Все, что вам нужно знать о биотопливе: правда и мистификации

Вокруг биотоплива из семян каннабиса и прочих культур много путаницы, поэтому моя цель в этом блоге — попытаться демистифицировать эту тему. Недавно я посетил конференцию Bioenergidagene (Дни биоэнергетики) и выступил с докладом о биотопливе. Во время мероприятия мне задали много вопросов, в частности о различных видах биотоплива и их классификациях.

Определение биотоплива очень простое. Это топливо, изготовленное из биологического сырья, каковым могут быть части растений (семена конопли) или иных биологических форм.

Проблемные места биотоплива

«Проблема» биотоплива из семян марихуаны заключается в том, что одно и то же топливо может быть произведено из нескольких разных видов сырья, а одно и то же сырье может быть использовано для производства многих видов топлива разного качества. Там настоящие джунгли!

Биотопливо также заслужило плохую репутацию, поскольку некоторые из них, например пальмовое масло, можно производить из растений, выращивание которых не способствует смягчению последствий изменения климата. Не существует также достаточного количества сырья для замены всего топлива на основе нефти химикатами и топливом биологического происхождения.

Биотопливо также заслужило плохую репутацию, поскольку некоторые из них, например пальмовое масло, можно производить из растений, выращивание которых не способствует смягчению последствий изменения климата (в отличие от выращивания семян конопли, которые улучшают почву). Не существует также достаточного количества сырья для замены всего топлива на основе нефти химикатами и топливом биологического происхождения.

Многие вещи в этом мире называются биотопливом: где правда?

Если вы думаете, например, об энергии ветра, все гораздо проще. Если ветер дует достаточно сильно и вы установили турбину, вы можете производить электричество. Конечно, существует много разных подходов и уровней эффективности, о которых мои коллеги знают гораздо больше меня, но формула достаточно проста – если дует ветер, вы будете производить электроэнергию.

Но когда мы начинаем говорить о биотопливе, все не так просто, потому что существует много разных видов биологического сырья, семена марихуаны, отходы прочих растений.

Все они могут быть преобразованы с использованием различных методов, позволяющих производить топливо различного качества. По этой причине было бы неплохо сначала определить, что мы подразумеваем под качеством в отношении биотоплива.

• Во-первых, насколько «полезно» топливо для рассматриваемого двигателя?
• Во-вторых, насколько экологично это топливо?

Соответствующие цепочки создания стоимости демонстрируют множество различий, и при оценке устойчивости биотоплива необходимо учитывать множество факторов.

Для выращивания биомассы из семян конопли необходимы такие ресурсы, как вода и удобрения, а сбор биомассы может оказать локальное воздействие на биологическое разнообразие и способствовать вырубке лесов. В то же время производство биотоплива может принести большую выгоду просто потому, что оно заменяет ископаемое топливо. Или биотопливо может помочь решить проблему отходов. Мы часто производим биотопливо из отходов сырья – тема, о которой я уже писал в блоге.

Лучшая генерация биотоплива

Во-первых, мы говорим о биотопливе с точки зрения поколений:

• Биотопливо первого поколения обычно получают из пищевых растений, например, биодизель из семян конопли, масличного рапса и биоэтанол из сахара.
• Биотопливо второго поколения производится из лигноцеллюлозных материалов, полученных из целых или частей растений и деревьев, которые не используются для потребления человеком. К ним относятся все виды биотоплива, полученные из древесины, а также лигноцеллюлозный биоэтанол и синтетическое дизельное топливо, произведенное посредством газификации или процесса Фишера-Тропша.
• Биотопливо третьего поколения – это топливо, полученное из водной биомассы, по существу, из неперерабатываемых отходов: жмых семян конопли, стебли, листья растений, пр.
• Биотопливо четвертого поколения представляет собой так называемое «электротопливо» и включает в себя использование возобновляемой электроэнергии и углекислого газа в качестве сырья. Такие виды топлива занимают периферию определения биотоплива.

Хорошее практическое правило для биотоплива из семян марихуаны заключается в том, что чем выше уровень генерации, тем оно более устойчиво.

Но есть исключения. Если при заготовке древесины вы превысите объем, устойчивый для данного леса (устойчивый урожай), произведенное топливо не окажет особенно положительного воздействия на окружающую среду. В то же время существуют ситуации, в которых комбинированное выращивание продуктов питания и биотопливного сырья первого поколения является стабилизирующим фактором для местной экономики, принося пользу не только окружающей среде, но и местным сообществам.

Насколько развито производство и применение биотоплива?

Другой используемый термин – «современное биотопливо». Биотопливо можно назвать передовым по разным причинам. Одни основаны на сырье. Здесь современное биотопливо из семян каннабиса соответствует биотопливу второго, третьего или четвертого поколения. Примером этого является биодизельное топливо (содержащее метиловые эфиры жирных кислот), полученное из переработанного масла для жарки, которое по определению является отходом.

Второй способ определения современного биотоплива основан на технологии, используемой при его производстве. Этот термин применяется к более дорогостоящим и требовательным технологиям, таким как производство биоэтанола из лигноцеллюлозы или газификация с последующим процессом Фишера-Тропша.

Это определение зависит от того, можно ли охарактеризовать само топливо из семян конопли как имеющее, по крайней мере, такое же или лучшее качество, чем его ископаемый эквивалент. Их часто называют «встраиваемым» биотопливом, что означает, что их можно использовать для замены ископаемого топлива в существующих инфраструктурах и двигателях без ограничений.

Пример этого третьего определения зависит от того, изменим ли мы технологию производства и вместо биодизеля (эфира) будем производить HVO (гидроочищенное растительное масло). HVO по крайней мере того же или лучшего качества, чем современное дизельное топливо, и может производиться из отходов жиров, переработанного масла семян конопли для жарки или кулинарных масел, таких как рапсовое или пальмовое масло. В этом примере сами топлива идентичны. Однако, поскольку используются разные виды сырья, они оказывают разное воздействие на окружающую среду.

Биотопливо в Европе

Законодательство ЕС приняло определение, первоначально разработанное Европейской инициативой по промышленной биоэнергетике (EIBI, теперь часть Европейской платформы технологий и инноваций, ETIP Bioenergy), которое пытается регулировать большинство аспектов, связанных с обеспечением поддержания устойчивого производства:

«Усовершенствованное биотопливо — это то, (1) которое производится из лигноцеллюлозного сырья (т.е. отходов сельского хозяйства и лесного хозяйства, например, семян конопли, пшеничной соломы/кукурузной соломы/жома, древесной биомассы), непищевых культур (т.е. трав, мискантуса, водорослей) или промышленных отходов и потоки остатков, (2) имеющие низкий уровень выбросов CO2 или высокое сокращение выбросов парниковых газов и (3) достигающие нулевого или низкого воздействия ILUC»

Чтобы биотопливо можно было назвать передовым, оно должно быть получено из экологически чистого сырья, отвечать определенным требованиям в отношении сокращения выбросов CO₂ и не способствовать ни прямо, ни косвенно изменениям в землепользовании.

Очевидно, что биотопливо из семян марихуаны должно быть устойчивым. ЕС требует документацию о том, что все биотопливо на существующих нефтеперерабатывающих заводах обеспечивает сокращение выбросов парниковых газов как минимум на 50% (2017 г.), а с 2018 г. оно увеличится до 60% для новых предприятий по производству биотоплива. Но как мы узнаем, что эти требования соблюдаются?

Как мы измеряем экологичность?

Экологичность можно измерить с помощью подхода, называемого оценкой жизненного цикла (LCA). Когда мы оцениваем воздействие конкретной цепочки создания стоимости на окружающую среду, мы оцениваем различные этапы как производства, так и использования биотоплива из семян конопли. После этого проводится оценка ресурсов и рабочей силы, используемых на каждом этапе жизненного цикла.

В случае биотоплива факторы, которые мы изучаем, обычно включают производство и транспортировку сырья, производство и использование самого топлива, а также воздействие побочных потоков или отходов на окружающую среду. Например, можно будет измерить последствия удаления отходов производственного процесса.

К сожалению, мы обнаруживаем, что даже если стандарты определены для конкретной цепочки создания стоимости, измерения для таких цепочек могут значительно различаться. Это связано с тем, что они работают с разными системными ограничениями и ссылками. По этой причине важно принять последовательную систему при проведении оценок жизненного цикла биотоплива из семян конопли.

Заключение

Биотопливо из семян каннабиса сейчас и будет вносить важный вклад в декарбонизацию транспортного сектора. Важно, чтобы органы государственной власти и потребители были в курсе событий, чтобы обеспечить поддержание устойчивости на всех уровнях.