Odborné články

Využití bioalkoholu

Zemědělství je na jedné straně spotřebitelem energií, na druhé zajišťuje transformaci sluneční i dodatkové energie na biologickou hmotu, která poskytuje energii k výživě lidí, pro zajištění jejich činností, nebo ve formě krmiv k výživě hospodářských zvířat. V současné době lze říci, že máme v naší zemi nadprodukci potravin. Zemědělství může a je schopno za určitých podmínek vyrábět na přibližně 500 tisících hektarů průmyslové a energetické plodiny. Pro výrobu bioetanolu lze využít cukernaté a škrobnaté plodiny, zejména cukrovku a obiloviny.

Alternativní motorová paliva

Zatím jsou nejdůležitější složkou motorových paliv uhlovodíky. Ukončení těžby ropy jako jejich hlavního zdroje je možné očekávat v následujících 40ti letech. Již dnes a výrazněji pak během příštích deseti let lze předpokládat vývoj spotřeby kapalných paliv z jiných zdrojů. V oficiálních odhadech se počítá s využitím alternativních motorových paliv na bázi rostlinných olejů a alkoholů (obnovitelné zdroje), synteticky připravených paliv z uhlí a dehtů, ropných písků, ropných plynů a zemního plynu.

Porovnání vlastností klasických a alternativních motorových paliv a jejich využití

Vlastnosti alternativních paliv ze zemědělské produkce jsou velmi podobné v porovnání s ostatními motorovými palivy ropného původu. Ropná paliva mají jiné složení. Fyzikální a chemické vlastnosti rostlinných olejů a jejich esterů jsou však velmi podobné motorové naftě a fyzikální a chemické vlastnosti alkoholů a jejich éterů jsou velmi podobné automobilovým benzinům. Použití čistých rostlinných olejů a alkoholů si vyžaduje speciální úpravu motorů. Užití esterů a éterů, ať již samostatně, nebo jako přídavků v palivových směsích úpravy nevyžaduje.

Bioetanol - líh jako pohonná látka již za první republiky

Líh k pohonu motorů se upravoval ve směsi, z nichž domácí přípravek vyráběný za první Československé republiky se nazýval dynalkol. Dynalkol byla směs 40 % etylalkoholu se 60 % benzénu. Kromě toho se vyráběl pro specielní účely dynalkol letecký, složený ze 44 % lihu, 44 % benzénu a 12 % petroleje. Tyto směsi se připravovaly v rafineriích za stálého dozoru finančních orgánů.

Pro tyto účely se užíval alkohol 96,7 %ní.

Benzén C6H6 je uhlovodík aromatické řady, získaný destilací kamenouhelného dehtu. Má měrnou hmotnost 885 kg. m-2, vře při 80,5 °C a tuhne při +3 °C až -3 °C; na dynalkol se používal benzen o čistotě 90 %.

Směs obou látek je velmi stálá a má měrnou hmotnost 850 kg. m-2 a bod tuhnutí pod -20 °C.

Startovatelnost byla velmi dobrá, chod motoru tichý bez rušivých rázů a vysoce pružný. Tvoření sazí, kouřivost i zaolejování svíček bylo minimální.

Jiné podobné směsi používané ve dvacátých a třicátých letech jsou: Etol, směs 50 % lihu, 25 % petroleje a 25 % etyléteru; natalit, směs 55 % lihu, 44,9 % etyléteru a 0,1 % amoniaku, carburant national (francouzský přípravek), směs 50 % lihu, 49,9 % benzénu nebo benzinu a 0,1 % amoniaku; Reichskraftstoff (německý přípravek) 50 % lihu, 30 % benzénu nebo benzinu a 20 % acetonu, nebo po 50 % lihu a acetonu apod.

Shrnutí současných zahraničních zkušeností s využitím bioetanolu jako komponentu motorových paliv

Etanol jako motorové palivo, či jeho přísada

Využití etanolu pro pohon zážehových motorů je v zásadě možné dvěma způsoby:

  1. Etanol jako palivo
  2. Etanol jako přísada.

Etanol jako palivo

První cestou se prakticky jako jediná na světě vydala Brazílie. Jako hlavní složku pohonných směsí využívá etanol. Program byl zahájen v roce 1975.

Ani zde se nepoužívá etanol jako jediná složka motorového paliva, v každém případě se jedná o pohon upravených zážehových motorů.

Používaná paliva (podmínkou je úprava motorů):

  • alkoholické (95 % vodného etanolu + 5 % autobenzinu),
  • směsné benzinové palivo (22 % bezvodého etanolu + 78 % autobenzinu),
  • směs "MEG" (33 % metanolu, 60 % etanolu, 7 % autobenzinu).

V roce 1994 brazilská vláda zdanila vývoz cukru (10 %), aby zvýhodnila jeho zpracování na etanol uvnitř státu a dala impuls k rozšíření výroby motorových paliv s etanolem

Tab. 1: Výroba etanolu v Brazílii, mld. L

Rok: 1975 1980 1985 1990 1993
Výroba etanolu 0,58 3,68 11,20 11,28 12,50

V roce 1989 bylo v Brazílii v provozu:

  • 4,2 mil. aut na alkoholické palivo,
  • 5,0 mil. aut na směsné benzinové palivo.

Vývojový trend však přeje směsnému benzinovému palivu, jak vyplývá z následujícího přehledu o výrobě upravovaných motorů v Brazílii a základnímu rozdělení jejich směrů užití.

Bioetanol pro palivářské užití V ČR V DNEŠNÍM OBDOBÍ

Benzinové motory

Současná spotřeba automobilních benzínů se pohybuje kolem 2 milionů tun.

Pro užití palivářského bioetanolu jsou dvě možnosti:

  1. přimíchávání 5 - 7 % etanolu do bezolovnatých benzinů,
  2. míchání 13-15 % hmotnostních ETBE (etyl-terc-butyl-éteru) do bezolovnatých benzinů typu Natural.

Při současné výrobní kapacitě lihovarského průmyslu asi 650 000 hl čistého lihu (65 000 m3) to představuje nárůst výrobní kapacity v nejoptimálnější variantě na přibližně trojnásobek.

Z hlediska zpracovatelů v petrochemickém průmyslu i prodejců je vhodnější použití ETBE. Proto se předpokládá uplatnění bioetanolu ve formě ETBE (jeho produkce se předpokládá v českém petrochemickém průmyslu), jehož přídavek do bezolovnatého autobenzinu by byl maximálně 15 % hmotnostních. Pro 1 mil. t autobenzinů (především bezolovnatých) je zapotřebí 150 tis. t ETBE, resp. 70 tis. t bioetanolu ročně, pro 2 mil. t autobenzinů pak 300 tis. t ETBE a 140 tis. t bioetanolu ročně.

Tyto hodnoty jsou ovšem maximálně možné. Je nutné uvažovat dovoz benzinů a výrobní možnosti.

První rafinérská přislíbila využít 50 000 t bioetanolu jako antidetonačního a oxidačního činidla do bezolovnatých benzinů (tj. 700 000 t benzinu s 15 % ETBE). Etanol se bude přepracovávat na éter, etyl-terc-butyl-éter (ETBE), který má výhodnější palivářské vlastnosti než samotný etanol a především neváže vodu, čímž lze předejít korozi skladovacích, přepravních a čerpacích zařízení. S přídavkem 15 % ETBE se vlastně přidává 7 % bioetanolu. Menší firmy nabízejí dnes výrobu benzinu typu natural s obsahem 5% kvasného lihu a 10% kosolventu, který rovněž omezuje usazování vody a předchází korozi. Pro spotřebitele jsou obě varianty prakticky stejné, neboť po kvalitativní stránce benzin v obou případech splňuje evropskou normu.

Vznětové motory

Využití bioetanolu pro pohon vznětových motorů - výroba etylesteru řepkového oleje EEŘO.

Záměr ověřit možnost uplatnění bioetanolu při výrobě esterů rostlinných olejů (zejména řepkového) byl pochopitelný, ale vždy narazil na bariéru cenového rozdílu bioetanol - metanol. Tento rozdíl cen je vždy natolik velký, že ovlivňuje nepříznivě alternativu EEŘO proti MEŘO. Navíc: motorářské vlastnosti se zřejmě tolik neliší (jde o předpoklad vyplývající z příbuzného chemického složení a několika málo pokusů). Tyto úvahy (tj. uplatnění EEŘO jako alternativy MEŘO) proběhly odbornou literaturou i v zahraničí. Je však třeba konstatovat, že v provozním měřítku se výroba EEŘO v EU neuplatnila. Důvodem byl zmíněný cenový rozdíl obou alkoholů. Po projednání materiálu MZe ČR o bioetanolu pro výrobu českého ETBE ve vládě ČR se situace radikálně změnila. Na svém červnovém zasedání roku 1998 vláda ČR odsouhlasila pro další přípravu programu základní principy státní ekonomické podpory: stát uhradí cenový rozdíl bioetanol-metanol.

Pokud by byl bioetanol za tuto cenu i pro výrobce esterů rostlinných olejů, stávají se výše uvedené úvahy o výrobě EEŘO reálnějšími. Výhodou je, že kromě úpravy technologického režimu reesterifikace lze využít stávající výrobní zařízení (v ČR je teoreticky k dispozici přes 100 tis t.r-1 kapacit MEŘO se spotřebou přes 10 tis. t metanolu). Na stávajících výrobních zařízeních je možné vyrábět jak MEŘO, tak EEŘO. Technologicky je třeba tuto úvahu přesněji ověřit, zejména při různých technologiích reesterifikace (s katalyzátorem KOH za běžné teploty, s katalyzátorem NaOH za 80 °C, příp.s etanoláty K nebo Na). Provozní zkouška výroby EEŘO v RPN Chrudim naznačila, že základ úvahy je správný, viz tabulka 2.

Tab. 2: Porovnání technických ukazatelů pro motorovou naftu, MEŘO s EEŘO (etylester řepkového oleje) z provozního pokusu ve výrobně MEŘO v RPN Chrudim

VLASTNOST

MOTOROVÁ NAFTA (ČSN EN 590)

MEŘO (ČSN 65 6507/Z1)

EEŘO (PROVOZNÍ POKUS)

Hustota, kg.m-3, 15 °C

820 - 860

870 - 890

879

Kinematická viskozita, mm2.s-1, 40 °C

2,0 - 4,50

3,5 - 5,0

4,78

Filtrovatelnost (CFPP), °C

+5, 0, -5, -10, -15, -20

max. -5

-5

Bod vzplanutí (PM), °C

min. 55

min. 110

86

Síra, % hm.

max. 0,05

max. 0,02

0,022

Voda, mg.kg-1

max. 200

max. 500

·

Obsah mech. nečistot, mg.kg-1

max. 24

max. 24

20

Conradsonův karb. zbytek (na vzorek), % hm.

max. 0,30 (10 % dest. zbytek)

max. 0,05

0,05

Popel, % hm.

max. 0,01

max. 0,02

0,02

Číslo kyselosti, mgKOH.g-1

·

max. 0,5

2,49

Korozivnost Cu (3 h/50°C)

1 třída

1 třída

1A třída

Celkový obsah glycerolu, % hm.

·

max. 0,24

0,069

Volný glycerol, % hm.

·

max. 0,02

0,003

Fosfor, mg.kg-1

·

max. 20

20

Cetanový index (inf.)

min. 46

min. 48

·

Číslo esterové (inf.) mgKOH.g-1

·

185 - 190

 

Alkalické kovy K, Na (inf.) mg.kg-1

·

max. 10

29

Výhřevnost (inf.) MJ/kg

43,36

37,1

37,64

Oxidační stabilita, g/m-3

max. 25

·

·

Destilace při

 

 

 

250 °C, % obj.

pod 65

 

do 300 °C 45 %

350 °C, % obj.

min. 85

·

do 360 °C 95 %

370 °C, % obj.

min. 95

 

 

Bod tuhnutí, °C

·

·

-12

Poznámka: Nevyhovující vysoké číslo kyselosti EEŘO je technologicky řešitelné.

Program BIOETANOL v podobě vládního materiálu předpokládá výrobu 650 tis. hl bioetanolu, tj. 51,0 tis. t bioetanolu. Nástavba programů OLEOPROGRAM-BIOETANOL (výroba EEŘO místo MEŘO) by předpokládala další spotřebu 10 tis. t bioetanolu.

Přímé použití etanolu pro pohon vznětových motorů (možnost výrazného snížení emisí škodlivin)

Kvasný etanol (bioetanol) má proti motorové naftě o 35 % horší výhřevnost, a tím i vyšší měrnou spotřebu v motorech. Z tohoto pohledu daleko lépe vycházejí metylestery řepkového oleje jako alternativní palivo do vznětových motorů.

Přesto jsou známé provozní aplikace bioetanolu ve vznětových motorech. Důvodem k jeho uplatnění je velmi příznivé složení emisí (zejména nízká je kouřivost). Obecně je možné snižovat výsledné emise konstrukčními zásahy v motoru, použitím katalyzátorů a v neposlední řadě vhodným složením (formulací) paliv. Bioetanolové palivo (přibližně 90 % bioetanolu, kolem 5 % přísady AVOCET (AVOCET - obchodní označení přísady obsahující 80 % nitroesteru, 18 % metanolu, 2 % antikorozní a jiné přísady; výrobce: ICI) jako urychlovače zapalování, zbytek organické alkoholy jako denaturační přísady) má sice o 25 % nižší cenu než motorová nafta (při zohlednění daňového osvobození bioetanolu), ale o 35 % vyšší spotřebu vztaženou na stejný energetický obsah měrné jednotky paliva, (1 l motorové nafty odpovídá 1,34 l bioetanolu).

Provozní zkoušky obdobného charakteru ve Švédsku vykazují v městských autobusech srovnatelné výsledky. Motor (SAAB - SCANIA DSI 11 E) je rovněž konstrukčně upraven a je vybaven katalyzátorem.

Používání paliva v městské dopravě je příznivější k životnímu prostředí z hlediska složení emisí a kouřivosti, ale provoz je dražší proti motorové naftě i "bionaftě" (metylesterům řepkového oleje).

Výsledky měření emisí a kouřivosti

Hlavní výsledky provedených měření provedených ve spolupráci VÚZT a TU Liberec uvádíme v následujících dvou obrázcích 1 a 2. Při zkouškách byl motor provozován s palivy uvedenými v následující tabulce:

Tab. 3: Použitá motorová paliva

1

Nafta motorová (ČSN EN 590, resp. ČSN 65 6506)

NM

2

Metylestery řepkového oleje (ČSN 65 6507)

MEŘO

3

Směs 95 % bezvodého bioetanolu a 5 % a přísady AVOCET (ICI)

EOH

Pro motor ZETOR 7701 provozovaný na motorovou naftu a na alternativní motorová paliva můžeme konstatovat tyto závěry:

  • hodnoty měrných emisí NOx při provozu na motorovou naftu (NM) a na metylester (meřo) jsou přibližně stejné, při provozu na BIOETANOL byly emise výrazně nižší,
  • měrné emise CO jsou při provozu na motorovou naftu (NM) a metylester (meřo) opět téměř stejné, BIOETANOL je má poloviční,
  • měrné emise CH jsou u alternativních paliv o něco vyšší než u motorové nafty (NM), nejvyšší jsou u BIOETANOL (zvýšení proti motorové naftě o 57 %),
  • kouřivost motoru provozovaného na motorovou naftu (NM) je nejvyšší, snížení asi o 25 % je patrné u metylesteru (meřo), kouřivost BIOETANOLU je minimální.
Obrázek 2
Obr. 2: Porovnání emisí motorové nafty a alternativních paliv

Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem

Související články:

Vývoj technologie výroby bioetanolu ze slámy v České republice úspěšně ukončen
Současný stav a priority projektu "Bioetanol" v ČR.
Aktuální stav výroby a odbytu biopaliv na bázi řepkového oleje v České republice
Výroba bioetanolu z lignocelulózové fytomasy
Výroba bioetanolu ze slámy se stává realitou
Nové cíle při výrobě motorových biopaliv

Předchozí / následující díl(y):

Ekonomické podmínky využívání energetické biomasy
Sborník ze semináře Biomasa - obnovitelný zdroj energie (úvod)
Současný stav a priority projektu "Bioetanol" v ČR.
Možnosti využití půdy v oblasti Děčínska
Společné spalování biomasy a uhlí
Střední zahradnická a zemědělská škola A.E.Komerse
Obnovitelné zdroje energie z pohledu ekologie a regionálních energetických konceptů
Biomasa ve škole
Dřevní peletky - standardní fytopalivo budoucnosti

Zobrazit ostatní články v kategorii Kapalná biopaliva

Datum uveřejnění: 18.12.2001
Poslední změna: 19.3.2002
Počet shlédnutí: 18032

Citace tohoto článku:
KÁRA, Jaroslav: Využití bioalkoholu. Biom.cz [online]. 2001-12-18 [cit. 2024-03-28]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz-pestovani-biomasy/odborne-clanky/vyuziti-bioalkoholu?sel_ids=1&ids[x066a4e4b1487c80199581fb7e471d7b8]=1>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:

28 Nov 2007 01:31

uprava benzínových automobilů na bioethanol v ČR

Autor: eko-ridic www: uprava benzínových automobilů na bioethanol

e85.rostlinnyolej.cz za velmi dostupnou cenu. Není nutné čekat až se obnoví celý vozový park za nová vozidla FFV
Odpověď


ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto