Czym są biopaliwa? Rodzaje, produkcja i wpływ na środowisko
Spis treści
Biopaliwa to paliwa wytwarzane z biomasy, czyli materii roślinnej lub zwierzęcej, w postaci stałej, ciekłej albo gazowej: od pelletu po bioetanol i biometan. Zawarty w nich węgiel roślina pobrała z atmosfery kilka miesięcy lub lat temu, a nie miliony lat temu, jak w przypadku ropy. Neutralność dla klimatu nie przychodzi jednak sama. Uprawa, nawozy, transport i wycinanie lasów pod nowe pola potrafią zniweczyć zysk ze spalania biomasy zamiast paliwa kopalnego.
Czym jest biopaliwo?
Biopaliwo to paliwo wytworzone z biomasy, czyli z ulegającej biodegradacji materii pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. Biomasa jest surowcem, a biopaliwo produktem jej przetworzenia: prasowania, fermentacji albo obróbki chemicznej.
Ostrzej rozdziela te pojęcia ustawa o biokomponentach i biopaliwach. Ustawa opisuje biokomponent jako składnik wytworzony z biomasy z przeznaczeniem do wytwarzania paliw, na przykład bioetanol, ester albo biometan. Biopaliwem ciekłym ustawa nazywa dopiero gotowe paliwo, choćby benzynę o wysokim udziale biokomponentów, albo biokomponent stosowany samodzielnie.
Od ropy biopaliwo odróżnia przede wszystkim wiek zawartego w nim węgla. W ropie i węglu kamiennym tkwi węgiel związany fotosyntezą miliony lat temu. Roślina na biopaliwo pobrała go z atmosfery kilka miesięcy albo kilka lat wcześniej. Torf odkłada się przez tysiące lat, dlatego mimo roślinnego pochodzenia nie zalicza się go do biomasy.
Biopaliwa stałe, ciekłe i gazowe – grupy o różnych zastosowaniach
Stan skupienia dzieli biopaliwa na stałe, ciekłe i gazowe. Pellet z kotła i bioetanol z dystrybutora należą więc do jednej kategorii biopaliw, choć na co dzień trudno je ze sobą skojarzyć. O statusie pelletu jako biomasy przesądza surowiec. O jego miejscu w tym podziale decyduje stan skupienia.
- Stałe – drewno kawałkowe, zrębka, pellet i brykiet; służą głównie do wytwarzania ciepła w kotłach i kominkach, a w ciepłowniach i elektrowniach także prądu.
- Ciekłe – bioetanol, biodiesel (estry FAME) i HVO; trafiają przede wszystkim do transportu jako domieszka do benzyny i oleju napędowego, a bioetanol także do biokominków.
- Gazowe – biogaz z biogazowni i biometan uzyskany przez jego oczyszczenie; biogaz zasila agregaty wytwarzające prąd i ciepło, a biometan może trafić do sieci gazowej lub do pojazdów.
Ciecz łatwo tankować i przechowywać w zbiorniku, dlatego transport korzysta niemal wyłącznie z biopaliw ciekłych i gazowych. Energia biomasy w ogrzewaniu domów pochodzi z kolei głównie z paliw stałych, bo kocioł na pellet albo brykiet obsługuje się podobnie jak kocioł węglowy.
Jak powstają biopaliwa trzech generacji?
Generację biopaliwa wyznacza surowiec, a surowiec dyktuje technologię: im trudniej dostępna jest energia zgromadzona w roślinie, tym bardziej złożony proces. Pierwsza generacja korzysta z części roślin spożywczych bogatych w cukier, skrobię albo olej.
Z buraków, kukurydzy i zbóż powstaje bioetanol w fermentacji alkoholowej, po której alkohol destyluje się i odwadnia. Olej rzepakowy przechodzi natomiast transestryfikację z metanolem, w wyniku której powstają estry FAME i gliceryna. Ta ścieżka działa w skali przemysłowej od dziesięcioleci.
Fermentacja nie jest przy tym jedyną drogą. Transestryfikacja to reakcja chemiczna. HVO powstaje przez uwodornienie olejów i tłuszczów na katalizatorze – w procesie bliższym rafinerii niż gorzelni. Fermentacja beztlenowa, prowadzona przez bakterie bez dostępu tlenu, daje z kolei biogaz z gnojowicy, kiszonek i odpadów spożywczych.
Druga generacja sięga po surowce niejadalne: zużyty olej kuchenny, tłuszcze zwierzęce, słomę, drewno i plantacje, na przykład wierzby energetycznej. Z odpadów tłuszczowych powstają FAME i HVO tymi samymi metodami co w pierwszej generacji, dlatego ta część jest już komercyjna. Trudność zaczyna się przy lignocelulozie, czyli ścianach komórkowych zbudowanych z celulozy, hemicelulozy i ligniny. Lignina osłania celulozę, więc przed fermentacją trzeba tę osłonę rozbić obróbką wstępną. Odsłoniętą celulozę enzymy rozkładają potem do cukrów, co podnosi koszt i zużycie energii. Instalacje tego typu działają dotąd pojedynczo.
Dlaczego trzecia generacja wciąż nie trafiła na rynek? Algi gromadzą dużo oleju i nie potrzebują gruntów ornych, ale hodowla w fotobioreaktorach, oddzielenie biomasy od wody i ekstrakcja tłuszczu kosztują więcej, niż daje paliwo. Biopaliwa z alg pozostają więc na etapie badań i instalacji pilotażowych.
Neutralność węglowa biopaliw zależy od całego cyklu życia
Samo spalanie biopaliwa jest bliskie neutralności, ale bilans całego cyklu życia już nie musi taki być. W silniku na bioetanolu zachodzi spalanie biomasy, które oddaje do atmosfery dwutlenek węgla pobrany wcześniej przez roślinę w fotosyntezie. Cykl życia obejmuje jednak także uprawę, nawożenie, przetwarzanie i transport, a każdy z tych etapów zużywa energię, często z paliw kopalnych.
Ustawa o biokomponentach przyjmuje, że gazami cieplarnianymi są dwutlenek węgla, podtlenek azotu i metan, więc bilans biopaliwa nie kończy się na CO₂. Podtlenek azotu uwalnia się z gleby zasilanej nawozami azotowymi, dlatego intensywnie uprawiane rośliny energetyczne obciążają rachunek już na polu. Metan może z kolei uchodzić z fermentacji i składowania odpadów.
Dyrektywa RED II, czyli unijna dyrektywa o energii ze źródeł odnawialnych, uzależnia wymagane ograniczenie emisji od daty uruchomienia instalacji: co najmniej 50%, 60% albo 65% względem paliwa kopalnego. Pierwsza wartość dotyczy zakładów działających do 5 października 2015 roku, ostatnia – uruchomionych od 2021 roku.
O tym, czy próg zostanie spełniony, przesądza ścieżka produkcji. Metodyka obliczeń nie przypisuje emisji odpadom i pozostałościom aż do ich zebrania, więc paliwo ze zużytego oleju czy słomy startuje bez obciążenia uprawą. Biopaliwa z odpadów mają zatem zwykle lepszy bilans niż paliwa z upraw energetycznych, choć wynik liczy się osobno dla każdej ścieżki i partii.
Gdzie biopaliwa szkodzą środowisku?
Najpoważniejszy zarzut wobec biopaliw dotyczy pośredniej zmiany użytkowania gruntów, w skrócie ILUC. Według analizy Komisji Europejskiej podstawową przyczyną ILUC jest dodatkowy popyt na surowce. Popyt ten wynika z rosnącego zużycia konwencjonalnych biopaliw. Konwencjonalne oznacza tu biopaliwa z roślin spożywczych i pastewnych, czyli pierwszą generację.
Łańcuch przyczyn ma pięć ogniw:
- Rosnący popyt na surowce do biopaliw podnosi ich ceny i opłacalność upraw.
- Grunt, na którym rosła żywność lub pasza, zaczyna produkować surowiec na paliwo.
- Zapotrzebowanie na żywność nie maleje, więc brakującą produkcję trzeba uzupełnić gdzie indziej.
- Nowe pola powstają często kosztem lasów, sawann i torfowisk, nierzadko na innym kontynencie.
- Węgiel zgromadzony w drzewach i torfie trafia do atmosfery, a ta emisja może przewyższyć oszczędność z zastąpienia paliwa kopalnego.
ILUC nie da się bezpośrednio zaobserwować ani zmierzyć, bo przeniesienie upraw zachodzi za pośrednictwem rynku, często tysiące kilometrów od pola z rzepakiem. Jej skutki szacuje się więc modelowaniem. Rozbieżności między modelami podsycają spór o skalę zjawiska.
Olej palmowy stał się symbolem problemu, bo jego ekspansja szczególnie często sięga po grunty zasobne w węgiel. Nowe plantacje w Indonezji i Malezji powstawały na miejscu lasów deszczowych i osuszanych torfowisk, które przez tysiące lat magazynowały węgiel. Wraz z lasem znika bioróżnorodność. Siedliska orangutanów stały się najbardziej rozpoznawalnym przykładem tej straty. Uprawy energetyczne obciążają też wodę: trzcina cukrowa i kukurydza w suchych regionach wymagają nawadniania. Spływ nawozów zanieczyszcza ponadto rzeki.
Unia odpowiedziała na te zarzuty limitami w dyrektywie RED II. Udział biopaliw z roślin spożywczych i pastewnych w transporcie może przekroczyć krajowy poziom z 2020 roku najwyżej o 1 punkt procentowy. Górny pułap wynosi przy tym 7% końcowego zużycia energii w transporcie drogowym i kolejowym. Surowce o wysokim ryzyku ILUC, w praktyce olej palmowy, liczą się do celów najwyżej na poziomie z 2019 roku. Od końca 2023 roku ich udział ma maleć do zera najpóźniej w 2030 roku.
Czy biopaliwa z roślin uprawnych zawsze zabierają żywność? Krytycy wskazują, że uprawy na paliwo konkurują z żywnością o ziemię i mogą podbijać ceny zbóż oraz olejów. Zwolennicy odpowiadają, że z rzepaku do paliwa trafia tylko olej, a śruta zostaje wysokobiałkową paszą, która ogranicza import soi. Oba argumenty opisują realne zjawiska, a ich waga zależy od regionu, surowca i sytuacji na rynku.
Zużyty olej kuchenny i olej palmowy z plantacji założonej na miejscu lasu dają produkt nazywany tak samo, ale ich skutki dla klimatu i przyrody są nieporównywalne.
Obowiązek i oznaczenia biokomponentów w benzynie i oleju napędowym
Domieszka biokomponentów do paliwa ze stacji wynika z obowiązku prawnego. Jej górną granicę widać na oznaczeniu dystrybutora. Litera i liczba to według wyjaśnień Ministerstwa Klimatu i Środowiska maksymalny udział objętościowy biokomponentu w mieszance. Rzeczywista zawartość może być niższa, ale nie przekracza wartości z oznaczenia.
- E5 – benzyna zawierająca najwyżej 5% bioetanolu, utrzymywana jako paliwo dla starszych silników.
- E10 – benzyna zawierająca najwyżej 10% bioetanolu, od 2024 roku podstawowa benzyna 95.
- B7 – olej napędowy zawierający najwyżej 7% estrów FAME.
Inną wielkością jest Narodowy Cel Wskaźnikowy, czyli obowiązek nałożony na firmy wprowadzające paliwa do obrotu. Cel liczy się według wartości opałowej, a nie objętości, w całej rocznej sprzedaży. Na 2025 rok wynosił 9,2%, a znowelizowana w 2025 roku ustawa przewiduje 10% na lata 2026–2029. Zbieżność liczb myli: 10% w E10 to objętość w jednej mieszance, a 10% celu to udział energii w rocznej sprzedaży.
Do celu wlicza się wyłącznie biokomponenty spełniające kryteria zrównoważonego rozwoju. Partie potwierdza certyfikat jednego z systemów uznanych przez Komisję Europejską, w Polsce między innymi KZR INiG. Audytor sprawdza przy tym łańcuch pochodzenia surowca. Surowiec z gruntów, które po styczniu 2008 roku straciły status lasu lub torfowiska, tych kryteriów nie spełnia.
Czy paliwo z biokomponentami szkodzi silnikowi i podnosi spalanie?
Mieszanki E10 i B7 są przewidziane dla silników, które producent do nich dopuścił, a zużycie paliwa rośnie przy nich nieznacznie. Przyczyną jest wartość opałowa. Według rozporządzenia o wartości opałowej z 2020 roku bioetanol dostarczał 21 MJ/l, wyraźnie mniej niż benzyna. FAME niesie nieco mniej energii niż olej napędowy. Litr E10 niesie więc teoretycznie około 3% mniej energii niż czysta benzyna.
Skąd zatem opinie o zniszczonych silnikach? Ryzyka dotyczą konkretnych paliw i konkretnych konstrukcji. Etanol działa jak rozpuszczalnik, więc niszczy uszczelki starszych pojazdów. Jako substancja higroskopijna wchłania też wodę z powietrza, która powoduje korozję gaźników i rozwarstwienie paliwa w sprzęcie długo stojącym z pełnym zbiornikiem. FAME gorzej znosi mróz, bo w niskiej temperaturze mętnieje i może zatykać filtr. Przy długim przechowywaniu utlenia się i chłonie wodę.
Zgodność z daną mieszanką sprawdza się w instrukcji pojazdu, na klapie wlewu paliwa albo u sprzedawcy lub producenta. Dotyczy to także HVO, choć zachowuje się ono inaczej niż klasyczny biodiesel: jako węglowodór parafinowy jest chemicznie zbliżone do oleju napędowego, nie wchłania wody i dobrze znosi mróz.
