Biopolttoaine - polttoaine kasvi- tai eläinraaka-aineista, eliöiden jätetuotteista tai orgaanisesta teollisuusjätteestä.
On olemassa nestemäisiä biopolttoaineita (polttomoottoreille esim. etanoli , metanoli , biodiesel ), kiinteitä biopolttoaineita ( puu , briketit , polttoainepelletit , puuhake , olki , tuli , kuoret ) ja kaasumaisia ( synteesikaasu , biokaasu , vety ).
54-60 % biopolttoaineista on perinteisissä muodoissaan: polttopuuta, satojätteitä ja kuivattua lantaa kodin lämmitykseen ja ruoanlaittoon. Niitä käyttää 38 % maailman väestöstä.
Puupelletit ovat energiateollisuuden tärkein biopolttoaineen muoto.
Liikenteen biopolttoaineita on pääasiassa etanolina ja biodieselinä. Vuonna 2014 liikenteen biopolttoainemarkkinoista etanolin osuus oli 74 %, biodieselin 23 % (pääasiassa rasvahappojen metyyliesterien muodossa), hydratun kasviöljyn (HVO) 3 %. Nämä polttoaineet valmistetaan elintarvikeraaka-aineista. Etanolia saadaan sokeriruo'osta (61 %) ja viljasta (39 %). Biodieseltuotannon tärkeimmät raaka-aineet ovat soijapavut ja rapsi. Yritykset kaupallistaa nestemäisiä biopolttoaineita lähteistä, jotka eivät kilpaile elintarviketuotannon kanssa, eivät ole vielä johtaneet tilastollisesti merkittäviin markkinatuloksiin [1] .
Biopolttoaineiden käytön laajentamista helpottavat pakolliset määräykset, jotka edellyttävät tiettyä prosenttiosuutta biopolttoaineista energiankulutuksessa. Vuoteen 2011 mennessä tällaisia normeja oli kansallisella tasolla 31 maassa ja alueellisella tasolla - 29 alueella [2] .
Kasvimateriaali on jaettu sukupolviin.
Ensimmäisen sukupolven raaka -aineita ovat viljelykasvit , jotka sisältävät runsaasti rasvaa , tärkkelystä ja sokereita . Kasvisrasvat jalostetaan biodieseliksi ja tärkkelykset ja sokerit etanoliksi. Maankäytön epäsuorien muutosten myötä nämä raaka-aineet aiheuttavat usein enemmän ilmastovaurioita kuin voidaan välttää välttämällä fossiilisten polttoaineiden polttamista [3] . Lisäksi sen vetäytyminen markkinoilta vaikuttaa suoraan elintarvikkeiden hintaan. Lähes kaikki nykyaikaiset liikenteen biopolttoaineet valmistetaan ensimmäisen sukupolven raaka-aineista, toisen sukupolven raaka-aineiden käyttö on kaupallistamisen alkuvaiheessa tai tutkimusvaiheessa [4] .
Viljeltyjen kasvien, ruohon ja puun non food -jätteitä kutsutaan toisen sukupolven raaka-aineiksi. Sen tuotanto on paljon halvempaa kuin ensimmäisen sukupolven kasvien tuotanto. Tällaiset raaka-aineet sisältävät selluloosaa ja ligniiniä . Se voidaan polttaa suoraan (kuten perinteisesti polttopuun kanssa), kaasuttaa (vastaanottaa palavia kaasuja ), pyrolyysi voidaan suorittaa . Toisen sukupolven raaka-aineiden suurimmat haitat ovat käytössä olevat maavarat ja suhteellisen alhainen tuotto pinta-alayksikköä kohti.
Kolmannen sukupolven raaka-aineet ovat levät . Ne eivät vaadi maavaroja, niillä voi olla korkea biomassapitoisuus ja korkea lisääntymisnopeus.
Toisen sukupolven biopolttoaineet - erilaiset polttoaineet, jotka on saatu erilaisilla biomassan tai muun tyyppisten polttoaineiden pyrolyysimenetelmillä metanolin , etanolin ja biodieselin lisäksi, tuotettu "toisen sukupolven" raaka-ainelähteistä.
Toisen sukupolven biopolttoaineiden raaka-ainelähteet ovat lignoselluloosayhdisteitä, jotka jäävät jäljelle sen jälkeen, kun biologisen raaka-aineen elintarvikelaatuiset osat on poistettu. Biomassan käytöllä toisen sukupolven biopolttoaineiden tuotantoon pyritään vähentämään maatalouskäyttöön soveltuvan maan määrää [5] . Kasvit - toisen sukupolven raaka-aineiden lähteitä ovat [6] :
Nopea pyrolyysi mahdollistaa biomassan muuttamisen nesteeksi, joka on helpompi ja halvempi kuljettaa, varastoida ja käyttää. Nesteestä voidaan valmistaa autopolttoainetta tai polttoainetta voimalaitoksille.
Markkinoilla myytävistä toisen sukupolven biopolttoaineista tunnetuimmat ovat kanadalaisen Dynamotiven valmistama BioOil ja saksalaisen CHOREN Industries GmbH :n SunDiesel .
Saksan energiaviraston (Deutsche Energie-Agentur GmbH) arvioiden (nykyisillä tekniikoilla) mukaan polttoaineiden tuotanto biomassan pyrolyysillä voi kattaa 20 % Saksan autojen polttoaineen tarpeesta. Vuoteen 2030 mennessä teknologian kehityksen myötä biomassapyrolyysi voisi tuottaa 35 % Saksan autojen polttoaineen kulutuksesta. Tuotantokustannukset jäävät alle 0,80 € polttoainelitralta.
Pyrolysis Network (PyNe) on tutkimusorganisaatio, joka kokoaa yhteen tutkijoita 15 maasta Euroopasta , Yhdysvalloista ja Kanadasta .
Myös havupuun nestemäisten pyrolyysituotteiden käyttö on erittäin lupaavaa. Esimerkiksi seosta, jossa on 70 % tärpättiä, 25 % metanolia ja 5 % asetonia, eli hartsimaisen männyn kuivatislausfraktioita, voidaan käyttää menestyksekkäästi A-80-bensiinin korvikkeena. Lisäksi tislaukseen käytetään puujätettä: oksia, kantoja, kuorta. Polttoainejakeiden saanto on jopa 100 kiloa jätetonnia kohden.
Kolmannen sukupolven biopolttoaineet ovat levistä johdettuja polttoaineita.
Vuodesta 1978 vuoteen 1996 Yhdysvaltain energiaministeriö tutki korkean öljyn leviämistä Aquatic Species Program -ohjelman puitteissa. Tutkijat päättelivät, että Kalifornia , Havaiji ja New Mexico sopivat teolliseen levien tuotantoon avolammikoissa. Kuuden vuoden ajan leviä kasvatettiin 1000 m²:n lammikoissa. Lampi New Mexicossa on osoitettu erittäin tehokkaaksi hiilidioksidin talteenotossa . Sato oli yli 50 gr. levää alkaen 1 m² päivässä. 200 000 hehtaaria lampia voi tuottaa tarpeeksi polttoainetta 5 %:n yhdysvaltalaisten autojen vuosikulutukseen . 200 tuhatta hehtaaria on alle 0,1 % Yhdysvaltojen levien viljelyyn soveltuvasta maasta. Tekniikassa on edelleen monia ongelmia. Esimerkiksi levät rakastavat korkeita lämpötiloja, aavikkoilmasto soveltuu hyvin niiden tuottamiseen, mutta lämpötilan säätelyä tarvitaan yön aikana. 1990-luvun lopulla tekniikka ei päässyt teolliseen tuotantoon öljyn alhaisen hinnan vuoksi .
Avolammikoiden levienviljelyn lisäksi on olemassa teknologioita levien kasvattamiseen voimalaitosten lähellä sijaitsevissa pienissä bioreaktoreissa . Lämpövoimalaitoksen hukkalämmöllä voidaan kattaa jopa 77 % levien kasvattamiseen tarvittavasta lämmöstä. Tämä tekniikka ei vaadi kuumaa aavikon ilmastoa.
Biopolttoaineet jaetaan kiinteisiin, nestemäisiin ja kaasumaisiin. Kiinteä on perinteistä polttopuuta (usein puuntyöstöjätteenä) ja polttoainepellettejä (puristetut pienet puuntyöstöjätteet).
Nestemäisiä polttoaineita ovat alkoholit ( metanoli , etanoli , butanoli ), eetterit , biodiesel ja biomasut .
Kaasumainen polttoaine - erilaiset kaasuseokset hiilimonoksidin, metaanin , vedyn kanssa, jotka saadaan raaka-aineiden lämpöhajoamisesta hapen läsnä ollessa (kaasutus), ilman happea (pyrolyysi) tai käymisen aikana bakteerien vaikutuksesta.
Polttopuu on vanhin ihmiskunnan käyttämä polttoaine. Tällä hetkellä maailmassa kasvatetaan energiametsiä polttopuun tai biomassan tuotantoon, joka koostuu nopeasti kasvavista lajeista ( popeli , eukalyptus jne.). Venäjällä kuitupuuna käytetään pääasiassa polttopuuta ja biomassaa, joka ei laadultaan sovellu sahatavaran tuotantoon .
Polttoainepelletit ja -briketit ovat puristettuja tuotteita puujätteestä (sahanpuru, hake, kuori, pienikokoinen ja huonolaatuinen puu, hakkuutähteet), oljet, maatalousjätteet (auringonkukankuoret, pähkinänkuoret, lanta, kananlanta) ja muusta biomassasta . Puupellettejä kutsutaan pelleteiksi , ne ovat sylinterimäisiä tai pallomaisia pellettejä, joiden halkaisija on 8-23 mm ja pituus 10-30 mm. Polttoainepellettien ja -brikettien tuotanto Venäjällä on tällä hetkellä taloudellisesti kannattavaa vain suurissa määrissä.
Biologista alkuperää olevia energiankantajia (pääasiassa lantaa jne.) briketoidaan, kuivataan ja poltetaan asuinrakennusten tulisijoissa ja lämpövoimaloiden uuneissa tuottaen halpaa sähköä .
Biologista alkuperää olevat jätteet - käsittelemättömät tai polttovalmistelut: sahanpuru, hake, kuori, kuoret, kuoret, olki jne.
Puuhake - tuotetaan jauhamalla pienikokoista puuta tai hakkuutähteitä hakkuiden yhteydessä suoraan hakkuupaikalla tai puuntyöstöjätettä tuotannossa liikkuvilla hakkureilla [7] tai kiinteillä hakkureilla (silppureilla) [8] . Euroopassa haketta poltetaan pääasiassa suurissa lämpövoimalaitoksissa, joiden teho on yhdestä useaan kymmeneen megawattiin [9] .
Usein myös: polttoturve , kiinteä yhdyskuntajäte jne.
Vuonna 1988 Yhdysvallat ilmoitti aikovansa hallita bensiinin teollista tuotantoa yksisoluisista levistä 2000-luvun alkuun mennessä [10] .
BioetanoliMaailman bioetanolin tuotanto vuonna 2015 oli 98,3 miljardia litraa, josta 30 oli Brasiliassa ja 56,1 Yhdysvalloissa . Brasiliassa etanolia valmistetaan pääasiassa sokeriruo'osta , kun taas Yhdysvalloissa sitä valmistetaan maissista .
Tammikuussa 2007 kongressille lähettämässään viestissä George W. Bush ehdotti "20 for 10" -suunnitelmaa. Suunnitelman mukaan bensiinin kulutusta vähennetään 20 prosenttia 10 vuodessa, mikä vähentäisi öljyn kulutusta 10 prosenttia. 15 % bensiinistä oli tarkoitus korvata biopolttoaineilla. Yhdysvaltain presidentti George W. Bush allekirjoitti 19. joulukuuta 2007 Yhdysvaltain energian riippumattomuutta ja turvallisuutta koskevan lain (EISA of 2007) [11] , jonka mukaan vuoteen 2022 mennessä tuotetaan 36 miljardia gallonaa etanolia vuodessa . Samaan aikaan 16 miljardia gallonaa etanolia piti tuottaa selluloosasta - ei elintarvikeraaka-aineista. Lain toimeenpanossa oli lukuisia vaikeuksia ja viivästyksiä, ja siinä asetettuja tavoitteita tarkistettiin jatkossa toistuvasti alaspäin.
Etanoli on vähemmän "energiatiheä" energialähde kuin bensiini; E85 :llä (85 % etanolia ja 15 % bensiiniä sisältävä seos; E-kirjain englanninkielisestä etanolista ) ajettu ajokilometrimäärä polttoainetilavuusyksikköä kohti on noin 75 % tavallisten autojen ajokilometreistä . Tavalliset autot eivät voi ajaa E85:llä, vaikka polttomoottorit toimivat hyvin E10 :llä (jotkut lähteet väittävät, että jopa E15:tä voidaan käyttää). "Aidolla" etanolilla vain ns. " Flex-Fuel " -koneet ("flex-fuel" -koneet). Näitä ajoneuvoja voidaan käyttää myös tavallisella bensiinillä (pieni lisäys etanolia tarvitaan edelleen) tai molempien mielivaltaisella seoksella. Brasilia on johtava sokeriruo'on bioetanolin tuotanto ja käyttö polttoaineena. Brasilian huoltoasemilla on valittavana E20 (tai E25) tavallisen bensiinin varjolla tai "viileä", etanoliatseotrooppi (96 % C 2 H 5 OH ja 4 % vettä; suurempia etanolipitoisuuksia ei voida saada tavanomaisella bensiinillä) tislaus). Hyödyntämällä sitä tosiasiaa, että etanoli on halvempaa kuin bensiini, häikäilemättömät tankkerit laimentavat E20:tä atseotroopilla, jotta sen pitoisuus voi hiljaisesti saavuttaa jopa 40 %. Tavallinen auto on mahdollista muuttaa "flex-fuel" -autoksi, mutta se ei ole taloudellisesti kannattavaa.
Etanolin tuotanto selluloosasta YhdysvalloissaVuonna 2010 Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (EPA) julkaisi Yhdysvalloissa 100 miljoonan gallonan selluloosaetanolin tuotannon kahden yrityksen, Range Fuelsin ja Cello Energyn , väitteiden perusteella . Molemmat yhtiöt lopettivat toimintansa samana vuonna aloittamatta polttoaineen tuotantoa [12] .
Huhtikuussa 2012 Blue Sugars tuotti ensimmäiset 20 000 gallonaa, minkä jälkeen se lopetti toimintansa [12] .
INEOS Bio ilmoitti vuonna 2012 käynnistävänsä "ensimmäisen kaupallisen 8 miljoonaa gallonaa vuodessa tuottavan selluloosa-etanolitehtaan", mutta EPA ei ole kirjannut todellista tuotantoa siitä [12] .
Vuonna 2013 EPA ilmoitti, ettei etanolia tuota selluloosasta Yhdysvalloissa [12] .
Vuonna 2014 neljä yritystä ilmoitti toimitusten alkamisesta:
EPA:n mukaan vuodelle 2015 tosiasiallisesti tuotettiin 2,2 miljoonaa gallonaa, mikä on 3,6 % neljän edellä mainitun yrityksen ilmoittamasta määrästä [12] .
Abengoa hakeutui konkurssiin vuonna 2015 [12] .
Yhdysvaltain kongressin vuonna 2007 hyväksymä Energy Independence and Security Act -laki edellytti 3 miljardin gallonan tuotantoa Yhdysvalloissa vuonna 2015. Näin ollen todellinen tuotanto oli vain 0,073 % kongressin julistamasta tavoitteesta huolimatta merkittävistä investoinneista ja valtion tuesta.
Kriitikot huomauttavat, että epäonnistuneet yritykset kaupallistaa etanolin tuotanto selluloosasta Yhdysvalloissa alkoivat yli sata vuotta sitten ja toistuvat noin kerran 20–30 vuodessa, ja on esimerkkejä, joissa tuotanto ylitti miljoona gallonaa vuodessa [12] . . Joten esimerkiksi vuonna 1910 Standard Alcohol -yhtiö vastaanotti alkoholia puuntyöstöjätteestä kahdessa yrityksessä, joiden kapasiteetti oli 5 tuhatta ja 7 tuhatta gallonaa päivässä. He työskentelivät useita vuosia [13] .
BiometanoliMeren kasviplanktonin teollinen viljely ja biotekninen muuntaminen eivät ole vielä saavuttaneet kaupallistamisvaihetta, mutta niitä pidetään yhtenä lupaavina alueina biopolttoaineiden tuotannossa [14] .
80 -luvun alussa useat Euroopan maat kehittivät yhdessä hankkeen, joka keskittyi teollisten järjestelmien luomiseen käyttämällä rannikkoalueiden aavikkoalueita. Tämän hankkeen toteuttamisen esti öljyn hinnan maailmanlaajuinen lasku .
Biomassan primäärituotanto on mahdollista viljelemällä kasviplanktonia rannikolle luoduissa keinotekoisissa altaissa.
Toissijaisia prosesseja ovat biomassan metaanikäyminen ja sitä seuraava metaanin hydroksylaatio metanolin tuottamiseksi .
Mikroskooppisten levien käytön mahdolliset edut ovat:
Energian saannin kannalta tällä biosysteemillä voi olla merkittäviä taloudellisia etuja verrattuna muihin aurinkoenergian muuntamismenetelmiin .
BiobutanolButanoli - C 4 H 10 O - butyylialkoholi. Väritön neste, jolla on ominainen haju. Sitä käytetään laajasti kemiallisena raaka-aineena teollisuudessa, mutta sitä ei käytetä kaupallisessa mittakaavassa liikenteen polttoaineena. Yhdysvallat tuottaa 1,39 miljardia litraa butanolia vuosittain , arvoltaan noin 1,4 miljardia dollaria.
Butanolia alettiin valmistaa 1900- luvun alussa käyttämällä Clostridia acetobutylicum -bakteeria . 1950 -luvulla öljyn hinnan laskun vuoksi sitä alettiin valmistaa öljytuotteista.
Butanoli ei ole syövyttävää, ja se voidaan kuljettaa olemassa olevan infrastruktuurin kautta. Voidaan sekoittaa tavanomaisiin polttoaineisiin, mutta ei tarvitse. Butanolin energia on lähellä bensiinin energiaa . Butanolia voidaan käyttää polttokennoissa ja vedyn tuotannon raaka-aineena .
Biobutanolin valmistuksen raaka-aineena voivat olla sokeriruoko , punajuuret , maissi , vehnä , maniokki ja tulevaisuudessa selluloosa . DuPont Biofuelsin kehittämä biobutanolin tuotantotekniikka. Associated British Foods (ABF), BP ja DuPont rakentavat Yhdistyneeseen kuningaskuntaan 20 miljoonan litran vuodessa biobutanolitehtaan useista eri raaka-aineista.
DimetyylieetteriDimetyylieetteri (DME) - C 2 H 6 O.
Voidaan valmistaa kivihiilestä , maakaasusta tai biomassasta . Massa- ja paperijätteestä syntyy suuri määrä dimetyylieetteriä. Se nesteytyy alhaisessa paineessa.
Dimetyylieetteri on ympäristöystävällinen polttoaine , joka ei sisällä rikkiä , typen oksidien pitoisuus pakokaasuissa on 90 % pienempi kuin bensiinissä . Dimetyylieetterin käyttö ei vaadi erityisiä suodattimia, mutta virransyöttöjärjestelmät (kaasupallolaitteiden asennus, seoksen muodostuksen säätö) ja moottorin sytytys on tehtävä uudelleen. Ilman muutoksia sitä voidaan käyttää autoissa, joissa on nestekaasumoottorit 30 % polttoainepitoisuudella.
Heinäkuussa 2006 National Development and Reform Commission (NDRC) ( Kiina ) hyväksyi standardin dimetyylieetterin käytölle polttoaineena. Kiinan hallitus tukee dimetyylieetterin kehittämistä mahdollisena vaihtoehtona dieselpolttoaineelle . Seuraavan viiden vuoden aikana Kiina aikoo tuottaa 5-10 miljoonaa tonnia dimetyylieetteriä vuodessa.
Moskovan liikenne- ja viestintäministeriö on valmistellut kaupunginhallituksen päätösluonnoksen "Dimetyylieetterin ja muiden vaihtoehtoisten moottoripolttoaineiden käytön laajentamisesta".
Dimetyylieetterimoottorilla varustettuja ajoneuvoja kehittävät KAMAZ , Volvo , Nissan ja kiinalainen SAIC Motor .
BiodieselBiodiesel on polttoaine , joka perustuu eläin-, kasvi- ja mikrobiperäisiin rasvoihin sekä niiden esteröintituotteisiin . Biodiesel on valmistettu kasvi- tai eläinrasvoista. Raaka-aineina voivat olla rypsi-, soija-, palmu-, kookosöljy tai mikä tahansa muu raakaöljy sekä elintarviketeollisuuden jäte. Teknologioita biodieselin valmistamiseksi levistä kehitetään.
BiobensiiniVenäjän tiedeakatemian ja Moskovan valtionyliopiston Joint Institute for High Temperatures (JIHT) venäläiset tutkijat ovat kehittäneet ja onnistuneet testaamaan laitoksen mikrolevien biomassan muuntamiseksi biobensiiniksi . Tuloksena oleva polttoaine, joka oli sekoitettu tavalliseen bensiiniin , testattiin kaksitahtisessa polttomoottorissa . Uusi kehitys mahdollistaa koko levien biomassan käsittelyn kerralla kuivattamatta sitä. Aiemmat yritykset tuottaa biobensiiniä levistä sisälsivät kuivausvaiheen, joka oli energiatehokkaampi kuin tuloksena oleva polttoaine. Nyt tämä ongelma on ratkaistu. Nopeasti kasvavat mikrolevät prosessoivat auringonvalon ja hiilidioksidin energiaa biomassaksi ja hapeksi paljon tehokkaammin kuin tavalliset maakasvit, joten biopolttoaineen saaminen niistä on erittäin lupaavaa [15] [16] [17] .
HiilivedytUseat mikro -organismit , kuten Botryococcus braunii , pystyvät keräämään hiilivetyjä jopa 40 % kokonaiskuivapainosta. Niitä edustavat pääasiassa isoprenoidihiilivedyt .
Biokaasu on orgaanisen jätteen ( biomassan ) käymisen tuote, joka on metaanin ja hiilidioksidin seos . Biomassan hajoaminen tapahtuu metanogeeniluokan bakteerien vaikutuksesta .
BiovetyBiovety on vetyä , joka saadaan biomassasta termokemiallisin, biokemiallisin tai muilla tavoilla, kuten levillä.
MetaaniMetaani syntetisoidaan puhdistuksen jälkeen niin sanotun synteettisen maakaasun erilaisista epäpuhtauksista hiiltä sisältävistä kiinteistä polttoaineista, kuten hiilestä tai puusta. Tämä eksoterminen prosessi tapahtuu 300-450 °C:n lämpötilassa ja 1-5 baarin paineessa katalyytin läsnä ollessa. Maailmassa on jo useita käyttöön otettuja laitoksia, jotka tuottavat metaania puujätteestä [18] .
Biopolttoaineteollisuuden kehityksen kriitikot väittävät , että biopolttoaineiden kasvava kysyntä pakottaa maataloustuottajat vähentämään elintarvikeviljelyalaa ja jakamaan ne uudelleen polttoainekasvien hyväksi . Esimerkiksi rehumaissista valmistettaessa etanolia jätteestä valmistetaan rehua karjalle ja siipikarjalle . Biodieseliä valmistettaessa soijapavuista tai rapsista kakkua käytetään karjan rehun valmistukseen . Toisin sanoen biopolttoaineiden tuotanto luo uuden vaiheen maatalouden raaka-aineiden jalostukseen.
Bioenergia nähdään usein mahdollisena laajamittaisena "hiilineutraalina" korvaajana fossiilisille polttoaineille. Esimerkiksi Kansainvälinen energiajärjestö pitää bioenergiaa mahdollisena lähteenä yli 20 prosentin primäärienergiasta vuoteen 2050 mennessä [22] , UNFCCC:n sihteeristön raportissa arvioidaan bioenergian potentiaaliksi 800 eksajoulea vuodessa (EJ/vuosi) [23] . ] , mikä on huomattavasti korkeampi kuin nykyinen maailman energiankulutus. Tällä hetkellä ihmiskunta käyttää noin 12 miljardia tonnia kasvibiomassaa vuodessa (vähentää maaekosysteemien käytettävissä olevaa biomassaa 23,8 %), sen kemiallinen energia on vain 230 EJ. Vuonna 2015 tuotettiin biopolttoaineita, joiden kokonaisenergiapitoisuus oli 60 EJ, mikä on 10 % primäärienergian tarpeesta [24] . Nykyiset maa- ja metsätalouden käytännöt eivät lisää biomassan kokonaistuotantoa planeetalla, vaan vain jakavat sen uudelleen luonnollisista ekosysteemeistä ihmisten tarpeiden hyväksi [25] . 20-50 % energiantarpeen tyydyttäminen biopolttoaineilla tarkoittaisi maatalousmaalla tuotetun biomassan määrän 2-3-kertaista kasvua. Samalla on tarpeen tarjota ruokaa kasvavalle väestölle. Samaan aikaan maataloustuotannon nykyinen taso vaikuttaa 75 prosenttiin maapallon pinta-alasta, jossa ei ole aavikoita ja jäätiköitä, mikä johtaa kohtuuttomaan taakkaan ekosysteemeille ja merkittäviin CO 2 -päästöihin [26] . Mahdollisuus saada tulevaisuudessa suuria määriä lisäbiomassaa on siis erittäin ongelmallinen.
Bioenergian "hiilineutraalisuudesta" on laajalle levinnyt käsitys, jonka mukaan energian tuotanto kasveista ei lisää hiilidioksidia ilmakehään . Tiedemiehet arvostelevat tätä näkökulmaa [26] [27] , mutta se on läsnä Euroopan unionin virallisissa asiakirjoissa. Se perustuu erityisesti direktiiviin [28] lisätä bioenergian osuutta 20 prosenttiin ja biopolttoaineiden osuutta liikenteessä 10 prosenttiin vuoteen 2020 mennessä [29] . On kuitenkin olemassa kasvava joukko tieteellisiä todisteita, jotka kyseenalaistavat tämän väitteen. Biopolttoaineiden tuotantoon tarkoitettujen kasvien kasvattaminen tarkoittaa, että maa on poistettava ja vapautettava muusta kasvillisuudesta, joka voisi luonnollisesti poistaa hiiltä ilmakehästä. Lisäksi monet biopolttoaineen tuotantoprosessin vaiheet aiheuttavat myös CO 2 -päästöjä . Laitteiden käyttöön, kuljetuksiin, raaka - aineiden kemialliseen käsittelyyn, maaperän häiriöihin liittyy väistämättä hiilidioksidipäästöjä ilmakehään. Tuloksena oleva tasapaino voi joissain tapauksissa olla huonompi kuin fossiilisia polttoaineita poltettaessa. Toinen vaihtoehto bioenergialle on energian saaminen erilaisista maatalouden, puuntyöstön jne. jätetuotteista. Se tarkoittaa näiden jätetuotteiden poistamista luonnosta, jossa niiden sisältämä hiili pääsääntöisesti voivat siirtyä maaperään rappeutuessaan. Sen sijaan se vapautuu ilmakehään palaessaan.
Elinkaariin perustuvien bioenergiateknologioiden integroidut arvioinnit antavat monenlaisia tuloksia riippuen siitä, onko maankäytössä suoria tai epäsuoria muutoksia, mahdollisuudesta saada sivutuotteita (esim. karjan rehua), typpioksidin kasvihuoneroolista. lannoitteiden tuotannosta ja muut tekijät otetaan huomioon. Farrellin ym. (2006) mukaan viljan biopolttoaineiden päästöt ovat 13 % pienemmät kuin perinteisen bensiinin [30] . Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston tutkimus osoittaa, että 30 vuoden aikahorisontilla viljasta valmistettu biodiesel verrattuna perinteisiin polttoaineisiin vaihtelee 26 prosentin vähennyksestä 34 prosentin päästöjen lisäykseen tehdyistä oletuksista riippuen [31] .
"Hiilivelka"Biomassan käyttö energiateollisuudessa on toinen haaste "hiilineutraaliudelle", joka ei ole tyypillistä liikenteen biopolttoaineille. Yleensä tässä tapauksessa puhumme puun polttamisesta. Puun palamisesta syntyvä hiilidioksidi pääsee ilmakehään suoraan palamisprosessin aikana ja sen poisto ilmakehästä tapahtuu uusien puiden kasvaessa kymmenien ja satojen vuosien aikana . Tätä viivettä kutsutaan yleisesti "hiilivelaksi", ja Euroopan metsien osalta se on jopa kaksisataa vuotta [32] . Tästä johtuen puun "hiilineutraaliutta" biopolttoaineena ei voida saavuttaa lyhyellä ja keskipitkällä aikavälillä, kun taas ilmastomallinnuksen tulokset osoittavat, että päästöjä on vähennettävä nopeasti. Nopeasti kasvavien puiden käyttö lannoitteiden ja muiden teollisten viljelymenetelmien kanssa johtaa metsien korvaamiseen viljelmillä, jotka sisältävät paljon vähemmän hiiltä kuin luonnolliset ekosysteemit. Tällaisten viljelmien perustaminen johtaa biologisen monimuotoisuuden vähenemiseen, maaperän köyhtymiseen ja muihin ympäristöongelmiin, jotka ovat samankaltaisia kuin viljamonokulttuurien leviämisen seuraukset.
Science -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan fossiilisten polttoaineiden hiilidioksidipäästöjen veloittaminen biopolttoainepäästöjä huomioimatta johtaa biomassan kysynnän kasvuun, mikä muuttaa kirjaimellisesti kaikki jäljellä olevat luonnonmetsät, niityt ja useimmat muut ekosysteemit vuoteen 2065 mennessä biopolttoaineviljelmiksi. [33] . Metsiä tuhotaan jo biopolttoaineiden vuoksi [34] . Pellettien kasvava kysyntä johtaa kansainvälisen kaupan (ensisijaisesti Eurooppaan suuntautuvan tavarantoimituksen) laajentumiseen, mikä uhkaa metsiä kaikkialla maailmassa [35] . Esimerkiksi brittiläinen sähköntuottaja Drax suunnittelee saavansa puolet 4 GW:n kapasiteetistaan biopolttoaineilla [36] . Tämä tarkoittaa tarvetta tuoda 20 miljoonaa tonnia puuta vuodessa, kaksi kertaa enemmän kuin itse Yhdistyneessä kuningaskunnassa korjataan.
Biopolttoaineiden kyky toimia ensisijaisena energialähteenä riippuu niiden energiatehokkuudesta eli saadun hyödyllisen energian suhteesta käytettyyn energiaan. Viljaetanolin energiatasapainoa käsittelevät Farrell ym. (2006). Kirjoittajat päättelevät, että tämän tyyppisestä polttoaineesta uutettu energia on huomattavasti suurempi kuin sen tuotannon energiankulutus. Toisaalta Pimentel ja Patrek osoittavat, että energiakustannukset ovat 29 % suuremmat kuin talteen otettava energia [37] . Ero johtuu pääosin sivutuotteiden roolin arvioinnista, joita voidaan optimistisen arvion mukaan käyttää karjan rehuna ja vähentää soijapavun tuotantotarvetta.
Koska leväpolttoaineiden tuotanto ei ole vuosien ponnisteluista ja merkittävistä investoinneista huolimatta päässyt laboratorioiden ulkopuolelle, biopolttoaineet vaativat viljelysmaata. IEA : n vuoden 2007 tietojen mukaan 1 EJ liikenteen biopolttoaineenergian vuotuinen tuotanto vaatii 14 miljoonaa hehtaaria maatalousmaata eli 1 % liikenteen polttoaineesta 1 % maatalousmaasta [38] .
Worldwatch Institute arvioiVuonna 2007 biopolttoaineita tuotettiin maailmanlaajuisesti 54 miljardia litraa, mikä vastaa 1,5 % maailman nestemäisten polttoaineiden kulutuksesta. Etanolin tuotanto oli 46 miljardia litraa. Yhdysvallat ja Brasilia tuottavat 95 % maailman etanolista.
Vuonna 2010 nestemäisten biopolttoaineiden maailmanlaajuinen tuotanto nousi 105 miljardiin litraan, mikä on 2,7 % maailman tieliikenteen polttoaineen kulutuksesta. Vuonna 2010 tuotettiin 86 miljardia litraa etanolia ja 19 miljardia litraa biodieseliä. Yhdysvaltojen ja Brasilian osuus maailman etanolin tuotannosta on laskenut 90 prosenttiin [39] .
Yli kolmannes viljasta Yhdysvalloissa, yli puolet rapsista Euroopassa ja lähes puolet sokeriruo'osta Brasiliassa käytetään biopolttoaineiden valmistukseen (Bureau et al, 2010) [40] .
Euroopan komissio on asettanut tavoitteeksi käyttää vaihtoehtoisia energialähteitä vähintään 10 prosentissa ajoneuvoista vuoteen 2020 mennessä. Välitavoite on myös 5,75 prosenttia vuoteen 2010 mennessä.
Marraskuussa 2007 Yhdistyneeseen kuningaskuntaan perustettiin uusiutuvien polttoaineiden virasto valvomaan uusiutuvien polttoaineiden käyttöä koskevien vaatimusten käyttöönottoa. Komitean puheenjohtajana toimi Ed Gallagher, ympäristöviraston entinen johtaja.
Koko vuoden 2008 aikana käyty keskustelu biopolttoaineiden kannattavuudesta johti siihen, että Gallagherin johtama komissio tarkasteli asiaa kattavasti uudelleen. Biopolttoaineiden käytön välilliset vaikutukset elintarviketuotantoon, viljelykasvien monimuotoisuuteen, elintarvikkeiden hintoihin ja maatalousmaan pinta-alaan tarkasteltiin. Raportissa ehdotettiin biopolttoaineiden käyttöönoton dynamiikan vähentämistä 0,5 prosenttiin vuodessa. Viiden prosentin tavoite tulisi siis saavuttaa aikaisintaan vuosina 2013/2014 eli kolme vuotta myöhemmin kuin alun perin ehdotettiin. Lisäksi täytäntöönpanon jatkamiseen olisi liityttävä yritysten pakollinen vaatimus soveltaa uusinta teknologiaa, joka keskittyy toisen sukupolven polttoaineisiin [41] .
1.4.2011 alkaen uutta dieseliä on saatavilla yli 300 ruotsalaisella huoltoasemalla. Ruotsista on tullut ensimmäinen maa maailmassa, jossa autoja voidaan käyttää ruotsalaisesta mäntyöljystä valmistetulla ekodieselillä. "Tämä on hyvä esimerkki siitä, kuinka monia arvokkaita metsäkomponentteja voidaan käyttää ja kuinka "vihreä kultamme" voi tarjota lisää työpaikkoja ja paremman ilmaston." - Maatalousministeri Eskil Erlandsson / Eskil Erlandsson [42] .
8. maaliskuuta 2013 oli ensimmäinen kaupallinen transatlanttinen lento biopolttoaineella. Lentoa operoi KLM:n Boeing 777-200 matkalla Amsterdamista New Yorkiin.
Suomessa puupolttoaine tuottaa noin 25 % energiankulutuksesta ja on sen päälähde, ja sen osuus kasvaa jatkuvasti.
Belgia rakentaa parhaillaan maailman suurinta lämpövoimalaa, Bee Power Gentiä , joka toimii hakkeella. Sen sähköteho on 215 MW ja lämpökapasiteetti 100 MW107, joka tuottaa sähköä 450 000 kotitaloudelle [43] .
Rosstatin mukaan vuonna 2010 Venäjän kasvipolttoaineiden (mukaan lukien olki, kakku, hake ja puu) vienti oli yli 2,7 miljoonaa tonnia. Venäjä on yksi kolmesta maasta, joka vie polttoainepellettejä Euroopan markkinoille. Vain noin 20 % tuotetuista biopolttoaineista kulutetaan Venäjällä [44] .
Mahdollinen biokaasun tuotanto Venäjällä on jopa 72 miljardia m³ vuodessa. Sähkön tuotantopotentiaali biokaasulla on 151 200 GW ja lämpöä 169 344 GW.
Vuosina 2012-2013 on tarkoitus ottaa käyttöön yli 50 biokaasuvoimalaa 27 Venäjän alueella. Kunkin aseman asennettu kapasiteetti on 350 kW - 10 MW. Asemien kokonaiskapasiteetti tulee olemaan yli 120 MW. Hankkeiden kokonaiskustannukset ovat 58,5 - 75,8 miljardia ruplaa (arvioinnin parametreista riippuen). Tämän projektin toteuttamisesta vastaavat GK Corporation GazEnergoStroy ja Corporation BioGazEnergoStroy.
Yleisen näkemyksen mukaan biopolttoaineiden käytön negatiiviset seuraukset voidaan välttää, jos sen raaka-aineet viljellään niin sanotuilla "hylätyillä" tai "hylätyillä" mailla. Esimerkiksi British Royal Society vaatii raportissaan [45] poliittisia ratkaisuja, joiden tarkoituksena on siirtää tuotanto "syrjäisille maille, joilla on vähäinen biologinen monimuotoisuus, tai hylätyille maille". Campbell ym. 2008 arvioivat, että maailmanlaajuinen potentiaali bioenergian tuotantoon hylätyistä maista on alle 8 % nykyisestä primäärienergian tarpeesta 385–472 miljoonalla hehtaarilla. Näiden maiden tuottavuuden katsotaan olevan 4,3 tonnia hehtaaria kohden vuodessa, mikä on paljon alhaisempi kuin aikaisemmat arviot (jopa 10 tonnia hehtaaria kohden vuodessa) [46] . Esimerkki menetelmästä biopolttoaineiden tuotantoon soveltuvan "hylätyn" maatalousmaan tunnistamiseksi on Field et al (2008) [47] tutkimus, jonka mukaan tällaista maata on 386 miljoonaa hehtaaria. Kaikki maat, jotka ovat koskaan tuottaneet satoa vuodesta 1700 lähtien ja joita satelliittikuvien mukaan ei nykyään viljellä, katsotaan "hylätyksi", jos sillä ei ole metsiä tai asutuksia. Kuitenkaan ei pyritä arvioimaan sitä, kuinka paikalliset asukkaat käyttävät näitä maita laitumiin, keräämiseen, puutarhanhoitoon jne. Tämän seurauksena, kuten 17 biopolttoainetuotannon mahdollisuuksia koskevan tutkimuksen katsauksen kirjoittaja Goeran Berndes huomauttaa, ovat maaseutuväestön olemassaolon perusta” [48] . Useat biopolttoaineiden tuotannosta käsittelevät kirjoittajat menevät pidemmälle, ottamalla käyttöön "alikäytön" käsitteen ja sisällyttäneet tähän luokkaan laajat nurmialueet Latinalaisessa Amerikassa, Afrikassa ja Aasiassa. Samalla oletetaan hiljaisesti, että siirtyminen tehoviljelyyn näillä mailla on siunaus niiden nykyisille asukkaille, eikä heidän nykyisellä elämäntavallaan, joka on kehittynyt esi-isiensä useiden sukupolvien kokemuksella, ole oikeutta jatkaa olla olemassa. Perinteisen elämäntavan puolustajat arvostelevat tätä näkemystä hyökkäyksenä ihmiskunnan kulttuurista monimuotoisuutta vastaan ja paikallisyhteisöjen oikeuksien piittaamattomuutena. He korostavat myös perinteisten tietojen ja käytäntöjen merkitystä ympäristön kannalta kestävän elämäntavan noudattamisessa [49] . International Lands Coalitionin mukaan tällä hetkellä 42 prosenttia maailman kaikista maahankauksista tehdään biopolttoaineiden tuotantoon [50] . Sen tuottajat luokittelevat satoja miljoonia hehtaareita maata globaalissa etelässä "hylätyiksi" ja "kehitettävissä oleviksi", ottamatta huomioon tosiasiaa, että näillä mailla asuu satoja miljoonia ihmisiä, jotka ansaitsevat niistä toimeentulonsa. Myös biologiselle monimuotoisuudelle aiheutuvat vahingot jäävät usein huomiotta. Takavarikointia helpottaa se, että nämä maat ovat usein yhteisomistuksessa maaseutuyhteisöillä, joiden oikeudet perustuvat paikallisiin perinteisiin ideoihin ja joita ei ole laillisesti muotoiltu [51] . Paikallisten asukkaiden työpaikkojen luomisesta saatavat hyödyt ovat usein marginaalisia johtuen sovellettujen tuotantojärjestelmien pääomavaltaisuudesta ja paikallisten yhteisöjen heikosta integroitumisesta näihin järjestelmiin. Lisäksi vuokran hinta ja palkkataso määräytyvät kaupan osapuolten voimatasapainon mukaan, ja etu on pääsääntöisesti kansainvälisen maataloustoiminnan puolella. Colchester (2011) osoittaa, että palmuöljyn tuotanto on tosiasiassa pakkotyön kohteena. Lisäksi paikallisyhteisöille maanluovutuksen ehdoksi luvatut työpaikat poistuvat usein jo muutaman vuoden kuluttua (Ravanera ja Gorra 2011). Yleisesti ottaen maaseudun asukkaiden yksipuolinen riippuvuus suuresta maataloustoiminnasta ei ole heille houkutteleva. Brasiliassa siirtolaisviljelijöiden halu "työskennellä itselleen ilman vuokranantajaa" tunnustetaan avaintekijäksi Amazonin metsien tuhoamisessa (dos Santos ym. 2011).
1. tammikuuta 2009 GOST R 52808-2007 "Epäperinteiset tekniikat . Biojätteen energia. Termit ja määritelmät". Rostekhregulirovanie hyväksyi määräyksen N 424-st standardin käyttöönotosta 27. joulukuuta 2007 .
Standardin on kehittänyt Moskovan Lomonosovin valtionyliopiston maantieteen tiedekunnan uusiutuvien energialähteiden laboratorio. M.V. Lomonosov ja vahvistaa termit ja määritelmät biopolttoaineiden alan peruskäsitteisiin painottaen nestemäisiä ja kaasumaisia polttoaineita.
Euroopassa 1.1.2010 alkaen biopolttoaineille on ollut voimassa yhtenäinen standardi EN-PLUS .
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|