HISTÓRIA
Zavedenie tohto názvu - oktánové číslo (OČ) v roku 1927 bol pioniersky čin výrobcov a používateľov benzínu ako pohonnej látky pre automobily. V tom čase sa predávali na čerpacích staniciach benzíny s číslom 60 respektíve 70, ktoré by v súčasnosti už nevyhovovali moderným automobilom. Ale o tom práve pojednáva tento článok. Od toho roku, teda už 90 rokov, sa názov na označovanie kvality benzínov začal postupne zavádzať do praxe. Zároveň sa zvyšovala aj kvalita motorových palív a ich OČ vo všetkých krajinách na celom svete.
Keď nahliadneme do histórie aplikácie pohonných látok, bola kvalita používaných motorových benzínov v porovnaní s dnešnými automobilovými benzínmi na veľmi nízkej úrovni. Na začiatku to boli primárne benzíny, ktoré sa získali priamou destiláciou surovej ropy a obsahovali rôzne typy uhľovodíkov s nízkym bodom varu, ako napr. bután, pentány hexány, heptán atď, nízky obsah aromátov (naftény, cykloalkány), neobsahovali žiadne olefíny (alkény) a mali nízke oktánové číslo (OČ).
Na zvýšenie OČ benzínov sa dlhý čas používali rôzne prísady, ale predovšetkým tetraetylolovo a tetrametylolovo, ktoré boli schopné zvýšiť OČ až o 10 jednotiek. Avšak pre škodlivosť týchto olovo obsahujúcich prísad sa ich používanie u nás skončilo v 80. rokoch 20 storočia.

ČO JE OČ?
Oktánovým číslom sa hodnotí odolnosť benzínu (ako i iných palív pre zážihové motory) proti detonačnému spaľovaniu (klepaniu motora).
OČ paliva sa zisťuje porovnávaním na skúšobnom zariadení (WAUKESHA) s referenčným palivom. OČ paliva odpovedá percentuálnemu objemovému podielu čistého izooktánu (C8H18) v zmesi s n-heptánom (C7H16), ktoré sa na skúšobnom stroji začína detonačne spaľovať pri rovnakom kompresnom pomere ako porovnávané palivo.
Čistý izo- oktán má OČ 100 a naproti tomu n- heptán má OČ 0 (nulové).
Napr. OČ 95 znamená, že palivo je rovnako odolné proti samovznieteniu, ako zmes pozostávajúca z 95 % izo-oktánu a 5 % n-heptánu.
OČ je jeden zo základných kvalitatívnych parametrov motorových palív pre zážihové motory.
OČ merané výskumnou metódou (OČ VM) je stanovené pri 600 otáčkach/min, stálom predstihu 13° a teplote nasávanej zmesi 52°C. Je vhodné pre popis správania sa paliva (motora) pri nízkych otáčkach motora.
OČ merané motorovou metódou je určené pri 900 otáčkach/min, automaticky regulovanom predstihu zapaľovania v rozsahu 19 – 26°C a teplote nasávanej zmesi 149°C. Popisuje hlavne správanie motora pri prevádzke vo vyšších teplotách.
Rozdiel OČ rovnakého paliva meraných oboma metódami býva 2 – 12 jednotiek.
OČ merané MM je typicky o cca 10 jednotiek nižšie.
V praxi sa vo väčšine krajín uvádza OČ podľa VM. OČ podľa MM je však definované v normách.
OČ pre daný typ motora by malo byť vyššie ako jeho oktánová požiadavka, mení sa od otáčok motora a počtu najazdených kilometrov. Nárast oktánovej požiadavky je spôsobený usadeninami v spaľovacom priestore motora, ktoré menia kompresný pomer.
Pri viacbodovom vstrekovaní benzínu a najmä systéme s priamym vstrekovaním (GDI) sa musia pridávať tzv. mazivostné prísady, najmä pri používaní bezsírnych benzínov (10ppm S) a zníženým množstvom aromátov.
Súčasné motorové benzíny obsahujú biozložky, ako sú metyl a etyltercbutyléter a /alebo bezvodý etanol (99%-ný).
Dnešné benzíny nesmú obsahovať olovnaté prísady a obsah síry nesmie prekročiť 10 ppm /kg.
Automobilové benzíny sa v Európe vyrábajú podľa normy EN 228, ktorá je platná aj v SR.
Od apríla 2017 čaká na benzínkach všetkých motoristov, nielen u nás, ale aj 27 krajinách Európskej únie, nové označovanie pohonných látok do automobilov so zážihovým (benzínovým) a vznetovým (naftovým) motorom. Informácia bola uverejnená na webovej stránke www.engineering.sk .

DETONAČNÉ SPAĽOVANIE BENZÍNU
Detonačné spaľovanie benzínu nastáva pri dostatočne vysokých teplotách a tlakoch vo valci v závislosti od odolnosti paliva. Prejavuje sa to tak, že rýchlosť spaľovania dosahuje rýchlosť zvuku a v priestore valca sa šíria rázové vlny, ktoré sa odrážajú od vnútorných stien spaľovacieho priestoru. Tieto zvuky je možné rozoznať sluchom, preto sa laicky nazýva tento jav „klepanie motora“ (Wikipedia).

AUTOMOBILOVÉ BENZÍNY
Zdokonaľovanie benzínových motorov viedlo následne aj k výrobe kvalitnejších motorových benzínov. Na získanie vysokokvalitných benzínov s vysokým OČ sa aplikujú rôzne technologické procesy, ako sú:

IZOMERIZÁCIA
Je to proces, pri ktorom sa mení usporiadanie atómov v štruktúre molekuly. Primárny benzín obsahuje hlavne n-pentán a n-hexan a málo rozvetvené C5 izoméry. Tieto uhľovodíky sa izomerizáciou premenia na izo-pentán a viac rozvetvené C6 uhľovodíky, ktoré už majú väčšie OČ, nižší bod tuhnutia a bod varu než odpovedajúce n-alkány. Izomerizácia je katalytický proces, ktorý prebieha v prítomnosti H2.

REFORMOVANIE
Tento proces je kombináciou dehydrogenačných, izomerizačných a hydrogenačne- krakovacích reakcií, ktoré prebiehajú na dvoj funkčných katalyzátoroch (Pt nanesené na Alumine).
Reformovaný benzín obsahuje 50 – 60% aromátov, 30% alkánov a 10 – 15 % cykloalkánov.

HYDROGENAČNÁ RAFINÁCIA
Ešte pred reformovaním benzínu sa musia z neho hydrogenačným procesom najprv odstrániť sírne a dusíkaté zlúčeniny, ktoré sú jedom pre katalyzátor Pt na Alumine.
Produkty z uvedených procesov sa použijú ako základné zložky na výrobu finálnych produktov o rôznom oktánovom čísle a požadovaných funkčných vlastnostiach. To je iba prvý krok k získaniu moderných automobilových benzínov s vysokými kvalitatívnymi parametrami.
Okrem uvedených procesov existujú ešte ďalšie technologické procesy a postupy, ktoré si výrobcovia pohonných látok chránia pred konkurenciou. Ale často krát sú to len marketingové a iné utajované veci, ktorých cieľom je získanie a predaj vysoko kvalitných benzínov spĺňajúcich požiadavky najmodernejších vyrábaných a predávaných súčasných automobilov rôznych značiek od rôznych výrobcov.

Aby automobilové benzíny spĺňali všetky požiadavky moderných automobilov s preplňovaným motorom a s najmodernejším vstrekovacím systémom, mali by sa vyrábať iba z kvalitných základových zložiek a ďalej ešte vylepšovať najmodernejšími multifunkčnými prísadami, ktoré zabezpečujú motor proti korózii, oxidácii paliva a opotrebovaniu celého palivového systému od palivovej nádrže, cez čerpadlo, vstrekovací systém (staršie autá majú ešte karburátory), spaľovaciu komoru (motor), výfukové potrubie s katalyzátorom, alebo ešte aj bez katalyzátora.

Multifunkčné prísady s detergentno - dispergačným účinkom zabraňujú vzniku usadenín v palivovom systéme a v spaľovacom priestore motora, peneniu pri čerpaní paliva a napomáhajú separácii vody v palive, najmä pri extrémnych nízkych teplotách v zimných mesiacoch.
Keď to nakoniec zhrnieme, tak od súčasných automobilových benzínov sa požaduje, aby vyhovovali nielen štandardným, ale aj najmodernejším automobilom, boli ekonomické a ekologické a chránili čistotu životného prostredia a spĺňali tieto parametre:
- mali požadované oktánové číslo a zabezpečovali vysoký výkon motora a akceleráciu
- bezproblémový štart a chod motora za každých prevádzkových podmienok
- neobsahovali síru a zabezpečovali čistotu palivovej sústavy
- čisté spaľovanie, nižšiu spotrebu a nižšie emisie škodlivín vo výfukových plynoch
- odstraňovanie usadenín a nečistôt z motora, ventilov a vstrekovačov paliva.
V súčasnosti sú na čerpacích staniciach k dispozícii automobilové benzíny s OČ 95 až 100 plus. Za kvalitu pohonných látok na čerpacích staniciach, vo veľkoskladoch a termináloch zodpovedá Slovenská inšpekcia životného prostredia (SIŽP).
Pri pravidelnom testovaní pohonných látok napr. na čerpacích staniciach sa SIŽP v spolupráci s certifikovanou externou inštitúciou zameriavajú na niektoré vybrané parametre, ako sú napr. obsah aromátov, tlak pár podľa Reida, oktánové číslo apod., s cieľom kontroly, či spĺňajú predpísané parametre podľa STN EN 228 pre benzíny a STN EN 590 pre motorové nafty.

TESTOVANIE PREDÁVANÝCH BENZÍNOV
Ak sa nedodržia predpísané parametre benzínov podľa STN EN 228, môžu sa nastať napr. tieto následky:
Zvýšený obsah aromátov v automobilových benzínoch (95 OČ) nepriaznivo ovplyvňuje zloženie výfukových plynov, narastá množstvo benzénu v emisiách. Okrem toho to má za následok zvýšenie emisií CO2 a celkových emisií, ktoré odchádzajú do ovzdušia a negatívne pôsobia na životné prostredie.
Ak benzín obsahuje zvýšený podiel prchavých zložiek, najmä v letných mesiacoch dochádza k nežiaducemu úniku týchto ľahkých uhľovodíkov, ktoré potom negatívne pôsobia na životné prostredie a môžu predstavovať aj zvýšené riziko výbuchu alebo požiaru.
Nízke OČ benzínu môže zvýšiť spotrebu, čo nepriaznivo ovplyvňuje životnosť motora, zhoršuje jeho účinnosť s následným zvýšením obsahu toxických látok vo výfukových plynoch. Nižšie OČ taktiež spôsobuje klepanie motora, čo môže viesť k jeho vážnemu poškodeniu.
Všetky používané prísady sú vysokokvalitné látky s multifunkčnými vlastnosťami. U niektorých prísad sa funkčné účinky prekrývajú. Tak napr. antioxidačné prísady zmenšujú množstvo látok vytvárajúcich laky a zosilňujú tak efekt detergentných prísad, zmenšujú množstvo produktov oxidácie kyslého charakteru, čím znižujú koróziu.
Antikorózne prísady pasivujú katalytické povrchy kovov, z ktorých sú vyrobené zásobníky palív a čerpacích – dávkovacích systémov palív v automobiloch, čím znižujú možnosti oxidácie palív.
Pri formulácii finálnych palív, a to motorového benzínu a motorovej nafty, sa využívajú poznatky tribológie a tribotechniky, ako i synergický efekt vzájomných kombinácií aplikovaných prísad, aby sa zvýšila ich účinnosť, resp. použilo sa menšie množstvo prísad, čo má značný ekonomický efekt pre výrobcu palív.

EURÓPSKE NORMY PRE EMISIE VO VÝFUKOVÝCH PLYNOCH Z AUTOMOBILOV
Pri spaľovaní použitých pohonných látok v benzínových a naftových motoroch vznikajú výfukové plyny (exhaláty), ktoré obsahujú rôzne plynné emisie škodlivých látok, ako sú oxid uhoľnatý CO, oxid uhličitý CO2, oxidy dusíka NOX, nespálené uhľovodíky HC + NOX, a neškodná vodná para H2O.
Okrem týchto plynných emisií sa dostávajú do ovzdušia aj niektoré tuhé častice (TČ) (často v literatúre nesprávne uvádzané pevné látky, pretože máme skupenstvá plynné, tekuté a tuhé), ako sú napr. sadze, najmä z naftových motorov.
Uvedené emisie sú veľmi škodlivé nielen pre ľudský organizmus (ale aj pre faunu a flóru). To spôsobilo, že si to začali uvedomovať ľudia, ktorí pracujú v zdravotníctve, v životnom prostredí, ekonomike a možno povedať, že všeobecne vo všetkých odboroch národného hospodárstva. Došlo to až tak ďaleko, že sa s touto problematikou začali zaoberať a podľa mňa až príliš neskoro, pretože prvé normy pre emisie vo výfukových plynoch uzákonila v EÚ EHK až v roku 1992, keď vydala Hodnoty emisných limitov platných v Európe pre motory s benzínovým a naftovým motorom.

V súčasnosti sú aktuálne najmä normy EURO 5 a EURO 6 pre benzínové a naftové automobily, ktoré jazdia v Európe, ale tieto normy platia aj pre autá vyrobené v európskych automobilkách a exportovaných do celého sveta.
Norma Euro 5 je zameraná na obmedzovanie emisie látok, ktoré podporujú vznik ozónu, ako sú: NOX, nespálené uhľovodíky a tuhé častice.
Norma EURO 6 je zameraná na testovanie a kontrolu obsahu NOX a tuhých častíc vo výfukových plynoch. Vyžaduje si to kvalitnejšie spaľovanie motorovej nafty, aby ich vznikalo čo najmenšie množstvo.
Napríklad US norma pre NOX platí pre všetky motory rovnako, a to ako pre benzínové, tak aj pre naftové a stanovená hodnota je max.0.02 – 0.04 g/km.
Pre motory po ubehnutí 200 tisíc km je pre ne stanovená hodnota max. 0.06 g/km.
Naftové motory v osobných automobiloch nie sú v niektorých krajinách veľmi populárne, preto tam uprednostňujú používanie automobilov s benzínovým motorom. Tak napr. v Číne je to až 99%, v Japonsku 79 % a v USA až 75 % automobilov.
V USA tvoria doplnok ostatných 20 % hybridy s kombináciou motora na benzín alebo alternatívne palivá a elektromotora.

ZNIŽOVANIE EMISIÍ
Pre znižovanie emisií oxidov dusíka (NOx) v odchádzajúcich výfukových plynoch dieselových motorov sa úspešne aplikuje 32,5 % vodný roztok močoviny( NH2)2CO (AdBlue) do výfukového potrubia pred katalyzátor SCR (Selective Catalyse Reduction), kde zreaguje močovina s prítomnými NOx na N2, CO2 a H2O.
Sprísňovať sa budú aj ďalšie limity, ako je CO2, čo znamená zníženie spotreby paliva na 2,7 l/100 km. Toto vysoké zníženie spotreby paliva sa však odrazí na zvýšení nákladov na výrobu automobilu a prirodzene tým aj na jeho cene u koncového kupujúceho a užívateľa.
Znižovanie celkových emisií majú v rukách výskumníci, vývojári, konštruktéri motorov napr. v oblasti kompresného pomeru, ktorým sa ovplyvňuje teplota spaľovania, čo má vplyv na tvorbu NOX. Aj výskumníci v petrolejárskom priemysle a výrobcovia pohonných látok musia prispieť svojim podielom k znižovaniu emisií vo výfukových plynoch automobilov všetkých typov. A napokon aj samotní motoristi musia svojou racionálnou jazdou prispieť k znižovaniu škodlivých emisií vo výfukových plynoch svojich automobilov.
Na zachytenie tuhých častíc a sadzí v exhalátoch je zaradený do výfukového potrubia filter tuhých častíc, ktorý zachytí prakticky všetky tuhé častice. Napriek týmto pokrokovým zlepšeniam sa však objavili v ostatnom čase správy, že napr. v Nemecku a vo Francúzsku uvažujú v budúcnosti so zákazom používania automobilov s naftovým motorom v mestách.
Je tu veľká výzva pre tribológov, strojárov, výskumných a vývojových pracovníkov v automobilovom priemysle, aby začali riešiť tento naliehavý a aktuálny problém s emisiami vo výfukových plynoch automobilov. Kladné výsledky očakávame všetci, ktorým záleží na zdravom životnom prostredí.

ZÁVERY
Záverom možno zodpovedne konštatovať, že pre motoristov sú na čerpacích staniciach k dispozícii vysokokvalitné motorové benzíny a motorová nafta pre všetky typy súčasných automobilov domácej ako i zahraničnej proveniencie.
Ostáva nám veriť, že vývoj automobilových motorov ako i pohonných látok s požadovaným OČ bude ďalej úspešne pokračovať s cieľom vyrábať vysokokvalitné moderné motory a pre ne aj najmodernejšie palivá.

Text/Foto: Dr. Pavol Klucho, SSTT Bratislava