Ve snaze snížit závislost na dovozu ropných paliv a zároveň využít půdu evropských zemědělců, která neslouží k výrobě potravin, se Evropská unie rozhodla podpořit výrobu a používání biopaliv. Směrnice Evropského parlamentu a rady 2003/30/EC, o podpoře používání biopaliv nebo jiných obnovitelných paliv v dopravě, ukládá členským státům Evropské unie zajistit minimální podíl biopaliv a jiných alternativních pohonných hmot na jejich národních trzích.
V tomto ohledu uvádí referenční hodnoty pro stanovení národních indikativních cílů jednotlivých států pro použitá množství biopaliv – pro rok 2005 byla referenční hodnota 2 % energetického obsahu (e. o.) a pro rok 2010 je 5,75 % (e. o.).
Biopaliva v nízkých koncentracích ve směsích s fosilními pohonnými palivy je možné použít ve stávajících vozových parcích s předpokladem budoucí konstrukce motorů umožňujících využít i vyšších koncentrací biopaliv ve směsi s fosilními palivy na bázi ropy. Uvedená směrnice 2003/30/ES doporučuje využití následujících typů biopaliv: biometanol, bioetanol, bionafta (metylester na bázi rostlinného nebo živočišného oleje), bioplyn, biodimetyléter, bioetylterciární butyl-éter (bio-ETBE), biometylterciární butyléter (MTBE), syntetická biopaliva, biovodík a čistý rostlinný olej. Mohou se použít ve směsích i v čisté formě.
Členské státy měly za povinnost uvést v platnost zákony, směrnice a právní předpisy do shody s touto směrnicí, a to nejpozději do 31. prosince 2004 a následně podávat každý rok zprávu Evropské komisi o provedených opatřeních. Cíle, které si v této souvislosti Česká republika předsevzala, byly stanoveny v souladu s předpokládanou realizací oleoprogramu – podpory výroby MEŘO a programu Podpora výroby bioetanolu pro jeho přimíchávání do benzínů. Pokud budeme dále mluvit především o bio-etanolu, je potřeba říci, že resort zemědělství má dostatek obilí k naplnění stanoveného cíle výroby bioetanolu pro míchání do benzínu v ČR.
Legislativní podmínky výroby a využití
Oficiální počátky programu Bioetanol začaly již v druhé polovině devadesátých let minulého století, kdy vláda ČR svými usneseními č. 125 ze dne 14. 2. 1996 a č. 420 ze dne 17. 6. 1998 dala podnět k zahájení nepotravinářského využití zemědělských surovin. Na základě těchto usnesení došlo k úpravě zákona č. 61/1997 Sb., o lihu ve znění pozdějších předpisů a zákona č. 587/1992 Sb., o spotřebních daních ve znění pozdějších předpisů. Těmito úpravami došlo jednak k vymezení možnosti vyrábět líh kvasný bezvodý a zvláště denaturovaný líh (bioetanol) pro energetické účely. V současné době je již však zřejmé, že výroba a využití bioetanolu má podstatně větší význam a pro jeho rozvoj je nezbytné zajistit širší legislativní podporu. V tomto směru bylo dne 6. 8. 2003 schváleno usnesení vlády č. 833, které vytvoření této legislativní podpory ukládá ministrům, do jejichž kompetence řešení dané problematiky také spadá.
Na základě uvedených skutečností byl novelizován zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší, bylo schváleno nařízení vlády č. 66/2005 Sb., o minimálním množství biopaliv. Dále byla vydána vyhláška Ministerstva průmyslu a obchodu ČR č. 229/2004 Sb., o požadavcích na pohonné hmoty, která definuje bioetanol a formy jeho použití. Mimo to byla Parlamentu ČR předložena novela zákona č. 61/1997 Sb., o lihu ve znění pozdějších předpisů, která upravuje také zákon č. 353/2003 Sb., o spotřebních daních ve znění pozdějších předpisů (zákon č. 353/2003 Sb. ruší a nahrazuje zákon č. 587/1992 Sb., o spotřebních daních). Uvedené novely zákonů o lihu a o spotřebních daních vymezují pojem bioetanol, který do té doby legislativa neznala, a upravují možnosti vyrábět bioetanol v ČR z tuzemských zemědělských surovin. Záměrem MZe je, aby po provedených úpravách byl v legislativních normách obsažen takový systém, který odpovídá zásadám schválených dne 12. 10. 2005 usnesením vlády č. 1307. Tímto byl schválen materiál Program podpory výroby biopaliv v návaznosti na implementaci směrnice Evropského parlamentu a rady 2003/30/ES. Cílem tohoto materiálu je vytvořit transparentní systém podpory využití biopaliv vyrobených v ČR ze zemědělských surovin vypěstovaných na území ČR, avšak tak, aby nebyl v rozporu s primárním právem EU a bylo jej možno notifikovat Evropskou komisí. Uvedený vládou schválený systém lze v podstatě rozdělit do dvou etap, kdy první řeší výběr subjektů se statusem oprávněného výrobce bioetanolu a MEŘO a v druhé etapě si povinné osoby, resp. subjekty s povinností uvádět na trh s pohonnými hmotami biopaliva vybírají dodavatele těchto biopaliv, který musí mít status oprávněného výrobce bioetanolu či MEŘO. Kritéria pro udělení statusu oprávněného výrobce jsou nastavena tak, aby podpořila výrobu bioetanolu vyrobeného na území ČR ze zemědělských surovin vypěstovaných v ČR.
Využití bioetanolu v zahraničí
Bioetanol se nepoužívá přímo jako palivo do automobilových motorů, ale jen jako menšinová část směsných paliv. Jedině v Brazílii se bioetanol používá jako většinová složka směsného paliva pro upravené zážehové motory. Směsné palivo s většinovou složkou bioetanolu je vhodné pro oblasti s požadavky na vysokou čistotu provozu mobilních energetických systémů a dopravních prostředků (přírodní rezervace, ochranná pásma vod a městské aglomerace). Brazilská vláda v roce 1994 zdanila vývoz cukru, aby zvýhodnila domácí výrobu bioetanolu, a tím dala impuls ke zvýšení výroby motorových paliv s příměsemi bioetanolu. Používaná paliva v Brazílii byla:
l alkoholická (95 % bioetanolu o lihovitosti 96 % a 5 % automobilového benzínu);
l směsné benzínové palivo (22 % bezvodého bioetanolu a 78 % automobilového benzínu);
l směs MEG (33 % metanolu,
60 % bioetanolu a 7 % automobilového benzínu).
Od roku 1994 se distribuuje směsné benzínové palivo s pozměněnou formulací (20 až 25 % bezvodého bioetanolu a 75 až
80 % automobilového benzínu), směs MEG se již nepoužívá, pouze alkoholické palivo zůstalo v původním složení.
Bioetanol jako oxigenát
Bioetanol se v EU a USA nepoužívá přímo jako palivo do zážehových motorů, ale jako oxigenát do stávajících automobilových benzínů. Důvodem je snaha snížit hodnoty škodlivých látek ve výfukových emisích. Přídavkem oxigenátů (bioetanol, MTBE, ETBE) se snižuje především obsah oxidu uhelnatého a uhlovodíků v emisích. Vysoké oktanové číslo oxigenátů je předurčuje rovněž jako antidetonanty, umožňuje jejich prostřednictvím omezit obsah škodlivých aromátů a sloučenin olova v automobilovém benzínu. V Evropě i v USA bylo legislativně zakotveno určité povolené množství oxigenátů (látka obsahující kyslík, která je vhodnou komponentou do motorových paliv, například bioetanol) pro míchání do automobilových benzínů.
Za optimální a zároveň maximální obsah kyslíku v automobilovém benzínu se považuje 2,7 hmotnostního procenta. V USA tomu odpovídá přibližně 7,7 % objemu bioetanolu a 15 % objemu MTBE (oxigenát připravovaný reakcí metanolu a izobutylenu na metyltercbutyléter). V emisích těchto paliv dochází k poklesu obsahu CO o 13 % a uhlovodíků o 7 až 10 % ve výfukových plynech. Při používání těchto paliv je důležitým technickým požadavkem jen zabudování katalyzátorů. Použití oxigenátů pro bezolovnatý benzín je v Evropské unii definováno normou EN 228 Automotive fuels – Unleaded petrol – Reqirements and test metods
(tab. 1). Tato norma definuje maximální obsah kyslíku 2,7 procenta (m/m) a objemová procenta povolených oxigenátů (V/V). Česká republika tuto normu plně převzala jako Českou technickou normu 65 6505 Motorová paliva – Bezolovnaté automobilové benzíny – Technické požadavky a metody zkoušení.
K tabulce 1 musíme dodat, že se připravuje revize normy, kde by mělo množství etanolu stoupnout na 10 % a u éterů na 22 %.
Vlastnosti oxigenátů
Nejrozšířenějším oxigenátem je MTBE, který se připravuje reakcí metanolu a izobutylenu na metyltercbutyléter. Přídavek této látky (s vyšším oktanovým číslem) umožňuje formulaci bezolovnatého automobilového benzínu. V tabulce 2 jsou přehledně uvedeny základní vlastnosti motorových paliv a oxigenátů.
Étery jsou uhlovodíkové sloučeniny obsahující kyslík, v nichž je jedna skupina CH2 nahrazena atomem kyslíku. Vyznačují se mimo jiné vysokým oktanovým číslem. To umožňuje používat étery k namíchání vysoce oktanového motorového benzínu. K tomu se v současné době využívá především MTBE, který je nákladově nejvýhodnější, což je způsobeno tím, že se vyrábí společně s ropou v rafinérii. Je možné ho zaměnit za ETBE, který se získává podobným způsobem, jen metanol je nahrazen etanolem. ETBE (etyltercbutyléter) se připravuje reakcí bioetanolu s izobutylénem. Vlastnosti má obdobné jako MTBE, má ale nižší tenzi par a o něco vyšší výhřevnost než MTBE. Oktanová čísla jsou zhruba stejná. Bod varu má ETBE o málo vyšší než MTBE. Podle výsledků většiny studií jsou emise motorového benzínu s přídavkem ETBE minimálně srovnatelné jako s MTBE. Zkušenosti z Francie ukazují, že s nasazením této pohonné hmoty v praxi by neměly být větší problémy. Náklady na výrobu ETBE jsou vyšší než u MTBE a činí zhruba
51 eur na jednu tunu.
Přídavky na bázi alkoholu jsou v současnosti ve světě nejvyužívanější. Největší podíl těchto paliv mají v Brazílii a USA. V Brazílii využívají především bioetanol z cukrové třtiny, v USA z kukuřice. V Evropě (Francie a Itálie) převažuje jeho výroba z pšenice a cukrové řepy. Nízká míra ředění etanolu (5 a 10 %) je běžná v USA, Kanadě, Austrálii a některých evropských zemích. Jak jsme již výše uvedli, v Brazílii se od roku 1994 ředí 20 až 25 % bioetanolu, zvláště upravená vozidla zde mohou jezdit na lihovou směs
s 5 % benzínu, (prakticky obdobu evropské E85, kde je však benzínu 15 %). Etanol a metanol se tedy mohou využívat pro zážehové motory buď přímo, nebo po přepracování jako MTBE, příp. ETBE. Obecně je však etanol horší než ETBE kvůli jeho těkavosti a rozpustnosti ve vodě. Potenciál výroby ETBE je v evropských zemích (situace k červnu 2004):
l Francie – tři jednotky
(210 tis. t/rok);
l Španělsko – dvě jednotky
(100 tis. t/rok);
l Velká Británie – potenciálně (110 tis. t/rok);
l Itálie – jedna jednotka
(100 tis. t/rok);
l Nizozemsko – jedna jednotka (100 tis. t/rok);
l Belgie – potenciálně
(230 tis. t/rok);
l ČR – výroba ověřena rafinérií v Kralupech nad Vltavou.
Výhody alkoholů jako motorového paliva
Přídavek 10 až 15 % alkoholů k autobenzínu sníží emise:
l oxidů uhlíku o 20 až 25 %;
l uhlovodíků o 10 až 15 %;
l benzenu o 20 až 30 %;
l oxidů dusíku o 5 %.
Při vyšších podílech etanolu roste účinnost katalyzátoru až k 99 % (NREL, 2002). Tentýž zdroj uvádí nejednoznačné výsledky testů emisí formaldehydu – u čtyř testovaných vozidel pozitivní vztah, u dvou negativní vztah, obecně pak u E85 platí, že emise aldehydů jsou vyšší, zatímco emise 1,3-butadienu a benzenu jsou nižší než u reformulovaného benzínu.
Nutnost úpravy vozidel spočívá v tom, že alkohol poškozuje některé typy plastů, gumy a urychluje korozi takových materiálů, jako je hliník, zinek a olovo. Výsledkem může být poškození komponentů a skupin, jako vstřikovač paliva a regulátorů tlaku paliva (IEA 2004). Korozivní efekt se zvyšuje s rostoucí koncentrací alkoholu. Tyto problémy se mohou řešit použitím kompatibilních materiálů, jako je teflon nebo některé elastomery. Korozi materiálů lze předejít použitím nerezavějící oceli. Nicméně v literatuře panuje široký konsenzus, že prakticky všechny současné modely benzínových vozidel jsou plně kompatibilní k ředění benzínu etanolem do 10 % (E10) a nevyžadují žádné další úpravy. Nad 10 % jsou však úpravy nutné.
Petrolejářský průmysl ve světě
Světová poptávka po ropě v roce 2006 byla 84,38 mil. barelů denně, což je sice malý (1,5 %), avšak pokračující vzestup od roku 1999, uvedla v roce 2006 Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu (ČAPPO). V roce 2007 by měly těžební země dodat 85,8 mil. barelů denně. Těžištěm poptávky jsou motorová paliva.
Podle odhadu Mezinárodního měnového fondu a jeho krátkodobé předpovědi vývoje hospodářství se předpokládá nárůst ekonomiky o 2 až 3 % v rozvinutých zemích a 10% nárůst v Číně. Poptávka v zemích OECD by měla v příštích pěti letech růst o 420 000 barelů denně, zatímco poptávka zemí mimo OECD by se měla zvýšit třikrát tolik, jak odhaduje Mezinárodní energetická agentura ve své střednědobé prognóze ropného trhu.
Petrolejářský průmysl v ČR
Situace v českém rafinérském průmyslu a obchodu se podle ČAPPO vyvíjela v roce 2006 za objektivních podmínek na světovém trhu ropy a ropných výrobků plynule a bez významných komplikací. Bez větších problémů probíhalo v České republice zásobování, jak zpracovatelů
ropou, tak spotřebitelů palivy a mazivy. Dovoz ropy do ČR probíhal v roce 2006 rovnoměrně, v souladu s potřebami rafinérií a možnostmi odbytu rafinérských produktů. Celkový dovoz ropy do ČR v roce 2006 činil 7765,1 tis. tun, což je o 0,4 % více než v roce 2005. Ropovodem Družba bylo do ČR dopraveno 67,1 % ropy z celkového dovozu a zbývající množství ropovodem MERO-IKL.
Dovoz ropy představoval nejvyšší množství od roku 1993. Rafinérské zpracování ropy v rafinériích akciových společností Česká rafinérská, a. s., a Paramo, a. s., za rok 2006 činilo celkem 7865,3 tis. tun, což je o 1,8 % více než v roce 2005. V historii ČR jde o nejvyšší objem zpracované ropy. V celkovém objemu zpracované ropy je i 187 tis. tun tuzemské ropy, což je 2,4 % z celkového objemu. Dovozy všech rafinérských produktů představovaly v hmotném vyjádření v roce 2006 celkem 2927,4 tis. tun, což představuje oproti roku 2005 snížení o 7,8 %. Hmotné dovozy pohonných hmot, tj. automobilových benzínů a motorové nafty, představovaly 64 % všech dovozů rafinérských produktů a meziročně poklesly jako důsledek činnosti procesorů České rafinérské na tuzemském trhu.
Vývozy rafinérských produktů ve hmotném vyjádření v roce 2006 činily 1228,9 tis. tun a byly oproti roku 2005 nižší o 8 %. Hmotné vývozy pohonných hmot představovaly zhruba 51 % všech vývozů rafinérských produktů. Výsledky tuzemských výrobců svědčí o posilování pozice na domácím trhu a zapojení do mezinárodního trhu s ropnými produkty. Celkové dodávky vybraných petrolejářských výrobků pro trh ČR v roce 2006 jsou uvedeny v tabulce 3. Údaje zohledňují pohyb zásob.
Podíl tuzemské výroby vybraných petrolejářských produktů na celkových dodávkách pro český trh je uveden v tabulce 5.
V roce 2006 činil podíl členských firem ČAPPO na celkovém trhu paliv a maziv 88,7 %. Opět vzrostl podíl dodávek pohonných hmot z tuzemských rafinérií na domácí trh. Rozhodující měrou se na tom podílí procesoři České rafinérské, a. s. (Agip Česká republika, s. r. o. ConocoPhillips Czech Republic, s. r. o., Shell Czech Republic, a. s., a Unipetrol Rafinérie, a. s.) a příznivé podmínky růstového potenciálu tuzemského trhu. Za předpokladu míchání 5 až
10 % bioetanolu (V/V) byla pro období let od 1. 1. 2007 do 31. 12. 2013 stanovena výrobní kvóta bioetanolu v minimální výši dva miliony hektolitrů ročně, což činí asi 160 000 t (pro obiloviny by to znamenalo využití asi 110 000 ha orné půdy s produkcí přibližně 550 tis tun obilovin), jak ukazuje tabulka 6.
Legislativa a normy
Ve spolupráci ČAPPO, MPO, MZe, MŽP, VÚZT a VŠCHT byla připravena řada legislativních iniciativ a připomínkovány návrhy zákonů a prováděcích předpisů nutných pro uvedení bioetanolu určeného pro přimíchávání do
paliv na trh. Nejdůležitější z nich jsou:
Legislativní předpisy a české technické normy k uplatnění bio-paliv v dopravě ve smyslu směrnice 2003/30/ES, a to zejména k zákonu o ochraně ovzduší, zákonu o spotřebních daních a prováděcím vyhláškám k nakládání s lihem a nařízením vlády:
l novela zákona č. 356/2003 Sb., o chemických látkách a chemických přípravcích, a prováděcích předpisů k zákonu;
l novela zákona č. 353/2003 Sb., o spotřebních daních, a novela vyhlášky o barvení a značkování některých minerálních olejů;
l návrh zákona o přepravě a skladování ropy a ropných produktů;
l návrh zákona o pohonných hmotách a prováděcí předpis;
l nová technická norma o čerpacích stanicích;
l změny českých technických norem fosilních paliv, biokomponent a jejich směsí.
Související technické normy:
ČSN EN 228 (65 6505) Motorová paliva – Bezolovnaté automobilové benzíny – Technické požadavky a metody zkoušení.
ČSN EN 590 (65 6506) Motorová paliva – Motorové nafty – Technické požadavky a metody zkoušení.
ČSN EN 14 214 (65 6507) Motorová paliva – Metylestery mastných kyselin (FAME) pro vznětové motory – Technické požadavky a metody zkoušení.
ČSN 65 6508 Motorová paliva – Směsné motorové nafty obsahující FAME (MEŘO) – Technické požadavky a metody zkoušení.
ČSN 65 6512 Motorová paliva – Etanol 85 – Technické požadavky a metody zkoušení.
ČSN EN 589 (65 6503) Motorová paliva – Zkapalněné ropné plyny – Technické požadavky a metody zkoušení.
Předpokládané parametry obilí
Co se týká surovin pro výrobu bioetanolu, kterými jsou zejména obiloviny, bylo by ideální, aby se dodávaly v jednotné kvalitě. Z několika důvodů zatím není vhodné zavádět normu na obiloviny pro výrobu bioetanolu. Mohlo by to mít negativní dopady právě na zemědělce, kteří jej mají nejvíce využít. Je totiž známo, že se kvalitativní znaky obilovin významně mění v závislosti na těžko ovlivnitelných faktorech, zejména na počasí. Vzhledem k tomu, že je potřeba nastavit určitá pravidla pro nákup obilovin určených k výrobě bioetanolu, byla vytvořena informační tabulka pro nejvhodnější druhy obilovin (tab. 7), která udává základní požadované vlastnosti z hlediska lihovarnické výroby. Na základě těchto ukazatelů si pak mohou mezi sebou kontraktoři dodávky obilovin vytvořit systém jejich nákupu. Je to možné například zavedením daných kritérií pro začátek. V případě různých odchylek je pak možné uplatnit systém bonusů a srážek.
Příprava na realizaci projektu Biopaliva
K 30. 11. 2006 byl v rafinériích České rafinérské, a. s., dokončen projekt Výroba biopaliv a zařízení bylo v prosinci provozně odzkoušeno. Od května 2006 probíhá mísení biokomponentů do automobilových benzínů a motorové nafty na terminálu společnosti ČEPRO, a. s., ve Včelné u Českých Budějovic.
Na dalších vybraných terminálech se zařízení pro mísení dokončuje. Ve společnosti Paramo, a. s., je zařízení na mísení metyl-esterů mastných kyselin do motorové nafty vybudováno a provozně odzkoušeno. U čerpacích stanic některých distribučních firem (Benzina, a. s., OMV ČR, s. r. o., a další) byla nabízena směsná nafta. Společnost ADW Bio, a. s., v pilotním režimu vyráběla a zkoušela palivo E85 (85 % bioetanolu a 15 % benzínu, evropské palivo formulované na základě zkušeností z běžného provozu v Brazílii a pilotního provozu v USA (zdroj ČAPPO).
Od 1. 9. 2007 má být program využití biopaliv uveden do praxe, bude zavedeno plošné míchání
2 % metylesteru řepkového oleje do motorové nafty.
Od 1. 1. 2008 bude zavedeno plošné míchání 2 % bioetanolu do automobilního benzínu.
Ing. Jaroslav Kára, CSc.
Výzkumný ústav zemědělské techniky, v. v. i.
Praha-Ruzyně
