Vlastnosti paliv s obsahem biosložek

V roce 2003 přijala Evropská unie program pro využití biopaliv v dopravě a energetice: byly zpracovány směrnice 2003/30/EC a 2003/96/EC, které definovaly biopaliva a bioložky, stanovily podmínky využití a možné daňové zvýhodnění.

Podle způsobu získávání lze biopaliva rozdělit na biopaliva 1. a 2. generace.

Mezi biopaliva 1. generace řadíme etanol, metylestery mastných kyselin (MEMK) a rostlinný olej. Etanol je vyráběn v evropských podmínkách z obilí nebo cukrové řepy, metylestery a rostlinný olej převážně z řepky olejné.

Biopaliva 2. generace, etanol a další alkoholy a oleje, jsou vyráběna ze zdrojů mimo potravinový řetězec, tj. z rostlin, které nejsou určeny k výrobě potravin, z odpadů a z lignocelulózy. Hydrogenací rostlinných olejů a živočišných tuků vznikají „syntetické“ uhlovodíky, složením odpovídající motorové naftě.

Další možností je výroba biopaliv ve formě BTL (Biomass To Liquid), tj. synteticky, technologií Fischer-Tropschovy (FT) syntézy.

Novela evropské směrnice

Současná norma pro automobilové benziny umožňuje využití přímého přídavku etanolu do 5 % V/V, nebo ve formě éteru (ETBE), až do výše 15 % V/V.

V ČR byl přídavek biosložek uzákoněn v roce 2007. Podle programu pro přídavek biopaliv se od roku 2007 přidává MEMK ve výši 2 % V/V, od roku 2009 ve výši 4,5 % V/V z objemu prodané motorové nafty. Etanolu se v roce 2008 přidává 2 % V/V, od roku 2009 to bude 3,5 % V/V z objemu prodaných automobilových benzinů.

V rámci novely evropské směrnice pro kvalitu paliv 98/70 se ale připravuje možnost přímého přídavku etanolu do automobilových benzínů až do obsahu 10 % V/V a ve formě ETBE až do 22 % V/V. Celkový obsah kyslíku v palivu by se tím zvýšil až na 3,7 % m/m.

Vliv etanolu na vlastnosti PH

Přídavek ETBE neznamená zásadní změnu vlastností automobilového benzinu, ale přídavek etanolu některé vlastnosti automobilových benzinů ovlivňuje: jde především o zvýšení tlaku par, vliv na průběh destilační křivky a vliv na oktanové číslo. Etanol má sice v porovnání s automobilovým benzinem nízký tlak par, ale přídavek etanolu do benzinu znamená vytvoření azeotropické směsi se zvýšeným tlakem par (viz tab. 1).

Tabulka č. 1: Vliv přídavku etanolu na zvýšení tlaku par automobilového benzinu

Obsah etanolu (% V/V)	Zvýšení tlaku par (kPa)
0	0
1	3,65
2	5,95
3	7,20
4	7,80
5	8,0
6	8,0
7	7,94
8	7,88
9	7,82
10	7,76

Kvalita automobilového benzinu s obsahem etanolu je ovlivněna i kvalitou etanolu. Pro definici kvalitativních požadavků na etanol jako složku pro automobilové benziny byla zpracována evropská norma EN 15376, která byla převzata do systému českých technických norem. Mezi nejdůležitější vlastnosti etanolu patří obsah etanolu a vyšších alkoholů, obsah metanolu a netěkavého podílu, obsah vody, obsah chloridů, kyselost etanolu a obsah mědi.

Vlastnosti etanolu jsou důležité zejména pro případy přídavku nad 5 % V/V, například pro palivo E-85. Je pravděpodobné, že pro vyšší přídavky etanolu bude požadováno zpřísnění některých ukazatelů, zejména obsahu kontaminantů, jako jsou například chloridy.

Kromě nízkoobjemového přídavku v úrovni 5 % V/V, resp. 10 % V/V, je možné pro upravená vozidla použít palivo E-85. Je to palivo určené pro upravená vozidla typu „FFV-flexi fuel vehicles“, které obsahuje etanol a 14 – 30 % V/V automobilového benzinu v závislosti na ročním období. Přítomnost benzinu zajišťuje startovatelnost paliva i v zimním období. V současné době je kvalita tohoto paliva stanovena požadavky ČSN 65 6512, ale díky rozšíření v rámci států Evropy se předpokládá zpracování návrhu evropské normy a předložení prvního návrhu ve druhé polovině roku 2008.

Cena etanolu je vyšší ve srovnání s cenou automobilového benzinu i při rostoucí ceně ropy, proto je nutné toto palivo zvýhodnit ve srovnání s automobilovým benzinem, například nižší spotřební daní. Návrhy na zvýhodnění paliv s vysokým obsahem biosložky jsou součástí víceletého programu na využití biopaliv v ČR, který byl letos schválen vládou.

Vliv MRMK na vlastnosti PH

Na podkladě novely zákona 180/2007 Sb., o ochraně ovzduší, jsou od září roku 2007 přidávány do motorové nafty MEMK v množství 2 % V/V. To je v souladu s kvalitativními požadavky jakostní normy pro motorovou naftu ČSN EN 590, která umožňuje přídavek až 5 % V/V MEMK. Nízkoobjemový přídavek MEMK do motorové nafty nemá zatím výrazný vliv na výslednou kvalitu motorové nafty, důležitá je však nutnost dodržovat požadavky ČSN EN 14214 pro MEMK. MEMK má ve srovnání s motorovou naftou vyšší hustotu při 15 °C, proto musí mít nafta v tomto ukazateli potřebnou rezervu, aby nedošlo k překročení limitu 845 kg/m³. MEMK má cetanové číslo obvykle na úrovni 53, takže v tomto ukazateli nemá přídavek MEMK vliv na výsledné vlastnosti paliva. MEMK má vyšší limit pro obsah vody, ale v praxi se dosud negativní vliv na kvalitu motorové nafty s obsahem MEMK neprojevil, protože motorová nafta je v porovnání s požadovaným limitem vyráběna s dostatečnou rezervou.

Důležité: stabilita a čistota

Důležitou vlastností MEMK je jejich oxidační stabilita. Oxidační stabilita MEMK je závislá na složení mastných kyselin a esterů vzniklých reesterifikací rostlinného oleje. Oxidační stabilita se výrazně mění s časem a, aby byla dosažena stabilita i po delší období, je nutné používat účinné antioxidanty. To je i současná praxe.

Vlastnosti MEMK může negativně ovlivnit čistota, resp. přítomnost kontaminujících látek. Kromě vázané vody to jsou estery kyselin s více dvojnými vazbami, volný a vázaný glycerol, látky kyselé povahy, které zvyšují číslo kyselosti, přítomnost alkalických kovů a kovů alkalických zemin a fosforu. Proto lze počítat s rostoucími nároky na složení produktu, zejména minimalizaci obsahu esterů s větším počtem dvojných vazeb.

Lze předpokládat i novelizaci požadavků na kvalitu MEMK formou úpravy jakostní normy EN 14214, a to zejména v souvislosti s rostoucími požadavky na emisní limity automobilů od úrovně EURO V. Riziko nedodržení kvality totiž znamená riziko tvorby polymerních látek jako produktů stárnutí, možnou korozi železných i neželezných kovů, tvorbu kovových mýdel vlivem koroze působením kyselinou mravenčí a vliv na eleastomery v důsledku tvorby peroxidů.

MEMK je možno použít nejen jako nízkoobjemový přídavek do motorové nafty, ale i samostatně pro motory, pro které je výrobcem motoru schváleno.

Také využívání rostlinných olejů přímo pro pohon motorů je vázáno na souhlas výrobce motoru a na úpravu dávkování paliva. K dispozici je nová jakostní norma ČSN 65 6516, která definuje požadavky na jakost rostlinného oleje jako paliva pro pohon motorů. Kromě obsahu vody a dalších kontaminantů lze podobně jako v případě MEMK považovat za nejdůležitější dostatečnou oxidační stabilitu.

Prognóza do roku 2020

V plánech Evropské unie pro období do roku 2020 se předpokládá zvýšení podílu spotřeby biopaliv a biosložek až na 8 – 10 % z celkové spotřeby paliv pro dopravu. To už ale není možné dosáhnout jen současným způsobem, tj. přímým přídavkem.

Biopaliva 2. generace: etanol, jako palivo především pro zážehové motory, se bude muset vyrábět nejen z energetických plodin, ale i z dřevního odpadu a lignocelulózy. Zásadní podmínku je zvládnutí odpovídajícího kvasného procesu.

Alternativou k etanolu je butanol, jehož některé vlastnosti jsou dokonce vhodnější, zejména menší afinita k vodě.

Syntetická nafta: biopaliva pro vznětové motory se budou vyrábět i hydrogenací rostlinných olejů a živočišných tuků, a to v procesu zpracování ropy jako složky motorové nafty.

Některé produkty již dnes mají velmi dobrou kvalitu. Například finská firma NESTE Oil vyrábí produkt NExBTL s cetanovým číslem nad 84, bez aromátů, bez obsahu síry, s nízkou úrovní emisí a velmi dobrými nízkoteplotními vlastnostmi. Proces hydrogenace je totiž doplněn isomerací, což umožňuje volit úroveň nízkoteplotních vlastností podle klimatických potřeb.

Jiným způsobem výroby syntetické nafty je Fischer-Tropschova (FT) syntéza. Takto vyrobená syntetická nafta má v porovnání s motorovou vyšší cetanové číslo a díky nepřítomnosti nežádoucích aromátů nižší hustotu (viz tab. 2). Lepší vlastnosti znamenají lepší spalovací vlastnosti a nižší emise. Nevýhodou je zatím vysoká cena.

Tabulka č. 2: Porovnání vlastností motorové a syntetické nafty

Vlastnosti paliva	Motorová nafta (podle ČSN EN 590)	Syntetická nafta (FT syntéza)
Cetanové číslo	51	> 74
Hustota při 15 °C (kg/m3)	820 –8 45	780
Výhřevnost (MJ/l)	35,5	34,3
Kinematická viskozita při 20 °C (mm2/s)	4,0	3,6

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