Ekologické a biogénne palivá - súčasnosť a perspektívy

Biopalivá, doprava a energia

Doprava je na celom svete veľmi závislá na fosílnych palivách, prevažne na ropných derivátoch. Táto závislosť je v súčasností v krajinách OECD viac než 95 %. Pri serióznom riešení tohto problému je potrebné vziať do úvahy na jednej strane dôležitosť ropných zásob a na strane druhej existenciu alternatívnych palív pre dopravu.

Ropné zásoby

Ropa zohráva v posledných desaťročiach v spoločensko-ekonomickej štruktúre sveta veľmi významnú úlohu. Ťažiteľné zásoby ropy sa odhadujú na 120 Gt mp a svetové potenciálne zásoby na 500 Gt mp. Uvedené ropné zásoby majú životnosť cca 18-40 rokov. Ročná ťažba ropy na Slovensku predstavuje cca 70 tis. ton. To je však len málo nad 1 % spotreby, ktorá je u nás 5 mil. ton ročne.

Vysoký vzostup spotreby ropy v doprave

Spotreba ropy cestnou dopravou sa v období medzi rokom 1960 a 1990 strojnásobila z dôvodu rozvoja dopravy a v súčasnosti najmä vzrastom poctu a zvyšovaním výkonu automobilov (IEA/OECD, 1993).

Záverečná správa Mexickej konferencie o čistej doprave uvádza, že množstvo automobilov zo súčasného poctu 600 mil. vzrastie na 1 miliardu do roku 2010 a na 2,5 miliardy do roku 2060 (IEA/OECD, 1994).

Prečo práve kvapalné biopalivá?

Pri hľadaní nových zdrojov energie sa pozornosť prirodzene sústreďuje na biomasu ako na spoľahlivý a neustále sa obnovujúci zdroj, ktorý je schopný do určitej miery saturovať energetické potreby spoločnosti. V súvislosti s náhradou fosílnych kvapalných palív sa uvažuje najmä s týmito alternatívami:

• rastlinné oleje a ich deriváty, napr. metylestery rastlinných olejov, najmä repkového (MERO)
• alkoholy – etanol, metanol a ich deriváty - metyl-t-butyléter (MTBE), etyl.t.butyléter (ETBE)

Osobitnú skupinu tvoria zmesné palivá (ekologické palivá) v ktorých sa viac či menej (5-30 %) uplatňuje niektorá z hore uvedených zložiek buď ako oxidačné, lubrikačné alebo antidetonačné činidlo vo fosílnej nafte či benzíne.

V súčasnosti sú používané rôzne názvy pre biogénne palivá - Envodiesel v USA, Biodiesel v Nemecku a Anglicku, RME v Rakúsku a Biopal v Polsku.

Stále viac sa však uplatnujú aj spomínané zmesné palivá - Diesel-Bi v Taliansku, Diester vo Francúzsku, Biopal 22 v Čechách, Bionafta MDT a Enviropal na Slovensku. Z Brazílie je známa zmes MEG - zmes benzínu, metanolu a etanolu. V USA je vyrábaný Gasohol (10% etanolu + 90% benzínu) a Biodiesel (20% metylesterov sójového oleja + 80% fosílna nafta).

V súčasnosti existuje niekoľko závažných dôvodov pre využitie kvapalných biopalív ako alternatívnych pohonných hmôt:

• Predpokladaný rast cien fosílnych kvapalných palív v blízkej budúcnosti, súvisiaci s postupným vycerpávaním ropných zdrojov a zvyšovaním technickej nárocnosti tažby z nových nálezísk v budúcich rokoch.
• Nadprodukcia polnohospodárskych produktov najmä vo vyspelých krajinách a ponuka využit nadbytocnú pôdu na výrobu produktov pre technické úcely. Rovnako možno využit aj devastované pôdy, vylúcené z produkcie potravín.
• Ochrana životného prostredia. Obsah škodlivých emisií vo výfukových plynoch je v porovnaní s tradicnými palivami výrazne redukovaný. Biopalivá sú netoxické a úplne bilogicky odbúratelné. Obsah síry je v nich zanedbatelný a bezpecnost pri manipulácii je vyššia. Pri spalovaní fosílnych palív sa v atmosfére hromadí oxid uhlicitý, ktorý je potenciálnym zdrojom drastických zmien klimatických podmienok na Zemi.

'Pre dieselové motory môžu byt použité rastlinné oleje, co znacne pomôže rozvoju poľnohospodárstva v krajinách, kde sú tieto motory používané. Môže to vyzerať ako futuristický sen, ale môžem s pevným presvedčením predvídať, že toto využitie dieselových motorov sa môže časom stať veľmi dôležité." (citát Rudolfa Diesela z roku 1911)

Situácia vo výrobe biopalív v Európskej únii (EU)

Z iniciatívy Európskej komisie zorganizoval francúzsky inštitút ADEME "Prvé Európske fórum motorových biopalív" (Máj 1994, Tours - Francúzsko). Cieľom konferencie položenom na základoch Európskej energetickej a poľnohospodárskej politiky (a s ohľadom na environmentálne vplyvy) bolo podporiť pokusy s obnoviteľnými biopalivami do takej miery, ako je tomu v ostatných krajinách OECD. Konferencia sa stala míľnikom v rozvoji biopalív v EU. Odvtedy bol v EU urobený významný pokrok.

V snahe o rozšírenie dosiahnutých poznatkov o biopalivách zorganizovala rakúska vláda cez inštitút Joanneum Research a Rakúsky inštitút biopalív "Druhé Európske fórum motorových biopalív" (September 1996, Graz - Rakúsko).

Európska energetická politika sa snaží o zníženie závislosti na ropnom importe (76%) zvýšením bezpečnosti dodávok obnoviteľnej energie a podporou čistých a účinných energetických technológií, predovšetkým v oblasti dopravy. Tieto ciele môžu byt podporené miestnou produkciou biopalív ako obnoviteľného energetického zdroja.

Európska environmentálna politika – požaduje čisté palivá a podporuje úsilie, ktoré znižuje riziko pre životné prostredie - vzduch, vodu, pôdu. Biopalivá prispievajú k zníženiu emisií v globálnom a lokálnom dopade.

Spoločná európska poľnohospodárska politika – opäť urobila kroky k podpore produkcie potrebných surovín pre priemyselné ciele a Európska daňová politika vo všeobecnosti, podporila myšlienku daňových stimulov pre mladé a začínajúce odvetvia priemyslu v určitom časovom horizonte.

Podľa medzinárodnej energetickej agentúry (EIA) je energetická bezpečnosť životne dôležitejšia než tomu bolo v roku 1973. Keďže výrobno - dopytová priepasť sa prehlbuje a požiadavky na energie nečlenských krajín OECD dramaticky rastú. Kvapalné biopalivá budú predstavovať hlavnú možnosť náhrady fosílnych palív v doprave EU.

V Európe je Francúzsko najväčším producentom používajúcim cukrovú repu ako surovinu na spracovanie bioetanolu na ETBE v rôznych rafinériách. Vo výrobe biodieselu zaujala Európa vedúcu pozíciu s 500 000 t biodieselu vyrobenom v roku 1995, prevažne vo Francúzsku, Taliansku, Belgicku a Rakúsku pri existujúcej výrobnej kapacite 1 mil. ton vo viac než 20 fabrikách, čo je však menej než 1% súčasného trhu s fosílnou naftou. Veľká podpora je tejto problematike venovaná v USA, kde je bezpečnosti dodávok obnoviteľnej energie venovaná mimoriadne vysoká pozornosť. Posledné tri roky tiež ukázali, že dosahovaná kvalita produkcie biopalív podľa dobre definovaných parametrov získala dôveru zákazníkov a podporu výrobcov motorov. Významný pokrok bol dosiahnutý pri dosiahnutí zlepšenia kvality v definovaní bezpečných noriem, analytických metód a následne v úprave technologických postupov. Zabezpečenie kvality biopalív sa ukázalo ako jeden zo základov úspešnej marketingovej stratégie.

Vplyv dopravy na životné prostredie

Vplyv dopravy na produkciu "kyslého znečistenia" predstavuje 75 % z celkových emisií tohto typu znečistenia a jeho časť majúca za následok globálne otepľovanie vzrástla na viac než 25%, čo predstavuje väčší podiel než emisie produkované domácnosťami a priemyslom spolu. Z týchto dôvodov vzniklo niekoľko projektov na kontrolu emisií, ako napr. Nové nariadenie Európskej komisie o čistých palivách (DGXI),.Akt o čistom ovzduší a Program čistých miest v USA uprednostňujúcich palivá obsahujúcich vyššie percento kyslíka. Veľmi zaujímavé sú aj európske regionálne aktivity, ako je napr. Akt čistého ovzdušia jazera Constance pre lodnú dopravu. Celkovo môžu biopalivá podstatne redukovať skleníkové plyny ako aj znížiť riziko lokálne účinných emisií (SO_X castice) ovplyvňujúce celkovú kvalitu ovzdušia.

S vysokou a rýchlou bioodbúrateľnosťou ako aj veľmi nízkou toxicitou pre kľúčové vodné organizmy je biodiesel ako palivo predurčený pre použitie pre jazerá, vodné cesty a v ochranných pásmach vodných zdrojov. Najnovšie výskumy ukazujú, že moderné vznetové motory vybavené katalyzátorom zvyšujú základné výhody biodieselu a môžu tiež zabezpečiť významnú redukciu emisií NO_X.

Nový potenciál pre využitie poľnohospodárskych zdrojov a odpadových materiálov

Okrem repkového oleja boli úspešne testované ako základný materiál pre produkciu biodieselu aj lacnejšie suroviny, ako sú použité oleje a tuky rastlinného alebo živočíšneho pôvodu. S nižšou cenou za základnú surovinu a novými pružnými spracovateľskými technológiami pre širokú škálu lacných základných surovín a vysokým stupnom konverzie, je možné výrobnú cenu biodieselu znížit.

Tvorba ceny kvapalných biopalív

V súcasnosti je zrejmé, že kvapalné biopalivá nemôžu na trhu sútažit s fosílnymi palivami na obycajnom mikroekonomickom porovnaní. Niekolko štúdií vyjadrilo potrebu zohladnit pri uvedenom porovnaní navyše aj:

• bezpecnost dodávok energie (z politicky nestabilných oblastí)
• vplyv na životné prostredie (globálne a lokálne emisie, biorozložitelnost, toxicita)
• makroekonomické vplyvy (obchodná bilancia, zamestnanost, udržanie života vo vidieckych oblastiach)

Nemecké štúdie poukazujú na to, že len makroekonomický efekt samotný kompenzuje okolo 70 % danovej úlavy. Väcšia transparentnost skutocnej ceny fosílnych palív a jednoduché komplexné vysvetlenie tejto problematiky verejnosti sa ukazuje ako veľmi potrebné.

Marketing kvapalných biopalív

V posledných rokoch boli navrhnuté rôzne marketingové stratégie pre kvapalné biopalivá. Vo Francúzsku je používaná predovšetkým zmes fosílnej nafty s 5 % MERO, miešaná v rafinériách, 5% prímes má stále výhody vysokej mastivosti v nízko sírnej fosílnej nafte.

V niektorých mestách sa používa až 30 %-ná prímes MERO do fosílnej nafty pre systém mestskej hromadnej dopravy. Bioetanol je vo Francúzsku obchodovaný vo forme ETBE primiešaného do benzínov s cieľom zvýšiť oktánové číslo.

V Taliansku je väčšina biodieselu distribuovaná pre trh s vykurovacími olejmi. Táto stratégia je pod silným vplyvom špecifickej daňovej situácie.

V Nemecku a Rakúsku sa na trhu uplatnil čistý biodiesel, čo umožňuje využiť všetky jeho výhody na 100%.Táto marketingová stratégia ale vyžaduje intenzívnejšiu prípravu trhu. Úspech táto stratégia zaznamenala najmä v poľnohospodárstve, lesníctve, ochranných pásmach vodných zdrojov a v mestskej doprave.

Ciele EU v produkcii kvapalných biopalív

Pred niekoľkými rokmi Európska komisia definovala hranicu pre rok 2005 v produkcii biopalív na 5 % z celkového objemu trhu s fosílnymi palivami pre dopravu a pre rok 2020 je táto hranica posunutá na 12 %. Podobné úmysly majú v USA, kde chcú výrazne znížiť vysokú závislosť na importe fosílnych zdrojov z politicky nestabilných oblastí. V závislosti na type biopalivá, biodiesel alebo bioetanol, a v závislosti na ďalšom rozvoji hektárových výnosov, je potrebných 7-9 mil. ha ornej pôdy pre produkciu vhodnej základnej suroviny.

Je jasné, že existujúce mechanizmy pre výmery ladom ležiacej pôdy navrhnuté pre kontrolu trhu s obilninami a olejninami nie sú primerané pre poskytnutie požadovanej výmery pre produkciu 16 mil. ton biopalív. Pre dosiahnutie stanoveného cieľa považujú preto za potrebné:

• z krátkodobého hľadiska

Pokračovať v platbách za ladom ležiace plochy, na ktorých sú pestované obnoviteľné suroviny pre nepotravinárske použitie ako aj proteínové krmivá, ktoré sú veľkým importným bremenom pre EU (Reforma C.A.P - Regulation 1765/92, Art. 7§4).

• zo strednodobého hľadiska

Odporúča sa založiť samostatný program pre obnoviteľné nepotravinárske produkty, ktorý by kontroloval požadované výmery s ohľadom na ciele európskej energetickej politiky pre biopalivá. Tento program musí brat ohľad na dôležitý fakt, že s integráciou stredo a východo-európskych štátov do EU celková výmera na obyvateľa podstatne vzrastie spolu s produktivitou tejto výmery.

Zdaňovanie biopalív v EU

a) Súčasná legislatíva umožňuje aplikovať znížené dane na pilotné projekty s kvapalnými biopalivami. Návrh na všeobecnú redukciu spotrebnej dane aspoň o 90 % pre kvapalné biopalivá /tzv. Serivener directive, 1992/ bol prijatý po modifikácii Európskou komisiou v roku 1994.

b) V júni 1991 Európska komisia navrhla daň na CO₂ emisie a na energie. Daň nemá byt aplikovaná na produkty poľnohospodárskeho alebo rastlinného pôvodu. Upravený návrh bol prezentovaný v máji 1995.

Trendy vo vývoji trhu s rastlinnými olejmi v EU

V EU množstvo repkového oleja pestovaného pre výrobu Biodieselu sa pravdepodobne zníži dôsledkom dvoch faktorov:

1. produkčné plochy nepotravinárskej repky začali klesať od rekordnej plochy dosiahnutej v roku 1995/96. Zmluva s Blair-House bude musieť byt v blízkej budúcnosti prehodnotená.
2. Oleochemický priemysel bude schopný platiť farmárom viac za ich repku než biodieselový priemysel - pokiaľ nedôjde k zvýšeniu svetových cien ropy, ktoré sú momentálne na niekoľkoročnom minime.

Z toho vyplýva, že je potrebné vyhľadávať nové suroviny, najmä také, ktoré už nemôžu byt ďalej použité v potravinárskom priemysle.

Situácia v produkcii kvapalných biopalív na Slovensku

V roku 1992 bol vypracovaný tzv. Oleo-program, ktorý bol predložený ešte vtedajšej federálnej vláde s tým, že dôjde v rámci kompetencii k jeho realizácii na republikových úrovniach. Tento projekt mal celospoločenský význam a išlo v ňom o využitie repky olejnej na výrobu alternatívneho paliva pre vznetové motory a biologicky odbúrateľných mastív.

Riešiteľský kolektív na cele s odborníkmi z CHTF STU Bratislava navrhol novú technológiu prípravy MERO preesterifikáciou rastlinného oleja metanolom (Pat. SK 277 787, 277 860).

Prednosti novej technológie:

• vysoká konverzia na metylestery (nad 98%)
• nízka spotreba chemikálií
• komplexné využitie všetkých vedľajších produktov
• nevznikajú odpadové vody
• možnosť prevádzkovania v nenáročných podmienkach farmy

Výrobná kapacita produkčnej jednotky je 500 -10 000 ton MERO za rok. Globálne a lokálne výhody MERO v porovnaní s fosílnou naftou:

• vyrábané z obnovitelného "zeleného" materiálu
• pri spalovaní je bilancia CO₂ v atmosfére vyvážená
• vo výfukových plynoch je výrazne znížený obsah polycyklických uhľovodíkov, vykazuje zníženú dymivosť, plyny obsahujú menej tuhých častíc
• neobsahuje síru a je netoxické
• biologická odbúrateľnosť je 99 pere. za 21 dní
• na pestovanie olejnín je možné použiť devastované pôdy
• perspektívna surovina pre oleo-chémiu

Používanie, dopravu a skladovanie MERO rieši PN 7601 ZTS Martin, CSN 65 6507 a podnikové normy jednotlivých výrobcov.

Súčasný stav a perspektívy v produkcii MERO v Slovenskej republike

V Slovenskej republike bolo do roku 1997 sedem výrobcov MERO:

• s kapacitou 500 ton MERO za rok: PD Salgovce Ekoil, a.s. (rozšírená na 1000 ton MERO/rok) , Torysa, a.s., Kendice Agri-Fop. a.s., Stakcín PD Horné Obdokovce
• s kapacitou 1500 ton MERO za rok: BIO BHMG, s.r.o., Spisky Hrušov, Agro-Diesel, s.r.o., Revúca

V prípade firmy Agro-Diesel, s.r.o., Revúca dodávateľ technologického zariadenia firma MDT, s.r.o., Martin riešila aj kvalitatívnu úpravu vstupné ho oleja určeného pre výrobu MERO. Touto úpravou sa sleduje predovšetkým dosiahnutie konštantných parametrov vstupného oleja do esterifikačného uzla technológie a tým dosiahnutie štandardných parametrov vyrobeného MERO. Pri nedostatočnej podpore výroby MERO bolo z ekonomických dôvodov nevyhnutné začať s výrobou zmesných palív (podľa novej legislatívy ekologických palív) pre vznetové motory aj na Slovensku.

Od roku 1995 sa vyrába a používa pre pohon vznetových motorov ekologické palivo Bionafta MDT a od roku 1997 ekologické palivo Enviripal. Výhody Bionafty MDT v porovnaní s fosílnou naftou a MERO:

• bioodbúrateľnost v životnom prostredí s hodnotou 92 pere. za 21 dní ukazuje na ľahko degradabilný systém
• zloženie výfukových plynov je v porovnaní s fosílnou naftou priaznivé, najmä však obsah polycyklických aromatických uhľovodíkov v emisiách je výrazne nižší
• u zmesného paliva sú problémové momenty, pozorované pri používaní čistého MERO (botnanie gumených tesnení a náterov, rýchlejšie znehodnocovanie motorového oleja, pokles výkonu motora) odstránené, resp. výrazne redukované
• priaznivé nízkoteplotné vlastnosti - filtrovateľnosť sa z pôvodnej hodnoty -8 °C u MERO zmenila na -20 °C u zmesného paliva
• cena zrovnateľná s motorovou naftou (pri dotácii a nulovej spotrebnej dani)

Používanie, dopravu a skladovanie BIONAFTY MDT rieši novelizovaná PN 010395 MDT, s.r.o.

Aktuálna legislatíva biogénnych a ekologických palív v SR

Zákon č. 205/1997 Z.z., ktorým sa mení a doplna zákon č. 316/1993 Z.z. o spotrebnej dani z uhľovodíkových palív a mazív vymedzuje nasledovné pojmy:

a) Ekologické palivo - zmes vyrobená z palív a mazív a esteru kyselín obsiahnutého v tukoch a olejoch, ktorá je odbúrateľná najmenej na 90 pere. za 21 dní podľa medzinárodného testu CEC L-33-A-93, pričom podiel esteru kyselín v tejto zmesi je vyšší ako 30 pere

b) Biogénne palivo - zmes biogénnej látky a uhľovodíkov, v ktorej objem uhľovodíkov nesmie presiahnuť 5 pere. pričom biogénnou látkou sa na účely tohto zákona rozumejú rastlinné tuky a oleje tiež modifikované

Zároveň je biogénne palivo vyrobené v SR uvedeným zákonom oslobodené od spotrebnej dane a ekologické palivo je zdanené sadzbou 1000 Sk/tonu.

Výroba nového ekologického paliva na báze MERO v SR

Enviropal 4 a 22 je ekologické palivo novej generácie. Je zmesou metylesterov nenasýtených mastných kyselín a prevažne lineárnych alifatických uhľovodíkov s veľmi dobrou biologickou rozložiteľnosťou. Stupeň rozkladu je podľa testu CEC-L-33-A-93 viac ako 90 pere. po 21 dňoch. Enviropal 4 a 22 sú číre kvapaliny bez mechanických nečistôt a viditeľnej vody. Sú mierne alebo viac sfarbené do žlta, podľa použitých surovín a technologických postupov výroby. Podľa STN 65 0201 je Enviropal 4 a 22 horľavou kvapalinou III. triedy nebezpečnosti. Enviropal 4 a 22 sa vyrába v kvalite podla PND 26-457-97. Enviropal 4 a 22 je na základe výsledkov akútnej orálnej a dermáľnej toxicity v zmysle platných predpisov netoxickou látkou.

Pracuje sa taktiež na návrhu novely zákona o spotrebnej dani z uhľovodíkových palív a mazív, ktorý by definoval nové zmesné palivo obsahujúce min. 30 pere. MERO a zvyšok by tvorila fosílna nafta s min. obsahom síry /tzv. city nafta z produkcie Slovnaft, a.s./. Takéto zmesné palivo by malo podstatne lepšiu biologickú odbúrateľnosť ako fosílna nafta a zloženie výfukových plynov najmä z hľadiska aromátov a pevných častíc je oveľa výhodnejšie. Uvedené zmesné palivo by malo svoje využitie najmä v mestskej doprave.

- napísané 1998, publikované na www.biom.cz 9/2008

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