Obsah sborníku | Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka 
Obsah sborníku | Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka
Bioetanol
Ing. Lucie Kunteová
Výzkumný ústav cukrovarnický Praha a. s.
Úkolem tohoto příspěvku je představit v rámci CZ Biom dosud přehlížený způsob využití energie z biomasy, a to výrobu motorových paliv z některých našich tradičně pěstovaných zemědělských plodin.
Energetickou biomasu v podobě rychlerostoucích dřevin, konopí aj. lze využít jako palivo v energetických stacionárních jednotkách (elektrárny, teplárny, podniky aj). Její využití v dopravě, jako v dalším významném konzumentu fosilních paliv, však zatím nepřipadá v úvahu. Pro tento resort je nutné najít biopaliva, jejichž vlastnosti (skupenství, výhřevnost aj.) se budou blížit dosud používaným benzínům a naftě, aby mohl být zachován současný vozový park. Biopaliva by měla postupně nahradit fosilní paliva bez rozsáhlých změn na stávajících motorech.
Bionafta
Praktického použití se u nás zatím dočkala tzv. bionafta, která je metylesterem řepkového oleje, vyráběného prakticky bezodpadovou technologií ze semen řepky olejné. Lze ji mj. velmi dobře použít pro pohon zemědělských strojů. V distribuční síti čerpacích stanic najdeme pod pojmem “bionafta” směs 30 % bionafty a 70 % ropné nafty; je lacinější než její čistě fosilní ekvivalent. Současné výrobní kapacity bionafty v ČR jsou kolem 60 tis. t/r.
Bioetanol
Bioetanol je termín, používaný v poslední době pro označení kvasného lihu, určeného k palivovým účelům. Má vysokou výhřevnost (27 MJ/kg) a je možné ho s dobrou účinností spalovat v plynových turbínách či kotlích. Při jeho spalování nedochází ke ztrátám tepla do škváry a do popela, vznikají jen ztráty komínové. Ve světě je ale bioetanol používán výhradně jako motorové palivo, a to většinou ve formě nízkopodílové složky benzínové směsi. Spaliny lihu neobsahují popel a síru a mají oproti benzínu nižší podíl oxidu uhličitého a oxidů dusíku. Výchozí surovinou pro výrobu bioetanolu jsou škrobnaté či cukernaté zemědělské plodiny, které se lihovarnickými postupy zpracovávají na finální produkt. Ten je pak ve směsi s benzínem distribuován do spotřební sítě. Tento systém využití bioetanolu funguje v mnoha zemích světa, kde je podporován státem (dotacemi či daňovými úlevami) jako součást politiky využívání domácích zdrojů.
Mezinárodní situace
Používat líh jako základ pohonné směsi vyžaduje speciální konstrukční úpravu stávajících benzínových motorů. To komplikuje tomuto palivu jeho všeobecné rozšíření, ale lze ho využít v určitém uzavřeném vozovém parku. Některá západoevropská města ho například používají pro pohon MHD. Další možností je již zmíněné přidávání etanolu do benzínu, což je ekologické opatření zvyšující mj. oktanovou hodnotu benzínu. Evropská unie svými předpisy limituje množství lihu v benzínu maximálním přípustným obsahem kyslíku 2,3 až 2,7 %. Po přepočtu to pro benzín znamená maximální obsah etanolu 5 %. Takové množství by pro ČR znamenalo náhradu více jak 85 000 t benzínu ročně. V rámci Evropské unie byla uzákoněna možnost daňových úlev pro biopaliva ve výši 90 a více % ze stanovené sazby. Zároveň existují závazky nahradit do roku 2004 15 % energie obnovitelnými zdroji a 20 % do roku 2025. Zdaleka ne ve všech členských státech EU má bioenergie tak vysoké zastoupení, proto se počítá s rozšířením palivového využití bioetanolu i do dalších zemí.
Holandsko například připravuje zahájení průmyslové výroby palivového lihu na rok 1999, a to v objemu 300 000 hla (hl absolutního alkoholu).
USA spotřebuje k palivovým účelům ročně přes 40 000 hl zemědělského bioetanolu.
Nejstarší tradici přidávání zemědělského lihu do benzínu má Francie. První pokusy jsou známy z roku 1873, první uzákonění je z roku 1923. Ukládalo importérům nafty povinnost odebírat bioetanol z domácí produkce ve výši 10 % objemu dovezené nafty. V roce 1935 pokrýval bioetanol ve Francii 12 % celkové spotřeby paliv, pro jeho další rozšíření bylo třeba daňových úlev, které vyrovnaly vyšší výrobní náklady. Od roku 1992 není bioetanol zdaňován a stát si vyhradil právo kontroly nad jeho výrobou a distribucí. Palivový etanol se ve Francii vyrábí z cukrovky a z obilí. V roce 1996 se ho zpracovalo téměř 700 000 hla a jeho spotřeba má stoupající tendenci.
V Brazílii je palivové využití zemědělského lihu naprosto nejrozšířenější. Datuje se od dvacátých let tohoto století a postupem času se díky němu podařilo snížit dovoz ropy do této země o 50 %. Stát inicioval používání směsi benzínu s nedehydrovaným etanolem a výrobu speciálních motorů, které jsou pro spalování této směsi třeba. V současné době roste obliba směsi benzínu s bezvodým lihem, která je v plném rozsahu použitelná i v tradičních benzínových motorech. Obsah lihu v ní činí 22 %, což je poměr, který v Evropě bohužel nelze opakovat. Surovinou pro brazilský líh je domácí produkce cukrové třtiny.
Pro naše podmínky je obzvlášť inspirativní Polsko. Jeho zkušenosti s palivovým využitím kvasného lihu jsou nejmladší, datují se teprve od devadesátých let tohoto století, a jeho zavedení nepředcházela žádná zdlouhavá jednání a přípravy, kterých jsme svědky v ČR.
Přidávání bioetanolu do benzínu se v Polsku provádí u čerpacích stanic, kde se líh pomocí směšovacího zařízení dávkuje z oddělené cisterny přímo do autonádrže v podílu 5 %. Výsledná směs tak odpovídá předpisu EU. Tento způsob nemá ve světě obdoby. Obvykle je líh poskytován rafinériím, které ho zapracovávají do benzinového aditiva ETBE (etylterciátbutyléter). Tím, že se přidává přímo bez transformace na aditivum, jsou z procesu vyřazeny rafinérie a celý systém je výhradní podporou domácích zemědělců. V roce 1996 Polsko zpracovalo 800 000 hla, v letošním roce se očekává již dvojnásobek tohoto množství.
Ani Česká republika není v této problematice bez zkušeností. Na našem území se zemědělský líh využíval jako palivo v první i druhé světové válce z nedostatku jiných pohonných hmot. Za zvláštní zmínku ale stojí lihová politika Rakousko-Uherska a předválečné ČR. Státem podporovány byly tehdy lihovary, zpracovávající zemědělské produkty. Mezi nimi měly výsadní postavení brambory, ze kterých se u nás dnes líh už prakticky nevyrábí.
Ve dvacátých letech tohoto století byl etanol významnou složkou pohonných hmot, jejichž spotřeba tehdy stoupla téměř desetinásobně. V roce 1932 byl po vzoru jiných evropských států v Československu přijat zákon, který stanovil závazný 20% podíl lihu v benzínové pohonné směsi. Roční výroba etanolu poté přesáhla hranici jednoho miliónu hektolitrů, které byly ze 60 % spotřebovány v palivech. Pro srovnání, dnešní výroba lihu činí asi 600 000 hla/r.
Po druhé světové válce byla však tato strategie zcela zapomenuta a až do nedávné doby se o kvasném lihu jako o palivu vůbec neuvažovalo.
ČR a výroba palivového lihu dnes
Odmítavé postoje státní správy k této otázce se začaly měnit zhruba v polovině devadesátých let, odkdy se datuje první zájem MZe o znovuobnovení využití kvasného lihu do pohonných směsí. Důvodem je, kromě nutnosti následovat EU, zejména záměr podpořit domácí zemědělskou produkci na úkor útlumových programů z předcházejících období.
Tyto záměry jsou mj. podchyceny v zákoně č. 61/1997 Sb. O lihu, účinném od 1. 7. 1997, kde se v § 13 odst. 3 mj. praví: “Líh používaný jako zdroj obnovitelné energie v pohonných hmotách a jako palivo při výrobě energie nebo tepla může být vyroben pouze ze zemědělských plodin vypěstovaných na území České republiky.”
Bioetanolový program by měl fungovat následujícím způsobem. Předem určené plochy zemědělské půdy, nepotřebné k produkci potravin (v ČR je jich zatím kolem 100 000 ha), se osejí “bioetanolovými” plodinami, které vykoupí lihovary a státem garantované množství etanolu vyrobí. U cukrovky bude prvním zpracovatelským podnikem cukrovar, který řepu pro lihovar upraví. Následovat bude zapracování etanolu do aditiva ETBE a konečně jeho mísení s benzínem. Realizace celého systému je ve fázi závěrečných jednání. Ze zemědělských plodin našich zeměpisných šířek byla jako surovina pro výrobu etanolu vybrána cukrovka a obilí (škrobnaté odrůdy pšenice a tritikale), které nejlépe splňují požadavky na dostatečný hektarový výnos lihu při přiměřených nákladech.
Pro zachování rovnováhy zemědělské produkce jsou obě tyto plodiny velmi důležité. Cukrovka proto, že je důležitou součástí osevních postupů produkčních oblastí, kde mj. tvoří také součást krmivové základny. Při současné nadprodukci cukru, která tlačí osevní plochy cukrovky dolů, za ni není v řepařských oblastech náhrada. Obilí má zase výhodu pěstitelské nenáročnosti a nízkých hektarových nákladů. Lze ho díky tomu pěstovat v daleko větším rozsahu, a to i v horších klimatických a půdních podmínkách naší republiky. K těmto účelům se šlechtí speciální výnosové odrůdy, které umožní dobrou rentabilitu zemědělské výroby i ve vyšších oblastech. Další výhodou obilí je jeho dobrá skladovatelnost. Zatímco řepa se musí zpracovat do podoby koncentrovaného cukerného materiálu, obilí stačí uložit do sila a skladovat třeba i několik let.
Technologie zpracování obilí na líh je náročnější, neboť obilí obsahuje nezkvasitelný škrob, který je nutné před vlastní fermentací rozložit. Dříve se používala technologie termicko-tlakové hydrolýzy, dnes ji nahrazuje hydrolýza enzymatická. Také výtěžnost etanolu z obilí je nižší než z cukrovky a nižší jsou i jeho hektarové výnosy lihu. Cukrovka má totiž výjimečné produkční schopnosti. I v ČR, kde nejsou např. v porovnání s Francií tak ideální podmínky, je schopná produkovat 60 t bulev na ha a až 10 t zkvasitelného cukru. Její průměrné výnosy se v ČR pohybují kolem 40 t/ha při cukernatosti 17 %, což představuje produkci asi 85 000 MJ/ha v bioetanolu. Při těžení difusní šťávy z řepy získáváme jako vedlejší produkt řepné řízky, které jsou výborným krmivem, ale lze je i spalovat. Jejich výhřevnost stoupá lineárně s obsahem sušiny, takže řízky o sušině 90 % mají výhřevnost 15 000 MJ/t. Jednu tunu řízků o této sušině získáme zpracováním 16,5 t cukrovky, takže z 1 ha je možné získat kromě lihu dalších 36 000 MJ v biomase. V letošním roce nebude cukrovkou oseto výrazně více než 80 000 ha, což je o 24 000 méně než před dvěma lety. Přírodní podmínky naší republiky přitom umožňují pěstovat cukrovku na rozloze až 120 000 ha, i když z minulosti jsou známy i plochy 160 000 ha.
Závěry :
pro pěstování cukrovky k nenutriční produkci je k dispozici minimálně 30 až 40 tis. ha, u obilí jsou možnosti ještě širší,
Než bude Česká republika vybavena speciálními sklizeči a spalovacími kotli na fytomasu, může bioetanol znamenat první krok k širšímu využití sluneční energie, fixované fotosyntetickým aparátem rostlin.
