English version
  Kvapalné palivá na báze rastlinných olejov a živočíšnych tukov pre dopravu a energetiku
  
  Cieľ projektu
  
  Projekt vychádza zo situácie v oblasti biopalív na Slovensku a zo stavu problematiky v celosvetovom či európskom meradle. Dokumenty EÚ (Biela kniha Komisie "Európska dopravná politika do r. 2010. čas rozhodnutia", Smernica 2003/30/EC)
  • vyzývajú pri očakávanom zvýšení emisií CO 2 o 50 % v roku 2010 oproti roku 1990 najmä vďaka cestnej doprave s 84 % emisií CO 2 na zníženie závislosti na rope (v súčasnosti 98 %) v dopravnom sektore používaním alternatívnych látok ako sú biopalivá
  • upozorňujú, že čistý rastlinný olej surový alebo rafinovaný, no chemicky nemodifikovaný, by sa tiež mohol používať ako biopalivo v špeciálnych prípadoch, kedy je jeho používanie zlučitežné s typom príslušného motora a zodpovedajúcimi emisnými požiadavkami
  • zdôrazňujú, že podpora výroby a používania biopalív by mala prispieť k zníženiu závislosti na dovoze energie a emisií skleníkových plynov, okrem toho biopalivá v čistej forme alebo ako zmes sa môžu v zásade používať v existujúcich motorových vozidlách a v súčasných systémoch distribúcie paliva a zmiešavanie biopalív s fosílnymi palivami by mohlo prispieť k potenciálnej úspore nákladov v distribučnom systéme spoločenstva
  • vyzývajú na podporu výskumu a technologického vývoja v oblasti udržatežnosti biopalív.

  Vychádzajúc z dostupných vedecko-technických informácií, reálnych spoločenských potrieb a vedecko-výskumného potenciálu a skúseností riešitežského kolektívu sa projekt zameriava práve na tieto aktuálne úlohy, čím môže okrem iného aj prispieť k implementácii Smernice 2003/390/EC v podmienkach SR. Riešitežský kolektív projektu, ktorý sa zaoberá touto problematikou už 15 rokov, je publikačne aktívny v tejto oblasti, vyvinul rad originálnych riešení v súvislosti s biopalivami, má dostatok skúseností v tejto problematike a je schopný ciele projektu dosiahnuť a naplniť. Zvýšená frekvencia relevantných publikácií vo vedeckých časopisoch v poslednom období svedčí o aktivite v tejto oblasti a o opodstatnenosti projektu.
  Riešenie projektu sa sústreďuje na nasledovné 4 oblasti:
  • hydrogenačné krakovanie triacylglycerolov (TAG) za miernych podmienok (hydroprocessing)
  • využitie TAG ako paliva pre dieselové motory
  • palivové zmesi fosílnej nafty s obsahom biokomponentov (etanol, metylestery vyšších mastných kyselín, fatty acid methyl esters - FAME)
  • energetické využitie glycerolovej fázy (GF) z výroby FAME alebo čiastočne rafinovaného glycerolu (G) v kotloch

  SÚČASNÝ STAV PROBLEMATIKY
  
  V súčasnosti používané palivá pre dieselové motory obsahujú zložky prakticky iba na ropnej báze. Pri neustále stúpajúcej spotrebe a cene palív je tento stav neúnosný. Emisie zo spažovania fosílnych palív sú vážnym problémom pre životné prostredie. Ciežom Kjótskeho protokolu je zníženie nepriaznivého vplyvu žudskej aktivity na atmosféru a na počasie. Európska únia sa dohodla na redukcii emisií oxidu uhličitého, metánu a ďalších skleníkových plynov o 8 % do roku 2010 so štartovacou úrovňou roku 1990. Jedným z objektov požnohospodárskej politiky EÚ je nájsť využitie požnohospodárskej nadprodukcie v oblasti kvapalných palív a zvýšiť tak palivovú sebestačnosť. Európska direktíva 2003/30/EC uvažuje indikatívne s 2 % biopalív z objemu palív spotrebovaných v roku 2005. Ďalšou požiadavkou tejto smernice je zvýšenie podielu biopalív na 5.75 % v roku 2010. Táto direktíva je záväzná pre všetky členské štáty únie.
  Najviac rozšíreným biogénnym palivom pre dieselové motory v súčasnosti sú metylestery vyšších mastných kyselín (FAME) z rastlinných olejov a živočíšnych tukov. Ako palivo sa používajú aj v čistej forme, prevažne však ako zložka v zmesi s fosílnou naftou. FAME vykazujú rad pozoruhodných vlastností, z ktorých možno spomenúť napríklad výrazne lepší emisný profil spalín v porovnaní s fosílnou naftou, menej tuhých častíc v spalinách a ďalšie.
  V poslednom období vzniká nový fenomén v súvislosti s výrobou FAME, a to vedžajší produkt tzv. G-fáza s nevyriešeným využitím. G-fáza predstavuje asi 15 až 18 % zo vstupného oleja/tuku a obsahuje glycerol (G), alkalické mydlá, alkálie, FAME a metanol. Kedysi vítaný zdroj G teraz pri masovej výrobe FAME začína byť vysoko problémovým produktom, ktorý zaťažuje výrobcov. Výskumné aktivity v smere zužitkovať cenný triol G narážajú na kvantitatívne obmedzenia. Cena G (polorafinovaný G s obsahom G nad 90 %) klesla za posledné roky viac ako desaťnásobne a v súčasnosti sa pohybuje na úrovni okolo 3 SKK/kg. Preto aj jednou z etáp predloženého projektu je aktivita v smere využiť tento produkt na energetické účely.
  Ďalším reálnym biogénnym motorovým palivom je bioetanol (etanol pripravený kvasnými technológiami z biomasy). Jeho využitie v palivách pre vznetové motory je možné v dvoch formách, a síce ako prídavok do fosílnej nafty, alebo ako etylestery mastných kyselín po náhrade metanolu etanolom v transesterifikácii TAG. V palivách pre zážihové motory - v benzínoch je možný alebo prídavok etanolu k benzínom do 20 % ( USA), alebo prídavok ETBE (etyl-terc-butyléter) s podielom do 15 %. ETBE sa pripravuje reakciou etanolu s izobuténom. Výroba bioetanolu v SR je rovnako technicky zvládnutá, pre jeho využitie v sektore palív nie je nateraz dostatočná výrobná kapacita.
  Projekt je zameraný aj na štúdium netradičných foriem a spôsobov využitia prírodných triacylglycerolov (TAG) v oblasti kvapalných palív pre motory a pre energetické účely. Toto štúdium sa týka prípravy a vlastností kvapalných systémov na báze TAG ako palív a/alebo ich zložiek pre dieselové motory. Oblasťou záujmu sú možnosti a podmienky využitia čistých TAG a/alebo ich zmesí s fosílnou naftou v dieselových motoroch s konštrukčnou úpravou alebo bez nej. Štúdium vlastností zmesi etanol - nafta ako paliva v dieselových motoroch a jej vplyv na výkon a emisie motora by mohlo viesť k širšej možnosti využitia bioetanolu v dieselových palivách. Urgentné a významné je riešenie energetického využitia polárnej glycerolovej fázy (GF) a čiastočne rafinovaného glycerolu (G) z výroby metylesterov. Kžúčovým programom predloženého projektu je však štúdium hydrogenačného krakovania TAG pri miernych podmienkach ako metódy prípravy zlepšovača cetánového čísla a/alebo paliva a zložky paliva pre dieselové motory.
  Projekt obsahuje niektoré riešenia a koncepcie, ktoré v istej forme už existujú a v odbornej a vedeckej literatúre sú o nich čiastočné informácie, tieto sú však z pochopitežných dôvodov neúplné a nedostatočné pre realizáciu v podmienkach a možnostiach SR. Ciežom projektu je doplniť tieto údaje, získať podrobné informácie o procesoch a materiáloch, overiť výsledky v laboratóriu aj v praxi, inovovať postupy a dodať nové podklady pre zmenu doterajších skeptických a zastaralých názorov.
  
  CIELE PROJEKTU
  Etapa "Hydrogenačné krakovanie TAG za miernych podmienok (hydroprocessing)"
  V tejto etape sa chceme venovať štúdiu katalytických systémov pre tento typ procesov. Surovinou môžu byť jednak TAG každého druhu a pôvodu, jednak aj vožné mastné kyseliny FFA. Diverzifikácia zdrojov je významným faktorom, ktorý pomáha minimalizovať logistické náklady. Vykoná sa komplexná analýza produktov procesu jednak samotných, jednak ich zmesí s klasickou motorovou naftou, prešetria sa možnosti úprav vlastností zmesi bežne používanými prísadami. Absolvujú sa obvyklé testy vrátane motorových. Vypracujú sa podklady pre prevádzkové využitie procesu a jeho produktov. Ciežom etapy sú podklady pre prípravu alkanicko-izoalkanickej zmesi uhžovodíkov C12 až C24 ako zlepšovača CN, resp. zložky paliva pre dieselové motory.
  Etapa "TAG ako palivo pre dieselové motory"
  Predmetom prác v rámci tejto etapy bude využitie rastlinných olejov (v obmedzenej miere aj živočíšnych tukov, napr. bravčová masť) ako paliva pre dieselové motory neupravené alebo upravené. Vykonajú sa stanovištné motorové skúšky čistých TAG rastlinného pôvodu ako paliva pre neupravené motory zamerané na výkon motora, spotrebu paliva, emisie, dymenie, vplyv na motorový olej, čistotu spažovacieho motora a vstrekovacích dýz, obsah popola v TAG a jeho vplyv na chod motora. Preštuduje sa vplyv stupňa rafinácie oleja na komplexnú prevádzku motora, prebehnú laboratórne skúšky úpravy čistých rastlinných olejov, budú sa aplikovať jednoduché úpravy oleja pre toto využitie. Prebehne výber vhodných prísad pre zlepšenie prevádzkových vlastností motora (antioxidačné, antikorózne a detergentné prísady, rozpúšťače úsad v motore). Pozornosť sa bude venovať aj vhodne aditivovaným rastlinným olejom, vykonajú sa stanovištné motorové skúšky aditivovaných TAG rastlinného pôvodu ako paliva pre neupravené motory zamerané na výkon motora, spotrebu paliva, emisie, dymenie, vplyv na motorový olej, čistotu spažovacieho motora a vstrekovacích dýz.
  Vykoná sa štúdium možností využitia sústavy TAG + fosílna nafta ako zmesného paliva pre dieselové motory neupravené a upravené. Preskúma sa účinok aditívov na zlepšenie vlastností zmesného paliva a aditívov na zlepšenie prevádzky motora. Motorové testy prebehnú v požadovanom rozsahu.
  Etapa "Palivové zmesi fosílnej nafty s etanolom, prípadne so zmesou etanol + FAME"
  Výskumné práce v tejto etape sa zamerajú na motorové skúšky aditivovaných binárnych a ternárnych zmesí fosílnej nafty s obsahom biokomponentov (etanol / etanol + FAME) ako paliva pre neupravené/upravené motory zamerané na výkon motora, spotrebu paliva, emisie, dymenie, vplyv na motorový olej, čistotu spažovacieho motora a vstrekovacích trysiek. Ciežom výskumných prác v rámci tejto etapy je získať podklady pre prevádzku dieselových motorov s palivom na báze biozložiek etanolu a prírodných triacylglycerolov.
  Etapa "Energetické využitie glycerolovej fázy z výroby FAME alebo surového glycerolu"
  Záujem sa sústredí na priame spažovanie vysoko predhriatej glycerolovej fázy (GF), resp. čiastočne rafinovanéhoglycerolu (G) rozprášením tryskami v spažovacej komore priemyselných kotlov a boilerov s ciežom energeticky využiť tento vedžajší produkt. Ciežom výskumných prác v tejto etape je výber a testy vhodných zariadení na energetické využitie vedžajšieho produktu z výroby FAME, najmä výber horákov a vhodné úpravy materiálu pre spožahlivú a bezpečnú prevádzku týchto energetických zariadení.
  

  Liquid fuels based on vegetable oils and animal fats for transport and energetics
  
  Principal investigator: Doc. Ing. Ján Cvengroš, DrSc.
  
  Project is focused on the study of non-traditional utilization of natural triacylglycerols (TAG) as liquid fuels for transport and energetics, hydrogenation cracking of TAG, utilization of mixtures naphta and ethanol and/or TAG as diesel fuels,energetic utilization of glycerol. The targets of the project are as follows:
  • Study of natural TAG hydrogenation cracking and hydro-isomerisation, complex analysis of products and their blends with fossil fuel, process optimization, documentation for application.
  • TAG or TAG + bio-ethanol blend as a fuel for non-adapted / adapted diesel fuel, laboratory and bench engine tests neat / additived TAG / TAG + bio-ethanol, TAG treatment, optimization of treatment. Blended fuel TAG + fossil fuels for diesel engines.
  • Laboratory and engine tests of blends fossil fuel + bio-components (ethanol, ethanol + FAME), their parameters, additived for improvements of the parameters of mixed fuel.
  • Energetic utilization of GP or partly refined G, direct combustion of highly pre-heated GP or G by spraying through nozzles in combustion chamber, combustion of GP/G as blended fuel with fossil component or methanol.