Vyspělá biopaliva v dopravě

Transkript

1 ČESKÁ ASOCIACE PETROLEJÁŘSKÉHO PRŮMYSLU A OBCHODU CZECH ASSOCIATION OF PETROLEUM INDUSTRY AND TRADE U Trati Praha 10 Strašnice tel.: cappo@cappo.cz Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu, Technologická platforma silniční doprava Milan Vitvar, listopad 2013

2 Obsah 1. Úvod 2. První generace biopaliv 3. HVGO 4. Druhá generace biopaliv 5. Výrobní postupy pro druhou generaci 6. Postupy pokládané za perspektivní 7. Biopaliva z řas 8. Efektivita výroby, zdroje, geografie, náklady 9. Legislativní rámec EU 10. Situace v ČR 11. Závěr 2

3 1. Úvod Rozvoj biopaliv v posledních desetiletích Podpora zemědělské výrobě ( přebytky ) Bezpečnost v zásobování energetickými surovinami a redukce závislosti na ropě Zmírnění následků emisí skleníkových plynů Rozdílná pojetí v různých zemích a různé cíle Dělení na generace či konvenční a vyspělá biopaliva 2. První generace biopaliv Bioetanol: 80 % světové spotřeby biopaliv. Bioetanol: Cukrová třtina ( Brazílie) 24 %, kukuřice ( USA) - 63 %, ostatní cukrové či škrobové plodiny. Pokles výrobních nákladů úměrný technologickým zkušenostem ( pod 100 USD/t). Roste poptávka (FFV). Celková profitabilita: ceny ropy, surovin a vládní podpory. Výroba třtinového alkoholu a alkoholu z kukuřice byla v poslední době profitabilní i bez podpor. Třtinový alkohol : zcela splňuje kriteria pro pokročilá paliva, redukce emisí SP %. Nezdaněná MOC okolo 0,60 USD/lge. 3

4 Rostlinné oleje pro výrobu bionafty: řepkový olej ( Německo, VB, Francie), palmový olej ( Malajsie, Indonézie), sojový olej ( Argentina, USA). Palivo se z oleje vyrábí reesterifikací metanolem (FAME). Od roku 2000 do roku 2007 se světová poptávky po olejnatých surovinách ztrojnásobila. FAME má prioritní význam zejména v Evropě vzhledem k dominanci dieselových motorů v komerční i osobní přepravě ( V USA: nafta jen 20 % spotřeby) -58 % bionafty je produkováno v Evropě. Ekonomika: cena oleje a ropy, výroba je závislá na ekonomické podpoře. Omezení a obavy pro 1. generaci: Přispívá ke zvyšování cen Relativně nákladná cesta pro energetickou bezpečnost Přínos úspor SP s výjimkou třtinového alkoholu omezený Akcelerují odlesňování ( ILUC vlivem zvýšené poptávky) V některých oblastech i konkurence pro zdroje vody 4

5 Globální výroba biopaliv a hlavní producenti (převážně první generace) 5

6 3. HVGO Výroba hydrogenovaného rostlinného oleje: společná rafinace s fosilní surovinou nebo lépe samostatnou hydrogenací. Tlak cca 5 MPa, teploty C. Pro zlepšení nízkoteplotních vlastností bývá izomerován. Spotřeba vodíku je vyšší u řepkového oleje ( nenasycený charakter). Asi 15 % oleje je přeměněno na vodu a plyny. Výhodou je možnost vyššího přídavku do motorové nafty. HVGO bývá označován za přechodový stupeň mezi 1. a 2. generací 6

7 4. Druhá generace biopaliv Výroba biopaliv ze zemědělských nebo lesnických zbytků, odpadů a z nepotravinářských surovin Uplatnění především lignocelulózy ( i v tomto případě jsou obavy z ILUC, avšak výtěžky získané energie na hektar půdy jsou obecně vyšší než u první generace) Lignocelulóza: celulóza a hemicelulóza (50 70 %), lignin ( až 33 %) Obsah vlhkosti ( %) a kyslíku ( až 45 %) Rozdíly obsahu ligninu u vytrvalých trav, slámy, dřeva, potenciál pro genetickou modifikaci rostlin. 7

8 Druhá generace biopaliv Současný stav: technologická, logistická, ekonomická nevyspělost. očekávána investiční i technologická rizika. Málo závodů komerční velikosti, vysoké výrobní náklady. Pokročilá biopaliva jsou nákladnější: 1,0 1,2 USD/lge. 50 % tvoří odpisy z investičních nákladů. Výrobní náklady mohou klesat s vyspělostí technologií. Problém obstarání a transportu suroviny, nízká energetická hustota, obsah vody, potenciální variabilita surovin, plynulost zajištění suroviny a výroby. 2. generace neposkytuje vedlejší produkty pro krmení zvířat s nákladovým zvýhodněním. Lignin může být energetickou surovinou nebo zdrojem pro ligninovou chemii Citlivost na energetické vstupy, ceny surovin, vedlejších produktů a k místním podmínkám 8

9 5. Výrobní postupy pro vyspělá biopaliva BIOCHEMICKÉ CESTY Biopaliva jsou vyráběna biochemickými postupy hydrolýzou, enzymatickým rozkladem, fermentacemi TERMOCHEMICKÉ CESTY Biopaliva jsou vyráběna termochemickými cestami - pyrolýzou, zplyňováním, rozkladem vodou, s využitím katalytických postupů nebo bez nich PRODUKTY výrob druhé generace: biometanol, bioetanol, biodme, vyšší alkoholy nebo směs i alkoholů, metan, biovodík. S využitím termochemických cest, zvl. FT syntézy jsou to i frakce motorové nafty či leteckého petroleje. 9

10 Další postupy výroby vyspělých biopaliv jsou založeny na: Výrobě řas Zpracování odpadů (dle druhů) Výroba bioplynu (metan) anaerobním rozkladem odpadů. 6.Postupy pokládané v současné době za perspektivní výroba bioalkoholu z lignocelulózy fermentací Proces zahrnuje: Předzpracování, hydrolýzu ( enzymatickou nebo kyselinovou), separaci ligninu, fermentaci, výrobu alkoholu. V některých případech je nutno oddělit lignin před fermentací případně i před hydrolýzou. Výtěžky alkoholu se pohybují od 110 do 300 l/t suché biomasy. Lignin se většinou spaluje. Největší náklady procesu: Předzpracování a výroba enzymů k rozkladu celulózy a hemicelulózy. Proces má potenciál pro výraznou redukci nákladů 10

11 Některé parametry závodu na lignocelulózový etanol komerční velikosti Crescentino Itálie Údajně konkurenceschopná technologie bez podpor Investiční náklady: 120 mil. Euro t alkoholu ze t suroviny 13 MW elektřiny (obnovitelný zdroj sp. cena) z ligninu 150 pracovníků Předzpracování, enzymatická hydrolýza, fermentace, destilace Technologie PROESA, partner Novozymes ( dodávka enzymů) Variabilita suroviny od slámy a zem. zbytků po dřevní hmotu Najetí: konec

12 . BTL proces Fisher - Tropshova syntéza Zahrnuje předzpracování, zplynění za řízeného přívodu kyslíku při asi 850 C, výrobu syntézního plynu a jeho čištění, Fischer Tropshovu syntézu a další konverzní stupně ( hydrokrakování) k výrobě paliva ( motorová nafta a její frakce), metanol, etanol, DME. Během procesu se zpracovává i lignin. Výzkum je zvládnut, další směry: snižování nákladů 12

13 Rychlá ( mžiková) pyrolýza Termorozkladný proces při teplotě C, kyslík se nepřidává. Doba zdržení: 1 5 s. Po rychlém ochlazení na 100 C se získá zkondenzovaný bioolej, který se hydrogenačně rafinuje na frakce motorové nafty. Velikost částic biomasy 2-5 mm, musí být suchá. Pyrolýzní olej obsahuje vodu, je kyselý a korozívní, je mísitelný s vodou a nemísitelný s uhlovodíky. Kyslík ( %) musí být odstraněn rafinací. Technologicky náročný proces, ve stadiu poloprovozního výzkumu. 13

14 Hydrotermální procesy (HTU) Působení vodou na biomasu ( může být i vlhká) za tlaku MPa a při teplotách C, době zdržení 5 20 min. Pokud je voda v nadkritickém stavu ( 22,4 MPa, 374 C): Proces SWU ( Supercritical Water Upgrading).. Je nutno pracovat s vhodným materiálovým provedením zařízení, vznikají i org. kyseliny. Bioolej ( výtěžky okolo 50 %) je těžší, ale kvalitnější než z pyrolýzy, má menší obsah kyslíku (cca 18 %) a není mísitelný s vodou. Dále se rafinuje a štěpí hydrogenací. Procesem lze zpracovat např. i odpad z čištění vod. Pyrolýza a HTU : snadnější logistika zkapalněné biomasy 14

15 7. Biopaliva z řas (třetí generace) Vysoké výtěžky O 90 % nižší spotřeba vody než běžné rostliny Možnost použít slanou nebo odpadní vodu Minimální potřeba rozlohy půdy Mohou obsahovat % oleje zpracovatelného na FAME Zbytek: Cukry, proteiny pro možnou výrobu bioalkoholu Vhodné klima, místo, sluneční světlo, teplota a nutrient Náchylnost ke kontaminacím, problém i izolace z vodného roztoku Alternativa: Pěstování v bioreaktorech Náročnost, ekonomie, do komerční velikosti mohou nastoupit za více než let.. Nejdůležitější komerčně zvládnuté procesy: Výroba celulózového alkoholu, BTL FT technologie, HVGO ( zdroj: IEA) 15

16 8. Efektivita výroby vyspělých paliv, zdroje, geografie a náklady Energetická účinnost ( poměr energie biopaliva k surovině): Lignocelulózová biopaliva ze zemědělských zbytků nebo lesnictví % ( obsah energie v suché biomase 20 GJ/t) Výtěžky bioalkoholu l a motorové nafty (BTL) ( 34 MJ/l) l na tunu biomasy Maximální teoretická energetická účinnost lignocelulózového etanolu - 50 % ( při konverzi všech uhlovodanů). Tento limit může být překročen v případě započtení ligninu. Výtěžky (suché) biomasy na hektar: 3 5 t (sláma) Zdroje bioenergie z biomasy: r. 2050: 85 EJ biomasy ze zbytků ze zemědělství a lesnictví, 180 EJ z nárůstu lesních ploch a využití půdy ležící ladem bez větších investic ( jižní část Afriky a Latinská Amerika) Současné zdroje zbytkové povahy- 10% biomasy pro biopaliva: 9,3 % biopaliv ( světově) pro dopravu v r Možnost zvýšení v r až na 27 % v objemu spotřebovaných paliv. Skutečný předpokládaný růst (2030) 5 % ( odhad IEA) 16

17 Efektivita výroby vyspělých paliv, zdroje, geografie a náklady Předpoklady v zemích jako Jižní Afrika, Brazílie, Thajsko nižší náklady na základní surovinu - - až o 33 % pod běžné mezinárodní náklady. Brazíle: možnost využít zbytky ze třtiny pro výrobu alkoholu ( koncentrace biomasy v místě). Investiční a provozní náklady: Mnohem náročnější než náklady na zařízení pro fosilní paliva a I. generaci (desetinásobek). Malé velikosti potenciálních komerčních závodů Současná cena biopaliv 2. generace by mohla být konkurenceschopná při ceně ropy 130 USD/bbl.. 17

18 10. Legislatívní rámec v Evropě Směrnice 2009/28/EC ( Směrnice o obnovitelných zdrojích ) stanovila závazné cíle dosáhnout do roku % podílu obnovitelné energie v Evropské unii a 10 % podílu pro obnovitelnou energii v sektoru dopravy. Současně byla doplněna Směrnice 98/70 EC ( Směrnice o kvalitě paliv ), která zavedla závazný cíl dosáhnout do roku 2020 redukci 6 % obsahu skleníkových plynů v palivech, používaných v provozu mobilních prostředků. Směrnice nezohledňovaly vysoké emise skleníkových plynů, které vznikají jako důsledek zvýšené poptávky po kapalných biopalivech ve světě. Státy EU jsou schopny saturovat biosložky pro paliva přibližně ze 2/3 své současné spotřeby. 1/3 se dováží. V roce 2020 by importy měly krýt téměř dvojnásobnou poptávku oproti současnému stavu 18

19 Hlavní prvky návrhu novelizace směrnic s pozdějšími úpravami: podíl biopaliv z potravinářských surovin bude limitován na 7 % konečné spotřeby energie v dopravě ( %) Čtyřnásobné započítávání biopaliv vyrobených z řas, bakterií, obnovitelných paliv nebiologického původu a zachycování a využívání uhlíku pro účely dopravy Dvojnásobné započítávání biopaliv, vyrobených z odpadů a zbytků ( upotřebený kuchyňský olej, živočišné tuky) Jednonásobné započítávání: sláma, hnůj, lignocelulózová vláknina, surový glycerin, kůra, větve, piliny, třísky.. Úspory skleníkových plynů by měly být alespoň 60 % pro biopaliva vyráběná na zařízeních, které zahájily provoz od nebo později. V případě výroby biopaliv v zařízeních, které byly v provozu před by tato měla dosahovat úspory skleníkových plynů alespoň 35 %, od %. ILUC : jednou vykazování, jindy započítávání, nejasná situace 19

20 12. Situace v ČR Pozitiva: Nebývalá příležitost pro výzkum a podnikání vyspělá biopaliva - zvláště oblast likvidace odpadů a výroba řas, dále v provádění teoretických analýz a rozborů, zapojení se do mezinárodních programů ( dobrovolná schémata ) - Zákon 201/2012 Sb. a Nařízení 351/2012 Předběžné stanovisko ČAPPO Členské firmy plní povinnosti dané legislativou. Na dávkování biopaliv si motoristé zvykli, nicméně ČAPPO nepovažuje I. generaci za definitívní řešení perspektivu asociace vidí ve vyspělých biopalivech a bude podporovat příslušný výzkum 20

21 13. Závěr Vyspělá biopaliva Lepší udržitelnost Vyšší redukce emisí Suroviny by neměly konkurovat s potravinářskými plodinami Suroviny založené na lignocelulóze nebo na odpadech Lepší využití energie z ha S časem očekáváno snížení výrobních nákladů vč. odprodeje vedlejších produktů Nižší citlivost na fluktuace cen surovin Vývoj procesů, logistiky a skladování Konkurence břidličných energetických surovin????? Děkuji za pozornost 21