ما هو تأثير العوامل الخارجية على إنتاج كتلة الكائنات الحية؟؟، يسعى معظم المعامل البحثية في العالم لإنتاج طاقة طبيعية، نظيفة، غير مضرة بالبيئة على المدى القصير أو البعيد، وتعد الكتلة الحيوية/الطاقة الحيوية أحد مصادر هذه الطاقة الطبيعية، وفي هذا المقال سنجيب على التساؤل حول تأثير العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية.
تعريف الكتلة الحيوية
- يشير مصطلح الكتلة الحيوية إلى المواد العضوية المستخدمة في توليد الطاقة.
- يشار إلى عملية إنتاج الطاقة هذه بمصطلح الطاقة الحيوية.
- تم العثور في المقام الأول على الكتلة الحيوية في شكل النباتات الحية أو النفايات البيولوجية من الاستخدامات الصناعية والمنزلية.
- نظرا لانتشار المصطلح، فإن تشكيل الكتلة الحيوية المادية غير متناسق، لكنها تشمل بشكل عام الكربون والماء والمواد العضوية المتطايرة.
- لإنتاج الطاقة من الكتلة الحيوية، يتم استخدام مصطلح المواد الخام للإشارة إلى أي نوع من المواد العضوية التي ستستخدم لإنتاج شكل من أشكال الطاقة.
- من الضروري بعد ذلك تحويل المادة الأولية إلى طاقة يمكن استخدامها من خلال إحدى العمليات المختلفة.
استخدامات الطاقة
- تشمل بعض عمليات تحويل الكتلة الحيوية إلى نماذج طاقة قابلة للاستخدام الشائعة ما يلي:
1- الاحتراق
- هي العملية التي يتم فيها إشعال المواد القابلة للاشتعال بوجود الهواء أو الأكسجين لتوليد الحرارة.
- هذه هي الطريقة الأسهل لاستخدام الكتلة الحيوية كمصدر للطاقة.
- في شكله الأولي، يتم استخدام عملية الاحتراق لتسخين الفضاء (أي إشعال نار للتدفئة).
- ويمكن أيضا استخدامه لتسخين البخار وتوليد الكهرباء.
2- التحويل لغاز
- تحويل الكتلة الحيوية إلى خليط غاز قابل للاشتعال.
- يُشار إليه بغاز المنتج (CO + H2 + CH4).
- يتم استخدام عملية التحويل إلى غاز لخلق غاز تصنيعي، وتشمل العملية الحرارة والضغط والاحتراق الجزئي.
- ويمكن استخدامه بعد ذلك بدلا من الغاز الطبيعي.
3- الانحلال الحراري
- ينشأ بالتحلل الحراري في غياب الأكسجين.
- هي جزء من عملية التحويل إلى غاز وتستخدم في تحويل المواد إلى غاز وفي عمليات الاحتراق.
- تتضمن منتجات التفكك الحراري الغاز والسائل والفحم، بنسب تعتمد على معايير العملية.
4- الهضم اللاهوائي
- أو هضم الكتلة الحيوية، وهي العملية التي تقوم بها البكتيريا بتحلل المواد العضوية في غياب الأكسجين.
- من ذلك يتولد غاز حيوي يحتوي على الميثان ورواسب صلبة.
- يمكن بعدها استخلاص الميثان لإنتاج الطاقة.
- وبالمثل، يمكن أيضا حرق البقايا الصلبة لتوليد الطاقة.
5- التخمير
- يتضمن تحويل الجلوكوز في النبات (أو الكربوهيدرات) إلى الكحول أو الحمض.
- يتم إضافة الخميرة أو البكتيريا إلى المادة الحيوية التي تستهلك السكريات لإنتاج الإيثانول (الكحول) وثاني أكسيد الكربون.
- يتم تقطير الإيثانول وتجفيفه للحصول على تركيز أعلى من الكحول، بهدف تحقيق النقاء المطلوب لاستخدامه كوقود للسيارات.
- يمكن استغلال المواد الصلبة المتبقية من عملية التخمير كعلف للماشية، وفي حالة نبات قصب السكر يمكن استخدامها كوقود للغلايات أو تحويلها إلى غاز فيما بعد.
- بعض المواد الوسيطة تكون أكثر ملائمة لبعض عمليات تحويل الكتلة الحيوية من غيرها.
- يتم تحديد المواد الأولية والعمليات التي ستستخدم إلى حد كبير بواسطة توافر الموارد والشكل النهائي المطلوب للطاقة.
استخدام الطاقة الحيوية
- قبل الثورة الصناعية، كانت الكتلة الحيوية المصدر الرئيسي للطاقة.
- الكتلة الحيوية تشكل الآن نسبة صغيرة جدا من إجمالي استهلاك الطاقة في العالم.
- ومع ذلك، ما يقرب من 2.5 مليار شخص لا يزالون يعتمدون على الطاقة كمصدر أساسي للطهي والتدفئة.
- يعتمد استخدام الكتلة الحيوية على المنطقة التي يتم استخدامها فيها.
- وكذلك تتوفر الموارد والتكنولوجيا والجدوى الاقتصادية.
- وكلها عوامل دافعة لاستخدام الكتلة الحيوية.
الكتلة الحيوية والتلوث البيئي
- أعلنت بعض السلطات القضائية، وخاصة تلك التي لديها مبادرات مستدامة، أن الكتلة الحيوية هي مصدر للطاقة `خال من الكربون`.
- يستند ذلك على أساس منطقي يفترض أن النباتات المزروعة ستسترد انبعاثات الكربون الناتجة عن حرق الكتلة الحيوية لتغذية مفاعلات الكتلة الحيوية في المستقبل.
- وبالتالي تشكل دورة كربون للمصنع.
- تعتبر الفوائد والتكاليف البيئية ذات صلة شديدة بالسياق، وذلك بناء على التكنولوجيا والمواد الأولية المستخدمة.
- بعض عمليات الكتلة الحيوية، مثل تحويل النفايات إلى طاقة، يتم تصفيتها بأنها تقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
- على الرغم من ذلك، فإن بعض العمليات مثل الاحتراق وانبعاث ثاني أكسيد الكربون والجسيمات تشكل مصدر قلق كبير لصحة الإنسان.
- لا تزال الشعوب والمناطق الأكثر فقرا في الطاقة في العالم تعتمد على الكتلة الحيوية لتلبية معظم احتياجاتها من الطاقة.
- يعد عدم وجود آليات التهوية المناسبة لحرق الكتلة الحيوية مصدر قلق صحي كبير ويؤدي إلى انخفاض متوسط العمر في معظم الدول النامية في العالم.
- المخاوف المتعلقة بالوزن تتجاوز صحة الإنسان.
- بناء على نوع مصدر الكتلة الحيوية المستخدمة، يمكن أن تكون إزالة الغابات وتدهور الأراضي الزراعية (بسبب تحويل المخلفات الزراعية) وتغيير استخدام الأراضي قضايا مرتبطة بالكتلة الحيوية.
هل الكتلة الحيوية / الطاقة الحيوية محايدة من الكربون؟
- عندما نحرق المادة العضوية لإنتاج الحرارة أو لتوليد الكهرباء، فإنه يطلق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
- على الرغم من ذلك، المصادر الحيوية مثل المحاصيل الزراعية والأشجار، تقوم أيضا بامتصاص ثنائي أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي وعزله.
- عندما تمتص الأشجار والنباتات الكمية المنبعثة من ثاني أكسيد الكربون أثناء احتراق الكتلة الحيوية، تبقى دورة الكربون متوازنة.
- ومع ذلك، في التطبيق العملي، الأمر ليس بهذه البساطة.
- تعتمد فاعلية الكربون في الطاقة الحيوية على تقنية الاحتراق وطريقة حصاد الكتلة الحيوية وجهود إعادة النمو ونوع الكتلة الحيوية المستخدمة والتوقيت ومصادر الطاقة المستخدمة.
- على سبيل المثال، عند النظر في الكهرباء المستخرجة من الكتلة الحيوية الخشبية، عند حرق الخشب لتوليد الكهرباء، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الجو، ولكن الأشجار ستنمو وتمتص ثاني أكسيد الكربون المطلق.
- ومع ذلك، قد يستغرق الغابات عقودا للنمو مرة أخرى واستخلاص الكربون.
- لذلك، يعتمد حياد الكربون لهذا المصدر من الطاقة الحيوية على الإطار الزمني الذي ينظر إليه.
- إذا قامت الشركات بحرق الأشجار بمعدل أسرع من إعادة زراعتها أو حمايتها من الحريق، والتي في حالة عدم تأثرها لم تتأثر الغابة، فإن التوازن الكربوني في خطر.
- تقوم الأشجار والنباتات الأخرى بامتصاص كميات مختلفة من الكربون وفقا لعمرها، وهذا يجعل الكربون مكون الكتلة الحيوية للخشب أكثر تعقيدا.
- الآن، قارن بين كتلة الخشب الحيوي والغاز الحيوي الناتج من فضلات الحيوانات في عملية الهضم اللاهوائية.
- عند حرق الغاز الحيوي لتوليد الكهرباء، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أيضا في الغلاف الجوي.
- ومع ذلك، غالبا ما تؤدي هذه العملية إلى انبعاثات سلبية لغازات الدفيئة بسبب قوة الميثان.
- يتكون الغاز الحيوي في الغالب من البيوغاز، وإذا لم يتم حرقه كوقود حيوي، فسيكون له تأثير سلبي أكبر على ظاهرة الاحتباس الحراري.
- إذا تم تزويدك بالكهرباء `الخضراء` من محطات طاقة الكتلة الحيوية، فمن الأهم أن تتذكر أنها ليست بالضرورة نظيفة مثل الأنواع الأخرى من الطاقة المتجددة.
ما هو تأثير العوامل الخارجية على إنتاج كتلة الكائنات الحية؟
- الطاقة الحيوية هي نوع فريد من الكهرباء المتجددة.
- بالعكس من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية، إن توليد الطاقة من الكتلة الحيوية يؤدي إلى إنتاج غازات الدفيئة والملوثات في الهواء.
- ومع ذلك، بسبب طبيعة الكتلة الحيوية المتجددة، يعتبرها الكثيرون مصدرا للكهرباء خاليا من الكربون.
- بخلاف الآثار المترتبة على انبعاثات غازات الاحتباس الحراري واستخدام الطاقة المتجددة، هناك عدد من النتائج البيئية الإضافية التي يجب أخذها في الاعتبار.
- تؤثر بعض العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية.
- تضم بعض هذه العوامل الموقع الجغرافي والتضاريس والتربة والمناخ.
عوامل شائعة تؤثر على إنتاج الكتلة الحيوية
1- إزالة الغابات
- هناك العديد من مصانع الطاقة الحيوية التي تستخدم النفايات، سواء كانت زراعية أو حيوانية، كمصدر للوقود.
- ومع ذلك، يستخدم العديد من شركات الطاقة أخشاب الغابات كوقود وتزيل الأشجار الناضجة المقطوعة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي إذا لم يتم لمسها.
- تؤدي إجراءات مثل هذه إلى استنفاد الغابات، مما يسبب فقدان المواطن الحيوية، وتدهور التربة، وتدمير الجمال الطبيعي، وأكثر من ذلك.
2- التلوث
- بعيدا عن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، يمكن لاحتراق الكتلة الحيوية في حالة صلبة أو سائلة أو غازية أن يؤدي أيضا إلى إطلاق ملوثات وجسيمات أخرى في الهواء.
- تشمل ذلك ثاني أكسيد الكربون والمركبات العضوية المتطايرة وأكاسيد النيتروجين.
- في بعض الحالات، قد تسبب الكتلة الحيوية المحترقة تلوثا أكثر من الوقود الأحفوري.
- بالمقابل، العديد من هذه الملوثات لا يمكن فصلها عن طريق المصانع الحديثة، على عكس انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
- يمكن أن تؤدي هذه المركبات إلى عدة مسائل بيئية وتأثيرات صحية إذا لم يتم التحكم فيها بشكل صحيح.
3- استخدام المياه
- نظرا لأن النباتات تحتاج إلى الماء للنمو، فإن شركات الطاقة عند زراعة الأشجار والمحاصيل الأخرى في محطة للطاقة الحيوية، يتطلب ذلك استخدام كميات كبيرة من الماء للري.
- استخدام مياه الري على نطاق واسع يؤدي إلى تفاقم ظروف الجفاف.
- بسبب تأثيره على البيئة المائية وتوفر كمية المياه المتاحة للاستخدامات الأخرى مثل الزراعة والشرب والكهروماءية وغيرها.
جعل الكتلة الحيوية أكثر صداقة للبيئة
- ليست جميع حلول الطاقة الحيوية متساوية؛ يمكن تقليل بعض التأثيرات البيئية السلبية للطاقة الحيوية من خلال إدارة أكثر استدامة للغابات.
- وكذلك اتخاذ قرارات دقيقة بشأن نوع الكتلة الحيوية التي نجمعها للوقود وكيفية جمعها.
- يمكن أن يساهم التقدم في البحث والتكنولوجيا، جنبا إلى جنب مع تطوير السياسات، في ضمان أن تكون الاستثمارات المستقبلية في الطاقة المتجددة أكثر استدامة للبيئة.
وهكذا أجبنا عن تأثير العوامل الخارجية على إنتاج الكتلة الحيوية.
