يمثل السفر على الطرق والرحلات الجوية والشحن ما يقرب من ربع انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في العالم، ولا يزال النقل يعتمد بشكل كبير على الوقود الأحفوري، والفكرة وراء الوقود الحيوي هي استبدال الوقود التقليدي بأخرى مصنوعة من مواد نباتية أو مواد أولية أخرى قابلة للتجديد.
ما هو الوقود الحيوي؟
هو عبارة عن أي نوع من أنواع الوقود المشتق مباشرة من المواد النباتية أو الحيوانية، والمعروف أيضًا باسم الكتلة الحيوية وينتج طاقة حيوية، حيث يستخدم مصطلح “الوقود الحيوي” لتصوير الطبيعة العضوية لمصدر الوقود هذا، لأنه لا يتم إنتاجه بواسطة عملية جيولوجية مثل تلك الخاصة بالوقود الأحفوري (البترول والفحم)، ونتيجة لذلك فهو مصدر متجدد للطاقة مفضل لمدى سهولة استخراجه وقابليته للتجديد.
عادةً ينشأ الوقود الحيوي من النباتات لأنها تصنع طعامها من خلال عملية التمثيل الضوئي، وأن بعض أفضل النباتات المستخدمة في استخراج الوقود الحيوي تشمل: الذرة وفول الصويا وعباد الشمس والذرة الرفيعة والقمح، كما تعتبر الحيوانات مثل الحيوانات العاشبة مثل الماشية المستأنسة من المستهلكين الأساسيين، وبالتالي يتم الحصول على الوقود الحيوي من نفاياتها (معظمها من المواد النباتية).
اليوم يتم إنتاج معظم أنواع الوقود الحيوي من المحاصيل الزراعية ويطلق عليها اسم الوقود الحيوي التقليدي، حيث يجري تطوير تقنيات وعمليات جديدة تنتج الوقود من النفايات أو المحاصيل غير الصالحة للأكل أو منتجات الغابات، وتعرف هذه الأنواع من الوقود بالوقود الحيوي المتقدم أو من الجيل الثاني، ومن المحتمل أن يصبح الوقود الحيوي المتقدم الشكل الأساسي للوقود الحيوي في المستقبل حيث يمكنه تحسين استدامته.
للوقود الحيوي فوائد مختلفة ويمكن الحصول عليه أيضًا بشكل غير مباشر من النفايات التجارية والزراعية والصناعية والمنزلية، حيث يشترك الوقود في بعض أوجه التشابه مع الوقود الأحفوري من حيث أنه يمكن أن يوجد في ثلاث ولايات (الصلبة والسائلة والغازية).
ما هي أنواع الوقود الحيوي؟
- الخشب: هذا هو الشكل الأساسي للوقود المشتق من المواد العضوية. توفر الأشجار والنباتات الكتلة الحيوية المحروقة للوقود في أشكال الحطب ونشارة الخشب والرقائق والفحم والكريات، وبالتالي يعد الخشب أحد أكثر أشكال الوقود شيوعًا المستخدمة في جميع أنحاء العالم، وغالبًا ما يجمع الناس هذه الأشكال المختلفة من الخشب لتدفئة منازلهم وطهي الطعام وتشغيل الأجهزة الصغيرة على مستوى المنزل.
- الغاز الحيوي: هذا هو الشكل الغازي للوقود الحيوي، حيث إنه يحترق تمامًا مثل الغاز الطبيعي، ولهذا السبب فإنه يأخذ مكانه ببطء ولكن بثبات. بشكل عام يتكون الغاز الحيوي بشكل أساسي من غاز الميثان (على الرغم من أنه ينتج من عملية الانهيار اللاهوائي للكتلة الحيوية)، كما تستخدم معظم الشركات الزراعية الغاز الحيوي، ويتم حاليًا تعبئة الوقود في أسطوانات غاز للاستخدام المنزلي.
يتم استخراج الوقود من خليط من كل من الحيوانات والنباتات لأن كل منهما يساهم في عنصر معين، فعلى سبيل المثال تحتوي النباتات على قدر كبير من الكربون والهيدروجين بينما تحتوي الحيوانات على النيتروجين، وهذه العناصر ضرورية للتوصل إلى الغاز الحيوي. - وقود الديزل الحيوي: هذا الوقود الحيوي سائل بطبيعته، ويركز في الغالب على النباتات ذات المحتوى العالي من الطاقة من أجل الحصول على وقود الديزل الحيوي النقي، وهي مصنوعة من خلال مزيج من الدهون والزيوت من الحيوانات والنباتات على التوالي. الكحول عنصر آخر يؤدي إلى تصنيع وقود الديزل الحيوي، وبالإضافة إلى ذلك يتم استخدام الشحوم من النباتات والحيوانات أيضًا كمكمل غذائي.
هناك حاجة إلى العديد من بعض العمليات الكيميائية مثل الأسترة العابرة، والتي تتضمن الإسترات والكحول مثل: الميثانول والإيثانول في إنتاج الديزل الحيوي. - الإيثانول: هذا الوقود الحيوي سائل بطبيعته ويتم إنتاجه من الكتلة الحيوية لكل من النباتات والحيوانات ولكن في الغالب من النباتات. كما يوحي الاسم إنه كحول، وهي مصنوعة من خلال عملية تخمير الكتلة الحيوية عالية المحتوى من الكربون، وخاصة السكريات والسليلوز (ويعتبر قصب السكر من بين النباتات المفضلة).
نظرًا لطبيعته النظيفة تم دمجه مع أنواع الوقود الأخرى لتقليل انبعاثات الكربون، كما يمكن استخدامه أيضًا كوقود للمركبات. على سبيل المثال في البرازيل وهي دولة منتجة لقصب السكر على نطاق واسع كان استخدامها ناجحًا مع المركبات التي تعمل بالإيثانول بنسبة 100 ٪. - الميثانول: الميثانول هو أيضًا كحول مثل الإيثانول، ويستخدم كوقود نظيف لتشغيل محركات السيارات، وخاصة سيارات السباق في أجزاء مختلفة من العالم. الميثانول يشبه الميثان بشكل ملحوظ في التركيب الكيميائي والفرق الوحيد هو أن الميثان غازي بينما الميثانول سائل. يتم تحويل الكتلة الحيوية إلى ميثانول من خلال التغويز الذي يتم في درجات حرارة عالية للغاية وفي وجود محفز.
- البيوتانول: هذا كحول آخر يعمل كوقود حيوي، حيث يتكون البيوتانول من خلال عملية التخمير، وهو سائل يحتوي على طاقة أعلى لكل وحدة محتوى من الإيثانول والميثانول، وعلاوة على ذلك فإن تركيبته الكيميائية وكفاءته تشبه البنزين، ولكن المشكلة تكمن في صعوبة إنتاجه.
البيوتانول مشتق من النباتات خاصة تلك التي تحتوي على الحبوب ذات المحتوى العالي من الطاقة مثل القمح والذرة الرفيعة، ونظرًا لمحتواها العالي من الطاقة وسلسلة الهيدروجين الأطول يمكن حقنها مباشرة في محركات البنزين دون أي تعديل.
ما هي فوائد الوقود الحيوي؟
- ضمان الاقتصاد المستدام: لقد أدت الطبيعة المتجددة للوقود الحيوي إلى قيام الدول في جميع أنحاء العالم بتبنيه وتشجيع الحد من استخدام الوقود الأحفوري، وبدلاً من استيراد الوقود الأحفوري من بلدان في الشرق الأوسط بتكلفة عالية يمكن للحكومات تقليل هذا الاعتماد، وبدلاً من ذلك دعم مصانع الوقود الحيوي التي تكون أرخص على المدى الطويل.
الوقود الحيوي الذي يتم إنشاؤه محليًا من شأنه أن يقلل من الاعتماد، وبالتالي تحسين أمن الطاقة والاستقرار الاقتصادي، كما أن قلة الواردات تعني المزيد من الصادرات، وبالتالي اعتماد أفضل على الذات. - مصادر متجددة للطاقة: هناك طلب كبير على الطاقة على مستوى العالم، ومع ذلك فإن معظم مصادر الطاقة غير متجددة أو تساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري أو قد تؤدي إلى كوارث بيئية خطيرة كما هو الحال مع الطاقة النووية، ومن ناحية أخرى يتم استخراج الوقود الحيوي من النفايات النباتية والحيوانية، وهي مصادر وقود نظيفة ومستدامة بيئيًا.
- تكاليف منخفضة: من السهل إنتاج معظم أنواع الوقود الحيوي، وهي أرخص من الوقود الأحفوري، وبالتالي فإن استخدامها يمكن أن يجعل الحياة سهلة للمواطنين العاديين، ويساعد في رفع مستويات معيشة الناس عن طريق تقليل تكاليف المعيشة المرتفعة في جميع أنحاء العالم بسبب الاعتماد على الوقود الأحفوري.
- السيادة: يمكن لأي بلد أن يشرع في إنتاج الوقود الحيوي دون التدخل في مصادر الطاقة في البلدان الأخرى على عكس الوقود الأحفوري الذي لا توجد رواسب له في جميع البلدان، ولطالما استفادت البلدان التي لديها رواسب من الوقود الأحفوري من ثبات مواردها من خلال التأثير أو تحديد أسعار الوقود والمنتجات القائمة على البترول في العالم. إذا كان بإمكان بلد ما إنتاج الوقود الحيوي الخاص به فيمكنه تحديد أسعاره الخاصة على المنتجات بسهولة دون الكثير من القيود العالمية أو الإقليمية.
- أنظف وقود: بشكل عام ينتج الوقود الأحفوري الكثير من الكربون، مما يؤدي إلى مستويات كبيرة من تلوث الهواء، ويتحد هذا الكربون أيضًا مع غازات الدفيئة الأخرى مثل الميثان، وينتهي به الأمر إلى جلب ظروف مناخية معاكسة، وعلى العكس من ذلك لا تطلق الوقود الحيوي هذه الكمية من الكربون في الغلاف الجوي لأنها وقود نظيف.
- إنتاج دخان أقل: عادة ما تنتج السيارات والصناعات التي تستخدم الوقود الأحفوري مثل البترول والديزل الكثير من الدخان في الغلاف الجوي، ونظرًا لأن الوقود الحيوي يحتوي على ذرة أكسجين في تركيبته الكيميائية فإنه يحترق بشكل أفضل وينتج رواسب كربونية أقل، ونتيجة لذلك فإن وقود الديزل الحيوي ينبعث منه دخان أقل وهو أكثر صداقة للبيئة.
- أنها تساعد على تقليل الاحتكار: لا يزال الوقود الأحفوري مفضلًا على الوقود الحيوي، ربما بسبب استخدامه على نطاق واسع، وعلى مر السنين أدى ذلك إلى احتكار يؤدي إلى تضخم الأسعار وارتفاع تكاليف المعيشة باستمرار، ونظرًا لأن الوقود الحيوي بدائل متساوية للوقود الأحفوري يمكن استخدامه للمساعدة في تقليل الاحتكار الناجم عن الوقود الأحفوري.
يمكن استخدام الغاز الحيوي على سبيل المثال بنفس طريقة استخدام الغاز الطبيعي، وبالتالي عندما ترتفع أسعار الغاز الطبيعي يكون لدى الناس خيار التحول إلى الغاز الحيوي، وعندما ترتفع أسعار الديزل الأحفوري يمكن لسائقي السيارات اختيار الإيثانول أو البوتانول، وهما بدائل أفضل. - انخفاض السمية في الغلاف الجوي: كلا النوعين من الوقود الوقود الأحفوري والوقود الحيوي ينتج الكربون كمنتج نهائي للاحتراق، ومع ذلك فإن الكربون ليس له نفس التأثير، حيث ينتج الوقود الأحفوري ثاني أكسيد الكربون السام في الغلاف الجوي خاصة في وجود بخار الماء وغاز الميثان، ومن ناحية أخرى فإن الكربون المنبعث من الوقود الحيوي يحدث بشكل طبيعي، وتستخدمه النباتات في عملية التمثيل الضوئي – حيث يعمل كمصدر للطاقة للنباتات.
- هم مصدر توظيف للسكان المحليين: تم إنشاء معظم المصانع الحيوية محليًا وبرأس مال بشري، وعلى سبيل المثال هناك حاجة لمهندسي البناء والمزارعين ومديري المشاريع وموزعي الوقود واللوجستيين في هذه العملية، وهذا يساعد في خلق فرص عمل جديدة للسكان المحليين.
- أنها لا تنتج الكبريت: بعض الوقود الأحفوري مثل الفحم يطلق الكبريت عند الاحتراق، ويساهم في تكوين المطر الحمضي مع تركيز عال من الكبريت، وعلى العكس من ذلك لا يحتوي الوقود الحيوي على محتوى كبريت.
- النهوض بالزراعة: إن زيادة الطلب على إنتاج الوقود الحيوي ستترجم إلى المزيد من زراعة بعض المحاصيل المناسبة، حيث يمكن زراعة المحاصيل التي تحتوي على نسبة عالية من الكربون والسليلوز على نطاق واسع، وبعد حصاد المواد الغذائية يمكن استخدام بقية أجزاء النبات مثل العلف في إنتاج الوقود الحيوي.
