Uma cultura energética é uma planta cultivada como uma colheita de baixo custo e baixa manutenção usada para produzir biocombustíveis, como o bioetanol, ou queimada pelo seu conteúdo energético para gerar eletricidade ou calor. As culturas energéticas são geralmente classificadas como plantas lenhosas ou herbáceas; muitas das últimas são gramíneas da família Graminaceae.

As culturas energéticas comerciais são tipicamente espécies de culturas densamente plantadas, de alto rendimento, que são processadas para bio-combustível e queimadas para gerar energia.Culturas lenhosas, como salgueiro ou choupo, são amplamente utilizadas, assim como gramíneas temperadas, como Miscanthus e Pennisetum purpureum (ambas conhecidas como capim-elefante).Se o teor de carboidratos for desejado para a produção de biogás, culturas inteiras, como milho, grama do Sudão, milheto, trevo branco doce e muitas outras, podem ser transformadas em silagem e depois convertidas em biogás.

Através da modificação genética e aplicação de plantas de biotecnologia podem ser manipuladas para criar maiores rendimentos, altos rendimentos de energia também podem ser obtidos com cultivares existentes. No entanto, algumas vantagens adicionais como redução de custos associados (custos durante o processo de fabricação) e menor uso de água só pode ser realizado usando Genetically_modified_crops # Biocombustível culturas geneticamente modificadas.

Definição e demarcação
As culturas energéticas são culturas agrícolas cultivadas com o objetivo principal de produzir energia distinta das plantas para a produção de alimentos, culturas forrageiras e culturas industriais.Plantas selvagens, o z. B. são usados ​​como combustível madeira energeticamente, não são contados entre as culturas energéticas. Plantas florestais cultivadas em terras agrícolas para uso de energia (por exemplo, em plantações de rotação curta) são geralmente incluídas. Em parte, as plantas de energia só são faladas quando a energia é usada em toda a planta.

Decisivo é o uso da planta. Assim, o milho tanto para o milho doce para consumo humano quanto para o milho de ração (silagem de milho) para ração animal ou como milho energético são cultivados para a produção de biogás. Dependendo da direção de uso, as variedades e métodos de cultivo usados ​​para culturas energéticas diferem em parte daqueles usados ​​para alimentos e rações.

Grupos de plantas e uso
Numerosas espécies de plantas são adequadas para uso energético. Entre eles estão as culturas tradicionais da agricultura, para o parcialmente otimizado para o uso de variedades de energia são cultivadas (por exemplo, colza, milho), bem como as culturas que não foram utilizadas ou mal cultiváveis, mas do aspecto de uso de energia são interessantes (por exemplo, Miscanthus, Silphie Perene, Sida hermaphrodita). Até agora, o cultivo concentrou-se em culturas arvenses já amplamente difundidas. A criação de novas variedades e o uso de novas culturas estão apenas começando. A tabela abaixo lista algumas espécies de plantas e grupos cultivados na Europa Central como culturas energéticas. Culturas energéticas com área significativa ou potencial em outras regiões podem ser afetadas. uma. Soja, óleo de palma, purga e cana-de-açúcar.

Cada vez mais, plantas lenhosas de rápido crescimento, como salgueiros, álamos e robinia, estão sendo cultivadas em áreas agrícolas na Europa Central, a fim de atender à crescente demanda por biomassa lenhosa. Isso mostra que os locais de campo especialmente úmidos são adequados para o crescimento de salgueiros e álamos, já que seu crescimento está fortemente ligado à disponibilidade de água. Por exemplo, estimativas potenciais para a Alemanha mostram locais favoráveis ​​especiais no noroeste (métodos e resultados, com dados e mapas nas fontes). Ao crescer, no entanto, deve-se notar que o alto consumo de água das plantas também pode ter um impacto negativo nos ecossistemas aquáticos vulneráveis. No entanto, o cultivo oferece uma forma alternativa de uso para terras agrícolas lotadas.

Culturas energéticas na Europa Central e sua utilização

matéria-prima método produtos Planta (fruta)
Açúcar e partes de plantas amiláceas Fermentação (fermentação em etanol) combustível líquido biogênico
(bioetanol, aditivos para combustíveis)
Beterraba, batata,
grão de milho, grão de milho
partes de plantas oleosas Pressionando / extraindo,
(transesterificação)
combustível líquido biogênico
(combustível de óleo vegetal, biodiesel)
Colza, sementes de girassol
combustíveis sólidos biogênicos
(planta inteira ou parcial, pedaço de madeira, lascas de madeira, pellets)
combustão Calor e eletricidade de combustível sólido biogênico Árvores, gramíneas, cereais (grãos),
miscanto
biomassa fermentável
(substrato: planta inteira ou parcial, lixo orgânico)
Fermentação (degradação anaeróbica com formação de metano) Calor e eletricidade da biomassa,
gás combustível biogênico (biometano)
Milho, grãos, cereais,
beterraba sacarina

Culturas de energia são usadas para a produção de calor e energia elétrica, bem como biocombustíveis. Uma variedade de caminhos de uso é usada, especialmente fermentação ou produção de biogás em usinas de biogás (uso como substrato de fermentação), combustão (uso como biocombustível) e várias outras formas de conversão completa ou parcial da biomassa (incluindo pirólise, produção de biocombustíveis sintéticos). BtL)). Os transportadores de energia são o próprio substrato da planta após cominuição (por exemplo, combustíveis sólidos biogênicos, como lenha, pellets), prensagem / extração ou processamento adicional (por exemplo, combustíveis líquidos biogênicos, como óleo vegetal, bioetanol, biodiesel, BTL) ou gases ricos em energia. obtido pela gaseificação da biomassa (por exemplo, gases combustíveis biogênicos, como biogás, syngas, hidrogênio).
Tipos

Por estado

Biomassa sólida
Energia gerada pela queima de plantas cultivadas para esse fim, muitas vezes depois que a matéria seca é peletizada. Culturas de energia são usadas para queima de usinas de energia, sozinha ou em conjunto com outros combustíveis. Alternativamente, eles podem ser usados ​​para produção de calor ou calor combinado e energia (CHP).

Para cobrir os requisitos crescentes da biomassa lenhosa, a talhadia de rotação curta (SRC) foi aplicada a locais agrícolas. Dentro deste sistema de cultivo, espécies de árvores de rápido crescimento, como salgueiros e álamos, são plantadas em ciclos de crescimento de três a cinco anos. O cultivo dessas culturas depende das condições do solo úmido e pode ser uma alternativa para os campos úmidos. No entanto, uma influência sobre as condições locais da água não pode ser excluída. Isso indica que um estabelecimento deve excluir a vizinhança de ecossistemas de zonas úmidas vulneráveis.

Biomassa de gás (metano)
Os digestores anaeróbicos ou as usinas de biogás podem ser diretamente suplementados com culturas energéticas, uma vez que tenham sido ensilados em silagem. O setor de crescimento mais rápido da biofarmácia alemã tem estado na área de “Culturas de Energia Renovável” em quase 500.000 ha (1.200.000 acres) de terra (2006). As culturas energéticas também podem ser cultivadas para aumentar a produção de gás, onde as matérias-primas têm um baixo conteúdo energético, como adubos e grãos estragados. Estima-se que o rendimento energético atualmente das culturas de bioenergia convertidas via silagem em metano seja de cerca de 2 GWh / km2 (1,8 × 1010 BTU / sq mi). Pequenas empresas de cultivo misto com animais podem usar uma parte de sua área plantada para cultivar e converter culturas energéticas e sustentar as necessidades energéticas de toda a fazenda com cerca de um quinto da área cultivada. Na Europa e especialmente na Alemanha, no entanto, esse rápido crescimento ocorreu apenas com apoio substancial do governo, como no sistema de bônus alemão para energia renovável. Desenvolvimentos similares de integração da produção agrícola e bioenergética via silagem-metano foram quase totalmente negligenciados na América do Norte, onde questões políticas e estruturais e um enorme esforço continuado para centralizar a produção de energia tem ofuscado desenvolvimentos positivos.

Biomassa líquida

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Biodiesel
A produção europeia de biodiesel a partir de culturas energéticas tem crescido constantemente na última década, focada principalmente na colza usada para petróleo e energia. A produção de óleo / biodiesel de colza cobre mais de 12.000 km² somente na Alemanha e dobrou nos últimos 15 anos.O rendimento típico de óleo como biodiesel puro pode ser de 100.000 L / km2 ou mais, tornando os cultivos de biodiesel economicamente atraentes, desde que existam rotações de culturas sustentáveis ​​que sejam equilibradas em nutrientes e preventivas. da propagação de doenças como a raiz tibetana. O rendimento do biodiesel da soja é significativamente menor do que o do estupro.

Óleo típico extraível por peso

Colheita % De óleo
copra 62
semente de mamona 50
sésamo 50
semente de amendoim 42
jatropha 40
colza 37
palmiste 36
semente de mostarda 35
girassol 32
fruto da palmeira 20
soja 14
semente de algodão 13

Bioetanol
Culturas energéticas para biobutanol são gramíneas. Duas principais culturas não alimentares para a produção de bioetanol celulósico são o switchgrass e o gigante miscanthus. Tem havido uma preocupação com o bioetanol celulósico na América, já que a estrutura agrícola que sustenta o biometano está ausente em muitas regiões, sem nenhum sistema de créditos ou bônus.Consequentemente, muito dinheiro privado e esperanças dos investidores estão sendo depositados em inovações comercializáveis ​​e patenteáveis ​​na hidrólise de enzimas e similares.

O bioetanol também se refere à tecnologia de usar principalmente milho (semente de milho) para produzir etanol diretamente através da fermentação, um processo que sob certas condições de campo e processo pode consumir tanta energia quanto o valor energético do etanol que produz, sendo, portanto, não sustentável. Novos desenvolvimentos na conversão de vinhaça de cereais (conhecida como destilação de grãos de destilaria ou DGS) em energia de biogás parecem promissores como um meio de melhorar a relação de energia pobre desse tipo de processo de bioetanol.

Por dedicação
Culturas energéticas dedicadas são culturas energéticas não alimentares como miscanthus, switchgrass, jatropha, fungos e algas gigantes. Culturas energéticas dedicadas são fontes de celulose promissoras que podem ser produzidas de forma sustentável em muitas regiões dos Estados Unidos.

Além disso, os resíduos verdes subprodutos de culturas energéticas alimentares e não alimentares podem ser usados ​​para produzir vários biocombustíveis.

Extensão e desenvolvimento do cultivo
Na Alemanha, as culturas energéticas são cultivadas em 2,28 milhões de hectares (a partir de 2011). Isto corresponde a 19% do total das terras aráveis ​​na Alemanha. Destes, mais de um milhão de hectares são dedicados ao cultivo de colza para biodiesel e óleo vegetal, as plantas produzem mais de 500 mil hectares para produção de biogás e mais de 250 mil hectares são usados ​​para cultivar açúcar e amido para bioetanol. O cultivo de culturas energéticas aumentou dramaticamente nos últimos anos – em 1998, a área total cultivada para recursos renováveis ​​no total (incluindo o cultivo para uso material) foi inferior a 500.000 ha. De acordo com as estimativas atuais, a Agência de Recursos Renováveis ​​(FNR) estima que a área plantada de matérias-primas renováveis ​​na Alemanha em 2012 seja de cerca de 2,5 milhões de hectares. A maioria destes, 2,1 milhões de hectares, é cultivada com culturas energéticas. As culturas energéticas mais importantes ainda são a colza para biocombustíveis, bem como o milho, outros cereais e gramíneas para as usinas de biogás. A parte menor da área cultivada é usada para matérias-primas renováveis, que são usadas para fins técnico-químicos na indústria.

Promoção
O cultivo de culturas energéticas tem sido apoiado financeiramente, no âmbito da Política Agrícola Comum da União Europeia, com pagamentos diretos (o chamado prémio de culturas energéticas).Esta promoção de um máximo de 45 euros / ha foi abolida em 2010. No âmbito da retirada obrigatória até 2007, os agricultores não foram autorizados a cultivar alimentos ou alimentos para animais numa parte das suas terras aráveis ​​e receberam um prémio de retirada de terras. No entanto, o cultivo de culturas energéticas nessas áreas era permitido. Um prémio de culturas energéticas só é concedido aos agricultores para terras não descomissionadas. Ao abolir a retirada obrigatória e o prémio às culturas energéticas, a promoção directa do cultivo de culturas energéticas está a perder importância.

Efeitos ambientais
Utilizando culturas energéticas, as fontes de energia podem ser fornecidas de uma maneira ambientalmente saudável. A redução das emissões de dióxido de carbono (CO2) para reduzir o efeito estufa é um fator importante. O impacto climático do cultivo e uso de culturas energéticas está sendo discutido de forma controversa. Para além da redução das emissões de CO2 através da utilização de matérias-primas renováveis, os balanços climáticos das culturas arvenses também têm de calcular as emissões, relevantes para o clima, do óxido nitroso N2O, que surge especialmente em culturas arvenses fertilizadas com azoto. O cultivo e o uso da terra também podem ter um impacto importante sobre o impacto climático das culturas energéticas: desmatar florestas tropicais, cultivar turfeiras ou mudar pastos para produzir culturas energéticas libera grandes quantidades de gases de efeito estufa.

A União Européia adotou a Diretiva de Energia Renovável (CE), que será aplicada a partir de junho de 2009. Entre outras coisas, estabelece critérios de sustentabilidade para a promoção de biocombustíveis e sua inclusão nas metas de biocombustíveis da UE. Esses critérios de sustentabilidade foram transpostos para o direito alemão com a Portaria de Sustentabilidade em Biomassa Elétrica (Biost-NachV, válida a partir de agosto de 2009) e a Portaria de Sustentabilidade em Biocombustíveis (Biokraft-NachV, válida a partir de setembro de 2009).

Um dos objetivos da pesquisa de culturas energéticas é melhorar o rendimento energético por área, usando plantas inteiras e otimizando processos. Além disso, métodos para expandir a área utilizável estão sendo investigados, por exemplo. Criação de algas de água salgada em áreas desérticas ou cultivo do óleo frugal Jatropha.

No entanto, as áreas necessárias para o cultivo de culturas energéticas também poderiam ser usadas para outros fins econômica e ecologicamente aceitáveis ​​(por exemplo, matérias-primas renováveis ​​para uso de material, extensificação da agricultura). Além disso, eles não estão mais disponíveis para produção de alimentos (competição de área). Tendo em vista o crescimento populacional, questões éticas são discutidas neste contexto, em particular o uso de alimentos como cereais (por exemplo, queima de grãos) é criticado (competição pelo uso).

O cultivo de culturas energéticas é muitas vezes operado como agricultura com alta intensidade, ua no que diz respeito ao uso de fertilizantes e pesticidas, o que pode levar a danos ecológicos. O cultivo de plantas de regiões estrangeiras de origem como culturas energéticas acarreta riscos, por exemplo. pela disseminação de neófitos.

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