Vlastnosti dalších alternativních paliv pro vznětové motory z pohledu stávající legislativy

V současné době je v rámci Evropy bionafta vyráběna převážně z vylisovaného a rafinovaného řepkového oleje, přičemž podíl bionafty vyrobené z odpadních živočišných tuků činí pouze málo jednotek procent. Tento podíl se zvyšuje i s ohledem na požadavky dané směrnicemi EU, zejména RED II. S ohledem na stávající situaci na trhu s konvenčními palivy se jeví více než účelné zabývat se otázkou větší diverzifikace paliv použitelných pro přímé spalování ve vznětových motorech.

Bionafta z živočišného tuku nebo rostlinných olejů
Odpadní živočišný tuk použitelný k výrobě bionafty je získáván v kafilériích zpracováním živočišných produktů, které jsou podrobeny sterilizaci. Takto získaný materiál je zbaven obsahu vody a rozdělen na tuk, odpadní tuk a živočišnou moučku, přitom odpadní živočišný tuk nelze využít jinak, než ke spálení či k výrobě bionafty.
V porovnání s rostlinnými oleji obsahují živočišné tuky vysoký podíl volných mastných kyselin (tab. 1). Mezi další složky patří různé organické látky a bílkoviny.
Rozdílné vlastnosti rostlinných olejů a živočišných tuků vyplývají z různého zastoupení mastných kyselin v glyceridech. Rostlinné oleje mají typicky vysoký podíl triglyceridů nenasycených mastných kyselin. U živočišných tuků je naopak významný podíl nasycených mastných kyselin. Tato okolnost příznivě ovlivňuje hodnotu cetanového čísla. Jeho vyšší hodnota umožňuje snadnější spouštění motoru a lepší průběh spalování. Výsledkem je také příznivější emisní chování a zároveň nižší spotřeba paliva. Na druhou stranu se převahou nasycených mastných kyselin zvyšuje index filtrovatelnosti.
Porovnání základních parametrů standartní motorové nafty s možnými alternativami je uvedeno v tabulce (tab. 2). Uvedené hodnoty potvrzují výše uvedené konstatování a upozorňují na možné problémy s využitím TME v zimním období. Tento problém je však možné vyřešit mísením produktu TME s motorovou naftou, bionaftou s rostlinným původem (RME) nebo hydrogenovaným rostlinným olejem (HVO).
Na rozdíl od výše uvedených alternativních paliv je hydrogenovaný rostlinný olej velmi často zařazován to kategorie tzv. syntetických paliv. Jako produkt je získáván hydrogenací rostlinných olejů nebo jiných obnovitelných surovin, jako jsou živočišné tuky či odpady z potravinářské výroby. Mezi jeho pozitivní vlastnosti se řadí zejména vyšší hodnota cetanového čísla. Mezi hlavní negativa patří horší mazivostní vlastnosti.

Legislativa související s palivy pro vznětové motory
Vývoj paliv pro vznětové motory probíhá kontinuálně s vývojem motorů a tedy společně s jejich konstruktéry téměř od počátku existence spalovacího motoru samotného (Robert Diesel 1892). Úpravy paliva s ohledem na snížení negativních vlivů se poté datují do sedmdesátých let minulého století. Přičemž byla snaha omezit zejména obsah síry a snížit kouřivost při spalování.
K velkým změnám v legislativě pak došlo po roce 2000, kdy byly dále zvýšeny požadavky s ohledem na její kvalitu a obsah „škodlivých“ látek v palivu. Jako příklad lze uvést obsah síry, polyaromatických uhlovodíků apod. S ohledem na neustále vzrůstající spotřebu fosilních paliv je dále normativním způsobem definována jejich náhrada pomocí tzv. alternativních a obnovitelných zdrojů. V případě motorové nafty se jedná o metylestery mastných kyselin – v ČR primárně metylesterů kyselin řepkového oleje (RME).
Platné zákony v současné době definují přesným způsobem sortiment paliv pro motorová vozidla. Pokud požadavky nejsou splněny, není možné jej použít. Právní úprava však umožňuje v konkrétních případech použít neschválené palivo a to typicky pro účely provedení vývojových zkoušek nového typu paliva.
Nyní jsou požadavky na pohonné hmoty v ČR stanoveny vyhláškou MPO č. 516/2020 Sb. platnou od 11. 12. 2020 s účinností od 1. 1. 2021. Zde jsou uvedena paliva s vlastnostmi odpovídajícím požadavkům příslušných norem. Jak je uvedeno ve vyhlášce – složení a jakost pohonných hmot jsou splněny, odpovídá-li:

a) motorový benzin ČSN EN 228 a splňuje ukazatele jakosti stanovené v příloze 1,
b) motorová nafta ČSN EN 590 a splňuje ukazatele jakosti stanovené v příloze 2,
c) FAME ČSN EN 14214,
d) směsná motorová nafta ČSN 65 6508,
e) motorová nafta B10 ČSN EN 16734,
f) motorová nafta s vysokým obsahem FAME ČSN EN 16709,
g) ethanol E85 ČSN EN 15293,
h) ethanol E95 ČSN 65 6513,
i) LPG ČSN EN 589,
j) CNG a bio-CNG ČSN 65 6517 a ČSN EN 16723-2 a splňuje ukazatele jakosti stanovené v příloze 3,
k) LNG a bio-LNG ČSN EN 16723-2 a splňuje ukazatele jakosti stanovené v příloze 3 k této vyhlášce,
l) biometan ČSN 65 6514 a ČSN EN 16723-2,
m) parafinická motorová nafta ČSN EN 15940,
n) vodík pro přímé použití ČSN ISO 14687 nebo vodík pro palivové články s protonvýměnnou membránou ČSN EN 17124.

Požadavky na kvalitu paliva z obecného a provozního pohledu
Z výše uvedeného textu vyplývá dlouhodobá snaha ovlivnit složení motorové nafty s ohledem na složení výfukových plynů a obecně celkový vliv paliva na životní prostředí. Mezi zásadní výsledky se řadí zejména významné snížení obsahu síry, která má vliv na snížení obsahu pevných částic (omezení kouřivosti). Hustota paliva obecně ovlivňuje tvorbu CO a nespálené uhlovodíky a tvorbu pevných částic. Podobný efekt na uvedené složky výfukových plynů je docílen snížením obsahu polyaromátů. Velice pozitivní efekt pak přináší zvýšení cetanového čísla.
U motorové nafty má tedy největší negativní vliv obsah síry, vysoká hodnota hustoty, nízká hodnota cetanového čísla a celkový obsah polyaromatických uhlovodíků. V kontextu s pohledem konečného spotřebitele (řidiče) je velmi důležitou hodnotou výhřevnost použitého paliva v MJ/kg.
Zmíněné okolnosti dávají do vzájemné souvislosti zejména snahu o co nejnižší emise při jejich spalování, avšak mnohdy může být definice jejich složení upravována i s ohledem na zcela odlišné faktory. Mezi další parametry patří požadavky pro jejich efektivní využití s ohledem na zajištění dlouhé životnosti motoru, jeho snadné spouštění a správný chod.
Jedná se zejména o systémy pro dopravu paliva z nádrže směrem k motoru, zajištění odstranění mechanických nečistot v palivu (např. kontaminace při čerpání z externích nádrží). U vysokotlakých systémů vstřikování typu Common Rail jsou rozhodující mazivostní vlastnosti paliva.
Z provozního hlediska je zásadní chování za nízkých teplot. Na rozdíl od benzínu dochází k vylučování krystalů parafínů již při teplotách kolem 8 °C. Jejich přítomnost způsobí typicky zanesení palivového filtru a následného znemožnění dopravy paliva do motoru.
Poznámka: Pro teplotu, při které se objeví první zákal, se používají výrazy teplota vylučování parafínů – Cloud Point. Teplota začátku ucpávání filtru, tzv. filtrovatelnost, se nazývá teplota ucpávání studeného filtru (z anglického Cold Filter Plugging Point – CFPP). Teplota, při které palivo právě ztuhne, se nazývá bod tuhnutí (Pour Point).
Cetanové číslo paliva ovlivňuje snadnost spouštění studeného motoru, hlučnost motoru a jeho nízká hodnota má negativní vliv na výkon a spotřebu (vliv pouze při extrémně nízké hodnotě).

Vybrané požadavky ovlivňující vlastnosti paliv pro vznětové motory
Výše citované normy vycházejí z příslušných evropských norem a jsou vnímány jako technická legislativa. Obsahují požadavky na paliva a na tyto technické normy se pak odvolávají vyhlášky a nařízení vlády. Na základě tohoto schématu jsou definována paliva schválená pro provoz vozidel na pozemních komunikacích.
Pokud jsou shrnuty poznatky z předchozích kapitol, lze požadavky norem rozdělit do několika směrů. Jedná se o vliv na životní prostředí, spolehlivý provoz, bezpečnost a politicko-ekonomické okolnosti (např. daňová politika).

Závěr
S ohledem na kontinuální a v současné době akcentovaný vývoj kapalných paliv se jeví jako účelné dále provádět experimentální průzkum jejich vlastností, a to nejenom pro stanovování relevantních parametrů, ale v rámci přímého dopadu na energetické a environmentální parametry motorů, pro které jsou určena. Tato situace se velmi často týká zejména obsahu a typu biosložek nebo přímo syntetických paliv používaných ve směsi se standardní motorovou naftou.

Ing. Vojtěch Klír, Ph.D.
Foto: Shutterstock

Publikováno: 16. 12. 2024 | Počet zobrazení: 10 | Počet přeposlání: 0 1