Dużą szansę upatruje się w biopaliwach otrzymywanych z biomasy pochodzącej ze źródeł odnawialnych. Kluczową rolę w ich rozwoju odgrywa dostęp do tanich surowców. Rozwój biopaliw stanowi istotny element polityki Unii Europejskiej, skierowanej na dywersyfikację źródeł paliw dla transportu i ograniczenie emisji gazów cieplarnianych. W trosce o bezpieczeństwo dostaw paliw dla sektora transportowego w Unii Europejskiej, który jest uzależniony od produktów ropopochodnych, rozwój rynku paliw alternatywnych stał się priorytetem polityki energetycznej rządów Wspólnoty. Komisja Europejska sugeruje, że do roku 2020 docelowo udział paliw alternatywnych w transporcie drogowym powinien wzrosnąć do 20%.
Problemy eksploatacyjno-logistyczne biopaliw
W Polsce od lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku pierwszym biopaliwem, jakie eksperymentalnie zostało wprowadzone na rynek krajowy, był bioetanol, a znacznie później pojawiły się transestryfikowane oleje roślinne FAME (estry metylowe kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego). Należy przypomnieć, że do pierwszej generacji biopaliw („biopaliwa konwencjonalne”) zostały zaliczone te paliwa, które są wytwarzane bezpośrednio lub pośrednio z surowców żywnościowych procesami fermentacyjnymi lub transestryfikacyjnymi. Produkty te, ze względu na odmienny charakter chemiczny, wykazują znaczne różnice we właściwościach fizycznych i użytkowych w zastosowaniu do napędu pojazdów samochodowych oraz procesów dystrybucji i przechowywania. Pierwsze doświadczenia z biopaliwami przyniosły wiele problemów eksploatacyjnych i logistycznych.
Biopaliwa zostały oprotestowane przez światowy przemysł motoryzacyjny, który obawiał się negatywnych skutków stosowania biopaliwa w odniesieniu do trwałości silnika i jego podzespołów oraz parametrów pracy. Wiele z tych obaw było uzasadnionych. W rezultacie zintensyfikowano międzynarodowe programy badawcze, obejmujące różne aspekty związane z produkcją, oceną, dystrybucją i samą eksploatacją biopaliw. W konsekwencji uzgodniono pierwsze normy jakościowe na bioetanol i FAME oraz dopuszczono pięcioprocentową domieszkę tych biokomponentów do paliw węglowodorowych. Zainteresowanie biopaliwami powoli zaczynało rosnąć. W Europie proces wdrażania biopaliw do produkcji i stosowania został usankcjonowany zapisami Dyrektywy 2003/30/WE z dnia 8 maja 2003 roku w sprawie wspierania użycia w transporcie biopaliw i innych paliw odnawialnych. Rozpoczął się długotrwały i żmudny okres „oswajania” się z biopaliwami. Wydane przez Ministra Gospodarki Rozporządzenie z dnia 22 stycznia 2009 r. w sprawie wymagań jakościowych dla biopaliw-benzyny etanolowej E85 umożliwia jego produkcję i dystrybucję w Polsce. Koszt wytworzenia biopaliw, niezawodność pracy silników spalinowych i dostępność surowców stanowią kluczowe czynniki powodzenia działań mających na celu wprowadzenie na szeroką skalę biopaliw. Biopaliwa pierwszej generacji, a więc bioetanol i FAME, są już obecne na rynku. Istnieje konieczność pilnego opracowania i wdrożenia biopaliw drugiej i trzeciej generacji. Technologie biopaliw drugiej generacji są obecnie w fazie badań na skalę laboratoryjną oraz małą skalę techniczną. Żadna z technologii biopaliw drugiej generacji nie została dotychczas opracowana na przemysłową skalę, odpowiednią dla rynku paliw. Trwają prace badawcze nad czwartą generacją, które stanowią paliwa otrzymane z biomasy (upraw roślin energetycznych i organicznych substancji odpadowych) lub niejadalnych nasion oleistych.
Metody hodowli mikroalg dla produkcji biopaliw
Konkurencja biopaliw do żywności, zwłaszcza zaangażowanie gruntów ornych może być mniejsze, gdy do ich wytwarzania większym stopniu wykorzystane będą surowce odpadowe i biomasa niestosowana obecnie na cele produkcyjne. To z kolei stwarza konieczność rozwoju tych technologii wytwarzania biopaliw, które umożliwiają stosowanie zróżnicowanych surowców. W oparciu o dane literaturowe [Chisti Y., Spolaore P. i inni] pomysł użycia mikroalg jako potencjalnego źródła produkcji paliw silnikowych nie jest nowym, bo zrodził się już w 1980 w procesach badawczych wspomnianych autorów. Zaletą użycia mikroalg do produkcji biopaliwa jest to, że nie stanowią one konkurencji na rynku produktów spożywczych. Olej pozyskany z mikroalg bogaty jest w wielonienasycone kwasy tłuszczowe z czterema i więcej podwójnymi wiązaniami, a także kwasy, jak eikozapentaenowy i dekozapentaenowy. Należy podkreślić również to, że produkcja biomasy z alg jest bardziej skomplikowana niż uprawa tych roślin. W przeciwieństwie do roślin oleistych, proces upraw alg jest zdecydowanie krótszy w przeciwieństwie do roślin oleistych i znacznie bogate w olej. Według [Spolaore P. i inni, 2006] mikroalgi powszechnie podwajają swoją biomasę w ciągu 24 godzin, zaś poziom oleju w nich może przekraczać nawet 80% suchej masy. Dla osiągnięcia tych wskaźników hodowla biomasy z alg wymaga optymalnych warunków produkcji takich, jak: światło, dwutlenek węgla, wody i soli mineralnych. Wybór metody produkcji biomasy z alg (glonów) na dużą skalę przeznaczonych na biopaliwa wymaga wnikliwej oceny ich badań. Ich produkcja na dużą skalę zwykle prowadzona jest w akwenach (stawy) lub sztucznie w fotobioreaktorach. Podłoże akwenu wymaga dostarczenia składników mineralnych dla rozwoju komórek glonów. Chodzi tu głównie o takie pierwiastki, jak: azot, fosfor, żelazo oraz krzem. W oparciu o publikacje [Molina Grima, 1990] rodzaj użytego podłoża stanowi znaczący procent kosztów wytwarzania alg, dlatego powszechnie wykorzystuje się wodę morską bogatą w naturalne związki fosforu i azotu oraz inne mikroelementy.
Drugą metodą produkcji biomasy z alg są fotobioreaktory, które są zbudowane z materiału przepuszczającego światło. Podstawowym parametrem warunkującym wzrost udziału mikroalg jest światło słoneczne, które w niektórych typach bioreaktorów wykorzystuje się panele emitujące światło w zakresie podczerwieni. Ponadto, znaczący udział w produkcji biomasy z alg ma odpowiednia hydrodynamika gazowo- -cieczowa (wzrost mikroorganizmów). Istotnym zagadnieniem przy wyborze metody produkcji biomasy z alg jest ocena ekonomiczna. Należy podkreślić, że hodowla alg w fotobioreaktorach prowadzi do uzyskania większej ilości oleju rzędu około 1/3 w porówaniu do hodowli w stawach [Molina Grima E. i inni, 2003]. W oparciu o dane zamieszczone w tablicy szacunkowy koszt produkcji 1 kg biomasy z alg z wykorzystaniem fotobioreaktora kształtuje się na poziomie 2,95$, zaś na otwartym basenie wynosi 3,80$. Znaczącą obniżkę kosztów wytwarzania biomasy z alg metodą fotobioreaktorów, np. z 2,95$ do 0,47$, zapewnia również wzrost rocznej produkcji do 10 tys. ton (strategia obiektywna) lub poprzez wykorzystanie biorafinerii, gdzie dzięki procesom inżynierii genetycznej i postępowi w technice fotobioreaktorów (produkt o ulepszonych właściwościach). Rozwój paliw silnikowych uwarunkowany jest głównie względami ekonomicznymi (systematyczny wzrost cen ropy naftowej), ochroną środowiska naturalnego, współczesnymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi silników spalinowych oraz stopniowym ograniczaniem zużycia paliwa przez pojazdy samochodowe. Wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych jest jednym z ważniejszych elementów zrównoważonego rozwoju gospodarki, przynoszący zarówno efekty ekologiczne, jak i energetyczne. Wzrost udziału odnawialnych źródeł energii przyczynia się do poprawy efektywności wykorzystania i oszczędzania zasobów surowców energetycznych oraz ograniczania ilości odpadów. Duże możliwości w zakresie produkcji biopaliw pochodzenia roślinnego należy upatrywać w hodowli mikroalg. Największe doświadczenia w tym zakresie mają Stany Zjednoczone i Chiny. Ich szerokie, powszechne stosowanie zamiast konwencjonalnych paliw kopalnych ograniczy emisję dwutlenku węgla oraz rozwieje obawy związane ze stosowaniem biopaliwa, jak i bioetanolu wytwarzanych głównie z roślin przeznaczonych na żywność i paszę dla zwierząt. Ożywi to entuzjazm zwolenników paliw odnawialnych. Według [Tys J. i inni], aby produkcja biopaliwa z mikroalg była ekonomicznie uzasadniona, wymaga ingerencji w biologię tych mikroorganizmów na drodze inżynierii genetycznej i metabolicznej.
Janusz Jakóbiec
Leszek Konstantynowicz
Komentarze (0)