Биогорива и човешка храна

използването биогорива

Хорхе Лейн

Хорхе Лейн. Доцент доктор. по химия, Имперски колеж, Лондонски университет, Великобритания, изследовател, Венецуелски институт за научни изследвания (IVIC). Адрес: Център по химия, IVIC. Box 20632, Каракас 1020А, Венецуела. имейл: [email protected]

Изчерпването на световните запаси от изкопаеми въглеводороди, предвидени за този век, ще изисква прилагането на три алтернативи: 1) използване на биогорива, 2) слънчева енергия чрез фотоволтаични клетки и 3) ядрена енергия и други. Въпреки че използването на биогорива е най-близката алтернатива, то не трябва да се приема като окончателно, тъй като може да застраши доставките на храна за хората. Биогоривата могат най-добре да се разглеждат като средство за преход между ерата на изкопаемите горива и ерата на новите енергийни алтернативи.

Биогорива и човешко хранене

Изчерпването на световните запаси от изкопаеми въглеводороди, предвидени за настоящия век, ще наложи прилагането на три нови алтернативи: 1) използването на биогорива, 2) слънчевата енергия чрез фотоволтаични клетки и 3) ядрената енергия и други. Въпреки че използването на биогорива е най-близката алтернатива, то не трябва да се приема като окончателно, тъй като може да наруши снабдяването на хората с храна. Биогоривата биха могли да се разглеждат по-добре като средство за преход между ерата на изкопаемите горива и ерата на новите енергийни алтернативи.

Вие биогориво и човешка храна

Предоставянето на световни резерви от фосфатни въглеводороди, предвидени или настоящи, ще наложи прилагането на три алтернативи: 1) използване на биогорива, 2) слънчева енергия чрез фотоволтаични клетки и 3) ядрена енергия и други. Освен това използвам две биогорива, ако е по-близка алтернатива, то не трябва да се приема като окончателно, тъй като може да атакува или да подкопае храната за човека. Биогоривата могат да се разглеждат като средство за преход между ерата на две изкопаеми горива и ерата на новите енергийни алтернативи.

КЛЮЧОВИ ДУМИ/Храна/Биогорива/Биомаса/Захарна тръстика/Възобновяема енергия /

Получава: 20.06.2007. Променено: 15.11.2007 г. Приет: 19.11.2007

Биогоривата могат да се определят като този вид вещество, което с прости химически трансформации служи както за храна на хората, така и като храна за двигатели с вътрешно горене. Например захарта от тръстиково поле за консумация от човека също може да се трансформира в етанол, за да замести моторния бензин. Друг пример, годно за консумация растително масло (сусамово, соево и т.н.), а също и животински мазнини, може да бъде трансформирано в дизелово гориво, което в момента се нарича "биодизел".

Производството на биогорива изисква използването на плодородна земя, така че би било необходимо да се запитаме дали широкомащабното използване за евентуално заместване на изкопаемите горива може да създаде конкуренция за плодородна земя, която трябва да бъде предназначена за обработка.

С оглед на гореизложеното, в тази работа се правят оценки в глобален мащаб на изискванията за земната повърхност, необходими за снабдяването с човешка храна, както и за предполагаемо снабдяване с биогорива с цел заместване на изкопаеми въглеводороди.

Като изходни данни ще бъде взето световно население от 6 × 10 9 души и земя, равна на 15Gha (1,5 × 10 10 ha или 1,5 × 10 13 m 2), еквивалентна на

1/3 от общата повърхност на планетата Земя. Другата 2/3, морето, не се разглежда в тази работа, въпреки че също представлява източник на човешка храна чрез риболов. Като доста близко приближение към реалността се счита, че земната почва е разделена на три равни части от 5Gha всяка: част от земята, подходяща за обработка (включително пасища за разплод), част от джунгли и дървесни гори (Амазония, Сибир, Канада и др.), Както и друга част от безплодни райони в момента (пустини, мочурища и др.).

Изискване за земя за човешка храна

Ако приемем, че средният човек изисква около 3000Kcal енергия на ден от храната, за да живее, може да се изчисли захарен еквивалент (4Kcal/g), за да се изчисли необходимата площ на тръстика. По този начин, ако приемем, че 1 ха от тръстикови полета произвежда средно 5 тона захар годишно (Laine, 1998), се получава, че би било достатъчно теоретично да се хранят 18 човека годишно, при скорост от 275 кг захар годишно на човек. От това следва, че 0,3 Gha ще са необходими за изхранването на цялото човешко население на планетата, което представлява по-малко от 10% от повърхността, подходяща за обработка, от 5 Gha, споменато по-горе.

10% от повърхността, подходяща за обработка. Дори и в най-крайните случаи, това означава, че цялата храна се произвежда с етиопска скорост, но че всички жители на планетата се хранят като холандците, ще са необходими 2,4 Gha, така че сегашната наличност на земя, подходяща за обработка ( 5Gha) би било достатъчно.

Въпреки че анализираните досега стойности в тази работа показват добри очаквания по отношение на храненето на човека в световен мащаб, други проблеми, които задържат повече от 10% от световното население, около 800 милиона, страдат от недохранване. (WHO, 2003).

Наземни изисквания за биогорива

Въпреки че понастоящем в света има достатъчно запаси от изкопаеми въглеводороди (въглища, нефт и природен газ), за да се продължи настоящият темп на потребление на енергия в продължение на няколко десетилетия, очаква се тези запаси да бъдат изчерпани през този век, особено тези на петрола, тъй като това е въглеводородът с най-голямо търсене. Основните нововъзникващи алтернативи са (Grubler and Nakicenoviv, 1997) използването на биогорива, слънчева енергия чрез фотоволтаични клетки и ядрена енергия. Други алтернативи могат да се считат за допълващи се, като слънчева топлинна енергия, вятърна енергия, геотермални кладенци, приливни промени и др.

Използването на водород като гориво не трябва да се включва като алтернатива само по себе си, тъй като за производството му би било необходимо да се използва една от алтернативите, споменати по-горе. Водородът се счита за гориво на бъдещето от много учени, тъй като в допълнение към факта, че при изгарянето му не се произвежда CO 2, основният парников газ, това би улеснило внедряването на горивни клетки (в момента тествани в така наречените хибридни превозни средства), които преобразуват енергията от горенето директно в електричество, което води до по-голяма ефективност в сравнение с настоящите двигатели, които преобразуват енергията от гориво в топлина.

Трябва също така да се отбележи, че поради възобновяемия (рециклируем) характер на биогоривата, нетният ефект върху увеличаването на атмосферната концентрация на CO 2 от изгарянето на биогорива е теоретично нулев, както е показано за случая на етанол, произведен от захарна тръстика в следната опростена схема на химичните реакции, включваща превръщането на слънчевата енергия в „възобновяема“ енергия:

Следователно използването на биогорива, както и другите споменати алтернативи, би допринесло за ограничаване на глобалното затопляне, което в момента се дължи на изгарянето на изкопаеми въглеводороди (Stern, 2006). Улавянето и съхранението (секвестиране) на емитирания CO 2 (Lackner, 2003) е приоритетен въпрос, за да продължи използването на изкопаеми въглеводороди, без да се уврежда атмосферата.

Възможно е да се твърди със сигурност, че използването на биогорива е най-близката алтернатива, тъй като технологията, необходима за тяхното използване, е практически същата като при използването на изкопаеми горива. Например, автомобил, който работи на бензин, може да работи и на чист етанол, просто като смени някои компоненти на двигателя, като маркучи и други, и направи някои корекции на карбурацията. Напротив, другите две алтернативи, фотоволтаичните клетки и ядрената енергия, изискват решаването на важни технически аспекти. Например, в случай на фотоволтаични клетки (Green, 1993) е необходимо да се съхраняват големи количества енергия, за да се компенсира промяната в слънчевата радиация по време на промени от деня към нощта или от ясно към облачно небе. В случая на ядрена енергия основните проблеми са изхвърлянето на използвания радиоактивен материал и рискът от замърсяване от аварии или неправилно боравене. Например, възможно е да се разработи успешно само един тип транспортно превозно средство с ядрена енергия, атомната подводница, тъй като голямото тегло на оловото, необходимо за изолиране на кабината на екипажа, е полезно като баласт за потъването на кораба.

Точно както минаха няколко десетилетия между откриването на парната машина, която постави началото на ерата на изкопаемите горива, и развитието на съвременните двигатели с вътрешно горене, може да се очаква още един период от време за подобряване на приложението на гореспоменатите нововъзникващи алтернативи.

Следващите изчисления ще дадат представа за количеството земя, необходимо в предполагаемия случай на широкомащабно използване на биогорива. Ако приемем, че цялото текущо производство на нефт в света (30 Gb годишно, 1 b (барел) = 160 литра) трябва да бъде заменено с етанол, с плътност 0,8 g/cm 3, и изхождайки от критерия, че на всеки три молекули от захар (30g/mol) се произвежда от етанол (46g/mol), след което ще трябва да се произведат 7,5 × 10 9 тона захар, за да се получи необходимото количество етанол. Използвайки стойността на производството на тръстиково поле (5 тона/ха), ще се използва разширение от 1,5 Gha обработваема площ, т.е. 30% от общото количество, налично в света, което, както е посочено по-горе, е 5Gha.

Важно е да се отбележи, че консумацията на горива (или нефт, или биогорива) варира в зависимост от нивото на развитие на страната; тоест тя варира в зависимост от нивото на енергийното търсене на глава от населението в страната. Диапазонът на това търсене варира от приблизително 10Gcal/година на глава от населението в някои така наречени страни от третия свят до 50Gcal/година на глава от населението в най-развитите страни (Hall et al., 1993). Това означава, че желаното бъдещо развитие на страните от третия свят би означавало значително увеличение на световното търсене на горива.

Като любопитен факт, извлечен от извършените изчисления, се предполага, че човешкото същество консумира средно 10 до 50 пъти повече енергия в зависимост от степента на развитие на страната, отколкото изразходва поради метаболизма си.

Въпреки че прогнозната стойност за нуждата от плодородна земя за цялостното заместване на маслото с биогорива (30% от общото налично количество) не достига, за да компрометира очакваното изискване за плодородна земя за консумация от човека на глобално ниво (10% от общото количество), трябва да се приеме ситуация, която е много по-компрометирана в бъдеще поради възможното нарастване на търсенето на биогорива, дължащо се не само на нарастването на човешката популация, но и на нарастването на нивото на развитие на страните, по-специално от тези държави, класифицирани като трети свят.

1. Berndes G, Hoogwijk M, Brock R (2003) Приносът на биомасата в бъдещото глобално енергийно снабдяване: преглед на 17 проучвания. Биомаса Биоенергия 25: 1-28. [Връзки]

2. Crocker M, Crofcheck C (2006) Преобразуване на биомаса в течни горива и химикали. Енергия 17: 1-3. [Връзки]

3. Gerbens-Leenes PW, Nonhebel S (2002) Модели на потребление и техните ефекти върху земята, необходими за храна. Екол. Econ. 42: 185-199. [Връзки]

4. Green MA (1993) Слънчеви клетки от кристален и поликристален силиций. В Johansson TB, Kelly H, Reddy AKN (Eds.) Възобновяема енергия, източници на горива и електричество. Айлънд Прес. Вашингтон, окръг Колумбия, САЩ. стр. 337-360. [Връзки]

5. Grubler A, Nakicenoviv N (1997) Декарбонизиране на глобалната енергийна система. Технол. Прогноза. Социална промяна 53: 97-110. [Връзки]

6. Hall DO, Rosillo F, Williams RH, Woods J (1993) Биомаса за енергия: перспективи за доставка. В Johansson TB, Kelly H, Reddy AKN (Eds.) Възобновяема енергия, източници на горива и електричество. Айлънд Прес. Вашингтон, окръг Колумбия, САЩ. стр. 593-651. [Връзки]

7. Klass DL (1981) Биомасата като източник на не-изкопаеми горива. Серия на симпозиума на Американското химическо общество 144. Вашингтон, окръг Колумбия, САЩ. 564 стр. [Връзки]

8. Lackner KS (2003) Ръководство за секвестиране на CO 2. Science 300: 1677-1678. [Връзки]

9. Laine J (1998) Захарна тръстика и кокосова палма: източници на изследвания и разработки за подобряване на околната среда. Interciencia 23: 113-116. [Връзки]

10. Lehmann J, Gaunt J, Rondon M (2006) Bio-charr секвестрация в сухоземни екосистеми: преглед. Митиг. Адаптирайте се. Страт. Глобална промяна 11: стр. 403-427. [Връзки]

11. Marris M (2006) Черното е новото зелено. Природа 442: 624-626. [Връзки]

12. Nonhebel S (2005) Възобновяема енергия и снабдяване с храни. Подновете. Издържайте. Energy Rev. 9: 191-201. [Връзки]

13. Oil Mallee (2001) Интегрирана обработка на дървесина. www.oilmallee.com.au [Връзки]

14. Sedjo RA (1989) Гори, инструмент за умерено глобално затопляне. Околна среда 31: 14-20. [Връзки]

15. Sombroek WG (1992) Съхранение на биомаса и въглерод в екосистемите на Амазонка. Interciencia 17: 269-272. [Връзки]