可持续的生物燃料

可持续生物燃料(Sustainable biofuel)是以可持续方式生产的生物燃料。 生物燃料是由可再生原料生产的液体燃料,不像化石燃料是有限的,不可再生的原料。

生物柴油替代运输部门的化石燃料 – 无论是纯生物燃料还是所谓的“低混合”。 例如,今天,许多欧洲国家混合了5%的生物柴油(按体积计算为2%至7%,具体取决于季节,不同欧盟国家的法律等。在法国,RME / FAME参与的比例为20%和30% ,通常被称为“生物柴油”。)和汽油有不同的混合物,主要是乙醇。 通常混合5%乙醇。 除其他外,法国还在测试10%的汽油乙醇。 。 美国许多州已使用E10多年,而在巴西,所有汽油都含有至少22%的乙醇。 此外,瑞典市场上的沼气比例也在不断增加。

常规生物燃料
今天生产的最大量的生物燃料来自食品(糖)和饲料作物。 这些被称为传统生物燃料(以前称为第一代),有不同的形式:

生物柴油由例如动物脂肪,油菜籽,大豆或棕榈油的油制成。 实例是:脂肪酸甲酯(FAME)甲酯。 欧洲最常见的是Raps-Methyl Ester(RME)。
乙醇是通过发酵具有高含量糖或淀粉的作物生产的,例如甘蔗,甜菜,玉米,小麦和谷物。
沼气是通过消化污水处理厂的污泥,食品工业的废物,分类的生活垃圾或垃圾填埋气来生产的。

先进的生物燃料
高级生物燃料需要更先进的工业技术,并且在更大程度上来自废物或植物等更难以使用的原材料。人们期望使用大量可用的原材料,而且几乎没有其他用途,例如。 甘蔗,玉米炖肉和颗粒的纤维素茎,像树枝和山峰的森林废物,还有稻草和能量林。 希望每公顷土地和年份可以生产更大量的生物燃料。 如果可以使用更多的作物和生物产品,可以使用更多的土地来种植能源作物/原料。 对于例如谷物栽培而言太瘦和潮湿的地面可用于销售,知道和箭头的栽培。 或不同种类的草。 然后,必须具有将这些能量供应转换成液体燃料的实际过程。 人们还希望,能源作物以及未来能源作物生产生物燃料的能源和工作将减少。

最常见的技术是:

气化成合成气。 从合成气中,甲烷,甲醇,乙醇,DME或石蜡油(BTL)可以通过使用催化剂和化学反应器的化学方法合成。
生物燃料的加氢。 它还产生石蜡油。 这些石蜡油也称为HVO – 氢化植物油。 BTL和HVO几乎在化学上彼此相同,并且它们在例如更详细地定义。 欧盟标准:CEN TS 15940。
将纤维素降解为糖,然后将其发酵成乙醇
一种特殊类型的藻类,希望在例如污水中生长它们,然后提取油,或者在某些情况下,丁醇或发酵/摩擦/放气
其他有趣的技术是:

糖和糖细菌转化为脂肪和蛋白质。 可以从细菌中提取脂肪并加工成例如FAME或HVO。
直接耗尽森林废物或用氢气和催化剂将木质素降解为汽油组分。 立即消化易于降解的纤维素,例如,农业废弃物,其他植物和藻类用于水解,用微生物发酵,最后化学过程到脂肪醇及其化学衍生物。 它们可用作柴油中的掺入组分。

可持续性标准
2008年,可持续生物燃料圆桌会议发布了可持续生物燃料的拟议标准。 这包括12条原则:

“生物燃料生产应遵循有关空气质量,水资源,农业实践,劳动条件等方面的国际条约和国家法律。
生物燃料项目的设计和运作应参与进程,让所有相关利益攸关方参与规划和监测。
与化石燃料相比,生物燃料应显着减少温室气体排放。 该原则旨在建立比较温室气体(GHG)效益的标准方法。
生物燃料生产不得侵犯人权或劳动权利,应确保体面劳动和劳动者的福祉。
生物燃料生产应有助于地方,农村和土着人民和社区的社会和经济发展。
生物燃料生产不得损害粮食安全。
生物燃料生产应避免对生物多样性,生态系统和具有高保护价值的地区产生负面影响。
生物燃料生产应促进改善土壤健康和减少退化的做法。
将优化地表和地下水的使用,并最大限度地减少水资源的污染或消耗。
沿供应链应尽量减少空气污染。
生物燃料应以最具成本效益的方式生产,承诺在生物燃料价值链的各个阶段提高生产效率和社会及环境绩效。
生物燃料生产不得侵犯土地权“。

一些国家和地区已经出台政策或采用标准来促进可持续生物燃料的生产和使用,最突出的是欧盟和美国。 2009年欧盟可再生能源指令,到2020年需要10%的可再生能源运输能源,是截至2010年最全面的强制性可持续发展标准。

欧盟可再生能源指令要求消耗的生物燃料的生命周期温室气体排放量至少比2017年汽油或柴油的等效排放量少50%(从2011年开始减少35%)。 此外,生物燃料的原料“不应从具有高生物多样性价值的土地,富碳或森林土地或湿地中采伐”。

与欧盟一样,美国可再生燃料标准(RFS)和加州低碳燃料标准(LCFS)都需要特定水平的生命周期温室气体减排量,与同等的化石燃料消耗量相比。 RFS要求到2022年生产的生物燃料生产中至少有一半应该将生命周期排放量减少50%。 LCFS是一项性能标准,要求到2020年每单位运输能源减排至少10%。美国和加利福尼亚标准目前仅解决温室气体排放问题,但加州计划“扩大其政策以解决其他可持续性问题与未来的液体生物燃料有关“。

2009年,巴西还采用了新的甘蔗乙醇可持续发展政策,包括“甘蔗扩展和社会协议的区域规划”。

为什么需要它?
由植物材料衍生的液体燃料形式的生物燃料正在进入市场,受到油价飙升和增加能源安全需求等因素的推动。 然而,目前供应的许多第一代生物燃料因其对自然环境,粮食安全和土地使用的不利影响而受到批评。

面临的挑战是支持第二代,第三代和第四代生物燃料的开发。 第二代生物燃料包括新的纤维素技术,以及负责任的政策和经济手段,以帮助确保生物燃料商业化的可持续性。 生物燃料的负责任商业化为增强非洲,拉丁美洲和亚洲的可持续经济前景提供了机会。

生物燃料替代化石燃料的能力有限,不应被视为处理运输排放的“银弹”。 然而,它们提供了增加市场竞争和油价适度的前景。 健康的替代能源供应将有助于抵御汽油价格上涨并减少对化石燃料的依赖,特别是在运输部门。 更有效地使用运输燃料也是可持续运输战略的一个组成部分。

生物燃料选择
生物燃料的开发和使用是一个复杂的问题,因为有许多生物燃料可供选择。 生物燃料,例如乙醇和生物柴油,目前由常规粮食作物的产品生产,例如来自包括小麦,玉米,甘蔗,棕榈油和油菜的作物的淀粉,糖和油原料。 一些研究人员担心,从这些作物转向生物燃料将导致与食品和动物饲料的直接竞争,并声称在世界某些地区已经可以看到经济后果,其他研究人员会看到可用的土地和闲置和废弃土地的巨大区域,并声称大部分生物燃料也有传统作物的空间。

第二代生物燃料现在由更广泛的原料生产,包括专用能源作物中的纤维素(多年生草,如柳枝稷和芒草),林业材料,食品生产的副产品和国内蔬菜废物。 转化过程的进步将通过提高现有粮食作物和纤维素来源生产生物燃料的效率和减少对环境的影响,提高生物燃料的可持续性。

2007年,Ronald Oxburgh在The Courier-Mail中建议,生物燃料的生产可能是负责任的,也可能是不负责任的,并且需要做出一些权衡:“负责任地生产它们是一种可持续的能源,不需要转移任何土地来种植粮食,也不会损害环境他们还可以帮助解决西方社会产生的废物问题;他们可以为以前没有的穷人创造就业机会。不负责任地生产,他们充其量只能提供气候效益,最坏的情况是会产生有害的社会和环境后果换句话说,生物燃料与任何其他产品非常相似。2008年,诺贝尔奖得主化学家Paul J. Crutzen发表的研究结果表明,生物燃料生产中一氧化二氮(N2O)排放的释放意味着它们对全球的贡献更大。变暖比他们取代的化石燃料。

根据落基山研究所的说法,良好的生物燃料生产实践不会妨碍食品和纤维的生产,也不会造成水或环境问题,并且会提高土壤肥力。 选择用于种植原料的土地是生物燃料提供可持续解决方案能力的关键组成部分。 一个关键的考虑因素是最大限度地减少对主要农田的生物燃料竞争。

在短期内碳排放方面,生物燃料与化石燃料不同,但与化石燃料类似,生物燃料导致空气污染。 原料生物燃料燃烧产生热量和动力蒸汽,产生空气中的碳颗粒,一氧化碳和一氧化二氮。 世界卫生组织估计,由于空气污染,2012年全球有370万人过早死亡。

生物燃料的环境影响
使用生物燃料的目的是减少交通产生的二氧化碳排放,从而减少气候。 使用背后的想法是,用于生产生物燃料的植物吸收了与它们长大时一样多的二氧化碳,然后在使用载体时释放出来。

生物燃料的排放量取决于原材料的生产方式,生产地点以及如何转化为生物燃料。 推进剂的生产和运输也产生一些排放:土壤准备,播种,喷洒,收获,使用化石燃料的机械,运输。 当您添加所有这些排放时,您将获得所谓的Well-to-Wheel值,该值将与汽油和柴油的等效值进行比较。 最全面的不同生产方法的WTW值汇编由欧盟研究中心JRC与汽车和燃料行业共同完成。 JRC的WTW分析仪。 美国玉米乙醇经常因提供非常糟糕的WTW值而受到批评,但最近的研究表明,与石油或化石柴油相比,它减少了约35%的温室气体排放。 美国使用的玉米,甘蔗和纤维素生物质的乙醇的能量使用和温室气体排放。 相比之下,Norrköping的Agroetanol估计其乙醇减少了95%的排放量。工厂正在建造以利用和清洁二氧化碳。 瑞典使用的所有生物燃料在2011年减少温室气体排放至少60%可持续生物燃料和液体生物燃料[死链接]

人们一直担心生物燃料的使用会导致生物多样性的丧失或湿地或其他柱状植物的种植,从而使温室气体减少变得非常小,甚至变得非常小。 负。 特别是棕榈油因此受到批评。 因此,欧盟已经就所有生物燃料生物燃料可持续性标准制定了严格的可持续性标准。 化石燃料不存在类似的东西。

还有人担心生物燃料的生产会与粮食生产竞争并导致粮食价格上涨。 这个问题复杂多变,与农业发展密切相关。 然而,实际趋势表明,相反,对生物燃料的投资导致世界市场上的食物比以前更多。 乙醇投资意味着对巴西农业的大力推动,巴西今天的出口量是乙醇计划开始前的两倍,而巴西的饥饿和贫困减少了一半,亚马逊的收成减少了三分之二Axess No 。2011年11月8日

粮食价格也只是世纪之交的30%,粮食价格上涨是改善世界农业大多数穷人的先决条件。 粮食价格下跌将导致穷人数量增加。 统计数据还显示,有大量未使用的耕地。 在欧盟23国,至少有1120万公顷进入欧洲统计局Åker生产或退出。 有关该问题的评论可在斯德哥尔摩的环境车辆问题和答案中找到关于乙醇的问题

植物用作可持续生物燃料

甘蔗在巴西
巴西从甘蔗生产乙醇燃料的历史可以追溯到20世纪70年代,作为政府对1973年石油危机的回应。 巴西被认为是生物燃料行业的领导者,也是世界上第一个可持续生物燃料经济体.Inslee,Jay; Bracken Hendricks(2007)。 “。本土能源”。 2010年,由于美国环保署估计总生命周期温室气体排放量减少61%,包括直接间接土地使用变化排放,美国环境保护署将巴西甘蔗乙醇指定为先进生物燃料。 巴西甘蔗乙醇燃料计划的成功和可持续性是基于世界甘蔗种植最有效的农业技术,使用现代化的设备和廉价的甘蔗作为原料,剩余的甘蔗废物(甘蔗渣)用于加工热能和电力,这导致价格极具竞争力,并且能量平衡(输出能量/输入能量)也很高,从平均条件的8.3到最佳实践生产的10.2。

联合国委托编写的一份报告,基于对截至2009年中期公布的研究报告的详细审查以及世界各地独立专家的意见,发现巴西生产的甘蔗乙醇“在某些情况下确实比只有“零排放”。如果正确生长和加工,它会产生负排放,将二氧化碳从大气中排出,而不是加入。相反,报告发现美国使用玉米生物燃料的效率较低,因为甘蔗可以导致当取代汽油时,减排量在70%到100%之间。其他几项研究表明,如果没有显着的土地利用变化,甘蔗基乙醇可以减少86%至90%的温室气体。

关于土地利用变化对碳排放的潜在直接和间接影响的负面影响,荷兰政府委托进行的研究得出结论:“很难确定进一步土地利用对甘蔗生产的间接影响(即甘蔗)取代大豆或柑橘类作物等另一种作物,这反过来会导致更多的大豆种植园取代牧场,进而可能导致森林砍伐),也不合理地将所有这些土壤碳损失归因于甘蔗“。 巴西的Embrapa机构估计,有足够的农业用地可以增加现有甘蔗种植的至少30倍,而不会危及明显的生态系统或占用粮食作物的土地。 预计未来的大部分增长将发生在废弃的牧场上,因为它一直是圣保罗州的历史趋势。 此外,根据目前的生物技术研究,遗传改良和更好的农艺实践,预计生产力将进一步提高,从而有助于减少对未来甘蔗文化的土地需求。

关于食品与燃料问题,世界银行2008年7月发布的一份研究报告发现,“巴西的含糖乙醇并未使食品价格明显走高”。 该研究报告还得出结论,巴西的甘蔗乙醇并未显着提高糖价。 经合组织2008年7月发布的经济评估报告同意世界银行关于补贴和贸易限制的负面影响的报告,但发现生物燃料对粮食价格的影响要小得多。 巴西研究部门FundaçãoGetúlioVargas就生物燃料对谷物价格的影响进行的一项研究得出结论,2007-2008食品价格上涨背后的主要驱动因素是期货市场的投机活动,在低需求市场需求增加的情况下粮食库存。 该研究还得出结论,巴西甘蔗种植面积与平均粮食价格之间没有相关性,相反,甘蔗的蔓延伴随着该国粮食作物的快速增长。

麻疯树

印度和非洲
像麻风树这样用于生物柴油的作物可以在边缘农业用地上生长,这些地方许多树木和作物不会生长,或者只会产生缓慢的增长产量。 麻风树种植为当地社区带来益处:

手工种植和采摘果实是劳动密集型的,每公顷需要一个人左右。 在印度和非洲农村地区,这提供了急需的就业机会 – 全世界约有20万人现在通过麻疯树找到工作。 此外,村民们经常发现他们可以在树荫下种植其他作物。 他们的社区将避免进口昂贵的柴油,也会有一些出口。

柬埔寨
柬埔寨没有经过证实的化石燃料储备,几乎完全依赖进口柴油燃料来发电。 因此,柬埔寨人面临着不安全的供应,并支付了世界上最高的能源价格。 这种影响很普遍,可能会阻碍经济发展。

生物燃料可以替代柴油燃料,可以以较低的价格在当地生产,与国际油价无关。 当地生物燃料的生产和使用还提供其他好处,如改善能源安全,农村发展机会和环境效益。 麻风树(Jatropha curcas)物种似乎是一种特别合适的生物燃料来源,因为它在柬埔寨已经普遍生长。 柬埔寨以麻风树或其他来源为基础的当地可持续生物燃料生产为投资者,经济,农村社区和环境提供了良好的潜在利益。

墨西哥
麻风树原产于墨西哥和中美洲,很可能在16世纪被葡萄牙水手运往印度和非洲,并确信它具有药用价值。 2008年,墨西哥认识到需要多样化其能源和减少排放,因此通过了一项法律,以推动开发不会威胁粮食安全的生物燃料,农业部已经确定了约260万公顷(640万英亩)的土地。产生麻风树的潜力很大。 例如,尤卡坦半岛除了是一个玉米产区外,还包含废弃的剑麻种植园,生产生物柴油的麻风树的种植不会取代食物。

2011年4月1日,Interjet在空中客车A320上完成了首次墨西哥航空生物燃料试飞。 该燃料是由三个墨西哥生产商GlobalEnergíasRenovables(美国全球清洁能源控股公司,Bencafser SA和Energy JH SA霍尼韦尔公司的UOP的全资子公司)提供的麻风树油生产的70:30传统喷气燃料生物喷射混合物。 Bio-SPK(合成石蜡煤油).ElobalEnergíasRenovables经营着美洲最大的麻风树农场。

2011年8月1日,墨西哥航空公司,波音公司和墨西哥政府参加了航空史上第一次生物喷射动力横贯大陆的飞行。 从墨西哥城飞往马德里的航班使用了70%的传统燃料和30%的生物燃料(航空生物燃料)。 biojet完全由麻风树油生产。

Pongamia Pinnata在澳大利亚和印度
Pongamia pinnata是一种原产于澳大利亚,印度,佛罗里达(美国)和大多数热带地区的豆科植物,现在作为麻风树的替代品投资于北澳大利亚等地区,麻风树被归类为有害杂草。 这种树通常被称为“Pongamia”,目前在太平洋可再生能源公司在澳大利亚商业化,用作柴油替代品,用于改装柴油发动机或使用第一代或第二代生物柴油技术转换为生物柴油,未经修改柴油发动机。

甜高粱在印度
甜高粱克服了其他生物燃料作物的许多缺点。 使用甜高粱,只有秸秆用于生物燃料生产,而谷物则用于食物或牲畜饲料。 全球食品市场需求量不大,因此对粮食价格和粮食安全影响不大。 甜高粱生长在碳储存量低的已经耕种的旱地上,因此对雨林清理的担忧不适用。 甜高粱的生长比印度的其他生物燃料作物更容易和更便宜,并且不需要灌溉,这是干旱地区的一个重要考虑因素。 一些印度甜高粱品种现在在乌干达种植以生产乙醇。

国际半干旱热带作物研究所(ICRISAT)的研究人员进行的一项研究发现,种植甜高粱而不是高粱可以使农民每公顷收入增加40美元,因为它可以提供食物,饲料和燃料。 由于目前亚洲的高粱种植面积超过1100万公顷(ha),非洲的种植高粱面积为2340万公顷,因此转向甜高粱可能会产生相当大的经济影响。

关于可持续生物燃料的国际合作

可持续生物材料圆桌会议
公众态度和主要利益相关者的行动可以在实现可持续生物燃料的潜力方面发挥关键作用。 基于科学研究和对公众和利益相关者观点的理解进行知情讨论和对话非常重要。

可持续生物燃料圆桌会议是一项国际倡议,汇集了对生物燃料生产和分配可持续性感兴趣的农民,公司,政府,非政府组织和科学家。 2008年,圆桌会议利用会议,电话会议和在线讨论制定了一系列可持续生物燃料生产的原则和标准。

2011年4月,可持续生物燃料圆桌会议推出了一套全面的可持续性标准 – “RSB认证体系”。符合这些标准的生物燃料生产商能够向买家和监管机构表明他们的产品是在不损害环境或违反环境的情况下获得的。人权。

可持续生物燃料共识
可持续生物燃料共识是一项国际倡议,呼吁各国政府,私营部门和其他利益攸关方采取果断行动,确保生物燃料的可持续贸易,生产和使用。 通过这种方式,生物燃料可能在能源部门转型,气候稳定以及全球农村地区的复兴方面发挥关键作用。

可持续生物燃料共识设想了一种“提供食物,饲料,纤维和能源的景观,为农村发展提供机会;使能源供应多样化,恢复生态系统,保护生物多样性,并隔离碳”。

更好的甘蔗倡议/ Bonsucro
2008年,世界自然基金会和世界银行私营发展部门国际金融公司发起了一个多利益相关方进程,将工业,供应链中介机构,最终用户,农民和民间社会组织聚集在一起制定标准。用于认证甘蔗的衍生产品,其中一种是乙醇燃料。

Bonsucro标准基于可持续性的定义,该定义基于五个原则:

遵守法律
尊重人权和劳工标准
管理投入,生产和处理效率,以提高可持续性
积极管理生物多样性和生态系统服务
不断改进业务的关键领域

希望销售标有Bonsucro标准的产品的生物燃料生产商必须确保其产品符合生产标准,并确保其下游买家符合产销监管链标准。 此外,如果他们希望向欧洲市场销售并依赖欧盟可再生能源指令,那么他们必须遵守Bonsucro EU标准,其中包括遵循欧盟委员会计算指南的特定温室气体计算。

油价适度
生物燃料提供了真正的市场竞争和油价适度的前景。 据“华尔街日报”报道,如果不是生物燃料,原油价格将上涨15%,汽油价格将高出25%。 健康的替代能源供应将有助于打击汽油价格飙升。

可持续运输
生物燃料替代化石燃料的能力有限,不应被视为处理运输排放的“银弹”。 生物燃料本身无法提供可持续的运输系统,因此必须作为综合方法的一部分进行开发,以促进其他可再生能源选择和能源效率,以及减少总体能源需求和运输需求。 需要考虑混合动力和燃料电池汽车的发展,公共交通以及更好的城镇和乡村规划。

2008年12月,新西兰航空公司的一架喷气式飞机完成了世界上第一次部分使用麻风树燃料的商用航空试飞。 在离开奥克兰国际机场的两小时试飞中进行了十几次性能测试。 使用50:50麻疯树和Jet A1燃料的生物燃料混合物为波音747-400的劳斯莱斯RB211发动机提供动力。 新西兰航空公司为其麻风树设定了几个标准,要求“它来自的土地在过去20年中既不是森林也不是原始草原,它所来自的土壤和气候不适合大多数粮食作物,而且农场是雨水灌溉而不是机械灌溉“。 该公司还制定了一般可持续性标准,称这些生物燃料不得与食品资源竞争,它们必须与传统喷气燃料一样好,并且它们应该具有成本竞争力。

2009年1月,美国大陆航空公司首次在北美使用可持续生物燃料为商用飞机提供动力。 这次示威飞行标志着商业航空公司首次使用双引擎飞机,由CFM国际CFM56-7B发动机驱动的波音737-800进行可持续生物燃料示范飞行。 生物燃料混合物包括衍生自藻类和麻风树植物的组分。 藻油由Sapphire Energy提供,而麻风树油由Terasol Energy提供。

2011年3月,耶鲁大学的研究显示了基于麻风树的可持续航空燃料的巨大潜力。 根据这项研究,如果培养得当,“与石油基喷气燃料相比,麻风树可以在拉丁美洲带来许多好处,温室气体减少高达60%”。 拉丁美洲的实际农业条件使用可持续生物燃料圆桌会议制定的可持续性标准进行评估。 与先前使用理论输入的研究不同,耶鲁大学团队对麻风树农民进行了多次访谈,并使用“实地测量来开发实际项目的第一次全面可持续性分析”。

截至2011年6月,修订后的国际航空燃料标准正式允许商业航空公司将传统喷气燃料与高达50%的生物燃料混合。 可再生燃料“可以通过新发布的ASTM D7566,含有合成碳氢化合物的航空涡轮燃料规范”中的要求与传统的商用和军用喷气燃料混合。

2011年12月,美国联邦航空局向8家公司拨款770万美元,用于推动商用航空生物燃料的发展,特别关注酒精和喷气燃料。 美国联邦航空局正在协助开发可持续燃料(来自酒精,糖类,生物质和有机物质,如热解油),这些燃料可以“投入”飞机,而不会改变现有的做法和基础设施。 该研究将测试新燃料如何影响发动机耐久性和质量控制标准。

GreenSky London是一家2014年正在建设中的生物燃料工厂,旨在收集约500,000吨市政垃圾,并将有机成分转化为60,000吨喷气燃料和40兆瓦的电力。 到2015年底,希望伦敦城市机场的所有英国航空公司航班都将被伦敦居民丢弃的垃圾和垃圾所推动,从而节省碳排放,相当于减少15万辆汽车的使用。 不幸的是,由于原油价格低迷,投资者紧张以及英国政府缺乏支持,这项耗资3.4亿英镑的计划在2016年1月被封存。