Bionafta je kapalné palivo na bázi esterů kyselin a alkoholů. Surovinou pro výrobu biologické motorové nafty jsou různé rostlinné oleje a živočišné tuky. Dnes v naší zemi neexistuje žádný státní program a normy pro výrobu paliv a maziv tohoto typu, ačkoli v SSSR se palivo na bázi řepkového oleje aktivně používalo pro zemědělské stroje. Bionafta se také používá v mnoha zemích Evropy a světa jako alternativa klasické motorové nafty. Navíc například v USA, Kanadě, Argentině, Brazílii, Chile, na Filipínách a v některých dalších zemích se do běžné motorové nafty přidává biologické palivo, aby se snížila její cena.
Základ pro výrobu biopaliv
Jako materiály pro výrobu biopaliva mohou sloužit různé suroviny. V závislosti na tom je palivo klasifikováno podle generace. Tento ukazatel je nepřímou charakteristikou kvality paliva, i když ji zcela neurčuje. Chemické a fyzikální vlastnosti biologické motorové nafty obecně velmi závisí na surovinách a výrobním procesu. Ukazatele kvality bionafty proto mohou poměrně široce kolísat i v rámci jedné generace.
Klasifikace podle generace:
- 1. generace – biologické palivo vyrobené ze zemědělských plodin;
- 2. generace – biopalivo z různých odpadů obsahujících tuk;
- 3. generace – biologická motorová nafta získaná z řas s vysokým obsahem oleje.
V různých zemích a regionech se jako suroviny používají různé biologické plodiny, což souvisí s možnostmi a charakteristikami jejich pěstování na konkrétním území. V současné době jsou nejběžnějšími zdroji biologického paliva:
- Řepka a její odrůdy (například řepka pěstovaná v Kanadě). Vzhledem k vysokému výnosu plodiny, nízké ceně a dobré kvalitě rostlinného oleje z ní získaného se dnes stále více zemědělských oblastí ve světě věnuje řepce.
- Kukuřice. Z něj získaný kukuřičný etanol je vysoce kvalitním a udržitelným biopalivem, které má stabilní vlastnosti a je schopné si je dlouhodobě udržet. Tato plodina se aktivně pěstuje v USA a Mexiku právě za účelem výroby obnovitelného paliva.
- Sója. Další plodina bohatá na olej, pěstovaná ve velkém v USA a Africe pro svou nenáročnost a nízkou cenu. Snadné zpracování z něj činí slibný a oblíbený zdroj biopaliva;
- Palmový a kokosový olej. Ve velkém se vyrábí na Filipínách, v Indonésii a Malajsii, ale mimo tyto země se prakticky nepoužívá jako zdroj biologického paliva kvůli převážně potravinářskému využití;
- Ricinový olej. Široce používaný jako motorový olej v letectví na úsvitu svého vývoje. Dnes má omezené využití jako biopalivo, například v Brazílii. Použití ricinového oleje je způsobeno jeho širokým rozsahem provozních teplot.
V poslední době navíc – kvůli růstu cen ropy a rozvoji průmyslových technologií pro řízení klimatu – získává pěstování řas jako zdroje bionafty stále větší význam. Navíc je lze pěstovat v mokřadech a pouštních oblastech, které nejsou vhodné pro jiné ekonomické využití.
Vlastnosti, výhody a nevýhody biopaliv
Biopalivo je obnovitelný zdroj energie, na rozdíl od ropy. Proto byly standardy kvality a výroba bionafty schváleny na legislativní úrovni ve více než 50 zemích světa. Navíc v některých velkých světových ekonomikách je podíl biopaliv poměrně významný. Například v Indii a Malajsii její spotřeba přesahuje 20 % celkové spotřeby motorové nafty a v Portugalsku, Dánsku, Francii a Indonésii již přesahuje 10 %.
Kromě možnosti obnovy tohoto zdroje má bionafta řadu dalších výhod:
- Dobrá mazivost, která výrazně prodlužuje životnost motoru, palivového a výfukového systému u automobilů poháněných bionaftou.
- Vysoké cetanové číslo, které přesahuje 51. Tato hodnota se může ještě zvýšit v důsledku zvýšení obsahu metylalkoholu v palivu.
- Možnost použití na libovolné agregáty se spalovacími motory bez úprav. Bionafta navíc snižuje opotřebení motoru o 60 % díky přirozenému mazání během provozu, což má také pozitivní vliv na spotřebu paliva.
- Bezpečnost biologických paliv. Jeho zápalná teplota je 150C a vyšší a samotné palivo se za normálních podmínek neodpařuje snadno, což prakticky vylučuje domácí a průmyslové havárie.
- Přítomnost užitečných vedlejších produktů zpracování. Například při výrobě biologického paliva se používá glycerin, který lze použít ve farmakologii a kosmetologii. Vedlejším produktem výrobního procesu při použití kukuřice je navíc obilný destilát, který je hojně využíván v zemědělství.
Samostatně by měla být zdůrazněna dostupnost a nízká cena biologického paliva. Poslední jmenovaný faktor se však v posledních letech stal aktuálním kvůli rostoucím cenám ropy.
Upřímně řečeno, stojí za zmínku, že bionafta není bez nevýhod, z nichž hlavní je bod tuhnutí. Z tohoto důvodu je obtížné používat tento typ paliva v podmínkách nízkých teplot. Je nutné buď míchat s klasickou motorovou naftou, nebo použít specializované systémy ohřevu paliva v palivovém potrubí.
Bionafta také nemá vysokou chemickou odolnost. Skladovatelnost tohoto typu paliva zřídka přesahuje 3-4 měsíce. V současné době se však hledají způsoby, jak tento problém vyřešit.
Dalším úskalím hromadné organizace výrobních podniků je nutnost využití zemědělské půdy, která se dnes využívá pro pěstování potravinářských a krmných plodin.
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.
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.
Pevné biopalivo
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.
Kapalné biopalivo
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.
Mansur Shakirov
Expert na diagnostiku energetických zařízení ve společnosti Gazprom Neft
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
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:
I generace – zemědělské plodiny, které obsahují hodně tuků, škrobu, cukrů a vyžadují velké plochy pro pěstování;
II generace – nejedlé rostlinné zbytky: dřevo, sláma, slupky obsahující celulózu a lignin;
III generace – řasy, jejichž pěstování nevyžaduje půdní zdroje.
Jak se vyrábí biopalivo z hnoje, jílu a organického odpadu
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.
Co je další
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.
