ما هي تأثيرات العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية؟ تسعى معظم المعامل البحثية في العالم إلى إنتاج طاقة طبيعية نظيفة لا تضر بالبيئة على المدى القصير أو الطويل، وتعد الطاقة الحيوية / الكتلة الحيوية أحد مصادرها. الطاقة الطبيعية، في هذه المقالة سوف نجيب على سؤال حول كيفية تأثير العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية.
تعريف الكتلة الحيوية
- يشير مصطلح الكتلة الحيوية إلى مادة عضوية تُستخدم لإنتاج الطاقة.
- تسمى عملية إنتاج الطاقة هذه بالطاقة الحيوية.
- توجد الكتلة الحيوية بشكل أساسي في شكل نباتات حية أو نفايات بيولوجية من الاستخدامات الصناعية والمنزلية.
- بسبب اتساع المصطلح، فإن التركيب الفيزيائي للكتلة الحيوية غير متسق، ولكنه يشمل بشكل عام الكربون والماء والمواد المتطايرة العضوية.
- لإنتاج الطاقة من الكتلة الحيوية، يستخدم مصطلح المواد الأولية لأي نوع من المواد العضوية التي سيتم استخدامها لإنتاج شكل من أشكال الطاقة.
- يجب بعد ذلك تحويل المادة الخام إلى شكل من أشكال الطاقة التي يمكن استخدامها في واحدة من عدة عمليات.
استخدام الطاقة
- تتضمن بعض عمليات نموذج الطاقة الشائعة الاستخدام لتحويل الكتلة الحيوية ما يلي:
1- حرق
- إنها العملية التي تحترق بها المواد القابلة للاحتراق في وجود الهواء أو الأكسجين لإطلاق الحرارة.
- إنها أبسط طريقة لاستخدام طاقة الكتلة الحيوية.
- يستخدم الاحتراق في شكله البدائي لتسخين الفضاء (أي النار من أجل الحرارة).
- ولكن يمكن استخدامه أيضًا لتسخين البخار لتوليد الكهرباء.
2- التغويز
- إنه تحويل الكتلة الحيوية إلى خليط غاز قابل للاحتراق.
- يشار إليه باسم غاز المنتج (CO + H2 + CH4).
- تستخدم عملية التغويز الحرارة والضغط والاحتراق الجزئي لإنتاج غاز تخليقي.
- والتي يمكن استخدامها بدلاً من الغاز الطبيعي.
3- الانحلال الحراري
- يتشكل نتيجة التحلل الحراري في غياب الأكسجين.
- إنه مقدمة للتغويز، ويحدث في عملية التغويز وكذلك في عملية الاحتراق.
- تشمل منتجات الانحلال الحراري الغاز والسائل والفحم، وتعتمد نسبها على معاملات العملية.
4- الهضم اللاهوائي
- أو الهضم الحيوي، وهو العملية التي تقوم بها البكتيريا بتفكيك المادة العضوية في غياب الهواء.
- ينتج عن ذلك غاز حيوي يحتوي على الميثان وبقايا صلبة.
- يمكن بعد ذلك التقاط الميثان لإنتاج الطاقة.
- وبالمثل، يمكن أيضًا حرق المخلفات الصلبة لإنتاج الطاقة.
5- التخمير
- يتضمن تحويل الجلوكوز النباتي (أو الكربوهيدرات) إلى كحول أو حمض.
- تُضاف الخميرة أو البكتيريا إلى مادة الكتلة الحيوية، التي تتغذى على السكريات لإنتاج الإيثانول (الكحول) وثاني أكسيد الكربون.
- يتم تقطير الإيثانول وتجفيفه إلى تركيز أعلى من الكحول لتحقيق النقاء المطلوب لاستخدامه كوقود للسيارات.
- يمكن استخدام المخلفات الصلبة الناتجة عن عملية التخمير كعلف للحيوانات، وفي حالة قصب السكر، يمكن استخدامها كوقود للغلايات أو تحويلها إلى غاز.
- بعض المواد الأولية مناسبة بشكل أفضل لبعض عمليات تحويل الكتلة الحيوية أكثر من غيرها.
- يتم تحديد المواد الخام والعمليات التي سيتم استخدامها إلى حد كبير من خلال توافر الموارد والشكل النهائي للطاقة المطلوبة.
استخدام الطاقة الحيوية
- قبل الثورة الصناعية، كانت الكتلة الحيوية هي المصدر الرئيسي للطاقة.
- تمثل الكتلة الحيوية الآن نسبة صغيرة فقط من إجمالي استخدام الطاقة في العالم.
- ومع ذلك، بالنسبة لحوالي 2.5 مليار شخص، لا يزال المصدر الرئيسي للطاقة للطهي والتدفئة.
- يعتمد استخدام الكتلة الحيوية على المنطقة التي يتم استخدامها فيها.
- فضلا عن توافر الموارد والوصول إلى التكنولوجيا والجدوى الاقتصادية.
- كلها عوامل دافعة لاستخدام الكتلة الحيوية.
الكتلة الحيوية والتلوث البيئي
- أعلنت بعض الولايات القضائية، ولا سيما تلك التي لديها مبادرات الاستدامة، أن الكتلة الحيوية مصدر طاقة “خالٍ من الكربون”.
- يعتمد هذا على المنطق القائل بأن انبعاثات الكربون من حرق الكتلة الحيوية سيتم استردادها بواسطة النباتات التي تزرع لتزويد مفاعلات الكتلة الحيوية بالوقود في المستقبل.
- لذلك فهي تشكل دورة كربون للنبات.
- الفوائد والتكاليف البيئية سياقية للغاية، اعتمادًا على التكنولوجيا والمواد الخام المستخدمة.
- وفي الوقت نفسه، توصف بعض عمليات الكتلة الحيوية، مثل تحويل النفايات إلى طاقة، بأنها ذات انبعاثات أقل من ثاني أكسيد الكربون.
- ومع ذلك، فإن بعض العمليات، مثل الاحتراق، وإطلاق ثاني أكسيد الكربون والجسيمات، هي مصدر قلق كبير لصحة الإنسان.
- لا يزال الناس والمناطق الفقيرة في الطاقة في العالم تعتمد على الكتلة الحيوية لمعظم احتياجاتها من الطاقة.
- يعد الافتقار إلى آليات التهوية المناسبة لحرق الكتلة الحيوية مشكلة صحية خطيرة ويساهم في قصر متوسط العمر المتوقع في كثير من بلدان العالم النامي.
- تتجاوز مخاوف الكتلة الحيوية صحة الإنسان.
- اعتمادًا على مصدر الكتلة الحيوية المستخدمة، يمكن أن تكون إزالة الغابات وتدهور الأراضي الزراعية (بسبب انجراف المخلفات الزراعية) وتغير استخدام الأراضي مشكلات في الكتلة الحيوية.
هل الكتلة الحيوية / الطاقة الحيوية متعادلة الكربون؟
- عندما نحرق الكتلة الحيوية لإنتاج الحرارة أو الكهرباء، فإنها تطلق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
- ومع ذلك، فإن مصادر الكتلة الحيوية مثل المحاصيل الزراعية والأشجار تلتقط أيضًا ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي وعزل ثاني أكسيد الكربون.
- إذا كانت الأشجار والنباتات الأخرى تمتص كمية ثاني أكسيد الكربون التي تنبعث منها في عملية حرق الكتلة الحيوية، فإن دورة الكربون تظل متوازنة.
- ومع ذلك، في الممارسة الفعلية، الأمر ليس بهذه البساطة.
- يعتمد تأثير الكربون للكتلة الحيوية على تقنية الاحتراق، والطريقة التي يتم بها حصاد الكتلة الحيوية، وجهود النمو الجديدة، ونوع وتوقيت الكتلة الحيوية المستخدمة، وموارد الطاقة التي يتم نقلها.
- على سبيل المثال، ضع في اعتبارك الكهرباء من الكتلة الحيوية الخشبية. يؤدي حرق الأخشاب لتوليد الكهرباء إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، لكن الأشجار ستنمو وتمتص ثاني أكسيد الكربون المنبعث.
- ومع ذلك، يمكن أن تستغرق الغابات عقودًا لإعادة نمو الكربون وعزله.
- لذا فإن حياد الكربون لمصدر الطاقة الحيوية هذا يعتمد على الإطار الزمني الذي تنظر إليه.
- إذا قامت الشركات بحرق الأشجار بشكل أسرع من إعادة زرعها أو حرقها، الأمر الذي لن يضر الغابة، فإن حيادية الكربون معرضة للخطر.
- تمتص الأشجار والنباتات الأخرى أيضًا كميات مختلفة من الكربون اعتمادًا على عمرها، مما يجعل الكربون المستخدم في الكتلة الحيوية الخشبية أكثر تعقيدًا.
- قارن الآن الكتلة الحيوية الخشبية بالغاز الحيوي الناتج من فضلات الحيوانات أثناء الهضم اللاهوائي.
- كما يؤدي حرق الغاز الحيوي لتوليد الكهرباء إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
- ومع ذلك، غالبًا ما تؤدي هذه العملية إلى انبعاثات سلبية صافية من غازات الاحتباس الحراري بسبب قدرة الميثان.
- يتكون الغاز الحيوي بشكل أساسي من الميثان، والذي إذا لم يتم حرقه كغاز حيوي، فسيكون له تأثير سلبي أكبر على ظاهرة الاحتباس الحراري.
- إذا تم تزويدك بالكهرباء “الخضراء” من محطات طاقة الكتلة الحيوية، فتذكر أنها ليست بالضرورة نظيفة مثل أشكال الطاقة المتجددة الأخرى.
ما هي تأثيرات العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية؟
- الطاقة الحيوية هي نوع فريد من الكهرباء المتجددة.
- على عكس الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة المائية، ينتج إنتاج طاقة الكتلة الحيوية غازات الدفيئة والملوثات في الهواء.
- ومع ذلك، نظرًا للطبيعة المتجددة للكتلة الحيوية، يعتبرها الكثيرون مصدرًا للكهرباء خالٍ من الكربون.
- بالإضافة إلى عواقب انبعاثات غازات الاحتباس الحراري واستخدام الطاقة الحيوية، هناك عدد من التبعات البيئية الإضافية التي يجب مراعاتها.
- تؤثر بعض العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية.
- تتضمن بعض هذه العوامل الموقع الجغرافي والتضاريس والتربة والمناخ.
العوامل العامة التي تؤثر على إنتاج الكتلة الحيوية
1- إزالة الغابات
- هناك العديد من مصانع الطاقة الحيوية التي تستخدم النفايات، سواء كانت زراعية أو حيوانية، كمصدر للوقود.
- ومع ذلك، تستخدم العديد من شركات الطاقة أخشاب الغابات للوقود والأشجار الناضجة التي، إذا تُركت دون أن تمسها، تزيل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
- تؤدي هذه الأنشطة إلى إزالة الغابات، والتسبب في فقدان الموائل، وتدهور التربة، وتدمير الجمال الطبيعي، وما إلى ذلك.
2- التلوث
- بالإضافة إلى انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، يمكن أن يؤدي حرق الكتلة الحيوية الصلبة أو السائلة أو الغازية أيضًا إلى إطلاق الملوثات والجزيئات الأخرى في الهواء.
- بما في ذلك أول أكسيد الكربون والمركبات العضوية المتطايرة وأكاسيد النيتروجين.
- في بعض الحالات، يمكن أن ينبعث حرق الكتلة الحيوية من التلوث أكثر من الوقود الأحفوري.
- على عكس انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، لا يمكن احتواء العديد من هذه الملوثات بواسطة النباتات الجديدة.
- يمكن أن تؤدي هذه المركبات إلى مجموعة متنوعة من المشاكل البيئية وصحة الإنسان إذا لم يتم احتواؤها بشكل صحيح.
3- استخدام المياه
- حيث تتطلب النباتات الماء لتنمو ؛ عندما تزرع شركات الطاقة الأشجار والمحاصيل الأخرى في مصنع للطاقة الحيوية، فإنها تستخدم الكثير من المياه للري.
- يؤدي الاستخدام المكثف لمياه الري إلى تفاقم ظروف الجفاف.
- يؤثر هذا على كمية الموارد المائية المتاحة للموائل المائية والأغراض الأخرى (المحاصيل الغذائية، الشرب، الطاقة الكهرومائية، إلخ).
جعل الكتلة الحيوية صديقة للبيئة
- لم يتم إنشاء جميع حلول طاقة الكتلة الحيوية على قدم المساواة. يمكن التخفيف من بعض السلبيات البيئية للطاقة الحيوية من خلال إدارة أكثر استدامة للغابات.
- وأيضًا اتخاذ خيارات دقيقة بشأن الكتلة الحيوية التي نحصدها للوقود وكيف نحصدها.
- يمكن أن يساعد التقدم في البحث والتكنولوجيا، وكذلك تطوير السياسات، في ضمان أن تكون الاستثمارات المستقبلية في الطاقة الحيوية أكثر صداقة للبيئة.
وهكذا أجبنا على السؤال، ما هو تأثير العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية؟