Kvalita motorových paliv na bázi obnovitelných zdrojů energie 28.11.2013 Ing.Vladimír Třebický
OSNOVA Sortiment paliv na bázi obnovitelných zdrojů energie zážehové motory E-10, E10+, E-85 vznětové motory B 100, HVO, BTL, E-95 Pravidla pro skladování, riziko při nedodržení kvalitativních požadavků Mikrobiologická kontaminace Závěr 2
Paliva a požadavky na ochranu životního prostředí Paliva na bázi obnovitelných zdrojů energie Požadavky na udržitelnost biopaliv, úspora CO 2 min 35%(2013-2016), 50% od roku 2017 od roku 2018 60% pro technologie zavedené po 1.1.2017 3
Paliva s obsahem biosložek Automobilové benziny s obsahem biosložek ČSN EN 228 Odlišnosti paliva E-10 ve srovnání s E-5 Obsah kyslíku 3,7%hm. Obsah etanolu až 10V/V Obsah éterů až 22%V/V Vyšší těkavost při 70 C a 100 C Tlak par se dále nezvyšuje Větší rozpustnost vody 4
Paliva s obsahem biosložek Paliva pro zážehové motory Kvalitativní požadavky na etanol Pro přídavek do 10%V/V etanolu platí jakostní norma ČSN EN 15376 Limity pro složení a kontaminující látky Obsah etanolu a vyšších alkoholů 98,7%m/m, 2%m/m Obsah metanolu 1%m/m Kyselost (jako kyselina octová) 0,007%m/m Obsah vody 0,3m/m 5
Paliva s obsahem biosložek Paliva pro zážehové motory Kvalitativní požadavky na etanol Pro přídavek do 10%V/V etanolu platí jakostní norma ČSN EN 15376 Limity pro složení a kontaminující látky Obsah chloridů a síranů (6mg/kg, 4mg/kg) Vodivost 2,5µS/cm Obsah mědi (0,1mg/kg) Požadavky na skladování Zamezení přístupu vlhkosti Materiálová kompatibilita 6
Paliva s obsahem biosložek Palivo E-85 Palivo určeno pouze pro FFV vozidla K dispozici nová evropská norma ČSN P CEN/TS 15293 Obsah etanolu 70 až 85%obj. Dvě třídy těkavosti A a B- tlak par (35-60kPa, 50-80 kpa) Obsah vyšších alkoholů max.6%v/v Obsah éterů max.11%v/v Elektrická vodivost max. 1,5S/cm Obsah vody max. 0,4%m/m Obsah chloridů max. 1,2 mg/kg Obsah síranů max. 4 mg/kg Obsah mědi max.0,1 mg/kg Obsah fosforu 0,15 mg/l 7
Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+ Palivo E10+(rozmezí 10 až 25%V/V etanolu) Předpoklad rozhodnutí EK o zavedení paliva E10+ Mandát pro CEN k vytvoření specifikace Vývoj vozidel pro E 10+ Příprava na výrobu a distribuci paliva Nutnost finanční podpory vývoje paliva i vozidel z prostředků EK Paliva s vysokým obsahem kyslíku jsou jednou z alternativ paliv pro úsporu skleníkových plynů Pro úspěšné řešení bude třeba zodpovědět řadu dosud nezodpovězených otázek 8
Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+ Palivo pro zážehové motory E10+ Nepředpokládá se kompatibilita současného vozového parku a paliva E10+ Předpokládá se nutnost zachování paliva E5/E10 pro tato vozidla Pro dosažení efektu snížení emisí CO 2 a regulovaných emisí bude využito efektu vyššího obsahu kyslíku a zvýšených oktanových čísel Vyšší oktanová čísla by měla kompenzovat vyšší spotřebu paliva Nutnost ověření vlivu paliva E10+ na RON a MON Úprava vlastností etanolu (ČSN EN 15376), zejména obsahu sulfátů a chloridů, jako potenciálního zdroje úsad Ověření materiálové kompatibilty palivového systému a použitých těsnění 9
Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+ Vliv obsahu etanolu na RON/MON a citlivost Etanol má větší vliv na RON než na MON a se zvyšujícím se obsahem etanolu se rozdíl mezi RON a MON (citlivost) zvyšuje Kompenzace je možná úpravou motoru, zvýšení kompresního poměru na 13 až 14 pro nízkoobjemové motory s vyšším výkonem 10
Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+ Pro palivo s obsahem etanolu nad 11%obj. je nutná úprava metody pro stanovení OČ, základem bude upravená norma DIN 51756-7 Vliv vyššího obsahu etanolu na těkavost- tlak par a destilační křivku Tlak par-vliv etanolu roste jen do 5%obj Průběh destilační křivky je ovlivněn v předestilovaném objemu při 70 C Pro paliva s vysokým obsahem etanolu budou muset být navrženy nové základové benziny s nižším tlakem par a odlišnou destilační křivkou 11
Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+ Vliv obsahu etanolu na destilační křivku, nutno definovat nový ukazatel místo E70 12
Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+ Závislost tlaku par na obsahu etanolu 13
Automobilové benziny s vysokým obsahem etanolu - palivo E10+ Zkušební metody a jakostní ukazatele Všechny současné metody jsou použitelné, je nutno ověřit vliv vyššího obsahu kyslíkatých látek na nejistotu měření jednotlivých metod Největší úpravy se dají předpokládat u oktanových čísel a destilační zkoušky Nutno zavést nové metody pro stanovení kontaminantů typu chloridů a síranů Nově budou zavedeny metody pro stanovení kovů: kromě Mn, Pb, Fe i další popelotvorné prvky Zavedení korozní zkoušky na stříbře Analýza destilačního zbytku, zaměření na obsah NM a FAME 14
Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky FAME Kvalitativní požadavky jsou uvedeny v ČSN EN 14214 min. 96,5%m/m esterů s ohledem na vlastnosti FAME nutný přídavek antioxidační přísady příznivý vliv na emise HC, CO 2,PM 15
Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky Emise vznětového motoru v závislosti na obsahu MEMK 16
Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky FAME Kvalitativní požadavky obdobné jako pro motorovou naftu ČSN EN 14214 Limitující požadavky na obsah kontaminantů-vliv na kompatibilitu s materiály, oxidační stabilitu a tvorbu úsad v palivovém systému Estery nenas.kyselin =>4= (max. 1%m/m) Metylester kys. linolenové max. 12%m/m Obsah vody max. 500 mg/kg Obsah metanolu max. 0,2%m/m Vázaný a volný glycerol - vliv na nízkoteplotní vlastnosti Obsah monoglyceridů max.0,7%m/m Limity pro obsah metanolu, obsah kovů Na, K, Ca, Mg a P Oxidační stabilita min 8 hod 17
Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky FAME metylestery mastných kyselin Kromě tradičních rostlinných olejů se využívají nepotravinářské plodiny (jatropa), živočišné tuky, odpadní suroviny, budoucnost má využití řas Kvalitativní požadavky definované v ČSN EN 14214 bod vzplanutí min 101 C Limit pro mechanické nečistoty 24mg/kg Limit pro obsah vody 500mg/kg riziko mikrobiologické kontaminace, rychlá metoda bioluminiscence stanovení ATP 18
Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky FAME Změny od roku 2013 FAME jako B100-standardní požadavky na nízkoteplotní vlastnosti FAME jako přídavek nafty pět tříd pro CP (13 C) až (-3 C) a CFPP(a-e) (10 C) až (-10 C) a současně je limitován obsah MG (třídy 1 až 5 (0,3%m/m až 0,7%m/m), limitování nasycených monoglyceridů Test průchodnosti membránovým filtrem po ochlazení ASTM D 7501 (uložení při teplotě 5 C a následně membránová filtrace při 25 C-měří se čas, minimální požadavek je 360s, pro zimní použití 200s 19
Paliva pro vznětové motory s vysokým obsahem biosložky Nízkoteplotní vlastnosti FAME jako součásti NM (bez aditiv) Vlastnost Třída Třída Třída Třída Třída Třída a b c d e f Cloud point C 16 13 9 5 0-3 CFPP C 13 10 5 0-5 - 10 Třída 1 Třída 2 Třída 3 Třída 4 Třída 5 Třída 6 Mono glyceridy %m/m 0,15 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 20
Alternativní biopaliva Další alternativní paliva Vyspělá biopaliva, syntetická paliva, hydrogenované rostlinné oleje a živočišné tuky Specifikace CWA (CEN Workshop agreement) CWA 15940 parafinická motorová nafta spolupráce výrobců automobilů a výrobců paliv dva druhy (A, B) v závislosti na cetanovém čísle (nad 70 a 51 až 66),minimálně 98,5% parafinů, nízký obsah síry, olefinů aromátů a polyaromátů, nižší hustota při 15 C 770 až 800 kg/m 3 Nutnost použití mazivostní přísady a kontroly dodatečným testem na opotřebení (Bocle test) 21
Alternativní biopaliva Srovnání vlastností paliv pro vznětové motory Vlastnost paliva CWA CWA NExT BTL GTL diesel NM EN 15940 15940 biodiesel 590 třída A třída B bezsirná Hustota při 15 C kg/m 3 770-800 770-800 775-785 770-785 835 Viskozita při 40 C mm 2 /s 2,5-4,5 2,5-4,5 2,9-3,5 3,2-4,5 2,5-3,5 Cetanové číslo min.70 51-66 84-99* 73-81 51-53 Teplota 90% předestilovaného objemu C 360/95% 360/95% 295-300 325-330 345-350 Cloud point C EN 590 EN 590-5 (-30) 0-(-25) 5 Výhřevnost MJ/l - - 34 34 36 uhlovodíky %m/m Polyaromatické 0,1 0,1 0 0 4 aromatické 1,0 1,0 - - - olefiny 0,1 0,1 - - - Obsah kyslíku % m/m - - 0 0 0 Obsah síry mg/kg 5 5 0 <10 <10 22
Alternativní biopaliva Srovnání vlastností paliv pro vznětové motory Vlastnost paliva EN 590 EC1 základ NExBTL základ NExBTL 5% 20% 85% 5% 15% Hustota při 15 C kg/m 3 831 829 822 792 814 813 810 Viskozita při 40 C mm 2 /s 2,7 2,8 2,9 3,4 2,0 2,0 2,1 Cetanové číslo 55 57 62 91 55 56 60 Teplota 95% předestilovaného objemu C 343 348 343 315 283 288 293 Cloud point C* -7-7 -8-17 -36-34 -31 23
Alternativní biopaliva Emise vznětového motoru porovnání NM a BTL 24
Alternativní biopaliva Porovnání emisí EN590 vs.btl 25
Alternativní biopaliva Palivo pro vznětov tové motory na bázi b etanolu E-95E Využit ití od poloviny 80. let min. stol Etanol velmi dobré vlastnosti pro palivo pro zážehové motory (OČ 104) Nevýhodné vlastnosti pro vznětov tové motory (CČ pouze 8) Nutné použít t zvyšova ovače e CČ C (látky typu glykoléter terů a nitrátů) Pro standardní kompresní poměr r (cca 16 18) nutná vysoká koncentrace přísadyp 26
Alternativní biopaliva Technické podmínky provozu autobusového motoru na palivo E-95E Zvýšen ení kompresního poměru aža na 28 Zvětšen ení průměru ru palivových trysek Změna těsnt snění a materiálu palivového filtru Vyšší objem nádrn drže e (vyšší spotřeba o 70%) Výrobce autobusů SCANIA Bylo vyrobeno 600 autobusů Palivo E-95 E umožň žňuje splnění emisních limitů EURO 5 27
Příprava na použití paliv s vysokým obsahem biosložky Skladovací podmínky-čistota skladovacích nádrží a přepravních cisteren Minimalizace rizika kontaminace vodou filtry na zachycení vzdušné vlhkosti u vstupu vzduchu do nádrží Výběr materiálů-riziko materiálové nekompatibility (nitrilová pryž, polypropylén,polyvinyl-,barevné kovy a slitiny s obsahem Cu, Zn a Pb) Vhodné materiály-hliník, nerez a ocel Ohřev během transportu a skladování v průběhu zimního období Doporučení použití biocidu jako prevence mikrobiologické kontaminace 28
Riziko mikrobiologické kontaminace Nedodržení podmínek skladování, zejména neomezený přístup vzdušné vlhkosti a nedostatečné čištění nádrží a odkalování vede k mikrobiologické kontaminaci Projeví se jako tvorba mazlavých úsad hnědé barvy, které ucpávají palivové filtry a znečišťují palivový systém Nutnost pravidelné kontroly- metoda chemiluminiscence, stanovení obsahu ATP 29
Rizika při nedodržení kvality paliv s vysokým obsahem biosložky Rizika nedodržení kvality paliv s vysokým obsahem biosložky Oxidační stabilita Tvorba polymerů jako produktů stárnutí Koroze železných a neželezných kovů Tvorba kovových mýdel vlivem koroze kyselinou mravenčí Vliv na elastomery v důsledku tvorby peroxidů 30
ZÁVĚR Závěr Kvalita paliv na bázi OZE je definována technickými normami Automobilové benziny mohou obsahovat až 10% etanolu Předpokládá se vývoj paliva pro zážehové motory s obsahem etanolu v rozmezí 10 až 25% obj., bude nutné vyvinout nové motory využívající vyšší oktanové číslo tohoto paliva a korigující nižší energetickou hodnotu např. vyšším kompresním poměrem Bude nutné upravit zkušební metody a připravit nové základové benziny s nižší těkavostí a připravit nový jakostní standard 31
ZÁVĚR Závěr Pro paliva na bázi FAME je požadován minimální obsah kontaminantů (metylestery s více dvojnými vazbami, glycerol a glyceridy, voda nečistoty, obsah alkalických kovů a kovů alkalických zemin a fosforu) Paliva na bázi HVO mají výrazně nižší obsah kontaminantů (olefiny, aromáty, síra), vysoké cetanové číslo, ale je nutno upravovat mazivost Nedodržování kvality paliv na bázi biopaliv má negativní vliv na složení emisí a funkčnost a čistotu palivového systému 32
Děkuji za pozornost Kontaktní osoba: Ing. Vladimír Třebický Email: vladimir.trebicky@sgs.com Telefon: +420 274 021 330