Odborné články

Rostlinné oleje jako motorová paliva

Ve státech Evropské unie jsou paliva vyráběná z ropy částečně nahrazována zemním plynem, vodíkem a biopalivy. Koncem roku 2010 by měl energetický podíl biopaliv pro dopravu v každém z členských států Evropské unie činit 5,75 % z energie dodané pro dopravu v benzinu a naftě.

Za biopaliva se považují kapalné nebo plynné pohonné hmoty vyráběné z biomasy: bioetanol, bionafta (estery mastných kyselin rostlinných olejů), bioplyn, biometanol, biodimetyléter, bio-ETBE, bio-MTBE, biovodík, rostlinné oleje a syntetická paliva, jejichž složky byly vyrobeny z biomasy. Rostlinné oleje mají vlastnosti výrazně odlišné od vlastností motorové nafty. Jako paliv pro vznětové motory je možno oleje využít dvěma základními způsoby:

  • rostlinný olej upravit transesterifikací nebo hydrogenací na bionaftu přímo použitelnou pro naftové motory
  • přizpůsobit naftové motory a jejich palivové příslušenství vlastnostem rostlinného oleje

V současné době jsou rostlinné oleje jako motorová paliva využívány téměř výhradně ve formě směsných motorových naft - směsí motorové nafty s metylestery mastných kyselin rostlinných olejů.

Rostlinné oleje

Rostlinami, ze kterých lze získat olej, jsou např.: olejná palma, sója, řepka olejná, slunečnice, bavlník, podzemnice olejná, len, kukuřice, kokos, jojoba. Přes 80 % světové produkce rostlinných olejů je tvořeno čtyřmi oleji: palmovým, sójovým, řepkovým a slunečnicovým. Nejrozšířenější jsou olej palmový a sójový, každý z nich se podílí na celkové světové produkci rostlinných olejů zhruba 30 %. Produkce jednotlivých rostlinných olejů je vázána na specifické klimatické podmínky. Palmový olej je produkován v tropických oblastech, hlavně v Malajsii a Indonésii, sójový olej je typický pro USA, Brazílii, Argentinu a Čínu. Řepkový olej se vyrábí hlavně v Evropě, Číně, Indii a Kanadě. Z 1 hektaru řepky olejné se získají zhruba 3 tuny olejnatých semen, z nichž se vylisuje přibližně 1100 kg řepkového oleje. Rostlinné oleje mají v porovnání s motorovou naftou vysokou viskozitu, která neumožní dobré rozprášení oleje vstřikovaného do spalovacího prostoru, vysokou teplotu vzplanutí, vysokou teplotu tání, nízké cetanové číslo, vyšší měrnou hmotnost, nižší výhřevnost, malou oxidační stabilitu a snadno polymerují. Obsahují přibližně 11 % kyslíku. Významnější vlastnosti řepkového oleje a motorové nafty jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1: Vlastnosti nafty a řepkového oleje

Parametr Jedn. Nafta Řepkový olej
Hustota (15 ºC) kg.m-3 830 915
Výhřevnost MJ.kg-1 42,5 36
Kinem. viskozita (40 ºC) mm2.s-1 3,0 35
Teplota vzplanutí P-M ºC 55 246
Cetanové číslo   51 38

Vozidlové motory na rostlinné oleje Jak již bylo uvedeno, naftové motory musí být pro provoz na rostlinné oleje vhodně upraveny. Viskozita oleje se snižuje ohřevem chladicí kapalinou z motoru, někdy elektrickým topením. Olej se ohřívá na vhodném místě palivového systému a v palivové nádrži, aby byl čerpatelný i za nižších atmosférických teplot. Vozidlové motory bývají provozovány nejčastěji tak, že studený motor se spouští na naftu a na olej se přechází až po dosažení provozní teploty motoru. Jedno z možných uspořádání palivového příslušenství vozidlového motoru na rostlinný olej „se dvěma palivovými nádržemi“ je schematicky znázorněno na obr. 1. Pro dobré rozprášení oleje po jeho vstřiku do spalovacího prostoru v pístu nebo do komůrky v hlavě válců je nutné snížit viskozitu oleje jeho ohřevem na teplotu 70 až 80 °C.

Obr. 1: Palivové příslušenství vozidlového motoru na rostlinný olej a naftu

Provoz vznětových motorů na rostlinné oleje se vyznačuje problémy spojenými s úsadami vysokomolekulárních látek (napékáním, karbonizací) na vstřikovacích tryskách, pístech, ventilech a dalších plochách ve válci motoru. Úsady způsobují zhoršení výkonových parametrů a mohou vést i k poškození motoru. Rostlinný olej za vyšších teplot polymeruje a tvoří shluky polotuhých látek, které mohou ucpávat palivový systém. Pro předcházení provozním obtížím, které by tuhé substance v palivovém systému mohly způsobit, bývá před zastavením motoru palivový systém plněn motorovou naftou. Takové opatření pak usnadní i spuštění motoru za nižších teplot.

Významný rozdíl proti provozu na naftu vykazuje provoz vznětového motoru na rostlinný olej i z hlediska stavu motorového oleje. Rostlinný olej, který pronikne do motorového oleje, urychluje snižování alkality motorového oleje. V důsledku polymerace rostlinných olejů může docházet od zahušťování motorového oleje až ke ztrátě jeho čerpatelnosti. Rostlinné oleje tak způsobují rychlejší znehodnocování motorových olejů, a proto je nutné zkrátit intervaly pro jejich výměnu.

Po přechodu z nafty na rostlinný olej dochází obvykle ke snížení výkonových parametrů motoru. Při režimech vnější otáčkové charakteristiky nebývá snížení větší než 10 %.

Úrovně legislativně sledovaných škodlivých výfukových emisí, tj. oxidu uhelnatého (CO), uhlovodíků (HC), oxidů dusíků (NOx) a pevných částic (PM), a úroveň polyaromatických uhlovodíků (PAH) motorů přizpůsobených vhodnými úpravami a seřízením k provozu na rostlinné oleje ukazuje v porovnání s emisemi těchto motorů při provozu na naftu graf na obr. 2. Hodnoty emisí motoru při provozu na rostlinné oleje v % jsou vztaženy k hodnotám emisí při provozu motorů na motorovou naftu, kterým je přiřazeno 100 %.

Obr. 2: Relativní emise výfukových škodlivin motorů provozovaných na rostlinné oleje - emise při provozu na naftu jsou 100 %

Traktory na řepkový olej

Provoz traktorových motorů na řepkový olej byl zkoumán v rámci rozsáhlého projektu „100- Traktoren-Programs“ organizovaného Spolkovým ministerstvem pro výživu, zemědělství a ochranu spotřebitelů v Německu. Zkušebnímu provozu se podrobilo 111 traktorů různých výrobců - 43 traktorů Deutz Fahr, 29 traktorů Fendt , 17 Case IH , 16 John Deere, po jednom až dvou traktorech dalších firem. Z celkového počtu mělo 78 traktorů motory o výkonech v rozmezí 75–130 kW, 20 traktorů motory o výkonech 37–74 kW a 11 traktorů motory s výkonem 131–560 kW. Traktory byly v provozu u sedmi zemědělských společností. Výzkum trval 3 roky, každý traktor odpracoval minimálně 800 motohodin ročně.

Traktorové motory měly různé systémy vstřikování (řadová vstřikovací čerpadla, rotační čerpadla s rozdělovačem, systém common rail a čerpadlo-tryska). Motory byly seřízeny pro provoz na řepkový olej, vstřikovací trysky, vstřikované dávky a počátky vstřiku byly přizpůsobeny vlastnostem rostlinného oleje ohřátého na teplotu 70-80 °C. Většina motorů byla provozována na řepkový olej, přičemž spouštění a ohřev na provozní teplotu probíhaly na naftu. Motory ostatních traktorů byly provozovány pouze na řepkový olej.

Pokles výkonu po přechodu z nafty na řepkový olej byl pouze u několika traktorů větší než o 10 %. Změny úrovní plynných škodlivých výfukových emisí a emisí částic traktorů zjišťovaných při osmirežimovém testu podle homologačního předpisu EHK 96, byly po přechodu z provozu na naftu k provozu na řepkový olej u jednotlivých traktorů různé, ne však větší, než ukazuje graf na obr. 2.

Z celkového počtu 111 traktorů neměly motory 30 traktorů žádné závady, u 35 traktorů se vyskytly závady motorů vyžadující opravy nákladem menším než 2 tis. EURO, u 36 traktorů závady vyžadující opravy nákladem od 2 tis. do 15 tis. EURO a u 10 traktorů těžké závady s náklady na opravy vyššími než 15 tis. EURO. Závady vstřikovacích čerpadel byly odstraňovány u 37 traktorů, vstřikovacích trysek u 26 traktorů, palivového systému u 71 traktoru, pístů u 13 traktorů a výfukových ventilů u 15 traktorů.

Výhody a nevýhody motorů na rostlinné oleje

Za výhody provozu vozidlových motorů na rostlinné oleje v porovnání s provozem na naftu je považována netoxičnost a dobrá biologická odbouratelnost olejů, jejich nesnadná zápalnost z hlediska požární bezpečnosti a technicky i energeticky málo náročná výroba. Produkce oxidu uhličitého je kompenzována jeho spotřebou při fotosyntéze probíhající v rostlinách, ze kterých jsou oleje vyrobeny.

Nevýhodami provozu motorů na rostlinné oleje je nutnost provedení potřebných úprav palivového příslušenství naftového motoru, tvorba úsad v palivovém systému i v motoru a znehodnocování motorového oleje polymerací rostlinného oleje vyžadující kratší výměnné lhůty motorového oleje, než při provozu na naftu.

Výrobci vozidel, až na ojedinělé výjimky, použití rostlinných olejů nedovolují a na závady vzniklé v souvislosti s rostlinným olejem neposkytují záruku. Evropská asociace výrobců automobilů (ACEA) připouští provoz motorů na rostlinné oleje pouze ve směsích s motorovou naftou obsahujících nejvýše 5 % obj. rostlinných olejů. Motory spalující rostlinné oleje v ČR by měly splňovat požadavky na homologaci podle příslušných předpisů EHK, např. z hlediska produkce škodlivých výfukových emisí.

Historie a využití paliv z rostlinných olejů

Vzhledem k dostatku a nízkým cenám paliv ropného původu nebyl do osmdesátých let minulého století o rostlinné oleje a bionafty jako motorová paliva zájem. V některých koloniích, kde ceny dovážených paliv z ropy výrazně převyšovaly ceny rostlinných olejů, podpořily britské koloniální úřady ve dvacátých letech minulého století výzkum motorových paliv na bázi rostlinných olejů, např. palmového a bavlníkového z Ugandy a Nigérie. Prováděl se i vývoj hydrogenačního krakování. Ve dvacátých a třicátých letech minulého století se zabývaly pokusy s různými rostlinnými oleji, např. palmovým, bavlníkovým, sójovým a arašídovým, fy Deutz, Mercedes-Benz, Bosch a Perkins, možnosti uplatnění rostlinných olejů jako motorových paliv, např. oleje podzemnicového, řepkového a čajového, byly zkoumány v Číně a jojobového oleje v USA. Rostlinné oleje snižovaly výkonové parametry naftových motorů a velmi rychle znehodnocovaly motorový olej.

V ČSR byla zdrojem rostlinného oleje řepka olejná, pěstovaná zpočátku v malém množství – v roce 1933 pouze na 900 ha a v roce 1938 na více než 8000 ha. Produkce řepkového oleje byla využita hlavně k potravinářským účelům, v menší míře při výrobě motorových olejů pro automobilové a letadlové motory.

Jako motorové palivo se začal v ČR od roku 1992 vyrábět metylester řepkového oleje. Vzhledem k problémům, které čistý metylester řepkového oleje v provozu motorů působil, začala se dodávat směsná motorová paliva, tj. motorová nafta s metylesterem řepkového oleje. Podle ustanovení zákona č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší, v platném znění, je metylester řepkového oleje od září 2007 přimícháván do motorové nafty. V roce 2007 bylo v ČR vyrobeno 82 tis. tun metylesteru řepkového oleje a na domácí trh dodáno 37 tis. tun, dovoz činil 9 tis. tun a vývoz 54 tis. tun. Ministerstvo zemědělství ČR předpokládá, že v roce 2008 bude spotřeba metylesteru řepkového oleje 85 tis. tun a v roce 2009 už 194 tis. tun. Vlastnosti řepkového oleje, které musí být splněny pro jeho použití jako motorového paliva pro spalovací motory konstruované nebo upravené na spalování rostlinného oleje, jsou specifikovány v ČSN 65 6516 „Motorová paliva – Řepkový olej pro spalovací motory na rostlinné oleje – Technické požadavky a metody zkoušení“. Čerpací stanice pohonných hmot v ČR rostlinné oleje jako motorová paliva nedodávají.

Literatura

  • Hassel, E.–Berndt, S.–Flugge, E-aj.: Stand des „100-Traktoren-Programms“ des BMVEL. Institut für Energie-und Umwelttechnik Universität Rostock. Dostupné na WWW: http://www.nova-institut.de
  • Laurin, J.: Motorová paliva na bázi rostlinných olejů: In: 8. Mezinárodné sympózium Motorové palivá 2008 Vědecko-technická společnosť při Slovnaft, a.s., Bratislava. Tatranské Matliare 2008
  • Thuneke, K.: Abgasemissionen von rapsölketriebenen Traktoren.Technologie-und Förderzentrum. 2007. Dostupné na WWW: http://www.biokraftstoff-portal.de
  • Thuneke, K.-Gassner, T.-Emberger, P.-aj.: Erste Ergebnisse der Emissionsmessungen an Rapsölkraftstoff-Traktoren.Technologie–und Förderzentrum. Straubing 2006. Dostupné na WWW: http://www.tfz.bayern.de
  • ACEA: ACEA Positionon the use of Pure vegetable Oils in compression-ignition engines. Dostupné na WWW: http://www.acea.be

Tento článek byl publikován v rámci spolupráce redakce časopisu Alternativní energie a CZ Biom.

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

Související články:

Udržitelná energie ze zemědělství
Vlastnosti paliv s obsahem biosložek
Úprava bioplynu na kvalitu zemního plynu
Přeměna organického odpadu na motorová paliva
Resuscitace biopaliv - biometanem
Některé zemědělské suroviny a jejich úprava pro výrobu bioetanolu
Výroba bioetanolu v Česku na rozcestí
Podpora rozvoje a užití bioetanolu v České republice
Jak ekologická jsou biopaliva?
Trvale udržitelná výroba bioetanolu
Trh s etanolem přichází na tichých cestách

Zobrazit ostatní články v kategorii Kapalná biopaliva

Datum uveřejnění: 29.10.2008
Poslední změna: 5.2.2009
Počet shlédnutí: 17404

Citace tohoto článku:
LAURIN, Josef: Rostlinné oleje jako motorová paliva. Biom.cz [online]. 2008-10-29 [cit. 2018-12-14]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz/odborne-clanky/rostlinne-oleje-jako-motorova-paliva>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:
22 Oct 2009 19:25 JN
- nové biopalivo
ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto