Введение

Семена, выращенные исключительно для производства энергии путем сжигания Энергетические культуры - это низкозатратные и низкообеспечивающие культуры, выращенные исключительно для производства возобновляемой биоэнергии (не для пищи). Урожай перерабатывается в твердое, жидкое или газообразное топливо, такое как пеллет, биоэтанол или биогаз. Топливо сжигается для получения электрической энергии или тепла. Растения обычно классифицируются как древесные или травянистые. В древесные растения входят ива и тополь, травянистые растения включают Miscanthus x giganteus и Pennisetum purpureum (оба известны как трава слона). Травянистые культуры, хотя физически меньше деревьев, хранят примерно в два раза большее количество CO2 (в виде углерода) под землей по сравнению с древесными культурами. С помощью биотехнологических процедур, таких как генетическая модификация, растениями можно манипулировать, чтобы получить более высокую урожайность. Относительно высокие урожаи также могут быть получены при использовании существующих сортах.) и меньше использования воды может быть достигнуто только с помощью генетически модифицированных культур. ОКТ

Твердая биомасса

Твердая биомасса, часто пеллетлизированная, используется для сжигания в тепловых электростанциях, как отдельно, так и совместно с другими видами топлива. В качестве альтернативы он может использоваться для производства тепла или комбинированного производства тепла и энергии (CHP). В короткосрочном ротационном земледелии (SRC) быстрорастущие виды деревьев, такие как ива и тополь, выращиваются и собираются в короткие циклы от трех до пяти лет. Эти деревья лучше всего растут в условиях влажной почвы. Нельзя исключать влияние на местные водные условия. Не следует устанавливать растения вблизи уязвимых водно-болотных угодий.

Газовая биомасса (метан)

Целые культуры, такие как кукуруза, суданская трава, просо, белая сладкая клевер и многие другие, могут быть превращены в силос, а затем превращены в биогаз. Анаэробные перевариватели или биогазовые установки могут быть непосредственно дополнены энергетическими культурами после того, как они были сисилированы в силос. Наиболее быстро растущим сектором немецкого биологического сельского хозяйства является "культуры, выращиваемые на возобновляемых источниках энергии" на почти половине территории (2006). Энергетические культуры также могут выращиваться для увеличения добычи газа, когда сырье имеет низкое энергетическое содержание, например, навоз и испорченное зерно. По оценкам, в настоящее время урожайность биоэнергетических культур, преобразованных в метановый силос, составляет около 1 в год. Малые смешанные предприятия с животными могут использовать часть своей площади для выращивания и преобразования энергетических культур и удовлетворять потребности всей фермы в энергии примерно одной пятой площади. В Европе, и особенно в Германии, этот быстрый рост произошел только при значительной государственной поддержке, как в немецкой системе бонусов для возобновляемой энергии. Аналогичные разработки по интеграции растениеводства и производства биоэнергии через силосный метан были почти полностью проигнорированы в Северной Америке, где политические и структурные проблемы и огромное постоянное стремление к централизации производства энергии затмили положительные события.

Биоэтанол

Две ведущие непродовольственные культуры для производства целлюлозного биоэтанола - это переходный травяной и гигантский микантус. В Америке была озабоченность целлюлозным биоэтанолом, поскольку сельскохозяйственная структура, поддерживающая биометан, отсутствует во многих регионах, без кредитов или системы бонусов. В результате большое количество частных денег и надежд инвесторов направлены на рыночные и патентоспособные инновации в области ферментного гидролиза и аналогичных процессов. Травы также являются энергетическими культурами для биобутанола. Биоэтанол также относится к технологии использования в основном кукурузы (семена кукурузы) для получения этанола непосредственно путем ферментации. Однако при определенных условиях полевого действия и процесса этот процесс может потреблять столько же энергии, сколько энергетическая стоимость производимого им этанола, и поэтому не является устойчивым. Новые разработки по преобразованию зерновых отходов (называемых зерновыми отходами дистилляторов или DGS) в биогаз выглядят многообещающими в качестве средства улучшения низкого энергетического соотношения этого типа процесса биоэтанола.

Использование энергетических культур в разных странах

В Швеции часто используют иву и коноплю. В Финляндии канарская трава является популярной энергетической культурой. Другой энергетической культурой является переходный трава (panicum virgatum). Для производства 1 тонны травы требуется от 0,97 до 1,34 ГДж ископаемой энергии, по сравнению с 1,99 до 2,66 ГДж для производства 1 тонны кукурузы. Учитывая, что переходная трава содержит приблизительно 18,8 GJ/ODT биомассы, соотношение выработки энергии к потреблению для культуры может быть до 20: 1.

Использование энергетических культур в тепловых электростанциях

Существует несколько методов снижения загрязнения и сокращения или устранения выбросов углерода от электростанций на ископаемом топливе. Часто используемый и экономически эффективный метод - переоборудование установки для работы на другом топливе (например, энергетические культуры/биомасса). В некоторых случаях, торрентирование биомассы может принести пользу электростанции, если энергетические культуры/биомасса являются материалом, который будет использоваться преобразованной электростанцией на ископаемом топливе. Кроме того, при использовании энергетических культур в качестве топлива и при производстве биоугля, тепловая электростанция может даже стать углеродно-отрицательной, а не просто углеродно-нейтральной. Улучшение энергоэффективности угольной электростанции также может снизить выбросы.

Аспекты устойчивости

В последние годы биотопливо стало более привлекательным для многих стран как возможная замена ископаемого топлива. Поэтому очень важно понять устойчивость этого возобновляемого ресурса. Использование биотоплива имеет много преимуществ, таких как сокращение выбросов парниковых газов, более низкая стоимость, чем у ископаемого топлива, возобновляемость и т.д. Эти энергетические культуры могут быть использованы для производства электроэнергии. Было показано, что древесная целлюлоза и биотопливо в сочетании с стационарным производством электроэнергии очень эффективны. С 2008 по 2013 год мировое производство биотоплива увеличилось на 109%, и ожидается, что оно увеличится еще на 60%, чтобы удовлетворить наши потребности (согласно данным Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) /Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО)). Использование энергетических культур для производства энергии может быть выгодным из-за его углеродной нейтральности. Это более дешевая альтернатива ископаемому топливу, но при этом очень разнообразна в видах растений, которые могут использоваться для производства энергии. Однако необходимо рассмотреть и усовершенствовать вопросы, касающиеся затрат (более дорогих, чем другие возобновляемые источники энергии), эффективности и пространства, необходимого для поддержания производства, чтобы использование биотоплива стало общепринятым. В то время как обычные лесные насаждения имеют время вращения углерода, охватывающее многие десятилетия, лесные насаждения с коротким периодом вращения (SRF) имеют время вращения 8-20 лет, а лесные насаждения с коротким периодом вращения (SRC) имеют время вращения 2-4 года. Многолетние травы, такие как мискантус или трава напиер, имеют время вращения 4-12 месяцев. Помимо поглощения углекислого газа в поверхностных тканях, культуры биомассы также улавливают углерод под землей, в корнях и почве. Как правило, многолетние культуры улавливают больше углерода, чем однолетние культуры, потому что корневое накопление может продолжаться беспрепятственно в течение многих лет. Кроме того, многолетние культуры избегают ежегодных процедур обработки почвы (по ploя, копания), связанных с выращиванием однолетних культур. Полевая обработка помогает популяциям почвенных микробов разлагать доступный углерод, производя CO2. Урожайность почвы органического углерода выше при выращивании травянистых культур, чем при выращивании сельскохозяйственных культур, особенно на глубине ниже. Количество углерода, захваченного и количество выделяемых парниковых газов (ПГ) определяет, является ли общая стоимость жизненного цикла ПГ проекта биоэнергетики положительной, нейтральной или отрицательной. В частности, отрицательный жизненный цикл по отношению к парниковым газам и углероду возможен, если общее накопление углерода под землей более чем компенсирует выбросы парниковых газов в течение всего жизненного цикла на поверхности. Например, для Miscanthus × giganteus углеродная нейтральность и даже негативность в пределах досягаемости. Это означает, что урожайность и связанное с ней поглощение углерода настолько велико, что оно составляет больше, чем общий объем выбросов от хозяйственной деятельности, выбросов от преобразования топлива и выбросов от транспорта. Успешное секвестрирование зависит от мест посадки, так как лучшие почвы для секвестрирования - это те, которые в настоящее время имеют недостаток углерода. В Великобритании ожидается успешное секвестрирование пахотных земель в большинстве районов Англии и Уэльса, а в некоторых районах Шотландии - неудачное секвестрирование, в связи с уже имеющимися углеродными почвами (существующими лесами). Кроме того, в Шотландии относительно низкие урожаи в этом холодном климате затрудняют достижение отрицательного уровня выбросов CO2. К почвам, уже богатым углеродом, относятся торфяные угодья и зрелые леса. Травы также могут быть богаты углеродом, и было установлено, что наиболее успешное удерживание углерода в Великобритании происходит под улучшенными травами.