يشير مصطلح الكتلة الحيوية إلى المواد العضوية المستخدمة لإنتاج الطاقة.
تسمى عملية إنتاج الطاقة هذه بالطاقة الحيوية.
تكون الكتلة الحيوية بشكل أساسي في شكل نباتات حية أو مخلفات بيولوجية من الاستخدامات الصناعية والمنزلية.
نظرًا لاتساع المصطلح ، فإن التركيب الفيزيائي للكتلة الحيوية غير متسق ، ولكنه يتضمن عمومًا الكربون والماء والمواد المتطايرة العضوية.
لإنتاج الطاقة من الكتلة الحيوية ، يستخدم مصطلح المواد الأولية للإشارة إلى أي نوع من المواد العضوية ، والتي سيتم استخدامها لإنتاج شكل من أشكال الطاقة.
يجب بعد ذلك تحويل المادة الخام إلى شكل من أشكال الطاقة القابلة للاستخدام من خلال واحدة من عدة عمليات.
استخدامات الطاقة
تتضمن بعض عمليات تحويل الكتلة الحيوية لنماذج الطاقة الشائعة الاستخدام ما يلي:
1- الاحتراق
إنها العملية التي يتم من خلالها حرق المواد القابلة للاشتعال ، في وجود الهواء أو الأكسجين لإطلاق الحرارة.
إنه أبسط شكل يمكن فيه استخدام الكتلة الحيوية للطاقة.
يستخدم الاحتراق في شكله البدائي لتسخين الفضاء (أي نار للتدفئة).
ولكن يمكن استخدامه أيضًا لتسخين البخار لتوليد الكهرباء.
2- التحويل إلى الغاز
إنه تحويل الكتلة الحيوية إلى خليط من الغازات القابلة للاحتراق.
يشار إليه على أنه غاز المنتج (CO + H2 + CH4).
تستخدم عملية التغويز الحرارة والضغط والاحتراق الجزئي لإنشاء غاز تخليقي.
والتي يمكن استخدامها بعد ذلك بدلاً من الغاز الطبيعي.
3- الانحلال الحراري
يتشكل عن طريق التحلل الحراري في غياب الأكسجين.
إنه مقدمة للتغويز ويتم إنتاجه كجزء من عملية التغويز وكذلك الاحتراق.
تشتمل منتجات الانحلال الحراري على الغاز والسائل والكربون ، بنسب معينة اعتمادًا على معاملات العملية.
4- الهضم اللاهوائي
أو الهضم الحيوي ، وهي العملية التي تقوم فيها البكتيريا بتفكيك المادة العضوية في غياب الهواء.
ينتج عن هذا غاز حيوي يحتوي على الميثان والنفايات الصلبة.
يمكن التقاط الميثان لإنتاج الطاقة.
وبالمثل ، يمكن أيضًا حرق النفايات الصلبة لإنتاج الطاقة.
5- التخمير
يتعلق الأمر بتحويل 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 للحصول على تركيز كحول أعلى لتحقيق النقاء المطلوب لاستخدامه كوقود للمحرك.
يمكن استخدام المخلفات الصلبة الناتجة عن عملية التخمير كعلف للماشية ، وفي حالة قصب السكر ، كوقود للغلايات أو التغويز اللاحق.
تعتبر بعض المواد الأولية أكثر ملاءمة لبعض عمليات تحويل الكتلة الحيوية من غيرها.
يتم تحديد اختيار المواد الخام والعمليات التي سيتم استخدامها إلى حد كبير من خلال توافر الموارد والشكل النهائي المطلوب للطاقة.
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 ، فإن ما يقرب من 2.5 مليار شخص ، لا يزال المصدر الرئيسي للطاقة للطهي والتدفئة.
يعتمد استخدام الكتلة الحيوية على المنطقة التي يتم استخدامها فيها.
وكذلك الأمر بالنسبة لتوافر الموارد ، وتوافر التكنولوجيا ، والجدوى الاقتصادية.
كلها عوامل دافعة لاستخدام الكتلة الحيوية.
الكتلة الحيوية والتلوث البيئي
أعلنت بعض الولايات القضائية ، ولا سيما تلك التي لديها مبادرات مستدامة ، أن الكتلة الحيوية مصدر طاقة “محايد كربونيًا”.
يعتمد هذا على المنطق القائل بأن انبعاثات الكربون الناتجة عن حرق الكتلة الحيوية سيتم استردادها بواسطة النباتات التي تزرع لتشغيل مفاعلات الكتلة الحيوية في المستقبل.
في حين أن بعض عمليات الكتلة الحيوية ، مثل تحويل النفايات إلى طاقة ، توصف بأنها ذات انبعاثات منخفضة 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 الأكثر فقرًا في الطاقة في العالم يعتمدون على الكتلة الحيوية لمعظم احتياجاتهم من الطاقة.
يعد الافتقار إلى آليات التهوية المناسبة لحرق الكتلة الحيوية مشكلة صحية رئيسية ويساهم في قصر متوسط العمر المتوقع في معظم دول العالم النامي.
تمتد المخاوف المرتبطة بالكتلة الحيوية إلى ما هو أبعد من صحة الإنسان.
اعتمادًا على مصدر الكتلة الحيوية المستخدمة ، يمكن أن تكون إزالة الغابات وتدهور الأراضي الزراعية (بسبب تحويل النفايات الزراعية) وتغير استخدام الأراضي كلها من القضايا المتعلقة بالكتلة الحيوية.
هل الكتلة الحيوية / الطاقة الحيوية متعادلة الكربون؟
عندما نحرق الكتلة الحيوية لتوليد الحرارة أو توليد 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 أثناء حرق الكتلة الحيوية ، فإن دورة الكربون تظل متوازنة.
ومع ذلك ، في الممارسة الفعلية ، الأمر ليس بهذه البساطة.
تعتمد البصمة الكربونية للطاقة الحيوية على تقنية الاحتراق ، وكيفية حصاد الكتلة الحيوية ، وأي جهود تجديد ، ونوع الكتلة الحيوية المستخدمة ، وموارد الوقت والطاقة التي يتم تعويضها.
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك الكهرباء من الكتلة الحيوية الخشبية: حرق الأخشاب لإنتاج الكهرباء ينبعث ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، لكن الأشجار ستنمو وتلتقط 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 تفكر فيه.
إذا قامت الشركات بحرق الأشجار بمعدل أسرع من إعادة غرسها أو حرقها ، والتي لن تتأثر بخلاف ذلك في الغابة ، فإن حيادية الكربون معرضة للخطر.
تقوم الأشجار والنباتات الأخرى أيضًا باحتجاز كميات مختلفة من الكربون اعتمادًا على عمرها ، مما يجعل تمثيل الكربون في الكتلة الحيوية الخشبية أكثر تعقيدًا.
الآن ، قارن الكتلة الحيوية الخشبية مع الغاز الحيوي الناتج من فضلات الحيوانات في الهضم اللاهوائي.
كما يؤدي حرق الغاز الحيوي لتوليد الكهرباء إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
ومع ذلك ، فإن هذه العملية غالبًا ما تؤدي إلى انبعاثات سلبية صافية من غازات الاحتباس الحراري بسبب قوة الميثان.
يتكون الغاز الحيوي بشكل أساسي من الميثان ، والذي ، إن لم يتم حرقه كغاز حيوي ، يكون له تأثير سلبي أكبر على ظاهرة الاحتباس الحراري.
إذا كنت تتلقى كهرباء “خضراء” من محطات طاقة الكتلة الحيوية ، فمن المهم أن تتذكر أنها ليست بالضرورة نظيفة مثل الأنواع الأخرى من الطاقة المتجددة.
ما هو تأثير العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية؟
الطاقة الحيوية هي نوع فريد من الكهرباء المتجددة.
على عكس الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية ، فإن توليد طاقة الكتلة الحيوية ينبعث منها غازات الاحتباس الحراري وملوثات الهواء.
ومع ذلك ، نظرًا للطبيعة المتجددة للكتلة الحيوية ، يعتبرها الكثيرون مصدرًا محايدًا للكربون للكهرباء.
بصرف النظر عن تأثيرات انبعاثات غازات الاحتباس الحراري واستخدام الطاقة الحيوية ، هناك عدد من العواقب البيئية الإضافية التي يجب أخذها في الاعتبار.
تؤثر بعض العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية.
تتضمن بعض هذه العوامل الموقع الجغرافي والتضاريس والتربة والمناخ.
العوامل المشتركة التي تؤثر على إنتاج الكتلة الحيوية
1- إزالة الغابات
هناك العديد من مصانع الطاقة الحيوية التي تستخدم النفايات سواء كانت زراعية أو نفايات حيوانية كمصدر للوقود.
ومع ذلك ، تستخدم العديد من شركات الطاقة الأخشاب من الغابات للحصول على الوقود والأشجار الناضجة المقطوعة والتي ، إذا تُركت دون أن تمسها ، تزيل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
تؤدي مثل هذه الإجراءات إلى إزالة الغابات ، والتسبب في فقدان الموائل ، وتآكل التربة ، وتدمير الجمال الطبيعي ، والمزيد.
2- التلوث
بالإضافة إلى انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، يمكن أن يؤدي حرق الكتلة الحيوية في حالة صلبة أو سائلة أو غازية أيضًا إلى إطلاق ملوثات وجزيئات أخرى في الهواء.
يشمل 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 عزل العديد من هذه الملوثات بواسطة النباتات الجديدة.
يمكن أن تسبب هذه المركبات عددًا من المشكلات البيئية وصحة الإنسان إذا لم يتم احتواؤها بشكل صحيح.
3- استخدام الماء
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 الموائل المائية وكمية إمدادات المياه المتاحة لأغراض أخرى (المحاصيل الغذائية ، ومياه الشرب ، والطاقة الكهرومائية ، وما إلى ذلك).
جعل الكتلة الحيوية أكثر ملاءمة للبيئة
ليست كل حلول طاقة الكتلة الحيوية هي نفسها ؛ يمكن التخفيف من بعض الآثار البيئية السلبية للطاقة الحيوية من خلال إدارة أكثر استدامة للغابات.
لذلك ، يتم اتخاذ قرارات دقيقة بشأن نوع الكتلة الحيوية التي نحصدها للوقود وكيف نحصدها.
يمكن أن يساعد التقدم في البحث والتكنولوجيا ، إلى جانب تطوير السياسات ، في ضمان أن تكون الاستثمارات المستقبلية في الطاقة الحيوية أكثر صداقة للبيئة.