REOTRIB 2006 Moderní motorová paliva a biokomponenty Ing. Václav Pražák, Česká rafinérská, a.s., 436 70 Litvínov (tel.: + 420 47 616 4308, fax: +420 47 616 4858, E-mail: vaclav.prazak@crc.cz) Všichni považujeme za samozřejmé, že se na našich silnicích pohybují silniční motorová vozidla zejména osobní a nákladní automobily a že je snadné každých několik kilometrů natankovat motorové palivo nezbytné pro jejich provoz. Většina z nás si je také vědoma toho, že když se tyto dva subjekty, tj. automobil a palivo, spojí dohromady, způsobují znečištění ovzduší. Stále zřejmější je také fakt, že stávající zdroje paliv nejsou nevyčerpatelné. Avšak navzdory těmto faktorům závislost lidstva na volném pohybu osob stoupá. V této souvislosti se začíná často hovořit o tzv. udržitelné mobilitě, což je schopnost plnit požadavky společnosti na volný pohyb, zabezpečit dostupnost, komunikaci, obchod a vybudovat vztahy bez dalšího obětování lidských nebo ekologických hodnot v současnosti ani v budoucnosti. Jak této udržitelné mobility dosáhnout? Především používáním stále čistších motorových paliv, zdokonalováním spalovacích motorů, zaváděním dokonalejších katalytických systémů a v neposlední řadě vývojem alternativních paliv a pohonných jednotek méně zatěžujících životní prostředí. Nové přísnější limity emisí škodlivin z výfukových plynů motorů osobních automobilů, tzv. EURO 4, vstoupily pro členské státy EU v platnost od 1. 1. 2006 jak pro zážehové, tj. benzínové, tak i pro vznětové, tj. naftové motory. Tyto nové limity znamenají prakticky u benzinových motorů snížení obsahu CO, NO X a nespálených uhlovodíků na polovinu oproti limitům podle EURO 3. V případě naftových motorů pak dochází k výrazné redukci CO, NO X, nespálených uhlovodíků a pevných částic. V souvislosti se snahami snížit zatížení životního prostředí a zvrátit nepříznivý vývoj v koncentraci CO 2 v ovzduší v důsledku nárůstu zejména silniční dopravy je třeba také zmínit tu skutečnost, že před automobilový průmysl je postaven úkol snížit do roku 2008 emise CO 2 vznikající spalováním uhlovodíkových paliv na 140 g na 1 km jízdy. V přepočtu na spotřebu klasických motorových paliv to představuje cca 5,25 l motorové nafty na 100 km nebo 5,8 l autobenzinu na 100 km. Do roku 2012 by pak emitovaný objem CO 2 měl být dále snížen a měl by dosahovat hodnot pouze 120 g na 1 km. Splnit všechny tyto požadavky není jednoduché a není to ani v silách jednoho průmyslového odvětví. Musí zde dojít ke společné práci automobilového průmyslu, který vyvine nové úspornější spalovací motory lépe využívající dodanou energii, chemiků, kteří musí připravit a vyrobit nové a účinnější katalytické systémy pro zneškodňování škodlivin ve výfukových plynech, a rafinérií, které musí vyrobit motorové palivo vyhovující zvýšeným kvalitativním požadavkům. Další z možností částečného řešení uvedeného problému je používání alternativních motorových paliv. Sem patří paliva na bázi obnovitelných zdrojů energie čili tzv. biopaliva, dále je to zemní plyn ať už stlačený nebo zkapalněný, syntetická paliva především na bázi zemního plynu a nesmíme zapomenout ani na vodík.. I přes obrovské náklady na výzkum alternativních paliv i alternativních pohonných jednotek můžeme říci, že v nejbližších 20 letech zůstanou stále hlavními motorovými palivy klasický automobilový benzin a motorová nafty vyráběné z ropné suroviny. Evropská unie podporuje využívání biopaliv v dopravě a před členské státy postavila indikativní cíl nahradit do konce roku 2005 na trhu 2 % klasických paliv, tj. automobilového benzinu a motorové nafty, palivy na bázi obnovitelných zdrojů energie biopalivy. Tento podíl by měl postupně narůstat a do 31. 12. 2010 by měl dosáhnout úrovně 5,75 % s perspektivou dalšího zvyšování tohoto podílu. Hlavním cílem této snahy je zlepšení celkové bilance CO 2, udržení kulturního rázu krajiny a nepřímá podpora zemědělství a venkova.
Vývoj kvality motorových paliv v posledních dvou desetiletích je veden především snahou snížit zatížení životního prostředí v důsledku neustále rostoucí automobilizace a tím i množství emitovaných škodlivin do životního prostředí. Za nejvýznamnější počin můžeme v případě automobilových benzinů považovat úplné odstranění olovnatých aditiv a plošné rozšíření katalytických systémů rapidně snižujících obsah škodlivin ve výfukových plynech automobilů. V případě motorové nafty je pak nejvýznamnějším faktorem podstatné snížení obsahu síry a tím množství oxidu siřičitého ve výfukových plynech vznikajících při jejím spalování. Ještě v polovině 80. let minulého století obsah síry v motorové naftě dosahoval hodnot 0,4 % m/m, tj. 4 000 mg/kg, což je téměř stonásobek současného limitu. Na obrázku 1 je znázorněn vývoj množství emitovaného oxidu siřičitého v porovnání se potřebou motorové nafty od roku 1993. Vidíme, že ačkoliv spotřeba motorové nafty vzrostla na více než dvojnásobek, množství emitovaného oxidu siřičitého výrazně pokleslo a v loňském roce představovalo již méně než 5 % hodnoty dosahované v roce 1993. Obrázek 1 Vývoj spotřeby motorové nafty a emisí SO 2 250 200 NM SO2 Vývoj (1993 = 100%) 150 100 50 0 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Pramen: Statistika ČAPPO Dosažení těchto parametrů představovalo pro celý rafinérský průmysl velkou výzvu a vyžadovalo nemalé investiční prostředky, které s každým dalším zpřísněním exponenciálně narůstají. Současná kvalita motorových paliv je dána platnou legislativou zákonem č. 56/2001 Sb., o podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích, a prováděcí vyhláškou MPO č. 229/2004. Touto vyhláškou je do české legislativy plně implementována směrnice EU č. 2003/17/EC, týkající se kvality motorových paliv. V souladu s touto legislativou je v motorových palivech od 1. 1. 2005 povolen obsah síry max. 50 mg/kg; současně musí být na trhu k dispozici motorové palivo s obsahem síry pouhých max. 10 mg/kg. Od 1. 1. 2009 musí být obsah síry max. 10 mg/kg v celém objemu motorových paliv uváděných na trh v členských zemích EU. Ostatní kvalitativní parametry motorových paliv se prakticky nemění. Pro motorová paliva s obsahem síry nepřevyšujícím 10 mg/kg se velmi často používá označení bezsirná (sulphur free).
Na zpřísněné kvalitativní požadavky na motorová paliva se tuzemské rafinérie připravovaly v dostatečném předstihu, takže nyní jsou schopny s velkou rezervou plnit všechny požadavky trhu na kvalitu svých dodávek. Celý projekt měl název Čistá paliva a představoval investice v řádu několika miliard korun. Úplné dokončení všech připravovaných akcí se předpokládá v průběhu roku 2006, což bude v praxi znamenat, že od roku 2007 budou tuzemští výrobci schopni veškerou svou produkci realizovat v kvalitě předepsané pro rok 2009, tj. s obsahem síry nepřevyšujícím 10 mg/kg. Skutečný sortiment motorových paliv a obsah síry v jednotlivých produktech pak budou záviset pouze na požadavcích trhu. Obrázek 2 Vývoj spotřeby motorových paliv v ČR Spotřeba (1993 = 100 %) 210 190 170 150 130 110 Autobenziny Motorová nafta 90 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 Pramen: Statistika ČAPPO Celková spotřeba motorových paliv na našem trhu neustále narůstá, přičemž spotřeba motorové nafty roste rychleji než spotřeba automobilového benzinu. Tento trend dokumentuje obrázek 2. Nárůst je způsoben nejen absolutním nárůstem počtu osobních automobilů, ale také vyšším počtem najetých kilometrů. Za povšimnutí stojí rychlejší nárůst spotřeby motorové nafty oproti autobenzinu způsobený především enormním nárůstem objemu přepravovaných nákladů, ale také značnou dieselizací autoparku, která však u nás zatím ještě značně zaostává za některými evropskými zeměmi. Například v Rakousku představuje podíl osobních automobilů s dieslovým motorem 2/3 z celkového počtu prodaných nových osobních automobilů za rok, což je více než dvojnásobek ve srovnání s ČR. Bohužel, obměna autoparku u nás není tak rychlá, jak by se mohlo zdát z letmého pohledu na naše silnice a průměrné stáří automobilů je stále v porovnání s vyspělými zeměmi značně vysoké, jak je vidět na obrázku 3, a snižuje se jen velmi pomalu nebo spíše stagnuje. To je také ovlivněno celkovou ekonomickou situací a celkovou kupní sílou obyvatelstva, kdy nemalý podíl v nově zaregistrovaných osobních automobilech představují ojetiny dovezené k nám z některých západních zemí, zejména SRN. Porovnáme-li průměrnou kvalitu stávajících motorových paliv dostupných u čerpacích stanic u nás a v ostatních zemích EU, můžeme konstatovat, že jak kvalita autobenzinu, tak i kvalita motorové nafty jsou ve všech sledovaných parametrech srovnatelné a odpovídají předepsaným požadavkům. Také struktura trhu motorových paliv u nás a v ostatních zemích
EU je velmi podobná. Určité rozdíly v jednotlivých zemích můžeme v současné době pozorovat hlavně v obsahu síry. Tyto rozdíly jsou způsobeny především rozdílnou rychlostí implementace požadavků směrnice 2003/17/ES na kvalitu motorových paliv a postupně se zmenšují. Obrázek 3 Stáří autoparku osobních automobilů v ČR (1996 registrováno 3 349 008 OA; 2005 registrováno 3 958 708 OA) > 15 let 42,5% 1996 < 2 roky 7,9% 2-5 let 10,1% > 15 let 36,1% 2005 < 2 roky 6,5% 2-5 let 11,6% 10-15 let 18,0% 5-10 let 21,5% 10-15 let 18,3% 5-10 let 27,6% Pramen: SAP Kvalitu motorových paliv vydávaných u čerpacích stanic pravidelně monitoruje Česká obchodní inspekce. Inspektoři odebírají vzorky všech druhů motorových paliv tak, aby rovnoměrně pokryly všechny subjekty působící na našem trhu. Výsledky tohoto monitorování dokumentují obrázky 4 a 5. Z obrázku 4 je vidět, že členské firmy sdružené v ČAPPO dlouhodobě dosahují při monitoringu prováděném pracovníky ČOI podstatně lepších výsledků než ostatní distributoři pohonných hmot na našem trhu. Celkově je z obrázků jasně patrný trend ve snižování počtu nevyhovujících vzorků. Za povšimnutí stojí také skutečnost, že počet odebraných vzorků se v roce 2005 v porovnání s předcházejícím rokem téměř zdvojnásobil. Zjištěné odchylky od platných kvalitativních norem na pohonné hmoty lze v podstatě rozdělit do dvou skupin. První skupinu představují odchylky způsobené technologickou nekázní při výrobě, skladování a distribuci. Typickým představitelem takovéto neshody je bod vzplanutí u motorové nafty. Tento parametr je velmi citlivý a i malá kontaminace motorové nafty benzinem (např. při záměně komor distribučních cisteren) ho silně ovlivňuje. Druhou skupinu jsou odchylky způsobené nepovolenými manipulacemi s produkty, přimícháváním různých nezdaněných produktů (např. technických benzinů) atp. Kvalitativní parametry motorových paliv, které byly nejčastější příčinou neshod v loňském roce dokumentuje obrázek 5. V případě automobilových benzinů bylo nejvíce nedodržovaným parametrem oktanové číslo, za ním následoval průběh destilační křivky a obsah kyslíku resp. kyslíkatých sloučenin. Na dalších místech se umístil obsah draslíku u autobenzinu Speciál, obsah síry a celkový obsah aromatických uhlovodíků resp. benzenu. Odchylky v ostatních parametrech byly statisticky nevýznamné. V případě motorové nafty se v případě neshod téměř v polovině případů jednalo o již zmiňovaný bod vzplanutí, na dalších místech se umístily obsah síry a průběh destilační křivky. Odchylky v ostatních parametrech byly spíše výjimečné.
Obrázek 4 Monitorování kvality motorových paliv Monitorování kvality BA Monitorování kvality NM 800 1000 Počet odebraných vzorků 600 400 200 Počet odebraných vzorků 800 600 400 200 0 2002 2003 2004 2005 ČAPPO celkem Ostatní celkem ČAPPO nevyhovující Ostatní nevyhovující 0 2002 2003 2004 2005 ČAPPO celkem Ostatní celkem ČAPPO nevyhovující Ostatní nevyhovující Pramen: ČOI Obrázek 5 Zjištěné nevyhovující parametry Nevyhovující parametry BA (2005) Nevyhovující parametry NM (2005) Obsah síry 6,5% OČ VM / MM 34,1% Bod vzplanutí 49,1% De stilace 18,3% Destilace 26,8% Ostatní (5) 4,1% A/B 6,5% Draslík 7,3% Kyslíkaté 14,6% Ostatní (6) 2,6% Viskozita 2,6% Obsah síry 27,4% Pramen: ČOI Nejdiskutovanější otázkou týkající se motorových paliv je v současné době problematika biopaliv. Již zmíněná směrnice 2003/30/EC je často některými subjekty vykládána poněkud zkresleně, buď z neznalosti, nebo s určitými záměry. Směrnice v žádném případě neukládá povinný přídavek biopaliv do motorových paliv ani neurčuje výši případného přídavku. Směrnice pouze stanovuje pro členské státy EU povinnost podporovat používání biopaliv v dopravě a staví před ně indikativní cíl dosáhnou na trhu motorových paliv určitého podílu biopaliv. Tohoto podílu může být dosaženo buď smícháním určitého procenta biopaliv s klasickými motorovými palivy na bázi ropy, nebo jejich spotřebováním pro pohon v čisté podobě, popřípadě jejich transformací na vhodné deriváty. U nás se předpokládá využití dvou druhů biopaliv kvasného lihu pro automobilové benziny a methylesteru řepkového oleje (MEŘO) pro motorové nafty.
S použitím MEŘO jsou u nás bohaté zkušenosti u řady čerpacích stanic byla nebo dosud je nabízena směsná nafta obsahující více než 30 % MEŘO. Další možností je využití čisté bionafty (MEŘO) pro pohon vznětových motorů. V obou těchto případech je používání takového paliva podmíněno souhlasem výrobce motorů. Další možností využití MEŘO je jeho přídavek do běžné motorové nafty v množství nepřevyšujícím 5 % objemových, přičemž všechny její kvalitativní parametry musí odpovídat platné normě. Také MEŘO použité jako biopalivo musí být vysoce kvalitní a musí ve všech parametrech odpovídat platné normě. V případě kvasného lihu jsou v podstatě také 3 možnosti jeho využití. Platná norma pro automobilové benziny umožňuje jeho přímý přídavek do automobilového benzinu v množství nepřevyšujícím 5 % objemových. Vzhledem ke známým negativním vlastnostem lihu vysoký tlak par, vysoká afinita k vodě, silně korozivní vlastnosti a zejména tendence lihu odlučovat se z autobenzinu nutí potenciální uživatele vyřešit tyto možné problémy vhodnou aditivací nebo hledat jiné cesty využití lihu, např. jeho převedením na ETBE, který již tyto negativní vlastnosti nemá. Další možností je využívání palivových směsí obsahujících 85 95 % lihu pro speciální uzavřený autopark s upravenými motory. V těchto vysokých koncentracích již líh ztrácí své negativní vlastnosti zejména ve vztahu k vodě a je ho možné s úspěchem využívat. Situace v oblasti využití biopaliv v dopravě je zatím v EU velmi nejasná. Jednotlivé členské státy zatím hledají nejlepší a pro stát nejvýhodnější způsob jejich aplikace. Také tuzemské rafinérie se připravují na možné používání biosložek při výrobě motorových paliv. Konečný způsob řešení závisí na vytvoření ekonomických podmínek a stimulů podporujících jejich používání. Pokud se státu podaří nastavit tyto rámce v optimální podobě, naše republika nebude mít problémy s dosažením navrhovaných podílů. Tuzemské rafinérie respektují závěry Dlouhodobé strategie využití biopaliv v České republice, které byly schváleny vládou na počátku t.r., aktivně se hlásí k tomuto programu a chce se podílet na jeho realizaci. Pro technické zajištění připravily řadu nezbytných investičních akcí, které jsou v současné době již ukončené, v realizaci a některé ve fázi projektu resp. projektové studie. Realizace těchto investic si jen v rafinériích vyžádá více než 0,5 mld Kč. Ještě několikanásobně vyšší investice si vyžádá příprava ČEPRO na implementaci biokomponent do motorových paliv. Kromě toho se Česká rafinérská intenzivně zabývá technickými problémy spojenými s aplikací bioethanolu do poolu automobilových benzinů a MEŘO do poolu motorové nafty a na výzkumné práce v této oblasti vynakládá miliónové částky. Podmínkou úspěšné realizace bioprogramu však je, že musí být nastavený takový legislativní a ekonomický rámec, který zajistí, že pro realizaci bioprogramu bude zajištěna ekonomická výhodnost a návratnost vložených finančních prostředků. Závěrem můžeme tedy konstatovat, že kvalita motorových paliv vyráběných v tuzemských rafinériích je v souladu s požadavky EU a je přinejmenším plně srovnatelná s kvalitou motorových paliv nabízených v ostatních zemích EU. Rafinérie se intenzivně připravují na zpřísnění limitů obsahu síry a budou schopné dostát požadavkům jak pro kvalitu 2005, tak i pro budoucí kvalitu od roku 2009 již v předstihu. Kvalitu motorových paliv v celé EU ovlivní používání biokomponent jako náhrady části klasických motorových paliv. Způsob řešení v jednotlivých státech EU však bude odlišný a bude nastaven tak, aby byl pro daný stát výhodný. Další vývoj kvality motorových paliv je otázkou široké diskuse odborníků ze všech oblastí tj. automobilového průmyslu, rafinérií, životního prostředí, zemědělství. Situaci mnohou ovlivnit nové objevy v oblasti pohonných jednotek, palivových článků nebo jiného alternativního pohonu. Nechme se překvapit.