Odborné články

Motorové biopalivá – ich súčasný stav a perspektívy

Úvod:

V uplynulých dvoch storočiach ľudstvo spotrebovalo asi 90 % neobnoviteľných fosílnych palív pre energetické účely a dopravu. Pri súčasnej spotrebe sa zásoby ropy vyčerpajú asi do 50 rokov. Je preto potrebné už dnes hľadať nové suroviny pre uspokojenie energetických potrieb ľudstva v budúcnosti.

Klasické motorové palivá, medzi ktoré patria najmä benzín a nafta sa vyrábajú rafinovaním ropy a nazývame ich aj fosílne palivá na lepšie odlíšenie od tzv. biopalív, ktoré majú pôvod v biomase. Biopalivá postupne nahrádzajú časť fosílnych palív, v žiadnom prípade ich však nemôžu úplne nahradiť.

Existujú nasledovné dôvody pre rozšírenie používania motorových biopalív:

  • Rastúca spotreba fosílnych palív a neustále sa zvyšujúca ich cena
  • Obmedzené zásoby ropy Snaha vyspelých krajín o nezávislosť od producentov ropy
  • Snaha riešiť niektoré problémy spojené s poľnohospodárskou výrobou
  • Snaha znížiť produkciu emisii
  • Orientácia na obnoviteľné palivá s uzavretým cyklom oxidu uhličitého

Stručná charakteristika v súčasnosti používaných motorových biopalív:

  • Bioalkoholy: sú vyrábané fermentáciou cukrov, vyznačujú sa vysokým oktánovým číslom, primiešané do benzínov zlepšuje ich emisné charakteristiky.
  • Bionafta (FAME): je vyrábaná transesterifikáciou rastlinných olejov alebo živočíšnych tukov s následnou úpravou na kvalitu požadovanú EN 14214.
  • Čistý rastlinný olej: vyrábaný z olejnín lisovaním alebo extrakciou, čiastočne upravený na kvalitu podľa DIN 51605. Používa sa v čiastočne upravených vznetových motoroch.

Bioalkoholy

Bioetanol je v súčasnosti najčastejšie používaným biopalivom v Brazílii a v USA. Bioetanol sa vyrába fermentáciou (kvasením) vhodných plodín obsahujúcich cukry (cukrová trstina, cukrová repa) alebo na cukry rozložiteľný škrob obsiahnutý v obilninách (prevažne pšenica a kukurica) alebo v zemiakoch. Známe sú však aj technologické postupy pre prípravu bioetanolu z drevín, z ktorých kombináciou procesov rozkladu celulózy (hydrolýzy) a následnej fermentácie glukózy možno pripraviť etanol. Je samozrejmé, že zdrojov pre takýto proces (biomasa) je mnohonásobne viac než v prípade obilnín, ale tento technologický postup je v súčasnosti ešte stratový.

Biometanol môže byť vyrábaný z biomasy alebo z biodegradovateľnej zložky odpadov a môže sa používať ako náhrada metanolu vyrábaného z neobnoviteľných surovín. Jeho význam je v porovnaní s bioetanolom nižší.

Biobutanol - je najnovší smer použitia alkoholov v palivách. Odstráni problémy s absorbovaním vody, má vyššie spalné teplo, nepoužíva sa na pitie, dá sa vyrobiť z tých istých surovín ako bioetanol. Tento výrobok má sľubnú budúcnosť.

Suroviny a zdroje na výrobu bioetanolu

Najčastejšie používanou surovinou pre výrobu bioetanolu v EU sú pšenica a cukrová repa. Priemerné úrody pšenice podľa európskych štatistík sú 7,5 t/ha. V prípade cukrovej repy sú priemerné úrody na úrovni 66 t/ha.

Podstatné zníženie nákladov na výrobu bioetanolu možno dosiahnuť náhradou obilnín alebo cukrovej repy lacnejšími lignocelulózovými surovinami. Tieto suroviny možno rozdeliť na poľnohospodárske/lesné odpady a iné energetické plodiny (napr. rýchlo rastúce dreviny).

Z poľnohospodárskych odpadov sú na výrobu bioetanolu vhodné napríklad pšeničná slama, kukuričné kôrovie a ryžová slama. Z lesníckych odpadov možno využiť nespracovateľné zvyšky dreva z ťažby, krivé drevo, drevo poškodené hnilobou, drevo z prebierok.

Technológie výroby bioetanolu Bioetanol sa vyrába fermentáciou ľubovoľne pripravených cukorných roztokov pomocou mikroorganizmov (kvasinky, alebo baktérie), ktorých enzýmové systémy transformujú každú molekulu hexózy na dve molekuly etanolu a dve molekuly oxidu uhličitého. Etanol sa z vykvaseného média oddelí destiláciou a trojstupňovou rektifikáciou, na odvodnenie sa využívajú selektívne adsorbenty - molekulové sitá. Výrobné technológie sa podstatne zlepšili, ale vyššie uvedené princípy sú rovnaké. Energeticky najnáročnejšia časť technológie: fermentácia a získanie etanolu je principiálne rovnaké vo všetkých procesoch. Individuálne procesy sa líšia v extrakcii a príprave fermentovateľných karbohydrátov. V prípade škrobov je enzymatická hydrolýza lacná a jednoduchá. V prípade použitia lignocelulózových surovín sú enzýmy potrebné na hydrolýzu ešte veľmi drahé. Ekonomiku významne ovplyvňuje aj spracovanie a využitie vedľajších produktov na výživu zvierat alebo na výrobu energie.

Ekologické prínosy používania bioetanolu

Ak odhliadneme od toho, že aplikácia bioetanolu znamená diverzifikáciu zdrojov palív, prináša aj environmentálne výhody. Ide o zníženie tvorby skleníkových plynov a iných znečisťujúcich emisií. Kvantifikácia týchto enviromentálnych prínosov sa zvyčajne vykonáva prístupom označovaným ako „Well to Wheels, WTW“ t.j. vyhodnocovaním emisií v celej sieti v reťazci výroba-spotreba.

Bionafta (FAME)

V zahraničnej literatúre sa používa výraz biodiesel a označuje zmes metyl alebo aj etyl esterov mastných kyselín z obnoviteľných zdrojov. V slovenskom jazyku nie je ustálené názvoslovie, ponúka sa ekvivalentný názov bionafta alebo FAME (FAEE) zaužívaná skratka z anglického fatty acid methyl esters (alebo ethyl esters).

Najčastejšími surovinami na výrobu bionafty sú mastné kyseliny viazané v repkovom, slnečnicovom, palmovom alebo sójovom oleji. V poslednom období sa začínajú používať aj odpadové oleje (reštaurácie, domácnosti, živočíšne odpadové oleje).

FAME môže byť používané v spaľovacích motoroch samostatne alebo v zmesi s fosílnou motorovou naftou v rôznych pomeroch. V závislosti na podiele biopaliva sa takéto zmesi označujú ako B100 (čisté FAME), B5 (5 % FAME a 95 % fosílnej nafty) a podobne.

Suroviny a zdroje na výrobu FAME

Hlavnou surovinou pre výrobu FAME v EU sú rastlinné oleje, z nich hlavne repka olejná a slnečnica. Ich pestovanie pre potravinárske aj priemyslové použitie nie je náročné. V porovnaní so slnečnicou je pestovanie repky olejnej rentabilnejšie.

Priemerná úroda repky v EU v posledných rokoch bola medzi 2,7-3,5 t/ha. Vzhľadom k tomu, že repka pre nepotravinárske účely sa pestuje hlavne na menejcenných pôdach za možný štandard sa dá považovať priemerná hodnota 2,75 t/ha. Zodpovedajúca hmotnostná bilancia je nasledovná:

  • Z 1000 kg repkového semena sa v spracovateľskom podniku získa (zjednodušené):
  •         340 kg oleja
  •         660 kg výliskov s obsahom zvyškového oleja a vody
  • Z 1000 kg oleja (po pridaní 110 kg metanolátu sodného) sa získa:
  • 1000 kg FAME - bionafty
  • 110 kg surového glycerínu

Technológie výroby FAME

Najčastejším technologickým procesom výroby bionafty (FAME) je transesterifikácia esterov vyšších mastných kyselín, ktoré sú prítomné v rastlinných olejoch alebo živočíšnych tukoch za katalytického účinku metanolátu sodného alebo draselného. Vo väčšine technológií je výťažok viac ako 99 %, vedľajšie produkty sú glycerín a voľné mastné kyseliny. FAME sa musí ešte ďalej čistiť, aby sa dosiahla kvalita podľa EN 14214.

Výhody technológie výroby FAME transesterifikáciou: Nízka reakčná teplota (60 °C) a nízky tlak (atmosferický) Vysoká konverzia(>98 %), krátka reakčná doba a minimálne vedľajšie reakcie Priama premena na estery bez vzniku medziproduktov Použitie bežných konštrukčných materiálov

Obr. 1: Technológia na výrobu FAME (zdroj Biorafinéria SK, a.s.)

Energetická bilancia výroby FAME

Posúdenie celkovej energetickej bilancie by malo zahŕňať nielen energetický obsah FAME a energie spotrebovanej počas výrobného procesu, ale aj energiu prijatú/uvoľnenú vo všetkých procesoch smerujúcich k výrobe finálneho výrobku. Mnohé štúdie demonštrovali, že celková energetická bilancia je kladná. Poukázali, že celková energetická bilancia závisí na spôsobe zúžitkovania slamy (energetické účely resp. zaoranie)

V tabuľke 1 je niekoľko príkladov energetickej bilancie podľa publikovaných údajov.

Tab. č. 1: Energetická bilancia FAME vyrobenej z repky v MJ/ha v závislosti od úrody repkového semena na hektár

Parametre ETSU 1 ARC 2 Levington 3 Levington
Úroda semena (t/ha) 3,2 3,6 4,08 4,08
Energia – vstupy
Poľnohospodárstvo -4 300 -4 300 - 4 687 - 4 945
Hnojivá - 12 800 - 12 800 - 7 190 - 7 190
Agrochemikálie - 600 - 600 - 337 - 337
Semeno -200 -200 -35 - 35
Skladovanie/balenie -300 -300 -282 - 282
Doprava -774 -871 -723 -1 122
Spracovanie - 16 071 - 18 080 -17 251 -17 251
Vstupy spolu -35 045 - 37 151 -30 505 -31 162
Finálne výstupy
Biopalivo 45 800 51 525 54 346 54 346
Koláč 3 700 4 163 1 316 1 316
Celkové výstupy bez slamy 49 500 55 688 55 662 -
Energia vstupy/výstup (bez slamy) 1,41 1,50 1,82 -
Čistá bilancia energií bez slamy 14 455 18 537 25 157 -
Slama 38 400 43 200 0 60 000
Celkové výstupy vrátane slamy 87 900 98 888 - 115 662
Energia vstupy/výstup (vrátane slamy) 2,51 2,66 - 3,71
Čistá bilancia vrátane slamy 52 855 61 737 - 84 500

Sources: Adapted from British Association for Bio Fuels and Oils (BABFO) –(www.biodiesel.co.uk/emissions_from_liquid_biofuels.htm www.biodiesel.co.uk/levington.htm)

Aby sa optimalizoval celkový proces, lisovanie semien by sa malo robiť blízko produkčnej oblasti, aby sa znížili dopravné náklady. Olej je potom dopravený do centrálneho závodu na spracovanie. Ekonomika spracovania je určovaná kapacitou výroby. Jedna z možností zvýšenia efektivity je výroba elektriny spaľovaním suchých odpadov a výliskov, ktoré ešte obsahujú 5-10 % oleja.

Energetická bilancia pre bionaftu vyrobenú zo slnečnice je podobná bilancii z repky. Z jedného hektára slnečnice sa získa síce menej FAME, ale získa sa viac odpadnej biomasy a nie je potrebné také intenzívne hnojenie a agrochemická ochrana.

Vlastnosti FAME

FAME a fosílna nafta majú podobné fyzikálne vlastnosti, ale pretože sa vyrábajú zo surovín s rôznym zložením a vzhľadom k veľkej citlivosti moderných motorov aj na stopy nečistôt musela byť definovaná minimálna kvalitu, ktorú musí splniť. V súčasnosti je platná európska norma EN 14 214, ktorú akceptujú všetky krajiny. Kritickými parametrami sú jódové číslo a obsah nenasýtených mastných kyselín s počtom dvojných 3 a viac, ktoré sú determinované pôvodom a druhom rastlinného oleja a živočíšneho tuku. Vzhľadom na to, že sójový a slnečnicový olej majú jódové číslo na úrovni 140 a 130 g I2 / 100 g vzorky, norma stanovuje limitnú hodnotu na úrovni max. 120 g I2 / 100 g MEMK. Limitná hodnota obsahu mastných kyselín C18:3 a viac je max. 12 % hm. Pre estery používané ako vykurovacia FAME platí norma STN EN 14213 v ktorej sú upravené niektoré parametre, napr. jódové číslo.

Pri použití čistého FAME v zimných podmienkach musia byť používané iné aditívy ako v prípade fosílnej nafty, vzhľadom k rozdielnemu zloženiu a tým rozdielnej citlivosti prísad. Z prevádzkového pohľadu je dôležitý fakt, že FAME má okolo 92 % energie fosílnej nafty vztiahnuté na objem. Výkon motora je tak znížený o cca 8%. Platí pravidlo, že 1,1 l FAME (B100) nahradí 1 l fosílnej nafty. Pri zmesiach B5, B20 je toto zníženie zanedbateľné, pretože prídavok FAME zlepšuje mazivosť a spaľovacie vlastnosti zmesi. Táto oblasť si však vyžaduje ďalšie skúmanie. V tabuľke 2 sú základné parametre FAME požadované EN 14 214

Tab. č. 2 Požadované parametre FAME podľa EN 14 214

Vlastnosti Jednotka Hodnoty Testovacia metóda
--- --- Min. Max ---
Obsah esterov % hm. 96,5 --- prEN 14103
Hustota pri 15 °C, kg.m-3 860 900 EN ISO 3675 EN ISO 12185
Kinematická viskozita pri 40 °C mm2.s-1 3,5 5,0 EN ISO3104
Cetánové číslo min. 51 --- EN ISO 5165
Bod vzplanutia, °C min. 120 --- ISO/CD 3679
Obsah síry mg/kg --- 10
CCT (z 10 %-ného zvyšku) % hm --- 0,3 EN ISO 10370
Číslo kyslosti mg KOH/g --- 0,5 prEN 14104
Jódové číslo g I2/100g --- 120 prEN14111
Obsah metanolu % hm. --- 0,2 prEN 14110
Obsah metylesteru kyseliny linolénovej % hm. --- 12 prEN 14103
Polynenasýtené metyl estery (4 dvojité väzby) --- --- 1 ---
Monoglyceridy % hm. --- 0,8 prEN 14105
Diglyceridy % hm. --- 0,2 prEN 14105
Triglyceridy % hm. --- 0,2 prEN 14105
Voľné glyceridy % hm. --- 0,02 prEN 14105 prEN 14106
Glyceridy celkom % hm. --- 0,25 prEN 14105
Sulfátový popol % hm. --- 0,02 ISO 3987
Obsah vody Mg/kg --- 500 EN ISO12937
Nečistoty celkom % hm. --- 24 EN 12662
Korózia na meď (3 h pri 50 °C) stupeň 1 --- EN ISO 2160
Oxidačná stabilita, 110 °C h 6,0 --- prEN 14112
Obsah Na + K mg/kg --- 5 prEN 14108 prEN 14109
Obsah fosforu mg/kg --- 10 prEN 14107
CFPP, °C --- --- --- EN 116
- letné obdobie .--- 0 0 EN 116
- prechodné obdobie --- --- -10 EN 116
- zimné obdobie --- --- -20 EN 116

Ekologické prínosy výroby FAME

Podobne ako v prípade bioetanolu je hlavný ekologický prínos FAME v diverzifikácii zdrojov palív, v redukcii vzniku nových emisií CO2. Vo výfukových plynoch je znížená koncentrácia oxidov síry, častíc a oxidu uhoľnatého. Pri použití FAME sa mierne zvyšuje tvorba oxidov dusíka. Kvantifikácia týchto environmentálnych prínosov sa zvyčajne vykonáva prístupom označovaným ako „Well to Wheels, WTW“ t.j. vyhodnocovaním emisií v celej sieti v reťazci výroba- spotreba. Hodnotenie nie je jednoduché, pretože výška celkových benefitov závisí od typu zmesi nafta/FAME, výkonnosti motora a tiež jeho type. Všeobecné závery pre jednotlivé druhy emisií sú nasledovné:

Oxid uhličitý CO2 – pri použití hodnotenia WTW, spotrebovaním 1 tony fosílnej nafty sa uvoľní 2,8 tony CO2 do atmosféry. Špecifický obsah uhlíka v bionafte je o niečo nižší, pri spálení sa uvoľní 2,4 tony CO2. Keď predpokladáme, takto vzniknutý CO2 sa v nasledujúcej sezóne asimiluje pri novej úrode olejnín a aj iné vedľajšie produkty alebo odpady sa spotrebujú prostredníctvom uhlíkového cyklu, tak čisté emisie CO2 z FAME môžeme považovať za nulové.

Oxidy síry SOx – FAME obsahuje zanedbateľné množstvo sírnych zlúčenín, ktoré by sa spálením dostali do atmosféry. Súčasná fosílna nafta obsahuje menej ako 50 mg S/kg a do roku 2010 sa musí začať dodávať nafta s obsahom síry nižším ako 10 mg/kg. Je veľmi pravdepodobné, že vo vyspelých európskych krajinách to bude oveľa skôr. V SR má podstatná časť nafty obsah síry nižší ako 50 mg/kg a od 1.1.2005 bude mať nafta obsah síry nižší ako 10 mg/kg.

Oxidy dusíka NOX – emisie oxidov dusíka pri použití môžu byť vyššie alebo nižšie v porovnaní s fosílnou naftou v závislosti na type motora a testovacích podmienkach. Všeobecne sa uznáva, že obsah NOX vo výfukových plynoch je o 6 % vyšší. V prípade, že sa FAME bude miešať s fosílnou naftou s veľmi nízkym obsahom síry (ULSD – ultra low sulphur diesel) budú môcť byť použité veľmi efektívne aftertreatment technológie na zníženie emisií z automobilov.

Oxid uhoľnatý – FAME obsahuje kyslík, ktorý zlepšuje spaľovacie vlastnosti zmesi a emisný profil. Emisie CO sa výrazne znižujú – 20 %.

Tuhé častice (PM) – v porovnaní s fosílnym palivom sa tvorba tuhých častíc znižuje o 40 % a viac.

Biodegradabilita FAME je v porovnaní s fosílnou naftou rýchlejšia. Všeobecne sa uznáva, že pri použití B100 sa znižuje riziko vzniku rakoviny o 94 %, v prípade B20 o 27 %. V tabuľke 3 sú porovnané údaje o emisiách pre dva typy FAME pričom emisie pri použití fosílnej nafty sú 100.

Tab.č. 3: Zmena emisií pri použití FAME v porovnaní s fosílonou naftou

Rok Nafta (tis.t/1000t) Nárast pri nafte (%) Benzíny(tis.t/1000t) Nárast pri benzínoch (%)
2003 2991 - 2100 -
2004 3258 8,93 2092 -0,38
2005 3707 13,78 2055 -1,77
2006 3856 4,02 2012 -2,09
2007 4021 4,28 2092 -3,98

Source: US Department of Energy (DOE) – National Renewable Energy Laboratory

Výhodou použitia FAME aj jeho ľahšia biologická odbúrateľnosť (v prípade že kontaminuje životné prostredie). Veľmi výhodné by bolo použitie FAME pre pohon dieselagregátov na železnici, kde je potenciálna možnosť kontaminácie pôdy vysoká. Veľmi vítané a prospešné je používanie FAME, alebo vysokokoncentrovaných zmesí FAME (napr B30 alebo B50), pre uzavreté autoparky akými sú vozidlá taxislužby, autobusovej dopravy, vozidlá používané v citlivých oblastiach. V prípade použitia vznetových motorov v lesnom a vodnom hospodárstve by mala byť zakotvená povinnosť ich prevádzkovania výlučne na čisté FAME (B100).

Výhodou použitia FAME je nižšia emisia častíc, a preto je výhodné jeho použitie v dopravných podnikoch veľkých miest, miest s osobitne nepriaznivými rozptylovými podmienkami a v oblastiach so zvláštnou ochranou. V takýchto oblastiach je výhodné použiť FAME aj ako energonosič na výrobu tepla a elektriny. Príkladom môže byť použitie 3 000 ton FAME za rok v Nemeckom spolkovom sneme v Berlíne na výrobu tepla.

Rastlinné oleje

V poslednom období rastie záujem o priame použitie rastlinných olejov ako paliva do vznetových motorov. Najväčším problémom priameho použitia olejov je ich vysoká viskozita pri teplote okolia a s tým spojený vznik usadenín v motore. Problém je riešený modifikáciou palivovej časti motora, ktorá spočíva v oddelenej nádrži na olej, ktorý je zohrievaný na vyššiu teplotu (okolo 70 °C), aby sa znížila viskozita oleja. Podobne je potrebné upraviť vstrekovanie paliva, aby sa dosiahlo dobré a čisté spaľovanie paliva. Vozidlá sú prevádzkované s dvomi nádržami, štartujú na fosílnu naftu, po dosiahnutí pracovnej teploty prejdú na pohon ohriatym olejom. Pred vypnutím motora by mal byť motor opäť prevádzkovaný na fosílnu naftu. Iný spôsob je úprava zmesi rastlinného oleja s prídavnými látkami (alkohol, motorová nafta, zvyšovač cetánového čísla) alebo príprava mikroemulzie s vodou. Rastlinný olej má tiež široké použitie v pomalobežných stacionárnych motoroch, ktoré používajú menej kvalitné palivá.

Územie Strednej Európy je oblasť s malými zásobami fosílnych palív. Na druhej strane má ale toto územie dobrý potenciál pre pestovanie lesnej biomasy a poľnohospodárskych plodín. Spomedzi poľnohospodárskych plodín sú to najmä pšenica, kukurica, cukrová repa, repka olejnatá a slnečnica. Všetky tieto plodiny, ako obnoviteľné zdroje, možno intenzívne pestovať v takých objemoch, aby zabezpečili pracovné príležitosti a výživu pre ľudí, úžitkové zvieratá a stali sa základňou pre veľkokapacitnú produkciu motorových biopalív.

Motorové biopalivá v Českej republike a na Slovensku z pohľadu legislatívy

Vstupom Slovenska a Českej republiky (ČR) do Európskej únie (EU) sa obe krajiny zaviazali prispievať a plniť si záväzky vyplývajúce zo spoločnej európskej legislatívy. Požiadavky na kvalitu najviac používaných motorových palív, t.j. benzínov a motorovej nafty, sú dané príslušnou európskou legislatívou a jej implementácia je záväzná pre všetky členské štáty EU.

Základnou európskou legislatívou pre oblasť motorových palív je smernica Európskeho parlamentu a Rady 98/70/ES, týkajúca sa kvality benzínu a motorovej nafty, v znení smernice 2000/71/ES a smernice 2003/17/ES, ktorá momentálne prebieha novelizáciou v rámci spolurozhodovacieho procese EU.

Smernica 98/70/ES, v platnom znení hovorí o kvalite benzínu a motorovej nafty. Na základe starostlivosti o zdravie a životné prostredie stanovuje tento predpis technické a environmentálne špecifikácie uvedených palív pre pohon motorových vozidiel.

Členské štáty musia zaistiť, aby najneskôr do 1.januára roku 2009 boli na európsky trh uvádzané iba bezolovnaté benzíny a motorová nafta s maximálnym obsahom síry 10 mg/kg. Ďalej smernica umožňuje členským štátom prijať také opatrenia, aby v zvláštnych oblastiach ich územia boli na trh pre vozový park uvádzané iba palivá, ktoré spĺňajú prísnejšie environmentálne špecifikácie, ako sú stanovené touto smernicou, s cieľom ochrany zdravia obyvateľstva a ochrany životného prostredia.

V rámci zachovania základného princípu európskeho trhu, t.j. voľného pohybu tovaru, je v tejto smernici uvedené v čl.5 veľmi dôležité ustanovenie, z ktorého vyplýva, že žiadny členský štát nesmie zakazovať, obmedzovať alebo zabraňovať uvádzanie na trh palivám, ktoré spĺňajú požiadavky tejto smernice.

V súčasnej dobe prebieha v EU revízia tejto smernice, a to predovšetkým z dôvodov dosiahnutia zníženia emisií skleníkových plynov (najmä CO2), na ktorých sa v zásadnej miere podieľajú emisie zo spaľovania motorových palív. Ďalším dôvodom revízie je potom podpora širšieho uplatnenia biopalív v doprave formou ich nízko percentného prídavku do benzínu a nafty. Zatiaľ je, podľa aktuálneho znenia smernice 98/70/ES a v rámci platných európskych noriem, povolený pri týchto palivách maximálny podiel biopalív vo výške 5 % objemových. V rámci prebiehajúceho procesu revízií smerníc sa navrhuje zvýšenie podielu biopalív v benzínoch na 10 % objemových.

Vzhľadom k závažnosti problematiky uplatňovania biopalív v doprave formou ich nízko percentného pridávania do benzínov alebo nafty, je potrebné spomenúť aj súčasnú základnú európsku legislatívu platnú pre oblasť uplatňovania biopalív v doprave. Ide o smernicu Európskeho parlamentu a Rady 2003/30/ES, o podpore používania biopalív alebo iných obnoviteľných palív v doprave, a smernica Rady 2003/96/ES, ktorou sa reštrukturalizujú rámcové predpisy EU o zdanení energetických výrobkov a elektriny.

Obidve uvedené smernice sa zaoberajú regulačným a fiškálnym rámcom podpory uplatňovania biopalív v doprave a uvádzajú návrhy krokov k dosiahnutiu 20% náhrady klasických fosílnych palív obnoviteľnými zdrojmi do roku 2020, pričom v týchto predpisoch uvádzaný predpoklad náhrady fosílnych palív biopalivami je na úrovni 8%.

Základné ustanovenia smernice 2003/30ES boli implementované do legislatívy ČR prostredníctvom zákona č. 86/2002 Sb., o ochrane ovzdušia, v platnom znení, a v časti týkajúcej sa oblasti kvality biopalív, prostredníctvom vyhlášky č. 229/2004 Sb., ktorou sa stanovujú požiadavky na pohonné hmoty pre prevádzku vozidiel na pozemných komunikáciách.

Smernica 2003/96/ES je do českej legislatívy implementovaná zákonom č.353/2003 Sb., o spotrebnej dani, v znení neskorších predpisov.

Zákon č.86/2002 Sb., o ochrane ovzdušia, v znení zákona č.180/2007 Sb. stanovuje pre osoby, ktoré uvádzajú v ČR do voľného daňového obehu motorové benzíny alebo naftu povinnosť zaistiť, aby bol v motorových palivách obsiahnutý aj minimálny podiel biopalív. Pre splnenie uvedenej povinnosti bol stanovený týmto predpisom časový harmonogram postupu povinného primiešavania biopalív do benzínov a nafty na trhu v ČR od 1.9.2007 vo výške 2 % obj. z celkového množstva nafty, od 1.1.2008 vo výške 2 % obj. z celkového množstva benzínov, od 1.1.2009 vo výške 3,5 % obj. z celkového množstva benzínov a od 1.1.2009 vo výške 4,5 % obj. z celkového množstva nafty.

Uvedenú povinnosť uplatňovania stanoveného minimálneho podielu biopalív v doprave môžu povinné osoby splniť buď formu nízko percentuálneho primiešavania príslušných biopalív do benzínu alebo do nafty, v súlade s platnými normami na kvalitu benzínov a nafty, alebo uvedením čistého biopaliva do voľného daňového obehu na daňovom území ČR pre dopravné účely, alebo kombináciou uvedených spôsobov.

Za zmesné biopalivo je v ČR považované: motorová nafta s obsahom vyšším než 30 % obj. FAME, určená pre pohon vznetových motorov – tzv. B30 zmes min. 70 % obj. bioetanolu s motorovým benzínom, určená na pohon zážihových motorov – bioetanol E 85 bioetanol vyrobený z biomasy s obsahom minimálne 5 % hm. zošľachťovacích prísad (aditív), určený na pohon vznetových motorov – bioetanol E 95

ČSN/STN EN 228 – Bezolovnaté automobilové benzíny: je prevzatá európska norma, ktorá stanovuje kvalitatívne parametre bezolovnatých automobilových benzínov táto platná technická norma v náväznosti na celkový obsah kyslíka v benzínoch povoľuje maximálny podiel bioetanolu 5 % obj.

ČSN/STN EN 590 - Motorové nafty: je prevzatá európska norma stanovujúca kvalitatívne parametre motorovej nafty táto platná technická norma stanovuje pre motorovú naftu maximálny podiel FAME 5 % obj

Vo februári roku 2008 schválila vláda ČR prijatím vládneho uznesenia č.164 a následne aj uznesením č. 252 Program podpory viacročného uplatnenia biopalív v doprave, ktorého gestorom je Ministerstvo hospodárstva. V rámci uvedeného Programu sa navrhuje daňová podpora pri použití čistých biopalív (FAME) alebo vysoko percentných biopalivových zmesí (napr. E 85, E 95, B30 a pod.) v doprave na pohon vozidiel namiesto fosílnych motorových palív, a to formou nulovej spotrebnej dane podielu biopaliva. Nízko percentné pridávanie biopalív do benzínov a nafty v súlade s ich príslušnými normami o kvalite bude realizované aj naďalej bez podpory zo strany štátu.

Klimaticko-energetický balíček EU

V marci 2007 sa hlavy štátov a predsedovia vlád zaviazali do roku 2020 znížiť emisie skleníkových plynov o 20 % oproti roku 1990, zvýšiť podiel obnoviteľných zdrojov energie (OZE) na konečnej spotrebe na 20 % a nahradiť fosílne palivá v roku 2020 biopalivami vo výške ich 10 % podielu namiesto 8 % podielu, uvedeného v smernici 2003/30/ES.

Dňa 23. januára 2008 bol Európskou komisiou predstavený tzv. klimaticko-energetický balíček, ktorý obsahuje návrh novej smernice o OZE, do ktorého je zahrnutá aj revízia aktuálnej smernice 2003/30/ES.

Z hľadiska kvality motorových palív je potrebné upozorniť predovšetkým na navrhované zvýšenie podielu biozložky v motorovej nafte, a to od 31.decembra 2010 až na 7 % objemových a od 31.decembra roku 2014 dokonca na cieľový podiel od minimálne 5 % do 10 % objemových. Tiež je navrhované, aby nafta s takto zvýšeným podielom biopaliva bola od daných termínov k dispozícii na všetkých čerpacích staniciach. Vzhľadom k súčasnému negatívnemu postoju väčšiny výrobcov vznetových motorov ohľadne zvyšovania podielu biopaliva v motorovej nafte nad doteraz schválených 5 %, stále prebieha v orgánoch EU a v príslušných pracovných skupinách k tomuto konkrétnemu bodu dosť závažnú diskusia. Súčasné francúzske predsedníctvo v Rade EU zvažuje tiež alternatívu, aby sa do cieľa podielu biozložky 10% zarátali aj hybridné a elektrické pohony (cieľ by sa potom znížil na cca 8.5 %). Najviac sa do tejto diskusie zapája Európsky parlament, ktorý presadzuje líniu nižšej záväznej úrovne (najmä cez Britov) z dôvodu potravinovej bezpečnosti. Veľmi dôležitými sa stávajú kritéria udržateľnosti vychádzajúce zo základných environmentálnych, hospodárskych a sociálnych pilierov (úspora skleníkových plynov by mala byť v roku 2015 na úrovni až 50 %, preferencia pestovania energetických plodín na menej kvalitných pôdach, povinnosť ratifikácie dohovorov o sociálnom kódexe, zákaze detskej práce a pod.). Tieto kritéria budú záväzné pre všetky palivá vyrábané v EU, ako aj pre všetky palivá do EU dovážané. Vyššie využívania biopalív v doprave je tiež súčasťou opatrení na splnenie záväzkov Kjótského protokolu.

Tlak Európskej komisie stále smeruje na záväzný charakter podielu biopalív na navrhovanej úrovni 10 %. Celá diskusia k legislatíve k OZE a biopalivám by sa mala uzavrieť do konca roka 2008 a následne začiatkom roka 2009 by sa mal celý proces uzavrieť v Európskom parlamente, čím vstúpi celá legislatíva do definitívnej platnosti.

Trh s motorovými palivami v roku 2007 a predpoklady pre nasledujúce obdobie (ČR)

Ustálené zvyšovanie spotreby motorovej nafty v posledných dvoch rokoch o viac ako 4 % ročne (viď tabuľka č.4) je výrazom rastu ekonomiky ČR, ktoré nebrzdí ani pokračujúce zvyšovanie cien ropy a ropných produktov.

Tab. č. 4: Vývoj hrubých dodávok motorových palív v ČR v rokoch 2003-2007

Typ emisie B100 B20
Oxid uhoľnatý CO -43.2 % 12.6 %
Uhľovodíky -56.3 % 11.0 %
Tuhé častice PM -55.4 % 18.0 %
Oxidy dusíka NOx +5.8 % +1.2 %
Air toxics -60 % / -90 % -12 % /-20 %
Mutagénnosť -80 % / -90 % -20 %
CO2 (Life Cycle Emissions) -78.3 % -15.7 %

Mimoriadny medziročný nárast spotreby motorovej nafty v r.2004 a 2005 (o 8,9, resp.13,8 %) je odrazom otvorenia hraníc so susednými štátmi (pripojenie ČR a ďalších susedných krajín k EU) a z toho vyplývajúce zvýšenie medzinárodnej cestnej nákladnej (kamiónovej) dopravy. Pri motorových benzínoch bola situácia v rovnakom období rokov 2003 až 2007 iná, od roku 2003 došlo k miernemu poklesu ich spotreby.

Pohľad na zmeny spotreby hlavných motorových palív v ČR a niektorých okolitých krajínách medzi rokmi 2003 až 2006 znázorňuje tabuľka č.5.

Tab.č. 5 : Porovnanie zmien spotreby motorových palív v ČR a vybraných okolitých krajínách v rokoch 2003-2006

  Motorové benzíny Motorová nafta
ČR -4,2% 29,1%
Rakúsko -9,0% 6,7%
Nemecko -12,6% 4,3%
Maďarsko 9,1% 24,9%
Poľsko -2,6% 44,0%
Slovensko -6,8% 20,9%
OECD -9,4% 6,2%

Je možné konštatovať, že v roku 2008 a v najbližších nasledujúcich rokoch bude spotreba benzínov v ČR dosahovať množstvo okolo 2100 tis. ton a spotreba nafty bude presahovať 4000 tis. ton s očakávaním mierneho ročného nárastu o 3-5 %.

Súčasný stav v oblasti spotreby motorových palív v EU

EU musí v súčasnosti dovážať viac ako 50% zdrojov energie pre svoju spotrebu. Do roku 2030 tento podiel vzrastie až na 65%. Takmer celá energia potrebná pre dopravu pochádza z ropy, ktorej sa dnes do EU dováža 82%, pričom závislosť na dovoze ropy v krátkej dobe vzrastie až na 93% (Slovensko má v tejto súvislosti ešte horšiu pozíciu - dováža už teraz 90 % primárnych energetických zdrojov). Nasledovný graf č.1 a tabuľka č.6 znázorňujú trend a aktuálny stav vo výrobe FAME v EU ako celku a zároveň v jednotlivých členských krajinách.

Graf č.1: Vývoj výrobných kapacít FAME v EU za posledných 10 rokov (Zdroj: European Biodiesel Board)

Tab.č 6: Výrobné kapacity FAME v EU (Zdroj: European Biodiesel Board, aktuálne k 1.7.2008)

Krajina Tis.ton FAME
Nemecko 5 302
Francúzsko 1 980
Taliansko 1 566
Španielsko 1 267
Veľká Británia 726
Belgicko 665
Holandsko 571
Grécko 565
Rakúsko 485
Poľsko 450
Portugalsko 406
Bulharsko 215
Švédsko 212
Slovensko 206
Česká republika 203
Maďarsko 186
Fínsko 170
Litva 147
Dánsko 140
Estónsko 135
Lotyšsko 130
Rumunsko 111
Írsko 80
Slovinsko 67
Malta 8
Cyprus 6
Luxemburg 0
Spolu 15 999

Výroba FAME v EU od roku 2007 stagnuje a to hlavne z dôvodu dampingového dovozu FAME z USA, ktorý je dotovaný federálnou vládou USA. Európska komisia, aj keď oneskorene ale predsa, iniciovala 13.6.2008 antidampingové a antidotačné vyšetrovanie proti tzv. B99 dovozom z USA. Výrobcovia FAME v EU očakávajú, že tieto kroky postupne povedú k férovejšiemu obchodovaniu s FAME.

Súčasný stav v oblasti výroby biopalív v ČR a na Slovensku

K najväčším výrobcom bioetanolu v ČR patria firmy Agroetanol TTD, a.s., PLP, a.s., Ethanol Energy, a.s., Korfil, a.s. Celková ročná výrobná kapacita týchto závodov je cca 370 000 m3 bioetanolu za rok.

V ČR je tradične najväčším spracovateľom olejnín firma SETUZA, a.s., ktorá okrem jedlých olejov a margarínov vyrába v jej závodoch v Ústi nad Labem, Mydlovaroch a Olomouci aj FAME. Celková výrobná kapacita skupiny SETUZA, a.s. je 140 000 ton FAME za rok. K ďalším výrobcom FAME v ČR patria firmy AGP, Oleochemicals, Pavex, Primagra, Fabio produkt a niekoľko menších výrobcov. Nový závod na výrobu FAME s kapacitou 100 000 ton za rok stavia tiež firma Preol, a.s.

Firma Enviral, a.s. je prvým a jediným výrobcom bioetanolu na Slovensku s výrobnou kapacitou 120 000 m3 bioetanolu za rok.

Obr. 2: Závod na výrobu bioetanolu (zdroj Enviral a.s.)

K tradične najväčším spracovateľom olejnín na Slovensku patrí firma Palma Group, a.s., ktorá okrem jedlých olejov a margarínov vyrába aj FAME. V súčasnosti sa výrobná kapacita FAME firmy Palma Group pohybuje na úrovni 40 000 ton za rok. K ďalším výrobcom FAME na Slovensku patria firmy Bio Plus, Agrochemix, EkoTips a niekoľko menších výrobcov. V roku 2008 zahájila v Leopoldove výrobu firma Meroco, a.s. s výrobnou kapacitou 100 000 ton FAME za rok.

Riziká spojené s využívaním motorových biopalív

Dopad na ceny potravín

Objemy poľnohospodárskych produktov potrebné na výrobu biopalív nemôžu zásadným spôsobom ovplyvniť situáciu na trhu s poľnohospodárskymi komoditami. Štúdia Ministerstva poľnohospodárstva USA uvádza, že len 1,3% poľnohospodárskych plôch bolo využívaných na produkciu surovín pre výrobu biopalív (údaje za rok 2007). Neporovnateľne väčšie vplyvy na nárast cien poľnohospodárskych produktov majú preto zrejme iné udalosti, napríklad zlé počasie, zvýšený dopyt z Indie a Číny, cenové špekulácie.

Navýšenie produkcie je možné získať jednoducho, a to napríklad intenzifikáciou výroby (kvalitnejšími osivami, hnojením, chemickou ochranou rastlín či modernejšími strojmi) alebo využívaním pôdy, ktorá sa v posledných rokoch využívať prestala.

Na porovnanie, farmári v pôvodných členských štátoch EU boli od začiatku 90. rokov nútení nevyužívať 10% pôdy, tzv. set aside land. Keďže išlo o podmienku vyplácania dotácií, v súčasnosti sa v EU celkovo nevyužíva 7,3 miliónov ha pôdy, čo predstavuje približne 8% celkovej výmery využiteľnej pôdy v EU. EU po tohtoročnom náraste cien poľnohospodárskych výrobkov uvoľnila uvedené plochy pre pestovanie.

Dopad na ceny motorových palív

Faktom je, že ceny biopalív sú v súčasnosti vyššie ako ceny benzínu a nafty. Využívanie biopalív teda zvyšuje ceny motorových palív.

Podľa analýzy Európskej komisie z februára 2006 sa dostáva FAME vyrobené v EU na porovnateľnú cenovú úroveň ako nafta pri cene ropy 60 euro za barel a bioetanol je na úrovni benzínu pri cene 90 euro za barel. Tieto hranice sa po tohtoročnom náraste cien poľnohospodárskych produktov posunuli vyššie. Súčasne však vzrástla aj cena ropy.

Je veľmi pravdepodobné, že v horizonte niekoľkých rokov, pri očakávanom náraste cien ropy a naopak zvýšenej efektívnosti výroby biopalív, sa situácia otočí a biopalivá sa stanú konkurencieschopné.

Budúcnosť motorových biopalív

Veľmi dôležitým faktom je, že väčšina v súčasnosti prevádzkovaných motorových vozidiel je schopná bez problému používať motorové palivá s nízkym obsahom biopalív a postupne prejsť na palivá s vyššim podielom biopalív. Vo verejnej doprave sa už dnes používajú upravené vozidlá, ktoré umožňujú použitie čistých biopalív, tento prístup má výrazný ekologický účinok v priemyselných aglomeráciách.

Podpora využívania biopalív by mala predstavovať ďalší krok k širšiemu využívaniu biomasy. Takáto politika by mohla vytvoriť nové príležitosti pre udržateľný rozvoj vidieka a otvorenie nového trhu pre inovačné poľnohospodárske výrobky.

Nové druhy biopalív by mali zodpovedať príslušným technickým normám ak majú zodpovedať požiadavkám výrobcov motorov a zákazníkom. Biopalivá preniknú na trh iba vtedy, ak budú všeobecne dostupné, kvalitné a konkurencie schopné.

V súčasnosti sa vyrábajú biopalivá tzv. 1. generácie. Ide o výrobu motorových palív z poľnohospodárskych produktov – najmä z obilnín, olejnín, cukrovej repy, trstiny, ale aj z nových nepotravinových zdrojov, ako sú napriklad jatropový olej (z rastliny jatropha curcas), borovicový olej (tallový olej z výroby celulózy) či olej z rias. Napriek postupnému nárastu efektívnosti tejto výroby, zásadný prelom sa očakáva najmä od biopalív tzv. 2. generácie, teda od výroby biopalív z dreva, poľnohospodárskych a lesných odpadov, alebo dokonca aj z komunálneho odpadu.

Výroba 2. generácie je v súčasnosti technicky možná, zatiaľ nie je však v porovnaní s 1. generáciou ekonomicky efektívna. Vzhľadom na obrovské finančné zdroje, ktoré v poslednom čase smerujú do výskumu v tejto oblasti, je podľa odborníkov len otázkou času, kedy sa rozbehne komerčná výroba biopalív 2. generácie. Tá prinesie ešte významnejšie zníženie emisií skleníkových plynov, zníženie cien biopalív a menšiu potrebu tých poľnohospodárskych produktov, ktoré sú určené aj na výživu ľudí a hospodárskych zvierat.

Táto práca bola podporená Agentúrou pre podporu výskumu a vývoja SR na základe zmluvy č. APVV-20-037105

Informácie o autorovi: Tomáš Cvengroš, EUR ING od ukončenia štúdia (1993) na Technickej univerzite vo Zvolene pracuje v oblasti výskumu, vývoja a aplikácii inovatívnych technológii na výrobu motorových biopalív. V roku 1998 získal v Bruseli titul EUR ING. Je členom predstavenstva akciovej spoločnosti BIORAFINERIA SK, konateľom spoločného slovensko-ukrajinského podniku AB Amarant - Biorafinéria, s.r.o. a zakladateľom spoločnosti Biodiesel Holding. Kontakt na autora: info@biodieselholding.com

Použitá literatúra:

  1. Mikulec J., Cvengroš J.: Hodnotenie biozložiek pre výrobu motorových palív. Štúdia pre MH SR, november 2006, Bratislava, 50 str.
  2. Cvengroš J., Mikulec J.: FAME a možnosti ich produkčného a technologického rozvoja, Zborník 8. medzinárodného seminára TECHAGRO 2008, 9.4.2008, Brno, str. 33-43.
  • 1Energy Technology Support, 1996 study
  • 2Adapted by ECOTEC Research and Consulting the ETSU study with higher yield of rape-seed per ha, according to the more recent standard agricultural pocketbooks (ARC 1999) data.
  • 3Levington Agriculture, 2000 study

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

Související články:

Obejde se zemědělství bez nafty?
Vlastnosti paliv s obsahem biosložek
Resuscitace biopaliv - biometanem
Výroba bioetanolu v Česku na rozcestí
Řepka oslnivě zlátne
Biopaliva frčí (nejen) v Čechách již více než sto let
Bionafta škodí řepce
Jak ekologická jsou biopaliva?
Kapalná biopaliva – cíle a perspektivy
Ekologické a biogénne palivá - súčasnosť a perspektívy
Energie z kapalných biopaliv v Itálii
Biobutanol – vhodnější náhrada benzinu

Zobrazit ostatní články v kategorii Kapalná biopaliva

Datum uveřejnění: 15.9.2008
Poslední změna: 15.9.2008
Počet shlédnutí: 12201

Citace tohoto článku:
CVENGROŠ, Tomáš: Motorové biopalivá – ich súčasný stav a perspektívy. Biom.cz [online]. 2008-09-15 [cit. 2018-10-17]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz/odborne-clanky/motorove-biopaliva-ich-sucasny-stav-a-perspektivy>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:
22 Sep 2008 08:44 Kompaktní inkvizitor
- pár poznámek
22 Sep 2008 09:00 tc
- pár poznámek
23 Sep 2008 09:28 Kompaktní inkvizitor
- pár poznámek
ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto