Biopaliva

Biopaliva jsou produktem, který se získává úpravou biomasy. Může se jednat o úpravy mechanické (štípání, drcení) a chemické, resp. termo-chemické, bio-chemické či mechanicko-chemické (např. pyrolýza, fermentace či lisování). Podle konzistence rozlišujeme paliva tuhá, plynná a kapalná. Energie obsažená v biopalivech se uvolňuje při spalování především ve formě tepelné energie, kterou je možné dále využít.

Rozdělení dle skupenství:

• tuhá biopaliva
• kapalná biopaliva
• plynná biopaliva

Rozdělení dle generací:

• 1. generace: z polysacharidů a olejnin – mohou konkurovat výrobě potravin
• 2. generace: z lignocelulozových zbytků (dendromasa a zbytková biomasa)
• 3. generace: z řas a mikroorganismů – průběžná sklizeň
• 4. generace: neobdělávatelná půda, bez nutnosti destrukce biomasy

V současnosti je chemická energie z biopaliv uvolňována hlavně jejich spalováním. Jsou vyvíjeny jiné účinnější metody pro jejich využití k výrobě elektřiny pomocí palivových článků. Biopaliva pokrývají 15 % celkové světové spotřeby energie, především ve Třetím světě, kde slouží převážně k vaření a vytápění domácností, ale relativně vysoký podíl mají biopaliva i ve Švédsku a Finsku (17 % a 19 %). Avšak v budoucnu při plánovaném zateplení domů nebude taková poptávka po teple a účinnost výroby elektřiny z biopaliv je zatím nedostatečná.

Tuhá biopaliva

Mezi tuhá biopaliva patří dřevo v různých formách: polena, brikety, pelety, štěpka či piliny. Dále se k tuhým palivům řadí sláma, seno apod. Dřevo, nejběžnější tuhé palivo, má srovnatelnou výhřevnost s hnědým uhlím (cca 15 MJ/kg). Výhřevnost tuhých paliv výrazně ovlivňuje především jejich vlhkost. Doporučená vlhkost pro spalování dřeva je cca 20 % (čerstvě vytěžené dřevo má vlhkost cca 60 %). Dnes získávají popularitu dřevěné brikety či pelety (vlhkost do 10 %).

Brikety jsou ekologickým palivem na bázi dřeva. Vyrábí se většinou z pilin či upravené kůry a lze je spalovat v tradičních zařízeních na spalování biomasy. Jejich výhřevnost je vyšší než u dřeva a pohybuje se v intervalu 16,5 až 18,5 MJ/kg. Nejvyšší výhřevnost mají pelety  – 18 až 19 MJ/kg. Pro jejich spalování je však třeba speciálně upravené zařízení, které má relativně vysoké pořizovací náklady. Z ekologického hlediska je ceněná především nízká produkce nežádoucích exhalací při spalování.

Plynná biopaliva

Bioplyn vzniká při rozkladu biomasy v uzavřených nádržích. Obsahuje energeticky cenný methan, a proto se jeho výhřevnost pohybuje cca od 20 do 25 MJ/m3. Bioplyn se nejčastěji používá k výrobě elektřiny a tepla (čističky odpadních vod, bioplynové stanice), ale i jako pohonná látka.

Bioplynové stanice v tuzemsku rozšířily řadu ekologických zařízení. V těchto stanicích se biomasa (převážně zemědělské odpady, resp. kejda, hnůj) zahřívá ve vzduchotěsných reaktorech. Po dosažení teploty vhodné pro fermentaci se tato teplota udržuje pevně stanovenou dobu. Síť bioplynových stanic roste, ale často je jejich zřizování provázeno negativní reakcí obyvatel z přilehlých oblastí.

Dřevoplyn vzniká při procesu zplyňování biomasy. Působením vysokých teplot se ze suché biomasy uvolňuje hořlavý plyn, který lze za přítomnosti vzduchu spalovat a získávat potřebnou energii. Dřevoplyn je možné ze zařízení bez přístupu vzduchu odvádět a dále zpracovávat mimo. Dřevoplyn má široké energetické využití: pohonná látka, vaření, topení a výroba elektřiny. Problémem výroby dřevoplynu jsou dehtové látky, které sice zvyšují výhřevnost přímo spalovaného dřevoplynu, ale mají negativní účinky na lidské zdraví.

Kapalná biopaliva

Rozlišujeme kapalná biopaliva na bázi alkoholu (např. bioethanol), biooleje (např. bionafta), zkapalněna mohou být také plynná biopaliva. Spory kolem ekologického přínosu kapalných biopaliv odstartovaly ve výrobě ekologických paliv snahu nahradit zemědělské plodiny za jiný zdroj.

Z ekologického hlediska se biopaliva třídí podle tzv. generací. První generaci biopaliv tvoří produkty vzniklé ze zemědělských plodin (problém hladu ve světě), druhá generace biopaliv se vyrábí z odpadní biomasy a energetických plodin (problém emisí), velké naděje jsou vkládány do třetí generace biopaliv z řas. V současnosti již běží vědecké výzkumy a pokusy s tzv. čtvrtou generací geneticky upravených bakterií.

Kapalná biopaliva našla svoje využití především v dopravě, ale lze je využít i pro výrobu tepla (např. topidla na biolíh). Bionafta jako ekologické palivo může být použita v různé míře v dieslových motorech. Ekologickým biopalivem je rovněž bioethanol, který kromě ekologické čistoty vykazuje antidetonační vlastnosti. Bionafta i bioethanol se staly povinnou součástí tradičních paliv (nafty a benzínu). Existují směrnice, které udávají povinný podíl biosložky v rámci EU (pro rok 2010 je to cca 6 % z celkové spotřeby pohonných látek).

Emise

• Pěstování „energetických plodin“ jako kukuřice nebo řepka zahrnuje rozsáhlé uvolňování oxidu dusného, který je cca 300× horší skleníkový plyn než CO₂. Podle Crutzenovy studie pěstování biopaliv vede k o 50-70 % vyšší produkci skleníkových plynů než z fosilních paliv.
• Bionafta zplodinami více poškozuje zdraví než obyčejná nafta a při spalování produkuje více oxidu uhličitého či oxidu uhelnatého.
• Hoření při nižších teplotách (v prvních fázích hoření) produkuje porovnatelné množství zdraví nebezpečných škodlivin jako u spalování fosilních paliv.
• Při výrobě bioethanolu kvašením vzniká jako vedlejší produkt CO₂ v nezanedbatelném množství – jedna molekula CO₂ na jednu molekulu bioethanolu:
  C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂.