Кіріспе

Биомассадан жасалған жаңартылатын энергия – жаңартылатын энергияның бір түрін өндіру технологиясының аспектілері.

Биоэнергия – өсімдіктер мен жануарлар қалдықтарынан алынатын жаңартылатын энергияның бір түрі. Кіріспе материалдар ретінде қолданылатын биомасса негізінен өсімдіктерден тұратын, жақында ғана тірі (бірақ қазір өлі) организмдерден құралады. Осылайша, бұл анықтама бойынша, қазба отын биомассаға жатпайды. Биоэнергия үшін жиі қолданылатын биомасса түрлеріне ағаш, жүгері сияқты азық-түлік дақылдары, энергетикалық дақылдар, сондай-ақ орман, бақша және шаруашылықтардан шыққан қалдықтар жатады. Биоэнергия климаттың өзгеруімен күресуге көмектесе алады, бірақ кейбір жағдайларда биомасса өндірісі парниктік газдар эмиссиясын арттыруы немесе жергілікті биоәртүрліліктің жоғалуына әкелуі мүмкін. Биомасса өндірісінің экологиялық әсері, биомассаны өндіру және жинау тәсіліне байланысты мәселелі болуы мүмкін. Халықаралық Энергия Агенттігінің (IEA) 2050 жылға дейінгі нөлдік эмиссия сценарийі бойынша, 2030 жылға қарай дәстүрлі биоэнергия кезең-кезеңмен тоқтатылуы керек, ал заманауи биоэнергияның үлесі 2020 жылы 6,6%-дан 2030 жылы 13,1%-ға және 2050 жылы 18,7%-ға дейін ұлғаяды. Биоэнергия дұрыс қолданылса, климаттың өзгеруімен күресуде маңызды әлеуетке ие. Әлемдік жылынуды шектеуге бағытталған көптеген ұсынылған жолдар 2050 жылы биоэнергияның айтарлықтай үлесін қамтиды (орташа есеп бойынша 200 ЭДж).

Анықтама және терминология

IPCC-нің алтыншы бағалау есебі биоэнергияны «биомассаның кез келген түрінен немесе оның метаболизм нәтижесіндегі қосалқы өнімдерден алынған энергия» деп анықтайды. Бұл есепте биомасса «тас көмірге айналған немесе геологиялық құрылымдарға енген материалдарды қоспағанда, органикалық материал» ретінде қарастырылады.

Кіріспе материалдар

Ағаш және ағаш қалдықтары – бүгінгі күні биомасса энергиясының ең ірі көзі болып табылады. Ағаш тікелей отын ретінде қолданылуы мүмкін, немесе пеллет отынға немесе отынның басқа да түрлеріне өңделуі мүмкін. Жүгері, мискантус, бамбук сияқты басқа да өсімдіктер отын ретінде пайдаланылуы мүмкін. Басты қалдық шикізаттары – ағаш қалдықтары, ауыл шаруашылығы қалдықтары, тұрмыстық қатты қалдықтар және өндірістік қалдықтар. Шикі биомассаны жоғары сапалы отынға айналдыру әртүрлі әдістермен жүзеге асырылуы мүмкін, олар негізінен термикалық, химиялық немесе биохимиялық болып жіктеледі:

Термикалық түрлендіру процестері биомассаны жақсырақ және қолдануға ыңғайлы отынға айналдыру үшін жылуды басым механизм ретінде пайдаланады. Негізгі баламалар – торефикация, пиролиз және газдандыру, олардың арасындағы ерекшелік негізінен жүзеге асырылатын химиялық реакциялардың деңгейімен (негізінен оттегінің болуы және түрлендіру температурасымен бақыланады) анықталады. Көптеген химиялық түрлендірулер Фишер-Тропш синтезі сияқты көмірге негізделген процестерге негізделген. Көмір сияқты, биомасса да көптеген тауарлық химиялық заттарға айналдырылуы мүмкін. Биохимиялық процестер – биомасса құрамындағы молекулаларды ыдырататын табиғи процестер, олардың көпшілігін пайдалануға болады. Көбінесе түрлендіру үшін микроорганизмдер қолданылады. Бұл процестер анаэробтық ферментация, ашыту және компостинг деп аталады.

Жерге қажеттілік

Өсімдіктің жер бетіндегі қуат өндіру тығыздығы, өндіріс үшін қанша жер қажеттілігін анықтайды. Биомасса, жел, су және күн энергиясын өндірудің өмірлік цикл бойынша орташа жер бетіндегі қуат тығыздықтары сәйкесінше 0,30 Вт/м², 1 Вт/м², 3 Вт/м² және 5 Вт/м² құрайды (биомасса үшін жылу түріндегі қуат, ал жел, су және күн энергиясы үшін электр қуаты). Өмірлік циклдың жер бетіндегі қуат тығыздығы, қолдаушы инфрақұрылым, өндіріс, кен өндіру/жинау және тоқтатуға кеткен жерлерді қамтиды. Тағы бір бағалау бойынша, биомасса үшін 0,08 Вт/м², су үшін 0,14 Вт/м², жел үшін 1,84 Вт/м² және күн үшін 6,63 Вт/м² (жаңартылатын энергия көздерінің ешқайсысы 10 Вт/м²-ден аспайтын орташа мәндері) шамасында.

Көміртегі жинақтау және сақтау (BECCS) арқылы биоэнергия

Көміртегіні жинау және сақтау технологиясы биоэнергиялық электр станцияларынан шығатын газдарды жинау үшін қолданылуы мүмкін. Бұл процеске биоэнергия көміртегіні жинау және сақтау (BECCS) дейді, және ол атмосферадан көмірқышқыл газын таза алуға әкелуі мүмкін. Дегенмен, BECCS биомасса материалдарын өсіру, жинау және тасымалдау жолдарына байланысты, керісінше, шығарындылардың артуына да себеп болуы мүмкін. Кейбір климаттың өзгеруін азайту жолдарында көрсетілгендей, BECCS-ті кең көлемде енгізу үшін көп мөлшердегі егістік жерді пайдалану қажет болады. Биоэнергия көміртегіні жинау және сақтаумен.

Қоршаған ортаға әсері

Биоэнергия парниктік газдар шығарындыларын азайтуға (яғни төмендетуге) немесе арттыруға мүмкіндік береді. Жергілікті экологиялық әсерлердің мәселелі болуы мүмкін екендігіне де барлық тарап келіседі. Мысалы, биомассаға деген сұраныстың өсуі, биомасса өндірілетін аймақтарда маңызды әлеуметтік және экологиялық қысымға әкелуі мүмкін. Бұл әсердің себебі, негізінен биомассаның төмен беттік қуат тығыздығы. Төмен беттік қуат тығыздығы салдарынан, дәстүрлі отынға қарағанда, энергияның бірдей көлемін өндіру үшін анағұрлым кеңірек жерлер қажет болады. Биомассаны қашыққа тасымалдаудың пайдасыз және тұрақты еместігі сынға ұшырады, сондай-ақ Швеция мен Канадада орман биомассасын экспорттауға қарсы наразылықтар болды.

Масштабы және болашақ үрдістер

2020 жылы биоэнергия 58 ЭДЖ (эксажуль) энергия өндірді, ал 172 ЭДЖ - шикі мұнайдан, 157 ЭДЖ - көмірден, 138 ЭДЖ - табиғи газдан, 29 ЭДЖ - ядролық энергиядан, 16 ЭДЖ - су энергиясынан және 15 ЭДЖ - жел, күн және геотермаль энергиясының жиынтығынан өндірілді. Әлемдік биоэнергияның көп бөлігі орман ресурстарынан алынады. Жалпы алғанда, 2020 жылы биоэнергияны кеңейту 50%-ға төмендеді. Қытай мен Еуропа 2020 жылы маңызды кеңейтімді хабарлаған жалғыз екі аймақ болды, олар тиісінше 2 ГВт және 1,2 ГВт биоэнергия қуатын қосты. Қол жетімді ағаш кесу қалдықтарының барлығы дерлік қазірдің өзінде пеллет өндірісі үшін пайдаланылуда, сондықтан кеңейтуге орын қалмады. Биоэнергетика секторының болашақта маңызды кеңейуі үшін, жиналған ағаш массасының (целлюлоза) көбі пеллет фабрикаларына бағытталуы керек. Дегенмен, ағаш массасын (целлюлозаны) жинау осы ағаштардың өсіп, қартаю мүмкіндігін жояды, демек көміртегіді ұстап тұру қабілетін шектейді. Ағаш массасына (целлюлозаға) қарағанда, ағаш кесу қалдықтарының таза шығарылымы төмен: "Кейбір биомасса шикізаттары, әсіресе ағаш кесу қалдықтары, кем дегенде бірнеше жылға көміртегі нейтралды болуы мүмкін. Бұл басқа орман шаруашылығы операцияларынан қалған қалдықтар, олардың қосымша жинауды қажет етпейді, және әйтпесе қалдық ретінде өртеліп немесе шіріп атмосфераға көміртегі шығарар еді".