Způsoby zjišťování odchylek v kvalitě motorových paliv

Úvod

Kvalita motorových paliv je na trhu ČR monitorována prostřednictvím České obchodní inspekce a Generálního ředitelství cel. Cílem je zajistit dostatečnou kvalitu paliv z hlediska nároků automobilových motorů, ochrany životního prostředí a vytvořit předpoklady pro dodržování fiskální politiky státu. Při tomto sledování jsou zjišťovány odchylky v kvalitě paliv, které lze kategorizovat z pohledu jejich příčiny. Nejčastěji dochází k odchylkám v důsledku vzájemné kontaminace automobilových benzinů a motorové nafty při jejich distribuci. Další neshody vznikají v důsledku nedostatečné obměny paliv při přechodu ze zimní na letní kvalitu a opačně (v letním období se jedná o tlak par automobilových benzinů a v zimním období o teplotu filtrovatelnosti u motorové nafty). Třetí typ odchylky je způsobován neoprávněnou manipulací; zejména takové odchylky mají zásadní vliv na užitné vlastnosti jednotlivých paliv a jsou průvodním jevem daňových úniků.

Cílem projektu řešeného s finanční podporou Technologické agentury České republiky bylo identifikovat příčiny odchylek, vytvořit databázi kontaminantů zneužívaných při neoprávněné manipulaci, zpracovat postupy pro jejich identifikaci a ověřit vliv vybraných typů kontaminantů na užitné vlastnosti paliv modelovými zkouškami na zážehových a vznětových motorech.

Modelové zkoušky na brzdových stanovištích

Vliv nejvýznamnějších kontaminantů pro jednotlivé typy paliv byl ověřován experimentálně modelovými zkouškami na brzdovém stanovišti, zejména se jednalo o vliv na provozní charakteristiky, kvalitu spalování a technický stav motorů. Pozornost byla zaměřena především na kontaminaci benzinů vysokovroucími produkty a aromatickými uhlovodíky a na přídavek ethanolu nad povolenou mez. Tyto kontaminace mohou být zdrojem zásadních technických potíží zážehových motorů s významným vlivem na spalovací vlastnosti a důsledky pro jejich životnost. Součástí projektu bylo také sledování vlivu kontaminace motorových naft přídavkem vysokovroucích produktů s významným dopadem na spalovací vlastnosti, tvorbu úsad, vliv na katalytický systém a životnost motoru a v neposlední řadě s vlivem na složení emisí a ohrožení životního prostředí. Experimentální výsledky vlivu kontaminace paliv byly zohledněny v návrzích úpravy legislativy týkajících se kontroly kvality automobilových paliv.

Statistické vyhodnocování infračervených spekter

Pro zjišťování kontaminantů v motorových palivech byly využity techniky plynová chromatografie s hmotnostním detektorem (GC-MS) a simulovaná destilace (SimDist). Získané poznatky pak umožnily laboratorní přípravu kontaminovaných směsí paliv a tvorbu databáze infračervených spekter (FTIR), která byla následně statisticky zpracována.  Za použití diskriminační analýzy byly vytvořeny statistické modely, které umožňují detekovat přítomnost a stanovit obsah kontaminantů, stejně jako stanovit původ paliva, tedy rafinérii, která palivo vyrobila. Pro účely predikce fyzikálně chemických parametrů paliv byla použita metoda lineární regrese, dosažené výsledky ukazují velmi dobrou shodu predikovaných parametrů s výsledky stanovenými prostřednictvím primárních laboratorních metod. Veškeré použité modely byly jako metodiky certifikovány formou akreditace Českým institutem pro akreditaci.

Stanovení typu a rozsahu kontaminace

Aktuální verze modelu pro stanovení kontaminace motorových naft byla vybudována za použití 10 různých potenciálních kontaminantů. Jedná se jednak o základové oleje na bázi hydrokrakátů ve viskozitních třídách ISO VG 2 až 15 a běžné typy průmyslových olejů. U automobilových benzínů bylo použito 6 typů kontaminantů, jejichž výskyt lze s vysokou pravděpodobností očekávat na českém trhu. Jednalo se o toluen, xylen, motorovou naftu, technické benziny a směsi lékařského benzinu s toluenem nebo ethanolem.

Vizualizace výstupu stanovení pomocí této metody je ve formě 3D projekce vícerozměrného prostoru zobrazena na obrázku č. 1.  Centrální shluk ve středu grafu představuje skupinu nekontaminovaných produktů, vybočení individuálního vzorku indikuje kontaminaci, na základě vzdálenosti od centrálního shluku je pak možné provést kvantifikaci obsahu kontaminantu.

Obrázek  1 - 3D Projekce rozřazení kontaminantů automobilových paliv

Stanovení původu paliv

Pro účely statistického zpracování a vytvoření matematického modelu byla vytvořena databáze vzorků s jednoznačně určeným původem. Jedná se o paliva dodávaná Českou rafinérskou z jednotek v Litvínově a Kralupech, dodávky ze Slovenské republiky vyráběné ve Slovnaftu, dodávky společností Orlen z polské Wroclawi a Total z německé Leuny. Podle statistiky ČSÚ pokrývají tyto výrobní kapacity více než 85% dodávek na trh ČR.

Byly vytvořeny dvě samostatné metody, pro automobilový benzin a pro motorovou naftu. Pro automobilový benzin je databáze tvořena cca 400 vzorky ze čtyř rafinerií, pro motorovou naftu je k dispozici cca 450 vzorků z pěti rafinerií. Byl získán funkční matematický model, který úspěšně na dané statistické hladině významnosti (p ≥ 0,95) kategorizuje neznámé vzorky, bez ohledu na případný obsah biosložek. Na obrázku č. 2 je zobrazeno rozřazení vzorků podle jejich příslušnosti k jednotlivým rafinériím.

Obrázek  2 - 3D Projekce určení původu vzorků automobilových paliv

Shrnutí a závěr

Výsledkem řešení projektu je vypracování metod pro stanovení kontaminantů v automobilových palivech. Metoda je založena na statistickém vyhodnocení infračervených spekter na základě měření modelových směsí. Dalším výstupem řešení projektu na bázi statistického vyhodnocení infračervených spekter je určení zdrojové rafinerie. Třetím výstupem využívajícím statistické vyhodnocení infračervených spekter je predikce fyzikálně chemických parametrů automobilových benzinů a motorové nafty. Všechny metody byly úspěšně ověřeny na vzorcích odebraných z trhu ČR. 

Výsledky projektu budou společností SGS využity pro inovaci a další rozšíření komerčního programu kontroly kvality pohonných hmot na čerpacích stanicích - Pečeť kvality, a to jak ve formě tradiční, tak prostřednictvím mobilní laboratoře. Dále nepochybně pomohou při řešení řady sporů a reklamací pohonných hmot, kde významnou roli hraje právě určení původu paliv a často není možné pro nedostatek vzorku provést komplexní rozbor s cílem stanovit možné kontaminanty. Vývoj jednotlivých metod probíhal v úzké spolupráci s Českou obchodní inspekcí a Celně technickou laboratoří Generálního ředitelství cel, kde již došlo k podpisu rámcových smluv o užití výsledků projektu a probíhá intenzivní jednání o nasazení jednotlivých metod do praxe v zájmu maximálního zefektivnění ochrany spotřebitele, životního prostředí a fiskálních zájmů státu.

Projekt Identifikace odchylek v kvalitě motorových paliv, jejich příčin a zdrojů a vytvoření postupů vedoucích k minimalizaci negativních vlivů na životní prostředí, spolehlivost provozu automobilů a fiskální politiku státu byl pod číslem TA02031126 řešen s finanční podporou Technologické agentury České republiky.

ZDROJ: SGS Czech Republic, VŠCHT