Vliv směsi motorové nafty, HVO a TME na parametry vznětového motoru

Článek se zabývá porovnáním provozních vlastností vznětového spalovacího motoru traktoru při provozu na palivovou směs obsahující motorovou naftu, hydrogenovaný rostlinný olej (HVO Hydrotreated Vegetable Oil) a metylester živočišného tuku (TME - Tallow Methyl Ester) ve srovnání s čistou motorovou naftou. Porovnání paliv je provedeno za stabilních podmínek během provozu motoru. Analyzovány jsou výkonové parametry, spotřeba paliva a účinnost motoru. Bylo zjištěno, že motor při provozu na palivovou směs vykazuje velice podobné (statisticky nevýznamné) provozní parametry jako při provozu na motorovou naftu. V rámci sledovaných parametrů byly zjištěné rozdíly mezi palivy nižší než 3 %.

V rámci kapalných biopaliv jsme se nejprve zabývali využitím FAME, dále HVO a konečně TME, tak aby to mělo pozitivní multiplikační dopad primárně pro zemědělce, tedy vyprodukovaná surovina, či produkt měl další ekonomické využití a konečné řešení bylo v souladu s přijatými závazky a výzvami.

Výsledkem rozsáhlého laboratorního a poloprovozního testování různých kombinací poměrů motorové nafty (MN), HVO a TME bylo nalezeno optimální složení, které je možné bezproblémově a zcela v souladu s platnými normami použít v konvenčních spalovacích motorech. V rámci těchto činností byl brán zřetel na to, aby došlo k optimálního využití vstupních surovin, výsledný efekt dával ekonomický smysl, splňoval legislativní požadavky, byl v souladu s novými výzvami, jako bioekonomika a oběhové hospodářství, jež mají tvořit další podpůrný pilíř zvýhodňující domácí produkci a lokální výrobu. Dále byl brán zřetel, aby naše řešení nového paliva zahrnovalo významný potenciál pro omezování emisí skleníkových plynů. Jednou z cest, jak dosáhnout emisních cílů, je využití odpadů z živočišných tuků v kapalných palivech pro pohon spalovacích vznětových motorů.

Rostlinné oleje

Jednou z možných surovin pro alternativní palivo vhodné pro vznětové motory jsou různé druhy jedlých nebo nejedlých rostlinných olejů. Hlavním problémem týkajícím se přímého použití rostlinných olejů ve vznětových motorech je jejich vysoká viskozita ve srovnání s motorovou naftou. Viskozitu lze snížit několika způsoby. Jedním z nejvíce rozšířených způsobů je trans esterifikace, jejíž produkt – methyl nebo etyl ester (bionafta) – je jedním z nejvíce využívaných obnovitelných paliv pro vznětové motory. Jinou, pokročilejší, ale také energeticky relativně náročnou metodou je hydrogenace rostlinných olejů. Výsledný produkt – hydrogenovaný rostlinný olej (HVO) – se skládá z parafinových uhlovodíků s lineárním řetězcem, neobsahuje žádné aromáty, kyslík ani síru. Ve srovnání s bionaftou má HVO příznivější palivové vlastnosti pro vznětové motory, jako je vyšší cetanové číslo, vyšší výhřevnost, nižší hustota a vyšší oxidační stabilita.

Produkce rostlinných olejů je energeticky náročná a tím i relativně drahá. Z hlediska ceny vstupní suroviny je výhodné, když se jedná o nepoživatelný nebo odpadní materiál. Za tímto účelem lze využít odpadní živočišný tuk, který je považován za surovinu pro biopaliva třetí generace.

Živočišné tuky

Množství hospodářských zvířat se zvyšuje s rostoucí lidskou populací a poptávkou po potravinách, přičemž vedlejší produkty živočišného původu tvoří asi 40–60 % výtěžnosti hospodářských zvířat. Vzhledem k tomu, že živočišný tuk je při pokojové teplotě obvykle v tuhém skupenství, je jeho úprava nezbytná. Podobně jako u rostlinného oleje lze k přeměně živočišného tuku na vhodné palivo pro vznětový motor použít různé metody, jako je předehřev, míchání, krakování nebo emulgace, nicméně nejběžnější je trans esterifikace. Palivové vlastnosti metylesteru živočišného tuku TME jsou podobné jako u bionafty z rostlinných olejů. Metylestery živočišného tuku lze použít v optimalizovaných podmínkách v čisté formě, tedy omezeně nebo ve směsi s naftou nebo jinými palivy, tedy v širší aplikaci.

V rámci testování paliva HVO ve srovnání s motorovou naftou v přeplňovaném vznětovém motoru s palivovým systémem Common rail bylo zjištěno, že palivo HVO má tendenci zkracovat prodlevu vznícení díky vyššímu cetanovému číslu ve srovnání s motorovou naftou, což může vést k nižšímu hluku, ale také k vyšší kouřivosti motoru z důvodu omezeného času pro smísení paliva se vzduchem. Z pohledu tepelné účinnosti motoru byla tato při použití paliva HVO snížena, nicméně rozdíly byly pod 1 %. Objemová spotřeba paliva byla vyšší o zhruba 4 %, nicméně, měrná spotřeba paliva byla vlivem nižší hustoty HVO ve srovnání s motorovou naftou snížena o 4 %.

V rámci námi nejblíže testované směsi Al-Dawody a spol. testovali TME ve směsi s motorovou naftou v koncentraci až 30 % v numerické studii s použitím jednoválcového CI motoru. Ve srovnání s motorovou naftou bylo zjištěno, že zvyšující se koncentrace TME snižuje kouřivost motoru a prodlevu vznícení. Na druhou stranu zvyšující se koncentrace TME v palivové směsi zvýšila emise oxidů dusíku až o 7,6 % a měrnou spotřebu paliva až o 5 % a snížila tepelnou účinnost motoru až o 3 %.

Cílem příspěvku bylo experimentálně ověřit vliv optimalizovaného složení paliva, obsahujícího motorovou naftu, hydrogenovaný rostlinný olej a metylester živočišného tuku na výkonové parametry, spotřebu paliva a účinnost vznětového spalovacího motoru traktoru ve srovnání s motorovou naftou.

Výsledky měření Radka Pražana a jeho spolupracovníků z CARC najdete v Mechanizaci zemědělství 6/2025.*