بیوانرژی چیست و کاربرد آن چه مزایایی دارد؟

بیوانرژی یا انرژی زیستی به برق و گازی گفته می شود که از مواد آلی معروف به زیست توده تولید می شود. این ترکیبات می تواند از گیاهان و الوار گرفته تا زباله های کشاورزی و مواد غذایی  و حتی فاضلاب را شامل شوند. اصطلاح انرژی زیستی همچنین سوخت های حمل و نقل تولید شده از مواد آلی را در بر می گیرد.

بیوانرژی از نظر تعریف انرژی تجدیدپذیری است که از مواد موجود و منابع بیولوژیکی تهیه می شود. زیست توده هر ماده آلی است که نور خورشید را جذب کرده و به صورت انرژی شیمیایی ذخیره کرده است که شامل چوب ، ضایعات چوب ، کاه ، کود ، نیشکر و بسیاری از محصولات جانبی دیگر  فرآیندهای مختلف کشاورزی است.

لازم به ذکر است که تا سال ۲۰۱۰ ، ۳۵ گیگاوات  ظرفیت بیوانرژی  نصب شده در سطح جهانی برای تولید برق وجود داشت که ۷ گیگاوات آن در ایالات متحده بود. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.

بیوانرژی چگونه تولید می شود؟

انرژی زیستی یکی از منابع متنوع موجود برای کمک به تأمین تقاضای ما برای انرژی است. این نوعی انرژی تجدیدپذیر است و می تواند برای تولید سوخت حمل و نقل ، گرما ، برق و محصولات دیگر استفاده شود.

وقتی از زیست توده به عنوان منبع انرژی استفاده می شود ، از آن به عنوان “مواد اولیه” یاد می شود. مواد خوراکی را می توان به طور خاص برای محتوای انرژی آنها پرورش داد ، یا می توان از مواد زائد صنایع مانند کشاورزی ، فرآوری مواد غذایی یا تولید چوب انرژی زیستی تولید کرد.

به عنوان مثال مواد خوراکی خشک و قابل احتراق مانند پلت های چوبی در دیگهای بخار یا کوره می سوزند. این به نوبه خود آب را می جوشاند و بخار ایجاد می کند  که توربین را برای تولید برق به حرکت در می آورد.

مواد خوراکی مرطوب ، مانند ضایعات مواد غذایی به عنوان مثال ، در مخازن بسته شده قرار می گیرند و در آنجا پوسیده می شوند و گاز متان تولید می کنند که بیوگاز نیز نامیده می شود. برای تولید برق می توان این گاز را سوزاند یا می تواند مستقیما به شبکه گاز ملی تزریق شود و برای پخت و پز و گرمایش استفاده شود.

بیوانرژی یک منبع انرژی بسیار انعطاف پذیر است و می تواند به سرعت بالا و پایین شود تا تقاضا را برآورده کند . بنابراین به عنوان یک پشتیبان عالی برای فناوری های تجدید پذیر وابسته به هوا مانند باد و خورشید عمل می کند.

انواع بیوانرژی

زیست توده به ۳ شکل جامد، مایع و گاز وجود دارد که در ادامه شرح داده می شود:

زیست ‌توده جامد یا فشرده از مواد ارگانیک مانند چوب و باقی مانده‌های چوب مانند درختان، درختچه‌ها، خاک ‌اره، پلت ها چوبی و باقیمانده‌ های کشاورزی مانند نی، سبوس دانه‌ ها، ریشه ‌ها، پوسته‌ها ، زباله‌های حیوانی و زباله‌های جامد شهری تهیه می شود.

زیست توده مایع است شامل مایع تولید شده از مواد گیاهی / زیستی است که از انواع آنها می توان به روغن‌های گیاهی ، متانول، اتانول و سوخت‌های الکلی حاصل از تخمیر و بیودیزل بدست آمده از روغن‌ های گیاهی و چربی ‌های حیوانی اشاره کرد.

زیست‌ توده گازی شامل گاز طبیعی تشکیل شده از فساد گیاهان ، زباله‌ های پوسیده، حیوانات در حال تجزیه  و انواع کودها است. متان حاصل از تخریب گیاهان، حیوانات و کودها ، گاز تولید شده از ضایعات زباله ها و گاز طبیعی حاصل از سوخت‌ های فسیلی برخی منابع تولید زیست توده گازی هستند.

بهتر است بدانید:

حدود سه چهارم از انرژی های تجدید پذیر در جهان شامل انرژی زیستی است که بیش از نیمی از آن شامل استفاده از زیست توده سنتی است. انرژی زیستی حدود ۱۰٪ کل مصرف نهایی انرژی و ۱.۴٪ تولید برق جهانی را در سال ۲۰۱۵ به خود اختصاص داده است.

زیست توده پتانسیل قابل توجهی برای تقویت انرژی در کشورهای پرجمعیت با افزایش تقاضا مانند برزیل ، هند و چین دارد و می تواند مستقیماً برای گرمایش یا تولید برق بسوزد ، یا به جایگزین های نفت یا گاز تبدیل شود. سوخت های زیستی مایع ، یک جایگزین تجدید پذیر مناسب برای بنزین هستند که  بیشتر در بخش حمل و نقل استفاده می شود.

برزیل پیشرو استفاده از سوختهای زیستی مایع است و بزرگترین ناوگان وسایل نقلیه قابل انعطاف را دارد که می توانند با اتانول زیستی کار کنند – الکلی که بیشتر از تخمیر کربوهیدرات موجود در محصولات قندی یا نشاسته ای مانند ذرت ، نیشکر یا سورگوم شیرین ساخته می شود.

کاربردهای بیوانرژی

زیست توده یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که از مواد گیاهی و جلبکی تهیه شده است و یک منبع انرژی تجدیدپذیر همه کاره است. این ماده می تواند به سوخت های حمل و نقل مایع تبدیل شود که معادل سوختهای فسیلی مانند بنزین و گازوئیل هستند. فناوری های انرژی زیستی امکان استفاده مجدد از کربن حاصل از زیست توده و جریان های زباله را به سوخت های کم انتشار برای اتومبیل ها ، کامیون ها ، جت ها و کشتی ها می دهد.

تولید انرژی برای حمل و نقل

زیست توده یکی از انواع منابع تجدیدپذیر است که می تواند برای حمل و نقل به سوخت های مایع تبدیل شود. سوخت های زیستی شامل اتانول سلولزی ، بیودیزل و سوخت های “قطره ای” هیدروکربن تجدیدپذیر است. دو نوع متداول سوخت های زیستی که امروزه استفاده می شوند ، اتانول و بیودیزل هستند. از سوخت های زیستی می توان در هواپیماها و بیشتر وسایل نقلیه موجود در جاده استفاده کرد. سوخت های تجدیدپذیر حمل و نقل که از نظر عملکردی معادل سوخت های نفتی هستند میزان انتشار کربن از وسایل نقلیه و هواپیماها را کاهش می دهند.

تولید انرژی برای گرما و برق

فناوری های زیست نیرو با استفاده از فرایندهایی مانند سوخت های فسیلی ، سوخت های زیست توده تجدید پذیر را به گرما و برق تبدیل می کنند. سه روش برای جمع آوری انرژی ذخیره شده در زیست توده برای تولید انرژی زیستی وجود دارد: سوزاندن ، پوسیدگی باکتریها و تبدیل به سوخت گاز یا مایع. انرژی زیستی می تواند نیاز به سوخت های کربنی سوزانده شده در نیروگاه ها را جبران کند ، بنابراین از شدت کربن تولید شده می کاهد. برخلاف برخی از اشکال انرژی های تجدید پذیر متناوب ، انرژی زیستی می تواند انعطاف پذیری تولید برق را افزایش دهد و قابلیت اطمینان شبکه الکتریکی را افزایش دهد.

تولید محصولات زیستی

زیست توده یک منبع انرژی همه کاره است ، دقیقاً مانند نفت. فراتر از تبدیل زیست توده به سوخت زیستی برای استفاده در وسیله نقلیه ، این منبع انرژی می تواند به عنوان یک جایگزین تجدیدپذیر برای سوخت های فسیلی در تولید محصولات زیستی مانند پلاستیک ها ، روان کننده ها ، مواد شیمیایی صنعتی و بسیاری از محصولات دیگر که در حال حاضر از نفت یا گاز طبیعی تولید می شوند ، مورد استفاده قرار بگیرد.

با تقلید از مدل پالایشگاه های نفت ، پالایشگاه های زیستی یکپارچه می توانند محصولات زیستی را در کنار سوخت های زیستی تولید کنند. این استراتژی تولید مشترک یک رویکرد کارآمدتر ، مقرون به صرفه و یکپارچه برای استفاده از منابع زیست توده ارائه می دهد. درآمد حاصل از محصولات زیستی همچنین ارزش افزوده ای را فراهم می کند که باعث بهبود و رونق اقتصادی می شود.

مزایای استفاده از بیوانرژی

کیفیت هوا بهتر

انرژی زیستی می تواند کیفیت هوا را با سوزاندن ضایعات مختلف افزایش دهد زیرا  باقیمانده زیست توده ها مانند ریشه ها ، باقی مانده هرس درختان یا درختان فرسوده جنگل در غیر این صورت در مزرعه یا جنگل می سوزد و از بین برود ولی  در یک کارخانه پیشرفته تولید انرژی زیستی می توان آنها را به انرژی قابل استفاده تبدیل کرد.

سوخت های زیستی قابل تجزیه هستند

سوخت و پتروشیمی های پایه نفتی می توانند برای محیط زیست مضر باشند و از آلاینده های اصلی آب و سطح زمین می باشند. سوخت های زیستی مانند اتانول و بیودیزل ، سمیت کمتری دارند و زیست تخریب پذیر هستند.

ایجاد فرصت های توسعه اقتصادی

مطالعات بین المللی نشان می دهد که استفاده از انرژی زیستی اشتغال مداوم زیادی ایجاد می کند.انرژی زیستی با ایجاد جریان های درآمدی جدید ، غیرمتمرکز و متنوع به تحریک توسعه اقتصادی و اشتغال منطقه کمک می کند. این امر به صاحبان زمین گزینه های بیشتری برای ارائه به بازار در ارتباط با محصولات سنتی زراعی ، درختی و استفاده از زباله هایی مانند کود ارائه می دهد. همچنین ممکن است فرصت هایی برای رشد محصولات جدید ، به ویژه در زمین های کشاورزی حاشیه ای یا کم باران برای تولید سوخت دیزلی فراهم کند.

کمک به صنایع کشاورزی و فرآوری مواد غذایی

استفاده از زیست توده می تواند به ایجاد انعطاف پذیری در صنایع کشاورزی ، چوب و صنایع غذایی کمک کند. انرژی زیستی روشی برای استفاده از زباله های آنها فراهم می کند و می تواند به آنها کمک کند هزینه های انرژی خود را کاهش دهند.

صرفه جویی در هزینه

استفاده از فناوری انرژی زیستی در شرایط مناسب می تواند به صرفه جویی در هزینه استفاده از سوخت های فسیلی کمک کند. به عنوان مثال ، مناطقی که برای گرمایش به گاز مایع متصل هستند (به گاز طبیعی متصل نیستند) ، مناطق دور دست یا نزدیک انتهای شبکه برق که تحت خاموشی مکرر قرار دارند و در آنها اتلاف و هزینه های انتقال برق برای ارتقا منبع تغذیه زیاد است.

محل دفن زباله کمتر

استفاده از جریان های زباله برای تولید انرژی زیستی موجب صرفه جویی در هزینه های زیست محیطی و اقتصادی دفع زباله می شود و خطرات آلودگی محیطی را کاهش می دهد.

قابلیت اطمینان و امنیت انرژی

قابلیت اطمینان و امنیت انرژی روستایی و منطقه ای را می توان با تأمین یک منبع انرژی داخلی که می تواند به طور مداوم و با انعطاف پذیری بیشتر برای افزایش تولید انرژی در کوتاه مدت نسبت به کارخانه های بزرگ با زغال سنگ کار کند ، تامین کرد.

طیف فزاینده ای از فناوری ها و برنامه ها

طیف فزاینده ای از فناوری های ثابت شده و سازگار برای تبدیل زیست توده به گرما ، برق و سوخت های زیستی در دسترس است. انرژی زیستی و تولید سوخت زیستی می تواند با توسعه سایر محصولات زیستی و بیوتکنولوژی ارتباط داشته باشد. به عنوان مثال ، هضم های آلی تولید شده به عنوان فرآورده بی نظیر هضم بی هوازی ، می توانند به عنوان کود یا تقویت کننده خاک استفاده شوند. زیست توده می تواند مواد شیمیایی مفیدی را به عنوان بخشی از یک سیستم تصفیه بیولوژیکی یکپارچه تولید کند.

اثرات زیست محیطی بیوانرژی

استفاده از برخی از انواع بیوانرژی های جنگلی اخیراً مورد انتقاد تعدادی از سازمان های زیست محیطی از جمله Greenpeace و شورای دفاع از منابع طبیعی قرار گرفته اند ، زیرا این امر می تواند بر روی جنگل ها و آب و هوا تأثیر بگذارد. گرینپیس اخیراً گزارشی با عنوان “سوخت رسانی به بیومس منتشر کرده است که نگرانی های آنها در مورد انرژی زیستی جنگل را بیان می کند.

از آنجا که می توان هر قسمت از درخت را سوزاند قطع درختان برای تولید انرژی باعث حذف بیشتر مواد مغذی و پوشش خاک نسبت به برداشت منظم می شود و می تواند برای سلامت بلند مدت جنگل مضر باشد.گروه های زیست محیطی همچنین به تحقیقات علمی اخیر استناد می کنند که نشان می دهد چندین دهه طول می کشد تا کربن آزاد شده در اثر سوختن زیست توده با رشد مجدد درختان بیشتر در مناطق با بهره وری پایین دوباره پس گرفته شود.

بهتر است بدانید:

بعلاوه ، عملیات ورود به اکوسیستم ممکن است خاکهای جنگلی را مختل کرده و باعث آزاد شدن کربن ذخیره شده در آنها شود. با توجه به نیاز مبرم به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در کوتاه مدت به منظور کاهش اثرات تغییر اقلیم ، تعدادی از گروه های زیست محیطی با استفاده گسترده از زیست توده جنگل در تولید انرژی مخالفت می کنند.

با اینحال می توان محصولات زیست توده را در مناطقی کشت کرد که از پوشش گیاهی اضافی بهره مند می شوند. به عنوان مثال ، می توان درختان را برای تولید زیست توده چوبی در مزارع به صورت پیکربندی هایی که  به عنوان پناهگاه ، سایه ، کنترل شوری ، تنوع زیستی  و غیره کاشت و از آنها استفاده کرد. برخی گونه ها می توانند به طور مکرر برداشت و مجدداً برای تأمین انرژی تجدیدپذیر و سایر مزایای منطقه ای و مزرعه ای مورد استفاده قرار گیرند.