Uplatnění motorových biopaliv v dopravě v ČR

Přinášíme bližší informace o technických možnostech využití bioetanolu a bionafty k pohonu vozidlových motorů v podmínkách ČR. Příslušnou legislativou ani cenovou politikou se článek nezabývá.

Bioetanol

Bioetanol se získává lihovým kvašením zemědělských plodin, nejčastěji obilovin, kukuřice, brambor, cukrové řepy a cukrové třtiny.

V porovnání s naftou i s benzinem má bioetanol nízkou výhřevnost, oproti naftě nízké cetanové číslo (CČ) a velmi malou mazací schopnost, v porovnání s benzinem vysoké oktanové číslo (OČVM). Přidáním bioetanolu do benzinu se zvyšuje OČVM, ale i tlak par. Kvůli nízké výhřevnosti je měrná spotřeba bioetanolu vyšší než spotřeba benzinu nebo nafty, takže palivový systém se musí v případě vyššího obsahu bioetanolu v palivu předimenzovat. Skupenské výparné teplo bioetanolu je v porovnání s benzinem vyšší a působí výraznější ochlazení palivové směsi přiváděné do motoru, čímž se dosáhne většího naplnění válců palivovou směsí. Vyšší skupenské výparné teplo ale působí problémy při spouštění motoru za nízkých teplot. Používá se pomocné zařízení pro spouštění za nízkých teplot, případně se motor spouští na benzin.

Velké problémy vyvolá i malé množství vody v palivu, které může být příčinou rozpadu směsi bioetanolu s benzinem na dvě fáze, přičemž bioetanol přechází do vodní fáze. Bioetanol může způsobit korozi některých součástí, zejména palivového příslušenství motoru, i když tuto nepříznivou vlastnost lze zmírnit přidáním inhibitorů koroze. Agresivně působí na některé plasty a pryže.

Bioetanol pro zážehové motory

V palivech pro zážehové motory se bioetanol prakticky uplatňuje několika následujícími způsoby:

• Náhrada benzinu palivem s vysokým obsahem bioetanolu pro speciálně přizpůsobené zážehové motory. Např. palivo označované E85 obsahuje 85 % etanolu a 15 % benzinu. Toto palivo vyžaduje vyšší kompresní poměr motoru - až 15 a úpravy palivového systému původního benzinového motoru.
  
  
• Motory pro "Flexible Fuel Vehicles" (FFV) mohou být provozovány jak na benzin, tak na bioetanolové palivo s různým podílem bioetanolu - až do 85 %. Z hodnot koncentrace kyslíku změřených sondou ve výfukových plynech získává řídicí jednotka motoru informaci o množství bioetanolu v palivu a tomu přizpůsobí seřizovací parametry motoru, tzn. dávkování paliva, předstih zážehu a další. FFV dodává řada výrobců automobilů, např. VW, Fiat, Renault, Volvo, Saab, Ford. V Evropě je palivo E85 nejvíce používáno ve Švédsku, kde je v provozu více než 16 tisíc vozidel Ford Focus FFV a počet plnicích stanic s palivem E85 je vyšší než 250.
  
  
• Kyslíkatá a oktanové číslo zvyšující složka benzinů - etyltercbutyléter (ETBE) může nahradit v současné době nejčastěji používanou přísadu metyltercbutyléter (MTBE) a nevyžaduje žádné přizpůsobení benzinového motoru. Tento způsob náhrady je již několik let používán ve Francii a ve Španělsku, kde rafi nerie ETBE vyrábějí.
  
  
• Bioetanol přidaný do benzinu v max. množství zhruba do 20 % jako kyslíkatá složka současně zvyšující oktanové číslo nevyžaduje žádné přizpůsobení benzinového motoru. Přidání bioetanolu do benzinu může přinést problémy způsobené citlivostí bioetanolu na vodu, tomu lze bránit vhodnou přísadou.

Bioetanol pro vznětové motory

V porovnání s naftou má bioetanol malou výhřevnost, nízkou vznětlivost (nízké CČ) a velmi malou mazací schopnost. Vznětlivost i mazací schopnost lze pomocí vhodných přísad téměř dokonale přizpůsobit potřebám vznětových motorů. S ohledem na nižší výhřevnost bioetanolu je ale nutné provést úpravy (předimenzování) palivového příslušenství tak, aby umožnilo zvýšit dávky paliva.

Bioetanol bez přísad zvyšujících vznětlivost lze použít u motorů, které pracují současně se dvěma palivy, tj. naftou a bioetanolem. Známá je řada způsobů použití bioetanolu u naftových motorů, např.: vstřikování směsi nafty s bioetanolem do spalovacího prostoru, vstřikování nafty a bioetanolu pomocí dvou vstřikovacích čerpadel - jedno čerpadlo vstřikuje naftu, druhé vstřikuje bioetanol, nebo nasávání směsi bioetanolu se vzduchem a vstřikování nafty do válce. Uvedené způsoby využití bioetanolu vyžadují značné úpravy motoru, jsou technicky náročné a nákladné a nenalezly širší praktické uplatnění.

Již zmíněné nepříznivé vlastnosti bioetanolu, nízkou vznětlivost a malou mazací schopnost, ale i korozní agresivitu, lze úspěšně ovlivnit přísadami na bázi organických dusičnanů a dusitanů, které se do bioetanolu přidávají podle doporučení výrobce v množství 4 až 10 %. Vznětový motor na bioetanolové palivo je jen málo odlišný od naftového motoru, poněvadž vlastnosti bioetanolu jsou, až na výhřevnost, upraveny pomocí přísad tak, aby byly blízké vlastnostem nafty. Původní naftový motor musí být přizpůsoben provozu na bioetanolové palivo předimenzováním palivové soustavy. Bioetanol vyžaduje jiný počátek vstřiku paliva než nafta.

Měření výfukových škodlivin při testech podle předpisu EHK 49 provedená na TU v Liberci u vznětových motorů přizpůsobených pro provoz na bioetanol ukázala, že v porovnání s emisemi při provozu na naftu dochází ke snížení obsahu částic, snížení obsahu oxidů dusíku, ale ke zvýšení obsahu oxidu uhelnatého a nespálených uhlovodíků.

Bioetanol pro vznětové motory nemá dosud příliš široké uplatnění. V Evropě je používán hlavně ve Švédsku. Městské autobusy s motory na bioetanol vyrábí fi rma SCANIA, více než 200 městských autobusů je provozováno ve Stockholmu a přibližně 205 v jiných městech.

Bionafty

Bionafty jsou metylestery nebo etylestery mastných kyselin (FAME) a získávají se transesterifi kací triglyceridů obsažených v olejích nebo tucích. Surovinami mohou být rostlinné oleje, např. řepkový, lněný, slunečnicový, sójový, nebo živočišné tuky, např. hovězí lůj, drůbeží nebo vepřové sádlo, rybí tuk. Jako suroviny lze použít i upotřebené fritovací oleje nebo živočišné tuky. V současné době se zhruba 80 % světové produkce bionafty vyrábí z řepkového oleje. Bionafta vyrobená z řepkového oleje s použitím metanolu je metylester řepkového oleje (MEŘO), bionafta vyrobená s použitím etanolu je EEŘO. Bionafta má dobrou vznětlivost, vhodnou mazací schopnost a dobrou biologickou odbouratelnost po úniku do země.

Čisté rostlinné oleje lze teoreticky použít pouze pro upravené vznětové motory, ale vzhledem k nevhodným vlastnostem olejů, jako je vysoká viskozita (olej je nutné v palivovém systému ohřívat), nízká vznětlivost (cetanové číslo 33...43) a termická nestabilita způsobující úsady v palivovém systému, nenalezly dosud širšího uplatnění.

Bionafta má řadu nevhodných vlastností, zejména nízkou termicko-oxidační stabilitu. Přítomnost glycerolu má za následek jeho usazování při skladování a tvorbu viskózních směsí, které mohou ucpávat palivové fi ltry. Voda v bionaftě podporuje růst mikroorganismů a tvorbu kyselých kalů. Za přítomnosti vody probíhá hydrolýza esterů a vzniklé produkty mohou za určitých podmínek polymerizovat. Při déletrvajícím odstavení vozidla může docházet k zalepení funkčních součástí palivového příslušenství, vyžadující i výměnu systému vstřikování paliva. Vzhledem k rychlejšímu znehodnocování motorového oleje je nutná jeho častější výměna. Bionafta působí nepříznivě na těsnicí materiály palivového příslušenství, na pryžové hadice a na některé barvy a laky. Po přechodu z používání nafty na MEŘO se rozpouští úsady v palivovém systému a nepříznivě ovlivňují funkci např. palivových fi ltrů a vstřikovacích trysek. Uvedené problémy jsou menší u směsných motorových naft, kdy se bionafta přidává v malém množství do motorové nafty. Aby nedocházelo k poruchám palivového příslušenství, je vhodné do nafty přidávat max. pouze 5 % bionafty.

Z hlediska vzniku škodlivých výfukových emisí má velký význam kyslík obsažený v esterech, který zlepšuje průběh spalování v motoru, což vede ve srovnání s naftou k nižší tvorbě částic, oxidu uhelnatého a nespálených uhlovodíků, obsah oxidů dusíku bývá vyšší.

Historie biopaliv v ČR

Od dvacátých let minulého století nacházel bioetanol uplatnění v palivech pro motory závodních automobilů. Paliva obsahovala zhruba 50 % bioetanolu, dále benzin a benzol, případně i aceton.

Od roku 1923 bylo v ČSR pod názvem "Dynalkol" dodáváno palivo hmotnostního složení 50 % bioetanolu, 30 % benzolu a 20 % benzinu. Povinnost přidávání bioetanolu do benzinu vyrobeného v ČSR i dovezeného ze zahraničí v množství 20 % byla stanovena zákonem č. 85/1932 Sb. a trvala až do druhé světové války.

V souladu s ČSN 65 6507 z roku 1994 "Biopalivo pro vznětové motory - Methylestery řepkového oleje" se v ČR vyráběl MEŘO. Vzhledem k problémům, které čistý MEŘO působí, začalo se vyrábět směsné motorové palivo složené převážně jako motorová nafta z uhlovodíků a obsahující pouze menší množství MEŘO. V ČSN vydaných v roce 1998 byly stanoveny požadavky na dva druhy směsných paliv: palivo s obsahem minimálně 30 % MEŘO a palivo s obsahem maximálně 5 % MEŘO. Směsná paliva s obsahem MEŘO vyšším než 30 % byla na trhu pod různými obchodními názvy, např. Seta Diesel, Natur Diesel ND 21, Natur Diesel ND 22b, BIOPAL 22, BIOSTER M, Diesel-Economic 96, EKOPAL I, EKOMIX, Diesel SP96 EKO. Požadavky na kvalitu metylesterů mastných kyselin zpřísnila v roce 2004 vydaná ČSN EN 14214+AC.

Podle současných norem se směsné motorové nafty vyrábějí smísením motorové nafty pro mírné klima podle ČSN EN 590 a MEŘO podle ČSN EN 14214+AC. V důsledku nedořešené daňové legislativy byla v loňském roce prodána na trhu s motorovými palivy v ČR směsná motorová nafta vyrobená s použitím pouze 3,1 tis. tun MEŘO, i když roční výroba MEŘO dosáhla 119 tis. tun.

Závěr

Za biopaliva na bázi bioetanolu jsou v současné době v ČR podle vyhlášky ministerstva průmyslu a obchodu č. 229/2004 Sb. považovány složky benzinů, jednak bioetanol, jednak bio-ETBE vyrobený z bioetanolu. Bionafta (MEŘO) může být součástí směsných motorových naft. Vhodnými výchozími surovinami k výrobě bioetanolu v podmínkách ČR jsou obilí, a to pšenice nebo tritikale, případně i cukrová řepa, k výrobě bionafty řepka olejná.

S ohledem na požadavky Evropské unie lze v příštích letech očekávat, že bioetanol vyrobený v ČR z pšenice nebo z tritikale bude přidáván do benzinu v množství max. 5 %, což je množství, které výrazněji neovlivní parametry stávajících benzinových motorů. Část produkce bioetanolu se může uplatnit při výrobě ETBE, který poslouží k náhradě v současné době používané kyslíkaté složky benzinů MTBE. Podle informace z Ministerstva zemědělství ČR by se produkce bioetanolu využitelná pro motorová paliva měla v příštích letech postupně zvyšovat a v roce 2010 dosáhnout zhruba 250 tisíc m³. Bionafta (MEŘO) by mohla být v množství max. 5 % přidávána do motorové nafty.

Článek poprvé vyšel 9. 10. 2006, aktualizace 21. 7. 2020.