratelnosti, která u samotné klasické motorové nafty je max. kolem 72 % v závislosti na obsahu aromatických uhlovodíků a síry. 2) Další složkou bionafty druhé generace jsou lehké či těžké alkany, které představují rovněž odbouratelnou složku navíc s vynikajícími palivářskými vlastnostmi. Nedostatkem lehkých alkanů je nedostatečná maznost. N-alkany ovlivňují pozitivně emise, ovšem spotřeba roste neboť mají nízkou měrnou hmotnost. 3) Třetí majoritní složkou bionafty druhé generace je střední bezsirný destilát přinášející dobrou výhřevnost, dobrou spotřebu a výkon, ovšem s vysokými exhalacemi a špatnou odbouratelností. Proto zde záleží na tom, aby výrobce získal zdroj bezsirného středního destilátu s technologickým minimem aromatických uhlovodíků (asi 15 %). Je nutné odsíření tohoto destilátu na 0,05 % síry, aby se při překročení tohoto limitu nezvýšil počet částic v emisích. A právě proto se používá jako třetí komponenty komerčně dosažitelná CITY-nafta. Tyto a podobné složky v různých variantách obsahuje většina u nás vyráběných bionaft druhé generace. Ovšemže ne všechny tyto bionafty u nás uvedené na trh mají optimální sladění výrobních složek, některé mají příliš velký podíl lehkých složek, a tudíž nízkou měrnou hmotnost často klesající pod 800 kgm-3 s negativními dopady na spotřebu a maznost. Jiné jsou v důsledku vysokého podílu MEŘO a dalších těžkých ropných složek zvyšují karbonizaci motoru a emise.
17
6. Závěr „Proč musí být ochrana životního prostředí vždy diktována legislativou?“, ptá se člověk kterému leží na srdci zájmy životního prostředí. Konec konců je přece v zájmu každého, aby naše automobily vypouštěly do atmosféry méně znečisťujících látek. Avšak ochrana životního prostředí stojí peníze a ani automobily nejsou výjimkou. A máme-li sami platit, nadšení pro životní prostředí jaksi vyprchává. Obvyklé tržní faktory selhávají, jde-li o ochranu životního prostředí. Všichni chápeme a akceptujeme, že speciální zvuková aparatura, metalíza nebo kola s lehkých slitin nás stojí více. Dojde-li na abstraktnější věci, jako je snížení emisí výfukových plynů, je naše pochopení slabší.Zákazník není ochoten platit víc za něco, co nemůže sám vidět nebo vnímat. Výrobce vozidel nebude chtít při výrobě automobilů zvyšovat náklady na zařízení, za něž zákazník není ochoten platit, přeje-li si zůstat konkurenceschopný. K přerušení tohoto začarovaného kruhu je tudíž nutná legislativa, aby každého z nás přinutila sáhnout hlouběji do kapsy v zájmu našeho společného životního prostředí, přičemž vytváří tytéž podmínky a možnosti soutěžení pro všechny výrobce. Použitá literatura. [1] RŮŽIČKA, A. EOBD- evropská on board diagnostika (2. část). AutoEXPERT, 2001, roč. 6, č. 6, s. 36-38. [2] Budoucnost očima Fordu. SVĚT MOTORŮ. 2002, roč. 55, č. 20, s. 24-25. [3] BISKUP, P Zemní plyn je nejzajímavější, svět fordu. 2002, č. 3, s. 24-25. [4] Vzpomínky na budoucnost. SVĚT MOTORŮ. 2002, roč. 56, č. 28, s. 21. [5] Jak se dopracovat k čistému dieslu. SVĚT MOTORŮ. 2000, roč.54, č. 37, s. 22-23.
18
