Cultivo energético

Un cultivo energético es una planta que se cultiva como una cosecha de bajo costo y bajo mantenimiento que se usa para producir biocombustibles, como el bioetanol, o que se quema por su contenido de energía para generar electricidad o calor. Los cultivos energéticos se clasifican generalmente como plantas leñosas o herbáceas; Muchas de estas últimas son gramíneas de la familia Graminaceae.

Los cultivos energéticos comerciales suelen ser especies de cultivos densamente sembrados y de alto rendimiento que se procesan para producir combustible biológico y se queman para generar energía. Los cultivos leñosos, como el sauce o el álamo, se utilizan ampliamente, así como los pastos templados como Miscanthus y Pennisetum purpureum (ambos conocidos como pasto elefante). Si se desea el contenido de carbohidratos para la producción de biogás, cultivos completos como el maíz, la hierba de Sudán, el mijo, el trébol blanco dulce y muchos otros pueden convertirse en ensilaje y luego convertirse en biogás.

Mediante la modificación genética y la aplicación de la biotecnología, las plantas se pueden manipular para crear mayores rendimientos, también se pueden obtener altos rendimientos energéticos con los cultivares existentes. Sin embargo, algunas ventajas adicionales, como los costos asociados reducidos (es decir, los costos durante el proceso de fabricación) y un menor uso de agua solo se puede lograr usando cultivos genéticamente modificados # Cultivos genéticamente modificados con biocombustibles.

Definición y demarcación.
Los cultivos energéticos son cultivos agrícolas con el objetivo principal de producir energía a diferencia de las plantas para la producción de alimentos, cultivos forrajeros y cultivos industriales.Plantas silvestres, la z. B. Se utilizan energéticamente como combustible de madera, no se cuentan entre los cultivos energéticos. Las plantas forestales que se cultivan en tierras agrícolas para uso energético (por ejemplo, en plantaciones de rotación corta) suelen incluirse. En parte, las plantas de energía solo se hablan cuando la energía se utiliza en toda la planta.

Decisivo es el uso de la planta. Por lo tanto, el maíz, tanto como maíz dulce para consumo humano, como el maíz para forraje (pienso de maíz) para alimentación animal o como maíz energético, se cultiva para la producción de biogás. Dependiendo de la dirección de uso, las variedades y los métodos de cultivo utilizados para los cultivos energéticos difieren en parte de los utilizados para alimentos y piensos.

Grupos de plantas y uso.
Numerosas especies de plantas son adecuadas para uso energético. Entre ellos se encuentran los cultivos tradicionales de la agricultura, ya que los cultivos parcialmente optimizados para el uso de energía se cultivan (p. Ej., Colza, maíz), así como los cultivos que no se han utilizado o apenas son cultivables, pero desde el punto de vista del uso de energía son interesantes. (por ejemplo, Miscanthus, Perennial Silphie, Sida hermaphrodita). Hasta ahora, el cultivo se ha concentrado en cultivos herbáceos ya generalizados. La cría de nuevas variedades y el uso de nuevos cultivos apenas están comenzando. La siguiente tabla enumera algunas especies y grupos de plantas cultivadas en Europa Central como cultivos energéticos. Los cultivos energéticos con superficie significativa o potencial en otras regiones pueden verse afectados. a. Soja, palma aceitera, purga de nuez y caña de azúcar.

Cada vez más, las plantas leñosas de rápido crecimiento, como los sauces, los álamos y la robinia, se cultivan en sitios agrícolas en Europa Central para satisfacer la creciente demanda de biomasa leñosa. Esto demuestra que las ubicaciones de campo especialmente húmedas son adecuadas para el cultivo de sauces y álamos, ya que su crecimiento está fuertemente vinculado a la disponibilidad de agua. Por ejemplo, las estimaciones potenciales para Alemania muestran ubicaciones favorables especiales en el noroeste (métodos y resultados, con datos y mapas en las fuentes). Sin embargo, al crecer, se debe tener en cuenta que el alto consumo de agua de las plantas también puede tener un impacto negativo en los ecosistemas acuáticos vulnerables. Sin embargo, el cultivo ofrece una forma alternativa de uso para las tierras de cultivo abarrotadas.

Cultivos energéticos en Europa central y su uso.

materia prima método producto Planta (fruto)
Partes de azúcar y plantas almidonadas. Fermentación (fermentación de etanol) combustible biogenico liquido
(bioetanol, aditivos para combustibles)
Remolacha azucarera
grano de maíz, grano de maíz
partes de la planta aceitosa Prensado / extracción,
(transesterificación)
combustible biogenico liquido
(combustible de aceite vegetal, biodiesel)
Colza, semillas de girasol
combustibles biogenicos sólidos
(planta entera o parcial, pieza de madera, astillas, pellets)
combustión Calor y electricidad a partir de combustibles sólidos biogénicos. Arboles, pastos, cereales (grano),
Miscanthus
biomasa fermentable
(sustrato: planta entera o parcial, residuos orgánicos)
Fermentación (degradación anaeróbica con formación de metano) Calor y electricidad a partir de biomasa.
gas combustible biogénico (biometano)
Maíz, Granos, Cereales,
remolacha azucarera

Los cultivos energéticos se utilizan para la producción de calor y energía eléctrica, así como biocombustibles. Se utilizan diversas rutas de uso, especialmente la fermentación o la producción de biogás en plantas de biogás (uso como sustrato de fermentación), combustión (uso como biocombustible) y varias otras formas de conversión completa o parcial de la biomasa (incluida la pirólisis, la producción de biocombustibles sintéticos ( BtL)). Los transportadores de energía son el sustrato de la planta después de la trituración (por ejemplo, combustibles sólidos biogénicos como leña, Pellets), prensado / extracción o procesamiento adicional (por ejemplo, combustibles líquidos biogénicos como combustible de aceite vegetal, bioetanol, biodiesel, BTL) o gases ricos en energía obtenido por gasificación de la biomasa (por ejemplo, gases combustibles biogénicos como biogás, gas de síntesis, hidrógeno).
Los tipos

Por estado

Biomasa sólida
Energía generada por la quema de plantas cultivadas para este propósito, a menudo después de que la materia seca se peletiza. Los cultivos energéticos se utilizan para el encendido de centrales eléctricas, ya sea solo o de forma conjunta con otros combustibles. Alternativamente, pueden usarse para producción de calor o energía combinada de calor (CHP).

Para cubrir los crecientes requisitos de la biomasa leñosa, se aplicaron coppice de rotación corta (SRC) a los sitios agrícolas. Dentro de estos sistemas de cultivo, las especies de árboles de rápido crecimiento como los sauces y los álamos se siembran en ciclos de crecimiento de tres a cinco años. El cultivo de estos cultivos depende de las condiciones del suelo húmedo y podría ser una alternativa para las condiciones de campo húmedo. Sin embargo, no se pudo excluir una influencia en las condiciones locales del agua. Esto indica que un establecimiento debe excluir la proximidad a los ecosistemas de humedales vulnerables.

Biomasa de gas (metano)
Los digestores anaeróbicos o las plantas de biogás se pueden complementar directamente con cultivos energéticos una vez que se han ensilado en ensilaje. El sector de biocultivo alemán de más rápido crecimiento ha estado en el área de “Cultivos de energía renovable” en casi 500,000 ha (1,200,000 acres) de tierra (2006). Los cultivos energéticos también se pueden cultivar para aumentar los rendimientos de gas donde las materias primas tienen un bajo contenido energético, como estiércol y grano en mal estado. Se estima que el rendimiento energético actual de los cultivos bioenergéticos convertidos a través de ensilaje en metano es de aproximadamente 2 GWh / km2 (1.8 × 1010 BTU / milla cuadrada). Las pequeñas empresas de cultivos mixtos con animales pueden usar una parte de su superficie cultivada y convertir cultivos energéticos y satisfacer los requisitos energéticos de las granjas con aproximadamente una quinta parte de la superficie cultivada. Sin embargo, en Europa y especialmente en Alemania, este rápido crecimiento se ha producido solo con un apoyo sustancial del gobierno, como en el sistema de bonificación alemán para energía renovable. Desarrollos similares de integración de cultivos agrícolas y producción de bioenergía a través de metilo de ensilaje se han pasado casi por alto en América del Norte, donde los problemas políticos y estructurales y un gran esfuerzo continuo para centralizar la producción de energía han eclipsado los desarrollos positivos.

Biomasa liquida

Biodiesel
La producción europea de biodiesel a partir de cultivos energéticos ha crecido de manera constante en la última década, principalmente centrada en la colza utilizada para el petróleo y la energía. La producción de petróleo / biodiesel a partir de colza cubre más de 12,000 km² solo en Alemania, y se ha duplicado en los últimos 15 años. El rendimiento típico de aceite como biodiesel puro puede ser de 100,000 L / km2 (68,000 US gal / sq mi; 57,000 imp gal / sq mi) o más, lo que hace que los cultivos de biodiesel sean económicamente atractivos, siempre que existan rotaciones sostenibles de cultivos que sean equilibradas en nutrientes y sean preventivas. de la propagación de enfermedades como el clubroot. El rendimiento de biodiesel de la soja es significativamente menor que el de la violación.

Aceite típico extraíble por peso

Cultivo Petróleo %
copra 62
semilla de castor 50
sésamo 50
grano de cacahuete 42
jatrofa 40
colza 37
de almendra de palma 36
semilla de mostaza 35
girasol 32
fruto de la palma 20
haba de soja 14
semilla de algodon 13

Bioetanol
Los cultivos energéticos para el biobutanol son gramíneas. Dos de los principales cultivos no alimentarios para la producción de bioetanol celulósico son la hierba de césped y el miscanthus gigante. Ha habido una preocupación por el bioetanol celulósico en América, ya que la estructura agrícola que soporta el biometano está ausente en muchas regiones, sin créditos ni sistemas de bonificación. En consecuencia, una gran cantidad de dinero privado y la esperanza de los inversores están siendo puestas en innovaciones comercializables y patentables en la hidrólisis de enzimas y similares.

El bioetanol también se refiere a la tecnología de usar principalmente maíz (semilla de maíz) para producir etanol directamente a través de la fermentación, un proceso que bajo ciertas condiciones de campo y proceso puede consumir tanta energía como el valor energético del etanol que produce, por lo que no es sostenible. Los nuevos desarrollos en la conversión de vetas de grano (denominadas destiladores de grano o DGS) en energía de biogás parecen prometedores como un medio para mejorar la pobre relación energética de este tipo de proceso de bioetanol.

Por dedicacion
Los cultivos energéticos dedicados son cultivos energéticos no alimentarios como los miscanthus, switchgrass, jatropha, hongos y algas. Los cultivos energéticos dedicados son fuentes prometedoras de celulosa que pueden producirse de manera sostenible en muchas regiones de los Estados Unidos.

Además, los subproductos de residuos verdes de alimentos y cultivos energéticos no alimentarios pueden utilizarse para producir varios biocombustibles.

Extensión y desarrollo del cultivo.
En Alemania, los cultivos energéticos se cultivan en 2,28 millones de hectáreas (a partir de 2011).Esto corresponde al 19% del total de tierras cultivables en Alemania. De estas, más de un millón de hectáreas se dedican al cultivo de colza para biodiesel y aceite vegetal, las plantas producen más de 500,000 hectáreas para la producción de biogás y más de 250,000 hectáreas se utilizan para cultivar plantas de azúcar y almidón para bioetanol. El cultivo de cultivos energéticos ha aumentado dramáticamente en los últimos años: en 1998, el área total cultivada para recursos renovables en total (incluido el cultivo para uso de materiales) fue inferior a 500,000 ha. Según las estimaciones actuales, la Agencia de Recursos Renovables (FNR) estima que la superficie cultivada para materias primas renovables en Alemania en 2012 es de alrededor de 2,5 millones de hectáreas. La mayoría de estos, 2.1 millones de hectáreas, se cultivan utilizando cultivos energéticos. Los cultivos energéticos más importantes siguen siendo la colza para biocombustibles, así como el maíz, otros cereales y pastos para plantas de biogás. La parte más pequeña de la superficie se utiliza para materias primas renovables, que se utilizan con fines químicos-técnicos en la industria.

Promoción
El cultivo de cultivos energéticos ha sido hasta ahora apoyado financieramente bajo la Política Agrícola Común de la Unión Europea con pagos directos (la llamada prima de cultivos energéticos).Esta promoción de un máximo de 45 € / ha fue abolida en 2010. En virtud de la retirada obligatoria hasta 2007, los agricultores no podían cultivar alimentos o piensos en parte de sus tierras cultivables y se les concedió una prima de retirada. Sin embargo, se permitió el cultivo de cultivos energéticos en estas áreas. Solo se concede una prima de cultivos energéticos a los agricultores por tierras no desmanteladas. Al abolir la reserva obligatoria y la prima de los cultivos energéticos, la promoción directa de los cultivos energéticos está perdiendo importancia.

Efectos ambientales
Al utilizar cultivos energéticos, las fuentes de energía pueden proporcionarse de una manera ambientalmente racional. La reducción de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) para reducir el efecto invernadero es un factor importante. El impacto climático del cultivo y uso de cultivos energéticos se está discutiendo de manera controversial. Además del ahorro de CO2 mediante el uso de materias primas renovables, los balances climáticos de la agricultura arable también deben calcular las emisiones de óxido nitroso N2O relacionadas con el clima, que surgen especialmente en los cultivos herbáceos fertilizados con nitrógeno. El cultivo y el uso de la tierra también pueden tener un gran impacto en el impacto climático de los cultivos energéticos: la tala de bosques lluviosos, el cultivo de turberas o el cambio de pastizales para producir cultivos energéticos liberan grandes cantidades de gases de efecto invernadero.

La Unión Europea ha adoptado la Directiva de Energía Renovable (CE), que se aplicará a partir de junio de 2009. Entre otras cosas, establece criterios de sostenibilidad para la promoción de los biocombustibles y su inclusión en los objetivos de la UE en materia de biocombustibles. Estos criterios de sostenibilidad se incorporaron a la ley alemana con la Ordenanza de Sostenibilidad de la Electricidad de Biomasa (Biost-NachV, vigente desde agosto de 2009) y la Ordenanza de Sostenibilidad de Biocombustibles (Biokraft-NachV, vigente desde septiembre de 2009).

Uno de los objetivos de la investigación de cultivos energéticos es mejorar el rendimiento energético por superficie mediante el uso de plantas enteras y procesos de optimización. Además, se están investigando métodos para expandir el área utilizable, por ejemplo. Cría de algas de agua salada en áreas desérticas o cultivo de la frugal planta de aceite Jatropha.

Sin embargo, las áreas necesarias para el cultivo de cultivos energéticos también podrían usarse para otros fines económicos y ecológicos (por ejemplo, materias primas renovables para uso de materiales, extensificación de la agricultura). Además, ya no están disponibles para la producción de alimentos (competencia de área). En vista del crecimiento de la población, las cuestiones éticas se discuten en este contexto, en particular se critica el uso de productos alimenticios como los cereales (por ejemplo, la quema de granos) (competencia por el uso).

El cultivo de cultivos energéticos a menudo se opera como una agricultura de alta intensidad, con respecto al uso de fertilizantes y pesticidas, que puede conducir a daños ecológicos. El cultivo de plantas de regiones extranjeras de origen como cultivos energéticos conlleva riesgos, por ejemplo.Por la propagación de los neófitos.