에너지 작물

Energy crop
영국의 환경, 식품 및 농촌부의 에너지 작물 계획.이러한 종류의 에너지 작물은 기존 발전소나 특수 발전 장치에 사용될 수 있어 화석 연료에서 파생된 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있다.

에너지 작물은 (식용이 아닌) 연소에 의한 에너지 생산만을 위해 재배되는 저비용의 유지보수가 적은 작물이다.작물은 펠릿, 바이오에탄올, 바이오가스 같은 고체, 액체 또는 기체 연료로 가공된다.연료는 전기 또는 열을 생성하기 위해 연소됩니다.

그 식물은 일반적으로 목질 또는 초본으로 분류된다.목질 식물은 버드나무와 포플러를 포함하며[1], 초본 식물은 Miscanthus x giganteus와 Pennisetum purpubureum을 포함합니다.초본 작물은 물리적으로 나무보다 작지만, 목질 [2]작물에 비해 지하에 약 두 배의 CO를2 저장한다.

유전자 변형과 같은 생명공학적 절차를 통해 식물을 조작하여 생산량을 높일 수 있다.기존 [3]: 250 품종에서도 비교적 높은 수율을 실현할 수 있습니다.그러나 관련 비용 절감(제조[4] 공정 중 비용) 및 물 사용 감소와 같은 일부 추가 이점은 유전자 변형 작물을 사용해야만 달성할 수 있다.

CO중립성2

Miscanthus x Giganteus 생산 경로의 GHG / CO / 탄소2 음성
지상 수율(대각선), 토양 유기 탄소(X축) 및 토양의 탄소 격리 성공/실패 가능성(Y축) 간의 관계.기본적으로 생산량이 높을수록 GHG 경감 도구로서 사용할 수 있는 토지가 많아진다(상대적으로 탄소가 풍부한 토지를 포함한다).

격리된 탄소의 양과 배출되는 온실 가스(GHG)의 양에 따라 바이오 에너지 프로젝트의 총 GHG 수명 주기 비용이 양인지, 중성인지, 음인지를 결정할 것이다.구체적으로는 지하 총탄소 축적이 지상 총수명주기 GHG 배출량을 상회하는 경우에 GHG/탄소 음의 라이프 사이클이 가능하다.Whitaker 등은 Miscanthus × giganteus의 경우 탄소 중립성 및 심지어 음성의 범위 내에 있다고 추정한다.이는 생산량과 관련된 탄소 격리가 매우 커서 농장 운영 배출량, 연료 전환 배출량 및 운송 배출량의 총량 이상을 차지한다는 것을 의미한다.그림은 메가줄당 그램 CO 등가물로2 표현되는 두 개의2 CO 음수 Miscanthus x giganteus 생산 경로를 보여준다.노란색 다이아몬드는 [5]평균값을 나타냅니다.

성공적인 격리 여부는 식재지에 달려있습니다. 격리하기에 가장 좋은 토양은 현재 탄소가 부족한 토양이기 때문입니다.그림에 표시된 다양한 결과는 이 [5]사실을 강조합니다.

Milner 등 연구진은 영국의 경우 이미 탄소가 풍부한 토양(현존 삼림) 때문에 잉글랜드와 웨일즈 대부분 지역의 경작지에 대한 성공적인 고립이 예상되며 스코틀랜드 일부 지역에서는 실패한 고립이 예상된다고 주장한다.또한 스코틀랜드의 경우, 이 추운 기후에서 상대적으로 낮은 수확량으로 인해 CO의 음성이 달성되기 어렵습니다2.이미 탄소가 풍부한 토양에는 이탄지와 성숙한 숲이 포함된다.또한 초원은 탄소가 풍부할 수 있으며, Milner 등은 영국에서 가장 성공적인 탄소 격리가 개선된 [6]초원 아래에서 이루어진다고 주장한다.

아래 그래픽은 기존 토양 탄소 포화도의 다양한 수준에 대해 CO 음수성을2 달성하는 데 필요한 추정 수율을 표시합니다.

Miscanthus 작물의 연간이 아닌 여러해살이 성격은 매년 상당한 지하 탄소 축적이 방해받지 않고 지속된다는 것을 의미한다.매년 경작하거나 땅을 파지 않는다는 것은 탄소 산화가 증가하지 않고 토양에서 미생물 집단을 자극하지 않는다는 것을 의미하며, 따라서 매년 봄마다 토양에서 유기 C가 CO로 빠르게2 전환되지 않는다는 것을 의미합니다.

종류들

고체 바이오매스

코끼리풀은 실험적인 에너지 작물이다.

종종 펠릿화된 고체 바이오매스는 화력발전소에서 단독으로 또는 다른 연료와 함께 연소되는 연소에 사용됩니다.또는 열 또는 복합 열 및 전력(CHP) 생산에 사용할 수 있습니다.

단회전 코피스(SRC) 농업에서는 버드나무나 포플러 같은 빨리 자라는 나무 종을 3~5년의 짧은 주기로 재배하고 수확한다.이 나무들은 젖은 토양에서 가장 잘 자란다.지역 수질에 미치는 영향도 배제할 수 없다.취약한 습지에 가까운 시설은 [7][8][9]피해야 한다.

가스 바이오매스(메탄)

옥수수, 수단 잔디, 기장, 흰 스위트 클로버, 그리고 많은 다른 농작물들은 사일라지로 만들어지고 그 후에 바이오가스로 [3]바뀔 수 있다.혐기성 디지스터나 바이오가스 식물은 일단 사일라지에 갇힌 후 에너지 작물로 직접 보충될 수 있다.독일 바이오 농업에서 가장 빠르게 성장하고 있는 분야는 거의 50만 ha(1200,000에이커)의 토지에 있는 "재생 에너지 작물" 영역이었다(2006년).[10]에너지 작물은 또한 갈기 및 상한 곡물과 같이 에너지 함량이 낮은 사료 원료의 경우 가스 생산량을 증가시키기 위해 재배될 수 있습니다.현재 사일레이지를 통해 메탄으로 변환된 바이오 에너지 작물의 에너지 수율은 연간 약 2GWh/km2(1.8×1010 BTU/sq mi)로 추정된다.동물과 함께 재배하는 소규모 혼합 작물 기업은 일부 면적을 에너지 작물을 재배하고 전환하며 전체 농장의 에너지 요구량을 약 5분의 1 면적으로 유지할 수 있습니다.그러나 유럽, 특히 독일에서 이러한 급속한 [11]성장은 재생 가능 에너지에 대한 독일의 보너스 시스템과 마찬가지로 정부의 상당한 지원이 있어야만 이루어졌다.N에서는 사일라지-메탄(silage-methan)을 통한 작물 농사와 바이오 에너지 생산을 통합하는 유사한 발전이 거의 간과되어 왔다.미국은 정치적, 구조적 문제와 에너지 생산의 집중화를 위한 거대한 지속적 추진이 긍정적인 [citation needed]발전을 무색하게 만들었다.

액체 바이오매스

바이오디젤

코코넛은 코코넛의 말린 고기인 코프라를 만들기 위해 케랄라의 코지코드에서 일광 건조되었습니다.코코넛 오일에서 추출한 코코넛 오일은 많은 코코넛 생산국들에게 코프라를 중요한 농산물 상품으로 만들었다.그것은 또한 가축의 사료로 주로 사용되는 코코넛 케이크를 생산한다.
콩으로 만든 순수 바이오디젤(B-100)

에너지 작물로부터 바이오디젤을 생산하는 유럽의 생산량은 지난 10년 동안 꾸준히 증가했으며, 주로 석유와 에너지로 사용되는 유채 씨앗에 초점을 맞추고 있다.강간으로 인한 석유/바이오디젤 생산량은 독일에서만 12,000km2 이상이며, 지난 15년 [12]동안 두 배로 증가했습니다.순수 바이오디젤로서 석유의 대표적인 산출량은 10만 L/km2(68,000 US gal/sq mi, 57,000 imp gal/sq mi) 이상이며, 영양 균형이 잡혀 클럽루트 등의 질병 확산을 방지하는 지속 가능한 작물 순환을 사용하면 바이오디젤 작물이 경제적으로 매력적이다.콩의 바이오디젤 생산량은 [13]유채보다 현저히 낮다.

중량으로 추출할 수 있는 일반적인 오일
자르다 오일 %
코프라 62
피마자 종자 50
참깨 50
땅콩 알맹이 42
자트로파 40
유채씨드 37
팜 커널 36
겨자씨 35
해바라기 32
야자 열매 20
콩 14
목화씨 13

바이오에탄올

셀룰로오스계 바이오에탄올 생산을 위한 두 가지 주요 비식용 작물은 스위치그라스(switchgrass)와 거대 잡초(giant miscanthus)이다.미국에서는 바이오메탄을 지탱하는 농업구조가 부재해 크레딧이나 보너스 제도가 없는 [citation needed]지역이 많아 셀룰로오스계 바이오에탄올에 대한 관심이 높아지고 있다.결과적으로, 많은 개인 자금과 투자자들의 희망은 효소 가수분해와 유사한 과정에서 시장성과 특허성이 있는 혁신에 달려있다.풀은 또한 바이오 부탄올을 위한 에너지 작물이다.

바이오에탄올은 발효를 통해 직접 에탄올을 만들기 위해 주로 옥수수(메이즈 씨)를 사용하는 기술도 말한다.그러나 특정 필드 및 프로세스 조건에서는 이 프로세스가 생산하는 에탄올의 에너지 값만큼 많은 에너지를 소비할 수 있으므로 지속 가능하지 않습니다.곡물 스틸레이지(증류기 곡물 스틸레이지 또는 DGS)를 바이오 가스로 변환하는 새로운 개발은 이러한 유형의 바이오 에탄올 공정의 낮은 에너지 비율을 개선하기 위한 수단으로 유망해 보입니다.

각국의 에너지 작물 사용

스웨덴에서는 버드나무와 삼베가 자주 사용된다.

핀란드에서 갈대 카나리아 잔디는 인기 있는 에너지 [14]작물이다.

화력발전소에서의 에너지 작물 사용

다음 항목도 참조하십시오.바이오매스 § Thermal_conversions

오염을 줄이고 화석 연료 발전소의 탄소 배출을 줄이거나 제거하기 위한 몇 가지 방법이 있다.자주 사용되는 비용 효율적인 방법은 발전소를 다른 연료(예: 에너지 작물/바이오매스)로 작동하도록 변환하는 것이다.에너지 작물/바이오매스가 전환된 화석 연료 발전소가 [15]사용할 재료인 경우 바이오매스의 토레코레이션이 발전소에 도움이 될 수 있다.또한 에너지 작물을 연료로 사용할 경우, 그리고 바이오차 생산을 실시할 경우, 화력발전소는 탄소 뉴트럴이 아닌 탄소 네거티브가 될 수도 있다.석탄 화력발전소의 에너지 효율을 개선하면 배출량도 줄일 수 있다.

바이오 연료와 지속 가능성

최근 몇 년 동안 바이오 연료는 화석 연료의 가능한 대체물로 많은 나라에 더 매력적으로 다가왔다.따라서 이 재생자원의 지속가능성을 이해하는 것은 매우 중요하다.온실가스 배출 감소, 화석 연료보다 낮은 비용, 재생성 [16]등과 같은 바이오 연료의 사용과 관련된 많은 이점이 있다.이 에너지 작물들은 전기를 생산하는 데 사용될 수 있다.목재 셀룰로오스 및 바이오 연료는 정지된 전력 생성과 함께 매우 효율적인 것으로 나타났습니다.2008년부터 2013년까지 전 세계 바이오 연료 생산량은 109% 증가했으며, 이는 우리의 수요를 충족시키기 위해 추가로 60% 증가할 것으로 예상됩니다(OECD/Food and Agriculture Organization(FAO)[17]에 따르면).

에너지 작물의 사용/수요가 증가할 것으로 예상됨에 따라 이 자원이 지속 가능한지에 대한 의문이 제기됩니다.바이오 연료 생산 증가는 토지 이용의 변화, 생태계(토양 및 수자원)에 대한 영향과 관련된 이슈에 기인하며, 에너지 작물, 식량 또는 사료 작물을 재배하기 위한 토지 공간의 경쟁을 가중시킨다.미래 바이오 에너지 공급 원료에 가장 적합한 발전소는 고속 성장, 고수율이어야 하며 성장과 수확 [17]등에 필요한 에너지 투입량이 매우 적어야 한다.에너지 생산을 위해 에너지 작물을 사용하는 것은 탄소 중립성 때문에 유익할 수 있다.에너지 생산에 사용될 수 있는 식물의 종류가 매우 다양하면서도 화석 연료에 대한 값싼 대안을 제시합니다.그러나 바이오 연료의 사용이 [16]일반적으로 채택될 수 있도록 생산 유지에 필요한 비용(다른 재생 에너지원보다 더 비싸다), 효율성 및 공간과 관련된 문제를 고려하고 개선할 필요가 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Mola-Yudego, Blas; Aronsson, Pär (September 2008). "Yield models for commercial willow biomass plantations in Sweden". Biomass and Bioenergy. 32 (9): 829–837. doi:10.1016/j.biombioe.2008.01.002.
  2. ^ Agostini, Francesco; Gregory, Andrew S.; Richter, Goetz M. (15 January 2015). "Carbon Sequestration by Perennial Energy Crops: Is the Jury Still Out?". BioEnergy Research. 8 (3): 1057–1080. doi:10.1007/s12155-014-9571-0. PMC 4732603. PMID 26855689.
  3. ^ a b Ara Kirakosyan; Peter B. Kaufman (15 August 2009). Recent Advances in Plant Biotechnology. p. 169. ISBN 9781441901934. Retrieved 14 February 2013.
  4. ^ Smith, Rebecca A.; Cass, Cynthia L.; Mazaheri, Mona; Sekhon, Rajandeep S.; Heckwolf, Marlies; Kaeppler, Heidi; de Leon, Natalia; Mansfield, Shawn D.; Kaeppler, Shawn M.; Sedbrook, John C.; Karlen, Steven D.; Ralph, John (2 May 2017). "Suppression of CINNAMOYL-CoA REDUCTASE increases the level of monolignol ferulates incorporated into maize lignins". Biotechnology for Biofuels. 10 (1): 109. doi:10.1186/s13068-017-0793-1. PMC 5414125. PMID 28469705.
  5. ^ a b Whitaker, Jeanette; Field, John L.; Bernacchi, Carl J.; Cerri, Carlos E. P.; Ceulemans, Reinhart; Davies, Christian A.; DeLucia, Evan H.; Donnison, Iain S.; McCalmont, Jon P.; Paustian, Keith; Rowe, Rebecca L.; Smith, Pete; Thornley, Patricia; McNamara, Niall P. (March 2018). "Consensus, uncertainties and challenges for perennial bioenergy crops and land use". GCB Bioenergy. 10 (3): 150–164. doi:10.1111/gcbb.12488. PMC 5815384. PMID 29497458.
  6. ^ Milner, Suzanne; Holland, Robert A.; Lovett, Andrew; Sunnenberg, Gilla; Hastings, Astley; Smith, Pete; Wang, Shifeng; Taylor, Gail (March 2016). "Potential impacts on ecosystem services of land use transitions to second-generation bioenergy crops in GB". GCB Bioenergy. 8 (2): 317–333. doi:10.1111/gcbb.12263. PMC 4974899. PMID 27547244.
  7. ^ Hartwich, Jens (2017). Assessment of the regional suitability of short rotation coppice in Germany (Thesis). doi:10.17169/refubium-9817.
  8. ^ Hartwich, Jens; Bölscher, Jens; Schulte, Achim (24 September 2014). "Impact of short-rotation coppice on water and land resources". Water International. 39 (6): 813–825. doi:10.1080/02508060.2014.959870. S2CID 154461322.
  9. ^ Hartwich, Jens; Schmidt, Markus; Bölscher, Jens; Reinhardt-Imjela, Christian; Murach, Dieter; Schulte, Achim (11 July 2016). "Hydrological modelling of changes in the water balance due to the impact of woody biomass production in the North German Plain". Environmental Earth Sciences. 75 (14). doi:10.1007/s12665-016-5870-4. S2CID 132087972.
  10. ^ "Environmental Use of BioMass".
  11. ^ Bauböck, Roland; Karpenstein-Machan, Marianne; Kappas, Martin (10 August 2014). "Computing the biomass potentials for maize and two alternative energy crops, triticale and cup plant (Silphium perfoliatum L.), with the crop model BioSTAR in the region of Hannover (Germany)". Environmental Sciences Europe. 26 (1): 19. doi:10.1186/s12302-014-0019-0. ISSN 2190-4715. PMC 5044939. PMID 27752417.
  12. ^ Umer. "Bio Mass Energy".
  13. ^ Kirakosyan, Ara; Kaufman, Peter B. (2009). Recent Advances in Plant Biotechnology SpringerLink (PDF). doi:10.1007/978-1-4419-0194-1. ISBN 978-1-4419-0193-4.
  14. ^ 에너지 생산자를 위한 핸드북
  15. ^ 전환 FFPS 내 바이오매스 사용 시 필요한 바이오매스 토레코레이션
  16. ^ a b Renewable Resources Co. "The Advantages and Disadvantages of Biomass Energy". Renewable Resources Coalition. RenewableResourcesCoalition.org.
  17. ^ a b de Siqueira Ferreira, Savio; Nishiyama, Milton; Paterson, Andrew; Souza, Glaucia (27 June 2013). "Biofuel and energy crops: high-yield Saccharinae take center stage in the post-genomics era". Genome Biology. 14 (6): 210. doi:10.1186/gb-2013-14-6-210. PMC 3707038. PMID 23805917. S2CID 17208119.

외부 링크