Doba si žádá alternativní paliva Jeffrey Decker/Oshkosh & Graham Warwick /Washington DC Palivy syntetizovanými z uhlí a zemního plynu již lze pohánět letadla, co však průmysl potřebuje, jsou motorová biopaliva, která mohou ovlivnit globální oteplování Na alternativní paliva obrátily pozornost dvě události z loňského září. US Air Force (Vzdušné síly USA) zahájily zkoušení syntetického tryskového paliva v bombardéru Boeing B-52 za letu a předseda Virgin Group Sir Richard Branson oznámil plány investovat v příštích 10 letech tři miliardy USD do obnovitelných zdrojů energie. Motivace k těmto událostem mohou být různé americká armáda chce snížit svou závislost na zahraniční naftě a pan Branson se zaměřuje na globální oteplování obojí však má stejný účel: urychlit vývoj a výrobu alternativních paliv, která mohou nahradit paliva na bázi ropy. S nestálostí cen paliv, která je neoddělitelně spojena s nestabilitou v ropných regionech, hledají komerční a vojenští dopravci společný důvod potřeby hledat alternativní zdroje leteckého paliva, které by mohlo být levnější a čistší, než je v současné době benzín a kerosin. Dřívější vzestupy zájmu o syntetická paliva byly reakce na ropné krize a zeslábly, jakmile poklesly ceny. Éra levné ropy však možná už končí a tentokrát nahrazování zahraniční ropy a řešení globálního oteplování, jako dva imperativy, mohou udržovat zájem o alternativní trysková paliva. Jihoafrický Sasol pumpuje 50% syntetickou směs na letišti v Johannesburgu Alternativní paliva jsou ve dvou provedeních: palivo vyrobené z neobnovitelných fosilních zdrojů, jako je například uhlí a zemní plyn a všeobecně popisované jako syntetické palivo a palivo z obnovitelných biologických zdrojů, jako jsou například plodiny, všeobecně nazývané biopalivo. Americká armáda prosazuje syntetické palivo, protože USA mají bohaté zásoby uhlí, svatým grálem letectví však je náhrada kerosinu biologickým tryskovým palivem. V polovině prosince zahájil lety Boeing B-52 s pohonem na směs složenou ze syntetického a standardního tryskového paliva JP-8 v poměru 50:50, ve všech osmi motorech. Při prvním
letu byla použita směs v jednom páru motorů Pratt and Whitney TF33s. Zkoušení směsi syntetického paliva za chladného počasí bude dokončeno v březnu. Vzdušné síly USA (USAF) plánují zkoušení paliva v motorech s přídavným spalováním stíhacích letounů, říká Paul Bollinger, odborný asistent pro instalace, životní prostředí a logistiku. USAF Boeing B-52 létající na syntetické palivo/jp-8 v poměru 50:50 ve všech osmi motorech Syntetické palivo pro bombardér B-52 bylo vyráběno ze zemního plynu metodou Fischer- Tropsch (F-T), pocházející z Německa a používanou během II. Světové války. V současné době tato metoda přitahuje pozornost, protože její pomocí lze vyrábět čistší tryskové palivo z uhlí, plynu či výchozího produktu biomasy. V září byl zastaven provoz továrny, vyrábějící palivo, společnosti Syntroleum v Tulse v Oklahomě po dodání několika tisíc galonů vzdušným silám USA. Podle názoru této společnosti nebyl žádný ekonomický důvod pokračovat v provozu. 20:80 biodiesel/směs Jet A (pravý motor) v testech King Air produkuje méně prachových částic V loňském květnu americké Ministerstvo obrany oznámilo plány koupit až 760 milionů litrů (200 milionů US gal) syntetického petroleje F-T pro použití v 50% směsi s JP-8 a JP-5 (používané americkým námořnictvem), žádné smlouvy však nebyly uzavřeny. Pan Bollinger očekává, že USAF zadají svou další objednávku v březnu nebo v dubnu, není však jasné, kdo poskytne palivo. Podle jeho slov má zájem společnost Shell a v USA existují firmy, které vyrábějí palivo na pilotní bázi. Některé mohou být do poloviny roku již v demonstrační fázi. Sasol v jižní Africe je jediný výrobce, který vyrábí pouze schválené syntetické tryskové
palivo v komerčním měřítku. Jde o 50% směs s konvenčním kerosinem Jet A, která je komerčně dostupná na mezinárodním letišti v Johannesburgu. Syntetický kerosin Syntetický kerosin, vyrobený metodou F-T, je smíšený, protože na rozdíl od konvenčního tryskového paliva neobsahuje žádné aromatické uhlovodíky. I když částečně nese odpovědnost za kouř, aromatické sloučeniny také způsobují zesílení elastomerického těsnění. Bez nich by se těsnění smrsklo a došlo by k netěsnostem, říká Mike Farmery, Global Fuel Technical and Quality Manager ze společnosti Shell Aviation. Jsou tu také problémy s mazivostí. Jinak podle pana Farmeryho je syntetický kerosin F-T letecké turbínové palivo, protože má lepší termální stabilitu umožňující motorům vyšší zahřátí a tím lepší efektivitu paliva. Syntetické palivo se spaluje dokonaleji, a tak snižuje emise, produkuje méně prachových částic, žádnou síru a prodlužuje životnost motoru. Podle jeho názoru však smísení s tryskovým palivem za účelem řešení problému těsnění, má negativní účinky na výkonnost. K vyrobení syntetického paliva je výchozí produkt přeměněn na oxid uhelnatý a vodík - směs, nazývaná syngas, je pak zpracována v reaktoru F-T na těžký parafínový vosk, který lze rafinovat konvenční metodou. Existují tři typy zařízení F-T: 1. Zpracování uhlí na kapalné produkty (CTL), jako je tomu u firmy Sasol a jak je to plánováno v USA; 2. Zpracování plynu na kapalné produkty (GTL), výroba motorových paliv ve velkém měřítku; a 3. Zpracování biomasy na kapalné produkty (BTL), zatím v pilotní etapě. Technologií CTL se uhlí mění na plyn, nákladný a energeticky náročný postup, kdy vzniká oxid uhličitý, který musí být izolován v podzemí. Technologie GTL je jednodušší a množství emisí oxidu uhličitého, vznikajících v tzv. cyklu well-to-wheel, je přibližně stejné jako při konvenčním rafinování. Technologie BTL slibuje velké snížení emisí oxidu uhličitého, ale podle názoru pana Farmeryho je zplyňování biomasy záludné. Výroba syntetických paliv z neobnovitelných zdrojů, jako je uhlí, nebo zemní plyn není považována za udržitelnou v dlouhodobé perspektivě a neřeší globální oteplování. Výzkum se proto zaměřuje na vývoj realizovatelného biologického tryskového paliva, které je z hlediska emisí uhlíku neutrální, vyráběné z rostlin odstraňujících CO 2 z atmosféry, takže spalováním paliva nevznikají žádné další skleníkové plyny. Odvětví pozemní dopravy rychle přijímá bionaftu, vyráběnou z rostlinných olejů, živočišných tuků a dokonce z dřevní buničiny. Palivo však nemá při nízkých teplotách dobré vlastnosti, zamrzává za chladného počasí a ve velké nadmořské výšce. Aby bylo možné tryskové palivo nahradit biopalivem bude ještě nutný průlomový pokrok. Překonání překážek Ve zprávě o alternativních palivech ze října 2006 výzkumníci ze společností Boeing, NASA a MTU Aero Engines, zkoumající biopaliva, došli k závěru, že je nutno překonat významné technické a logistické překážky. Úkol však není nepřekonatelný a žádný jednotlivý problém neznamená, že biopalivo není vhodné pro využití v letecké dopravě. Aby tento zdroj energie byl udržitelný, je třeba vypěstovat dostatek plodin nejen pro uspokojení poptávky po biopalivu ve všech sektorech, ale také poptávky po plodinách jako potravinách. Podle výpočtů NASA by k náhradě množství motorové nafty, po kterém je
poptávka v Německu, bionaftou, bylo zapotřebí čtyřnásobně větší zemědělské plochy, než je v současné době k dispozici, a nahradit každou plodinu výchozí řepkou olejnou. Podle výpočtů zprávy bude úkol uspokojit poptávku komerčního letectví po biopalivu velmi náročný. Jenom pro zásobování amerických leteckých společností by dokonce 15% směs biologického tryskového paliva vyžadovala více než 7,6 miliard litrů ročně a výroba tohoto množství paliva ze sojových bobů by vyžadovala zemi o rozloze Floridy. V analýze obnovitelných zdrojů energie pro leteckou dopravu z r. 2003 Centrum pro energetickou politiku a energetické technologie na Imperial College ve Velké Británii stanovilo náklady na výrobu bionafty mezi 33,50 a 52,60 USD na gigajoule (GJ) energie. To zahrnuje přeměnu energie a distribuci, pěstování plodin však činí 75 % nákladů, říká jeden z autorů zprávy Dr. Ausilio Bauen. Náklady na kerosin v r. 2003 činily 4,6 USD/GJ. Bionafta je běžně míchána s konvenční naftou maximálně do 20 %, aby se předešlo problému se skladovatelností, protože se kazí a měla by být použita do šesti měsíců od výroby. Podle vyjádření pana Farmeryho zežlukne. Bionafta také rozkládá pryžové těsnění a hadice, ty však lze nahradit odolnými materiály. Největším problém s bionaftou nepochybně představuje její potřeba vyšších teplot, říká pan Bauen. Je-li bionafta smíchána s kerosinem, zvýší se bod zákalu paliva (CP) tedy teplota, při které se tvoří mikrokrystaly. Ve zprávě se uvádí, že dokonce pouhých 10 % hmotnosti směsi bionafty zvyšuje CP z 51 C [-60 F ] na -29 C. Výzkumníci z Purdue University pracují úspěšně na bionaftě odolné vůči chladu a výzkumníci z Baylor University doufají, že získají grant na využití směsi bionafta/kerosin ve vzduchu. V 90. letech Institut pro leteckou vědu na univerzitě nechal létat 60 hodin letadlo Beech King Air s motory Pratt and Whitney Canada PT6A na směs bionafty a kerosinu v poměru 20:80 a ostatní na 100% Jet A. Letadlo nalétalo 25 000 stop (7 600 m) a zdá se, že nemělo žádné problémy, říká ředitel institutu Dr. Max Shauck. Tým testoval na zemi směsi až do 50% a zjistil, že u směsí až do 50 % byla výkonnost stejná jako u Jet A. Obsah kyslíku Nevýhodou bionafty je její obsah kyslíku, který zvyšuje její hmotnost. Kéž bychom přišli na to, jak se zbavit kyslíku v biomase, říká pan Farmery. Technologií BTL to jde, ale je to drahé. Kyslík v rostlinném oleji lze odstranit hydrorafinací. Pan Farmery věří, že jde o proces, který je klíčem k programu nových biopaliv amerického Úřadu pro obranné projekty pokročilého výzkumu (DARPA). DARPA pátrá po procesech cenově přístupné výroby biopaliva, které by nahradilo JP-8. Jeho cílem je 60% nebo lepší účinnost přeměny (podle energetického obsahu) rostlinného oleje na biologické tryskové palivo s perspektivou 90% účinnosti. Průmysl vkládá do tohoto úsilí velké naděje. Manažer ze společnosti General Electric Timothy Held věří, že výsledky programu BioFuels dávají biopalivu velkou šanci stát se perspektivním leteckým palivem. www.flightglobal.com
Originál: Fuel for Change Pramen: Flight International, leden/2007, s. 26-28 Přeložila: Lidmila Zrzavecká Jazyková korektura a grafická úprava: ODIS