12.5.1 Biologisk nedbrytning
Då biodieselkomponenterna är mer lättnedbrytbara än fossila bränslen kan de snabbt brytas ned i vattenmiljöer (Zhang et al., 1998). Generellt sett, även om det direkta sambandet mellan graden av omättnad hos fettsyraestrarna och nedbrytningen av biodiesel ännu inte är klarlagt, gör en hög grad av omättnad biodiesel kemiskt mindre stabil, vilket gör att oxidation och efterföljande nedbrytning är mer gynnsam (DeMello et al., 2007). Den biologiska nedbrytningshastigheten för fettsyraestrar med olika kolnummer har inte heller konsekventa regler (Miller och Mudge, 1997; DeMello et al., 2007), och vissa forskare har rapporterat att biodieselkontaminerat vatten bryts ned väsentligt inom två dagar (Prince et al., 2008).
För biodiesel och dieselblandningar har de biologiska nedbrytningshastigheterna för fettsyraestrar och dieselkolväten jämförts, och biodieselns bidrag till den biologiska nedbrytningen av diesel har också jämförts. En rad olika slutsatser har föreslagits. Vissa forskare har funnit att närvaron av biodiesel inte påskyndar den biologiska nedbrytningen av kolväten (DeMello et al., 2007; Owsianiak et al., 2009; Corseuil et al., 2011). Till exempel hindrades nedbrytningen av bensen och toluen i anoxiska och hypoxiska förhållanden av närvaron av biodiesel (Corseuil et al., 2011). Författarna drog slutsatsen att biodieselns relativt höga viskositet begränsade migrationspotentialen för målkolvätena, vilket resulterade i deras relativt långsamma naturliga nedbrytningsprocess. DeMello et al. (2007) fann också att FAMEs bröts ned i ungefär samma takt som n-alkaner och snabbare än andra kolvätekomponenter med aeroba havsvattenmikrokosmer med spikning; de rester som extraherades från dessa olika mikrokosmer var odetekterbara inom några veckor i vatten. Vissa forskare (Prince et al., 2008) har funnit att nedbrytningen av FAMEs och dieselkolväten i B20 var extremt snabb, och halveringstiderna för biologisk nedbrytning av FAMEs i B20-blandningar låg inom samma intervall som för alkaner. Den biologiska nedbrytningen av alifatiska och aromatiska kolvätefraktioner i mättade mikrokosmer av sand som spetsats med diesel/biodieselblandningar utvärderades nyligen (Lisiecki et al., 2014). Man fann att den biologiska nedbrytningsutbredningen av både alifatiska och aromatiska kolväten inte påverkades av tillsatsen av biodiesel, oavsett biodieselkoncentrationen. Författarna konstaterade därför att inblandning av biodiesel inte påverkade den långsiktiga biologiska nedbrytningen av specifika dieseloljefraktioner.
Vissa forskare har dock rapporterat att den biologiska nedbrytningen av kolväten underlättas när FAME:er förekommer, vilket tyder på att biodiesel påverkar den biologiska nedbrytningen på det sätt som sker genom en kometabolisk omvandling av kolväten (Zhang et al., 1998; Mudge och Pereira, 1999; Pasqualino et al., 2006). Biodieselns bidrag till den biologiska nedbrytningen av diesel tyder på att närvaron av biodiesel skulle kunna underlätta den biologiska nedbrytningen av vissa petroleumkolväten på grund av att den mikrobiella tillväxten främjas (Miller och Mudge, 1997; Mudge och Pereira, 1999), och även den ökade lösligheten av koltjärakolväten och den ökade biotillgängligheten (emulsion) (Taylor och Jones, 2001), särskilt när biodieselhalten var högre (Pasqualino et al., 2006). Slutsatsen är att kometabolisk omvandling av kolväten kan vara ansvarig för den ökade totala biologiska nedbrytningen av blandningen i närvaro av biodiesel. Baserat på detta fenomen har biodiesel använts som ett biologiskt lösningsmedel för sanering av råoljekontaminerade områden (Taylor och Jones, 2001; Fernádez-Álvarez et al., 2007). Biodiesel skulle till exempel kunna användas för sanering av kuststräckor som förorenats med råoljerester efter oljeutsläpp från tankfartyget Prestiges förlisning, inte bara genom att lösa upp petroleumrester från stenar utan också genom att öka den biologiska nedbrytningen av vissa kvarvarande kolväten. Nyligen användes ett simulerat system för att undersöka biodieselns effekt och mekanism för att avlägsna olja från strandlinjer (Xia et al., 2015). De fann att tillämpningen av biodiesel på råoljekontaminerade stenar var effektiv för att avlägsna den kvarvarande oljan från stenarna, när kolväteavbrytare saknades. Påfyllning av biodiesel eller näringsämnen ökade mängden petroleumnedbrytare och mikrobiell aktivitet i havsvatten och minskade halveringstiden för biologisk nedbrytning av olja.
För att förstå den biologiska nedbrytbarheten av biodiesel/dieselblandningar i kallt klimat undersöktes temperaturens effekt på nedbrytningen av eldningsdiesel, ren fiskbiodiesel och biodieselblandningar av naturligt förekommande mikroorganismer i kontaminerad sand från Alaskas inland (Horel och Schiewer, 2011). Man fann att biodiesel och dess blandningar uppvisade högre biologisk nedbrytbarhet än ren diesel; den biologiska nedbrytningshastigheten ökade med temperaturen och biodieselprocenten; och fördröjningsfasen var kortare vid 20 °C än vid 5 °C. Nyligen studerade samma forskare (Horel och Schiewer, 2014) också påverkan av inokula med tidigare kolväteexponering på den biologiska nedbrytningshastigheten för diesel, syntetisk diesel och fiskbiodiesel i jord. De fann att olika inokula inte hade någon uttalad effekt på hastighetskonstanter i fördröjningsfasen eller exponentialfasen. Den största fördelen med att tillhandahålla ett specifikt inokulum var att förkorta fördröjningsfasen. Effekten av inokulumet blev dock mindre efter det att den dagliga andningen nådde sin kulmen. Sammanfattningsvis kan konstateras att inhemska mikrobiella samhällen kunde bryta ned föroreningar i marken och att det inte var nödvändigt att tillsätta specifika inokula. Den biologiska nedbrytbarheten av biodiesel och dess blandningar med diesel i jord undersöktes av inhemska mikroorganismer i mikrokosmosförsök i skogsjord (Silva et al., 2012). I denna studie observerades att biodiesel var mer biologiskt nedbrytbar än diesel i förorenad jord. Den högre nivån av biodiesel i blandningar gynnade den biologiska nedbrytningen av diesel. B20 och B100 bröts ner särskilt bra av markmikrober. B50 bröts dock bättre ner än ren diesel, men var sämre än de andra två blandningarna. Trots att ren biodiesel bryts ned påverkade den rena biodieseln den mikrobiella mångfalden negativt, både när det gäller antalet heterotrofa organismer och antalet band. På samma sätt har det utvalda bakteriekonsortiet, tillsammans med makronäringsämnen som tillsattes till systemet, visat sig vara effektivt för att påskynda den biologiska nedbrytningen av ren biodiesel i en oxisol, och närvaron av biodiesel ökade den biologiska nedbrytningen av petroleumdiesel (Meyer et al., 2014).