وقود حيوي

الجيل الأول من الوقود الحيوي

من جانب آخر، يتمثل «الجيل الأول» أو الوقود الحيوي التقليدي بأنواع الوقود الحيوي المصنوعة من المحاصيل الغذائية المزروعة على الأراضي الصالحة للزراعة. ومع جيل الوقود الحيوي الإنتاجي هذا، فإن المحاصيل الغذائية تُزرع صراحةً لإنتاج الوقود دون أي غرض آخر. يُحوّل السكر أو النشاء أو الزيت النباتي المستخلص من المحاصيل إلى وقود ديزل حيوي أو إيثانول باستخدام عملية الأسترة الكيميائية أو تخمير الخميرة.

ازمة الغذاء العالمي

وعلى صعيد آخر، شاهد عام 2008 ارتفاعا كبيرا في أسعار المواد الغذائية، مما تسبب في أن بعض الناس في بعض الدول الفقيرة أصابتهم جائحة الجوع، حتى أنها أدت إلى سقوط الوزارة في تاهيتي. وزاد عدد الناس في العالم الذين يتعرضون للجوع وقلة الغذاء حتى وصل عددهم إلى 963 مليون نسمة خلال عام 2008.

من جانب آخر، تحاول برنامج الغذاء العالمي على لفت نظر الحكومات والمستثمرين الذين يجنون أرباحا من محاصيل الطاقة الحيوية التي تنتج غذاء إلى ضرورة الاهتمام أولا بالإنسان وغذائه، وألا يكون السباق وراء الوقود الحيوي وما يأتي به من أرباح عاملا على ضياع فئات بشرية وفنائها.

علاوةً على ذلك، وترجع تلك الأزمة إلى زيادة إنتاج محاصيل الطاقة الحيوية من ضمنها مساحات كبيرة جدا تزرع في الولايات المتحدة وأوروبا والبرازيل للنباتات زيتية وقصب السكر يمكن استخدام منتجاتها لتشغيل السيارات والحافلات، إنتاج الطاقة. بذلك قلت محاصيل المواد الغذائية في العالم وارتفعت أسعارها بحيث لم تكن في متناول الكثيرين من فقراء أفريقيا وأسيا.

محاصيل الطاقة

ومن جهة أخرى، المحاصيل التي تستعمل لإنتاج الإيثانول الحيوي: مثل الذرة وقصب السكر، إلى جانب إمكانية تحضير الإيثانول من أي مركب عضوي.

إضافةً إلى ذلك، المحاصيل التي تستعمل لإنتاج الديزل الحيوي: مثل فول الصويا السلجم والكاميلينا.

ومن جهة أخرى، المحاصيل التي تستعمل لإنتاج الطاقة الحرارية عن طريق الحرق: من أمثلة هذه النباتات الثمام العصوي ولحية الرجل والحشيشة الفضية. كذلك يمكن استخدام بقايا المحاصيل أو الأخشاب.

ومن ناحية أخرى، يستعمل هذا المصطلح للدلالة على بعض الأنواع الزراعية أو الحشائش التي تزرع بغرض استعمالها لإنتاج الطاقة مثل. يمكن تقسيم محاصيل الطاقة إلى ثلاثة أقسام:

الجيل الثالث من الوقود الحيوي

ومن جهة أخرى، في الفترة الممتدة بين عامي 1978- 1996، أجرى المختبر الوطني للطاقة المتجددة في الولايات المتحدة (إن آر إي إل) تجارب على استخدام الطحالب كمصدر للوقود الحيوي ضمن برنامج الأنواع المائية. ضمن هيئة الوقود الحيوي التابعة لجامعة نيو هامشير، نشر مايكل بريغز مقالة قدّم فيها تقديرات لاستبدال كل وقود المركبات بالوقود الحيوي بشكل واقعي باستخدام الطحالب التي لها محتوى نفطي طبيعي بنسبة أكبر من 50%، والتي يمكن  زراعتها حسبما يقترحه بريغز على برك الطحالب في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. ويمكن فيما بعد استخراج الطحالب الغنية بالنفط من النظام ومعالجتها لتصبح وقود حيوي مع إعادة معالجة باقي الطحالب الجافة لإنتاج الإيثانول. ولم يجرِ إنتاج الطحالب لحصاد النفط من أجل الوقود الحيوي على نطاق تجاري بعدْ، لكن أُجرِيت دراسات جدوى للتوصل إلى تقديرات المحصول المذكور أعلاه. فضلًا عن العائد المرتفع المتوقع، فإن زراعة الطحالب - على النقيض من الوقود الحيوي القائم على المحاصيل - لا تستلزم انخفاضًا في إنتاج الغذاء لأنها لا تتطلب الأرض الزراعية ولا المياه العذبة. تسعى الكثير من الشركات لمفاعلات الطحالب الحيوية لأغراض مختلفة، بما في ذلك زيادة إنتاج الوقود الحيوي إلى مستويات تجارية. استعرض البروفيسور رودريغو إي. تيكسيرا من جامعة ألاباما في هنتسفيل عملية استخراج ليبيدات الوقود الحيوي من الطحالب الرطبة باستخدام تفاعل بسيط واقتصادي في السوائل الأيونية.

الطاقة الحيوية والبيئة

كذلك، ومن الواضح كذلك أن قطع الأشجار في الغابات التي نمت منذ مئات أو آلاف السنين، لاستخدامها كوقود حيوي، دون أن تستبدل لن يساهم في الأثر المحايد للكربون. ولكن يعتقد الكثيرون أن السبيل إلى الحد من زيادة كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي هو استخدام الوقود الحيوي لاستبدال مصادر الطاقة غير المتجددة.

علاوةً على ذلك، من الملاحظ في الوقت الحالي أن الأنواع الأخرى من الطاقة المتجددة تتفوق على الوقود الحيوي من حيث أثر محايدة الكربون، وذلك بسبب ارتفاع استخدام الوقود الاحفوري في إنتاجه. إلى جانب ناتج احتراق الوقود الحيوي من ثاني أوكسيد الكربون فضلاً عن الغازات غير البيئية الأخرى.

من جهة ثانية، الكربون الناتج عن الوقود الحيوي لا يتمثل فقط بنواتج الاحتراق وإنما يضاف إليه ما هو صادر عن النبات خلال دورة نموه. لكن الجانب الإيجابي من الموضوع هو أن النبات يستهلك ثاني أوكسيد الكربون في عمليات التركيب الضوئي (التمثيل الضوئي) ومن هنا أتى ما يسمى بتعديل الكربون أو «محايدة الكربون».

الجيل الرابع من الوقود الحيوي

وفي هذا السياق، على نحو مماثل للجيل الثالث من الوقود الحيوي، يُصنّع الجيل الرابع من الوقود الحيوي باستخدام الأراضي غير الصالحة للزراعة. لكن على عكس الجيل الثالث، فهو لا يتطلب تدمير الكتلة الحيوية. وهذه الفئة من أنواع الوقود الحيوي تشمل الوقود الكهربائي والوقود الشمسي الضوئي. وبعض أنواع الوقود هذه محايد للكربون.

• انظر كذلك
• وقود أحفوري
• طاقة متجددة
• طاقة مائية
• طاقة ريحية
• طاقة شمسية
• كتلة حيوية
• طاقة المد والجزر
• وقود حيوي مستدام

تلوث المياه الجوفية

ومن جهة أخرى، لا يستطيع النبات امتصاص كل تلك النترات المتراكمة في الأرض، حيث يستغل النبات جزء منها، ويتسرب أغلبها إلى المياه الجوفية، مما يتسبب في وجود نسبة كبيرة من النترات في مياه الشرب.

الأجيال

من جانب آخر، يهتم الاتحاد الأوروبي بظاهرة سلبية لتحضير غاز الوقود من بعض المحاصيل والمخلفات الحيوية في بعض مناطق أوروبا بسبب تزايد نسبة النترات في المياه الجوفية. في بعض تلك المناطق وصل تركيز النترات في المياه الجوفية إلى نحو 90 مليجرام /لتر، وهي كمية مقاربة لضعف الكمية التي حددها الاتحاد الأوروبي لتركيز تلك المادة وتقدر بـ 50 مليجرام/لتر فقط. تلك مناطق زراعية وتربى فيها الماشية، وبها معامل لإنتاج الغاز الحيوي. بذلك تتكاثر كمية النترات في الحقول بسبب استخدام الفلاحين للأسمدة الصناعية، فضلًا عن التسميد بمخلفات الحيوان، وتتراكم عليها نترات قادمة من النفايات المتخلفة عن إنتاج الغاز الحيوي.

وفي هذا الصدد، في جسم الإنسان يتحول النترات إلى نتريت وهي مادة تعتبر من مسببات أمراض السرطان. حيث أن النتريت يتحول في جسم الإنسان إلي نتروأمين الضارة لخلايا الجسم.

وفي السياق ذاته، حدود تركيز النترات في المياه يبلغ 50 مليجرام لكل لتر، وترى المجموعة المتخصصة بالإتحاد الأوروبي في ضرورة خفض ذلك الحد إلى مستوى 25 مليجرام / لتر.

الجيل الثاني من الوقود الحيوي

وعلى صعيد آخر، يتمثل الجيل الثاني من أنواع الوقود الحيوي بأنواع الوقود المصنّعة من أنواع مختلفة من الكتلة الحيوية. والكتلة الحيوية مصطلح واسع النطاق يشير لأي مصدر للكربون العضوي يتجدد بسرعة كجزء من دورة الكربون. تُستمد الكتلة الحيوية من مواد نباتية، لكنها يمكن أن تشمل كذلك موادًا حيوانية.

إضافةً إلى ذلك، في حين أن الجيل الأول من أنواع الوقود الحيوي مصنوع من أنواع السكر والزيوت النباتية الموجودة في المحاصيل الصالحة للزراعة، فإن الجيل الثاني من أنواع الوقود الحيوي مصنوع من الكتلة الحيوية الليغنوسليلوزية أو المحاصيل الخشبية أو المخلفات الزراعية أو فضلات المواد النباتية (من المحاصيل الغذائية التي أدت غرضها الغذائي فعليًا). بالتالي فإن المواد الخام المستعملة لتوليد الجيل الثاني إمّا تنمو على الأراضي الصالحة للزراعة لكنها مجرد منتجات ثانوية للحصاد الفعلي (المحاصيل الرئيسية) أو أنها تزرع على الأراضي التي لا يمكن استخدامها لزراعة المحاصيل الغذائية بشكل فعّال وفي بعض الحالات لا تُستعمل المياه الزائدة أو الأسمدة لها. تتضمن المواد الغذائية غير البشرية الخام للجيل الثاني الأعشاب واليطروفة ومحاصيل البذور الأخرى ومخلفات الزيت النباتي والنفايات الصلبة الحضرية وما إلى ذلك.

ومن ناحية أخرى، لهذه الأمر مزايا وعيوب على حدٍّ سواء. والميزة هنا هي أنه على النقيض من المحاصيل الغذائية العادية، لا تُستعمل الأراضي الصالحة للزراعة لإنتاج الوقود فحسب. العيب هو أنه على عكس المحاصيل الغذائية العادية، قد يكون من الصعب استخراج الوقود. فمثلًا، قد يستلزم الأمر سلسلة من المعالجات الفيزيائية والكيميائية لتحويل الكتلة الحيوية الليغنوسليلوزية إلى أنواع وقود سائلة مناسبة للنقل.