Według specjalistów z branży przemysłu rafineryjnego rozwój paliw silnikowych podąża w kierunku źródeł odnawialnych “przyjaznych dla środowiska” jak: bioetanol, biodiesel, wodór, paliwa galwaniczne itp.

Podstawowym źródłem napędu pojazdów samochodowych są paliwa ropopochodne. Dynamiczny rozwój motoryzacji w kraju to poważny problem ekologiczny widoczny przede wszystkim w aglomeracjach miejskich. Ocenia się, że emisja motoryzacyjna stanowi ok.
20-30% emisji globalnej dwutlenku węgla. Aby ograniczyć negatywny wpływ motoryzacji na środowisko naturalne prowadzi się różnorodne działania, np: nowelizuje się przepisy administracyjne, dotyczące emisji spalin samochodowych na bardziej restrykcyjne, wprowadza się nowe rozwiązania konstrukcyjne silnika, zwłaszcza w obszarze układu zasilania oraz nowe technologie paliw silnikowych. Według specjalistów z branży przemysłu rafineryjnego, rozwój paliw silnikowych podąża w kierunku źródeł odnawialnych “przyjaznych dla środowiska” jak: bioetanol, biodiesel, wodór, paliwa galwaniczne itp.

Bioetanol jako komponent i paliwo silnikowe
Paliwa do silników o zapłonie iskrowym muszą posiadać odpowiednie właściwości użytkowe spełniające wysokie wymagania współczesnych, wysilonych silników spalinowych, wyposażonych między innymi w wielopunktowe systemy wtrysku paliwa oraz katalityczne, wielofunkcyjne układy oczyszczania spalin. Ogólnie wymagania te są wypadkową wymagań stawianych przez konstruktorów silników, ekologów, producentów paliw oraz ich możliwości technologicznych.
Jednym z powszechnie już uznanych składników paliw odnawialnych do silników o zapłonie iskrowym są organiczne związki tlenu, alkohole i etery. Z uwagi na ich wysokie walory energetyczne zyskały zastosowanie jako komponenty benzyn silnikowych. Wprowadzenie związków tlenowych do konwencjonalnej benzyny węglowodorowej pozwoliło redukować zawartość benzenu, aromatów i olefin, nie obniżając jej liczby oktanowej. Te pozytywne symptomy stały się stymulatorem szerokiego zastosowania związków tlenowych w minionej dekadzie. Duże nadzieje wiąże się ciągle z wykorzystaniem etanolu jako dodatku do benzyn węglowodorowych. Alkohol etylowy dodawany do benzyny poprawia efektywność spalania paliwa w silniku, co prowadzi do obniżenia toksycznych składników emisji spalin, zwłaszcza w zakresie tlenku węgla i węglowodorów.
Należy przypomnieć, że w Polsce etanol (nieodwodniony spirytus) był stosowany już w latach 30. ubiegłego wieku jako domieszka 20% do paliwa do polskiego Fiata.

Tablica 1. Sprzedaż etanolu do benzyn silnikowych w Polsce w latach 1993-1998.

Tablica 2. Sekab – Specyfikacja etanolu 99.5 % wg normy SPSE-410/2004-09-01.

Tablica 3. Sekab – Specyfikacja paliwa etanolowego Etamax B, SPSE-424/2002-02-01.

Tablica 4. Wymagania dla etanolu paliwowego BIOETANOL wg ZN/MGiPS/NF-214/2003.

Ponowne ożywienie zainteresowania przemysłu rafineryjnego etanolem jako dodatku do benzyn silnikowych miało miejsce we wczesnych latach 90. ubiegłego wieku, co wiązało się z procesem wycofania ołowiu z paliw i wprowadzeniem na rynek benzyn bezołowiowych. Odpowiednie wówczas ulgi podatkowe dla przemysłu rafineryjnego wynikały ze stosowania etanolu w ilości 4,5-5,0%(V/V) do benzyn etylizowanych i bezołowiowych. W Polsce produkcję promocyjną benzyn ołowiowych (etylinę E94) z udziałem 5%(V/V) etanolu rozpoczęto w 1991 roku w Rafinerii Nafty Trzebinia na potrzeby aglomeracji małopolskiej i śląskiej. Technologię tego paliwa opracował Instytut Technologii Nafty w Krakowie. W 1994 roku wyprodukowano ogółem ok. 500 tys. ton etyliny E94, co stanowiło ok. 12% ogólnej sprzedaży benzyn w kraju. W roku 1995 wskaźnik ten wzrósł do 20%. Sprzedaż (zużycie) etanolu do produkcji benzyn silnikowych w Polsce w latach 1993-1998 przedstawiono w tabl. 1.
W roku 2002 udział benzyn silnikowych z 4,5%(V/V) zawartością etanolu na rynku paliwowym w kraju wynosił 29% w odniesieniu do globalnej sprzedaży. Obecnie benzynę bezołowiową z etanolem produkuje grupa LOTOS S.A. Mając na względzie zalecenia Dyrektywy 2003/30/EC odnośnie zastąpienia do 2010 roku 5,75% energii w transporcie samochodowym energią odnawialną, istnieje możliwość nowelizacji normy EN 228 w zakresie podwyższenia górnej granicy udziału etanolu do 10%(V/V) w benzynach silnikowych. Wymaga to jednak zdecydowanego ograniczenia zjawiska rozwarstwiania się paliwa na fazę węglowodorową i wodno-alkoholową w okresie zimowym W Unii Europejskiej nie ma na dzień dzisiejszy wdrożonej specyfikacji dla benzyn silnikowych z dodatkiem etanolu, która byłaby zharmonizowana w UE25, ani specyfikacji dla etanolu paliwowego. Dyrektywa 98/70/EC wraz z poprawką 2003/17/EC, regulująca jakość paliw, oficjalnie dopuszcza obecność na rynku benzyny zawierającej maksymalnie do 5%(V/V) odwodnionego etanolu. Norma EN 288:2004, będąca wyznacznikiem jakości benzyny silnikowej podaje tylko ograniczenie kwasowości etanolu stosowanego jako komponent benzyny. Benzyny z niską zawartością etanolu sprzedawane są obecnie tylko na rynku szwedzkim, polskim i w mniejszej ilości w Hiszpanii i Rosji. Komisja Europejska uznając, że norma na paliwo z dodatkiem etanolu będzie konieczna, uruchomiła prace normalizacyjne w Komitecie Technicznym CEN/TC 19 – Ethanol Task Force. Jednak dotyczy to paliwa z max 5%(V/V) odwodnionego etanolu. Biorąc pod uwagę zalecenie Dyrektywy 2003/30/EC odnośnie zastąpienia do 2010 roku 5,75% energii w transporcie energią odnawialną, możliwa jest w ciągu kilku najbliższych lat nowelizacja normy w celu powiększenia górnej granicy udziału etanolu do 10%(V/V). Wyższe zawartości etanolu w paliwie, jak np. w E85, które zaczęto stosować w Szwecji, są obecnie omawiane. W 2003 roku, w ramach CEN Workshop 15, utworzono grupę do spraw tego rodzaju paliwa silnikowego, mającej wypracować konsensus w sprawie jego specyfikacji, która byłaby oparta na normie amerykańskiej i szwedzkiej.

Tablica 5. Wymagania dla etanolu paliwowego BIOETANOL B-80 wg ZN-96/PIH/NF-217.

Tablica 6. Wymagania dla benzanoli wg GOST R 52201-2004.

Specyfikacje dla etanolu i benzyn etenolowych
- EUROPA
Najbardziej zaawansowanymi i doświadczonymi krajami europejskimi w zakresie tworzenia wymagań dla etanolu jako dodatku do benzyn silnikowych lub paliwa etanolowego w randze norm zakładowych są Szwecja i Polska.
W Szwecji etanol paliwowy i paliwo etanolowe produkowane są przez firmę Svensk Etanolkemi AB (Sekab). W tabl. 2 zamieszczono wymagania dla specyfikacji etanolu 99,5% wg normy SPSE–410/2004-09-01, natomiast w tabl. 3 przedstawiono wymagania dla paliwa etanolowego Etamax B wg normy SPSE – 424/2002-02-01.
Benzyną etanolową E85 napędzanych jest w Szwecji ok. 6-8 tys. samochodów FFVs (Fuel Flexible Vehicles).
W Polsce istnieje norma zakładowa
ZN/MGiPS/NF-214/2003 na etanol paliwowy - BIOETANOL, podająca specyfikację tego produktu fermentacyjnego stosowanego jako komponent do produkcji benzyny silnikowej bezołowiowej – tabl. 4.
Norma ta określa również skażalniki dla etanolu paliwowego BIOETANOL, którymi mogą być:
- bezołowiowa benzyna silnikowa o temperaturze końca destylacji nie wyższej niż 210OC w ilości 3÷5%(V/V);
- bitrex (benzoesan denatonium) w ilości nie mniejszej niż 0,3g na 100 litrów etanolu paliwowego.
Drugą normą zakładową, która została opracowana dla potrzeb produkcji benzyn silnikowych w kraju z udziałem etanolu jest norma ZN-96/MPIH/NF-217 na etanol paliwowy BIOETANOL B-80 – tabl. 5.
Produkt ten stanowi komponent benzynowy w skład którego wchodzi 80 (3%
(V/V) etanolu o właściwościach określonych w normie ZN-96/PIH/NF-214 i ok. 20%(V/V) komponentu węglowodorowego o właściwościach określonych w normie lub benzyny silnikowej o właściwościach określonych w odpowiednich normach na benzyny silnikowe.

Tablica 7. Specyfikacja brazylijskich etanoli paliwowych.

Tablica 8. Wymagania dla etanolu paliwowego wg ASTM D 4806-03.

Rosja, będąca po Hiszpanii czwartym państwem europejskim o znaczącym udziale w produkcji etanolu, posiada specyfikację dla benzyny silnikowej o nazwie benzanol z zawartością 5-10%(V/V) etanolu wg normy GOST R 52201-2004 opartej na normie europejskiej EN 228:1999. Wymagania dla benzyny silnikowej o nazwie benzanol przedstawiono w tabl. 6.

- Świat
Największe doświadczenia na świecie w produkcji i stosowaniu benzyny silnikowej z udziałem etanolu ma Brazylia. Obecnie sprzedaje się tam paliwa silnikowe do samochodów z zapłonem iskrowym, gdzie udział etanolu wynosi 24%(V/V) (E24) lub 100%(V/V) (E100), przy czym alkohol do benzyny dodawany jest, stosownie do wymogów prawa federalnego, w udziale procentowym ustalonym przez ministra rolnictwa. W światowej produkcji etanolu dla celów paliwowych pierwsze miejsce zajmuje Brazylia z 52% udziałem. Koncern PETROBRAS rozpoczął eksport etanolu paliwowego z Brazylii do Wenezueli. W Wenezueli od sierpnia bieżącego roku wprowadzono zakaz produkcji i dystrybucji benzyny silnikowej zawierającej ołów, więc uzupełnienie bilansu oktanowego nastąpi poprzez dodatek bioetanolu początkowo w ilości 8%, a następnie przewiduje się zwiększenie udziału etanolu do 10%. Brazylijski etanol importują Indie, a obecnie kontrakt na import jest negocjowany przez Chiny. Od ubiegłego roku trwa współpraca Brazylii z Japonią w sprawie dostaw etanolu do Japonii, gdzie obecnie dopuszcza się jego udział w benzynie silnikowej do 3%, a w planach do 2008 roku jest zwiększenie udziału etanolu w benzynie silnikowej do 10%(V/V).
Narodowa Agencja ds. Ropy Naftowej (ANP) opublikowała w sierpniu 2002 r. wymagania dla dwóch gatunków etanolu paliwowego: bezwodnego i zawierającego wodę. W tabl. 7 podano wymagania dla obu gatunków. W USA, które jest drugim na świecie producentem etanolu (43%), szeroko dostępna jest benzyna z dodatkiem 10%(V/V) etanolu (E10). Ponadto w Stanach Zjednoczonych produkowane jest również paliwo etanolowe E85 zawierające 85% etanolu, którym zasilanych jest około 3 milionów samochodów FFVs. Paliwo to redukuje zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego takie jak: tlenek węgla, węglowodory i benzen oraz przyczynia się do obniżenia zawartości dwutlenku węgla w atmosferze. Etanol spala się emitując mniej zanieczyszczeń niż benzyna, jest całkowicie odnawialnym produktem, o dobrych implikacjach ekologicznych, pozwalającym na wzrost niezależności ekonomicznej i energetycznej państwa, które posiada surowce do jego produkcji. Stany Zjednoczone Ameryki Północnej, gdzie podaż benzyny silnikowej przewyższa podaż oleju napędowego, stosują na szeroką skalę etanol jako komponent benzyny silnikowej. W związku z tym określono wymagania jakościowe dla etanolu paliwowego, jak i dla coraz bardziej popularnego paliwa etanolowego. Dla etanolu paliwowego jest to norma ASTM D 4806-03 na bezwodny skażony etanol paliwowy, który może być stosowany jako komponent do benzyn stosowanych do silników z zapłonem iskrowym. W tabl. 8 przedstawiono wymagania wg ASTM D 4806-03. Oddzielną specyfikację ASTM D 5798-99 posiada paliwo etanolowe Ed75-Ed85 przeznaczone do zasilania samochodowych silników z zapłonem iskrowym specjalnie zaprojektowanych dla tego rodzaju paliwa alternatywnego. W tabl. 9 podano wymagania zamieszczone w normie ASTM D 5798-99. W Indiach stosuje się alkohol etylowy w ilości do 5%(V/V), jednak w fazie projektów są już działania zmierzające do zwiększenia udziału etanolu do 10%(V/V). Indie posiadają specyfikację dla etanolu paliwowego, którą przedstawiono w tabl. 10. Bioetanol jako alkohol etylowy jest istotnym komponentem energetycznym benzyn silnikowych. Dodawany do benzyny w ilości 5%(V/V) powoduje wzrost LOB o ok. 2 jednostki, poprawia efektywność procesu spalania paliwa w silniku, co prowadzi do obniżenia emisji tlenku węgla w spalinach, zaś dzięki wysokiej liczbie oktanowej (LOB = 100) pozwalał do niedawna na zmniejszenie takich toksycznych składników paliw jak czteroetylek ołowiu (benzyna etylizowana) i węglowodory aromatyczne. Jest całkowicie odnawialnym produktem, o dobrych implikacjach ekologicznych, pozwalającym na wzrost niezależności ekonomicznej i energetycznej państwa, które posiada surowce do jego produkcji. Mając na względzie zalecenia Dyrektywy 2003/30/EC odnośnie zastąpienia do 2010 roku 5,75% energii w transporcie energią odnawialną, istnieje możliwość nowelizacji normy EN 228 w zakresie podwyższenia górnej granicy udziału etanolu do 10%(V/V) w benzynach silnikowych. Należy podkreślić, że w Komitecie Technicznym CEN/TC 19 - Ethanol Task Force trwają prace w zakresie wymagań dla etanolu jako dodatku do benzyn silnikowych lub paliwa etanolowego, bazując na doświadczeniu Szwecji i Polski. W krajach o dużym doświadczeniu w produkcji etanolu i jego stosowaniu jako dodatku do benzyn silnikowych szeroko promowane są benzyny etanolowe E85 lub E100. W Europie liderem jest Szwecja, natomiast na świecie Brazylia i USA. Produkcja takich benzyn wymaga jednak zdecydowanego ograniczenia zjawiska rozwarstwiania się paliwa na fazę węglowodorową i wodno-alkoholową w okresie zimowym, jak również wyeliminowania prawdopodobnie problemów rozruchu silników o zapłonie iskrowym w niskich temperaturach otoczenia.

Tablica 9. Wymagania dla paliwa etanolowego Ed75-Ed85 do silników samochodowych z zapłonem iskrowym wg ASTM D 5798-99.

Tablica 10. Hinduska specyfikacja etanolu – IS 15464:2004.

Janusz Jakóbiec
Instytut Technologii Nafty - Kraków