ČESKÁ ASOCIACE PETROLEJÁŘSKÉHO PRŮMYSLU A OBCHODU CZECH ASSOCIATION OF PETROLEUM INDUSTRY AND TRADE U Trati 42 100 00 Praha 10 Strašnice tel.: +420 274 817 404 E-mail: cappo@cappo.cz Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu, Technologická platforma silniční doprava Milan Vitvar, listopad 2013
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
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 70 90 %. Nezdaněná MOC okolo 0,60 USD/lge. 3
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
Globální výroba biopaliv a hlavní producenti (převážně první generace) 5
3. HVGO Výroba hydrogenovaného rostlinného oleje: společná rafinace s fosilní surovinou nebo lépe samostatnou hydrogenací. Tlak cca 5 MPa, teploty 350 400 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
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 ( 20 50 %) a kyslíku ( až 45 %) Rozdíly obsahu ligninu u vytrvalých trav, slámy, dřeva, potenciál pro genetickou modifikaci rostlin. 7
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
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
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
Některé parametry závodu na lignocelulózový etanol komerční velikosti Crescentino Itálie Údajně konkurenceschopná technologie bez podpor Investiční náklady: 120 mil. Euro 40 000 t alkoholu ze 160 000 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 2012 11
. 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
Rychlá ( mžiková) pyrolýza Termorozkladný proces při teplotě 400 600 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 ( 30 40 %) musí být odstraněn rafinací. Technologicky náročný proces, ve stadiu poloprovozního výzkumu. 13
Hydrotermální procesy (HTU) Působení vodou na biomasu ( může být i vlhká) za tlaku 12-18 MPa a při teplotách 300 400 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
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 30 50 % 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 10 20 let.. Nejdůležitější komerčně zvládnuté procesy: Výroba celulózového alkoholu, BTL FT technologie, HVGO ( zdroj: IEA) 15
8. Efektivita výroby vyspělých paliv, zdroje, geografie a náklady Energetická účinnost ( poměr energie biopaliva k surovině): Lignocelulózová biopaliva ze zemědělských zbytků nebo lesnictví 12 35 % ( obsah energie v suché biomase 20 GJ/t) Výtěžky bioalkoholu 110 300 l a motorové nafty (BTL) ( 34 MJ/l) - 75 200 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. 2030. Možnost zvýšení v r. 2050 až na 27 % v objemu spotřebovaných paliv. Skutečný předpokládaný růst (2030) 5 % ( odhad IEA) 16
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
10. Legislatívní rámec v Evropě Směrnice 2009/28/EC ( Směrnice o obnovitelných zdrojích ) stanovila závazné cíle dosáhnout do roku 2020 20 % 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
Hlavní prvky návrhu novelizace směrnic s pozdějšími úpravami: podíl biopaliv z potravinářských surovin bude limitován na 7 % konečné spotřeby energie v dopravě ( 7 + 2 + 1 %) 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 01.01. 2017 nebo později. V případě výroby biopaliv v zařízeních, které byly v provozu před 31.12.2016 by tato měla dosahovat úspory skleníkových plynů alespoň 35 %, od 01.01. 2017 50 %. ILUC : jednou vykazování, jindy započítávání, nejasná situace 19
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
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