الطاقة والبيئة

ما مدى فعالية الصفصاف في توليد طاقة الكتلة الحيوية؟

ما مدى فعالية الصفصاف في توليد طاقة الكتلة الحيوية؟

شجيرة صفصاف (ساليكس) [مصدر الصورة: مات لافين ، فليكر]

شرعت جامعة ولاية بنسلفانيا (ولاية بنسلفانيا) في مشروع بحثي رائع يتضمن استخدام شجيرة الصفصاف لتوليد الطاقة المتجددة من الكتلة الحيوية.

الصفصاف (Salix) هو جزء من عائلة Salicaceae المكونة من 400 فرد ، وهي نوع من النباتات المحبة للماء مع أوراق lanceolate ("على شكل رمح") مع لحاء كان يستخدم في السابق كمصدر للأسبرين. يطلق على الأصناف عريضة الأوراق أحيانًا اسم "Sallow" بينما تسمى الأصناف ذات الأوراق الضيقة تقليديًا "osier". تنمو الصفصاف في الغالب في المناطق المعتدلة من العالم في التربة الرطبة. استمرت الأبحاث التي تنطوي على استخدام الصفصاف في أجزاء مختلفة من الولايات المتحدة منذ عدة سنوات ، لا سيما في جامعة كورنيل حيث تم تنفيذ مشروع منذ عام 1998.

تم جني أول حصاد للصفصاف في ولاية بنسلفانيا من قطعة أرض تجريبية مساحتها 34 فدانًا خلال فصل الشتاء من قبل كلية العلوم الزراعية بالجامعة. ويشكل جزءًا من برنامج أكبر مدته خمس سنوات يسمى NEWBio يهدف إلى التحقيق في الإنتاج المستدام للكتلة الحيوية الخشبية والأعشاب الدافئة لتوليد الطاقة وتعزيزه. الخطة الشاملة هي حصاد الصفصاف من قطعة الأرض كل ثلاث سنوات.

NEWBio هو في الواقع كونسورتيوم إقليمي بقيادة ولاية بنسلفانيا نفسها بتمويل من المعهد الوطني للأغذية والزراعة التابع لوزارة الزراعة الأمريكية. المشروع هو مجرد واحد من سبعة مشاريع إقليمية في جميع أنحاء الولايات المتحدة ويجمع بين مجموعة من الخبراء ، بما في ذلك علماء النبات والمهندسين الزراعيين والبيولوجيين والمتخصصين في السلامة والصحة الزراعية والمهندسين الزراعيين والاقتصاديين الزراعيين والغابات وعلماء الاجتماع الريفي وسلسلة التوريد و خبراء تطوير الأعمال ومعلمي الإرشاد.

الأعضاء الآخرون في الكونسورتيوم هم جامعة كورنيل ، وكلية SUNY للعلوم البيئية والغابات ، وجامعة وست فرجينيا ، وجامعة ولاية ديلاوير ، وجامعة ولاية أوهايو ، وجامعة روتجرز ، ومركز الأبحاث الإقليمي الشرقي التابع لوزارة الزراعة الأمريكية ، ومختبر أوك ريدج الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. مختبر ايداهو الوطني.

حصاد شجيرة الصفصاف في موقع روكفيو بولاية بنسلفانيا [مصدر الصورة: ولاية بنسلفانيا ، فليكر]

"هذا موقع ممتاز للتحقيق في التأثيرات على جودة التربة والمياه ، والتنوع البيولوجي ، وتجنب انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، وإمكانية تنمية اقتصاد إقليمي قائم على أساس حيوي" قال أرمين كيمانيان ، الأستاذ المشارك في أنظمة الإنتاج والنمذجة في قسم النبات العلوم ، التحدث إلى أخبار ولاية بنسلفانيا. "يزور طلاب من كليتنا الموقع ولديهم رؤية مباشرة وعن قرب لهذا المحصول الجديد في المنطقة."

كان أول محصول من شجيرة الصفصاف زرعت في عام 2012 وتأمل Penn State في استخدامه كمصدر للطاقة المتجددة وكمنصة للبحث في الاستدامة. وفقًا لكيمانيان ، فإن الشيء العظيم في شجيرة الصفصاف ، وهو نبات خشبي معمر ، هو أنه يحب أن يتم تقليصه ، وبعد ذلك ينتج إعادة نمو قوية يمكن حصادها باستمرار فقط عن طريق قطع المحاصيل بشكل متكرر. علاوة على ذلك ، نظرًا لأنه معمر ، يميل شجيرة الصفصاف إلى إنشاء نظام جذر قوي يعمل على استقرار التربة ويخزن كميات كبيرة من الكربون. تشمل المحاصيل الأخرى التي تنتج تأثيرًا مشابهًا عشبة التبديل والخطأ ويتم أيضًا فحص هذه النباتات في مواقع أخرى حول شمال شرق الولايات المتحدة. إلى جانب شجيرة الصفصاف ، لا تتطلب هذه النباتات الكثير من الأسمدة ويمكنها أيضًا تحسين جودة المياه في الجداول والأنهار ومصبات الأنهار. هذا هو السبب في أن زيادة كمية النباتات المعمرة أصبحت عنصرًا حاسمًا في استراتيجية جودة المياه في بنسلفانيا. في الأساس ، تخدم هذه المحاصيل غرضًا مزدوجًا - فهي تحافظ على إنتاجية الأرض وفي نفس الوقت تحمي نوعية المياه.

لا يتطلب شجيرة الصفصاف سوى ثلث سماد النيتروجين الذي يتم تغذيته عادةً لمحصول الذرة بينما ينتج نفس الكمية من الكتلة الحيوية. عندما يتم حرق النباتات المحصودة على شكل رقائق خشبية أو وقود حيوي سائل ، فإن ثاني أكسيد الكربون المنبعث في الغلاف الجوي يتم امتصاصه مرة أخرى عندما تنمو النباتات مرة أخرى.

في ولاية بنسلفانيا ، قام الباحث المساعد فيليبي مونتيس بتركيب عدد من أجهزة الاستشعار التي تقيس ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. وهذا بدوره سيوفر معلومات عن إمكانات نمو المحصول ، وهو أمر فعال للغاية فيما يتعلق بتحويل ضوء الشمس والمغذيات إلى مواد أولية للطاقة الحيوية على حساب شجيرة الصفصاف كونها واحدة من أولى النباتات التي تنتج الأوراق في الربيع بينما تموت أيضًا في وقت متأخر. في الخريف ، مما يمنحها فترة نمو طويلة جدًا.

قال السيد مونتيس: "نقدر أنه يمكننا حصاد 20 إلى 30 وحدة من الطاقة لكل وحدة من الطاقة الأحفورية المستثمرة في إنتاج المحصول ، مما يؤدي إلى إنتاج وقود ذي بصمة كربونية منخفضة للغاية". "حقيقة أن هذه الكتلة الحيوية يمكن تحويلها إلى وقود سائل هي إحدى المزايا الرئيسية لشجيرة الصفصاف ومحاصيل الكتلة الحيوية الأخرى. يعتبر الوقود السائل منخفض الكربون مهمًا بشكل خاص للنقل والشحن والطيران لمسافات طويلة ، حيث لا تكون السيارات الكهربائية عملية ".

حصاد بالات من الكتلة الحيوية الصفصاف ، جيلف ، كندا [مصدر الصورة: المركز الوطني للحراجة الزراعية ، فليكر]

يعتقد رئيس مشروع NEWBio توم ريتشارد ، أستاذ الهندسة الزراعية والبيولوجية ومدير معاهد ولاية بنسلفانيا للطاقة والبيئة ، أن طاقة الكتلة الحيوية يمكن أن تساعد حقًا في دفع الاستدامة الريفية في الشمال الشرقي لأن محاصيل الطاقة الدائمة مناسبة جدًا للمنطقة . يمكن أن تصبح عنصرًا مهمًا في التنمية الاقتصادية المستقبلية ، إذا كان من الممكن إجراء حصاد ونقل وتخزين المحصول على نطاق واسع اقتصاديًا.

والهدف النهائي هو إنتاج الإيثانول السليلوزي الذي يمكن استخدامه كوقود في السيارات. يمكن استخدامه أيضًا للتدفئة وتطبيقات الطاقة المتجددة الأخرى. بالنظر إلى أن شجيرة الصفصاف يمكن أن تنمو في التربة الفقيرة ، فإنها لا تتنافس مع المحاصيل الغذائية ، وهذا يعني أنه يمكن استخدام الذرة فقط للغذاء بدلاً من الغذاء والوقود الحيوي.

قد يكون شجيرة الصفصاف مناسبة لمجموعة متنوعة من الاستخدامات الأخرى إلى جانب توليد الكتلة الحيوية. على سبيل المثال ، يدرس مشروع في مينيسوتا إمكاناته باعتباره "سور ثلجي" حي لإبقاء الطرق خالية من هبوب الثلوج وانجرافها. وجدت دراسة حديثة أجرتها وزارة النقل في مينيسوتا أن شجيرة الصفصاف لها مزايا مهمة مقارنة بالمحاصيل الأخرى مثل خشب القرانيا والتوت البري ، والتي يمكن أن تستغرق من خمسة إلى عشرين عامًا لتثبت نفسها مقارنة بعامين فقط لشجيرة الصفصاف. من المقرر إجراء مزيد من التقييم للمحصول لهذا الغرض في عام 2017 حيث سيتم زراعته جنبًا إلى جنب مع موقع بناء جديد على الطريق السريع 60 بين Windom و Mountain Lake.

راجع أيضًا: من النباتات إلى الوقود الحيوي: شرح للمعالجة المسبقة للكتلة الحيوية


شاهد الفيديو: الكهرباء من مخلفات المحاصيل. أفكار عالمية (ديسمبر 2021).