Что такое биодизель? Обзор и последствия

Биодизель – это дизельное топливо, изготовленное из биомассы, а не из нефти (нефтедизель). Оно используется в основном на транспорте, но может также применяться для отопления домов, выработки электроэнергии и других целей. Обычными источниками биодизеля являются органические материалы с высоким содержанием липидов (жиров), такие как растительное масло, животный жир и водоросли.

Биодизель часто пропагандируется как более устойчивый способ удовлетворения растущего мирового спроса на транспортное топливо при одновременном ограничении воздействия ископаемых видов топлива на окружающую среду. Например, в 2018 году в рамках выполнения своих обязательств по Парижскому климатическому соглашению Европейский союз определил возобновляемый биодизель как подходящее топливо для дизельных двигателей при одновременном снижении выбросов. Однако статус биодизеля как экологичного топлива является предметом споров. (1)

Проблема с дизельным топливом

С момента принятия Киотского протокола 1997 года по сокращению выбросов парниковых газов (ПГ) дизельное топливо рассматривалось как более экологичное транспортное топливо, чем бензин.

Дизельное топливо на основе нефти имеет более высокую энергетическую плотность, чем бензин, а способ его сжигания в дизельном двигателе (за счет сжатия, а не свечи зажигания) делает его более энергоэффективным, что означает, что оно производит меньше выбросов парниковых газов на километр пробега, чем бензин. Воспламенение от сжатия также обеспечивает дизельным автомобилям больший крутящий момент, поэтому его используют многие тяжелые и дальние транспортные средства (корабли, поезда, грузовики) и электрогенераторы, а также другие промышленные применения. Хотя дизельное топливо стоит дороже при перекачке, его использование обходится примерно на 30% дешевле и снижает износ двигателя.

И все же сжигание дизельного топлива имеет серьезные последствия для здоровья человека и окружающей среды. «Менее вреден, чем бензин» – не самая лучшая аргументация, когда транспортный сектор производит 14% от общего объема парниковых газов во всем мире и 27% выбросов в США. (2, 3)

Выбросы парниковых газов – не единственная проблема дизельного топлива. Несмотря на существование «более чистых» дизельных двигателей, дизельное топливо по-прежнему производит твердые частицы и оксиды азота, которые, как известно, увеличивают смертность от респираторных заболеваний, что непропорционально влияет на сообщества с низким уровнем дохода. (4, 5, 6)

На транспорт также приходится 90% выбросов черного углерода (сажи), и большая часть этих выбросов приходится на дизельные выхлопы. (7)

Как производится биодизель?

Биодизель производится путем отделения глицерина (содержащегося в мыле, зубной пасте и других бытовых средствах) от источника биомассы, в результате чего остаются метиловые эфиры – химическое название биодизеля. Чистый биодизель может использоваться в чистом виде только при условии модификации дизельных двигателей, поэтому для использования на транспорте биодизель обычно смешивают с бензином.

Обычные смеси биодизеля и дизельного топлива содержат от 2% до 20% биодизеля, при этом смеси обозначаются процентным содержанием биодизеля, например, B2 или B20. Большинство дизельных двигателей могут использовать смеси до B20, обычно с B20. Биодизель также может смешиваться с топочным мазутом.

Производство биодизеля часто делят на три поколения, в зависимости от его источника:

• первое поколение использует технические пищевые культуры;
• второе поколение производит биодизель из остатков биомассы (например, стерни), несъедобных культур и отходов, таких как ресторанный жир;
• третье поколение в основном относится к биодизелю, получаемому из водорослей.

Возобновляемый, но не обязательно устойчивый

Биодизель может производиться из возобновляемых источников, но большинство биодизеля, производимого сегодня, не является устойчивым, а зачастую даже не возобновляемым. Биодизель первого поколения обычно производится из монокультур, таких как рапс, кукурузное масло, соя, сахарный тростник и пальмовое масло. Хотя эти исходные культуры по определению являются возобновляемыми, их производство сопряжено с большими экологическими затратами, такими как вырубка лесов, деградация почвы и загрязнение питательными веществами.

Учитывая, что в настоящее время биодизель обеспечивает менее 1% спроса на транспортное топливо, резкое увеличение его производства из источников первого поколения для замены бензинового дизельного топлива будет иметь разрушительные последствия для окружающей среды. Кроме того, это будет стоить замены ценных сельскохозяйственных угодий, необходимых для пропитания растущего населения планеты. (8)

Хотя микроводоросли еще не доступны в промышленных масштабах, они все чаще рассматриваются как возобновляемый и устойчивый источник биодизельного топлива. Микроскопические водоросли оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, не выращиваются на пахотных землях, не приводят к деградации почвы и не конкурируют с производством пищевых масел и жиров.

В отличии от сельскохозяйственных культур микроводоросли требуют гораздо меньше площадей для производства того же количества энергии. Микроводоросли являются углерод-отрицательными организмами, поглощая из атмосферы почти в два раза больше углекислого газа, чем они производят в виде биомассы. (9, 10)

Производство дизельного топлива на основе водорослей также имеет побочные выгоды, включая создание ценных побочных продуктов, таких как биоудобрения, и поглощение питательных веществ в сточных водах, которые вызывают цветение водорослей.

Преимущества биодизеля

Многочисленные исследования показывают экологическое превосходство биодизеля над бензином. В целом, чем выше процентное содержание биодизеля в дизельной смеси, тем чище топливо.

По данным Министерства энергетики США, смесь B20 может снизить выбросы парниковых газов от дизельных двигателей на 15%. Анализ жизненного цикла выбросов биодизеля – анализ, учитывающий все аспекты производства и потребления топлива – показывает, что биодизель может снизить выбросы парниковых газов от 40% до 69% по сравнению с нефтедизелем, в зависимости от источника биомассы, из которой производится биодизель. Получение биодизеля из переработанных источников, таких как отработанное кулинарное масло, позволило добиться еще большего снижения выбросов – до 86%. (11, 12)

Недостатки биодизеля

Биодизель в целом менее энергоэффективен, чем другие виды дизельного топлива, что приводит к снижению производительности двигателя – одной из основных привлекательных черт дизельного топлива по сравнению с бензином. В биодизеле, полученном из водорослей, по мере увеличения процентного содержания биодизеля в дизельной смеси, топливо становится менее воспламеняемым, создавая «задержку воспламенения» и снижая крутящий момент двигателя. (13, 14)

При учете энергии, необходимой для производства биодизеля, энергетическая рентабельность инвестиций (EROI) низка; при использовании некоторых источников биомассы энергетическая выгода может быть даже минимальной. При производстве биодизельного топлива из рапса/канолы EROI может быть едва выше единицы, что означает, что для производства энергии, необходимой для процесса, требуется почти эквивалентное количество энергии. В некоторых регионах, где для выращивания сельскохозяйственных культур требуется больше удобрений или где методы ведения сельского хозяйства менее эффективны, EROI рапса/канолы может быть даже отрицательным. (15)

Существует ряд технологий, позволяющих повысить энергоэффективность производства и потребления биодизеля, но они все еще не дотягивают до эффективности бензинового топлива и делают продукт более дорогим.

Перспективы биодизеля

Электромобили представляют собой превосходную альтернативу дизельным (и бензиновым) двигателям с точки зрения выбросов в течение всего жизненного цикла. Однако переход на автомобили с нулевым уровнем выбросов не произойдет в одночасье, поскольку легковые и малотоннажные грузовики остаются на дорогах в среднем 12,1 года. Добавление биодизеля к бензину может предложить краткосрочный вариант снижения выбросов для автомобилей, которые еще находятся в эксплуатации, но «снижение выбросов» не означает «нулевые выбросы», и время для расширения использования краткосрочных «промежуточных видов топлива» быстро сокращается. (16, 17)

В настоящее время производство биодизеля обходится дороже, чем производство бензина, и для того, чтобы сделать его жизнеспособным альтернативным транспортным топливом, требуется частное и государственное финансирование. В условиях острой необходимости сокращения выбросов Европейский Союз и многие американские штаты запретили продажу новых бензиновых и дизельных автомобилей к 2035 году, в то время как экологические группы, такие как Гринпис, призывают к более раннему началу запрета. Перед лицом все более ограниченного рынка для использования биодизеля на транспорте, инвестиции в развитие технологии, скорее всего, иссякнут.

Часто задаваемые вопросы

Хорошо ли работает биодизель в более холодном климате?

Хотя это и спорно, некоторые данные свидетельствуют о том, что биодизель не так хорошо работает в более холодном климате. В зависимости от исходного сырья, биодизель может образовывать кристаллы воска при низких температурах, что снижает его текучесть. В зимние месяцы иногда рекомендуется использовать более низкие смеси биодизеля, что снижает экологические преимущества топлива. (18, 19)

Могу ли я сам производить биодизель?

Можно сэкономить деньги, производя собственное биодизельное топливо из отработанных растительных масел, животных жиров и ресторанного жира. Однако этот процесс не лишен риска, поскольку вы используете химические вещества, которые по определению являются легковоспламеняющимися и едкими. Убедитесь в том, что вам разрешено производить собственное топливо, обратившись в местный отдел зонирования или безопасности.

Treehugger