Кіріспе
Энергиялы дақылдар - тек қана жаңартылатын биоэнергия өндіру үшін (азық-түлік үшін емес) өсірілетін арзан және аз күтімді дақылдар. Өсімдіктер қатты, сұйық немесе газ тәрізді отынға, мысалы, pellets, bioethanol немесе biogas түрінде өңделеді. Отын электр энергиясын немесе жылуды өндіру үшін өртеледі. Өсімдіктер әдетте ағаш немесе шөптесін болып бөлінеді. Ағаш өсімдіктерінен сабан мен тополь, шөптесін өсімдіктерден Miscanthus x giganteus және Pennisetum purpureum (екеуі де фил шөптері деп аталады) жатады. Шөптесін өсімдіктер, физикалық жағынан ағаштардан кішірек болса да, ағаш өсімдіктеріне қарағанда жер астында екі есе көп көмірқышқыл газын (көміртегі түрінде) сақтайды. Генетикалық модификация сияқты биотехнологиялық процедуралар арқылы өсімдіктерді жоғары өнімділік алу үшін өңдеуге болады. Қалыптастырмалы түрде жоғары өнімділік қазіргі бар сорттармен де жүзеге асырылуы мүмкін.) және суды аз пайдалануды тек генетикалық модификацияланған дақылдарды пайдалану арқылы ғана жүзеге асыруға болады. ТОК
Energy crops are low cost and low maintenance crops grown solely for renewable bioenergy production (not for food). The crops are processed into solid, liquid or gaseous fuels, such as pellets, bioethanol or biogas. The fuels are burned to generate electrical power or heat. The plants are generally categorized as woody or herbaceous. Woody plants include willow and poplar, herbaceous plants include Miscanthus x giganteus and Pennisetum purpureum (both known as elephant grass). Herbaceous crops, while physically smaller than trees, store roughly twice the amount of CO2 (in the form of carbon) below ground compared to woody crops. Through biotechnological procedures such as genetic modification, plants can be manipulated to create higher yields. Relatively high yields can also be realized with existing cultivars.) and less water use can only be accomplished by using genetically modified crops. TOC
Қатты биомасса
Қатты биомасса, көбінесе pelletized, жылу электр станцияларында жану үшін қолданылады, тек қана немесе басқа отынмен бірге жандырылады. Сонымен қатар, жылу немесе жылу-электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Қысқа мерзімді бұталы ағаш шаруашылығында (SRC) сабан мен тополь сияқты тез өсетін ағаш түрлері өсіріледі және 3-5 жыл ішінде жиналады. Бұл ағаштар ылғалды топырақ жағдайында жақсы өседі. Жергілікті су жағдайына әсер ету мүмкіндігін жоққа шығаруға болмайды. Қауіпті ылғалды жерлерге жақын жерлерде орналасудан аулақ болу керек.
Газдық биомасса (метан)
Бұрынғыдай тұтас дақылдар: жүгері, судандық шөп, қарақұмық, ақ қантты жалпақ, тағы басқалары силосқа айналып, биогазға айналуы мүмкін. Анаэробты ферменттерді немесе биогаз қондырғыларын энергия өнімдерімен тікелей толықтыруға болады. Германияда биоөнеркәсіптің ең жылдам дамып келе жатқан саласы "Жаңартылатын энергия көздері өсіру" саласы болып табылады (2006ж.). Энергиялық дақылдар газ өнімдерін арттыру үшін де өсірілуі мүмкін, егер шикізат құрамында энергия мөлшері аз болса, мысалы, тыңайтқыш пен бүлінген дәндер. Қазіргі кезде биоэнергия өсіру арқылы силоспен метандану арқылы энергияны өндіру шамамен жылына бір рет жүргізіледі. Шағын аралас шаруашылықтар өздерінің жерінің бір бөлігін энергия өнімдерін өсіру мен түрлендіруге пайдалана алады және бүкіл шаруашылықтың энергия қажеттілігін жердің шамамен бестен бір бөлігімен қамтамасыз етеді. Алайда Еуропада, әсіресе Германияда мұндай жылдам өсім тек қана мемлекеттік қолдаумен, мысалы, жаңартылатын энергияға арналған Германияның бонус жүйесімен жүзеге асты. Солтүстік Америкада өсімдік шаруашылығы мен биоэнергия өндірісін силос метаны арқылы біріктірудің ұқсас дамуы толығымен назардан тыс қалды, онда саяси және құрылымдық мәселелер және энергия өндірісін орталықтандыруға үлкен үдемелі күш-жігер оң өзгерістерді көлеңкелеп тастады.
Биоэтанол
Целюлозды биоэтанолды өндіру үшін екі негізгі азық-түлік емес дақыл - бұл шөптесін және гигант мискантус. Америкада целлюлозалық биоэтанолға қызығушылық бар, өйткені көптеген өңірлерде биометанды қолдайтын ауыл шаруашылығы құрылымы жоқ, несиелер немесе бонус жүйесі жоқ. Нәтижесінде көптеген жеке меншік қаржылар мен инвесторлар энзимді гидролиздегі және осыған ұқсас процестердегі нарыққа шығарылатын және патенттелген инновацияларға үміт артады. Шөптер биобутанолды өндіру үшін де энергия дақылдары болып табылады. Биоэтанол сонымен қатар ферментация арқылы тікелей этанол өндіру үшін негізінен жүгері (мазар тұқымын) пайдалану технологиясын білдіреді. Алайда, белгілі бір далалық және процестік жағдайларда бұл процесс өндірілетін этанолдың энергия құнына тең энергияны тұтына алады, сондықтан тұрақты емес. Астық тұнбасын биогазға айналдырудың жаңа тәсілдері (дистиллятордың астық тұнбасын немесе DGS деп аталады) биоэтанолдың осы түріндегі төмен энергия мөлшерін жақсартудың құралы ретінде уәде береді.
Энергетикалық дақылдарды пайдалану әртүрлі елдерде
Швецияда көбінесе сабан мен қымыз қолданылады. Финляндияда канар шөптері энергияны өндіретін өсімдік болып табылады. Switchgrass (panicum virgatum) - энергияны қоректік өнім ретінде пайдаланатын тағы бір өсімдік. 1 тонна шөп өндіру үшін 0,97 - 1,34 ГЖ көміртегі энергиясы қажет, ал 1 тонна жүгері өндіру үшін 1,99 - 2,66 ГЖ. Switchgrass-та шамамен 18,8 GJ/ODT биомасса бар болғандықтан, өнімнің энергиясы мен кіріс қатынасы 20: 1 дейін болуы мүмкін.
Энергия өсіруді жылу электр станцияларында пайдалану
Көліктердің ластануын азайту және көміртегі шығарындыларын азайту немесе жою үшін бірнеше әдістер бар. Жиі қолданылатын және тиімді әдіс - зауытты басқа отынмен (мысалы, энергия өсіру / биомасса) жұмыс істеуге ауыстыру. Кейбір жағдайларда биомассаны тортқа айналдыру электр станциясының пайдасына болады, егер энергия өнімдері/биомасса - шикізатқа айналған электр станциясы пайдаланатын материал. Сонымен қатар, энергия өсіруді отын ретінде пайдаланғанда және биокөмір өндірісін іске асырғанда, жылу электр станциясы көміртегі нейтралдан гөрі көміртегі теріс болуы мүмкін. Көмірмен жұмыс істейтін электр стансасының энергия тиімділігін арттыру да шығарындыларды азайтады.
Тұрақтылық аспектілері
Соңғы жылдары көптеген елдерде биоотынның пайдалы қазбаларға алмастыру мүмкіндігі жоғарылады. Сондықтан осы жаңартылатын ресурстың тұрақтылығын түсіну өте маңызды. Биоотынның пайда болуының көптеген пайдасы бар, мысалы, парниктік газдар шығарындысының азаюы, оның шығындары, яғни, табиғи отынға қарағанда арзан, қайта жаңартылатын энергияны пайдалану, т.б. Бұл энергия дақылдары электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Ағаш целлюлозасы мен биоотынның тұрақты электр энергиясын өндірумен бірге өте тиімді екені дәлелденді. 2008-2013 жылдар аралығында әлемдік биоотын өндірісі 109%-ға өсті және бұл біздің сұранысымызды қанағаттандыру үшін қосымша 60%-ға өседі деп күтілуде (Экономикалық ынтымақтастық және даму ұйымы (ЭЫДҰ) / Азық-түлік және ауыл шаруашылығы ұйымы (ФАО) мәліметтері бойынша). Энергия өсіру үшін энергия дақылдарын пайдалану көміртегі бейтараптығына байланысты пайдалы болуы мүмкін. Ол табиғи жанар-жағармайларға қарағанда арзан, ал энергия өндіру үшін пайдаланылатын өсімдіктер түрлерінің өте көп түрлерін қамтиды. Бірақ биоотынның жалпыға ортақ қолданылуына мүмкіндік беру үшін, шығынға (басқа жаңартылатын энергия көздеріне қарағанда қымбат), тиімділікке және өндірісті ұстап тұру үшін қажетті орынға қатысты мәселелерді қарастыру және жақсарту қажет. Кәдімгі орман қоралары көміртегі айналу уақытын бірнеше онжылдықтарға созылады, ал қысқа айналу орман қоралары (SRF) 8-20 жыл, ал қысқа айналу шөп шабу (SRC) 2-4 жыл. Мискантус немесе напиер шөптері сияқты көп жылдық шөптердің айналу уақыты 4-12 ай. Жер бетіндегі көміртегі тотығын сіңірумен қатар, биомасса дақылдары көміртегін жер астындағы тамыры мен топырақта да сіңіреді. Әдетте көпжылдық дақылдар біржылдық дақылдарға қарағанда көміртегін көбірек ұстап тұрады, өйткені тамыр жинақталуы көптеген жылдар бойы бұзылмастан жалғасады. Сонымен қатар, көпжылдық дақылдар біржылдық дақылдарды өсірумен байланысты жыл сайынғы жер өңдеу процедураларынан (жұмылу, қазу) аулақ болады. Жерді өңдеу топырақтағы микробалардың қосындысына көміртегін ыдырата отырып, СО2 шығаруға көмектеседі. Топырақтағы органикалық көміртектің, әсіресе, егістіктегі жерлерге қарағанда, егістіктегі егістіктерде көбірек екендігі байқалды. Көмiртектi көміртектiң мөлшері және шығаратын парниктік газдар (ПГ) мөлшері биоэнергетика жобасының жалпы ЖГ-ның өмірлік цикл құны оң, бейтарап немесе теріс екенін анықтайды. Атап айтқанда, егер жер астындағы көміртегі жинақталуы жер бетіндегі өмірлік циклдің жалпы шығарындыларын өтейтін болса, онда ЖОГ/көміртегі теріс өмірлік цикл болуы мүмкін. Мысалы, Miscanthus × giganteus үшін көміртегі бейтараптығы, тіпті теріс әсері қолжетімді. Бұл өнімділік пен байланысты көміртегі тұтқындау өте жоғары, ол шаруашылықтың жұмыс істеу эмиссиясының, отынға айналу эмиссиясының және көлік эмиссиясының жиынтығынан көп. Жетістікке жету егістік жерлеріне байланысты, өйткені егістік үшін ең жақсы топырақ қазіргі уақытта көміртегі тапшылығы бар. Ұлыбританияда Англия мен Уэльстің басым бөлігінде егістік жерлерді табысты түрде жермен қамтамасыз ету күтілуде, ал Шотландияның кейбір бөліктерінде көміртегіге бай топырақтарға (болып жатқан орманды жерлерге) байланысты табысты емес жермен қамтамасыз ету күтілуде. Шотландия үшін осы суық климаттағы салыстырмалы түрде төмен өнімділік СО2 теріс әсерін тигізуді қиындатады. Көміртегіге бай топырақтарға торф және тоғай жатады. Жасыл алқаптар көміртегіге бай болуы мүмкін, ал Ұлыбританияда көміртегі ең сәтті жинақталатын жерлер жақсыртылған шалғынды алқаптар астында орналасқан.
The amount of carbon sequestrated and the amount of greenhouse gases (GHGs) emitted will determine if the total GHG life cycle cost of a bioenergy project is positive, neutral, or negative. Specifically, a GHG/carbon negative life cycle is possible if the total below ground carbon accumulation more than compensates for the above ground total life cycle GHG emissions. For example, for Miscanthus × giganteus, carbon neutrality and even negativity is within reach. This means that the yield and related carbon sequestration is so great that it accounts for more than the total of farm operations emissions, fuel conversion emissions, and transport emissions. Successful sequestration is dependent on planting sites, as the best soils for sequestration are those that are currently deficient in carbon. For the UK, successful sequestration is expected for arable land over most of England and Wales, with unsuccessful sequestration expected in parts of Scotland, due to already carbon rich soils (existing woodland). Also, for Scotland, the relatively lower yields in this colder climate make CO2 negativity harder to achieve. Soils already rich in carbon includes peatland and mature forest. Grassland can also be carbon rich, and it has been found that the most successful carbon sequestration in the UK takes place below improved grasslands.