Alkoholová paliva pro udržitelnou dopravu

Transkript

1 OPET CR Organizace na Podporu Energetických Technologií Publikace Alkoholová paliva pro udržitelnou dopravu ENERGIE Praha 2001

2 OPET CR Organizace na Podporu Energetických Technologií ENERGIE V roce 1990 Evropská komise vyhlásila program THERMIE zamìøený na demonstraci nových nejaderných energetických technologií. Souèasnì byla založena sí OPET (Organization for the Promotion of Energy Technologies) center, jejímž cílem bylo pomáhat Komisi s šíøením informací o výsledcích projektù a s podporou nových technologií v oblasti nejaderné energetiky. Tato sí byla od konce roku 1996 øízena direktoriáty DG XVII a DG XIII. V roce 2000 byla sí OPET center rozšíøena o obdobnì orientované organizace pùsobící v zemích støední a východní Evropy, v kandidátských zemích a v øadì dalších zemí, které uzavøely s EU dohody o spolupráci v oblasti výzkumu a vývoje technologií. V souèasné dobì pracují OPET centra sdružující 108 organizací v rámci 45 konsorcií v Evropì a v Asii. Èlenem OPET sítì je také Èeská republika prostøednictvím centra OPET CR. Sí OPET center je jedineènou organizací spojující demonstraèní a inovaèní èást døívìjších evropských programù JOULE-THERMIE, INNOVATION a souèasného programu ENERGIE, který je souèástí 5. rámcového programu pro rozvoj technologií a demonstrací ( ). Tato vazba umožòuje pokrýt jak výzkumné, tak realizaèní aktivity, navíc spojené s podporou technologického transferu a podporou uplatnìní výsledkù výzkumu v praxi v oblasti energetických technologií a inovací. Zásadním cílem OPET sítì je spolupracovat s organizacemi, institucemi, spoleènostmi a podniky a pomáhat jim v hledání a ve využívání èistých a energeticky efektivních technologií, a to zejména tìch, které jsou výsledkem projektù podporovaných Evropskou komisí. Cílem všech vyvíjených aktivit je posilovat dialog mezi zemìmi, klienty, snaha porozumìt problémùm a potøebám a pomáhat nalézat inovaèní technologická øešení. Základní myšlenka sítì OPET zahrnuje také diskuzi o budoucnosti evropského technologického vývoje a výzkumu, realizovanou v tìsné spolupráci s praktickými potøebami klientù zejména v rámci 5. rámcového programu EU, ale i dalších energeticky orientovaných programù. Pomáhat pøejímání nových technologických postupù je èasovì velmi nároèný proces, který má dlouhodobou pùsobnost a nemùže být završen v prùbìhu mìsíce. Sí OPET center vchází do pátého roku své aktivity. Jsme rádi, že mùžeme prostøednictvím projektu OPET Czech Republic podpoøit vydání této publikace, jejímž cílem je poskytnout zájemcùm informace o ekologizaci dopravy, o využití paliv na bázi alkoholu pro udržitelný rozvoj dopravy. OPET Czech Republic je èlenem sítì založené Evropskou komisí na podporu efektivních a inovativních energetických technologií Koordinátor projektu Partner projektu Partner projektu Technologické centrum AV ÈR DEA Energetická agentura EGÚ PRAHA Engineering, a.s. Rozvojová 135 Lozíbky Praha Brno Praha 9-Bìchovice tel. (02) (05) (02) fax. (02) (05) (02) panacek@tc.cas.cz deabox@skynet.cz beran@egu-prg.cz

3 Václav Kroupa, Radan Panáček Alkoholová paliva pro udržitelnou dopravu Praha 2001 Zpracovali: Úvod, kapitoly, závìr Ing. Radan Panáèek, Ing. Václav Kroupa Grafika obálky grafické studio Klassic, s. r. o., V. P. Èkalova 503/12, Praha 6-Dejvice Publikace je vydána v rámci projektu Evropské unie OPET Czech Republic OPET CR (Organization for the Promotion of Energy Technologies, Czech Republic) Text Grafika Publikace Radan Panáèek, Václav Kroupa grafické studio Klassic, s. r. o., V. P. Èkalova 503/12, Praha 6-Dejvice Technologické centrum AV ÈR, Praha

4 OBSAH 1. Úvod Doprava a životní prostøedí 6 2. Evropská unie a Green Paper Trvale udržitelné dopravní systémy Doprava a životní prostøedí v Èeské republice Obnovitelné zdroje energie Efektivita výroby energie z obnovitelných zdrojù Alternativní paliva Alkoholy Využívání bioetanolu jako paliva pro motorová vozidla ve svìtì Obnovitelné zdroje a pracovní místa Potenciál ÈR Výchozí stav Program Bioetanol Rozmìry programu Bioetanol Podmínky pro další rozvoj programu Bioetanol Zajištìní trvale udržitelného zpùsobu rozvoje dopravy Závìr Použitá literatura 28 5

5 1. ÚVOD Použijeme-li vhodné plodiny a nové technologie, bioetanol mùže významnou mìrou pøispìt ke svìtové potøebì paliv. (Guliano Grassi). V souèasné dobì ve svìtì jezdí na 500 milionù osobních automobilù, 190 milionù užitkových a nákladních automobilù. Do roku 2010 se oèekává zvýšování jejich poètu o 4 5 % roènì. Na 1000 obyvatel v zemích evropské patnáctky pøipadají 442 automobily, zatímco v okolním svìtì jen 85 automobilù. Doprava zboží, služeb a osob je jedním z nejvíce se rozvíjejících prùmyslových odvìtví. Svojí závislostí na fosilních palivech se ale stává i jedním z nejvìtších problémù životního prostøedí naší doby. Hledají se nové cesty, jak pohánìt dopravní prostøedky. V prùmyslovì vyspìlých zemích se trvale zvyšují objemy pøepravy. Zhruba polovina populace planety žijící ve vyspìlých státech stále více využívá možností pøepravy zboží, služeb a osob ke stále dokonalejšímu uspokojování svých potøeb. Tyto výhody však vedou ke stále vìtšímu poškozování životního prostøedí, a to jak v lokálním, tak i celosvìtovém mìøítku. Zejména ve vìtších mìstech se nedaøí zvládnout dopravu ani nejmodernìjším øešením dopravních sítí a zavádìním nových zpùsobù øízení dopravy. V mnoha zemích již dopravì nepostaèují ani dálnice a jakékoliv narušení plynulosti dopravy má za následek vznik dopravního kolapsu v celých oblastech. Silná koncentrace dopravy zejména ve mìstech prokazatelnì negativnì ovlivòuje kvalitu života obyvatel. Na druhé stranì žije na naší planetì asi 4,5 miliardy lidí v rozvojových zemích, kteøí výhod dopravních systémù mohou využívat pouze ve velmi omezené míøe. Tìmto lidem nelze upírat právo na vyšší kvalitu života, jejíž významnou souèástí je doprava. Rozvojové zemì se zásadním zpùsobem podílí na rùstu poètu obyvatel planety a rozvoj jejich ekonomik také automaticky vyvolává potøebu rozvoje dopravních systémù. Existuje velké nebezpeèí, že rozsah dopravy bude muset být v budoucnu omezován. Tím mohou vznikat sociální i ekonomické problémy lidem, jejichž životy a práce jsou s dopravou vázány. Je zøejmé, že souèasné vážné problémy spojené s poškozováním životního prostøedí sektorem dopravy v celosvìtovém mìøítku v podstatì zpùsobili obyvatelé jedné poloviny planety. V zájmu této èásti svìta by mìlo být vytvoøení takových systémù získávání energie, které umožní trvale udržitelný rozvoj nejen ve vlastních zemích, ale i v zemích rozvojových. V pøípadì, že se takové systémy nepodaøí vytvoøit a nebudou se všeobecnì využívat, existuje reálné riziko vzniku konfliktù velkého rozsahu, jejichž podstatou bude boj o zdroje energie nebo boj o ochranu životního prostøedí. Dopravní prostøedky v souèasné dobì využívají pro svùj pohon paliva prakticky výhradnì fosilního pùvodu. Spotøeba energie v dopravì se blíží 40 % celkové spotøeby energie ve svìtì. Stále silnìji se projevuje vliv trvale rostoucí produkce skleníkových plynù na klimatické podmínky planety a potvrzuje se vyèerpatelnost fosilních zdrojù energie. Pøechod sektoru dopravy na trvale udržitelný zpùsob je proto zásadní podmínkou jeho dalšího rozvoje. Globální zmìny klimatu stejnì jako zajištìní energetických zdrojù pro pøíští generace se stávají vážným politickým tématem ve všech vyspìlých státech. Nìkteré zemì si uvìdomují zodpovìdnost nejen za budoucnost vlastního národa, ale i za budoucnost celé planety a v tomto smìru již uèinily mnoho užiteèného Doprava a životní prostředí V celosvìtovém mìøítku se daøí snižovat produkci skleníkových plynù unikajících do ovzduší pøi výrobì energie z fosilních zdrojù zavádìním efektivnìjších zpùsobù výroby a distribuce energie. Zcela jinak se vyvíjí situace v produkci skleníkových plynù dopravními prostøedky. Následující údaje o emisích fosilního CO2 názornì dokumentují vývoj v zemích EU v posledních nìkolika letech ( ) viz obrázek 1, tabulka 1: 6

6 Sektor Podíl na tvorbì emisí CO2 (%) tepelná výroba elektøiny 29,1 prùmysl 16,7 silnièní doprava 27,6 domácnosti 20,9 ostatní 5,7 OBRÁZEK 1: Vývoj tvorby emisí CO2 v zemích EU ( ) Mezi pøíèinami, proè se stav zneèištìní a tvorby skleníkových plynù vyvíjí celosvìtovì právì tímto zpùsobem, mùžeme uvést dramaticky rostoucí poèet obyvatel planety, ze kterého vyplývá: TABULKA 1: Podíl sektorù na tvorbì emisí CO2 v zemích EU (1998) trvale rostoucí požadavky na pøepravu osob, zboží a služeb trvale rostoucí poèet dopravních prostøedkù automobilù pro osobní pøepravu i pro pøepravu zboží. 7

7 2. EVROPSKÁ UNIE A GREEN PAPER OSN a Rada Evropy vyhlásily Program pro 21. století, ve kterém èiní zodpovìdnými rozvinuté zemì za vývoj a prosazování nových øešení problému dopravy osob, zboží a služeb, která jsou pøíznivá pro životní prostøedí a trvale udržitelný rozvoj, a to zejména s ohledem na 4,5 miliardy lidí, kteøí dnes žijí ve tøetím svìtì a kteøí nemohou kopírovat náš životní styl. Svìtová zdravotnická organizace (WHO) se zabývala vlivem zneèištìní z dopravy na zdraví lidí a došla k závìru, že nejvíce smrtící a zdraví poškozující složky zneèištìní ze sektoru dopravy jsou právì pevné èástice a NOx. V USA, které patøí mezi nejrozvinutìjší zemì svìta, umírá asi lidí roènì pøedèasnì právì na nemoci zpùsobené pevnými èásticemi. Z analýzy vývoje produkce sledovaných složek zneèištìní z dopravy (èástice, HC, NOx, SO2) ve svìtì vyplývá, že zhruba od roku 1990 se jejich produkce motorovými vozidly snižuje zejména díky používání katalyzátorù, filtrù a díky vývoji nových pohonných hmot. Celkové zneèištìní produkované dopravou však celosvìtovì trvale roste. Zemì Evropské unie spotøebovávají stále více energie a jsou tak nuceny dovážet stále více a více energetických surovin. Výroba energie z vlastních zdrojù v zemích EU naprosto nestaèí pokrývat spotøebu a vzrùstá tak závislost na vnìjších dodavatelích. Na tyto skuteènosti reagovala Evropská komise vypracováním dokumentu Green Paper, ve kterém pøedkládá základní teze s cílem vytvoøit strategii pro spolehlivé a zároveò pro životní prostøedí pøíznivé zásobování energií: Dramatický nárùst cen ropy v bøeznu 1999, který ohrozil evropskou ekonomiku, odkryl slabost ve struktuøe zásobování energií a zejména poukázal na silnì rostoucí závislost, kdy je to cena ropy, která urèuje cenu energie. Slabé výsledky politik orientovaných na øízení spotøeby energie v nìkterých zemích EU pøinesly rozèarování. Bez aktivní cílené energetické politiky nebudou zemì EU schopné zbavit se závislosti na vnìjších dodavatelích energie. Pokud se v prùbìhu pøíštích let významnì nezmìní politika EU ve vztahu ke spotøebì energie, energetická spotøeba bude muset být pokryta ze 70 % dovozem viz obrázek 2. Tato závislost se mùže promítnout do všech odvìtví ekonomiky. Rozšíøení Evropské unie o zemì støední a východní Evropy tento trend ještì zhoršuje. OBRÁZEK 2: Energetická bilance zemí EU-30 (výhled) Ve smìru budoucího vývoje je sektor dopravy se svojí závislostí na ropì pokládán za velkou neznámou: 98 % spotøeby paliv v dopravì je kryto ropnými produkty a toto množství odpovídá 67 % celkové spotøeby ropy. Doprava jako nejdynamiètìji se rozvíjející odvìtví pøedpokládá další zvyšování spotøeby ropy v úrovni 2 % roènì. Pøeprava osob se má v EU do roku 2010 zvýšit o 19 %, zejména v dùsledku vyššího využívání silnièní (o 16 %) a letecké dopravy (o 90 %). Pøeprava zboží ve stejném období by se mìla zvýšit o 38 %. Proto také Evropská komise vynakládá v této souvislosti nemalé úsilí na realizaci opatøení, která povedou ke snižování emisí pøi rostoucí spotøebì paliv. Tyto vazby se rovnìž promítnou na nové èlenské zemì EU. Po rozšíøení bude muset Evropská unie zabezpeèovat dopravu pro dalších 170 milionù lidí žijících na dalším území o rozloze 1,86 mil. km 2. Pøi daném rozdílu úrovnì 8

8 ekonomik bude skuteènì co øešit, nebo Evropská unie má velmi omezené vlastní zdroje ropy. Kandidátské zemì jsou na tom ještì hùøe. Díky pøevážnì britským nalezištím v Severním moøi má Evropská unie 4,4% podíl na svìtové tìžbì ropy. Avšak cena jednoho vytìženého barelu se pohybuje mezi 7 11 USD, zatímco na Støedním Východì je cena 1 3 USD za barel. Co se týèe zásob zemního plynu, je na tom Evropa ještì hùøe. Vlastní zásoby v Holandsku a Velké Británii pøedstavují pouhá 2 % svìtových zásob. OBRÁZEK 3: Závislost zemí EU-30 podle energetických zdrojù Evropské unii se podaøilo v období po první ropné krizi díky opatøením v oblasti hospodaøení energií, vývoje vlastních zdrojù, diverzifikace zdrojù a podpory vývoje obnovitelných zdrojù energie snížit energetickou závislost z 60 % v roce 1973 na 50 % v roce Avšak v následujících letech se oèekává opìtovné zvýšení celkové závislosti na dovozu energie až na 70 %, pøièemž v pøípadì ropy to bude až 90 %, u zemního plynu 70 % a uhlí 100 %. Rozšíøení Evropské unie rovnìž pøispìje k tomuto trendu: dovoz zemního plynu do kandidátských zemí vzroste z 60 na 90 %, podíl dovozu ropy z 90 na 94 %. Navíc tyto zemì, které jsou v souèasnosti exportéry uhlí, budou muset na základì drastických opatøení pøi restrukturalizaci prùmyslu témìø 12 % uhlí dovážet viz obrázek 3. Ropa a její produkty zùstanou v následujících letech základním ekonomickým prvkem v zemích EU, zejména v sektoru dopravy. Svoje postavení v ekonomikách EU bude posilovat zemní plyn. Obì suroviny jsou dostupné pouze z vnìjších zdrojù. Pøestože obnovitelné zdroje pøedstavují významný potenciál pro zajištìní zásobování energií, jejich rozvoj je silnì závislý na politických rozhodnutích a úèinných ekonomických opatøeních. Významnou úlohu pøi zvyšování bezpeènosti v zásobování energií mùže sehrát zejména biomasa. Konkrétnì biopaliva pro dopravu vykazují mimoøádný pøínos ke zlepšování kvality ovzduší, protože se pøi jejich použití uvolòuje do ovzduší o % skleníkových plynù ménì ve srovnání s fosilními palivy. Do ovzduší se rovnìž uvolòuje ménì mechanických èástic (sazí), oxidu uhlièitého, NOx a hydroxidù. Používání biopaliv vede ke snížení tvorby všech sledovaných zneèiš ujících látek ve výfukových plynech motorových vozidel, kterými jsou: 1. oxidy dusíku pøispívají k eutrofizaci a acidifikaci pùdy a vod, ohrožují zdraví. 2. uhlovodíky, CO, CO2 zejména nespálené zbytky paliva a maziv pøedstavující tisíce rozdílných slouèenin. Pøispívají k tvorbì pøízemního ozónu, nepøíznivì ovlivòují zdraví. 3. èástice saze, uhlovodíky, voda a (jedná-li se o fosilní palivo) síra. Nepøíznivì ovlivòují zdraví, mohou být karcinogenní, mohou ovlivnit genetické vybavení èlovìka. 4. oxidy síry pocházejí z fosilních paliv (diesel), pøispívají k acidifikaci, korozi materiálu a nepøíznivì pùsobí na zdraví. 5. oxid uhlièitý CO2 vzniká pøi spalování organického materiálu, pøispívá ke skleníkovému efektu, pùsobí na zmìny klimatu. Biopaliva sice také produkují spalováním oxid uhlièitý, ale celkovì nezvyšují jeho množství v ovzduší. 9

9 OBRÁZEK 4: Pøedpokládaná produkce energie podle surovin v zemích EU-30 V zemìdìlských oblastech vede navíc používání biopaliv k vytváøení pracovních míst a ke zkulturnìní krajiny. Nejvìtší pøekážkou, která brání využívání biopaliv v dopravì, je v souèasné dobì cenový rozdíl pøi porovnání s fosilními palivy. Souèástí programu, kterým Evropská komise definovala pro èlenské zemì v dokumentu White Paper v roce 1997 úkol zdvojnásobit podíl obnovitelných zdrojù energie do roku 2010, je zvýšení podílu bioenergie na 7 %. A jedním z cílù do roku 2010 je 7% zastoupení biopaliv na trzích EU a 20% náhrada veškerých paliv biopalivy do roku 2020 viz obrázek Trvale udržitelné dopravní systémy Zemì sdružené do OECD se trvale zabývají øešením problematiky vztahu dopravy a životního prostøedí. OECD definovala ve svých zprávách podmínky udržitelné dopravy ve vztahu k životnímu prostøedí: Udržitelná doprava je taková, která neohrožuje zdraví obyvatel ani ekosystému a dává do souladu potøeby pøepravy (služeb, zboží, osob) s: a] využíváním obnovitelných zdrojù ve vazbì k jejich regeneraci a b] využíváním neobnovitelných zdrojù pod úrovní rozvoje obnovitelných paliv. Analogicky ke svìtovému vývoji se vyvíjí i situace v Èeské republice. V prùbìhu posledních deseti let se podaøilo dosáhnout výrazného snížení produkce všech škodlivin vèetnì CO2 u stacionárních zdrojù energie, zatímco zneèištìní mobilními zdroji vykazuje trvalý rùst. Bylo definováno šest kritérií udržitelné dopravy, kterých by mìlo být dosaženo do roku 2030 a která zahrnují: emise oxidù dusíku emise tìkavých organických látek emise èástic emise oxidu uhlièitého ochrana ekosystému a využití komunikací úroveò hluku Doprava a životní prostředí v České republice Vývoj podílu zneèištìní z dopravy na celkové produkci zneèištìní v Èeské republice viz obrázek 5 a 6. 10

10 OBRÁZEK 5: Vývoj podílu zneèištìní z dopravy na celkové produkci zneèištìní v ÈR (Zdroj: ÈHMÚ, ÈIŽP, CDV, VÚZT, ÈSU) Pøi tom je nutné si uvìdomit, že vìtší èást škodlivin byla dopravními prostøedky vyprodukována v místech s hustou dopravou a vìtšinou špatnými rozptylovými podmínkami, to je ve mìstech, kde žije vìtšina populace. OBRÁZEK 6: Produkce skleníkového plynu CO2 v Èeské republice. (Zdroj: ÈHMÚ, ÈIŽP, CDV, VÚZT, ÈSU) 11

11 Oèekává se, že se vstupem zemí støední a východní Evropy do EU dojde k velmi rychlému nárùstu dopravy, a to až na úroveò bìžnou v zemích EU. Tento proces bude jistì ukonèen do roku 2010 a pro Èeskou republiku to kromì jiného znamená, že bez realizace vhodných opatøení mùže dojít k více než trojnásobnému zvýšení emisí CO2 a sledovaných škodlivin z dopravy proti úrovni roku Nárùstem emisí CO2 z dopravy na úroveò pøes 30 mil. tun za rok by Èeská republika prakticky vyèerpala svùj národní limit produkce CO2, k jehož dodržení se zavázala na konferenci o zmìnách klimatu v Kjótu. Z výše uvedených pohledù je žádoucí, aby i Èeská republika vzhledem ke své energetické struktuøe vytvoøila a pøijala koncepèní a dlouhodobá øešení viz obrázek 7. OBRÁZEK 7: Rozložení spotøeby energie v % v ÈR (1998) 12

12 3. OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE Celá existence lidstva je úzce spojená s bojem o energii. Znalost rùzných technologií výroby a využití energie zásadním zpùsobem ovlivnily sociální i ekonomický rozvoj celých národù. Rozsah poškození a zmìny životního prostøedí této planety zpùsobené využíváním koneèných zásob fosilních zdrojù k získávání energie jsou dùvody k hledání takových zdrojù energie, které budou i ve vzdálené budoucnosti na Zemi k dispozici v dostateèném množství, budou rozmístìny co nejrovnomìrnìji a jejichž využívání nebude mít negativní dopad na životní prostøedí v lokálním ani v globálním mìøítku. Jediným obnovitelným zdrojem energie pro planetu je Slunce. Ze Slunce dopadne na Zemi za jedinou hodinu tolik energie, kolik se jí spotøebuje na celé planetì za jeden rok. Technologie umožòující pøímou pøemìnu sluneèní energie na tepelnou a elektrickou energii jsou známé a využívané. Množství energie, které jsou schopné využít, je však jenom zlomkem souèasných potøeb. Dùvodem je jednak nízká hustota energie pøímého sluneèního záøení, jednak problémy se skladováním a distribucí získané energie. Energie pøímého sluneèního záøení není také k dispozici rovnomìrnì na celé planetì. Pøímé sluneèní záøení, jakkoli je významným obnovitelným zdrojem energie, bude mít patrnì i v budoucnu povahu spíše lokálního energetického zdroje. Pøíroda však dokáže sluneèní energii skladovat, a to pomocí fotosyntézy v molekulách celulózy, ligninu, škrobu, cukrù a tukù obecnì biomasy. Biomasa také splòuje tøi hlavní podmínky pro zdroje energie umožòující trvale udržitelný rozvoj: je trvale obnovitelná je k dispozici prakticky ve všech èlovìkem obývaných oblastech planety využívání k energetickým úèelùm nemá negativní dopad na životní prostøedí ani v lokálním, ani v globálním mìøítku. Zásadní výhoda biomasy z hlediska emisí CO2 proti fosilním zdrojùm energie spoèívá v takzvaném životním cyklu oxidu uhlièitého: V pøípadì fosilních zdrojù energie se jedná o otevøený cyklus oxidu uhlièitého, jehož dùsledkem je neustálé zvyšování koncentrace oxidu uhlièitého v atmosféøe viz obrázek 9. V pøípadì biomasy je životní cyklus oxidu uhlièitého uzavøený. To znamená, že oxid uhlièitý, který se uvolòuje do ovzduší ve fázi získávání energie, se opìt pøi tvorbì biomasy spotøebuje viz obrázek 10. OBRÁZEK 9: Otevøený cyklus CO2 OBRÁZEK 10: Uzavøený cyklus CO2 Dùležitou vlastností biomasy je, že lze jejím zpracováním získat všechny druhy energie používané v souèasné dobì pro stacionární i mobilní spotøebièe. Biomasa poskytuje energii tepelnou, elektrickou, lze ji transformovat na palivo pro pohon dopravních prostøedkù. 13

13 3.1. Efektivita výroby energie z obnovitelných zdrojů Budeme-li mít bio-systém s bio-rafinerií, kde základní surovinou bude celulóza (døevní hmota), výstupními produkty budou: bioetanol získaný fermentací degradované celulózy elektrická energie získaná z kogeneraèní jednotky spalující lignin tepelná energie získaná z kogeneraèní jednotky spalující lignin. Na jednu jednotku vložené energie v tomto pøípadì získáme 16 jednotek energie jako výstup ze systému. Pøi tom se poèítá s tím, že pouze energie vložená do získání celulózy (døevní hmoty) bude doèasnì fosilního pùvodu. V pøípadì, že základní surovinou v bio-rafinerii je obilí nebo kukuøice (tj. suroviny obsahující škrob), výstupními produkty jsou: bioetanol získaný fermentací enzymaticky rozštìpeného škrobu energie obsažená v obilních výpalcích, které jsou vysoce hodnotným krmivem pro zvíøata a v systému se z jedné jednotky vložené energie získá pouze 6 jednotek energie Alternativní paliva Pro pøechod na trvale udržitelný zpùsob rozvoje dopravy nepostaèí pouze zvýšit úèinnost stávajících dopravních systémù. Je nutné vyvinout palivový systém, ve kterém jsou všechny fáze výroby a distribuce založeny na využívání obnovitelných zdrojù energie. Aby se tyto nové systémy staly udržitelnými, nesmí mít žádná fáze od výroby po spotøebu nepøíznivé dopady na zdraví populace a na životní prostøedí. Souèasný dopravní sektor je prakticky ze 100 % závislý na palivech fosilního pùvodu vyrábìných z ropy, pøípadnì na fosilním zemním plynu. Alternativními palivy se rozumí veškerá paliva, která je mohou nahradit. Alternativní paliva mohou být vyrobena jak z fosilních tak i z obnovitelných surovin. Jejich využitelnost závisí na tom, zda jsou pøíznivìjší z hlediska vlivu na životní prostøedí a zda je z technického a z finanèního hlediska možné, aby se stala všeobecnì dostupnými v pøijatelnì vzdálené budoucnosti. Oznaèení èistý biosystém vyjadøuje skuteènost, že systém zajiš uje velice efektivnì výrobu energie z obnovitelných zdrojù nebo z odpadù a souèasnì prakticky nezatìžuje životní prostøedí produkcí skleníkového plynu CO2. V mnoha vyspìlých státech již dnes pracují bio-rafinerie. Zrodila se nová ekonomika ekonomika biomasy, od které se oèekává, že bude mít brzy velký vliv na svìtový obchod s energií, dosud kontrolovaný ropným prùmyslem. 21. století lze již dnes oznaèit jako století biomasy a biotechnologií, které umožní její efektivní využití jako zdroje trvale obnovitelné energie. Prakticky ve všech vyspìlých státech svìta jsou v tomto okamžiku v provozu pilotní jednotky, pro které se obecnì používá pojmenování bioenergetické kombináty. Pøíkladem takového kombinátu v Evropì mùže být švédský Energy Centre North, v USA je takových kombinátù v provozu nìkolik. Smyslem provozu kombinátù je hledání a zkoušení nových technologií zpracování odpadù pøevážnì organického pùvodu na rùzné druhy energie co nejefektivnìjším zpùsobem.výzkum technologií zpracování odpadù na energie má velký rùstový potenciál s efekty ve výrobì energií trvale udržitelným zpùsobem a s lokálními i globálními pøíznivými efekty na životní prostøedí. Poèet alternativ, které mohou být zajímavé a které jsou založeny na obnovitelných zdrojích energie, je celkem nízký. Používány mohou být zejména bioalkoholy. Ve velkém mìøítku to mùže být také bioplyn, jestliže jako suroviny k jeho výrobì budou použity odpady nebo vhodné energetické plodiny. O tom, zda palivo zùstane v kategorii málo používaných nebo se stane všeobecnì používaným, rozhodnou pøedevším ekonomické aspekty charakterizující jeho výrobu a užití. Dùležitým kriteriem pro stanovení perspektivnosti alternativního paliva je vyhodnocení jeho životního cyklu (LCA Life Cycle Analysis), což prakticky znamená urèení množství oxidu uhlièitého, které se uvolní do atmosféry v prùbìhu výroby, pøi pøepravì a pøi užití urèitého paliva. Porovnání analýz životního cyklu pro jednotlivá paliva jsou uvedena na následujících obrázcích 11, 12 a

14 OBRÁZEK 11: LCA paliv v lehkých vozidlech (souèasný stav) OBRÁZEK 12: LCA paliv v tìžkých vozidlech (souèasný stav) 15

15 OBRÁZEK 13: LCA paliv v tìžkých vozidlech (výhled) Z výše uvedených grafù vyplývá, že již dnes je možné snížit emise CO2 minimálnì o 50 % použitím paliv vyrobených z obnovitelných surovin. Je možné mírnì zredukovat množství emisí CO2 náhradou nafty a benzinu jinými fosilními palivy, jako jsou zemní plyn a LPG. Dosažený efekt však nebude vìtší než % Alkoholy Alkoholy byly používány jako palivo již v poèátcích motorismu. Velmi èasto byly alternativou bìžných paliv v dobách nejistoty spojených s válkami nebo v dobách ekonomické deprese. V souèasné dobì nabývají na významu hlediska ochrany životního prostøedí, kde alkoholy nabízejí široké možnosti použití, zejména jako paliva pro dopravní prostøedky. Oba nejèastìji používané alkoholy etanol a metanol mají jako motorová paliva výhody, ale i nevýhody. Jsou výhodné pro použití v zážehových motorech, po provedení urèitých úprav je lze používat i v motorech dieselových. Srovnání parametrù je uvedeno v tabulce 2. Charakteristika Jednotky Etanol Benzín Nafta Bod varu C 78,3 78, Hustota kg/dm 3 0,792 0,72 0,78 0,81 0,88 Tlak par kpa ,1 0,15 Výparné teplo kj/kg Teplota samovznícení C Adiabatická teplota hoøení C Energetický obsah (max) kj/kg 29,7 47,0 45,6 Energetický obsah (max) kj/l 23,4 23,6 34,8 35,2 38,66 38,8 Energetický obsah (min) kj/kg 26,7 27,0 42,0 44,0 42,8 45,3 Energetický obsah (min) kj/l 21,1 21,2 30,4 33,2 35,9 36,6 Cetanové èíslo TABULKA 2: Porovnání kritických charakteristik etanolu, benzínu a nafty (Olsson L-O, 1996) 16

16 Specifickou vlastností alkoholù, která z nich dìlá vhodné palivo pro zážehové motory, je jejich vysoké oktanové èíslo. Oktanové èíslo charakterizuje sklon paliva k samovznícení pøi vysokých tlacích a teplotách. V zážehových motorech dochází k iniciaci hoøení smìsi paliva se vzduchem za definovaných podmínek a je zpùsobeno elektrickou jiskrou. Vysoké oktanové èíslo v praxi znamená, že ke spálení paliva dojde pøi vyšším kompresním tlaku. To vede k efektivnìjšímu využití paliva a tedy i k jeho menší spotøebì. Na palivo pro dieselové motory jsou kladeny opaèné nároky. Dieselové palivo se musí ochotnì samo vznìcovat. Palivo je v dieselovém motoru vstøikováno v okamžiku, kdy teplota a tlak ve válci jsou vysoké. Od paliva se požaduje, aby po vstøiknutí do válce co nejrychleji shoøelo. Mírou schopnosti paliva k samovznícení je cetanové èíslo. Èím vyšší je cetanové èíslo, tím ochotnìji se palivo samo vznìcuje. Normální dieselová paliva mají cetanové èíslo kolem 50 jednotek, kdežto cetanové èíslo metanolu a etanolu je pouze 5 8 jednotek. Za úèelem zvýšení cetanového èísla alkoholu se pøidává aditivum oznaèované jako ignition improver. Z hlediska bezpeènosti práce je etanol ménì nebezpeèný než nafta a benzín. Etanol má nízkou toxicitu a je relativnì neškodný v pøimìøených dávkách. Je rozpustný ve vodì a pøírodní bakterie jej rychle rozkládají na CO2 a vodu. K vylouèení zámìny s potravináøským alkoholem musí být palivový etanol denaturován pøidáním látek se specifickou chutí èi vùní. Naproti tomu metanol je vysoce toxický a manipulace s ním podléhá pøísným pøedpisùm. Již množství metanolu menší než 15 ml mùže zpùsobit oslepnutí nebo i smrt. Vzhledem k toxicitì mùže jeho rozlití nebo únik zpùsobit vážné ekologické problémy. Z hlediska hoølavosti jsou etanol a metanol, stejnì jako benzin, klasifikovány ve tøídì 1, naproti tomu nafta je ve 3. tøídì hoølavosti. Tomu musí odpovídat vybavení na skladování a pøepravu. Alkoholy mají nízkou zápalnou teplotu a hoøí slabì svítivým plamenem. Jejich hašení je však nepomìrnì snazší než hašení benzinu nebo nafty. ÈISTÉ ALKOHOLY Aby automobily se zážehovými motory mohly používat jako hlavní souèást paliva etanol, musí se jednat o etanol bezvodý. Ten je pak možné mísit s benzinem, jehož pøítomnost usnadòuje vznícení paliva za nízkých teplot. V zásadì pøichází v úvahu dva rùzné typy vozidel. Vozidla vybavená motory seøízenými na spalování pøesnì definovaných smìsí etanolu s benzinem jsou ve velkém rozsahu používány v Brazílii a USA. Obsah benzinu v tìchto palivech se pohybuje od 5 % do 22 %. Další možností je využití vozidel, jejichž motory jsou schopny spalovat smìsná paliva s obsahem benzinu od 15 % do 100 % a s obsahem etanolu od 0 % do 85 %. Vozidla oznaèovaná jako FFV (Fuel Flexible Vehicles) jsou vybavena èidlem, které po každém natankování provede analýzu paliva v nádrži, a elektronickou øídící jednotkou, která podle výsledku analýzy provede nastavení provozních charakteristik motoru. Zlevnìní výroby èidel složení paliva a elektronických øídících jednotek v poslední dobì umožnilo vyrábìt a prodávat osobní automobily v provedení FFV za stejné ceny jako automobily na klasický benzin. Napøíklad firma Ford prodá v letošním roce na švédském trhu 4000 osobních automobilù Focus FFV za cenu dokonce nižší, než je cena benzinové verze. FFV vozidla jsou velmi vhodná pro uvedení etanolových paliv na trh. Vzhledem k jejich palivové flexibilitì je lze normálnì používat i v situaci, kdy pro etanolová paliva ještì není vytvoøena odpovídající distribuèní sí èerpacích stanic. Pro tìžká vozidla používající vìtšinou dieselové motory jsou již v tomto okamžiku k dispozici technická øešení umožòující používat etanol jako palivo nebo používat smìsné palivo etanol nafta. V tomto pøípadì se do paliva pøidává látka upravující teplotu vznícení paliva. V Japonsku jsou vyvíjeny vznìtové motory používající jako palivo etanol, vybavené speciálními svíèkami. PALIVOVÉ SMÌSI K rychlejšímu zavedení etanolu jako paliva pro motorová vozidla ve velkém mìøítku mùže být použito mísení malých množství etanolu s benzinem, pøípadnì s naftou. Pro výrobu nìkterých druhù paliv lze použít etanol s obsahem vody až 12 %, pro nìkterá je nutno použít etanol bezvodý. Do souèasných benzínù se pøidávají látky zvyšující obsah kyslíku v palivu a tedy oktanové èíslo, tzv. oxygenanty. Tìmto benzínùm øíkáme reformulované. V souladu s doporuèeními Rady EU by celkový obsah kyslíku v reformulovaných benzinech nemìl být vyšší než 2,3 % hmotnostní (to odpovídá 5,5 % objemovým etanolu nebo 13 % objemovým ETBE). Dùvodem tohoto omezení je, že u motorù starších automobilù dochází pøi vyšším obsahu kyslíku v palivu ke zvýšení obsahu oxidù dusíku ve výfukových plynech. Moderní motory již disponují vìtší flexibilitou vùèi palivùm a jsou schopny spalovat smìsi s obsahem etanolu % bez negativních dopadù na složení výfukových plynù. Takovými motory jsou vybaveny prakticky všechny v souèasné dobì vyrábìné automobily. 17

17 Protože smìsi etanolu a nafty nelze normálnì smísit na stabilní produkt, pøidává se emulzifikátor umožòující vyrobit homogenní emulzi (s obsahem etanolu % objemových). V poslední dobì byly vyvinuty pøípravky umožòující výrobu smìsí nafty s bezvodým etanolem ve formì tzv. pravých roztokù. Známé je použití etanolu jako paliva pro turbíny i jeho spalování za úèelem výroby tepla. Energetický obsah etanolu na jednotku hmotnosti je o 1/3 nižší než energetický obsah benzinu. Vzhledem k lepším podmínkám hoøení smìsi benzinu s etanolem ve válci zážehového motoru je však spotøeba smìsného paliva (20 % etanolu) stejná jako pøi provozu na samotný benzin. Vysoké oktanové èíslo etanolu dává možnost pøi konstrukci zážehového motoru zvyšovat kompresní pomìr a dosahovat tak vyšší termodynamické úèinnosti a tím nižší spotøeby paliva. Etanol ve smìsi s motorovou naftou podstatným zpùsobem zlepšuje prùbìh hoøení paliva ve válci dieselova motoru a zvyšuje termodynamickou úèinnost. Nízké výparné teplo etanolu zpùsobí, že v okamžiku vstøiku paliva do válce kapièky etanolu explodují a jemnì rozptýlí naftu, která pak rychle a beze zbytku prohoøí. To má za následek nejen zvýšení úèinnosti motoru, ale i snížení emisí škodlivin (zejména nejnebezpeènìjších pevných èástic) ve výfukových plynech Využívání bioetanolu jako paliva pro motorová vozidla ve světě Ze statistik vyplývá, že 66 % z celosvìtové výroby etanolu se spotøebuje jako palivo pro motorová vozidla. Jako pøíklad jsou v tabulce 3 uvedeny roèní spotøeby etanolu jako paliva pro motorová vozidla v nìkterých státech s rozvinutým etanolovým programem: zemì spotøeba surovina Brazílie 13 mil. m 3 cukrová tøtina USA 6 mil. m 3 kukuøice, obilí západní Evropa 0,4 mil. m 3 obilí 0,4 mil. m 3 etanol z vína Švédsko 0,01 mil. m 3 sulfitové výluhy TABULKA 3: Roèní spotøeby etanolu jako paliva pro motorová vozidla Cíle USA ve využívání bioetanolu jako paliva pro motorová vozidla jsou uvedeny na obrázku 14. OBRÁZEK 14: Pøedpokládaný vývoj spotøeby etanolu v dopravì v USA (EIA US Energy Information Administration) 18

18 Problémy, které USA øeší prudkým rozvojem prùmyslu výroby a užití bioetanolu v pohonných hmotách, jsou velmi podobné nebo identické s tìmi, které je nutné bezodkladnì øešit i v Èeské republice, a se týkají životního prostøedí, prosperity zemìdìlství, zamìstnanosti, závislosti na importu energetických zdrojù nebo vyrovnání platební bilance státu Obnovitelné zdroje a pracovní místa V návaznosti na globální oteplování a zneèiš ování ovzduší musí lidská spoleènost omezit svoji závislost na surovinách, jako jsou fosilní paliva, kovové materiály a surové døevo a pozornost by mìla být zamìøena na efektivnìjší využívání energie a materiálù. Tato zmìna orientace sice mùže pøinést masivní ztrátu pracovních míst, ale oblast životního prostøedí, technologie pro zpracování odpadù, pro využívání obnovitelných zdrojù energie mohou mnohem více nových míst vytvoøit. Snížit využívání fosilních paliv je základní smìr pro rozvoj udržitelné ekonomiky. Prùmysl technologií pro obnovitelné zdroje energie je jedním z nejrychleji se rozvíjejících sektorù v zemích EU. Evropská komise v dokumentech White Paper a Akèní plán pro obnovitelné zdroje energie v roce 1997 definovala cíl zdvojnásobit pøíspìvek energie produkované z obnovitelných zdrojù do roku 2010 na 12 %. Podrobný postup, jak tohoto cíle dosáhnout, je uveden ve strategickém dokumentu Campaign for Take Off, uveøejnìném v roce Souèasnì s technologickým rozvojem je vìnována pozornost i dopadu na rozvoj zamìstnanosti nejen v úvahách o poètu pracovních míst vytvoøených pøi pìstování, výrobì, výstavbì zaøízení, ale i z pohledu vývoje zamìstnanosti pøi snižování objemu energie vyrobené z konvenèních zdrojù nebo z pohledu ekonomického dopadu na další sektory ekonomiky. Základní otázka tedy zní: Mohou investice do obnovitelných zdrojù energie pøinést více pracovních míst a zabezpeèit ekonomický rozvoj? Na tuto otázku se snažili odborníci v zemích EU najít odpovìï: 1] stupeò rozvoj trhu s energiemi a podíl obnovitelných zdrojù energie do roku ] stupeò dopad zmìn na trhu na zamìstnanost a ekonomiku. Kromì biomasy (biopaliva pro motory, zplynování, bioplyn) se zabývali technologiemi vìtrné, solární (fotovoltaika, tepelná a výroba elektøiny z tepelných technologií) energetiky a malými vodními elektrárnami (< 10 MW). V modelech nebyly uvažovány technologie velkých vodních elektráren, pøílivové elektrárny, geotermální energetika a pasivní solární systémy. Podle vypracovaných modelù se pøedpokládá zvýšení kapacity a výkonu všech technologií obnovitelných zdrojù energie. Nejvìtší význam bude mít biomasa. Pøedpokládá se zvýšení energetického využití biomasy ze 180 GW v roce 1995 na 876 GW v roce 2020, zejména v technologiích spalování. Poèítá se však i se 102 TWh, které budou vyprodukovány v podobì biopaliv. Dvacetinásobnì by se mìl do roku 2020 zvýšit výkon vìtrné energetiky na MW, 300násobnì by se mìl zvýšit instalovaný výkon fotovoltaických technologií na 14 GW. Ve studovaném období se zvýší spotøeba energie zhruba o 25 %, pøièemž vzroste i podíl spotøebované energie vyrobené z obnovitelných zdrojù z 4,3 % v roce 1995 na 8,2 % v roce 2020 (tabulka 4) Celková spotøeba energie (TWh) 10,350 11,375 11,950 12,950 Vyrobená energie z OZE (TWh) ,066 Podíl energie vyrobené z OZE (%) 4,3 6,3 7,3 8,2 Tabulka 4: Výhledový energetický potenciál obnovitelných zdrojù energie 19

19 OBRÁZEK 15: Pøedpokládaný rozvoj zamìstnanosti v EU jako dùsledek rozvoje výroby energie z obnovitelných zdrojù energie (OZE) solární tepelná PV solární tepelná elektøina vìtrná malá vodní bio anaerobní bio spalování bio zplynování kapalná biopaliva energetické plodiny lesní zbytky zemìdìlské zbytky celkem celkem bez paliv celkem paliva paliva = TABULKA 5: Pøedpokládaný rozvoj zamìstnanosti jako dùsledek rozvoje výroby energie z obnovitelných zdrojù energie (OZE) (viz OBRÁZEK 15) 20

20 Na obrázku 15 (tabulka 5) je znázornìn pøedpokládaný rozvoj zamìstnanosti jako dùsledek rozvoje výroby energie z obnovitelných zdrojù energie (OZE). Ve srovnání s rokem 1995 by se mìlo do roku 2020 vytvoøit nových pracovních míst na plný úvazek, z toho je pracovních míst, která vniknou v souvislosti s investicemi do výroby biopaliv. Je nutno si uvìdomit, že technologie obnovitelných zdrojù energie pøi stejném energetickém výstupu jsou nároènìjší na pracovní sílu než bìžné technologie. V tabulce 6 je uvedeno porovnání pøímé zamìstnanosti pøi výrobì a výstavbì zaøízení, provozu a údržbì pro klasické technologie a technologie obnovitelných zdrojù energie Rozsah Konstrukce a výstavba zaøízení (zamìstnanost na MEuro) Technologie zpracování biomasy kapalná paliva 6,08 6,08 6,08 6,08 anaerobnì 4,09 7,33 7,99 8,31 spalování 4,15 4,29 4,41 4,52 zplynování 6,26 6,17 6,11 5,93 Konvenèní technologie kogeneraèní výroba 2,3 5,7 elektrárna 4,2 13,0 teplárna 3,5 15,9 Provoz a údržba (zamìstnanost na GWh) Technologie zpracování biomasy kapalná paliva 0,86 0,86 0,86 0,86 anaerobnì 0,19 0,22 0,24 0,24 spalování 0,08 0,08 0,08 0,08 zplynování 0,09 0,09 0,09 0,10 Konvenèní technologie kogeneraèní výroba 0,02 0,06 elektrárna 0,01 0,1 teplárna 0,01 0,06 TABULKA 6: Porovnání klasických technologií s technologiemi obnovitelných zdrojù energie Poèet pracovních míst, která budou zrušena v dùsledku rozvoje prùmyslu obnovitelných zdrojù energie je však mnohem menší než poèet novì vytvoøených pracovních míst. Nejvýznamnìjší nárùst zamìstnanosti v prùmyslu obnovitelných zdrojù energie se oèekává v roce 2020, kdy pøímá zamìstnanost vzroste z v roce 2005 na , zatímco nepøímá zamìstnanost se rozvine z míst v roce 2005 na V dùsledku rozvoje prùmyslu obnovitelných zdrojù energie by mìlo být do roku 2010 zrušeno na míst. Do roku 2020 bude pokles mírnìjší, o míst. 21