محصول الطاقة

تُعدّ محاصيل الطاقة محاصيل منخفضة التكلفة والصيانة، تُزرع حصراً لإنتاج الطاقة الحيوية المتجددة (وليس للاستهلاك الغذائي). تُعالَج هذه المحاصيل لتُحوَّل إلى وقود صلب أو سائل أو غازي ، مثل الكريات أو الإيثانول الحيوي أو الغاز الحيوي . يُحرق هذا الوقود لتوليد الطاقة الكهربائية أو الحرارة.

تُصنّف النباتات عمومًا إلى نباتات خشبية ونباتات عشبية . تشمل النباتات الخشبية الصفصاف ^{[ 1 ]} والحور ، بينما تشمل النباتات العشبية نبات المسكانثوس العملاق (Miscanthus x giganteus) ونبات البينيسيتوم الأرجواني (Pennisetum purpureum ) (وكلاهما يُعرف باسم حشيشة الفيل ). وعلى الرغم من أن المحاصيل العشبية أصغر حجمًا من الأشجار، إلا أنها تخزن ما يقارب ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون ₍ على شكل كربون) تحت سطح الأرض مقارنةً بالمحاصيل الخشبية. ^{[ 2 ]}

من خلال إجراءات التكنولوجيا الحيوية ، كالتعديل الوراثي ، يمكن التلاعب بالنباتات لزيادة إنتاجيتها. كما يمكن تحقيق إنتاجية عالية نسبيًا باستخدام الأصناف الموجودة . ^{[ 3 ] : 250} ومع ذلك، فإن بعض المزايا الإضافية، مثل انخفاض التكاليف المرتبطة (أي التكاليف أثناء عملية التصنيع ^{[ 4 ]} ) وتقليل استهلاك المياه، لا يمكن تحقيقها إلا باستخدام المحاصيل المعدلة وراثيًا .

في السويد، يُستخدم الصفصاف والقنب بشكل متكرر.

في فنلندا، يعتبر عشب الكناري من المحاصيل الشائعة لإنتاج الطاقة. ^{[ 12 ]}

يُعدّ نبات السويتشغراس ( Panicum virgatum ) محصولًا آخرًا لإنتاج الطاقة. ^{[ 13 ]} ويتطلب إنتاج طن واحد منه ما بين 0.97 و1.34 جيجا جول من الطاقة الأحفورية ، مقارنةً بما يتطلبه إنتاج طن واحد من الذرة ما بين 1.99 و2.66 جيجا جول. ^{[ 14 ]} ونظرًا لاحتواء السويتشغراس على ما يقارب 18.8 جيجا جول/طن من الكتلة الحيوية، فإن نسبة الطاقة المُخرجة إلى الطاقة المُدخلة لهذا المحصول قد تصل إلى 20:1. ^{[ 15 ]}

توجد عدة طرق للحد من التلوث وتقليل انبعاثات الكربون من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري أو القضاء عليها تمامًا. ومن الطرق الشائعة والفعّالة من حيث التكلفة تحويل المحطة للعمل بوقود مختلف (مثل محاصيل الطاقة/الكتلة الحيوية). في بعض الحالات، قد يفيد تحميص الكتلة الحيوية محطة توليد الطاقة إذا كانت محاصيل الطاقة/الكتلة الحيوية هي المادة التي ستستخدمها المحطة المحولة. ^{[ 16 ]} كذلك، عند استخدام محاصيل الطاقة كوقود، وفي حال تطبيق إنتاج الفحم الحيوي ، يمكن أن تصبح محطة توليد الطاقة الحرارية سالبة الكربون بدلًا من كونها محايدة للكربون. كما أن تحسين كفاءة الطاقة في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم يمكن أن يقلل الانبعاثات.

في السنوات الأخيرة، أصبحت أنواع الوقود الحيوي أكثر جاذبية للعديد من الدول كبديل محتمل للوقود الأحفوري . لذا، يُعدّ فهم استدامة هذا المورد المتجدد أمرًا بالغ الأهمية. تتعدد فوائد استخدام الوقود الحيوي، منها انخفاض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، وانخفاض تكلفته مقارنةً بالوقود الأحفوري، وتجدده، وغيرها. ^{[ 17 ]} ويمكن استخدام هذه المحاصيل الطاقية لتوليد الكهرباء. وقد أثبتت الدراسات كفاءة استخدام السليلوز الخشبي والوقود الحيوي مع محطات توليد الكهرباء الثابتة. وشهد الإنتاج العالمي للوقود الحيوي زيادة بنسبة 109% بين عامي 2008 و2013، ومن المتوقع أن يرتفع بنسبة 60% إضافية لتلبية احتياجاتنا (وفقًا لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية/منظمة الأغذية والزراعة). ^{[ 18 ]}

يثير الارتفاع المتوقع في استخدام محاصيل الطاقة تساؤلاً حول استدامة هذا المورد. ويؤدي ازدياد إنتاج الوقود الحيوي إلى مشاكل تتعلق بتغيرات استخدام الأراضي، وتأثيراتها على النظام البيئي (التربة والموارد المائية)، فضلاً عن زيادة التنافس على مساحات الأراضي لزراعة محاصيل الطاقة أو الغذاء أو العلف. ينبغي أن تكون النباتات الأنسب لمواد التغذية الحيوية المستقبلية سريعة النمو، وعالية الإنتاجية، وتتطلب مدخلات طاقة قليلة جدًا للنمو والحصاد، وما إلى ذلك. ^{[ 18 ]} يمكن أن يكون استخدام محاصيل الطاقة لإنتاج الطاقة مفيدًا نظرًا لحيادها الكربوني. فهي تمثل بديلاً أرخص للوقود الأحفوري، مع تنوع كبير في أنواع النباتات التي يمكن استخدامها لإنتاج الطاقة. ولكن يجب مراعاة قضايا التكلفة (فهي أغلى من مصادر الطاقة المتجددة الأخرى)، والكفاءة، والمساحة اللازمة للحفاظ على الإنتاج، والعمل على تحسينها للسماح باعتماد استخدام الوقود الحيوي على نطاق واسع. ^{[ 17 ]}

الحياد الكربوني

أثناء نمو النباتات، تمتص ثاني أكسيد الكربون. _[ ^{19 ] في} حين أن دورات الكربون في الغابات العادية تمتد لعقود عديدة، فإن دورات الكربون في الغابات ذات الدورة القصيرة تتراوح بين 8 و20 عامًا، وفي الغابات ذات الدورة القصيرة التي تُقطع دوريًا بين 2 و4 أعوام. ^{[ 20 ]} أما الأعشاب المعمرة مثل المسكانثوس أو حشيشة نابير ، فتتراوح دوراتها بين 4 و12 شهرًا. إضافةً إلى امتصاص _ثاني أكسيد الكربون في أنسجتها فوق سطح الأرض، تعمل محاصيل الكتلة الحيوية أيضًا على عزل الكربون تحت سطح الأرض، في الجذور والتربة. عادةً ما تعزل المحاصيل المعمرة كمية أكبر من الكربون مقارنةً بالمحاصيل الحولية، لأن تراكم الجذور يُترك دون عائق لسنوات عديدة. كما أن المحاصيل المعمرة تتجنب عمليات الحراثة السنوية (الحرث والحفر) المرتبطة بزراعة المحاصيل الحولية. تساعد الحراثة الكائنات الحية الدقيقة في التربة على تحليل الكربون المتاح، مما ينتج عنه _ثاني أكسيد الكربون .

لوحظ أن الكربون العضوي في التربة يكون أكبر تحت محاصيل العشب العصوي مقارنة بالأراضي الزراعية المزروعة، وخاصة على أعماق تزيد عن 30 سم (12 بوصة) . ^{[ 21 ]}  

تحدد كمية الكربون المحتجز وكمية غازات الدفيئة المنبعثة ما إذا كانت التكلفة الإجمالية لدورة حياة مشروع الطاقة الحيوية إيجابية أم محايدة أم سلبية. وبالتحديد، يمكن تحقيق دورة حياة سلبية لغازات الدفيئة/الكربون إذا كان إجمالي تراكم الكربون تحت سطح الأرض يعوض بشكل كامل أو جزئي إجمالي انبعاثات غازات الدفيئة خلال دورة الحياة فوق سطح الأرض.

على سبيل المثال، بالنسبة لنبات المسكانثوس العملاق (Miscanthus × giganteus )، يُمكن تحقيق الحياد الكربوني، بل وحتى خفض الانبعاثات. وهذا يعني أن المحصول وما يرتبط به من عزل للكربون كبيرٌ لدرجة أنه يُساهم بأكثر من إجمالي انبعاثات العمليات الزراعية، وانبعاثات تحويل الوقود، وانبعاثات النقل. ^{[ 22 ]} ويعتمد نجاح عملية العزل على مواقع الزراعة، إذ أن أفضل أنواع التربة للعزل هي تلك التي تعاني حاليًا من نقص الكربون.

بالنسبة للمملكة المتحدة، يُتوقع نجاح عزل الكربون في الأراضي الصالحة للزراعة في معظم أنحاء إنجلترا وويلز، بينما يُتوقع عدم نجاحه في أجزاء من اسكتلندا، نظرًا لغنى التربة بالكربون فيها (الغابات القائمة). كما أن انخفاض المحاصيل نسبيًا في اسكتلندا في هذا المناخ البارد يُصعّب تحقيق الحياد الكربوني. وتشمل التربة الغنية بالكربون _{الأراضي} الخثية والغابات الناضجة. ويمكن أن تكون المراعي غنية بالكربون أيضًا، وقد وُجد أن أنجح عمليات عزل الكربون في المملكة المتحدة تحدث تحت المراعي المحسّنة. ^{[ 23 ]}

• جي إيه منصوري، إن عناياتي، إل بي أجياركو (2016)، الطاقة: مصادرها، واستخدامها، وتشريعاتها، واستدامتها، إلينوي كولاية نموذجية ، دار النشر العالمية للعلوم، رقم ISBN 978-981-4704-00-7
• محاصيل الطاقة كوقود
• محاصيل الطاقة في مركز طاقة الكتلة الحيوية
• مركز الزراعة المستدامة للطاقة