ما تأثير العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية؟
ما تأثير العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية؟، تسعى معظم المعامل البحثية في العالم لإنتاج طاقة طبيعية، نظيفة، غير مضرة بالبيئة على المدى القصير أو البعيد، وتعتبر الطاقة الحيوية/الكتلة الحيوية أحد مصادر هذه الطاقة الطبيعية، في هذا المقال سوف نجيب على التساؤل ما تأثير العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية.
محتويات المقال
تعريف الكتلة الحيوية
- يشير مصطلح الكتلة الحيوية إلى المواد العضوية المستخدمة لإنتاج الطاقة.
- يشار إلى عملية إنتاج الطاقة هذه باسم الطاقة الحيوية.
- تم العثور على الكتلة الحيوية في المقام الأول، في شكل النباتات الحية، أو النفايات البيولوجية من الاستخدامات الصناعية والمنزلية.
- بسبب اتساع المصطلح، فإن التكوين المادي للكتلة الحيوية غير متناسق، ولكنه يشمل بشكل عام الكربون والماء والمواد المتطايرة العضوية.
- لإنتاج الطاقة من الكتلة الحيوية، يتم استخدام مصطلح المواد الخام للإشارة إلى أي نوع من المواد العضوية، التي سيتم استخدامها لإنتاج شكل من أشكال الطاقة.
- يجب بعد ذلك تحويل المادة الأولية إلى شكل طاقة، قابلة للاستخدام من خلال إحدى العمليات العديدة.
استخدامات الطاقة
- تشمل بعض عمليات تحويل الكتلة الحيوية لنموذج الطاقة القابلة للاستخدام الشائعة ما يلي:
1- الاحتراق
- هو العملية التي يتم من خلالها حرق المواد القابلة للاشتعال، في وجود الهواء أو الأكسجين لإطلاق الحرارة.
- إنها أبسط طريقة يمكن من خلالها استخدام الكتلة الحيوية للطاقة.
- في شكله البدائي، يتم استخدام الاحتراق لتسخين الفضاء (أي حريق للدفء).
- ولكن يمكن استخدامه أيضًا لتسخين البخار لتوليد الكهرباء.
2- التحويل لغاز
- هو تحويل الكتلة الحيوية، إلى خليط غاز قابل للاشتعال.
- يُشار إليه بغاز المنتج (CO + H2 + CH4).
- تستخدم عملية التحويل إلى غاز، الحرارة والضغط والاحتراق الجزئي، لخلق غاز تخليقي.
- والذي يمكن استخدامه بعد ذلك بدلاً من الغاز الطبيعي.
3- الانحلال الحراري
- يتكون من التحلل الحراري في غياب الأكسجين.
- وهي مقدمة التحويل إلى غاز، ويحدث كجزء من عملية التحويل الى غاز، وكذلك الاحتراق.
- تشتمل منتجات الانحلال الحراري على الغاز والسائل والفحم، بنسب كل منها اعتمادًا على معايير العملية.
4- الهضم اللاهوائي
- أو الهضم الحيوي، وهي العملية التي تقوم فيها البكتيريا بتكسير المواد العضوية في غياب الهواء.
- مما ينتج غاز حيوي يحتوي على الميثان وبقايا صلبة.
- يمكن بعد ذلك التقاط الميثان لإنتاج الطاقة.
- وبالمثل، يمكن حرق البقايا الصلبة أيضًا لإنتاج الطاقة.
5- التخمير
- ينطوي على تحويل جلوكوز النبات (أو الكربوهيدرات) إلى كحول أو حمض.
- تضاف الخميرة أو البكتيريا إلى مادة الكتلة الحيوية التي تتغذى على السكريات لإنتاج الإيثانول (كحول) وثاني أكسيد الكربون.
- يتم تقطير الإيثانول وتجفيفه، للحصول على تركيز أعلى من الكحول، لتحقيق النقاء المطلوب لاستخدامه كوقود للسيارات.
- يمكن استخدام البقايا الصلبة الناتجة عن عملية التخمير، كعلف للماشية وفي حالة قصب السكر يمكن استخدامها كوقود للغلايات أو التحويل إلى غاز لاحقا.
- بعض المواد الوسيطة أكثر ملاءمة لبعض عمليات تحويل الكتلة الحيوية من غيرها.
- يتحدد تحديد المواد الأولية 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 الأساسي للطاقة.
- تشكل الكتلة الحيوية الآن نسبة صغيرة فقط، من إجمالي استخدام الطاقة في العالم.
- ومع ذلك، لما يقرب من 2.5 مليار شخص، لا يزال المصدر الرئيسي للطاقة للطهي والتدفئة.
- يتوقف استخدام الكتلة الحيوية على المنطقة التي يتم استخدامها فيها.
- وكذلك توفر الموارد، وتوافر التكنولوجيا، والجدوى الاقتصادية.
- وكلها عوامل دافعة لاستخدام الكتلة الحيوية.
الكتلة الحيوية والتلوث البيئي
- أعلنت بعض السلطات القضائية – خاصة تلك التي لديها مبادرات مستدامة – الكتلة الحيوية كمصدر للطاقة “خال من الكربون”.
- ويستند هذا إلى منطق أن انبعاثات الكربون، الناتجة عن حرق الكتلة الحيوية سوف تستعيدها النباتات المزروعة لتغذية مفاعلات الكتلة الحيوية في المستقبل.
- وبالتالي تشكل دورة كربون للمصنع.
- تعتبر الفوائد والتكاليف البيئية سياقية للغاية، اعتمادًا على التكنولوجيا والمواد الأولية المستخدمة.
- بينما توصف بعض عمليات الكتلة الحيوية مثل تحويل النفايات إلى طاقة، بانخفاض انبعاثاتها من ثاني أكسيد الكربون.
- على الرغم من ذلك فإن بعض العمليات، مثل الاحتراق، وإطلاق ثاني أكسيد الكربون والجسيمات، تشكل مصدر قلق كبير لصحة الإنسان.
- لا تزال الشعوب والمناطق الأكثر فقراً في الطاقة في العالم تعتمد على الكتلة الحيوية في معظم احتياجاتها من الطاقة.
- يُعد الافتقار إلى آليات التهوية المناسبة لحرق الكتلة الحيوية، مصدر قلق صحي كبير ويسهم في العمر المتوقع القصير في معظم دول العالم النامي.
- المخاوف المرتبطة بالكتلة الحيوية تتجاوز صحة الإنسان.
- اعتمادًا على مصدر الكتلة الحيوية المستخدمة، يمكن أن تكون إزالة الغابات، وتدهور الأراضي الزراعية (بسبب تحويل المخلفات الزراعية)، وتغيير استخدام الأراضي كلها قضايا ذات صلة بالكتلة الحيوية.
هل الكتلة الحيوية / الطاقة الحيوية محايدة الكربون؟
- عندما نحرق الكتلة الحيوية لتوليد الحرارة أو لتوليد الكهرباء، فإنه يطلق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
- ومع ذلك، فإن مصادر الكتلة الحيوية، مثل المحاصيل الزراعية والأشجار، تقوم أيضًا بالتقاط ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية البناء الضوئي وعزل ثاني أكسيد الكربون.
- إذا كانت الأشجار والنباتات الأخرى تمتص كمية ثاني أكسيد الكربون التي تنبعث منها أثناء عملية احتراق الكتلة الحيوية، فإن دورة الكربون تظل متوازنة.
- ومع ذلك، في الممارسة الواقعية، الأمر ليس بهذه البساطة.
- يعتمد تأثير الكربون في الطاقة الحيوية على تكنولوجيا الاحتراق، وكيفية حصاد الكتلة الحيوية، وأي جهود لإعادة النمو، ونوع الكتلة الحيوية المستخدمة، والتوقيت، وموارد الطاقة التي يتم إزاحتها.
- على سبيل المثال، ضع في اعتبارك الكهرباء من الكتلة الحيوية الخشبية، حرق الخشب لإنتاج الكهرباء ينبعث ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، ولكن الأشجار سوف تنمو وتلتقط ثاني أكسيد الكربون المنبعث.
- ومع ذلك، يمكن أن تستغرق الغابات عقودًا لإعادة النمو وعزل الكربون.
- لذا فإن حياد الكربون لهذا المصدر من الطاقة الحيوية، يعتمد على الإطار الزمني الذي تنظر إليه.
- إذا قامت الشركات بحرق الأشجار بمعدل أسرع من إعادة زراعتها أو حرقها، والتي لولا ذلك لم تتأثر في الغابة، فإن حياد الكربون معرض للخطر.
- كما تلتقط الأشجار والنباتات الأخرى كميات مختلفة من الكربون اعتمادًا على عمرها، مما يجعل الكربون يمثل الكتلة الحيوية الخشبية أكثر تعقيدًا.
- الآن، قارن الكتلة الحيوية الخشبية الغاز الحيوي المتولد من فضلات الحيوانات في الهضم اللاهوائي.
- حرق الغاز الحيوي للكهرباء ينبعث منها أيضًا ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
- ومع ذلك، غالبًا ما تؤدي هذه العملية إلى صافي انبعاثات غازات الدفيئة السلبية بسبب قوة الميثان.
- يتكون الغاز الحيوي في الغالب من الميثان الذي إذا لم يتم حرقه كغاز حيوي، يكون له تأثير سلبي أكثر على ظاهرة الاحتباس الحراري.
- إذا تم تزويدك بالكهرباء “الخضراء” من محطات طاقة الكتلة الحيوية، فمن المهم أن تتذكر أنها ليست بالضرورة نظيفة مثل الأنواع الأخرى من الطاقة المتجددة.
ما تأثير العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية
- الطاقة الحيوية هي نوع فريد من الكهرباء المتجددة.
- على عكس الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية، ينتج توليد الطاقة من الكتلة الحيوية غازات الدفيئة والملوثات في الهواء.
- ومع ذلك، بسبب الطبيعة المتجددة للكتلة الحيوية، يعتبرها الكثيرون أنها مصدر للكهرباء خال من الكربون.
- خارج الآثار المترتبة على انبعاثات غازات الاحتباس الحراري واستخدام الطاقة الحيوية، هناك عدد من العواقب البيئية الإضافية التي يجب مراعاتها.
- تؤثر بعض العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية.
- تشمل بعض هذه العوامل، الموقع الجغرافي، التضاريس، التربة، المناخ.
عوامل شائعة تؤثر على إنتاج الكتلة الحيوية
1- إزالة الغابات
- هناك الكثير 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 المقطوعة التي، إذا لم تمس، تزيل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
- تؤدي مثل هذه الإجراءات إلى إزالة الغابات، مما يتسبب في فقدان الموائل، وتآكل الترب، وتدمير الجمال الطبيعي، وأكثر من ذلك.
2- التلوث
- بعيدًا عن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، يمكن أن يؤدي حرق الكتلة الحيوية في حالة صلبة أو سائلة أو غازية أيضًا إلى إطلاق ملوثات وجسيمات أخرى في الهواء.
- بما في ذلك أول أكسيد الكربون والمركبات العضوية المتطايرة وأكاسيد النيتروجين.
- في بعض الحالات، يمكن للكتلة الحيوية المحروقة أن تنبعث من التلوث أكثر من الوقود الأحفوري.
- على عكس انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، فإن العديد من هذه الملوثات لا يمكن عزلها بواسطة مصانع جديدة.
- يمكن أن تؤدي هذه المركبات إلى عدد من القضايا 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 محطة للطاقة الحيوية، فإنها تستخدم الكثير من المياه للري.
- استخدام مياه الري على نطاق واسع، يؤدي إلى تفاقم ظروف الجفاف.
- مما يؤثر على الموائل المائية، وكمية إمدادات المياه المتاحة لأغراض أخرى (المحاصيل الغذائية، الشرب، الطاقة الكهرومائية، إلخ).
جعل الكتلة الحيوية أكثر صداقة للبيئة
- ليست كل حلول طاقة الكتلة الحيوية متساوية؛ يمكن التخفيف من بعض السلبيات البيئية للطاقة الحيوية من خلال إدارة أكثر استدامة للغابات.
- وكذلك اتخاذ خيارات دقيقة حول نوع الكتلة الحيوية التي نحصدها للوقود وكيفية حصادها.
- يمكن أن يساعد التقدم في البحث والتكنولوجيا، إلى جانب تطوير السياسات، على ضمان أن تكون الاستثمارات المستقبلية في الطاقة الحيوية أكثر صداقة للبيئة.
وهكذا أجبنا على التساؤل ما تأثير العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية.