Kiedy rozważamy biomasę do produkcji energii, jest kilka rzeczy do rozważenia. Po pierwsze, jest ona źródłem węgla, ale nie jest to ten sam węgiel, który jest pochłaniany przez lasy. Dojrzałe lasy są w stanie lepiej pochłaniać węgiel niż nowo posadzone – cytat ten jest efektem dociekań zespołu serwisu lutostanskistomatolog.pl. Dlatego tak ważne jest dobre zarządzanie obszarami leśnymi. Należy je pozyskiwać w sposób zrównoważony i dać im wystarczająco dużo czasu na regenerację. Po drugie, elektrownie na biomasę zazwyczaj wykorzystują paliwa kopalne. Na przykład ogromna elektrownia na biomasę budowana obecnie w Walii będzie wykorzystywać paliwa kopalne z Ameryki Północnej.
Dwutlenek węgla
Dwutlenek węgla jest gazem cieplarnianym, a wykorzystanie dwutlenku węgla z biomasy może pomóc w zmniejszeniu emisji gazów cieplarnianych. Jednak proces ten jest w początkowej fazie. Technologia nie została jeszcze w pełni sprawdzona, a jej wydajność, cena i konstrukcja są wciąż niepewne. Znajduje się również w fazie oczekiwań, gdzie budowane są oczekiwania co do przyszłej wydajności i przyszłych rozwiązań. Oczekiwania te znajdują odzwierciedlenie przede wszystkim w literaturze naukowej i nie są jeszcze szeroko rozpowszechnione w dyskursie publicznym.
EPA była krytykowana za niechęć do uregulowania kwestii biomasy, pomimo rosnącego zagrożenia globalnym ociepleniem i rosnącego ryzyka wystąpienia groźnych zjawisk pogodowych. Ostatnia decyzja EPA o zwolnieniu biomasy z limitów dwutlenku węgla została zaskarżona przez Center for Biological Diversity, Georgia ForestWatch, Natural Resources Council of Maine i Wild Virginia. Organizacje te argumentowały, że decyzja ta zachęci do pospiesznej budowy elektrowni na biomasę, które przyczyniają się do globalnego ocieplenia.
Biomasa to odnawialny materiał organiczny, który jest wykorzystywany do produkcji paliwa, energii i produktów codziennego użytku. Może pochodzić z różnych źródeł, w tym z drewna, upraw rolnych i materiałów biogennych. W zależności od rodzaju biomasy, może być ona przekształcona w biopaliwa lub paliwa gazowe/płynne.
Metan
Metan jest gazem cieplarnianym, który uwalnia się w wyniku rozkładu materiałów organicznych bez udziału tlenu. Gaz ten jest szczególnie problematyczny, ponieważ może dostać się do atmosfery. Na szczęście biogenny metan może być spalany zamiast uwalniać go do atmosfery. Może on zastąpić do 1% energii produkowanej przez obecny system gazu ziemnego. Gaz ten jest najczęściej emitowany przez składowiska odpadów.
Szacuje się, że gdyby udało się ograniczyć globalne emisje metanu o czterdzieści pięć procent, moglibyśmy zapobiec globalnemu ociepleniu o prawie 0,3 stopnia Celsjusza do 2045 roku, przyczyniając się tym samym do realizacji celu Porozumienia Paryskiego, jakim jest ograniczenie globalnego ocieplenia do 1,5 stopnia Celsjusza. Ta redukcja zapobiegłaby 260 000 przedwczesnych zgonów, 775 000 wizyt w szpitalu związanych z astmą, 73 miliardom godzin straconej pracy z powodu ekstremalnych upałów i utraty ziemi uprawnej.
Chociaż metan ma niską toksyczność, jest niebezpieczny dla środowiska. Jest wysoce reaktywny w atmosferze, a połączenie metanu z tlenem może spowodować wybuch. Doprowadziło to do zawalenia się kopalń węgla i wybuchów na składowiskach odpadów. Gaz metanowy wywołał również pożary na wysypiskach śmieci zawierających odpady organiczne. Reakcja między metanem a tlenem przyczyniła się również do wystąpienia wielu katastrof naturalnych.
Metan jest również bardzo silnym gazem cieplarnianym. GWP metanu wynosi około dwadzieścia do 100, co oznacza, że tona metanu emitowana do atmosfery może spowodować emisję dwudziestu sześciu lub więcej ton CO2 w okresie stu lat. Ponadto metan ma negatywny wpływ na jakość powietrza, ponieważ jest jednym z głównych składników tworzących ozon przyziemny, który jest niebezpiecznym zanieczyszczeniem powietrza. Występuje on naturalnie w atmosferze i pochodzi z kilku źródeł.
Wodór
Biomasa jest odnawialnym źródłem wodoru. Produkowany jest poprzez zgazowanie organicznych lub kopalnych materiałów węglowych. Proces wymaga użycia kontrolowanego tlenu i pary wodnej do wytworzenia wodoru i dwutlenku węgla. Wodór jest następnie oddzielany od strumienia gazu przez specjalne membrany. Proces ten powoduje minimalną emisję netto gazów cieplarnianych.
Wodór może pomóc w rozwiązaniu krytycznych wyzwań energetycznych i zapewnić sposoby dekarbonizacji sektorów. Może na przykład poprawić jakość powietrza i zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne. Obecnie globalne emisje CO2 związane z energią osiągnęły rekordowy poziom. Jednocześnie zanieczyszczenie powietrza na zewnątrz jest poważnym problemem, powodującym przedwczesne zgony. Wodór z biomasy może pomóc w pokonaniu tego wyzwania. Czysty wodór może pomóc w redukcji emisji, wzmacniając jednocześnie globalne bezpieczeństwo energetyczne.
Działania rządów mają kluczowe znaczenie dla rozwoju tej technologii. Rządy muszą wspierać badania w celu opracowania technologii produkcji tańszego wodoru oraz zachęcać do prywatnych inwestycji. Powinny również zachęcać do przekształcenia istniejącej infrastruktury gazowej w węzeł wodorowy. Umożliwiłoby to bardziej konkurencyjne dostawy wodoru i uczyniło pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi bardziej przystępnymi cenowo.
Wodór z biomasy może być produkowany przy minimalnym wpływie na środowisko, o ile jest pozyskiwany ze źródeł odnawialnych. Koszty produkcji wodoru z biomasy zależą od surowca. W niektórych krajach biomasa jest dostępna po niskich kosztach i może być przetwarzana w celu ekonomicznego wytwarzania wodoru. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, wodór z biomasy nie wytwarza CO2 w procesie. Jest przyjazną dla środowiska alternatywą dla paliw kopalnych i wytwarza jedynie wodę jako produkt uboczny. Proces produkcji wymaga jednak międzynarodowej współpracy i planowania w celu zapewnienia długoterminowej, zrównoważonej gospodarki wodorowej.
Torrefakcja
Torrefakcja biomasy polega na usunięciu wody i lotnych związków organicznych. Proces ten zwiększa również zawartość węgla stałego i wartość opałową biomasy. Torrefakcja zwiększa również gęstość nasypową i poprawia rozdrabnialność. W procesie tym biomasa przypomina węgiel pod względem właściwości fizycznych i chemicznych.
Torrefakcja może być stosowana w celu obniżenia kosztów produkcji i przekształcenia różnych rodzajów biomasy w jeden produkt. Może być również stosowany do biomasy resztkowej, która normalnie nie jest częścią łańcucha dostaw bioenergii. Ponadto, torrefakcja sprawia, że biomasa jest tańsza w produkcji i czyni proces bardziej konkurencyjnym. Jednakże torrefakcja biomasy nadal wymaga dalszego rozwoju i badań.
Torrefakcja biomasy jest skuteczną metodą redukcji kosztów i zwiększenia wydajności biopaliwa. Ponadto, torrefakcja biomasy umożliwia wykorzystanie różnych gatunków roślin, w tym tych, które są uznawane za inwazyjne. Proces ten jest również cennym sposobem wspomagania oczyszczania przestrzeni leśnej poprzez eliminację pozostałości leśnych. Zmniejsza również ryzyko wystąpienia pożarów lasów.
Torrefakcja biomasy może służyć jako dobry zamiennik węgla w produkcji ciepła. Proces ten pozwala również na produkcję wysokiej klasy biopaliw stałych. Ponadto, torrefundowana biomasa jest dobrym materiałem wejściowym dla procesów zagęszczania, zgazowania i produkcji żelaza. Chociaż potrzebne są dalsze badania, aby zrozumieć mechanizm torrefakcji, proces ten jest obiecujący i może zapewnić nieciągłą energię odnawialną.
Rozkład beztlenowy
Beztlenowy rozkład biomasy jest procesem, który może być stosowany do wytwarzania metanu i innych wartościowych produktów z odpadów organicznych. Proces ten nadaje się do rozkładu biomasy o wysokiej zawartości węgla organicznego. W rzeczywistości może on nawet wytwarzać produkty o wyższej wartości dodanej. Chociaż proces ten może być mniej pożądany niż rozkład tlenowy, istnieją sposoby, aby uczynić go bardziej korzystnym dla środowiska.
W procesie beztlenowego rozkładu biomasy poprzez trzy podstawowe etapy powstaje metan i dwutlenek węgla. Proces ten naturalnie występuje w osadach słodkowodnych i jest wykorzystywany w oczyszczalniach ścieków i reaktorach biogazu. Ma on wiele zastosowań, takich jak usuwanie odpadów, wytwarzanie nadających się do przechowywania nośników chemicznych oraz strategie „power-on-demand”.
Rozkład beztlenowy to proces, który wykorzystuje bakterie do rozkładu materiałów organicznych. W wyniku tego procesu w szczelnie zamkniętym pojemniku powstaje biogaz. Podczas procesu temperatura jest utrzymywana na poziomie około 35oC, co pozwala na przekształcenie znacznego procentu stałych substancji organicznych w biogaz. Wyprodukowany gaz jest następnie wykorzystywany do zasilania silnika i wytwarzania ciepła lub energii elektrycznej.
Rozkład beztlenowy jest realną alternatywą dla składowania odpadów organicznych. Jednak proces ten jest opłacalny tylko wtedy, gdy istnieją odpowiednie dotacje. Ponadto, składowanie odpadów organicznych nie powoduje recyklingu składników odżywczych ze źródłowego materiału organicznego.
Sekwestracja węgla
Sekwestracja węgla z biomasy może zwiększyć zasoby węgla w atmosferze i zmniejszyć emisje. W jednym z ostatnich badań stwierdzono, że lasy mogłyby sekwestrować 0,4 GtCO2e/rok, co stanowi około jednego procenta globalnych emisji CO2. Sugeruje ono również, że lasy mogłyby powiększyć się o około 500 milionów hektarów (Mha), aby zwiększyć swoje całkowite zasoby węgla do 2,3 GtCO2e/rok, co zrównoważyłoby 7,1% obecnych rocznych emisji. Podczas gdy sekwestracja węgla w lasach jest bardzo korzystna dla łagodzenia zmian klimatu, wykorzystanie biomasy do innych celów może mieć negatywny wpływ na zasoby węgla.
Węgiel w lasach jest wychwytywany i składowany w glebie poprzez różne procesy. Proces ten wykorzystuje rośliny i algi do sekwestracji CO2 i przechowywania go pod ziemią lub w produktach o długiej żywotności. Jest to jedna z najbardziej efektywnych metod sekwestracji węgla i ma wiele zalet. Ma jednak ograniczoną trwałość w porównaniu z węglem sekwestrowanym w lasach.
Sekwestracja węgla z biomasy zależy od polityki publicznej. Na przykład udowodniono, że gospodarka leśna i zalesianie pomagają w sekwestracji węgla. Porozumienie paryskie uczyniło sekwestrację lasów priorytetem w rozwiązywaniu problemu zmiany klimatu. Wiele krajów już włączyło działania związane z sekwestracją lasów do swoich krajowych planów klimatycznych. W rezultacie energia oparta na drewnie zyskuje na popularności.
Spalanie biomasy powoduje również obniżenie temperatury powierzchni ziemi w ciągu dnia. W badaniu przeprowadzonym przez Pennera i in. oszacowano, że cząsteczki dymu ze spalania biomasy miały efekt chłodzący o około 2 W/m2 w skali globalnej. Ich analiza sugeruje również, że przedindustrialne emisje ze spalania biomasy były o 5 do 11 Tg/rok wyższe niż obecnie. Dodatkowo zauważyli, że spalanie biomasy na Środkowym Zachodzie wzrosło regionalnie, a wzrostowi temu towarzyszyła zmiana składu cząstek aerozolu atmosferycznego.
