Foto: Bloomberg

Podle centra REN21, fungujícího pod záštitou Programu OSN pro životní prostředí, v roce 2017 pocházelo asi 18,1 % veškeré energie spotřebované na světě z obnovitelných zdrojů energie. V povědomí veřejnosti jsou „zelenou“ energií primárně větrná a solární zařízení, ale ve skutečnosti zaujímají malý podíl i v sektoru obnovitelných zdrojů.

Foto: Bloomberg

Dvě třetiny trhu se zelenou energií zabírá bioenergie. V roce 2017 představoval 12,4 % veškeré energie spotřebované ve světě, tedy 12,8 tisíce TWh. Využití biomasy pro výrobu tepla a energie lze rozdělit dvěma způsoby:

  • tradiční: spalování dřeva, dřevěného uhlí, hnoje a dalších zemědělských zbytků (což představuje 7,4 % světové spotřeby energie);
  • moderní: využití speciálně upravené biomasy v pevné, kapalné a plynné formě (5 % celosvětové spotřeby energie).

Spalování dřeva vede k emisím oxidu uhličitého, ale energetici poznamenávají, že stromy vysazené speciálně pro tento účel následně absorbují škodlivé plyny. Úřady EU proto i přes nespokojenost některých ekologů oficiálně postavily biomasu na roveň obnovitelným zdrojům energie. Ve výroční zprávě o zelené energii za rok 2019 se REN21 podíval na to, co se děje na trhu s bioenergií a kam směřuje.

Na rozdíl od solárních panelů zahrnuje bioenergie složitější výrobní řetězec. V moderní energetice se biomasa jen nesbírá a spaluje, je potřeba vymyslet efektivní způsob, jak ji zpracovat (k čemuž napomáhá vědecký výzkum) a přeměnit ji na biopalivo (s pomocí chemického průmyslu).

Foto: Bloomberg

1. Pevné palivo

Jedná se o nejběžnější typ paliva pro bioenergii. Především se jedná o granulované dřevo nebo pelety. V roce 2018 dosáhla jejich celosvětová produkce 35 milionů tun, z toho pětina pocházela ze Spojených států. Rusko je také významným výrobcem pelet – roční produkce dosáhla v roce 2018 3,6 milionu tun, což je jen polovina objemu produkce ve Spojených státech. Analytici REN21 poznamenávají, že export pelet z Ruska loni vzrostl o 30 % na 1,5 milionu tun, zatímco v zemi samotné fungují bioelektrárny využívající peletizované dřevo pouze na 50 % kapacity.

Hlavními dovozci pelet jsou země Evropské unie, Kanada a Japonsko, kde se nyní aktivně staví nové tepelné elektrárny vyrábějící elektřinu i teplo. Pevnými biopalivy se kromě dřeva stávají zbytky rákosu, rašelina a dokonce i upravený komunální odpad.

READ
Proč je v systému zásobování studenou vodou potřeba expanzní nádoba?

2. Kapalné palivo

V bioenergetických aplikacích je nejčastěji používaným kapalným palivem bioetanol. Ve skutečnosti je to prostě alkohol získaný z rostlinných materiálů. V závislosti na klimatu a podmínkách mohou být v různých zemích surovinami cukrová třtina, kukuřice, obilniny a tak dále. Jeho hlavní oblastí použití je náhrada benzínu, nafty a leteckého paliva pro vozidla. V roce 2018 se celosvětová produkce kapalných biopaliv všech typů zvýšila o 7 % na 153 milionů litrů. Z hlediska energetické náročnosti je to něco málo přes 8 % celého trhu s bioenergií.

Foto: Jasper Juinen/Bloomberg

Díky miliardovým investicím do výroby bioetanol postupně zvyšuje své zastoupení na trhu. Například v roce 2018 bylo ve světě uskutečněno 150 tisíc leteckých letů na biopalivo, pět letišť na světě už má potřebnou infrastrukturu pro tankování letadel s ním. Čísla se mohou zdát působivá, ale obecně je na světě více než 40 milionů letů ročně, takže používání biopaliv je zde ve velmi rané fázi.

Dva problémy, které musí chemici vyřešit, jsou: v jakém poměru je nejúčinnější míchat bioetanol s klasickým palivem a jaké další suroviny zde lze použít. Americký průmysl se v posledních letech snaží o zavedení výroby bioetanolu z celulózy, ale zatím tyto projekty balancují na hranici rentability.

3. Plynné palivo

Rozkladem biomasy dochází ke vzniku směsi metanu a oxidu uhličitého, která se využívá v energetice jako bioplyn. Kogenerační jednotky využívající bioplyn fungují především v západních zemích: do konce roku 2018 bylo v EU více než 10 tisíc zpracovatelských center a v USA asi 2,2 tisíce v každém z 50 států.

Analytici REN21 nazývají výrobu biometanu odstraňováním oxidu uhličitého z bioplynu slibnou technologií. Na jedné straně čištění bioplynu od těchto nečistot na kvalitativní úroveň zemního plynu umožní využívat infrastrukturu plynárenství, na druhé straně se tím stane energetika šetrnější k životnímu prostředí.

V současnosti je hlavním způsobem energetického využití biomasy vytápění. Čtvrtina tepelné energie v obytných a komerčních budovách po celém světě pochází z biopaliv. V drtivé většině případů se jedná o využití tradiční bioenergie – v nejchudších oblastech země se používá banální vytápění hořícími poleny a je těžké zde sbírat přesné statistiky. Moderní bioenergii využívají městské úřady k ústřednímu vytápění čtvrtí, kde tvoří 95 % všech využívaných obnovitelných zdrojů energie.

READ
Proč potřebujete monolitický pás?

Tradiční biopalivo se v průmyslu nepoužívá a moderní technologie zajišťují 6,1 % potřeby tepelné energie. Vyhlídky na uplatnění, poznamenávají autoři recenze, závisí na konkrétním odvětví. Nízkoteplotní biopalivo není vhodné pro ocelářský průmysl, zatímco v cementářském průmyslu může úspěšně nahradit uhlí používané v současnosti k výrobě tepla.

V menší míře se biopaliva využívají v dopravě (3 % spotřeby energie) a k výrobě elektřiny (2,1 %). Převážná část energie z biologických zdrojů v dopravě pochází z automobilů, i když nahrazení petroleje v letadlech biopalivem mají v plánu mnohé aerolinky.

Foto: Bloomberg

Využívání biopaliv na výrobu elektřiny roste stabilním tempem cca 7–9 % ročně a za deset let od roku 2008 se množství takto vyrobené elektřiny zdvojnásobilo na téměř 600 TWh. Hlavním trendem, který zaznamenali analytici REN21, je, že tento segment bioenergie roste rychleji v Asii (o 14–16 % ročně), zatímco v Severní Americe a Evropě se rozvíjí mnohem mírnějším tempem.

Autoři přehledu nakonec zdůrazňují, že rozvoj bioenergie je v určitých obdobích v konkrétních regionech stále velmi závislý na vnějších podmínkách. Například dobrá úroda sóji ve Spojených státech a Brazílii v roce 2018 umožnila těmto zemím prudce zvýšit produkci bionafty. Klesající ceny cukru zároveň přinutily Brazilce zavést větší kapacitu pro zpracování třtiny na bioetanol. Není známo, zda budou v budoucnu příznivé podmínky pro rozvoj bioenergie.

Pilinové pelety jsou jedním z nejběžnějších typů moderních biopaliv.

Spalování fosilních paliv na energii významně přispívá ke klimatické krizi. Pro zmírnění jeho následků je nutné hledat nové způsoby výroby energie. Řešením by mohla být biopaliva

Co je to biopalivo

Biologické palivo je palivo rostlinného nebo živočišného původu. Očekává se, že nahradí tradiční paliva z vyčerpatelných zdrojů těmi vyrobenými z obnovitelných surovin.

Mezi biopaliva patří například běžné palivové dřevo nebo řepkový olej. Tyto druhy paliva však nahradila nafta a benzín, protože jsou levnější a masová motorizace vyžadovala velké objemy paliva.

Proč se lidé znovu vrátili k biopalivům? Prvním důvodem je klimatická krize, kterou zhoršují emise skleníkových plynů z používání fosilních paliv. Doprava tvoří téměř čtvrtinu všech emisí oxidu uhličitého spojených s výrobou energie. Od roku 1970 se emise skleníkových plynů ze sektoru dopravy zdvojnásobily, z nichž 80 % pochází ze silniční dopravy.

READ
Jak pracovat se suchou směsí?

Druhým důvodem je hledání obnovitelných zdrojů energie, protože zásoby ropy a uhlí mohou brzy zcela vyčerpat. Zde můžete také přidat skoky v cenách uhlovodíků.

Druhy biopaliv

Pevné biopalivo

Nejtypičtějším a nejstarším typem pevného biopaliva je palivové dřevo. Nyní se však téměř nikdy nepoužívají v čisté formě a ve velkém měřítku. Nejoblíbenějším pevným typem biopaliva jsou pelety vyrobené z pilin nebo kůry, slámy, olivových pecek, ořechových skořápek nebo slupek slunečnicových semen. Pelety se vyrábí i z hovězího hnoje.

Pelety nahrazují uhlí, palivové dřevo a naftu. Při spalování nevypouštějí škodlivé látky a prakticky nekouří (na rozdíl od uhlí a nafty). Jsou také energeticky účinnější než běžné palivové dřevo. Výhodou pelet je také jejich minimální obsah popela, což snižuje nároky na údržbu kamen a kotlů. Navíc mají nejnižší cenu ve srovnání s ostatními druhy biopaliv.

Kapalné biopalivo

Bioethanol – nejoblíbenější a nejrozšířenější kapalné biopalivo. Získává se fermentací škrobu nebo cukru. Brazílie a USA patří k lídrům ve výrobě bioetanolu. V USA se biopaliva na bázi etanolu vyrábějí z kukuřice a obvykle se mísí s benzinem za účelem vytvoření hybridních paliv. Celkově představují biopaliva 5 % celkové spotřeby energie ve Spojených státech. V Brazílii se biopalivo na bázi etanolu vyrábí z cukrové třtiny a v Anglii dokonce z cukrové řepy.

Bionafta je druhé nejoblíbenější kapalné biopalivo. Bionafta se vyrábí především z olejnatých rostlin, jako jsou sójové boby nebo palma olejná, a v menší míře z jiných ropných produktů, jako jsou odpadní kuchyňské oleje z fritování. Bionafta se používá ve vznětových motorech a obvykle se mísí s naftou v různých poměrech.

Foto: Transmashholding

Biobutanol – čtyřuhlíkový líh, který také patří mezi biopalivo. Vyrábí se ze stejných surovin jako etanol. Výhody biobutanolu oproti bioetanolu spočívají v tom, že biobutanol je nemísitelný s vodou, má vyšší energetický obsah a nižší tlak par, což znamená nižší těkavost v důsledku odpařování.

Dimethylether. Lze jej získat z biomasy, ale v průmyslovém měřítku zůstává surovinou pro něj zemní plyn. Výhodou tohoto paliva je, že jeho energetická účinnost je téměř stejná jako u motorové nafty, ale hustota energie dimethyletheru je poloviční než u motorové nafty, takže vyžaduje dvakrát větší palivovou nádrž. Vozidla navíc vyžadují speciálně navržený systém pro provoz motoru na dimethyléter.

READ
Jak se upevňuje korkový kompenzátor?

Nyní inženýři aktivně vyvíjejí novou generaci kapalných biopaliv získaných pomocí řas. řasy Pěstují se ve velkých bazénech nebo na farmách, přeměňují sluneční světlo na energii a ukládají ji jako olej. Olej se získává mechanicky (lisováním biomasy) nebo pomocí chemických rozpouštědel, která ničí buněčné stěny. Dalším zpracováním a čištěním vznikají biopaliva vhodná pro použití jako alternativa k tradičním palivům.

Foto: Unsplash

Plynné biopalivo

Bioplyn je plyn sestávající převážně z metanu a oxidu uhličitého v různých poměrech v závislosti na složení organické hmoty, ze které byl získán. Hlavními zdroji bioplynu jsou odpady z dobytka a zemědělství, odpadní vody a organické látky z domovního odpadu. Bioplyn vzniká jako výsledek procesů biologického rozkladu bez přístupu kyslíku (anaerobní digesce).

Biovodík – analog obyčejného vodíku, který se získává z biomasy. Termochemická metoda zahrnuje zahřívání suroviny bez kyslíku na vysoké teploty, například dřevěného odpadu, ze kterého se uvolňuje vodík a další související plyny. Při biochemickém způsobu výroby biovodíku se do biomasy přidávají speciální mikroorganismy, které ji rozkládají a uvolňují vodík.

Klady a zápory biopaliv

Výhody:

  1. Obnovitelnost zdroje. Fosilní paliva jsou omezeným zdrojem energie, který nakonec dojde. Protože se biopaliva vyrábějí z rostlinné hmoty, jsou teoreticky obnovitelná.
  2. Snížení negativního dopadu na životní prostředí. Při spalování biopaliv se oxid uhličitý snižuje až o 65 %, čímž se snižuje podíl průmyslu na změně klimatu. Bioetanol a bionafta navíc obsahují nižší koncentrace chemikálií, jako je chlór a síra. To znamená, že biopaliva pomáhají snižovat emise těchto znečišťujících látek do atmosféry.
  3. Ekonomické zabezpečení. Biopaliva lze vyrábět lokálně a vytvářet pracovní místa ve stejném regionu, kde budou spotřebována, čímž se sníží náklady na dopravu a emise. Výroba vlastního biopaliva navíc snižuje závislost země na dodávkách ropy z jiných zemí.
  4. Trvanlivost motoru. Vzhledem k tomu, že biopaliva obsahují méně nečistot ve srovnání s tradičními palivy, budou motory méně špinavé a méně často selžou.

Nevýhody:

  1. Ztráta lesů. Výroba biopaliv vyžaduje obrovské plochy pro pěstování surovin. To by mohlo vést k masivnímu odlesňování za účelem uvolnění půdy.
  2. Potravinová krize. Výroba biopaliv může mít dopad na ekonomiku související s cenami a dostupností potravin, protože orná půda bude věnována plodinám na biopaliva spíše než potravinám.
  3. Degradace půdy. Pěstování stejných plodin (monokultur) povede k vyčerpání půdy a nárůstu počtu škůdců. K boji proti nim budou používány chemické pesticidy, což bude mít za následek snížení úrodnosti půdy a ztrátu biodiverzity.
  4. Využití zdroje. Množství energie vyrobené biopalivy je výrazně menší než množství energie ze spalování fosilních paliv, což znamená, že k uspokojení energetických potřeb stejného počtu lidí je zapotřebí mnohem více půdy, vody a hnojiv.
  5. Náklady na energie. Při posuzování ekonomických přínosů biopaliv je třeba vzít v úvahu energii potřebnou k jejich výrobě. Například proces pěstování kukuřice na etanol využívá fosilní paliva k výrobě hnojiv, přepravě kukuřice a destilaci etanolu. V tomto ohledu nabízí etanol získaný z kukuřice relativně malý energetický zisk.
READ
Jak se zbavit kondenzace na balkoně?

Foto: Bloomberg

Kde se biopalivo používá?

Zatím se bavíme především o jeho domácí konzumaci. Pevná biopaliva se obvykle používají v chudých zemích, kde nejsou žádné jiné zdroje energie, k vaření, praní a úklidu nebo k vytápění samotného domova. 80 % všech dnes spotřebovaných biopaliv se používá pro tyto účely. 18 % biopaliv se využívá v průmyslu jako zdroj energie a maziv. Biopaliva jsou často zmiňována jako alternativa k benzinu pro automobily, ale v současnosti se v dopravním průmyslu používají pouze 2 %.

Perspektivy biopaliv

Spojené státy jsou dnes největším výrobcem biopaliv mezi vyspělými zeměmi a představují téměř 40 % světového trhu. Celkově v roce 2019 celosvětová produkce biopaliv přesáhla 1,8 tisíce barelů s tržním podílem 136 miliard dolarů, což je zatím rekord. Kvůli pandemii koronaviru klesl celosvětový trh s biopalivy poprvé za 8 let o zhruba 20 %.

Biopaliva mají šanci obsadit pouze část trhu, protože jejich potenciál je uměle omezen. EU má tedy pravidla zakazující použití více než 7 % potravinářských plodin jako suroviny pro biopaliva. V krátkodobém horizontu biopaliva nevyžadují výměnu stávající infrastruktury a motorů, ale je nepravděpodobné, že celý energetický komplex bude schopen přejít výhradně na ně.