Tekutá biopaliva

Většina obnovitelných zdrojů se využívá pro získávání tepla nebo elektřiny. Tekutá biopaliva jsou (vedle obnovitelné elektřiny pro elektromobily a pohon vlaků, tramvají apod.) jednou z mála možností, jak obnovitelné zdroje využít v dopravě. Doprava je přitom významným spotřebitelem energie a spotřeba v tomto sektoru neustále stoupá. To je i jedna z příčin, proč je globální snižování emisí CO2 tak obtížné – nárůst emisí v dopravě do značné míry pohltí to, co se v jiných sektorech ušetří.

Významnou výhodou biopaliv (nejen tekutých) je to, že slouží současně jako akumulátor energie, neboť je lze poměrně jednoduše a dlouhodobě skladovat. To se o teplu nebo elektřině říci nedá.

Emise CO2 v ČR v letech 1994 -2007 - graf (JPG, 47 kB )

Z energetického hlediska lze energii z biomasy získávat téměř výhradně termo-chemickou přeměnou, tedy spalováním. Výhřevnost paliva je dána množstvím tzv. hořlaviny (tj. organická část bez vody a popelovin, směs hořlavých uhlovodíků – celulózy, hemicelulózy a ligninu). U biopaliv nejde nikdy o přímé spalování biomasy, ale o spalování kapalných produktů jejího zpracování. Spalovat lze i plynné produkty (bioplyn). S jeho použitím v dopravě a zemědělství se experimentovalo, ale nyní se bioplyn používá výhradně ve stacionárních zdrojích.

Způsoby získávání energie z biomasy - tabulka (JPG, 42 kB )

Druhy biopaliv

Biopaliva se rozlišují podle způsobu získávání vstupní suroviny na biopaliva první a druhé generace. Do první generace patří paliva vyráběná z cíleně pěstovaných plodin. Může jít o etanol z obilí, bionafu a rostlinné oleje z řepky, slunečnice a jiných zemědělských plodin. Biopaliva druhé generace se vyrábí z nepotravinářských surovin, například ze slámy, dřeva a dřevních odpadů, papíru aj. Jejich produkce tedy nevyžaduje zemědělskou půdu, která by se mohla využít pro pěstování potravin. Energie pro získání vstupní suroviny je nižší. Vyžadují však náročnější technologii, proto se teprve začínají rozšiřovat.

Tekutá biopaliva první generace lze rozdělit na tři druhy:

• Bionafta
• Rostlinné oleje
• Bioetanol

Bionafta

Vstupní surovinou pro výrobu bionafty je olej, který se získává lisováním většinou řepkového semene, lze ale použít i jiné olejnaté plodiny, např. slunečnici, sóju. Použít se dá i upotřebený fritovací olej, palmový olej nebo jiné rostlinné oleje. Působením katalyzátoru a vysoké teploty se řepkový olej mění na metylester řepkového oleje (MEŘO). Protože výroba metylesteru je dražší než běžná motorová nafta, mísí se s některými lehkými ropnými produkty, nebo s lineárními alfa-olefiny, aby jeho cena mohla konkurovat běžné motorové naftě. Cenu snižuje také osvobození biosložky od spotřební daně. Tyto produkty musí obsahovat alespoň 30 % metylesteru řepkového oleje. Zachovávají si svou biologickou odbouratelnost a svými vlastnostmi, jako je např. výhřevnost, se více přibližují běžné motorové naftě.
Výhodou bionafty je, že se dá bez problémů míchat s ropnou naftou. Při nízkém podílu bionafty není třeba upravovat motory vozidel. Bionafta při provozu vozidla snižuje kouřivost a motor má nižší emise. Při úniku je mnohem méně nebezpečná pro životní prostředí, mnohem lépe se biologicky odbourává. Pro využití bionafty rovněž není třeba budovat speciální čerpací stanice.

Rostlinné oleje

Rostlinné oleje lze spalovat v upravených dieselových motorech přímo. Oproti výrobě bionafty tak odpadá proces esterifikace. Zásadní nevýhodou je, že motor je třeba pro splování oleje upravit. Úprava spočívá především v doplnění tepelného výměníku, kde se olej zahřeje na cca 80 °C, aby tak klesla jeho viskozita a olej mohl vstoupit do vstřikovacícho čerpadla motoru. Upravené automobily startují na ropnou naftu a teprve po zahřátí motoru se přepne na provoz s olejem. Před ukončením jízdy je nutno opět přepnout na naftu, aby olej nezůstal ve vstřikovacím čerpadle. Existují i systémy, kde se nafta nepoužívá vůbec a olej je ohříván elektricky. U některých motorů se doporučuje míchat olej s naftou nebo bionaftou, aby se snížila viskozita.

Schéma motoru s provozem na rostlinný olej a naftu (JPG, 30 kB )

Výkon motoru se přechodem na olej mění jen málo nebo vůbec, taktéž i jeho spotřeba. Nutno je však častěji měnit motorový olej, jinak hrozí poškození motoru. Palivový olej totiž proniká do motorového oleje a zhoršuje jeho vlastnosti. Krátce po přestavbě vozidla na olej se také doporučuje vyměnit palivový filtr, protože olej rozpouští usazeniny z nádrže a palivového systému. Emise motoru provozovaného na olej mohou být vyšší i nižší než při provozu na naftu, záleží na typu motoru. Pouze emise polyaromatických uhlovodíků jsou vždy nižší. Nižší jsou samozřejmě i emise CO2. Z hlediska provozovatele vozidla je důležitým důvodem přechodu na olej jeho nižší cena oproti motorové naftě. Od 1. 7. 2009 jsou rostlinné oleje pro pohon motorů osvobozeny od spotřební daně, která je u nafty 9,95 Kč/l. Náklady na přestavbu osobního automobilu jsou běžně do 30 tis. Kč. Při rozdílu ceny 8 až 10 Kč/l je návratnost přestavby okolo 40 až 60 tis. km. Pro zemědělce a větší spotřebitele pohonných hmot může být zajímavá výroba oleje pro vlastní potřebu. Z hektaru řepky lze získat asi 1 200 litrů oleje. Jako palivo lze použít i upotřebený fritovací olej z restaurací. Vždy je však důležité, aby olej byl dobře přefiltrován a neobsahoval vodu.

Využití rostlinných olejů jako paliva však naráží na přístup výrobců motorů vozidel, kteří pro své motory doporučují provoz pouze s naftou (s podílem MEŘO do 5 %) nebo s bionaftou (podíl MEŘO 30 %). Podle silničního zákona lze vozidlo provozovat jen s pohonnými hmotami předepsanými výrobcem, palivo musí vyhovovat příslušným normám. Z tohoto pohledu je provoz většiny automobilů na olej problematický.

Srovnání paliv - tabulka (JPG, 29 kB )

Bioetanol

Bioetanol (biolíh) lze získat z mnoha zemědělských plodin: z obilí, brambor, cukrové řepy, kukuřice a dalších. Čím více sacharidů nebo škrobu rostlina obsahuje, tím je výnos etanolu vyšší. Etanol lze získat i ze slámy a dalších rostlinných zbytků, dřeva a celulózových odpadů, dokonce i ze starého papíru. Výhodou je, že jejich výroba nekonkuruje produkci potravin a nezvyšuje jejich ceny.

Etanol se získává destilací zkvašených cukernatých roztoků. Kvašením se glukóza rozkládá na etanol a CO2. Cukernaté plodiny se kvasí přímo, v případě škrobnatých plodin (brambory) je nutno škroby nejprve enzymaticky rozložit na cukry a vodu. Při použití lignocelulózových surovin (dřevo, sláma, papír), je enzymatický rozklad technologicky složitější, a zatím poměrně drahý.

Teoreticky lze z 1 kg cukru získat 0,65 l čistého etanolu. V praxi je však energetická výtěžnost 90 až 95 %, u lignocelulózových surovin ještě výrazně nižší. Fermentace cukrů může probíhat pouze v mokrém (na vodu bohatém) prostředí. Vzniklý alkohol je nakonec oddělen destilací a následně se musí zbavit vody a dalších příměsí. Z jednoho hektaru obilí lze v podmínkách ČR získat asi 1 600 l etanolu.

Etanol se používá jako palivo pro benzínové motory. Nepoužívá se čistý, ale ve směsi s benzínem. V současnosti se lze setkat s palivem označovaným jako E85, které tvoří směs 85 % bioetanolu a 15 % benzínu. V ČR jej nabízí jen málo čerpacích stanic, v jiných zemích EU je rozšířen více , běžný je ve Švédsku. Na trhu jsou automobily vyrobené speciálně pro pohon směsí bioetanolu a benzínu (s podílem bioetanolu do 85 %). Tyto automobily lze provozovat i na čistý benzín. Jindy lze naopak motor upravit tak, že spaluje pouze čistý etanol, což se v minulosti používalo třeba v Brazílii.

Pokud je podíl etanolu v benzínu malý, motor žádné úpravy nepotřebuje. V současnosti se v ČR podle zákona do benzínu přimíchává 3,5 % bioetanolu. Palivo E85 je v ČR o málo levnější než benzín, avšak při změně sazby spotřební daně může být výrazně levnější. Je ale třeba počítat s tím, že vozidla s tímto palivem mají vyšší spotřebu kvůli nižšímu energetickému obsahu bioetanolu oproti benzínu.

Spotřeba surovin na výrobu bioetanolu - tabulka (JPG, 42 kB )

Výhodou použití etanolu je jeho ekologická čistota a antidetonační vlastnosti. Nedostatkem etanolu jako paliva je schopnost vázat vodu a působit korozi motoru, což lze odstranit přidáním antikorozních přípravků.

Kogenerace

Biopaliva se primárně používají v dopravě, kde je ovšem nízká účinnost využití (motor má účinnost 25 až 35 %). V principu je lze použít také pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla v kogeneračních jednotkách a získaným teplem vytápět obytnou, administrativní či jinou budovu. Výhodou je využití tepla, které v automobilech odchází do vzduchu. Tím se výrazně zvýší celková účinnost využití paliva, až na 90 %. Existují stacionární motory speciálně určené pro spalování olejů, případně lze stacionární motory upravit pro spalování biopaliv podobně jako automobilové motory. V roce 2009 je výkupní cena elektřiny z biopaliv 3,46 Kč/kWh. Pokud je současně efektivně využito teplo, může být provoz zejména v zemědělských provozech zajímavý.

Vliv na životní prostředí

Rostoucí poptávka po biopalivech v celosvětovém měřítku je jednou z příčin, která vede ke zvětšování zemědělských ploch na úkor pralesů. To je v přímém rozporu se snahou o snižování emisí CO2, neboť prales pohlcuje mnohonásobně více CO2 než pole s cukrovou třtinou nebo sójou. Tyto změny jsou nevratné a vedou k vážným ztrátám biodiverzity. Produkce biopaliv je samozřejmě spojena i s dalšími dopady na životní prostředí – zejména se spotřebou vody, umělých hnojiv a pohonných hmot, a tedy nepřímo i s emisemi CO2. Proto také Evropská unie vyžaduje splnění určitých kritérií udržitelnosti pro biopaliva dodávaná na trh. Důsledná kontrola by měla tyto problémy zcela odstranit.

Poptávka po biopalivech je také jedním z faktorů, které zvyšují cenu potravin, avšak málo významným. Zásadně větší roli hrají výkyvy cen na burzách, rostoucí světová populace, rostoucí spotřeba masa, růst cen ropy nebo neúroda v některých oblastech.

Z hlediska snahy o snižování emisí CO2 je rozhodující energetická náročnost výroby biopaliv. Nejnáročnější je z tohoto hlediska výroba bioetanolu, nejméně náročná je výroba rostlinného oleje. Různé studie se při odhadu energetické náročnosti výrazně liší. Uvádí se, že na jeden kilometr jízdy se u biopaliv první generace uspoří 20 až 50 % fosilní energie a emisí CO2.

Z tohoto hlediska jsou důležitá již zmíněná biopaliva druhé generace, vyráběná z rostlinných zbytků – ze slámy, odpadního dřeva atd. Zavedení této technologie do běžné výroby je očekáváno s velkou nadějí. Biologicky rozložitelná část odpadů, které dnes končí na skládkách, by pak našla efektivní využití. U biopaliv druhé generace je úspora emisí CO2 oproti fosilním palivům až 80 %.

Vzhledem k rozporuplným informacím o environmentálním přínosu biopaliv se vede vážná debata i na půdě Evropské unie, a to především kvůli přijatému závazku dosáhnout do roku 2020 10% podíl biopaliv z celkové spotřeby paliv v dopravě v každé členské zemi (v roce 2010 má tento podíl podle platné směrnice dosáhnout 5,75 %).

V našich podmínkách platí, že produkce biopaliv již v současnosti nabízí zemědělcům výhodnou alternativu k produkci potravin, kterých je v ČR i EU nadbytek. Pokud jsou dodrženy tzv. osevní postupy, není ohrožena ani kvalita půdy. Produkce biopaliv může být také jednou z cest k dosažení energetické soběstačnosti farem nebo malých obcí.

Na zacatek stranky