ما هي الكتلة الحيوية؟
الكتلة الحيوية هي مادة عضوية (مادة نباتية أو حيوانية) يمكن استخدامها لإنتاج الطاقة أو في العديد من العمليات الصناعية كمواد خام.
ومن ثم ، فإن أمثلة الكتلة الحيوية تشمل المواد العضوية بما في ذلك الأخشاب ومنتجات الغابات الأخرى ، ومواد النفايات من حصاد المحاصيل الغذائية ، والبستنة ، وتجهيز الأغذية ، والزراعة الحيوانية. حتى النفايات البشرية من محطات الصرف الصحي.
هناك 3 أنواع من مواد الكتلة الحيوية:
تعتمد طريقة الحصول على الطاقة من وقود الكتلة الحيوية على نوع الكتلة الحيوية المستخدمة.
- طبيعي: الكتلة الحيوية التي يتم إنتاجها دون أي تدخل بشري.
- محاصيل الطاقة: تتم زراعة هذه الأنواع من النباتات خصيصًا للحصول على طاقة الكتلة الحيوية منها. عادة ما تزرع بأعداد كبيرة.
- مواد النفايات: يتكون هذا النوع من الكتلة الحيوية من البقايا والنفايات من مختلف الصناعات والعمليات الزراعية. ومن الأمثلة على ذلك حفر الزيتون أو حطب الذرة أو قشور اللوز.
ما هي طاقة الكتلة الحيوية؟
تمتلك المركبات الكيميائية الموجودة داخل المادة العضوية طاقة داخل روابطها التي تنكسر عندما يحتاج النبات أو الحيوان إلى تلك الطاقة أو في حالة حرقها.
يؤدي كسر تلك الروابط الكيميائية في الكتلة الحيوية إلى إطلاق طاقة حرارية. يمكن معالجة هذه العملية بهذه الطريقة بحيث يمكن استخدام المادة العضوية بشكل مباشر أو في شكل وقود حيوي لإنتاج طاقة الكتلة الحيوية.
الكتلة الحيوية هي مصدر متجدد للطاقة على عكس الوقود الأحفوري المحدود . إلى جانب الطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية وطاقة الرياح ؛ تعتبر طاقة الكتلة الحيوية أيضًا أحد أهم البدائل للوقود الأحفوري.
كمجتمع ، نحن في حاجة ماسة لأشكال مستدامة من الطاقة وهذا هو السبب في أننا نستخدم الطاقة الكيميائية لإنتاج الطاقة الحرارية أو الكهرباء.
أنواع الكتلة الحيوية والوقود الحيوي واستخداماته
خشب
يمكن استخدام جميع أنواع الأخشاب لإنتاج الطاقة. علي سبيل المثال؛ نشارة الخشب ورقائق الخشب وكريات الخشب وجذوع الأشجار. هناك طرق متعددة للحصول على الطاقة من الكتلة الحيوية الخشبية.
1. احتراق الخشب:
إن عملية حرق الأخشاب لإطلاق الطاقة معروفة جيدًا في التاريخ وكذلك في عالم اليوم الحديث. تتضمن العملية حرق الأخشاب بأي شكل من الأشكال.
2 - التوليد المشترك:
يُعرَّف التوليد المشترك بأنه توليد الكهرباء وكذلك الطاقة الحرارية. يتطلب هذا النظام استثمارات ضخمة ولكن في نفس الجانب يتمتع بكفاءة أعلى (85٪) عند مقارنته بحرق الأخشاب (55٪). مع التوليد المشترك ، هناك انخفاض صاف في غازات الاحتباس الحراري ، وانبعاثات الكربون ، وتلوث الهواء والماء.
3. تغويز الخشب
تتضمن هذه العملية تسخين الخشب عند درجات حرارة عالية في غرفة بكميات صغيرة من الأكسجين. يتم إطلاق الهيدروجين وأول أكسيد الكربون من الخشب لأنها غازات انحلال حراري.
يمكن أيضًا خلط هذه الغازات مع الأكسجين لإنتاج الحرارة ، تمامًا مثل الطرق الأخرى ، يتم استخدام هذه الحرارة في المرجل لتكوين البخار وتدوير التوربينات وتوليد الكهرباء.
المنتجات الزراعية
تشتمل هذه الكتلة الحيوية النباتية على محاصيل الطاقة وكذلك المخلفات البيولوجية من عمليات الزراعة. يتم حرق المادة البيولوجية لإنتاج حرارة تسخن الغلاية.
تمامًا مثل الطرق السابقة ، يتم استخدام البخار لتدوير التوربين وتشغيل المولد الذي ينتج الكهرباء. تشبه عملية توليد الكهرباء إلى حد بعيد العمليات الخشبية ؛ الاختلاف في نوع الكتلة الحيوية ويستخدم بعد ذلك.
يمكن للمزارعين استخدام نفاياتهم لإنتاج الطاقة التي تتطلبها المزرعة نفسها. سيكون لهذا العديد من الفوائد بما في ذلك خفض التكاليف وكفاءة أفضل وقبل أن أنسى ، مزرعة مكتفية ذاتيا .
النفايات الصلبة
تسبب التخلص من القمامة الزائدة في حدوث مشكلات في جميع أنحاء العالم. لقد حان الوقت لاستخدامها بشكل جيد ، مثل توليد الكهرباء. وقد تم وضع هذا موضع التنفيذ في العديد من البلدان بما في ذلك السويد والنرويج والدنمارك والمملكة المتحدة والولايات المتحدة.
يتم حرق القمامة لإنتاج طاقة حرارية. عملية توليد الكهرباء هي نفسها ؛ تسخين الغلايات لإنتاج البخار وتوربينات الدوران ودفع المولد.
الغاز الحيوي
عندما تتغذى الفطريات والبكتيريا على المواد العضوية الميتة ، فإنها تنتج الغاز الحيوي. يتكون الغاز الحيوي من غازات مختلفة أحدها يحتوي على غاز الميثان. يمكن استخدام غاز الميثان لإنتاج طاقة حرارية لأنه قابل للاشتعال.
يؤدي تحلل فضلات الحيوانات أيضًا إلى توليد غاز الميثان الضار بالبيئة لأنه من غازات الدفيئة.
لقد ازدادت الزراعة الصناعية كثيرًا على مر السنين وكذلك زادت انبعاثات غاز الميثان. للحد من هذه البصمة البيئية ، أدخلت الحكومات قوانين توجه مالكي المزارع الصناعية إلى جمع نفايات الحيوانات في حاويات تسمى هضم . ترتبط هذه الهاضمات بنظام أنابيب موجه نحو محطة توليد الكهرباء.
هذا يضمن استخدام الميثان بشكل جيد بدلاً من الإضرار بالجو.
مقالب القمامة
هذه هي مواقع إيداع النفايات التي سيتم التخلص منها تحت الأرض. تم استخدام طريقة التخلص من النفايات هذه للتخلص من النفايات لسنوات عديدة.
ومع ذلك ، على مر السنين ، أدرك الناس أن غاز الميثان / الغاز الحيوي المنبعث من مكبات النفايات هذه يمكن أيضًا استخدامه بشكل جيد مثل توليد الكهرباء.
تتضمن العملية نظام أنابيب لاستخراج الغاز من المكب ونقله إلى محطة توليد كهرباء قريبة. ثم يتم استخدام الغاز كوقود لتشغيل الغلايات وإنتاج البخار وتوربينات الغزل وتوليد الكهرباء.
قد تعتقد أن هذا القطاع لا يحظى بشعبية ؛ ولكن في عام 2003 ، تم إنتاج 33٪ من الطاقة المتجددة في المملكة المتحدة من مكبات النفايات.
وقود الكحول
توجد أربعة أنواع من الكحوليات يمكن استخدامها كبديل للوقود التقليدي. وتشمل هذه البيوتانول والإيثانول والبروبانول والميثانول. الإيثانول هو الأكثر سهولة من بين كل هؤلاء.
نظرًا لأن الإيثانول مصنوع من مواد نباتية ، فإنه يتم إنتاجه بكميات كبيرة. تستخدم النباتات المستخدمة في صنع الإيثانول لاستخراج السكريات والنشويات التي تخمر وتنتج الإيثانول بعد التقطير. يمكن إنتاج الإيثانول بواسطة أي نبات يحتوي على السليلوز والسكر. الإيثانول قابل للاشتعال ولهذا يمكن استخدامه كوقود.
وقود الديزل الحيوي
وقود الديزل الحيوي هو أيضًا بديل للوقود ، وهو مهم جدًا. وهي مصنوعة من زيوت مثل الزيوت النباتية والزيوت الحيوانية. أهم مصدر للديزل الحيوي هو الزيت المعاد تدويره الذي يتم الحصول عليه من المطاعم. تدعم العديد من المحركات المنتجة في الوقت الحاضر وقود الديزل الحيوي دون أي تعديلات. هذا يجعلها واحدة من أفضل بدائل الوقود.
كيف تعمل طاقة الكتلة الحيوية؟
من المهم جدًا فهم كيفية عمل الكتلة الحيوية في الواقع لإنتاج الطاقة. سنبدأ بكيفية إنتاج الطاقة الكيميائية في النباتات.
الخطوة الأولى في صنع الكتلة الحيوية هي التمثيل الضوئي ، وهي عملية مهمة للنباتات لصنع طعامها في شكل مركبات كيميائية. النباتات قادرة على استخدام الطاقة الشمسية لتحويل ثاني أكسيد الكربون و H2O إلى طاقة كيميائية في شكل مركبات مختلفة مثل الكربوهيدرات.
تمتلك هذه المركبات الكيميائية طاقة داخل روابطها وتطلق تلك الطاقة عندما تحتاجها النباتات أو يحتاجها حيوان أكل النبات.
نحرق (نشعل) المادة العضوية التي تعطي طاقة كافية لتحفيز تفاعل يحول الكتلة الحيوية إلى طاقة حرارية وغازات جوية. يمكن استخدام الطاقة الحرارية المنبعثة من هذا التفاعل بدلاً من الميثان أو يمكن استخدامها كوقود للغلايات في محطات الطاقة والعديد من الاستخدامات الأخرى التي ناقشناها بالفعل.
للوقود الأحفوري طريقة مماثلة لإطلاق الطاقة عند احتراقه. الفرق الرئيسي بين الكتلة الحيوية والوقود الأحفوري هو أن الكتلة الحيوية تنتج الطاقة من الكائنات الحية أو التي ماتت مؤخرًا ، بينما ينتج الوقود الأحفوري الطاقة من المواد البيولوجية التي تمتص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي منذ ملايين السنين .
