Na otázky časopisu CzechIndustry odpovídají Jiří Hájek a Josef Šimek z Unipetrol výzkumně vzdělávacího centra
Při příležitosti vědecké konference COMSYN jste představili biopalivo druhé generace z odpadní biomasy. Čtenáře by jistě zajímalo, jaký je zásadní rozdíl mezi biopalivem první a druhé generace.
JH: V první řadě je potřeba upřesnit, že evropská ani česká legislativa nepracují s termíny první nebo druhá generace biopaliv. Legislativa se především zaměřuje na suroviny, ze kterých může být biopalivo vyrobeno. Ty buď přímo konkurují surovinám pro potravinářský průmysl, nebo se jedná o odpadní látky v pevné, kapalné, nebo plynné formě. Odpadem může být například biomasa vznikající při těžbě dřeva, koncentrát metanu zachycený v rámci chovu dobytka, a/nebo prasat, komunální bioodpad, vodní řasy a další suroviny blíže specifikované ve směrnici RED II, příloze IXa (renewable energy directive II).
Biopalivo představené v rámci projektu COMSYN bylo získáno zplyněním odpadní dřevní hmoty na syntézní plyn (směs oxidu uhelnatého a vodíku), potažmo v rámci následného procesu tzv. Fischer-Tropschovy syntézy (FTS) na lineární, převážně nasycené uhlovodíky. Směs uhlovodíku pak dělíme destilačním způsobem obdobně jako ropné látky na paliva odpovídající frakcím automobilového benzínu, resp. motorové nafty. Získanou benzínovou frakci není možné jednoduše přimíchat do směsi automobilových benzínů, jelikož lineární parafinické uhlovodíky mají velmi nízké oktanové číslo.
Taková frakce pak musí být upravena procesem katalytického reformování nebo izomerace. Naopak cetanové číslo frakce motorové nafty převyšuje cetanové číslo motorové nafty dostupné v čerpacích stanicích. Může tak být využita samostatně, nebo jako příměs. Je ale třeba rovněž dodat, že palivo obsahující především lineární parafíny vykazuje horší nízkoteplotní vlastnosti. V případě využití v zimním období proto musí být upraveny izomeračním procesem.
Výzkum byl motivován potřebou plnění přísných emisních norem. Jak tomu rozumět, znamená to, že při jízdě na biopalivo neunikají do ovzduší žádné škodlivé látky?
JH: Biopalivo získané v rámci projektu COMSYN neobsahuje síru ani dusík. Proto v rámci spalování neunikají do ovzduší oxidy síry. Organická hmota, která byla použita při výrobě tohoto biopaliva, pro svůj růst vminulosti spotřebovala stejné množství CO2, které je emitováno při jeho spálení. Nedochází tak k navyšování skleníkového plynu v atmosféře.
Od věci jistě není otázka, zda by bylo možné jezdit na biopalivo druhé generace takříkajíc napřímo, nebo musí být přimícháváno do pohonných hmot?
JH: Evropská legislativa již zná normu na tzv. syntetickou motorovou naftu, kterou je možné samostatně uvádět na trh. V České republice tato norma prozatím nebyla schválena, nicméně počítá se s jejím zavedením paralelně s výrobou a distribucí pokročilých biopaliv.
V tiskové zprávě jste uvedli, že vámi vyvíjené biopalivo na rozdíl od současného metylesteru řepkového oleje nehrozí poškozování motoru vozidla. Můžete to více konkretizovat?
JH: Biopaliva získaná technologií FTS neobsahují kyslík, což omezuje vznik korozního prostředí. Dále neobsahují tak výrazný podíl nenasycených uhlovodíků, které mohou v motorech zejména při delším stání polymerovat a způsobovat tak ucpání palivového systému.
Vyrábět biopalivo z „odpadu“ je bezpochyby lákavé. Přibližte nám proces jeho výroby.
JH: Koncept je založen na technologii zplyňování různých druhů odpadní biomasy na syntézní plyny (oxid uhelnatý a vodík). V rámci tohoto konceptu bude konverze probíhat ve výrobních jednotkách malého a středního měřítka umístěných blízko zdrojům biomasy (10-50 kt/rok produktů Fischer-Tropschovy syntézy). Zkoumanou technologií bude zpracováván dřevní odpad, sláma a další zemědělské zbytky i různé odpadní materiály. Technologie bude v rámci tohoto konceptu začleněna do lokálních výroben elektřiny a tepla, kde bude biomasa zužitkována s 80% energetickou účinností. Odpad nebo biomasa se chemickou reakcí (zplyňováním) převede na tzv. syntetický plyn (vodík a oxid uhelnatý). Následně chemickou reakcí oxidu uhelnatého a vodíku v heterogenních katalyzátorech vznikají žádané uhlovodíky a vodní pára. Kapalné meziprodukty poté budou transportovány do stávajících ropných rafinérií a zde budou využity pro mísení vysoce kvalitních motorových paliv s požadovaným efektem emisních úspor. V rámci konceptu poroste počet zařízení na primární konverzi biomasy a ropné rafinérie budou postupně přeměňovány na výrobny biopaliv.
Z vašich slov vyplývá, že v laboratorních podmínkách biopalivo z odpadních materiálů umíme zhotovit. Kdy se dočkáme jeho výroby v poloprovozu nebo přímo v provozu?
JH: Realizace v průmyslovém měřítku musí být podpořena ekonomickými podmínkami, které producentům umožní investovat nemalé částky do celého řetězce technologií nezbytných k výrobě pokročilých biopaliv. Mimo značné investiční výdaje je hlavní překážkou nedostupnost surovin v blízkosti místa zpracování. Nicméně současné prognózy uvažují horizont cca 10 let.
Za druhé světové války postavili nacisté v Záluží závod na výrobu benzínu z uhlí. Po válce se od tohoto projektu ustoupilo z důvodu vysoké energetické náročnosti výroby a tím i ceny výsledného produktu. Nehrozí něco podobného v případě biopaliv, nebo nás čeká další kolotoč dotací, jak tomu je v případě řepkového oleje?
JŠ: Přechod z uhlí na ropu byl v litvínovském závodě opravdu vyvolán skutečností, že výroba kapalných paliv z ropy je snazší a tento postup byl ekonomicky výhodnější. Avšak v současnosti stále více započítáváme do ceny vstupní suroviny i její dopad na životní prostředí a rovněž i složku nezávislosti na dovážených surovinách. V tomto ohledu se pak může jevit zpracování obnovitelných surovin jako výhodné. Dalším faktorem je i skutečnost, že se dnes snažíme biopaliva vyrábět přednostně z odpadů, což je ekonomicky značně zajímavé.
Co se týče kolotoče dotací, jak jej nazýváte, je nutné si uvědomit, že pokud opravdu chceme používat ekologická paliva a být méně závislí na zahraničních zdrojích energie, musí rozdíl oproti tržní ceně efektivnějších surovin hradit stát formou dotací. Je však na našich zákonodárcích, aby nastavili pravidla tak, že nebude nedocházet ke zneužívání těchto prostředků.
Výzkum probíhá v rámci mezinárodního projektu COMSYN. Které státy se na něm podílejí a jakou roli v něm hraje vaše pracoviště?
JH: Projekt COMSYN propojuje výzkumné ústavy a průmyslové organizace z Finska, Německa, ČR a Itálie. UniCRE se v rámci konsorcia soustředí především na dělení získaných frakcí a jejich finální úpravu tak, aby mohly být zpracovány ve stávajících rafinérských technologiích. V rámci projektu je pod vedením UniCRE realizován vývoj nových katalyzátorů umožňujících zlepšení nízkoteplotních vlastností frakce středních destilátů a ve spolupráci s mateřskou společností je posuzována celková ekonomika zpracování produktů FTS v rafinerii.
COMSYN není jediný projekt, jímž se zabýváte. Co vše zahrnuje váš výzkum?
JŠ: V UniCRE se zabýváme pěti hlavními směry, které podporují hlavní průmyslové aktivity České republiky. Zabýváme se samozřejmě již zmiňovanými palivy, dále se věnujeme výzkumu výroby petrochemikálií z klasických i obnovitelných zdrojů, zpracování biomasy a odpadů, výzkumu speciálních anorganických materiálů, jako jsou pokročilé katalyzátory, žáruvzdorné materiály a pojiva, a v neposlední řadě rovněž vývoji speciálních pokročilých analytických metod.
Představte nám některé projekty takříkajíc s vysokou přidanou hodnotou.
JŠ: Je velmi obtížné třídit výzkumné projekty podle přidané hodnoty, stanovovat jejich
přínosy a návratnosti. Spíše by dalo se říci, že některé projekty mají větší potenciál. V případě přípravy, psaní a samotné realizace výzkumného projektu nikdy nevíte, jak skončí. Jste si pouze jist vědeckým potenciálem. U projektů, které dopadnou dobře, samozřejmě dost záleží na realizaci a na průmyslovém partnerovi - jestli výsledky získané výzkumem dokáže zrealizovat a náležitě zpeněžit. Za výzkumné úkoly s vysokým potenciálem považujeme všechny naše zahraniční projekty. Spolupracujeme na nich se světově významnými vědeckými institucemi a všechny jsou zaměřeny na praxi. Mezi takové akce patří třeba projekt CLARA, jenž se zabývá zplyňováním odpadní biomasy v chemické smyčce a následnou výrobou biopaliv. Další projekty pak jsou zaměřeny na vývoj nových typů katalyzátorů, které významnou měrou snižují energetické nároky stávajícího průmyslu a pomáhají tak nahrazovat katalytické materiály využívající problematické kovy, jako je například nikl a chróm.
UniCRE je výzkumně-vzdělávací centrum, o výzkumu jsme již hovořili, jak je tomu se vzděláním?
JŠ: Jedním z hlavních cílů UniCRE je samozřejmě vzdělávání. Těžištěm našich vzdělávacích aktivit je spolupráce na výuce s VŠCHT Praha, s Univerzitou Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem, Univerzitou Pardubice a s Českou zemědělskou univerzitou v Praze. K našim hlavním aktivitám patří vedení diplomových, bakalářských a semestrálních prací, pořádání laboratorních cvičení a exkurzí. Studenty také zapojujeme jako pomocnou vědeckou sílu do výzkumných projektů. Co se týče spolupráce se středními a základními školami, pořádáme workshopy pro učitele chemie, pro studenty přednášky na atraktivní témata a studentské soutěže a konference.
Jak vidíte vývoj dopravy z pohledu energie používané k pohonu, nejsme přílišní optimisté při sázce na elektromobilitu?
JŠ: Otázka čisté mobility je velmi důležité téma. Nyní probíhá ´souboj´ mezi několika směry, a to elektromobilitou, klasickými spalovacími motory a vodíkovými technologiemi. Podle mého názoru je nutné pracovat na všech cestách mobility a prohloubit výzkum ve všech oblastech. Čas a praktické využití jednotlivých technických řešení nám ukáže jasného vítěze.
Bylo by chybou spoléhat na jeden typ pohonu. V budoucnu tak nejspíš vznikne nějaký energetický mix, který budeme využívat. Dost těžko si lze nyní představit sanitky a vozidla bezpečnostních složek jako elektromobily. V současné době asi všichni, kteří jezdíme osobníme automobily, cítíme silný legislativní tlak na snížení emisí plynoucích z dopravy. Dle mého názoru musí jít tento tlak ruku v ruce s technickým pokrokem. Myslím si, že je možné dosáhnout téměř bezemisní dopravy, avšak v poněkud delším časovém horizontu.
Až budou technologie na takový přerod zralé, lidé sami přejdou na lepší a ekologičtější řešení dopravy, pokud jim ho nabídneme. To je teď náš úkol.
Unipetrol se podílí na aktivitách v rámci vodíkové platformy, není právě vodík palivo budoucnosti?
JH: Z pohledu komfortu pro uživatele nabízí vodík jako nosič energie pro elektromotory stejný komfort pro zákazníky jako dnešní fosilní paliva – rychle jej načerpáte a po celou dobu provozu budete moci využívat konstantní výkon motoru. Hlavním problémem je chybějící infrastruktura. Proto jde Unipetrol tomuto procesu naproti i s vědomím, že do budoucna bude vodík nahrazovat tradiční rafinérské produkty. V UniCRE se na tomto projektu výzkumně podílíme.
Otázka na závěr: Dočkáme se čisté mobility a za jakých předpokladů?
JH: Technologie umožňující využití čisté mobility jsou známy již po desetiletí. Problémem je ale především nedostatek vhodných surovin v oblasti střední Evropy. Nemůžeme počítat se slunečním svitem jako např. v tropických a subtropických oblastech, nedisponujeme větrným potenciálem přímořských států a nemáme ani k dispozici množství vody proudící z hor do údolí jako např. v Norsku. Je proto důležité zaměřit se na to, co je v našich oblastech k dispozici, a tím jsou odpadní dřevní hmota nebo odpadní plasty. Uvažovat výrobu biopaliv z řas nebo skořápek ořechů není pro náš region v současnosti reálné.
Zdroj: CzechIndustry č. 3. 2019
