محصول الطاقة

محصول الطاقة هو نبات يزرع كمحصول منخفض التكلفة وقليل الصيانة يستخدم لصنع الوقود الحيوي ، مثل البيوإيثانول ، أو المحترق لمحتواه من الطاقة لتوليد الكهرباء أو الحرارة. يتم تصنيف محاصيل الطاقة عمومًا على أنها نباتات خشبية أو عشبية ؛ كثير من هذه الأخيرة هي الأعشاب من عائلة Graminaceae.

عادة ما تكون محاصيل الطاقة التجارية مزروعة بكثافة ، وأنواع المحاصيل ذات العائد المرتفع والتي يتم معالجتها إلى وقود حيوي ومحترق لتوليد الطاقة. وتستخدم على نطاق واسع المحاصيل الخشبية مثل الصفصاف أو الحور ، وكذلك الأعشاب المعتدلة مثل Miscanthus و Pennisetum purpureum (المعروفان كلاهما باسم عشب الفيل). إذا كان المطلوب هو محتوى الكربوهيدرات لإنتاج الغاز الحيوي ، يمكن إنتاج المحاصيل الكاملة مثل الذرة ، وعشب السودان ، والدخن ، والبرسيم الحلو الأبيض ، والعديد من الأنواع الأخرى في السيلاج ثم تحويلها إلى غاز حيوي.

من خلال التعديل الوراثي وتطبيق محطات التكنولوجيا الحيوية يمكن التلاعب بها لخلق غلات أكبر ، يمكن تحقيق غلات عالية الطاقة مع الأصناف الموجودة. ومع ذلك ، بعض المزايا الإضافية مثل انخفاض التكاليف المرتبطة (أي التكاليف أثناء عملية التصنيع) واستخدام أقل للمياه يمكن تحقيقه فقط باستخدام Genetically_modified_crops # الوقود الحيوي المحصول المعدل وراثيا.

تعريف وترسيم
محاصيل الطاقة هي محاصيل زراعية نمت مع الهدف الرئيسي لإنتاج الطاقة كمميز عن النباتات لإنتاج الغذاء ومحاصيل العلف والمحاصيل الصناعية. النباتات البرية ، ض. يستخدم B. كخشب الوقود بنشاط ، لا تحسب بين محاصيل الطاقة. غالبًا ما يتم تضمين النباتات الحرجية المزروعة في الأراضي الزراعية لاستخدام الطاقة (على سبيل المثال في مزارع دوران قصيرة). في جزء منه ، يتم استخدام محطات الطاقة فقط عند استخدام الطاقة في جميع أنحاء المصنع.

الحسم هو استخدام المصنع. لذا فإن الذرة على حد سواء مثل الذرة الحلوة للاستهلاك البشري وكذلك الذرة العلفية (ذرة الذرة) للأعلاف الحيوانية أو كذرة الذرة تزرع لإنتاج الغاز الحيوي. اعتمادا على اتجاه الاستخدام ، تختلف الأصناف وطرق الزراعة المستخدمة لمحاصيل الطاقة جزئيا عن تلك المستخدمة في الأغذية والأعلاف.

مجموعات النباتات والاستخدام
العديد من الأنواع النباتية مناسبة للاستخدام النشط. ومن بينها المحاصيل التقليدية للزراعة ، حيث يزرع بشكل جزئي الاستخدام الأمثل لأصناف الطاقة (مثل بذور اللفت ، والذرة) ، وكذلك المحاصيل التي لم تستخدم أو بالكاد صالحة للزراعة ، ولكن من جانب استخدام الطاقة مثيرة للاهتمام (على سبيل المثال ، Miscanthus ، Perennial Silphie ، Sida hermaphrodita). حتى الآن ، تركزت الزراعة على المحاصيل الزراعية المنتشرة على نطاق واسع. لقد بدأ للتو تربية أصناف جديدة واستخدام محاصيل جديدة. يسرد الجدول أدناه بعض الأنواع النباتية والمجموعات المزروعة في أوروبا الوسطى كمحاصيل طاقة. قد تتأثر محاصيل الطاقة ذات المساحات الكبيرة أو الإمكانات في مناطق أخرى. ا. فول الصويا ، زيت النخيل ، تطهير الجوز وقصب السكر.

يتم زراعة النباتات الخشبية سريعة النمو مثل الصفصاف والحور واللوبيا على المواقع الزراعية في وسط أوروبا من أجل تلبية الطلب المتزايد على الكتلة الحيوية الخشبية. وهذا يدل على أن المواقع الميدانية الرطبة خاصة مناسبة لزراعة الأشجار الصفراء والحور ، لأن نموها يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتوافر المياه. على سبيل المثال ، تظهر التقديرات المحتملة لألمانيا مواقع مواتية خاصة في الشمال الغربي (الطرق والنتائج ، مع البيانات والخرائط في المصادر). ومع ذلك ، عندما تنمو ، ينبغي ملاحظة أن استهلاك المياه المرتفع للنباتات يمكن أن يكون له تأثير سلبي على النظم الإيكولوجية المائية الضعيفة. ومع ذلك ، فإن الزراعة تقدم شكلاً بديلاً من الاستخدام للأراضي الزراعية المزدحمة.

محاصيل الطاقة في أوروبا الوسطى واستخدامها

تستخدم محاصيل الطاقة لإنتاج الحرارة والطاقة الكهربائية وكذلك الوقود الحيوي. يتم استخدام مجموعة متنوعة من مسارات الاستخدام ، خاصةً عملية التخمير أو إنتاج الغاز الحيوي في محطات الغاز الحيوي (تستخدم كطبقة تخمر) ، والاحتراق (يستخدم كوقود حيوي) وأشكال أخرى مختلفة للتحويل الكامل أو الجزئي للكتلة الحيوية (بما في ذلك الانحلال الحراري ، وإنتاج الوقود الحيوي التخليقي) زجاجة)). حاملات الطاقة هي إما الركيزة النباتية نفسها بعد التشتيت (مثل الوقود الصلب المنشأ في البيوت مثل الحطب ، الكريات) ، والضغط / الاستخراج أو المعالجة الإضافية (مثل الوقود السائل الحيوي المنشأ مثل وقود الزيت النباتي ، البيوإيثانول ، الديزل الحيوي ، BTL) أو الغازات الغنية بالطاقة الحصول عليها عن طريق تغويز الكتلة الحيوية (مثل غازات الوقود الحيوي المنشأ مثل الغاز الحيوي ، الغاز التخليقي ، الهيدروجين).
أنواع

من قبل الدولة

الكتلة الحيوية الصلبة
الطاقة الناتجة عن حرق النباتات التي تزرع لهذا الغرض ، غالبًا بعد تكوير المادة الجافة. تستخدم محاصيل الطاقة لتشغيل محطات الطاقة ، إما بمفردها أو بالاشتراك مع أنواع الوقود الأخرى. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدامها للحرارة أو إنتاج الحرارة والطاقة المشتركة (CHP).

ولتغطية الاحتياجات المتزايدة للكتلة الحيوية الخشبية ، تم تطبيق الكسب القصير للتناوب (SRC) على المواقع الزراعية. ضمن هذه النظم المحصّنة يتم زرع الأنواع الشجرية سريعة النمو مثل الصفصاف والحور في دورات نمو تتراوح بين ثلاث وخمس سنوات. تعتمد زراعة هذه الثقافات على ظروف التربة الرطبة ويمكن أن تكون بديلاً للحقول الرطبة. ومع ذلك ، لا يمكن استبعاد تأثير على ظروف المياه المحلية. وهذا يشير إلى أن المؤسسة يجب أن تستبعد المناطق المجاورة للنظم الإيكولوجية للأراضي الرطبة الضعيفة.

الكتلة الحيوية للغاز (الميثان)
يمكن أن تستكمل الهضم اللاهوائي أو محطات الغاز الحيوي بشكل مباشر بمحاصيل الطاقة بمجرد استنفادها في السيلاج. كان القطاع الأسرع نمواً في مجال الزراعة الحيوية الألمانية في منطقة “محاصيل الطاقة المتجددة” على مساحة 500،000 هكتار (1،200،000 فدان) من الأراضي (2006). كما يمكن زراعة محاصيل الطاقة لتعزيز إنتاجية الغاز حيث تكون المواد الأولية ذات محتوى منخفض من الطاقة ، مثل الأسمدة والحبوب المدللة. تشير التقديرات إلى أن إنتاجية الطاقة في الوقت الحاضر لمحاصيل الطاقة الحيوية التي يتم تحويلها عبر السيلاج إلى الميثان تبلغ حوالي 2 جيجاوات في الساعة / كم 2 (1.8 × 1010 وحدة حرارية بريطانية / متر مربع). يمكن للشركات الزراعية المختلطة الصغيرة مع الحيوانات استخدام جزء من المساحة الخاصة بها لزراعة وتحويل محاصيل الطاقة والحفاظ على متطلبات الطاقة للمزارع بأكملها مع حوالي خمس المساحة. غير أن هذا النمو السريع في أوروبا وخاصة ألمانيا لم يحدث إلا بدعم حكومي كبير ، كما هو الحال في نظام المكافأة الألماني للطاقة المتجددة. وقد تم تجاهل تطورات مماثلة لدمج إنتاج المحاصيل الزراعية وإنتاج الطاقة الحيوية عبر السيلاج-ميثان بالكامل في أمريكا الشمالية ، حيث طغت القضايا السياسية والهيكلية والضغط المستمر الكبير على إنتاج الطاقة بشكل مركزي على التطورات الإيجابية.

الكتلة الحيوية السائلة

وقود الديزل الحيوي
نما الإنتاج الأوروبي من وقود الديزل الحيوي من محاصيل الطاقة بشكل مطرد في العقد الماضي ، ويركز أساسا على بذور اللفت المستخدمة في النفط والطاقة. يغطي إنتاج النفط / الديزل الحيوي من الاغتصاب أكثر من 12000 كيلومتر مربع في ألمانيا وحدها ، وقد تضاعف خلال السنوات الخمس عشرة الماضية. قد تكون المحصول النموذجي للنفط كديزل حيوي خالص هو 100000 لتر / كم 2 (68،000 جالون أمريكي / متر مربع ؛ 57،000 طن / جالون مربع / ميل) أو أكثر ، مما يجعل محاصيل الديزل الحيوي جذابة اقتصاديًا ، بشرط وجود دورات زراعية مستدامة متوازنة مع المواد الغذائية والوقائية من انتشار المرض مثل clubroot. تكون عوائد الديزل الحيوي من فول الصويا أقل بكثير من الاغتصاب.

نفط نموذجي قابل للاستخراج بالوزن

الإيثانول
محاصيل الطاقة للبيوتانول هي الأعشاب. اثنين من المحاصيل غير الغذائية الرئيسية لإنتاج البيوإيثانول السليلوزية هي switchgrass و miscanthus العملاقة. كان هناك انشغال بالبيولثانول السليلوزي في أمريكا حيث أن البنية الزراعية الداعمة للبيوميتان غائبة في العديد من المناطق ، مع عدم وجود أرصدة أو نظام مكافأة. وبالتالي ، يتم تعليق الكثير من الأموال الخاصة وآمال المستثمرين على الابتكارات القابلة للتسويق والبراءة في تحلل الإنزيم وما شابه ذلك.

يشير البيوإيثانول أيضًا إلى تكنولوجيا استخدام الذرة (بذرة الذرة) أساسًا لجعل الإيثانول مباشرًا من خلال عملية التخمير ، وهي عملية يمكن أن تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة في ظل ظروف معينة في الحقل والعمليات ، مثل قيمة الطاقة التي ينتجها الإيثانول ، مستداما. إن التطورات الجديدة في تحويل رواسب الحبوب (المشار إليها باسم رواسب تقطير الحبوب أو DGS) في طاقة الغاز الحيوي تبدو واعدة كوسيلة لتحسين نسبة الطاقة السيئة لهذا النوع من عملية الإيثانول الحيوي.

من خلال التفاني
محاصيل الطاقة المخصصة هي محاصيل الطاقة غير الغذائية مثل miscanthus العملاقة ، والتبن ، والجاتروفا ، والفطريات ، والطحالب.تعد محاصيل الطاقة المخصصة مصادر واعدة للسليولوز يمكن إنتاجها على نحو مستدام في العديد من مناطق الولايات المتحدة.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام مخلفات النفايات الخضراء لمحاصيل الطاقة الغذائية وغير الغذائية لإنتاج أنواع مختلفة من الوقود الحيوي.

مدى الزراعة والتنمية
في ألمانيا تزرع محاصيل الطاقة على 2.28 مليون هكتار (اعتبارا من عام 2011). هذا يتوافق مع 19 ٪ من إجمالي الأراضي الصالحة للزراعة في ألمانيا. ومن بين هذه المناطق ، يخصص أكثر من مليون هكتار لزراعة بذور اللفت من وقود الديزل الحيوي ووقود الزيت النباتي ، وتنتج النباتات أكثر من 500000 هكتار لإنتاج الغاز الحيوي ، وأكثر من 250.000 هكتار تستخدم لزراعة نباتات السكر والنشا للبيوإيثانول.وزادت زراعة محاصيل الطاقة بشكل كبير في السنوات الأخيرة – ففي عام 1998 كان إجمالي المساحة المزروعة للموارد المتجددة (بما في ذلك الزراعة لاستخدام المواد) أقل من 500000 هكتار. ووفقاً للتقديرات الحالية ، تقدر وكالة الموارد المتجددة (FNR) المساحة المخصصة للمواد الخام المتجددة في ألمانيا في عام 2012 بنحو 2.5 مليون هكتار. وتزرع غالبية هذه ، 2.1 مليون هكتار ، باستخدام محاصيل الطاقة.ولا تزال أهم محاصيل الطاقة من بذور اللفت بالنسبة للوقود الحيوي وكذلك محاصيل الذرة والحبوب والأعشاب الأخرى لمصانع الغاز الحيوي.يتم استخدام الجزء الأصغر من المساحة للمواد الخام المتجددة ، والتي تستخدم لأغراض كيميائية فنية في الصناعة.

ترقية وظيفية
وقد تم حتى الآن دعم زراعة محاصيل الطاقة مالياً في إطار السياسة الزراعية المشتركة للاتحاد الأوروبي من خلال مدفوعات مباشرة (ما يسمى بقسمة محصول الطاقة). تم إلغاء هذا الترويج بحد أقصى 45 يورو / هكتار في عام 2010. وبموجب الإلزام الإجباري حتى عام 2007 ، لم يُسمح للمزارعين بزراعة أغذية أو إطعامهم على جزء من أرضهم الصالحة للزراعة وحصلوا على قسط من المال. ومع ذلك ، تم السماح لزراعة محاصيل الطاقة في هذه المناطق. يمنح المزارعون قسطاً من إنتاجية الطاقة فقط للأراضي غير المستغلة. من خلال إلغاء التجنيب الإلزامي وقيمة إنتاجية الطاقة ، فإن الترويج المباشر لزراعة محاصيل الطاقة يفقد أهميته.

تأثيرات بيئيه
باستخدام محاصيل الطاقة ، يمكن توفير مصادر الطاقة بطريقة سليمة بيئياً. إن تخفيض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2) للحد من تأثير الاحتباس الحراري هو عامل مهم. تجري مناقشة التأثير المناخي لزراعة واستخدام محاصيل الطاقة بشكل مثير للجدل. وبالإضافة إلى مدخرات ثاني أكسيد الكربون من خلال استخدام المواد الخام المتجددة ، تحتاج الميزانيات المناخية للزراعة الصالحة للزراعة أيضاً إلى حساب انبعاثات أكسيد النيتروز النيتروز ذات الصلة بالمناخ ، والتي تنشأ بصفة خاصة في المحاصيل الصالحة للزراعة المخصبة بالنيتروجين. يمكن أن يكون للزراعة واستخدام الأراضي تأثير كبير على التأثيرات المناخية لمحاصيل الطاقة: إزالة الغابات المطيرة ، زراعة الأراضي الخثية أو تغيير الأراضي العشبية لإنتاج محاصيل الطاقة تطلق كميات كبيرة من غازات الدفيئة.

اعتمد الاتحاد الأوروبي “توجيه الطاقة المتجددة” (EC) ، الذي سيطبق من يونيو 2009. من بين أمور أخرى ، فإنه يضع معايير الاستدامة لتعزيز الوقود الحيوي وإدراجها في أهداف الوقود الحيوي للاتحاد الأوروبي. تم تحويل معايير الاستدامة هذه إلى قانون ألماني مع قانون استدامة كهرباء الكتلة الحيوية (Biost-NachV ، سارٍ اعتبارًا من أغسطس 2009) وقانون استمرارية الوقود الحيوي (Biokraft-NachV ، سارٍ اعتبارًا من سبتمبر 2009).

يتمثل أحد أهداف أبحاث محاصيل الطاقة في تحسين إنتاجية الطاقة لكل مساحة باستخدام النباتات الكاملة وتحسين العمليات. بالإضافة إلى ذلك ، يجري التحقيق في طرق لتوسيع المنطقة القابلة للاستخدام ، على سبيل المثال. تربية طحالب المياه المالحة في المناطق الصحراوية أو زراعة نبات الزيت النباتي الجاتروفا.

ومع ذلك ، يمكن أيضًا استخدام المناطق اللازمة لزراعة محاصيل الطاقة لأغراض أخرى معقولة اقتصاديًا وإيكولوجيًا (مثل المواد الخام المتجددة للاستخدام المادي ، وتوسيع نطاق الزراعة). بالإضافة إلى ذلك ، لم تعد متوفرة للإنتاج الغذائي (المنافسة المنطقة). وبالنظر إلى النمو السكاني ، تناقش القضايا الأخلاقية في هذا السياق ، ولا سيما استخدام المواد الغذائية مثل الحبوب (مثل حرق الحبوب) موضع انتقاد (التنافس على الاستخدام).

غالبًا ما يتم استخدام زراعة محاصيل الطاقة كزراعة ذات كثافة عالية ، فيما يتعلق بالاسمدة واستخدام مبيدات الآفات ، مما قد يؤدي إلى ضرر بيئي. زراعة النباتات من مناطق المنشأ الأجنبية كمحاصيل الطاقة ينطوي على مخاطر ، على سبيل المثال. من خلال انتشار الخلايات.