Palivem se může stát i vše, co bylo nebo bude potravou. Nezáleží na tom, kde se právě nacházíte: v městském bytě, chatě na okraji lesa nebo v bungalovu na břehu moře – určitě je ve vaší blízkosti alespoň jeden zdroj biologického paliva. Hlavní podmínkou je organický původ surovin. Recenze článku na téma z online magazínu o energii a energii „Energy+“
Biopalivo se objevilo, když nikdo nepřemýšlel o energii. Lidé se po tisíce let topí u ohně a zapalují kamna a dokonce se jim podařilo vymyslet auta na dřevo (první takové auto se objevilo v roce 1900). Biopalivo je palivo vyrobené z rostlinných nebo živočišných surovin, odpadních produktů a organického odpadu. Může být pevná, kapalná a plynná.
To je palivové dřevo a vše, co ho může nahradit: piliny, kůra, sláma, štěpka, dokonce i skořápky ořechů a slupky semen. Pokud to vše slisujete do granulí, získáte pelety: levnou obdobu palivového dřeva, která zanechává méně popela a téměř žádný kouř. Pevné biopalivo lze použít k vytápění kamen, nebo je lze spalovat v tepelných elektrárnách k výrobě elektřiny.
Ve světě fungují stovky takových stanic a v Rusku je jich několik. Používají se k zásobování teplem malých měst, obcí nebo jednotlivých zařízení. Množství elektřiny vyrobené v takových stanicích závisí na tepelném výkonu a pohybuje se v desítkách megawattů.
Jedná se o alkoholy, které se používají jako přísada do benzínu. Nejoblíbenějším kapalným biopalivem (a ve světě nejrozšířenějším) je bioetanol, který se získává z plodin bohatých na cukr a škrob: kukuřice, cukrová řepa, brambory, obilí, cukrová třtina. Existuje také bionafta: hlavní surovinou pro ni jsou rostlinné oleje: řepkový, palmový, sójový, kokosový. Biologická nafta může být smíchána s ropnou naftou a použita jako samostatné palivo.
Biopaliva jsou teoreticky obnovitelným zdrojem s relativně malou uhlíkovou stopou. Pěstování surovin pro biopaliva však vyžaduje obrovské plochy a energetické zisky mohou být zanedbatelné.
„Například při výrobě etanolu z kukuřice se fosilní paliva používají k výrobě hnojiv, přepravě surovin a destilaci etanolu a množství energie vyrobené spalováním etanolu je výrazně menší než spalováním benzínu,“ vysvětluje odborník. “V krátkodobém horizontu je nepravděpodobné, že celý energetický komplex bude schopen přejít výhradně na biopaliva.”
Existují další možnosti kapalných biopaliv, jako je biobenzín, který se vyrábí z mikrořas. V roce 2019 představili ruští vědci z Moskevské státní univerzity a Společného institutu vysokých teplot Ruské akademie věd novou technologii, která umožňuje vyrábět biobenzín pomocí hydrotermálního zkapalňování. Mokrá biomasa se zahřeje na teplotu 370 stupňů Celsia a stlačí pod tlakem 25 megapascalů. Výsledkem je bioolej, ze kterého se následně oddělí benzinová frakce. Výhodou metody je, že surovinu není třeba předsušit, jak bylo dříve požadováno, a všechny složky mikrořas se přemění na bioolej.
Plynné biopalivo se vyrábí fermentací (řízeným hnitím) biomasy – organického odpadu – shnilého ovoce a zeleniny, odpadu ze zpracování masa nebo ryb. Ve speciálních bioplynových stanicích se pomocí mikroorganismů rozkládají organické látky a vzniká bioplyn složený z metanu a oxidu uhličitého.
V závislosti na požadovaných půdních zdrojích a energetické náročnosti se rostlinné materiály dělí na generace:
XNUMX. generace – zemědělské plodiny, které obsahují hodně tuků, škrobu, cukrů a vyžadují velké plochy pro pěstování;
XNUMX. generace — nepoživatelné zbytky rostlin: dřevo, sláma, slupky obsahující celulózu a lignin;
III generace – řasy, které ke svému růstu nevyžadují půdní zdroje.
Tam, kde bylo palivové dříví vždy vzácným zdrojem, lidé přišli s levnou náhražkou – hnojem. Trávicí odpad obsahuje mnoho jednoduchých organických látek s vysokou kalorickou hodnotou a poskytuje téměř tolik energie jako palivové dřevo. Hlavní je je pořádně vysušit.
Nejjednodušší je shromáždit hotové „koláče“ a poslat je na několik měsíců do dobře větraného prostoru, kde uschnou a zbaví se zápachu. Další možností je dlouhodobě hromadit hnůj, aby se stlačil a vypadal jako plastelína, a poté rozřezal na brikety a také poslal k sušení. Třetím způsobem je smíchat ho se slámou nebo senem, vyrobit cihly nebo koláče a usušit. Technologicky nejpokročilejší metodou přípravy takových briket je smíchání surovin s rostlinným plnivem, naložení do formy a lisování.
Palivové brikety lze vyrobit i z hlíny smíchané s papírem, plevami, skořápkami a slámou v poměru 1:10. K této směsi přidejte trochu vody, aby vznikla hustá „kaše“. Vloží se do formy a vloží pod lis a hotové brikety se pak suší na slunci.
K výrobě bioplynu budete kromě surovin, tedy organického odpadu smíchaného s vodou, potřebovat bioreaktor, živé bakterie a plynojem – zásobník, kam se dodává a skladuje hotový hořlavý produkt. Odpad se umístí do bioreaktoru, „fermentuje“ a v procesu se uvolňuje bioplyn. Vše, co fermentovalo, jde do speciální usazovací nádrže a pak se stává hnojivem. Bioplyn vstupuje do plynojemu a odtud do plynového zařízení.
Jednou z výhod biopaliva je jeho obnovitelnost. Tráva neustále roste a dobytek ji neustále zpracovává. Na kapalné biopalivo se ale nehodí například ledajaká tráva, potřebujeme „energetické rostliny“ – důležité zemědělské plodiny, zdroj potravin a krmiv: cukrová řepa, brambory, obilí. Jejich pěstování vyžaduje půdu, vodu, hnojiva, vybavení a paliva a maziva.
Aby si tyto dvě „inkarnace“ zemědělských rostlin vzájemně nekonkurovaly, hledají výrobci biopaliv druhy, které se stanou čistě energetickými plodinami. Existují úspěšní kandidáti: například nenáročný travník jižní (také nazývaný vějířovitý). Nebojí se horka a škůdců, je nenáročný na půdu a je připraven růst tam, kde jiná zrna ani nevyraší.
Stromy se také pěstují pro energii: na Zemi jsou celé energetické lesy. Druhy stromů a keřů v nich se shromažďují podle principu „rychlosti“: topol, vrba, akácie – všechny rychle rostou. Vědci považují biologické palivo za slibné, ale stále má daleko k fosilním palivům, která zajišťují více než 70 % celkové celosvětové spotřeby energie. Mezi obnovitelnými zdroji energie jsou biopaliva na posledním místě: zde dominuje vodní energie (asi 15 % celosvětové produkce energie v roce 2021), následuje větrná (asi 6 %), solární (asi 4 %) a biopaliva (asi 2 %). Nejčastěji se biopaliva využívají k vytápění soukromých domů, mnohem menší podíl pak v průmyslu a dopravě.
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.
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.
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.
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.
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:
- Obnovitelnost zdroje. Fosilní paliva jsou omezeným zdrojem energie, který nakonec dojde. Protože se biopaliva vyrábějí z rostlinné hmoty, jsou teoreticky obnovitelná.
- 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.
- 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.
- Trvanlivost motoru. Vzhledem k tomu, že biopaliva obsahují méně nečistot ve srovnání s tradičními palivy, budou motory méně špinavé a méně často selžou.
Nevýhody:
- Ztráta lesů. Výroba biopaliv vyžaduje obrovské plochy pro pěstování surovin. To by mohlo vést k masivnímu odlesňování za účelem uvolnění půdy.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
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.
