FreeForum
Forum rozwoju efektywnej energii

 

Biologika

Biopaliwa ciekłe to ogólny termin określający rafinowane płyny uzyskane z roślin, szczątków roślinnych, a w niektórych przypadków również szczątków zwierzęcych. Biopaliwa stosuje się albo jako czysty produkt, albo – częściej – jako mieszanki z tradycyjnymi paliwami kopalnymi. Obecnie są najczęściej wykorzystywane jako paliwa transportowe i są dostępne na stacjach benzynowych w całej Europie (często pod postacią mieszanki z tradycyjnymi paliwami, takimi jak olej napędowy i benzyna). Oprócz zastosowania jako paliwo, biopaliwa ciekłe mogą być używane do gotowania, ogrzewania i wytwarzania energii elektrycznej, zwłaszcza w odległych regionach, gdzie koszty alternatywnych rozwiązań kopalnych są wysokie, oraz tam, gdzie materiał do produkcji biopaliwa jest dostępny na miejscu.

Wśród korzyści z biopaliw dla terenów rolniczych należy wymienić: niską emisję węgla oraz fakt, że stanowią one odnawialne źródło energii i mogą prowadzić do zmniejszonego uzależnienia od importowanych paliw kopalnych. Poszukiwanie i produkcja biopaliw może również stwarzać nowe możliwości ekonomiczne i wpływać pozytywnie na poziom zatrudnienia na obszarach wiejskich, zwłaszcza w sektorach rolniczym i leśnym.

Istnieją pewne ograniczenia, jeśli chodzi o produkcję i zaopatrzenie w biopaliwa – zarówno jeśli chodzi o zrównoważony rozwój, jak i dostępną ziemię. Staje się to coraz bardziej widoczne, gdyż Europa stara się zwiększyć udział energii odnawialnej. Znalazło to swoje odzwierciedlenie w ostrzejszych kryteriach zrównoważonego rozwoju, nad którymi obecnie pracuje Komisja Europejska. Biopaliwa w ilościach, które mogłyby znacząco wpłynąć na sektor transportowy, nie są lokalnie dostępne na większości obszarów wiejskich.

Koszty produkcji biopaliw różnią się diametralnie, w zależności od kosztów surowców (związanych z produktami rolnymi do produkcji paliw pierwszej generacji), technologii konwersyjnych oraz skali. W większości przypadków koszty produkcji biopaliw są obecnie wyższe od ich tradycyjnych alternatyw w postaci paliw kopalnych. Dzieje się tak głównie z powodu słabo rozwiniętych łańcuchów dostaw oraz braku ekonomii skali, w odróżnieniu od dobrze rozwiniętej i zintegrowanej sieci produkcji paliw kopalnych. Dlatego większość rynków biopaliw w Europie jest zależna od polityki wewnętrznej (poprzez subsydia i upoważnienia).

Podstawowe informacje

Ciekłe biopaliwa są płynnymi nośnikami energii, wykorzystywanymi głównie jako paliwo transportowe, zarówno w czystej formie, jak i – bardziej powszechne – w formie mieszanek z ropą, benzyną, a w niektórych przypadkach także paliwem lotniczym. Dwa główne rodzaje biopaliw ciekłych to bioetanol i biodiesel.

  • Bioetanol – alkohol (etanol) produkowany z fermentujących cukrów lub skrobi;
  • Biodiesel – produkowany z olejów roślinnych lub zwierzęcych.

Oprócz zastosowania jako paliwo do pojazdów samochodowych, ciekłe biopaliwa mogą być również potencjalnie wykorzystywane do gotowania, ogrzewania i wytwarzania energii elektrycznej, szczególnie w odległych regionach, gdzie koszty paliw kopalnych są wysokie, a materiał organiczny do produkcji biopaliw dostępny na miejscu.

Biopaliwa są produkowane z wielu materiałów organicznych: roślin, odpadków roślinnych, a w niektórych przypadkach także zwierzęcych. Każde z nich posiadają różne właściwości fizyczne i parametry spalania. Równie liczne i zróżnicowane są technologie konwersji oraz łańcuchy dostaw. Poniższe zestawienie daje pewien szkicowy obraz najważniejszych – obecnych i przyszłych – szlaków produkcyjnych.

Dzisiaj zdecydowaną większość biopaliw dostępnych na rynku produkuje się z jadalnych części roślin, takich jak skrobia czy ziarna (do produkcji bioetanolu) albo oleje (do produkcji biodiesla). Te biopaliwa są określane jako biopaliwa pierwszej generacji. Biopaliwa drugiej generacji, nazywane również biopaliwami zaawansowanymi, są aktualnie w fazie rozwoju; budowane są także pierwsze zakłady produkcyjne na skalę komercyjną. Zaawansowane biopaliwa produkowane są ze zdrewniałych części roślin (biomasa lignino-celulozowa), takich jak trzcina, drewno (topola, eukaliptus, odpady leśne) i trawy wieloletnie (jak proso rózgowe). Generalnie biopaliwa drugiej generacji mają mniejszą zawartość związków węgla i nie konkurują bezpośrednio z rynkami spożywczymi.

Jakie są korzyści?

Elastyczność: Zarówno bioetanol, jak i biodiesel mogą być wykorzystywane jako zamiennik odpowiednio benzyny i ropy. Można je stosować jako paliwo samochodowe w czystej formie, ale zazwyczaj biopaliwa są mieszane z paliwami kopalnymi w różnych stężeniach – najczęściej jest to 5%, 10%, 20% lub 85% objętości paliwa. W rezultacie, takie mieszanki dostępne na stacjach benzynowych noszą często nazwę od tej mieszanki, np. B10 (10% biodiesla, 90% ropy), E90 (90% etanolu, 10% benzyny), itp.

Niska emisja węgla oraz odnawialność: Emisje związane z biopaliwami są niższe niż w przypadku paliw kopalnych. Biopaliwa mogą być teoretycznie zupełnie neutralne pod tym względem, ponieważ ilość związków węgla, która trafia do atmosfery w procesie spalania biopaliwa jest równa ilości dwutlenku węgla pochłanianego z atmosfery przez roślinę w okresie jej wzrostu. Jednakże trzeba zaznaczyć, że produkcji, konwersji i dystrybucji biopaliw towarzyszą jednak pewne emisje. Mimo to, szacowane całościowe oszczędności, jeśli chodzi o emisję gazów cieplarnianych związanych z biopaliwami w Unii Europejskiej w 2010 roku (bez efektów pośrednich, o których mowa poniżej) wahały się między 53% a 60%, w porównaniu z sytuacją, w której użyte byłyby tradycyjne paliwa kopalne. Biopaliwa są także odnawialne. Więcej informacji na temat emisji znajduje się w rozdziale „Wpływ na środowisko naturalne” poniżej.

Mniejsza zależność od importowanej ropy: Zwiększona konsumpcja biopaliw pozwala krajom i regionom zredukować swoje zapotrzebowanie na ropę importowaną z zagranicy. Uzależnienie od ropy, której ceny potrafią być bardzo niestabilne, i która w większości pochodzi z wrażliwych obszarów geopolitycznych, stanowi poważne ryzyko ekonomiczne dla Unii Europejskiej i gospodarek jej państw członkowskich.

Możliwości ekonomiczne dla rolniczej Europy: W drugiej połowie XX wieku kraje europejskie podjęły decyzję o inwestycji w samowystarczalność, jeśli chodzi o kwestię produkcji żywności. Efektem takiej polityki były potężne inwestycje i subwencje dla sektora rolniczego, które w konsekwencji doprowadziły do nadprodukcji i gwałtownego spadku cen produktów spożywczych. Pierwsze biopaliwa, których produkcja została sfinansowana z budżetów państw stanowiły próbę znalezienia nowych zastosowań dla tych produktów rolniczych i zaspokojenia wysokiej produkcji, a jednocześnie rozwiązania problemów, o których mowa powyżej. Dzisiaj produkcja biopaliw jest źródłem nowej aktywności ekonomicznej i możliwości zatrudnienia, szczególnie w rolniczej części Europy.

Jak to działa?

Bioetanol

Bioetanol jest obecnie najczęściej stosowanym biopaliwem na świecie.

Produkcja bioetanolu jest oparta na tym samym naturalnym procesie fermentacji, w którym wytwarza się wino i piwo. Po zakończonej fermentacji etanol musi zostać poddany destylacji, w celu usunięcia pozostałej zanieczyszczonej wody i wytworzenia bezwodnego etanolu.

Aktualna komercyjna produkcja bioetanolu jest oparta na fermentacji cukru lub skrobi. W Europie podstawowymi surowcami do produkcji tego biopaliwa są pszenica i burak cukrowy, natomiast w Stanach Zjednoczonych bardziej popularna jest kukurydza. W krajach tropikalnych bioetanol produkuje się głównie z trzciny cukrowej; w innych krajach rośnie popularność innych surowców, takich jak słodkie sorgo i maniok.

Inne biopaliwa mogą mieć takie samo zastosowanie jak bioetanol, mają one jednak bardzo mały udział w rynku. Zaliczają się do nich metanol oraz ETBE (eter etylowo-t-butylowy).

Biodiesel

Biodiesel uzyskuje się z olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych, poddanych chemicznemu działaniu alkoholu (głównie metanolu) w procesie nazywanym transestryfikacją.

Najpopularniejszymi surowcami do produkcji biodiesla w Unii Europejskiej są obecnie: olej rzepakowy, olej palmowy, olej sojowy, zużyty olej kuchenny oraz tłuszcz zwierzęcy. Unia Europejska jest największym producentem biodiesla na świecie i korzysta ze wszystkich tych surowców. Początkowo olej rzepakowy stanowił lwią część zasobów do produkcji biodiesla, ponieważ biopaliwo wyprodukowane z tego surowca w największym stopniu odpowiada fizycznym parametrom diesla z paliw kopalnych, a specyfikacja biodiesla sprawiała, że producenci mocno skłaniali się w stronę rzepaku. Z czasem wzrósł udział także innych surowców, ponieważ standardy biodiesla stały się mnie rygorystyczne i nieco mniej istotne, gdyż kluczowa stała się jakość finalnej mieszanki biopaliwa z innymi paliwami. Pozostałe surowce są tańsze, a produkowany z nich biodiesel niejednokrotnie okazuje się bardziej wartościowy (jeśli produkowany jest z resztek).

Znane są również inne metody wytwarzania biopaliw, jednak nie zyskały one jeszcze znaczenia w wymiarze komercyjnym. Do takich technologii zaliczają się: obróbka hydrotermalna, obróbka wodna, piroliza oraz synteza z gazu syntezowego w procesie katalizy Fischera-Tropscha, a także alternatywne paliwa: dimetyloeter (DME) oraz czysty olej roślinny (SVO).

Przydatność/zastosowanie

Komercyjne zastosowanie ciekłych biopaliw w transporcie jest powszechne w całej Europie, zaś paliwa są dostępne na stacjach benzynowych, głównie w formie mieszanek.

Współczesne biopaliwa ciekłe, na czele z czystym olejem roślinnym, mogą być potencjalnie używane na obszarach rolniczych, jako alternatywa dla oleju opałowego lub jako zamiennik dla ropy w zapasowych generatorach prądu, chociaż obecnie w większości przypadków nie jest to ekonomicznie opłacalne.

Szczegółowe informacje

Koszty, oszczędności, zyski

Koszty produkcji biopaliw różnią się znacznie, w zależności od cen surowca (powiązanych z cenami produktów rolniczych stanowiących bazę biopaliw pierwszej generacji), technologii przetwarzania oraz skali. W większości przypadków koszty produkcji biopaliw są obecnie wyższe niż ich tradycyjnych odpowiedników – paliw kopalnych. Jest to wina przede wszystkim relatywnie mało rozwiniętych łańcuchów dostaw i braku ekonomii skali, w porównaniu z dobrze rozwiniętymi i zintegrowanymi sieciami produkcji paliw kopalnych. Dlatego też większość europejskich rynków biopaliw jest napędzana przez subsydia i upoważnienia, przy czym przeważają te drugie.

Jednakże od pewnego czasu rosną oczekiwania, że biopaliwa mogą się stać konkurencyjną cenowo alternatywą dla tradycyjnych paliw do pojazdów samochodowych, ponieważ koszty ich produkcji spadają (wraz ze skalowaniem i uczeniem się nowych doświadczeń) – tym bardziej przy dalszym wzroście cen paliw kopalnych. Przepisy obowiązujące w Unii Europejskiej obligują państwa członkowskie do zwiększania udziału energii odnawialnej w sektorze transportowym o co najmniej 10% do 2020 roku. Największy udział mają mieć ciekłe biopaliwa, mniejszy zaś energia elektryczna i biogaz. Ma to stworzyć rynek dla biopaliw i doprowadzić do obniżenia ich cen.

Dla odbiorcy końcowego istotnym aspektem biopaliw, który powinien mieć na uwadze jest to, że potencjał energetyczny w biopaliwach jest często niższy niż w ich kopalnych odpowiednikach tej samej objętości. Dlatego wymaga to pewnej kalkulacji, żeby określić efektywność kosztową biopaliwa (mieszanki) pod względem energetycznym.

Wpływ na środowisko naturalne

Mimo że możliwości techniczne biopaliw na całym świecie są ogromne, produkcja bioenergii na masową skalę wzbudza obawy dotyczące zrównoważonego rozwoju. Główne obawy dotyczą emisji gazów cieplarnianych (w tym dwutlenku węgla), strat bioróżnorodności wynikłych ze zmian sposobu gospodarowania ziemią, problemów społecznych, konkurowania z przemysłem spożywczym oraz innych efektów pośrednich.

Wpływ na użytkowanie gruntów (LUC)

Zapotrzebowanie na surowce bioenergetyczne oraz związana z ich zaspokajaniem gospodarka gruntami może mieć efekty pośrednie i bezpośrednie. Jednym z najważniejszych bezpośrednich skutków jest zmiana sposobu wykorzystywania gruntów rolnych (LUC). Dochodzi do niej w sytuacji, kiedy nowe tereny, które nie były wcześniej uprawiane (np. lasy) są przeznaczane pod produkcję dodatkowego surowca dla biopaliw. Może mieć to zarówno pozytywny, jak i negatywny wpływ na bioróżnorodność, zasoby węgla oraz źródła utrzymania ludności. Bezpośrednie efekty LUC oraz inne efekty produkcji zbóż na potrzeby biopaliw mogą być przeważnie mierzone, a winny danego stanu rzeczy wskazany. Dzięki temu podlegają one relatywnie łatwej kontroli. Europejska dyrektywa w sprawie odnawialnych źródeł energii (RED) oraz dobrowolne systemy certyfikacji zawierają już kryteria zapobiegania niepożądanemu efektowi w postaci zmiany sposobu wykorzystywania gruntów rolnych (LUC) do celów produkcji surowców dla biopaliw.

Efekty pośrednie (ILUC)

Tematem, który aktualnie zdominował debatę na temat zrównoważonego rozwoju biopaliw jest niebezpośrednia zmiana sposobu wykorzystywania gruntów rolnych (ILUC). Może się ona zdarzyć w sytuacji, gdy istniejące grunty rolne służące produkcji żywności, na przykład plantacje czy ziemia uprawna zmieniają swój charakter w celu zaopatrzenia przemysłu paliwowego w dodatkowe surowce do produkcji biopaliw. W ten sposób zmianie ulega pierwotna funkcja produkcyjna ziemi (np. produkcja żywności), co z kolei może prowadzić do ekspansji na nowe obszary gruntów dostarczających surowców do produkcji biopaliw (np. terenów leśnych lub użytków zielonych). Warto zwrócić uwagę, że takie pośrednie efekty nie są wynikiem zamierzonych praktyk producentów surowców do biopaliw, działających w sposób świadomy przeciwko zrównoważonemu rozwojowi, lecz raczej działań producentów z innych branż (np. przemysłu spożywczego lub tekstylnego). Mechanizm ten jest bardzo trudny do oszacowania i stanowi przedmiot ożywionej debaty naukowej. Istnieją jednak pewne metody, które pozwalają unikać tego rodzaju efektów pośrednich, np. poprzez łączenie produkcji biopaliw ze wzrostem plonów, wykorzystywanie ziemi leżącej odłogiem czy korzystanie z odpadów. Zabiegi te pozwalają uniknąć przenoszenia i rozpadu istniejących rynków.

Emisje

Mimo że używanie biopaliw może być praktycznie wolne od węgla (patrz ustęp „Jakie są korzyści?” powyżej), w trakcie ich produkcji, przetwarzania i dystrybucji dochodzi do emisji gazów cieplarnianych, które należy przypisać właśnie biopaliwom, aby móc ocenić ich korzyści w całym cyklu życia (wliczając w to także łańcuch dostaw). Wyniki takich analiz różnią się znacznie miedzy konkretnymi biopaliwami, w zależności od tego, w jaki sposób i gdzie uprawia się surowce do ich produkcji (np. nawozy są odpowiedzialne za wysoki poziom emisji), jakie technologie konwersji się stosuje (np. jakie paliwo grzewcze stosuje się w procesie destylacji), oraz w jaki sposób zorganizowany jest łańcuch dostaw (emisje podczas transportu, itp.). Generalnie, biopaliwa produkowane z resztek organicznych (które nie mają żadnego innego zastosowania ekonomicznego) produkują mniej gazów cieplarnianych, ponieważ nie są odpowiedzialne za emisje na etapie produkcji biomasy.

Żywność kontra paliwo

Wiele obaw i kontrowersji narosło wokół wpływu biopaliw na ceny żywności oraz jej bezpieczeństwo. Jest to bardzo złożona kwestia. Mimo że biopaliwa odgrywają pewną negatywną rolę w kwestii bezpieczeństwa żywności, ich wpływ na to bezpieczeństwo jest generalnie bardzo niewielki i musi być rozpatrywany w dużo szerszym kontekście socjoekonomicznym, w którym takie wskaźniki systemowe, jak ograniczone rezerwy, marnotrawienie żywności, spekulacje, problemy logistyczne, koszty i problemy z magazynowaniem oraz nadmierne gromadzenie żywności kształtują w dużo większym stopniu lokalne ceny żywności. Biopaliwa mogą również odgrywać pozytywną rolę w kryzysach żywnościowych, poprzez ograniczanie wahań cen żywności, zapobieganie wzrostom cen oleju oraz realizowanie pożądanych inwestycji w sektorze rolniczym krajów rozwijających się.

Wydajność

Ponieważ ciekłe biopaliwa są paliwem, ich wydajność zależy od wydajności technologii, która zamienia paliwo na produkt końcowy, np. ogrzewanie czy zasilanie.

Wykorzystanie komercyjne

Konwencjonalne biopaliwa są produkowane w ramach dojrzałych rynkowo technologii. Biopaliwa pierwszej generacji są już szeroko dostępne na rynku, a w niektórych krajach (np. Brazylii) konkurują cenowo z tradycyjnymi paliwami do pojazdów samochodowych. Tak zwane technologie drugiej generacji są nadal w fazie zaawansowanego rozwoju technologicznego i szacuje się, że w nadchodzącej dekadzie ich udział rynkowy będzie rósł.

Utrzymanie i serwisowanie

Nie ma zastosowania.

Szczegóły techniczne

Rys. 1: najważniejsze aktualne i przyszłe schematy produkcyjne biopaliw

Różnice regionalne

Niektóre właściwości biodiesla sprawiają, że w bardzo zimnych regionach sprawdza się on gorzej niż odpowiedniki w postaci paliw kopalnych – na przykład B100 zamarza szybciej niż zwykły diesel. Nie oznacza to jednak, że biopaliw nie stosuje się w ogóle w chłodniejszych klimatach, a jedynie to, że pewne paliwa cieszą się tam większą popularnością niż inne. Na przykład, biodiesel produkowany z oleju rzepakowego i słonecznikowego ma lepsze właściwości w zakresie płynięcia na zimno, niż biodiesel wytwarzany z nasion soi, tłuszczów zwierzęcych czy oleju palmowego.

Organizacje handlowe

European Biomass Association (Europejskie Stowarzyszenie Przemysłu Biomasy) www.aebiom.org

European Biodiesel Board (Europejska Rada Biodiesla) www.ebb-eu.org

ePURE, European Renewable Ethanol Association (Europejskie Stowarzyszenie Producentów Odnawialnego Etanolu) www.epure.org

Sustainable Biofuels Forum (Forum Zrównoważonych Biopaliw) www.sustainablebiofuelsforum.eu