Biohajtóanyag alkalmazása a traktortechnikában

Az alternatív motorhajtó anyagok azon körét, amelyek biológiai anyagokból készülnek biohajtóanyagoknak nevezik. A leggyakrabban használt rendszerezés szerint vannak első- és másodlagos biohajtóanyagok.

Első generációs biohajtóanyagok

Első generációs bioetanol fermentációs eljárással készül, magas cukor- vagy keményítő tartalmú növényi alapanyagokból.

A felhasználható növények: cukornád, cukorrépa, cukorcirok, illetve keményítő tartalmuk miatt a búza, kukorica, stb.

A szikragyújtású Otto motorok alternatív üzemanyagaként, illetve a motorbenzinek keverő komponenseként használják.

A bioetanol alkalmazásával nincsenek számottevő műszaki fenntartások.

A hazai töltő állomások jelentős részénél kapható az E-85 jelű hajtóanyag, amely 85%-ban bioetanolt és 15%-ban motorbenzint tartalmaz.

A motor vezérlését kismértékben át kell állítani, vagy a „flex fuel” járművek motorvezérlése automatikusan alkalmazkodik, ha tiszta benzin helyett E85-ös hajtóanyagot tankolnak.

Első generációs biodízel növényi magvak (pálma, repce, napraforgó stb.) olajtartalmából származó, ún. észterezési folyamattal gyártott motorhajtóanyag.

A nem kielégítő tárolási stabilitása és több, további kedvezőtlen tulajdonsága miatt elsősorban keverő komponensként használatos.

Az első generációs repcemetilészter (RME) alapú biodízel használatával kapcsolatos problémákkal a későbbiekben foglalkozunk.

Hidrogénezett növényi olaj esetében nincs egyetértés abban, hogy első-, vagy másod generációs hajtóanyagnak kell-e tekinteni.

A magas nyomáson és hőmérsékleten végzett hidrogénezés során a növényi olajat alkotó vegyületek átalakulnak.

A hidrogénezett növényi olaj korlátozások nélkül használható korszerű dízelmotorok működtetéséhez, de hátrányként meg kell említeni a gyártóberendezés magas beruházási igényét.

Második generációs biohajtóanyagok

A második generációs biohajtóanyagok gyártása esetén a biomassza teljes tömegét – tehát nem csupán a magvakat – hasznosítják drágább technológiai folyamatok segítségével.

Ilyen módon ugyanannyi biohajtóanyag előállításához lényegesen kisebb mezőgazdasági területet kell művelni.

Lignocellulóz alapú bioetanolt a növények cellulóz, hemicellulóz és lignin alkotóiból nyerik. A bioetanol gyártása kétféle módon történhet.

Az egyik eljárás szerint az alapanyagból elkülönítik a lignocellulóz összetevőit, majd kémiai úton, vagy enzimek segítségével hidrolizálják, majd fermentálják azokat.

A másik módszer az alapanyagok elgázosításával indul.

A megfelelően tisztított, és megfelelő összetételű szintézisgázból katalitikus úton állítanak elő etanolt.

Második generációs biodízel – az ún. BTL (Biomass to Liquid) gázolaj- fizikai és motorikus tulajdonságaiban is lényegesen felülmúlja az első generációs biodízel jellemzőit, de a hagyományos gázolajnál is lényegesen jobb jellemzőkkel rendelkezik.

Fischer-Tropsch szintézis alapján állítják elő.

Már működnek pl. Finnországban, Németországban olyan üzemek, amelyek kereskedelmi célokra gyártanak BTL hajtóanyagot.

Bio-dimetil-éter (Bio-DME) a biológiai alapanyagokból gyártott éterek között ígéretesnek tűnő motorhajtó anyag.

Előállítható a metanol katalitikus dehidrációjával, vagy a bioetanolhoz hasonlóan biomasszából nyert szintézisgáz katalitikus reakciója útján.

A dimetil-éter környezeti hőmérsékleten és nyomáson gáz halmazállapotú, de 5 bar nyomáson cseppfolyósodik.

Ilyen értelemben az LPG-hez hasonlít, de kompresszió gyújtású dízelmotorok üzemeltetésére kiváló.

Európában 2008-ban nagy szabású Bio-DME projekt indult.

Biohajtóanyag felhasználása

Az előző évtizedben nagy reményeket fűztek az elsődleges biohajtóanyagok előállításához és alkalmazásához.

A biohajtóanyagok használata az üvegházhatású gázok kibocsátására kedvező.

A helyi légszennyezést okozó káros anyag kibocsátások tekintetében a hatás már nem ilyen egyértelmű.

A nitrogén-oxidok és az illékony (nem metán) szerves vegyületek kibocsátása nő, vagy nőhet, míg a szén-monoxid, és a szilárdanyag kibocsátás jelentősen csökken.

Mostanra világossá vált, hogy az elsődleges biohajtóanyagok nem alternatív megoldása a benzinnek és a gázolajnak.

Az elsődleges biohajtóanyagok előállításához szükséges mezőgazdasági termények termesztéséhez igen nagy termőterület szükséges.

Az esőerdők kiirtása a pálmaerők telepítése érdekében környezeti katasztrófához vezet.

Az élelmezésre szolgáló termények felhasználása élelmiszer áremelkedést okoz.

Az Európai Bizottság 2012. október 17.-én javaslatot tett közzé, melynek célja globális szinten korlátozni a biohajtóanyagok termelésére átállított földterületek arányát, és jobban kihasználni a biohajtóanyagok felhasználásából adódó éghajlati előnyöket az EU-ban.

A 2007-ben megfogalmazott 2020-ra vonatkozó 10%-os célkitűzés helyett, most 5%-ra korlátozzák az elsődleges biohajtóanyagok arányát a közlekedési hajtóanyagok körében.

Biohajtóanyagok üvegházhatást okozó gázokkal kapcsolatos teljesítményének értékelésekor most először figyelembe fogják venni a földeken alkalmazott művelési ág átalakításának becsült globális hatását.

Ezzel is ösztönözni kívánják a második generációs, nem élelmiszernövényből előállított biohajtóanyagok kifejlesztését.

Az első generációs repcemetilészter alapú biodízel magyarországi előállítási mennyiségét (kb. 180 kt/év) arra használják fel elsősorban, hogy 5%-ba a hazai dízelgázolajhoz bekeverjék, másodsorban pedig, hogy erre tervezett mezőgazdasági erőgépeket üzemeltessenek vele.

Biohajtóanyagok minőségi követelményeit rendeletek írják elő.

Ugyancsak rendeletekben rögzítették a fenntartható bioüzemanyag-termelés követelményeit és felhasználásának igazolását is.

Első generációs biodízel alkalmazása a traktortechnikában

Az első generációs repcemetilészter (RME) biodízel több tulajdonságában alulmarad a hagyományos gázolajjal szemben.

Az első generációs biodízellel üzemelő motor teljesítménye kisebb.

Alacsony környezeti hőmérsékleten kedvezőtlenül viselkedik, ezért hidegindítási nehézségekre kell számítani.

Rosszabb az oxidációs stabilitása, az oxidálódó biodízel az hajtóanyag-ellátó rendszer elemeinek korrózióját váltja ki, lerakódásokat okoz a porlasztókon.

Lényegesen védtelenebb bakteriális fertőzéssel szemben, korlátozott ideig tárolható.

Jelentős mennyiségű víz felvételére képes, a víztartalmú biodízel pedig a baktériumok melegágya.

A fertőzött biodízel erősen korrozív hatású, és a hajtóanyag szűrők gyors eltömődését váltja ki.

A nem első generációs biodízelhez tervezett hajtóanyag-ellátó rendszerek tehát nem alkalmasak tiszta biodízel üzemre.

1. ábra. A gázolaj és a repcemetilészter forrásponteloszlása

(Forrás: Stuart Johnson, Engineering and Environmental Office Volkswagen Group of America)

A hagyományos gázolaj és az első generációs biodízel forráspont eloszlását vizsgálva (1. ábra) látható, hogy a repce alapú első generációs biodízel kezdő forráspontja magas, forráspont tartománya lényegesen szűkebb, mint a hagyományos gázolajé.

2. ábra. Lerakodások és kopások kísérleti dízelmotorban repcemetilészter hajtóanyag alkalmazása mellett

(Forrás: Stuart Johnson, Engineering and Environmental Office Volkswagen Group of America)

Ez a különbség hatással van az égésfolyamatra is, a dugattyún, a gyűrű-zónában erős lerakodások keletkeznek (2. ábra).

A biodízel később gyullad, és rövid idő alatt ég el. A gyors égés növeli az égési véghőmérsékletet és végnyomást.

A magas égési véghőmérséklet több nitrogén-oxid keletkezését eredményezi.

A magas kezdő forráspont következtében a motorolajba bejutó biodízel nem távozik el, felhalmozódik, és alacsony viszkozitásával hígítja a motorkenőolajat.

A biodízellel szennyezett motorolaj nem képez elegendően vastag kenőanyagfilmet a hengerhüvelyen, így a motor kopása felgyorsul (2. ábra jobboldali képe).

Az első generációs biodízel motorikus tulajdonságai kedvezőtlenek.

Ezért számítani kell arra, hogy a hagyományos gázolaj fizikai és kémiai tulajdonságainak figyelembevételével konstruált dízelmotorok meghibásodásainak gyakorisága már 7%-nál több biodízel bekeverése mellett is megnövekedhet.

A mai új konstrukciójú traktordízelmotorok – ha a gyártó engedélyezi – B20 jelű (20% biodízel és 80% gázolaj keverék) biohajtóanyaggal is megbízhatóan üzemeltethetők, ha a motorkenőolaj minőségére és csereidejére vonatkozó gyári előírásokat betartja az üzemeltető.

Felhasznált irodalom

Aguilárné Vass Erzsébet- Kisdeák Lajos: A dízel motorolajok biodízel szennyeződésének meghatározásában rejlő bizonytalanságok című előadás. XXIV. nemzetközi részvételű karbantartási konferencia,

Veszprém, 2012. június 4-5.