Nové cíle při výrobě motorových biopaliv

Celosvětový růst spotřeby energií spojený s postupným vyčerpáváním omezených fosilních zdrojů a se zvyšujícím se skleníkovým efektem patří mezi globální problémy lidské společnosti. Spálením 1 t motorové nafty vzniká 2,8 t emise oxidu uhličitého. Státy Evropské unie produkují ročně 3 300 mil. t tohoto skleníkového plynu. Omezení skleníkového efektu, oteplování zeměkoule a zabránění nevratných klimatických změn s katastrofálním účinkem na lidskou společnost je možné jen maximálními energetickými úsporami a využíváním obnovitelných energetických zdrojů.

Nejvyšší potenciál z obnovitelných energií má energie z biomasy. V České republice se již využívá jako biopalivo sláma, stromová kůra, dřevní štěpka a z biomasy se vyrábějí brikety a pelety. V současnosti s budováním biotepláren se zakládají plantáže rychle rostoucích dřevin a dalších energetických rostlin. Stávající agrární politika předpokládá, že více než 0,5 mil. ha orné půdy v České republice bude možno využít pro fytoenergetiku.

Cílem EU je zdvojnásobení obnovitelných energií do r. 2010. V souvislosti s tím je i v koncepci energetické politiky uvažováno se závazkem produkce obnovitelných energií. V r. 2010 bychom v České republice mohli využívat ročně 83 PJ energie z biomasy a z toho 9 PJ ve formě motorových biopaliv.

V oblasti fytoenergetiky je významnou oblastí substituce stávajících motorových paliv biopalivy, užívání bionafty. V budoucnosti lze též uvažovat s rostlinnými oleji, bioetanolem, případně upraveným bioplynem nebo dřevoplynema s produkty rychlé pyrolýzy biomasy.

Využití rostlinných olejů jako motorového paliva je možné dvojím postupem. První cesta je technologické transformace rostlinného oleje na bionaftu alkylesterizací spojené s odstraněním vysoké viskozity a malé těkavosti rostlinných olejů. Druhou cestou je přizpůsobování motorů pro používání rostlinného oleje.

V České republice je zavedena výroba bionafty jako metylesteru řepkového oleje na 14 malých výrobnách s kapacitou 500 - 2000 t a dvou průmyslových výrobnách (30 000 t Milo Olomouc; 12 000 t Mydlovary). Produkovaná bionafta je neomezeně mísitelná s motorovou naftou a palivovou směs je možno získat již u řady čerpacích stanic.

Řepkový metylester lze bez potíží používat i neředěný motorovou naftou ve veškerých vznětových motorech za předpokladu, že pryžová a plastová těsnění a armatury budou vyměněny za součástky odolné k působení metylesteru. Zároveň může dojít ke snížení viskozity motorového oleje, který je třeba měnit v kratších intervalech. Nové sériové modely osobních automobilů z SRN se vznětovými motory jsou již upraveny a povoleny pro využití bionafty. Bionafta je doporučena v nových sériích stavebních a technických strojů a v zemědělských traktorech a samochodných strojích. Energetická a ekonomická efektivnost výroby bionafty souvisí s efektivním krmivářským využitím řepkových pokrutin a s recyklací odpadů z výroby bionafty, kterým je směs glycerínu a metylalkoholu.

Druhá cesta, t.j. přizpůsobení motoru rostlinnému oleji je lákavá pro farmáře i dopravce s ohledem na zabezpečení částečné energetické soběstačnosti. Technické řešení je možné a to ve více variantách. Původní dieselův motor vynalezený v roce 1895 byl konstruován na podzemnicový olej, jeho dlouhodobý další vývoj byl však spojen s motorovou naftou. Pro využití čistého rostlinného paliva se hledají vhodná konstrukční řešení. Start a zahřátí motoru je nezbytné provádět vždy motorovou naftou.

V roce 1989 představila německá firma Eicher zemědělcům traktor s tříválcovým motorem o výkonu 80 kW na řepkový olej. Jde o t.zv. vířivý motor v kterém je do vzduchu vířícího ve šroubovici v kulovém vybrání pístu vstřikováno samočistící čepovou tryskou palivo. Firma Motorenfabrik Manheim upravuje motory na řepkový olej zařazením předkomůrky. Nevýhodou předkomůrkových nebo vířivých motorů je vyšší spotřeba a to až o 15%. Firma Heizomat Hilpolstein (SRN) optimalizuje Elsbettův motor s přímým vstřikováním se samočistícími kuželovými vstřikovacími tryskami a s použitím vyšších vstřikovacích tlaků. Tento motor se odlišuje zvláštním přívodem vzduchu, umožňujícím dosáhnout horkého spalovacího centra a studeného obalu ve válci a proto je tento motor též nazýván "duotherm". Firma nabízí speciální přestavbové sady. Přestavba je však finančně náročná na jeden válec činí náklady cca 3000 DM a další náklady na kompletaci celého motoru 5000 DM. Německé firmy DMS Schönebeck a TMW Nordhausen vyrábějí stabilní motory používající jako palivo libovolný surový rostlinný olej. Tyto motory v agregaci s generátorem elektrického proudu jsou používány v blokových kotelnách a odpadní teplo se využívá k ohřevu vody. Toto zařízení je např. instalováno poblíž českých hranic v bioteplárně rakouské obce Kautzen a provozovatelem je sdružení farmářů, kteří dodávají olejnatá semena a odebírají pro krmivářské účely kvalitní pokrutiny po lisování za studena.

K získávání oleje jsou v zahraničí nabízeny malé kontinuálně a pomalu pracující šnekové lisy s velkými šneky a podélně uspořádanými pruhovými síty. Tyto lisy s výkonností 10 - 100 kg/hod jsou nastavitelné pro zpracování jednotlivých druhů semen na požadovaný stupeň lisování a jsou opatřeny různými filtrovacími systémy. Vzhledem k nižší výtěžnosti ve srovnání s průmyslovými lisovnami je možno při lisování řepkového semene získat 70% hmotnosti pokrutin s krmnou hodnotou sójového šrotu. Z českých firem nabízí odpovídající lisovací zařízení na př. firma Farmet v České Skalici.

Z ekologického hlediska jsou biopaliva na bázi rostlinných olejů z řady aspektů výhodnější než motorová nafta. Bioenergetické výstupy biopaliva z řepkového oleje jsou minimálně 2,5 krát vyšší než ostatní vstupy energií (včetně pěstování). Konkurence biopaliv vůči motorové naftě závisí na daňovém zatížení. Rostlinné oleje ve světových cenách jsou totiž minimálně 3krát dražší než motorová nafta.

Před několika lety jsem měl možnost v Bavorsku při návštěvě jednoho soukromého zemědělce se přesvědčit o výhodách substituce motorové nafty řepkovým olejem. Exkurse začala večer, kdy zemědělec naplnil zásobník pomaloběžného lisu asi 100 kg řepkového semene. Druhý den ráno přefiltroval získaný olej přes sítko s plachetkou do dvou kanistrů. Větší nalil do palivové nádrže traktoru, menší do nádrže osobního automobilu Opel vybaveného Elsbettovým motorem. Pokrutiny (výlisky) smíchal s obilním šrotem a připravil krmivo pro dojnice. Toto krmivo mu zabezpečovalo nejvyšší užitkovost dojnic v celém regionu. Další ekonomické přínosy jsou v úspoře nakupovaných motorových paliv. Vlastní náklady na přípravu paliv nedosahují ani poloviny nákladů ve srovnání s daňově zatíženou motorovou naftou. Další výhodou je i úspora silniční dně, od které jsou automobily i mobilní agregáty provozované na rostlinné oleje osvobozeny.

Další biopalivo, které se v současné době v ČR začíná prosazovat je bioetanol vyráběný buď z obilovin nebo z cukrovky. Jeho hlavní uplatnění bude jako aditivum v benzinové směsi Natural, kde nahradí stávající aditivum na bázi metylalkoholu připraveného z fosilních zdrojů. V některých státech se připravují palivové směsi až s 20% přídavku bioetanolu.

Ve VÚRV v Praze - Ruzyni je řešen výzkumný projekt na technologii výroby bioetanolu z lignocelulózových hmot, zejména ze slámy, dřevní štěpky a dřevního odpadu. Řešení se nachází ve stadiu funkčního prototypu na termicko tlakovou hydrolýzu lignocelulózové fytomasy. Užití levných surovin sníží podstatně náklady na výrobu bioetanolu a zvýší ekologickou účinnost využití takto vyrobeného bioetanolu.

Uplatnění bioplynu jako dalšího motorového paliva není novou záležitostí. Již před 20 lety byl komprimovaný bioplyn získávaný v čistírnách odpadních vod využíván pro pohon nákladních automobilů v "Severočeských vodovodech a kanalizacích". S výstavbou nových bioplynových stanic na zpracování bioodpadu bude využití bioplynu jako motorového paliva opět obnoveno. Biologickým zpracováním na př. 10 kg kuchyňských odpadů získáme 1 m3 čistého bioplynu, což je palivo pro 10 km jízdy osobního automobilu.

Další možností výroby motorových biopaliv je zplynování fytomasy nebo bioodpadů se setrváním vstupní suroviny 1 - 2 sekundy v reakční zóně při teplotě reaktoru cca 500°C. Tento proces je označován jako rychlá pyrolýza a jeho produktem jsou především páry a aerosoly, v menší míře plyn. Ochlazením produktů vznikne kapalina o hustotě 1,1 - 1,2 kg/l s výhřevností 16,5 - 19 MJ/t. Tato kapaliny se dá upravovat jako motorové palivo.

Motorová biopaliva jsou nejen ekologická, nenavyšují skleníkový efekt, neprodukují zdravotně škodlivé emise, ale vytvářejí možnost provozování motorových agregátů a automobilů po vyčerpání fosilních paliv.

Tweet

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