Biobränsle: Vad är det? Egenskaper, applikationer, framtid (2023)

Biobränsle är ett bränsle som produceras av förnybart biomassamaterial, som vanligtvis används som en alternativ, renare källa till bränsle till förbränning av fossila bränslen. Biobränslen har en låg kolintensitet, så de bidrar faktiskt inte direkt till den globala uppvärmningen. Det föreslås att biobränsleformuleringar kan ta bort material som avverkningsrester och matolja från avfallsströmmen.

2018 nådde den globala produktionen av biobränslen 200 miljarder liter, en ökning med 17 % jämfört med föregående år. Biodiesel bidrog till nästan 3,7 % av den totala bränsleförbrukningen inom vägtransporter, vilket främst beror på andelen biodiesel och etanol.

Den totala mängden etanol som producerades var 166 miljarder liter 2018, där Brasilien och USA är världens största producenter och står för 90 % av produktionen. Europeiska unionen är världens största producent av biodiesel och står för 53 % av den globala produktionen.

Vad är biobränsle?

Biobränslen är bränslen som erhålls från biomassa, det vill säga alla ämnen som härrör från växter eller djur. Biomassa används traditionellt som bränsle för energiproduktion i form av ved, träkol eller animaliskt avfall. I grund och botten skiljer man på obearbetade primära biobränslen, såsom ved, och bearbetade sekundära biobränslen. Till de sistnämnda hör flytande biobränslen som etanol och biodiesel, som har använts alltmer inom transporter de senaste åren.

Etanol och biodiesel är de mest använda flytande biobränslena. Etanol kan framställas genom jäsning och destillation från vilket råmaterial som helst som innehåller betydande mängder socker (t.ex. sockerrör eller sockerbetor) eller stärkelse (t.ex. majs, vete eller kassava).
Biodiesel framställs genom att kemiskt kombinera vegetabilisk olja eller animaliskt fett med alkohol. Den kan tillverkas till exempel av raps-, sojabön-, palm- eller kokosolja.
Biobutanol – är en annan typ av bränsle som är mindre känt, men som är ett lovande alternativ. Det är isobutanol som erhålls från alger eller bakterier, som biodiesel, eller genom jäsning av biomassa, som etanol. Detta bränsle kan användas direkt i vanliga bensinmotorer utan några modifieringar. På grund av sin höga oktannivå minskar biobutanol förlusterna av bränslet.

Nuvarande flytande biobränslen, kallade "första generationens biobränslen", använder endast socker, stärkelse eller olja, en bråkdel av energin som finns i växtmaterial. Det mesta växtmaterialet består dock avcellulosaoch ligniner. För att öka effektiviteten utvecklas "andra generationens biobränsleteknik" som använder dessa komponenter.

Det finns fortfarande betydande tekniska hinder att övervinna för att göra lignocellulosaetanolproduktion konkurrenskraftig på marknaden, men när dessa processer blir ekonomiskt lönsamma kommer de att kunna använda jordbruks- och skogsbruksavfallsprodukter, kommunalt avfall, såväl som nya grödor som snabb - växande träd eller gräs.

Storskalig produktion av biobränslen från grödor kräver stora areal, därför kan flytande biobränslen endast ersätta fossila bränslen i mycket begränsad omfattning. Den nuvarande produktionen står för mindre än en procent av den globala efterfrågan på transportbränslen.

Andelen bördig mark i världen som används för att odla flytande biobränslegrödor beräknas öka från 1 % 2004 till cirka 4 % 2030. Denna jordbruksmark och första generationens biobränsleteknik skulle kunna täcka 5 % av transportbränslebehovet om andra generationen biobränsleteknik blir kommersiellt tillgänglig kan detta hända två gånger.

Klassificering av biobränslen

Biobränslen kan klassificeras efter källa och typ. De kan komma från skog, jordbruk, fiskprodukter eller kommunalt avfall, samt från jordbruket, livsmedelsindustrin och livsmedelsindustrins biprodukter och avfall. De kan vara fasta såsom ved, träkol och träpellets; vätskor såsom etanol, biodiesel och pyrolysoljor; eller gasformiga, såsom biogas. I princip skiljer man även mellan primära (obearbetade) och sekundära (bearbetade) biobränslen:

Fördelar med att använda biobränslen

Till skillnad från fossila bränslen produceras biobränslen från förnybara resurser.
Utsläppen av föroreningar från biobränslen är lägre. Etanol minskar kolmonoxidutsläppen eftersom det säkerställer fullständig förbränning.
Biobränslen bidrar inte till den globala uppvärmningen eftersom koldioxiden som frigörs absorberas av deras råvaror.
Biobränslen är kostnadseffektiva jämfört med fossila bränslen.
Till skillnad från andra alternativa energikällor som vind- och solkraft kan en relativt liten mängd biobränslen producera en betydande mängd energi som är bäst lämpad för transporttillämpningar.

Tillämpningar av biobränslen

Transport, inklusive motorer i motorsågar och gräsklippare, dieselbilar och lastbilar, rymd- och terrängutrustning såsom de inom värmeproduktion, konstruktion, skogsbruk, gruvdrift och jordbruk.
Biobränsleceller har stor potential att driva implanterbara medicinska apparater som glukosbiosensorer.
De kan användas för att ta bort organiska föreningar från avfallsflödet utan extra kostnad.
Uppvärmningsbränsle som vanligtvis kallas "biovärme" för uppvärmning av byggnader.

Framtiden för biobränsle

Biobränsle är ett säkert alternativ till befintliga bilmotorer. Biobränsleteknik kan minska utsläppen av växthusgaser och minska användningen av fossila bränslen. Det kan skapa jobb som avsevärt kan förbättra den lokala ekonomin. Den snabba ökningen av biobränsleproduktionen under de senaste åren har resulterat i att internationell politik uppmuntrar lågkoldioxidpolitik.

Forskning visar att produktion och konsumtion av biobränsle sannolikt kommer att fördubblas när efterfrågan på biobränslen ökar från 82,7 miljarder USD 2011 till 185,3 miljarder USD 2021. Forskare hoppas att den massiva ökningen av biobränsleproduktionen kan förändra det geopolitiska landskapet och industrin genom att möta behoven hos konsumenter i marken marknader för marina och flygbränslen. Dessutom kommer den ökande användningen av råvaror sannolikt att öka den globala handeln med biobränslen.

Ekonomiska och politiska faktorer som påverkar utvecklingen av biobränslen

Priserna på flytande biobränslen och de växter som behövs för att producera dem påverkas delvis av priserna på fossila bränslen. Statliga stödsystem spelar också en nyckelroll eftersom de flesta biobränslen i allmänhet inte är konkurrenskraftiga utan subventioner, även när oljepriserna är höga.

Gröd- och energimarknaderna är nära sammanlänkade eftersom jordbruket både levererar och använder energi. Jordbruksgrödor konkurrerar med varandra om mark och vatten, och bönder kommer att sälja sina produkter till marknader oavsett deras slutanvändning, vare sig för biobränsleproduktion eller för livsmedelsändamål.

När marknadsvärdet på en given biobränslegröda är högt tenderar priserna på andra jordbruksgrödor som också behöver mark och vatten att stiga. De främsta drivkrafterna för statligt stöd till biobränslen är oro för energisäkerhet och klimatförändringar, såväl som den politiska viljan att stödja jordbrukssektorn.

Gemensamma styrmedel inkluderar:

obligatorisk inblandning av en viss andel biobränslen med vanlig diesel eller bensin
subventioner för distribution och användning av biobränslen
tullar på importerade biobränslen för att skydda inhemska producenter
skattelättnader för försäljning av biobränslen
ökat stöd till forskning och utveckling.

Många av ovanstående instrument har införts i OECD-länder till en kostnad av upp till en dollar per liter. De har i allmänhet infört nya störningar på jordbruksmarknaderna.

Jord- och skogsbrukspolitiken har haft en stark inverkan på bioenergiindustrin. Jordbruksstöd och prisstöd påverkar både produktionsnivån och priserna på råvaror för produktion av första generationens biobränslen. Jordbrukspolitiken påverkade också utformningen av den globala strukturen för handeln med jordbruksprodukter, inklusive bioenergiråvaror.

Råvaror står för den största andelen av den totala kostnaden för biobränslen. Under de senaste åren har råvarupriserna på biobränsle varit som högst när oljepriserna är höga. Biobränslepolitiken i sig har bidragit till att öka efterfrågan på jordbruksprodukter och därmed till att öka priserna. Höga oljepriser och statliga subventioner gör det dock möjligt för biobränsleproducenter att betala högre priser samtidigt som de förblir lönsamma.

Hur hänger jordbruks-, energi- och biobränslemarknaderna ihop?

Flytande biobränslen som bioetanol och biodiesel konkurrerar direkt med petroleumbaserad bensin och diesel. Eftersom energimarknaderna är stora jämfört med jordbruksmarknaderna, tenderar energipriserna att påverka priserna på biobränslen och deras jordbruksråvaror.
Biobränslen som råvara konkurrerar också med andra jordbruksgrödor om produktionsresurser; därför kommer energipriserna att tendera att påverka priserna på alla jordbruksråvaror som är beroende av samma resursbas. Av samma anledning kommer produktionen av biobränslen från icke-livsmedelsgrödor inte nödvändigtvis att eliminera konkurrensen mellan mat och bränsle.
För given teknik kommer biobränslenas konkurrenskraft att bero på de relativa priserna på jordbruksråvaror och fossila bränslen. Dessa relationer kommer att variera beroende på grödor, länder, platser och teknologier som används för att producera biobränslen.
Med det anmärkningsvärda undantaget för etanol framställd av sockerrör i Brasilien, som har den lägsta produktionskostnaden bland storskaliga biobränsleproducerande länder, är biobränslen i allmänhet inte konkurrenskraftiga med fossila bränslen utan subventioner, även med nuvarande höga oljepriser. Konkurrenskraften kan dock förändras med förändringar i råvaru- och energipriser och med utvecklingen av teknik. Konkurrenskraft återfinns också vid direkt påverkad i politiken.

Hur utvecklas marknaderna och produktionen av biobränslen?

Livsmedelspriserna föll under de 40 åren fram till 2002 när inflationen beaktas. Sedan i år har de förändrats dramatiskt, och priserna på vegetabilisk olja och spannmål har ökat avsevärt. De höga priserna är delvis ett resultat av växande efterfrågan från utvecklingsländer och produktion av biobränslen. Vissa länder har också upplevt dåliga skördar i en tid då reservlagren är relativt låga.

Efterfrågan på och utbudet av biobränslen förväntas fortsätta växa snabbt. Även om andelen flytande biobränslen i det totala utbudet av transportbränslen kommer att förbli mycket begränsad, är den förväntade ökningen av produktionen av biobränslegrödor betydande jämfört med den beräknade ökningen av den totala jordbruksproduktionen.

Ökningen av produktionen av biobränsle kan bero på att mer jordbruksmark används för produktion av biobränsle och av bättre avkastning. Men om ängar eller skog införs i jordbruksproduktionen för detta ändamål får det miljökonsekvenser.

Biobränslepolitiken i EU och USA har stört inhemska och internationella jordbruksmarknader. Detta resulterar i höga kostnader för skattebetalare i utvecklade länder och diskriminering av producenter i utvecklingsländer. Därför sker produktionen inte nödvändigtvis på de mest ekonomiskt och miljömässigt lämpliga platserna eller med de mest effektiva teknikerna. Samordning av biobränslepolitiken på internationell nivå är nödvändig för att rätta till misslyckandena i den globala jordbrukspolitiken och förbättra resursallokeringen.

Vad är miljöpåverkan av produktion av biobränsle?

Resultaten av biobränslen för att minska fossil energianvändning och utsläpp av växthusgaser varierar kraftigt över hela livscykeln, från produktion till transport till användning. Nettobalansen beror på typen av råvara, produktionsprocessen och mängden fossil energi som behövs.

Högre produktion av biobränsle ska uppnås genom ökad markproduktivitet och genom att öka den odlade arealen, använda såväl befintlig jordbruksmark som mindre produktiv. Men biobränslen är mer benägna att öka trycket på bördig mark där mer vinster kan göras.

När skogar eller gräsmarker omvandlas till jordbruksmark, oavsett om det är för att producera biobränsleråvaror eller för att producera andra grödor som förskjuts av råvaruproduktion, släpps det kol som lagras i jorden ut i atmosfären. Effekterna kan bli så stora att de förnekar fördelarna med biobränslen och leder till en nettoökning av utsläppen av växthusgaser vid ersättning av fossila bränslen.

När biobränslegrödor behöver bevattning sätter detta press på lokala vattenresurser. Dessutom kan vattenkvaliteten påverkas av jorderosion och avrinning som innehåller konstgödsel och bekämpningsmedel.

Förändringar i markanvändningen och intensifieringen av jordbruksproduktionen kan skada marken. Dessa effekter beror på hur marken brukas. Olika tekniker och användning av vissa växtarter kan minska de negativa effekterna och till och med förbättra jordens kvalitet.

Produktionen av biobränslen kan påverka den biologiska mångfalden. Till exempel går livsmiljöer förlorade när naturliga landskap omvandlas till energigrödor eller torvmarker dräneras. I vissa fall kan dock biobränslegrödor ha en positiv inverkan, till exempel när de används för att rehabilitera förstörd mark.

För att säkerställa en ekologiskt hållbar produktion av biobränslen är det viktigt att följa goda jordbruksmetoder och tillämpa åtgärder för hållbar utveckling konsekvent på alla grödor. Dessutom måste den nationella politiken ta hänsyn till de internationella konsekvenserna av utvecklingen av biobränslen.

Hur påverkar biobränsleproduktion livsmedelssäkerhet och fattigdom?

Matpriserna har skjutit i höjden de senaste åren, framför allt för spannmål och vegetabiliska oljor, bland annat för att de används för både livsmedels- och biobränsleproduktion. Dessutom har högre transportkostnader ökat kostnaderna för importerad mat. Medan vissa länder kommer att gynnas av högre livsmedelspriser, förväntas maträkningen öka för de minst utvecklade länderna, som är nettomatimportörer.

Högre matpriser kommer att påverka alla hushåll, men påverkan blir störst för fattiga familjer som kan spendera hälften eller mer av sin inkomst på mat. Effekterna av prishöjningar kommer att vara betydande för de uppskattningsvis 850 miljoner människor världen över som är undernärda, av vilka de flesta är nettoköpare av livsmedel i både stads- och landsbygdsområden.

På lång sikt skulle produktionen av biobränsle kunna återuppliva jordbrukssektorn och minska fattigdomen genom att öka inkomsterna på landsbygden. Statligt stöd för att förbättra infrastruktur, institutioner och tjänster är dock fortfarande väsentligt, till exempel för att förbättra jordbrukarnas tillgång till krediter. Statligt stöd är också viktigt för att skydda de mest utsatta.

Samtidigt som produktion av biobränslegrödor kan skapa möjligheter för jordbrukare i utvecklingsländer, kan det också leda till ökad konkurrens om mark. Småbönder, särskilt kvinnor, som vanligtvis inte äger marken de driver, är mest utsatta. Ett starkt statligt engagemang behövs för att förbättra jordbrukets produktivitet och säkerställa lika möjligheter och tillgång till mark och marknader.

Hur kan biobränslepolitiken förbättras?

Biobränslenas positiva bidrag till energitryggheten och minskningen av växthusgasutsläppen ifrågasätts alltmer. Deras oavsiktliga inverkan på marknadspriser och livsmedelssäkerhet har ofta förbisetts i politiska diskussioner. Den ekonomiska bärkraften för biobränslen är fortfarande osäker på grund av effekterna av fluktuationer i olje- och grödorpriserna, samt framtida politiska och tekniska utvecklingar. Biobränslen påverkas av ett brett spektrum av policyer och ett samordnat tillvägagångssätt behövs för att väga de övergripande fördelarna och riskerna.

Biobränslepolicyn bör:

skydda dem som är fattiga och vars matförsörjning är osäker.
skapa förutsättningar för att fattigare länder och småbönder kan dra nytta av framtida marknadsmöjligheter.
se till att biobränslen är effektiva för att minska utsläppen av växthusgaser samtidigt som mark- och vattenresurser skyddas.
minska och undvika snedvridningar på biobränsle- och jordbruksmarknaderna.
utvecklas med lämplig internationell samordning.

Subventioner och obligatorisk blandning har lett till en artificiellt snabb ökning av produktionen av biobränsle, vilket förvärrar några av de negativa effekterna. Befintlig politik har i liten utsträckning bidragit till energisäkerhet och begränsning av klimatförändringar och behöver därför ses över.

Statliga incitament och stöd till biobränslen har till stor del drivits av nationella eller regionala intressen snarare än ett mer globalt perspektiv. Det finns ett behov av ett lämpligt internationellt forum för att enas om hållbarhetskriterier för att uppnå miljömål utan att skapa handelshinder.

Källor:
https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=329 [16/05/2020]
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705813004414 [16/05/2020]
https://www.greenfacts.org/en/biofuels/ [16/05/2020]