18.6: Biofueli (Biomasi Nishati)

Biofueli (nishati ya biomasi) huwa na nishati inayotokana na viumbe, kama vile taka za wanyama, mimea, au mwani. Ni aina nyingine isiyo ya moja kwa moja ya nishati ya jua. Biofueli huwa na matumizi mengi. Huteketezwa moja kwa moja au kwanza kubadilishwa kuwa ethanol (mara nyingi kwa msaada wa bakteria na fungi) ili kuzalisha umeme. Joto kutoka mwako hutoa mvuke na hugeuka turbine ili kuimarisha jenereta. Biodiesel inatoa mbadala kwa petrochemicals kwa ajili ya kuchochea magari. Biofueli hata imekuwa kutumika kwa nguvu ndege ndogo (takwimu\(\PageIndex{a}\)). Aidha, kuchoma kuni au majani hutoa inapokanzwa.

Kielelezo\(\PageIndex{a}\): Mtihani wa ndege wa “Green Hornet”, ndege ya wapiganaji wa Navy sehemu inayotumiwa na biofueli. Picha na Navy ya Marekani (uwanja wa umma).

Tofauti na mafuta ya mafuta, biofueli ni kaboni neutral (takwimu\(\PageIndex{b}\)). Fueli za kisukuku huhifadhi kaboni iliyokamatwa na viumbe mamilioni ya miaka iliyopita. Tunapowachoma, dioksidi kaboni hutolewa kwa kasi zaidi kuliko iliondolewa. Biofueli kuondolewa dioksidi kaboni kutoka anga hivi karibuni, na wao fomu juu ya muda mfupi spans. Wakati biofueli zinachomwa moto, dioksidi hii ya kaboni iliyoondolewa hivi karibuni inatolewa tena angahewa.

Kielelezo\(\PageIndex{b}\): Nishati za mafuta, kama vile mafuta na gesi asilia, zina kaboni iliyohifadhiwa chini ya ardhi kwa mamilioni ya miaka. Mwako (kuchomwa) wa fueli hizi za kisukuku hutoa dioksidi kaboni katika anga, na kuchangia mabadiliko ya tabianchi. Wakati biofueli hupandwa, hukamata dioksidi kaboni kupitia photosynthesis. Kuwaungua au bidhaa zao kwa joto, usafiri, au kizazi cha umeme hutoa hii dioksidi kaboni, ambayo ilikuwa imechukuliwa hivi karibuni. Kwa sababu hii, biofueli huchukuliwa kuwa neutral kaboni. Picha zilizoundwa na Melissa Ha kutoka NETL/DOE (uwanja wa umma) na publicdomainvectors.org (uwanja wa umma).

Faida nyingine ya biofueli ni kwamba zinaweza kuzalishwa ndani ya nchi na zinaweza kulimwa katika maeneo mengi tofauti. Kwa upande mwingine, wao kuchukua nafasi ambayo inaweza vinginevyo kutumika kwa ajili ya uzalishaji wa chakula. Ili kuendeleza mambo magumu, sifa zinazofanya aina ya mmea kuwa bora kwa biofueli (kama vile kuwa sugu kwa wadudu na kukua kwa haraka) pia ni sifa zinazosaidia spishi za uvamizi kustawi. Uangalizi lazima uchukuliwe na aina hizi ikiwa imeongezeka nje ya safu zao za asili.

Mwako wa taka imara ya manispaa (angalia hapa chini) au taka za wanyama kama biofueli, hupunguza taka na huzalisha umeme wakati huo huo. Tofauti na aina nyingi za nishati mbadala, hata hivyo, mwako wa nishati ya mimea huchafua hewa. (Dioksidi kaboni iliyotolewa sio suala kwani biofueli hazina kaboni neutral, lakini uchafuzi mwingine wa hewa pia hutolewa.) Kwa kweli, uchafuzi wa hewa wa ndani kutokana na moto unaotumika kwa kupikia ndani ya nyumba ni sababu kubwa ya kifo katika nchi zinazoendelea.

Kila aina ya majani lazima tathmini kwa athari zake za mazingira na kijamii ili kuamua kama ni kweli kuendeleza uendelevu na kupunguza athari za mazingira. Kwa mfano, kukata misitu mikubwa ya misitu tu kwa ajili ya uzalishaji wa nishati sio chaguo endelevu kwa sababu mahitaji yetu ya nishati ni makubwa sana kwamba tutaweza kufuta dunia haraka, kuharibu mazingira muhimu. Kwa biomasi kuwa chaguo endelevu, kwa kawaida inahitaji kuja kutokana na vifaa vya taka, kama vile utupu wa kinu cha mbao, sludge ya kinu cha karatasi, taka ya yadi, au vibanda vya oat kutoka kwenye mmea wa usindikaji wa oatmeal, mbolea ya mifugo, au takataka. Vifaa hivi vinginevyo tu kujilimbikiza au kuoza. Mifano kadhaa ya matumizi ya biofueli hujadiliwa hapa chini kwa undani zaidi, ikiwa ni pamoja na faida maalum na hasara za aina ya matumizi.

kuchoma kuni

Kutumia kuni, na makaa yaliyotengenezwa kwa kuni, kwa ajili ya kupokanzwa na kupika inaweza kuchukua nafasi ya mafuta ya mafuta na inaweza kusababisha uzalishaji wa chini wa dioksidi kaboni. Ikiwa kuni huvunwa kutoka misitu au mbao ambazo zinapaswa kung'olewa au kutoka kwenye miti ya miji inayoanguka au inahitajika kukatwa anyway, basi kuitumia kwa biomasi hakuathiri mazingira hayo. Hata hivyo, moshi wa kuni una uchafuzi wa hatari kama monoxide kaboni na suala la chembechembe (tazama Uchafuzi wa hewa).

Kwa inapokanzwa nyumbani, ni ufanisi zaidi na uchafu mdogo wakati wa kutumia jiko la kisasa la kuni au kuingiza moto ambalo limeundwa kutolewa kiasi kidogo cha chembe. Hata hivyo, mahali ambapo kuni na mkaa ni mafuta makubwa ya kupikia na inapokanzwa kama vile katika nchi zinazoendelea, kuni zinaweza kuvuna kwa kasi zaidi kuliko miti inaweza kukua na kusababisha ukataji miti (takwimu\(\PageIndex{c}\)). Sehemu kubwa ya matumizi ya biofueli hutokana na majani ya jadi, hasa kuni za mafuta zilizokusanywa kwa ajili ya kupikia nyumbani na kupokanzwa, mara nyingi bila kujali badala endelevu.

Kielelezo\(\PageIndex{c}\): Uzalishaji wa makaa nchini Uganda. (A) Miti hukatwa kwa makaa. (B) Vipande vya kuni. (C) Wood magogo kusoma kwa ajili ya kuchoma mkaa. (D) Mkaa packed na tayari kwa ajili ya soko. Picha na maelezo (yamebadilishwa) kutoka Bamwesigye et al. Uendelevu 2020, 12 (20), 8337. (CC-BY)

Biomasi inaweza kutumika katika mimea ndogo ya nguvu. Kwa mfano, Colgate College imekuwa na boiler ya kuni tangu katikati ya miaka ya 1980 (takwimu\(\PageIndex{d}\)). Katika mwaka mmoja ilitengeneza takriban tani 20,000 za chips za kuni za ndani na za kudumu, sawa na galoni milioni 1.17 (lita milioni 4.43) za mafuta ya mafuta, kuepuka uzalishaji wa tani 13,757 na kuokoa chuo kikuu zaidi ya dola milioni 1.8 kwa gharama za kupokanzwa. Kituo hicho kinachotengeneza mvuke cha Chuo Kikuu sasa kinatimiza zaidi ya 75% ya mahitaji ya joto na maji ya moto ya ndani ya chuo hicho.

Kielelezo\(\PageIndex{d}\): Vipande vya kuni ni mfano mmoja wa biofueli ambayo inaweza kuchomwa moto ili kuzalisha umeme. Chanzo: Ulrichulrich

Manispaa Mango taka

Taka imara ya manispaa (MSW) inajulikana kama takataka na inaweza kuunda umeme kwa kuungua moja kwa moja au kwa kuchoma methane inayotengenezwa kama inavyoharibika. Michakato ya taka hadi nishati ni kupata riba upya kama wanaweza kutatua matatizo mawili kwa mara moja: ovyo wa taka na uzalishaji wa nishati kutoka rasilimali mbadala. Wengi wa athari za mazingira ni sawa na ile ya mmea wa makaa ya mawe: uchafuzi wa hewa, kizazi cha majivu, nk Kwa sababu chanzo cha mafuta ni chini ya sanifu kuliko makaa ya mawe na vifaa vya hatari vinaweza kuwepo katika MSW, incinerators na mimea ya nguvu ya taka hadi nishati wanahitaji kusafisha gesi za vifaa vya hatari. Shirika la Ulinzi wa Mazingira nchini Marekani linasimamia mimea hii madhubuti sana na inahitaji vifaa vya kupambana na uchafuzi wa mazingira kuwekwa. Pia, wakati wa kuchochea kwa joto la juu, kemikali nyingi za sumu zinaweza kuvunja katika misombo isiyo na madhara. Majivu kutoka kwa mimea hii yanaweza kuwa na viwango vya juu vya metali mbalimbali ambazo zilikuwepo katika taka ya awali. Ikiwa majivu ni safi ya kutosha inaweza kuwa “recycled” kama bima ya taka ya MSW au kujenga barabara, vitalu vya saruji, na miamba ya bandia (sawa na miamba ya matumbawe, lakini imejengwa na wanadamu).

Gesi ya taka (Biogas)

Gesi ya taka (biogas) ni aina ya gesi ya “biogenic” inayotengenezwa na binadamu kama ilivyojadiliwa hapo juu (takwimu\(\PageIndex{e}\)). Methane hutengenezwa kama matokeo ya michakato ya kibiolojia katika mimea ya matibabu ya maji taka, taka za taka, mbolea za anaerobic, na mifumo ya usimamizi wa mbolea za mifugo. Gesi hii inatekwa na kuchomwa moto ili kuzalisha joto au umeme. Umeme unaweza kuchukua nafasi ya umeme zinazozalishwa kwa kuchoma mafuta ya mafuta, kupunguza uzalishaji wa dioksidi kaboni. Madhara ya mazingira pekee yanatokana na ujenzi wa mmea yenyewe, sawa na ile ya mmea wa gesi asilia.

Kielelezo\(\PageIndex{e}\): ukusanyaji na usindikaji wa gesi taka kuzalisha methane kwa ajili ya matumizi mbalimbali. Kwanza, gesi ya taka hukusanywa kutoka vizuri gesi ya taka. Mfumo wa kusambaza wima na usawa kuzikwa katika taka taka ya manispaa imara. Gesi ya taka ni kisha kusindika na kutibiwa kwa ajili ya matumizi (blower/flare/matibabu). Matumizi ya mwisho yanajumuisha matumizi ya viwanda/taasisi, sanaa na ufundi, gesi ya bomba, na mafuta ya gari. Picha na maelezo (yamebadilishwa) kutoka kwenye Mpango wa Kutafuta Methane Outreach/EPA (uwanja wa umma).

Bioethanol na Biodiesel

Bioethanol na biodiesel ni biofueli kioevu viwandani kutoka mimea, kwa kawaida mazao. Bioethanol inaweza kuvuta kwa urahisi kutoka juisi ya miwa, kama ilivyofanyika nchini Brazil. Zaidi ya hayo, inaweza kuvuta kutoka kwa wanga wa nafaka iliyovunjika, kama inavyofanyika nchini Marekani.

Madhara ya kiuchumi na kijamii ya kupanda mimea kwa ajili ya nishati yanahitaji kuchukuliwa, kwani ardhi, mbolea, na nishati zinazotumiwa kukua mazao ya biofueli zinaweza kutumika kukua mazao ya chakula badala yake. Ushindani wa ardhi kwa mafuta dhidi ya chakula unaweza kuongeza bei ya chakula, ambayo ina athari mbaya kwa jamii. Inaweza pia kupunguza ugavi wa chakula na kuongeza utapiamlo na njaa duniani kote. Pia, katika baadhi ya maeneo ya dunia, maeneo makubwa ya uoto asilia na misitu yamekatwa ili kukua miwa kwa bioethanol na soya na miti ya mitende ili kutengeneza biodiesel. Hii si matumizi endelevu ya ardhi. Kutokana na biofueli kutoka sehemu za mimea zisizotumiwa kwa chakula, kama vile mabua, hupunguza athari zao za mazingira. Biodiesel inaweza kufanywa kutoka mafuta ya mboga ya kutumika na imezalishwa kwa misingi ya ndani sana. Ikilinganishwa na dizeli, petrochemical inayotokana na mafuta yasiyosafishwa, mwako wa biodiesel hutoa oksidi ndogo za sulfuri, chembechembe, monoxide ya kaboni, na hidrokaboni zisizo na moto na nyingine, lakini hutoa oksidi zaidi ya nitrojeni (tazama

Liquid biofueli kawaida kuchukua nafasi ya mafuta ya petroli na ni kutumika kwa nguvu magari (takwimu\(\PageIndex{f}\)). Ingawa mchanganyiko wa ethanol-petroli huwaka safi kuliko petroli safi, pia ni tete zaidi na hivyo huwa na “uzalishaji wa uvukizi” wa juu kutoka kwenye mizinga ya mafuta na vifaa vya kugawa. Uzalishaji huu huchangia kuundwa kwa ozoni ya hatari, kiwango cha chini na smog (tazama Uchafuzi wa hewa). Petroli inahitaji usindikaji wa ziada ili kupunguza uzalishaji wa evaporative kabla ya kuchanganywa na ethanol.

Kielelezo\(\PageIndex{f}\): basi mbio juu ya soya biodiesel. Picha na maelezo (yamebadilishwa) kutoka Idara ya Nishati ya Marekani (uwanja wa umma).

Attribution

Ilibadilishwa na Melissa Ha kutoka Nishati Mbadala na Changamoto na Athari za Matumizi ya Nishati kutoka Biolojia ya Mazingira na Mathayo R. Fisher (leseni