Dorota
Wykorzystanie biomasy do produkcji energii jest odnawialnym źródłem energii, które jest coraz bardziej wykorzystywane każdego dnia. Biomasa może być wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej, ciepła i paliw transportowych. Jednak jej wpływ na środowisko naturalne jest poważnym problemem. W tym artykule dowiemy się, czym jest biomasa, jak jest pozyskiwana i jak jest wykorzystywana do produkcji energii.
Artykuł zrealizowany przy wsparciu serwisu kosztuje.pl
Rośliny spożywcze zbierane dla celów energetycznych
Wśród wielu nowych źródeł energii pojawiających się w lasach, rośliny spożywcze zbierane dla celów energetycznych (FHE) okazują się być jednym z najbardziej obiecujących sektorów produkcji biopaliw. Wykorzystując najlepsze dostępne nauki i technologie, FHE mogłyby w znacznym stopniu przyczynić się do zmniejszenia budżetu węglowego. W szczególności, stosunek masy roślinnej do paliwa mógłby wynosić nawet pięć do jednego. Transformacja technologiczna, w połączeniu z rosnącym popytem ze strony konsumentów, może sprawić, że FHE stanie się głównym graczem na arenie paliwowej. Ponadto, największa podaż FHE może zostać podzielona pomiędzy kraje regionu. Wynikające z tego wyzwania i możliwości byłyby dobrodziejstwem dla planistów rolnych, przemysłowych i miejskich.
Na przykład, najbardziej efektywny sposób produkcji biopaliwa z pozostałości rolniczych wymagałby zebrania mniej niż dwóch procent ziemi wykorzystywanej do konwencjonalnych praktyk rolniczych. W rzeczywistości CCC szacuje, że na wyczyn FHE można by przeznaczyć 708 000 hektarów. W skali praktycznej, taki wyczyn wymagałby znacznej przebudowy obecnych praktyk rolniczych. Na szczęście, zarówno rząd jak i sektor prywatny zajmują się tą sprawą. W związku z tym można oczekiwać, że nowy stosunek masy roślinnej do paliwa będzie rósł w przyszłości. Do tej pory jednak główną przeszkodą był brak projektu pilotażowego FHE na skalę przemysłową.
Zaawansowane (druga i trzecia generacja) biopaliwa
Zwiększenie produkcji biopaliw może prowadzić do zwiększonego zużycia wody, nawozów, pestycydów i żywności, co prowadzi do wzrostu globalnych emisji gazów cieplarnianych. Ponadto, zwiększona produkcja może spowodować zmiany w użytkowaniu gruntów, co może zmniejszyć różnorodność biologiczną i prowadzić do wylesiania.
Biopaliwa pierwszej generacji to konwencjonalne biopaliwa produkowane z surowców tradycyjnie wykorzystywanych jako żywność. Stwierdzono, że biopaliwa pierwszej generacji przyczyniają się do wzrostu cen żywności, a zatem mogą wpływać na bezpieczeństwo żywnościowe. Toczy się również debata na temat tego, czy biopaliwa pierwszej generacji mogą spełnić wymagania dyrektywy UE w sprawie odnawialnych źródeł energii.
Biopaliwa drugiej generacji są produkowane z surowców niespożywczych, takich jak pozostałości rolnicze i leśne. Biopaliwa drugiej generacji są mniej szkodliwe dla bioróżnorodności niż biopaliwa pierwszej generacji. Jednakże wskaźnik GWP (Greenhouse Gas Equivalent) biopaliw drugiej generacji różni się znacznie w poszczególnych badaniach. Kilka czynników przyczynia się do tych różnic. Należą do nich różnice metodologiczne, różnice w technologiach konwersji, różnice w wydajności surowców, różnice w metodach alokacji oraz kredyty energetyczne dla produktów ubocznych.
Wykorzystanie wody często nie jest uwzględniane w badaniach nad biopaliwami. Wynika to z faktu, że objętościowe zużycie wody nie jest wystarczające do oceny lokalnego wpływu na środowisko. Jednakże, jeśli uwzględni się cykl hydrologiczny, większość upraw rolnych będzie zużywać duże ilości wody.
Biopaliwa trzeciej generacji są również produkowane z surowców niespożywczych. Należą do nich czarny ług z przemysłu papierniczego, odpady komunalne oraz zrównoważona biomasa. Jednak biopaliwa trzeciej generacji są uważane za mniej opłacalne w obecnych warunkach gospodarczych. Ponadto, biopaliwa trzeciej generacji mają kilka wyzwań technologicznych.
Należą do nich zbiór alg i produkcja oleju bez obróbki wstępnej. Proces produkcji jest również kosztowny, ponieważ ścisła kontrola środowiska wymaga drogich urządzeń.
Węgiel organiczny w glebie
Kilka czynników wpływa na tempo rozkładu węgla organicznego w glebie (SOC). Należą do nich temperatura, kompleksowanie minerałów i aktywność mikroorganizmów. Zmiany w SOC są zazwyczaj niewielkie i niewykrywalne. Jednak staranne zarządzanie SOC częściowo łagodzi jego degradację.
Jednym z ważnych wpływów na SOC są zmiany klimatu. Ocieplenie klimatu spowoduje zmiany w reżimie opadów, co doprowadzi do zmian w zbiorowiskach roślinnych. Zmiany te będą miały głęboki wpływ na cykl SOC. Wynikające z tego zmiany wpłyną również na dostępność składników odżywczych.
Innym czynnikiem wpływającym na tempo rozkładu SOC jest ilość biomasy mikrobiologicznej C. Badania wykazały, że wzrost wysięków korzeniowych prowadzi do szybkiego wzrostu tempa rozkładu. Podobnie, zmniejszenie biomasy mikrobiologicznej C wiąże się ze spowolnieniem tempa rozkładu.
Oddziaływanie zbiorowisk mikroorganizmów i minerałów glebowych jest podstawowym regulatorem stabilizacji OM. Podstawowym mechanizmem jest sorpcja do powierzchni mineralnych. Uważa się, że okluzja agregatów mineralnych w SOC jest również mechanizmem stabilizacji SOC.
Jednak wykrycie zmian w czasie jest trudne ze względu na dużą zmienność przestrzenną zawartości SOC. Może to prowadzić do dużych niepewności. Z tego powodu w przyszłych badaniach konieczne będą pomiary zawartości SOC w głębszych glebach i korzeniach. Pozwoli to badaczom ocenić mechanizmy regulujące stabilizację SOC. Jest prawdopodobne, że przyszłe badania odkryją kilka ścieżek.
Kolejnym zagadnieniem jest związek między działalnością człowieka a utratą węgla organicznego w glebie. Zmiany te obejmują wylesianie, degradację lasów i zmiany w praktykach zarządzania gruntami. Zmiany te mogą prowadzić do uwalniania węgla do atmosfery. Oczekuje się, że niektóre z tych skutków będą poważniejsze na północnych szerokościach geograficznych. Inne oddziaływania obejmują pośrednie skutki dzikich pożarów.
Składowanie węgla w biomasie
Wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla uwarunkowane biologicznie (BECCS) jest procesem opartym na energii, który może usuwać dwutlenek węgla z atmosfery dzięki zastosowaniu dwóch technologii. W szczególności, biomasa jest zbierana, a dwutlenek węgla jest wstrzykiwany do porowatych skał w celu długoterminowego przechowywania.
Wykorzystanie biomasy jako surowca do CCS wiąże się z pewnymi potencjalnymi wyzwaniami. Po pierwsze, surowce z biomasy są różne na całym świecie. Co więcej, różne źródła biomasy mają różną produktywność. Ta zmienność wydajności ma istotne implikacje dla kosztów dostaw biomasy.
Biomasa może pochodzić z produktów ubocznych rolnictwa, miejskich stałych odpadów organicznych lub drewna. Niektóre rodzaje produktów drzewnych mają wysokie zdolności magazynowania węgla i zatrzymują go przez długi czas. Inne zatrzymują węgiel przez krótsze okresy czasu.
W porównaniu z innymi materiałami, biomasa zapewnia niższy profil emisji. Ponadto, biomasa może służyć jako zamiennik węgla w konwencjonalnych elektrowniach węglowych. Jednak emisja dwutlenku węgla związana ze spalaniem biomasy i biopaliw powoduje lokalne zanieczyszczenie powietrza.
Wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla w biomasie jest ważnym elementem rozwiązania problemu zmian klimatu. Chociaż biomasa ma potencjał, aby pomóc w redukcji atmosferycznego dwutlenku węgla, ważne jest, aby zapewnić, że systemy energetyczne z biomasy są zaprojektowane tak, aby niezawodnie wychwytywać węgiel w długim okresie czasu. Ponadto, konwersja biomasy na energię elektryczną musi być wydajna, opłacalna i zrównoważona.
Wykorzystanie biomasy do produkcji energii jest pozytywną strategią. W rzeczywistości, wytwarzanie energii elektrycznej z biomasy jest już komercyjnie stosowane na całym świecie. Jednak sprawność elektrowni na biomasę jest niska, co zwiększa koszty surowców biomasowych. Ponadto, niska sprawność elektrowni na biomasę zwiększa koszty inwestycyjne konwersji biomasy na energię elektryczną. Aby sprostać tym wyzwaniom, naukowcy badają nowe ścieżki usuwania węgla z atmosfery.
Parytetowe czasy dla biomasy w porównaniu z innymi alternatywami
Różne procesy i technologie zrodziły przemysł biomasowy. Oprócz powszechnie znanych firm, istnieje wiele małych i średnich przedsiębiorstw, które wykorzystują biomasę do produkcji swoich wyrobów. Podczas gdy większość z nich polega na najnowszych i największych w technologii pelet, inni nadal majstrować z prób i prawdy.
Chociaż istnieje wiele badań porównujących technologię peletową z paliwami kopalnymi, niewiele z nich analizowało wpływ użytkowników biomasy na emisję gazów cieplarnianych w przeliczeniu na mieszkańca. Niewiele jest też opracowań analizujących rolę, jaką biomasa odgrywa w brytyjskim sektorze elektroenergetycznym. Najlepiej skompilowane punkty danych są dostępne z brytyjskiej sieci krajowej. Stanowi to użyteczny punkt odniesienia dla określenia wydajności technologii peletowej w Wielkiej Brytanii.
Główną wadą jest brak porównywalnych badań w szerszej skali europejskiej. Podczas gdy przemysł biomasowy w Wielkiej Brytanii jest dobrze obsługiwany przez sieć krajową, istnieje wiele obszarów z niewielkimi lub żadnymi wytycznymi politycznymi. Pozostawia to młyny peletowe z niezbadanym potencjałem i pytaniami bez odpowiedzi. Na przykład, jaki jest udział surowca do produkcji peletów pochodzącego z lasów przemysłowych? Jeśli rząd mógłby zapewnić pewne wskazówki, technologia peletowa mogłaby być siłą napędową dla dobra. Istnieje również wiele przeszkód technologicznych do pokonania, w tym konieczność opracowania polityki krajowej, krajowej bazy danych o surowcach z biomasy oraz niezbędnej infrastruktury, aby dopasować podaż i popyt. Wyzwania te muszą zostać podjęte, choćby po to, by zapewnić wszystkim dobrze prosperującą, zrównoważoną środowiskowo przyszłość. Mając to na uwadze, przeszukaliśmy eter w poszukiwaniu najlepszych i najbardziej istotnych badań i porównaliśmy wyniki.