Biopaliva jsou paliva, která se vyrábějí z biomasy. Pohání spalovací motory mobilních i stacionárních zařízení. Biologické palivo nahrazuje konvenční palivo (naftu, benzín, zemní plyn) a používá se v čisté formě nebo jako přísada.
Suroviny
Předpona „bio“ označuje rostlinný (biologický) původ, nepřítomnost negativního vlivu na klima a přínosy pro životní prostředí. Suroviny pro výrobu biopaliv jsou:
- živočišný odpad,
- olejné rostliny,
- obilniny,
- cukrová řepa nebo třtina,
- dřevo a jeho odpad,
- energetické závody.
Existují 3 generace nejekologičtějšího paliva, i když mezi nimi není jasná hranice. K výrobě nosičů energie první generace se berou rostliny s vysokým obsahem tuků, cukrů a škrobu. Palivo druhé generace se získává zpracováním dřeva, trávy a zbytků plodin, které nejsou vhodné ke spotřebě. Zdroje energie z řas patří do třetí generace. Biologická produktivita vodních organismů je mnohem vyšší než u suchozemských rostlin.
Druhy paliv podle fyzikálního stavu
Podle stavu agregace mohou být nosiče energie pevné, kapalné nebo plynné. Mezi hlavní druhy surovin pro výrobu pevných biopaliv patří palivové dřevo, piliny, štěpka a hnůj. Méně běžně se zpracovávají skořápky vlašských ořechů, olivové pecky, slupky slunečnice a kukuřičná dužina. Před použitím v pecích a kotlích se suroviny suší, drtí, prosévají, lisují na granule (pelety) nebo brikety a homogenizují. Konečnými spotřebiteli produktu jsou tepelné elektrárny a soukromé domy.
Жедкое
Mezi perspektivní druhy kapalných biopaliv patří rostlinné oleje, bionafta, bioetanol, biobutanol a biometanol. V budoucnu mohou zcela nahradit naftu a benzín.
Palivo z rostlinného oleje
Skládá se ze surového nebo rafinovaného rostlinného oleje (nejčastěji řepkového) v čisté formě. Používá se místo motorové nafty, ale liší se od ní chemickými vlastnostmi, a proto vyžaduje úpravu motoru. Vyrábí se ve velkých továrnách (extrakce) a v malých závodech na těžbu ropy (lisování za studena). Hlavní nevýhodou řepkového biopaliva je oxidace pod vlivem kyslíku a ztráta tekutosti v zimě.
Biobutanol
Také známý jako butylalkohol získaný z biomasy:
Při použití materiálů s vysokým obsahem celulózy (sláma, dřevo) se výsledný produkt nazývá také celulózový butanol. Jako zdroje energie jsou zvláště důležité n-butanol a isobutanol (i-butanol). Přidávají se do paliva pro karburátorové motory a n-butanol se dokonce přimíchává do nafty nebo se používá v čisté formě.
Bionafta
Jedná se o metylester mastných kyselin (FAME) získávaný z rostlinných olejů. Slouží jako ekologická alternativa motorové nafty a má podobné fyzikální a chemické vlastnosti.
Produktivita moderních zařízení je asi 200 000 tun ročně.
Bioethanol
Nahrazuje benzín, vyrobený fermentací biogenních surovin a následnou destilací. Surovinou pro výrobu bioetanolu jsou zejména:
- obilniny (pšenice, žito);
- cukrovka;
- kukuřice.
Protože se chemické vlastnosti produktu liší od vlastností benzínu, jsou nutné změny v konstrukci motorů vozidel.
Biomethanol
Používá se místo běžného metylalkoholu – jednoho z hlavních typů surovin v chemickém průmyslu. Součástí paliva je bezbarvá, vysoce hořlavá kapalina s vůní alkoholu. Celosvětová poptávka po metanolu v roce 2015 činila asi 65 milionů tun. K výrobě této látky sestávající z oxidu uhelnatého, vody a kyslíku se využívají neobnovitelné zdroje: zemní plyn a uhlí.
Vědci se proto snaží najít účinné metody výroby bioetanolu z mikroskopických řas – fytoplanktonu.
Plynný
Mezi plynná paliva získaná z biologické hmoty patří bioplyn, biometan a biovodík. Jedná se o budoucí alternativu zemního plynu, benzínu a petroleje.
Bioplyn a biometan
Bioplyn je plyn, který se vyrábí z energetických plodin, drůbežího hnoje, odpadních vod, kejdy a/nebo organických vedlejších produktů. Při následném zpracování na biometan se odstraní oxid uhličitý a sirovodík a zbylý produkt se slisuje (zahustí). Dobře se hodí pro vozidla přestavěná na pohon na zemní plyn. Biometan se také používá jako náhrada benzínu.
Biovodík
Výroba biovodíku je založena na biologických nebo chemických procesech. V laboratorním měřítku se vyrábí anaerobní digescí. Z energeticky bohatých organických sloučenin (bílkoviny, sacharidy, tuky) bakterie syntetizují H2 spolu s CO2.
V průmyslovém měřítku se biovodík vyrábí termochemickým zpracováním (zplyňování nebo pyrolýza) a parním reformováním z:
- biomasa (dřevo, sláma, seno atd.),
- další nosiče bioenergie (bioplyn, bioetanol atd.)
Druhým způsobem výroby biopaliv je využití živé biomasy (např. sinic, řas). Při určitých metabolických procesech (fotosyntéza, fixace dusíku) je vodík produkován některými enzymy, jako je dusíkatá nebo hydrogenáza.
Výroba ekologického paliva v Rusku
V Ruské federaci se nový průmysl rozvíjí pomalu. Zavedena je především výroba palivového dřeva, palivových pelet a výztuh. Většina pelet (80 %) jde na export. Vyvíjejí se regionální programy pro intenzivnější využívání bionafty.
Potenciál pro rozvoj výroby bioplynu je vysoký, zejména v jižních, povolžských a středních okresech země.
Pevná biopaliva se v Rusku používají již dlouhou dobu. Rusové si některé druhy umí vyrobit sami. Například trus (sušený hnůj) připravují ve velkém množství obyvatelé západní Sibiře.
Nevýhody biopaliva
1. Mnoho metod výroby biopaliv je stále ve fázi vývoje nebo prototypu. Praktické zkušenosti s aplikací ve velkém zatím nejsou.
2. Vysoké výrobní náklady. Podle německého institutu. Robert Koch, biovodík stojí 4-5,5krát více než benzín.
3. Pěstování energetických plodin může konkurovat pěstování potravin. Nárůst poptávky po alternativních zdrojích energie je považován za jeden z faktorů, který v letech 2007-2008 spustil krizi cen potravin.
4. Biopalivo se svými fyzikálními a chemickými vlastnostmi často liší od klasického paliva, proto je nutné tomu přizpůsobit motory.
5. Vzhledem k tomu, že výrobci mají tendenci používat při pěstování energetických plodin více pesticidů a hnojiv, trpí tím životní prostředí a obyvatelé vesnic nacházejících se v blízkosti polí.
Výhody biopaliv
1. S masovým zavedením regenerativních paliv se očekává výrazné snížení emisí oxidu uhličitého (o 50-70 %) z vozidel. Při spalování biopaliva se na rozdíl od konvenčního paliva uvolňuje stejné množství CO2, jaké rostliny absorbují ze vzduchu během období růstu.
2. Cílené využívání domácích biopaliv v průmyslu, zemědělství, utilitách, dopravě a lesnictví vede ke snižování spotřeby ropy. To umožní dlouhodobě poskytovat suroviny podnikům v těch odvětvích, kde dosud neexistuje alternativa k nerostným surovinám. Mezi nimi jsou továrny na plasty a farmaceutické továrny.
3. Příprava, přeprava, skladování a používání biologických paliv nejsou spojeny s rizikem ekologické katastrofy, protože se snadno rozkládají a nepoškozují vodu a půdu. Předpoklad, že pěstování energetických rostlin povede k šíření monokultur, je považován za neopodstatněný. Například řepka roste v jedné oblasti nejvýše 4 roky po sobě. Hluboké zakořenění spolu s dalšími olejnatými semeny kypří půdu, takže je vhodná pro rostliny s mělkým kořenovým systémem (obiloviny, kukuřice).
4. Výroba biopaliv pomáhá při recyklaci zemědělského a průmyslového odpadu.
5. Biopalivo má nízký potenciál nebezpečí pro člověka a životní prostředí.
Vyhlídky na realizaci
Spolu s EU stále více podporují výrobu ekologického a bezpečného paliva USA, Brazílie, Čína, Kanada a Argentina.
Podle prognóz se celosvětová poptávka po alternativních zdrojích energie v letech 2010 až 2050 zvýší. zvýší 10krát.
Jejich budoucí význam závisí především na faktorech, jako jsou:
- Ceny konvenčních paliv, jejichž růst zvyšuje konkurenceschopnost ekpaliv.
- Ceny za suroviny. Někdy velmi kolísají. Zemědělské produkty zdražují například v hubených letech.
- Výrobní náklady. Použití nových a vylepšených technologií pomůže snížit náklady.
- Potenciál přírodních zdrojů regionální a světové ekonomiky.
- Zlepšení legislativního rámce.
- Výše daní.
Některé druhy ekopaliv (rostlinný olej, bioetanol) lze vyrábět nejen ve velkých, ale i v malých podnicích včetně farem. Instalace komplexního zařízení na výrobu bionafty je možná pouze ve velkých závodech.
Hledání alternativních zdrojů energie přispívá k vytvoření globálního trhu s biopalivy. Současné trendy na tomto trhu způsobují rozporuplné postoje na různých úrovních, od celých společenství zemí až po jednotlivé spotřebitele. Každý porovnává výhody a nevýhody biopaliv, aby si udělal vlastní závěr. Debata je o ekonomických důsledcích a sociálních dopadech, hlavní výhodou je environmentální složka.
Náklady na biopaliva jsou ve srovnání s jinými zdroji energie velmi vysoké. V některých případech je však hodnocen jako nákladově efektivní, protože je to způsob, jak čelit globálnímu oteplování, mizení lesů a také snížit množství energeticky náročné dopravy. Vzhledem ke všem rozporům je vytvoření trhu s biopalivy složitým a mnohostranným procesem.
Z tohoto článku se dozvíte, co je to biopalivo a z čeho se vyrábí. Jaké výhody a nevýhody tyto zdroje energie mají, jak jsou perspektivní a co je čeká do budoucna.
Těžba tradičních fosilních paliv je pro planetu velmi škodlivá, a tak lidstvo potřebuje něco šetrnějšího k životnímu prostředí. Na základě těchto úvah vznikl koncept biopaliv.
Co je to?
Biopalivo je látka získávaná z živočišných a rostlinných surovin, včetně lidských odpadních produktů, zvířat, prvokových mikroorganismů a průmyslového odpadu organického původu. Nejběžnějším typem je bioetanol, mnohým známý jako jednoduše etanol.
Tyto myšlenky prosazoval Henry Ford. Na počátku 20. století hledal způsoby, jak převést svůj model TS na etanol. Když byly vytvořeny dieselové motory, běžely na arašídový olej, také přírodní zdroj. Bylo však objeveno mnoho ropných polí, díky nimž se benzín stal běžnějším, stejně jako naftové typy. Z tohoto důvodu byl koncept biopaliv zapomenut. Nyní je čas si to připomenout, když ceny benzínu rostou, stejně jako lidské obavy z ekologických důsledků emisí oxidu uhličitého.
Zajímavé je, že motorová nafta a benzín lze také klasifikovat jako biopaliva, pouze velmi stará. Olej se vyrábí ze zvířat a rostlin, které zemřely a rozložily se před miliony let a nyní odpočívají pod zemí. V tomto případě nemluvíme o palivu organického původu v obecném slova smyslu, ale o palivu, které v tuto chvíli umíme vyrobit.
Výhody biopaliv
Biopalivo jako alternativní zdroj energie se těší velkému zájmu veřejnosti kvůli jeho mnoha výhodám.
Мобильность
Ve srovnání s jinými zdroji je tento velmi mobilní. Existují další alternativní technologie, například využití slunečního záření nebo větru. Jsou velmi šetrní k životnímu prostředí, ale mají omezenou pohyblivost, a to je jejich problém. Nemohou být používány trvale, protože vítr a slunce nejsou konstantní, jejich produktivitu nelze s přesností předvídat. Existují další problémy, například nutnost použití velkých baterií. Postupem času se zmenšují, ale další nevýhody zůstanou.
Biopalivo se snadno přepravuje, je stabilní, jeho energetická hustota je vysoká a konstantní. Pro aplikaci není nutné vytvářet novou infrastrukturu a technologie, je možné modifikovat stávající.
Příznivá cena
Soudě podle tržních cen stojí mnoho druhů biopaliv nyní stejně jako benzín. Zároveň mají prospěch z ekologických vlastností, protože spalování produkuje méně škodlivých emisí. Biologické palivo lze upravit tak, aby na něj mohly běžet stávající motory, takže je použitelné v jakémkoli prostředí.
Ekonomické výhody spočívají i v tom, že takové palivo lépe působí na motory. V souladu s tím bude údržba motoru vyžadována méně často a náklady se sníží. Pokud se poptávka po takovém alternativním zdroji energie zvýší, bude ještě levnější. Je dost možné, že se výdejní stojany s ním objeví na běžných čerpacích stanicích.
všestrannost
Biopalivo má dobré mazací vlastnosti, jeho spalovací teplota je poměrně vysoká, což má dobrý vliv na životnost motoru. Podle odborných odhadů lze životnost motoru prodloužit až o 60 %. Kromě toho aplikace nevyžaduje výměnu motorů. Můžete používat časem prověřené a spolehlivé systémy, které zvyšují bezpečnost.
Obnovitelnost zdroje
Surová ropa se používá k výrobě benzínu, je to neobnovitelný zdroj energie. V hlubinách země je stále hodně ropy, tyto zásoby vydrží na dlouhou dobu, ale stejně v určité chvíli dojdou. Biopalivo se vyrábí ze zemědělského odpadu, který je vždy obnovitelný. Čím méně ropy na planetě zůstane, tím relevantnější jsou úvahy o alternativě. Stane se nejen slibným zdrojem příjmů, ale také pákou vlivu některých společností na jiné.
Snížení skleníkového efektu
Jde o jeden z nejpalčivějších ekologických problémů. Pokud tomu nebudete věnovat dostatečnou pozornost, vše se změní ve skutečnou katastrofu. Při spalování fosilních paliv se vedlejším produktem stává obrovské množství oxidu uhličitého. Je to skleníkový plyn, který způsobuje skleníkový efekt. Kvůli tomu nemůže sluneční teplo opustit planetu. Spolu se zvýšením teploty ze spalování ropy a uhlí vzniká skleníkový efekt.
Biologická paliva tento efekt nemají, jsou ekologičtější alternativou skleníkových plynů. Zavedením nových zdrojů by se mohlo snížit množství emisí skleníkových plynů o 65 %. Pěstování plodin k výrobě biopaliv navíc absorbuje oxid uhelnatý. Díky tomu je systém ještě udržitelnější a šetrnější k životnímu prostředí. Bionafta neobsahuje v porovnání s běžnou naftou prakticky žádnou síru. Jakmile se dostane do půdy nebo vody, téměř úplně se rozloží do tří týdnů.
Bezpečnost států bez rezerv
Ne každý stát má větší zásoby ropy. Země bez dostatečných rezerv jsou vystaveny ekonomickým rizikům. Dovoz ropy je významnou nákladovou položkou, která může vytvořit díru v ekonomice země. Ceny na světovém trhu se navíc neustále mění, náklady nelze předvídat. Alternativní palivo dostupné všem těmto zemím umožní snížit závislost na dovozu nebo ji úplně odstranit. Výroba v zemi poskytne práci velkému počtu občanů, což bude mít pozitivní dopad na ekonomiku.
Nevýhody biopaliva
Přínosů je mnoho a jsou významné. To naznačuje, že získávání biopaliv z řas je slibný směr, stejně jako z jiných organických obnovitelných zdrojů. Zároveň se ale tento trh nevyvíjí tak dynamicky, jak by mohl. Důvodem jsou některé nedostatky, které v současné době nelze překonat.
Územní omezení
Regionální vhodnost je omezená, je to dáno především klimatickými podmínkami. Rostlinné materiály lze pěstovat pouze za určitých podmínek, tedy pouze v určitých regionech. Výnos stejné plodiny se bude v různých oblastech lišit.
Při výběru oblasti pro pěstování stojí za to zvážit řadu faktorů:
- použití vody. Voda je také omezený zdroj, který je třeba šetřit. Čím méně vody vynaložené na pěstování, tím lépe. V souladu s tím budou suché oblasti méně výhodné, protože jejich využívání je spojeno s vysokou spotřebou vody;
- invazivnost. Některé rostliny přežijí a zničí jiné rostliny; tento proces je obtížné předvídat a kontrolovat. Vzhledem k tomu může extenzivní pěstování nového biologického zdroje ohrozit ekosystém regionu a způsobit mnoho problémů;
- Hnojivost Každá rostlina potřebuje živiny, v půdě jich může být dostatek, ale také nemusí. Používání hnojiv je nákladovou položkou a má dopad na životní prostředí;
- klimatické podmínky. V některých regionech je klima absolutně nevhodné pro pěstování plodin na biopaliva. Může být příliš chladno a sucho a to nelze změnit.
Je zřejmé, že takové podmínky nelze vytvořit v každém regionu. Pokud není splněna jedna z nich, pěstování se stává nerentabilním nebo zcela nemožným, což ohrožuje samotný koncept biopaliv.
Bezpečnost potravin
Další problém spojený s velkoplošným pěstováním plodin, které se budou zpracovávat na palivo. Plodiny zabírají oblasti, které by mohly být využity pro produkci potravin. Světová populace neustále roste a potřebuje více potravin, aby se lidé uživili. V tomto ohledu se zemědělská půda stává velmi důležitým zdrojem. S každou generací lidí bude tento problém stále aktuálnější.
Typ využití půdy
Existují omezení týkající se povoleného užívání některých pozemků. V tomto případě se to týká těch pozemků, které v současnosti nejsou zemědělsky využívány. Vegetaci, která pokrývá mnoho oblastí, nelze jen tak zničit. Je nemožné odstranit stávající vegetaci, aby se vytvořil prostor pro růst nové vegetace, a to ze tří důvodů:
- poskytuje životní prostor zvířatům a mikroorganismům. Pokud je vhodné prostředí zničeno, vyhynou, a to ovlivní faunu jako celek;
- to má negativní dopad na životní prostředí. Aby bylo možné vyklidit území, bude do nich potřeba najet spoustu techniky, práce budou velmi energeticky náročné. Do atmosféry se nevyhnutelně uvolní velké množství znečišťujících látek a dojde ke ztrátě složky životního prostředí. A hraje nejdůležitější roli v konceptu biopaliva;
- spotřeba hnojiva se zvýší. To povede k většímu znečištění půdy a vodních ploch, vliv se projeví ve všech oblastech životního prostředí.
Jak vidíme, pěstování surovin pro výrobu organických obnovitelných paliv vyžaduje výrazné změny ve využívání půdy. A každá z těchto změn je hmatatelnou nevýhodou. Ukazuje se, že bezpečnější je využívat již obdělanou půdu bez zaorávání nových. Pak se ale vracíme k předchozí nevýhodě a ohrožujeme potravinovou bezpečnost.
Obtíže pěstování monokultur
A s touto problematikou souvisí i určité problémy. Zemědělství má své vlastní principy formované s ohledem na životní prostředí. Je jednodušší pěstovat jeden druh plodiny, takže můžete získat větší výnos. Tato strategie se nazývá monokultura. Používá se po celém světě a v posledních desetiletích se stal velmi běžným.
Ale kultivace jednoho druhu mění prostředí. Plodiny se stávají náchylnější k útokům škůdců. Jednoduchý příklad: brambory ničí určitý škůdce, jeho migrační dosah je omezen na několik set metrů. Pokud se budou bramborová pole střídat například s kukuřičnými, pak budou bezpečnější. Škůdce může napadnout jedno bramborové pole, ale nebude se moci rozšířit na kukuřici a poté se přesunout na další bramborová pole. Pokud taková přirozená bariéra neexistuje, škůdce bude schopen zničit celou plodinu.
Existují různé způsoby kontroly škůdců, ale každý má vážné vedlejší účinky.
Jedovaté pesticidy lze použít, ale hmyz si proti nim časem vytvoří imunitu. Předchozí prostředky již nepomohou, úroda bude opět v ohrožení.
Genetické inženýrství nabízí své řešení. Lidé již vědí, jak provést změny v genetickém materiálu plodiny, aby byla odolná vůči škůdcům. Pesticidy se už možná nepoužívají, ale podobný problém brzy vypluje na povrch. Genetické modifikace vás před všemi druhy hmyzu zcela nezachrání, některé budou jistě nahrazeny jinými. Během několika let bude farmář znovu čelit skutečnosti, že jeho úroda je ohrožena. Takový krátkodobý efekt neospravedlňuje prostředky investované do genetického inženýrství.
Existuje tedy pouze jeden přirozený způsob ochrany plodin, a to přítomností biologické rozmanitosti. Velké množství rostlin se navzájem chrání před vyhynutím, totéž se děje se zvířaty. Pokud jeden druh brambor upadne, nahradí ho jiný, a to je zvláště důležité, pokud jde o nejdůležitější druhy potravy.
Nedostatky jsou značné, nutí k zamyšlení. Když však odborníci srovnávají klady a zápory biopaliva, považují jej za nadějné řešení.
