Alternatívne zdroje energie v cestnej doprave
ROPA
Ropa je čiernou krvou našej civilizácie. Benzín a nafta - tzv. klasické palivá v cestnej doprave, ktoré sa z nej vyrábajú pokrývajú až 40% celosvetovej spotreby energetických zdrojov. Ropa je však fosílnym palivom, ktoré príroda vytvorila za mnoho miliónov rokov a jej zásoby sa neuveriteľným tempom znižujú. čoskoro jej ťažba dosiahne vrchol a postupným znižovaním zásob prestane byť jej produkcia ekonomicky únosná. Doprava je kľúčovým prvkom každej vyspelej ekonomiky, pričom jej rozvoj je úzko zviazaný práve so stupňom motorizácie. Popritom, že nám do značnej miery zaisťuje životnú úroveň, je charakterizovaná aj tým, že spaľovanie ropných produktov so sebou prináša aj problémy. Spaľovanie ropných produktov (benzín, nafta) motorovými vozidlami spôsobuje vážne znečistenie životného prostredia a to má za následok nenapraviteľné škody na prírode a zdraví ľudí. Využívanie obmedzených zásob ropy podobne ako iných fosílnych palív (uhlie, zemný plyn, urán) má však aj iný - morálny rozmer. Uvedomenie si skutočnosti, že zdroje sú ohraničené, znamená, že úplné vyčerpanie týchto palív nie je ľudské vo vzťahu k budúcim generáciám. Generácie našich detí nielenže nebudú môcť využívať tieto zdroje, ale budú zaťžené aj problémami, ktoré dnes spaľovanie fosílnych palív zo sebou prináša. Globálne klimatické zmeny sú len jedným z mnohých ekologických problémov, ktorého dôsledky budú zaťažovať ešte mnoho nasledujúcich generácií.
AUTOMOBILOVÉ BENZÍNY
Bezolovnaté automobilové benzíny sú zmesi kvapalných uhľovodíkov prevažne ropného pôvodu, ktoré vrú a odparujú sa v teplotnom rozmedzí 30 - 210°C. Odparivosť je jednou z najdôležitejších vlastností benzínu z hľadiska karburácie. Automobilové benzíny môžu obsahovať antioxidačnú prísadu, detergentnú prísadu ako aj iné prísady na zlepšenie úžitkových vlastností. Kyslíkaté zložky sú obsiahnuté len v takom množstve, aby obsah kyslíka v benzíne neprekročil hodnotu 2,7% hm. Z dôvodu ochrany katalyzátorov výfukových plynov sa do bezolovnatých automobilových benzínov nepridávajú prísady, ktoré obsahujú fosfor. Automobilové benzíny sú horľavina I. triedy nebezpečnosti. Sú to prchavé látky, ich pary pôsobia narkoticky, dráždia sliznicu a vyvolávajú bolesti hlavy. V závislosti od koncentrácie môže vdychovanie pár automobilových benzínov viesť až k bezvedomiu. Preto pri práci a manipulácii s automobilovými benzínmi, hlavne v uzavretých priestoroch, treba pracovať pri dostatočne intenzívnom vetraní. Pri kontakte benzínov s pokožkou pôsobia odmasťujúcim a dráždivým účinkom. Automobilové benzíny sú vysokokvalitné a výkonné pohonné hmoty do zážihových motorov konštruovaných na bezolovnatý benzín a vybavené katalyzátorom, ako aj pre motory konštruované na palivo s obsahom olovnatých antidetonátorov.
MOTOROVÁ NAFTA
Motorová nafta je zmes kvapalných uhľovodíkov, ktorá vrie v teplotnom rozmedzí 150 - 370°C. Obsahuje prísady na zlepšenie nízkoteplotných vlastností paliva. Môže obsahovať aj iné overené prísady na zlepšenie úžitkových vlastností. Je dovolené použiť aj farbivá a označovacie látky. Motorová nafta sa vyrába v troch druhoch a líši sa od seba vlastnosťami a použitím pri rôznych klimatických podmienkach. Sú to horľaviny III. triedy nebezpečnosti. Z hygienického hľadiska je motorová nafta látkou, ktorá môže spôsobiť pri opakovanom alebo dlhodobom kontakte s pokožkou zjavné podráždenie.
Motorová nafta sa používa prevážne ako palivo pre pohon vznetových motorov. Môže sa používať aj ako palivo na vykurovanie miestností v spotrebičoch konštruovaných pre daný účel (naftové kachle, kotle). Jednotlivé druhy motorovej nafty sa používajú podľa rôznych období.
ALTERNATÍVNE PALIVÁ
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 väèší počet takýchto vozidiel na cestách. Ekologické vozidlá jazdiace na alternatívne palivá, t.j. iné palivá ako je benzín alebo nafta, možno ich rozdeli do nasledovných skupín:
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.
2. VOZIDLÁ 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
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).
PROPÁN-BUTÁN (LPG)
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 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.
VLASTNOSTI
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 umožòuje vyššiu kompresiu a tým vyššiu účinnosť.
Výhodou je tiež, že LPG si nevyžaduje obohacovanie zmesi počas studeného štartu motora. Jedným z najdôležitejších dôvodov, pre ktoré sa toto palivo uplatňuje vo svete, je jeho nízka cena.
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.
VÝHODY - 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 trikrát viac ako v prípade spaľovania benzínu. Z uvedeného vyplýva, že údržba takýchto vozidiel je takmer zanedbateľná v porovnaní s naftovými vozidlami. Ďalšou výhodou je, že v Európe existuje rozvinutá distribučná sieť zásobovania propánom. Výhodou tiež je, že spaľovanie LPG má za následok aj nižšiu hladinu hluku asi o 5 decibelov v porovnaní s naftovými motormi. Existujúca infraštruktúra a skutoènosť, že bežné vozidlá môžu byť upravené pre jazdu na LPG v priebehu jedného dňa, robí z LPG z krátkodobého hľadiska atraktívne palivo.
NEVÝHODY - zaobchádzanie s LPG si vyžaduje osobitné opatrenia z hľadiska bezpečnosti. Nevýhodou je aj to, že z hľadiska výrobnej kapacity súčasných rafinérií len asi 15% vozidiel by mohlo jazdiť na LPG. Väčšie množstvo je v princípe možné, vyžadovalo by si však špeciálne úpravy v rafinériách a teda aj vyššie náklady. Vozidlá sú vzhľadom na potrebu väčšej palivovej nádrže tiež ťažšie.
EMISIE
Z hľadiska vplyvu na životné prostredie sa vozidlá na LPG vyznačujú nižšími emisiami oxidu uhoľnatého, oxidov dusíka, tuhých častíc a organických látok. Do akej miery sú emisie dusíka nižšie, závisí na spôsobe spaľovania (katalýza plynov). Veľmi čisté spaľovanie paliva znamená, že takéto vozidlá sa využívajú hlavne v uzatvorených a slabo ventilovaných priestoroch. Napriek výhodám však spaľovanie LPG nie je úplne bez emisií. Vo výfukových plynoch sa objavuje hlavne CO2, VOC, CO, NO, a metán.
LPG NA SLOVENSKU
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.ZEMNÝ PLYN
Výhodou zemného plynu ako alternatívneho paliva je, že jeho svetové zásoby sú o čosi väčšie ako zásoby ropy a navyše sú aj rovnomernejšie rozdelené. Zemný plyn sa skladá z 88% až 96% z metánu s malým množstvom alkánov, propánu a butánu. Zemný plyn je palivom s vysokým oktánovým číslom a je vhodný ako náhrada za klasické palivá pre motorové vozidlá. 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.
POUŽITIE
Odhliadnuc od procesu vysušovania pri ťažbe, zemný plyn je možné použiť ako palivo priamo bez nutnosti akejkoľvek úpravy na rozdiel od ropy, ktorú je potrebné v rafinériách upraviť na benzín resp. naftu. 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 (CNG) alebo kvapalnej forme (LNG). Nevýhodou je, že na skvapalnenie je potrebné znížiť teplotu plynu na mínus 162°C. Výhodou však je, že 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. Jednou z nevýhod zemného plynu je, že má v plynnej forme menšiu hustotu energie, a preto aby vozidlo malo prijateľný dojazd, je potrebné stlačenie aspoň na 200 bar (atmosfér). Z uvedeného vyplýva, že takéto 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. 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, pretože klasický karburátor spôsobuje pokles tlaku v dôsledku nasávania vzdušnej zmesi. 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. 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.
EMISIE
Z hľadiska vplyvu na životné prostredie sa vozidlá na zemný plyn vyznačujú nižšími emisiami oxidu uhoľnatého, tuhých častíc a organických látok. Súvisí to s tým, že zemný plyn nereaguje so vzduchom, a preto nespôsobuje také problémy ako iné palivá. Táto výhoda je zreteľná aj v prípade studených štartov vozidiel, pri ktorých benzínové motory produkujú značné množstvo uhľovodíkov v dôsledku silného obohacovania paliva. V motoroch na zemný plyn toto obohacovanie nie je potrebné. Ďalšie zníženie emisií uhľovodíkov, NOx a CO je možné použitím trojcestných katalyzátorov v osobných automobiloch. Z hľadiska posúdenia ekonomiky vozidiel na zemný plyn hrajú podobne ako v prípade LPG úlohu cena paliva, zásobovanie, cena vozidla a prevádzkové náklady. Rozhodujúcu položku nákladov na prevádzku vozidiel tvorí palivo. Cena zemného plynu je nižšia ako LPG, benzín alebo nafta, čo je tiež jedným z hlavných dôvodov širokého uplatnenia tohto paliva vo svete. 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. Vyššie investície sú však nevyhnutné pre vybudovanie čerpacích staníc. V závislosti na tom, či je takáto stanica vybavená pomalým alebo rýchlym čerpaním.
BIOPALIVÁ
Alkohol alebo rastlinné oleje, ktoré je možné získať z biomasy (rastlín), sú práve takýmito palivami. 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 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. Za príkladmi však nie je treba chodiť tak ďaleko. 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 sú určené výlučne na pestovanie plodín, z ktorých sa vyrábajú biopalivá - hlavne bionafta. Ročná produkcia tu predstavuje 120 milión litrov.ETANOL
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 toto palivo jazdilo veľké množstvo vozidiel už od 90-tych rokov minulého storoèia. 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.
VÝROBA
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). Istou nevýhodou výroby etanolu z poľnohospodárskych produktov je skutočnosť, že v prípade snahy o nahradenie väčšieho množstva klasických palív, by takáto veĺkovýroba v celosvetovom meradle predstavovala konkurenciu k produkcii potravín. Uvedené nevýhody sa však netýkajú výroby etanolu z drevnej biomasy, ktorá 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.
POUŽITIE ETANOLU V SPAĽOVACÍCH MOTOROCH
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.
VÝHODY ETANOLU
- 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 ETANOLU
Nevýhodou etanolu je, že spôsobuje rýchlejšiu koróziu kovových materiálov, má detergentný účinok (odstraňuje oleje) a napadá plastické hmoty. Navyše nevýhodou je, že výpary majú negatívny účinok na ľudský organizmus a ovplyvňujú vodičovu schopnosť viesť motorové vozidlo. Tieto výpary môžu byť problémom hlavne pri čerpaní pohonných hmôt. Etanol sa taktiež vyznačuje horším štartovaním motora pri nízkych okolitých teplotách. Iné nevýhody použitia etanolu spočívajú v tom, že v dôsledku nižšej energetickej hustoty v jednom kilograme paliva majú vozidlá vyššiu spotrebu.
EMISIE
Emisie motorových vozidiel spaľujúcich etanol závisia na vstupnej surovine, z ktorej bol etanol vyrobený. Vo všeobecnosti platí, že emisie zo spaľovania etanolu sú nižšie ako v prípade benzínu, pričom emisie CO, tuhých častíc a organických látok sú približne o polovicu nižšie a emisie N2O asi o jednu štvrtinu nižšie ako emisie z benzínových motorov. Problémom sú však už vyššie uvedené emisie aldehydov. Pozitívny prínos pre životné prostredie má aj požívanie 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 že je vyrábaný z biomasy, znižuje tvorbu kysličníka uhličitého - najdôležitejšieho skleníkového plynu.METANOL
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 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 o 20%), 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
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. Pre výrobu metanolu sú dôležité dve otázky: aké množstvo biomasy je potrebné na výrobu a aký je pomer získanej a vloženej energie z takejto výroby. Zo skúseností vyplýva, že z jednej tony suchej biomasy je možné vyrobiť asi 700 litrov metanolu. Na druhú otázku je možné odpovedať, že pomer získanej energie (metanol) a vloženej energie na jeho produkciu je závislý hlavne na spôsobe výroby. Pri výrobe metanolu z obnoviteľných zdrojov je tento pomer vysoko pozitívny.
POUŽITIE METANOLU V SPAĽOVACÍCH MOTOROCH - 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.
EMISIE
Emisie vozidiel na metanol závisia od vstupného materiálu, z ktorého bol metanol vyrobený. 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).
VÝHODY - výhodou metanolu je, že výrobné technológie sú v praxi odskúšané, spoľahlivé a široko využívané. Výhodou metanolu v porovnaní s etanolom je, že pre jeho výrobu existuje širší potenciál vstupných surovín. Metanol má v porovnaní s benzínom výhodu aj v tom, že má vyššie oktánové číslo. To umožòuje vyššiu kompresiu a následne lepšiu účinnosť motora. Pre naftové motory je to cetánové číslo, ktoré je pre palivo rozhodujúce. Čím nižšie cetánové číslo, tým dlhší čas je potrebný pre kompresné zapálenie. Metanol sa vyznačuje tým, že má nižšie cetánové číslo ako nafta. Výhodou tiež je, že metanol má vysokú kalorickú hodnotu, umožňuje vyššiu účinnosť spaľovania v motore, má nižšiu teplotu horenia, produkuje menej škodlivín a vo všeobecnosti predstavuje menšie riziko. Navyše v porovnaní s etanolom je metanol lacnejší. S metanolom sa tiež ľahšie zaobchádza ako s benzínom, pretože je menej prchavý, je bezpečnejší pri dopravných nehodách a prípadný požiar sa dá uhasiť aj vodou, pretože metanol je rozpustný vo vode. Požiar je možné večmi jednoducho zlikvidovať aj na malú vzdialenosť od ohňa, čo je dôsledok nízkej teploty plameňa.
NEVÝHODY - nevýhodou metanolu je, že spôsobuje rýchlejšiu koróziu kovových materiálov, má detergentný účinok (odstraňuje oleje z miest, kde sú potrebné) a negatívne vplýva na plastické materiály. Tieto nevýhody je možné zmierniť použitím odolnejších materiálov vo vozidlách napr. ocele. Inou nevýhodou je, že metanol má neviditeľný plameň. Nevýhodou je tiež 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.BIONAFTA
Olej je možné získať z viac ako 300 druhov rôznych rastlín medzi ktorými je napr. repka olejnatá, slnečnica, oliva, sója, kokosový orech a i. Napriek tomu, že medzi takýmito 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 èčstého rastlinného oleja v motoroch však prináša viacero ťažkostí, 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.
VÝROBA
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.
ENERGETICKÁ BILANCIA
Z hľadiska možného širšieho využitia bionafty v doprave je veľmi dôležitá aj otázka energetickej bilancie pri jej výrobe. Tá vyjadruje pomer množstva vloženej energie na siatie, žatvu, dopravu a spracovanie surovín a získanej energie. Údaje o energetickej bilancii bionafty získanej z 1 ha sa veťmi líšia, ale i tak je celková energetická bilancia pri výrobe bionafty a jej metylesteru pozitívna.
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
Nevýhodou čistých rastlinných olejov je, že majú vysokú viskozitu a počas ich skladovania dochádza k znižovaniu kvality paliva. Pri spaľovaní zanášajú motor, sú agresívne voči plastom i lakom a spôsobujú vyššie emisie tuhých častíc a N2O. Problém tuhých častíc je možné odstrániť tzv. esterifikáciou rastlinného oleja. Inou nevýhodou rastlinných olejov je, že na to, aby nahradili väčšiu časť klasických palív by boli potrebné veľké plochy poľnohospodárskej pôdy.
POUŽITIE
Ćistý rastlinný olej sa v súčasnosti v doprave používa len minimálne a to v špeciálnych motoroch známych ako napr. Elsbett motor. Vo väčšine krajín dnes prevláda používanie esterifikovaného oleja hlavne ako prísady do klasickej nafty. MERO tu vystupuje ako mastiaca prísada s plnohodnotnými vlastnosťami paliva.
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 èíslo. Vyššia kvalita plynných palív umožňuje použitie vyššej kompresie.
BIOPLYN
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. 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, stláča ho a použiť ho v motorových vozidlách napr. ako palivo v traktoroch.
VÝROBA BIOPLYNU
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.
ENERGETICKÁ BILANCIA BIOPLYNU
Bioplyn sa väčšinou vyrába z odpadu zo živočíšnej výroby (hnoj). V takomto prípade je energetická bilancia vysoko pozitívna, pretože predstavuje vlastne likvidáciu odpadu. Výroba bioplynu s pozitívnou energetickou bilanciou je však možná aj z rastlinných odpadov, ako je siláž alebo niektoré druhy tráv.
POUŽITIE BIOPLYNU
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 súťasnosti 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. Použitie bioplynu vo vozidlách má však niekoľko výhod oproti klasickým palivám. Bioplyn má vyššie oktánové číslo ako benzín alebo nafta, čo vedie k vyššej účinnosti motora pri vyššom kompresnom
pomere. Nevýhodou bioplynu je, že obsahuje sírovodík, ktorý má nepríjemný zápach a navyše spôsobuje znehodnocovanie oleja a nutnosť jeho častejšej výmeny. Nevýhodou bioplynu vo vozidlách je nutnosť jeho skladovania pod vysokým tlakom. Tlak plynu, ktorý je často 200 bar a viac. To si zvyčajne vyžaduje umiestnenie plynových fliaš po stranách traktora alebo na streche. Podľa dostupných údajov si premena traktora s naftovým pohonom na bioplyn alebo drevoplyn vyžaduje tiež malé úpravy zmiešavacej komory a karburátora, tak aby bol zabezpečený prívod palivovej zmesi, ktorý je podstatne nižší ako v prípade nafty.
EMISIE
Pri správne nastavených otáčkach motor na bioplyn produkuje menej emisií ako motor na benzín alebo naftu. Vznikajúce uhľovodíky majú tiež nižšiu reaktivitu ako v prípade spaľovania klasických palív, a preto vedú k nižšej tvorbe smogu. Nevýhodou je prítomnosť sírovodíku v emisiách.
DREVOPLYN
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 zabezpeèenie 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.
ENERGETICKÁ BILANCIA
Energetická bilancia vyjadrujúca pomer získanej a vloženej energie je pre väčšinu biopalív pozitívna, čo platí aj pre drevoplyn. Drevoplyn je možné získať nielen z dreva, ale aj z viacerých iných vstupných surovín ako je napr. slama, škrupiny z orechov alebo obilie.
POUŽITIE DREVOPLYNU
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. Hlavným dôvodom je, že bioplyn, keď sa už vyrobí, je možné lepšie zhodnotiť pri výrobe elektrickej energie a tepla. Drevoplyn vzhľadom na nižšiu energetickú hustotu paliva dnes prakticky stratil akýkoľvek význam.
ELEKTROMOBILY
Vyznačujú sa nulovými emisiami škodlivých látok. Namiesto spaľovacieho motora má elektromotor a namiesto benzínovej nádrže má dobíjateľné batérie. Každá batéria je podobná svojou veľkosťou a tvarom batérií, 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. 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 ELEKTROMOBILOV
- hladký chod motora
- tichý chod vozidla
- čistota
- účinnosť
- rekuperácia (znovuzískavanie) energie
NEVÝHODY ELEKTROMOBILOV
- dobíjanie batérií, obmedzený dojazd
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.
HYBRIDNÉ VOZIDLÁ
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. Hoci myšlienka hybridného vozidla nie je nová, neexistuje dnes na trhu ani jedno hybridné vozidlo, ktoré by bolo vyrábané vo väčších sériách. 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 väèšine 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. Hybridné vozidlá umožňujú čistú prevádzku na krátkych vzdialenostiach (mestská premávka) a komfortnú jazdu na dlhšie vzdialenosti. Tým, že spaľovací motor je malý, je aj spotreba paliva nízka, čo sa prejavuje v nižších prevádzkových nákladoch ako pri klasickom vozidle. Nevýhodou však je, že cena hybridného vozidla býva vyššia, čo súvisí s jeho komplikovanejšou konštrukciou.
VODÍK
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.
Vo vozidlách je možné používať vodík ako palivo buď priamo v spaľovacom motore resp. ako zdroj elektrickej energie v tzv. palivovom článku. Najväčšou výhodou je, že spaľovanie vodíka je úplne čisté a jediným odpadom, ktorý pri tomto procese vzniká, je čistá voda a malé množstvo NOx. Pri použití vodíka v palivových článkoch NOx nevzniká vôbec. Pokiaľ sa vodík vyrába elektrolýzou vody, využitím elektrickej energie vyrobenej z obnoviteľných zdrojov, potom je najčistejším palivom, aké v súčasnosti existuje. Nevýhodou vodíka ako paliva sú vysoké náklady na jeho výrobu a veľká hmotnosť palivovej nádrže, ktorá je potrebná na zabezpečenie dostatočne dlhého dojazdu vozidla. Pre skladovanie vodíka sa v súčasnosti využíva viacero spôsobov. V posledných rokoch sa najbežnejším stalo kvapalné skladovanie.
DUSÍK
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 poháòa vzduchový piestový motor. Ako zdroj tepelnej energie sa využíva okolitá atmosféra. Oproti klasickému spaľovaciemu motoru má takýto systém výhodu v tom, že pri tomto proces nielenže nevzniká žiadne teplo, ale dochádza k ochladzovaniu okolitého priestoru. Veľkou výhodou je, že dusík ako palivo je najrozšírenejší plyn v prírode a pri reakcii v motore nevznikajú žiadne škodliviny. Nevýhodou sú relatívne vysoké náklady na skvapalnenie dusíka. Proces výroby kvapalného dusíka, pri ktorom je potrebná elektrická energia, je veľmi čistý a v prípade, keď je elektrina vyrábaná z obnoviteľných zdrojov, nevznikajú vôbec žiadne škodliviny. Výhodou oproti benzínu je, že by ho bolo možné priamo vyrábať na súčasných čerpacích staniciach vybavených malými zariadeniami na skvapalňovanie dusíka. Napriek mnohým výhodám kvapalného dusíka ako paliva pre motorové vozidlá, si 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.
