Wyhoduj sobie benzynę. Czy biopaliwa mogą pomóc nam zrezygnować z ropy?

Dla obserwatorów na ziemi, a także dla pasażerów na pokładzie, w tym locie nie było zupełnie niczego niezwykłego. Boeing 737 Max 8 linii United wystartował z Chicago i po kilku godzinach zupełnie nudnego lotu wylądował w oddalonym o 900 km Waszyngtonie.

Pozornie zupełnie prozaiczny lot miał być jednak zapowiedzią rewolucji w lotnictwie. Po raz pierwszy jeden z silników maszyny był napędzany wyłącznie paliwem zrobionym ze zużytego oleju do smażenia i wytopionego tłuszczu stanowiącego odpad z produkcji wołowiny, wieprzowiny i mięsa z kurczaka. Drugi - na wszelki wypadek - był zasilany konwencjonalnym paliwem lotniczym.

Według przewoźnika rafinowane w Południowej Kalifornii paliwo wytwarza 80 proc. mniej emisji, niż konwencjonalne paliwo do silników odrzutowych. Linie lotnicze dotąd stosowały biopaliwa jako domieszkę do tradycyjnej benzyny lotniczej. Test linii United pokazuje, że mogą zupełnie ją zastąpić.

Celem jest wyeliminowanie lotniczych emisji gazów cieplarnianych do 2050 r., odpowiadających za 3 do 4 proc. światowej emisji dwutlenku węgla. Ale droga do osiągnięcia tego celu nie będzie łatwa, a biopaliwa stanowią tylko jeden z kroków. Jednym z kluczowych problemów jest dziś to, że na razie biopaliwa kosztują trzy do czterech razy więcej, niż paliwa konwencjonalne, co przełoży się na wyższe koszty biletów.

Formalnie biopaliwo to każde paliwo które powstaje z produktów zwierzęcych czy roślinnych. W takiej definicji mieściłoby się nawet drewno kominkowe, ale w praktyce "biopaliwem" nazywane są tylko te paliwa, które mają postać płynną lub gazową, powstałe na skutek chemicznych przekształceń biomasy.

Biopaliwo może być produkowane ze specjalnie uprawianych w tym celu roślin lub z odpadów rolniczych, przemysłowych czy domowych. Najpopularniejsze wykorzystywane dziś biopaliwa to bioetanol i biodiesel. Ten pierwszy to alkohol powstały w procesie fermentacji roślin, najczęściej kukurydzy, trzciny cukrowej czy sorgo. Może być stosowany jako domieszka do benzyny lub w czystej postaci. Biodiesel z kolei jest produkowane z olejów lub tłuszczów w procesie transestryfikacji. On też może być stosowany jako domieszka lub jako czyste paliwo. Bioetanol jest popularniejszy w Amerykach, biodiesel w Europie.

Jak zhakować środowisko? Inżynieria genetyczna w służbie klimatu

Już dziś biopaliwa stanowią 3 proc. wszystkich paliw wykorzystywanych w globalnym transporcie: w 2019 r. światowa produkcja biopaliw osiągnęła 161 mld litrów. Międzynarodowa Agencja Energetyczna chciałaby, by do 2050 r. stanowiły już 25 proc. globalnego zużycia benzyny i oleju napędowego, co pomogłoby nam uniezależnić się od ropy. Ale w tym celu globalna produkcja musiałaby rosnąć o 10 proc. rocznie. Na razie spodziewany wzrost to 3 proc. w ciągu najbliższych 5 lat.

Zwolennicy biopaliw twierdzą, że ich wykorzystywanie może obniżyć emisje gazów cieplarnianych z transportu nawet o kilkadziesiąt procent. Największym znakiem zapytania jest jednak to, czy przestawienie się na biopaliwa rzeczywiście pomoże przyrodzie.

Największą zaletą biopaliw ma być fakt, że nie wprowadzają do atmosfery nowego dwutlenku węgla. W założeniu, nawet jeśli spalanie paliw takich, jak bioetanol czy biodiesel powoduje dokładnie takie same emisje jak spalanie ich odpowiedników produkowanych z ropy, to dwutlenek węgla powstający na skutek spalania biopaliw jest tym samym dwutlenkiem węgla, który wcześniej rośliny wychwyciły z atmosfery.

Ma w ten sposób powstawać obieg zamknięty, nie przyczyniający się do wzrostu stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze a co za tym idzie do ocieplania planety. Do tego stosowanie biopaliw w energetyce mogłoby przyczyniać się do obniżania stężenia CO2 w atmosferze, jeśli elektrownie zasilane biopaliwami byłyby wyposażone w efektywne systemy wychwytywania emisji. W takim układzie rośliny wychwytują CO2 z atmosfery, a po ich spaleniu dwutlenek węgla jest magazynowany w głębi Ziemi.

Tyle, że rzeczywistość zawsze jest bardziej skomplikowana.

Najważniejsza obawa związana z produkcją biopaliw polega na tym, że ich produkcja zazwyczaj wymaga poświęcenia ziemi uprawnej na hodowlę roślin, które nie karmią ludzi, tylko zasilają silniki ich samochodów. Jeśli na produkcję biopaliw przeznaczone są nieużytki, nie ma problemu. Problem zaczyna się wtedy, gdy pod uprawy biopaliw wycinane są lasy albo rolnicy rezygnują z produkcji żywności na rzecz bardziej opłacalnych paliw. Żywność i tak ktoś będzie musiał wyprodukować - zazwyczaj prowadzi to więc do przekształcania kolejnych naturalnych obszarów w grunty rolne i często wiąże się ze wzrostem cen żywności. 

Produkcja biopaliw, tak jak każda produkcja rolna, wiąże się też z emisjami gazów cieplarnianych - traktory, kombajny i ciężarówki potrzebują paliwa. Po dodaniu wszystkich emisji pochodzących z transportu, przetwórstwa i dystrybucji paliw, amerykańska agencja środowiskowa EPA oszacowała, że etanol z kukurydzy zapewnia jedynie 21 proc. redukcji emisji gazów cieplarnianych w porównaniu z benzyną. Lepsze są rośliny takie jak prosa rózgowa czy topola, rosnące na słabych gruntach i zwiększające zawartość węgla w glebie.

Termity mogą pomóc w przemienianiu słomy w biopaliwa

Wciąż jednak nie dają absolutnie czystego paliwa. Nieco bardziej optymistyczne wnioski płynęły z przeprowadzonych w 2008 r. badań Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Nauki o Materiałach i Technologii. Naukowcy oszacowali koszty i korzyści środowiskowe związane z 26 różnymi biopaliwami. Stosowanie 21 z nich prowadziło do redukcji emisji gazów cieplarnianych o ok. 30 proc. w porównaniu z paliwami kopalnymi - najlepiej wypadały tu olej do smażenia i metanol i metan pozyskiwane z drewna. Najmniej przyjazny środowisku okazał się biodiesel z soi oraz bioetanol z ziemniaków, żyta i soi. Niemal połowa badanych biopaliw w procesie produkcji wywierała jednak na środowisko negatywny wpływ taki jak, lub większy niż, produkcja konwencjonalnej benzyny.

Naukowcy pracują jednak nad sposobami redukcji negatywnego wpływu biopaliw na środowisko. Przede wszystkim przez wyeliminowanie potrzeby przeznaczania dużych połaci Ziemi pod produkcję roślin na benzynę.

Jednym z pomysłów jest wykorzystywanie do produkcji biopaliw genetycznie zmodyfikowanych organizmów - glonów lub bakterii.

W 2013 r. zespół naukowców z University of Exeter ogłosił, że udało im się opracować szczep bakterii E. coli, który dzięki modyfikacjom genetycznym przekształca cukier w olej napędowy niemal identyczny z konwencjonalnym.

"Producenci samochodów, konsumenci i sprzedawcy paliw nawet nie zauważyliby różnicy" mówił w BBC prof. John Love, biolog syntetyczny, który kierował badaniami. "Zamiast wytwarzać paliwo zastępcze, takie jak biopaliwa, stworzyliśmy syntetyczne paliwo kopalne".

Docelowo, zamiast hodować rośliny i przetwarzać je na paliwa, moglibyśmy dokarmiać bakterie żyjące w wielkich, rafineryjnych zbiornikach dowolnymi odpadkami biologicznymi i czekać, aż same przerobią je na diesla. Badacze, których prace były finansowane m.in. przez koncern Shell, pracują teraz nad zwiększeniem efektywności procesu. W jego pierwszej wersji, 100 l. bakterii było w stanie wyprodukować łyżeczkę paliwa.

Szybciej możemy doczekać się paliwa z morskich glonów. Algi takie jak Nannocholoropsis gaditana są w stanie przetwarzać składniki odżywcze, dwutlenek węgla i światło słoneczne w związki które mogą być wykorzystywane do produkcji biopaliw. Tu także trwają prace nad zwiększeniem efektywności procesów. Przede wszystkim chodzi o stworzenie glonów o jak największej zawartości tłuszczy, które mogłyby następnie być przetwarzane na paliwo. W 2017 r. firma Synthetic Genomics ogłosiła, że udało im się zmodyfikować algi tak, by zawierały nie 20, a 40-55 proc. lipidów. Badania pochłonęły już jednak setki milionów dolarów, a firma ExxonMobil szacuje, że biopaliwo z alg na szeroką skalę może pojawić się nie wcześniej, niż za 25 lat.