Dopravní fakulta Jana Pernera. Znečištění životního prostředí z dopravy, využití alternativních paliv a alternativních zdrojů energie.

Transkript

1 U N I V E R Z I T A P A R D U B I C E Dopravní fakulta Jana Pernera Znečištění životního prostředí z dopravy, využití alternativních paliv a alternativních zdrojů energie Seminární práce Vypracoval: ing. Bašta Václav

2 Obsah: Úvod Část první - produkce emisí silniční motorovou dopravou Analýza znečištění ovzduší v ČR v souvislosti s předpisy EU Posuzování vlivu emisí vozidel a kvality pohonných hmot Část druhá využití alternativních paliv a dalších alternativních zdrojů energie v dopravě, jejich vliv na zátěž životního prostředí a energetická náročnost dopravních systémů Základní aspekty používání alternativních paliv Požadavky na spotřebu motorových paliv Biopaliva Kapalná biopaliva Porovnání vlastností klasických a alternativních motorových paliv Bioetanol pro palivářské užití v ČR Aktuální stav výroby a odbytu biopaliv na bázi řepkového oleje v ČR Plynná biopaliva Jiné zdroje biopaliva Alternativní paliva na bázi fosilních surovin Využití zemního plynu ( CNG, LNG) Využití zkapalněných rafinérských produktů (LPG) Ostatní alternativní paliva Ostatní faktory ovlivňující spotřebu energie Hybridní pohony Elektromobily Nízkoemisní vozidla

3 2.14 Jiné typy pohonů vozidel Závěr Použitá literatura Souhrn, klíčová slova Použité zkratky

4 Úvod Seminární práce je věnována vlivu dopravy na životní prostředí. Práce je rozdělena na dvě samostatné kapitoly. První kapitola se zabývá produkci emisí motorových vozidel v souvislosti s předpisy EU. Dále je zde zhodnocen současný stav produkce emisí z dopravy a prognóza na celostátní i regionální úrovni, včetně predikce emisí do roku Druhá kapitola se zabývá alternativními zdroji paliv. Kromě již známých typů alternativních paliv je v práci věnována pozornost některým specifických druhům paliv a novým typům pohonů. Poslední část je zaměřena na nová technická řešení směřující k výhledovému využití dnes již známých zdrojů energií: vodíku,biomasy a sluneční energie. -3-

5 1. Část první produkce emisí silniční motorovou dopravou 1.1 Analýza znečištění ovzduší v ČR v souvislosti s předpisy EU Míra znečištění venkovního ovzduší imisní situace je objektivně zjišťována monitorováním koncentrací znečišťujících látek a porovnáním zjištěných koncentrací s imisními limity, případně s přípustnými četnostmi překročení imisních limitů, jakožto úrovněmi, které by dle legislativy neměly být v ochraně ovzduší překračovány [1]. Schválením Směrnice Rady 96/62/EC o hodnocení a řízení kvality ovzduší (Rámcová směrnice) vytvořila EU budoucí způsob postupu pro zachování, případně zlepšení kvality vzduchu tak, aby došlo k zabránění, předcházení a snižování vlivů znečištěného ovzduší na lidské zdraví a ŽP. Základním posláním Rámcové směrnice je nejen definice a stanovení cílů, ale i zavedení jednotných metod a kritérií pro posuzování kvality ovzduší ve všech členských zemích. K dosažení limitních hodnot ve stanovených termínech zavedla Rámcová směrnice koncepci každoročně se snižujících tolerančních mezí tak, aby toleranční mez dosáhla nuly k datu vyhovění limitním hodnotám. Cíle uvedené v této směrnici budou vždy konkretizovány v následných takzvaných dceřiných směrnicích tím, že budou určeny pro jednotlivé škodlivé látky limitní úrovně a prahové hodnoty odvozené od aktualizovaných doporučení Světové zdravotnické organizace (WHO). Navazující směrnice 99/30/EU (tzv. První dceřiná směrnice) stanovuje v ovzduší limitní hodnoty pro oxid siřičitý, oxid dusičitý a oxidy dusíku, olovo a suspendované částice (limitní hodnota je vztažena na prachovou frakci PM10), dále směrnice 2000/69/EC určuje limitní hodnoty pro oxid uhelnatý a benzen, a konečně byla přijata směrnice 2002/3/EC stanovující limitní hodnoty pro ozon. Nová česká legislativa zcela reflektuje požadavky EU na kvalitu ovzduší stanovením limitních hodnot cílených na ochranu zdraví dle doporučení WHO. Nařízení vlády č. 350/2002 Sb. stanovuje imisní limity a meze tolerance pro oxid siřičitý, oxid dusičitý a oxidy dusíku, oxid uhelnatý, suspendované částice, benzen, olovo, nikl, rtuť a navíc také limitní hodnoty pro kadmium, arsen, nikl, amoniak a polyaromatické uhlovodíky vyjádřené jako benzo(a)pyren. Dále pak stanoví cílové imisní limity a dlouhodobé cíle pro troposférický ozon a depoziční limit pro prašný spad. Rovněž stanovuje měření úrovně znečištění ovzduší a hodnocení při posuzování úrovně jeho znečištění, zabývá se také oblastmi a místy se zhoršenou kvalitou ovzduší. Tabulka 1 uvádí sestavený přehled imisních limitů, mezí tolerance, četnost dovolených překročení v kalendářním roce i data splnění vymezených limitů pro jednotlivé znečišťující látky.

6 -4- Tabulka 1. Imisní limity a meze tolerance pro látky znečišťující ovzduší Zdroj: Nařízení vlády č. 350 / 2002 Sb. -5-

7 Rámcová směrnice 96/62/EC požaduje v souladu s principem subsidiarity (realizace opatření požadavků na nejnižší možné řídící úrovni), aby členské státy rozdělily svá území do zón s hodnocením a řízením kvality ovzduší a tak co nejvhodněji administrativně zajistily hodnocení a řízení kvality ovzduší na celém svém území. Nové směrnice EU pro kvalitu ovzduší požadují po členských státech rozdělit svá území do zón, příp. aglomerací, a v těchto zónách hodnotit kvalitu ovzduší. Zóny jsou tedy primární jednotky pro řízení kvality ovzduší a směrnice specifikují požadavky na hodnocení kvality ovzduší v jednotlivých zónách. Aglomerace jsou pak definovány směrnicemi jako zóny s počtem obyvatel nad nebo s počtem obyvatel nižším, ale s takovou hustotou obyvatelstva na km2, která opravňuje nutnost stanovení a řízení kvality ovzduší na tomto území. Podle obecně přijímaného výkladu v členských zemích má vymezení zón vycházet především z administrativního členění státu tak, aby zóny jako administrativní jednotky mohly plnit požadavky, které směrnice stanovují na hodnocení kvality ovzduší, předávání zpráv Komisi a řízení kvality, např. formou akčních plánů. Požadavek vymezení zóny tak, aby na jedné straně vyhovovalo administrativnímu členění státu a na druhé straně respektovalo územní rozložení znečištění jednotlivých příměsí může být obtížně splnitelný. V souladu s právem EU (96/62/EC a 2001/81/EEC) vymezuje Nařízení vlády č. 351/2002 Sb. základní pojmy: kritická zátěž, územní jednotka sítě, kritická úroveň, národní a krajské emisní stropy, směrovou a cílovou hodnotu, emisní projekci a inventuru i acidifikaci. Hodnoty emisních stropů je nutné na území ČR dosáhnout nejpozději v roce V následujících letech musí být pak tyto hodnoty snižovány dále tak, aby v roce 2020 nebyly překročeny kritické zátěže. Tabulka 2 uvádí hodnoty národních emisních stropů a tabulka 3 doporučené hodnoty krajských emisních stropů pro vybrané znečišťující látky v roce Hodnoty jsou stanoveny podle Goeteborského protokolu-aceto o omezení acidifikace, eutrofizace a přízemního ozonu k Úmluvě EHK OSN o dálkovém znečišťování ovzduší překračujícím hranice států. Stanovené hodnoty emisních stropů mohou být sníženy v rámci národních programů, prokáže-li se potřeba a rovněž reálná možnost řešení. Tabulka 2. Hodnoty národních emisních stropů v roce 2010

8 -6- Tabulka 3. Doporučené hodnoty krajských emisních stropů v roce 2010 pro vybrané znečišťující látky Zdoj: Příloha č.1 k Nařízení vlády 351/2002/Sb. Porovnání stanovených emisních stropů pro ČR s dosavadní úrovní emisí uvádí tabulka 4. Z uvedených hodnot vyplývá, že ČR v současnosti splňuje požadavky na emise SO2 a NH3, překročeny jsou emisní stropy pro NOx a VOC. K dosažení emisního stropu pro oxidy dusíku bude nutné vyvinout značné úsilí, neboť se jedná o snížení emisí NOx o 40 % do roku Jak uvádí Zpráva o stavu ŽP v ČR za rok 2001, ke slabým stránkám aktuálního stavu ŽP patří i nadále vysoké měrné emise oxidu uhličitého, zejména vzhledem k průměrům EU. Nárůst hustoty automobilové dopravy je příčinou pouze mírně klesajícího či dokonce místy rostoucího trendu imisního zatížení oxidy dusíku. Tabulka 4. Srovnání produkce emisí v ČR se stanovenými emisními stropy * rok Posuzování vlivu emisí vozidel a kvality pohonných hmot Vývoj jakosti motorových paliv pro zážehové a vznětové motory je v posledních letech výrazně ovlivňován požadavky na ochranu ŽP, zejména zlepšení kvality ovzduší, neboť automobilová doprava patří mezi největší zdroje jeho znečištění. Proto již v říjnu 1998 schválil Evropský parlament a Rada Směrnici 98/70/EC, ve které s platností od zavedl přísnější kriteria, než uvádí Evropská norma pro motorová paliva EN 228/1998. Další následné zpřísnění požadavků na kvalitu paliv pak proběhlo ještě od v souladu se Směrnicí Komise 2000/71/EC. Tyto kvalitativní požadavky pro benzínové i naftové pohonné hmoty jsou uvedeny v tabulce 5.

9 -7- Tabulka 5. Předpisy pro PHM dle Směrnice 98/70/EC Ke trendu zlepšování jakosti pohonných hmot se veřejně přihlásily významné petrolejářské společnosti, které hledají cesty jak vyrábět paliva pro motory ještě lepších užitných a ekologických vlastností než předepisují příslušné technické normy. Také Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu (ČAPPO) vyhlásila už pro roky Ekologickou iniciativu, jejíž cílem bylo v místních podmínkách dosahovat příznivějších parametrů, než stanoví normy a předpisy o ochraně ŽP. Jednalo se především o nové parametry, obsah aromátů a olefinů, a zpřísnění obsahu benzenu a síry v automobilových benzínech. Novým ukazatelem jsou polyaromatické uhlovodíky a zpřísnění obsahu síry v motorové naftě. Vyhodnocení výsledků plnění jakostních ukazatelů jsou uvedeny v tabulce 6. Z uvedeného přehledu vyplývá, že firmy sdružené v ČAPPO splnily závazky pro tehdy platné normy ČSN EN 228 a ČSN EN 590 se značnou rezervou. Této kvality PHM bylo dosaženo důslednou péčí výrobců, dovozců i značkových distribučních firem a jejich úzkou spoluprací. Značný podíl na tomto faktu měla i osvěta a ekologické uvědomění vedení zaměstnanců společnosti [3]. Tabulka 6. Srovnání ukazatelů jakosti PHM pro motorová vozidla Vysvětlivky: (n) není normován v platné ČSN EN. Skutečné hodnoty jakostních parametrů propočteny váženým průměrem českých výrobců (výroba) a 90 % segmentu dovozců (dovoz). Nebylo zaznamenáno jednorázové překročení sledovaného ukazatele jakosti. Z tabulky 7 je patrné, že tuzemští výrobci (Česká rafinérská a.s. a PARAMO a.s.) byli schopni vyrobit PHM s přísnými jakostními znaky EU [3], až na obsah benzenu v automobilovém benzínu již v předstihu před existencí Vyhlášky MPO ČR 227/2001 Sb., kterou se stanoví požadavky na PHM pro provoz vozidel na pozemních komunikacích a způsob sledování a monitorování jejich jakosti. Tato skutečnost vyplývá z posledního sloupce této tabulky, kde jsou uvedeny hodnoty z přílohy č. 1 (Jakostní ukazatele pro paliva určená pro

10 vozidla vybavená zážehovými motory) a přílohy č. 2 (Jakostní ukazatele pro paliva určená pro -8- vozidla vybavená vznětovými motory) k této vyhlášce. Dále tato vyhláška stanovuje přísnější limit 0,005 g.l-1 pro obsah olova než směrnice 98/70/EC, která předepisuje hodnotu 0,013 g.l-1. Tabulka 7. Srovnání parametrů výroby PHM v ČR s parametry platnými v EU Jako příklad vysoce dynamického ovlivňování kvality PHM politickými kroky se jeví příklad SRN. Jak je uvedeno v [4] podařilo se v Německu v důsledku politického snažení, tedy cestami daňových předpisů, zavést předpisy Směrnice 98/70/EC platné od roku 2005 pro kvalitu PHM s velkým předstihem. Již od byl v prodeji benzín Superplus s obsahem síry 50 mg.kg-1a od prakticky bezsírový ϒ 10 mg.kg-1. Na základě dobrovolného ujednání mezi Spolkovou vládou, automobilovým a petrolejářským průmyslem jsou PHM, které obsahují 50 mg.kg-1 síry (tedy předpokládaný obsah platný k ) zatíženy na jeden litr dodatečně daní ve výši 0,015 Euro. Od pak dojde k dalšímu zatížení daní ve stejné výši pro PHM s obsahy síry vyššími než 10 mg.l-1. K tomu však bude nutné vyvolat změny Směrnice 98/70/EC, kterou navrhlo Německo EU. Rada EU však předpokládá německou Spolkovou vládou navržené daňové zatížení snížit. Vývoj automobilové dopravy v posledních desetiletích v evropských průmyslově vyspělých státech vedl k tomu, že se doprava stala stejně významným emitorem zatěžujícím ŽP jako průmysl. Např. v Německu dle oficiální statistiky Umweltbundesamt [5] se podílí doprava z 51 % na produkci CO, z 35 %na produkci NOx a z 21 % na produkci VOC. Emisní legislativa je určována dokumenty EHK OSN a EU (Direktivy EC). Emisní předpisy obou těchto subjektů jsou ve shodě, liší se pouze v dobách jejich vstupu v platnost. Přehled vybraných předpisů souvisejících s produkcí emisí u vozidel všech kategorií vybraných z přílohy č. 1 k Vyhlášce MDS 341/2002 Sb. je uveden v tabulce 8. Tabulka 8. Přehled homologačních předpisů EHK OSN a směrnic EU souvisejících s produkcí emisí u vozidel všech kategorií

11 -9- Emisní legislativa rozděluje motorová vozidla do následujících základních kategorií: - osobní (M1) a lehká užitková (N1) vozidla s hmotností < 3,5 t se zážehovými a vznětovými motory (předpisy EHK OSN 15, EHK OSN 83, EURO); - dvou nebo tříkolové motocykly se zážehovými motory a objemem > 50 cm3 (předpis EHK OSN 40); - dvou nebo tříkolové motocykly se zážehovými motory a objemem < 50 cm3 malé motocykly a mopedy (předpis EHK OSN 47); - autobusy, lehké, střední a těžké nákladní automobily s hmotností > 3,5 t se vznětovými motory i zážehovými motory spalujícími plynná paliva (předpis EHK OSN 49); - speciální pracovní stroje a traktory s výkonem > 37 kw se vznětovými motory (předpis EHK OSN 96). Emisní předpisy vydané EU jsou všeobecně známy jako tzv. EURO předpisy. V tabulkách 9 a 10 jsou přehledně shrnuty platnosti předpisů pro motorová vozidla EURO a

12 EHK OSN Tabulka 9. Přehled platnosti všech sérií předpisu EHK OSN 83 pro produkci nových automobilů Tabulka 10. Porovnání emisních předpisů EURO a EHK OSN 83 pro kategorie vozidel M1 a N1 Podstatným zdrojem emisí automobilů je motor (karburátor a výfuk), dále pak odvětrání nádrže PHM a podvozek (pneumatiky a brzdy). Složení výfukových plynů motorů je rozdílné podle typu motoru (benzínový, naftový) a jízdního režimu, jakož i druhu a kvalitě PHM. Jak benzínové, tak i naftové motory emitují při provozu CO, NOx, organické sloučeniny a na obsahu síry v PHM závislý SO2. Komponenty organických sloučenin jsou směsí skládající se z více než 100 látek [6]. Vzhledem k ovzduší jsou z hygienického hlediska středem zájmu především aromáty jako benzen, toluen, xyleny, PAU i aldehydy. Spalovací motory emitují kromě plynných komponent také pevné částečky, jejichž množství jsou u benzínových motorů oproti naftovým řádově na nižších úrovních. Emise sazí u automobilů se vznětovými motory představují vysoké karcinogenní riziko pro zdraví obyvatelstva, zvláště pak dětí v obcích [7]. Tabulka 11. Limitní hodnoty škodlivin [g.km-1] ve výfukových plynech pro produkci nových automobilů v EU Zdroj: Bayerisches Landesamt fuer Umweltschutz, 2002

13 osobní automobily s přímým vstřikováním -11- Tabulka 11 uvádí limitní hodnoty deklarované předpisy EU u škodlivých komponent ve výfukových plynech nově vyráběných automobilů. Emisní limity pro nákladní vozidla a autobusy nerozlišují hmotnost ani zdvihový objem motoru a jsou vyjadřovány v hodnotách g.kwh-1. Jednoduchým přepočtem při známém průměrném výkonu motoru [kw] za daných podmínek a rychlosti vozidla [km.h-1] lze získat emisní hodnoty v kg.km-1 [3]. Pro nové nákladní automobily a autobusy jsou sledované limitní hodnoty škodlivin ve výfukových plynech uvedeny v tabulce 12. Tabulka 13 uvádí limitní hodnoty pro mopedy a motocykly. Obdobně jako v případě osobních a lehkých užitkových vozidel bude zpřísňování emisních limitů vyžadovat řadu konstrukčních změn a úprav i u nákladních automobilů a autobusů. Tabulka 12. Hodnoty výfukových plynů pro nové nákladní automobily a autobusy [g.kwh-1] Zdroj: Bayerisches Landesamt fuer Umweltschutz, 2002 Tabulka 13. Hodnoty výfukových plynů u motocyklů a mopedů [g.km-1] Legislativa v ČR v oblasti ŽP a dopravy se přijatými dokumenty v r výrazně posunula směrnicím a dokumentům EU, což je nezbytné vzhledem k časovému harmonogramu o přistoupení ČR k EU. K uvedenému stavu přispívá skutečnost, že předpisy EHK OSN týkající se dopravy a ŽP jsou shodné s příslušnými směrnicemi ES. Vznikající nová česká legislativa respektuje směrnice EU. Bylo zjištěno, že maximální přípustné obsahy znečišťujících polutantů ve výfukových plynech motorových vozidel i PHM v ČR jsou na

14 stejné úrovni jako v zemích EU Využití alternativních paliv a dalších alternativních zdrojů energie v dopravě, jejich vliv na zátěž životního prostředí a energetická náročnost dopravních systémů Základní aspekty používání alternativních paliv Dopravní prostředky v současné době využívají pro svůj pohon paliva prakticky výhradně fosilního původu. Spotřeba energie v dopravě se blíží 40 % celkové spotřeby energie ve světě. Stále silněji se projevuje vliv trvale rostoucí produkce skleníkových plynů na klimatické podmínky planety a potvrzuje se vyčerpatelnost fosilních zdrojů energie. Přechod sektoru dopravy na trvale udržitelný způsob provozu je proto zásadní podmínkou jeho dalšího rozvoje. Globální změny klimatu stejně jako zajištění energetických zdrojů pro příští generace se stávají vážným politickým tématem ve všech vyspělých státech. Tyto skutečnosti je nutno si uvědomit s plnou zodpovědností nejen za budoucnost vlastní země, ale i za budoucnost celé planety. Provoz motorových vozidel se zásadním způsobem podílí na znečišťování životního prostředí. Negativní důsledky jsou nejvýznamnější v urbanizovaných územích, kde představují vážná zdravotní rizika pro obyvatele. Významného snížení této zátěže lze dosáhnout konverzí naftových motorů u městských autobusů, obslužných a zásobovacích vozidel, na pohon v současnosti dostupnými druhy alternativních paliv. Alternativní paliva pro pohon motorových vozidel by měla v budoucnu nahradit dnes používaný benzin a motorovou naftu. Zavádění alternativních paliv v dopravě je tedy jednou z možných cest ke snižování znečištění ovzduší způsobeného provozem dopravních prostředků. V důsledku jednoduššího chemického složení a struktury uhlovodíků vzniká spalováním CNG nebo LPG oproti naftě o % méně CO2. Plyn jako palivo motorů silničních vozidel může také značně zmírnit produkci pevných částic, oxidů dusíku, benzenu, některých vyšších uhlovodíků, a oxidu uhličitého. Předpokladem k dosažení takového snížení je však správné řešení a technická úroveň spalovacího motoru. Ve srovnání s naftovými motorem dosahují spalovací motory na alternativní paliva nižších hodnot emisí hygienicky nejzávažnějších škodlivin, zejména pevných částic (PM), polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH) včetně polycyklických aromatických uhlovodíků karcinogenních (PAHkarc.). Měření znečištění ovzduší polycyklickými aromatickými uhlovodíky v blízkosti autobusů poháněných motory naftovými a na zemní plyn prováděná Hygienickou stanicí Karviná zjistila o % nižší znečištění motory na zemní plyn. Výsledky jiných měření

15 -13- (KSD/VŠCHT, 1997), uvádí řádově stokrát nižší podíl PAH v celkově emitovaných uhlovodících u motorů na CNG. Výrazné snížení koncentrace pevných částic ve spalinách je mimořádně příznivým efektem z toho důvodu, že částice na sebe váží vysoce škodlivé PAH a PAHkarc. Nižší jsou i emise NOx, CH a CO. Na druhé straně spalování zemního plynu vede k vyšším koncentracím metanu ve spalinách. To je možno řešit odpovídajícími konstrukčními opatřeními na motoru a použitím oxidačního katalyzátoru ve výfukovém systému vozidla. Emitované nespálené uhlovodíky z plynového zážehového motoru jsou z hygienického hlediska méně závažné než emise vyšších uhlovodíků naftového motoru. Celkové hodnocení provedených emisních měření a výzkum složení výfukových plynů ze spalovacích motorů poukazuje na ekologické výhody využívání alternativních paliv. Jejich používání je výhodné jak z hlediska požadavků dnešní legislativy, tak z pohledu znečišťování ovzduší a rizika znečištění ostatních složek prostředí. Nižší emise NOx a hlavně nízké emise pevných částic jsou účinným opatřením k potlačení vzniku smogových situací. V případě NOx potom i ke snížení acidifikace životního prostředí. Výsledky měření emisí a provozní zkušenosti s bionaftou II.generace jasně napovídají, že jde o palivo, které alespoň částečně pomůže snížit množství emisí při provozu vznětových motorů. Využití bionafty jako alternativního paliva je dále vhodné v ekologicky citlivých oblastech a u stavebních strojů, kde případný únik paliva může ohrozit zasažené ekosystémy. Nevýhodou tohoto druhu bionafty je vysoký podíl fosilní složky. Naopak její výhodou je použitelnost ve vznětových motorech bez potřeby zásadnější změny v konstrukci. Z výsledků všech měření emisí u plynových motorů vyplývá, že plyn jako palivo pro spalovací motory je palivem plně ekologickým. Je možno konstatovat, že úprava spalovacích motorů na LPG v kombinaci s oxidačním katalyzátorem, a na CNG, má jednoznačně kladný efekt na množství emitovaných oxidů dusíku, oxidu uhelnatého, částic, aldehydů a polyaromatických uhlovodíků. Z paliv, které jsou v současnosti v České republice nejsnáze dostupné, se více prosazuje LPG, neboť přestavba motoru na jeho spalování je jednodušší než pro CNG. LPG je navíc dostupnějším palivem, neboť infrastruktura plnících stanic je již dostatečně hustá. Výstavba infrastruktury potřebné pro LPG je levnější a jednodušší než pro CNG. Jako palivo pro motory je ale jednoznačně kvalitnější CNG, a to hlavně díky vysoké antidetonační odolnosti, která umožňuje oproti LPG vyšší kompresní poměr, a tím zvýšit i účinnost motoru. Zemní plyn lze označit za perspektivní palivo, jehož vlastnosti a dostupnost budou doceněny v blízké budoucnosti. V Evropě má téměř čtvrtinu emisí CO2 na svědomí automobilová doprava, v celosvětovém měřítku je to asi 17 %. Právě snížení emisí oxidu uhličitého je hlavní prioritou všech výrobců automobilů. Nedá se přitom očekávat, že by se zastavil růst počtu motorových vozidel. Zatímco v roce 1900 jezdilo po světe 8000 automobilů, v současné době je to mezi 600 až 800 miliony a předpokládá se, že do roku 2050 může tento počet narůst až na 2 miliardy. Hlavními cestami, jak snížit zatížení životního prostředí emisemi CO2 jsou: zvýšení účinnosti spalovacích motorů a tím snížení jejich spotřeby; diverzifikace zdrojů energie (elektřina, zemní plyn, bioplyn, vodík, a pod.); vývoj obnovitelných zdrojů energie a zdokonalování motorů využívajících alternativní paliva.

16 Požadavky na spotřebu motorových vozidel Světová energetická rada (WEC) konstatuje, že doprava je nejrychleji se rozvíjejícím odvětvím, které mělo za posledních 20 let jen rostoucí požadavky na spotřebu ropy. Podle údajů WEC je v některých zemích Organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj (OECD) 600 vozidel na obyvatel, i když většina zemí vně OECD má méně než 20 automobilů na obyvatel. Jak je uvedeno ve zprávě WEC z roku 1996, z uvedených faktů vyplývá možnost dalšího podstatného rozšiřování silniční dopravy. S tím je spojeno další zvyšování energetické spotřeby a nutnost rozvoje dopravní infrastruktury. Zpráva WEC se zabývá vývojem do roku Předvídá se zájem o problém globálního oteplování omezený na země OECD, nečlenské země vně OECD se budou koncentrovat na své vlastní problémy. Podle WEC bude trendem počátku tisíciletí snížení významu osobních automobilů ve srovnání s kamionovou a leteckou dopravou. Očekává se, že spotřeba energie pro osobní automobily výhledově klesne ze stávajících 50 % z celkové dopravní potřeby na 30 %. Jejich využití klesne na 30 % proti dnešním 50 %. Počet automobilů očekávaný Světovou energetickou radou na silnicích kolem r se předpokládá 1,118 miliardy, za jistých podmínek, např. vhodného rozvoje letecké a železniční hromadné dopravy může klesnout však na 775 milionů. Podle odhadů Shell International Petroleum Co. Ltd., se na světových silnicích nyní pohybuje 600 milionů vozidel. Vozidla spálí ročně více než 600 mil. t benzínu a 370 mil. t motorové nafty. To odpovídá spotřebě l.s-1. Spálením 1 t motorové nafty vzniká 2,8 t emise oxidu uhličitého. Státy Evropské unie produkují ročně mil. t tohoto skleníkového plynu. Omezení skleníkového efektu, oteplování zeměkoule a zabránění nevratných klimatických změn s katastrofálním účinkem na lidskou společnost je možné jen maximálními energetickými úsporami a využíváním obnovitelných energetických zdrojů. 2.3 Biopaliva Biopaliva jsou jedním ze základních alternativních a perspektivních druhů energie. Možností využití energie biomasy je celá řada a výzkum tohoto oboru přináší konkrétní výsledky, které jsou postupně uplatňovány v praxi. Energetická bilance při pěstování řepkového oleje vyznívá velmi příznivě: energetický vstup pro řepku včetně agrotechniky a zpracování na olej činí 17,6 GJ ha-1, zatímco výstup 46,6 GJ ha-1 (podle dr. Friedricha z berlínského výzkumného ústavu UBA) což je 2,65 násobný zisk energie z jednoho hektaru. Vezme-li se však do bilance energetický obsah vedlejších produktů (např. slámy, šrotu, glycerinu a pod.), pak podle údajů výzkumníků francouzského ústavu SOFIPROTEOL stoupne energetický zisk až 6 krát a z 1ha můžeme v našich poměrech získat až 1000 kg surového oleje po technologickém zpracování řepkového semene.

17 2.3.1 Kapalná biopaliva -15- Nejvyšší potenciál z obnovitelných energií má energie z biomasy. Stávající agrární politika předpokládá, že více než 0,5 mil. ha orné půdy v České republice bude možno využít pro fytoenergetiku. Kromě tepelného využití biomasy jako biopaliva (sláma, stromová kůra, dřevní štěpka, brikety a pelety) je v oblasti fytoenergetiky významnou oblastí substituce stávajících motorových paliv biopalivy, zejména bionaftou, rostlinnými oleji, bioetanolem, případně upraveným bioplynem nebo dřevoplynem. Využití rostlinných olejů jako motorového paliva je možné dvojím postupem. První cesta je technologické transformace rostlinného oleje na bionaftu alkylesterizací spojené s odstraněním vysoké viskozity a malé těkavosti rostlinných olejů. Druhou cestou je přizpůsobování motorů pro používání rostlinného oleje. V České republice je zavedena výroba bionafty jako metylesteru řepkového oleje na 14 malých výrobnách s kapacitou t a dvou průmyslových výrobnách ( t Milo Olomouc; t Mydlovary). Produkovaná bionafta je neomezeně mísitelná s motorovou naftou a palivovou směs bylo možno získat již u řady čerpacích stanic. Řepkový metylester lze bez potíží používat i neředěný motorovou naftou ve veškerých vznětových motorech za předpokladu, že pryžová a plastová těsnění a armatury budou vyměněny za součástky odolné k působení metylesteru. Zároveň může dojít ke snížení viskozity motorového oleje, který je třeba měnit v kratších intervalech. Některé nové sériové modely osobních automobilů se vznětovými motory jsou již upraveny a povoleny pro využití bionafty. Bionafta je doporučena v nových sériích stavebních a technických strojů, v zemědělských traktorech a samochodných strojích. Energetická a ekonomická efektivnost výroby bionafty souvisí s efektivním krmivářským využitím řepkových pokrutin a s recyklací odpadů z výroby bionafty, kterým je směs glycerínu a metylalkoholu. Druhou cestou je přizpůsobení motoru rostlinnému oleji. Technické řešení je možné ve více variantách. Původní dieselův motor vynalezený v roce 1895 byl konstruován na podzemnicový olej, jeho dlouhodobý další vývoj byl však spojen s motorovou naftou. Pro využití čistého rostlinného paliva se hledají vhodná konstrukční řešení. V roce 1989 představila německá firma Eicher zemědělcům traktor s tříválcovým motorem o výkonu 80 kw na řepkový olej. Firma Motorenfabrik Manheim upravuje motory pro použití na řepkový olej. Firma Heizomat Hilpolstein vyrábí optimalizovaný Elsbettův motor rovněž pro přímé využití oleje jako paliva. K získávání oleje jsou nabízeny malé kontinuálně a pomalu pracující šnekové lisy o výkonnosti kg/hod, které lze nastavit pro zpracování jednotlivých druhů semen a požadovaného stupně lisování. Vzhledem k nižší výtěžnosti ve srovnání s průmyslovými lisovnami je možno při lisování řepkového semene získat 70 % hmotnosti pokrutin s krmnou hodnotou sójového šrotu. Z ekologického hlediska jsou biopaliva na bázi rostlinných olejů z řady aspektů výhodnější než motorová nafta. Bioenergetické výstupy biopaliva z řepkového oleje jsou minimálně 2,5krát vyšší než ostatní vstupy energií (včetně pěstování). Další biopalivo, které se v současné době v ČR začíná využívat je bioetanol vyráběný buď z obilnin nebo z cukrovky. Jeho hlavní uplatnění bude jako aditivum v benzinové směsi Natural, kde nahradí stávající aditivum na bázi metylalkoholu připraveného z fosilních zdrojů. V některých státech se připravují palivové směsi až s 20% přídavku bioetanolu. Uplatnění bioplynu jako motorového paliva také není novou záležitostí. Již před 20 lety byl komprimovaný bioplyn získávaný v čistírnách odpadních vod využíván pro pohon nákladních automobilů. S výstavbou nových bioplynových stanic na zpracování bioodpadu

18 -16- může být využití bioplynu jako motorového paliva obnoveno. Biologickým zpracováním např. 10 kg kuchyňských odpadů lze získat 1 m 3 čistého bioplynu, což je palivo pro 10 km jízdy osobního automobilu. Další možností výroby motorových biopaliv je zplynování fytomasy nebo bioodpadů se setrváním vstupní suroviny 1-2 sekundy v reakční zóně při teplotě reaktoru cca 500 C. Tento proces je označován jako rychlá pyrolýza a jeho produktem jsou především páry a aerosoly, v menší míře plyn. Ochlazením produktů vznikne kapalina o hustotě 1,1-1,2 kg/l s výhřevností 16,5-19 MJ/t. Takto získanou kapalinu lze upravovat pro použití jako motorové palivo. Motorová biopaliva jsou nejen ekologická, nenavyšují skleníkový efekt a neprodukují zdravotně škodlivé emise, ale současně vytvářejí možnost provozování motorových agregátů a automobilů po vyčerpání fosilních paliv Porovnání vlastností klasických a alternativních motorových paliv Vlastnosti alternativních paliv ze zemědělské produkce jsou velmi podobné v porovnání s ostatními motorovými palivy ropného původu. Ropná paliva mají jiné složení. Fyzikální a chemické vlastnosti rostlinných olejů a jejich esterů jsou však velmi podobné motorové naftě a fyzikální a chemické vlastnosti alkoholů a jejich éterů jsou velmi podobné automobilním benzinům. Použití čistých rostlinných olejů a alkoholů vyžaduje speciální úpravu motorů. Užití esterů a éterů jako přídavků v palivových směsích úpravy nevyžaduje. Vznětové motory - rostlinné oleje a estery - bionafta Pro použití ve stávajících vznětových motorech je nutné rostlinný olej získaný lisováním upravit, aby se co nejvíce přizpůsobil motorové naftě ve fyzikálně-chemických a zejména v palivářských vlastnostech. Produktem této úpravy je methylester, který se mezinárodně označuje jako RME, u nás jako MEŘO a je základní palivovou složkou, která sama o sobě již může sloužit jako palivo pro dieselovy motory. V tomto případě mluvíme o bionaftě první generace. Může se také stát složkou multikomponentního paliva pro diesely, pak hovoříme o bionaftě druhé generace či také o směsné naftě (tvořené směsí dvou nebo více palivářských komponent) tzv. NATURDIESEL. Pro svoji obsahovou nejednoznačnost se termín bionafta v technické dokumentaci nepoužívá. Technické normy ČSN v nynější podobě uznávají pouze termíny: metylestery řepkového oleje (MEŘO) směsné palivo pro vznětové motory s obsahem metylesteru řepkového oleje (nad 30% hm. MEŘO, max. 36% hm. MEŘO) Metylester řepkového oleje (MEŘO) se sice chemicky liší od ropných produktů, avšak jeho hustota, viskozita, výhřevnost a průběh spalování se motorové naftě velmi přibližují. MEŘO se ve srovnání s motorovou naftou vyznačuje vcelku pozitivním vlivem na životní prostředí. MEŘO vykazuje podstatně lepší parametry ve srovnání s motorovou naftou v emisích CO2, SO2 a kouřivosti. Mírně vyšší má pouze emise NOx, což lze eliminovat seřízením motoru. Provozní přechod na metylester (a naopak) usnadňuje neomezená mísitelnost s motorovou naftou. Provozní problémy spojené se zředěním motorového oleje a přechodem na zimní období byly odstraněny formulací směsného paliva s obsahem % metylesteru řepkového oleje - SNM 30. Tato směs se chová prakticky jako klasická motorová nafta. Výhody bionafty (resp. směsné nafty) druhé generace (NATURDIESEL): Je to kompaudní vícesložková nafta (většinou 3složková).

19 Je biologicky rozložitelná - 90 % za 21 dnů Jednotlivé složky bionafty (MEŘO, ALKANY C10 - C13, či C14 - C 18, hydrogenačně odsířený plynový olej či petrolej z hydrokraku a alkény či olefiny ve formě NERATENu) jsou domácího původu. Výhřevnost (42,1MJ kg-1) se blíží běžné naftě. Motorářské a palivářské vlastnosti téměř totožné s naftou EHK. Naturdiesel s obsahem 1/3 MEŘO vykazuje nízké emise a kouřivost, spotřebu téměř srovnatelnou s EHK naftou. Palivo je mísitelné s běžnou naftou v jakémkokoliv poměru. Emise jsou bez aromátů, bez SO2 a polyaromátů (PAH). Motory nevykazují žádné změny na výkonu a intervaly výměny oleje jsou normální. Chladové vlastnosti jsou výborné díky petrolejové frakci a Neraténu. Bionafta má vynikající cetanové číslo. Nízká karbonizace obdobná jako u EHK nafty. Byla dosud ekonomicky zvýhodněna daňovou sazbou spotřební daně ve výši 5%. V současné době se bionafta první generace (MEŘO) používá pouze jako komponenta do bionafty druhé generace. Zážehové motory - alkoholy a étery Pro zážehové motory může být použit etanol a metanol přímo, nebo po přepracování jako metyl-terc-butyl-éter (MTBE) a etyl-terc-butyl-éter (ETBE). Obě suroviny fungují jako antidetonační činidlo (zvyšují oktanové číslo benzinu) a oxidační činidlo (obsahují kyslík, který zlepšuje spalování, což vede ke snížení obsahu některých škodlivých látek ve výfukových plynech). Přídavek % okysličujících látek (alkoholů nebo éterů) k autobenzinům sníží emise: oxidů uhlíku o 20 až 25 % uhlovodíků o 10 až 15 % benzenu o 20 až 30 % oxidů dusíku o 5 % formaldehydu o 6 až 8 % Orientace na zpracování bioetanolu na ETBE, který může nahradit MTBE ve formulacích moderních autobenzinů, tvoří strategickou páteř českého programu využití bioetanolu pro oblast pohonných hmot. ETBE z bioetanolu je komponentou bezolovnatých autobenzinů, ale lze jej použít i do benzinů olovnatých. Uvedený způsob je s úspěchem využíván v řadě zemí (zejména Francie, též Itálie a USA). Pro výrobu bioetanolu lze využít cukernaté a škrobnaté plodiny, zejména cukrovku a obiloviny. Bioetanol - líh se jako pohonná látka uplatňoval již ve 20 a 30 letech minulého století. Líh k pohonu motorů se upravoval ve směsi, z nichž domácí přípravek vyráběný za první Československé republiky se nazýval dynalkol. Dynalkol byla směs 40 % etylalkoholu se 60 % benzénu. Kromě toho se vyráběl pro specielní účely dynalkol letecký, složený ze 44 % lihu, 44 % benzénu a 12 % petroleje. Tyto směsi se připravovaly v rafineriích. Pro uvedené účely se užíval alkohol 96,7 %-ní. Směs obou látek je velmi stálá a má měrnou hmotnost 850 kg.m-2 a bod tuhnutí pod -20 C. Startovatelnost byla velmi dobrá, chod motoru tichý bez rušivých rázů a vysoce pružný. Tvoření sazí, kouřivost i zaolejování svíček bylo minimální. Jiné podobné směsi používané ve dvacátých a třicátých letech jsou: Etol, směs 50 % lihu, 25 % petroleje a 25 % etyléteru; natalit, směs 55 % lihu, 44,9 % etyléteru a 0,1 % amoniaku, carburant national (francouzský přípravek), směs 50 % lihu, 49,9 % benzénu nebo

20 benzinu a 0,1 % amoniaku; Reichskraftstoff (německý přípravek) 50 % lihu, 30 % benzénu -18- nebo benzinu a 20 % acetonu, nebo po 50 % lihu a acetonu apod. Podle současných zahraničních zkušeností lze bioetanol využívat pro pohon zážehových motorů v zásadě dvěma způsoby: _ Etanol jako palivo _ Etanol jako přísada. První cestou se prakticky jako jediná na světě vydala Brazílie. Jako hlavní složku pohonných směsí využívá etanol. Program byl zahájen v roce Ani zde se nepoužívá etanol jako jediná složka motorového paliva, a v každém případě se jedná o pohon upravených zážehových motorů. Používaná paliva (podmínkou je úprava motorů): - alkoholické (95 % vodného etanolu + 5 % autobenzinu), - směsné benzinové palivo (22 % bezvodého etanolu + 78 % autobenzinu), - směs "MEG" (33 % metanolu, 60 % etanolu, 7 % autobenzinu). Vývojový trend směřuje k směsnému benzinovému palivu, jak vyplývá ze zahraničních zkušeností při využití etanolu Bioetanol pro palivářské užití v ČR Zážehové motory Současná spotřeba automobilních benzínů se pohybuje kolem 2 milionů tun. Pro užití palivářského bioetanolu lze využít dva způsoby: - přimíchávání 5-7 % etanolu do bezolovnatých benzinů, - míchání % hmotnostních ETBE (etyl-terc-butyl-éteru) do bezolovnatých benzinů typu Natural. Při současné výrobní kapacitě lihovarského průmyslu asi hl čistého lihu ( m3) to představuje nárůst výrobní kapacity v nejoptimálnější variantě na přibližně trojnásobek. Z hlediska zpracovatelů v petrochemickém průmyslu i prodejců je vhodnější použití ETBE. Proto se předpokládá uplatnění bioetanolu ve formě ETBE (jeho produkce se předpokládá v českém petrochemickém průmyslu), jehož přídavek do bezolovnatého autobenzinu by byl maximálně 15 % hmotnostních. Pro 1 mil. t autobenzinů (především bezolovnatých) je zapotřebí 150 tis. t ETBE, resp. 70 tis. t bioetanolu ročně, pro 2 mil. t autobenzinů pak 300 tis. t ETBE a 140 tis. t bioetanolu ročně. Tyto hodnoty je však nutné považovat za maximální a je třeba zohlednit i dovoz benzinů a ostatní výrobní možnosti. První rafinérská přislíbila využít t bioetanolu jako antidetonačního a oxidačního činidla do bezolovnatých benzinů (tj t benzinu s 15 % ETBE). Etanol se bude přepracovávat na éter, etyl-terc-butyl-éter (ETBE), který má výhodnější palivářské vlastnosti než samotný etanol a především neváže vodu, čímž lze předejít korozi skladovacích, přepravních a čerpacích zařízení. S přídavkem 15 % ETBE se vlastně přidává 7 % bioetanolu. Menší firmy nabízejí dnes výrobu benzinu typu natural s obsahem 5% kvasného lihu a 10% kosolventu, který rovněž omezuje usazování vody a předchází korozi. Pro spotřebitele jsou obě varianty prakticky stejné, neboť po kvalitativní stránce benzin v obou případech splňuje evropskou normu. Vznětové motory Využití bioetanolu pro pohon vznětových motorů lze realizovat výrobou etylesteru řepkového oleje EEŘO. V minulosti byl záměr na uplatnění bioetanolu při výrobě esterů rostlinných olejů (zejména řepkového) omezován bariérou cenového rozdílu bioetanol - metanol. Tento rozdíl cen nepříznivě ovlivňoval alternativu EEŘO proti MEŘO. Motorářské

21 vlastnosti obou paliv se podle předpokladů příliš neliší, v provozním měřítku se však výroba EEŘO v EU neuplatnila V roce 1998 vláda ČR odsouhlasila pro další přípravu programu základní principy státní ekonomické podpory produkce bioetanolu pro výrobu českého ETBE s tím, že stát uhradí cenový rozdíl bioetanol-metanol. Tím se úvahy o výrobě EEŘO staly reálnějšími. Výhodou je, že kromě úpravy technologického režimu reesterifikace lze využít stávající výrobní zařízení (v ČR je teoreticky k dispozici přes 100 tis t.r-1 kapacit MEŘO se spotřebou přes 10 tis. t metanolu). Na stávajících výrobních zařízeních je možné vyrábět jak MEŘO, tak EEŘO. Technologicky je třeba tuto úvahu přesněji ověřit, zejména při různých technologiích reesterifikace (s katalyzátorem KOH za běžné teploty, s katalyzátorem NaOH za 80 C, příp.s etanoláty K nebo Na). Provozní zkoušky výroby EEŘO (např. v RPN Chrudim viz. tabulka 1) naznačily, že naznačená cesta je správná. Tabulka 1. Porovnání technických ukazatelů pro motorovou naftu, MEŘO s EEŘO (etylester řepkového oleje) z provozního pokusu ve výrobně MEŘO v RPN Chrudim

22 -20- Poznámka: Nevyhovující vysoké číslo kyselosti EEŘO je technologicky řešitelné. Přímé použití etanolu pro pohon vznětových motorů naskýtá možnost výrazného snížení emisí škodlivin. Kvasný etanol (bioetanol) má však proti motorové naftě o 35 % horší výhřevnost, a tím i vyšší měrnou spotřebu v motorech. Z tohoto pohledu daleko lépe vycházejí metylestery řepkového oleje jako alternativní palivo do vznětových motorů. Přesto jsou provozní aplikace bioetanolu ve vznětových motorech známy. Důvodem k jeho uplatnění je velmi příznivé složení emisí (zejména nízká je kouřivost). Obecně je možné snižovat výsledné emise konstrukčními zásahy v motoru, použitím katalyzátorů a v neposlední řadě vhodným složením (formulací) paliv. Bioetanolové palivo se skládá z přibližně 90 % bioetanolu, kolem 5 % přísady AVOCET (obchodní označení přísady obsahující 80 % nitroesteru, 18 % metanolu, 2 % antikorozní a jiné přísady) jako urychlovače zapalování, zbytek organické alkoholy jako denaturační přísady. Má sice o 25 % nižší cenu než motorová nafta (při zohlednění daňového osvobození bioetanolu), ale o 35 % vyšší spotřebu vztaženou na stejný energetický obsah měrné jednotky paliva, (1 l motorové nafty odpovídá 1,34 l bioetanolu). Provozní zkoušky (Švédsko) vykazují v městských autobusech srovnatelné výsledky. Motor (SAAB - SCANIA DSI 11 E) je rovněž konstrukčně upraven a je vybaven katalyzátorem. Používání paliva v městské dopravě je příznivější k životnímu prostředí z hlediska složení emisí a kouřivosti, ale provoz je proti motorové naftě i "bionaftě" (metylesterům řepkového oleje) finančně nákladnější. Výsledky měření emisí a kouřivosti provedených ve spolupráci VÚZT a TU Liberec jsou uvedeny v následujících grafech 1 a 2. Při zkouškách byl motor provozován s palivy: - Nafta motorová (ČSN EN 590, resp. ČSN )

23 - Metylestery řepkového oleje (ČSN ) - Směs 95 % bezvodého bioetanolu a 5 % a přísady AVOCET (ICI) -21- Pro motor ZETOR 7701 provozovaný na motorovou naftu a na alternativní motorová paliva lze uvést tyto závěry: _ hodnoty měrných emisí NOx při provozu na motorovou naftu (NM) a na metylester (MĚŘO) jsou přibližně stejné, při provozu na BIOETANOL byly emise výrazně nižší; _ měrné emise CO jsou při provozu na motorovou naftu (NM) a metylester (MĚŘO) opět téměř stejné, BIOETANOL je má poloviční; _ měrné emise CH jsou u alternativních paliv o něco vyšší než u motorové nafty (NM), nejvyšší jsou u BIOETANOL (zvýšení proti motorové naftě o 57 %); _ kouřivost motoru provozovaného na motorovou naftu (NM) je nejvyšší, snížení asi o 25 % je patrné u metylesteru (meřo), kouřivost BIOETANOLU je minimální. Uvedené výsledky jsou patrné z následujících grafů 1 a 2. Graf 1. Hodnoty kouřivosti pro motorovou naftu a alternativní paliva

24 -22- Graf 2. Porovnání emisí motorové nafty a alternativních paliv Aktuální stav výroby a odbytu biopaliv na bázi řepkového oleje v České republice V roce 2000/2001 došlo k významnému nárůstu tržního prodeje řepkových methylesterů (biodiesel - bionafta). Vzestup cen ropy a ropných produktů vedl k výraznému zvýšení poptávky po biopalivech, jak u čerpacích stanic, tak také u provozovatelů dopravních parků. Propagace a prezentace v odborném i denním tisku způsobila změnu v pohledu veřejnosti na bionaftu (směsná nafta s přísadou MĚŘO), která se tak stala všeobecně nejznámějším produktem z obnovitelných surovin. V ČR dosáhla výroba methylesterů řepkového oleje za rok 2000 celkem 67,245 tis. t, z čehož bylo 93 % vyrobeno s dotační podporou. Celková výroba směsného paliva s hmotnostním podílem 31 % methylesterů řepkového oleje činila t. S ohledem na dovoz a vývoz dosáhla celková domácí spotřeba směsného paliva t, což představovalo 9,7 % podíl na spotřebě motorové nafty v ČR. Následující tabulka ukazuje vývoj výroby, vývozu, dovozu a spotřeby methylesterů řepkového oleje v České republice.

25 -23- Tabulka 2. Přehled výroby, vývozu, dovozu a spotřeby MEŘO v České republice Nový způsob podpory uplatňovaný od vychází z Nařízení vlády ČR č 86/2001 Sb., které stanoví formy a rozsah uvádění orné půdy do klidu. Zohledňuje se především podpora pěstitelů řepky. Státní zemědělský intervenční fond nakupuje řepku olejnou z půdy určené do klidu a z volného trhu, zajistí její skladování a prodává výrobcům řepkových methylesterů za přesně stanovenou cenu, zajišťující konkurenceschopnost methylesterů, resp. směsného paliva s motorovou naftou. Zvlášť velká pozornost se věnuje managementu kvality zahrnující producenty, obchodní a nákupní organizace, přepravu a skladování, s cílem prezentace kvalitního produktu řepkových methylesterů a směsného paliva, a udržení trvalé důvěry u spotřebitelů a výrobců vozidel. 2.4 Plynná biopaliva Zdrojem plynu, kterého lze využívat jako paliva v dopravě, může být energetické využití odpadů jehož jedním z produktů je bioplyn. Jde o plyn získaný při anaerobní fermentaci (vyhnívání) organických látek živočišného nebo rostlinného původu. Mezi obnovitelnými zdroji energie má biomasa jedinečné postavení, protože na rozdíl od jiných zdrojů (větrné energie, vodní energie a jiných) představuje obrovský energetický potenciál. Ten je téměř desetkrát větší, než činí roční objem kompletní světové produkce ropy a plynu dohromady. V České republice je možné k čistě energetickým účelům využít až 8 miliónů tun biomasy a odhaduje se, že tímto zdrojem může být u nás pokryto % spotřeby všech paliv a energií. V dopravě je pro pohon motorových vozidel využíván především vyčištěný skládkový plyn. Bioplyn je pro účely pohonu motorových vozidel nutno zbavit přebytku nežádoucích příměsí, zejména oxidu uhličitého a sirovodíku tak, aby odpovídal požadavkům na zemní plyn (obsah metanu nad 95%, výhřevnost srovnatelná). Nevýhodou současného používání bioplynu jako pohonné hmoty je jeho omezené množství a pouze lokální možnost použití. Bioplyn v dopravě nachází nejširší uplatnění v Evropě ve Švédsku, Dánsku, Rakousku, Švýcarsku, Francii a Itálii, mimo Evropu pak v Brazílii, USA, Chile a na Novém Zélandu. MagneGas - plynné palivo z obnovitelných surovin a odpadů Koncem roku 2000 byla v USA uvedena do provozu nová technologie s označením MagneGas, vyrábějící plyn s vysokým energetickým obsahem (vyšším než u zemního plynu). Tato technologie je schopna na plyn přeměnit rozličné uhlovodíky v kapalné fázi, např. jakýmkoli způsobem použité odpadní oleje, různé roztoky, kontaminované vody, ale i některé

26 odpady biologického původu, např. odpadní rostlinné oleje, splaškové vody zemědělského a komunálního původu, apod. Z výše uvedených látek je produktem plyn vysoce bohatý na vodík - MagneGas - vyznačující se výbornými fyzikálními i bezpečnostními vlastnostmi. Hoří -24- rychle, ale neexploduje ani při nárazu. Díky své vůni je snadno detekovatelný. Je lehčí než vzduch, a proto se při eventuelním uvolnění plynule rozptýlí do okolí. Základ tohoto vysokooktanového plynu (až 150 oktanů) tvoří tzv. cluster (hrozen) na rozdíl od "běžných" plynů, jež jsou nejčastěji uspořádány do uhlovodíkových řetězců. Clusterové uspořádání účinně "svazuje" do hroznů s uhlíkem a kyslíkem vodík, který je jinak ve své samostatné podobě třaskavý, nebezpečný a obtížně skladovatelný. Kromě jiného využití plynu (nahradí ve svařování acetylen, je vhodný pro kogeneraci) lze jej využívat i jako zdroj energie pro palivové články, případně jako přímou náhradu paliva pro pohon automobilů. Složení tohoto plynu je závislé na vstupní surovině, obecně však lze uvést následující průměrné údaje. Tabulka 3. Průměrné hodnoty složení plynu MagneGas Tabulka 4. Průměrné složení emisí ze spalování plynu Za pozornost stojí minimální emise oxidu uhelnatého, vysoký obsah vodní páry (charakteristický pro spalování vodíku) a především vysoký obsahu kyslíku ve spalinách. Plyn je vyráběn v přístroji, jehož nejdůležitější částí je PlasmaArcFlow reaktor. Znečištěná tekutina proudí skrz ponořený elektrický oblouk při teplotě 7000 F (cca 3900 C). V tomto procesu jsou uhlovodíky obsažené v tekutině vystaveny vlivům vysoké teploty a intenzivnímu magnetickému poli (odtud též název MagneGas). Tyto faktory současně likvidují bakterie obsažené v tekutině. Z reaktoru je pak do tlakové nádoby přístroje vháněn plyn, kde je pak připraven k přečerpávání. Technologie je navržena jako mobilní. MagneGas je možno vyrábět na místě jeho budoucího využití a přizpůsobit jej požadavkům odběratele. Nejrozšířenější přístroj má výkon 1500 kubických stop plynu za hodinu, což odpovídá přibližně 43 m3/hod. 2.5 Jiné zdroje biopaliva Kromě řepkového oleje se rozvíjí i jiné technologie na získání biopaliva z dalších zdrojů

27 na bázi biologických surovin. V Německu byl zahájen výzkum nového alternativního paliva získaného ze všech druhů rostlin a odpadů po zpracování dřeva, kterých je v této zemi ročně k dispozici kolem 50 mil. t. V roce 1990 se podařilo poprvé vyrobit z biomasy čistý syntetický plyn bez dehtu, který -25- se přemění na syntetické palivo pro vznětové motory. Takové palivo neobsahuje síru ani aromatické látky a jeho spalování je provázeno pouze emisemi oxidu uhličitého. Toto palivo, které bylo pojmenováno "Sunfuel - Sluneční palivo", lze upravit chemicky přesně na míru vznětovým motorům budoucnosti, které budou mít nižší spotřebu než dosavadní dieselové motory a budou pracovat bez škodlivých emisí. K projektu se připojily některé německé automobilky, jako Mercedes-Benz a Daimler-Chrysler, která bude financovat zkoušky se syntetickým palivem z biomasy. 2.6 ALTERNATIVNÍ PALIVA NA BÁZI FOSILNÍCH SUROVIN Mezi alternativní paliva na bázi fosilních surovin patří plynná paliva: - zemní plyn - zkapalněné rafinérské plyny (propan-butan). Plynná paliva mají proti klasickým kapalným palivům ropného původu velkou přednost ve výrazně jednodušším chemickém složení a struktuře uhlovodíků. To zajišťuje minimalizaci emisí některých skupin uhlovodíků ve výfukových plynech, které jsou považovány za hygienicky nejrizikovější, a to jak uhlovodíků obsažených v palivu (např. lehké aromatické uhlovodíky typu benzen v benzínových palivech), tak těch skupin, které vznikají v průběhu spalovacího procesu ve válci motoru (např. polycyklické aromaty). Z fosilních paliv patří mezi plynná paliva směs propan-butan (označovaná jako LPG) a zemní plyn. Typické složení zemního plynu je 93% CH4, 3% C2H6, 1% vyšší HC, 3% N2, 0,3% CO2. Zemní plyn lze aplikovat buď jako stlačený (CNG) nebo zkapalněný (LNG). V praxi se zatím užívá CNG o tlaku kolem 20 MPa. Na kompresi se spotřebuje až 5 % energetického obsahu plynu. Zatím je zemní plyn v dopravě využíván málo, ale jeho spotřeba jako alternativního paliva se bude zvyšovat. Se sériovou výrobou automobilů na zemní plyn se uvažuje v nejbližších letech. Plyn je velmi čisté palivo, směs se vzduchem, která vstupuje do spalovacího prostoru je zcela homogenní a proto lze dosáhnout dokonalejšího spalování. Emise HC, CO, pevných částic jsou velmi nízké. Nižší jsou i emise CO2 vzhledem k relativně vysokému obsahu vodíku. Methan má vysoké oktanové číslo - 130, což umožňuje použití vyšších kompresních poměrů a tudíž dosažení větší účinnosti. Ve srovnání s kapalnými palivy ropného původu mají obě plynná paliva menší podíl uhlíku v 1 kg paliva (tabulka 5). Tabulka 5. Obsah uhlíku v palivech