LCA motorových (bio)paliv pro zavedení daně z CO2

Úvod

Pro hledání odpovědí na otázky dopadů paliv a biopaliv na životní prostředí se jako nejvhodnější nástroj používá analýza životního cyklu (LCA), často ve zjednodušené podobě zvané „well-to-wheels“ analýza. Jedná se o specifický typ LCA analýzy, který bývá často používán v souvislosti s hodnocením dopadů paliv v dopravním sektoru a různých dopravních módů, případně typů vozidel a jejich pohonů. Analýza bývá dělena na dvě základní části, a to „well-to-tank“ a „tank-to-wheels“. První z nich hodnotí palivo od těžby základních surovin přes celý zpracovatelský řetězec až po jeho dodávku do vozidla, resp. dopravního prostředku. Druhá část hodnotí vlastní využití paliva. Dopady bývají vyjadřovány ve vztahu ke kategorii dopadu globálního oteplování jako ekvivalenty CO₂ (Kočí, 2009).

Obr. 1: Emise CO2ek well-to-wheels analýzy biopaliv a fosilních motorových paliv v podmínkách ČR

LCA studie motorových paliv v podmínkách ČR

V České republice bylo zpracování well-to-wheels analýzy motorových paliv součástí projektu SPII4i1/33/07 „Analýza životního cyklu fosilních motorových paliv a biopaliv pro tvorbu koncepčních dokumentů zavedení daně z CO₂ v oblasti mobilních zdrojů znečišťování“, řešeného v rámci veřejné soutěže ve výzkumu a vývoji resortního programu výzkumu v působnosti Ministerstva životního prostředí ČR. V projektu byla hodnocena fosilní motorová paliva a biopaliva I. generace, konkrétně bioetanol z pšenice a cukrové řepy a metylestery mastných kyselin řepkového oleje. Funkční jednotkou bylo zvoleno ujetí vzdálenosti 1 km běžným osobním vozidlem, kterým byla řešitelským týmem stanovena Škoda Fabia, druhé nejrozšířenější vozidlo v ČR. Pro výpočty byla zvolena provedení s podobnými výkonovými parametry, tj. se zážehovým a přeplňovaným vznětovým motorem o objemu 1,4 litru. Definice hranic systému při analýze definovaných biopaliv byla dána řetězcem procesů výroby syntetických hnojiv včetně těžby a dopravy surovin pro výrobu, dopravou syntetických hnojiv ke spotřebiteli, pěstováním zemědělských plodin a jejich dopravou ke zpracovateli, průmyslovou výrobou biopaliv, dopravou biopaliv do čerpací stanice PHM, procesem spojeným s čerpáním pohonných hmot, spálením v motoru. V případě fosilních paliv se procesní řetězec skládá z těžby, dopravy a uskladnění ropy, dopravy ropy do rafinerie, zpracování ropy, distribuce paliv do čerpacích stanic, čerpání PHM a spálení paliv v motoru.

Obr. 2: Emise CO2ek well-to-wheels analýzy biopaliv a fosilních motorových paliv v podmínkách ČR

Podle výsledků analýzy z hlediska úspor produkce skleníkových plynů vychází jako nejvhodnější používání metylesterů řepkového oleje a etanolu vyráběného z cukrové řepy (obr. 1, 2), za předpokladu že CO₂ vzniklý spálením paliva v motoru je využit rostlinami při jejich růstu. Tato paliva splňují požadavky dané směrnicemi 2009/28/ES a 2009/30/ES.

Při podrobnějším zaměření na výsledky well-to-tank analýzy a rozborem podílů jednotlivých fází životního cyklu na celkových emisích skleníkových plynů zjistíme následující skutečnosti. U všech uvedených paliv jsou dominantní zpracovatelské a výrobní procesy. Výrazné jsou také podíly těžby ropy u fosilních paliv a pěstování plodin pro výrobu biopaliv. Procentuální podíly jednotlivých procesů na celkových emisích skleníkových plynů z použití paliva pro pohon automobilu jsou uvedeny v grafu na obr. 3. Z grafů na obr. 1, 2 a 3 je patrný výrazný nepoměr mezi fosilními palivy a biopalivy. Ke zlepšení bilance biopaliv je vhodné energetické zhodnocení druhotných produktů a odpadů ze zpracování a alespoň částečná náhrada syntetických hnojiv přírodními. Například energetickým využitím výpalků ze zpracování řepy cukrové lze dosáhnout celkové úspory skleníkových plynů ve výši až 46 % oproti jejich využití jako krmiva (Edwards, 2007).

Obr. 3: Podíl jednotlivých fází životního cyklu na celkových emisích skleníkových plynů

Plnění kritérií udržitelnosti

Energie z biopaliv se pro účely posuzování plnění vnitrostátních cílů, posuzování plnění povinností využití energie z obnovitelných zdrojů a způsobilosti k finanční podpoře na spotřebu biopaliv zohlední pouze tehdy, pokud biopaliva splňují kritéria udržitelnosti definovaná ve směrnici 2009/28/ES a 2009/30/ES. Mezi základní kritéria definovaná těmito směrnicemi patří:

a) úspora emisí skleníkových plynů alespoň 35 %, od 1.1.2017 alespoň 50 %, od 1.1.2018 alespoň 60 %, jsou-li vyráběna v zařízeních zprovozněných v roce 2017 a mladších

b) nesmí být vyrobena ze surovin získaných z:

• půdy s vysokou biologickou rozmanitostí
• původních lesů a jiných zalesněných ploch
• oblastí určených k ochraně přírody, nebo k ochraně vzácných nebo ohrožených ekosystémů či druhů
• vysoce biologicky rozmanitých travních porostů (pokud se neprokáže že získávání suroviny je nezbytné k uchování statusu travních porostů)
• půdy s velkou zásobou uhlíku (mokřady, souvisle zalesněné plochy, půda mající více než 1 ha se stromy vyššími než 5 m a porostem koruny tvořícím 10 – 30 %)
• rašelinišť

c) je požadováno, aby byly stanoveny minimální požadavky týkající se dobrého zemědělského a environmentálního stavu půdy, které zohledňují charakteristiky dotyčných oblastí, zejména půdní a klimatické podmínky, stávající způsoby hospodaření, využití půdy, střídání plodin, zemědělské praktiky a strukturu zemědělských podniků

d) musí být dodržovány úmluvy Mezinárodní organizace práce

e) je požadováno dodržování Cartagenského protokolu o biologické bezpečnosti a úmluvy o mezinárodním obchodu s ohroženými druhy volně žijících živočichů a rostlin.

Obr. 4: Úspory emisí skleníkových plynů vyvolané použitím biopaliv

Všechna biopaliva analyzovaná během řešení projektu splňují kritéria uvedená pod písmeny b), c), d) a e). Kritérium minimální úspory emisí skleníkových plynů (písm. a)) splnily pouze metylestery řepkového oleje a etanol vyrobený z řepy cukrové. Úspory emisí skleníkových plynů z použití biopaliv vypočtené na základě výsledků LCA studie v porovnání se standardními a typickými hodnotami úspor podle směrnic 2009/28/ES a 2009/30/ES ukazuje graf na obrázku 4.

Závěr

Při uvažovaných zpracovatelských řetězcích se jako nejméně efektivní ukazuje výroba etanolu z pšenice. Jeho bilanci by bylo vhodné zlepšit použitím druhotných produktů a odpadů ze zpracování jako paliva ve výrobním procesu, případně ke kogeneraci, která nabízí ještě výraznější úspory skleníkových plynů. Po přepočtu výsledků na jednotku emisí požitou ve směrnicích 2009/28/ES a 2009/30/ES (tj. g CO_2ekv .MJ^-1) bylo zjištěno, že požadavky na splnění kritérií udržitelnosti výroby biopaliv (35 % úspor emisí skleníkových plynů) splňují s rezervou metylestery řepkového oleje s 43,3 % úsporou emisí. Etanol vyráběný z cukrové řepy plní požadavky s 2,2 % rezervou. Etanol vyráběný z pšenice nedosahuje u definovaného zpracovatelského řetězce limitní hodnoty úspor emisí skleníkových plynů.

Poděkování

Příspěvek vznikl na základě aktivit finančně podpořených v rámci projektu Ministerstva životního prostředí č. SPII4i1/33/07 „Analýza životního cyklu fosilních motorových paliv a biopaliv pro tvorbu koncepčních dokumentů zavedení daně z CO₂ v oblasti mobilních zdrojů znečišťování“.

Použitá literatura

• EDWARDS, R., et al. Well-to-Wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context : Well-to-Tank report. Ver. 2. [s.l.] : [s.n.], 2007. 140 s. Dostupné z WWW: <http://ies.jrc.cec.eu.int>.
• KOČÍ, Vladimír. Posuzování životního cyklu : Life Cycle Assessment -LCA. Vyd. 1. Chrudim : Vodní zdroje Ekomonitor, 2009. 263 s. ISBN 978-80-86832-42-5.
• 2009/28/ES. Směrnice evropského parlamentu a Rady 2009/28/ES ze dne 23. dubna 2009 o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů a o změně a následném zrušení směrnic 2001/77/ES a 2003/30/ES. Lucemburk: 2009.
• 2009/30/ES. Směrnice evropského parlamentu a Rady 2009/30/ES ze dne 23. dubna 2009, kterou se mění směrnice 98/70/ES, pokud jde o specifikaci benzinu, motorové nafty

Článek byl publikován na Konferenci OZE 2011 - Výsledky výzkumu, vývoje a inovací pro obnovitelné zdroje energie (13.-15. dubna 2011, Kouty nad Desnou).

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu