Rozdělení biopaliv

Možnosti využití biopaliv v dopravě

Revize směrnice RED III dává členským státům EU možnost volby mezi závazným cílem snížit emise skleníkových plynů v dopravě do roku 2030 o 14,5 %, nebo dosažením nejméně 29% podílu energie z obnovitelných zdrojů v rámci konečné spotřeby energie v dopravě do roku 2030. Výběr je na členském státu.

V Česku byl výběr způsobu naplnění evropské směrnice RED III předmětem živé diskuze. Nakonec se Česko rozhodlo podle šéfa České asociace petrolejářského průmyslu a obchodu (ČAPPO) Jana Duspěvy jít cestou úspor emisí o 11 %. V domnění, že biosložky zdražují palivo byla v roce 2022 zrušena povinnost přimíchávání a distributoři paliv tak mohli od povinných podílů biosložek odstoupit. Na druhou stranu však stále zůstala v platnosti povinnost dosažení úspory emisí. Té je možné dosáhnout několika způsoby a záleží na distributorovi paliv, který si zvolí. Praxe ukazuje, že jsou využívány kombinace dostupných způsobů, které jsou vybírány s ohledem na přínos k úspoře emisí a náklady s tím spojenými.

Co jsou pokročilá biopaliva?

V současné době probíhá diskuze o zpřísnění povinnosti pokrýt spotřebu pohonných hmot podílem pokročilých paliv, která již je zakotvena v zákoně o ochraně ovzduší. Podle letošní zprávy Clean Energy Technology Observatory (CETO) o pokroku v oblasti biopaliv se ukazuje, že se většina z nich se stále vyrábí z konvenčních zemědělských vstupů. A to přesto, že Evropská unie nastavuje světu laťku ve výrobě biopaliv druhé generace.

Co jsou to ale vlastně pokročilá biopaliva? Jiří Hájek, generální ředitel a předseda představenstva Orlen UniCRE, vysvětluje, že nově už se nemluví o generacích biopaliv, tj. o biopalivech první, druhé a třetí generace, ale o biopalivech pokročilých, a dále o biopalivech živočišného či rostlinného původu (dříve biopaliva první generace). Ta mohou být podle Hájka klíčová právě pro splnění cílů směrnice RED III, protože značně snižují emise CO₂ v dopravě.

Pokročilá biopaliva se dají definovat tak, že jde o biopaliva zahrnutá v příloze IX směrnic RED II a RED III, jež mají minimální dopady na půdu a biodiverzitu (původně biopaliva druhé generace). Zatím je však jejich podíl na celém sektoru biopaliv, jehož obrat dosáhl vrcholu v roce 2022 přes 12 miliard eur, jen zlomkový. Například podíl tzv. druhé generace na celkové výrobě bionafty, jež se pohybuje stabilně kolem 16 miliard litrů ročně, dosáhl v loňském roce necelých 22 % - především díky využití použitého kuchyňského oleje. Většina biopaliv v EU tak stále pochází z konvenčních surovin.

Biopaliva první generace

Mezi tzv. první generaci biopaliv patří bionafta, která vzniká esterifikací rostlinných nebo řasových olejů, bioplyny vyráběné anaerobním rozkladem organické hmoty a bioetanol pocházející z fermentace cukrů. Surovinou pro výrobu biopaliv první generace je zemská biomasa, která má konkurenční využití v potravinářství, např. řepka olejná, cukrová třtina, cukrovka, kukuřice aj. Esterifikací jejich olejů lze získat bionaftu.

Nízká výnosnost energetických plodin (jako je řepka) znamená, že k jejich pěstování je třeba velkých zemědělských ploch, které však tlačí na zvyšování ceny půdy a tím i potravin, a zároveň vytvářejí monokultury v krajině a podkopávají biodiverzitu. Při jejich výrobě a zpracování navíc dochází k emisi skleníkových plynů. V tzv. well-to-wheel analýze, která popisuje celý životní cyklus od vypěstování po spálení, vychází biopaliva první generace v energetické bilanci hůř než paliva fosilní. Rozdíl je pouze v tom, že při spotřebě biopaliv první generace sice dochází k úniku skleníkových plynů, ty ale byly v biomase předtím zachyceny, a tak se proces může opakovat bez rizika kumulativního znečištění spojeného s fosilními palivy. Z důvodu obecně nízké účinnosti přeměny energie, konkurence s jinými způsoby využití půdy a zátěže zemědělské půdy a krajinného rázu monokulturními plodinami tak nepředstavují biopaliva první generace vhodnou alternativu fosilních paliv.

Biopaliva druhé generace

Zdrojem biopaliv druhé generace je tzv. nepotravinářská biomasa, do níž spadají některé energetické rostliny (křídlatka, čirok, šťovík apod) a biologický odpad (typicky ze zemědělství a lesnictví, domácností a potravinářského průmyslu). Jejich účinnost přeměny bývá výrazně vyšší než u biopaliv první generace. Bohužel se přitom zvyšuje i technologická náročnost výroby. Dvěma hlavními metodami energetického využití jsou aerobní fermentace a anaerobní digesce. Český petrochemický průmysl (např. společnost Orlen UniCRE) projevil zájem o vývoj dalších druhů biopaliv, které by mohly najít využití zejména v dálkové nákladní dopravě. Zde mám na mysli především zkapalnění dřevní štěpky a jiného bioodpadu. S podporou rozvoje biopaliv druhé generace obecně, zejména biometanu (vyrobeného čištěním bioplynu), počítá i národní klimaticko-energetický plán.

Na potenciál energetických rostlin je třeba nahlížet s velkou rezervou, podobně jako u biopaliv první generace kvůli jejich nárokům na využití půdy. Biopaliva druhé generace mají naopak slibný výhled všude tam, kde je dostupný stabilní přísun biologicky rozložitelného a energeticky využitelného odpadu - ať už lesního (štěpka při zpracování dřeva), zemědělského nebo třeba z domácností. Lze očekávat, že zatímco lesního odpadu bude v následujících letech s dozníváním kůrovcové kalamity ubývat, ve spotřebě bioodpadu dojde při vhodně nastaveném systému sběru a poplatků k růstu s tím, jak dojde k jeho separaci od směsného odpadu a využití.

Biopaliva třetí generace

V poslední době se hovoří o třetí generaci biopaliv, získávaných z vodní biomasy. Bionaftu a bioetanol můžeme v budoucnu vyrábět z řas (Algae), jejichž výhodou je rychlý růst, vysoký výnos a vysoký obsah lipidů a uhlovodíků. Lze z nich vyrábět třeba letecké palivo, metanol nebo vodík.

Nové rozdělení biopaliv dle způsobu výroby

Jak už bylo řešeno, vedle biopaliv rostlinného a živočišného původu existují dnes i biopaliva z nepotravinářských surovin, z použitých kuchyňských olejů či z dřevní štěpky. Podle Jiřího Hájka se dnes biopaliva dělí na několik typů dle způsobu výroby.

Nejznámější jsou ta na bázi esterifikace triglyceridů, které vznikají reakcí glycerolu či jiného alkoholu s vyšší mastnou kyselinou. Jde o tzv. FAME neboli metyl ester mastných kyselin. Nejznámější je metylester řepkového oleje (MEŘO), vyráběný reakcí řepkového oleje s metanolem, používaný jako přísada do motorové nafty. Kromě řepkového oleje lze použít i použitý kuchyňský olej, čímž dostaneme UCOME neboli metyl ester použitého kuchyňského oleje či živočišné tuky. V tomto případě vzniká TME (metyl ester živočišných tuků) nebo MEFA (metyl ester z roztoku mastných kyselin).

Dalším typem jsou biopaliva na bázi hydrodeoxygenace triglyceridů - HVO, která se vyrábějí za použití vodíku. Jedná se o palivo vyrobené z hydrogenovaných olejů rostlinného původu a odpadních olejů a tuků. Surovinami jsou buď živočišné tuky, destilát mastných kyselin z výroby palmového oleje, použitý kuchyňský olej nebo řepkový olej.

Dále existují biopaliva na bázi kvašení cukernatých surovin, což je známý bioetanol, používaný jako přísada do automobilových benzinů. Vyrábí se z řepy, škrobu, škrobových kalů, melasy, bioodpadů či cukrové třtiny. Pokročilejší biopaliva jsou na bázi celulózy. Dále vznikají zplyňováním biomasy, parním termickým štěpením vlákniny následované enzymatickou hydrolýzou, nebo hydropyrolýzou následovanou suchým reformováním odpadních plynů. V Orlen UniCre již vyrobili biopalivo druhé generace z odpadní biomasy, jako jsou dřevní štěpka, sláma a další materiály pomocí Fischer-Tropschovy syntézy. Dále jsou známá biopaliva na bázi anaerobní fermentace cukernatých surovin, vyráběné z odpadů, ale i slámy, kejdy atd. za vzniku biometanu.

Problémem pokročilých biopaliv je především ekonomika výroba. Ta je minimálně čtyřikrát dražší než v případě biopaliv první generace, které se vyrábí z potravinářských surovin. Probíhá také ostrý konkurenční boj o tuto surovinu s energetikou (spalování biomasy), na počátku jsou překážkou také vysoké investiční náklady a nezanedbatelnou položkou jsou i svozové náklady. Problémem je i vysoká citlivost technologie na kontaminanty (bakterie, heterogenní katalyzátory). Postupně se ale daří odstraňovat "porodní bolesti" u pilotních projektů. Co nás tedy v budoucnosti na poli biopaliv čeká, a které typy se nakonec uplatní, bude záviset především na jejich ceně.