Jeśli tekst jest według Ciebie ciekawy, wykop go!

W dzisiejszym artykule postaram się zrobić przegląd dostępnych na rynku i potencjalnie możliwych do wykorzystania alternatywnych paliw silnikowych. Warto wiedzieć, czym można zasilać nasze samochody, skoro ropa wciąż drożeje. I raczej ten trend się nie odwróci…

Czy te paliwa są tańsze? Niekiedy tak, ale nie zawsze. Czy są to biopaliwa? Niektóre z nich tak, inne są po prostu produkowane z innych surowców, niż ropa naftowa. Czy dają się bezpiecznie spalać w naszych silnikach? Właśnie… z tym jest chyba najgorzej.

Każde paliwo zostanie ocenione pod kątem czterech kryteriów:

• czy dane paliwo jest biopaliwem,
• czy jest alternatywne w stosunku do paliw ropopochodnych, czyli czy jest rozwiązaniem problemu drożejącej ropy,
• jaki jest koszt instalacji, która umożliwia stosowanie tego paliwa,
• jak dzisiejsze silniki sobie z nim radzą.

Dla czytelności artykułu i wygody czytelnika, stosować będę kolorowe oznaczenia: zielone (pozytywne), niebieskie (umiarkowane), czerwone (niekorzystne) i kolory pośrednie.

Silniki benzynowe

Silniki benzynowe to silniki o zapłonie iskrowym. Do komory spalania trafia mieszanka paliwowo-powietrzna (z gaźnika albo wytworzona przez wtryskiwacz w kolektorze dolotowym), albo paliwo wtryśnięte bezpośrednio. Po sprężeniu jest ona zapalana przez iskrę ze świecy zapłonowej. Zatem paliwo dla takiego silnika musi mieć odpowiednio wysoką liczbę oktanową, by nie zapaliło się samo od sprężenia. Inne parametry są mniej ważne.

LPG – autogaz – propan-butan

Biopaliwo: nie. Alternatywne: nie. Koszt instalacji: umiarkowany. Dostosowane do dzisiejszych silników: tak.

LPG, czyli liquefied petroleum gas, to najpopularniejsze alternatywne paliwo dla silników benzynowych. Tańsze od benzyny, bo obciążone niższym podatkiem akcyzowym. Tylko i wyłącznie dlatego. Spala się w czystszy sposób, zwłaszcza w starszych silnikach, bo składa się z krótszych łańcuchów węglowodorowych. Dlatego właśnie jest obciążone niższym podatkiem, aby promować paliwo przyjazne dla środowiska. Zwłaszcza dotyczy to starych pojazdów, nie do końca sprawnych technicznie. Emisje tlenku węgla i niedopalonych węglowodorów z silników na LPG są zazwyczaj niższe, niż w przypadku silników na benzynę. Nowoczesne silniki spisują się już całkiem nieźle na obydwóch paliwach, stąd ten ekologiczny zysk robi się coraz mniejszy. I stąd pewnie pomysły na podwyższenie akcyzy na LPG (pomijając fakt, że akcyza to istotne źródło dochodów dla budżetu).

LPG nie jest paliwem alternatywnym, które pozwoli uwolnić się od rosnących cen ropy. W zdecydowanej większości produkowane jest z… ropy naftowej. Tylko część LPG pochodzi ze źródeł gazu ziemnego. Jeśli więc ropa drożeje, to i LPG drożeje. To paliwo jest tańsze tylko dzięki temu, że ustawodawca się nad kierowcami zlitował. Zawsze może mu się odmienić, więc zawsze może podrożeć… Sorry, Winetou.

Dzisiejsze silniki są całkiem nieźle przystosowane do wykorzystywania LPG. I to jest największa zaleta tego paliwa. Instalacje nie są drogie, więc póki co jeszcze się to paliwo opłaca. Z drugiej strony ciężko kalkulować okres zwrotu wydanych na instalację pieniędzy, gdy nieznane są losy akcyzy na LPG. Ja bym sobie to jednak odpuścił…

CNG, czyli sprężony gaz ziemny

Biopaliwo: nie. Alternatywne: tak. Koszt instalacji: wysoki. Dostosowane do dzisiejszych silników: tak.

CNG, compressed natural gas, to drugie z gazowych paliw alternatywnych. Taki sam gaz ziemny, jaki płynie przez Polskę gazociągami i zasila domowe kuchenki gazowe, kotły centralnego ogrzewania i inne urządzenia. Podstawowym składnikiem jest metan, najprostszy węglowodór, jest go grubo ponad 90%. Rzecz jasna paliwo to nie jest produkowane z ropy naftowej, zatem jego cena nie zależy wprost od ceny ropy. Wprost nie, ale jeśli drożeje ropa, to po jakimś czasie drożeją inne surowce energetyczne – węgiel i gaz ziemny. Zatem CNG też będzie drożeć.

CNG póki co obciążone akcyzą nie jest. Ale już pojawiają się pomysły, by to paliwo tym podatkiem jednak obłożyć. Na dzień dzisiejszy jest naprawdę śmiesznie tanie.

Instalacja CNG jest około dwukrotnie droższa niż instalacja na LPG. Zasięg samochodu spada. Mimo sprężenia gazu ziemnego do ciśnienia 220 atmosfer, w zbiorniku mieści się paliwo odpowiadające benzynie zajmującej cztery razy mniej miejsca. Więc zamiast zbiornika na 50 litrów benzyny, musisz mieć zbiornik na 200 litrów gazu ziemnego. I zasadniczo nie masz bagażnika.

Spalanie sprężonego gazu ziemnego w silniku benzynowym nie jest kłopotliwe. To paliwo ma wysoką liczbę oktanową, zatem jest odporne na spalanie stukowe.

Czy warto w to inwestować? Warto było kilka lat temu, gdy nie było tak bliskiego ryzyka wzrostu akcyzy. Teraz już nie warto, bo po pierwsze paliwo wkrótce może mocno zdrożeć a po drugie mało jest stacji tankujących CNG.

LNG, czyli skroplony gaz ziemny

Biopaliwo: nie. Alternatywne: tak. Koszt instalacji: niedostępny dla śmiertelnika. Dostosowane do dzisiejszych silników: tak.

LNG to liquefied natural gas, gaz ziemny w postaci skroplonej. Zamiast przechowywać go pod olbrzymim ciśnieniem, wystarczy go skroplić. Tak jak LPG. Problem jest tylko taki, że LNG wymaga bardzo niskich temperatur. Zbiornik nie byłby więc niczym innym jak tylko wielkim termosem… Takich instalacji komercyjnych, do wykorzystania w typowych samochodach, nie ma. Ale kiedyś pewnie będą. Na razie pod postacią LNG wozi się gaz ziemny w tankowcach. Kojarzycie pomysł budowy gazoportu? Tam miałoby być przeładowywane właśnie takie paliwo.

Na razie nie warto myśleć o tym paliwie, ale za kilka lat… Kto wie? 😉

Wodór

Biopaliwo: nie. Alternatywne: tak. Koszt instalacji: niedostępny dla śmiertelnika. Dostosowane do dzisiejszych silników: nie.

Wodór to paliwo przyszłości. I ja się zasadniczo z tym stwierdzeniem zgadzam. Zasadniczo, bo to nie jest paliwo. Jako taki, wodór nigdzie na świecie nie występuje w stanie wolnym. Zawsze w jakiś związkach chemicznych. Najczęściej jako woda. Zatem aby otrzymać wodór, trzeba najpierw go wyprodukować z wody, albo innego surowca (np. poprzez reforming parowy gazu ziemnego). Wodór może więc być co najwyżej nośnikiem energii, która została wyprodukowana w inny sposób. Na przykład z węgla, ropy, ogniw fotowoltaicznych. Z tego względu napisałem, że wodór jest paliwem alternatywnym dla tych produkowanych z ropy.

Wodór to paliwo dalekiej przyszłości. Do spalania w silnikach spalinowych się nadaje, a jakże. Szkoda tylko, że ma bardzo niską odporność na spalanie stukowe (detonacyjne) i spalać się będzie w sposób wybuchowy, niekontrolowany. Ale cóż… fakty są takie, że rzeczywiście, teoretycznie można go spalać w dzisiejszych silnikach. Teoretycznie.

Druga sprawa, na dziś nie rozwiązana, to magazynowanie tego wodoru. Ten gaz ma bardzo małe cząsteczki. I ma to do siebie, że przenika przez większość materiałów, z których wykonuje się zbiorniki. Przykładowo, warstwa stali nie stanowi dla niego przeszkody. Ze względu na niską gęstość energii (mała wartość opałowa w przeliczeniu na jednostkę objętości, bo ten gaz jest bardzo lekki), trzeba go magazynować pod wielkimi ciśnieniami. Wielkie ciśnienia to wyzwanie dla zbiorników, bo po pierwsze muszą być odporne na rozerwanie a po drugie na przenikanie. Druga metoda magazynowania wodoru to trzymanie go w postaci wodorków metali. Tylko, że w kilogramie takiego zbiornika też nie mieści się za dużo energii. Przy ładowaniu zbiornika trzeba go schładzać. Przy rozładowywaniu – podgrzewać. To drugie akurat problemem nie jest, w samochodzie jest przecież sporo ciepłych spalin.

Na rynku można kupić generatory wodoru do obniżania spalania w silnikach. Generują one wodór (wytwarzany w drodze elektrolizy z wody), który następnie trafia do silnika. Zamiast spalać benzynę, spalasz wodór. Wodór robiony jest z prądu, który powstaje w alternatorze, napędzanym tym samym silnikiem. I generalnie rzecz biorąc, urządzenie nie ma prawa działać.

Nie myślmy na razie o wodorze jako o alternatywnym paliwie ani o jako alternatywnym nośniku energii. Póki co, zbyt dużo pytań pozostaje bez odpowiedzi.

Etanol i metanol — alkohole

Biopaliwa: niekoniecznie. Alternatywne: tak. Koszt instalacji: brak. Dostosowane do dzisiejszych silników: nieźle.

Metanol i etanol to dwa najprostsze alkohole. Alkohol etylowy można uzyskać w drodze fermentacji z przeróżnych materiałów biomasowych. Alkohol metylowy można otrzymywać przez pirolizę drewna. Niektórzy użyją wtedy pojęć bioetanol i biometanol. Szkoda, że alkohole produkowane z biomasy są drogie, bo kłopotliwe w produkcji. Zazwyczaj ich wyprodukowanie wymaga zużycia energii w ilości większej, niż ta, którą uzyska się przy ich spaleniu. Można je też produkować z innych surowców, przede wszystkim z gazu syntezowego (drogą syntezy Fischera-Tropscha). Zatem nie każdy alkohol jest biopaliwem, bo nie zawsze produkuje się go z odnawialnych surowców.

Do zasilania silników benzynowych się nadają całkiem nieźle, generalnie ujmując. Na metanolu bez kłopotu jeżdżą silniki wyczynowe, na przykład w żużlowych motocyklach. Na alkoholu etylowym jeździ cała Brazylia – od 1977 nie ma tam w sprzedaży czystej benzyny, bo musi ona zawierać domieszkę co najmniej 20% etanolu (E20). Na stacjach benzynowych można wybierać między dystrybutorami z benzyną i z samym alkoholem. W tym kraju aż 20% paliw zużywanych w transporcie drogowym (wliczając cieżarówki z dieslami) właśnie etanol!

Przestawienie silnika na metanol czy etanol nie wymaga wielkiego zachodu. Trzeba tylko zmienić proporcje mieszanki paliwowo-powietrznej. Metanol i etanol w cząsteczkach zawierają atomy tlenu. W związku z tym mieszając je do spalenia trzeba dostarczyć mniej powietrza. To wymusza zmianę ustawień gaźnika (np. wymianę dysz) albo zmianę ustawień komputera sterującego wtryskiem paliwa. To też oznacza, że na tym samym dystansie samochód zużyje więcej alkoholu niż zużyłby benzyny. Wartość opałowa tych paliw jest niższa niż benzyny. Mają bardzo wysokie ciepło spalania parowania, co jest zaletą w sporcie motorowym (mniej ciepła trzeba odebrać przez chłodzenie silnika), ale za to poważnie utrudnia uruchamianie zimnego silnika. Zwłaszcza zimą. W Brazylii rzecz jasna nie ma tego problemu…

Póki etanol czy metanol nie będzie produkowany z biomasy, póty nie będzie taką porządną alternatywą dla paliw ropopochodnych.

Butanol

Biopaliwo: tak. Alternatywne: tak. Koszt instalacji: brak. Dostosowane do dzisiejszych silników: nie.

Butanol to alkohol o bardziej złożonej cząsteczce. Produkowany przez fermentację, robią go odpowiednie szczepy bakterii. Szkoda tylko, że przestają przy stężeniu dwukrotnie mniejszym, niż w przypadku etanolu. Trzeba więc więcej energii włożyć w jego destylację. Za to można go bez kłopotu robić z odpadów drzewnych!

Nieco niższa wartość opałowa, niż benzyny. Wysoka liczba oktanowa. Wyższa lepkość, niż benzyny, co może sprawiać kłopoty z rozpylaniem. Ma mniej tlenu w przeliczeniu na masę niż etanol, więc bez kłopotu można go dolewać do benzyny w większych ilościach. Komputer sterujący wtryskiem da sobie z nim radę. Niestety, nie ma na dzień dzisiejszy samochodów, które mogą jeździć na czystym butanolu.

Biogaz

Biopaliwo: jak najbardziej. Alternatywne: owszem. Koszt instalacji: co najmniej jak dla CNG. Dostosowane do dzisiejszych silników: dadzą radę.

Biogaz to w dużym uproszczeniu taki rozcieńczony gaz ziemny. Podstawowym jego palnym składnikiem jest metan, ten sam, co w gazie ziemnym. Reszta to niepalny azot i niepalny dwutlenek węgla. Dokładny skład i wartość opałowa, zależą od tego, skąd ten biogaz się bierze. A można go produkować z różnego rodzaju biomasy, osadów ściekowych, powstaje też na wysypiskach śmieci, skąd można go zutylizować. Z powodzeniem nadaje się do stosowania w dużych silnikach spalinowych. Na ich podstawie buduje się małe elektrociepłownie o mocy kilku megawatów.

Do zasilania samochodów nadaje się gorzej, niż CNG. Ponieważ jego wartość opałowa jest mniej więcej o 1/3…1/2 niższa, niż dla CNG, zbiornik musi być proporcjonalnie większy. Spadek mocy silnika zasilanego takim paliwem na pewno będzie mieć miejsce, w końcu połowa tego gazu jest niepalna…

Gdyby ten biogaz oczyścić z niepalnych składników, byłby równie wartościowy, jak CNG. Ale o ile można sobie w domu wyprodukować biogazu, o tyle nie da rady go własnoręcznie oczyścić z azotu i dwutlenku węgla…

Gaz drzewny

Biopaliwo: owszem. Alternatywne: też. Koszt instalacji: od zera do niewielkiej, rzędu instalacji do LPG. Dostosowane do dzisiejszych silników: dadzą radę.

Gaz drzewny to właśnie to paliwo, któremu ta witryna zawdzięcza swoją nazwę. Produkowany z drewna albo innej biomasy. Albo z węgla drzewnego. Albo z węgla czy torfu, choć wtedy uwaga: nie będzie biopaliwem! Alternatywne dla ropy, bo z ropy się go praktycznie nie da produkować. No, może najwyżej z asfaltu…

Ktoś zainteresowany historią motoryzacji powie, że to nic nowego. I rzeczywiście, gaz drzewny nie został wymyślony w ciągu ostatnich 10 lat, tylko znacznie, znacznie wcześniej. W czasie II Wojny Światowej został wszechstronnie przetestowany na pojazdach cywilnych i wojskowych. W takiej Danii w czasie wojny 95% transportu cywilnego korzystało z drewna (gazu drzewnego), bo paliw ropopochodnych kupić się nie dało.

Silniki dzisiejsze z powodzeniem dadzą sobie radę z gazem drzewnym, choć jest to paliwo o bardzo niskiej wartości opałowej. Spadek mocy silnika będzie znaczny. Naprawdę… Rzędu 30…40%! Paliwo ma tak niską wartość opałową, że sprężenie go w butli nie ma najmniejszego sensu. Musiałaby być jeszcze ze trzy razy większa, niż w przypadku biogazu! Więc instalacja samochodowa musi produkować gaz drzewny na bieżąco, jest więc dość duża i ciężka. I odpalanie trwa długo, kwadrans albo dwa. Trudno sobie wyobrazić, by kierowcy codziennie przed wyjazdem do pracy wstawali pół godziny wcześniej by rozpalić generator gazu drzewnego. Trochę trwa też wyłączanie tego gazogeneratora. A sam gaz drzewny jest toksyczny, bo zawiera ok. 20% tlenku węgla – czadu. To ten sam trujący gaz, który odpowiada za zaczadzenia. W czasie wojny nikt się tym nie przejmował, ale dziś miałoby to spore znaczenie.

To chyba najtańsze ze wszystkich wymienionych tu paliw alternatywnych. Instalacja może nie kosztować nic, bo możesz ją sobie sam zbudować z dwóch beczek i paru kawałków blachy. Drewno możesz sobie samodzielnie wyhodować, niech będzie to choćby ta słynna wierzba energetyczna. Jeśli nawet to drewno będziesz musiał (musiała) kupić, i tak paliwo wyjdzie Ci kilka razy tańsze. W końcu litrowi benzyny odpowiada gaz z 2,5…4 kg drewna, albo ok. 1 kg węgla drzewnego. Nawet kupując ten węgiel drzewny na stacji benzynowej, powinno Ci się udać zaoszczędzić!

Czy to paliwo ma szansę? Ze względu na to, że jesteśmy leniwi, raczej nie bardzo. Wyjąwszy ciągniki rolnicze i agregaty prądotwórcze. W takich sytuacjach nie ma znaczenia, że gazogenerator odpala się przez pół godziny. Ale są ludzie, którzy jeżdżą na gazie drzewnym!

Silniki diesla

Silniki wysokoprężne, znane też jako silniki diesla albo silniki o zapłonie samoczynnym, działają zupełnie inaczej, niż silniki benzynowe. Inny jest zupełnie mechanizm zapłonu. Najpierw w komorze spalania mocno spręża się zassane powietrze. Przez to staje się ono bardzo gorące. Potem do środka wtryskuje się dawkę oleju napędowego. On szybko odparowuje i zapala się. Dlatego dobre paliwo dla diesla zapala się od sprężania łatwo, co z kolei określa tzw. liczba cetanowa.

I dlatego zupełnie inaczej wyglądają paliwa alternatywne dla silników wysokoprężnych.

Olej roślinny

Biopaliwo: jak najbardziej. Alternatywne: owszem. Koszt instalacji: niewielki, od kilkuset złotych w górę. Dostosowane do dzisiejszych silników: nie bardzo.

Najpierw najważniejsza kwestia. Typowy dzisiejszy silnik diesla nie da sobie rady z olejem roślinnym. To paliwo ma bardzo dużą lepkość, w porównaniu do oleju napędowego. Co to oznacza? Ano oznacza to tyle, że trudniej jest je rozpylić wtryskiwaczem do silnika. Skoro będzie źle rozpylone, to się źle spali. Będzie osadzać się na ściankach komory spalania jako nagar i mieszać się z olejem silnikowym. Duża lepkość to też wyzwanie dla pompy wtryskowej. Wielu ludziom udaje się bezproblemowo jeździć na oleju roślinnym lanym wprost do baku, ale ja tego jednak nie polecam.

Zupełnie inaczej wygląda sprawa, gdy się korzysta z instalacji na olej roślinny. Taka instalacja ma za zadanie podgrzać olej roślinny. Dzięki temu, że będzie on ciepły, jego lepkość się zmniejszy. I rozpylenie będzie znacznie łatwiejsze. Kłopoty praktycznie znikną. Praktycznie, bo wciąż będzie trochę bardziej lepki niż olej napędowy. Taka instalacja powinna się składać z drugiego zbiornika (żeby nie mieszać OR z ON), podgrzewacza (ogrzewanego płynem z układu chłodzenia silnika) i paru zaworów. Ogrzewanie nie powinno być elektryczne, bo szkoda akumulatora! Niestety, taka instalacja wymaga odpalania silnika na ON i przełączania na olej roślinny dopiero po paru kilometrach.

Olej roślinny, jak sama nazwa wskazuje, pochodzi z roślin (rzepaku, soi, słonecznika, oliwek, palmy kokosowej i wielu innych). Nie będzie więc niczym dziwnym, gdy napiszę, że jest to biopaliwo w pełnym znaczeniu tego słowa. Ważne jest też to, że wcale nie musi być to olej roślinny prosto z butelki. Z powodzeniem można spalać olej zużyty, np. po wysmażeniu iluśtam porcji frytek. To wręcz jeden z najlepszych sposobów utylizacji tego odpadu!

Biodiesel

Biopaliwo: ponoć tak. Alternatywne: tak. Koszt instalacji: brak / darmowy do niewielkiego / wysoki. Dostosowane do dzisiejszych silników: dadzą radę.

Biodiesel to przetworzony olej roślinny. Produkcja biodiesla to proces tzw. transesteryfikacji. Mieszasz olej roślinny z metanolem i katalizatorem. Czekasz. Oddzielasz glicerynę. Płuczesz wodą. Tankujesz i jeździsz. To takie proste. Można to zrobić we własnym zakresie, bo instalacja do produkcji biodiesla nie jest skomplikowana.

Sama instalacja do samochodu nic nie kosztuje. Wlewasz i jedziesz. Więc jeśli chcesz kupować biodiesel od kogoś (np. na stacji), koszt inwestycyjny wynosi 0 PLN. Jeśli zaś chcesz produkować biodiesel na własny rachunek, sprawa wygląda inaczej. Możesz zbudować sobie instalację do produkcji biodiesla własnoręcznie. To nic trudnego, nic skomplikowanego i nic drogiego. Dlatego koszt będzie najwyżej niewielki, jeśli wszystkie potrzebne elementy kupisz. Za to, jeśli chcesz kupić całą instalację do produkcji biodiesla, wydatek będzie znacznie wyższy. Rzędu kilku tysięcy złotych dla małej, domowej instalacji!

Dzisiejsze silniki z biodieslem sobie dadzą radę. Trzeba tylko uważać, bo biodiesel potrafi rozpuszczać gumowe przewody paliwowe i uszczelki. Trzeba więc regularnie kontrolować ich stan!

Biodiesel ma tę zaletę, że można go używać praktycznie od razu, lejąc wprost do baku. Ale na dłuższą metę to olej roślinny jest lepszym biopaliwem…

Wcześniej wymienione paliwa gazowe

Tak, silnik diesla można napędzać LPG, CNG, LNG czy gazem drzewnym! Wymaga to znacznie więcej zachodu niż w przypadku silników benzynowych.

Silnik wysokoprężny nie da rady sam zapalić takiego gazu. Zresztą wtryskiwacz dostosowany jest do wtryskiwania cieczy a nie gazu. Więc mieszankę gazowo-powietrzną robi się przed silnikiem, montując tzw. mieszacz (odpowiednik gaźnika). Pozostawia się małą dawkę oleju napędowego, wtryskiwaną do komory spalania. Nosi ona nazwę dawki pilotującej, bo ona się zapala po wtryśnięciu, inicjując zapłon całej mieszanki gazowo-powietrznej.

Etanol

Też może być paliwem dla diesla. O ile zapewnić domieszkę 5-20% oleju napędowego czy roślinnego, która zapewni właściwe smarowanie pompy wtryskowej i wtryskiwaczy i zainicjowanie zapłonu. Etanol ma bowiem zbyt niską liczbę cetanową, by sam się zapalił w silniku wysokoprężnym.

Jeśli tekst jest według Ciebie ciekawy, wykop go!