Biopaliva v palivech pro motorová vozidla

Program EU o biopalivech zahrňuje i používání minimálního množství biopaliv nebo jiných paliv z obnovitelných zdrojů do motorových benzinů a motorové nafty na trhu České republiky. Pro zavádění biopaliv jsou hlavně tři důvody, a to: Snížení závislosti na ropě, která je obvykle z dovozu, zvyšování počtu motorových vozidel a tím i růst spotřeby paliv a nakonec i rozvoj zemědělství a tím nárůst nových pracovních příležitostí. Předpoklad je, že do roku 2020 nejen vzroste spotřeba pohonných hmot (PH) asi o 20 %, ale také asi 10 % z tohoto množství bude nahrazeno biopalivy hlavně biolihem (bioetanolem) a bionaftou (metylesterem vyšších mastných kyselin). Biopaliva vyráběné z potravinářských surovin nazýváme „biopaliva první generace“, kdežto biopaliva vyráběna z nepotravinářských rostlinných surovin a hlavně odpadů nazýváme zase „biopaliva druhé generace“. Tato biopaliva nyní logicky nabývají pořád většího významu v praxi. VW Škoda je připravena Celý program nese název Alternativní paliva a kromě biopaliv zahrňuje i využití zemního plynu a výhledově i vodíku k pohonu motorových vozidel. Kromě toho je zde důležitým i zákon č. 180/2007 Sb., který vychází z evropské směrnice 2003/30/ES o ochraně ovzduší. Podle toho se bude postupně od roku 2008 přidávat do automobilového benzinu (BA) normy EN 228 bioetanol v objemovém množství 2 % a doposud používanou přísadu na zvýšení oktanového čísla metyltercbutyleter (MTBE) bude nahrazen bio-etyltercbutyleterem (bio-ETBE). Stejně také u motorové nafty (NM) normy EN 590 to zase jsou od roku 2007 metylestery vyšších mastných kyselin, vyráběné obvykle z řepkového oleje (FAME, MEŘO, MEROL aj.), palmového, sojového oleje, nebo také z opotřebených potravinářských olejů a tuků (MEOFO, MEFRIT aj.). Toto množství biopaliv v BA a NM se bude zvyšovat, a to od roku 2009 zatím na hodnotu 3,5 obj. % biolihu a 4,5 obj. % bionafty. Postupně až do roku 2012 to má být údajně až na 10 obj. %. Pro motory na BA je také ve výhledu PH jako E-85 s obsahem 85 % biolihu a 15 % uhlovodíků pro vozy označeny FFV (flex fuel vehicle). Ty jsou nyní ve značné oblibě v Brazílii, Mexiku a zemích Skandinávie, ale také se s nimi počítá v Indii, Indonésii a Japonsku. Koncern VW Škoda je na to už také připraven s typem vozu Octavia FF. U nás se zatím s rozšířením E-85 nepočítá.... Biopaliva jsou ale finančně dražší než jsou v současnosti uhlovodíková paliva a výhřevnost biolihu asi o třetinu nižší nežli benzinu, což ale u objemu přísady 2 % prakticky nečiní rozdíl, ale při vyšších objemech už nutno počítat se zvýšenou spotřebou PH. Pro PH jako je E-85 je to v porovnání s BA asi 10 litrů k původním 7 litrům na 100 km běžné jízdy. Co se týče bionafty, tak tam je výhřevnost proti NM také vyšší, ale při přísadě až do 5,7 obj. % se zde změna ani neprojeví. Při výrobě biopaliv z obilí a dalších rostlin se spotřebuje údajně až 80 % komerční energie. Dotace či daňové úlevy? Pro tyto vyšší ceny se bude muset výroba a prodej biopaliv řešit dotací nebo daňovými úlevami. Ekonomická kompenzace využití biopaliv se řídí směrnicí 2003/96/ES a je v souladu se zákonem č. 353/2003 Sb., o spotřebních daních pro bioetanol a bio-ETBE použitých v BA. Pro bionaftu zákon stanoví zvláštní sazbu a pro dopravní účely ještě navíc i dotaci. Povinnost uvádět biopaliva na trh byla stanovena zákonem č. 385/2005 Sb., a časově platí od ledna 2007. Aplikace biosložek do PH má odpovídat standardům zavedených v zemích EU. Celosvětová produkce bioetanolu byla v roce 2006 asi 50 mil. t a z toho bylo asi 33 mil. t (66 %) použito jako přísada do PH pro zážehové motory. Jeden litr biolihu jako PH nahradí asi 0,7 litru benzinu. Bioetanol podle ČSN 65 6511 musí obsahovat min. 99,7 obj. % etanolu a max. 0,39 obj. % vody. Po denaturaci benzinem nebo i MTBE, příp. ETBE v množství asi 2 obj. % tj. asi 20 litrů benzinu na m3, musí obsahovat min. 95, 6 obj. % etanolu. Daňová úleva potom bude odečtena z daně pro biolíh (11,84 Kč/l) a pro bionaftu (9,95 Kč/l), což ale bude znamenat zátěž pro státní rozpočet sumou asi 4,3 mld. Kč, pokud se ještě dodatečně nerozhodne jinak. Problém je zde, že biolíh tak jako kvasný líh lze použít i na výrobu lihovin. Pokud by se biolíh ihned nedenaturoval a použil by se na výrobu lihovin, „ušetřilo“ by se z jednoho litru na daních 265 Kč. Bioetanol je alternativou fosilních paliv a vyrábí se z obnovitelných zdrojů. Zatím největší spotřeba biolihu je v Brazílii, kde se jeho objem už blíží ke 20 mld. l za rok pro PH typu E-85 a Gasohol. Podle statistiky z roku 2005 byla Brazílie na prvním místě ve výrobě biolihu v množství 16,7 megatun, následovaly USA 16,5 – Asie 6,6 (z toho jen Čína 3,8) a Evropa 3,0 Mt. Evropa zase vede ve výrobě bionafty, a to v množství 3,2 Mt, USA pouze 0,25 Mt, což je dáno převahou počtu zážehových motorů před vznětovými. Cílem zemí EU je zde značný rozvoj a vyrábět chtějí v roce 2010 až 18 Mt všech biopaliv. Světové investice do kapacit na výrobu biopaliv byly v letech 2006 a 2007 celkem 24 mld. USD a nyní v oblasti biopaliv pracuje asi milion lidí. Obilniny jsou vhodnější než cukrovka Náš bioetanol má nyní evropskou cenu asi 0.5 eur/l, v Brazílii je to zase 0,3 USD/l a v USA asi 0,5 USD/l. Dovozní clo do Evropy je asi 0,2 eur/l. Brazílie používá jako surovinu cukrovou třtinu, hodně biolihu vyváží a jeho cena při dovozu je asi 0,75 eur/l, ale nyní klesá asi k 0,5 eur/l. V USA je zase surovinou hlavně kukuřice a celá produkce biolihu je určena pouze pro domácí potřebu. Podle společnosti Agrobioetanol se u nás počítá asi 44 % z ceny biolihu na cukrovou řepu. Při ceně asi 740 Kč/t cukrovky je tato cenová zátěž na biolíh asi 7,40 Kč/l. Obilniny vypadají vhodnější pro výrobu biolihu než cukrovka, ale jejich cena se v poslední době zvýšila asi o 20-30 %, z 2600 asi na 3500 až 4000Kč/t, u pšenice až na 6000 Kč/t a tím i cena biolihu až na cenu biolihu dováženého z Brazílie. USA a Německo si zatím drží vlastní trh a při přechodu na PH typu E-85 celou svoji produkci biolihu spotřebují. V EU se bioetanolem zabývá organizace EBFA (European bioethanol fuel association) se sídlem v Bruselu. Výroba v celé EU byla v roce 2006 asi 1,24 mil. t. Velký podnik Enviral Leopoldov v SR je schopen vyrobit z různých plodin, hlavně kukuřice, až 100 000 t biolihu ročně, což by mohlo pro potřeby ČR a SR postačit. Nutno bude ale vyřešit problém ceny při jeho dovozu do ČR. Při tomto volně uniká do ovzduší asi 40 000 t prakticky čistého oxidu uhličitého, za který se zatím neplatí žádné poplatky, protože se jedná o kvasný proces a který chceme využít chemicky, buď pro výrobu močoviny, nebo dimetylkarbonátu (DMC), jako přísady do PH pro vznětové motory. Produkce biolihu z hektaru je nyní při obilninách asi 2500 litrů a cukrovky až do 6000 l. Náklady na 1 ha jsou u nás u pšenice asi 14 800 kukuřice asi 21 100, tritikale (kříženec mezi pšenicí a žitem – žitovec) asi 10 400 a u cukrovky asi 41 500 Kč. Ceny obilnin rostou, letos je cena pšenice až 6000 Kč za tunu. Podle nařízení vlády č. 337/2006 Sb., která navazuje na reformu EU o snížení produkce cukru z 18,5 postupně na 12 mil. t, se hledají možnosti využití cukru pro jiné účely a tak zmírnit negativní dopad této reformy na pěstitele cukrovky Těchto je pouze u nás na Moravě asi 220 a pro účely výroby biolihu se tam předělávají tři cukrovary, zatím pracují jen TTD Dobrovice a PLP Trmice, možná že i Kojetín, v dokončování jsou lihovary Hustopeče a Vrdy. Biolíh (bioetanol) lze vyrobit v podstatě z každé zemědělské plodiny od vojtěšky přes brambory až cukrovou řepu nebo třtinu. Může to být také biomasa, dřevo, dřevěné piliny nebo odpady při výrobě celulózy a papíru. Z obilí, nebo biomasy lze biolíh vyrobit buď kyselou hydrolýzou pomocí kyseliny sírové, nebo vodní hydrolýzou za vyšších teplot a tlaků, podobně je to možné i kyselou hydrolýzou dřevěných pilin, štěpků, stružlin aj. kyselinou sírovou.(perkolace dřeva) a s následnou enzymatickou fermentací. Výpalky z výroby biolihu lze použít někdy jako přísadu do krmiv, ale častěji po úpravě s vápencem, organickými kaly a rašelinou jako hnojivo, nebo v menším rozsahu na výrobu dezinfektantů, glycerolu, potaše a také alkalických kyanidů. Etanol a bioetanol (biolíh) mají oktanové číslo OČ asi 111 (vztaženo na látku 2,2,4-trimetylpentan jako standard izooktan s hodnotou OČ 100). Přísada biolihu do PH zvyšuje hodnotu OČ a snižuje motorové emise znečišťujících látek, škodlivých pro lidské zdraví a také i ŽP. Biolíh v PH zvyšuje tlak par, čím zvyšuje optimální spalování a účinnost palivové směsi. Nevýhodou je zde možnost poutání vody do lihu v PH a tím i zvýšení korozívnosti kovových částí motoru. Použití PH do 5 obj. % biolihu se negativně téměř neprojevuje a ještě i do 10 obj. % je riziko opotřebení motoru tak nízké, že ani není potřeba úpravy motoru. Při vyšším obsahu biolihu (E-85) se už úprava motoru vyžaduje hlavně zvýšení komprese až na 15 a výměna některých těsnění palivové soustavy. Nová vozidla (FFV) jsou už na to dnes konstruována a obvykle určena na trhy v zemích kde jsou tyto PH běžně dostupné na pumpách (Fiat Palio, Toyota Aygo, Volkswagen Fox aj. v Brazílii, Mexiku aj.). Náš výrobce automobilů VW Škoda Mladá Boleslav je už na to připraven hlavně pro skandinávský trh. Normu nesplňují dokonce ani nová auta Důležitou je zde i produkce oxidu uhličitého jako skleníkového plynu, GHG (green house gas) v emisích motorového vozidla, což je dnes značně sledovaná hodnota v emisích vozidel (EU: max. 130 g CO2 tj. asi 66 litrů na km jízdy, v návrhu je už pouze 120 g, asi 61 litrů), která je podle obsahu biolihu v PH v rozsahu 30-70 %. Žel, ani nově vyráběna vozidla tuto normu nesplňují. Pro zajívavost uvádím typ auta - množství CO2 v rozsahu podle motoru: Audi A6:160-190, Ford Mondeo:165- 190, Mazda 6: 150-168, Mercedes E:160-195, Opel Vectra:157-187, Renault Laguna: 172-185, Škoda Octavia:155-175, Škoda Superb II.: 157-180, Toyota Avensis: 156-190, VW Passat: 167-180 a Volvo S80: 167-223. O emisích u těžkých „terénních“ vozů už ani nemluvě. Nově připravované sankce EU pro nadbytečné emise hrozí, že u mnoha výrobců vozidel dojde ke značnému přeskupení výrobního programu. Zároveň je zájem stará vozidla, které jen obtížně splňují emisní normu Euro 1 a Euro 2 (stáří obvykle nad 20 let), postupně vyřazovat z provozu a to i zavedením tzv. „ekologické“ daně, což majitelům vozidel jejich provoz značně prodraží. Benzin lze použít s přísadou až do 10 obj. % biolihu bez problémů s PH a úpravy zážehového motoru. Při vyšším podílu biolihu už může docházet k separaci vrstev PH, a to hlavně vlivem vody. Proto nutno k této PH přidávat i kosolventy, což jsou obvykle buď rozvětvené vyšší alkoholy (butanoly) nebo organické metylestery, lépe ale cyklické étery (dioxan, tetrahydrofuran),. které u nás nemáme a jsou z dovozu. Množství kosolventu je nutno přidat až do poloviny objemového množství biolihu. Kromě toho se zde už vyžaduje úprava motoru. Zvyšujícím se množství biolihu, ale narůstá i spotřeba takové PH asi tak o polovinu objemu použitého biolihu. Přísady MTBE a ETBE se přidávají až do 10 obj. % a mají OČ v rozsahu asi 117 a 120. l Doc. Ing. Juraj Kizlink, CSc., Fakulta chemická, VUT Brno