Základnou surovinou na výrobu mazacích prostriedkov, mazív je ropa. Význam ropy vzhľadom na súčasnú situáciu netreba zvlášť zdôrazňovať. Z hospodárskeho významu ropy vyplýva potreba úsporného hospodárenia s mazivami a tiež zistenie pôsobenia ich vplyvu na životné prostredie. Z toho dôvodu vzniká aj otázka o správnom hospodárení s použitými, resp. opotrebovanými odpadovými olejmi a o používaní sortimentu takých mazív, ktoré sú priaznivé k životnému prostrediu. Súčasná celková spotreba mazív v Slovenskej republike (SR) sa odhaduje zhruba na 49 kt, z toho 25 kt tvoria automobilové mazivá a 24 kt priemyselné mazivá. Z dostupných informácií vieme, že priemerný percentuálny zber, výskyt použitých olejov v rámci Európskej únie (EÚ) je 46 % z celkovej ročnej spotreby mazacích olejov. To znamená, že pri prepočte na podmienky v SR a daný sortiment to predstavuje výskyt cca 15 až 18 kt použitých olejov, čo nás zaväzuje. Sortiment biologicky odbúrateľných mazív, ktoré sú priaznivé k životnému prostrediu, sa rozširuje, narastá a má uplatnenie tam, kde stroje a zariadenia pracujú najmä v chránených oblastiach, t. j. v oblastiach z dôvodu ochrany životného prostredia, napr. vodné nádrže a pod. Podľa dostupných informácií spotreba biologických odbúrateľných kvapalín, mazív vo vyspelých priemyselných krajinách je cca 5 % z celkovej spotreby mazív.

Biologický odbúrateľné mazivá

Pozornosť sortimentu biologicky odbúrateľných mazív sa začala venovať v období okolo roku 1990. Všetko sa začalo tým, že bola snaha o ochranu vodných zdrojov, zabezpečenie pitnej vody, čo vyvolalo nové výzvy. Pamätáme sa na slogan „1 liter oleja znehodnotí milión litrov vody“. Žiaľ, toto tvrdenie platí aj teraz a možno ešte výraznejšie ako vtedy. Treba pripomenúť, že v sortimente automobilových mazív najväčšiu spotrebu predstavujú motorové oleje (cca 75 %) a v priemyselných mazivách sú to hydraulické oleje (35 %). Pre používateľov týchto mazacích olejov treba pripomenúť, že mnohé motorové oleje sa používajú s výhodou ako hydraulické oleje. Opačný postup použitia olejov z tribologického hľadiska nie je možný. Podľa niektorých informácií z praxe až 60 % hydraulických olejov sa stráca, uniká počas prevádzky do prostredia, v ktorom tieto hydraulické stroje, mechanizmy pracujú. Z toho dôvodu sa pozornosť začala venovať najmä vývoju hydraulických biologicky odbúrateľných olejov, ktoré teraz predstavujú najväčší objem, a to cca 50 % zo spotreby biologický odbúrateľných mazív. Poznáme tri hlavné typy biologický odbúrateľných hydraulických olejov, a to :

Biologicky ľahko odbúrateľné rastlinné oleje,

Biologicky prirodzené odbúrateľné minerálne (ropné) oleje.

Biologicky ľahko odbúrateľné syntetické oleje.

Treba poznamenať, že každý typ z uvedených biologicky odbúrateľných hydraulických olejov má určité výhody a nevýhody.

Biologicky ľahko odbúrateľné rastlinné oleje majú nedostatočné tribologické schopnosti pri nízkych a vysokých teplotách. Neposkytujú najvhodnejšiu ochranu zariadenia, a to pre nízku oxidačnú stabilitu a malú tekutosť pri nízkych teplotách (studené štarty). Majú však najlepšie biologicky odbúrateľné vlastnosti a okrem toho sú netoxické. Ich nákupná cena je však vyššia ako biologický prirodzene odbúrateľných ropných olejov.

Biologicky prirodzene odbúrateľné ropné oleje nemajú takú biologickú odbúrateľnosť ako rastlinné oleje, ale všeobecne majú lepšie tribologické vlastnosti pri nízkych a vysokých teplotách. Majú lepšiu oxidačnú stabilitu, z toho dôvodu poskytujú vyššiu spoľahlivosť strojov a zariadení a tiež dlhšiu životnosť olejových náplni.

Biologicky ľahko odbúrateľné syntetické oleje, a to napr. polyolesterové (POE), oleje sú vždy najlepšia voľba, ak chceme dosiahnuť požadované tribologické a ekologické vlastnosti pri ich aplikácii v hydraulických strojoch, mechanizmoch. Jediným problémom v tomto prípade je ich vysoká nákupná cena.

Biologická odbúrateľnosť

Pri otázke, čo je to biologická odbúrateľnosť, máme na mysli niečo, čo súvisí s rozpadom nejakej látky, ktorá sa vráti do pôvodných elementárnych prvkov, ktoré túto látku pôvodne vytvárali. V prípade mazacích olejov je to kyslík O₂, kysličník uhličitý CO₂, vodík H₂ a  ďalšie prvky. Tento proces sa nazýva mineralizácia. Keby sme mali znázorniť tento proces podľa chemickej reakcie, môžeme uviesť tento postup :

Mazací olej + O₂  + mikroorganizmy → CO₂ + H₂O + biomasa  ( obr. v päte)

Biodegradácia vzniká pôsobením mikroorganizmov (baktérii), ktoré absorbujú, resp. doslova zjedia daný materiál, látku. Možno uviesť, že kyslík premieňa danú látku na CO₂ (aerobické baktérie) alebo na CO₂ a metán CH₄ (anaerobické baktérie) počas uvedeného procesu. V tomto procese veľmi stabilnou zložkou je kysličník uhličitý CO₂. Z uvedeného vyplýva, že biologickú odbúrateľnosť môžeme rozdeliť, rozlíšiť vzhľadom na podmienky ako:

Základná (primárna) biologická odbúrateľnosť (minimálna transformácia, ktorá zmení len určité fyzikálne charakteristiky, vlastnosti danej látky),

Čiastočná biologická odbúrateľnosť (nie je dôležité dosiahnuť požadované vlastnosti, vytvorené substancie môžu byť niekedy viac toxické ako pôvodná látka),

Celková (ultimate) biologická odbúrateľnosť. Ide o celkovú biologickú odbúrateľnosť danej látky, rozloženie napr. na kysličník uhličitý CO₂, vodu H₂O, mikroorganizmy a ďalšie základné prvky. 

Na kontrolu biologickej odbúrateľnosti sa používajú dve základné skúšky a to primárna skúška na biologickú odbúrateľnosť a druhá celková tzv. ultimate skúška. Prvá primárna skúška na biologickú degradáciu hodnotí zmenu uhlíkových a vodíkových (C – H) väzieb a ich množstvo v mazacích olejoch. Najviac rozšírenou skúškou na tento účel je skúška podľa Európskej koordinačnej rady (The Coordinating European Council), CEC – L- 33 – A – 93, ktorá trvá v priebehu 21 dní. 

Druhá celková ultimate skúška na biologickú odbúrateľnosť hodnotí vývoj kysličníka uhličitého CO₂ v procese biologickej degradácie. Táto skúška sa vykonáva buď podľa  OECD 301B, alebo ASTM D 5864 v trvaní 28 dní. Pre hydraulické kvapaliny platí klasifikačný štandard podľa ASTM D 6046 – 02.

V tribotechnickej praxi sa stretávame najmä s výsledkami prvej primárnej skúšky podľa CEC – L – 33 – A – 93. Hraničná hodnota pre biologický odbúrateľné mazivo, teda jeho odbúrateľnosť, sa kvalifikuje, resp. klasifikuje tak, že táto hodnota v prípade primárnej skúšky podľa CEC – L – 33 – 93 má byť vyššia ako 80 % a v prípade sekundárnej skúšky podľa OECD 301 B má byť vyššia ako 60 %.

Na porovnanie v nasledujúcej tabuľke č. 1 uvedieme biologickú odbúrateľnosť v percentách, a to niektorých druhov základových olejov.

Výsledky boli stanovené podľa pôvodnej skúšky CEC – L – 33 – T – 82.

Tabuľka č. 1

 Sortiment biologicky odbúrateľných kvapalín 

Podľa uvedených informácií sortiment biologicky odbúrateľných kvapalín, mazív môžeme rozdeliť takto:

Rastlinné oleje alebo triglyceridy,

Polyglykoly

Syntetické kvapaliny, estery.

V nasledujúcej tabuľke č. 2 uvedieme niektoré základné vlastnosti biologicky odbúrateľných kvapalín, mazív a ich porovnanie s ropným olejom.

Tabuľka č. 2 

Syntetické estery, ktoré zahrňujú diestery a polyolestery (POE), sa vyrábajú z organických kyselín  a alkoholov a sú najlepšou alternatívou triglyceridov. Často sa miešajú, pridávajú ako prísady do polyalfaolefínov (PAO) alebo ďalších syntetických, resp. aj ropných základových olejov, kategórie II a III podľa API na zlepšenie mazacích vlastnosti a lepšej rozpustnosti prísad. Syntetické estery sú najlepšou voľbou ako biologicky odbúrateľné kvapaliny, mazivá, sú vhodné pre prevádzkové teploty až do 200 °C a majú dlhú životnosť. Treba pripomenúť, že syntetické estery sa často miešajú s PAO a tým vytvárajú, formulujú základové oleje, ktoré sú biologicky odbúrateľné, majú dobrú rozpustnosť prísad, oxidačnú stabilitu a dobrú závislosť viskozity od teploty. Polyalfaolefíny sú preto ľahko biologicky odbúrateľné a ponúkajú dobré nízkoteplotné vlastnosti, dobrú hydrolytickú stabilitu a nízku odparnosť. 

Polyalkylénglykoly (PAG) sú tiež ľahko biologicky odbúrateľné a môžu byť formulované v širokom viskozitnom rozsahu. PAG ponúkajú tie isté výhody ako syntetické estery, a to najmä dobrú hydrolytickú stabilitu a vynikajúce mazivostné vlastnosti. Ich nevýhodou je, že sa nemôžu miešať s ropnými, uhľovodíkovými olejmi ani so syntetickými uhľovodíkmi, a to PAO. Polyglykoly sú kopolyméry zložené buď z etylén oxidu, alebo propylén oxidu, resp. polypropylén glykolu. Polypropylén glykol nie je rozpustný vo vode, ale etylén oxid a propylén oxid sú rozpustné vo vode. To sa prejavuje aj pri ich hodnotení ako biologicky odbúrateľných kvapalín (pozri tabuľka č. 2). Ďalšou nevýhodou PAG a PAO je ich nízka rozpustnosť s prísadami. Pri biologicky odbúrateľných kvapalinách je všeobecná požiadavka aj na dobrú rozpustnosť a odbúrateľnosť prísad a to ich často limituje pri ich výbere, formulácii do základových olejov. 

Rastlinné oleje majú najlepšiu biologickú odbúrateľnosť, ale, naopak, majú málo vhodné tribologické vlastnosti, schopnosti, a to najmä pri nízkych a vysokých teplotách. V tribotechnickej praxi často zisťujeme, že majú nízku oxidačnú stabilitu (prejavuje sa to aj pri ich skladovaní) a nevýhodne reologické vlastnosti, tekutosť pri nízkych teplotách a stáva sa, že nie sú stále ani vo viskozitnej triede. Z doterajších skúsenosti platí zásada, že ak vieme zabezpečiť tesnosť mazacích systémov, zabrániť úniku mazacích olejov, mazív, treba používať bežne komerčne mazacie prostriedky, mazivá.

Na doplnenie uvedených informácii o význame použitia biologicky odbúrateľných mazív a ich vplyvu na životné prostredie treba ešte pamätať na to, že sú aj iné oblasti, ktoré si vyžadujú, možno povedať, ešte väčšiu pozornosť. Z nedávnej histórie si pamätáme haváriu ropného tankera Exxon Valdez, a to v roku 1989. Už vtedy niektorí odborníci tvrdili, resp. uviedli, že likvidácia ropnej škvrny, biologická odbúrateľnosť ropy, bude trvať najmenej 50 rokov. V nasledujúcej tabuľke č. 3 uvedieme údaje, ktoré sa týkajú biologickej odbúrateľnosti, likvidácie (rozloženia) niektorých materiálov, látok bežnej spotreby.

Tabuľka č. 3

Súčasný sortiment biologicky odbúrateľných mazacích prostriedkov, biomazív, čo sa týka počtu jednotlivých druhov a ich spotreby, stále narastá. Biomazivá tvoria takmer kompletný sortiment porovnateľný s klasickým, komerčným sortimentom. Je to dané tým, že ide o celospoločenské záujmy, zámery súvisiace s ochranou a s požiadavkami na zlepšenie  životného prostredia. V prípade sortimentu biologicky odbúrateľných mazív sú predpoklady na ich úspešnú realizáciu. K tomu majú prispieť aj uvedené technické informácie.

Ing. Jozef Stopka, TRIBEX, s. r. o.