MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE BRNO 2010 RADEK LUKŮVKA 1

2 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy MOTOROVÁ PALIVA NA BÁZI ROSTLINNÝCH OLEJŮ DIPLOMOVÁ PRÁCE Vedoucí práce: Vypracoval: Ing. Jiří Čupera, Ph.D Radek Lukůvka Brno

3 Mendelova univerzita v Brně Ústav techniky a automobilové dopravy Agronomická fakulta 2009/2010 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Autor práce: Studijní program: Obor: Název tématu: Bc. Radek Lukůvka Zemědělská specializace Automobilová doprava Motorová paliva na bázi rostlinných olejů Rozsah práce: Zásady pro vypracování: stran 1. V rešeršní části práce proveďte analýzu možnosti náhrady motorové nafty alternativními palivy. 2. Věnujte pozornost technickým, ekonomickým a ekologickým aspektům náhradních paliv. 3. Zhodnoťte také dopad na potravinové zdroje lidstva. 4. Popište nutná opatření vybraného vozidla pro spalování paliva na bázi rostlinného oleje. 5. Na základě měření sestavte emisní a výkonové charakteristiky. Seznam odborné literatury: VLK, F. Alternativní pohony motorových vozidel. 1. vyd. Brno: František Vlk, s. ISBN VLK, F. Paliva a maziva motorových vozidel. 1. vyd. Brno: František Vlk, s. ISBN JEVIČ, P. -- ŠEDIVÁ, Z. Biopaliva, methylestery a směsná paliva. Praha: Výzkumný ústav 3. zemědělské techniky pod koordinací a gescí Sdružení pro výrobu bionafty, s. ISBN X. ZEHNÁLEK, J. Chemie, paliva, maziva. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, s. ISBN Datum zadání diplomové práce: říjen 2008 Termín odevzdání diplomové práce: květen 2010 Bc. Radek Lukůvka řešitel Ing. Jiří Čupera, Ph.D. vedoucí práce doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. vedoucí ústavu prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. děkan AF Mendelu 3

4 Poděkování Rád bych tímto poděkoval vedoucímu mé diplomové práce Ing. Jířímu Čuperovi, Ph.D za technické i věcné připomínky, které posloužily ke zkvalitnění této práce. 4

5 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: MOTOROVÁ PALIVA NA BÁZI ROSTLINNÝCH OLEJŮ, zpracoval sám a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. Dne. Podpis diplomanta. 5

6 ABSTRAKT Tato práce nabízí možnost blíže se seznámit s problematikou provozu vznětových spalovacích motorů na jiné než konvenční paliva. Význam této práce spočívá v seznámení čtenáře s problematikou nekonvenčních paliv pro vznětové motory. Čtenáři je nabídnut komplexní přehled dostupných alternativních paliv, který zahrnuje základní informace, způsob výroby, vlastnosti a také technickou problematiku každého paliva. Práce se v praktické části zaměřuje pouze na rostlinný olej. Na vybraném, patřičně upraveném motorovém vozidle, byly změřeny výkonové a emisní parametry při provozu na motorovou naftu a zvlášť pro rostlinný olej. Z naměřených hodnot byly sestaveny výkonové a emisní charakteristiky. Výsledkem práce je zejména potvrzení schopnosti vznětového motoru využívat rostlinný olej jako adekvátní palivo. Lze konstatovat, že rostlinný olej je možno použít jako případné palivo, bohužel nelze vyloučit negativní důsledky dlouhodobého spalování rostlinného oleje ve vznětovém motoru, výrobcem neupraveném pro spalování nekonvenčního paliva. KLÍČOVÁ SLOVA: Vznětový motor, biopaliva, rostlinný olej, bionafta, alternativní paliva 6

7 ABSTRACT This thesis offers an oportunity to get closely acquainted with compression ignition engines runnig on alternate fuels. Focus point of thesis is introducing the reader to the problematics of uncon ventional fuels. In the first section of thesis there is a complex overview of available alternate fuels that includes basic info, processing and technical details and technical difficulties of each substance. In practical section is thesis focused just on the vegetable oil. On the current, properly modified vehicle were measured the parametres of efficiency and emissions when runnig on diesel and compared to vegetable oil. This data were used as base for output and emission charakteristics. Conclusion of thesis is confirming the ability of compression ignition engine to use a vegetable oil as adequate fuel. We areable to claim that vegetable oil could be used as a fuel, but there are various adverse effect of a long-time usage of oil for a fuel, that cannot be bypased. This concerns mainly an unmodified engine. KEY WORDS: Compression ignition engine, biofuels, vegetable oil, biodiesel, alternative fuels 7

8 Obsah 1 ÚVOD CÍL PRÁCE LITERÁRNÍ ČÁST Vznětový spalovací motor Konvenční palivo pro vznětové motory Paliva nebiologického původu Emulzní motorová nafta Bionafta 2. generace směsná nafta Zemní plyn CNG, LNG Paliva biologického původu Bioethanol Biomethanol Dimetyléter Methylestery, ethylestery - MEŘO, EEŘO Rostlinné oleje a tuky Potravina nebo palivo? MATERIÁL A METODY Teorie provozu vznětového motoru na rostlinný olej Úprava standardní palivové soustavy Fyzikální vlastnosti motorové nafty a rostlinného oleje Úprava viskozity rostlinného oleje Popis zkoušeného dvoupalivového systému Technické parametry zkoušeného vozidla Metodika měření Výkon a točivý moment - motorová nafta Výkon a točivý moment - rostlinný olej Výkon a točivý moment - porovnání výsledků Emisní charakteristika motorová nafta Emisní charakteristika rostlinný olej Diskuze a zhodnocení výsledků ZÁVĚR POUŽITÉ PRAMENY A LITERATURA...60 GRAFICKÉ PŘÍLOHY...62 SEZNAM GRAFICKÝCH PŘÍLOH...63 SEZNAM GRAFŮ...71 SEZNAM OBRÁZKŮ...71 SEZNAM TABULEK

9 1 ÚVOD...ačkoli je použití rostlinných olejů v současnosti bezvýznamné, v budoucnu budou tyto oleje stejně důležité, jako je petrolej nebo uhlí. Rudolf Diesel Je všeobecně známou pravdou, že tehdejší vznětový motor R. Diesela pracoval i na samotný rostlinný olej, například z podzemnice olejné. Nyní nastává doba, kdy lidstvo začíná pomalu, krok za krokem hledat jiná paliva neropného původu. Že jsou zásoby ropy omezené, to si uvědomuje určitě každý z nás. Rozvoj civilizace se všemi klady i zápory, rostoucí energetická spotřeba, spolu s globálně rostoucí populací vedou k logickému závěru, že všechny vyplývající negativní vlivy a následky můžeme pouze minimalizovat, ne však zcela zastavit. V době kdy tento tepelný stroj vznikal, jeho tvůrci netušili, že budeme jednoho dne řešit dilema, jakým způsobem zajistit dostatek paliva pro spalovací motory. Díky tomu, že je spalovací motor v principu velmi jednoduchý, je možné spalovat i jiná paliva. To přináší možnosti zkoušení, testování a především hledání nové alternativy, stejně dostupné jako nynější konvenční druhy paliv. Cílem zkoušení alternativních paliv není jen nahrazení těch stávajících, projevuje se zde i snaha o nalezení šetrnějších médií vůči přírodě a ekosystému celkově. Otázkou však zůstává, zda jsme v současnosti schopni zajistit dostatek alternativního paliva v případě vyčerpání zásob černého zlata. 9

10 2 CÍL PRÁCE Cílem práce je celkové zhodnocení stavu v rámci konvenčních i alternativních paliv vznětových spalovacích motorů. Práce je zaměřena na paliva rostlinného původu, rostlinný olej zejména. Dále jde o shrnutí informací o každém palivu, ať se jedná o základní informace, přes fyzikální vlastnosti, až ke specifické problematice každého popisovaného paliva při užívání ve vznětovém motoru. Jednou z primárních myšlenek práce je, aby si čtenáři, resp. veřejnost uvědomila, že je v současnosti k dispozici rozmanité množství paliv pro vznětové motory. Dále se snaží nastínit specifickou problematiku provozu a úprav spalovacích vznětových motorů pro spalování rostlinného oleje, včetně návrhu úpravy standardní palivové soustavy, která by umožňovala spalování motorové nafty a zároveň i rostlinného oleje s možností přepínání obou paliv. Aby nezůstalo pouze u teorie, bylo vybráno motorové vozidlo se vznětovým motorem, které se podrobilo měření výkonových a emisních parametrů ve vozidlové zkušebně Mendelovy univerzity v Brně. Vyhodnocení výkonových a emisních parametrů bylo provedeno na základě výsledků měření upraveného automobilu na válcovém vozidlovém dynamometru. Tato práce poskytuje jak teoretické, tak i praktické informace o provozu vznětových spalovacích motorů na rostlinný olej. Cílem práce není stanovení dopadu na samotný vznětový motor při dlouhodobém provozu na rostlinný olej. Autor práce nezodpovídá za jakékoliv škody způsobené neodborným provozem vznětového motoru na rostlinný olej, k jehož užívání může čtenáře tato práce přimět. Prezentované úpravy palivové soustavy byly navrhnuty a prakticky odzkoušeny v rámci této práce, byly podpořeny praktickými zkušenostmi autora. U neodborně upravených vznětových motorů může dojít k vážným technickým problémům. Jako testovací palivo v podobě rostlinného oleje nebylo použito odpadních - použitých fritovacích tuků a olejů. 10

11 3 LITERÁRNÍ ČÁST 3.1 Vznětový spalovací motor Spalovací motor je tepelný stroj, který mění tepelnou energii použitých paliv na mechanickou práci. Vznětový motor nasává čistý vzduch do pracovního prostoru válce, kde je následně komprimován. Kompresní poměr je z důvodu potřeby dosažení potřebné zápalné teploty vyšší, až 1:23, v porovnání se zážehovým motorem. Vznětový motor pracuje s přebytkem vzduchu. Zápalná směs se utváří ve spalovacím prostoru, motor pracuje s tzv. vnitřní přípravou zápalné směsi. Při komprimaci vzduchu je špičkově dosažena teplota až 900 C. V okamžiku vstříknutí paliva do zahřátého vzduchu, tzv. okamžik předvstřiku, dojde ke vznícení, jedná se o tzv. samovznětlivé zápalné směsi (JAN, et. al, 2000). U vznětových motorů se používá dvojího způsobu vstřikování paliva. Jde o nepřímé a přímé vstřikování. V případě nepřímého vstřikování je spalovací prostor tvořen v prostoru hlavy válce spalovací prostor je dělený, hovoří se o tzv. předkomůrce. U přímého vstřikování je spalovací prostor víceméně tvořen ve dnu pístu. Existuje několik druhů spalovacích prostorů motorů s přímým vstřikováním, liší se hlavně tvarem. Vstřikovací systémy doznaly značného rozvoje a pokroku. Systémy s mechanickým vstřikovacím čerpadlem jsou na ústupu. Vzhledem ke stále přísnějším nárokům na kvalitu emisí dokáží tyto podmínky steží plnit. Do popředí se dostávají plně elektronicky řízené systémy, zejména systém s konstantním maximálním vstřikovacím tlakem, neboli tzv. Common Rail. V roce 2014 vstoupí v platnost emisní norma EURO 6, což může i pro řadu dnešních vznětových motorů představovat jistý problém. Vznětový motor má v porovnání se zážehovým motorem nižší nároky na palivo. Lidé si často mylně myslí, že vznětový motor dokáže spalovat pouze motorovou naftu. V době svého zrodu vznětový motor palivo v podobě motorové nafty neznal, byl posléze uspůsoben pro její spalování. V budoucnosti lze očekávat úpravu vznětového motoru na jiné, další konvenční palivo, tak jak se tomu za dobu jeho existence už jednou stalo. Existuje poměrně velké množství paliv, se kterými dokáže vznětový motor pracovat velmi efektivně a spolehlivě. 11

12 3.2 Konvenční palivo pro vznětové motory Pro vznětové spalovací motory se jako standardní palivo používá motorová nafta. Motorová nafta není zvláštní frakcí při destilaci ropy, vyrábí se mícháním plynového oleje s částí petroleje. Palivo bývá aditivováno přísadami jako jsou mazivostní přísady, detergenty, depresanty, inhibitory koroze, přísady snižující pěnění atp. Motorové nafty jsou čirou nažloutlou až žlutou hořlavou kapalinou III. třídy nebezpečnosti s bodem vzplanutí nad 55 C. Náchylnost paliva k tvrdému chodu při jeho spalování charakterizuje tzv. cetanové číslo (CČ). Cetanové číslo je obdoba oktanového čísla u benzinů. Krajní hodnoty cetanového čísla jsou vymezeny dvěma uhlovodíky, cetan odpovídá hodnotě 100 a 1-methylnaftalen odpovídá hodnotě 0. Čím má palivo cetanové číslo blížící se k hodnotě 0, tím je náchylnější ke vzniku tvrdého chodu motoru. Samotné cetanové číslo nepředstavuje objem cetanu v motorové naftě. Můžeme říct, že čím vyšší cetanové číslo, tím je motorová nafta vznětlivější. Motorová nafta s příliš vysokým cetanovým číslem se snadno rozkládá, což negativně ovlivňuje chod motoru, pro běžný provoz postačuje hodnota CČ Dle konstrukce motoru je potřebné používat palivo s odpovídajícím cetanovým číslem, jinak dochází k nerovnoměrnému zatížení, špatnému spalování a zvýšenému opotřebení (Roubíček, 2000). Minimální hodnota cetanového čísla u motorových naft je dána normou ČSN EN 590. U motorových naft pro mírné klima musí dosahovat cetanové číslo hodnoty minimálně 51. Cetanové číslo se nejčastěji stanovuje experimentálně na zkušebním vznětovém motoru. Cetanové číslo lze zvýšit aditivací, sloučeninami jako např. tetranitromethan, nbutylnitrát, tetralinhydroperoxid. Mezi další důležité kvalitativní parametry motorové nafty patří zejména viskozita, hustota, cetanový index (CI), korozivní vlastnosti paliva, bod tuhnutí, teplota vylučování parafínu (TVP), filtrovatelnost za nízkých teplot (CFPP). Viskozita ovlivňuje vlastnosti aerosolu paliva, který vzniká při vstřikování do spalovacího prostoru. Při vyšší viskozitě dochází k horšímu rozprašování paliva do spalovacího prostoru, horšímu shoření, vyšší produkci nespálených reziduí, včetně vyšší kouřivosti motoru. 12

13 Viskozita pod 1.2mm2.s-1 způsobuje nadměrné opotřebení kovových částí vstřikovacího systému, naopak od 6mm2.s-1 se zvětšuje hydraulický odpor v palivové soustavě, čerpadlo je více namáháno, jak uvádí (Vlk, 2004). Měrná hustota motorové nafty se musí pohybovat ve stanoveném rozmezí, zejména kvůli způsobu odměřování dávky paliva vstřikovacím systémem, jelikož vstřikovací systém odměřuje dávku paliva objemově, nikoliv hmotnostně. Uvádí se rozmezí od 800 do 880kg.m-3. Rozdílná hustota paliva se projeví na dosaženém výkonu motoru, zejména pokud klesne pod minimální požadovanou hodnotu dle příslušné normy. Síra obsažená v palivu slouží jako mazivo pro nejvíce namáhané součásti vstřikovacího systému. V současné době platí nařízení, dle kterého nesmí obsah síry v motorové naftě přesáhnout 10mg/kg, nařízení vstoupilo v platnost dne Jde o celosvětově sledovaný problém, jelikož tento prvek má vliv na velikost exhalací oxidu siřičitého, pevných částic a emisí NOX. Síra je nahrazována novými aditivními přípravky. Nezanedbatelným parametrem je teplota vylučování parafínů (Cloud point) a filtrovatelnost za nízkých teplot (CFPP). Vyloučené krystalky parafínu obsaženého v motorové naftě způsobují při nízkých teplotách problémy v palivové soustavě. Ve většině případů dochází k ucpání palivového filtru a snížení, nebo úplnému zamezení přísunu paliva do vstřikovacího zařízení. Teplota vylučování parafínů (CP) označuje teplotu, při které se v palivu začnou objevovat první krystaly parafínu. Filtrovatelnost za nízkých teplot (CFPP) udává přehled o použitelnosti nafty v závislosti na okolní teplotě. Jde o minimální teplotu, při které přestává palivo protékat v rámci laboratorních zkoušek filtrem s definovanou velikostí pórů, vzhledem k jeho ucpání vyloučenými krystaly parafínu, (Roubíček, 2000). Motorové nafty jsou v České Republice děleny dle bodu tuhnutí. V ČR je distribuována motorová nafta pro mírné klima, tabulka č.1, nebo motorová nafta pro arktické klima, tabulka č.2. Dle ročního období je distribuována do sítě čerpacích stanic motorová nafta s rozdílnou teplotou filtrovatelnosti, viz. tabulka 3. Vsoučasnosti je do motorové nafty přidáváno maximálně 5 % MEŘO. 13

14 Tabulka 1: Třídy motorové nafty pro mírné klima dle ČSN EN 590 Třída Jednotka Teplota filtrovatelnosti Zkoušení dle CFPP třída A C 5 EN 116 CFPP třída B C 0 EN 116 CFPP třída C C -5 EN 116 CFPP třída D C -10 EN 116 CFPP třída E C -15 EN 116 CFPP třída F C -20 EN 116 Tabulka 2: Třídy motorové nafty pro arktické klima dle ČSN EN 590 Třída Jednotka Teplota filtrovatelnosti Zkoušení dle CFPP Třída 0 C -20 EN 116 CFPP Třída 1 C -26 EN 116 CFPP Třída 2 C -32 EN 116 CFPP Třída 3 C -38 EN 116 CFPP Třída 4 C -44 EN 116 Tabulka 3: Filtrovatelnost motorové nafty, dle období její distribuce (Roubíček, 2000) Období filtrovatelnost Letní Do 0 C Přechodné Do -10 C Zimní do -20 C do -10 C přechodné 14

15 3.3 Paliva nebiologického původu Ve vznětových spalovacích motorech konstruovaných pro konvenční palivo lze spalovat alternativní paliva, u některých paliv je potřeba spalovací motor patřičně technicky upravit, jelikož ne vždy jsou vlastnostmi tyto paliva totožné s motorovou naftou. Jedná se vesměs o paliva, která tvoří různé kombinace konvenčního paliva s přídavkem dalších složek. K jejich výrobě nejsou použity suroviny čistě biologického původu, vždy obsahují určité procento ropných frakcí Emulzní motorová nafta Jedná se o alternativní palivo. Jeho podstata spočívá v míchání motorové nafty s vodou v podobě emulze. Ve Francii, Itálii mají bohaté zkušenosti se směsí obsahující 85 % NM, 13 % vody, 2 % ostatních přísad. Přísady mají na starost zabránění slučování vody, rozptylují ji do malých kapek (Vlk, 2006). Technické požadavky na emulzní naftu definuje norma ČSN Emulzní naftu lze spalovat v běžných motorových vozidlech. Směs se nazývá Aquazole, původně byla vyvíjena společností Elf. Skladování se provádí jako u běžné motorové nafty. Další varianta představuje míchání bionafty směsné nafty s vodou, směs se nazývá Aquaster. Tuto směs testuje společnost Elf, předpokladem je rapidní snížení emisí CO2, včetně pevných částic. Vstřikování emulze vody s naftou příznivě ovlivňuje spalovací proces, dochází ke snížení produkce pevných částic. Emulze snižuje špičkové teploty ve spalovacím prostoru, výfukové plyny mají nižší výstupní teplotu. Emisní limity NO X jsou nižší ve srovnání s čistou motorovou naftou. Emulzní nafta je při delším skladování značně nestabilní. V zimním období se rapidně zhoršuje filtrovatelnost. Motor běžící na emulzní naftu má menší výkon, až o 15 %. Voda obsažená v palivu může podporovat korozi spalovacího prostoru. U motorů s opotřebenou pístní skupinou proniká do klikové skříně, vniká do motorového oleje. Ten následně může ztrácet své užitné vlastnosti. 15

16 3.3.2 Bionafta 2. generace směsná nafta V zahraničí se pod názvem biodiesel (přeloženo jako bionafta) rozumí pouze metylestery mastných kyselin rostlinných olejů, popřípadě tuků. V České republice a na Slovensku prodělala definice bionafty svůj poněkud odlišný vývoj. Zpočátku (při koncipování tzv. Oleoprogramu projektu na zpracování řepky na motorové alternativní palivo v r. 1991) byl význam bionafta totožný s MEŘO. V té době se u nás počítalo s využíváním čistého MEŘO ve vznětových motorech (podobně je tomu dnes v Rakousku, Německu). V průběhu realizace Oleoprogramu však u nás došlo k jednoznačnému příklonu k používání směsného paliva do vznětových motorů, tzv. směsná motorová nafta (s obsahem nad 30 % hm. a max. obsahem 36 % hm. MEŘO, další podíl paliva tvoří ropné produkty tak, aby byla splněna další podmínka: biologická rozložitelnost výsledného směsného paliva=90 % za 21 dní podle mezinárodního testu CEC). Toto směsné palivo si zachovává řadu ekologických předností MEŘO a má i některé provozní výhody proti čistému MEŘO. Současný systém ekonomické podpory (daňové úlevy) u nás vytvořil podmínky pro cenovou konkurenceschopnost směsného paliva se zmíněným podílem MEŘO vůči klasické motorové naftě. Díky němu je cena směsného paliva nižší než cena motorové nafty (cena čistého MEŘO je však výrazně vyšší), (Pokorný, 1998). V podstatě lze dle technické normy ČSN pojem bionafta zařadit do paliv pro vznětové motory s obsahem metylesteru mastných kyselin v motorové naftě (od 30 % hm. a do 36 % hm. MEŘO). Směsná bionafta není zatížena spotřební daní (obsah MEŘO přes 30 % hm, biologická rozložitelnost přes 90 % za 21 dní dle testu CEC), spadá do skupiny nižší sazby daně z přidané hodnoty (5 %), je také osvobozena od daně z příjmů v zahajovací etapě. Kvalitu směsného paliva definuje norma ČSN , viz. tabulka č.4 Při použití směsné motorové nafty dochází ke šnížení produkce CO a HC, kouřivosti. Dochází však k navýšení produkce emisí NOX. Při použití směsné nafty dochází k poklesu výkonu až o 5 % ve srovnání s motorovou naftou, měrná spotřeba paliva se zvyšuje. Oproti čistému MEŘO nedochází k tak výraznému ředění motorového oleje. Směsné palivo se vyznačuje lepší mazivostí ve srovnání s čistou motorovou naftou. Palivo lze použít ve standardním vznětovém motoru bez jakýchkoliv technických úprav. 16

17 Tabulka 4: Fyzikální vlastnosti směsné nafty dle normy ČSN (Jevič, 2004) Vlastnosti Hustota při 15 C Kinematická viskozita při 40 C Cetanový index Filtrovatelnost (CFPP): Mezní hodnoty Měrné Min. Max. kg.m ČSN EN ISO 3675 mm2. s-1 2,00 4,50 ČSN EN ISO ČSN třída B C 0 - třída D C -10 C třída F Destilační zkouška: - do 250 C % obj. - do 350 C % obj do 370 C Bod vzplanutí (PM) Voda Conradsonův zbytek % obj. C mg.kg-1 95 > 55 (vztaženo na 10% zbytek po destilaci) Síra Popel Obsah mechanických nečistot Korozivní působení na <65 ČSN ČSN ČSN EN ČSN % hm. 0,30 ČSN % hm. % hm. 0,04 0,01 ČSN EN ISO 8754 ČSN EN ISO 6245 mg.kg-1 24 Stupeň Třída 1 měď (3h při 50 C) koroze Číslo kyselosti mg KOH/1g 0,25 Obsah metylesterů mastných kyselin, Zkouší se dle jednotky % hm. > 30 řepkového oleje* 36 ČSN ČSN EN ISO 2160 ČSN ISO 660 ČSN ČSN ISO 660 ČSN ČSN ČSN ISO 660 Výhřevnost (přibližná) MJ.kg-1 40,5 ČSN * Obsah metylesterů mastných kyselin řepkového oleje je vyjádřen jako metyloleát a je stanoven číslem esterovým (= číslo zmýdelnění číslo kyselosti) 17

18 3.3.3 Zemní plyn CNG, LNG Zemní plyn je získáván přímou podpovrchovou težbou. Je složený z 85 % metanu (CH4), 10 % dusíku a oxidu uhličitého a 5 % vyšších uhlovodíků. Dle způsobu skladování se odvozuje zkratka označující jeho formu. CNG (Compresed Natural Gas) je stlačený zemní plyn, pod tlakem 20MPa. LNG (Liquid Natural Gas) představuje zkapalněný zemní plyn. Objem se stlačením u CNG zmenšuje až 200násobně, kdežto u LNG až 600násobně. Zemní plyn je lehčí než vzduch, nemá tendenci se držet u země. Zemní plyn je vysoce čisté palivo, má velmi nízké emise. Emise pevných částic jsou v případě plynového pohonu nižší v porovnání s motorovou naftou. Vykazuje také snížení emisí NOX, CO a CO2, který se nejvíce podílí na skleníkovém efektu, dále aromatických a polyaromatických uhlovodíků, aldehydů. V emisích zemního plynu téměř chybí oxid siřičitý (Vlk, 2006). Zemní plyn je nesrovnatelně levnější oproti benzinu, či motorové naftě. Evropská unie plánuje v roce 2020 využití až 10 % zemního plynu v rámci pohonu spalovacích motorů. Zemní plyn může vykazovat různé vlastnosti, složení, dle místa těžby, jak uvádí tabulka č.5 (Laurin, 2006) Tabulka 5: Vlastnosti a složení zemního plynu dle místa těžby (Laurin, 2006) Složení NG Jednotka Ruský NG Norský NG Holandský NG CH4 % hm. 98,3 84,7 82,6 C2H 6 a vyšší % hm. 0,8 13 4,6 N2 % hm. 0,8 0,4 11,7 CO2 % hm. 0,1 1,9 1,1 9,4 10,6 8,7 Výhřevnost [kwh.nm ] -3 Nejperspektivnější se jeví u automobilové nákladní, případně autobusové dopravy. Ve světe je toto palivo u autobusů velmi rozšířeno, zejména ve velkých městech, i u nás v České Republice dochází k rozvoji LNG, CNG pohonu. Tabulka č.6 uvádí přehled hodnot po jednom natankování pro autobus s dojezdem 500km v porovnání s motorovou naftou (NM) 18

19 Tabulka 6: Přehled hodnot při natankování NM, CNG u stejného vozidla (Vlk, 2006) NM CNG Hustota paliva [kg.m-3] Výhřevnost [MJ.kg ] 42,5 47, Přetlak v nádrži [MPa] Objem nádrže [L] Zvýšení hmotnosti [kg] Motor spalující zemní plyn produkuje mnohem méně emisí jak při spalování motorové nafty. Dochází k poklesu emisí oxidu uhelnatého, pevných částic, organických látek, jak je také uvedeno dle normy EHK 49 v tabulce č. 7 (Vlk, 2006). Tabulka 7: Porovnání hodnot emisí vznětového motoru při spalování NM, CNG (Vlk, 2006) Motor na NM Motor na CNG NOX CO HC PT g.kw-1.h-1 g.kw-1.h-1 g.kw-1.h-1 g.kw-1.h-1 13,4 4,6 5,9 0,3 2,9 0,3 0,03 0,06 Běžný vznětový spalovací motor však není schopen bez náležitých úprav toto palivo spalovat. Nejběžnější úpravou je přestavba vznětového motoru na zážehový. Snižuje se kompresní poměr, motor se doplňuje klasickou zapalovací soustavou pro zážehové motory. Po těchto úpravách už nelze hovořit o vznětovém motoru. Pokud je vznětový motor upraven pro spalování CNG, případně LNG, nelze jej používat na motorovou naftu. Přestavby vznětových motorů na CNG nelze brát po stránce ekonomické za příliš efektivní, pokud vezmeme v úvahu zejména vyšší cenu vznětového motoru. Jako mnohem jednodušší se jeví přímá přestavba originálního zážehového motoru. Přestavba vznětového motoru na plynné palivo se jeví zajímavější spíše u starších a technicky jednodušších vznětových motorů, které mají také zároveň všeobecně horší emisní charakteristiky, které dokáže použití tohoto plynného paliva podstatně zlepšit. Velkou nevýhodu představují také objemné nádrže, nezanedbatelně totiž zvyšují hmotnost vozidla. Pokud jsou použity novější materiály, např. na bázi kompozitních materiálů, lze hmotnost nádrží minimalizovat. V České Republice je v současnosti nevelká síť čerpacích stanic na CNG, oproti dostupnosti motorové nafty je možnost doplňení CNG poměrně omezená. 19

20 3.4 Paliva biologického původu Do této skupiny můžeme zařadit paliva pro vznětové motory, která se vyrábí ze zdrojů biologického původu. Může se jednat o rozličné výrobní zdroje. Ať už se jedná o samotné produkty rostlin, živočichů, nebo do prvotní výrobní fáze vstupují jejich části. Neobsahují žádné ropné frakce ani její samotný podíl. Kdyby nebyla potřeba ropa k jejich výrobě, byly by prakticky nezávislé na existenci ropy a mohly by převzít roli konvenčních paliv. Připadá v úvahu i využití jinak, mnohdy dále nevyužívaných produktů, jako jsou rostlinné zbytky, produkty zemědělství rostlinná biomasa, posklizňové zbytky atp Bioethanol Biolíh lze využít k pohonu vznětových spalovacích motorů, stejně jako methylalkohol. Hojně se používá míchaný s ostatními palivy, např. motorovou naftou, nebo i samotný. V minulosti, už ve dvacátých letech minulého století, byl ethanol přidáván do benzinu v Československu. V následujícím období byl ethanol přidáván do benzinu až do 50tých let. V USA je běžně využíváno palivo s označením E15, obsahující 15 % ethanolu. K největšímu rozvoji spalování ethanolu došlo v Brazílii díky programu PROALCOOL, bohužel jeden z negativních dopadů spočívá v kácení deštných pralesů a osazování vzniklých ploch potřebnými plodinami. Existuje více způsobů výroby založených na bázi zpracování biologických produktů (brambory, řepa, obilí, kukuřice, cukrová třtina) a na hydrataci ethylenu, produktu pyrolýzy ropných frakcí (Roubíček, 2000). Přehled přibližné výtěžnosti ethanolu dle použitých plodin pro jeho výrobu ukazuje tabulka č.8. Bioethanol se vyrábí: - fermentací přírodních cukrů (cukrovka, cukrová třtina) - fermentací z uhlovodíků nebo ze škrobu (brambory, obiloviny) - kyselou nebo enzymatickou hydrolýzou celulózových látek (dřevo, sláma) 20

21 Tabulka 8: Příklady výtěžnosti bioethanolu dle konkrétní použité plodiny (Roubíček, 2000) Výtěžnost ethanolu [L/t] Výnos [t/ha] Produkce ethanolu [L/ha] 370 5, Cukrovka (bulvy) Brambory (hlízy) Topinambur (hlízy) Čirok cukrový (nadzemní část) Kukuřice (zrno) , Pšenice 393 4, Ječmen 368 4, Žito 355 3, Oves 334 3, Plodina Pšenice ozimá (zrno) Kukuřice (stonek) Spalování ethanolu, případně i methanolu, s sebou nese zvýšení emisí CO a CH, zároveň však dochází k rapidnímu snížení produkce pevných částic. Problém může představovat vyšší obsah aldehydů ve výfukových spalinách (Vlk, 2006). Etanol je velmi vhodný ke spalování v zážehových spalovacích motorech, díky velmi podobných vlastnostem jako mají benziny, zejména kvůli vysokému oktanovému číslu (104). Bohužel mají nízké cetanové číslo, které působí problémy během spalování ve vznětovém motoru. Tento nedostatek je třeba upravovat aditivy zvyšující cetanové číslo. Tato aditiva jsou založena na bázi éterů, nitrátů, jak uvádí (Třebický, 2006). Alkoholy mají bohužel nižší výhřevnost ve srovnání s benzinem, případně motorovou naftou, díky tomu dochází ke vzrůstu měrné spotřeby paliva. Úpravy palivové soustavy musí zabezpečit až 1.7násobné zvýšení dávky paliva (Vlk, 2006). Tabulka 9: Srovnání fyzikálních vlastností ethanolu, benzinu, NM Ethanol Benzin Nafta 26,9 43,7 42,5 21,4 32,3 35,3 Výparné teplo [MJ.kg ] 0,86 0,32 0,41 Bod varu [ C] 78,3 99,2 150 Oktanové číslo [-] Výhřevnost [MJ.kg-1] Výhřevnost [MJ.l ] -1-1 Cetanové číslo [-] Hustota při 20 C [Kg.m ] -3 21

22 Vysoké výparné teplo má pozitivní vliv na objemovou účinnost motoru. Část odpařujícího se paliva odebírá teplo naplněné, komprimované směsi ve válci a zároveň zlepšuje chlazení namáhaných částí pohonného mechanizmu motoru. Přídavek ethanolu v motorové naftě zhoršuje v některých ohledech její vlastnosti, zejména výhřevnost, viz. tabulka č.10 Tabulka 10: Vliv přídavku ethanolu v NM na snížení výhřevnosti, emisí (Vlk, 2006) Přídavek ethanolu 5% 10% 15% Snížení výhřevnosti 2% 4% 5% Snížení kouřivosti 10% 16% 19% Snížení obsahu CO 31% 38% 45% U zážehových motorů se v podstatě neprovádí zásadní technické úpravy pro spalování ethanolu. Je potřeba zabezpečit potřebnou - zvýšenou dodávku paliva, kvůli nižší výhřevnosti ethanolu. Stechiometrický poměr ethanolu se vzduchem je 9:1 (Vlk, 2006). Podstatné riziko může představovat vyšší korozní agresivita ethanolu vůči kovovým součástem motoru. U vznětových motorů je problematika tohoto paliva složitější. V první řadě se jedná o nízké cetanové číslo ethanolu, čili odolnost proti detonacím. Tento nedostatek lze odstranit aditivací, upravující cetanové číslo do hodnot vznětovým motorem akceptovalných. Pozornost je třeba věnovat vstřikovacímu systému, kde může nízká mazivost ethanolu způsobit nadměrné opotřebení, případně poruchu. U motoru je vhodné pro zlepšení spalování ethanolu zvětšit kompresní poměr, až na hodnotu 1:28. Tímto se částečně odstraní nedostatek vyplývající z nízkého cetanového čísla. Následně je možno snížit obsah aditiva pro úpravu cetanového čísla, do 5 %. Dávka vstřikovaného paliva musí být větší. Zvětšuje se předvstřik paliva. Vyměňují se materiály těsnění, palivových filtrů (Třebický). Jedna z možností jak se vyhnout těmto problémů, je přestavět vznětový motor na zážehový. Motory, vyráběné výhradně pro provoz na čistý ethanol, jsou zcela odlišné konstrukce. 22

23 3.4.2 Biomethanol Methanol je nazývaný též jako dřevný líh. Biomethanol se vyrábí z dřeva tzv. suchou destilací. Lze použít i biomasu. V současné době se průmyslově vyrábí katalytickou hydrogenací oxidu uhelnatého ze směsi vodíku a oxidu uhelnatého za vysokých teplot (250 C) a tlaků (5 až 10MPa) a za přítomnosti katalyzátorů na bázi směsi mědi, oxidu zinečnatého a oxidu hlinitého. Dále je možno jej také vyrobit z některých fosilních paliv, z uhlí nebo zemního plynu. Tyto způsoby výroby však nenaplňují primární myšlenku alternativních biopaliv. methanol lze použít jako čisté palivo, nebo jeho směs. V USA je používána směs s označením M85, obsahující 85 % methanolu a 15 % benzinu. Palivo M100, což představuje pouze čistý methanol je určen pro těžké vozidla. Společnost FORD, Isuzu, Mitsubishi vyrábí motory určené přímo pro provoz na methanol. Nejnovější motory umožnují provoz na jakýkoliv poměr benzinu a methanolu, označují se jako FFV (Flexible Fuel Vehicle), (Vlk, 2006). Vlastnosti methanolu jsou uvedeny v tabulce č.11. Tabulka 11: Srovnání fyzikálních vlastností methanolu, benzinu, NM (Vlk, 2006) methanol Benzin Nafta Výhřevnost [MJ.kg-1] 19,7 43,7 42,5 Výhřevnost [MJ.l ] 15,6 32,3 35,3 Výparné teplo [MJ.kg-1] 1,09 0,32 0,41 Bod varu [ C] 64,5 99,2 150 Oktanové číslo [-] Cetanové číslo [-] Hustota při 20 C [Kg.m ] -3 Emise motoru spalujícího methanol jsou nižší ve srovnání s konvenčními druhy paliv, zejména biomethanol vyrobený ze dřeva snižuje emise všech škodlivin až o 70 %. U vznětových motorů snižuje produkci pevných částic. Viz. tabulka č.12 Tabulka 12: Snížení emisí při spalování methanolu ve vznětovém motoru Emise Snížení emisí NOX 65% CO 95% HC 95% Pevné částice 100% 23

24 Vzhledem k nízké výhřevnosti se rapidně zvyšuje měrná spotřeba paliva. Stechiometrický poměr methanolu a vzduchu je 6,5:1 (Vlk, 2006). Vyšší výparné teplo oproti etanolu, má za následek ještě lepší chlazení součástí spalovacího prostoru a nižší tepelné namáhání. Teplota spalin je v porovnání s benzinem nižší. Vznětové motory je potřeba upravit na zážehové. U zážehových motorů dovoluje použít vyššího kompresního poměru, jelikož má vyšší oktanové číslo, motor má lepší výslednou termickou účinnost. methanol má výhodu v několika faktorech. Při hoření má nižší teplotu plamene, což může být v případě havárie výhoda. Vyznačuje se menší těkavostí v porovnání s benzinem. Je rozpustný ve vodě. Hlavní nevýhodou methanolu je poměrně velká toxicita vůči lidskému organismu. Jeho výpary jsou jedovaté. Při požití může množství 60ml představovat smrtelnou dávku. V menším množství způsobuje napadení nervové soustavy, může dojít k oslepnutí. Vstřebává se pokožkou. Při nízkých teplotách dochází k problematickým startům motoru. Proto se používají předehřívače paliva. Jistý problém představuje také formaldehydový zápach, vznikající při studeném startu a po dobu zahřívání motoru. Tuto dobu produkce zápachu zkracují různá aditiva. U kovových částí motoru dochází k rychlejší korozi, degraduje i některé druhy plastů. 24

25 3.4.3 Dimetyléter Dimethyléter (dále jen DME) je kapalné palivo, které bude v budoucnu stále více využíváno k pohonu vznětových motorů. Lze jej vyrobit jednak z ropy, a také jako biopalivo ze dřeva. V prvním případě se jedná o reformaci na syntézní plyn, který se skládá z vodíku a oxidu uhelnatého, ten lze následně transformovat na kapalná paliva, LPG, methanol, nebo i DME. Při výrobě ze dřeva je potřeba pro získání 1 tuny DME cca. 3 tuny dřeva (Laurin). DME je bezbarvý plyn, má chloroformový zápach. Není jedovatý, je mírně dráždivý na dýchací cesty, působí narkoticky. Vlastnosti ve srovnání s jinými palivy jsou uvedeny v tabulce č.13. Tabulka 13: Fyzikální vlastnosti DME ve srovnání s propanem, NM (Laurin) Parametr Jednotka DME Propan Nafta Obsah C % hm. 52,2 81,72 ~86,3 Obsah O2 % hm. 34,8 0 ~0,004 Obsah H % hm ,28 ~13,5 Bod varu C -24,9-42, ~836 0,15-2,5...6 ~240 ~540 ~270 7,8 12,9 11,94 Hust. kapaliny, 20 C, 101,3 KPa kg.m -3 Viskozita cp Teplota vzplanutí C Výhřevnost kwh.kg Výhřevnost kwh.l-1 5,2 6,46 9,97 Stechiometrický poměr kg/kg 9 15,8 ~14, % 3, ,12...9,35 0,6...6,5 Cetanové číslo Výbušnost směsi se vzduchem -1 DME má vhodné cetanové číslo pro užití ve vznětovém motoru. Ve srovnání s motorovou naftou má nižší výhřevnost, nízkou viskozitu, asi 30krát nižší (Laurin). Je nutné jej uchovávat v nádobách pod tlakem (nízký bod varu okolo -24,8 C). Špatná mazivost paliva, je nutná aditivace. Je agresivní vůči plastům, pryžím. Má krátké prodlení vznícení. V kombinaci s methanolem, max. do obsahu 15 % DME zlepšuje jeho spalovací vlastnosti, zejména vznětlivost (Laurin). 25

26 Vstřikování DME je u vznětového motoru prováděno stejným způsobem jak u motorové nafty. Bez aditivace mazivostní přísadou může působit problémy na pohyblivých částech vstřikovacího zařízení. Vstřikovací tlaky nejsou potřebné tak vysoké, jak je tomu u vstřikování motorové nafty, LAURIN uvádí cca MPa pro systém Common Rail. Palivová soustava musí být upravena. Spalováním DME, v porovnání s motorovou naftou, klesá produkce emisí, zejména oxidu dusíku, pevných částic. Emise CO se zvyšují, ty lze snížit oxidačním katalyzátorem, viz. graf č.1. Graf 1: Emisní hodnoty paliva DME a NM (Laurin) DME má velmi dobré vlastnosti pro užití ve vznětovém motoru. Není třeba upravovat kompresní poměr motoru. Výkonové parametry jsou srovnatelné s motorovou naftou. 26

27 3.4.4 Methylestery, ethylestery - MEŘO, EEŘO Jedná se o kapalné palivo pro vznětové spalovací motory, vyráběné chemickou úpravou z rostlinných olejů, popřípadě i živočišných tuků. Do jisté doby se používalo pro methylestery mastných kyselin označení Bionafta 1. generace. Do letošního roku nebylo prakticky čisté MEŘO v ČR distribuováno. Dle posledních informací by mělo být v současnosti na specifických čerpacích stanicích k dostání i samotné, čisté MEŘO. V sousedních zemích, jako např. Rakousko, Německo, je toto palivo stále hojně používáno a má zde dlouholetou tradici. Lze rozeznávat několik druhů methylesterů, dle jejich hlavní výrobní složky. V tabulce č.14 jsou uvedeny mezinárodní zkratky vycházející z anglické terminologie dle použitých surovin při výrobě. Tabulka 14: Druhy esterů, anglické zkratky dle suroviny pro výrobu (Roubíček) RME SME SOME FAME VUOME REE Rapeseed Methyl Ester Sunflower Methyl Ester Soya Methyl Ester Falty Acid Methyl Ester Vaste Used Oil Methyl Ester Raps Ethyl Ester Methylester Řepkového Oleje - MEŘO Methylester Slunečnicového oleje Methylester sójového oleje Methylester živočišných tuků Methylester z použitých olejů Ethylester řepkového oleje Při použití methanolu ve výrobním procesu je produktem Methyl Ester Řepkového Oleje (MEŘO), při použití ethanolu vzniká produkt nazývaný Ethyl Ester Řepkového Oleje (EEŘO). Chemický proces se nazývá reesterifikace. Z řepkového oleje se za působení katalyzátoru spolu s methylalkoholem získává výsledný, zatím pouze surový produkt MEŘO. Vedlejším produktem bývá surový glycerin. Ten se po chemické rafinaci a čištění využívá dále v chemickém průmyslu (Pokorný, 1998). Existují dva postupy výroby, lišící se především teplotou. První metoda je tzv. dvoustupňová, teplota reakce je cca C za přítomnosti methanolu, spolu s katalyzátorem, celý postup se opakuje dvakrát. Druhá metoda je typická teplotou C, za zvýšeného tlaku cca. 5MPa (Roubíček, 2000). Následně se získaný produkt dále filtruje, upravuje. Viz. Schéma na obrázku č

28 Obrázek 1: Schéma výroby MEŘO Čisté MEŘO neobsahuje téměř vůbec síru. Produkce oxidů síry při spalování MEŘO je zanedbatelná. Oxidy síry představují ekologické nebezpečí v podobě kyselých dešťů. Z tohoto důvodu se jeví jako perspektivní do budoucna, jelikož celkový nynější trend upřednostňuje snižování jejího obsahu v motorových palivech. Kouřivost ve srovnání s motorovou naftou nedosahuje takových hodnot. MEŘO patří mezi dobře biologicky odbouratelné látky, během 21 dní se ho rozloží až 98 %. Celková produkce emisních látek ve výfukových exhalacích je prokazatelně nižší než u motorové nafty. Tabulka 15: Pokles produkce emisí u MEŘO ve srovnání s motorovou naftou (Pokorný) Emise Bez oxidačního katalyzátoru S oxidačním katalyzátorem CO 15 % 98 % CH 38 % 92 % Pevné částice 31 % 68 % NOX Vyšší o 5 %, případně nižší, dle konkrétního typu motoru Cytotoxita výfukových exhalací při provozu motoru na MEŘO je větší oproti motorové naftě, kdežto karcinogenita exhalací je nižší. Emise polycyklických aromatických uhlovodíků jsou ve srovnání s motorovou naftou nižší, jak uvádí (Vlk, 2006). MEŘO obsahuje cca. 98 % methylesterů mastných kyselin řepkového oleje, max. 1 % směsi mono -, di a triglyceridů, max. 0.3 % volných mastných kyselin, max. 0.3 % methanolu, max % volného glycerolu (Pokorný, 1998). 28

29 Tabulka 16: Výhřevnost a obsah prvků obsažených v MEŘO a motorové naftě Prvek [%] MEŘO NM C 76,5-77,5 86,5 87,0 H 12,1-12,3 13 O 10,4-11,0 0 S 0,002 0,003 Max. 0,05 Výhřevnost [MJ.kg-1] 37,2 42,8 Provoz vznětového motoru na MEŘO může způsobit několik problémů. Ty vyplývají z jeho vlastností. Největší nevýhoda spočívá v agresivitě vůči některým druhům pryže. Pokud se jedná o motor nekonstruovaný výrobcem přímo pro provoz na čisté MEŘO, doporučuje se výměna pryžových těsnění, včetně palivových hadic, za adekvátní náhrady, odolné vůči jeho negativním účinkům. V současné době již existují motory certifikované pro provoz na MEŘO, ať se jedná o zemědělskou techniku, či např. osobní automobily. Nátěrové hmoty můžou po styku s tímto palivem zcela degradovat. Při přechodu z motorové nafty na MEŘO je důležité hlídat palivový systém, protože může dojít k rozpuštění úsad, které jsou jinak v motorové naftě stabilní. Spalovací motor může podléhat zvýšeným korozním vlivům (Vlk, 2006, str. 140). Motor spalující MEŘO může v extrémních případech trpět tzv. ředěním motorového oleje. Motorový olej podléhá degradaci, ztrácí své vlastnosti, dochází k tzv. polymeraci, zvyšuje se riziko poškození motoru. Proto se provádí zkrácení výměnného intervalu motorového oleje. Existují také motorové oleje odolávající působení paliv tohoto druhu. MEŘO obsahuje velké množství látek pryskyřičné povahy, dále se jedná o kaly a látky polymerní povahy, nazývané jako Solid Organic Fraction (SOF). Zmiňované látky mají za následek, že ve spalovacím prostoru může docházet ke zvýšené tvorbě pevných úsad. SOF se podílejí mimochodem také na ředění motorového oleje (Vlk, 2006). MEŘO v zimních obdobích trpí špatnou filtrovatelností, je nutné používat aditiva. Měrná spotřeba MEŘO je ve srovnání s motorovou naftou vyšší až o 10 %, je to zapříčiněno nižší výhřevností paliva. Standardní vznětový motor nepotřebuje nijak technicky složité úpravy, nejčastěji se mění jen pryžové díly. V současnosti automobilky vyrábí vozidla, která jsou schopna zcela bez problémů pracovat s tímto palivem (Vlk, 2006). 29

30 3.4.5 Rostlinné oleje a tuky Rostlinné oleje a tuky je možno vyrábět z velké škály rostlin. V našich klimatických podmínkách se pěstují jako hlavní olejniny řepka olejná (Brassica napus L.), slunečnice roční (Heliantus annus L.) a jako doplňkové len olejný, mák, hořčice bílá, v některých oblastech také sója, světlice barvířská, roketa setá, lnička setá, konopí seté (Cannabis sativa), tykev olejná (Cucurbita pepo, var. oleifera) aj. Dále lze rostlinné oleje a tuky získat z pestré škály rostlin, velmi často cizokrajného původu, jedná se např. o olej z podzemnice olejné, dále palmový olej (Elaeis guineensis), kukuřičný olej (Zea mays), olivový olej (Olea europaea), kokosový olej (Cocos nucifera), bavlníkový olej (Gossypium hirsutum), oleje z ořechů, rýžový olej, sezamový olej (Sesamum indicum), skočec obecný (Ricinus communis) aj., (Wikipedia, vegetable oil). Roční světová produkce nejdůležitějších olejnin dosahuje v průměru 400 milionů tun, (fao.org). Ve světě je největším zdrojem rostlinného oleje Sója, viz. tabulka č.17. V České republice je dominující olejnina Řepka. V roce 2009 se v ČR sklidilo téměř 1,3mil. tun olejnatých semen, podrobnější přehled uvádí tabulka č.18. Osevní plochy řepky dosáhly prozatím nejvyšší hodnoty v roce 2008, kdy bylo oseto kolem 360tis. ha. V roce 2009 došlo k mírnému poklesu, nicméně až na drobné výjimky každoročně osetá plocha řepkou roste. V roce 1980 činila plocha osetá řepkou pouhých 65tis. hektarů, (ČSÚ). Nejvyšší výtěžnosti oleje z 1ha sklizené plochy dosahuje Palma olejná, udává se až 5950l/ha. V tabulce č.19 je uveden přehled průměrné výtěžnosti oleje z 100kg semen u vybraných olejnin. V grafu 2 je zobrazena přepočtená průměrná výtěžnost oleje z 1000kg semen. Každoroční nárust zemědělských ploch s řepkou je pravděpodobně způsoben vzrůstající poptávkou po surovině pro výrobu MEŘO. Samotný rostlinný olej v ČR není zaveden a distribuován jako oficiální palivo pro spalovací motory. V zahraničí, např. v Německu je rostlinný olej velmi často k dostání u samotných čerpacích stanic. Nejjednodušším způsobem jak si opatřit palivo v podobě rostlinného oleje je zakoupení oleje určeného na konzumaci v patřičných obchodních prodejnách. 30

31 Tabulka 17: Světová produkce nejvýznamnějších olejnin (FAO) Rok [mil. tun] Plodina ,2 219,9 211,9 Bavlníkové semeno 44,9 43,7 40,6 Řepka 47,6 48,5 57, ,4 35,1 Slunečnice 30,4 28,9 32,8 Palmové jádra 10,1 11,2 11,7 5,2 5,1 5,3 408,4 392,7 395,1 Sója Podzemnice olejná (neloupaná) Kokos Celkem Tabulka 18: Produkce olejnin v České Republice za rok 2008 a 2009 (ČSÚ) Plodina Řepka Sklizeň 2008 [t] Plocha 2009 [ha] Průměrný výnos [t/ha] Sklizeň 2009 [t] Rozdíl , , Soja , Mák , Hořčice , , , , Slunečnice Len setý Ostatní olejniny Celkem Tabulka 19: Vybrané olejniny a výtěžnost oleje ze 100kg semen (journeytoforever.org) Druh Výtěžnost oleje ze 100 kg semen Skočec obecný ricinový olej 50 kokos 62 Bavlníkové semeno 13 Podzemnice olejná - jádra 42 hořčice 35 Jádra palmy olejné 36 Plody palmy olejné 20 řepka 37 Sezamové semeno 50 sója 14 slunečnice 32 31

32 Výtěžnost oleje z 1000 kg semen vybraných olejnin 700 Výtěžnost oleje [kg] és ov e nic eč ja a y lm pa o né é jn ole j ole ný en em y lm pa am n sl u só z Se pk ře dy Plo a dr Já vé ko lní c be ce á řči jn ho ole e nic o em en dz m se Po v Ba co če s ko ko o Sk Graf 2: Vybrané olejniny a výtěžnost oleje z 1000 kg semen Rostlinné oleje se nejčastěji vyrábí lisováním ze semen olejnin. Efektivnost lisování se zvyšuje extrakcí oleje z pokrutin, ve kterých je poměrně velké procento zbylého oleje. Po extrakci a lisování se olej rafinuje, odslizuje, neutralizuje, suší ve vakuu, u potravinářských olejů následuje ještě bělení a deodorace (Roubíček, 2004), viz. Obrázek č.2 Obrázek 2: Schéma výroby rostlinného oleje 32

33 Rostlinné oleje všeobecně oxidují a polymerují při styku s kyslíkem. Náchylnost k oxidaci a polymeraci se liší dle konkrétního druhu oleje. U nasycených rostlinných olejů je odolnost proti oxidaci nejvyšší, naopak u nenasycených je nejnižší. Za nasycené můžeme považovat oleje netuhnoucí, resp. nevysychavé. Rostlinné oleje dělíme dle reakce se vzduchem na 4 skupiny: 1.) Oleje netuhnoucí, čili nevysychavé olej olivový, podzemnicový, tyto oleje zůstávají na vzduchu kapalné a žluknou až po delší době 2.) Oleje slabě vysychavé sem patří např. olej mandlový a řepkový 3.) Oleje polovysychavé na vzduchu se stávají polotuhými, patří k nim olej bavlníkový, slunečnicový a makový 4.) Oleje tuhnoucí a vysychavé jejich tuhnutí je způsobeno tím, že snadno polymerují a přitom pohlcují kyslík ze vzduchu, patří k nim olej ořechový U rostlinných olejů se pro hodnocení náchylnosti k polymeraci a oxidaci používá tzv. jodové číslo Iodine Value (IV). Pro stanovení jodového čísla u rostlinných tuků a tolejů se používá norma ČSN EN ISO Jodové číslo udává, do jaké míry je olej nebo tuk stabilní, odolný proti oxidaci a polymeraci. Oleje s nízkým jodovým číslem jsou vhodné jako palivo pro vznětové spalovací motory. Odolávají vyšším teplotám, při styku s motorovým olejem nedochází k tak rychlé polymeraci. Jistou paralelu může představovat vhodnost pro teplou kuchyni, kde jsou oleje vystavovány poměrně vysokým teplotám. Oleje s vysokým jodovým číslem jsou nevhodné pro použití v neupraveném vznětovém motoru, jsou spíše vhodné pro esterifikaci, kterou dojde k úpravě jodového čísla k příznivějším hodnotám. Hodnota nad 125 je pokládána za méně vyhovující při využití rostlinného oleje ve vznětovém motoru. V tabulce č.20 jsou uvedeny teploty tuhnutí a jodová čísla vybraných olejů a tuků, (journeytoforever, 1999). Rostlinné oleje mají ve srovnání s motorovou naftou odlišné vlastnosti, nejzřetelnější je vyšší viskozita, viz. tabulka č.21. Dále má rostlinný olej dvakrát větší Conradsonův karbonizační zbytek oproti motorové naftě (Roubíček, 2000). 33

34 Tabulka 20: Bod tuhnutí a jodové číslo vybraných olejů a tuků (journeytoforever.org) Olej / tuk Bod tuhnutí [ C] Jodové číslo [-] Kokosový olej Palmový olej - jádrový Skopový lůj Hovězí lůj - 50 Palmový olej Olivový olej Ricinový olej Slunečnicový olej Sojový olej Tungový dřevný olej -2,5 168 Lněný olej Podzemnicový olej Řepkový olej Bavlníkový olej Sardinkový olej Tabulka 21: Bod tuhnutí, jodové a cetanové číslo vybraných olejů a tuků a teplota tuhnutí jejich esterů (journeytoforever.org) Olej / tuk Bod tuhnutí [ C] Jodové číslo Cetanové číslo Olej Methylester Ethylester [-] [-] Řepkový olej - nízkoeruk Řepkový olej Slunečnicový olej Olivový olej Sojový olej Bavlníkový olej Kukuřičný olej Kokosový olej Palmový olej - jádrový Palmový olej Lůj Vepřové sádlo

35 Rostlinný olej obsahuje obsahuje poměrně velké množství látek pryskyřičné povahy, dále se jedná o kaly a látky polymerní povahy, nazývané jako Solid Organic Fraction (SOF). Zmiňované látky mají za následek, že ve spalovacím prostoru dochází ke zvýšené tvorbě pevných úsad. SOF se podílejí mimochodem také na ředění motorového oleje, tzv. polymeraci (Vlk, 2006). Tabulka 22: Vlastnosti vybraných rostlinných olejů (Vlk, 2006) Rostlinný olej Parametr Jedn. Řepkový Slunečnicový Lněný Sojový Podzemnicov ý kg.m Bod vzplanutí C Bod tuhnutí (zákalu) C ,7 65, ,5 84,3 40,56 39,81 39,51 39,73 39,99 Hustota Kinematická viskozita mm2.s-1 (20 C) Spalné teplo MJ.kg-1 35

36 3.5 Potravina nebo palivo? Jídlo, nebo palivo? Takovou otázku by jsme si mohli položit hned na začátku. Obětují lidé palivům jednu z nejcennějších komodit potraviny? Je nepochybné, že pokud by lidstvo chtělo zajistit produkci biopaliv, která by pokryla většinovou spotřebu konvenčních paliv, potýkalo by se pravděpodobně s novou hrozbou hladem. Jídlo vs biopaliva je celosvětově diskutovaným tématem. Existují pozitivní i negativní názory. Argumenty by měly být zhodnoceny v rámci celosvětové situace, nikoliv pouze lokálně. Mělo by se brát na zřetel prostředí sledované země, resp. konkrétního území (zvyšující se ceny potravin, stagnující zemědělství, nevyužití výnosového potenciálu atp.). Velmi problematické se jeví rozvojové země. V těchto zemích je často na úkor produkce potravin navyšována produkce biopaliv za účelem snadného zisku. V Brazílii byl nedávný nedostatek jídla a růst cen přisuzován programu ProAlcool. Dle posledních šetření se však nepotvrdilo, že by negativním způsobem zasáhl Brazílii etanolový program ProAlcool, nedostatek jídla a růst cen byl způsoben zejména špatnou státní politikou v rámci exportu zemědelských komodit, (journeytoforever, 1999). Velmi debatovaným problémem je, zda jsou na Zemi k dispozici potřebné plochy, které by mohly zajistit i nadále nutné množství potravin a zároveň i biopaliv. Světová populace neustále roste, s tím souvisí i vzrůstající potřeba potravin. Velmi sledované téma je exportní politika USA. Prezentované riziko nedostatku potravin obrací zrak celého světa na pokračující exportní politiku USA, která vyváží obrovské množství zemědělských produktů (zejména kukuřice, obilí) k potlačení hladovění v rozvojových zemích. Co se týká biopaliv všeobecně, panuje obava, že pokud by prudce začala růst poptávka po biopalivech, došlo by k přeorientování zemědělské produkce na jejich výrobu na úkor produkce potravin, nutných pro zajištění existence lidstva, (journeytoforever.org, 1999). Problematika tzv. polemiky jídlo vs. paliva je velmi komplexní. O této problematice by se dalo rozsáhle polemizovat. Za mnohými teoriemi a názory může v jejich pozadí působit politický, či i jiný lobing, což nelze v současné situaci vyloučit. 36