الطاقة الحيوية

محطة توليد طاقة مشتركة تستخدم الخشب لتزويد 30 ألف منزل في فرنسا بالطاقة الحيوية كمصدر للطاقة المتجددة

زراعة قصب السكر لإنتاج الإيثانول لإنتاج الطاقة الحيوية في البرازيل

الطاقة الحيوية نوع من أنواع الطاقة المتجددة المستمدة من النباتات والحيوانات. ^{[ 1 ]} تتكون الكتلة الحيوية المستخدمة كمواد أولية من كائنات حية كانت حية (لكنها الآن ميتة)، وهي في الغالب نباتات. ^{[ 2 ]} لذا، لا تُعتبر الوقود الأحفوري كتلة حيوية وفقًا لهذا التعريف. تشمل أنواع الكتلة الحيوية الشائعة الاستخدام في الطاقة الحيوية الخشب، والمحاصيل الغذائية مثل الذرة، ومحاصيل الطاقة ، ومخلفات الغابات والساحات والمزارع. ^{[ 3 ]} يمكن أن تشير الطاقة الحيوية أيضًا إلى الكهرباء المولدة من عملية التمثيل الضوئي للكائنات الحية، والتي تُستخدم عادةً خلايا الوقود الميكروبية والخلايا الكهروضوئية الحيوية .

يمكن للطاقة الحيوية أن تساهم في التخفيف من آثار تغير المناخ، ولكن في بعض الحالات، قد يؤدي إنتاج الكتلة الحيوية اللازمة إلى زيادة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري أو إلى فقدان التنوع البيولوجي المحلي . ويمكن أن تكون الآثار البيئية لإنتاج الكتلة الحيوية إشكالية، وذلك بحسب كيفية إنتاجها وحصادها. ومع ذلك، فإنها لا تزال تُنتج _ثاني أكسيد الكربون ؛ طالما أن الطاقة مُستمدة من تكسير الروابط الكيميائية. ^{[ 4 ]}

يدعو سيناريو "صافي انبعاثات صفرية بحلول عام 2050" الصادر عن وكالة الطاقة الدولية إلى التخلص التدريجي من الطاقة الحيوية التقليدية بحلول عام 2030، مع زيادة حصة الطاقة الحيوية الحديثة من 6.6% في عام 2020 إلى 13.1% في عام 2030 و18.7% في عام 2050. ^{[ 5 ]} تتمتع الطاقة الحيوية بإمكانات كبيرة للتخفيف من آثار تغير المناخ إذا تم تطبيقها بشكل صحيح. ^{[ 6 ] : 637} تتضمن معظم المسارات الموصى بها للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري مساهمات كبيرة من الطاقة الحيوية في عام 2050 (بمعدل 200 إكساجول). ^{[ 7 ] : B 7.4}

يُعرّف التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ الطاقة الحيوية بأنها "الطاقة المستمدة من أي شكل من أشكال الكتلة الحيوية أو نواتجها الأيضية". ^{[ 8 ] : 1795} ويُعرّف الكتلة الحيوية في هذا السياق بأنها "مادة عضوية باستثناء المواد المتحجرة أو المضمنة في التكوينات الجيولوجية". ^{[ 8 ] : 1795} وهذا يعني أن الفحم أو غيره من أنواع الوقود الأحفوري لا يُعدّ شكلاً من أشكال الكتلة الحيوية في هذا السياق.

يشير مصطلح الكتلة الحيوية التقليدية للطاقة الحيوية إلى "حرق الخشب والفحم ومخلفات الزراعة و/أو روث الحيوانات للطهي أو التدفئة في مواقد مكشوفة أو في مواقد غير فعالة، كما هو شائع في البلدان منخفضة الدخل ". ^{[ 8 ] : 1796}

بما أن الكتلة الحيوية يمكن استخدامها كوقود مباشر (مثل جذوع الأشجار)، فقد استُخدم مصطلحا الكتلة الحيوية والوقود الحيوي أحيانًا بشكل متبادل. مع ذلك، يشير مصطلح الكتلة الحيوية عادةً إلى المادة الخام البيولوجية التي يُصنع منها الوقود. أما مصطلحا الوقود الحيوي والغاز الحيوي فيُستخدمان عمومًا للإشارة إلى الوقود السائل والغازي على التوالي. ^{[ 9 ]}

يُعدّ الخشب ومخلفاته أكبر مصدر للطاقة الحيوية اليوم. يُمكن استخدام الخشب كوقود مباشرةً أو معالجته لإنتاج وقود حبيبي أو أنواع أخرى من الوقود. كما يُمكن استخدام نباتات أخرى كوقود، مثل الذرة ، ونبات السويتشغراس ، والميسكانثوس ، والخيزران . ^{[ 10 ]} تشمل المواد الأولية الرئيسية للنفايات : نفايات الخشب، والنفايات الزراعية ، والنفايات الصلبة البلدية ، ونفايات التصنيع . يُمكن تحسين جودة الكتلة الحيوية الخام لإنتاج وقود عالي الجودة من خلال طرق مختلفة، تُصنّف عمومًا إلى حرارية، وكيميائية، وبيوكيميائية.

تستخدم عمليات التحويل الحراري الحرارة كآلية رئيسية لتحويل الكتلة الحيوية إلى وقود أفضل وأكثر جدوى. وتشمل البدائل الأساسية التحميص ، والتحلل الحراري ، والتغويز ، ويتم التمييز بينها بشكل رئيسي بناءً على مدى السماح للتفاعلات الكيميائية المعنية بالحدوث (والذي يتحكم فيه بشكل أساسي توافر الأكسجين ودرجة حرارة التحويل). ^{[ 11 ]}

تعتمد العديد من التحويلات الكيميائية على عمليات راسخة تعتمد على الفحم، مثل عملية فيشر-تروبش . ^{[ 12 ]} ومثل الفحم، يمكن تحويل الكتلة الحيوية إلى العديد من المواد الكيميائية الأساسية. ^{[ 13 ]}

تطورت العمليات الكيميائية الحيوية في الطبيعة لتحليل الجزيئات التي تتكون منها الكتلة الحيوية، ويمكن تسخير العديد منها. في معظم الحالات، تُستخدم الكائنات الدقيقة لإجراء هذا التحويل. وتُسمى هذه العمليات بالهضم ^{اللاهوائي} والتخمر والتسميد . [ ^{14 ]}

يمكن للطاقة الحيوية إما أن تخفف (أي تقلل) أو تزيد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري . وقد تكون الآثار البيئية المحلية إشكالية. على سبيل المثال، تُزال الغابات أحيانًا لإنتاج الإيثانول الحيوي المشتق من قصب السكر ، كما هو الحال في مشروع واسع النطاق في إندونيسيا عام 2025. ^{[ 41 ]}

قد يُؤدي إنتاج الكتلة الحيوية إلى ضغوط اجتماعية وبيئية كبيرة في المناطق التي تُنتج فيها. ^{[ 42 ]} ويرتبط هذا التأثير بشكل أساسي بانخفاض كثافة الطاقة السطحية للكتلة الحيوية. ويؤدي انخفاض كثافة الطاقة السطحية إلى الحاجة إلى مساحات أرضية أكبر بكثير لإنتاج نفس كمية الطاقة، مقارنةً مثلاً بالوقود الأحفوري . ^{[ 43 ]}

تعرض النقل لمسافات طويلة للكتلة الحيوية لانتقادات باعتباره مسرفاً وغير مستدام، ^{[ 44 ]} وشهدت السويد ^{[ 45 ]} وكندا احتجاجات ضد تصدير الكتلة الحيوية للغابات. ^{[ 46 ]}

في عام 2020، أنتجت الطاقة الحيوية 58 إكساجول من الطاقة، مقارنةً بـ 172 إكساجول من النفط الخام ، و157 إكساجول من الفحم، و138 إكساجول من الغاز الطبيعي ، و29 إكساجول من الطاقة النووية، و16 إكساجول من الطاقة الكهرومائية ، و15 إكساجول من طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية مجتمعة. ^{[ 47 ]} يُنتج معظم الطاقة الحيوية العالمية من موارد الغابات. ^{[ 48 ] : 3 [ 49 ] : 1}

عموماً، انخفض التوسع في مجال الطاقة الحيوية بنسبة 50% في عام 2020. وتُعدّ الصين وأوروبا المنطقتين الوحيدتين اللتين سجلتا توسعاً ملحوظاً في عام 2020، حيث أضافتا 2 جيجاواط و1.2 جيجاواط من قدرة الطاقة الحيوية على التوالي. ^{[ 50 ]}

تُستخدم جميع مخلفات مناشر الأخشاب المتاحة تقريبًا في إنتاج الكريات، لذا لا مجال للتوسع. ولتحقيق نمو ملحوظ في قطاع الطاقة الحيوية مستقبلًا، يجب توجيه المزيد من خشب اللب المحصود إلى مصانع الكريات. مع ذلك، فإن حصاد خشب اللب (تقليم الأشجار) يحرم هذه الأشجار من فرصة النمو والشيخوخة، وبالتالي تعظيم قدرتها على امتصاص الكربون. ^{[ 51 ] : 19.} بالمقارنة مع خشب اللب، تتميز مخلفات مناشر الأخشاب بانخفاض صافي انبعاثاتها: "يمكن لبعض أنواع المواد الأولية للكتلة الحيوية أن تكون محايدة للكربون، على الأقل على مدى بضع سنوات، بما في ذلك مخلفات مناشر الأخشاب على وجه الخصوص. هذه نفايات من عمليات حرجية أخرى لا تتطلب حصادًا إضافيًا، وإذا تم حرقها كنفايات أو تركها لتتعفن، فإنها ستطلق الكربون في الغلاف الجوي على أي حال." ^{[ 51 ] : 68}