Энергетическая культура

Энергетическая культура – это растение, выращенное в качестве недорогого и малообслуживаемого урожая, используемого для производства биотоплива, такого как биоэтанол, или сжигаемого для его энергетического содержания для выработки электроэнергии или тепла. Энергетические культуры обычно классифицируются как древесные или травянистые растения; многие из них являются травами семейства Graminaceae.

Коммерческие энергетические культуры обычно плотно посажены, высокоурожайные виды сельскохозяйственных культур, которые перерабатываются в биотопливо и сжигаются для выработки энергии. Широко используются древесные культуры, такие как ива или тополь, а также умеренные травы, такие как Miscanthus и Pennisetum purpureum (оба известны как слоновая трава). Если для производства биогаза желательно содержание углеводов, цельные культуры, такие как кукуруза, суданская трава, просо, белый сладкий клевер и многие другие, могут быть превращены в силос, а затем превращены в биогаз.

Через генетическую модификацию и применение биотехнологических растений можно манипулировать для получения большей урожайности, высокие урожаи энергии также могут быть реализованы с использованием существующих сортов. Однако некоторые дополнительные преимущества, такие как снижение связанных затрат (т.е. затраты в процессе производства) и меньшее потребление воды может быть достигнуто только с помощью генетически модифицированных культур Genetically_modified_crops # Биотопливо.

Определение и демаркация
Энергетические культуры – это сельскохозяйственные культуры, выращенные с основной целью производства энергии в отличие от растений для производства продуктов питания, кормовых культур и технических культур. Дикие растения, z. B. используются в качестве топливной древесины энергетически, не учитываются среди энергетических культур. Лесные растения, выращенные на сельскохозяйственных угодьях для использования энергии (например, на плантациях с коротким оборотом), обычно включаются. Частично, энергетические установки говорят только, когда энергия используется во всем растении.

Решающим является использование завода. Поэтому кукуруза как кукуруза для потребления человеком, так и кормовая кукуруза (кукурузный силос) для корма для животных или как энергетическая кукуруза выращиваются для производства биогаза. В зависимости от направления использования разновидности и методы культивирования, используемые для энергетических культур, частично отличаются от тех, которые используются для питания и корма.

Группы растений и их использование
Многочисленные виды растений пригодны для энергетического использования. Среди них как традиционные сельскохозяйственные культуры, так и частично оптимизированные для использования энергетических сортов (например, рапс, кукуруза), а также сельскохозяйственные культуры, которые не использовались или едва обрабатываются, но с точки зрения использования энергии интересны (например, Miscanthus, Многолетнее Silphie, Sida hermaphrodita). До сих пор выращивание концентрировалось на уже распространенных пахотных культурах. Размножение новых сортов и использование новых культур только начинаются. В приведенной ниже таблице перечислены некоторые виды растений и группы, культивируемые в Центральной Европе в качестве энергетических культур. Могут быть затронуты энергетические культуры со значительной площадью или потенциалом в других регионах. а. Соевая, масличная пальма, гайка и сахарный тростник.

Все более быстро растущие древесные растения, такие как ивы, тополя и robinia, выращиваются на сельскохозяйственных объектах в Центральной Европе, чтобы удовлетворить растущий спрос на древесную биомассу. Это показывает, что особенно влажные участки поля подходят для выращивания ив и тополей, поскольку их рост сильно связан с наличием воды. Например, потенциальные оценки для Германии показывают особые благоприятные местоположения на северо-западе (методы и результаты с данными и картами в источниках). Однако при росте следует отметить, что высокий уровень потребления воды растениями может также оказывать негативное воздействие на уязвимые водные экосистемы.Тем не менее, выращивание предлагает альтернативную форму использования для переполненных сельскохозяйственных угодий.

Энергетические культуры в Центральной Европе и их использование

сырье метод товар Растениеводство (фрукты)
сахар и крахмальные части растений Ферментация (брожение этанолом) биогенное жидкое топливо
(биоэтанол, топливные добавки)
Сахарная свекла, картофель,
зерно кукурузы, кукурузное зерно
масляные части растений Нажатие / извлечение,
(Переэтерификации)
биогенное жидкое топливо
(растительное масло, биодизель)
Рапс, семена подсолнечника
биогенное твердое топливо
(цельное или частичное растение, кусок дерева, древесная щепа, гранулы)
сгорание Тепло и электроэнергия из биогенного твердого топлива Деревья, травы, злаки (зерно),
мискантус
ферментируемая биомасса
(субстрат: цельное или частичное растение, органические отходы)
Ферментация (анаэробная деградация с образованием метана) Тепло и электроэнергия из биомассы,
биогенный топливный газ (биометан)
Кукуруза, зерно, крупы,
сахарная свекла

Энергетические культуры используются для производства тепловой и электрической энергии, а также биотоплива. Используются различные пути использования, особенно ферментация или производство биогаза на биогазовых установках (использование в качестве ферментационного субстрата), сжигание (использование в качестве биотоплива) и различные другие формы полной или частичной конверсии биомассы (включая пиролиз, производство синтетических биотоплив ( BtL)). Энергоносители являются либо самим растительным субстратом после измельчения (например, биогенными твердыми топливами, такими как дрова, гранулы), прессованием / экстракцией или дальнейшей обработкой (например, биогенное жидкое топливо, такое как топливо растительного масла, биоэтанол, биодизель, BTL) или богатые энергией газы полученные путем газификации биомассы (например, биогенные топливные газы, такие как биогаз, синтез-газ, водород).
Типы

По штату

Твердая биомасса
Энергия, вырабатываемая сжиганием растений, выращенных для этой цели, часто после гранулирования сухого вещества. Энергетические культуры используются для обжига электростанций, либо самостоятельно, либо совместно с другими видами топлива. В качестве альтернативы они могут использоваться для производства тепла или комбинированной тепловой и электрической энергии (ТЭЦ).

Чтобы покрыть растущие потребности в древесной биомассе, короткие сельскохозяйственные угодья (SRC) были применены к сельскохозяйственным объектам. В рамках этих систем земледелия быстро растущие виды деревьев, такие как ивы и тополя, выращиваются в циклах роста от трех до пяти лет. Выращивание этих культур зависит от влажных почвенных условий и может быть альтернативой сильным полям. Однако нельзя исключать влияние на местные водные условия. Это указывает на то, что учреждение должно исключать близость к уязвимым экосистемам водно-болотных угодий.

Газовая биомасса (метан)
Анаэробные регенераторы или биогазовые установки могут быть непосредственно дополнены энергетическими культурами, как только они будут заправлены в силос. Самый быстрорастущий сектор немецкого биологического земледелия находится в районе «Возобновляемых источников энергии» на почти 500 000 га (1 200 000 акров) земли (2006).Энергетические культуры также можно выращивать для повышения выхода газа, где сырье имеет низкое содержание энергии, например, навозы и испорченное зерно. По оценкам, в настоящее время энергетический урожай биоэнергетических культур, преобразованных с помощью силоса в метан, составляет около 2 ГВтч / км2 (1,8 × 1010 БТЕ / кв. Миль).Небольшие предприятия по смешанному земледелию с животными могут использовать часть своих площадей для выращивания и преобразования энергетических культур и поддержания энергетических потребностей всей фермы примерно с одной пятой площади. Однако в Европе и особенно в Германии этот быстрый рост произошел только при существенной государственной поддержке, как в немецкой бонусной системе для возобновляемых источников энергии. Аналогичные изменения в интеграции сельского хозяйства и производства биоэнергии через силос-метан почти полностью игнорировались в Северной Америке, где политические и структурные проблемы и огромный постоянный толчок к централизации производства энергии затмили позитивные изменения.

Жидкая биомасса

Биодизель
В последнее десятилетие европейское производство биодизеля из энергетических культур неуклонно росло, главным образом, на рапсе, используемом для нефти и энергетики.Производство нефти / биодизеля из рапса охватывает более 12 000 км² только в Германии и за последние 15 лет удвоилось. Типичный выход нефти в виде чистого биодизеля может составлять 100 000 л / км2 (68 000 галлонов / кв. М., 57 000 галлонов / кв. М.) Или более, что делает биодизельные культуры экономически привлекательными, при условии существования устойчивых севооборотов, которые сбалансированы по питательным веществам и профилактическим распространения болезни, такой как клубная кошка. Выход биодизеля сои значительно ниже, чем у изнасилования.

Типичное масло, извлекаемое по весу

урожай Нефть%
копра 62
касторовое семя 50
кунжут 50
ядро арахиса 42
джатрофы 40
рапсовое 37
пальмовое ядро 36
семена горчицы 35
подсолнух 32
пальмовые фрукты 20
соя 14
хлопковое семя 13

Биоэтанол
Энергетические культуры для биобутанола – это травы. Двумя ведущими непищевыми культурами для производства целлюлозного биоэтанола являются свинец и гигантский мизантус. В Америке была озабоченность целлюлозным биоэтанолом, так как сельскохозяйственная структура, поддерживающая биометан, отсутствует во многих регионах, без каких-либо кредитов или системы бонусов. Следовательно, многие частные деньги и надежды инвесторов привязаны к товарным и патентоспособным нововведениям в гидролизе ферментов и т. П.

Биоэтанол также относится к технологии использования главным образом кукурузы (семян кукурузы), чтобы сделать этанол непосредственно через ферментацию, процесс, который при определенных условиях поля и процесса может потреблять столько же энергии, сколько и энергетическая ценность образующегося этанола, устойчивый. Новые разработки по превращению зерна в сырую нефть (называемые дистилляционными зернохранилищами или DGS) в энергию биогаза выглядят многообещающими как средство улучшения низкого энергетического соотношения этого типа процесса биоэтанола.

Посвящение
Выделенные энергетические культуры – это непищевые энергетические культуры, такие как гигантский мишантус, перелет, ятрофа, грибы и водоросли. Выделенные энергетические культуры являются перспективными источниками целлюлозы, которые могут быть устойчиво произведены во многих регионах Соединенных Штатов.

Кроме того, зеленые отходы побочных продуктов пищевых и непродовольственных энергетических культур могут использоваться для производства различных видов биотоплива.

Выращивание и развитие
В Германии энергетические культуры выращиваются на 2,28 млн. Гектаров (по состоянию на 2011 год). Это соответствует 19% общей площади пахотных земель в Германии. Из них более миллиона гектаров посвящены выращиванию рапса для биодизеля и растительного масла, заводы производят более 500 000 гектаров для производства биогаза, а более 250 000 гектаров используются для выращивания сахара и крахмальных растений для биоэтанола. В последние годы возделывание энергетических культур резко возросло – в 1998 году общая площадь выращивания возобновляемых ресурсов в целом (включая культивацию для использования материалов) составляла менее 500 000 га. Согласно текущим оценкам, Агентство по возобновляемым источникам энергии (FNR) оценивает площадь для возобновляемого сырья в Германии в 2012 году на уровне около 2,5 млн. Гектаров.Большинство из них, 2,1 миллиона гектаров, выращиваются с использованием энергетических культур. Самыми важными энергетическими культурами по-прежнему являются рапс для биотоплива, а также кукурузы, других злаков и трав для биогазовых установок. Меньшая часть площади используется для возобновляемого сырья, которое используется в химико-технических целях в промышленности.

Продвижение
До настоящего времени культивирование энергетических культур поддерживалось в рамках Общей сельскохозяйственной политики Европейского союза с помощью прямых платежей (так называемая премия за энергетические урожаи). Это поощрение в размере максимум 45 евро / га было отменено в 2010 году. В соответствии с обязательным отложенным до 2007 года фермерам не разрешалось выращивать продукты питания или кормить на части их пахотных земель и предоставлялось премиальная сумма. Однако разрешено выращивание энергетических культур на этих территориях. Премия за энергоносители предоставляется только фермерам за неиспользуемые земли. Уничтожая обязательные отчисления и премию за энергетические урожаи, прямое поощрение выращивания энергетических культур утрачивает свою значимость.

Воздействие на окружающую среду
Используя энергетические культуры, источники энергии могут быть обеспечены экологически безопасным образом. Важным фактором является сокращение выбросов углекислого газа (CO2) для снижения парникового эффекта. Климатические последствия выращивания и использования энергетических культур обсуждаются спорным образом. В дополнение к экономии CO2 за счет использования возобновляемого сырья климатические балансы пахотного сельского хозяйства также должны рассчитывать выбросы закиси азота N2O, связанные с климатом, что особенно характерно для азотно-зависимых сельскохозяйственных культур. Культивирование и землепользование также могут оказать существенное влияние на воздействие энергетических культур на климат: очистка тропических лесов, выращивание торфяников или изменение пастбищ для производства энергетических культур приводит к выбросу большого количества парниковых газов.

Европейский союз принял Директиву о возобновляемых источниках энергии (ЕС), который будет применяться с июня 2009 года. Помимо всего прочего, он устанавливает критерии устойчивости для поощрения биотоплива и их включения в целевые показатели биотоплива ЕС. Эти критерии устойчивости были перенесены в немецкое законодательство с Положением об устойчивом развитии электроэнергии Biomass (Biost-NachV, действующим с августа 2009 года) и Положением об устойчивости биологического топлива (Biokraft-NachV, действующим с сентября 2009 года).

Одной из целей исследований в области энергетических культур является улучшение выхода энергии на площадь за счет использования целых растений и оптимизации процессов. Кроме того, изучаются методы расширения полезной площади, например. Разведение морских водорослей в пустынных районах или выращивание экономного нефтяного завода Jatropha.

Однако районы, необходимые для выращивания энергетических культур, могут также использоваться для других экономически и экологически разумных целей (например, возобновляемое сырье для использования материалов, экстенсификация сельского хозяйства). Кроме того, они больше не доступны для производства продуктов питания (зональная конкуренция). В связи с ростом населения в этом контексте обсуждаются этические проблемы, в частности, критикуется использование таких продуктов питания, как зерновые (например, сжигание зерна) (конкуренция за использование).

Выращивание энергетических культур часто осуществляется как сельское хозяйство с высокой интенсивностью, ua в отношении удобрений и использования пестицидов, что может привести к экологическому ущербу. Выращивание растений из иностранных регионов происхождения в качестве энергетических культур несет риски, например. распространением неофитов.