נכון לשנת 2011, קיימים תקנים המחייבים שימוש בדלק ביולוגי כתערובת יחד עם בנזין או דיזל בתחנות הדלק ב-31 מדינות וב-29 מחוזות/פרובינציות ברחבי העולם. לפי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה (International Energy Agency) עד לשנת 2050 דלק ביולוגי יוכל לספק יותר מרבע מהדרישה העולמית לדלק לתחבורה.
דלק לתחבורה.
רוב הדלק המשמש לתחבורה הוא דלק נוזלי, היות שרכבים דורשים צפיפות אנרגיה גבוהה, כזו שמצויה בחומר נוזל או מוצק. כדי לקבל צפיפות הספק גבוהה משתמשים ברוב כלי הרכב במנוע בערה פנימית, מנועים אלו דורשים דלק נקי כדי לשמור על ניקיון המנוע וכדי להקטין את זיהום האוויר. הדלק שניתן לשרוף בצורה הנקייה ביותר הוא בדרך כלל בצורת נוזל או גז. לכן, דלק נוזלי (או גזים שניתן לאחסן אותם בצורתם הנוזלית) עומדים הן בדרישות של ניידות יחד עם תהליך שרפה נקי ופחות מזהם. בנוסף, גז או נוזל ניתן לשאוב בצורה פשוטה ונוחה, כך שהשימוש בהם ידידותי לצרכן ופחות מייגע.
דלק ביולוגי מדור ראשון.
הכוונה בדלק ביולוגי מדור ראשון או דלק ביולוגים קובנציונלי היא למעשה סוגי דלק המופקים מסוכר, עמילן ושמן צמחי. סוגי דלק אלו (ביודיזל, ביואתאנול וביוגז) מאופיינים או על ידי אפשרות השימוש שלהם בתערובת עם דלק מבוסס בנזין, שרפה במנועי בערה פנימית קיימים והפצה דרך התשתיות הקיימות או על ידי אפשרות השימוש בהם בטכנולוגיות כלי רכב אלטרנטיביות קיימות כמו רכבים מונעים בגז או Flexible-fuel vehicle. סוגי דלק מדור ראשון נמצאים בשימוש מסחרי, עם קצב ייצור של כ-50 מיליארד ליטרים בשנה.
דלק מבוססי אלכוהול.
סוגי דלק אלכוהולי, כגון אתאנול, פרופאנול ובוטאנול, מיוצרים על ידי מיקרואוגניזמים ואנזימים שונים בתהליך תסיסה, בה אלכוהול מתקבל מסוכרים פשוטים או עמילנים. במקרה של ביואתאנול צלולוזי, סיבי הצלולוז מפורקים בתהליך אנזימטי מקדים, לקבלת סוכרים זמינים לתסיסה מיקרוביאלית.
האלכוהול הנפוץ ביותר שמשמש כדלק הוא הביואתאנול, במיוחד בברזיל. הדלק האלכוהולי מיוצר בעיקר מתסיסה של סוכרים שמקורם בחיטה, תירס, קנה סוכר, סלק סוכר, דבשה וכל מקור סוכרי או עמילני אחר שניתן להפיק ממנו משקאות אלכוהוליים (כמו תפוחי אדמה, שאריות משדה חקלאי וכדומה). שרשרת הייצור כוללת פירוק אנזימטי של מולקולות הסוכר המורכבות לסוכרים פשוטים וזמינים לתסיסה, תסיסה מיקרוביאלית של הסוכרים (בדרך כלל על ידי שמרים), זיקוק וייבוש. תהליך הזיקוק מצריך שימוש באנרגיה רבה בצורה של חום, שמקורה לרוב ממקורות לא מתחדשים כמו דלק פוסילי וגז טבעי. ביומסה צלולוזית, המתקבלת כתוצר לוואי לאחר תהליך מחיצת קני סוכר למיצוי המיץ, יכולה לשמש גם היא כחומר גלם לבערה והפקת חום בתהליך שנחשב מתחדש ובר קיימא.
יתרונו של הביואתאנול הוא בכך שניתן להשתמש בו במנועי בנזין כתחליף מלא או כתוסף לבנזין. רוב מנועי כלי הרכב הקיימים העובדים על בנזין יכולים לפעול על תערובות בשיעור של עד 15% ביואתאנול. הסיבה לשימוש בתערובת היא שלאתאנול צפיפות אנרגיה נמוכה יותר משל בנזין, כלומר דרוש יותר דלק (מבחינה משקלית ונפחית) כדי לייצר את אותה כמות עבודה במנוע כלי הרכב. גם באתאנול טהור יש רק כשני שלישים מתכולת האנרגיה ליחידת נפח בהשוואה לבנזין, כך שדרוש מכל דלק כבד/גדול יותר כדי לעבור את אותו המרחק, או שתידרשנה יותר עצירות תדלוק. ללא סובסידיות ממשלתיות, עלות השימוש בדלק לק"מ נסיעה גבוהה יותר בהשוואה לדלק הקונבנציונלי.
לאתאנול מספר אוקטן גבוה יותר מאשר לדלק נטול אתאנול, משמעות הדבר היא עלייה ביחס הדחיסה של המנוע, שמתבטא בהגדלת היעילות התרמית של המנוע. באזורים גבוהים, בהם האוויר דליל, ישנן מדינות המחייבות שימוש בתערובת בנזין-אתאנול כמחמצן בחורף, כדי להפחית את שיעור הפליטות המזהמות לאטמוספירה.
בנוסף להיותו דלק לתחבורה, אתאנול יכול לשמש גם כדלק לאח ביתית. אח כזו, שאינה דורשת ארובה או דלק קונבנציונלי, שימושית מאוד עבור בנייני מגורים חדשים ודירות נטולות ארובה מובנית. החיסרון באח כזו הוא שהחום המיוצר נמוך יותר מזה של אח המופעלת על ידי חשמל או גז.
כאשר מחשבים את הערך האנרגטי נטו של תהליך הייצור של ביואתאנול יש לקחת בחשבון את האנרגיה המושקעת בציוד חקלאי, עיבוד האדמה, זריעה, דישון, הדברה, מערכות השקיה, קציר, הובלת הגידול למפעל העיבוד, תהליך מקדים שעובר החומר הצמחי, תסיסה, זיקוק, ייבוש, הובלה למסופי תדלוק והפצה דרך משאבות קמעוניות. בנוסף, יש להתייחס לתכולת האנרגיה הנמוכה יותר של דלק אלכוהולי לעומת דלק פוסילי לתחבורה. ערך זה יכול לצאת חיובי או שלילי, כתלות בגידול עצמו ובאזור, בתהליך הייצור, בשיטות ההובלה וההפצה ועוד. מאידך, אם מחשיבים את התועלות המתקבלות משימוש באנרגיה מתחדשת (הפחתת הפליטות, הורדת זיהום האוויר, תרומה לבריאות הציבור הכללית ועוד), ערך זה עולה בוודאות.
להפקת ביואתאנול מתירס ומגידולים אחרים ישנם חסרונות בדמות של השפעה על מחירי המזון בעולם ומאזן אנרגיה (במונחים של כמות האנרגיה הסופית המסופקת לצרכן לעומת כמות האנרגיה מדלק פוסילי שהושקעה בגידול) מוגבל ונמוך, אם כי חיובי. לכן, הטכנולוגיה מתקדמת לעבר פיתוח של אתאנול צלולוזי. לפי מחקר משותף שנערך על ידי משרד האנרגיה האמריקני, יחס האנרגיה הפוסילית – Fossil Energy Ratio FER – לאתאנול צלולוזי, אתאנול מתירס ובנזין הוא 10.3, 1.36 ו- 0.81 בהתאמה.
מתאנול מיוצר מגז טבעי, שהוא דלק פוסילי לא מתחדש.
בוטאנול (C4H9OH) מיוצר בתהליך שנקרא "תסיסת ABE", שתוצריו הם אצטון, בוטאנול ואתאנול, שינויים ניסיוניים בתהליך התסיסה הראו רווח אנרגטי פוטנציאלי גבוה, עם בוטאנול כתוצר הנוזלי הסופי היחידי. בוטאנול יכול לייצר יותר אנרגיה ולכאורה יכול להישרף ישירות במנועי בנזין קיימים (ללא צורך בהתאמות של מנוע המכונית). כמו כן, הוא פחות קורוזיבי ופחות מסיס במים מאתאנול ולכן יהיה ניתן להפיץ אותו דרך התשתיות הקיימות. החברות DuPont ו-BP עובדות יחד בפיתוח טכנולוגיית הבוטאנול. גם חיידק מסוג "E.Coli" הונדס בהצלחה לייצור בוטאנול על ידי שינוי המטבוליזם של חומצות האמינו שלו.
ביו דיזל.
ביו דיזל הוא הדלק הביולוגי הנפוץ ביותר באירופה. הוא מיוצר משמנים או שומנים בתהליך של טראנאסטריפיקציה והנוזל דומה בהרכבו לדיזל פוסילי/מינראלי. מבחינה כימית, הוא מורכב בעיקר ממתיל (או אתיל)-אסטרים של חומצות שומן (FAMEs). המקורות לביודיזל כוללים שומן בעלי חיים, שמן צמחי, סויה, קנולה, ג'טרופה, חרדל, חמניות, שמן דקלים, פשתן, קנאביס ואצות. ביודיזל טהור (B100) הוא דלק הדיזל בעל רמת הפליטות הנמוכה ביותר. אף על פי שלגז בנזין מנוזל ולמימן תהליך שרפה נקי יותר, הם משמשים לתדלוק של מנועי בנזין בעלי יעילות נמוכה ואינם זמינים ונפוצים כמו ביודיזל.
ניתן להשתמש בביודיזל בכל מנוע דיזל קיים, בתערובת עם דיזל מינראלי. במדינות אחדות היצרנים אף מעניקים אחריות לרכבים שלהם על שימוש ב-B100. ברוב המקרים, ביודיזל מתאים למנועי דיזל החל משנת ייצור 1994, שמשתמשים בגומי סינתטי מסוג "Viton" (של חברת DuPont) במערכות הזרקת הדלק שלהם. בעלי כלי רכב בהם מותקנות מערכות אלקטרוניות מהסוגים "common rail" ו-"unit injector" משנות התשעים המאוחרות מחויבים להשתמש בביודיזל מעורבב עם דלק דיזל קונבנציונלי. למנועים אלו מערכות הזרקה רגישות מאוד לצמיגות הדלק, B100 יכול להפוך לצמיג יותר בטמפרטורות נמוכות, תלוי במקור חומר הגלם שבו השתמשו. רבים ממנועי הדיזל החדשים מיוצרים כך שהם יכולים לעבוד על B100 מבלי שיהיה צורך בשינוי המנוע עצמו, למרות שהדבר תלוי בעיצוב הפנימי של המנוע. היות שביודיזל הוא ממס יעיל ומסוגל לנקות משקעים שנותרו משימוש בדיזל מינראלי, יש צורך בהחלפת מסנני המנוע בתכיפות רבה יותר היות שהדלק הביולוגי ממיס משקעים ישנים במכל הדלק ובצנרת. הדלק הביולוגי מנקה באופן יעיל את תא הבערה של המנוע ממשקעי פחמן, ובכך עוזר לשמור על יעילות המנוע. במדינות אירופה רבות, תערובת של 5% ביודיזל זמינה ונפוצה באלפי תחנות דלק שונות.
ביודיזל הוא למעשה דלק מחומצן, כלומר הוא מכיל כמות מופחתת של פחמן ותכולת מימן וחמצן גבוהה יותר מאשר דיזל פוסילי. עובדה זו משפרת את איכות השרפה של הדלק ומורידה את כמות החלקיקים הנפלטים מפחמן שאינו נשרף.
בנוסף, ביודיזל בטוח לשימוש ולהובלה היות שהוא מתכלה בדיוק כמו סוכר, פי 10 פחות רעיל ממלח שולחן ויש לו נקודת הבזק גבוהה של כ-c°148 בהשוואה לדלק דיזל מבוסס בנזין, שנקודת ההבזק שלו היא c°52 בלבד.
ברחבי ארצות הברית, יותר מ-80% מהמשאיות המסחריות והאוטובוסים העירוניים מונעים על ידי מנועי דיזל. שוק הביודיזל המתפתח שם מוערך בגידול של 200% משנת 2004 עד לשנת 2005.
דיזל ירוק.
דיזל ירוק, שידוע גם כדיזל מתחדש, הוא צורה של דלק דיזל אשר מיוצר מגידולים מתחדשים במקום מחומר גלם פוסילי המשמש ליצירת רוב דלקי הדיזל. המקורות לדיזל ירוק רבים ומגוונים וכוללים שמנים כמו קנולה, אצות, יטרופה וסליקורניה. לייצור של דיזל ירוק משתמשים בזיקוק חלקי של השמנים, תהליך שונה מהפקת ביודיזל על ידי טראנאסטריפיקציה.
"דיזל ירוק" ידוע בעיקר באירלנד, ואין להתבלבל בינו לבין הדיזל הצבוע ירוק שנמכר בתעריף מס נמוך יותר למטרות חקלאיות. שימוש בצבע מאפשר פיקוח על השימוש בדלק מופחת המס הזה למטרות שאינן מוגדרות עבורו כגון לתחבורה פרטית או הובלה מסחרית.
שמן צמחי.