الطاقة الأحيائية والانتقال إلى إطار الاقتصاد البيولوجي العناق

الطاقة الأحيائية والانتقال إلى إطار الاقتصاد البيولوجي العناق

(أ) أن يكون هذا التعميم [الطاقة الأحيائية] هو مركز محوري في التحول العالمي من الاقتصاد المتوسط والقائمة على الوقود الأحفوري إلى تعميم اقتصادي أحيائي، ويسعى إلى إعادة تصميم الكيفية التي ينتج بها المجتمع ويستهلكها ويدير بها الموارد البيولوجية - مبتعداً عن النموذج التقليدي " للأخطار " إلى نظم مغلقة حيث تصبح النفايات وسيطة، ودورات الكربون، مستدامة.

فهم الطاقة الأحيائية: المصادر والتكنولوجيات والقابلية للتقسيم

فالطاقة الأحيائية هي الطاقة المستمدة من المواد العضوية - الكتلة الأحيائية المسموعة بالإنتقائية - بخلاف الوقود الأحفوري الذي يطلق الكربون المخزن على النطاقات الزمنية الجيولوجية، فإن كربون الكتلة الأحيائية جزء من الدورة الحالية للغلاف الحيوي، مما يجعله نظريا محايد الكربون عندما يكون مصدره وإدارتها مستداما، وتشمل المواد الوسيطة المشتركة المخلفات الزراعية (ملوث الذرة، الخنازير)، والمحاصيل الثانوية الحرجية (شرائح الخشبية).

أنواع الطاقة الأحيائية

• Solid biomass:] Wood pellets, briquettes, andرقائق مستعملة لتوليد الحرارة والطاقة في المغليات السكنية والتجارية والصناعية.
• Liquid biofuels:]إيثانول (من قصب السكر، الذرة، المواد الخلوية) والديزل الأحيائي (من الزيوت النباتية، الدهون الحيوانية، زيت الطهي المستعملة)
• Biogas:] Produced via anaerobic digestion of organic waste (manure, food waste, sewage sludge) to generate electricity, heat, or upgraded to biomethane for pipeline injection.
• Advanced biofuels:] drop-in fuels from lignocellulosic biomass, algae, or synthetic biology-compatible with existing infrastructure without blending limits.

تكنولوجيات التحويل

ويعتمد استخدام الطاقة الأحيائية الحديثة على مجموعة من مسارات التحويل، أما العمليات الكيميائية الحرارية مثل الاحتراق والتغويز والتحلل الحراري فتتحول الكتلة الأحيائية الجافة إلى حرارة وغاز مركب وغاز بيولوجي، وتراكم حراري مفصّل، ورقم قياسي مائي مكوّن في 20 من المواد الكيميائية، ورقم قياسي مائي في شكل وقود هوائي

The Circular Bioeconomy Framework: Principles and Policy Drivers

كما أن تعميماً يتعلق بالاقتصاد البيولوجي يدمج مبادئ المواد المستخدمة في مجال حفظ الطاقة والطاقة في الأجل الطويل، وإعادة توليد النظم الطبيعية باستخدام الموارد البيولوجية المتجددة، ويستعاض عن نموذج " إنتاج الطاقة " الخطي باستخدام الكتلة الحيوية: المنتجات ذات القيمة العالية أولاً (الصيدلة، والمزارع الحيوية)، ثم إنتاج المواد، ثم إعادة إنتاج التربة إلى مستويات أقل.

How Bioenergy Enables Circularity

• Waste-to-energy:] Municipal solid waste, agricultural residues, and food processing by-products become feedstocks instead of landfill contributors, reducing methane emissions.
• Nutrient recycling:] Digestate from anaerobic digestion and ash from combustion can be returned to farmland as fertilizer, closing nutrient cycles.
• Carbon capture and utilization:] Bioenergy with carbon capture and storage (BECCS) can achieve negative emissions, as plants absorb CO2 during growth and the captured CO2 is permanently stored or used in products.
• Industrial symbiosis:] Biorefineries co-produce power, heat, biochar, biochemicals, and animal feed, maximizing resource efficiency across sectors.

المبادئ الرئيسية لاقتصاد بيولوجي دائري ينطبق على الطاقة الأحيائية

ويتطلب تنفيذ تعميم للاقتصاد البيولوجي التقيد بالمبادئ الأساسية التي تحمي السلامة البيئية والقابلية للاستمرار الاقتصادي.

الاستدامة

ويجب أن تأتي الكتلة الحيوية من مصادر لا تتنافس مع إنتاج الأغذية أو تدهور الأراضي أو إلحاق الضرر بالتنوع البيولوجي، كما أن مخططات التصديق على الاستدامة (مثلاً، لجنة التنسيق الدولية، مكتب خدمات الدعم الإقليمي) تكفل نمو المواد الوسيطة وجنيها ونقلها بأقل قدر من ديون الكربون، وعلى سبيل المثال، فإن استخدام محاصيل الطاقة المزروعة الغرض على الأراضي المهمشة يتجنب التغير المباشر في استخدام الأراضي، في حين أن مخلفات الزراعة والحراجة الحالية لها آثار بيئية إضافية منخفضة.

التحويل الكفء

وتزداد غلة الطاقة إلى أقصى حد لكل وحدة من الكتلة الحيوية، إذ تحقق نظم الحرارة والطاقة المختلطتين كفاءة عامة تفوق 80 في المائة، مقارنة بالنباتات التي تستخدم الطاقة فقط بنسبة 25 إلى 35 في المائة، وتتوقف أيضاً عمليات التكرير الأحيائي المتكاملة على زيادة الكفاءة عن طريق إنتاج مجاري متعددة من المنتجات - تمثل تحويل نسبة الذرة إلى السكر في الطاقة الحيوية، والليون في مجال المركبات الحيوية، وما تبقى من مواد صلبة.

النفايات

ويعتبر كل تدفق للنفايات مورداً، إذ إن المخلفات الزراعية - كوخ الكنز، وقذائف الجوز الهند، وفولاذات الفاكهة الفارغة من الزيت النخيل - يمكن أن تُغز لإنتاج الكهرباء في المجتمعات المحلية الواقعة خارج نطاق الحوض، وتُعد النفايات الغذائية محفورة بصورة غير مباشرة لتوليد الغاز الحيوي والهضمادات، ويمكن تحويل حمأة المياه المستعملة إلى شحنات بيولوجية، مما يحسن صحة التربة.

تكامل التنقيب البيولوجي

وتدعم محطات الطاقة الأحيائية القائمة على أساس واحد في كثير من الأحيان النضال الاقتصادي بسبب انخفاض أسعار الطاقة وموسمية المواد الوسيطة.() وتشترك عمليات التكرير الأحيائي المتكاملة في موقع متعدد لإنتاج تدفق متنوع للدخل، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يؤدي برنامج للتكفير البيولوجي إلى إنتاج الإيثانول الخلوي، والثورة (سلائف كيميائية)، ومواد البناء القائمة على الفرنجين، مع توفير الموارد الحيوية المتبقية.

فوائد الانتقال إلى اقتصاد بيولوجي دائري

The shift to a circular bioeconomy-powered by sustainable bioenergy-delivers Plurinational advantages that extend beyond climate mitigation.

الاستدامة البيئية

كما أن إصلاح الوقود الأحفوري باستخدام الطاقة الأحيائية يمكن أن يحقق تخفيضاً يصل إلى 80-90 في المائة في انبعاثات غازات الدفيئة أثناء دورة الحياة عندما تكون المواد الوسيطة مصدراً مستداماً، وتخفض الغازات الأحيائية من المكور انبعاثات الميثان من التخزين، وغاز الدفيئة القوي، وعلاوة على ذلك، تخفض النظم التعميمية الضغط على مدافن القمامة، وتلوث المياه من الجرعات الزراعية، وتعزز الكربون العضوي من خلال تطبيقات الحيوية.

النمو الاقتصادي وإيجاد فرص العمل

ويستخدم قطاع الاقتصاد الأحيائي بالفعل أكثر من 18 مليون شخص في أوروبا وحدها، وفقاً لمفوضية الاتحاد الأوروبي، ويمكن للاستثمارات في الطاقة الأحيائية المتقدمة والمصنوعات الأحيائية أن تخلق وظائف مهرة في المناطق الريفية - وغالباً في المناطق التي تمر بمرحلة انتقال من الفحم، وعلى سبيل المثال، فإن الاقتصاد البيولوجي القائم على الغابات في فنلندا يستخدم عشرات الآلاف في مجالات الحصاد والسوقيات والتجهيز والتجهيز والانتقال إلى التنمية().

أمن الطاقة واستقلالها

وتخفض موارد الكتلة الحيوية المحلية الاعتماد على الوقود الأحفوري المستورد، وتغذي الاقتصادات من تقلب الأسعار والمخاطر الجيوسياسية، والبلدان التي لديها مخلفات زراعية أو حرجية وفرة، مثل البرازيل والولايات المتحدة والهند، والعديد من الدول الأفريقية - التي يمكنها أن تستحدث احتياطيات استراتيجية للطاقة الأحيائية، ويمكن تخزين مادة الإيثان الأحيائي من النفايات العضوية في شبكات الغاز القائمة، وتوفير الطاقة المتجددة التي يمكن إرسالها لاستكمال الطاقة المتقطعة للطاقة الشمسية والريحة.

الابتكار والمعرفة

فالاستثمار في الطاقة الحيوية الدائرية يدفع الابتكار في التكنولوجيا الحيوية، وعلوم المواد، وهندسة العمليات، والرصد الرقمي، فعلى سبيل المثال، شهدت الهندسة الوراثية لل الكائنات المجهرية لإنتاج الوقود الأحيائي المتقدم من الليغنين انجازات، إذ تتيح المنابر الرقمية إدارة سلسلة الإمداد بالكتلة الأحيائية على وجه الدقة، وتخفض النفايات وتُحدِّد الاستخدام الأمثل، وكثيرا ما تجد هذه الابتكارات تطبيقات في صناعات غير متصلة بها، مما يضاعف من الآثار الاقتصادية.

التحديات والحواجز أمام التغلب على التحديات

ورغم وعدها، فإن الانتقال إلى اقتصاد أحيائي دائري يركز على الطاقة الأحيائية يواجه عقبات كبيرة تتطلب إجراءات منسقة.

العقبات التكنولوجية

فتقنيات التحويل المتقدمة - مثل تزوير الكتلة الحيوية الخبيثة إلى الوقود المسقط - لا تزال في مستويات منخفضة نسبياً من الاستعداد التكنولوجي )من ٦ إلى ٧( تكاليف رأسمالية مرتفعة، وقلة عائدات التحويل، وتنوع المواد الوسيطة، تعوق الانتشار التجاري، ولا يزال تحلل الهيدرولوجينات الكثيفة التكلفة، علاوة على أن إدماج العمليات المتعددة في التكرير الأحيائي يتطلب نظماً متطورة للرقابة وإمدادات وسيطة موثوقة.

الحواجز الاقتصادية

وكثيرا ما تتطلب مشاريع الطاقة الأحيائية استثمارات كبيرة في البداية، كما أن العائدات غير مؤكدة بسبب تقلب أسعار الوقود الأحفوري، وبدون تسعير الكربون الذي يعكس العوامل الخارجية الحقيقية، فإن النضال في الطاقة الأحيائية يتنافس مع الغاز الطبيعي الرخيص أو الفحم، وكثير من مخلفات الكتلة الحيوية موزعة مكانيا، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التحصيل والنقل، بالإضافة إلى أن سوق المنتجات المشتركة (مثلا، التنويع البيولوجي، غير المكتمل).

السياسات العامة والتجمعات التنظيمية

وتخلق معايير الاستدامة غير المتسقة في جميع المناطق حواجز تجارية، ولا تزال الإعانات المقدمة للوقود الأحفوري تدعم بقوة الطاقة الأحيائية في العديد من البلدان، كما أن عمليات التأقلم الطويل الأجل من أجل التكرير الأحيائي الجديد والأنظمة غير الواضحة المتعلقة بضبط الكربون وتخزينه يمكن أن تعطل المشاريع، ويحاول التوجيه المنقح بشأن الطاقة المتجددة التابع للجنة الأوروبية مواءمة القواعد، ولكن التنفيذ على المستويات الوطنية يختلف.

الشواغل الاجتماعية والمتعلقة باستخدام الأراضي

ويمكن لمزارع الطاقة الأحيائية الكبيرة أن تتعدى على إنتاج الأغذية والغابات والنظم الإيكولوجية إن لم تكن محكومة على النحو الصحيح، وقد تنشأ صراعات في حيازة الأراضي، ولا سيما في البلدان النامية، وتعارض المجتمعات المحلية في بعض الأحيان مرافق الطاقة الأحيائية بسبب الشواغل المتعلقة بالانبعاثات الجوية من الاحتراق أو البذور من الهضم الجوي، كما أن مشاركة أصحاب المصلحة عبر الحدود وتقييمات الاستدامة الصارمة أمران أساسيان للحفاظ على الترخيص الاجتماعي.

الاتجاهات المستقبلية والرأس البري

وسيتطلب تحقيق كامل إمكانات الطاقة الأحيائية في إطار تعميم للاقتصاد الأحيائي تحقيق إنجازات في مجال التكنولوجيا، وإصلاحات السياسات، والتكامل المنهجي.

Advanced Biofuels and Synthetic Biology

ويعود الجيل القادم من الوقود الأحيائي من الطحالب أو البكتيريا الاصطناعية إلى تحقيق مكاسب أعلى بكثير وانخفاض الاحتياجات من الأراضي، وفي نهاية المطاف، يمكن للشركات مثل لانزاتيتش وجيفو أن تتاجر في طرق تحول الغازات الصناعية أو المخلفات الزراعية إلى وقود جوي مستدام، ويمثل التزام صناعة الطيران العالمية بنسبة 10 في المائة من فرنكات الجماعة المالية الأفريقية بحلول عام 2030 عاملا رئيسيا في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كهرباء مصغرى.

التكامل في مجال التكرير الأحيائي واقتصاد الكربون الدائري

وسيشكل مصنع الطاقة الأحيائية في المستقبل على نحو أوثق مصنعاً للبيولوجيا الاصطناعية: تجهيز مواد وسيطة متنوعة، وإنتاج مواد كيميائية عالية القيمة إلى جانب الوقود، واستيعاب الكربون المتبقي للاستخدام في المواد أو التخزين، مثلاً، مشاريع البحوث التي يقوم بها BESTF [F]() في أوروبا، تُظهر مفاهيم للاختزال الأحيائي تحقق كفاءة تحويل الكربون إلى ⁇ 90 في المائة.

مواءمة السياسات وخصخصة الكربون

ومن أجل الحد من ميدان اللعب، يجب على الحكومات أن تنفذ آليات قوية لتسعير الكربون (مثل ضرائب الكربون أو الحد الأقصى للتجارة) تشمل أرصدة الانبعاثات السلبية بالنسبة للمركبات الثنائية الفينيل المتعددة الكلور، ويمكن أن تؤدي العقود الطويلة الأجل والتعريفات التغذوية للكهرباء الأحيائية من النفايات إلى إزالة المخاطرة، ويتضمن قانون الولايات المتحدة للحد من التضخم ائتمانات ضريبية كبيرة بالنسبة للهيدروجين النظيف وقود الطائرات المستدام، مما يمكن أن يحفز على تحقيق وفورات في الطاقة الأحيائية.

اللامركزية في الطاقة الأحيائية من أجل التكيف

ويمكن أن تعزز نظم الطاقة الأحيائية الصغيرة الحجم المملوكة للمجتمع المحلي باستخدام النفايات المصادر المحلية قدرة الطاقة على الصمود في المناطق النائية أو النامية، وتتزايد نشر النظم الهجينة التي تجمع بين الطاقة الشمسية والريحية والغاز الحيوي في المناطق الصغيرة غير الزراعية، وفي أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، يمكن أن تؤدي الهضمات الهوائية وتحسين مواقد الطهي إلى الحد من إزالة الغابات وتلوث الهواء الداخلي.

الخلاصة: مستقبل مستدام ومثقف مستمد من الطاقة الأحيائية

إن إدماج الطاقة الأحيائية في إطار دائري للاقتصاد البيولوجي ليس تطوراً اختيارياً، بل هو تطور ضروري لشبكة الطاقة العالمية المستدامة والمرنة، حيث أن سد الثغرات المادية، وتبخير النفايات، وإعادة توليد رأس المال الطبيعي، يمكن للطاقة الأحيائية أن يتجاوز دورها كوقود متجدد بسيط، وأن يصبح محركاً للتغيير المنهجي.