Dyskusje o samochodowej rewolucji energetycznej toczą się wokół akumulatora na minimalnej odległości. Od czasu do czasu poruszany jest temat paliw syntetycznych na bazie wodoru (e-paliw). Dalszy rozwój klasycznych silników spalinowych już teraz omija się szerokim łukiem. Jeden temat jest zwykle całkowicie pomijany: w przeszłości biopaliwa uważano za zielony sposób na mobilność neutralną pod względem emisji CO2. Teoretycznie nadal są. Co się stało?
Energia z czystej energii roślinnej zamiast soku z kopalnych dinozaurów? Już istnieje, nawet z rolniczym produktem ubocznym. Ale problem teraźniejszości tkwi w uprawie, a przede wszystkim w przestrzeni potrzebnej na zieleń. Alternatywy na średnio-odległą przyszłość, bez bezpośredniej uprawy, stają się coraz bardziej odległe.
Mówiąc w uproszczeniu, jednym z kierunków rozwoju biopaliw jest ukierunkowanie na gnojowicę i odpady organiczne jako produkt wyjściowy dla biogazu, zamiast świeżych roślin z pola. Inne badania ukierunkowane są bezpośrednio na biologiczne paliwo płynne, które zwykłe silniki benzynowe lub wysokoprężne połykają bez większych korekt. Jest to nadal możliwe tylko w małych dawkach i przy dużym wysiłku technicznym.
Na czym polegają jakiekolwiek modyfikacje pojazdu? Dlaczego to spalanie jest uważane za czystsze (bardziej) niż w przypadku paliw kopalnych? A czego obecnie brakuje w uprawie za kulisami? Wyjaśnimy to tutaj, ze szczególnym uwzględnieniem samochodów konwencjonalnych i ich emisji CO2.
Biopaliwa: dlatego paliwa roślinne są (teoretycznie) czystsze
Termin „organiczny” w odniesieniu do paliw odnosi się do pochodzenia biologicznego, a nie do upraw ekologicznych. W każdym razie mówimy o surowcach odnawialnych, o biomasie. Rzepak, zboże, trzcina cukrowa lub buraki cukrowe są najczęstszą podstawą biopaliw.
Podobnie jak benzyna kopalna i olej napędowy, biopaliwo zapala się w komorach spalania silnika, uwalniając CO2. Jedna kluczowa różnica: to mniej więcej taka sama ilość dwutlenku węgla, jaka była wcześniej przechowywana przez roślinę. W przypadku paliw ze źródeł kopalnych odpowiednia ilość CO2 również istnieje już przed wyjazdem do supermarketu. Jednak ilość dwutlenku węgla jest wypompowywana z ziemi i dociera do atmosfery tylko przez spaliny.
Mówiąc wprost, globalny cykl dla biopaliw można naszkicować wokół (w przybliżeniu) zerowej emisji CO2: emitowany dwutlenek węgla jest ponownie absorbowany przez rośliny ponownie rosnące na plantacji. Jeśli obliczy się emisje CO2 z produkcji i dostawy biopaliwa, eksperci nadal widzą co najmniej 60 procent oszczędności CO2 w porównaniu z konwencjonalnymi paliwami kopalnymi.
Zaletą jest również pełne wykorzystanie biomasy: dzięki pierwszej generacji biopaliw, które są obecnie używane (tj. bioetanol, biodiesel, biogaz), wszelkie pozostałości produktów mogą być wykorzystywane w rolnictwie. Przykład: W przypadku rzepaku około jedna trzecia trafia bezpośrednio do produkcji paliwa. Pozostałe dwie trzecie przeznacza się na produkcję pasz dla zwierząt.
Biopaliwa dzisiaj: tam, gdzie biopaliwa są już stosowane
Zmotoryzowana ludzkość stara się obecnie jak najdalej odejść od paliw kopalnych w samochodach, statkach, samolotach i pociągach do 2050 roku. Tak przynajmniej określa porozumienie klimatyczne z Paryża z 2015 r. Pierwsze próby biopaliw sięgają ponad stulecia przed wynalezieniem samochodu. Wynalazcy Nikolaus August Otto („Ottomotor”) i Henry Ford mieli już do czynienia z takimi paliwami podczas opracowywania Modelu T.
Ale paliwa kopalne były wtedy po prostu tańsze i łatwiej dostępne, i przyjęły się. Nawet z dzisiejszej perspektywy biopaliwa nie są całkowicie nieskomplikowane. Po prostu wlej olej roślinny do zbiornika? Nie jest to takie proste, nawet jeśli jest to możliwe w przypadku niektórych silników wysokoprężnych. Zamiast tego bioetanol jest stosowany w silnikach benzynowych tylko w jasno określonych ilościach. Biodiesel dodaje się tylko do samozapłonów. Ma to związek z liczbą oktanową lub cetanową: skłonnością paliwa do wybuchu i siłą, z jaką to robi.
Bioetanol powstaje w wyniku fermentacji biomasy, głównie trzciny cukrowej, buraków cukrowych lub kukurydzy. W praktyce żaden standardowy silnik benzynowy nie pracuje wyłącznie na bioetanolu. Bez technicznych zmian w przewodach i układach wtryskowych samochodu, zawartość etanolu do 20 procent jest uważana za możliwą. W Niemczech od 2011 roku do konwencjonalnych pomp benzynowych dodano do 10 procent. Wskazuje na to przyrostek „E10” (lub „E5” z udziałem 5%). Czy samochód toleruje składnik organiczny? Generalnie, według ADAC, każdy masowo produkowany samochód oferowany w UE od 2012 roku musi jeździć na E10 bez uszkodzeń.
Biodiesel zasadniczo składa się z oleju roślinnego, głównie rzepakowego. W procesie chemicznym (tzw. „transestryfikacja”) lepka ciecz jest przystosowana do stosowania w konwencjonalnych samochodach seryjnych. Podobnie jak w przypadku benzyny, z pompy wypływa mieszanka: od 2012 r. można sobie wyobrazić do 7 procent zawartości organicznej w oleju napędowym, oznaczonej „B7”.
Biologiczna alternatywa dla gazu ziemnego to biogaz. Podobnie jak bioetanol, jest wytwarzany w procesie fermentacji i można go nawet uzyskać z gnojowicy oprócz żywności, takiej jak kukurydza. Jest jednak jedno ograniczenie: zwykłe linie i materiały w konwencjonalnych samochodach produkcyjnych CNG/LPG wytrzymują bez uszkodzeń tylko 5 do 10 procent biogazu.
Konwersje techniczne: to jest potrzebne, aby zwiększyć udział biopaliw
Zbiornik pełen biopaliwa? To działa, ale dopiero po rozległych modyfikacjach pojazdu. W praktyce robiono to do tej pory tylko w przypadku modeli z silnikiem Diesla w Europie. Jednak nie działają one wtedy na biodieslu poddanym obróbce chemicznej, ale na w dużej mierze surowej odmianie oleju roślinnego (w skrócie „PÖL” na miejscu). W szczególności podczas konwersji pompa paliwowa jest dostosowana do grubszego produktu roślinnego, a konwencjonalne przewody paliwowe są zastępowane przewodami o średnicy co najmniej 10 milimetrów.
Może być również potrzebny elektryczny system podgrzewania, który gwarantuje wiele badań na forach internetowych. Ponieważ przy dzisiejszych powszechnych silnikach wysokoprężnych z turbosprężarkami i wtryskiem Common Rail, konwersja zwykle działa tylko z dodatkowymi przewodami i dwoma zbiornikami. Jeden dla kopalnego oleju napędowego, a drugi dla oleju roślinnego. Pod względem ceny nożyczki do konwersji mogą zatem znacznie się różnić. Osoby dokonujące modernizacji żądają od 300 do 4000 euro za materiały.
To jest drogie, zwłaszcza jeśli nie możesz samodzielnie przeprowadzić konwersji. Korzyści podatkowe z tego tytułu również zakończyły się w 2006 roku. Ale największe ograniczenie: Kierowcy dysponujący powierzchnią magazynową na duże beczki i łatwymi do pokonania trasami będą zadowoleni z PÖL. Nie ma sieci, a supermarket za rogiem sprzedaje tylko butelki oleju rzepakowego w normalnych domowych ilościach. W zamian istnieje 60 procent oszczędności netto w CO2.
A co z silnikiem benzynowym? Najpóźniej od „E20” (tj. od 20% zawartości bioetanolu) silnik benzynowy wymaga specjalnie opracowanego systemu zarządzania silnikiem z dostosowanym czasem zapłonu, mechanizmem wykrywania zawartości etanolu i precyzyjnie dobraną ilością wtrysku. To również istnieje, ale głównie w Brazylii.
Tam rząd uruchomił program etanolu w połowie lat 70. w odpowiedzi na kryzys naftowy. Odkąd tylko ktoś pamięta, ludzie skutecznie zapełniali się tam cachaça – wysokoprocentowym likierem z trzciny cukrowej. Ceny paliw są więc stale na bardzo niskim poziomie. Ponad 90% wszystkich samochodów w Brazylii jest obecnie wyposażonych w tak zwany elastyczny system paliwowy.
Można by pomyśleć, że to idealny system. Jednak nie bez wad. Każdy, kto odwiedza Brazylię, od razu zauważy dziwny, cierpko słodki zapach spalenizny w dużych miastach. Nie wspominając o wylesianiu Amazonii, które promowano w tym celu. Jednak w Brazylii nie używa się 100% alkoholu. Według Politechniki Wiedeńskiej dla „E100” (czysty bioetanol) wymagany byłby zupełnie inny system wtrysku.
Krytyka i trudności związane z biopaliwami
Właściwie przepisy są jasne: przygotowanie gruntu, uprawa i transport biopaliwa muszą odbywać się zgodnie ze ścisłymi kryteriami ekologicznymi. Nie mogą wystąpić żadne szkody dla zwierząt i ludzi na wykorzystywanych gruntach. Tak jest w skrócie w dyrektywie UE z 2013 roku. Ale jeśli paliwo jest produkowane poza UE, kontrole są trudne do wdrożenia.
W Niemczech dotyczy to 0,5 z 3,2 miliona ton biodiesla rocznie. Zakupów dokonuje się m.in. z Indonezji – gdzie raport NDR z 2019 roku wykazał rażące lekceważenie i poważne ingerencje w lokalny ekosystem. Następuje spalanie i spalanie, aby zrobić miejsce dla pól uprawnych, uwalniając ogromne ilości CO2.
Ponadto naukowcy odnoszą się do problemów innych niż CO2: stosowanie nawozów uwalnia podtlenek azotu, który może mieć większy wpływ na efekt cieplarniany niż zaoszczędzony CO2. Oraz: Biopaliwa ze specjalnie uprawianych roślin konkurują z uprawą żywności na grunty rolne. Stwarza to sytuację, w której paliwo jest zużywane albo kosztem głodujących ludzi, albo pozostałych obszarów naturalnych.
Średnia i daleka przyszłość biopaliw
Paliwa traktowane jak dotychczas to biopaliwa pierwszej generacji. Generacja druga może rozwiązać wiele trudności technicznych i ekologicznych: BTL oznacza „Biomass-to-Liquid”, czyli najkrótszą możliwą konwersję roślin na paliwo płynne. Z punktu widzenia technologii produkcji biomasa jest najpierw przekształcana w stan gazowy, a następnie w procesie syntezy upłynniana.
Zaleta: według naukowców można do tego wykorzystać słomę lub drewno – substancję bogatszą w celulozę niż np. rzepak. To dałoby więcej paliwa na metr kwadratowy powierzchni uprawnej. Ponadto naukowcy mają nadzieję, że wyprodukowany w ten sposób biodiesel będzie łatwiejszy w zastosowaniu w samochodach produkowanych seryjnie. Jednak proces jest nadal testowany. Kiedy można go użyć w masowej produkcji, nie jest pewne. Równolegle prowadzone są badania nad trzecią generacją biopaliw: Tutaj algi mają służyć jako biomasa. Znowu chodzi o zawartość energii, jest ona nawet wyższa w algach niż w roślinach.
Istnieją więc pewne innowacje techniczne i potrzeby rynku, które przemawiają za przyszłością biopaliw. Zwłaszcza w przypadku żeglugi i dużych statków powietrznych akumulatory prawdopodobnie nigdy się nie przyjmą. Gęstość energii, waga i wymagania przestrzenne sprawiają, że jest to prawie niemożliwe. Jednak o rozpowszechnieniu biopaliw decydować będzie inny czynnik: dotacje rządowe i opodatkowanie. Obecnie nacisk kładziony jest na e-mobilność. Ale pomimo wszystkich ewentualności i punktów krytycznych: Powinniśmy mieć na liście tę (teoretycznie) ekologiczną alternatywę.
