Biopaliva vyšších generací jako náhrada fosilních paliv jsou zatím stále ještě slepá ulička

Rozumnější než vývoj biopaliv vyšších generací by bylo soustředit se na vývoj úspornějších klasických bezemisních motorů, říká v rozsáhlém rozhovoru pro Petrol magazín profesor Milan Pospíšil z Ústavu technologie ropy a alternativních paliv VŠCHT Praha, prorektor VŠCHT  pro strategie a rozvoj a předseda Rady vysokých škol.

Nedávno jste uvedl, že Česká republika nemá možnosti výroby biopaliv vyšších generací a že do budoucnosti by se měla zaměřit spíše na využití elektřiny v dopravě, palivové články a vodíkové technologie. Biopaliva 2. generace jsou tedy také slepá ulička, stejně jako biopaliva 1. generace?

Biopaliva vyšších generací vyráběná na základě odpadní biomasy nebo odpadních surovin obecně v současné době kapacitně vůbec nepostačují. Budou tedy ještě dlouhou dobu představovat jen určitý doplněk jiných biopaliv první generace nebo fosilních paliv. Jednak zde nejsou dostatečné výrobní kapacity, víceméně jen omezená výroba biopaliv z kafilérních a odpadních potravinářských tuků. Za druhé není dostatek surovin, protože odpadní tuky, odpady apod. jsou důležitou surovinou i pro přímé energetické využití nebo i pro bioplynové stanice. Třeba upotřebené potravinářské tuky z domácností by se musely složitým způsobem sbírat, a stejně by jich podařilo shromáždit jen jednotky procent z celkové potřeby této suroviny pro dostatečně vysokou produkci biopaliv vyšších generací. Bylo by potřeba minimálně 300 až 350 tisíc tun ročně, přičemž v současnosti se výrobní kapacita pohybuje pouze v řádu jednotek desetitisíců tun. Tyto odpadní potravinářské oleje, vesměs palmojádrové či palmové, mají navíc po transformaci na bionaftu špatné vlastnosti v zimním provozu, protože mají příliš nízké body tuhnutí. Musely by se proto ještě nějak technologicky modifikovat nebo aditivovat, což by dále zvýšilo náklady na výrobu takového biopaliva, nebo by se musely spotřebovávat pouze v letním období. Nejvhodnější pro výrobu bionafty je zatím stále ještě řepkový olej, protože má nejlepší poměr nasycených a nenasycených mastných kyselin, které ovlivňují stabilitu paliva i vyhovující nízkoteplotní vlastnosti.

Evropská unie ale nyní podporuje především využívání biopaliv 2. generace, která se mohou započítávat dvakrát do stanoveného limitu obnovitelných zdrojů v dopravě, který by do roku 2030 měl činit 14 %, přičemž biopaliv 1. generace může být jen 7 %. Jak lze tedy tento limit splnit?

Zatím se hledají a zjišťují možnosti, jak biopaliva 2. generace dovézt ze zahraničí, zda vůbec existují nějaké kapacity. V ČR výrobní kapacity nemáme a všichni dobře víme, že realizovat nějakou novou chemickou investici je běh na hodně dlouhou trať. Pokud by se nějaká kapacita na výrobu biopaliv v ČR měla nově vybudovat nebo transformovat z nějaké stávající, pak je otázkou, zda bionafta, tj. metylestery, třeba i 2. generace z odpadů, je tou nejlepší formou motorových paliv i z hlediska její problematické skladovatelné. Určitě mnohem vhodnější variantou by byla výroba syntetických paliv, třeba hydrogenací upotřebeného potravinářského oleje, jejichž fyzikálně-chemické vlastnosti jsou prakticky téměř shodné s klasickou motorovou naftou. Tento postup využívá například firma Neste.

Nadějný postup údajně představuje i pyrolýza plastů…

To je samozřejmě také možné, dlouhé polymerní řetězce se vysokou teplotou a případně s využitím katalyzátorů dají rozdělit na kratší struktury, které jsou již kapalné nebo plynné povahy. I zde by se však muselo přistoupit k dalším technologickým modifikacím a úpravám, aby se vylepšily opět nízkoteplotní vlastnosti vyrobeného paliva. Velký problém stále představuje separace odpadních plastů, protože není možné používat plasty s obsahem chlóru, třeba PVC. Pro výrobu alternativních paliv není příliš vhodný ani další z široce rozšířených plastů - polystyrén, který ve své struktuře obsahuje aromatický benzenový kruh. V ideálním případě by bylo nejlepší využívat pouze polyetylén, polypropylén či polyetyléntereftalát (PET). Opět připomínám, že by se musel změnit systém sběru a třídění plastů. Výhodou vysokoteplotního zpracování, tedy pyrolýzy, plastů je to, že vlastně získáme něco podobného  surové syntetické ropě, která by se mohla využívat ve směsi s klasickou ropou nebo vybranými ropnými frakcemi jako standardní rafinérská surovina. Ovšem i tato alternativní syntetická ropná surovina by se musela hydrogenačně upravovat, což by si vyžádalo velkou spotřebu vodíku. Ten zatím umíme ve velkém ekonomicky vyrábět pouze z uhlovodíkových surovin, ať již zemního plynu nebo ropných zbytků, které sebou přinášejí produkci skleníkových plynů a pro rafinérie to znamená nakoupit drahé emisní povolenky.

Mluví se i o přímém zachytávání CO₂ za spalin, z něhož by se sloučením s vodíkem z vody vyráběly také syntetická paliva…

K tomu jsem poněkud skeptický. Syntézní plyn lze jistě z oxidu uhličitého vyrobit procesem tzv. obrácené konverze vodního plynu a z něho pak Fischer-Tropschovou syntézou získat kapalné uhlovodíky nebo metanol.  Problémem je ovšem proces zachytávání a zkoncentrování CO₂ jako reakční suroviny. Ve spalinách z komínů je totiž CO₂ obsažen nejvýše z 10 %, zbytek tvoří jiné balastní plyny, hlavně dusík. Oddělování CO₂ kromě klasické mokré vypírky je možné elegantně realizovat pomocí speciálních membrán, zatím v praxi však není ověřena jejich životnost. CO₂ by se následně musel důkladně vyčistit. To vše je velice drahé. Poloprovozy na výrobu syntetického paliva z oxidu uhličitého, tzv. E-Fuel, už existují, hlavně v Německu, ale zatím se pohybujeme stále v rovině aplikovaného výzkumu. Intenzivně se technologii E-Fuel věnuje např. automobilka Audi. Výroba začíná být ekonomicky výhodná až od 100 tisíc tun výsledného syntetického paliva E-Fuel a takových rozměrů výroby zatím nikde ve světě zdaleka nebylo ještě dosaženo, zatím jde jen o výzkumné poloprovozy. Na výzkum nových technologií a vývojových a poloprovozních kapacit jsou v zahraničí využívány poměrně velké peníze z evropského programu Horizon 2020 financovaného EU a právě problematika E-Fuel je natolik aktuální a "sexy", že existuje velká šance získat docela zajímavé prostředky na výzkum. Podle mého názoru může být výzkum technologií E-Fuel docela dobrý byznys. Proto i u nás vzniká výzkumná platforma pro využití CO₂ pro výrobu alternativních paliv. Otázkou je, zda se podaří tyto výzkumné aktivity dotáhnout k praktické a hlavně ekonomické průmyslové realizaci.

Zajímavým projektem je i projekt výzkumného centra UniCre (UNIPETROL), který zkoumá možnosti výroby kapalných paliv z dřevní štěpky a další odpadní biomasy. Držím palce, aby se v rámci výzkumných aktivit podařilo navrhnout racionální a efektivní proces zkapalňování biomasy, který je zatím stále ještě drahý a spojený s celou řadou technických a technologických problémů. UniCre se bude muset vypořádat s faktem, že štěpka má nízkou výhřevnost, v ní obsažená energie se proto musí výrazně zkoncentrovat, dále je třeba se vypořádat i s tím, že účinnost konverzních procesů nikdy nedosáhne 100 %. Navíc celý svoz biosuroviny - štěpky do biorafinerie představuje také velice náročný logistický problém, kdy je nutno řešit intenzivní 24 hodinový provoz velkoobjemových náklaďáků se štěpkou či slámou do zpracovatelského závodu, silně zatěžující silniční síť. Z jednoduché bilance vyplývá, že na jednu tunu syntetického biopaliva je potřeba asi sedm až osm tun biomasy. Určitě z hlediska lepší logistiky dopravy suroviny do biorafinerie by bylo vhodné nejprve surovou biomasu vysokoteplotně pyrolyzovat a dále transportovat pyrolýzní olej, ten má již vyšší energetickou hustotu. Mohla by se vytvořit síť malých pyrolýzních jednotek, z nichž by se svážel pyrolýzní olej do veljkého výrobního závodu obdobně, jako se dnes sváží mléko od malých výrobců do mlékárenského závodu.

My nyní s kolegy s Univerzity Karlovy, ČVUT, ČAPPO, VÚZT, ČTP Biopaliva pro dopravu a Českou vodíkovou platformou v rámci projektu TAČR BETA2 pro MŽP připravujeme Strategii využívání obnovitelných zdrojů energie (OZE) do roku 2030. A výsledky progresivního výzkumu technologií biopaliv vyšších generací ve světě sledujeme.

A máte už nějaké výsledky? Jakým způsobem lze splnit požadavek EU na 14 % OZE v dopravě? Je to reálné?

Není. Snad leda využíváním elektromobilů, které budou jezdit na elektřinu z OZE. Ale podíl OZE na celkovém energetickém mixu je u nás nyní jen 14 %, to je málo proti třeba Německu či Rakousku. K tomu by muselo dále přispět rozšíření používání bioplynu pro pohon osobních automobilů, lehkých užitkových vozidel a autobusů. Bioplynovým stanicím bude za nějaký čas končit podpora na výrobu elektřiny, volné kapacity by tedy mohly být k dispozici. Zdroje biopaliv 2. generace v ČR jsou a ještě nějaký čas budou velice omezené a ani nelze očekávat nějaké významné dovozy ze zahraničí. Navíc biomasy je v ČR obecně málo, snad jen s výjimkou štěpky v důsledku kůrovcové kalamity, ale to jen přechodný stav. Otázkou je, jak rychle se dokáže prosadit vodík jako palivo pro dopravu, protože i pro jeho výrobu je zapotřebí levná elektrická energie. Reálně by tak pocházelo maximálně 7 % obnovitelných zdrojů 1. generace a 7 % částečně z biopaliv 2. generace, částečně z elektromobilů a také z biometanu, skutečně ty možnosti v podmínkách ČR je možné spočítat na prstech jedné ruky.

Znova opakuji, že z mého pohledu je mnohem efektivnější je tzv. přímé energetické využití biomasy, než její nákladná transformace na pohonné hmoty. Problém je také v tom, že ani automobilový průmysl, ani spotřebitelé o biopaliva 1., ani 2. generace zase tolik nestojí. To samé máte s elektromobily, které jsou sice v nabídce, ale jsou drahé a nikdo je moc nechce kupovat. Automobilový průmysl navíc na elektromobilech nevydělává tolik, jako na klasických automobilech s benzinovým či naftovým motorem.

Jak je to možné?

S tím jak společnost bohatne, všichni chtějí prostorná SUV s velkou nádrží a dojezdem mnoha set kilometrů. Tato vozidla automobilky dnes ani nestačí vyrábět a na nich mají marži až 30 %. Na druhé straně máte elektromobil, ten má malý dojezd, dlouho se nabíjí a nikdo neví jak dlouho vydrží drahé baterie a ne úplně dořešená je i bezpečnost v případě požáru elektromobilu. Elektromobil je dnes zvažován spíše jen jako druhé auto do města. Dá se očekávat, že se na trhu uplatní dvě základní velikosti elektromobilů, malé levnější městská vozidla s omezeným dojezdem do 100 kilometrů a pak velká drahá auta typu SUV, která povezou 1,5 tuny tuny baterií, aby měla vůbec nějaký rozumný dojezd. Automobilky strategicky proto zvažují výrobu jen takového počtu elektromobilů s nulovými emisemi, aby splnily nastávající přísné limity na produkci emisí CO₂, víc ne. Auta na zemní plyn za této situace také nikdo ve velkém nechce vyrábět, protože zemní plyn nesnižuje dostatečně emise CO₂, úspora vůči benzínu nebo motorové naftě je asi jen 10 %, a to je v porovnání s elektromobily dost málo. Navíc automobilkám se nechce udržovat současně výrobu a servis příliš velkého počtu druhů pohonných jednotek. Lze pragmaticky očekávat, že auta na zemní plyn se budou vyrábět jen do té doby, než naběhne naplno výroba elektromobilů.

Kolik elektromobilů by u nás muselo jezdit, abychom splnili požadavky EU?

Dnes jich máme něco okolo 2,5 tisíce a necelých 6 milionů osobních aut celkem, do roku 2030 by jich měla být podle reálných propočtů 500 až 600 tisíc, tj. desetina veškerého vozového parku. Lidé by od této chvíle museli kupovat 60 tisíc nových elektromobilů ročně, což se zatím nejeví úplně nereálné. Zatím se neví, jestli by se mohly prodávat i ojeté elektromobily, je to spojené s již zmíněnou životností baterií. Ale ani počet okolo 500 tis. vozidel zdaleka nebude stačit, bilanci OZE vylepší pouze o málo významných 0,5 %, nesmí se zapomínat, že v mixu elektrické energie v ČR pouze 14 % má svůj původ v OZE. Pokud se nepodaří výrazně navýšit právě podíl OZE v mixu elektřiny, tak ani hypotetických 1 nebo 2 miliony nových elektromobilů situaci v ČR zásadně nezlepší. Ona je velkou neznámou i obnova vozového parku, jestli se v dohledné době podaří zastavit jeho stárnutí, které vylepšování bilance OZE vůbec nepomáhá.

Tři čtvrtiny automobilů bude i v roce 2030 tedy jezdit stále na klasická motorová paliva?

Ano. Případně by to mohly být hybridní pohony kombinující klasický spalovací motor, ať již vznětový či zážehový, s elektrickým pohonem. Třeba v případě nákladní dopravy, tam elektromobily vůbec nepřiházejí v úvahu, leda možná náhrady motorové nafty zkapalněným zemním plynem nebo přesun kamionové dopravy na elektrifikovanou železnici. Tam je ale zase problém přepravní kapacity železnice a omezených možností přepravy on-time, což většina firem dnes vyžaduje. Takže motorová nafta v nákladní silniční dopravě bude mít strategický význam zcela jistě i v budoucnosti.

Napadá mě filozofická otázka: nebylo by z hlediska ochrany životního prostředí a snižování emisí skleníkových plynů rozumnější místo biopaliv vyšších generací a elektromobilů vsadit spíše na vývoj úspornějších spalovacích motorů, které by vypouštěly méně výfukových plynů?

Ano, bylo by to určitě rozumnější, hlavně z hlediska ekonomického. Biomasu by bylo lépe bez úpravy místo k drahé a energeticky náročné výrobě biopaliv vyšších generací využívat k přímému spalování, tj. energetickému využití pro výrobu elektřiny a bioplynu. Automobily by měly jezdit na ekonomicky výhodnější fosilní paliva, byly by ale maximálně úsporné, případně by to mohly být hybridy na elektřinu a fosilní paliva. Přímé energetické spalování ropy je dle mého názoru hřích, mnohem lépe by ji bylo využít v chemickém průmyslu, protože je to velmi cenná uhlíkatá surovina pro výrobu polymerů, léků a dalších praktických věcí, kterou jen tak nikde nenajdeme.

A proč k tomuto názoru ještě nedospěla Evropská unie?

Nevím. Stejně to členské země nebudou velice ambiciózní legislativu pro využívání obnovitelných zdrojů energie schopny plnit, budou různé výjimky apod.

Je nějaká šance, že k tomuto názoru dospěje, že třeba změní onu velice přísnou směrnici RED II  o povinném podílu obnovitelných zdrojů v dopravě?

Směrnice byla nově schválena někdy na podzim, zatím ještě běží dolaďování a upřesňování, je tedy možné, že k nějakým změnám by mohlo ještě dojít. Ale máme nový Evropský parlament, v Bruselu zcela určitě dojde ke změnám na významných postech, nyní se chvíli nebude dít nic zásadního, takže vlastně uvidíme.

Proč se EU nyní tolik zaměřuje na obnovitelné zdroje a snižování emisí CO₂ jako kdyby ustupovalo do pozadí?

Ono je to obojí provázané, protože když využiju obnovitelné zdroje, automaticky tím snižuji i emise skleníkových plynů. Možná větší problém je v tom, že se mezi sebou nedokáží úplně dohodnout jednotlivé Direktoriáty Evropské komise, že není soulad mezi jimi vydávanými směrnicemi, viz příklad započítávaných nulových emisí skleníkových plynů bez ohledu na původ elektřiny v případě elektromobilů a výrazně nenulových emisí v případě elektřiny z národního mixu pro potřeby RED II. Problém je ale, že směrnice RED II řeší jen OZE a emise CO₂ v dopravě, a to jen v osobní a veřejné dopravě. Vůbec ale neřeší nákladní dopravu, tam elektromobily vůbec nepřiházejí v úvahu, leda LNG nebo přesun kamionové dopravy na železnici. Tam je ale zase problém přepravní kapacity železnice a přepravy on-time, což většina firem dnes vyžaduje.

Resumé tedy je, že klasická motorová paliva se udrží ještě řadu let…

Ano, podle všech prognóz budou klasická kapalná paliva v palivovém mixu pro dopravu převládat ještě dalších 40-40 let zhruba z 90 %. Ropy je pořád dost, stále se odkrývají nová naleziště, významně se zlepšují těžební technologie, je dosahováno vyšší výtěžnosti vrtů, nové zdroje pak představují i ropy z břidlic a roponosných písků.

Pojďme na jiné téma. Je v chemickém průmyslu také takový hlad po lidech jako v jiných oborech?

Ano, obrovský. Chemický průmysl má ale svá specifika. Už dlouho splňuje definici Průmyslu 4.0, protože je velmi automatizovaný, s pokročilými řídícími systémy využívajícími výpočetní techniku. Poprávka po málo kvalifikovaných lidech proto příliš velká není, zato je velmi poptávaná kvalifikovaná obsluha moderních chemických technologií. Kvalifikovaných pracovníků na trhu práce je však málo, protože chemický průmysl je zprofanovaný, má špatnou pověst z hlediska ekologického, chemický průmysl přesídluje z Evropy do jihovýchodní Asie, v Evropě zůstává jen strategická chemie, především rafinérie a výroba hnojiv.

Probíhají diskuse se Svazem chemického průmyslu, zda mají vysoké školy vychovávat univerzální odborníky, které se jednotlivé firmy pak doučí, nebo jestli mají rovnou vychovávat specialisty pro jednotlivé obory. Názory jsou tak půl na půl.

Jaký je zájem o studium na VŠCHT? Máte naplněné kapacity?

Ano, zájem o studium na VŠCHT Praha je dostatečný, kapacity máme naplněné. Každoročně máme kolem tisíce nových studentů do bakalářského studia. Problém ale je, že 60 % studentů po prvním roce studia končí. Úroveň absolventů středních škol dlouhodobě není příliš dobrá, slabí jsou především v matematice, ale neumí ani fyziku a chemii, i z toho důvodu, že kvalitní laboratorní výuka na středních školách je z důvodů legislativních omezení prakticky nerealizovatelná. Chybí také zapálení učitelé chemie a fyziky již na základních školách. Na pedagogických fakultách je zájem o aprobaci chemie a fyzika zcela minimální. Všechny vysoké školy, a zejména ty technické, musely této skutečnosti přizpůsobit výuku v prvním ročníku, kdy je velká část výuky věnována opakování a doplňování středoškolských znalostí a někdy i snížit náročnost studia.

A o které obory chemie je mezi studenty největší zájem?

O forenzní analýzu, to pod dojmem populárních kriminalistických TV seriálů, jako jsou Sběratelé kostí nebo Kriminálka Las Vegas, a pak o obor farmaceutické technologie.

Mají firmy větší zájem o bakaláře nebo hotové inženýry?

Jednoznačně o absolventy magisterského studie, přitom jako obsluha zařízení, operátoři, by se určitě stejně dobře uplatnili i bakaláři nebo absolventi středních průmyslových škol. Ti ale na trhu práce už prakticky vůbec nejsou k dispozici, většina z nich pokračuje ve studiu na vysoké škole. Problém je i to, že u nás existují snad už jen 4 chemické průmyslovky. Inženýři chemie míří výše, chtějí být manažery nebo pracovat ve výzkumu. Navíc drtivá většina bakalářů pokračuje v magisterském studiu, aby získali inženýrský titul.

Chybí i chemici pro střední a malé podnikání, hlavně ale obsluha technologií. Naopak analytické laboratoře nouzi o zájemce nemají. Vývojových laboratoří je u nás málo, velká část chemického průmyslu je ve vlastnictví zahraničních firem a výzkum a vývoj tudíž probíhá v mateřských zemích těchto firem. O vysoce kvalifikované inženýry - absolventy doktorského studia s titulem Ph.D. zájem není, s výjimkou výzkumu v Akademii věd ČR nebo akademického uplatnění na vysoké škole nebo najdou dobré uplatnění v cizině. Ale je potěšující, že z 99 % najdou uplatnění všichni chemici, absolventi naší vysoké školy.

Autor: Alena Adámková, Zdroj: Alena Adámková, PETROLmagazín