Jak to jest z tym dieslem?

Gdzie leży problem w przypadku badania parametru odporności na utlenianie wg PN-EN 15751, olejów napędowych zawierających jako biokomponent estry metylowe kwasów tłuszczowych?

Publikacja: 13.03.2015 13:54

W dniu 10.02.2015r. w dzienniku Rzeczpospolita ukazał się artykuł pt. „Nieistotny parametr Diesla" napisany przez pana Tomasza Furmana. Biorąc pod uwagę przedstawione w nim informacje, Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy pragnie przedstawić swoją opinię w tej sprawie, która w innym świetle stawia poruszony w artykule problem badania parametru odporności na utlenianie wg PN-EN 15751, olejów napędowych zawierających jako biokomponent estry metylowe kwasów tłuszczowych.

Estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME) mają odmienny charakter chemiczny niż węglowodory będące podstawowym składnikiem obecnie produkowanych olejów napędowych. Udział 7 %(V/V) FAME w oleju napędowym o ultraniskiej zawartości siarki zmniejsza stabilność oksydacyjną paliwa, co powoduje przyspieszoną degradację paliwa w czasie jego magazynowania i eksploatacji. Stabilność paliwa to odporność paliwa na procesy degradacji i utratę właściwości paliwa spełniającego wymagania norm i specyfikacji. Olej napędowy zawierający FAME ulega degradacji w czasie magazynowania i eksploatacji w różnym stopniu zależnym od wielu czynników w następujący sposób:

• w kontakcie z tlenem z powietrza ulega procesom utleniania i autooksydacji;

• w wyższych temperaturach podlega procesowi rozkładu termicznego termooksydacyjnego;

• w kontakcie z wodą i wilgocią w czasie magazynowania i transportu ulega hydrolizie;

• w przypadku nienależytego utrzymania zbiorników w czystości ulega zakażeniu mikrobiologicznemu.

Utlenianie olejów napędowych z udziałem estrów kwasów tłuszczowych (FAME) to złożony proces. Rozpoczyna się od powstawania nadtlenków i wodoronadtlenków jako pierwotnych produktów utleniania, które uczestniczą w mechanizmie powstawania wtórnych produktów utleniania w postaci aldehydów, niskocząsteczkowych kwasów organicznych i wysokocząsteczkowych oligomerów kwasów tłuszczowych blokujących filtry paliwowe. Termiczna, oksydacyjna i termooksydacyjna stabilność oleju napędowego oraz jego chemiczna reaktywność zależy od składu frakcyjnego oleju napędowego, jakości i udziału FAME jako biokomponentu.

Rozwiązanie tego problemu leży po stronie producentów olejów napędowych. Wytwarzany olej napędowy musi charakteryzować się znaczną rezerwą (przewyższająca obowiązujące wymagania) w zakresie odporności na utlenianie, co można uzyskać dzięki stosowaniu efektywnych dodatków przeciwutleniających. Niezmiernie istotny jest również odpowiedni dobór pakietów dodatków uszlachetniających stosowanych do wytwarzania oleju napędowego.

Wynikiem utleniania są produkty zagrażające poprawnemu funkcjonowaniu silników z zapłonem samoczynnym, a zwłaszcza układów wtrysku paliwa typu HPCR (High Pressure Common Rail). Zatem, odporność na utlenianie jest jedną z najważniejszych właściwości użytkowo-eksploatacyjnych olejów napędowych zawierających FAME ze względu na ich niską stabilność.

W większości obecnie stosowanych układów HPCR, paliwo jest podawane z dużym (kilkakrotnym) nadmiarem do wtryskiwaczy paliwa co sprawia, że ta jego część, która nie została doprowadzona do komór spalania silnika trafia do przewodów przelewowych, a później ponownie do zbiornika paliwa. Nagrzane w pompie wysokiego ciśnienia, a następnie we wtryskiwaczach paliwo spływając do zbiornika paliwa ma temperaturę sięgającą 70 ÷ 80°C i powoduje podwyższenie temperatury znajdującej się w nim dużej ilości paliwa często do ponad 60°C. Pogłębia to procesy systematycznej, przyspieszonej degradacji paliwa i sprzyja powstawaniu osadów wewnętrznych na elementach wtryskiwaczy. Chwilowa temperatura oddziałująca na sprężone paliwo w końcówce rozpylacza może przekraczać nawet 300°C. Kwasy karboksylowe powstające na skutek procesów starzenia FAME powodują korozję elementów zawierających żelazo i tworzenie karboksylowych soli żelazowych sprzyjających powstawaniu osadów wewnętrznych.

Tymczasem, szybka ewolucja konstrukcji współczesnych układów wysokociśnieniowego wtrysku paliwa sprawiła, że są one coraz bardziej skomplikowane, ich elementy składowe są coraz mniejsze, a zarazem coraz dokładniej wykonane. Wytworzone na skutek procesów starzenia FAME osady, mają bardzo szkodliwy wpływ na pracę takich układów i mogą doprowadzić nawet do ich awaryjnego uszkodzenia. Wpływ ten jest tym większy im bardziej nowoczesny jest układ wtrysku paliwa. Silne przyleganie, na skutek adhezji, osadów do powierzchni roboczych elementów wtryskiwaczy powoduje zaburzenia zarówno w ilościowym jak i jakościowym podawaniu (wtryskiwaniu) paliwa do komór spalania w czasie. Wynika to z powstawania znacznych różnic pomiędzy rzeczywistym początkiem wtrysku paliwa, a początkiem określonym na podstawie sygnałów sterujących pracą wtryskiwacza. Skutkiem tego jest niedopuszczalne rozstrojenie częściowych dawek paliwa wtrysku wielokrotnego. Prowadzi to między innymi do:

• zmniejszenia osiągów silnika;

• niestabilnej praca silnika na biegu jałowym;

• nierównomiernej praca silnika;

• trudności z uruchomieniem silnika;

• wzrostu zużycia paliwa;

• wzrostu emisji składników szkodliwych w gazach spalinowych silnika.

W dalszym rozwoju precyzyjnie działających układów wtrysku paliwa upatruje się dużego potencjału w zakresie ograniczenia emisji szkodliwych składników spalin z silników Diesla. Jednak warunkiem spełnienie pokładanych w nich oczekiwań będzie nie tylko rozwój ich konstrukcji, ale także zagwarantowanie utrzymywania parametrów pracy układów HPCR podczas długotrwałej eksploatacji pojazdu. O tym z kolei decydowało będzie skuteczne przeciwdziałanie tworzeniu się osadów wewnętrznych na powstawanie, których duży wpływ ma niska stabilność paliw, w szczególności zawierających FAME.

Metoda badawcza PN-EN 15751 „Paliwa do pojazdów samochodowych - Estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME) jako samoistne paliwo i ich mieszaniny z olejem napędowym - Oznaczanie stabilności oksydacyjnej metodą przyspieszonego utleniania", jest jedną z dwóch metod wskazanych do oznaczania odporności na utlenianie zgodnie z aktualnie obowiązującą normą na olej napędowy PN-EN 590:2013-12. Wymaganie to zostało wprowadzone do normy europejskiej EN 590 podczas jej nowelizacji w roku 2009, w tym samym roku zostało również wprowadzone do normy polskiej PN-EN 590. Do roku 2009 jedyną metodą badania odporności na utlenianie była metoda wg PN-EN ISO 12205, którą opracowano dla potrzeb oceny tego parametru w odniesieniu do paliw o charakterze czysto węglowodorowym. Wprowadzenie do oleju napędowego FAME, początkowo w ilości, 5 a obecnie 7 %(V/V), spowodowało konieczność rozszerzenia kryteriów oceny

takich paliw. Było to możliwe dopiero po opracowaniu nowej metody badania stabilności oksydacyjnej PN-EN 15751, która dzięki przyjętym kryteriom oceny,

pozwoliła w sposób bardziej precyzyjny określić odporność na utlenianie paliwa zawierającego tego rodzaju biokomponent. W chwili obecnej jest to jedyna obowiązująca i w pełni dopracowana metoda badawcza umożliwiająca rzeczywistą ocenę odporności na utlenianie olejów napędowych zawierających biokomponent FAME z punktu widzenia ich walorów użytkowo-eksploatacyjnych.

Paliwa silnikowe, pozostające w obrocie handlowym w Polsce, muszą spełniać wymagania określone w europejskich specyfikacjach, a ich jakość jest w tym zakresie monitorowana. Oleje napędowe z dodatkiem FAME powinny być jednakowo rygorystycznie oceniane, dlatego też pominięcie w obowiązujących na terenie Polski obligatoryjnych wymaganiach dla oleju napędowego, jednego z kluczowych, z punktu widzenia jakości paliwa, badania odporności na utlenianie wg PN-EN 15751, może doprowadzić do pojawienia się na rynku olejów napędowych o pogorszonej stabilności i odporności na procesy starzeniowe. Do oceny jakości olejów napędowych zawierających FAME w zakresie odporności na utlenianie niezbędne są obie metody: PN-EN ISO 12205 i PN-EN 15751. Jest to istotne, ponieważ pomiędzy wynikami odporności na utlenianie uzyskanymi tymi metodami nie ma żadnej korelacji. Obie przedstawione metody oceniają różne mechanizmy utleniania i starzenia oraz ukierunkowane są na całkowicie odmienne rodzaje związków chemicznych (PN-EN ISO 12205 – węglowodory, PN-EN 15751 – FAME).

Podsumowując, obecność w wymaganiach dla oleju napędowego badania odporności na utlenianie wg metody PN-EN 15751 jest niezbędne ze względu na zapewnienie odpowiednich parametrów jakościowych oleju napędowego zawierającego FAME, które gwarantowałyby jego bezpieczną eksploatację. Należy podkreślić, że biorąc pod uwagę najbliższe wytyczone kierunki rozwoju silników Diesla znaczenie tego parametru będzie coraz większe. Usunięcie tego parametru z obowiązujących wymagań dla oleju napędowego oraz z programu monitorowania jego jakości realizowanego przez UOKiK, nie rozwiąże istniejącego problemu, spowoduje natomiast niezgodność z wymaganiami dla oleju napędowego, określonymi w aktualnej normie europejskiej PN-EN 590. Taka zmiana wymagań jakościowych, przyczyni się również do pogorszenia jakości oleju napędowego na rynku krajowym i narazi użytkowników na zwiększenie awaryjności eksploatowanych przy zastosowaniu tego paliwa pojazdów silnikowych.

Klient stacji paliw, musi mieć zagwarantowane, że kupuje paliwo o jakości w pełni zgodnej z wymaganiami odpowiedniej specyfikacji (w przypadku silników Diesla: PN EN 590), gdyż do eksploatacji tylko takiego paliwa zobowiązuje go producent pojazdu, podając powyższą informację w instrukcji eksploatacji pojazdu. Wprowadzenie sugerowanych w artykule zmian w zakresie obowiązujących wymagań, które podlegają krajowemu programowi monitorowania jakości oleju napędowego, byłoby świadomym działaniem przeciw interesom użytkowników tych paliw.

- Maria Ciechanowska, dyrektor Instytutu Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy.

- Wiesława Urzędowska, z-ca dyrektora ds. Technologii Nafty – Państwowy Instytut Badawczy.

Opinie Ekonomiczne
Witold M. Orłowski: Wojna orła ze smokiem
Opinie Ekonomiczne
Dr Mateusz Chołodecki: Czy można skutecznie regulować rynki cyfrowe
Opinie Ekonomiczne
Marcin Piasecki: Marzenie stanie się potrzebą
Opinie Ekonomiczne
Maciej Miłosz: Król jest nagi. Przynajmniej ten zbrojeniowy
Opinie Ekonomiczne
Krzysztof Adam Kowalczyk: Dlaczego znika hejt na elektryki