PLYNNÉ BIOPALIVÁ    Použitie plynných palív v motoroch s vnútorným spaľovaním nie je nové. Už v roku 1860 belgický inžinier J.E. Lenoir zostrojil dvojtaktný plynový motor. V roku 1876 ho nasledoval nemecký inžinier N. Otto (konštruktér benzínového motora), ktorý postavil štvortaktný motor na stlačený plyn. Podľa dostupných údajov prvý Ottov motor poháňaný bioplynom bol skonštruovaný v Indii v roku 1907.  Počas 2. svetovej vojny bol v Európe veľmi rozšíreným plynným palivom drevoplyn. Drevoplyn používali tak osobné ako aj nákladné a vojenské vozidlá. Len vo Francúzsku sa v roku 1943 pohybovalo na cestách viac ako  60 tisíc vozidiel vybavených zariadením na splyňovanie drevného uhlia. Vo Švédsku počet týchto vozidiel dosiahol 75 tisíc. Mnoho vozidiel na drevoplyn sa však pohybovalo aj na našich cestách a starší ľudia si na ne ešte dobre pamätajú.

Obidve palivá tak drevoplyn ako aj bioplyn je možné použiť v benzínových a naftových motoroch. Je však potrebné v nich urobiť isté úpravy, hlavne zmeniť kompresný pomer na asi 13:1. Úprava naftového motora je o niečo zložitejšia, avšak tým že tento motor je odolnejší, často sa plynné palivá využívajú na pohon poľnohospodárskych vozidiel.

VLASTNOSTI BIOPLYNU A DREVNÉHO PLYNU
Výhodou plynných palív je, že pri spaľovaní sa lepšie miešajú so vzduchom, a preto lepšie horia ako kvapalné palivá. Ďalšou výhodou týchto palív v porovnaní s benzínom a naftou je, že majú vyššie oktánové číslo. Vyššia kvalita plynných palív umožňuje použitie vyššieho kompresného pomeru - až do 10:1 v benzínových spaľovacích motoroch a 15:1 v naftových motoroch, čo má za následok vyšší výkon a účinnosť motora.

Z energetického hľadiska však plynné biopalivá nedosahujú úroveň napr. zemného plynu (35 MJ/m3). Energetický obsah drevoplynu je tiež podstatne nižší ako bioplynu a jeho minimálna hodnota predstavuje len asi 5,6 MJ/m3 (bioplyn - 21,6 MJ/m3). Zloženie bioplynu a drevoplynu však nie je konštantné a mení sa v závislosti na podmienkach ich výroby v digestore alebo splynovači. V drevoplyne je najdôležitejšou energetickou zložkou vodík. V bioplyne je to metán, ktorý má výhrevnosť 35,9 MJ/m3 (10 kWh/m3).
Porovnanie vlastností niektorých palív:

BIOPLYN
Vzhľadom na to, že bioplyn neustále vzniká pri hnití organických odpadov, jeho využitie pre energetické účely takto predstavuje jeden z najekonomickejších spôsobov ekologického zneškodňovania odpadov.  Ekonomika výroby bioplynu, ktorý má skutočne široké použitie, závisí na možnosti jeho využitia hlavne v poľnohospodárskych podnikoch, kde sa jeho výroba ukazuje ako najekonomickejšia. Z hľadiska použitia je najjednoduchšie spaľovanie bioplynu s následným získavaním tepla na vykurovanie alebo ohrev vody. V lete však vzniká problém s nadbytkom tepla, a preto je vhodné využiť bioplyn na iné účely. Do úvahy prichádza hlavne spaľovanie bioplynu v plynovom motore s následnou výrobou elektriny, ktorej využitie je všestranné. Inou možnosťou je vyrábať bioplyn, stláčať ho a použiť ho v motorových vozidlách napr. ako palivo v traktoroch.

VÝROBA BIOPLYNU
Každá organická hmota po odumretí podlieha rozkladu. Ak tento proces prebieha účelovo bez prítomnosti kyslíka (tzv. anerobické vyhnívanie) dochádza k vzniku bioplynu. Bioplyn sa v súčasnosti získava hlavne zo skládok komunálneho alebo z poľnohospodárskeho odpadu, kde vzniká pri vyhnívaní organických zvyškov. Uvedenú reakciu je možné zapísať nasledovne :

Bioplyn skladajúci sa hlavne z metánu (60-70%) a oxidu uhličitého (30-40%) predstavuje hodnotné palivo. Proces anerobického vyhnívania organických zvyškov prebieha v nádržiach bez prístupu vzduchu. Okrem bioplynu vzniká v nádrži aj tuhý odpad, ktorý je vhodným hnojivom pre poľnohospodárske účely. Uvedená výroba je perspektívna hlavne pre poľnohospodárske družstvá, čističky odpadových vôd alebo skládky komunálneho odpadu, kde vzniká tzv. kalový plyn. Hoci výroba bioplynu pre energetické účely je vo svete bežná, na Slovensku existuje len veľmi málo takýchto zariadení. Pár čističiek odpadových vôd a len jedno zariadenie využívajúce hnojovicu v poľnohospodárskom družstve Bátka nezodpovedajú našim možnostiam.  Bioplyn vyrobený v Bátke sa využíva na kombinovanú výrobu elektriny a tepla. Bioplyn z čističiek odpadových vôd sa používa na prípravu teplej vody. Využitie tohto paliva v motorových vozidlách však u nás neexistuje. Vysoká koncentrácia zvierat v našich poľnohospodárskych podnikoch predstavuje značný kapitál z hľadiska potenciálnej výroby bioplynu. Na Slovensku je t.č. ustajnených približne jeden milión kusov dobytka, ktorý ročne vyprodukuje 10 mil. ton hnoja. Hnoj vznikajúci pri živočíšnej výrobe často vyvoláva problémy spojené s ochranou spodných vôd a zaobchádzanie s ním sa viaže na dodatočné finančné náklady. Potenciálna výroba bioplynu takto predstavuje až 230 milión m3 ročne, pričom jeho energetická hodnota je 5,4 PJ resp. 1,5 miliardy kWh. Bilancia výroby bioplynu z tuhého živočíšneho odpadu je nasledujúca: pri retenčnej dobe asi 20 dní a teplote 32 °C je možné z každého kilogramu hnoja získať asi 0,3 - 0,45 m3 bioplynu. Uvedené množstvo zodpovedá energetickému obsahu asi 8,6 MJ alebo energii 2,4 kWh. Priemerné hodnoty produkcie bioplynu, ktoré je možné očakávať pre hnoj od rôznych zvierat sú uvedené v nasledujúcej tabuľke:

ENERGETICKÁ BILANCIA BIOPLYNU
Bioplyn sa väčšinou vyrába z odpadu zo živočíšnej výroby (hnoj). V takomto prípade je energetická bilancia vysoko pozitívna, pretože predstavuje vlastne likvidáciu odpadu.  Výroba bioplynu s pozitívnou energetickou bilanciou je však možná aj z rastlinných odpadov ako je siláž alebo niektoré druhy tráv. Pre silážnu trávu osobitne pestovanú pre tento účel vychádza nasledujúca energetická bilancia. Z jedného hektára je možné získať až 50 ton tejto suroviny, čo predstavuje asi 10 ton suchej hmoty alebo 170 GJ energie. Získaná energia je uvolnená vo forme bioplynu, vznikajúceho tepla a hnojiva. Samotná energetická hodnota bioplynu získaná z jedného hektára je 62,3 GJ/ha a celá energetická bilancia je uvedená v nasledujúcej tabuľke:

POUŽITIE BIOPLYNU V SPAĽOVACÍCH MOTOROCH
V princípe je možné upraviť na bioplyn každý naftový motor. Ukazuje sa, že hoci motorové vozidlá by mohli používať bioplyn ako náhradu za klasické palivá, väčšina z nich nemá dostatočné priestory na skladovanie plynu, ktorý by im umožnil prijateľne dlhý dojazd. Z uvedeného dôvodu sa bioplyn v súčasnosti využíva hlavne v stacionárnych motoroch. Použitie bioplynu vo vozidlách má však niekoľko výhod oproti klasickým palivám.

Bioplyn má vyššie oktánové číslo ako benzín alebo nafta, čo vedie k vyššej účinnosti motora pri vyššom kompresnom pomere. Metán však pomaly horí, a preto je potrebné nastaviť predzápal tak, aby dochádzalo k jeho úplnému spáleniu v motore a aby neunikal do výfuku. Výfukové ventily sú tiež vystavené vyššej teplote a skôr sa opotrebujú. Inou nevýhodou bioplynu je, že obsahuje sírovodík v zastúpení približne 0,4%, ktorý má nepríjemný zápach a navyše spôsobuje znehodnocovanie oleja a nutnosť jeho častejšej výmeny.

Naftové motory je možné upraviť na používanie bioplynu, tak že časť nafty sa spotrebuje na zapaľovanie zmesi (duálny systém palivovej zmesi). Pôvodný systém zapaľovania nafty si vyžaduje len minimálnu úpravu. Nastavenie predzápalu o 3 až 4 stupne býva dostatočné. V duálnych systémoch býva dostatočné zastúpenie nafty na úrovni 10%. Pri nižších výkonoch však 10% nafty dodáva až 40% energie. Zo skúseností vyplýva, že vyššie zastúpenie bioplynu si vyžaduje chod motora na vyššom výkone. Spotreba bioplynu pri plnom výkone motora  je uvedená v nasledujúcej tabuľke.

EMISIE
Pri správne nastavených otáčkach motor na bioplyn produkuje menej emisií hlavne oxidu uhoľnatého a oxidov dusíka ako motor na benzín alebo naftu. Vznikajúce uhľovodíky majú tiež nižšiu reaktivitu ako v prípade spaľovania klasických palív, a preto vedú k nižšej tvorbe smogu. Nevýhodou je prítomnosť sírovodíku v emisiách.

DREVOPLYN
Pri výrobe drevoplynu dochádza k premene tuhých palív (najčastejšie dreva) na plynné s cieľom získať čo najvyšší obsah energie v plynnej forme. Podstatné na celom procese však je zabezpečenie dostatočnej čistoty plynu. Ku splyňovaniu organického materiálu dochádza tak, že vzduch prechádza cez  predohriaty materiál, pričom v ňom prebieha chemická reakcia s následným vznikom drevoplynu a ako nespáliteľný zvyšok sa tvorí popol. V mnohých splyňovacích zariadeniach, pripojených k motoru, sa súčasne využíva ťah vzduchu a pohyb piestov vo valcoch. Zloženie drevného plynu sa mení v závislosti na použitej biomase a obsahu vlhkosti v palive . Bežné zloženie drevoplynu je nasledujúce:

ENERGETICKÁ BILANCIA
Energetická bilancia vyjadrujúca pomer získanej a vloženej energie je pre väčšinu biopalív pozitívna, čo platí aj pre drevoplyn. Drevoplyn je možné získať nielen z dreva, ale aj z viacerých iných vstupných surovín ako je napr. slama, škrupiny z orechov alebo obilie. Potenciál získania drevoplynu z dreva alebo zo slamy je veľký, čo je možné dokumentovať na nasledujúcom príklade. Pri pestovaní obilia je možné z jedného hektára získať asi 6400 kg slamy. Keďže slamu je možné považovať za odpad pri produkcii obilia, nie je potrebné uvažovať energiu vloženú na jej pestovanie. V bilancii vystupuje len jej doprava a spracovanie, ktoré predstavujú asi 20,1 GJ/ha. Zisk energie je asi 57,1 GJ/ha, z čoho vychádza pozitívna energetická bilancia v pomere približne 1:2,8 (vložená/získaná energia).

POUŽITIE DREVOPLYNU V SPAĽOVACÍCH MOTOROCH
Drevoplyn v motoroch s vnútorným spaľovaním je možné využiť tak na pohon vozidiel ako aj na výrobu elektrickej energie (stacionárne motory). Motor automobilu si však vyžaduje isté úpravy, pretože chemické vlastnosti zmesi drevoplynu a vzduchu sa výrazne odlišujú od zmesi vzduchu a benzínu (resp. nafty).
 Dnes používaný kompresný pomer pre osobné vozidlá sa pohybuje na úrovni 9 - 10:1 pre benzín super. Priame použitie drevoplynu v takomto motore by znamenalo zníženie jeho výkonu o 30 až 40% . Existuje niekoľko možností obmedzenia týchto strát výkonu:

* trvalý chod motora na vyššie otáčky bez nutnosti jeho úpravy,
* preplňovanie alebo turbovstrekovanie drevoplynu do motora s cieľom zvýšenia kompresného pomeru,
* systém dvojitého paliva.

Používanie neupraveného motora je technicky možné a je aj príťažlivé z hľadiska finančných nákladov. Táto možnosť je výhodná hlavne v prípadoch, kedy chod motora prebieha  väčšinou na polovičnom výkone a chod na plný výkon nie je dôležitou požiadavkou. Takýmito aplikáciami sú napríklad čerpadlá vody, určite však nie motorové vozidlá, ktoré často využívajú plný výkon motora. V tejto súvislosti je potrebné rozlišovať medzi účinnosťou motora a jeho výkonom. Skutočná účinnosť benzínového motora je len mierne ovplyvnená spaľovaním drevoplynu. Pri využívaní drevoplynu sa preto vyberá veľkosť motora tak, aby bol zohľadnený pokles výkonu.

Drevoplyn sa v minulosti bežne využíval na pohon automobilov.

Vo všeobecnosti je možné povedať, že aj keď je bioplyn a drevoplyn možné využiť ako palivo, v motorových vozidlách táto možnosť sa nevyužíva. Hlavným dôvodom je, že bioplyn, keď sa už vyrobí, je možné lepšie zhodnotiť pri výrobe elektrickej energie a tepla. Drevoplyn vzhľadom na nižšiu energetickú hustotu paliva dnes prakticky stratil akýkoľvek význam.