Současný stav paliv

Rostoucí podíl dopravy na celkovém znečištění životního prostředí vedl od 90-tých let minulého století k vytvoření programů na snižování emisí. Postupně se zpřísňují emisní limity pro regulované emise pro jednotlivé druhy vozidel a současně se zvyšují nároky na paliva. Za prvé se to týká kvality paliv a za druhé je snaha snižovat emise skleníkových plynů, zejména CO2 přídavkem paliv z obnovitelných zdrojů. Současná legislativa stanovuje požadavky na snížení emisí CO2 z použití paliv do roku 2020 o 6 %. Bylo zavedeno sledování „udržitelnosti" použitých biopaliv, což je vyjádření jejich podílu na snížení produkce CO2.

 

 

Podle platné legislativy musí mít všechna použitá biopaliva úsporu CO2 min. 35 %, od roku 2017 musí být úspora CO2 50 % a od roku  2018 musí být úspora 60 % pro technologie výroby biopaliv uvedené do provozu od roku 2017. Z uvedených údajů je zřejmé, že uvedené úspory emisí skleníkových není možné dosáhnout pouze nízkoprocentním přídavkem paliv v rámci současných technických norem. Je nutné ve větší míře zapojit vysokoprocentní biopaliva a současně vytvořit technické a legislativní podmínky pro využití biopaliv vyšších generací s větším efektem pro úsporu CO2.
Předpokládá se změna legislativy tak, že bude dána větší podpora biopalivům připravených z odpadních surovin a biopalivům vyšších generací, která by se měla z poloviny podílet na úspoře skleníkových plynů. Uvedená problematika je zpracována v „Národním akčním plánu", který bude aktualizován v závislosti na změnách legislativy.


Jaká paliva budeme tedy tankovat na čerpacích stanicích?
Kromě současných  kapalných a zkapalněných paliv (LPG) paliv se dá předpokládat i větší rozšíření CNG (stlačený zemní plyn). Kromě alternativních paliv  lze předpokládat i větší rozšíření alternativních pohonů (hybridní pohon a elektromobily). Převahu však budou podle předpokladů mít kapalná paliva. V posledním období byl zaznamenám výrazný pokles prodeje benzinů při současné stagnaci prodeje motorové nafty, nárůst zaznamenává podíl zemního plynu a směsné motorové nafty.  

Paliva pro zážehové motory

Pro zážehové motory se používá automobilový benzin, vesměs ve dvou oktanových hladinách 95 a 98. Podle platné jakostní normy ČSN EN 228 je možné do automobilového benzinu přidat kyslíkaté látky  v množství až 2,7 % m/m kyslíku. Jako biopalivo se přidává etanol. Používá se přímý přídavek (max. 5 % V/V) nebo přídavek ve formě etyl-terc.butyléteru (max.15 % V/V). V současné době je připravena novela uvedené normy, která zavádí další druh benzinu  E-10 s obsahem až 3,7 %m/m kyslíku, platnost této novely lze předpokládat od roku 2013. Forma přídavku kyslíkatých látek se předpokládá stejná, přímý přídavek nebo forma éterů. Přímý přídavek bude možný až do objemu 10 % V/V, ve formě éterů je povolený objem až 22 % V/V. Legislativou je stanoveno zachování benzinu s obsahem kyslíku do 2,7 %hm. (E-5) až do roku 2018. V současné době je přímý přídavek etanolu realizován v benzinu oktanové hladiny 95, v benzinu oktanové hladiny 98 je přítomnost kyslíkatých látek zajištěna přídavkem éterů.  Je vydán seznam vozidel jednotlivých výrobců, která mohou používat benzin s přídavkem 10 % obj. etanolu. Vesměs se jedná o vozidla vyrobená od druhé poloviny devadesátých let 20.století. Například pro vozidla Škoda není použití paliva E-10 dovoleno pro vozidla typu Favorit a Forman, pro modernější typy je použití možné vesměs bez úprav nebo s drobnými úpravami, např. ve vozech Felicia  1,3 (40 a 50 kW) je nutné vyměnit těsnění v palivovém regulátoru tlaku. Použití paliva E-10 není určeno pro vozidla, pro která je doporučen benzin oktanové hladiny 98.
Přímý přídavek etanolu do benzinu zvyšuje jeho rozpouštěcí schopnost vody, která je závislá na obsahu etanolu a na teplotě. Klesá s klesajícím obsahem etanolu a klesající teplotou. Z toho vyplývají rizika přímého přídavku etanolu. Při dlouhodobém skladování benzinu při nízkých teplotách nebo při snížení obsahu etanolu může dojít k separaci vody ve formě lihovodné vrstvy. Separace lihovodné vrstvy znamená ztrátu oktanové hladiny paliva a současně riziko koroze vlivem působení této lihovodné vrstvy. Z uvedených důvodů se doporučuje benzin s obsahem etanolu dlouhodobě neskladovat, doporučená doba jsou nejvýše 3 měsíce. Doporučuje se přidávat také přísady působící proti korozi a přísady zvyšující mazivost benzinu, protože přítomnost etanolu v benzinu mazací schopnost benzinu negativně ovlivňuje. Porovnání složení kyslíkatých látek v benzinu a průběh destilační křivky pro současnou a novelizovanou normu EN 228 je uvedeno v tabulce 1.

 


V současné době se prodávají i aditivované a prémiové automobilové benziny. Aditivace se zaměřuje na použití detergentních přísad zajišťujících čistotu palivového systému, nově se z důvodu přídavku etanolu používají i mazivostní přísady a přísady proti korozi. Mezi prémiová paliva zařazujeme především vysokooktanové benziny s oktanovým číslem na úrovni 100 jednotek, které jsou určeny především pro sportovní vozy s vysokým výkonem. Dalším druhem paliva pro zážehové motory je palivo E-85. Palivo je určeno pouze pro tzv. „flexi fuel" vozidla. Tato vozidla  jsou upravena tak, aby byla schopna spalovat efektivně palivo až s 85   %V/V etanolu. Řídící jednotka a spalování je upraveno tak, aby vozidlo bylo schopno využít vyšší oktanové číslo tohoto paliva (cca 101 až 104)    a kompenzovat nižší energetický obsah tohoto paliva. Spotřeba však dosahuje cca o 20 % vyšší úroveň ve srovnání s benzinem. Je nežádoucí, aby toto palivo i v kombinaci se standardním benzinem bylo používáno v neupravených vozidlech, protože je riziko vysokých emisí, zejména aldehydů. Palivo E-85 je obvykle dotováno nižší nebo dokonce nulovou úrovní spotřební daně. Kvalitativní požadavky na palivo E-85 jsou zaměřeny zejména na složení paliva, jedná se o směs 70 až 85 % obj. etanolu a benzinu. Jakost paliva  E-85 je od roku 2011 definována evropským standardem převzatým jako ČSN P CEN/TS 15293. Pozornost je vě-nována zejména požadavkům na minimální přítomnost kontaminantů ve formě chloridů a síranů, které mohou ovlivňovat tvorbu úsad v palivovém systému.  Požadavky jsou uvedeny v tabulce 2.

 



Etanol se v současné době v největším objemu vyrábí v Brazílii a v USA z cukrové třtiny a kukuřice. Výroba v evropských podmínkách je dražší, zejména z důvodů odlišných klimatických podmínek. V Evropě se etanol vyrábí z obilí a v ČR zejména z cukrové řepy. Pro budoucnost je potřeba uvažovat i s dalšími zdroji, ve Švédsku se využívá odpad ze zpracování dřeva při výrobě papíru, uvažuje se i o využití etanolu vyrobeného z řas (Alga-nol). Netradiční zdroje budou využívány zejména z důvodu hledání nepotravinářských zdrojů pro výrobu etanolu a současně zdrojů poskytujících vyšší sporu CO2.
V kvalitativních požadavcích na automobilové benziny se nepředpokládají do roku 2020 žádné radikální změny. S ohledem na rostoucí požadavky na snížení emisí by mohlo by dojít ke zpřísnění požadavků na obsah olefínů a aromátů a benzenu. Dále dojde pravděpodobně v důsledku změn ve složení automobilových benzinů ke změnám v průběhu destilační křivky a požadavcích na těkavost z důvodu vlivu na emise uhlovodíků. Lze předpokládat rostoucí podíl vysokooktanového benzinu a aditivovaných paliv na celkovém prodeji benzinů a současně růst požadavků a zavedení zkušebních metod na hodnocení vlivu paliva na čistotu spalovacího prostoru motoru.

Paliva pro vznětové motory
Pro vznětové motory se používá jako palivo motorová nafta. V současné době se používá motorová nafta s přídavkem až 7 % V/V biopaliva, což je v současné době FAME (metylestery mastných kyselin). Zdrojem olejů pro výrobu metylesterů jsou rostlinné oleje (v Evropě převážně řepkový olej, v jiných oblastech i sojový, slunečnicový a palmový olej), nebo živočišně tuky a odpadní kuchyňské oleje. V poslední době se využívají jako zdroj oleje i řasy a další nepotravinářské suroviny jako např. jatropa. Snaha po úsporách ropy a snižování emisí  CO2 vede k používání směsí motorové nafty s FAME a používání 100 % FAME. V průběhu roku 2013 se předpokládá novela normy EN 590. Změny se předpokládají především v požadavcích na kompatibilitu přísad pro zlepšení nízkoteplotních vlastností používaných pro naftu a FAME, aby se eliminovalo riziko ucpávání palivových filtrů v zimním období.
V ČR se používá i směsná motorová nafta s obsahem min. 30 % obj. FAME, podle ČSN 656508. Pro tento typ paliva se připravuje se technická norma na evropské úrovni. Předpokládá se obsah až 30 % obj. FAME.  Požadavky na toto palivo budou kromě standardních jakostních ukazatelů limitovat i obsah kontaminantů přítomných v palivech typu FAME a budou zaměřeny na požadavky na  oxidační stabilitu. Z kontaminantů se jedná zejména o obsah glycerolu a glyceridů, stopový obsah kovů a fosforu, obsah nenasycených esterů mastných kyselin. Všechny tyto látky ovlivňují užitné vlastnosti nejen FAME, ale i výsledného směsného produktu. FAME je velmi citlivé na způsob manipulace, skladování a dopravy. Je třeba věnovat pozornost zejména obsahu vody a oxidační stabilitě. Oxidační stabilita je ovlivněna způsobem rafinace jak výchozího oleje, tak  i rafinaci vyrobeného metylesteru. Pokud nejsou dodrženy v dostatečné míře požadavky na čistotu produktu, dochází ke snížení jeho oxidační stability a tvorbě usazenin, jako produktů oxidace při skladování i v palivovém systému. Vlivem těchto úsad následně dochází k ucpávání palivových filtrů. Protože je FAME citlivé na manipulaci během distribučního procesu, je nutné věnovat pozornost i mikrobiologické kontaminaci, která může významně ovlivňovat užitné vlastnosti těchto paliv.
Kromě metylesterů olejů a tuků roste v současné době i význam  paliv vyrobených hydrogenací a následnou isomerací rostlinných olejů. Tato paliva mají velmi podobné uhlovodíkové složení jako motorová nafta, pouze se liší významně nižším obsahem olefínů a aromátů. Navíc mají nulový obsah síry, mají vynikající cetanová čísla, velmi dobré nízkoteplotní vlastnosti. Porovnání složení hydrogenovaného rostlinného oleje a motorové nafty podle EN 50 je uvedeno v tabulce 3. Při jejich spalování vznikají minimální emise pevných částic a nespálených uhlovodíků, porovnání emisí paliv s různým obsahem hydrogenovaného rostlinného oleje je uveden v tabulce 4.

 


Jakostní požadavky pro tento druh paliva jsou již definovány v CWA (CEN workshop agreement) 15940. Limitujícím faktorem je zatím vysoká cena. Předpokládá se, že by se toto palivo používalo podobně jako biopaliva první generace v určitém přídavku do motorové nafty. Z důvodu požadavku vyšší úspory skleníkových plynů se předpokládá i využití biopaliv vyšších generací typu BTL která budou vyráběna Fischer Tropschovou syntézou z biomasy. Předpokládá se i využití dalších zdrojů biopaliv s vyšší úsporou CO2. Vlastnosti tohoto paliva budou obdobné jako paliv vyrobených hydrogenací rostlinných olejů a lze předpokládat z důvodu vysoké ceny především jejich přídavek do motorové nafty. V posledních obdobích roste zájem motoristů o aditivované a prémiové motorové nafty. Pro zlepšení vlastností motorové nafty se používají přísady zlepšující cetanové číslo, nízkoteplotní vlastnosti, snižující pěnivost motorové nafty a zlepšující detergentní vlastnosti pro zajištění čistoty palivového sytému, případně přísady zlepšující mazivost motorové nafty. Kromě uvedených změn ve složení lze předpokládat i změny ve složení motorové nafty. Zejména se to týká zvýšení požadavků na cetanový index a cetanové číslo, úprava průběhu destilační křivky (snížení teploty 95% předestilovaného objemu), další redukce obsahu polyaromátů a zavedení limitu pro obsah aromátů podobně jako u automobilových benzinů, ale i zpřísnění požadavků na mazivost paliv a čistotu paliv pro vznětové motory.  

Další typy paliv
Kromě uvedených typů paliv pro zážehové a vznětové motory lze i nadále počítat s využitím LPG a s rozšiřujícím se využitím zemního plynu. LPG je v ČR využíváno převážně pro přestavěná vozidla, přestože jsou k dispozici i vozidla vyrobená pro pohon LPG. U přestavěných vozidel by mělo být požadováno ověření splnění emisních limitů, podobně jako je to např. v USA. Pro požadované spalovací vlastností a splnění emisních limitů je potřebná dostatečná čistota paliva. Zejména je nežádoucí obsah nenasycených uhlovodíků, které jsou velmi nestabilní a reaktivní, což vede k tvorbě úsad v palivovém systému vozidel i v systémech čerpacích stanic a materiálové nekompatibilitě. Nenasycené uhlovodíky zhoršují i spalovací vlastnosti paliva, mají ve srovnání s nasycenými uhlovodíky výrazně horší spalovací vlastnosti. Kvalitativní požadavky jsou definovány v evropské jakostní normě ČSN EN 589.
Předpokládá se rozšíření používání stlačeného zemního plynu. I pro toto palivo je k dispozici jakostní norma definující kvalitu paliva ČSN 656517, připravuje se evropská norma. Kvalita je pro podmínky ČR definovaná zejména obsahem methanu, energetickou hodnotou paliva a limity pro obsah vody a obsah síry.
Přes všechny probíhající změny a rostoucí využití alternativních paliv lze předpokládat i po roce 2020 využití převážně kapalných ropných paliv pro pohony motorů. Jejich kvalitu a složení budou výrazně ovlivňovat požadavky na snižování emisí a úsporu skleníkových plynů.

 

 

Ing. Vladimír Třebický, CSc.

 


Literatura:
1 Rothe, et al., unpublished document
2 Rothe, D., Lorenz, J., Lammermann, R., Jacobi, E., Rantanen, L., and Linnaila, R. 2005. New
BTL Diesel Reduces Effectively Emissions of a Modern Heavy Duty Engine. Fortum Oil Oy.

 


Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
2 + 7 =
Odoslanie formulára

Tribotechnika_2_2019

TriboTechnika_2_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd