وقود حيوي ، أي وقود مشتق منه الكتلة الحيوية -هذا هو، النبات أو الطحالب نفايات المواد أو الحيوانات. نظرًا لأنه يمكن تجديد هذه المواد الأولية بسهولة ، يعتبر الوقود الحيوي مصدرًا للطاقة المتجددة ، على عكس الوقود الأحفوري مثل البترول والفحم والغاز الطبيعي. عادة ما يتم الترويج للوقود الحيوي باعتباره وسيلة فعالة من حيث التكلفة وبيئيًا حميدة لبديل إلى البترول وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى ، ولا سيما داخل سياق الكلام ارتفاع أسعار البترول وزيادة القلق بشأن المساهمات التي يقدمها الوقود الأحفوري إلى الاحتباس الحرارى . يعبر العديد من النقاد عن مخاوفهم بشأن نطاق التوسع في بعض أنواع الوقود الحيوي بسبب التكاليف الاقتصادية والبيئية المرتبطة بعملية التكرير والإزالة المحتملة لمساحات شاسعة من الأراضي الصالحة للزراعة من إنتاج الغذاء.
عالم دوبونت ماكس لي يطور أنواعًا جديدة من الوقود الحيوي في معمل التخمير الحديث الخاص به في محطة دوبونت التجريبية في ويلمنجتون ، ديل ، 19 يونيو 2006. PRNewsFoto / DuPont / AP Images
مضخة وقود غاز الإيثانول تنقل خليط E85 إلى سيارة في ولاية واشنطن ، الولايات المتحدة كارولينا ك.سميث ، M.D./Shutterstock.com
بعض أنواع الوقود الحيوي التي تم استغلالها لفترة طويلة ، مثل خشب ، يمكن استخدامها مباشرة كمادة خام يتم حرقها لإنتاجها الحرارة . يمكن استخدام الحرارة بدورها لتشغيل المولدات في محطة توليد الكهرباء لإنتاج الكهرباء. يحرق عدد من منشآت الطاقة الحالية العشب أو الخشب أو أنواع أخرى من الكتلة الحيوية.
استكشف الإنتاج المتزايد للوقود الحيوي من الإيثانول في الولايات المتحدة وجانبه السلبي نظرة عامة على إنتاج الوقود الحيوي للإيثانول في الولايات المتحدة. Contunico ZDF Enterprises GmbH ، ماينز شاهد كل الفيديوهات لهذا المقال
يحظى الوقود الحيوي السائل بأهمية خاصة بسبب ضخامة حجمه البنية الاساسية موجودة بالفعل لاستخدامها ، خاصة في النقل. الوقود الحيوي السائل في أكبر إنتاج هو الإيثانول (كحول الإيثيل) ، والذي يتم تصنيعه عن طريق تخمير النشا أو السكر . البرازيل والولايات المتحدة من بين المنتجين الرئيسيين للإيثانول. في الولايات المتحدة ، يتم تصنيع الوقود الحيوي الإيثانول بشكل أساسي من حبوب ذرة (الذرة) الحبوب ، وعادة ما يتم مزجها بالبنزين لإنتاج الجازوهول ، وهو وقود يحتوي على 10 في المائة من الإيثانول. في البرازيل ، يُصنع الوقود الحيوي من الإيثانول أساسًا من قصب السكر ، ويستخدم بشكل شائع كوقود إيثانول بنسبة 100 في المائة أو في مزيج البنزين الذي يحتوي على 85 في المائة من الإيثانول. على عكس الجيل الأول من الوقود الحيوي من الإيثانول المنتج من المحاصيل الغذائية ، فإن الجيل الثاني من الإيثانول السليلوزي مشتق من الكتلة الحيوية منخفضة القيمة التي تحتوي على نسبة عالية من السليلوز ، بما في ذلك رقائق الخشب ومخلفات المحاصيل والنفايات البلدية. يُصنع الإيثانول السليلوزي عادةً من تفل قصب السكر ، أو نفايات ناتجة عن معالجة السكر ، أو من أعشاب مختلفة يمكن أن تكون مزروعة على أرض منخفضة الجودة. بالنظر إلى أن معدل التحويل أقل من الجيل الأول من الوقود الحيوي ، فإن الإيثانول السليلوزي يستخدم في الغالب كمادة مضافة للبنزين.
مصنع لإنتاج الإيثانول في ساوث داكوتا ، الولايات المتحدة Jim Parkin / Shutterstock.com
تعرف على عملية إنتاج وقود الديزل الحيوي من زيت بذور اللفت تعرف على كيفية تصنيع وقود الديزل الحيوي. Contunico ZDF Enterprises GmbH ، ماينز شاهد كل الفيديوهات لهذا المقال
ثاني أكثر أنواع الوقود الحيوي السائل شيوعًا هو وقود الديزل الحيوي ، والذي يُصنع أساسًا من النباتات الزيتية (مثل فول الصويا أو زيت النخيل ) وبدرجة أقل من المصادر الزيتية الأخرى (مثل نفايات دهون الطهي من القلي العميق في المطاعم). يستخدم وقود الديزل الحيوي ، الذي لاقى قبولًا كبيرًا في أوروبا ، في محركات الديزل وعادة ما يتم مزجه مع وقود الديزل البترولي بنسب مختلفة. استخدام الطحالب و البكتيريا الزرقاء كمصدر للجيل الثالث من وقود الديزل الحيوي يبشر بالخير ولكن كان من الصعب تطويره اقتصاديًا. تحتوي بعض أنواع الطحالب على ما يصل إلى 40 في المائة الدهون بالوزن ، والذي يمكن تحويله إلى وقود ديزل حيوي أو اصطناعي البترول. تشير بعض التقديرات إلى أن الطحالب والبكتيريا الزرقاء يمكن أن تنتج ما بين 10 و 100 مرة من الوقود لكل وحدة مساحة مقارنة بالجيل الثاني من الوقود الحيوي.
يقوم فني أبحاث الوقود الحيوي الطحالب ، نيك سويني ، بتلقيح الطحالب التي تزرع في مفاعل خيمة في مختبر الطحالب في مبنى مختبر الاختبار الميداني (FTLB) في المختبر الوطني للطاقة المتجددة في جولدن ، كولورادو. دينيس شرودر / المختبر الوطني للطاقة المتجددة
الذي قاتل في حرب المائة عام
تشمل أنواع الوقود الحيوي الأخرى غاز الميثان والغاز الحيوي - اللذان يمكن اشتقاقهما من تحلل الكتلة الحيوية في غياب الأكسجين - والميثانول والبيوتانول وثنائي ميثيل الأثير —التي هي قيد التطوير.
عند تقييم الفوائد الاقتصادية للوقود الحيوي ، يجب أن تؤخذ الطاقة اللازمة لإنتاجها في الاعتبار. على سبيل المثال ، عملية زراعة الذرة لإنتاج الإيثانول تستهلك الوقود الأحفوري في المعدات الزراعية وتصنيع الأسمدة ونقل الذرة وفي تقطير الإيثانول. في هذا الصدد ، يمثل الإيثانول المصنوع من الذرة مكسبًا صغيرًا نسبيًا للطاقة ؛ زيادة الطاقة من قصب السكر أكبر ويمكن أن تكون أكبر من الإيثانول السليلوزي أو الديزل الحيوي الطحالب.
يوفر الوقود الحيوي أيضًا فوائد بيئية ، ولكن اعتمادًا على كيفية تصنيعه ، يمكن أن يكون له أيضًا عيوب بيئية خطيرة. كمصدر للطاقة المتجددة ، فإن الوقود الحيوي النباتي من حيث المبدأ لا يقدم مساهمة صافية تذكر الاحتباس الحرارى وتغير المناخ؛ ثاني أكسيد الكربون (أحد غازات الدفيئة الرئيسية) الذي يدخل الهواء أثناء الإحتراق تمت إزالته من الهواء في وقت سابق حيث تشارك النباتات النامية البناء الضوئي . يقال أن هذه المادة محايدة الكربون. ومع ذلك ، فمن الناحية العملية ، يمكن أن يؤدي الإنتاج الصناعي للوقود الحيوي الزراعي إلى انبعاثات إضافية من غازات الاحتباس الحراري التي قد تعوض فوائد استخدام الوقود المتجدد. تشمل هذه الانبعاثات ثاني أكسيد الكربون من حرق الوقود الأحفوري أثناء عملية الإنتاج وأكسيد النيتروز من تربة الذي تم علاجه نتروجين سماد. في هذا الصدد ، تعتبر الكتلة الحيوية السليلوزية أكثر مفيد .
استخدام الأراضي هو أيضا عامل رئيسي في تقييم فوائد الوقود الحيوي. استخدام المواد الأولية العادية ، مثل حبوب ذرة و فول الصويا ، كمكون أساسي للجيل الأول من الوقود الحيوي ، أثار الجدل حول الغذاء مقابل الوقود. عند تحويل الأراضي الصالحة للزراعة والمواد الأولية عن السلسلة الغذائية البشرية ، يمكن أن يؤثر إنتاج الوقود الحيوي على اقتصاديات أسعار الغذاء وتوافره. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لمحاصيل الطاقة المزروعة لإنتاج الوقود الحيوي أن تنافس المحاصيل الطبيعية في العالم بيئات . على سبيل المثال ، يؤدي التركيز على الإيثانول المشتق من الذرة إلى تحويل الأراضي العشبية والأراضي العشبية إلى زراعة الذرة الأحادية ، والتركيز على وقود الديزل الحيوي يؤدي إلى تدمير الغابات الاستوائية القديمة لإفساح المجال لمزارع نخيل الزيت. يمكن أن يؤدي فقدان الموائل الطبيعية إلى تغيير الهيدرولوجيا وزيادة التعرية وتقليلها بشكل عام التنوع البيولوجي من مناطق الحياة البرية. يمكن أن يؤدي تطهير الأرض أيضًا إلى إطلاق مفاجئ لكمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون حيث يتم حرق المادة النباتية التي تحتويها أو السماح لها بالتحلل.
تنطبق بعض عيوب الوقود الحيوي بشكل أساسي على مصادر الوقود الحيوي منخفضة التنوع - الذرة وفول الصويا وقصب السكر ونخيل الزيت - وهي محاصيل زراعية تقليدية. أحد البدائل ينطوي على استخدام عالية متنوع مخاليط من الأنواع ، مع مرج أعشاب أمريكا الشمالية كمثال محدد. يمكن أن يؤدي تحويل الأراضي الزراعية المتدهورة التي خرجت من الإنتاج إلى مصادر وقود حيوي عالية التنوع إلى زيادة مساحة الحياة البرية ، وتقليل التعرية ، وتطهير الملوثات التي تنقلها المياه ، وتخزين ثاني أكسيد الكربون من الهواء ككربون. مجمعات سكنية في التربة ، وفي نهاية المطاف استعادة خصوبة الأراضي المتدهورة. يمكن حرق هذا الوقود الحيوي مباشرة لتوليد الكهرباء أو تحويله إلى وقود سائل مع تطور التقنيات.
ستظل الطريقة الصحيحة لتنمية الوقود الحيوي لتلبية جميع الاحتياجات في وقت واحد مسألة الكثير من التجارب والنقاشات ، ولكن من المرجح أن يستمر النمو السريع في إنتاج الوقود الحيوي. في الولايات المتحدة قانون استقلال وأمن الطاقة لعام 2007 مفوض استخدام 136 مليار لتر (36 مليار جالون) من الوقود الحيوي سنويًا بحلول عام 2022 ، أي أكثر من ستة أضعاف مستويات الإنتاج لعام 2006. يتطلب التشريع أيضًا ، مع بعض الشروط ، أن يكون 79 مليار لتر (21 مليار جالون) من إجمالي الكمية عبارة عن وقود حيوي بخلاف الإيثانول المشتق من الذرة ، واستمر في بعض الإعانات الحكومية والحوافز الضريبية لإنتاج الوقود الحيوي.
مركز اختبار الوقود الحيوي العاملون في مركز اختبار الوقود الحيوي في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) في غولدن ، كولورادو ، 2009. دينيس شرودر - المختبر الوطني للطاقة المتجددة / الولايات المتحدة. قسم الطاقة
أحد الوعود المميزة للوقود الحيوي هو أنه ، بالاقتران مع تقنية ناشئة تسمى احتجاز الكربون وتخزينه ، قد تكون عملية إنتاج واستخدام الوقود الحيوي قادرة على إزالة ثاني أكسيد الكربون بشكل دائم من الغلاف الجوي. في ظل هذه الرؤية ، ستزيل محاصيل الوقود الحيوي ثاني أكسيد الكربون من الهواء أثناء نموها ، وستلتقط مرافق الطاقة ثاني أكسيد الكربون الناتج عن حرق الوقود الحيوي لتوليد الطاقة. يمكن عزل (تخزين) ثاني أكسيد الكربون الملتقط في مستودعات طويلة الأجل مثل التكوينات الجيولوجية تحت الأرض ، في رواسب أعماق المحيطات ، أو يمكن تصورها كمواد صلبة مثل الكربونات. أنظر أيضا عزل الكربون.
