能源作物

能源作物是一种作为低成本和低维护收获的植物,用于生产生物燃料,如生物乙醇,或燃烧其能源含量以产生电力或热量。 能源作物通常被归类为木本植物或草本植物; 许多后者是禾本科的禾本科植物。

商业能源作物通常是密集种植的高产作物品种,其被加工成生物燃料并燃烧以产生电力。 柳树或杨树等木本作物被广泛使用,还有温带草,如芒草(Miscanthus)和狼尾草(Pennisetum purpureum)(均称为象草)。 如果生产沼气需要碳水化合物含量,则可以将玉米,苏丹草,小米,白三叶草等许多作物制成青贮饲料,然后转化为沼气。

通过遗传修饰和生物技术的应用可以操纵植物以产生更高的产量,现有栽培品种也可以实现高能量产量。然而,一些额外的优点,例如降低相关成本(即制造过程中的成本)和更少的用水量只能通过使用Genetically_modified_crops#Biofuel转基因作物来完成。

定义和划分
能源作物是种植的农作物,其主要目的是生产能源,不同于粮食生产,饲料作物和经济作物的植物。野生植物,z。 B.大力用作燃料木材,不计入能源作物。 通常包括在农田上种植用于能源的森林植物(例如在短轮伐期种植园中)。 在某种程度上,能源工厂仅在整个工厂使用能源时才会使用。

决定性的是使用植物。 因此,作为人类消费的甜玉米以及用于动物饲料的玉米青贮饲料(玉米青贮饲料)或作为能量玉米的玉米都用于生产沼气。 根据使用方向,用于能源作物的品种和栽培方法部分地与用于食品和饲料的品种和栽培方法不同。

植物群和用法
许多植物物种适合于能量使用。 其中既有传统的农业作物,也有部分优化使用的能源品种(如油菜籽,玉米),以及尚未使用或几乎无法耕种的作物,但从能源使用方面来看很有意思(例如,Miscanthus,Perennial Silphie,Sida hermaphrodita)。 到目前为止,种植已经集中在已经广泛存在的可耕作物上。 新品种的培育和新作物的使用才刚刚开始。 下表列出了中欧作为能源作物种植的一些植物物种和群体。 在其他地区具有显着面积或潜力的能源作物可能会受到影响。 一个。 大豆,油棕,清洗坚果和甘蔗。

为了满足对木质生物质不断增长的需求,越来越多地在中欧的农业地点种植快速生长的木本植物,如柳树,杨树和刺槐。 这表明特别潮湿的田地适合种植柳树和杨树,因为它们的生长与水的可用性密切相关。 例如,对德国的潜在估计显示西北地区特别有利的位置(方法和结果,数据和地图在来源中)。 然而,在增长时,应该注意到植物的高耗水量也会对脆弱的水生生态系统产生负面影响。 然而,耕种为拥挤的农田提供了另一种使用形式。

中欧的能源作物及其使用

原材料 方法 产品 植物(水果)
糖和淀粉类植物部分 发酵(乙醇发酵) 生物液体燃料
(生物乙醇,燃料添加剂)
甜菜,土豆,
玉米粒,玉米粒
油性植物部分 按下/解压缩,
(酯交换反应)
生物液体燃料
(植物油燃料,生物柴油)
油菜籽,向日葵种子
生物固体燃料
(全部或部分植物,片木,木屑,颗粒)
燃烧 来自生物固体燃料的热量和电力 树木,草,谷物(谷物),
芒草
可发酵生物质
(基质:全植物或部分植物,有机废物)
发酵(甲烷形成厌氧降解) 生物质的热量和电力,
生物燃料气(生物甲烷)
玉米,谷物,谷物,
甜菜

能源作物用于生产热能和电能以及生物燃料。 使用各种使用途径,尤其是沼气厂(用作发酵底物),燃烧(用作生物燃料)和生物质的各种其他形式的完全或部分转化(包括热解,合成生物燃料的生产)中的发酵或沼气生产( BTL))。 能量载体是粉碎后的植物基质本身(例如生物固体燃料,如木柴,颗粒),压榨/提取或进一步加工(例如生物液体燃料,如植物油燃料,生物乙醇,生物柴油,BTL)或富含能量的气体通过生物质的气化(例如生物燃料气体,例如生物气,合成气,氢气)获得。
类型

按状态

固体生物质
通过燃烧为此目的而种植的植物所产生的能量,通常在干物质被造粒之后。 能源作物用于燃烧发电厂,单独或与其他燃料共同燃烧。 或者,它们可用于加热或热电联产(CHP)生产。

为了满足木质生物质日益增长的需求,短轮伐期(SRC)应用于农业生产基地。 在这种种植系统中,快速生长的树种如柳树和杨树种植在三到五年的生长周期中。 这种培养物的培养取决于潮湿的土壤条件,可以作为潮湿田地的替代品。 但是,不能排除对当地水情的影响。 这表明企业应将附近排除在脆弱的湿地生态系统之外。

气体生物量(甲烷)
厌氧消化器或沼气植物一旦被青贮饲料加入青贮饲料,就可以直接补充能源作物。 德国生物农业增长最快的部门是近50万公顷(1,200,000英亩)土地上的“可再生能源作物”(2006年)。 能源作物也可以种植,以提高原料能量含量低的天然气产量,如粪便和变质谷物。 据估计,目前通过青贮饲料转化为甲烷的生物能源作物的能量产量约为2 GWh / km2(1.8×1010 BTU / sq mi)。 拥有动物的小型混合种植企业可以利用其部分种植面积来种植和转化能源作物,并以约五分之一的面积维持整个农场的能源需求。 然而,在欧洲尤其是德国,这种快速增长只发生在政府的大力支持下,如德国的可再生能源奖励制度。 在美国,几乎完全忽视了通过青贮 ​​- 甲烷将作物种植和生物能源生产结合起来的类似发展,其中政治和结构问题以及集中能源生产的巨大持续推动已经掩盖了积极的发展。

液体生物质

生物柴油
在过去十年中,欧洲能源作物生产生物柴油的情况稳步增长,主要集中在用于石油和能源的油菜籽。仅在德国,油菜生产的油/生物柴油就超过12,000平方公里,并且在过去15年中翻了一番。 作为纯生物柴油的典型油产量可能是100,000L / km2(68,000美国加仑/平方英里; 57,000英寸加仑/平方英里)或更多,使生物柴油作物具有经济吸引力,提供可持续的作物轮作,营养均衡和预防如俱乐部的疾病传播。 大豆的生物柴油产量显着低于油菜。

典型的油可按重量提取

作物 油 %
椰肉 62
50
芝麻 50
花生仁 42
麻风树 40
菜子 37
棕榈仁 36
芥菜籽 35
向日葵 32
棕榈果 20
黄豆 14
棉籽 13

生物乙醇
生物丁醇的能源作物是草。 用于生产纤维素生物乙醇的两种主要非粮食作物是柳枝稷和巨型芒草。 美国一直关注纤维素生物乙醇,因为许多地区缺乏支持生物甲烷的农业结构,没有信用额度或奖金制度。 因此,许多私人资金和投资者希望被固定在酶水解等的可销售和可获得专利的创新上。

生物乙醇还指主要使用玉米(玉米种子)通过发酵直接制造乙醇的技术,该过程在某些田地和工艺条件下可以消耗与其产生的乙醇的能量值一样多的能量,因此是非可持续发展。 将谷物釜馏物(称为酒糟谷物釜馏物或DGS)转化为沼气能的新发展看起来很有希望作为改善这种生物乙醇工艺的低能量比的手段。

奉献精神
专用能源作物是非食用能源作物,如巨型芒草,柳枝稷,麻风树,真菌和藻类。 专用能源作物是有希望的纤维素来源,可以在美国的许多地区可持续地生产。

此外,食品和非食品能源作物的绿色废物副产品可用于生产各种生物燃料。

培养程度和发展
在德国,能源作物种植面积为228万公顷(截至2011年)。 这相当于德国耕地总面积的19%。 其中,超过一百万公顷用于种植生物柴油和植物油燃料的油菜籽,工厂生产超过50万公顷用于生产沼气,超过25万公顷用于种植糖和淀粉植物用于生物乙醇。 近年来能源作物的种植面积急剧增加 – 1998年,可再生资源的总种植面积(包括用于种材的种植)总面积不到50万公顷。 根据目前的估计,可再生资源局(FNR)估计2012年德国可再生原料的种植面积约为250万公顷。 其中大部分是210万公顷,采用能源作物种植。 最重要的能源作物仍然是生物燃料的油菜籽,以及玉米,其他谷物和沼气植物的草。该面积的较小部分用于可再生原料,其用于工业中的化学技术目的。

提升
到目前为止,欧盟共同农业政策对能源作物的种植进行了直接支付(所谓的能源作物保费)。 2010年取消了最高45欧元/公顷的促销活动。在2007年之前的强制性预留下,农民不得在其部分耕地上种植粮食或饲料,并获得预留保费。 但是,允许在这些地区种植能源作物。 只为农民提供非退役土地的能源作物溢价。 通过取消强制性预留和能源作物保费,能源作物种植的直接促进正在失去重要性。

环境影响
通过使用能源作物,可以以无害环境的方式提供能源。 减少二氧化碳排放(CO2)以减少温室效应是一个重要因素。 正在讨论对能源作物种植和利用的气候影响。 除了通过使用可再生原材料节省的二氧化碳外,耕地农业的气候平衡表还需要计算一氧化二氮N2O的气候相关排放,尤其是在氮肥施用的农作物中。 种植和土地利用也会对能源作物的气候影响产生重大影响:清除雨林,种植泥炭地或改变草地以生产能源作物会释放大量温室气体。

欧盟已经通过了可再生能源指令(EC),该指令将于2009年6月起实施。此外,它还制定了促进生物燃料的可持续性标准,并将其纳入欧盟生物燃料目标。 这些可持续性标准通过生物质能电力可持续性条例(Biost-NachV,自2009年8月起生效)和生物燃料可持续性条例(Biokraft-NachV,自2009年9月起生效)转换为德国法律。

能源作物研究的一个目标是通过使用整个植物和优化过程来提高每个种植面积的能量产量。 另外,正在研究用于扩展可用区域的方法,例如。 沙漠地区咸水藻类的选育与节俭油菜麻风树的栽培。

然而,种植能源作物所需的面积也可用于其他经济和生态敏感目的(例如用于材料的可再生原料,农业的扩展)。 此外,它们不再可用于食品生产(区域竞争)。 鉴于人口增长,在这方面讨论了道德问题,特别是谷物(例如谷物燃烧)等食品的使用受到批评(竞争使用)。

能源作物的种植通常作为高强度农业运作,在肥料和农药使用方面,可能导致生态破坏。 来自外国原产地的植物作为能源作物的种植具有风险,例如。 由新手的传播。