تعريف الكتلة الحيوية .. وأنواعها ومصادرها

ما هي الكتلة الحيوية

تُعَدّ الكتلة الحيوية وقودًا يتم توليده من المواد الطبيعية والعضوية والنفايات، وتعتبر مصدرًا متجددًا ومستدامًا للطاقة.

الكتلة الحيوية هي اللبنة الأساسية في بناء الوقود الحيوي، وتستخدم بشكل كبير في إنتاج الحرارة والكهرباء كبديل للوقود الأحفوري

تركيب الكتلة الحيوية

يتكون التركيب الكيميائي للكتلة الحيوية من الكربون والهيدروجين والأكسجين إلى جانب ذرات النيتروجين والقلويات والمعادن الثقيلة والأرض القلوية.

أنواع ومصادر الكتلة الحيوية

• بقايا الغابات

تشمل مخلفات الغابات الكتلة الحيوية التي لم يتم حصادها أو إزالتها من مواقع قطع الأشجار في الغابات التجارية، وكذلك المواد الناتجة عن عمليات إدارة الغابات مثل عمليات التخفيف قبل التجارة وإزالة الأشجار الميتة والمحتضرة

يُعَدُّ الخشب وقود الكتلة الحيوية الأكثر استخدامًا للتدفئة والطاقة، وتعتبر نفايات الخشب التي لا يُرغب فيها منتجًا ثانويًا لعدة عمليات الحصاد الغابية، ويتم استرداد قيمة الطاقة من استخدام هذه المواد في إنتاج الكهرباء، مع تفادي التخلص منها في مكبات النفايات.

تشمل نفايات الغابات الأشجار المقطوعة، والأشجار التجارية غير الكاملة، والخشب الميت، والأشجار الأخرى غير التجارية التي تحتاج إلى تخفيف الضغط عن الغابات المزدحمة وغير الصحية والمعرضة للحرائق.

• ملاط المزرعة

يتم الحصول بشكل رئيسي على ملاط المزرعة من تربية الخنازير والماشية، وهو عبارة عن مياه صرف صحي للحيوانات المائية يحتوي على تركيز عالٍ من المواد الصلبة العالقة، ويمكن استخدامه كمصدر وقود خلال عملية الهضم اللاهووائي.

تُستخدم في المقام الأول لأنها سهلة التجميع ويمكن استخدامها مع المعدات الأساسية.

فضلات الدواجن هي المواد التي يتم جمعها من حظائر الدجاج اللاحم. عادة ما تكون مكونة من نشارة الخشب أو الورق المقطع أو القش الممزوج بفضلات الدجاج، وتصل قيمتها الحرارية إلى 9-15 جيجا جول/طن، وتكون قليلا أقل من الخشب، وتحتوي على نسبة رطوبة تتراوح بين 20-50٪ وفقا لطرق تربية المزارعين

• سماد مزارع الماشية

تتأثر كمية ونوعية السماد الذي يمكن تسليمه إلى الجهاز الهضمي اللاهوائي بشكل كبير بتقنيات تربية الماشية، ويتم تحديدها بعدد الأبقار وأنظمة الإسكان والنقل والفراش المستخدمة من قبل المزارع، ويؤثر ذلك على كمية الطين التي يجب استخدامها وبالتالي كمية الطاقة المنتجة

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الأساليب في تربية الماشية، بما في ذلك الأكشاك المجانية والحظائر ذات الممرات المرصوفة وأنظمة الأراضي المفتوحة، ويتحدد نوع المسكن المستخدم بكمية ونوعية السماد الذي يمكن جمعه بشكل اقتصادي.

تستخدم طرق شائعة لجمع السماد، مثل أنظمة الشطف والكشط والفراغ واللودر، وفي حظائر الأكشاك المجانية، يمكن تنظيف السماد أوكشطه أو جمعه باستخدام المكنسة الكهربائية.

• تربية الخنازير

تتوفر عدة خيارات لجمع وتخزين روث الخنازير ، اعتمادًا على شكل السماد الطبيعي ، وتشمل طرق التخزين الشائعة الحفر تحت الأرضية ، والهياكل الخارجية (فوق أو تحت الأرض) ، والحفر الترابية ، والبحيرات ، وأحواض التخزين ، وتعد أنظمة الصرف الصحي وأنظمة الكاشطة من بين الطرق المستخدمة لجمع السماد ونقله إلى مرافق التخزين المناسبة.

• النفايات البلدية الصلبة العضوية (MSW)

تعتبر النفايات العضوية المحلية الصلبة أي مواد يتم جمعها من المنشآت التجارية أو السكنية مثل بقايا الطعام والورق وما إلى ذلك

تشكل النفايات العضوية ، سواء من العقارات التجارية أو السكنية ، كمية كبيرة من النفايات التي يتم طمرها ، كما هو الحال مع النفايات الأخرى ، يمكن تحويلها إلى طاقة بطرق مختلفة ، الأول هو الاحتراق المباشر (المحرقة) ، أو عن طريق الهضم اللاهوائي في مكب النفايات أو في مصنع المعالجة.

• مخلفات الصرف الصحي

يمكن اعتبار مخلفات الصرف الصحي مصدرًا للكتلة الحيوية، التي يمكن مقارنتها بنفايات الحيوانات الأخرى المذكورة سابقًا، ويمكن استخدام تقنيات مثل الهضم اللاهوائي أو الانحلال الحراري أو التجفيف والحرق لاستخراج الطاقة من مياه الصرف الصحي.

• محاصيل الطاقة

تنتج المحاصيل الطاقة بشكل خاص لقيمتها في إنتاج الوقود والكتلة الحيوية. هناك العديد من المحاصيل التي يمكن استخدامها بسهولة كمصادر للطاقة. يغطي مخطط محاصيل الطاقة كلا من الدورة القصيرة ومحاصيل الـMiscanthus، والذي يهدف إلى زيادة المساحة المخصصة لمحاصيل الطاقة في إنجلترا باستخدام منح. وبفضل هذا النظام، تعتبر هذه المحاصيل هي الأكثر انتشارا في مجال الطاقة.

• الكريات

تعد الكريات كتلة حيوية صلبة مكررة تحتوي على نسبة رطوبة منخفضة، مما يسهل نقلها وتخزينها وتحويلها إلى طاقة. تصنع من غبار المنشار أو رقائق الخشب أو اللحاء، ويكون قطر الكريات عادة بين 6 و 8 مم وطولها بين 5 و 30 مم، وتحتوي على نسبة ماء لا تتجاوز 8٪. من مزايا استخدام الكريات ككتلة حيوية

1. “تحترق الكريات بدون إصدار دخان تقريبًا، ويعتبر الغبار الموجود في غاز المداخن أمرًا أساسيًا لذلك.
2. الرماد الناتج أساسي.
3. تنتج الحبيبات المحروقة عن درجات حرارة عالية موادًا مسرطنة أقل بكثير من الوقود غير المكرر.
4. يحتوي على نسبة منخفضة من المعادن الثقيلة
5. يتم توليد كميات صغيرة جدًا من أكاسيد النيتروجين.
6. تعتاد النباتات عادة على تحويل كتلة الجسم إلى كريات باستخدام مكابس أو مكابس أسطوانية. يمكن استخدام نشارة الخشب أو نجارة أو رقائق كمواد خام. يتم تسخين المادة الخام لتجفيف الوقود وفي نفس الوقت تحويل اللجنين إلى العمل الذي يربط المواد الخام معا مثل الغراء، مما يجعل من الممكن تشكيل الكريات بالشكل المطلوب

• رقائق الخشب

يشير مصطلح رقائق الخشب إلى جزيئات الخشب المعالجة ميكانيكياً، وحجمها يتراوح بين 1 إلى 100 ملم.

مصادر الكتلة الحيوية الشائعة

• خردة الخشب
• يشمل البناء الخشبي ومخلفات الغابات، مثل نفايات الخشب والمنشار والنفايات الخضراء من مدافن النفايات وغيرها من النباتات

• محاصيل ومخلفات زراعية معينة

• السماد الطبيعي

• فضلات الحيوانات

• نفايات الإيثانول

• تشمل النفايات الصلبة البلدية الحمأة الصرف الصحي أو المواد العضوية الأخرى للدفن في مكبات النفايات

• تشمل النفايات الصناعية الأخرى حمأة الورق التي تنتج من عمليات إعادة تدوير الورق

عند توليد الكتلة الحيوية، يعتقد الكثيرون بشكل عام أن مصادر الطاقة تقتصر على نفايات النباتات فقط، ولكن هذا ليس الحال، فحتى المواد المستمدة من الحيوانات يمكن استخدامها في توليد الكتلة الحيوية 

الفرق بين الكتلة الحيوية وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى

• الفرق الأول والأكثر أهمية بينها هو `فارق التوقيت`، أي الوقت اللازم لتشكيلها.
• تقوم الكتلة الحيوية بإخراج الكربون من الغلاف الجوي خلال تطورها، ثم تعود إليه عند احتراقها.
• يمكن تحويل الكتلة الحيوية إلى إيثانول بواسطة العملية الحرارية، ويمكن تحويلها إلى ميثانول عن طريق التخمير والهضم.
• يعتبر الوقود ذو كثافة طاقة عالية، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي عند حرقه واستخدامه.

عيوب الكتلة الحيوية

إذا توقفت زراعة المحاصيل، فلن يكون هناك أي مخلفات زراعية، وإذا كان هناك طلب على الكتلة الحيوية، فيجب تطوير طرق الحصاد.

واحد من العيوب الرئيسية هو استخدام الأرض لزراعة المحاصيل للكتلة الحيوية، والتي قد تؤدي إلى حجب استخدامها لأغراض أخرى مثل الإسكان أو التخزين أو الزراعة أو المنتجعات أو الاستخدامات الأخرى للأراضي الزراعية.

حقائق عن الكتلة الحيوية

• يتألف الكتلة الحيوية من النباتات والحيوانات والمواد العضوية، والمادة الأكثر شيوعًا فيها هي رقائق الخشب أو الكريات.
• إنه مصدر للطاقة المتجددة، ومع ذلك، قال بعض الباحثين أنه يمكن أن يكون له تأثير سلبي يؤدي إلى خلق ما يسمى بـ `دين الكربون`
• تأتي نحو 70٪ من الطاقة المتجددة التي تستخدم في جميع أنحاء العالم من الكتلة الحيوية
• تقنية BECCS هي وسيلة لضمان عدم إطلاق الكربون في الهواء عند إنتاج الطاقة من الكتلة الحيوية.