Nestemäiset biopolttoaineet Biopolttoainemarkkinat ja standardit seminaari VTT Seppo Mikkonen seppo.mikkonen@nesteoil.com
Polttoaineen vaatimuksista yleensä Toimivuus Korrelaatio Välitön, esim. käyntiin lähtö kylmässä ajaminen kylmäsavutus Pitkäaikainen, esim. ruiskutuslaitteiden ikä pakokaasuhiukkassuodattimen ikä karstat, korroosio Auto- ja moottorikokeet Korrelaatio hitaita (vrk, vko, kk) kalliita (n x 1000... 10000 ) usein epätarkkoja usein in-house -testejä Tuotestandardin vaatimukset Esim. EN 590 dieselpolttoaine setaaniluku suodatettavuus setaaniluku voitelevuus rikkipitoisuus, tuhkapitoisuus lisäainesuositus Laboratoriomittaukset nopeita, laadunvalvontaan halpoja (n x 10... 100 ) tarkkoja numeerisesti (r, R) EN xxx, ISO xxx -menetelmät 2
Polttoaineen vaatimuksista yleensä Pakokaasut Ympäristö, terveys SO x -päästöt NO x -päästöt hiukkaspäästöt Fossiilinen CO 2, GHG Korrelaatio Lakisääteiset vaatimukset Direktiivit 2009/28/EC, 2009/30/EC rikkipitoisuus setaaniluku, aromaattipitoisuus rikkipit., tislaus, arom., tiheys bioenergia-%, GHG-vähenemä-% Turvallisuus tulipalonvaara terveys, vuoto luontoon Poliittiset kestävä kehitys sosiaaliset tarpeet leimahduspiste REACH, käyttöturvatiedote Direktiivit 2009/28/EC, 2009/30/EC 3
Perinteinen ajattelu: Bensiini Öljynjalostamo Laiva, juna, putkikuljetus Varasto Autolähettämö Varmistus: Muutama helppo laatuanalyysi Jalostamon säiliöalue Bensiinin valmistussäiliö Ostokomponentteja Laatu tapauskoht. sopimus Täysi laatuanalyysi ( 25 ominaisuutta, ammattilaboratorio) Standardi vain loppukuluttajatuotteelle Laatu toimii autossa auto kestää sama minimilaatu FI, SE, UK, DE,... 4
Uusi ajattelu maailmalla: Bensiini Öljynjalostamo Laiva, juna, Varasto putkikulj. Puolivalmis Autolähettämö matemaattisesti valmis, muutama helppo varmistusanalyysi Jalostamon säiliöalue Puolivalmis Bensiinin valmistussäiliö Etanoli EN 15376 Etanolilaiva Ostokomponentteja Laatu tapauskoht. sopimus Täysi laatuanalyysi miinus etanolin vaikutus ominaisuuksiin Laatu toimii autossa auto kestää sama minimilaatu FI, SE, UK, DE,... 5
Nyt Suomessa: Bensiini Öljynjalostamo Laiva, juna, putkikuljetus Varasto Autolähettämö Varmistus: Muutama helppo laatuanalyysi Jalostamon säiliöalue Bensiinin valmistussäiliö Etanolilaiva Ostokomponentteja Laatu tapauskoht. sopimus Täysi laatuanalyysi Etanoli EN 15376 Laatu toimii autossa auto kestää sama minimilaatu FI, SE, UK, DE,... 6
Biolla luonnostaan eri epäpuhtaudet kuin bensiinillä Bensiini 27 ominaisuutta 100 % Etanoli EN 15376 13 ominaisuutta Bensiini jossa 10 % etanolia (matemaattisesti) Oktaaniluku 95,0 Ei vaatimusta (korkea) 95,0 Rikki (mg/kg) 10,0 10,0 10,0 Bentseeni (%) 1,00 Ei vaatimusta ( 0) 1,00 Vesi (%) Ei (silmämäär. tark.) 0,300 Ei (silmämäär. tark.) Kloridit (mg/kg) Ei vaatimusta ( 0) 6,0 0,6 * Fosfori (mg/l) Ei vaatimusta ( 0) 0,15 0,015 * Etanoli (%) 5,0 10,0 (2011 alkaen) 98,7 10,0 *) Paljon helpompi analysoida raakaetanolista kuin valmiista bensiinistä sillä hiilivetybensiinin arvojen voidaan olettaa olevan aina 0,00 Turha analysoida bensiinistä jossa 0 % etanolia Etanoli bensiiniin oltava puhtaampaa kuin juotava tai moni muu tekninen etanoli! 7
Etanolin pieni vesipitoisuus erittäin tärkeä Hiilivetybensiini + vesi veden liukenevuus minimaalista vesi painuu varastosäiliöiden pohjalle ja poistettavissa vesiongelmat hyvin harvinaisia Hiilivetybensiini + vedetön etanoli liukenevat hyvin keskenään Etanoli + vesi liukenevat täysin keskenään Hiilivetybensiini + etanoli + vesi liukenevuudessa huomattavia ongelmia lämpötilan aletessa vesi + etanolia + joitakin hiilivetyjä painuu pohjalle bensiini pilalla, pohjalle painunut osa on ongelmajäte oltava tarkkaavainen ettei vesiongelmia 8
Biolla luonnostaan eri epäpuhtaudet kuin dieselillä Diesel EN 590 22 ominaisuutta 100 % FAME EN 14214 25 ominaisuutta Diesel jossa 7 % FAME (matemaattisesti) Rikki (mg/kg) 10,0 10,0 10,0 Polyaromaatit (%) 8,0 Ei vaatimusta ( 0) 8,0 Vesi (mg/kg) 200 500 Oltava 200 Monoglyseridit (%) Ei vaatimusta ( 0) 0,80 0,05 * Fosfori (mg/l) Ei vaatimusta ( 0) 4,0 0,3 * FAME (%) 7,0 96,5 7,0 *) Paljon helpompi analysoida raaka-fame:sta kuin valmiista dieselistä sillä hiilivetydieselin arvojen voidaan olettaa olevan aina 0,00 Turha analysoida dieselistä jossa 0 % FAME FAME = Fatty Acid Methyl Ester = 1. sukupolven biodiesel 9
Dieselpolttoaineet Dieselpolttoaine EN 590 voi sisältää 7,0 % FAME, joka EN 14214 mukaista tuote loppukuluttajille Biodiesel EN 14214 esterityyppinen biodiesel: rypsi-, palmu-, soija- ym. öljyistä + 10 % metanolia FAME = Fatty Acid Methyl Ester tuote loppukuluttajille jos autonvalmistaja sallii 100 % käytön (jotkut vanhat autot) tuote dieselpolttoaineen valmistajille fossiilidieseliin lisättäväksi ( 7,0 %) päivittyy sisältämään myös FAEE = Fatty Acid Ethyl Ester: öljyistä + etanolista Parafiininen dieselpolttoaine CWA 15940 CWA = CEN Workshop Agreement, esistandardi 2. sukupolven tuotteet kuten HVO, BTL, GTL, CTL HVO = Hydrotreated Vegetable Oil ( Neste Oil NExBTL) BTL = Bio to Liquids kaasutus- ja Fischer-Tropsch -menetelmillä tuote loppukuluttajille jos autonvalmistaja sallii 100 % käytön tuote dieselpolttoaineen valmistajille fossiilidieseliin lisättäväksi (max 30 %) 10
Bensiinit Bensiini voi sisältää 5,0 % etanolia, joka EN 15376 mukaista ( 10 % 2011 alkaen) tuote loppukuluttajille Etanoli EN 15376 etanoli bensiinin komponentiksi 5,0 % (päivitys 10,0 %:lle käynnissä) tuote vain bensiinin valmistajille ei loppukuluttajille E85 etanolipolttoaine pren 15293 etanolin (50... 85 %) ja bensiinin (50... 15 %) seos talvella enemmän bensiiniä koska etanoli ei höyrysty kylmässä tarpeeksi etanolin oltava puhtaampaa kuin EN 15376 (vähemmän bensiiniä laimentamassa etanolin epäpuhtauksia kuin -bensiinissä) tuote loppukuluttajille FFV-autoihin Flexible Fuel Vehicle, voi ajaa -bensiinillä, E85:llä tai niiden seoksella 11
Kevyet polttoöljyt lämmitykseen Kevyt polttoöljy SFS 5968 voi sisältää biokomponenttia tuote loppukuluttajille Biopolttoöljy EN 14213 esterityyppinen FAME = Fatty Acid Methyl Ester tuote loppukuluttajille (käyttö hyvin harvinaista) tuote kevyen polttoöljyn valmistajille fossiilipolttoöljyyn lisättäväksi EN 14213 käyttö harvinaista, yleensä biodieselin EN 14214 standardi myös polttoöljyyn lisättävälle FAMElle 12
Standardin evoluutio, esim. FAME ÖNORM DIN 51601 EN 14214: EN 14214: pren 14214: C 1191 2003 2008 2009 Itävalta Saksa luonnos Voimassa 1996-2002 1997-2002 2003-2008 - 201X- Ominaisuuksia kpl 15 22 26 26 26 Monoglyseridit (%) 0,8 0,8 0,8 0,8 kesä 0,3 talvi Fosfori (mg/kg) 20 10 10 4,0 2,0 Käyttö dieselissä (%) - jos autonvalm. sallii 100 100 100 5 100 7,0 10,0 201X) 100 Esim. monoglyseridiraja tiukkenee jotta toimisi varmemmin talvella fosforiraja tiukkenee uusien autojen katalysaattorit ja hiukkassuodattimet vaativat parempaa hiilivetydieselin laimentava vaikutus pienenee kun FAME:n käyttö-% nousee 13
Standardin päivitys CEN TC19 WG (bensiini, diesel,...) 1. Autoteollisuus vaatii hyvän polttoaineen jotta auto toimii ja kestää pakokaasurajat tiukkenevat, polttoaine jossa yhä vähemmän epäpuhtauksia pakokaasulaitteille lakisääteinen vaatimus 160 000 km henkilöautot, 300 000... 700 000 km kuorma-autot 2. Öljy-yhtiöt vastaavat lopputuotteen toimivuudesta kesät talvet ( bensiini, 590 diesel) 3. Biopolttoainevalmistajat usein haluavat entiset epäpuhtausrajat ym. jotta ei lisäinvestointeja olemassa oleviin tuotantolaitoksiin 4. Poliittiset intressit vaikka teknisten standardien sisällön pitäisi olla tekniikkaa... esim. FAME stabiilius: auringonkukka (??) -> soija (ok?) -> rypsi (ok?) -> palmu (ok) Haasteellinen alue!!! EN 14214 -raja jos tekee yhdellä syöttöaineella (jodiluku <120) 14
Standardin päivitys CEN TC19 WG (bensiini, diesel,...) CEN-kokouksissa liaison -jäsenet autoteollisuus (ACEA) öljynjalostajat (Concawe) biopolttoaineala (EBB = biodiesel, E-bio = etanoli, MI = metanoli,...) tekninen asiantuntemus mutta ei virallista äänivaltaa CEN-kokouksissa member -jäsenet kansallisten standardointijärjestöjen (SFS, DIN, BS,...) edustajat äänivalta Bensiini- ja dieselkokouksessa 60 hlö!! (max. 4 hlö / kansallinen järjestö) Haasteellinen alue!!! 15
Aikatauluhaasteet EN-standardin teko tai päivitys valmistelu (WG, TF) + lausuntokierros maille (SFS, DIN, BS,...) + korjailu (WG, TF) + äänestyskierros maille (SFS, DIN, BS,...) + viimeistely + voimaansaatto = usein 2... 4 v = hidas => kuvastaa helposti historiaa, ei ainakaan tulevaisuutta usein takana Komission mandaatti tai direktiivi => top down -lähestyminen CWA = CEN Workshop Agreement = Esistandardi usein lähtöisin alalla toimivista yrityksistä => bottom up -lähestyminen valmistelu (yritykset ym. kiinnostuneet), ei lausuntokierrosta maille 1 v = nopea => kuvastaa tulevaisuutta suunnitelma julkinen jotta ei WTO:n vastainen voimassa 3 v, voi uusia kerran => max 6 v voi muuttaa EN-standardiksi jos aihetta esim. CWA 15293 E85 etanolipolttoaine, muutos EN 15293:ksi työn alla CWA 15940 Parafiininen dieselpolttoaine (HVO, BTL) WG = Working Group, TF = Task Force: kansallisesti nimetyt edustajat 16
Maailmanlaajuiset biopolttoainestandardit? EU + USA + Brasilia poliittislähtöinen ehdotus ja selvitys harmonisointi tuotannon ja maailmankaupan helpottamiseksi ( etanoli, FAME) mutta tuotevaatimukset sanelee olemassa oleva ja tuleva autokanta, pakokaasurajat, käyttö-% ja käyttöilmasto, eikä biopolttoaineen valmistaja ei kustannustehokasta tehdä talvilaatua Välimeren maihin Välimerelle sopiva laatu ei toimi Pohjoisen talvessa Brasilian autokanta USA:n autokanta Euroopan autokanta (historia, pakokaasuvaatimukset) laivalastitavaroita tilaaja vastaanottaja sopimusten mukaan joka tapauksessa ensin olisi yhtenäistettävä analyysimenetelmät, esim: EN 14214 FAME -tuotestandardissa referenssinä 34 kpl EN- ja ISO - menetelmää ASTM D6751 FAME-tuotestandardissa referenssinä 43 kpl ASTM-, EN- ja UOP menetelmää hanke toistaiseksi haudattu 17