محصول طاقة

مركز زراعة الطاقة المستدامة

وفي هذا الصدد، مراجعة الأدلة العلمية حول التأثيرات البيئية لمصادر الطاقة المتجددة

وقود الديزل الحيوي

وفي هذا السياق، نما الإنتاج الأوروبي للديزل الحيوي من محاصيل الطاقة بشكل مطرد في العقد الماضي ، مع التركيز بشكل أساسي على بذور اللفت المستعملة في النفط والطاقة. يغطي إنتاج الزيت / الديزل الحيوي من الاغتصاب أكثر من 12000 كم 2 في ألمانيا وحدها ، وتضاعف في الخمسة عشر عامًا الماضية. العائد النموذجي للزيت كديزل حيوي نقي هو أو أعلى ، مما يجعل محاصيل وقود الديزل الحيوي جذابة اقتصاديًا ، شريطة استخدام دورات المحاصيل المستدامة التي تكون متوازنة من حيث المغذيات وتمنع انتشار الأمراض مثل كلوبروت. يعتبر إنتاج وقود الديزل الحيوي من فول الصويا أقل بكثير من إنتاج اللفت.

الإيثانول الحيوي

إضافةً إلى ذلك، يشير الإيثانول الحيوي كذلك إلى تقنية استخدام الذرة بشكل أساسي (بذور الذرة) لإنتاج الإيثانول مباشرةً من خلال التخمير. ومع ذلك ، في ظل ظروف ميدانية وعملية معينة ، يمكن أن تستهلك هذه العملية قدرًا من الطاقة مثل قيمة الطاقة للإيثانول الذي تنتجه ، وبالتالي فهي غير مستدامة. يبدو أن التطورات الجديدة في تحويل ما تبقى من الحبوب (يشار إليها باسم التقطير لا تزال الحبوب أو DGS) إلى غاز حيوي تبدو واعدة كوسيلة لتحسين نسبة الطاقة الضعيفة لهذا النوع من عملية الإيثانول الحيوي.

من جهة ثانية، اثنين من كبار المحاصيل غير الغذائية لإنتاج الإيثانول من السليولوز والتبن و ميسكانتوس العملاقة . كان هناك انشغال بالإيثانول الحيوي السليلوزي في أمريكا حيث أن الهيكل الزراعي الداعم للميثان الحيوي غائب في الكثير من المناطق ، مع عدم وجود نظام ائتمانات أو مكافآت.  نتيجة لذلك ، يتم تعليق الكثير من الأموال الخاصة وآمال المستثمرين على ابتكارات قابلة للتسويق وقابلة للحصول على براءة اختراع في التحلل المائي للإنزيم والعمليات المماثلة. تعتبر الأعشاب كذلك محاصيل طاقة للبوتانول الحيوي .

الوقود الحيوي والاستدامة

• انظر كذلك
• الطاقة الحيوية
• الحراجة قصيرة التناوب
• الزيت النباتي
• المراجع

ومن ناحية أخرى، في السنوات الأخيرة ، أصبح الوقود الحيوي أكثر جاذبية للعديد من البلدان كبدائل محتملة للوقود الأحفوري. لذلك ، فإن فهم استدامة هذا المورد المتجدد مهم للغاية. هناك الكثير من الفوائد المرتبطة باستخدام الوقود الحيوي مثل تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، وانخفاض تكلفة الوقود الأحفوري ، وقابلية التجديد ، إلخ. يمكن استخدام محاصيل الطاقة هذه لتوليد الكهرباء. ثبت أن السليلوز الخشبي والوقود الحيوي جنبًا إلى جنب مع توليد الكهرباء الثابت فعالان للغاية. على مدى السنوات الخمس الماضية ، كانت هناك زيادة بنسبة 109 ٪ في إنتاج الوقود الحيوي العالمي ومن المتوقع أن يزيد هذا بنسبة 60 ٪ إضافية لتلبية متطلباتنا (بحسب منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (OECD) / الأغذية والزراعة منظمة (الفاو)).

من جهة ثانية، تثير الزيادة المتوقعة في استخدام / الحاجة لمحاصيل الطاقة التساؤل عما إذا كان هذا المورد مستدامًا. تعتمد زيادة إنتاج الوقود الحيوي على القضايا المتعلقة بالتغيرات في استخدام الأراضي ، والتأثيرات على النظام الإيكولوجي (التربة وموارد المياه) ، ويضيف إلى التنافس على مساحة الأرض لاستخدامها في زراعة محاصيل الطاقة ، أو الغذاء ، أو محاصيل العلف. يجب أن تكون النباتات الأكثر ملاءمة لمواد الطاقة الحيوية المستقبلية سريعة النمو وذات إنتاجية عالية وتتطلب القليل جدًا من مدخلات الطاقة للنمو والحصاد وما إلى ذلك. يمكن أن يكون استخدام محاصيل الطاقة لإنتاج الطاقة مفيدًا بسبب حيادها الكربوني. إنه يمثل بديلاً أرخص للوقود الأحفوري بينما يتنوع للغاية في أنواع النباتات التي يمكن استخدامها لإنتاج الطاقة. لكن القضايا المتعلقة بالتكلفة (أغلى من مصادر الطاقة المتجددة الأخرى) ، والكفاءة والمساحة المطلوبة للحفاظ على الإنتاج تحتاج إلى النظر فيها وتحسينها للسماح باستخدام الوقود الحيوي الذي سيتم اعتماده بشكل شائع.

تحييد ثاني اوكسيد الكربون

وفي هذا الصدد، يجب أن يلاحظ المرء أن العزل الناجح يعتمد على مواقع الزراعة ، لأن أفضل أنواع التربة للعزل هي تلك التي تحتوي في الوقت الحالي على نسبة منخفضة من الكربون. النتائج المتنوعة المعروضة في الرسم البياني تسلط الضوء على هذه الحقيقة.

ومن ناحية أخرى، ستحدد كمية الكربون المحبوس وكمية غازات الدفيئة المنبعثة ما إذا كانت تكلفة دورة حياة غازات الدفيئة الإجمالية لمشروع الطاقة الحيوية إيجابية أم محايدة أم سلبية. على وجه التحديد ، تكون دورة حياة غازات الدفيئة / الكربون سالبة ممكنة إذا كان إجمالي تراكم الكربون تحت الأرض أكثر من تعويض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري فوق الأرض في دورة الحياة الإجمالية. ويتاكر وآخرون قدر أنه بالنسبة لـ Miscanthus × giganteus ، فإن حياد الكربون وحتى السلبية في متناول اليد. بشكل أساسي ، العائد وعزل الكربون المرتبط به مرتفع للغاية لدرجة أنه يعوض كل من انبعاثات عمليات المزرعة وانبعاثات تحويل الوقود وانبعاثات النقل. يعرض الرسم اثنين من CO 2 سلبية ميسكانتوس س مسارات إنتاج giganteus، ممثلة في غرام CO 2 -equivalents في الميغاجول. الماس الأصفر يمثل القيم المتوسطة.

إضافةً إلى ذلك، تشير الطبيعة الدائمة وليس السنوية لمحاصيل Miscanthus إلى أن تراكم الكربون الكبير تحت الأرض كل عام يُسمح له بالاستمرار دون عائق. لا الحرث السنوي أو وسائل حفر أي زيادة الكربون الأكسدة ولا التحفيز للسكان الميكروب في التربة، وبالتالي لا تسارع تحويل C العضوية إلى CO 2 في التربة كل ربيع.

من جهة ثانية، ميلنر وآخرون. يجادل بأنه بالنسبة للمملكة المتحدة ، من المتوقع عزل الأراضي الصالحة للزراعة في أغلب أنحاء إنجلترا وويلز بنجاح ، مع توقع عزل غير ناجح في أجزاء من اسكتلندا ، بسبب التربة الغنية بالكربون بالفعل (الغابات الموجودة). كذلك، لاسكتلندا، وانخفاض عائدات نسبيا في هذا برودة جعل المناخ CO 2 سلبية يصعب تحقيقه. تشمل التربة الغنية بالفعل بالكربون أراضي الخث والغابات الناضجة. يمكن كذلك أن تكون الأراضي العشبية غنية بالكربون ، وقد قام ميلنر وآخرون. يجادل كذلك بأن أنجح عمليات عزل الكربون في المملكة المتحدة تتم تحت الأراضي العشبية المحسّنة.

أنواع

علاوةً على ذلك، يعرض الرسم أسفل العائد المقدر اللازمة لتحقيق CO 2 السلبية لمستويات مختلفة من تشبع الكربون في التربة الموجودة.

استخدام محاصيل الطاقة في محطات الطاقة الحرارية

وعلى صعيد آخر، توجد عدة طرق لتقليل التلوث وتقليل أو القضاء على انبعاثات الكربون من محطات توليد الطاقة بالوقود الأحفوري . تتمثل الطريقة الأكثر استخدامًا والفعالة من حيث التكلفة في تحويل مصنع ليعمل بوقود مختلف (مثل محاصيل الطاقة / الكتلة الحيوية). في بعض الحالات ، قد يفيد التجديد الحراري للكتلة الحيوية محطة توليد الطاقة إذا كانت محاصيل الطاقة / الكتلة الحيوية هي المادة التي ستستعملها محطة توليد الطاقة بالوقود الأحفوري المحول. كذلك ، عند استخدام محاصيل الطاقة كوقود ، وفي حالة تنفيذ إنتاج الفحم الحيوي ، يمكن أن تصبح محطة الطاقة الحرارية سالبة للكربون بدلاً من كونها محايدة للكربون. يمكن أن يؤدي تحسين كفاءة الطاقة لمحطة الطاقة التي تعمل بالفحم كذلك إلى تقليل الانبعاثات.

الكتلة الحيوية الصلبة

وفي السياق ذاته، في الزراعة ذات الدورة القصيرة (SRC) ، تزرع أنواع الأشجار سريعة النمو مثل الصفصاف والحور وحصادها في دورات قصيرة من ثلاث إلى خمس سنوات. تنمو هذه الأشجار بشكل أفضل في ظروف التربة الرطبة. لا يمكن استبعاد التأثير على ظروف المياه المحلية. يجب تجنب الإنشاء بالقرب من الأراضي الرطبة المعرضة للخطر.

كذلك، يمكن تحويل المحاصيل الكاملة مثل الذرة وعشب السودان والدخن والبرسيم الأبيض الحلو والكثير من المحاصيل الأخرى إلى علف ثم تحويلها إلى غاز حيوي . يمكن تكميل الهاضمات اللاهوائية أو نباتات الغاز الحيوي مباشرة بمحاصيل الطاقة بمجرد تحويلها إلى علف. كان القطاع الأسرع نموًا في الزراعة الحيوية الألمانية في مجال «محاصيل الطاقة المتجددة» بما يقرب من من الأرض (2006). يمكن كذلك زراعة محاصيل الطاقة لزيادة إنتاجية الغاز حيث تحتوي المواد الأولية على محتوى منخفض من الطاقة ، مثل السماد الطبيعي والحبوب الفاسدة. تشير التقديرات إلى أن إنتاج الطاقة في الوقت الحالي لمحاصيل الطاقة الحيوية المحولة عبر السيلاج إلى غاز الميثان يبلغ نحو سنويًا. يمكن لشركات المحاصيل المختلطة الصغيرة التي بها حيوانات استخدام جزء من مساحتها لزراعة وتحويل محاصيل الطاقة والحفاظ على متطلبات الطاقة للمزرعة بأكملها بحوالي خمس المساحة. ومع ذلك ، في أوروبا وخاصة ألمانيا ، لم يحدث هذا النمو السريع إلا بدعم حكومي كبير ، كما هو الحال في نظام المكافآت الألماني للطاقة المتجددة . تم تجاهل التطورات المماثلة لدمج زراعة المحاصيل وإنتاج الطاقة الحيوية عن طريق السيلاج الميثان بالكامل على وجه التقريب في أمريكا الشمالية ، حيث طغت القضايا السياسية والهيكلية والضغط المستمر الهائل على مركزية إنتاج الطاقة على التطورات الإيجابية.

الكتلة الحيوية للغاز (الميثان)

الكتلة الحيوية السائلة

وفي هذا السياق، تستعمل الكتلة الحيوية الصلبة ، التي غالبًا ما تكون حبيبات ، للاحتراق في محطات الطاقة الحرارية ، إما بمفردها أو مشتركة مع أنواع الوقود الأخرى. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدامه للتدفئة أو إنتاج الحرارة والطاقة (CHP).

استخدام محاصيل الطاقة في دول مختلفة

في هذا الإطار، في فنلندا ، يعتبر Reed Canary Grass أحد محاصيل الطاقة الشهيرة.

غالبًا ما يتم استخدام الصفصاف والقنب في السويد.