Bionafta je kapalné palivo na bázi esterů kyselin a alkoholů. Surovinou pro výrobu biologické motorové nafty jsou různé rostlinné oleje a živočišné tuky. Dnes v naší zemi neexistuje žádný státní program a normy pro výrobu paliv a maziv tohoto typu, ačkoli v SSSR se palivo na bázi řepkového oleje aktivně používalo pro zemědělské stroje. Bionafta se také používá v mnoha zemích Evropy a světa jako alternativa klasické motorové nafty. Navíc například v USA, Kanadě, Argentině, Brazílii, Chile, na Filipínách a v některých dalších zemích se do běžné motorové nafty přidává biologické palivo, aby se snížila její cena.
Základ pro výrobu biopaliv
Jako materiály pro výrobu biopaliva mohou sloužit různé suroviny. V závislosti na tom je palivo klasifikováno podle generace. Tento ukazatel je nepřímou charakteristikou kvality paliva, i když ji zcela neurčuje. Chemické a fyzikální vlastnosti biologické motorové nafty obecně velmi závisí na surovinách a výrobním procesu. Ukazatele kvality bionafty proto mohou poměrně široce kolísat i v rámci jedné generace.
Klasifikace podle generace:
- 1. generace – biologické palivo vyrobené ze zemědělských plodin;
- 2. generace – biopalivo z různých odpadů obsahujících tuk;
- 3. generace – biologická motorová nafta získaná z řas s vysokým obsahem oleje.
V různých zemích a regionech se jako suroviny používají různé biologické plodiny, což souvisí s možnostmi a charakteristikami jejich pěstování na konkrétním území. V současné době jsou nejběžnějšími zdroji biologického paliva:
- Řepka a její odrůdy (například řepka pěstovaná v Kanadě). Vzhledem k vysokému výnosu plodiny, nízké ceně a dobré kvalitě rostlinného oleje z ní získaného se dnes stále více zemědělských oblastí ve světě věnuje řepce.
- Kukuřice. Z něj získaný kukuřičný etanol je vysoce kvalitním a udržitelným biopalivem, které má stabilní vlastnosti a je schopné si je dlouhodobě udržet. Tato plodina se aktivně pěstuje v USA a Mexiku právě za účelem výroby obnovitelného paliva.
- Sója. Další plodina bohatá na olej, pěstovaná ve velkém v USA a Africe pro svou nenáročnost a nízkou cenu. Snadné zpracování z něj činí slibný a oblíbený zdroj biopaliva;
- Palmový a kokosový olej. Ve velkém se vyrábí na Filipínách, v Indonésii a Malajsii, ale mimo tyto země se prakticky nepoužívá jako zdroj biologického paliva kvůli převážně potravinářskému využití;
- Ricinový olej. Široce používaný jako motorový olej v letectví na úsvitu svého vývoje. Dnes má omezené využití jako biopalivo, například v Brazílii. Použití ricinového oleje je způsobeno jeho širokým rozsahem provozních teplot.
V poslední době navíc – kvůli růstu cen ropy a rozvoji průmyslových technologií pro řízení klimatu – získává pěstování řas jako zdroje bionafty stále větší význam. Navíc je lze pěstovat v mokřadech a pouštních oblastech, které nejsou vhodné pro jiné ekonomické využití.
Vlastnosti, výhody a nevýhody biopaliv
Biopalivo je obnovitelný zdroj energie, na rozdíl od ropy. Proto byly standardy kvality a výroba bionafty schváleny na legislativní úrovni ve více než 50 zemích světa. Navíc v některých velkých světových ekonomikách je podíl biopaliv poměrně významný. Například v Indii a Malajsii její spotřeba přesahuje 20 % celkové spotřeby motorové nafty a v Portugalsku, Dánsku, Francii a Indonésii již přesahuje 10 %.
Kromě možnosti obnovy tohoto zdroje má bionafta řadu dalších výhod:
- Dobrá mazivost, která výrazně prodlužuje životnost motoru, palivového a výfukového systému u automobilů poháněných bionaftou.
- Vysoké cetanové číslo, které přesahuje 51. Tato hodnota se může ještě zvýšit v důsledku zvýšení obsahu metylalkoholu v palivu.
- Možnost použití na libovolné agregáty se spalovacími motory bez úprav. Bionafta navíc snižuje opotřebení motoru o 60 % díky přirozenému mazání během provozu, což má také pozitivní vliv na spotřebu paliva.
- Bezpečnost biologických paliv. Jeho zápalná teplota je 150C a vyšší a samotné palivo se za normálních podmínek neodpařuje snadno, což prakticky vylučuje domácí a průmyslové havárie.
- Přítomnost užitečných vedlejších produktů zpracování. Například při výrobě biologického paliva se používá glycerin, který lze použít ve farmakologii a kosmetologii. Vedlejším produktem výrobního procesu při použití kukuřice je navíc obilný destilát, který je hojně využíván v zemědělství.
Samostatně by měla být zdůrazněna dostupnost a nízká cena biologického paliva. Poslední jmenovaný faktor se však v posledních letech stal aktuálním kvůli rostoucím cenám ropy.
Upřímně řečeno, stojí za zmínku, že bionafta není bez nevýhod, z nichž hlavní je bod tuhnutí. Z tohoto důvodu je obtížné používat tento typ paliva v podmínkách nízkých teplot. Je nutné buď míchat s klasickou motorovou naftou, nebo použít specializované systémy ohřevu paliva v palivovém potrubí.
Bionafta také nemá vysokou chemickou odolnost. Skladovatelnost tohoto typu paliva zřídka přesahuje 3-4 měsíce. V současné době se však hledají způsoby, jak tento problém vyřešit.
Dalším úskalím hromadné organizace výrobních podniků je nutnost využití zemědělské půdy, která se dnes využívá pro pěstování potravinářských a krmných plodin.
Ze všech analogů motorové nafty může být úplnou náhradou pouze bionafta, protože je vhodná pro všechna vozidla s dieselovým motorem. Podstata názvu takového paliva je intuitivní. Je šetrný k životnímu prostředí, biologicky odbouratelný a snadno se používá. Ale abyste ho mohli používat, stále stojí za to se s palivem lépe seznámit.
Jak se vyrábí bionafta?
Bionafta je ve své struktuře směsí methyl nebo ethylesterů vyšších nenasycených a mastných kyselin. Jedná se především o metylester vzniklý jako výsledek chemické reakce – esterifikace rostlinných olejů nebo transesterifikace tuků (živočišných i krmivových).
Výroba bionafty se stala alternativou k jiným metodám využití oleje a tuku jako motorového paliva. Dříve se nalévaly přímo do nádrže, ale to způsobilo selhání palivového systému. Důvodů je mnoho: došlo k nedokonalému spálení paliva, při smíchání s mazivem se zhoršily mazací vlastnosti paliva a v důsledku zvýšené viskozity oleje se objevily usazeniny na vstřikovačích, kroužcích a pístech.
Vzhledem k tomu, že bionafta se získává z ropy, nabízí se logická otázka, proč nelze v dieselovém motoru používat rostlinné oleje. To se skutečně stalo v mnoha zemích, ale řadě problémů se nelze vyhnout. Olej se zcela nespálí, nelze jej tedy dlouhodobě používat v běžných motorech s přímým vstřikováním.
Surovinou pro bionaftu může být jakýkoli rostlinný olej nebo živočišný tuk. Řepkový olej je nejlevnější, proto se používá nejčastěji. Navíc má maximální výtěžnost biopaliva. Ze 150 hektarů půdy osázené řepkou lze získat více než 180 tun ropy, ze které se vyrobí 198 000 litrů bionafty. Řepka je běžná v evropských zemích. V USA používají sójové boby, v Brazílii ricinový olej, v Kanadě řepku (druh řepky) a v Indonésii palmový olej.
Závod na výrobu bionafty
Kromě řepky se používají:
- Dlaň,
- arašíd,
- bavlna,
- kolečko,
- slunečnice,
- sezam,
- hořčice,
- kukuřičný olej.
V závislosti na surovině se biopaliva rozlišují do tří generací:
- 1. generace – ze zemědělských plodin;
- 2. generace – z odpadu obsahujícího tuk;
- 3. generace – z lipidů mikrořas.
Technologie výroby bionafty je založena na procesu transesterifikace. Dochází k tomu pomocí určitého katalyzátoru. Je to jeden z alkoholátů alkalických kovů – methoxid sodný. Rostlinný olej je kombinací triglyceridů (esterů) kombinovaných s molekulou glycerolu s trojmocným alkoholem C3H8O3. Právě glycerin dodává oleji viskozitu. Aby bylo možné získat biopalivo, musí být tento glycerin odstraněn a nahrazen alkoholem. Tento proces se nazývá esterifikace.
Bionafta se tedy získává následujícím způsobem:
- V reaktorových kolonách se mísí olej očištěný od mechanických nečistot a alkalický katalyzátor (metylalkohol). Poměr methanolu k oleji se pohybuje od 1:4 do 1:20.
- Směs se zahřeje na 50-60 °C.
- Směs se nechá usadit a vychladnout, čímž se rozdělí na 2 frakce: lehká – esterová (bionafta) s vysokým cetanovým číslem (56-85, minerální nafta má pouze 50-52) a dobrou hořlavostí, těžká – glycerolová fáze, která v mnoha oblastech působí jako vedlejší produkt.
- Methylether se posílá do praní, kde je podroben dodatečnému čištění od produktů zmýdelnění, jinak palivo ucpe filtr a vytvoří uhlíkové usazeniny a pryskyřice ve spalovací komoře.
- V poslední fázi se methylestery suší. Odstraňování vody je důležité, protože vytváří podmínky pro růst mikroorganismů v bionaftě.
Během procesu usazování směsi se jako těžká frakce tvoří glycerolová fáze. Stále je třeba ho přivést na glycerol odesláním do jednotky na destilaci metanolu, jinak mohou nastat problémy se skladováním a likvidací produktu kvůli jeho zvýšené zásaditosti a vysokému obsahu metanolu.
Výroba bionafty
Jak se liší bionafta od nafty?
Vzhledem k tomu, že bionafta se používá jako analog nafty, jsou často srovnávány na základě jejich hlavních charakteristik a vlastností. Rozdíl je pozorován ve složení, vlastnostech a možnostech aplikace.
Vlastnosti a složení
Bionafta je vícesložkové kapalné palivo na bázi směsi monoalkylesterů mastných kyselin. Ve složení není žádný olej – to je hlavní rozdíl. Ale i přes toto složení lze bionaftu smíchat s jakoukoli značkou motorové nafty. Výsledné palivo lze navíc použít ve všech typech dieselových motorů.
Je důležité, aby produkty spalování bionafty obsahovaly:
- méně síry – 0,005 % oproti 0,2 % u konvenční nafty;
- o 50 % méně sazí;
- O 8-10 % méně oxidu uhelnatého.
Ve skutečnosti je výroba bionafty regulována normou GOST R 53605–2009, odpovídající EN 14214:2003. Podle tohoto dokumentu jsou stanoveny následující vlastnosti bionafty:
- Hmotnostní podíl etherů – 96,5 %.
- Hustota při 15 °C – 860-900 kg/m3.
- Bod vzplanutí v uzavřeném kelímku je 120 °C.
- Obsah síry – ne více než 10 mg/kg.
- Kinematická viskozita -3,5-5 mm2/s.
- Cetanové číslo – 51.
- Celkový obsah glycerolu je 0,25 %.
Výhody a nevýhody
Bionafta jako palivo má velmi vysokou úroveň šetrnosti k životnímu prostředí. Jeho použití jako paliva umožňuje zcela eliminovat oxidy siřičité a snížit množství oxidu uhličitého ve výfukových plynech o 80 % a také se zbavit jejich charakteristického zápachu. Mezi další výhody patří:
- Možnost použití v dieselových motorech bez přísad, které stimulují zapalování;
- zabránění tvorbě sazí;
- spalování prakticky bez toxického odpadu;
- žádný nepříjemný zápach;
- jednoduchost organizace výroby (můžete ji nasadit na základě malé farmy);
- téměř zcela bez odpadu (koláč získaný při procesu výroby oleje se používá jako krmivo pro hospodářská zvířata).
Biologická nezávadnost
Bionafta je biologicky bezpečná: nezávadná pro člověka a životní prostředí, v případě úniku podléhá téměř úplnému (3%) rozkladu do 99 týdnů bez poškození. To nám umožňuje hovořit o minimalizaci znečištění řek a jezer při přechodu vodní dopravy na bionaftu. Při uvolnění do vody produkt nezpůsobuje poškození rostlin a zvířat.
Jak vypadá bionafta?
Obnovitelnost surovin
Mezi výhody bionafty patří dostupnost a nízká cena surovin. Při výrobě můžete využít jakýkoli zemědělský odpad. V řadě zemí rostlina získává odpadní rostlinný olej z restaurací, kde se používal k přípravě různých pokrmů.
Výroba bionafty z rostlinných materiálů umožnila získat obnovitelný zdroj paliva. Výrobní zdroje se navíc rychle obnovují. Zásoby ropy jsou přitom prakticky nenahraditelné. Použití takových obnovitelných surovin je zvláště důležité pro kolektivní farmy zabývající se zpracováním ropy. Z vlastního odpadu mohou vyrábět vysoce kvalitní palivo, které jim umožní být zcela autonomní.
Dobré mazací vlastnosti
Pokud minerální motorová nafta po vyčištění od sloučenin síry ztratí své mazací vlastnosti, pak bionafta působí jako dobré mazivo i přes nižší obsah síry než v motorové naftě. To je způsobeno přítomností kyslíku v kompozici. Například jeden kamion z Německa byl dokonce zařazen do Guinessovy knihy rekordů, protože s původním motorem na bionaftu najel více než 1,25 milionu km.
Při provozu na bionaftu spalovací motor současně maže pohyblivé části. Životnost samotného motoru a palivového čerpadla se díky tomu zvyšuje v průměru o 60 %.
Vysoká požární bezpečnost
Díky vysoké teplotě vznícení poskytuje bionafta zvýšenou požární bezpečnost. Požár je možný pouze při vysokých teplotách. Bionafta se vznítí při teplotách nad 150 °C, proto je považována za relativně bezpečnou látku.
Nevýhody bionafty
Přes všechny své výhody má bionafta i nevýhody. Hlavní nevýhodou je krátká trvanlivost. Jsou to jen 3 měsíce. Další nevýhodou bionafty je možný agresivní vliv na pryžové části motoru. To je způsobeno skutečností, že palivo vykazuje vlastnosti rozpouštědla. Mezi další nevýhody bionafty patří:
- nedostatečná účinnost při nízkých teplotách;
- vzhled sedimentu při negativních teplotách (tvorí se krystaly vosku, kontaminující části);
- agresivita vůči laku karoserie (bionafta by se neměla dostat na její povrch).
Druhy bionafty
Bionafta je v první řadě rozdělena do typů v závislosti na surovině. Rostlinný olej dnes již není jedinou možností výroby biopaliv. Dnes se vyvíjejí nové výrobní technologie, včetně zpracování rostlinných materiálů s geneticky modifikovanými mikroorganismy. Vzhledem k omezeným zdrojům rostlinných olejů získaných ze zemědělských plodin probíhá po celém světě výzkum využití nově pěstovaných speciálních druhů řas.
V posledních několika letech věnují výrobci bionafty velkou pozornost skočce, rostlině z čeledi Porogea. Lisováním za studena je totiž možné získat ricinový olej, který má jedno z nejvyšších cetanových čísel.
Bionafta se vyrábí z řas
Oblasti použití bionafty
Jako palivo lze bionaftu používat dvěma způsoby: jako samostatné palivo nebo v kombinaci s konvenční motorovou naftou. V chladném období se doporučuje kombinovat 20 % bionafty a 80 % motorové nafty. Jejich smícháním vzniká motorová nafta B20 (číslo udává procento bionafty).
Je možné nahradit motorovou naftu bionaftou?
Průběžné používání bionafty místo motorové nafty je celkem přijatelné. Je ale potřeba mít na paměti, že 100% biopalivo je jako letní značka motorové nafty. Zamrzá při -5 °C. Bionafta se proto v zimě nejčastěji jednoduše přidává do motorové nafty. V létě můžete jezdit na čisté biopalivo. Je také povoleno míchat bionaftu s minerální naftou v libovolném poměru.
Bionafta v Rusku
Pokud vezmeme v úvahu rozšířenost bionafty v Rusku, je třeba poznamenat, že dosud neexistuje jednotný státní program rozvoje této oblasti. Existuje návrh zákona ministerstva zemědělství, podle kterého jsou v zemi vytvořeny podmínky pro aktivní výrobu bionafty. Podle podmínek projektu by se mělo ročně vyrobit až 5,5 milionu tun řepkového oleje, z toho 2,5 milionu tun bude alokováno na výrobu biopaliv.
Postupně se začínají objevovat i regionální programy, např. Sdružení výrobců řepkového oleje v Lipecké oblasti a Regionální cílový program Altaj „Řepka – bionafta“. Výstavba závodů na výrobu bionafty je plánována v regionech Volgograd, Oryol, Rostov, Novgorod, Omsk a také na území Krasnodar a Tatarstánu.
Výroba bionafty v Rusku se postupně stává jednou z nejslibnějších a nejziskovějších oblastí pro malé podniky. Výrobní cyklus je totiž prakticky bezodpadový a suroviny pro výrobu lze pěstovat na využívaných pozemcích. Problém stále zůstává se spotřební daní na bioetanol, která činí 59 rublů. za 1l. Investice do výroby bionafty kvůli tomu zatím nedávají příliš smysl, přestože ziskovost takového podnikání je vysoká, protože poptávka po takovém palivu se den ode dne zvyšuje.
