ALTERNATÍVNE ZDROJE ENERGIE
Zmenšujúce sa zásoby fosílnych palív, poškodzovanie životného prostredia a zdravia ľudí rovnako ako etický rozmer problému súvisiaci s tým, či máme morálne právo vyťažiť a spáliť všetky zásoby ropy, si vyžadujú premýšľať nad zmenou súčasného stavu. Cestná doprava je v súčasnosti založená na technológii motora s vnútorným spaľovaním - technológii, ktorá sa vo svojej podstatne objavila pred sto rokmi a pretrváva dodnes. V súčasnosti sa však snaha o zmenu sústreďuje hlavne na znižovanie spotreby energie a emisií motorových vozidiel. Ochrana životného prostredia sa stala jednou z hlavných politických tém vo vyspelých krajinách. Pri dominantnom postavení ropy ako paliva ani jedno z týchto opatrení nemôže úplne vyriešiť problémy so znečisťovaním životného prostredia a už vôbec nie problém s ohraničenosťou zdrojov. V mnohých krajinách sveta sa preto upiera pozornosť na vývoj vozidiel s nízkymi resp. nulovými emisiami. Výsledkom týchto snáh je stále väčší počet takýchto vozidiel na cestách. Ekologické vozidlá jazdiace na alternatívne palivá, t.j. iné palivá ako je benzín alebo nafta, možno rozdeliť do nasledovných skupín:
1.1 VOZIDLÁ S NÍZKYMI EMISIAMI
Medzi vozidlá s nízkymi emisiami sa zaraďujú všetky vozidlá s motormi s vnútorným spaľovaním (Otto motor), ktoré spaľujú alternatívne palivá založené na fosílnom základe ako napr. stlačený alebo skvapalnený zemný plyn resp. propán-bután, biopalivá (etanol, metanol, bionafta, bioplyn, revný plyn) alebo hybridné vozidlá (kombinácia klasických a alternatívnych palív). Napriek tomu, že tieto palivá nie sú úplne čisté a pri spaľovaní vznikajú isté emisie, je ich možné považovať za ekologickú alternatívu pre klasické benzínové motory. Všetky uvedené alternatívne palivá majú vyššie oktánové číslo ako benzíny, čo znamená že motory spaľujúce tieto palivá sa vyznačujú vyššou účinnosťou. Nevýhodou je nižšia energetická hustota, čo má za následok väčší objem paliva na dosiahnutie rovnakého dojazdu.
1.2VOZIDLÁ S NULOVÝMI EMISIAMI
Medzi vozidlá s nulovými emisiami sa zaraďujú vozidlá priamo spaľujúce vodík a hlavne elektromobily poháňané energiou z batérií resp. elektrinou vyrobenou z vodíka v palivových článkoch. Osobitnú skupinu tvoria vozidlá na dusík a solárne elektromobily vybavené solárnymi článkami dobíjajúcimi batérie resp. poháňajúce solárne vozidlo.
ÚSPORY A EMISIE PRI VYUŽITÍ ALTERNATÍVNYCH ZDROJOV ENERGIE
Z jednoduchej kalkulácie vychádza, že ak by sa na cestách pohybovalo len 1% elektromobilov, tak pri 10 tisíc najazdených kilometrov na jedno vozidlo, by celosvetová ročná úspora predstavovala až 1,5 miliardy litrov benzínu. Ak zoberieme do úvahy , že na výrobu jedného litra benzínu sú potrebné asi dva litre ropy, tak zistíme, že úspora ropy by bola až dvojnásobná. Ceny alternatívnych palív hlavne tých ktorých základom sú obnoviteľné zdroje energie, nevyvolávajú vedľajšie náklady spojené s ochranou životného prostredia. Navyše ich cena je do veľkej miery ovplyvnená tým, že ich produkcia je malá (s výnimkou elektriny) a technológie na ich využitie vo vozidlách sa tiež objavujú v oveľa menšej miere. Masové využitie alternatívnych palív by znamenalo výrazné zníženie ich cien. Rýchlejší prechod na alternatívne palivá je však už dnes možné badať v mestskej hromadnej doprave (hlavne autobusovej).
2.1. PROPÁN-BUTÁN (LPG)
Charakteristika
Propán-bután vzniká v rafinériách ako vedľajší produkt pri spracovaní ropy. Je to ľahká plynná frakcia, ktorá je skvapalňovaná chladením, pričom vzniká tzv. LPG (Liquid Petroleum Gas), ktorý je možné využiť ako palivo v motorových vozidlách. Pomer propánu a butánu v LPG sa mení v zime a v lete, a tiež existujú rozdiely v zložení v jednotlivých krajinách.
LPG je palivom s oktánovým číslom vyšším o 5 až 10% ako benzín a je vhodné ako náhrada pre benzínové a naftové motory. Vyššie oktánové číslo umožňuje vyššiu kompresiu a tým vyššiu účinnosť.
Využitie
Využívanie LPG v motorových vozidlách je z technického hľadiska overené a bezproblémové. Vyžaduje si však isté úpravy vozidla. V naftových motoroch sú nevyhnutné malé úpravy spojené so zabudovaním zapaľovacej sviečky a elektrického systému. Dnes existujú aj vozidlá využívajúce tzv. duálny systém, v ktorom malé množstvo nafty sa využíva na zapálenie zmesi LPG a vzduchu. Konverzia motorov na LPG nie je náročná, vyžaduje si však odborný zásah. LPG sa ako palivo pre motorové vozidlá používa už viac ako 60 rokov a vo svete jazdí viac ako 5 milión takýchto vozidiel. V krajinách OECD sa toto palivo podieľa piatimi percentami na celkovej spotrebe palív v doprave. Krajiny s najvyšším počtom vozidiel jazdiacich na LPG sú Taliansko, USA a Kanada a Holandsko.
Kvapalný propán-bután je ako palivo pre motorové vozidlá dostupný aj u nás a bežne sa využíva v autobusoch aj v osobných vozidlách. Spotreba LPG je približne o 1,5 litra na 100 km vyššia ako v prípade benzínu pre štandardné osobné vozidlo (spotreba cca 8 l/100 km). K nákladom je však potrebné pripočítať úpravu vozidla. Tieto investície sa však majiteľovi vrátia už pri najazdení 15 tis. až 20 tis. km.
Výhody
· nižšie emisie oxidu uhoľnatého, oxidov dusíka, tuhých častíc a organických látok
· nízka cena
· keďže LPG horí čistejšie ako benzín, motor vydrží viac a vyžaduje si aj menšie náklady na údržbu
· (olej, olejový filter, sviečky aj samotný motor vydržia až 3x viac)
· údržba je takmer zanedbateľná v porovnaní s naftovými vozidlami
· bežné vozidlá môžu byť upravené pre jazdu na LPG v priebehu jedného dňa
· v Európe existuje rozvinutá distribučná sieť zásobovania propánom
· spaľovanie LPG má za následok nižšiu hladinu hluku asi o 5 decibelov v porovnaní s naftovými motormi
· LPG si nevyžaduje obohacovanie zmesi počas studeného štartu motora
· existujúca infraštruktúra
Nevýhody
· zaobchádzanie s LPG si vyžaduje osobitné opatrenia z hľadiska bezpečnosti
· z hľadiska výrobnej kapacity súčasných rafinérií len asi 15% vozidiel by mohlo jazdiť na LPG
· (väčšie množstvo by vyžadovalo špeciálne úpravy v rafinériách a teda aj vyššie náklady)
· vozidlá sú vzhľadom na potrebu väčšej palivovej nádrže ťažšie
2.2. ZEMNÝ PLYN
Charakteristika
Zemný plyn je palivom s vysokým oktánovým číslom a je vhodný ako náhrada za klasické palivá pre motorové vozidlá. Zemný plyn sa skladá z 88% až 96% z metánu s malým množstvom alkánov, propánu a butánu.
Využitie
Vozidlá na zemný plyn nie sú nové. V mnohých krajinách sa využívali už pred 50 rokmi. Vo svete sa objavilo veľké množstvo autobusov jazdiacich na plyn hlavne po druhej svetovej vojne, kedy sa prejavil výrazný nedostatok ropy. Zemný plyn sa využíva v motorových vozidlách v mnohých krajinách sveta a podľa dostupných údajov sa na cestách v súčasnosti pohybuje viac ako jeden milión takýchto vozidiel. V súčasnosti sa stlačený zemný plyn využíva ako palivo hlavne v mestských autobusoch, nakoľko v nich je umiestnenie veľkej tlakovej nádrže oveľa jednoduchšie ako v osobnom vozidle.
V motorovom vozidle si podobne ako v prípade LPG použitie zemného plynu vyžaduje upravený zapaľovací systém s výhodami a nevýhodami rovnakými ako pre LPG. Zapaľovanie zmesi vzduch/plyn je kontrolované kyslíkovou sondou. Používanie zemného plynu si vyžaduje jeho skladovanie v nádrži a to buď v plynnej-stlačenej forme (CNG) alebo kvapalnej forme (LNG). Vozidlá si vyžadujú osobitné tlakové nádrže. Palivová nádrž so stlačeným zemným plynom vedie aj k zvýšeniu hmotnosti vozidla. V prípade autobusov to napr. znamená, že na dosiahnutie rovnakého dojazdu býva palivová nádrž s plynom asi 5-krát ťažšia ako nádrž s naftou a súčasne zaberá asi 7-krát väčší objem. Všetky technologické prvky pre vozidlá na stlačený zemný plyn sú však bežne dostupné na trhu.
Vozidlá na stlačený zemný plyn si vyžadujú aj iný systém zásobovania a čerpania pohonných hmôt, pretože tlak plynu v nádrži je vyšší ako napr. tlak v plynových potrubiach. Čerpanie paliva sa uskutočňuje na kompresných staniciach, ktoré z hľadiska ich logistiky v praxi umožňujú rýchle alebo pomalé čerpanie. Rýchle čerpanie trvá približne 10 až 15 minút, v prípade pomalého čerpania celý proces trvá 6 až 8 hodín. Zásobovanie palivom je spravidla možné dvoma spôsobmi: existujúcimi plynovými potrubiami alebo cisternami do čerpacích staníc. Tu sa plyn skladuje v tlakových nádržiach, ktoré sa periodicky doplňujú.
Nepriame využitie zemného plynu je tiež možné aj v automobiloch s tzv. palivovými článkami. Vozidlo je potom poháňané elektrinou vyrábanou z vodíka, ktorý sa vyrába zo zemného plynu.
Výhodou je, že skladovanie zemného plynu je jednoduchšie a lacnejšie ako skladovanie vodíka. Inou možnosťou je premena zemného plynu na metanol, ktorý je taktiež možné použiť vo vozidlách s palivovými článkami. V krajinách bez dostatočnej distribučnej siete zemného plynu má takéto riešenie niekoľko výhod nakoľko metanolová palivová nádrž je ľahšia a má väčší energetický obsah ako nádrž na zemný plyn.
Vozidlá upravené pre jazdu na zemný plyn by v budúcnosti mohli jazdiť aj na plyn vyrobený z uhlia (čierneho i hnedého). Splyňovanie uhlia je totiž veľmi perspektívna technológia a v súčasnosti už aj overená hlavne pri výrobe elektriny. V oblasti dopravy by používanie takéhoto paliva mohlo prispieť k znižovaniu emisií v sektore dopravy. Rozhodujúcou výhodou uhlia ako vstupnej suroviny však je, že jeho svetové zásoby sú oveľa väčšie ako zásoby ropy alebo zemného plynu.
Výhody
· nižšie emise oxidu uhoľnatého, tuhých častíc a organických látok, pretože zemný plyn nereaguje so vzduchom
· cena zemného plynu je nižšia ako LPG, benzínu alebo nafty, čo je tiež jedným z hlavných dôvodov širokého uplatnenia tohto paliva vo svete
· svetové zásoby sú o čosi väčšie ako zásoby ropy a navyše sú aj rovnomernejšie rozdelené
· zemný plyn je možné použiť ako palivo priamo bez nutnosti akejkoľvek úpravy
· takéto palivo má až trikrát vyššiu hustotu energie ako stlačený plyn. Na dosiahnutie rovnakého dojazdu preto postačuje menšia palivová nádrž, ktorá však vzhľadom na udržanie veľmi nízkej teploty musí byť izolovaná
Nevýhody
· vyššie investície na vybudovanie čerpacích staníc (s pomalým alebo rýchlym čerpaním)
· prebudovanie vozidla na stlačený zemný plyn je spravidla drahšie ako v prípade LPG. Vyššie náklady súvisia hlavne s tlakovou nádržou. Tiež je potrebný dodatočný karburátor
· na skvapalnenie je potrebné znížiť teplotu plynu až na mínus 162oC
· v plynnej forme menšiu hustotu energie, a preto aby vozidlo malo prijateľný dojazd, je potrebné stlačenie aspoň na 200 bar (atmosfér)
2.3. BIOPALIVÁ
Pod pojmom biopalivá sa ukrýva veľký počet zdrojov energie organického pôvodu od dreva až po organický materiál na skládkach komunálneho odpadu. Biopalivá sú v podstate všetky tuhé, kvapalné a plynné palivá vyrobené z organických látok buď priamo z rastlín alebo nepriamo z priemyselných, poľnohospodárskych alebo domácich odpadov. Rastliny okrem toho, že ich môžeme získavať priamo z prírody, je možné aj špeciálne pestovať pre energetické účely. Alkohol alebo rastlinné oleje, ktoré je možné získať z biomasy (rastlín), sú práve takýmito palivami.
Biomasa v podobe rastlín je chemicky zakonzervovaná slnečná energia. Je to súčasne jeden z najuniverzálnejších a najrozšírenejších zdrojov energie na Zemi. Biomasa sa ako palivový zdroj využíva od objavenia ohňa. Jej výhodou je, že ponúka nielen veľkú rôznorodosť vstupných surovín, ale aj univerzálne využitie v energetike. Kvapalné a plynné formy biomasy (etanol, metanol, drevoplyn, bioplyn) je tiež možné použiť na pohon motorových vozidiel. Dnes sa však často považuje za nízko kvalitné palivo a v mnohých krajinách sa ani neobjavuje v energetických štatistikách.
Biomasa bola zdrojom energie ešte skôr, ako sa začal používať benzín. Výroba alkoholu (metanolu a etanolu) z biomasy pre technické účely je známa už od 30-tych rokov 20. storočia. V súčasnosti sú najdôležitejšími palivami vyrábanými z biomasy metanol, etanol a bionafta. Do úzadia ustúpilo využívanie bioplynu a drevného plynu, ktoré boli veľmi populárne v období 2. svetovej vojny.
Z celosvetového hľadiska sú z biopalív najrozšírenejšími tzv. alkoholové palivá - etanol a metanol, ktoré sa vo svete vyrábajú hlavne z obilia, kukurice a cukrovej trstiny. Výhodou biopalív je, že pri ich spaľovaní sa tvorí menej škodlivín. Súvisí to s tým, že tieto palivá majú jednoduchšiu štruktúru ako benzín alebo nafta, lepšie horia a celý proces vedie k menšej tvorbe nespálených zvyškov. Z tohto pohľadu je metanol lepším palivom ako etanol. Biomasa sa vyznačuje relatívne dobrou hustotou energie. Skutočnosť, že 1 milión ton ropy energeticky zodpovedá 2,3 milión ton suchej biomasy viedla k tomu, že používanie biopalív sa v mnohých krajinách stalo súčasťou národnej stratégie. Najväčším producentom kvapalných biopalív na svete je dnes Brazília. Významnú úlohu tieto palivá hrajú aj v krajine, ktorá je automobilovou veľmocou - v USA. Bionafta, vyrábaná z repky olejnatej je jediným kvapalným biopalivom, ktoré sa využíva aj u nás. U našich susedov v Dolnom Rakúsku existuje asi 40 tis. hektárov, ktoré sa určené výlučne na pestovanie plodín, z ktorých sa vyrábajú biopalivá - hlavne bionafta. Ročná produkcia tu predstavuje 120 milión litrov.
2.3.1. ETANOL
Charakteristika
Etanol je látka, ktorá sa v prírode vyskytuje len sporadicky a jej požívanie (v malom množstve) na rozdiel od metanolu, nie je pre človeka toxické. Etanol sa dnes bežne využíva ako náhrada za benzín v spaľovacích motoroch, pričom je to jedno z najstarších alternatívnych palív.
Na výrobu etanolu ale aj metanolu sa ako vhodné suroviny dajú využiť viaceré rastliny napr. obilie, zemiaky, kukurica, cukrová trstina, cukrová repa, ovocie a iné plodiny. Proces výroby alkoholu sa nazýva fermentácia prebiehajúca na roztokoch cukrov. Cukry môžu byť vyrobené aj zo zeleniny resp. celulózy (dreva). Výroba etanolu z drevnej biomasy sa ukazuje ako veľmi perspektívna. Podobne to platí aj pri výrobe etanolu z odpadnej biomasy z poľnohospodárskej produkcie. Problémom výroby etanolu fermentáciou z celulózy je, že celý proces vedie k malému výťažku pri relatívne vysokých nákladoch. V súčasnosti je zrejmé, že etanol pravdepodobne nemôže úplne nahradiť klasické palivá. Cena etanolu je dvojnásobná v porovnaní s metanolom, čo platí aj v prípade jeho syntetickej výroby. Pri tejto cene je jeho využívanie ako paliva v doprave problematické.
Využitie
Etanol vyrobený fermentáciou z biomasy je možné použiť buď ako palivo pre špeciálne skonštruované motory, alebo ako prísadu do benzínov v zastúpení 3 až 15 %. Chemicky zmenený etanol na etylterbutylén (EBTE) sa vo svete postupne stáva dôležitou prísadou do bezolovnatých benzínov. Zvyšuje oktánové číslo a zlepšuje kvalitu horenia paliva v motore. Motor na etanol sa v princípe vyznačuje asi 300 odlišnosťami od klasického benzínového motora. Najdôležitejšie rozdiely spočívajú v tom, že :
- motor má vyšší kompresný pomer,
- má odlišné valce a tvar spaľovacej komory,
- palivová nádrž býva zvyčajne pocínovaná,
- palivové čerpadlo, karburátor a palivové potrubie sú vyhotovené z nehrdzavejúcich materiálov.
Na toto palivo jazdilo veľké množstvo vozidiel už od 90-tych rokov minulého storočia. Komerčné skúsenosti s používaním etanolu v doprave majú hlavne v Brazílii (program Proalcool) a v USA (program Gasohol), kde sa toto palivo používa už dlhšiu dobu a vo veľkom množstve. Jedným z dôvodov zavedenia týchto programov bola aj snaha o zlepšenie životného prostredia. Viac ako 20-ročné skúsenosti s etanolom v Brazílii a USA svedčia o tom, že jeho používanie prinieslo viacero výhod nielen v doprave, ale aj v priemyselnej a sociálnej sfére. Etanol sa však využíva aj na iné účely ako len v doprave. Veľmi dôležité je jeho uplatnenie v potravinárskom priemysle, a práve táto univerzálnosť je jednou z jeho hlavných výhod. Pozitívny prínos pre životné prostredie má aj používanie zmesi napr. 10% etanolu a 90% benzínu. Etanol je tiež bezpečnou náhradou za toxické prísady na zvyšovanie oktánového čísla benzínu ako sú benzén, toluén a xylén. Navyše etanol tým, vyrábaný z biomasy, znižuje tvorbu kysličníka uhličitého - najdôležitejšieho skleníkového plynu.
Výhody
· etanol je dokonalejšie spaľovaný v motore
· zaručuje vyšší výkon a otáčky motora
· vykazuje nižšie emisie v spalinách
· tvorbu pracovných príležitostí v poľnohospodárstve pri pestovaní vstupnej suroviny
· zlepšenie príjmov ekonomicky slabších vrstiev obyvateľstva podieľajúcich sa na pestovaní
· zníženie závislosti na dovoze ropy
Nevýhody
· spôsobuje rýchlejšiu koróziu kovových materiálov
· má detergentný účinok (odstraňuje oleje)
· napadá plastické hmoty
· výpary majú negatívny účinok na ľudský organizmus
· horšie štartovanie motora pri nízkych okolitých teplotách
· v dôsledku nižšej energetickej hustoty v jednom kilograme paliva majú vozidlá vyššiu spotrebu,
· v prípade snahy o nahradenie väčšieho množstva klasických palív výrobou z poľnohosp. produktov by takáto veľkovýroba predstavovala konkurenciu k produkcii potravín.
2.3.2. METANOL
Charakteristika
Metanol je pre človeka jedovatá látka. Je to čistá kvapalina bez zápachu, ktorá sa v prírode vyskytuje len sporadicky. Účinnosť motora na takéto palivo je vyššia ako v prípade benzínu (asi o20%), čo v podstate zvyšuje energetickú hodnotu metanolu. Metanol sa navyše vyznačuje veľkou univerzálnosťou, a tiež sa používa ako východisková surovina v mnohých chemických procesoch. Motor na metanol sa vyznačuje tichým chodom a malými vibráciami, nakoľko spaľovanie prebieha veľmi pomaly. To sa tiež prejavuje na zníženej únave vodiča pri jazde.
Výroba metanolu (metylalkoholu) z dreva je vo svete známa už veľmi dlho. Metanol tu však často vystupoval len ako vedľajší produkt pri výrobe dreveného uhlia. Takáto výroba sa však vyznačovala veľmi malým výťažkom. Drevené uhlie postupne stratilo na význame a metanol sa stal dôležitým palivom pre motorové vozidlá. Najväčšie množstvá metanolu sú dnes produkované v Brazílii, USA a Švédsku. Metanol je možné vyrobiť nielen z biomasy, ale aj z niektorých fosílnych palív ako napr. zo zemného plynu alebo z uhlia. Nevýhodou výroby metanolu z biomasy je, že jeho cena je asi dvojnásobná v porovnaní so syntetickým metanolom vyrobeným zo zemného plynu. Metanol je možné previesť na vysoko oktánové palivo pri relatívne nízkych nákladoch. Výhodou je, že takéto palivo neobsahuje síru a znečistenie z jeho spaľovania je veľmi nízke. Metanol vyrobený z dreva a použitý ako náhrada za benzín sa vyznačuje nižšími emisiami všetkých škodlivín (v priemere o 20% až 70 %). Nahradenie nafty za metanol v naftových motoroch znamená podstatné zníženie emisií tuhých častíc (dymu).
Využitie
Vozidlá jazdiace na metanol sa z hľadiska výkonu a iných charakteristík (dojazd) podobajú vozidlám na benzín alebo naftu. Metanol je možné použiť ako palivo v čistej forme alebo ako zmes. Motor si však vyžaduje istú úpravu. V prípade naftových motorov je potrebné vozidlá vybaviť pomocným zapaľovacím systémom, nakoľko cetánové číslo metanolu je nízke. Tieto motory môžu spaľovať tiež zmes metanolu a nafty. Už pri obsahu niekoľko percent nafty v takejto zmesi nie je potrebné použiť zapaľovaciu sviečku.
Výhody
· pre jeho výrobu existuje širší potenciál vstupných surovín
· má vyššie oktánové číslo ako benzín (lepšia účinnosť motora)
· nižšie cetánové číslo ako nafta
· má vysokú kalorickú hodnotu, čo umožňuje vyššiu účinnosť spaľovania v motore
· má nižšiu teplotu horenia
· produkuje menej škodlivín
· v porovnaní s etanolom je metanol lacnejší
· s metanolom sa ľahšie zaobchádza ako s benzínom, pretože je menej prchavý, je bezpečnejší pri dopravných nehodách a prípadný požiar sa dá uhasiť aj vodou. Požiar je možné veľmi jednoducho zlikvidovať aj na malú vzdialenosť od ohňa, čo je dôsledok nízkej teploty plameňa
Nevýhody
· spôsobuje rýchlejšiu koróziu kovových materiálov
· má detergentný účinok (odstraňuje oleje z miest, kde sú potrebné)
· negatívne vplýva na plastické materiály.
· metanol má neviditeľný plameň
· toxicita metanolu tak pri vdýchnutí ako aj pri pôsobení na kožu. V benzínových motoroch metanol spôsobuje väčšie problémy pri štartovaní pri teplote pod bodom mrazu. Predhriatie paliva podobne ako v prípade nafty tento problém pomáha vyriešiť
2.3.3. BIONAFTA
Charakteristika
Olej je možné získať z viac ako 300 druhov rôznych rastlín medzi ktorými je napr. repka olejnatá, slnečnica, oliva, sója, kokosový orech. Pri výrobe bionafty sa u nás najčastejšie ako vstupná surovina používa repkový olej. Pri výrobe sa využíva tiež menšie množstvo metanolu. Samotná výroba pozostáva z lisovania oleja, filtrovania a následného delenia oleja (esterifikácia) na metylester a glycerín. Vedľajšie produkty vznikajúce pri tejto výrobe sú taktiež využiteľné. Glycerín je látka, ktorá sa využíva v chemickom a potravinárskom priemysle a slúži na výrobu viac ako 2000 výrobkov. Zaujímavosťou tiež je, že bionaftu je možné vyrábať aj zo živočíšneho tuku.
Využitie
Napriek tomu, že medzi rôznymi olejmi existujú značné rozdiely vo viskozite, všetky je možné použiť v dieselových motoroch ako náhradu za naftu. Význam bionafty je hlavne v tom, že takmer každý naftový motor je v princípe možné upraviť na spaľovanie bionafty. Navyše existuje veľký počet osobných motorových vozidiel s naftovými motormi, ktoré by taktiež mohli využívať bionaftu.
Použitie čistého rastlinného oleja v motoroch však prináša viacero ťažkostí (používa len minimálne, v špeciálnych motoroch známych ako napr. Elsbett motor), a preto sa tento olej upravuje esterifikáciou na metylester u nás označovaný ako MERO. Esterifikácia znižuje viskozitu rastlinného oleja a prináša mnoho výhod. Chod motora, výroba paliva, doprava a jeho skladovanie nie sú po esterifikácii problémom. Takýto olej je potom možné bez problémov primiešavať do nafty, čo sa na chode motora nijako negatívne neprejaví. Má to pozitívny vplyv na zníženie emisií pri spaľovaní. MERO tu vystupuje ako mastiaca prísada s plnohodnotnými vlastnosťami paliva.
Výhody
· kladná energetická bilancia,
· nízke emisie škodlivín a znižovanie emisií CO2,
· hospodárne a ekologické využitie pôdy vyňatej z produkcie potravinárskych plodín
· bezpečnosť pri zaobchádzaní (je tak bezpečná ako potravinársky olej)
Nevýhody
· má vysokú viskozitu
· počas skladovania dochádza k znižovaniu kvality paliva
· pri spaľovaní zanáša motor
· agresívne voči plastom i lakom
· spôsobuje vyššie emisie tuhých častíc a N2O
· na to, aby nahradili väčšiu časť klasických palív by boli potrebné veľké plochy poľnohospodárskej pôdy
2.3.4. PLYNNÉ BIOPALIVÁ - BIOPLYN A DREVNÝ PLYN
Výhodou plynných palív je, že pri spaľovaní sa lepšie miešajú so vzduchom, a preto lepšie horia ako kvapalné palivá. Ďalšou výhodou týchto palív v porovnaní s benzínom a naftou je, že majú vyššie oktánové číslo. Vyššia kvalita plynných palív umožňuje použitie vyššieho kompresného.
2.3.4.1. BIOPLYN
Charakteristika
Každá organická hmota po odumretí podlieha rozkladu, pri ktorom sa uvoľňuje bioplyn. Vzhľadom na to, že bioplyn neustále vzniká pri hnití, jeho využitie pre energetické účely predstavuje jeden z najekonomickejších spôsobov ekologického zneškodňovania odpadov. Bioplyn sa v súčasnosti účelovo získava hlavne zo skládok komunálneho a poľnohospodárskeho odpadu.
Bioplyn sa väčšinou vyrába z odpadu zo živočíšnej výroby (hnoj). Výroba bioplynu s pozitívnou energetickou bilanciou je však možná aj z rastlinných odpadov ako je siláž alebo niektoré druhy tráv. Vzhľadom na to, že bioplyn neustále vzniká pri hnití organických odpadov, jeho využitie pre energetické účely takto predstavuje jeden z najekonomickejších spôsobov ekologického zneškodňovania odpadov.
Každá organická hmota po odumretí podlieha rozkladu. Ak tento proces prebieha účelovo bez prítomnosti kyslíka, dochádza k vzniku bioplynu. Bioplyn sa v súčasnosti získava hlavne zo skládok komunálneho alebo z poľnohospodárskeho odpadu, kde vzniká pri vyhnívaní organických zvyškov. Bioplyn skladajúci sa hlavne z metánu a kysličníka uhličitého predstavuje hodnotné palivo. Proces anerobického vyhnívania organických zvyškov prebieha v nádržiach bez prístupu vzduchu. Okrem bioplynu vzniká v nádrži aj tuhý odpad, ktorý je vhodným hnojivom pre poľnohospodárske účely. Uvedená výroba je perspektívna hlavne pre poľnohospodárske družstvá, čističky odpadových vôd alebo skládky komunálneho odpadu, kde vzniká tzv. kalový plyn.
Využitie
Z hľadiska použitia je najjednoduchšie spaľovanie bioplynu s následným získavaním tepla na vykurovanie alebo ohrev vody. V lete však vzniká problém s nadbytkom tepla, a preto je vhodné využiť bioplyn na iné účely. Do úvahy prichádza hlavne spaľovanie bioplynu v plynovom motore s následnou výrobou elektriny, ktorej využitie je všestranné. Inou možnosťou je vyrábať bioplyn, stláčať ho a použiť ho v motorových vozidlách napr. ako palivo v traktoroch. V princípe je možné upraviť na bioplyn každý naftový motor.
Ukazuje sa, že hoci motorové vozidlá by mohli používať bioplyn ako náhradu za klasické palivá, väčšina z nich nemá dostatočné priestory na skladovanie plynu, ktorý by im umožnil prijateľne dlhý dojazd. Z uvedeného dôvodu sa bioplyn v súčasnosti využíva hlavne v stacionárnych motoroch. Naftové motory je možné upraviť na používanie bioplynu tak, že časť nafty sa spotrebuje na zapaľovanie zmesi (duálny systém palivovej zmesi). Pôvodný systém zapaľovania nafty si vyžaduje len minimálnu úpravu.
Výhody
· má vyššie oktánové číslo ako benzín alebo nafta, čo vedie k vyššej účinnosti motora pri vyššom kompresnom pomere
· pri správne nastavených otáčkach motor na bioplyn produkuje menej emisií ako motor na benzín alebo naftu
· vznikajúce uhľovodíky majú nižšiu reaktivitu ako v prípade spaľovania klasických palív (nižšia tvorba smogu)
Nevýhody
· obsahuje sírovodík, ktorý má nepríjemný zápach a navyše spôsobuje znehodnocovanie oleja a nutnosť jeho častejšej výmeny
· nutnosť jeho skladovania pod vysokým tlakom
· umiestnenie plynových fliaš po stranách traktora alebo na streche
· premena traktora s naftovým pohonom na bioplyn alebo drevoplyn vyžaduje úpravy zmiešavacej komory a karburátora
· prítomnosť sírovodíku v emisiách
2.3.4.2. DREVOPLYN
Charakteristika
Drevoplyn je možné získať nielen z dreva, ale aj z viacerých iných vstupných surovín ako je napr. slama, škrupiny z orechov alebo obilie.
Pri výrobe drevoplynu dochádza k premene tuhých palív (najčastejšie dreva) na plynné s cieľom získať čo najvyšší obsah energie v plynnej forme. Podstatné na celom procese však je zabezpečenie dostatočnej čistoty plynu. V mnohých splyňovacích zariadeniach, pripojených k motoru, sa súčasne využíva ťah vzduchu a pohyb piestov vo valcoch. Zloženie drevného plynu sa mení v závislosti na použitej biomase a obsahu vlhkosti v palive.
Využitie
Použitie plynných palív v motoroch s vnútorným spaľovaním nie je nové. Už v roku 1860 belgický inžinier J.E. Lenoir zostrojil dvojtaktný plynový motor. V roku 1876 ho nasledoval nemecký inžinier N. Otto (konštruktér benzínového motora), ktorý postavil štvortaktný motor na stlačený plyn. Podľa dostupných údajov prvý Ottov motor poháňaný bioplynom bol skonštruovaný v Indii v roku 1907.
Drevoplyn v motoroch s vnútorným spaľovaním je možné využiť tak na pohon vozidiel ako aj na výrobu elektrickej energie (stacionárne motory). Motor automobilu si však vyžaduje isté úpravy. Používanie neupraveného motora je technicky možné a je aj príťažlivé z hľadiska finančných nákladov.
Vo všeobecnosti je možné povedať, že aj keď je bioplyn a drevoplyn možné využiť ako palivo, v motorových vozidlách, táto možnosť sa nevyužíva. Drevoplyn vzhľadom na nižšiu energetickú hustotu paliva dnes prakticky stratil akýkoľvek význam.
Výhody
· čerpadlá vody (chod motora beží iba na polovičný výkon)
· drevoplyn je možné lepšie zhodnotiť pri výrobe elektrickej energie a tepla ako využiť ho ako palivo
Nevýhody
· motor si vyžaduje špeciálne úpravy kvôli zvláštnym chemickým vlastnostiam zmesi drevoplynu a vzduchu
· priame použitie drevoplynu by znamenalo pokles výkonu motoru o 30 - 40 %
2.4. ELEKTROMOBILY
Charakteristika
Vyznačujú sa nulovými emisiami škodlivých látok. Namiesto spaľovacieho motora majú elektromotor a namiesto benzínovej nádrže má dobíjateľné batérie. Každá batéria je podobná svojou veľkosťou a tvarom batérii, ktorá sa používa na štartovanie bežných automobilov. Rozdiel je len v tom, že elektromobil má batérií podstatne viac - často 15 až 30 kusov. Elektromobil má aj iný regulačný systém, ktorý zabezpečuje dodávku elektrickej energie do elektromotora vždy keď vodič šliapne na „plynový" pedál. Elektromotor tiež nahrádza prevodovku klasického vozidla. Pretože elektromobily sa v súčasnosti nevyrábajú vo veľkých sériách, je aj ich cena o niečo vyššia ako v prípade benzínových alebo naftových vozidiel. Z hľadiska nárokov na údržbu a prevádzku vozidla sú elektromobily ekonomickejšie ako bežné vozidlá na benzín alebo naftu. Náklady na údržbu elektromobilu sú taktiež veľmi nízke a vychádzajú približne na polovicu nákladov benzínového vozidla. Súvisí to s tým, že elektromobily majú menej pohyblivých častí v motore. Na druhej strane je treba poznamenať, že elektromobily majú podstatne vyššie náklady na výmenu batérií, ktorú je potrebné uskutočniť po cca 3 rokoch.
Využitie
Najčastejšie sa s nimi môžeme stretnúť v podobe trolejbusov. Tieto dopravné prostriedky však batérie nepotrebujú, nakoľko energiu čerpajú z elektrického vedenia. V zahraničí sa testujú aj tzv. duobusy, ktoré sú v podstate trolejbusmi s malými batériami používanými na preklenutie krátkych vzdialeností bez elektrického vedenia.
Výhody
· hladký chod motora
· tichý chod vozidla
· čistota
· účinnosť
· rekuperácia (znovuzískavanie) energie
Nevýhody
· dobíjanie batérií
· obmedzený dojazd
2.5. HYBRIDNÉ VOZIDLÁ
Charakteristika
V poslednom čase sa na cestách objavuje stále viac tzv. hybridných vozidiel, ktoré kombinujú výhody viacerých (zvyčajne dvoch) spôsobov pohonu. Takéto vozidlá môžu využívať spaľovací motor na rôzne palivá alebo tiež kombináciu spaľovacieho motora s elektromotorom.
Väčšinu hybridných vozidiel je možné rozdeliť na základe konfigurácie spaľovacieho motora a elektromotora. V podstate sa tieto vozidlá delia do dvoch kategórií: so sériovým zapojením a paralelným zapojením motorov. V sériovom zapojení motor s vnútorným spaľovaním poháňa generátor, ktorý dobíja batérie a tie poháňajú elektromotor. Na pohon vozidla sa využíva len elektromotor. V paralelnom zapojení sa na pohon vozidla využíva tak spaľovací motor ako aj elektromotor. Takéto vozidlo nepotrebuje generátor, pretože jeho funkciu nahrádza spaľovací motor. Vždy keď beží spaľovací motor, súčasne roztáča aj rotor elektromotora, čím tiež dobíja batérie. Obidva typy hybridných vozidiel môžu pracovať tak, že sa na pohon využíva len energia z batérií a vozidlo pracuje ako elektromobil alebo tak, že sa na pohon vozidla využíva len spaľovací motor. Vo väčšine hybridných vozidiel je jazda pri stredných a vyšších otáčkach spravidla zabezpečovaná benzínovým resp. naftovým motorom. Pri brzdení a rozbiehaní, pri ktorom klasický motor má nízku účinnosť, sa vozidlo prepína na elektropohon. Pri rýchlom zrýchlení sa využívajú oba systémy súčasne s maximálnym výkonom.
Využitie
Hoci myšlienka hybridného vozidla nie je nová, neexistuje dnes na trhu ani jedno hybridné vozidlo, ktoré by bolo vyrábané vo väčších sériách.
Výhody
· umožňujú čistú prevádzku na krátkych vzdialenostiach (mestská premávka) a komfortnú jazdu na dlhšie vzdialenosti
· spaľovací motor je malý, je aj spotreba paliva nízka
· nižšie prevádzkové náklady ako pri klasickom vozidle
Nevýhody
· cena hybridného vozidla býva vyššia, čo súvisí s jeho komplikovanejšou konštrukciou
2.6. VODÍK
Charakteristika
Jeden z najperspektívnejších zdrojov energie sa nachádza v obyčajnej vode. Molekula vody sa skladá z vodíka a kyslíka, ktoré je možné od seba oddeliť napr. pôsobením elektrického prúdu (elektrolýza). Keď takto získaný vodík horí (spája sa s kyslíkom obsiahnutým vo vzduchu) napr. v spaľovacom motore - dochádza k uvoľneniu energie, ktorú je možné využiť napr. na pohon motorového vozidla. Vodík sa dá vyrobiť viacerými spôsobmi okrem už uvedenej elektrolýzy vody, sa v súčasnosti používa aj čiastočná oxidácia ropných zvyškov, splyňovanie uhlia a ďalšie postupy.
Využitie
Vo vozidlách je možné používať vodík ako palivo buď priamo v spaľovacom motore resp. ako zdroj elektrickej energie v tzv. palivovom článku. Pokiaľ sa vodík vyrába elektrolýzou vody, využitím elektrickej energie vyrobenej z obnoviteľných zdrojov, potom je najčistejším palivom, aké v súčasnosti existuje. Pre skladovanie vodíka sa v súčasnosti využíva viacero spôsobov. V posledných rokoch sa najbežnejším stalo kvapalné skladovanie.
Výhody
· spaľovanie vodíka je úplne čisté (jediným odpadom je čistá voda)
Nevýhody
· vysoké náklady na jeho výrobu
· veľká hmotnosť palivovej nádrže
2.7. DUSÍK
Charakteristika
Dusík sa vyznačuje veľmi nízkym bodom varu a v skvapalnenej forme v sebe ukrýva veľké množstvo potenciálnej energie. Túto energiu je tiež možné použiť na pohon vozidiel. Fyzikálny princíp jazdy na dusík je založený na odparovaní dusíka v tepelnom výmenníku. Pri tomto procese vzniká energia vo forme mechanického tlaku, ktorá poháňa vzduchový piestový motor. Ako zdroj tepelnej energie sa využíva okolitá atmosféra.
Využitie
Napriek mnohým výhodám kvapalného dusíka ako paliva pre motorové vozidlá si jeho konštruktéri myslia, že pri súčasnom postavení automobilu bude len veľmi ťažké presvedčiť veľkých automobilových výrobcov a kupujúcich, aby sa rozhodli pre tento typ ekologického vozidla.
Ing. Beata Ogrodníková,2003,Cestná doprava 3 -
Ing. Eva Sedlačková,2003, Cestná doprava 1 -
Ing.Štefan Káčer, 2002 ,Cestná doprava 2 -
