تري إيثانول

يُعدّ الإيثانول الشجري وقودًا من الإيثانول (وبشكل أدق الإيثانول السليلوزي ) مصنوعًا من الأشجار. ^{[ 1 ]}

يُعدّ الوقود الحيوي منافسًا قويًا في سباق إيجاد بديل للطاقة الأحفورية. ويزعم مؤيدو الإيثانول الشجري أن إنتاجه من الطاقة أعلى مقارنةً بالطاقة اللازمة لإنتاجه، وذلك عند مقارنته بمصادر الإيثانول الأكثر شيوعًا، مثل قصب السكر والذرة. ^{[ 2 ]}

يُنتج الإيثانول السليلوزي باستخدام الكتلة الحيوية الليغنوسليلوزية التي تُشكل جزءًا كبيرًا من كتلة النباتات. ^{[ 3 ]} يُعد السليلوز المكون الأساسي للمادة النباتية، ويمكن تحليله إلى سكريات كربوهيدراتية بسيطة. بعد استخلاص هذه السكريات، يمكن تخميرها لإنتاج الكحول، المعروف باسم الإيثانول . ^{[ 3 ]} تُعرف عملية التحلل السليلوزي بأنها الطريقة الأكثر شيوعًا والأكثر فعالية لإنتاج الإيثانول السليلوزي . تتضمن هذه العملية التحلل المائي للمواد الليغنوسليلوزية المُعالجة مسبقًا. ثم تُستخدم الإنزيمات لتحليل السليلوز إلى جلوكوز. بعد ذلك، يُخمر هذا الجلوكوز ويُقطر. ^{[ 2 ]} تُعد خطوة المعالجة المسبقة المذكورة أعلاه ضرورية عند معالجة الإيثانول السليلوزي لأن الجلوكوز (السكريات) ليس متاحًا بسهولة كما هو الحال مع مصادر الإيثانول الأخرى مثل الذرة أو قصب السكر. بدلًا من ذلك، يجب فصل السليلوز الموجود في الخشب عن الهيميسليلوز واللجنين المُغلفين له .

توجد ثلاثة أنواع من المعالجة الأولية: الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. تتضمن المعالجة الفيزيائية تقليل حجم جزيئات الخشب ميكانيكيًا، ويمكن تحقيق ذلك من خلال التقطيع والطحن، وما إلى ذلك. أما المعالجة البيولوجية فتعتمد على استخدام الكائنات الدقيقة لتحليل الخشب. يُعتبر هذا النوع أفضل من المعالجة الفيزيائية لأنه يستهلك طاقة أقل بكثير، إلا أن الطريقة البيولوجية لم تثبت جدواها على نطاق صناعي واسع. بينما تستخدم الطريقة الكيميائية وسطًا قلويًا أو حمضيًا لتسهيل الوصول إلى السليلوز داخل ألياف الخشب. وقد أثبتت هذه الطريقة كفاءتها العالية واستهلاكها المنخفض للطاقة. ^{[ 4 ]}

تُشكّل أشجار الغابات أكثر من 90% من إجمالي الكتلة الحيوية الأرضية ، وتؤدي وظائف حيوية مثل امتصاص الكربون ، وإنتاج الأكسجين، وتعزيز التنوع البيولوجي. تُعدّ الأشجار مصدراً واعداً للإيثانول لأنها تنمو على مدار العام، وتتطلب كميات أقل بكثير من الأسمدة والمياه، وتحتوي على نسبة أعلى بكثير من الكربوهيدرات (المواد الكيميائية الأولية للإيثانول) مقارنةً بالمحاصيل الغذائية (مثل الذرة).

تُعدّ أشجار الحور والصفصاف والأوكالبتوس من الأشجار المفضلة في عملية إنتاج الإيثانول الشجري. ^{[ 5 ]} ويعود ذلك إلى قدرتها على النمو السريع في أجزاء كثيرة من العالم. ^{[ 6 ]}

لا يُعدّ الإيثانول الشجري مصدرًا للطاقة يُتوقع أن يُزوّد ​​المنازل بالطاقة في المستقبل، بل يُمكن الاستفادة منه في تطبيقات محركات الاحتراق الداخلي. يُنتج ما يقارب 85% من استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة من الوقود الأحفوري، مثل الغاز الطبيعي والفحم والنفط. ومع تزايد الطلب على الوقود الأحفوري في الصين والهند ودول نامية أخرى سريعة النمو، يُتوقع أن يرتفع إجمالي استهلاك الطاقة العالمي بنسبة 57% خلال العشرين عامًا القادمة. ^{[ 2 ]} وتشير التقديرات إلى أن الولايات المتحدة وحدها تستهلك 140 مليار جالون من الوقود سنويًا لقطاع النقل فقط. ^{[ 7 ]} ولا يقتصر الأمر على إمكانية خلط الإيثانول الشجري مع أنواع الوقود العادية، بل يُمكن أيضًا حرقه مباشرةً في محركات مُعدّلة للحدّ بشكل كبير من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. ^{[ 2 ]}

الإيثانول السليلوزي وقود نقل صديق للبيئة ومتجدد، يُمكن إنتاجه من الكتلة الحيوية للغابات. تُعدّ الأشجار مصدراً واعداً للغاية، فهي تنمو على مدار العام، وتتطلب كميات أقل بكثير من الأسمدة والمياه، وتحتوي على نسبة أعلى بكثير من الكربوهيدرات (المواد الكيميائية الأولية للإيثانول) مقارنةً بالمحاصيل الغذائية. ^{[ 8 ]} كما أن الوقود الحيوي السليلوزي، مقارنةً بإيثانول الذرة، لا يتطلب نفس الكمية من الأسمدة أو المبيدات أو الطاقة أو المياه للنمو. ^{[ 9 ]} أهم ما يُميّز هذا النوع من الإيثانول، كغيره من أنواع الإيثانول، هو قابليته للتجديد. فإذا أردتَ أو احتجتَ إلى إنتاج المزيد منه، ما عليك سوى زراعة المزيد من الأشجار. ^{[ 1 ]}

يُعدّ تطوير جميع أنواع الوقود الحيوي، بما في ذلك الإيثانول، ذا أهمية بالغة للدول التي تسعى إلى تقليل اعتمادها على النفط، لا سيما تلك الدول التي تستورد معظم احتياجاتها النفطية وتمتلك في الوقت نفسه مساحات شاسعة من الأراضي الزراعية والحرجية، مثل نيوزيلندا والسويد. ^{[ 1 ] [ 10 ]}

تُعدّ مسألة ما إذا كان إيثانول الأشجار بديلاً أفضل من أنواع الإيثانول الأكثر شيوعاً، مثل الإيثانول المُستخلص من الذرة، مسألةً بالغة الأهمية. ويُشير الإجماع العام في مقالٍ لهوفر وأبراهام (2009) إلى أن معظم أنواع الإيثانول السليلوزي لديها القدرة على إنتاج طاقة أعلى وأن تكون أكثر استدامة من إيثانول الذرة. كما يُلاحظان أنه على الرغم من أن الإيثانول السليلوزي لا يُنتج بالضرورة طاقةً أكبر من إيثانول الذرة، على سبيل المثال، لكل وحدة قياس، إلا أنه يتطلب مدخلات طاقة أقل بكثير لإنتاجه، مما قد يُعطيه صافي إنتاج طاقة أعلى بكثير في نهاية عملية المعالجة. وتؤكد نتائج بابيني وسيميون (2010) أن الكتلة الحيوية الليغنوسليلوزية تتمتع بإنتاجية أعلى بكثير من مصادر الوقود الحيوي التقليدية.

لا تُساهم ممارسات إدارة الغابات المسؤولة في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، لأن الغابة تُترك لتتجدد بعد حصاد الألياف . ولهذا السبب، يُمكن اعتبار الخشب مصدراً للطاقة محايداً للكربون بشكل أساسي.

على الرغم من أن استخدام إيثانول الأشجار كبديل لأنواع الإيثانول الحالية يبدو منطقيًا، إلا أنه يعاني من عيب واحد، وهو الحاجة إلى معالجة إضافية لتفكيك السليلوز والهيميسليلوز المتينين داخل جدران الخلايا لعزل السكريات. ^{[ 1 ]} وكما ذُكر سابقًا في قسم الإنتاج، يتطلب إنتاج الإيثانول من اللجنين السليلوزي الموجود في الكتلة الحيوية للأشجار خطوة إضافية تُعرف بـ"المعالجة المسبقة". هذه المعالجة المسبقة هي التي لا تزال تستهلك طاقة كبيرة تجعل استخدام إيثانول الأشجار غير مُجدٍ اقتصاديًا.

مع ذلك، يعتقد الكثيرون أن الإيجابيات المحتملة تفوق بكثير السلبيات قصيرة الأجل. ^{[ 1 ] [ 2 ]} تُعدّ عملية زراعة الكتلة الحيوية للأشجار موفرة للطاقة مقارنةً بزراعة الذرة أو قصب السكر لإنتاج الإيثانول. إلا أن زراعة الأشجار تستغرق وقتًا أطول من زراعة الذرة، ولذا فإن أي بحث دقيق حول الاستدامة وتناوب المحاصيل (حتى بالنسبة للأشجار سريعة النمو) يتطلب التزامًا طويل الأمد، وهو ما يصعب تحقيقه حتى الآن. وتشير التقديرات إلى أن هذه العملية، بما في ذلك بناء مصانع المعالجة ثم تحسين مرحلتي الزراعة والمعالجة، قد تستغرق عقدًا من الزمن على الأقل. ^{[ 11 ]}

من عيوب معالجة الإيثانول السليلوزي قلة المعلومات المتوفرة عن النفايات/المنتجات الثانوية الناتجة عن هذه المعالجة. ويُثير أسلوب المعالجة البيولوجية الأولية قلقًا بالغًا لدى البعض. إذ يُقدّر أن كمية النفايات الناتجة قد تُقارب كمية الإيثانول القابل للاستخدام، إن لم تكن تفوقها، وتشمل هذه النفايات العفن، والبكتيريا، والخميرة، والسموم البيولوجية، والمواد المسببة للحساسية التي تُنتجها هذه الكائنات الدقيقة، بالإضافة إلى الإنزيمات والمواد الكيميائية الأخرى. ^{[ 12 ]}

• علم البيئة
• حماية البيئة
• صون الموائل
• مورد طبيعي
• مورد متجدد
• الاستدامة

• قد تصبح الأشجار سريعة النمو مصدراً للطاقة في المستقبل:
• شجرة الحور: تطوير مصادر الطاقة البديلة
• أعلن معهد الجينوم المشترك التابع لوزارة الطاقة الأمريكية عن أهداف تسلسل الجينوم لعام 2008، حيث سيتم تسلسل جينوم شجرة الكينا كمرشح لمحصول طاقة الكتلة الحيوية من قبل معهد الجينوم المشترك التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.