Perspektivy surovin pro biopaliva

Doprava v Evropské unii se podílí přibližně 21 procenty na všech emisích skleníkových plynů a tento podíl stále roste. Aby došlo ke snížení emisí skleníkových plynů, je nezbytné nalézt způsoby snížení emisí z dopravy. Jedním z možných řešení je nahrazení části pohonných hmot z fosilních paliv pohonnými hmotami z obnovitelných zdrojů.

Problém snížení emisí není však jediný, který je třeba řešit. Téměř veškerá energie využívaná v dopravě v Evropské unii pochází totiž z ropy a zásoby ropy jsou kvantitativně omezeny. I když se nacházejí nová naleziště, jejich využití je obvykle složitější. Zajištění dodávek energie v budoucnosti proto není jen otázkou omezení závislosti na dovozech, ale vyžaduje diverzifikaci zdrojů a technologií. A určitou úlohu by v tomto kontextu mohla zastávat právě biopaliva, která se vyrábějí z biomasy, což je obnovitelný zdroj. Představují přímou náhradu fosilních paliv v dopravě a mohou být snadno začleněna do systémů jako alternativní palivo pro dopravu, stejně jako jiné alternativy které představuje například kapalný zemní plyn (LNG), stlačený zemní plyn (CNG), zkapalněný ropný plyn (LPG) a vodík.

První ze dvou reálných opatření

Rozvojové země čelí podobným a ještě větším problémům, souvisejícím s energií v dopravě. Stoupající ceny ropy nepříznivě ovlivňují jejich platební bilanci, vzhledem k závislosti na dovážených fosilních palivech jsou zranitelnější a stojí rovněž před úkolem snížení emisí skleníkových plynů. Biopaliva představují sice nákladný způsob omezení emisí skleníkových plynů, ale v rámci odvětví dopravy jsou jedním z pouhých dvou opatření, která mají reálnou možnost tyto emise v blízké budoucnosti výrazně snížit.
Produkce biopaliv z vhodných surovin by v mnoha rozvojových zemích rovněž mohla znamenat hospodářský prospěch, a to vytvářením dodatečné zaměstnanosti, snižováním nákladů na dovoz energie, a otevírat potenciální vývozní trhy. Ale na druhou stranu je určitým nebezpečím pro životní prostředí, jde například o kácení deštných pralesů pro potřeby další obdělávatelné půdy. Obavy jsou rovněž ohledně vlivu na úrodnost půdy, dostupnost a jakost vody a používání pesticidů. Sociální vlivy se týkají možné konkurence mezi biopalivy a produkcí potravin. Biopaliva se v současné době vyrábějí téměř výhradně z plodin, které mohou být využity rovněž pro potravinářské účely. S nárůstem globální poptávky po potravinách, ale i biopalivech rostou obavy před tím, aby v rozvojových zemích nebyla ohrožena dostupnost potravin za přijatelné ceny.

Využití biopaliv roste

Přestože většina biopaliv je stále dražší než fosilní paliva, jejich využití roste v zemích po celém světě. Celková produkce biopaliv se nyní odhaduje na více než 35 miliard litrů.
EU v současnosti pokrývá čtyři procenta svých energetických potřeb z biomasy. Pokud by plně zužitkovala svůj potenciál, mohla by do roku 2010 zdvojnásobit využití biomasy, a to ze 69 milionů tun ropného ekvivalentu (mtoe) v roce 2003 přibližně na 185 mtoe v roce 2010, přičemž by vyhověla správné zemědělské praxi, zabezpečila by udržitelnou produkci biomasy a zásadně by neovlivnila domácí produkci potravin.
Produktivita biomasy je ale nejvyšší v tropických oblastech a výrobní náklady na biopaliva, především etanol, jsou v mnoha rozvojových zemích relativně nízké. V Brazílii, která je předním světovým výrobcem bioetanolu, může bioetanol vyráběný z cukrové třtiny v současnosti konkurovat fosilním palivům. Příkon energie z fosilních zdrojů při výrobě etanolu z cukrové třtiny je navíc nižší než v případě výroby etanolu v Evropě, takže odpovídající snižování emisí je větší. Evropská unie je momentálně hlavním výrobcem bionafty, přičemž obchod s ní není příliš významný.
Ceny biopaliv vyráběných v Evropské unii však i přes využití nejmodernějších technologií těžko konkurují fosilním palivům i přes rapidně stoupající ceny ropy. Pro výrobu biopaliv mohou sloužit i suroviny z jiných odvětví. Organický odpad z papírenského průmyslu, živočišné tuky a vedlejší produkty živočišného původu, recyklované jedlé oleje a mnohé další jsou jako energetické zdroje nedostatečně využité.
V současné době se bioetanolová paliva využívají po celém světě, a to již řadu let. Bioetanol je nejrozšířenější biopohonná hmota na světě, s Brazílií a USA jako hlavními producenty. V Brazílii se vyrábí z cukrové třtiny, v USA z kukuřice. V EU je zatím hlavní biopohonnou hmotou biodiesel.

Dlouhá domácí tradice

V České republice má využití bioetanolu jako přídavku do pohonných hmot tradici již z první republiky, kdy se povinně přimíchávalo až 20 procent objemu bioetanolu do veškerých pohonných hmot. Toto opatření v té době umožnilo rozvoj zemědělské výroby a venkova. V současnosti je možné realizací programu výroby bioetanolu zajistit efektivní způsob dalšího využití cukrovky, umožnit další využívání „nadbytečné“ půdy a omezit její neefektivní zatravňování. Netradiční technologie výroby bioetanolu jsou schopny využívat i vedlejší produkty, zejména obilnou a řepkovou slámu a jiné.
Pro výrobu biopaliv se využívají:
a) hospodářské plodiny cukerné: cukrová třtina, cukrová řepa,
b) hospodářské plodiny škrobnaté: obilniny, čirok, brambory, topinambur,
c) olejnaté plodiny: řepka olejka, slunečnice, olejová palma,
d) energetické plodiny jednoleté (konopí, proso, Amaranthus, sléz, hořčice sareptská, světlice barvířská) a víceleté (ozdobnice čínská, rákos, rdesno, šťovík, topolovka, mužák, chrastice rákosovitá a další trávy poskytující vysoké výnosy),
e) rychlerostoucí dřeviny (vrby, topoly, olše, akáty a další stromové a keřovité dřeviny),
f) biomasa odpadní (obilná sláma, řepková sláma, lesní odpady (dendromasa), dřevní hmota z lesních probírek, kůra, větve, manipulační odřezky, klest).

Budoucnost pro lignocelulózu

Bioetanol je získáván hlavně fermentací cukerných nebo škrobnatých surovin nebo z lignocelulózových surovin po hydrolýze.
Technologicky jednodušší je výroba z cukerných plodin (cukrová třtina, cukrovka), které lze s minimálními energetickými vklady připravit k fermentačnímu procesu.
Výroba ze škrobových plodin (kukuřice, čirok, ječmen, pšenice, tritikale, brambory, topinambur) vyžaduje enzymatický rozklad škrobu na zkvasitelné jednodušší cukry. Většina produkce bioetanolu v ČR je v současné době vyráběna z potravinářských surovin.
Do budoucna se předpokládá, že nejdůležitější surovinou pro výrobu bioetanolu budou lignocelulózové suroviny (energetické plodiny, odpadní biomasa, dřevní odpady). Výroba bioetanolu z lignocelulozových materiálů (sláma, kukuřičné oklásky, dřevní štěpka, piliny, rychlerostoucí dřeviny, energetické plodiny aj.) využívá výhody levných vstupních surovin, nevýhodou jsou značné energetické vklady při tepelném zpracování suroviny. Výroba bioetanolu z odpadu (starý papír, papírenské kaly) plní zároveň i asanační funkci. Protože se vlastnosti biocelulózové biomasy liší od jiných forem používané biomasy, musí být technologie zpracování pro produkci bioetanolu z lignocelulózové hmoty adaptována. Nelze použít klasické lihovarské technologie. Na vývoji technologií výroby etanolu z lignocelulózových surovin se pracuje již více než 30 let. Cílem je produkovat fermentovatelné cukry z lignocelulózy (hektózy, pentózy), které mohou být přeměněny na etanol. Základem této technologie je tepelně tlakový proces hydrolýzy biologické hmoty prováděný při teplotě 180 až 210 °C a při tlaku 1,1 až 1,6 megapascalu (MPa) v kyselém prostředí. Při této hydrolýze dochází k rozštěpení lignocelulózového komplexu, k přeměně celulózy na glukózové sacharidy a k přeměně hemicelulóz na zkvasitelné hemicelulózové cukry. V návaznosti na hydrolýzu se získaný cukerný roztok zpracovává klasickým lihovým kvašením.
Biometanol je podobný bioetanolu, ale je mnohem více toxický a agresivní k materiálům motorů. Může být vyráběn ze syntetického plynu vznikajícího při zplynování biomasy. Biopaliva lze také vyrábět z pyrolyzních olejů vyrobených z biologických odpadů.
Kromě bioetanolu se k pohonu vozidel využívá již více známý biodiesel (metyl nebo etylester mastných kyselin), u nás známý pod názvem MEŘO (metylester řepkového oleje). Vyrábí se chemickým procesem – esterifikací mastných kyselin z rostlinných olejů. Řepkový olej je v Evropě nejčastěji využívanou surovinou, produkce oleje dosahuje jednu až dvě tuny z hektaru. Kromě řepkového oleje se využívá i olej slunečnicový.
Z biomasy lze vyrábět široké spektrum sloučenin a materiálů. Tradičními produkty jsou oleje, škrob, vlákna, léčiva. Z těchto surovin se zpracováním připravuje bezpočet výrobků, například mazadla, náplně tonerů, polynery a aditiva polymerů (linoleum je např. ze lněného oleje), smáčedla, organická rozpouštědla, léky, barviva, aromatické látky atd.

Vyšší produkční potenciál

Podle odhadů budou v blízké evropské budoucnosti – do roku 2030 – biopohonné hmoty převažovat ve spotřebě nad ropnými produkty. A měly by převažovat biopohonné hmoty druhé generace, to je z lignocelulózních materiálů (slámy, dřevního odpadu a biologických odpadů). Vrcholnou fází bude pak využívání energetických plodin hlavně pro výrobu bioetanolu. Produkční potenciál energetických plodin může být masivně změněn na vysoce produktivní, půjde pravděpodobně o geneticky modifikované plodiny, s upravenou technologií pěstování a vysokou produkcí sušiny. Vzhledem k tomuto vývoji budou energetické plodiny hrát významnou roli v osevních postupech, zvláště pak v znevýhodněných oblastech (LFA).
V první fázi do roku 2010 se předpokládá víceméně provozní zlepšení a zlevnění současných technologií, výzkum pohonných hmot druhé generace a příprava koncepcí biorafinerií, tj. zařízení využívajících komplexně biologickou surovinu pro separaci a zpracování jednotlivých komponent (biologicky aktivní látky, bílkoviny, zbytková biomasa pro energetické účely).
Ve druhé fázi – do roku 2020 se očekává rozšíření produkce pohonných hmot druhé generace, provoz demonstračních biorafinerií na zpracování lignocelulózových materiálů a předpokládá se též zavedení nových energetických plodin.Ve třetí fázi, což by mělo být po roce 2020, by se měla využívat široká škála pohonných hmot druhé generace a rozšíření komplexních integrovaných biorafinerií.
(Příspěvek byl zpracován v rámci projektu MZe NAZV 1G57056)

Klíčové informace

- Biopaliva se nyní vyrábějí téměř výhradně z plodin, které mohou být využity pro potravinářské účely. 
- Celková produkce biopaliv se odhaduje na více než 35 miliard litrů. EU pokrývá 4 % svých energetických potřeb z biomasy.
- Do roku 2010 by Evropská unie mohla využití biomasy zdvojnásobit.
- Nejdůležitější pro výrobu bioetanolu budou lignocelulózové suroviny.

Mgr. Jan Lipavský CSc.Výzkumný ústav rostlinné výroby, v. v. i., Praha-Ruzyně