Zemědělství je na jedné straně spotřebitelem energií, na druhé zajišťuje transformaci sluneční i dodatkové energie na biologickou hmotu, která poskytuje energii k výživě lidí, pro zajištění jejich činností, nebo ve formě krmiv k výživě hospodářských zvířat. V současné době lze říci, že máme v naší zemi nadprodukci potravin. Zemědělství může a je schopno za určitých podmínek vyrábět na přibližně 500 tisících hektarů průmyslové a energetické plodiny. Pro výrobu bioetanolu lze využít cukernaté a škrobnaté plodiny, zejména cukrovku a obiloviny. Alternativní motorová paliva Zatím jsou nejdůležitější složkou motorových paliv uhlovodíky. Ukončení těžby ropy jako jejich hlavního zdroje je možné očekávat v následujících 40ti letech. Již dnes a výrazněji pak během příštích deseti let lze předpokládat vývoj spotřeby kapalných paliv z jiných zdrojů. V oficiálních odhadech se počítá s využitím alternativních motorových paliv na bázi rostlinných olejů a alkoholů (obnovitelné zdroje), synteticky připravených paliv z uhlí a dehtů, ropných písků, ropných plynů a zemního plynu. Porovnání vlastností klasických a alternativních motorových paliv a jejich využití 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 automobilovým benzinům. Použití čistých rostlinných olejů a alkoholů si vyžaduje speciální úpravu motorů. Užití esterů a éterů, ať již samostatně, nebo jako přídavků v palivových směsích úpravy nevyžaduje. Bioetanol - líh jako pohonná látka již za první republiky 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 za stálého dozoru finančních orgánů. Pro tyto účely se užíval alkohol 96,7 %ní. Benzén C6H6 je uhlovodík aromatické řady, získaný destilací kamenouhelného dehtu. Má měrnou hmotnost 885 kg. m-2, vře při 80,5 C a tuhne při +3 C až -3 C; na dynalkol se používal benzen o čistotě 90 %. 1 / 8
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 benzinu a 0,1 % amoniaku; Reichskraftstoff (německý přípravek) 50 % lihu, 30 % benzénu nebo benzinu a 20 % acetonu, nebo po 50 % lihu a acetonu apod. Shrnutí současných zahraničních zkušeností s využitím bioetanolu jako komponentu motorových paliv Etanol jako motorové palivo, či jeho přísada Využití etanolu pro pohon zážehových motorů je v zásadě možné dvěma způsoby: Etanol jako palivo Etanol jako přísada. Etanol jako palivo První cestou se prakticky jako jediná na světě vydala Brazílie. Jako hlavní složku pohonných směsí využívá etanol. Program byl zahájen v roce 1975. Ani zde se nepoužívá etanol jako jediná složka motorového paliva, 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). V roce 1994 brazilská vláda zdanila vývoz cukru (10 %), aby zvýhodnila jeho zpracování na etanol uvnitř státu a dala impuls k rozšíření výroby motorových paliv s etanolem Tab. 1: Výroba etanolu v Brazílii, mld. LRok: 1975 1980 1985 1990 1993 Výroba etanolu 0,58 3,68 11,20 11,28 12,50 V roce 1989 bylo v Brazílii v provozu: 4,2 mil. aut na alkoholické palivo, 5,0 mil. aut na směsné benzinové palivo. Vývojový trend však přeje směsnému benzinovému palivu, jak vyplývá z následujícího přehledu o výrobě upravovaných motorů v Brazílii a základnímu rozdělení jejich směrů užití. Bioetanol pro palivářské užití V ČR V DNEŠNÍM OBDOBÍ Benzinové motory 2 / 8
Současná spotřeba automobilních benzínů se pohybuje kolem 2 milionů tun. Pro užití palivářského bioetanolu jsou dvě možnosti: přimíchávání 5-7 % etanolu do bezolovnatých benzinů, míchání 13-15 % hmotnostních ETBE (etyl-terc-butyl-éteru) do bezolovnatých benzinů typu Natural. Při současné výrobní kapacitě lihovarského průmyslu asi 650 000 hl čistého lihu (65 000 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 jsou ovšem maximálně možné. Je nutné uvažovat dovoz benzinů a výrobní možnosti. První rafinérská přislíbila využít 50 000 t bioetanolu jako antidetonačního a oxidačního činidla do bezolovnatých benzinů (tj. 700 000 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 - výroba etylesteru řepkového oleje EEŘO. Záměr ověřit možnost uplatnění bioetanolu při výrobě esterů rostlinných olejů (zejména řepkového) byl pochopitelný, ale vždy narazil na bariéru cenového rozdílu bioetanol - metanol. Tento rozdíl cen je vždy natolik velký, že ovlivňuje nepříznivě alternativu EEŘO proti MEŘO. Navíc: motorářské vlastnosti se zřejmě tolik neliší (jde o předpoklad vyplývající z příbuzného chemického složení a několika málo pokusů). Tyto úvahy (tj. uplatnění EEŘO jako alternativy MEŘO) proběhly odbornou literaturou i v zahraničí. Je však třeba konstatovat, že v provozním měřítku se výroba EEŘO v EU neuplatnila. Důvodem byl zmíněný cenový rozdíl obou alkoholů. Po projednání materiálu MZe ČR o bioetanolu pro výrobu českého ETBE ve vládě ČR se situace radikálně změnila. Na svém červnovém zasedání roku 1998 vláda ČR odsouhlasila pro další přípravu programu základní principy státní ekonomické podpory: stát uhradí cenový rozdíl bioetanol-metanol. Pokud by byl bioetanol za tuto cenu i pro výrobce esterů rostlinných olejů, stávají se výše 3 / 8
uvedené úvahy o výrobě EEŘO 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 zkouška výroby EEŘO v RPN Chrudim naznačila, že základ úvahy je správný, viz tabulka 2. Tab. 2: Porovnání technických ukazatelů pro motorovou naftu, MEŘO s EEŘO (etylester řepkového oleje) z provozního pokusu ve výrobně MEŘO v RPN Chrudim VLASTNOST MOTOROVÁ NAFTA (ČSN EN 590) MEŘO (ČSN 65 6507/Z1) EEŘO (PROVOZNÍ POKUS) Hustota, kg.m-3, 15 C 820-860 870-890 879 Kinematická viskozita, mm2.s-1, 40 C 2,0-4,50 3,5-5,0 4,78 Filtrovatelnost (CFPP), C +5, 0, -5, -10, -15, -20 max. -5-5 Bod vzplanutí (PM), C min. 55 min. 110 86 Síra, % hm. max. 0,05 max. 0,02 0,022 Voda, mg.kg-1 max. 200 max. 500 Obsah mech. nečistot, mg.kg-1 4 / 8
max. 24 max. 24 20 Conradsonův karb. zbytek (na vzorek), % hm. max. 0,30 (10 % dest. zbytek) max. 0,05 0,05 Popel, % hm. max. 0,01 max. 0,02 0,02 Číslo kyselosti, mgkoh.g-1 max. 0,5 2,49 Korozivnost Cu (3 h/50 C) 1 třída 1 třída 1A třída Celkový obsah glycerolu, % hm. max. 0,24 0,069 Volný glycerol, % hm. max. 0,02 0,003 Fosfor, mg.kg-1 max. 20 20 Cetanový index (inf.) min. 46 min. 48 Číslo esterové (inf.) mgkoh.g-1 185-190 5 / 8
Alkalické kovy K, Na (inf.) mg.kg-1 max. 10 29 Výhřevnost (inf.) MJ/kg 43,36 37,1 37,64 Oxidační stabilita, g/m-3 max. 25 Destilace při 250 C, % obj. pod 65 do 300 C 45 % 350 C, % obj. min. 85 do 360 C 95 % 370 C, % obj. min. 95 Bod tuhnutí, C -12 Poznámka: Nevyhovující vysoké číslo kyselosti EEŘO je technologicky řešitelné. Program BIOETANOL v podobě vládního materiálu předpokládá výrobu 650 tis. hl bioetanolu, tj. 51,0 tis. t bioetanolu. Nástavba programů OLEOPROGRAM-BIOETANOL (výroba EEŘO místo MEŘO) by předpokládala další spotřebu 10 tis. t bioetanolu. Přímé použití etanolu pro pohon vznětových motorů (možnost výrazného snížení emisí škodlivin) Kvasný etanol (bioetanol) má 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. 6 / 8
Přesto jsou známé provozní aplikace bioetanolu ve vznětových motorech. 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 (přibližně 90 % bioetanolu, kolem 5 % přísady AVOCET (AVOCET - obchodní označení přísady obsahující 80 % nitroesteru, 18 % metanolu, 2 % antikorozní a jiné přísady; výrobce: ICI) 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 obdobného charakteru ve Švédsku 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 dražší proti motorové naftě i "bionaftě" (metylesterům řepkového oleje). Výsledky měření emisí a kouřivosti Hlavní výsledky provedených měření provedených ve spolupráci VÚZT a TU Liberec uvádíme v následujících dvou obrázcích 1 a 2. Při zkouškách byl motor provozován s palivy uvedenými v následující tabulce: Tab. 3: Použitá motorová paliva 1 Nafta motorová (ČSN EN 590, resp. ČSN 65 6506) NM 2 Metylestery řepkového oleje (ČSN 65 6507) MEŘO 3 Směs 95 % bezvodého bioetanolu a 5 % a přísady AVOCET (ICI) EOH Pro motor ZETOR 7701 provozovaný na motorovou naftu a na alternativní motorová paliva můžeme konstatovat tyto závěry: hodnoty měrných emisí NOx při provozu na motorovou naftu (NM) a na metylester (meřo) jsou přibližně stejné, při provozu na BIOETANOL byly emise výrazně nižší, měrné emise CO jsou při provozu na motorovou naftu (NM) a metylester (meřo) 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 %), 7 / 8
kouřivost motoru provozovaného na motorovou naftu (NM) je nejvyšší, snížení asi o 25 % je patrné u metylesteru (meřo), kouřivost BIOETANOLU je minimální. Obr. 1: Hodnoty kouřivosti pro motorovou naftu a alternativní paliva Obr. 2: Porovnání emisí motorové nafty a alternativních paliv Zdroj:( http://biom.cz/cz/odborne-clanky/vyuziti-bioalkoholu ) včetně obrazové přílohy. 8 / 8