Alternativní paliva v dopravě a jejich vliv na životní prostředí

1. Alternativní paliva v dopravě a jejich vliv na životní prostředí Gustav ŠEBOR Ústav technologie ropy a petrochemieVysoká škola chemicko-technologická v Praze

2. Souhrn • Důvody pro použití alternativních paliv v dopravě • Typy alternativních paliv • Vliv alternativních paliv na životní prostředí • Energetická náročnost výroby alternativních paliv • Porovnání výrobních nákladů pro různé způsoby jejich výroby v závislosti na ceně ropy • Celkové emise CO2 spojené s jejich výrobou a spotřebou • Výfukové emise škodlivin

3. Důvody pro zavádění alternativních paliv v dopravě • Rostoucí celková spotřeba energie, včetně energie v dopravě • Závislost zemí EU na dodávkách ropy • Rostoucí cena ropy a snižující se zásoby • Emise GHG a závazek k jejich snížení  Konec roku 2001 – Akční plán Evropské komise pro životní prostředí, zdraví a bezpečnost předpokládající 20 % ní podíl (e.o.) alternativních paliv na celkové spotřebě motorových paliv v zemích EU v roce 2020. Pouze následující typy alternativních paliv mají šanci nahradit z více než 5 % klasická kapalná motorová paliva, benzin a motorovou naftu: - bioetanol a bionafta, biopaliva – v současnosti již používaná, - zemní plyn a produkty procesů GTL, CTL, resp. BTL (ve střednědobém, resp. dlouhodobém časovém horizontu) - vodík (v dlouhodobém časovém horizontu)

4. BIOPALIVA (směrnice 2003/30/EC) Biomasa  biodegradabilní podíl produktů, odpadů a zbytků ze zemědělské výroby, dřevařského průmyslu a příbuzných odvětví a také biodegradabilní podíl průmyslových a komunálních odpadů. Indikativní cíl EU  podíl v r. 2005 2 % e.o., r. 2010 5,75 % e.o., r. 2020 8 % e.o. Další argumenty EU pro rozšíření biopaliv v dopravě: • podpora zemědělství, udržení kulturního rázu krajiny (vyčlenění cca 10 % půdy pro tyto účely), • udržení zaměstnanosti (náhrada 1 % e.o. spotřeby ropných motorových paliv biopalivy vytvoří v EU 45 tis. – 75 tis. nových pracovních míst).

5. Bioetanol • Pro výrobu bioetanolu je vhodná jakákoliv biomasa obsahující dostatečné množství cukrů, resp. látek, které lze na cukry převést (škrob a celulóza) fermentačními procesy (lihové kvašení). Nelze již očekávat zásadní inovaci tohoto procesu. • Předmětem intenzívní výzkumné činnosti je ve světěstudium možností využití lignocelulózové biomasy (sláma, dřevní odpad) jako suroviny pro výrobu bioetanolu. Hlavní její podíl je tvořen celulózou a hemicelulózou, které mohou být převedeny na jednoduché cukry, i když podstatně obtížněji než je tomu v případě škrobu. • Největším problémem palivářské aplikace bioetanolu je vedle technických problémů (distribuce paliva, vliv na provoz vozidel) jeho cena, která je určována trhem s motorovými palivy a rozpočtovými pravidly státu. ČR – surovinou mohou být obiloviny (hustě setá pšenice) a cukrová řepa (výstavba lihovarů Vrdy, Dobrovice, další lihovary jsou pak v různých fázích přípravy, resp. výstavby).

6. Bionafta (FAME) • Suroviny –rostlinné oleje z olejnatých rostlin (sója, řepka, slunečnice, případněživočišné tuky (lůj, sádlo, rybí tuk). Jako surovina mohou sloužit i odpadní tuky a oleje – např. upotřebený fritovací olej. Dále metanol, který může být po úpravě technologie nahrazen etanolem z bio-produkce. • Technologie – podstatoure-esterifikace tuků za vzniku metyl-, příp. etylesterů mastných kyselin za současné tvorby glycerínu jako vedlejšího produktu, technologie je prověřená a zvládnutá. • Problémy– stabilita, odolnost proti mikrobiálnímu napadení a následně skladovatelnost – žádoucí je okamžitá spotřeba, palivo by se nemělo dopravovat produktovody, vliv na provoz vozidel. ČR - výroba je realizována v současné době na bázi řepkového oleje a metanolu v 16 výrobnách s celkovou roční kapacitou 190 kt, která zatím není plně využívána.

7. Bioplyn • Bioplyn –plynný produkt anaerobní methanové fermentace organických látek, tj. rozkladu bez přístupu vzduchu. • ČR – teoretický roční dostupný potenciál 15 PJ, tj. 360 tis. t o.e., současná produkce 2-2,5 PJ, tj. 50-60 tis. t o.e. • Výrobní cena a kvalita bioplynu významně závisí na vstupní surovině a způsobu jeho výroby. • Pokud má být bioplyn použit jako pohonná hmota v dopravě je třeba jej nejprve vyčistit na kvalitu zemního plynu a po kompresi jej přidávat do distribuční sítě zemního plynu, nebo přímo plnit do vozidel. • Čištění a komprese ovšem významně zvyšují jeho prodejní, resp. nákupní cenu a to o 25-50 % při ceně surového bioplynu 190 - 390 Kč/GJ. • Zatím je využíván a to i v ČR především pro přímé spalování nebo k výrobě elektrické energie a tepla. Tento způsob jeho využití je ekonomicky výhodnější než jeho využití jako pohonné hmoty v dopravě.

8. Další typy biopaliv • Syntetická paliva vyráběná přímou a nebo nepřímou konverzí biomasy: • mžiková pyrolýza lignocelulózové biomasy, • hydrotermické zpracování biomasy z komunálních a zemědělských odpadů - HTU (Hydro Thermal Upgrading), produktem je tzv. “syntetická bioropa“ (biocrude), • hydrogenační rafinace, resp. hydrokrakování rostlinných olejů, • nepřímá konverze biomasy na kapalná paliva - BTL (Biomass to Liquids) - výroba syntézního plynu, výroba syntetické ropy, resp. motorových paliv (především motorové nafty), metanolu a dimetyléteru Fischer ‑ Tropschovu syntézou. Metanol může být použit jako palivo v zážehových motorech a dimetyléter ve vznětových motorech. • kapacita výrobní jednotky versus náklady na svoz biomasy. Využití uvedených technologií se očekává ve střednědobém, resp. dlouhodobém časovém horizontu, zatím jsou předmětem intenzivních výzkumných aktivit.

9. Zkapalněné ropné plyny (LPG) ♦ Zdroje: těžba zemního plynu (60 %) + zpracování ropy (40 %) ČR – výroba 227 kt (2005), import - SRN, Kazachstán, Rusko – spotřeba volný trh 150-170 kt/r, doprava 90 kt/r ♦ Nejvíce rozšířené plynné palivo současnostiSvět – 10 mil. vozidel, 41 tis. čs, spotřeba 17 mil. t LPG (Jižní Korea, Japonsko, Mexiko, Austrálie)Evropa – 5 mil. vozidel, 21 tis. čs, spotřeba 6 mil. t LPG (Polsko, Turecko, Itálie)ČR – 200 tis. vozidel, 800 čs, spotřeba 90 kt LPG ♦ Plynofikace autobusové dopravy – Evropa celkem 1200 busů ( Vídeň 450 autobusů MHD) – Most/Litvínov 90 autobusů MHD

10. Syntetická paliva vyrobená na bázi zemního plynu, resp. uhlí (GTL, CTL) • ♦Podstatou technologie GTL je chemická přeměna zemního plynu na kapalné produkty FT syntézou a jejich doprava na světové trhy při použití stávající přepravní infrastruktury. • Tato technologie by měla ovlivnit rafinerský a petrochemický průmysl významnějším způsobem než kterákoliv jiná technologie za posledních 50 let. • V současné době se považuje za perspektivní výroba těžké synt. ropy a její následné hydrokrakování na kvalitní motorovou naftu a ostatní motorová paliva, rozpouštědla, tvrdý parafin a další produkty. • Zvětšení kapacity výrobní linky a tedy i celkové výrobní kapacity závodu je klíčové pro snížení nákladů na výrobu 1 bl syntetické ropy. • Toto zvětšování však má svůj limit: při denní kapacitě 10 tis. bl a 30 letech provozu je třeba zajistit 1,1, ·1012 m3 zemního plynu, tuto kapacitu má pouze 7 % světových nalezišť zemního plynu.

11. Vodík – palivo budoucnosti • Není primárním zdrojem energie, ale jejím nosičem. Perspektivní palivo v dlouhodobém časovém horizontu. • Základní podmínky pro jeho rozšíření:levný a dostatečně velký zdroj, vyřešení jeho skladování, vybudovaná infrastruktura pro jeho distribuci. Letiště Mnichov – od r. 1999, veřejná plnicí stanice pro C-H2 i L-H2, 3 nízkopodlažní autobusy MAN s pal. články + osobní automobily BMW 760 Evropská vodíková dálnice:iniciativa LINDE GAS  na trase 1 800 km mezi významnými městy v SRN bude do r. 2020 vybudováno 35 vodíkových čs

12. Vliv alternativních paliv na životní prostředí • ♦ Komplexní posouzení vlivu paliv na životní prostředí zahrnuje jeho celý „životní cyklus“ (LCA- Life Cycle Assesment), tj. produkci zdrojů, výrobu paliva, jeho distribuci ke spotřebiteli až po fázi jeho spotřeby ve vozidle. • Analýza vlivu paliva na životní prostředí je rozdělena na dvě části: – první „od zdroje do nádrže“ (WTT – Well to Tank) – druhá „z nádrže na kola“ (TTW – Tank to Wheels) • Obě tyto části pak zahrnují celý životní cyklus zv. „od zdroje na kola“ (WTW – Well to Wheels)

13. Vliv alternativních paliv na životní prostředí • GHG emise a spotřeba energie jsou ovlivněny nejen typem alternativního paliva, způsobem jeho výroby a využití odpadních produktů, ale i konstrukcí a účinností pohonné jednotky. • Záměna mot. paliv z fosilních zdrojů alternativními palivy z obnovitelných zdrojů je v současné době finančně velmi náročná. Snížení emisí GHG má vždy za následek větší energetickou náročnost a zvýšení nákladů. Vyšší náklady však ještě vždy nemusí znamenat větší snížení těchto emisí. • Použití alternativních paliv přináší výrazné snížení emisí základních i minoritních zdravotně rizikových organických škodlivin.

14. Závěry • Lze očekávat, že v blízké budoucnosti bude na trhu k dispozici poměrně široké spektrum alternativních paliv v kombinaci s řadou výrobních technologií. • Z ekonomických důvodů se po přechodnou dobu uplatní tam, kde to bude možné, používání směsí klasických a alternativních motorových paliv. • Použití syntetických mot. paliv nebo vodíku je efektivní z hlediska snížení emisí GHG ve fázi koncové spotřeby pouze za předpokladu, že se podaří zachytit a uskladnit CO2 vznikající v procesu jejich výroby. • Syntetická motorová paliva a vodík mají v budoucnu vetší potenciál pro náhradu fosilních paliv než současná konvenční biopaliva, bioetanol a bionafta. Rozvoji velkokapacitní výroby těchto paliv v současnosti brání především vysoké náklady a složitost výroby.