Emisja CO2 z upraw biopaliw Autor: Włodzimierz Kotowski, Eduard Konopka ( Energia Gigawat nr 6-7/2013) Kraje Unii Europejskiej podjęły w 2009 roku zobowiązanie o zwiększeniu do 10% udziału biokomponentów w benzynach oraz oleju napędowym z przerobu ropy w okresie do 2020 roku. Obecnie w realizacji tej dyrektywy wiodącą pozycję zajmują Niemcy, dodając 6,25% biopaliw do nieodnawialnych paliw silnikowych. Główną przyczyną powolnej realizacji tego postanowienia jest fakt, że w wytwórczości biopaliw wciąż jeszcze dominują relatywnie kosztowne technologie pierwszej generacji. Etanol wytwarza się w Europie głównie z kukurydzy, zbóż oraz ziemniaków, a biodiesel przede wszystkim z rzepaku. Dodatek biopaliw do benzyn oraz oleju napędowego z ropy winien zmniejszyć emisję CO 2 do atmosfery przez pojazdy drogowe oraz lotnictwo, aczkolwiek spora część naukowców powątpiewa w realność tych oczekiwań. Ich bowiem zdaniem, uprawa niektórych gatunków roślin z których wytwarza się biopaliwa, powoduje pośrednio większą emisję dwutlenku węgla, niż paliwa nieodnawialne. Te wątpliwości odnoszą się szczególnie do przypadku zamiany terenów agrarnych z upraw roślin dla przemysłu spożywczego na te związane z produkcją biopaliw, przy czym uprawa tych pierwszych bywa często lokalizowana na terenach pozyskiwanych z zagospodarowywania nieużytków rolnych przykładowo bagien. Przy tego typu pracach występuje znaczny wzrost emisji dwutlenku węgla do atmosfery, co dokumentuje rys. 1. W tej sytuacji Unia Europejska zdecydowała o zaostrzeniu normy emisji CO 2 o tzw. ryczałtowy współczynnik korekcyjny ILUC (Indirect Land Use Change) w wysokości 27 gramów dwutlenku węgla na każdy MJ (megadżul) zawartej w biopaliwach energii. Zdaniem wytwórców biodiesla z rzepaku trudno będzie spełnić te nowe, powyższe wymagania (K. Wiedemann; neue energie, 62,11,2011). Faktem jest, że zaprezentowany wyżej dodatkowy, ryczałtowy współczynnik korekcyjny ILUC zaostrza normy emisji CO 2 przez biopaliwa aż o 35% w porównaniu do nieodnawialnych paliw silnikowych. W tej sytuacji powierzono pięciu instytutom badawczym oraz przedsiębiorstwom specjalistycznym komplementarne opracowanie bilansu klimatycznego w następstwie zmian terenów agrarnych z upraw roślin spożywczych na inne, przetwarzane do biopaliw silnikowych. Tą prognozę opracowano dla biopaliw w 2020 roku przyjmując, że w 72%-ach będzie to biodiesel, a w 28% etanol. Wyniki tych studiów prezentuje tabela poniżej. 1
Rys. 1. Źródło: Kahlschlag Zagospodarowanie bagien na tereny agrarne Tabela Zmiany obszarów upraw roślin przemysłu spożywczego na inne dla produkcji biopaliw obciążają bilans klimatu. Prognoza bilansu klimatu dla biopaliw w 2020 roku. Biopaliwa (przeciętnie) Bezpośrednie oszczędności w emisji CO 2, ekwiwalent gramów dwutlenku węgla na MJ (megadżul) biopaliwa Emisja CO 2 ze zmiany upraw na terenach agrarnych, gramy CO 2 ekwiwalent na MJ biopaliwa 57 38 21 Oszczędności netto w emisji CO 2, w procentach (%) Bioetanol - pszenica 57 14 47 - kukurydza 58 10 53 - buraki cukrowe 63 7 62 - trzcina cukrowa 70 13 64 2
Biodiesel - olej palmowy 58 54 4 - słonecznik 58 52 6 - rzepak 50 54-5 - soja 45 56-12 Źródło: International Food Policy Institute Emisja CO 2 z zamiany upraw roślin przemysłu spożywczego na inne dla wytwórczości biopaliw okazuje się znacząca w bilansie klimatu. W 2020 roku osiągnie ona wielkość 500 milionów ton i to tylko z zamiany upraw roślin spożywczych na inne, będące surowcami dla biopaliw. Dla porównania można podać, że całkowita emisja dwutlenku węgla do atmosfery w Niemczech w 2010 roku wyniosła 800 milionów ton. Przeciętna emisja CO 2 w 2020 roku wyniesie 38 gramów dwutlenku węgla ekwiwalentu na 1 MJ biopaliwa. Tymczasem energia 1 litra biodiesla wynosi 33 MJ. Według badań International Food Policy Institute (IFPRI)) udział krajów Unii Europejskiej w światowym zużyciu biopaliw osiągnie w 2020 roku wielkość 25%. Niezbędna powierzchnia terenów agrarnych pod uprawy roślin dla biopaliw w skali światowej wzrośnie do tego czasu o 1,8 miliona hektarów, co odpowiada niemal aktualnym ich uprawom na terenie Niemiec. Nowe tereny upraw roślin dla wytwórczości biopaliw powstają przede wszystkim w krajach Ameryki Łacińskiej, w Rosji, jak i byłych republikach radzieckich oraz w strefie subsaharyjskiej Afryki. Bilans klimatu prezentuje się ze znaczną różnicą tak dla etanolu, jak i biodiesla. Emisja CO 2 z bezpośredniej zamiany upraw roślin spożywczych na te, przetwarzane do biopaliw obejmuje głównie biodiesel. Niektóre ich gatunki wg IFPRI mają gorszy bilans energetyczny, niż ten odnoszący się do nieodnawialnego oleju napędowego z ropy. Odnosi się to przede wszystkim do Indonezji oraz Malezji, gdzie pod uprawę palm oleistych adaptuje się bagna. Wytwarzanie etanolu z buraków cukrowych oraz jego stosowanie jako zamiennika benzyny charakteryzuje się niską emisją CO 2, sięgającą około 60% tej z przepału nieodnawialnego paliwa z ropy. Chociaż emisja CO 2 z zamiany uprawy roślin spożywczych na inne dla wytwórczości biopaliw dotyczy również trzciny cukrowej, ale w tym przypadku jest to marginalny problem, dzięki wysokiej efektywności z zakładania tego typu plantacji. W dodatku odpady z utylizacji trzciny cukrowej charakteryzują się relatywnie wysoką wartością energetyczną jako paliwo w lokalnej energetyce. Powyższe uwagi o etanolu z trzciny cukrowej przemawiają jednoznacznie za zwiększeniem udziału tego alkoholu w benzynach. Trzeba w tym miejscu podkreślić fakt, że etanol jako samoistne paliwo samochodów z silnikiem Otta bywa w Brazylii tańszy od benzyny z ropy. 3
Rys. 2. Zagospodarowanie nieużytków rolnych pod uprawę palm oleistych w Malezji Niemiecki Związek Wytwórców Biopaliw (VDB) protestuje we władzach krajów Unii Europejskiej przeciw wyłącznemu obciążaniu biopaliw dodatkową emisją CO 2 do atmosfery z tytułu zamiany terenów agrarnych z upraw roślin spożywczych na te, które służą do produkcji etanolu i/lub biodiesla dla silników spalinowych. W świetle aktualnie obowiązujących przepisów (o których napisano częściowo powyżej) wzrost produkcji etanolu ze zbóż oraz biodiesla z rzepaku jest zagrożony w krajach Unii Europejskiej. W 2011 roku ma już miejsce znaczny spadek produkcji biodiesla (około 15%) w porównaniu z poprzednimi dwunastoma miesiącami i to z przyczyn, które przedstawiono wyżej przy prezentacji Niemieckiego Związku Wytwórców Biopaliw. Jest oczywiste, że uprawa roślin energetycznych może mieć miejsce tylko tam, gdzie nie ma konkurencji z produkcją żywności oraz pasz dla zwierząt hodowlanych, przy czym powstające tu odpady biomasy znajdują na ogół znaczące zagospodarowanie w lokalnych zakładach energetycznych. Nawet popiół ze spalania różnorakich odpadów biomasy okazuje się często wartościowym materiałem dla rolnictwa. W Uniwersytecie w Rostocku w RFN stwierdzono, że w popiołach ze spalania biomasy znajdują się pokaźne ilości związków fosforu i innych, wartościowych składników nawozowych. Są one szczególnie przydatne dla gleb 4
piaszczystych, a wstępne badania w rolnictwie okazały się na tyle owocne, że Niemieckie Ministerstwo Wyżywienia i Rolnictwa podjęło finansowanie działań badawczowdrożeniowych tego przedsięwzięcia gospodarczego, które może zainteresować również nasze krajowe rolnictwo. Źródło: FNR/A. Muller Rys. 3. Popiół ze spalania odpadowej biomasy z pokaźną zawartością związków fosforowych oraz podobnych o właściwościach nawozowych 5