エネルギー作物は、バイオエタノールなどのバイオ燃料を製造するために使用される低コストでメンテナンスの少ない収穫として栽培された植物であるか、またはそのエネルギー含量が電気または熱を発生するために燃焼される植物である。 エネルギー作物は、一般に、木質または草本植物として分類される。 後者の多くは、グラミナセア科の草である。
商業エネルギー作物は、典型的には密集して植え付けられた高収量の作物種であり、バイオ燃料に加工されて燃焼して発電する。 柳やポプラなどのウシの作物は、MiscanthusやPennisetum purpureum(どちらも象の草として知られている)などの温帯の草と同様に広く利用されています。 バイオガスの生産に炭水化物含量が望まれるならば、トウモロコシ、スーダングラス、キビ、ホワイトスイートクローバーなどの全作物をサイレージにしてからバイオガスに変換することができます。
バイオテクノロジーの植物の遺伝子改変と応用は、より高い収量を生み出すために操作することができるが、既存の品種でも高いエネルギー収量を実現することができる。しかし、付随コストの低減(すなわち、製造プロセス中のコスト) Genetically_modified_crops#Biofuel遺伝子組み換え作物を使用することによってのみ達成できます。
定義と境界
エネルギー作物は、食糧生産、飼料作物および工業作物用の植物とは異なるエネルギーを生産することを主な目的として栽培された農作物です。 野生の植物、z。 B.エネルギー木材としてエネルギー的に使用され、エネルギー作物には含まれない。 エネルギー使用のために農地で栽培された森林植物(例えば、短期栽培プランテーション)が通常含まれる。 部分的には、エネルギープラントは、プラント全体でエネルギーが使用されるときにのみ話されます。
決定的なのは植物の使用です。 トウモロコシは、飼料用トウモロコシ(トウモロコシサイレージ)や動物飼料用、トウモロコシサイクリング用のトウモロコシと同様に、バイオガス生産のために栽培されています。 使用方法によっては、エネルギー作物に使用される品種と栽培方法は、食物や飼料に使用されるものと部分的に異なります。
植物グループと用途
たくさんの植物種が精力的な使用に適しています。 その中には、農業の伝統的な農作物の両方があります。部分的には栽培されている品種(例えば、菜種、トウモロコシ)、使用されていないか、ほとんど耕作できない作物がありますが、エネルギー使用の観点からは面白いです(例えば、Miscanthus、Perennial Silphie、Sida hermaphrodita)。 これまでのところ、栽培は既に広く耕作可能な作物に集中していた。 新しい品種の繁殖と新しい作物の使用が始まったばかりです。 下の表は、中部ヨーロッパで栽培されているいくつかの植物種およびグループをエネルギー作物としてリストしています。 他の地域で著しい面積または可能性のあるエネルギー作物が影響を受ける可能性があります。 a。 大豆、オイルパーム、パージナッツ、サトウキビ。
ウッディバイオマスの需要の増加に対応するため、中欧の農場では、柳、ポプラ、ロビニアなどの急速に成長する木質植物がますます栽培されています。 これは、特に湿った畑の位置が、成長の柳やポプラに適していることを示しています。その成長は水の利用可能性と強く結びついています。例えば、ドイツの潜在的な見積もりは、北西部の特別な好立地を示している(方法と結果、出所のデータと地図がある)。 しかし、成長する際には、植物の水使用量が高いことも、脆弱な水生生態系に悪影響を及ぼすことがあることに留意すべきである。 それにもかかわらず、栽培は混雑した農地に代替的な使用形態を提供する。
中欧のエネルギー作物とその利用
原材料 | 方法 | 製品 | 植物(フルーツ) |
---|---|---|---|
砂糖および澱粉質の植物部分 | 発酵(エタノール発酵) | 生物起源液体燃料 (バイオエタノール、燃料添加剤) | サトウダイコン、ジャガイモ、 コーングレイン、トウモロコシ |
油性植物部分 | プレス/抽出、 (エステル交換) | 生物起源液体燃料 (植物油燃料、バイオディーゼル燃料) | 菜種、ヒマワリの種 |
生物起源固体燃料 (全植物または部分植物、木片、木片、ペレット) | 燃焼 | 生物起源の固体燃料からの熱と電気 | 木、草、穀物(穀物)、 ミスカンサス |
発酵可能なバイオマス (基材:植物全体または一部、有機廃棄物) | 発酵(メタン生成による嫌気性分解) | バイオマスからの熱と電気、 生物起源の燃料ガス(バイオメタン) | トウモロコシ、穀類、穀類、 テンサイ |
エネルギー作物は、熱および電気エネルギーならびにバイオ燃料の生産に使用される。 バイオガスプラント(発酵基質としての使用)、燃焼(バイオ燃料としての使用)およびバイオマスの完全または部分的変換の様々な他の形態(熱分解、合成バイオ燃料の製造BtL))。 エネルギーキャリアは、粉砕後の植物基材自体(例えば、薪、ペレットなどの生物起源の固体燃料)、加圧/抽出またはさらなる処理(例えば、植物油燃料、バイオエタノール、バイオディーゼル、BTLなどの生物起源の液体燃料)バイオマス(例えば、バイオガス、合成ガス、水素などの生体燃料ガス)のガス化によって得られる。
タイプ
州別
固体バイオマス
その目的のために栽培された植物を焼くことによって生成されたエネルギー。乾燥した物質がしばしばペレット化された後。 エネルギー作物は、単独でまたは他の燃料と共同して発電所を点火するために使用される。 代替的に、それらは、熱または熱および電力(CHP)を組み合わせた生産に使用することができる。
木質バイオマスの増加する要求をカバーするために、短回転穂(SRC)を農地に適用した。 この栽培システム内では、3〜5年の成長サイクルで、柳やポプラのような急速に成長する樹種が植え付けられます。 この培養物の栽培は湿潤土壌条件に依存し、湿った畑のための代替物となり得る。 しかし、地方の水環境への影響を排除することはできなかった。 これは、施設が脆弱な湿地生態系にその周辺を除外すべきであることを示している。
ガスバイオマス(メタン)
嫌気性消化装置またはバイオガスプラントは、一旦サイレージに集められると、エネルギー作物を直接補充することができる。 ドイツのバイオファーミング分野で最も急速に成長している部門は、2006年に約50万ha(1,200,000エーカー)の土地で「再生可能エネルギー作物」の分野に入っています。 エネルギー作物はまた、肥料や腐敗した穀物など、エネルギー原料が少ない原料ではガス収量を高めるために栽培することもできます。 サイレージを介してメタンに転換されたバイオエネルギー作物の現在のエネルギー収量は、約2GWh / km2(1.8×1010BTU / sq mi)であると推定される。 小規模の混合作物を扱う企業は、面積の一部を使用してエネルギー作物を栽培し、変換し、農家のエネルギー需要全体を約5分の1に抑えることができます。 しかし、ヨーロッパや特にドイツでは、ドイツの再生可能エネルギーのボーナス制度のように、この急速な成長は政府の支援だけで発生しています。 サイエンス・メタンによる作物栽培とバイオエネルギー生産を統合した同様の開発は、政治的、構造的問題とエネルギー生産を集中的に推進する巨大な推進が積極的な展開を覆していた北米ではほとんど見過ごされている。
液体バイオマス
バイオディーゼル
過去10年間で、エネルギー作物からのバイオディーゼルの欧州生産は、主に石油とエネルギーに使用される菜種に焦点を当てました。 強姦による石油/バイオディーゼルの生産は、ドイツだけで12,000km²を超え、過去15年間で倍増しています。 純粋なバイオディーゼル油の典型的な収量は、栄養バランスのとれた予防的な持続可能な作物の回転があれば、バイオディーゼル作物を経済的に魅力的にする100,000L / km2(68,000 US gal / sq mi; 57,000 imp gal / sq mi)根こぶ病などの病気の広がり 大豆のバイオディーゼル収量は、レイプよりもかなり低い。
重量で抽出できる典型的な油
作物 | 油 % |
---|---|
コプラ | 62 |
ヒマ種子 | 50 |
ごま | 50 |
グラウンドナットカーネル | 42 |
ジャトロファ | 40 |
菜種 | 37 |
パームカーネル | 36 |
マスタード種 | 35 |
ヒマワリ | 32 |
ヤシの果実 | 20 |
大豆 | 14 |
綿実 | 13 |
バイオエタノール
バイオブタノールのエネルギー作物は草である。 セルロースバイオエタノールの生産のための2つの主要な非食糧作物は、スイッチグラスと巨大なミスクサスである。 バイオメタンを支持する農業構造は、クレジットやボーナス制度がなく、多くの地域で欠けているため、米国ではセルロース系バイオエタノールに心が奪われています。 その結果、プライベートマネーと投資家の希望の多くは、酵素加水分解などの市場性のある特許可能な技術革新に固執しています。
バイオエタノールはまた、発酵によって直接エタノールを製造するために主にトウモロコシ(トウモロコシ種子)を使用する技術を指し、特定の分野およびプロセス条件下では、生成するエタノールのエネルギー値と同じエネルギーを消費することができ、持続可能な この種のバイオエタノールプロセスの貧弱なエネルギー比を改善する手段として有望視されている(蒸留器の穀物残渣またはDGSと呼ばれる)穀物残渣をバイオガスエネルギーに変換する新しい開発が有望視されている。
献身的に
専用エネルギー作物は、巨大な雑穀、スイッチグラス、ジャトロファ、真菌、および藻類などの非食品エネルギー作物である。 専用エネルギー作物は、米国の多くの地域で持続可能な生産が可能な有望なセルロース源です。
さらに、食品および非食品エネルギー作物の緑色廃棄物副生成物を用いて、様々なバイオ燃料を生産することができる。
栽培範囲と開発
ドイツでは、エネルギー作物は228万ヘクタール(2011年現在)に栽培されています。 これは、ドイツの耕地全体の19%に相当します。 このうち、100万ヘクタール以上がバイオディーゼルおよび植物油燃料の菜種の栽培に、50万ヘクタール以上はバイオガスの生産に、25万ヘクタール以上はバイオエタノールの砂糖および澱粉植物の栽培にそれぞれ使用されています。 近年、エネルギー作物の栽培は劇的に増加しています。1998年には、再生可能資源の栽培面積(材料使用の栽培を含む)は50万ヘクタール未満でした。 現在の見積もりによると、再生可能エネルギー機関(FNR)は2012年にドイツの再生可能原材料の面積を約250万ヘクタールと推定している。 これらの大部分は210万ヘクタールで、エネルギー作物を使って栽培されています。 最も重要なエネルギー作物は、バイオ燃料用の菜種、ならびにトウモロコシ、他の穀物およびバイオガスプラント用の草である。 面積の小さい部分は、再生可能な原材料に使用され、業界では化学技術目的で使用されています。
昇進
エネルギー作物の栽培は、これまで欧州連合(EU)の共通農業政策の下で、直接支払い(いわゆるエネルギー作物プレミアム)を経て財政的に支援されてきた。 この最大45ユーロ/ haの奨励は2010年に廃止された。2007年までの強制措置の下では、農家は耕地の一部で飼料や飼料を飼育することが許されず、一定のプレミアムプレミアムが付与された。 しかし、これらの地域でのエネルギー作物栽培は許可されていた。 エネルギー作物のプレミアムは、廃棄されていない土地の農家にのみ与えられる。 義務とエネルギー作物のプレミアムを廃止することによって、エネルギー作物栽培の直接的な促進は重要視されていない。
環境への影響
エネルギー作物を使用することによって、環境にやさしい方法でエネルギー源を提供することができます。 温室効果を減らすための二酸化炭素排出量(CO2)の削減は重要な要素です。 エネルギー作物の栽培と利用の気候への影響は議論の的になっている。 耕作可能な農業の気候バランスシートは、再生可能な原材料の使用によるCO2節約に加えて、窒素肥沃農作物で特に発生する亜酸化窒素N2Oの気候関連排出を計算する必要もある。 栽培と土地利用は、熱帯雨林の浄化、泥炭地の耕作、草地のエネルギー作物生産への転換などにより、大量の温室効果ガスを放出するエネルギー作物の気候への影響にも大きな影響を与える可能性があります。
欧州連合(EU)は、2009年6月から適用される再生可能エネルギー指令(EC)を採択しました。とりわけ、バイオ燃料の推進とEUバイオ燃料目標へのその持続可能性基準を設定しています。 これらの持続可能性基準は、バイオマス電力サステイナビリティ条例(Biost-NachV、2009年8月から有効)とバイオ燃料持続可能性条例(Biokraft-NachV、2009年9月から有効)を用いてドイツの法律に置き換えられました。
エネルギー作物研究の1つの目標は、植物全体を使用し、プロセスを最適化することによって、面積あたりのエネルギー収量を改善することです。 また、使用可能領域を拡大する方法も検討されている。 砂漠地帯での塩藻の繁殖や節約できる植物Jatrophaの栽培。
しかし、エネルギー作物の栽培に必要な領域は、他の経済的および生態学的に賢明な目的(例えば、材料利用のための再生可能な原材料、農業の拡大)にも使用することができる。 さらに、それらはもはや食糧生産(地域競争)のために利用できない。 人口の増加を考慮して、倫理的問題がこの文脈で議論されており、特に穀物(例えば穀物燃焼)などの食料の使用は批判されている(使用の競争)。
エネルギー作物の栽培は、肥料や農薬の使用に関する高強度の農業として運営されることが多く、生態系の被害をもたらす可能性があります。 エネルギー作物としての外国産地からの植物の栽培は、リスクを伴う。 新生児の蔓延によって。