Vlastnosti paliv s obsahem biosložek


177
program
Vlastnosti paliv s obsahem biosložek
Ing.Vladimír TĜebický,CSc,
Ústav paliv a maziv,a.s.,Praha 10,U Trati 42,
tel/fax: 274021330/274817287
Úvod
V roce 2003 pĜijala EU program pro využití biopaliv v dopravČ a energetice. Byla zpracována
smČrnice 2003/30/EC, která definovala jednotlivá biopaliva a biosložky a stanovila podmínky
využití, dále byla pĜijata smČrnice 2003/96/EC, která definovala možné podmínky daĖového
zvýhodnČní biopaliv a biosložek. Byly stanoveny indikativní cíle pro období do roku 2010,
podíl náhrady fosilních paliv pro dopravu biopalivy a bioložkami byl stanoven pro rok 2010
na úroveĖ 5,75 % energetického obsahu spotĜebovaných fosilních paliv.
Biopaliva lze podle zpĤsobu získávání rozdČlit na biopaliva I. a II. generace. Mezi biopaliva
I.generace Ĝadíme etanol, metylestery mastných kyselin a rostlinný olej. Etanol je získáván
v evropských podmínkách z obilí nebo cukrové Ĝepy, metylestery jsou získávány pĜevážnČ
Ĝepky stejnČ jako rostlinný olej. Biopaliva II.generace jsou získávány odlišnČ. V pĜípadČ
etanolu (nebo dalších alkoholĤ) se jedná o získávání z lignocelulózy, tj. z rostlin, které
nejsou urþeny pro zpracování na potraviny nebo z odpadĤ. V pĜípadČ rostlinného oleje nebo
živoþišných tukĤ se jedná o jejich hydrogenaci a pĜípravu „syntetických „ uhlovodíkĤ
odpovídajících uhlovodíkovým složením motorové naftČ. Další možností je výroba biopaliv
ve formČ BTL tj. synteticky na základČ Fischer-Tropschovy syntézy.
Kvalita a vlastnosti paliv s obsahem biosložek
Uvedený program využití biosložek a biopaliv znamenal nutnost úprav jakostních norem pro
automobilové benziny a motorové nafty. Souþasná norma pro automobilové benziny
umožĖuje využití pĜímého pĜídavku etanolu do 5%V/V nebo jeho pĜídavek ve formČ ETBE až
do výše 15%V/V, celkový obsah kyslíkatých látek v benzinu v pĜepoþtu na kyslík nesmí
pĜekroþit 2,7% m/m.
V ýR byl pĜídavek biosložek uzákonČn v roce 2007 a platí program pro pĜídavek etanolu
a MEMK. MEMK se pĜidává od roku 2007 ve výši 2%V/V, od roku 2009 ve výši 4,5%V/V
z objemu prodané motorové nafty, pro etanol je v roce 2008 pĜídavek 2%V/V a od roku 2009
3,5%V/V z objemu prodaných automobilových benzinĤ. V rámci novely evropské smČrnice
pro kvalitu paliv 98/70 se pĜipravuje možnost zavedení automobilových benzinĤ až do obsahu
10%V/V ve formČ pĜímého pĜídavku a až 22%V/V ve formČ pĜídavku ETBE, celkový obsah
kyslíku v palivu by se zvýšil až na 3,7%m/m. PĜídavek ETBE neznamená zásadní zmČnu
vlastností automobilového benzinu. PĜídavek etanolu ovlivĖuje nČkteré vlastnosti
automobilových benzinĤ. Jedná se pĜedevším o zvýšení tlaku par, vliv na prĤbČh destilaþní
kĜivky a vliv na oktanové þíslo. Etanol má ve srovnání s automobilovým benzinem nízký tlak
par, ale pĜídavek etanolu do benzinu znamená vytvoĜení azeotropické smČsi se zvýšeným
tlakem par. Vliv etanolu na prĤbČh destilaþní kĜivky a tlak par je graficky vyjádĜen
v obrázcích 1až 4.
Kvalita automobilového benzinu s obsahem etanolu je významnČ ovlivnČna i kvalitou etanolu.
Pro definici kvalitativních požadavkĤ na etanol jako složku pro automobilové benziny byla
zpracována evropská norma EN 15376, která byla pĜevzata do systému þeských technických
norem. Mezi nejdĤležitČjší vlastnosti etanolu patĜí obsah etanolu a vyšších alkoholĤ, obsah
metanolu a netČkavého podílu, obsah vody , obsah chloridĤ kyselost etanolu a obsah mČdi.
Vlastnosti etanolu jsou dĤležité zejména pro pĜípady pĜídavku nad 5%V/V, napĜ. pro palivo
E-85. Je pravdČpodobné, že pro paliva s vysokým obsahem etanolu, napĜ. pro palivo E-85
používané pro upravená vozidla typu „FFV-flexi fuel vehicles“dojde k požadavku na
zpĜísnČní nČkterých ukazatelĤ, zejména obsahu kontaminantĤ jako jsou napĜ. chloridy. Je to
palivo, které obsahuje etanol a 14 až 30%V/V automobilového benzinu v závislosti na roþním
období. PĜítomnost benzinu zajišĢuje startovatelnost paliva i v zimním období. V souþasné
dobČ je kvalita tohoto paliva stanovena požadavky ýSN 65 6512, ale v rámci rozšíĜení
APROCHEM 2008 • Odpadové fórum 2008 1336
14.–16. 4. 2008 Milovy

program
v rámci státĤ Evropy se pĜedpokládá zpracování návrhu evropské normy a pĜedložení prvního
návrhu ve druhé polovinČ roku 2008. Cena etanolu je vyšší ve srovnání s cenou
automobilového benzinu i pĜi rostoucí cenČ ropy, proto je nutné toto palivo zvýhodnit ve
srovnání s automobilovým benzinem, napĜ. nižší spotĜební daní. Návrhy na zvýhodnČní paliv
s vysokým obsahem biosložky jsou souþástí víceletého programu na využití biopaliv v ýR,
který byl schválen v letošním roce vládou.
Obrázek 1 Vliv pĜídavku 5%V/V etanolu na bod E70 destilaþní kĜivky automobilového
benzinu
Obrázek 2 Vliv pĜídavku 5%V/V etanolu na bod E100 destilaþní kĜivky automobilového
benzinu
Obrázek 3 Vliv pĜídavku 5%V/V etanolu na zvýšení tlaku par automobilového benzinu
APROCHEM 2008 • Odpadové fórum 2008 1337
14.–16. 4. 2008 Milovy

program
Obrázek 4 Vliv obsahu etanolu ve smČsi s automobilovým benzinem na zvýšení tlaku
Na základČ novely zákona 180/2007Sb. o ochranČ ovzduší jsou od záĜí roku 2007 pĜidávány
do motorové nafty MEMK v množství 2%V/V. To je v souladu s kvalitativními požadavky
jakostní normy pro motorovou naftu ýSN EN 590, která umožĖuje pĜídavek až 5%V/V
MEMK. Nízkoobjemové pĜídavek MEMK do motorové nafty nemá zatím výrazný vliv na
výslednou kvalitu motorové nafty, dĤležitá je však nutnost dodržovat požadavky ýSN EN
14214 pro MEMK. Jakým zpĤsobem mĤže ovlivnit pĜídavek MEMK vlastnosti motorové
APROCHEM 2008 • Odpadové fórum 2008 1338
14.–16. 4. 2008 Milovy

program
nafty? MEMK má ve rovnání s motorovou naftou vyšší hustotu pĜi 15°C, proto musí mít
nafta v tomto ukazateli potĜebnou rezervu, aby nedošlo k pĜekroþení limitu 845kg/m3. MEMK
má cetanové þíslo obvykle na úrovni 53, takže v tomto ukazateli nemá pĜídavek MEMK vliv
na výsledné vlastnosti paliva. MEMK má vyšší limit pro obsah vody,, ale v praxi se dosud
negativní vliv na kvalitu motorové nafty s obsahem MEMK neprojevil, protože motorová
nafta je vyrábČna s dostateþnou rezervou ve srovnání s požadovaným limitem. DĤležitou
vlastností MEMK je jejich oxidaþní stabilita. Oxidaþní stabilita MEMK je závislá na složení
mastných kyselin a esterĤ vzniklých reesterifikace rostlinného oleje. Oxidaþní stabilita se
výraznČ mČní s þasem a aby bylo dosaženo stability po delší dobu, je nutné používat úþinné
antioxidanty. To je i souþasná praxe. Vlastnosti MEMK mĤže negativnČ ovlivnit jejich
þistota, resp. pĜítomnost kontaminujících látek. KromČ vázané vody je to pĜítomnost esterĤ
kyselin s více dvojnými vazbami, volného a vázaného glycerolu, látek kyselé povahy
zvyšujících þíslo kyselost, pĜítomnosti alkalických kovĤ a kovĤ alkalických zemin a fosforu.
MEMK je možno použít nejen jako nízkoobjemový pĜídavek do motorové nafty, ale
i samostatnČ pro motory, pro které to bylo toto biopalivo schváleno výrobcem motoru.
Všechny vlastnosti MEMK jsou velmi dĤležité a další uvažované zvyšování pĜídavku MEMK
do motorové nafty bude ovlivnČno i požadavky na vlastnosti MEMK. NejdĤležitČjším
ukazatelem je, kromČ þistoty produktu a minimalizace obsahu kontaminantĤ, oxidaþní
stabilita MEMK. Ta je ve znaþné míĜe závislá na složení MEMK a proto lze poþítat
s rostoucími nároky na složení produktu, zejména minimalizaci obsahu esterĤ s vČtším
poþtem dvojných vazeb. Lze pĜedpokládat novelizované požadavky na kvalitu MEMK
formou úpravy požadavkĤ v jakostní normČ EN 14214 v souvislosti s rostoucími požadavky
na emisní limity automobilĤ od úrovnČ EURO V. Riziko nedodržení kvality znamená riziko
tvorby polymerních látek jako produktĤ stárnutí, možnou korozi železných i neželezných
kovĤ, tvorbu kovových mýdel vlivem koroze kyselinou mravenþí a vliv na eleastomery
v dĤsledku tvorby peroxidĤ.
Využívání rostlinných olejĤ pĜímo pro pohon motorĤ je vázáno na souhlas výrobce motoru
a úpravu dávkování paliva. K dispozici je nová jakostní norma ýSN 65 6516, která definuje
požadavky na jakost rostlinného oleje jako paliva pro pohon motorĤ. KromČ obsahu vody
a dalších kontaminantĤ lze podobnČ jako v pĜípadČ MEMK považovat za nejdĤležitČjší
dostateþnou oxidaþní stabilitu paliva.
V plánech a prognózách pro období do roku 2020 se pĜedpokládá zvýšení podílu spotĜeby
biopaliv a biosložek až na 8 až 10% z celkové spotĜeby paliv pro dopravu. To už není možné
dosáhnout jen souþasným zpĤsobem pĜímého pĜídavku. PĜedpokládá se i využití biopaliv
II.generace . Pro etanol jako palivo zejména pro zážehové motory to znamená jeho výrobu
nejen z uvedených plodin, ale i z lignocelulozy. Podmínku je zvládnutí odpovídajícího
kvasného procesu. KromČ etanolu se uvažuje i butanolem jako alternativou, která má nČkteré
výhodnČjší vlastnosti ve srovnání s etanolem, zejména menší afinitu k vodČ.. U paliv pro
vznČtové motory se uvažuje s možností hydrogenace rostlinných olejĤ v procesu zpracování
ropy a pĜípravy složky pro motorovou naftu s velmi dobrými spalovacími vlastnostmi. Jiným
zpĤsobem získání syntetické nafty je uvedená FT syntéza.
Palivo získané FT syntézou má výraznČ vyšší cetanové þíslo, nižší hustotu vlivem
nepĜítomnosti nežádoucích aromátĤ. Lepší vlastnosti mají za následek lepší spalovací
vlastnosti, nízké emise, nevýhodou je v souþasné dobČ výraznČ vyšší cena tohoto produktu.
ZávČr
Je uveden pĜehled možností využití biosložek jako souþásti motorových paliv pro pohon
motorĤ. Jsou diskutovány nejdĤležitČjší vlastnosti biopaliv a biosložek, které ovlivĖují
technické možnosti jejich využití.
APROCHEM 2008 • Odpadové fórum 2008 1339
14.–16. 4. 2008 Milovy