BIOPALIVA

BIOFUELS

Situace kolem ropy

1 barel ropy = 159 litrů Denní těžba ropy na světě : asi 75 milionů barelů Roční těžba ropy na světě : asi 27 miliard barelů Ropa pokrývá asi 40 % primární spotřeby energie na světě 70 % ropy se spotřebuje v dopravě Za 5 – 10 let budou celosvětové zásoby ropy z poloviny spotřebovány.Poté se

bude celosvětová těžba ropy snižovat.

SITUACE V EU

• Rostoucí spotřeba energie včetně energie pro dopravu

• Nedostatečné zásoby ropy v EU • Obava z rostoucí ceny ropy • Závislost na dovozu • Rostoucí emise GHG • Závazky – Kjotský protokol

CÍL

• 20 % motorových paliv nahradit alternativními palivy

Zvětšování podílu alternativních paliv na celkové spotřebě motorových paliv v zemích EU do roku 2020 (% e.o.)

ROK BIOPALIVA ZEMNÍ PLYN VODÍK CELKEM 2005 2 - - 2 2010 6 2 - 8 2015 (7) 5 2 14 2020 (8) 10 5 (23)

Palivové články -MCFC 1. Vodíkové (Proton exchange membrane).. ? 2. MCFC

BIOPALIVA

• Bioethanol • FAME – methyl (etyl)estery mastných kyselin

• ALTERNATIVNÍ PALIVA • Biopaliva • Zemní plyn • Vodík • GTL, BTL

SMĚRNICE EU

• 2003/30/EC……..podpora • 2003/96/EC……..zdanění

• Národní trhy……….BIOPALIVA

– 2005: 2,0 % (e.o.) – 2010: 5,75 % (e.o.)

Schéma výroby BiOH

Bioetanol - výroba

30°C, 24-40 hod, pH = 4-6......... 13 % alkoholu

Bioetanol - norma Vlastnosti Jednotka Mezní hodnoty Zkouší se podle minimálně maximálně Vzhled čirý, bez zákalů a

sedlin ČSN 66 0805

Obsah ethanolu před denaturací

% (VN) 99,7 - ČSN 66 0805

Obsah vody % (VN) - 0,39 ČSN ISO 760; ČSN ISO 1388-1 Hustota (při 20°C)1) kg/m3 791 - ČSN ISO 758; ČSN 66 0805 Obsah ethanolu po denaturaci

% (VN) 95,6 - Vyhl. Mze ČR č. 82/2000 Sb., čl.1 odstavec 2 (1)c) metodou plynové chromatografie

Obsah volných kyselin mg/le2) - 50 ČSN ISO 1388-3,4; ČSN EN 228 Odparek mg/le2) - 15 ČSN 66 0805 Obsah denaturačního prostředku3)

% (VN) 2,0 4,0 Nestanovuje se, výrobce zaručuje provedení denaturace dle příslušného právního předpisub

1) viz Úřední alkoholometrické tabulky –Vyhláška MZe ČR č. 141/97 Sb. Příloha část A 2) le – litr ethanolu – jednotka stanovená Zákonem o lihu č. 61/97 Sb. § 2 odst. j. 3) Pro přímé mísení do benzínu se k denaturaci použije benzín Natural 95 (Super), pro výrobu ETBE se k denaturaci použije ETBE (ethylterciální butyléter) Obsah aldehydů se řídí Vyhláškou č. 141/97 Sb. pro líh kvasný bezvodý ke zvláštním průmyslovým účelům

Bioetanol do aubi

• Přímý přídavek......PROBLÉMY • ETBE

• EN 228

• Max. 5 % obj. BiOH • 15 % obj. ETBE • Obsah kyslíku max. 2,7 % hmot.

NORMA AUBI

Tlak par - těkavost aubi

Nízkoteplotní vlastnosti aubi

Směs Obsah lihu

Obsah vody

Krystalizace [°C]

TVP

[%obj.] [mg/kg] zákal bod krystalizace [°C] B1 2 859,0 - -50,3 < -70°C B2 3,5 2042,5 -12 -42,5 < -70°C B3 5 2923,7 -10 -30 < -70°C

Základní vlastnosti

Ethanol MTBE ETBE methanol TBA TAME

Oktanové číslo VM 111,4 118 118 114,4 109 111 Směsné oktanové číslo VM 130 133 103-108 106-111 120-130 Oktanové číslo MM 94 100 102 94,6 93 98 Směsné oktanové číslo MM 96 102 99 95-96 89-92 91-94 Bod varu [°C] 78,4 55,3 73,1 64,7 82,9 86,3 Hustota@20°C [kg/m3] 789 741 740 793 770 770 789 734 744 789 Tlak par (RVP) [kPa] 125 55 27 410 65 (160) (540) Výhřevnost [MJ/kg] 22,17 35,2 36,3 19,55 26,77 19,7 21,15

Směsný tlak par ethanolu

0

50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15Obsah EtOH v AuBi, (%obj.)

Tlak

par

(kPa

) x

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

Přírů

stek

tlak

u pa

r (kP

a)

x

Tlak par autobenzinu s EtOHSměsný tlak par EtOHPřírůstek tlaku par

Průběh vymývání lihu

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5H2O (%)

Obj

em (

%)

x Objem vodní vrstvy

Objem vymytého lihu

Přidaná H2O

Benzinová směs s obsahem 2 %obj. lihu

Kosolventní vlastnosti ETBE SEE 5/5 s obsahem 5% obj. ETBE a 5% obj. etanolu

01

2

3

45

6

7

89

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5H2O (%)

obje

m (

%)

Odečtená vodní hladina

Objem vymytých kyslíkatých složek

Přidaná H2O

Typ benzinu dle složení – ALK, FCC, PYGAS, REF, IZOM,

BIOMASA

• Biodegradabilní podíl z produktů, odpadů a zbytků ze zemědělské výroby, dřevařského průmyslu

• Biodegradabilní podíl z odpadů

Bioetanol v ČR • Plán: 2,0 mil. hl/rok … 160 kt/rok • Surovina: pšenice…… 4,0 t/ha • Spotřeba: 140 000 ha = 3,3 % půdního fondu • Vedlejší produkt: 175 000 lihových výpalků • Pro výrobu ETBE: 80 kt/rok • Spotřeba aubi v ČR: 2,2 až 2,5 kt (2005-10) • ETBE: 450 hl + 43 kt IZOBUTYLEN • BiOH: 1550 hl přímo do aubi

NORMA VS.BUDOUCNOST

• E5…….E10…….E15 • FUEL FLEXIBLE VEHICLES • ACEA

1. Kapacity (spotřeba vs. vyrobitlné množství) 2. Vliv na vozidla 3. Vliv na materiály 4. Stabilita emisí 5. Tlak par 6. Organické kyseliny 7. Tolerance k vodě 8. Nečistoty

Diesel • MONA ČSN EN 590

• MONA s 5 % obj. MEŘO • BIONAFTA = MEŘO ČSN EN 14214

• SMĚSNÁ MOTOROVÁ NAFTA ČSN65 6508

(S OBSAHEM MIN. 31 % OBJ.)

ROSTLINNÉ OLEJE • Vysoká viskozita • Špatná termická a hydrolytická stabilita • Nízké cetanové číslo

Oleje a paliva v EU

Sojový25%

Palmový 0%

Řepkový52%

Slunečnicový16%

Ostatní7%

Oleje -celkem (2004): 10,4 Mt

Motorová paliva 2004 2020

Celkem: 280 Mt 325 Mt Benzíny: 120 Mt 135 Mt Motorová nafta: 160 Mt 190 Mt

Složení olejů • Triglyceridy

– >95%, po rafinaci >99%, • Ostatní • Zastoupení mastných kyselin

– <5% (Fosfatidy, volné mastné kyseliny, steroly, tokoferoly)

Olej

Sojový 10 4 23 54 7,5 0,4 0,3 0,4 Palmový 1 44 4 40 10 0,2 Řepkový 4 1,5 60 20 11 0,5 1,5 0,4 Slunečnicový 5,5 4 25 64 0,3 0,3 0,7

FA

BIONAFTA

• MEŘO/EEŘO • BIONAFTA: ČSN EN 14214 • Na 1 t MEŘO …. 2,5 t řepky • BIONAFTA + MONA…… (5 až 30 %)

PROČ NE ČISTÉ MEŘO?

• Chemické složení • Termicko-oxidační stabilita • Vyšší viskozita a hustota • Odlišná destilační křivka • Rozpustnost vody, emulgovatelnost • Nižší výhřevnost • Sklon k hydrolýze • Napadání mikroorganismy • Horší nízkoteplotní vlastnosti

5 %

Realizace směrnice EU v podmínkách ČR 6) možnosti zemědělské produkce

MEŘO (kt) 50 100 150 200 250 300 350 400

Bilance surovin: Řepka (kt) 130 265 395 530 660 795 925 1 055

Řepk. olej (kt) 50 105 155 205 260 310 360 410

Bilance vedlejších produktů: Pokrutiny (kt) 80 155 235 310 390 470 545 625 Glycerin (kt) 6 11 17 22 28 33 39 44

Bilance osevních ploch (tis. ha):

výnos 1,6 t/ha 85 165 250 330 415 495 580 660

výnos 3,5 t/ha 40 75 115 150 190 225 265 300

FISCHER-TROPSCH SYNTÉZA

REAKTOR MTFB RISER SLURRY

Teplota °C 240 320 260 Tlak bar 25 23 18 H2/CO mol/mol 1,7 2,5 0,6 Methan % hmot. 2 10 7 Benzin % hmot 18 40 19 Diesel % hmot 14 7 14 Wax % hmot 52 4 38

PROBLÉMY • Vysoký obsah glycerolu a glyceridů … ucpávání palivových filtrů + korozní působení na neželezné

kovy (Cu, Zn) • Nízká oxidační stabilita je příčinou tvorby úsad na motorech, koroze v důsledku vytvoření

agresivních oxidačních produktů (k.mravenčí, octová) • Vysoký obsah alkalických kovů (Na,K) vede k hygroskopičnosti a tvorbě mýdel, kalů ….. Ucpávání

filtrů • Malá stabilita při nízkých teplotách ….. Zhoršená filtrovatelnost • Vysoký obsah vody…..koroze, ucpávání filtrů, bakteriální napadení • Pro růst organismů (bakterie, plísně, houby) je vhodný substrát obsahující mastné kyseliny, fosfor a

vodu, zejména při skladování i malé množství FAME může vyvolat tento problém • Vysoké číslo kyselosti (volné kyseliny) a jejich korozní působení • Koksování, úsady, kaly v oleji…. Ucpávání vstřikovacích trysek • Vysoký obsah fosforu má dopad na účinnost a životnost oxidačních katalyzátorů • Nárůst pěnivosti paliva • Vysoká viskozita bionafty při nízkých teplotách …. Problémy při dosahovánÍ potřebných vysokých

vstřikovacích tlaků

OBNOVITELNÉ SUROVINY BIOPALIVA 2. GENERACE

GTL, BTL

SYNTÉZNÍ PLYN…….. SUROVINOVÝ JOINT VENTURE

FISCHER-TROPSCH SYNTÉZA

n CO + (2n+1) H2

n CO + 2n H2

n CO + 2n H2

CnH2n+2 + H2O

CnH2n + H2O

H(-CH2-)nOH + (n-1)H2O

Fe, Co - katalyzátory

Konvenční paliva z alternativních zdrojů - GTL

GAS LIQUID