Charakteristika alternativních paliv

Paliva mající původ v ropě:

LPG pro automobily:

  • Využití k pohonu automobilů se datuje od roku 1910.
  • V Evropě chápán jako směs C3 a C4 uhlovodíků, v USA jako propan.
  • Jedná se o vedlejší produkt zpracování ropy nebo zemního plynu.
  • Skladován kapalný při tlaku až 1,4 MPa (propan).
  • Snadno dostupný díky vybudované infrastruktuře.
  • Škodlivé emise nižší než z reformulovaného autobenzínu.
  • V ČR:
  • Kvalita pro automobily upravena ČSN EN 589 (červenec 2001), která požaduje OČMM výsledné směsi min 89 a celkový obsah S max. 100 ppm hm.
  • Používání podporováno nízkou spotřební daní, která činí jen 2850 Kč/t proti 10840 Kč/m3 autobenzínu.
  • Je provozováno cca 250 tis vozidel, včetně autobusů. LPG je možno načerpat u cca 600 ČS.
  • Rozdíl mezi kvalitou LPG pro pohon automobilů a na topení není ještě dostatečně dobře chápána

Paliva neropného, ale minerálního původu:

Stlačený zemní plyn (CNG):

  • Zaváděn v Itálii již v 30 letech. Itálie obecně patří mezi země stojící na špici v zavádění alternativních paliv.
  • Snadno dostupný v rámci existující infrastruktury.
  • Je lehčí než vzduch, což lze chápat jako určitý prvek bezpečnosti.
  • Produkuje podstatně méně škodlivých emisí než reformulovaný autobenzín nebo nafta. Problém představuje pouze formaldehyd.
  • Distribuován stlačen na 20 25 MPa
  • V USA využíván od 30 let minulého století, nyní je ale používán nejvíce v Argentině, Itálii a Rusku.
  • V ČR:
  • Průkopníkem ve využití byly především v 80.letech dopravní podniky v  Havířově a Frýdku Místku, nyní se rozvíjí zejména v DP Ústní n.Labem, Karlovy Vary a Plzeň.
  • Aplikaci podporují MŽP a ze Státního fondu životního prostředí bylo možno získat podporu na přestavbu autobusu až 900 tis. Kč. Dále podporují zejména plynárenské podniky, jako určitou diversifikační aktivitu.
  • Nyní provozovány řádově stovky vozidel na toto palivo, včetně autobusů a k dispozici je cca 15 čerpacích / kompresních stanic.

Zkapalněný zemní plyn (LNG):

  • Skladován ochlazený v kryogenních nádobách při 0,15 – 1,0 MPa. Má bod varu -160°C při normálním tlaku.
  • Distribuován je v kapalném stavu, jako klasické ropné palivo.
  • Určen především pro velké nákladní automobily.

Syntetická ropa a paliva z ní vyrobené:

  • Jedná se o produkt tzv. Gas-to-Liquid (GTL) technologií.
  • Třístupňový proces:
  1. Výroba syntézního plynu (směs CO a H2 v poměru 2/1).
  2. Fischer-Tropschova syntéza poskytující ze syntézního plynu vysokomolekulární parafíny. Teoretické základy tohoto procesu vytvořeny v 20.letech minulého století.
  3. Hydrokrakování a destilace produktů, tj. procesy podobné současným rafinérským.
  • Hlavním produktem je velmi kvalitní, bezsirná, nízkoaromatická motorová nafta.

Metanol:

  • Vyráběný ze zemního plynu, ale může být produkován i z uhlí, dřeva nebo komunálních odpadů.
  • Je jedovatý, velmi agresivní vůči gumě, plastům, hliníku a hliníkovým slitinám.
  • Používán přímo nebo jako směs s benzínem M85 nebo motorovou naftou (15%). Nyní ale praktické využití je velmi omezeno.
  • Nepřímo k výrobě MTBE, TAME a MEŘO.
  • V budoucnosti uvažován jako zdroj vodíku pro palivové články, jak je realizováno např. v projektu Statoil, DaimlerChrysler, BP, BASF, Methanex a Xcellsis na vozidle NECAR 5 [ANON., 2000b]. Chrysler plánuje vyrobit v roce 2004 100000 vozidel poháněných palivovými články [JOYCE].

Dimetyléter (DME):

  • Vyrábí se ze zemního plynu podobnými technologiemi jako metanol.
  • Lze použít čistý nebo ve směsi s metanolem.

Generátorový a vysokopecní plyn:

  • Využívaný dříve a pouze lokálně.

Paliva biologického původu, biopaliva:

Bioetanol:

  • Produkován fermentací rostlinných škrobů obsažených např. v obilí, bramborách konvertovaných na cukry, z cukru v melase nebo i z celulózy.
  • První vozy H.Forda spalovaly palivo s obsahem alkoholu.
  • Používá se ve směsi od 10% do 100% s autobenzínem. Je možné i jeho míšení s motorovou naftou. Vizte též uplatnění v palivech řady P.
  • Podle pěstované plodiny lze z hektaru orné půdy získat etanol na ujetí 20 – 50000 km.
  • Vyznačuje se vysokým oktanovým číslem. Zásadní nevýhodu představuje jeho afinita k vodě.
  • Přimíšený do autobenzínů zlepšuje jeho emisní charakteristiky. Problém představují aldehydy v emisích.
  • Používá se též k výrobě ETBE, eventuelně EEŘO.
  • Největší zkušenost s aplikací v moderních motorech mají v Brazílii, kde využití je intenzivně podporováno od 70 let, v souvislosti s ropnými krizemi. Nyní se intenzivně připravuje jeho využití jako náhrady za MTBE v USA (do 10%, gasohol), ale i ve formě směsi E85. GM, Chrysler i Ford vyrábějí automobily umožňující použití tohoto paliva.
  • V ČR:
  • Podle legislativní úpravy z roku 1932 se v ČSR přidávalo do BA 20% etylalkoholu. Vyráběla se dvojsměs autobenzín/bioetanol nebo trojsměsi autobenzín/bioetanol/benzen z kamenouhelného dehtu (70/10-20/10-15%) pod označením DYNOL nebo DYNAKOL [KOVÁŘ].
  • Přímé míšení etanolu do autobenzínu upravuje nyní ČSN EN 228.
  • Použití bioetanolu ve vznětových motorech Slávia a Zetor bylo ověřováno v akreditované laboratoři na Technické univerzitě v Liberci a na motoru LIAZ v Škoda LIAZ a.s.. Palivo obsahovalo bioetanol + 5% přísady Avocet na zvýšení cetanového čísla + mazivostní přísadu. Emise byly zjišťovány dle EHK 49. Žádná škodlivina nepřekročila tento předpis [LAURIN].
  • V Usnesení vlády ČR 125/1996 byl formulován program na podporu použití etanolu pro výrobu motorových paliv, ale byl nedostatečně podporovaný legislativně a tudíž bez praktického výstupu.

Biodiesel:

  • Vyráběný esterifikací rostlinných olejů nebo živočišných tuků i recyklovaných z restauračních zařízení.
  • Biodiesel byl poprvé používán v Jižní Africe během 2.světové války, k pohonu těžkých vozidel.
  • Samotné MEŘO je bezpečné, biologicky odbouratelné. Má dobré mazací vlastnosti. Má ale nižší výhřevnost než ropné uhlovodíky, je agresivní vůči gumě, snáze oxidovatelný s následnou tvorbou sedimentů a kyselých produktů. Je snáze napadnutelný bakteriemi, než standardní diesel.
  • Redukuje produkci uhlíkatých částic, uhlovodíků, polyaromátů a pevných částic, problém ale představuje vyšší emise NOx.
  • Variantu MEŘO představují směsi s ropnými uhlovodíky, které do určité koncentrace (20%) lze použít v běžných vozidlech.
  • V USA biodiesel je první alternativní palivo které vyhovělo testům vlivu na zdraví dle „Clean Air Act Amendment“ z roku 1990. [ANON., 2000a]. Současně je podporována výroba B20.
  • V EU je používání biodieselu (čisté FAME) nebo směsné nafty podporováno daňovou politikou a direktivně [ANON., 2001].
  • V ČR:
  • Typický produkt v ČR představuje MEŘO.
  • Použití normativně zakotveno v ČSN 656507 (čisté MEŘO, první vydání v roce 1994), ČSN 656508 (směsná nafta s více jak 30% hm MEŘO, prakticky též ve velkém množství vyráběna, vybudována i nezbytná infrastruktura) a ČSN 656509 (s 3 – 5% MEŘO).
  • Produkce směsné nafty vycházela z tzv.Oleoprogramu, nastartovaného v roce 1992. Výroba a použití podporována dotacemi a daňově. Pravidla jsou ale často měněna, což komplikuje dlouhodobější řešení.
  • Existuje Sdružení pro výrobu bionafty.
  • U směsné nafty v úvodní fázi akcentována biologická odbouratelnost.

Bioplyn:

  • Vzniká anaerobním rozkladem organické hmoty ve velkovýkrmnách, čistírnách odpadních vod, skládkách. Vedle metanu obsahuje i větší množství CO2, vody, případně další příměsi jako sulfan, halogenvodíky atd.
  • Jedná se produkt lokálního významu.
  • Používá se především k pohonu stacionárních motorů kogeneračních jednotek
  • V některých případech nahrazuje u stacionárních motorů motorovou naftu jako palivo.

Dřevoplyn:

  • Byl využíván především v období 2.světové války.
  • Velký problém pro motor představuje čistota plynu a z ekologického hlediska voda, přes kterou se plyn filtruje, obsahující velké množství dehtu.
  • Idea generátoru paliva umístěném přímo v automobilu se nyní znovu využívá při výrobě vodíku pro palivovém články přímo v automobilu, vizte další odstavec.
  • V ČR na konci 70.let ověřovalo na traktoru JZD Jílové u Prahy.

Paliva různého nebo kombinovaného původu:

Vodík [ANON., 2003b; JOYCE] (někdy nazývaný jako vodní plyn):

  • Lze vyrábět z vody elektrolýzou, ze zemního plynu, metanolu nebo biomasy zplyňováním (spojeno s produkcí CO2). Problém představují vysoké náklady na jeho výrobu, které tvoří hlavní překážku jeho rozšíření.
  • Podobně jako zemní plyn ho lze použít stlačený nebo zkapalněný (LH2),  vázaný ve formě hydridu nebo adsorbovaný na porézním nosiči.
  • Je výbušný. Vyžaduje velmi těsný palivový systém, protože malé molekuly snadno naleznou netěsnost. Budování infrastruktury je v počátcích.
  • Čistý nebo ve směsi se zemním plynem (Hythane, až 15% obj. vodíku) lze přímo použít jako palivo spalovacích motorů. Vedle vody je ve spalinách obsaženo i určité množství oxidů dusíku.
  • Další aplikace je pro výrobu elektrické energie palivovými články. Elektrická energie je generována přímo ve vozidle na základě elektrochemické reakce vodíku a kyslíku. Vodík může být čerpán jako palivo nebo jeho produkce zajišťována přímo ve vozidle. Vedlejšími produkty jsou teplo a voda.
  • Univerzita ve Warvicku, Anglii, pracuje na výzkumném projektu financovaném společnostmi ExxonMobil a BMW, zaměřeném na výrobu vodíku pro palivové články ze zemního plynu přímo na čerpací stanici ve speciálním rektoru [ANON., 2003a]. Linde A.G. vystavěla v Dudenhofenu, SRN, pro Adam Opel A.G. první plnící stanici vodíkem pro tlak 70 MPa. Doposud byl používán poloviční tlak [ANON., 2003c]. EU realizuje od roku 2002 projekt „Clean Urban Transport for Europe (CUTE)“ založený na použití vodíku v 27 městských autobusech v 9 evropských městech [PORUBAN]. Jako určitou kuriozitu, J.Zeitler vyvinul první dvoutaktní motorový skútr AQWON, schválený v SRN TÜV, poháněný vodíkem z nádrže o tlaku 5 MPa. [ANON., 2003e].

Peroxid vodíku:

  • Během 2.světové války pracoval prof.H.Walter na využití tzv. paroplynu, který vznikal prudkým rozkladem H2O2 za přítomnosti katalyzátoru (burel) v reaktoru. Reakce probíhá za nízkých teplot, nedochází k tepelnému namáhání zařízení ani tepelným ztrátám. Pohon se zkoušel se na ponorkách vybavených paroplynovou turbínou poháněných plyny z rozkladu.
  • Plyny vzniklé rozkladem peroxidu vodíku mohou pohánět pístový motor, turbínu nebo tryskový motor. Ověřovalo se použití k pohonu automobilů.
  • Výroba by v budoucnosti mohla být součástí vodíkové energetiky, na základě elektřiny z jaderných, solárních a větrných elektráren. Peroxid vodíku se totiž skladuje lépe než vodík

Étery, jako MTBE, ETBE, TAME, DIPE:

  • Jedná se o kombinaci ropného nenasyceného uhlovodíku (C3 – C5) s alkoholem.
  • Mají vyšší výhřevnost, nižší tlak par, vyšší OČa jsou lépe mísitelné do autobenzínu než odpovídající alkoholy.
  • Podporují dokonalejší hoření paliva.
  • V USA nejsou étery považovány za alternativní palivo a použití MTBE z důvodu špatné biologické odbouratelnosti bude v některých státech zakázáno.
  • V ČR:
  • Míšení upraveno v ČSN EN 228- max 15 =% obj.
  • ČeR a.s. kromě průběžné výroby MTBE realizovala dvakrát výrobu ETBE. Bylo zpracováno 1500 t bioetanolu k tomuto účelu [KITTEL].
  • Na přiloženém obrázku je výrobna MTBE / ETBE v ČeR a.s.
  • Na pokusné jednotce Chemopetrolu Litvínov bylo syntetizováno též TAME.

Paliva řady P (P-Series):

Tab.1:  Fyzikální vlastnosti paliva řady P
Parametr Hodnota
Oktanové číslo (R+M)/2 90,2
Tlak par (psi) 40 –  80
Hustota (kg/m3) 775
Výhřevnost (kJ/kg) 35000
Síra (ppm) <9
Kyslík (% hm) 19,5

 

 

 

 

 

 

  • Vyvinuté Dr.S.Paulem z univerzity  v Princeton, USA [U.S.Patent 5,697,987].
  • Směs kapalného kondenzátu zemního plynu (C5 – C8), ethanolu a methyltetrahydrofuranu vyrobeného z celulózy.
  • Určené pro zážehové motory.
  • Mísitelné s běžným autobenzínem.
  • Uvedeny na seznamu alternativních paliv v Energy Policy Act.
  • Mají podstatně příznivější emise než má reformulovaný autobenzín.
  • Fyzikální charakteristiky viz tab.1.

Elektrická energie:

Zde se problém paliva přenáší na způsob generování elektrické energie.

  • Využitelná je energie vyráběna v atomových elektrárnách (ale některé země zakazují), vodních nebo větrných elektrárnách.
  • Klíčovou roli u všech forem využití elektrické energie hrají baterie a elektrický motor [ANON., 2003d]. Dojezd elektrického vozidla poháněného bateriemi je pouze 80 – 200 km.
  • Dobíjení připojením baterií k elektrické síti trvá 6 – 8 hod.
  • Solární zdroj elektřiny vyráběné pomocí článků instalovaných na vozidel.

Tab.2.: Cetanová a oktanová čísla paliv[SOLAR,VOLDŘICH; též analýzy ČeR a.s.]
Palivo OČVM OČMM
BA Super 95 min.95 min.85
Diesel min.51
Zemní plyn 128
Bioplyn 105
Propan 112
Butan 104
LPG min.89
Metanol 105 92 5
Etanol 106 89 8
MTBE 117 101
ETBE 118 102
TAME 111 98

  • Elektřina vyráběná v palivových článcích, které suplují úlohu baterií. Jako palivo mohou být použité vodík, zemní plyn, propan, metanol nebo etanol. Palivový článek o výkonu 50 kW, odpovídající motoru osobního vozu, nepředstavuje v současnosti konstrukční problém.
  • Kombinovaný pohon elektrickým proudem a s využitím klasického paliva v motoru na chudou směs.
  • Stlačený vzduch.

V USA v „Energy Policy Act (EPACT)“, který vstoupil v platnost v roce 1992, byla jako alternativní paliva uvedené LPG, zemní plyn, alkohol ve směsích v obsahu min.85%. vodík a elektrický proud. Dodatečně byly zařazené 100% bionafta a paliva řady P. V použití ale výrazně převažuje LPG.

Porovnání oktanových a cetanových čísel některých alternativních paliv obsahuje tab.2.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Můžete používat následující HTML značky a atributy: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>