Biopaliwa pochodzą z biomasy, uzyskanej z produktów pochodzenia roślinnego. Organizmy roślinne magazynują energię słoneczną poprzez proces fotosyntezy. W wyniku spalania, fermentacji tlenowej i beztlenowej, zgazowania lub estryfikacji biomasy, lub produktów jej rozkładu energia słoneczna w nich zawarta przetwarzana jest na inne rodzaje energii – cieplną, elektryczną oraz ekologiczne paliwo.

Biopaliwa dla środowiska

W związku ze wciąż postępującym rozwojem transportu i powodowanymi przez to zanieczyszczeniami konieczne jest przejście z paliw kopalnych na paliwa alternatywne. Jednym z rozwiązań są biopaliwa ciekłe. Otrzymywane są na drodze fermentacji alkoholowej węglowodanów, fermentacji butylowej biomasy lub z estryfikowanych w biodiesel olejów roślinnych. Spośród najpowszechniejszych biopaliw można wyróżnić bioetanol, biometanol, biodiesel, bioolej i oleje roślinne. Są to biopaliwa I i II generacji. Bioetanol stosowany jest jako substytut oraz dodatek do benzyny, biometanol stosowany jest w ogniwach paliwowych. Oleje roślinne i biodiesel to substytuty i dodatki do oleju napędowego, a bioolej wykorzystywany jest jako substytut oleju napędowego lub benzyny. Biopaliwa charakteryzują się dużą biodegradowalnością – w ciągu 21 dni ulegają degradacji w około 95 proc., a olej napędowy w 70 proc. Kolejnym ich atutem jest fakt, że kiedy biopaliwo dostanie się do gruntu, nie powoduje jego skażenia.

Akwakultura na rzecz produkcji biopaliw z wodorostów

Bioetanol i biometanol

Bioetanol i biometanol należą to tzw. bioalkoholi. Ekologiczny etanol – spirytus odwodniony – jest najczęściej stosowanym bioalkoholem do celów paliwowych. Wytwarza się go poprzez odwodnienie alkoholu gorzelnianego, który zawiera 97,2 proc. objętości etanolu. Wykorzystywany jest jako paliwo napędowe do silników aut firm takich jak Ford, Fiat czy Volkswagen. Bioetanol może być stosowany również jako dodatek do benzyny, który ulepsza proces spalania, pozwalając zredukować emisje tlenków węgla i azotu, związków ołowiu oraz węglowodorów aromatycznych.

Polska jest w czołówce ważniejszych europejskich producentów etanolu. Już na początku lat 90. Mieliśmy paliwo z dodatkiem etanolu, na co wpływ miała konieczność wykorzystania nadprodukcji spirytusu, wytwarzanego z nadwyżek produkcyjnych zboża, ziemniaków i melasy buraczanej.

Metanol (alkohol metylowy) zwany także, od dawnego sposobu jego wytwarzania w procesie suchej destylacji drewna, alkoholem drzewnym jest drugim wykorzystywanym do produkcji paliw bioalkoholem. Obecnie stosuje się metanol syntetyczny. Jest on wytwarzany w procesie uwodornienia tlenku węgla i podobnie jaki etanol, może być wykorzystywany jako paliwo napędowe lub dodatek do benzyny (w postaci MTBE, czyli eteru metylo-tetr-butylowego). Jednak ma on mniejszą wartość energetyczną niż etanol, a co więcej – podczas spalania emituje toksyczny aldehyd mrówkowy.

Najważniejszym sposobem jego wykorzystania są ogniwa paliwowe, gdzie jest przekształcany w wodór, przez co ma ogromne szanse stać się paliwem przyszłości. Wodór odgrywa aktualnie niezwykle ważną rolę w transformacji sektora transportu. Stosuje się go do zasilenia autobusów, pociągów, ciężarówek, a także samolotów.

Zeroemisyjny sposób wytwarzania amoniaku. Może zmienić oblicze rolnictwa i gospodarki wodorowej

Biopaliwa z oleju roślinnego

Oleje roślinne nie są tak lotne jak oleje napędowe, mają większą lepkość oraz niższą podatność na samozapłon. Dzięki tym właściwościom mogą być, bez wcześniejszego przetworzenia, stosowane jako paliwo napędowe. Odstępstwem od tej reguły jest wykorzystanie oleju roślinnego do specjalnych silników zaprojektowanych przez niemiecką firmę Elsbett do napędzania olejem rzepakowym. Jest to jednak dość mało rozpowszechnione ze względu na wysokie koszty produkcji.

W przypadku biooleju to paliwo jest przystosowywane do silnika, a nie odwrotnie. To paliwo powstaje w wyniku poddania biomasy krótkotrwałemu oddziaływaniu temperatury 400 do 600 °C, jest to tzw. szybka piroliza. Jest to gęsta ciecz o ciemnobrązowej barwie, która z powodzeniem może być stosowana w kotłach, turbinach i generatorach prądu, gdyż jego spalanie nie powoduje emisji dwutlenku siarki i jest neutralne z punktu widzenia bilansu tlenku węgla.

Biodiesel to paliwo z rzepaku (lub innej rośliny oleistej, np. palmy), które znane jest już z przełomu XIX i XX wieku. Pozyskiwany jest w procesie chemicznym polegającym na przetworzeniu oleju rzepakowego w estry metylowe (RME).

Taki estryfikowany olej rzepakowy  jest wykorzystywany, podobnie jak bioalkohole, w charakterze substytutu oleju napędowego lub jako dodatek do oleju napędowego, mieszany z nim w różnych proporcjach. O opłacalności produkcji biopaliwa z nasion rzepaku w Polsce decyduje kilka czynników m.in.: wielkość produkcji i poziom uzyskiwanych plonów z 1 ha, ceny za rzepak na rynku krajowym oraz systemy organizacyjne produkcji biopaliwa.

Biopaliwo z pomarańczy. Sewilla walczy z marnowaniem

Biopaliwa z wodorostów

Najbardziej innowacyjne są możliwości wykorzystania biopaliw III generacji. Należą do nich algi, które w przyszłości mogą rozwiązać problem zanieczyszczeń powietrza poprzez dostarczanie czystej energii odnawialnej w formie ciekłej, zastępując ropę. Dlaczego algi? Bo charakteryzują się bardzo szybkim i wydajnym wzrostem. Z jednostki powierzchni można uzyskać do 30 razy więcej energii niż z biopaliw I i II generacji. Co więcej, rośliny te nie są zbyt wymagające jeśli chodzi o tereny upraw. Aby je wyhodować, można wykorzystać nieużytki, a co nietypowe: pustynie, które zapewniają dostęp energii słonecznej. Algi podczas wzrostu pobierają z powietrza dwutlenek węgla i uwalniają tlen. Atut ten można wykorzystać przy działających elektrowniach konwencjonalnych – po spaleniu paliwa dwutlenek węgla można odprowadzać do zbiornika z algami. Mogą one rosnąć również w zanieczyszczonej wodzie, w tym ściekach, które przy okazji oczyszczają.