הבנתם של חומרים ביו-אנרגיה ותפקידם באנרגיה מתחדשת

גידולי אנרגיה הם צמחים שגדלו במיוחד כדי לייצר ביומסה שניתן להמיר אותה לחום, חשמל או דלקי תחבורה כגון ביותנונול, ביוזל, וביוגאס.כפי שהעולם מבקש להשמיץ את אספקת האנרגיה שלו, גידולים אלה מציעים אלטרנטיבה מתחדשת לדלקים מאובנים.הם מחולקים בדרך כלל לשלושה דורות: יבולים ראשונים (למשל, סוכר, סוכר) משתמשים ביבולים נמוכים; יבולים).

שוק האנרגיה הביולוגית העולמי ממשיך להתרחב, מונע על ידי המנדטים למדיניות, תמחור פחמן ומטרות קיימות תאגידיות.על פי סוכנות האנרגיה הבינלאומית, חשבונות ביו-אנרגיה מודרניים מהווים כמחצית מכלל צריכת האנרגיה המתחדשת ברחבי העולם, עם זאת, במידה רבה, בחירת יבולים בתעשיית האנרגיה הביולוגית חייבת לאשר מינים המותאמים לשימוש בקרקע, יעילות המים, ואנרגיות חוזרות על ההשקעה תוך הימנעות מתחרות עם ייצור מזון.

מפתח ב-Bio Energy Crop Selection

בחירת יבול ביו-אנרגיה מתאים דורש הערכה רב-פנית של גורמים סביבתיים, ארגונומיים וכלכליים.

הסתגלות אקלים

היבול חייב להיות מתאים לאקלים המקומי - טווח זמני, תבניות משקעים, ואורך העונה הגדל.לדוגמה, סוכרקניה משגשגת באזורים טרופיים וסובטרופיים עם גשם גבוה, בעוד שלא ניתן להתאים כראוי לאקלים ממוזג עם חורף קר.

דרישות סויל וקיימות

(ה) גידולי אנרגיה ביולוגיים אידיאליים משתמשים בחומרים מזינים הזמינים באדמה ללא גרימת השפלה ארוכת טווח.היתר של רב-המאה (FLT:0switchgrasFLT:1 ו-FLT:2פופlarFLT 3: 3) שיפור מבנה הקרקע, עלייה בכמות אורגנית, ולהפחית את החיסרון של מינים, כגון FLT:4lupinsFLT5 או FLTalalureage 6.

שימוש במים

(ב) ייתכנו יבולים רבים בתעשיית המים (ב) על בסיס טביעת רגל המים שלהם – כמות המים הנצרכים ליחידת הביומסה המיוצרת.FLT:0SorghumphFLT:1 ו-FLT:2milletFLT 3: 8) ידועה בדרישות מים נמוכות, ואילו FLT:4sugasrcaneLTF:5 ו-Frigation יש צורך ב-Tirptirdexerdation.

מעגל הצמיחה והקציר Frequency

(ב) יבולים מהירים יותר (התבואה) יכולים להגדיל את התשואה השנתית של הביומסה (ב) כמו יבולים שנתיים (FLT:0cornFLT:1 ו-FLT:2sorghumFLT 3) יבולים בשנה, ואילו עשבים חד-שנתיים כגון FLT:4miscanthus FLT:5 ו-FLT610, 000 שנים, 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 נצלוחזקות , 000 , 000

צריכת אנרגיה ופוטנציאל

(ב) ויקרא י"ד) ,"התתב" (ב) ,"ב)" (ב[[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]], [[[[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]], [[[[1924]]]]]]]] ב[[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]

אפשרויות ל-Bio Energy Crop

מגוון רחב של צמחים הוערכו לייצור ביו-אנרגיה.הרשימה הבאה מדגישה מינים שהם בעלי יכולת מסחרית ומוכחים מדעית.

סוכרקני (Saccharum officinarum)

מטופחת בברזיל, הודו ומדינות טרופיות אחרות, סוכרקני הוא המקור המוביל בעולם של ביותנומול.תוכן הרוזוז גבוה שלו מתוסס ישירות לתוך אלתנול, ושקודה (השבדיה) נשרף כדי לייצר חשמל.התוכנית של סוכרנית סוכרנית בברזיל הוכיחה כי עם ניהול הקרקע המתאים, היבול יכול לספק פחתות גז של 80–90% בהשוואה לביקושים של יערות.

Switchgras (Panicum virgatum)

(Switchgras) הוא דשא רב שנתי בצפון אמריקה שגדל היטב על אדמה שולית עם דשן נמוך וקלטי מים.מערכת השורש העמוקה שלה לוכד פחמן ומונע שחיקה.פעם הוקמה, ניתן לקצור גרגריות מדי שנה במשך 10 שנים.מחקר מ-FLT:0U.S המחלקה למחקרי אנרגיה של מרכזים מחקר ביו-אנרגיה של אנרגיה מתחדשת מראה כי מתגים 5 גרם לתא מבטיח גם 1 ליטרים של 5 טון ו-עשר טון.

Miscanthus (Miscanthus × ג'יגהנטינוס)

דשא היברידי סטרילי יליד אסיה, ערפלטוס גדל מאוד באירופה וחלקים של ארצות הברית.הוא מניב 10-25 טון יבש לכל דונם מדי שנה, מה שהופך אותו לאחד הגבוהים ביותר מזג אוויר ממזגים-קלידיים יבולים אנרגיה.זה דורש דשן חנקן מינימלי וניתן לקצירף עם ציוד קונבנציונלי עבור מחקר: מרכז משותף של הנציבות האירופית, אשר מזוהה מטרות אנרגיה מתחדשת עבור מאית 1FLTus.

Jatropha (Jatropha curcas)

Jatropha הוא צמח סובלני בצורת שמייצר זרעים עשירים שמן מתאים ביודיוזל. זה יכול לגדול על אדמה מנודה או שולית, צמצום התחרות עם גידולי מזון.עם זאת, הציפיות המוקדמות של תשואה גבוהה לא היו מושגות תחת תנאים נמוכים; תשואה מסחרית בדרך כלל נע בין 0.5-2 טון של שמן per Hectare.

תירס (Maize, Zea mays)

קורנל הוא הזין הדומיננטי לייצור אתנול בארצות הברית, המייצג כ-90% מתפוקה ביו-דלק בארה"ב.תוכן הנשמר בקלות לאנול.עם ממוצע של 10-12 טון של דגנים לקטרייר, אתנול יכול להפחית את פליטת גזי חממה עד 20-30% לעומת בנזין.

המונחים: bio Energy Crops

  • (FLT:0)Poplar (פולוס spp.teauFLT) 1:1: מינים של עץ צומח מהיר המשמשים במערכות קצרות-גזר; מניב 10-15 טון יבש לכל הרקטארו מדי שנה; מתאים לאנופולוסית תאולית ודור אנרגיה.
  • (ב) ויקרא י"א): "היבול הנשגב" (השב"ב) אשר משגשג באדמה רטובה; ניתן לסווג כל 2-4 שנים; משמש עבור מטאטאי ביומסה וצמחי חשמל תרמיים.
  • (FLT:0) אלגה (מיקרולגה ומאקרו-מינגה) 1FLT:1: הדור השלישי של הזנה עם תשואות נפט גבוהות מאוד באזור יחידה (10–20 פעמים גבוה יותר משמן דקלים) ניתן לגדל באלגה בשבחות או פוטוביראטים באמצעות פסולת ו CO2, אך קנה מידה מסחרי נשאר אתגר.
  • (ב) ⁇ :0) קמלין (Camelina sativa) ,R1: יבול שמן הדורש קלטות מינימליות; המשמש לדלק סילון וביודיוזל; ניתן לגדל כסיבוב על אדמות שוליות.

מקסימיזציה של יגאל בעודה מבטיחה את יכולת השכנוע

תשואה ביומסה גבוהה לבדה אינה מספיקה; שיטות ייצור בר קיימא הכרחיות לשמירה על בריאות הקרקע, להגן על משאבי מים ולהימנע מהשפעות חברתיות שליליות.אסטרטגיות הבאות עוזרות להשיג הן את הפרודוקטיביות והן את המטרות הסביבתיות.

Crop Rotation ו- Polycultures

(התרומם של גידולי אנרגיה עם קטניות או גידולים אחרים שאינם אנרגיה יכול לשבור מחזורי מזיקים, לשפר את רמות חנקן הקרקע, להפחית את הצורך של דשנים סינתטיים.פוליתרבותs - גידול מינים מרובים יחד - יכול להגדיל את סך התשואות הביומסה ולספק שירותים אקולוגיים כגון גידול אבקה ובקרת שחיקה.

ניהול תזונתי

החלת הכמות הנכונה של דשן בזמן הנכון ובמקום חיוני למקסימום את התשואות מבלי לגרום לריצה תזונתית או פליטות גזי חממה. טכנולוגיות החקלאות של אחריות - חיישנים של נפט, יישום משתנה, ניטור מבוסס רחפנים - יכול די נטיעת דיננות.

ניהול משולב ו- Weed Management

Pests ו Weeds יכולים להפחית את התשואות על ידי 20-40% אם לא נשלט. Integrated pest Management (IPM) משלב שליטה ביולוגית (טורפים טבעיים), פרקטיקות תרבותיות (סיבוב גולגולת), ויישומים כימיים ממוקדים כאשר הסףים הם מעלים.עבור גידולי אנרגיה רב שנתיים, דיכוי עשבים במהלך הקמתו הוא קריטי; ברגע שהיבול הוא מבוסס היטב, canopy לעתים קרובות מחוץ ל-ofpetesssss.

עקבו אחרי Marginal Lands

גידול ביבולים ביו-אנרגיה על קרקע שאינה מתאימה לייצור מזון – כגון מעוות, חבלה או שדות חקלאיים נטושים – תחרות ישירה עם גידולי מזון וצמצום שינוי השימוש הקרקעי. עשבים ועצי גזר קצרים יעילים במיוחד באתרים כאלה, משום ששורשיהם העמוקים משפרים את מבנה הקרקע והמים.

שיפור וגנטיקה

(הביוטכנולוגיה הקלאסית והמודרנית) מאיצים את הפיתוח של גידולי ביו-אנרגיה גבוהים יותר, סובלניים יותר של מתח.Trits ממוקדת כוללים הצטברות ביומסה מוגברת, שיפור יעילות פוטוסינתזה (כגון C4 שיפור פוטוסינתזה), הבצורת, והפחתת התוכן של lignin עבור המרה קלה יותר לתדלקים ביולוגיים.

שיקולים סביבתיים וחברתיים

ייצור ביו-אנרגיה בר קיימא חייב לקחת בחשבון השפעות רחבות יותר מעבר לשער החווה.

שינוי הקרקע וחוב פחמן

המרת יערות או עשבים למפעלים של אנרגיה ביולוגית יכולה לשחרר כמויות גדולות של פחמן מאוחסן, יצירת "חוב פחמן" שעשוי לקחת עשרות שנים כדי לשלם.כדי להימנע מכך, חיוני לבסס יבולים על אדמה מחוספסת או מעובדת יותר מאשר לנקות את המערכות האקולוגיות הטבעיות.TheFLT:0 פאנל בין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC)Fevolver 1LT:1 ממליץ על ניתוח מחזור חיים (A) הכולל יתרונות ישירים לשינויי אקלים.

איכות מים וזמינות

שימוש בפריפין אינטנסיבי יכול להוביל לזיהום ניטראט ופוספט של גופי מים.ביו אנרגיה יבול עם דרישות קלט נמוכות יותר, כגון מתגגראות וערפל, להפחית את הסיכון הזה.באזורים של מים, הקפדה של גידולי אנרגיה ביולוגית צריך להיות מנוהל בקפידה כדי למנוע פיזור של אקוויפרים.

מזון לעומת דלק

יבולי אנרגיה ראשונים (corn, סוכרקני, שמן דקל) מתחרים ישירות עם ייצור מזון, נהיגה במחירי סחורות ורעב גדל באזורים פגיעים. השני-שלישי הזנות שגדלו על אדמות שוליות או באמצעות מערכות לא חקלאיות (אלג'ה) מסייע להקל על מדיניות זו, כגון הסדר האנרגיה המתוקנת של האיחוד האירופי (RED II) מגביל את השימוש של דלקים ביולוגיים המבוססים על מזון ומקדם מזון מתקדם.

תמיכה כלכלית ומדיניות

האטרקטיביות הכלכלית של גידול אנרגיה תלויה במחיר הביומסה, התשואה, עלויות קלט, ותמריצים זמינים. באזורים רבים, המנדטים הממשלתיים (למשל, תקן דלק מתחדשת בארצות הברית, תחזוקת דלק מתחדשת של דלק התחבורה בבריטניה) מספקים שוק יציב עבור דלקים ביולוגיים.

מוצרי Co כגון מזון לבעלי חיים, ביושר, ו ביוכימי יכול לשפר את השורה התחתונה הכלכלית.לדוגמה, צמחי אתנול תירס מוכרים לעתים קרובות גרגרי דיוננות מיובשים כמו להאכיל בעלי חיים. Lignin מופרדים מאינול תאואולי ניתן להשתמש ככימיקל מתחדשים או נשרף עבור חום.זרמים אלה עוזרים להפחית עלויות הזנה ולהפוך את המערכת הכוללת יותר גמיש.

מחקר: תעשיית הסוכרת של ברזיל אתנול

ברזיל הדגים כי ייצור ביו-אנרגיה בקנה מידה גדול יכול להיות גם יעיל מבחינה כלכלית וגם סביבתית.המדינה מייצרת מעל 30 מיליארד ליטר של אתנול מדי שנה, בעיקר מסוכרקקניה.היתרונות בתעשייה מעלויות ייצור נמוכות, תשתיות ארוכות מבוססות, וממשלה המשלבת המנדטים.סוכר קנטנה אתנול מפחיתה את פליטות GHG עד 90% לעומת דלק ומניעה התפתחות כפרית משמעותית.

אפשרויות ל-Bio Energy Crop Selection

מחקר וחדשנות מתמשכת מבטיחים לפתוח אפילו תשואה גבוהה יותר וקיימות גדולה יותר.

Genome Editing ו-Synthetic Biology

CRISPR וכלים אחרים במדיטציה גנום מאפשרים שינויים מדויקים לגנום היבול - אישור לבצורת סובלנות, יעילות שימוש תזונתית, ומבנה ביומסה. ביולוגיה סינתטית מאפשרת עיצוב של מיקרואורגניזמים שממירים את הביומסה של הזנות יותר ביעילות לתוך דלקים ביולוגיים מתקדמים כגון דלק תעופה בר קיימא (SAF) LT:0 Joint BioEnergy Institute (JIR) מתפתח מיקרו-microbe קדמית עבור מיקרו-DLCD.

Perennial Grain ו Oilseed Crops

פיתוח גרסאות חד-שנתיות של גידולים שנתיים (למשל, חיטה רב-שנתית, פרח שמש רב-שנתי) יכול לשלב את היתרונות של התשואות של שנתיות עם היתרונות האקולוגיים של ennials.TheFLT:0Land InstituteFLT:1 בקנזס עשה התקדמות משמעותית בהפחתת דגנים חד-שנתיים כמו קרנזה, אשר יכול לשרת מטרות כפולות: דגנים ו biomass מן הביומסה עבור קשי אנרגיה ביולוגית.

אלגה וביומסה ימית אחרים

אלגה מחזיקה את הפוטנציאל לתשואות נפט גבוהות מאוד לקטריה, וניתן לגדל אותן על קרקע בלתי-צפויה או במי ים החוף.המכשולים הגדולים ביותר נשארים בטיפוח-תועלת, קצירה ומיצוי נפט. Photobioreactors בשילוב עם פלואי-גז CO2 מתחנות כוח מציעים נתיב לתדלקי חשמל פחמן-שליליים.

אינטגרטיבי Biorefineries

הרעיון של ביו-רפיטרי המשולב - שבו מתקן יחיד מייצר מוצרים מרובים (דלקים, כימיקלים, חשמל, חום) מביומסה - משפר את היעילות הכוללת ואת הכלכלה.לדוגמה, ביו-רפיורי עשוי להמיר מחסנים ליגנולוסיים לתוך תנומולוסic אטומית צלולה ו- lignin מבוסס bioplastics, בעוד ששורפים לתהליך החום:0ioFalation יכול להוכיח את יעילות פחמן נמוכה זו.

מסקנה

בחירת יבול אנרגיה נכון הוא החלטה בסיסית המשפיעה על טביעת הרגל הסביבתית, הזכאות הכלכלית, וקיימות ארוכת טווח של ייצור דלק ביולוגי.לא יבול יחיד הוא אידיאלי עבור כל האזורים או כל מסלולי המרה; הבחירה האופטימלית תלויה האקלים המקומי, אדמה, זמינות מים ותנאי שוק.עם זאת, הראיות תומך מאוד עשבי חממה (למשל, מתגים, פיזור, יבולים שוליים), קיצוריכים לשימוש יעיל ביותר, עם שיפורים בניהול יעיל יותר, עם יעילות גבוהה יותר, עם יבולים עתידיים.