12.5.1 Biologisk nedbrydning
Da biodieselkomponenter er lettere bionedbrydelige end fossile brændstoffer, kan de nedbrydes hurtigt i akvatiske miljøer (Zhang et al., 1998). Generelt set er den direkte sammenhæng mellem graden af umættethed i fedtsyreesterne og nedbrydningen af biodiesel endnu ikke klarlagt, men en høj grad af umættethed gør biodiesel kemisk mindre stabil, så oxidation og efterfølgende nedbrydning er mere gunstig (DeMello et al., 2007). Den biologiske nedbrydningshastighed for fedtsyreestere med forskellige kulstoftal har heller ikke konsekvente regler (Miller og Mudge, 1997; DeMello et al., 2007), og nogle forskere har rapporteret, at biodieselforurenet vand blev nedbrudt væsentligt inden for 2 dage (Prince et al., 2008).
For biodiesel og dieselblandinger er de biologiske nedbrydningshastigheder for fedtsyreestere og dieselkulbrinter blevet sammenlignet, og bidraget fra biodiesel til den biologiske nedbrydning af diesel blev også sammenlignet. Der er blevet foreslået en række forskellige konklusioner. Nogle forskere har fundet, at tilstedeværelsen af biodiesel ikke fremskynder den biologiske nedbrydning af carbonhydrider (DeMello et al., 2007; Owsianiak et al., 2009; Corseuil et al., 2011). F.eks. blev nedbrydningen af benzen og toluen under anoxiske og hypoxiske forhold hæmmet af tilstedeværelsen af biodiesel (Corseuil et al., 2011). Forfatterne konkluderede, at biodieselens relativt høje viskositet begrænsede målkulbrinternes migrationspotentiale, hvilket resulterede i deres relativt langsomme naturlige nedbrydningsproces. DeMello et al. (2007) fandt også, at FAME’er blev nedbrudt med nogenlunde samme hastighed som n-alkaner og hurtigere end andre kulbrintekomponenter med aerobe havvandsmikrokosmer med spiking; de rester, der blev ekstraheret fra disse forskellige mikrokosmer, var ikke påviselige i løbet af uger i vand. Nogle forskere (Prince et al., 2008) har fundet, at nedbrydningen af FAME’er og dieselkulbrinter i B20 var ekstremt hurtig, og halveringstiden for FAME’er i B20-blandinger lå i samme størrelsesorden som halveringstiden for alkaner. Den biologiske nedbrydning af alifatiske og aromatiske kulbrintefraktioner i mættede sandmikrokosmer spiket med diesel/biodieselblandinger blev for nylig evalueret (Lisiecki et al., 2014). Det blev fundet, at den biologiske nedbrydningsgrad af både alifatiske og aromatiske kulbrinter ikke blev påvirket af tilsætningen af biodiesel, uanset biodieselkoncentrationen. Derfor erklærede forfatterne, at blanding med biodiesel ikke påvirkede den langsigtede bionedbrydning af specifikke dieseloliefraktioner.
Derimod har nogle forskere rapporteret om en lettet bionedbrydning af kulbrinter, når der var FAME’er til stede, hvilket indikerer, at biodiesel påvirker bionedbrydningen på den måde, at kulbrinterne omdannes kometabolisk (Zhang et al., 1998; Mudge og Pereira, 1999; Pasqualino et al., 2006). Biodieselens bidrag til den biologiske nedbrydning af diesel tyder på, at tilstedeværelsen af biodiesel kan lette den biologiske nedbrydning af visse oliekulbrinter på grund af fremme af mikrobiel vækst (Miller og Mudge, 1997; Mudge og Pereira, 1999), og også den øgede opløselighed af kultjærekulbrinter og biotilgængelighed (emulsion) (Taylor og Jones, 2001), især når biodieselindholdet var højere (Pasqualino et al., 2006). Konklusionen er, at kometabolisk omdannelse af kulbrinterne kan være ansvarlig for den forbedrede samlede biologiske nedbrydning af blandingen i tilstedeværelse af biodiesel. På baggrund af dette fænomen er biodiesel blevet anvendt som et biologisk opløsningsmiddel til sanering af råolieforurenede områder (Taylor og Jones, 2001; Fernádez-Álvarez et al., 2007). F.eks. kunne biodiesel anvendes til oprensning af kyststrækninger forurenet med råolierester efter olieudslip fra tankskibet Prestiges forlis, ikke kun ved at opløse petroleumrester fra klipper, men også ved at øge den biologiske nedbrydning af visse resterende kulbrinter. For nylig blev der anvendt et simuleret system til at undersøge biodieselens virkning og mekanisme med hensyn til at fjerne olie fra kystlinjer (Xia et al., 2015). De fandt, at anvendelsen af biodiesel på råolieforurenede småsten var effektiv til at løsne den resterende olie fra småstenene, når kulbrintenedbrydere var fraværende. Tilførsel af biodiesel eller næringsstoffer øgede mængden af olienedbrydere og mikrobiel aktivitet i havvand og nedsatte halveringstiden for oliebiologisk nedbrydning.
For at forstå den biologiske nedbrydelighed af biodiesel/dieselblandinger i kolde klimaer blev virkningen af temperatur på nedbrydningen af fyringsdiesel, ren fiske-biodiesel og biodieselblandinger af naturligt forekommende mikroorganismer i forurenet sand fra det indre af Alaska undersøgt (Horel og Schiewer, 2011). Det blev fundet, at biodiesel og blandinger heraf viste højere bionedbrydelighed end ren diesel; bionedbrydningshastigheden steg med temperaturen og biodieselprocenten; og forsinkelsesfasen var kortere ved 20 °C end ved 5 °C. For nylig undersøgte de samme forskere (Horel og Schiewer, 2014) også indflydelsen af inokula med forudgående kulbrinteeksponering på bionedbrydningshastighederne for diesel, syntetisk diesel og fiske-biodiesel i jord. De fandt, at forskellige inokula ikke havde en udtalt effekt på forsinkelses- eller eksponentialfasens hastighedskonstanter. Den største fordel ved at give et specifikt inokulum var, at forsinkelsesfasen blev forkortet. Virkningen af inokulumet blev dog mindre, efter at den daglige respiration havde nået sit højdepunkt. Det kan konkluderes, at de oprindelige mikrobielle samfund var i stand til at nedbryde forurenende stoffer i jorden, og at det ikke var nødvendigt at tilføre specifikke inokula. Den biologiske nedbrydelighed af biodiesel og blandinger heraf med diesel i jord blev undersøgt af hjemmehørende mikroorganismer i mikrokosmosforsøg i skovjord (Silva et al., 2012). I denne undersøgelse blev det konstateret, at biodiesel var mere bionedbrydelig end diesel i forurenet jord. Det højere indhold af biodiesel i blandinger fremmede den biologiske nedbrydning af diesel. B20 og B100 blev særligt godt nedbrudt af jordmikrober; B50 blev imidlertid bedre nedbrudt end ren diesel, men var ringere end de to andre blandinger, selv om den blev bedre nedbrudt end ren diesel. Selv om ren biodiesel blev nedbrudt, havde den en negativ indvirkning på diversiteten i det mikrobielle samfund, både hvad angår antallet af heterotrofe organismer og antallet af bånd. På samme måde har det udvalgte bakteriekonsortium sammen med makronæringsstoffer, der er tilsat systemet, vist sig at være effektivt til at fremskynde bionedbrydningen af ren biodiesel i en oksol, og tilstedeværelsen af biodiesel øgede bionedbrydningen af petroleum diesel (Meyer et al., 2014).