Nishati ya Mimea

Rudolf Diesel alitengeneza injini yake ya kuwaka kwa mgandamizo katika miaka ya 1890, na modeli ya kwanza iliyofanikiwa ilikamilishwa mwaka 1897. Katika Maonyesho ya Paris ya mwaka 1900, injini ndogo ya Diesel iliyotengenezwa na Kampuni ya Otto ya Ufaransa ilionyeshwa ikiendeshwa kwa mafuta ya karanga kwa ombi la serikali ya Ufaransa. Injini hiyo ilikuwa imeundwa kwa mafuta ya kawaida lakini ilifanya kazi kwa mafuta ya mimea bila marekebisho.

Biomasi na nishati za mimea zinaweza kuhifadhiwa kwa muda mrefu na kutumika wakati wowote nishati inapohitajika, zikipa nchi usalama wa nishati mwaka mzima. Hata hivyo, hii hutegemea aina ya nishati ya mimea, na kuna tofauti. Muda wa kuhifadhi hutofautiana sana kulingana na mafuta, mchanganyiko wake na hali ya uhifadhi, na baadhi ya nishati za mimea hazidumu kama nyingine ^{[58-64,66,68]}.

Kwa mfano, pellets za mbao na biomasi nyingine ngumu huathiriwa sana na unyevu, halijoto, uingizaji hewa na ushughulikiaji. Hali mbaya zinaweza kusababisha kuoza kibiolojia, kupungua kwa nishati au kujipasha joto, huku uhifadhi mkavu na wenye uingizaji hewa wa kutosha ukihifadhi ubora wake ^[60,61].

Nishati ya mimea ya muda mrefu kama HVO (Mafuta ya Mboga Yaliyotibiwa kwa Hidrojeni) hustahimili oksideshi vizuri na, kulingana na wasambazaji, inaweza kudumu takriban miaka 10 kabla ya kuharibika, mradi hali sahihi za uhifadhi zidumishwe ^A. Utafiti huru pia unaunga mkono uimara wa juu kiasi wa HVO, ikiwemo inapochanganywa katika michanganyiko ya biodiesel - dizeli ^[64]. Uimara wa biodiesel ya FAME (esta za methili za asidi ya mafuta) hutegemea sana muundo wake wa asidi za mafuta: FAME zilizoshiba kwa kawaida hudumu zaidi na zitadumu kwa muda mrefu kuliko FAME zisizoshiba, kutegemea taka zilizotumika kuzitengeneza. Kwa hiyo, malighafi ya awali iliyotumika kutengeneza nishati ya mimea inaweza kuathiri sana muda wa kuhifadhi ^[62,63].

Ingawa biodiesel huoza kwa urahisi, kuharibika wakati wa kuhifadhi husababishwa hasa na oksideshi na uchafuzi badala ya uwezo wake wa kuoza wenyewe. Joto na kuathiriwa na hewa, mwanga, maji au metali fulani kunaweza kuharakisha kuharibika, huku vioksidishaji na hali zinazofaa za uhifadhi zikikipunguza ^[58,62,63]. Utafiti mmoja unasema biodiesel inaweza kuhifadhiwa kwa miezi 6 kabla ya kuanza kuharibika, na baada ya mwaka mmoja huenda isifae tena kutumika moja kwa moja kwenye injini ^[58,59].

Kutengeneza michanganyiko ya nishati za mimea (k.m. kuchanganya biodiesel ya FAME na dizeli ya petroli au HVO) kunaweza kuboresha uimara, kuongeza muda wa kuhifadhi na kudumisha ufanisi wake kama mafuta yanayoweza kutumika moja kwa moja kwenye injini za kawaida, ingawa matokeo hutegemea mafuta na viwango vinavyohusika ^{[58,59,62,64]}.

Nano-biodiesel zilizotengenezwa kwa namna maalum huongezewa chembe nano zinazopunguza uwezekano wa oksideshi, na hivyo zinaweza kudumu imara kwa muda mrefu zaidi ^[59]. Pia zinaweza kuboresha mwako wa mafuta na ufanisi wa nishati huku zikipunguza baadhi ya vichafuzi. Hata hivyo, athari zake hutegemea malighafi, mkusanyiko, mafuta na injini, na baadhi ya michanganyiko inaweza kuongeza uzalishaji wa oksidi za nitrojeni ^B.

Nishati za mimea zina muda mfupi wa kuhifadhi kuliko mafuta ya kawaida ya kisukuku (lakini HVO ni tofauti kubwa). Hata hivyo, bado zinaweza kusaidia kutatua tatizo la nishati ya upepo/jua kutopatikana wakati wote: hata nishati za mimea zilizohifadhiwa kwa miezi badala ya miaka zinaweza kutoa umeme wa akiba unaopatikana haraka na usalama wa nishati katika vipindi vya uzalishaji mdogo wa upepo au jua, mradi akiba na vifaa vya kutosha vinapatikana ^[23,66,68]. Pale malighafi na minyororo ya usambazaji zinaposimamiwa kwa uendelevu, zinaweza kuchangia usawa wa kaboni na juhudi pana za kupunguza uzalishaji ^{[19-22,72-76]}.

^A Jinsi ya kuhifadhi mafuta ya HVO kwa muda mrefu na usalama | Vectec

^B Applications of nanotechnology in biodiesel combustion and post-combustion stages | Renewable and Sustainable Energy Reviews

Bioenergy si lazima iwe haina kaboni. Athari yake kwa hali ya hewa hutegemea malighafi, ukuaji upya, kile ambacho kingetokea vinginevyo kwa ardhi au nyenzo, uzalishaji wa mnyororo wa usambazaji na muda unaohitajika kufyonza tena CO₂ iliyotolewa. Njia zinazotumia taka na mabaki zinaweza kuwa na uzalishaji mdogo, huku mabadiliko ya matumizi ya ardhi au uvunaji wa misitu inayokua taratibu yakisababisha deni la kaboni linalodumu kwa miaka au miongo.

Tazama: Uhasibu wa Kaboni kwa Biofueli Endelevu - Uchambuzi | IEA

Nchini Brazil, mamilioni ya hekta za misitu ya mvua, savana na mifumo mingine ya asili ya ikolojia zimefyekwa kwa ajili ya kilimo, ikiwemo uzalishaji wa soya na miwa.

Trase ilihusisha mavuno ya soya ya Brazil ya 2020 na hekta 562,000 - kilomita za mraba 5,620 - za ukataji misitu wa hivi karibuni na ubadilishaji wa uoto wa asili. Hii ilijumuisha takribani hekta 76,400 katika Amazon na hekta 23,600 katika Msitu wa Atlantiki, ingawa sehemu kubwa ilitokea Cerrado na Pampas. Eneo la ikolojia la Cerrado, sehemu muhimu kwa soya na miwa, limepitia ubadilishaji mkubwa sana wa ardhi ^[82,83]. Takwimu hizi zinaunganisha uzalishaji wa soya wa Brazil na ubadilishaji wa ardhi unaopimwa kwa maelfu ya kilomita za mraba, ikiwemo maeneo makubwa ya misitu ya mvua.

Soya na miwa zote zina uhusiano na sekta ya nishati ya mimea ya Brazil ^[78,80,81]. Takribani nusu ya miwa ya Brazil huchakatwa kuwa ethanoli ^C. Soya hulimwa hasa kwa chakula cha mifugo, lakini huzalisha mafuta ya soya kama zao la pembeni ambayo hutoa karibu 70% ya dizeli ya mimea ya nchi hiyo ^D. Kote Amerika Kusini, eneo lililopandwa soya liliongezeka zaidi ya mara mbili kutoka hekta milioni 26.4 mwaka 2000 hadi hekta milioni 55.1 mwaka 2019 ^[82]. Upanuzi wa mazao haya unaweza kuchochea ukataji misitu moja kwa moja, ambapo mazao yanachukua nafasi ya uoto wa asili, au kwa njia isiyo ya moja kwa moja, ambapo upanuzi kwenye ardhi ya kilimo iliyopo unasukuma malisho ya ng’ombe au shughuli nyingine hadi maeneo mapya yaliyofyekwa ^[78-82,84].

Ukataji misitu unaohusishwa na soya nchini Brazil ni mkubwa zaidi kuliko ufyekaji wa moja kwa moja kwa ajili ya miwa ^[80-83]. Kuanzia 2009, sera ya Ukandaji wa Kiikolojia-Kilimo wa Miwa (ZAE Cana) ilizuia upanuzi wa miwa katika maeneo muhimu ya ikolojia kama Amazon na Pantanal (ingawa sera hiyo ilifutwa mwaka 2019, na kuongeza wasiwasi kuhusu ukataji misitu) ^[81]. Kwa hiyo, kilimo cha miwa kihistoria kimejikita katika maeneo ya kati na kusini nje ya Amazon, mara nyingi kwenye ardhi ya kilimo iliyopo, malisho yaliyoharibika au Cerrado. Kwa hiyo mchango wake wa moja kwa moja katika kupotea kwa msitu wa mvua wa Amazon ni mdogo sana kuliko wa ng’ombe au soya. Hata hivyo, upanuzi wake hadi Cerrado au kwenye malisho unaweza kuchukua nafasi ya uoto wa asili au kusukuma shughuli nyingine za kilimo, na kuchangia shinikizo kubwa zaidi la ukataji misitu ^[78,80,81]. Kwa kweli, utafiti mmoja wa modeli wa 2010 ulikadiria kwamba upanuzi wa ethanoli ya miwa ungeweza kuchangia kwa njia isiyo ya moja kwa moja karibu km² 50,000 (hekta milioni 5) za ukataji misitu kufikia 2020, hasa kwa kusukuma malisho ya ng’ombe kuelekea maeneo yenye misitu ^[85].

Kwa hiyo mahitaji ya nishati ya mimea yanaweza kuchangia ukataji misitu kwa kuongeza mahitaji ya ethanoli ya miwa na mafuta ya soya kwa dizeli ya mimea. Hata hivyo, eneo lote lililoathiriwa haliwezi kuhusishwa mahsusi na nishati ya mimea: soya pia hutumika kwa chakula cha mifugo na bidhaa za chakula, miwa pia hutoa sukari, na sehemu kubwa ya uoto uliobadilishwa ni savana au nyasi badala ya msitu wa mvua. Hata hivyo, kutokana na ukubwa wa ubadilishaji unaohusishwa na soya na athari za moja kwa moja na zisizo za moja kwa moja zinazohusishwa na mazao yote mawili, bado ni makadirio ya jumla yanayoeleweka kwamba maelfu ya kilomita za mraba za msitu wa mvua wa Brazil zimefyekwa kwa sehemu ili kutoa mazao ya nishati ya mimea, hata kama si jumla sahihi ya nishati ya mimea pekee ^[78-84].

^C Mgawanyo wa miwa ya Brazil kati ya sukari na ethanoli | Reuters

^D Karibu 70% ya dizeli ya mimea ya Brazil hutoka kwenye soya | Reuters

Usomaji wa ziada:

Nchini Brazil, wimbi la miwa linaleta tishio jipya kwa msitu wa mvua wa Amazon | Sierra Club

Ukuaji wa miwa Brazil unaweza kutimiza hitaji la nishati ya mimea bila kuchochea ukataji misitu: utafiti | Mongabay

MAREKEBISHO: Takriban 55% ya ahadi za SAF na makubaliano ya usambazaji yaliyotangazwa hadharani na mashirika ya ndege ya Ulaya yanatarajiwa kutoka kwenye mafuta na mafuta ya wanyama yaliyotumika, yakiwemo mafuta ya wanyama, mafuta ya kupikia yaliyotumika na mafuta mengine ya taka. Hii inaelezea makubaliano na mikataba iliyopangwa, badala ya mafuta ambayo tayari yanatumika kama inavyosemwa kwenye video.

BECCS inaweza kutoa uzalishaji hasi wa jumla tu pale ukuaji upya wa biomasi unapoondoa kweli CO₂ ya angani, na CO₂ nyingi zaidi zinahifadhiwa kabisa kuliko zinavyotolewa katika mchakato mzima. Kwa hali halisi, hii inategemea zaidi ya uzalishaji unaotolewa kwenye kituo cha bioenergy. Pia inategemea uzalishaji wa mnyororo wa ugavi na matumizi ya ardhi, pamoja na mizani ya kaboni ya muda mrefu inayohusika. Hii inajumuisha kaboni inayopotea kutoka kwenye mimea na udongo; muda unaohitajika biomasi kukua upya; uzalishaji kutoka kilimo na mbolea, uvunaji, uchakataji, usafirishaji; nishati inayotumika kunasa, kubana na kudunga CO₂, na CO₂ yoyote ambayo mfumo wa unasuaji haukusanyi. Gesi nyingine za chafu, kama methane na nitrous oxide, pia lazima zijumuishwe. Kwa hiyo mizani ya mwisho inategemea malighafi, usimamizi wa ardhi, kiwango cha unasuaji, vyanzo vya nishati na muda unaozingatiwa ^{[72-76,97-102,118-121]}.

Kwa uhifadhi wa muda mrefu, CO₂ iliyokusanywa kwa kawaida hubanwa na kudungwa kwenye miamba yenye matundu iliyo chini sana ardhini, kama miamba yenye maji ya chumvi au hifadhi za mafuta na gesi zilizokwisha. Kwa hali halisi, CO₂ hukaa kwenye nafasi ndogo sana ndani ya mwamba badala ya kujaza tu pango kubwa la chini ya ardhi au shimo la mgodi. Uchaguzi makini wa eneo, visima salama, usimamizi wa shinikizo, ufuatiliaji na usimamizi wa muda mrefu ni muhimu ili kuiweka ndani ^{[118,127,128]}.

Wasiwasi mkuu wa uvujaji ni CO₂ iliyokusanywa kutoroka wakati wa usafirishaji au udungaji, au baadaye kupitia hitilafu, mipasuko au visima vilivyoharibika au visivyofungwa vizuri. Ushahidi katika [125-128] unahusu hasa njia zinazowezekana za uvujaji, majaribio yaliyodhibitiwa, modeli na tathmini ya hatari; hauonyeshi kuwa uvujaji ni wa kawaida kwenye maeneo ya kibiashara ya uhifadhi yanayosimamiwa vizuri. Miamba iliyochaguliwa na kufuatiliwa vizuri inatarajiwa kuhifadhi karibu CO₂ yote iliyodungwa kwa muda mrefu sana, ingawa hatari haiwezi kuchukuliwa kuwa sifuri. CO₂ yoyote inayotoroka lazima iondolewe kutoka kwenye jumla inayodaiwa kuondolewa angani na ishughulikiwe kwa ufuatiliaji na urekebishaji unaoendelea.

Mikroalgae yanaweza kulimwa kwenye mabwawa ya wazi au fotobioreakta zilizofungwa kwenye ardhi isiyofaa kwa kilimo, iliyoharibika, yenye chumvi au yenye thamani ndogo kwa namna nyingine, hivyo kuepuka ushindani wa moja kwa moja na mazao ya kawaida ya chakula. Maeneo yanayofaa bado yanahitaji mwanga, maji, virutubisho na CO₂ vya kutosha, huku kiasi cha ardhi kinachohitajika kikitegemea spishi ya mwani, hali ya hewa ya eneo na mfumo wa kilimo. Kwa sababu mwani hukua haraka na unaweza kutoa mafuta zaidi kwa kila eneo la ardhi kuliko mazao ya kawaida ya nishati ya mimea, mahitaji yake ya jumla ya ardhi yanaweza kuwa madogo zaidi kwa kiasi kikubwa ^[129-134].

Mwani wa baharini hauhitaji ardhi ya kilimo wala maji safi. Mashamba ya mwani wa baharini yanaweza kutengeneza makazi ya muda kwa samaki na wanyama wasio na uti wa mgongo, kufyonza virutubisho vya ziada, kuongeza viwango vya oksijeni na pH vya eneo, na kupunguza nguvu ya mawimbi. Faida kwa bioanuwai hutegemea spishi inayolimwa, ukubwa na mpangilio wa shamba, mwendo wa maji, eneo na mbinu za uvunaji. Kuchagua eneo kwa uangalifu kunaweza kuongeza faida hizi huku kukiepuka uharibifu wa makazi yaliyopo kama vitanda vya nyasi za baharini au kuleta spishi zisizo za asili ^[135-140].

Seli za mafuta za vijidudu hutumia bakteria kuvunja vitu vya kikaboni kwenye maji taka na kuhamisha elektroni zinazotolewa hadi kwenye elektrodi, na hivyo kutengeneza mkondo wa umeme. Kuondoa vitu hivi vya kikaboni husaidia kusafisha maji taka, ingawa MFCs kwa kawaida hazitoi kila hatua ya matibabu zenyewe: matibabu zaidi yanaweza kuhitajika ili kuondoa vitu vya kikaboni vilivyosalia, virutubisho na vimelea vya magonjwa ^[141-144].

Kwa uhalisia, faida yao kuu ya kiuchumi inaweza kutokana na kupunguza umeme unaohitajika kwa matibabu badala ya kuzalisha umeme mwingi wa ziada unaoweza kutumika kwingine. Matibabu ya kawaida ya maji taka hutumia nishati kubwa kusukuma oksijeni ndani ya maji. MFCs zinaweza kupunguza sehemu ya uingizaji huu wa oksijeni huku zikirejesha kiasi kidogo cha nishati ya kikemia ya maji taka kama umeme, na huenda zikapunguza mahitaji ya jumla ya nishati ya kituo cha matibabu. Kwa pamoja, faida hizi zinaweza hatimaye kufanya matibabu ya maji taka yawe nafuu. Kwa sasa, hata hivyo, gharama kubwa za ujenzi na vifaa zinamaanisha kuwa hili bado halijaonyeshwa kwa uthabiti katika kiwango cha kibiashara ^[141-143].

Kufikia hatua hiyo huenda hakutahitaji MFCs kuzalisha umeme mwingi iwezekanavyo. Kwa maneno mengine, mfumo unaozalisha umeme mwingi zaidi si lazima uwe mfumo wa matibabu wenye gharama-ndogo zaidi. Utafiti mmoja wa kiteknolojia-kiuchumi uligundua kuwa vifaa vya elektrodi vya bei nafuu vinaweza kutoa matibabu ya maji taka yenye gharama-ndogo zaidi licha ya kuzalisha umeme mdogo ^E. Hii inaonyesha kuwa maendeleo ya MFCs ya vitendo yanaweza kufaidika kwa kutanguliza matibabu nafuu badala ya uzalishaji wa juu zaidi wa umeme.

Hata hivyo, uzalishaji wa umeme bado ni mdogo, hasa maji taka yanapokuwa safi zaidi na kubaki vitu vichache vya kikaboni kwa bakteria kula. Mifumo mikubwa pia lazima ishinde gharama za elektrodi na membreni, kuziba kwa uchafu, utendaji usio sawa na uaminifu wa muda-mrefu. Utafiti wa majaribio wa 1,000-lita umeonyesha kuwa teknolojia hii inaweza kufanya kazi kwa maji taka halisi ya manispaa, lakini ulifikia matibabu ya sehemu na uzalishaji mdogo wa umeme. Kwa sasa, kwa hiyo, MFCs bado ni hasa njia ya majaribio ya kuunganisha matibabu ya maji taka na urejeshaji wa nishati kwa kiwango-kidogo, badala ya chanzo kikuu cha umeme ^[141-144].

^E Kutoa kafara ya nguvu kwa matibabu yenye gharama-ndogo zaidi: Mbinu ya kiteknolojia-kiuchumi ya kubuni seli za mafuta za vijidudu | Chemosphere