Biopalivo - Biofuel

Výroba energie z biopaliv, 2019

Autobus poháněný bioplynem

Biopalivo je palivo, které se vyrábí současnými procesy z biomasy , a nikoli velmi pomalými geologickými procesy, které se podílejí na tvorbě fosilních paliv , jako je ropa. Protože biomasu lze technicky použít jako palivo přímo (např. Dřevěná kulatina), někteří lidé používají pojmy biomasa a biopalivo zaměnitelně. Mnohem častěji však slovo biomasa jednoduše označuje biologickou surovinu, ze které je palivo vyrobeno, nebo nějakou formu tepelně/chemicky změněných pevných konečných produktů, jako jsou torefikované pelety nebo brikety .

Slovo biopalivo je obvykle vyhrazeno pro kapalná nebo plynná paliva, používaná k přepravě. Information Administration US Energy (EIA), následuje toto pojmenování praxi. Drop-in biopaliva jsou funkčně ekvivalentní ropným palivům a plně kompatibilní se stávající ropnou infrastrukturou. Nevyžadují žádné úpravy motoru vozidla.

Biopalivo lze vyrábět z rostlin (tj. Energetických plodin ) nebo ze zemědělských, obchodních, domácích a/nebo průmyslových odpadů (pokud má odpad biologický původ). Biopalivo obecně zahrnuje současnou fixaci uhlíku , jako jsou ty, které se vyskytují v rostlinách nebo mikrořasách procesem fotosyntézy . Skleníkových potenciál zmírňování plynů biopaliva se značně liší, od úrovní emisí srovnatelná s fosilními palivy v některých případech k negativním emisí v jiných. IPCC (Mezivládní panel pro změny klimatu) definuje bioenergie jako obnovitelné formy energie.

Dva nejběžnější typy biopaliv jsou bioethanol a bionafta.

• Bioethanol je alkohol vyrobený kvašením , většinou ze sacharidů vyráběných v cukrových nebo škrobových plodinách, jako je kukuřice , cukrová třtina nebo sladký čirok . Celulózová biomasa získaná z nepotravinářských zdrojů, jako jsou stromy a trávy, se také vyvíjí jako výchozí surovina pro výrobu ethanolu. Ethanol lze použít jako palivo pro vozidla v čisté formě (E100), ale obvykle se používá jako aditivum do benzínu ke zvýšení oktanu a zlepšení emisí vozidla. Bioethanol je široce používán ve Spojených státech a v Brazílii .
• Bionafta se vyrábí z olejů nebo tuků transesterifikací a je nejběžnějším biopalivem v Evropě. Může být použit jako palivo pro vozidla v čisté formě (B100), ale obvykle se používá jako aditivum do nafty ke snížení hladin částic, oxidu uhelnatého a uhlovodíků z vozidel poháněných naftou.

V roce 2019 dosáhla celosvětová produkce biopaliv 161 miliard litrů (43 miliard galonů USA), což je o 6% více než v roce 2018, a biopaliva poskytovala 3% světových paliv pro silniční dopravu. Mezinárodní agentura pro energii chtějí biopaliv více než čtvrtina světové poptávky po dopravních palivech splnit do roku 2050, s cílem snížit závislost na ropě. Výroba a spotřeba biopaliv však nejsou na dobré cestě ke splnění scénáře udržitelného rozvoje IEA. Aby bylo dosaženo cíle IEA, musí se od roku 2020 do roku 2030 celosvětová produkce biopaliv každoročně zvyšovat o 10%. V příštích 5 letech se očekává pouze 3% růst ročně.

Část série na
Udržitelná energie
Úspora energie Kogenerace Efektivní využití energie Úschovna energie Zelená budova Tepelné čerpadlo Mikrogenerace
Obnovitelná energie Vodní elektřina Sluneční Vítr Geotermální Biopalivo Uhlíkově neutrální palivo Přechod obnovitelné energie Mořská energie
Udržitelná doprava Elektrické vozidlo Zelené vozidlo Plug-in hybrid Vyřazení fosilních paliv
Portál obnovitelné energie  Kategorie
proti t E

Část série na
Obnovitelná energie
Biopalivo Biomasa Bioplyn Geotermální Vodní síla Solární energie Energie přílivu a odlivu Vlnová síla Síla větru
Témata podle zemí Marketingové a politické trendy
proti t E

Generace

Druhy a generace biopaliv 

Biopaliva první generace

Biopaliva první generace jsou paliva vyrobená z potravinářských plodin pěstovaných na orné půdě. Obsah cukru, škrobu nebo oleje plodiny se převádí na bionaftu nebo ethanol pomocí transesterifikace nebo kvasnicového kvašení.

Biopaliva druhé generace

Biopaliva druhé generace jsou paliva vyrobená z lignocelulózové nebo dřevní biomasy nebo ze zemědělských zbytků/odpadu. Suroviny používané k výrobě paliv buď rostou na orné půdě, ale jsou vedlejšími produkty hlavní plodiny, nebo se pěstují na okrajové půdě. Mezi suroviny druhé generace patří sláma, bagasa, víceleté trávy, jatropha, odpadní rostlinný olej, tuhý komunální odpad atd.

Biopaliva třetí generace

Výroba biopaliv z mikrořas

Mikrořasy se kultivují různými způsoby, například fotoautotrofními, heterotrofními, fotoheterotrofními a mixotrofními, a poté se sklízejí směsným způsobem, ve kterém se mikrořasy izolují ze suspenze flotací, flokulací nebo gravitační sedimentací. Zahušťování je druhým stupněm používaným ke koncentraci suspenze řas po procesu spojování.

Řasy mohou být produkovány v rybnících nebo nádržích na souši i venku na moři. Řasová paliva mají vysoké výnosy, lze je pěstovat s minimálním dopadem na zdroje sladké vody , lze je vyrábět pomocí slané a odpadní vody , mají vysoký bod vznícení a jsou biologicky rozložitelná a relativně neškodná pro životní prostředí, pokud se rozlijí. Výroba vyžaduje velké množství energie a hnojiv, vyrobené palivo se rozkládá rychleji než jiná biopaliva a za nízkých teplot neteče dobře. Do roku 2017 byla z ekonomických důvodů většina úsilí o výrobu paliva z řas opuštěna nebo změněna na jiné aplikace.

Biopaliva čtvrté generace

Tato třída biopaliv zahrnuje elektropaliva a solární paliva . Elektropaliva se vyrábějí ukládáním elektrické energie do chemických vazeb kapalin a plynů. Primárními cíli jsou butanol , bionafta a vodík , ale zahrnují další alkoholy a plyny obsahující uhlík, jako je metan a butan . Solární palivo je syntetické chemické palivo vyráběné ze sluneční energie. Světlo se přeměňuje na chemickou energii , obvykle redukcí protonů na vodík nebo oxidu uhličitého na organické sloučeniny .

Typy

Následující paliva lze vyrábět pomocí postupů výroby biopaliv první, druhé, třetí nebo čtvrté generace. Většinu z nich lze vyrobit pomocí dvou nebo tří různých postupů výroby biopaliv.

Plynné biopalivo

Bioplyn a biometan

Bioplyn

Bioplyn je metan vyrábí procesem anaerobní digesce z organického materiálu podle anaeroby . Může být vyroben buď z biologicky rozložitelných odpadních materiálů, nebo pomocí energetických plodin přiváděných do anaerobních vyhnívacích zařízení k doplnění výnosů plynu. Tuhý vedlejší produkt, digestát , lze použít jako biopalivo nebo hnojivo. Když CO
2a další nečistoty jsou odstraněny z bioplynu, nazývá se to biometan .

Bioplyn lze získat ze systémů pro zpracování mechanického biologického zpracování odpadu. Skládkový plyn , méně čistá forma bioplynu, se na skládkách vyrábí přirozeně se vyskytujícím anaerobním štěpením. Pokud uniká do atmosféry, funguje jako skleníkový plyn .

Zemědělci mohou vyrábět bioplyn z hnoje ze svého skotu pomocí anaerobních digestorů.

Syngas

Syngas , směs oxidu uhelnatého , vodíku a dalších uhlovodíků, se vyrábí částečným spalováním biomasy, to znamená spalováním s množstvím kyslíku, které není dostatečné k úplné přeměně biomasy na oxid uhličitý a vodu. Před částečným spalováním se biomasa suší a někdy pyrolyzuje . Výsledná plynná směs, syngas, je účinnější než přímé spalování původního biopaliva; extrahuje se více energie obsažené v palivu.

Syngas lze spalovat přímo ve spalovacích motorech, turbínách nebo vysokoteplotních palivových článcích. Plynový generátor dřeva , dřevo-poháněný zplyňovací reaktor, může být připojen k motoru s vnitřním spalováním.

Syngas lze použít k výrobě methanolu , DME a vodíku , nebo jej lze převést Fischerovým -Tropschovým procesem na výrobu náhražky nafty nebo směsi alkoholů, které lze přimíchat do benzínu. Zplyňování obvykle závisí na teplotách vyšších než 700 ° C.

Při společné produkci biouhlu je žádoucí zplyňování při nižších teplotách , ale výsledkem je syngas znečištěný dehtem .

Tekuté biopalivo

Ethanol

Čistý ethanol vlevo (A), benzín vpravo (G) na čerpací stanici v Brazílii

Biologicky vyráběné alkoholy , nejčastěji ethanol a méně často propanol a butanol , se vyrábějí působením mikroorganismů a enzymů fermentací cukrů nebo škrobů (nejjednodušší) nebo celulózy (což je obtížnější). O biobutanolu (také nazývaném bioplyn) se často tvrdí, že poskytuje přímou náhradu za benzín , protože jej lze použít přímo v benzínovém motoru.

Etanolové palivo je celosvětově nejběžnějším biopalivem, zejména v Brazílii . Alkoholová paliva se vyrábějí kvašením cukrů pocházejících z pšenice , kukuřice , cukrové řepy , cukrové třtiny , melasy a veškerého cukru nebo škrobu, ze kterého lze vyrábět alkoholické nápoje, jako je whisky (například bramborový a ovocný odpad atd.). Používanými metodami výroby ethanolu je štěpení enzymů (k uvolňování cukrů ze skladovaných škrobů), kvašení cukrů, destilace a sušení. Destilační proces vyžaduje značný energetický přísun tepla (někdy neudržitelné fosilní palivo ze zemního plynu , ale celulózová biomasa, jako je bagasa , odpad po lisování cukrové třtiny k extrakci šťávy) je v Brazílii nejběžnějším palivem, zatímco pelety, dřevní štěpka a také odpadní teplo jsou v Evropě běžnější) Odpadní parní paliva na výrobu etanolu - kde se odpadní teplo z továren využívá také v soustavě dálkového vytápění.

Ethanol lze použít v benzínových motorech jako náhradu za benzín; může být smíchán s benzínem na jakékoli procento. Většina stávajících automobilových benzínových motorů může běžet na směsi až 15% bioethanolu s ropou/benzínem. Ethanol má menší hustotu energie než benzín; to znamená, že k výrobě stejného množství práce je zapotřebí více paliva (objemu a hmotnosti). Výhoda ethanolu ( CH
₃CH
₂OH ) je, že má vyšší oktanové číslo než benzín bez ethanolu dostupný na silničních čerpacích stanicích, což umožňuje zvýšení kompresního poměru motoru pro zvýšení tepelné účinnosti . V místech s vysokou nadmořskou výškou (tenké ovzduší) některé státy nařizují kombinaci benzinu a ethanolu jako zimního okysličovadla, aby se snížily emise znečištění ovzduší.

Ethanol se také používá k topení bioetanolových krbů . Protože nevyžadují komín a jsou „plynulé“, jsou požáry z bioetanolu mimořádně užitečné pro nově postavené domy a byty bez kouřovodu. Stinnou stránkou těchto krbů je, že jejich tepelný výkon je o něco menší než u ohně elektrickým nebo plynovým ohněm, a musí být přijata opatření, aby se zabránilo otravě oxidem uhelnatým.

Zásoby kukuřice na ethanol a další potraviny vedly k vývoji celulózového ethanolu . Podle společné výzkumné agendy prováděné prostřednictvím amerického ministerstva energetiky jsou poměry fosilní energie ( FER ) pro celulózový ethanol, kukuřičný ethanol a benzín 10,3, 1,36 a 0,81.

Ethanol má zhruba o třetinu nižší energetický obsah na jednotku objemu ve srovnání s benzínem. Částečně tomu čelí lepší účinnost při používání ethanolu (v dlouhodobém testu na více než 2,1 milionu km projekt BEST zjistil, že vozidla FFV jsou o 1–26% energeticky účinnější než benzínová auta, ale objemová spotřeba se zvyšuje o přibližně 30%, takže je zapotřebí více zastavení paliva).

Jiné bioalkoholy

Metanol se v současné době vyrábí ze zemního plynu , neobnovitelného fosilního paliva. V budoucnosti se doufá, že bude vyráběna z biomasy jako biomethanol . To je technicky proveditelné, ale výroba je v současné době odkládána kvůli obavám, že ekonomická životaschopnost stále čeká. Methanol ekonomika je alternativou k ekonomice vodíku v kontrastu s dnešním vodíku výrobě ze zemního plynu.

Butanol ( C.
₄H
₉OH ) vzniká ABE fermentací (aceton, butanol, ethanol) a experimentální modifikace postupu ukazují potenciálně vysoké čisté energetické zisky u butanolu jako jediného kapalného produktu. Butanol bude produkovat více energie než ethanol, protože má nižší obsah kyslíku a údajně jej lze spalovat „přímo“ ve stávajících benzínových motorech (bez úpravy motoru nebo automobilu), a je méně korozivní a méně rozpustný ve vodě než ethanol, a mohl by být distribuovány prostřednictvím stávající infrastruktury. DuPont a BP spolupracují na vývoji butanolu. Kmeny Escherichia coli byly také úspěšně vyvinuty pro produkci butanolu úpravou jejich metabolismu aminokyselin . Jednou nevýhodou produkce butanolu v E. coli zůstávají vysoké náklady na média bohatá na živiny, nicméně nedávná práce ukázala, že E. coli může produkovat butanol s minimální výživovou suplementací.

Bionafta

Čerpadla na biopaliva DCA 07 2010 9834

Bionafta je nejběžnějším biopalivem v Evropě. Vyrábí se z olejů nebo tuků transesterifikací a je kapalinou podobného složení jako fosilní/minerální nafta. Chemicky se skládá převážně z methyl (nebo ethyl) esterů mastných kyselin ( FAME ). Suroviny pro bionaftu zahrnují živočišné tuky, rostlinné oleje, sóju , řepku , JATROPHA , mahua , hořčice , len , slunečnice , palmový olej , konopí , pole pennycress , Pongamia pinnata a řasy . Čistá bionafta (B100, známá také jako „čistá“ bionafta) v současné době snižuje emise až o 60% ve srovnání s naftou druhé generace B100. Od roku 2020 vědci z australského CSIRO studují světlicový olej jako motorové mazivo a vědci z Centra pokročilých paliv Montana State University v USA studují výkon oleje ve velkém dieselovém motoru s výsledky popsanými jako „ měnič hry “.

Železniční vůz přepravující bionaftu Targray Biopalels Division.

Bionaftu lze použít v jakémkoli dieselovém motoru, když je smíchán s minerální naftou. Může být také použit v čisté formě (B100) v dieselových motorech, ale během zimního využití pak mohou nastat určité problémy s údržbou a výkonem, protože palivo se stává při nižších teplotách poněkud viskóznější, v závislosti na použité surovině.

V některých zemích výrobci pokrýt své dieselové motory v rámci záruky pro B100 použití, ačkoli Volkswagen z Německa , například žádá řidiče, aby ověřit telefonicky s Environmental Services oddělení VW před přechodem na B100. Bionafta je ve většině případů kompatibilní s naftovými motory od roku 1994, které ve svých mechanických systémech vstřikování paliva používají syntetický kaučuk „ Viton “ (od společnosti DuPont ) . Všimněte si však, že žádná vozidla nejsou certifikována pro používání čisté bionafty před rokem 2014, protože před tímto datem nebyl pro bionaftu k dispozici žádný protokol o regulaci emisí.

Elektronicky řízené systémy typu „ common rail “ a „ Unit Injector “ od konce devadesátých let smějí používat pouze bionaftu smíchanou s konvenční naftou. Tyto motory mají jemně dávkované a atomizované vícestupňové vstřikovací systémy, které jsou velmi citlivé na viskozitu paliva. Mnoho dieselových motorů současné generace je vyrobeno tak, aby mohly běžet na B100, aniž by se měnil samotný motor, i když to závisí na konstrukci palivové lišty . Protože je bionafta účinným rozpouštědlem a čistí zbytky usazené minerální naftou, může být nutné častěji vyměňovat filtry motoru , protože biopalivo rozpouští staré usazeniny v palivové nádrži a potrubí. Účinně také čistí spalovací komoru motoru od karbonových usazenin, což pomáhá udržovat účinnost. V mnoha evropských zemích je široce používána směs 5% bionafty, která je k dispozici na tisících čerpacích stanic. Bionafta je také okysličené palivo , což znamená, že obsahuje snížené množství uhlíku a vyšší obsah vodíku a kyslíku než fosilní nafta. To zlepšuje spalování bionafty a snižuje emise částic z nespáleného uhlíku. Používání čisté bionafty však může zvýšit emise NO _x

S bionaftou se také snadno manipuluje a přepravuje, protože je netoxická a biologicky rozložitelná a má vysoký bod vzplanutí asi 148 ° C (300 ° F) ve srovnání s ropnou naftou, která má bod vzplanutí 125 ° F (52 ° C). ° C).

V USA jezdí na naftu více než 80% nákladních vozidel a městských autobusů. Odhaduje se, že rozvíjející se americký trh s bionaftou vzrostl v letech 2004 až 2005 o 200%. “Do konce roku 2006 se výroba bionafty podle odhadů zvýšila čtyřnásobně [od roku 2004] na více než„ 1 miliardu amerických galonů (3 800 000 m ³ ).

Ve Francii je bionafta zapracována v množství 8% do paliva používaného všemi francouzskými naftovými vozidly. Skupina Avril vyrábí pod značkou Diester pětinu 11 milionů tun bionafty ročně spotřebované Evropskou unií . Je předním evropským výrobcem bionafty.

Zelená nafta

Zelená nafta se vyrábí pomocí hydrokrakovacích biologických ropných surovin, jako jsou rostlinné oleje a živočišné tuky. Hydrokrakování je rafinérská metoda, která využívá zvýšené teploty a tlak v přítomnosti katalyzátoru k rozkladu větších molekul , jako jsou ty, které se nacházejí v rostlinných olejích , na kratší uhlovodíkové řetězce používané v naftových motorech. Může se také nazývat obnovitelná nafta, hydrogenovaný rostlinný olej (palivo HVO) nebo obnovitelná nafta získaná z vodíku. Na rozdíl od bionafty má zelená nafta přesně stejné chemické vlastnosti jako nafta na bázi ropy. K distribuci a používání nevyžaduje nové motory, potrubí ani infrastrukturu, ale nebyl vyroben za cenu, která je konkurenceschopná s ropou . Vyvíjejí se také benzínové verze. Zelenou naftu vyvíjí v Louisianě a Singapuru společnosti ConocoPhillips , Neste Oil , Valero , Dynamic Fuels a Honeywell UOP a také společnost Preem ve švédském Göteborgu, čímž vzniká to, co je známé jako Evolution Diesel.

Rovný rostlinný olej

Tento nákladní vůz je jedním z 15 v distribučním centru Walmart's Buckeye v Arizoně, který byl přestavěn na biopalivo vyrobené z regenerovaného kuchyňského tuku vyrobeného během přípravy jídla v obchodech Walmart.

Přímý nemodifikovaný jedlý rostlinný olej se obecně nepoužívá jako palivo, ale byl k tomu použit olej nižší kvality. Použitý rostlinný olej se stále častěji zpracovává na bionaftu, nebo (vzácněji) se čistí od vody a pevných částic a poté se používá jako palivo.

Stejně jako u 100% bionafty (B100), aby se zajistilo, že vstřikovače paliva atomizují rostlinný olej ve správném vzoru pro účinné spalování, musí být palivo rostlinného oleje zahříváno, aby se snížila jeho viskozita na naftu, a to buď pomocí elektrických cívek nebo výměníků tepla. To je jednodušší v teplém nebo mírném podnebí. MAN B&W Diesel , Wärtsilä a Deutz AG , jakož i řada menších společností, jako je Elsbett , nabízejí motory, které jsou kompatibilní s čistým rostlinným olejem, aniž by bylo nutné provádět dodatečné úpravy na trhu.

Rostlinný olej lze také použít v mnoha starších vznětových motorech, které nepoužívají elektronické vstřikovací systémy common rail nebo jednotkové vstřikování paliva. Vzhledem ke konstrukci spalovacích komor u motorů s nepřímým vstřikováním jsou tyto motory nejlepší pro použití s ​​rostlinným olejem. Tento systém umožňuje relativně větším molekulám oleje spalovat více času. Některé starší motory, zejména Mercedes, jsou poháněny experimentálně nadšenci bez jakékoli přestavby. Několik řidičů zažilo omezený úspěch s předchozími motory VW TDI „Pumpe Duse“ a dalšími podobnými motory s přímým vstřikováním . Několik společností, jako je Elsbett nebo Wolf, vyvinulo profesionální konverzní sady a za poslední desetiletí jich úspěšně nainstalovalo stovky.

Oleje a tuky lze hydrogenovat za vzniku náhrady nafty. Výsledný produkt je uhlovodík s přímým řetězcem s vysokým cetanovým číslem , nízkým obsahem aromátů a síry a neobsahuje kyslík. Hydrogenované oleje lze mísit s naftou ve všech poměrech. Ve srovnání s bionaftou mají několik výhod, včetně dobrého výkonu při nízkých teplotách, bez problémů se stabilitou při skladování a bez náchylnosti k mikrobiálnímu napadení.

Bioethery

Produkce biopaliv podle regionů

Bioethery (také označované jako ethery paliva nebo okysličená paliva ) jsou nákladově efektivní sloučeniny, které působí jako látky zvyšující oktanové číslo . „Bioethery se vyrábějí reakcí reaktivních iso-olefinů, jako je isobutylen, s bioethanolem.“ Bioethery se vytvářejí z pšenice nebo cukrové řepy. Rovněž zvyšují výkon motoru a současně výrazně snižují opotřebení motoru a toxické výfukové emise . Ačkoli bioethery pravděpodobně nahradí petroethery ve Velké Británii, je velmi nepravděpodobné, že se stanou palivem samy o sobě kvůli nízké hustotě energie. Výrazným snížením množství přízemních emisí ozonu přispívají ke kvalitě ovzduší.

Pokud jde o palivo pro přepravu, existuje šest etherových přísad: dimethylether (DME), diethylether (DEE), methyl -terc -butylether (MTBE), ethyl -terc -butylether (ETBE), terc -amylmethylether (TAME) a terc -amylethylether (TAEE).

Evropská asociace pro okysličování paliva (EFOA) označuje methyl -terc -butylether (MTBE) a ethyl -terc -butylether (ETBE) jako nejčastěji používané ethery v palivu k nahrazení olova. V Evropě byly v 70. letech 20. století zavedeny ethery, které nahradily vysoce toxickou sloučeninu. Přestože Evropané stále používají bioetherová aditiva, USA již nemají požadavek na okysličování, a proto se jako hlavní aditivum do paliva již nepoužívají bioethery.

Biopaliva a životní prostředí

Neutralita uhlíku

Cesty produkce uhlíkově negativních (miscanthus) a uhlíkově pozitivních (topolů).

Vztah mezi nadzemním výnosem (diagonální čáry), půdním organickým uhlíkem (osa X) a potenciálem půdy pro úspěšnou/neúspěšnou sekvestraci uhlíku (osa Y). V zásadě platí, že čím vyšší je výnos, tím více půdy lze použít jako nástroj ke zmírnění skleníkových plynů (včetně půdy relativně bohaté na uhlík).

Projekt biopaliv je považován za uhlíkově neutrální, pokud CO ₂ absorbovaný plodinou kompenzuje emise skleníkových plynů (GHG) související s projektem. CO ₂ je nejdůležitější ze skleníkových plynů a v CO ₂ je přibližně 27% uhlíku (12/44). To zahrnuje veškeré emise způsobené přímou nebo nepřímou změnou ve využívání půdy . Mnoho projektů první generace biopaliv není vzhledem k této definici uhlíkově neutrální. Některé mají dokonce vyšší emise než některé alternativy na bázi fosilních paliv.

Je to celkové množství absorpce a emisí, které společně určuje, zda jsou náklady na životní cyklus skleníkových plynů projektu biopaliva kladné, neutrální nebo negativní. Pokud jsou emise během produkce, zpracování, dopravy a spalování vyšší než absorbované, a to jak nad, tak pod zemí během růstu plodin, jsou náklady na životní cyklus skleníkových plynů kladné. Stejně tak je -li celková absorpce vyšší než celkové emise, jsou náklady na životní cyklus záporné.

Whitaker a kol. tvrdí, že plodina miscanthus s výnosem 10 tun na hektar za rok sekvestruje tolik uhlíku, že plodina více než kompenzuje jak emise z provozu farmy, tak emise z dopravy. (Emise pocházející ze spalování jsou plně absorbovány růstem nadzemních rostlin v následujících sezónách.) Horní graf vpravo zobrazuje dvě způsoby produkce CO ₂ negativních miscanthusů a dvě cesty produkce topolu pozitivního na CO ₂ , zastoupené v gramech CO ₂ - ekvivalenty na megajoule. Sloupce jsou sekvenční a pohybují se nahoru a dolů, protože se odhaduje, že atmosférický CO ₂ se zvyšuje a snižuje. Šedé/modré pruhy představují emise související se zemědělstvím, zpracováním a dopravou, zelené pruhy představují změnu uhlíku v půdě a žluté diamanty představují celkové konečné emise.

Úspěšná sekvestrace závisí na místech výsadby, protože nejlepší půdy pro sekvestraci jsou půdy, které mají v současné době nízký obsah uhlíku. Různé výsledky zobrazené v grafu tuto skutečnost zdůrazňují. Ve Velké Británii se očekává úspěšná sekvestrace pro ornou půdu ve většině Anglie a Walesu, neúspěšná sekvestrace se očekává v některých částech Skotska, kvůli půdám již bohatým na uhlík (stávající lesy) a nižším výnosům. Půdy již bohaté na uhlík zahrnují rašeliniště a vzrostlý les. Travní porosty mohou být také bohaté na uhlík, nicméně Milner et al. tvrdí, že nejúspěšnější sekvestrace uhlíku ve Velké Británii probíhá pod vylepšenými pastvinami. Spodní graf zobrazuje odhadovaný výnos potřebný k dosažení negativity CO ₂ pro různé úrovně stávajícího nasycení uhlíku v půdě. Čím vyšší je výnos, tím pravděpodobnější je negativita CO ₂ .

Znečištění ovzduší

Obecně je látka nebo energie považována za znečištění, pokud se uvolňuje do životního prostředí rychlostí rychlejší, než jakou může prostředí rozptýlit, zředit, rozložit, recyklovat nebo uložit v nějaké neškodné formě. Na základě této definice znečišťují životní prostředí jak fosilní paliva, tak některá tradiční biopaliva. Například IPCC tvrdí, že tradiční využití dřeva v kamnech vařit a otevřeného ohně vytváří znečišťující látky, které mohou vést k těžkým zdravotní a environmentální důsledky. Přechod na moderní bioenergii však přispívá ke zlepšení obživy a může snížit degradaci půdy a dopady na ekosystémové služby . Podle IPCC existují pádné důkazy o tom, že moderní bioenergie má „velké pozitivní dopady“ na kvalitu ovzduší. Při spalování v průmyslových zařízeních se většina znečišťujících látek pocházejících z dřevní biomasy snižuje o 97-99%ve srovnání s otevřeným spalováním. Studie obřího hnědého oparu, který periodicky pokrývá velké oblasti v jižní Asii, zjistila, že dvě třetiny z toho byly vyrobeny převážně domácím vařením a zemědělským spalováním a jednu třetinu spalováním fosilních paliv.

Výroba energie ve srovnání s jinými obnovitelnými zdroji

Pro výpočet požadavků na využití území pro různé druhy výroby energie je nezbytné znát příslušné hustoty výkonu specifické pro danou oblast. Smil odhaduje, že průměrné hustoty výkonu specifické pro danou oblast u biopaliv, větrné, vodní a solární výroby jsou 0,30 W/m ² , 1 W/m ² , 3 W/m ^2, respektive 5 W/m ² (výkon v forma tepla pro biopaliva a elektřina pro vítr, vodní a sluneční energii). Průměrná spotřeba lidské energie na zemi bez ledu je 0,125 W/m ² (teplo a elektřina dohromady), přestože v městských a průmyslových oblastech stoupá na 20 W/m ² . Důvodem nízké hustoty energie specifické pro oblast biopaliv je kombinace nízkých výnosů a pouze částečného využití závodu při výrobě kapalných paliv (například ethanol se obvykle vyrábí z obsahu cukru v cukrové třtině nebo z obsahu kukuřičného škrobu, zatímco bionafta je často vyrobené z řepkového a sójového oleje).

Smil odhaduje následující hustoty:

Ethanol

• Zimní pšenice (USA) 0,08 W / m ²
• Kukuřice 0,26 W/m ² (výnos 10 t/ha)
• Pšenice (Německo) 0,30 W/m ²
• Miscanthus x giganteus 0,40 W/m ² (výnos 15 t/ha)
• Cukrová třtina (Brazílie) 0,50 W/m ² (výnos 80 t/ha vlhkého)

Tryskové palivo

• Sója 0,06 W/m ²
• Jathropa (okrajová země) 0,20 W/m ²
• Palmový olej 0,65 W/m ²

Bionafta

• Řepka 0,12 W/m ² (průměr EU)
• Řepka (upraveno o vstup energie, Nizozemsko) 0,08 W/m ²
• Cukrová řepa (upraveno o vstup energie, Španělsko) 0,02 W/m ²

Spalování tuhé biomasy je energeticky účinnější než spalování biopaliv (kapalin), protože se využívá celá rostlina. Například kukuřičné plantáže produkující tuhou biomasu ke spalování generují více než dvojnásobné množství energie na metr čtvereční ve srovnání s kukuřičnými plantážemi produkujícími ethanol, když je výnos stejný: 10 t/ha generuje 0,60 W/m ² a 0,26 W/ m ² . Suchá biomasa v troubě má obecně kalorický obsah zhruba 18 GJ/t a každý t/ha výtěžku suché biomasy zvyšuje produkci energie plantáže o 0,06 W/m ² .

Jak již bylo uvedeno výše, Smil odhaduje, že světový průměr výroby větrné, vodní a solární energie je 1 W/m ² , 3 W/m ² a 5 W/m ² . Aby odpovídaly těmto hustotám výkonu, musí výnosy plantáží dosáhnout 17 t/ha, 50 t/ha a 83 t/ha u větru, vodních a slunečních energií. To se zdá být dosažitelný pro tropické plantáže - Smil odhadují, že měřítko plantáže velké s eukalyptu , arabská guma , Leucaena , Pinus a Dalbergia v tropických a subtropických oblastech výtěžek 20-25 t / ha, což odpovídá 1,20-1,50 W / m ² . Zdá se také dosažitelné pro sloní trávy, např. Miscanthus (10–40 t/ha nebo 0,6–2,4 W/m ² ) a napier ( 15–80 t/ha nebo 0,9–4,8 W/m ² ), ale nepravděpodobné pro lesní a mnoho dalších druhů plodin z biomasy - Smilův odhad pro přírodní smíšené lesy mírného pásma je 1,5–2 suché tuny na hektar (2–2,5 m ³ , což odpovídá 0,1 W/m ² ), v rozmezí od 0,9 m3 v Řecku do 6 m ³ ve Francii).

Viz také

Reference

Další čtení

• GA Mansoori, N Enayati, LB Agyarko (2016), Energie: zdroje, využití, legislativa, udržitelnost, Illinois jako modelový stát , World Sci. Hospoda. Co., ISBN  978-981-4704-00-7
• Caye Drapcho; Nhuan Phú Nghiêm; Terry Walker (srpen 2008). Technologie technologického procesu výroby biopaliv . [McGraw-Hill]. ISBN 978-0-07-148749-8.
• Předmětová skupina IChemE Energy Conversion Technology (květen 2009). Kompendium biopaliv . [IChemE]. ISBN 978-0-85295-533-8. Archivovány od originálu dne 19. července 2011.
• Posouzení dopadů směrnice o kvalitě paliva
• Biopaliva Journal
• Mitchell, Donald (2010). Biopaliva v Africe: příležitosti, vyhlídky a výzvy . Světová banka , Washington, DC ISBN 978-0-8213-8516-6. Archivováno z originálu (k dispozici ve formátu PDF) dne 11. srpna 2011 . Vyvolány 8 February 2011 .
• Li, H .; Cann, AF; Liao, JC (2010). „Biopaliva: Základy a pokroky v biomolekulárním inženýrství“. Výroční přehled chemického a biomolekulárního inženýrství . 1 : 19–36. doi : 10,1146/annurev-chembioeng-073009-100938 . PMID  22432571 .

externí odkazy

• Lokátor alternativní čerpací stanice ( EERE )
• Směrem k udržitelné výrobě a využívání zdrojů: Hodnocení biopaliv podle Programu OSN pro životní prostředí , říjen 2009.
• Pokyny pro biopaliva pro firmy, včetně povolení a licencí požadovaných na NetRegs .gov.uk
• Kolik vody je potřeba k výrobě elektřiny? —Přírodní plyn vyžaduje k výrobě energie nejméně vody, některá biopaliva podle nové studie nejvíce.
• Mezinárodní konference o normách pro biopaliva - Evropská unie Standardizace biopaliv
• Biopaliva z biomasy: Technologické a politické úvahy Důkladný přehled od MIT
• The Guardian novinky o biopalivech
• USA DOE Clean Cities Program - odkazy na 87 US Clean Cities koalicí, od roku 2004.
• Biopaliva Factsheet By the University of Michigan ‚s Centrem pro udržitelné systémy
• Naučte se biopaliva - vzdělávací zdroje pro studenty