Autobusy pachnące frytkami – rozmowa z prof. dr hab. inż. Andrzej Kulczyckim, dyrektorem naczelnym Centralnego Laboratorium Naftowego

W ubiegłym roku Centralne Laboratorium Naftowe oraz MPK Kielce i PKN Orlen rozpoczęły testowanie mieszanki oleju napędowego i estrów oleju rzepakowego w autobusach miejskich. Ich celem było zbadanie, jak biopaliwo wpływa w praktyce na silniki wysokoprężne. Jakiego rodzaju badaniom poddano testowane autobusy?

Badania obejmowały dwa obszary. Pierwszy to technologia przygotowania mieszanek estrów oleju rzepakowego z olejem napędowym i drugi, właściwy obszar badań, czyli normalna eksploatacja autobusów komunikacji miejskiej w Kielcach na mieszance, w założeniu również na czystych estrach i dla porównania na czystym oleju napędowym. Skład mieszanek był ustalony na podstawie badań laboratoryjnych, natomiast sama technologia mieszania estrów i oleju napędowego stosowana była w warunkach garażowych, czyli zbiornikach magazynowych MPK Kielce tak, by paliwo przygotowywać na miejscu u użytkownika. To był etap wstępny. Autobusy były normalnie eksploatowane, z tym że silniki były przygotowane do badań. Dokładnie sprawdzono ich stan techniczny, w niektórych wymieniono wtryskiwacze i wyczyszczono układ paliwowy tak, żeby podczas badań nie ciągnąć całej „historii” danego pojazdu.

Jakiego rodzaju paliwo zostało użyte w badaniach i kto dostarczył estry? Czy polscy producenci opanowali już produkcję ekokomponentów?

Miały być badane dwa gatunki biopaliwa. Pierwszym była mieszanka 70 % oleju napędowego i 30 % estrów oleju rzepakowego. Drugim biopaliwem miały być czyste estry, 100% estrów. Dla porównania używaliśmy też naftowy olej napędowy. Paliwo dostarczał, zgodnie z harmonogramem i założeniami tego projektu, PKN Orlen. Oczywiście olej napędowy pochodził z rafinerii w Płocku, natomiast estry kupował również Orlen. Tu nie potrafię wskazać źródła zakupu. Dostawaliśmy próbki estrów do zbadania, czy odpowiadają naszym wymaganiom. Wiem, że pochodziły z importu. Czy polscy producenci opanowali już tę technologię? Praktycznie, na przemysłową, dużą skalę, dopiero kończona jest w tej chwili instalacja w rafinerii w Trzebini, o czym ostatnio było dość głośno, czyli jest na etapie badań. W Polsce praktycznie jeszcze takich estrów na dużą skalę przemysłową nikt nie produkował.

Jakie autobusy brały udział w eksperymencie? Czy oprócz kilkunastoletnich pojazdów, sprawdzano również wpływ działania biopaliw na silniki nowszej generacji?

Założeniem programu było sprawdzenie, jak zachowuje się biopaliwo w typowych autobusach używanych w Polsce w zakładach komunikacji miejskiej, nie tylko w Kielcach. Do takich typowych autobusów należą Ikarusy z lat poprzednich, czyli z reguły pojazdy zaawansowane wiekiem i Jelcze, które również dominują w tego typu przedsiębiorstwach. Te dwa typy autobusów wybraliśmy. W Jelczach były silniki mieleckie, w Ikarusach silniki Raba-MAN. W założeniach tego programu nie uwzględniono najnowszych autobusów, których nie za dużo jeszcze jeździ w przedsiębiorstwach komunikacji miejskiej.

Czy znane są już wyniki tego eksperymentu?

Myślę, że jeszcze jest za wcześnie, by dokonywać podsumowania, ponieważ projekt się jeszcze nie zakończył. Zakończyły się jazdy w czasie badań eksploatacyjnych, ale szereg elementów silników, które uczestniczyły w badaniach, jeszcze jest w badaniu, są sprawdzane, analizowane, zatem wszystkich danych podać nie potrafię. Natomiast z obserwacji, bo taka była czyniona przez cały czas badań, wynikają pewne wnioski. Pierwszy z nich: mówiliśmy o dwóch rodzajach biopaliwa: mieszance oleju napędowego i estrów oraz czystych estrach, czyli tak zwanym czystym biodieselu. Badania eksploatacyjne zaczynaliśmy w listopadzie, a właściwie na przełomie listopada i grudnia, czyli w okresie, kiedy w ubiegłym roku pojawiły się pierwsze mrozy. Sukcesywnie, w miarę przygotowywania pojazdów do badań, wprowadzano je do eksploatacji. Tak się złożyło, że w okresie świąt wprowadzany do eksploatacji miał być czysty biodiesel. W tamtych dniach temperatury spadły poniżej minus 10 o C w nocy. Okazało się, że nie można uruchomić ani Ikarusów, ani Jelczy na czystym estrze oleju rzepakowego. Byliśmy zaskoczeni takim alarmowym sygnałem z Kielc, że estry nie pozwalają na uruchomienie silników po mroźnej nocy. Estry spełniały wszystkie wymagania paliwa zimowego, bo taki był wymóg na ten okres. Parametr, który najlepiej odzwierciedla własności niskotemperaturowe paliwa, tak zwana blokada zimnego filtra, czyli temperatura, przy której paliwo daje się przetłoczyć przez filtr, był poniżej minus 20 o C, co znaczyło, że paliwo przy tej temperaturze jest w pełni płynne i co więcej – nie blokuje filtra paliwowego, czyli daje się przepompować do komory spalania. Pomimo tego okazało się, że nie można uruchomić silników. Po analizie problemu z udziałem przedstawicieli MPK w Kielcach, ustaliliśmy, że przyczyna leży nie w samym silniku, a w instalacji do podgrzewania silnika przed jego uruchomieniem. Zarówno w Ikarusach, jak i w Jelczach jest to urządzenie, które pracownicy MPK nazywają centralką. Jest to świeca płomieniowa, która ma być uruchomiona jako pierwsza. Zasilana jest właśnie paliwem z baku, pomimo, że producent silnika zaleca zasilanie naftą. Jednak z reguły stosuje się paliwo z baku. Płomień zapala się, ogrzewa wodę chłodząca silnik i sam silnik. To urządzenie w czasie eksploatacji służy często również do dogrzania powietrza wtłaczanego do kabiny pasażerskiej autobusu. Okazało się, że lepkość estrów oleju rzepakowego była na tyle duża, a z reguły rośnie ona wraz ze spadkiem temperatury, że paliwo nie rozpylało się. W związku z tym nie dawało się zapalić w tym urządzeniu. Nie było więc możliwości podgrzania silnika do temperatury, przy której można go bezpiecznie uruchomić. Stąd zapadła szybka decyzja o wycofaniu się z badań czystych estrów i pozostaniu przy mieszance oleju napędowego i estrów.

Czy podczas kieleckiego eksperymentu zaobserwowano w testowanych pojazdach spadek mocy skutkujący na przykład mniejszymi wartościami przyspieszeń?

Z obserwacji kierowców, bo tak właściwie tylko to mogło być ocenianie, żadnych różnic w eksploatacji, w stosunku do normalnego oleju napędowego, nie zaobserwowano. Jedynym wyjątkiem był zapach, który dawał się odczuć, może nie tyle w kabinie pasażerskiej czy w kabinie kierowcy, ale na przystankach, z których ruszał ten autobus – wyczuwało się zapach przysmażonych frytek, może niezbyt intensywny w przypadku mieszanki z olejem napędowym, ale dający się odczuć i cechą charakterystyczną tego zapachu jest to, że dość długo pozostaje on w miejscu z którego autobus odjechał. Jest to cecha tego typu produktów, które pozostają na przykład na kropelkach wilgoci stąd odczucie takiego zapachu.

Jak przedstawiały się właściwości smarne biodiesla i jego wpływ na aparaturę wtryskową w silnikach?

Jeśli chodzi o własności smarne, to jest sprawą powszechnie znaną, że estry mają bardzo dobrą zdolność do smarowania pomp i układów wtryskowych, więc tu problemów być nie mogło i nie było. Drugim problemem, który mógł się pojawić, i który był dokładnie analizowany w laboratorium, to wpływ paliwa na czystość wtryskiwaczy, czyli zakoksowywanie wtryskiwaczy. Jest to problem, który występuje przy naftowych paliwach. Dziś producenci paliw wprowadzają dodatki myjące, które mają przez dłuższy czas utrzymać wtryskiwacze w czystości, żeby ta rozpylana struga paliwa była taka, jak założono przy konstrukcji silnika. Natomiast tu, w badaniach (bo jest takie stanowisko silnikowe wyposażone w silnik Peugeota do badania czystości wtryskiwaczy) okazało się, że trzeba wprowadzić niewielką dozę dodatków myjących, by móc utrzymać czystość na wymaganym poziomie. W eksploatacji żadnych kłopotów z tego tytułu nie zauważono.

Jeżeli chodzi o inne parametry, to pojawia się problem zużycia paliwa. Z fizykochemii spalania związków tlenowych wynika, że ilość spalanego paliwa powinna być większa. Tu podkreślam, że ilości spalanego paliwa, 0,5%większe lub mniejsze zużycie paliwa, to często chwyt reklamowy. Nigdy nie wierzyłem w informacje będące elementem reklamy, ponieważ ilość spalanego paliwa zależy od bardzo wielu czynników, często nie uświadomionych do końca. Może zależeć od nasilenia ruchu na drodze, ilości i intensywności przyspieszeń itd. W przypadku autobusów komunikacji miejskiej jest to szczególnie trudne, ponieważ zależy to nawet od godziny, w której autobus jest eksploatowany, korków czy trasy, którą jeździ. To wszystko ma duży wpływ na zużycie paliwa. Stąd, jeżeli ocenia się zużycie paliwa, to jest to średnia wyciągnięta ze stosunkowo dużej liczby pojazdów i w dość długim okresie czasu. Koledzy z MPK Kielce starali się dobrać autobusy tak, żeby trasy, po których jeździły czy pory dnia, w których kursowały, były podobne. Miało to wyeliminować błędy wynikające z eksploatacji. Podsumowując, można powiedzieć, że zużycie paliwa wzrosło w granicach od 4% do 8%. Jest to zatem zauważalna ilość przy dłuższej eksploatacji. To zgodne z przewidywaniami. Tego typu paliwa mogą dawać taki wynik.

Jakie zalety biopaliwa można wymienić po tych badaniach?

Badaliśmy skład spalin. Zaletą podstawową i głównym dziś powodem, dla którego promuje się te paliwa, jest źródło ich pochodzenia, czyli rośliny, a nie ropa naftowa, a po drugie zamknięty w przyrodzie obieg dwutlenku węgla. Są to rzeczy, których nie da się zmierzyć nawet miernikiem przy rurze wydechowej, ponieważ dotyczy to właściwie całego globu. Nie zauważyliśmy negatywów. Jeśli chodzi o spodziewane pozytywy, to biopaliwa, jak np. mieszanki oleju napędowego i estrów mogą zmniejszać zadymienie spalin czy emisję cząstek stałych. Oczywiście ta emisja zależy w dużym stopniu od stanu technicznego silnika i jeżeli "leją wtryskiwacze", to żadne paliwo nie jest w stanie temu zapobiec. Do poddawanych obserwacji silników została wprowadzona nowa aparatura wtryskowa, w związku z tym praktycznie nie było nowych problemów zarówno w przypadku oleju napędowego, jak i w przypadku estrów. Wyniki otrzymywane sukcesywnie w trakcie trwania eksploatacji autobusów potwierdzały, że w obu przypadkach skład spalin był na podobnym poziomie.

Jak, Pana zdaniem, wyglądają prognozy dotyczące zasilania autobusów miejskich biopaliwami ?

Myślę, że jest to kierunek rozwojowy. Z dyrektywy UE wiemy, jaka będzie skala rozwojowa do 2020 r. Ukierunkowanie biopaliw, na pewne zamknięte floty pojazdów, które mogą być monitorowane, chociażby po względem stosowanych materiałów czy konstrukcji silnika, czy innych stosowanych urządzeń jak aparatury do ogrzewania zimnego silnika, zakłady komunikacji miejskiej spełniają wszelkie wymogi. Biopaliwa w Europie ukierunkowane są na takie właśnie zakłady.

Jednym z celów badania było określenie polskiej normy dopuszczalnej ilości estrów w oleju napędowym. Czy taka norma powstała i jak wyglądają obecnie uwarunkowania prawne w zakresie obowiązku stosowania składników roślinnych do paliw używanych w silnikach o zapłonie samoczynnym?

Ostatni wariant ustawy biopaliwowej został już zakwestionowany przez Trybunał Konstytucyjny. W związku z tym, ustawa ta nie funkcjonuje. Parlament pracuje nad kolejną ustawą o biopaliwach. Problem ten musi być rozwiązany tak, jak w krajach unijnych. Domyślam się, że nie będzie to działało na zasadzie obowiązku nałożonego na wytwórców co do ilości stosowanych biokomponentów. W innych krajach są to zachęty ekonomiczne polegające na narzuceniu odpowiedniej stawki podatku akcyzowego. W Polsce miało to miejsce w przypadku stosowania alkoholu w benzynach. Był to wtedy bardzo mocny argument w przypadku znaczącej ulgi. Jeżeli ulga ta jest za mała, to nie spełnia swojej roli.

Jeżeli chodzi o kwestię wymagań jakościowych, to należy odnieść się do polskiej normy będącej tłumaczeniem normy europejskiej. Określa ona wymagania dla czystego estru, jako paliwa stosowanego do silników wysokoprężnych. Taka norma funkcjonuje w Polsce. Nie jest ona wprowadzona na zasadzie narzuconego obowiązku, jednak producenci paliw mogą z takiej normy skorzystać. Jeżeli chodzi o wszelkiego rodzaju mieszanki olejów napędowych i estrów, to pojawia się problem. Polega on na tym, że do 5% estrów można wprowadzać (jeszcze nie w Polsce), traktując takie paliwo jako zwykły olej napędowy. Użytkownik nie musi wiedzieć o obecności estrów w paliwie kupowanym na stacji benzynowej. Tak wygląda norma europejska, która nie jest jeszcze przetłumaczona na język polski i nie istnieje jeszcze jako norma polska. Wszelkiego rodzaju mieszanki między 5% – 100% nie mają określonych prawnie wymagań. Nie wiadomo, czy da się stworzyć te wymagania na zasadzie polskiej normy. Każdy kraj europejski przyjął nieco inny wariant i inne proporcje tych mieszanek. Trudno zatem przewidzieć, jaką formułę prawną przyjmie minister gospodarki, który określa wymagania jakościowe dla paliw. Nie wiadomo, czy oprze się on na wynikach tego programu i przyjmie, że określa wymagania jakościowe dla mieszanki o proporcjach 30% estrów i 70% oleju napędowego i wprowadzi to jako obowiązujące wszystkich, którzy chcą wprowadzać biopaliwa. Może się to spotkać z zarzutem, że dla innej floty pojazdów właściwsza będzie mieszanka o proporcjach 50% na 50%. Wydaje mi się, że droga poprzez rozporządzenie czy normę nie jest tu możliwa. Muszą być przyjęte inne reguły. Należy zwracać uwagę na fakt, czy takie biopaliwa nie będą ucieczką od kontroli jakości. Jeżeli nie będą istniały wymagania, a wprowadzone będzie paliwo, które będzie miało dużo oleju napędowego i estrów, to paliwo takie powinno spełniać pewne minimalne wymagania ekologiczne. Nie może to być paliwo zawierające np. 0,3% siarki. Nie jest wykluczone, że minister gospodarki określi ekologiczne wymagania pozostawiając wymagania użytkowe do wyboru klienta czy użytkownika, który zdecyduje się na takie czy inne paliwo.

Wiemy, że Centralne Laboratorium Naftowe i MPK Kielce będzie prowadziło kolejny program badawczy. Na czym będzie on polegał?

MPK Kielce sprawdziło się w tego typu badaniach. Biorąc pod uwagę możliwość występowania kłopotów w prowadzonych badaniach eksploatacyjnych, należy pochwalić MPK Kielce jako właściwego partnera. Planując kolejne badania, dotyczące autobusów komunikacji miejskiej, dobrze byłoby korzystać z tego właśnie zaplecza. Paliwem, którego wykorzystanie chcielibyśmy w przyszłości przetestować, jest paliwo alternatywne, które miałoby poprawiać skład spalin. Paliwem tym byłaby emulsja oleju napędowego i wody. Jest to bardzo nietypowe paliwo, ponieważ z reguły boimy się wody znajdującej się w paliwie. Obawy te są uzasadnione, jeśli jednak zawartość wody waha się w granicach 10% – 15%, przy zastosowaniu określonych dodatków utrzymujących taką emulsję w stabilnym stanie, dodatków przeciwkorozyjnych i innych spełniających podobne funkcje, to wprowadzenie takiego paliwa do silnika wysokoprężnego wyraźnie poprawia skład spalin, ograniczając tym samym emisję tlenku węgla, nie spalonych węglowodorów i cząstek stałych, czyli tego, czego boimy się najbardziej w spalinach silników diesla. Takie mieszanki wykorzystywane są już w autobusach komunikacji miejskiej w kilku krajach europejskich, m. in. we Włoszech i we Francji. Jest to paliwo, które dla takich specjalnych zastosowań rokuje pewną nadzieję, stąd chcemy również taki program podjąć. Jednak teraz jest za wcześnie, by móc powiedzieć, kiedy to nastąpi.

Dziękuję za rozmowę.