Selectarea biomasei lignocelulozice, ca sursa de energie regenerabila. Argumente pentru cultivarea Miscanhtus sp.

Deşi cele mai studiate şi eficientizate tehnologii de obţinere a bioetanolului pleacă de la materiile prime cu un conţinut ridicat de poliglucide omogene (amidon şi celuloză), sursa cu cel mai mare potenţial şi cu impactul negativ cel mai mic pentru obţinerea bioetanolului, este reprezentată de biomasa lignocelulozică. Aceasta reprezintă peste 80 % din biomasa globului şi nu constituie sursă de materie primă pentru industria alimentară, reducând în consecinţă impactul pe care folosirea resurselor de hrană pentru obţinerea de energie îl are asupra securităţii alimentare [1].

Principala sursă de biomasă lignocelulozică este lemnul. Totuşi, există o gamă foarte variabilă de resurse lignocelulozice care pot fi convertite la biocombustibili: copaci cu viteză mare de creştere (plopul, salcia, eucaliptul), culturi agricole (trestia de zahăr, rapiţa, sfecla de zahăr), culturi perene (Miscanhtus sp.), plante erbacee cu viteze mari de creştere (Switchgrass, Panicum Virgatum, iarba elefant), reziduuri (lemnul provenit de la toaletarea copacilor şi din construcţii, deşeurile agricole sau cele provenite ca urmare a procesării producţiei vegetale în industriile alimentare), deşeuri şi subproduse (talas, rumegus, hârtie, fracţia organică a deşeurilor municipale etc) [2].

Aşa cum ne dovedesc experienţele noastre recente, costurile de achiziţie a combustibililor convenţionali sunt din ce în ce mai mari şi sunt dependete de factori mai puţin previzibili. La acest context se adaugă şi perspectiva din ce în ce mai clară a epuizării rezervelor de combustibili fosili, perspectivă care a determinat orientarea politicilor publice spre finanţarea cercetărilor, care au drept obiectiv identificarea de noi surse de energie. Peste toată această situaţie tronează problema încălzirii globale, consecinţă printre altele, a utilizării intensive, vreme de peste un secol a combustibililor fosili. Aşa cum am arătat anterior, biomasa lignocelulozică reprezintă cea mai abundentă sursă de energie regenerabilă. Conform unor estimări independente, masa totală a biomasei terestre (incluzând şi umiditatea) ar fi de peste 2000 de miliarde de tone, masa totală a plantelor terestre ar fi de peste 1800 de miliarde de tone, iar cea a pădurilor de peste 1600 de miliarde de tone [7]. Aceleaşi estimări arată că biomasa terestră creşte anual cu peste 400 000 de milioane de tone şi că acumulează anual o cantitate de energie echivalentă cu 3000 · 1018 J (95 TWt). În acelaşi timp, consumul anual total al tuturor tipurilor de energie este de 400 · 1018 J (22 TWt), adică de peste 7 ori mai mic [7]. În acelaşi timp, biomasa este exploatată pentru obţinerea de energie la un nivel echivalent cu 55 · 1018 J (1,77 TWt).

Aceste date arată că biomasa constituie un uriaş depozit de energie, capabil să asigure întreg necesarul planetei şi chiar să permită pe termen lung dezvoltarea societăţii umane. Aşa cum se poate observa în fig. 1, cele mai importante plante, sub aspectul productivităţii, sunt Miscanthus, Sorgul şi Stuful. Din acestea se obţin în medie aproximativ 30 de tone de biomasă la hectar, echivalentul a 12 000 de litri de petrol.

ScreenHunter_01 Oct. 27 23.04

Figura 1. Productivitatea unor culturi în ceea ce priveşte obţinerea de biomasă (după Ion V., I., 2006)

Conform specialiştilor de la Universitatea din Illinois (unde se află cel mai important institut de cercetări din SUA dedicat acestei plante), principalele avantaje prezentate de cultivarea Miscanthus în vederea obţinerii de bioetanol sunt:

– Miscanthus este o plantă perenă, noninvazivă;

– Terenurile pe care aceasta este cultivată, pot fi regenerate rapid pentru culturile alimentare (porumb, soia, fasole);

– Permite obţinerea unor cantităţi mari de biomasă cu inputuri mici şi chiar fără inputuri;

– Este excelentă pentru fixarea carbonului şi reconstrucţia solurilor [3].

Conform aceloraşi specialişti, Miscanthus poate genera anual o cantitate de biomasă din care se poate produce de până la de două ori şi jumătate mai mult bioetanol, decât cantitatea care se obţine din biomasa de porumb recoltată anual de pe o suparafaţă de un acru (aproximativ 0.405 ha) [4].

Un studiu realizat între anii 1997 – 1999 pe 15 genotipuri de Miscanthus sp. (M. x giganteus, M. sinensis, M. sacchariflorus), cultivate în diferite locaţii din Anglia, Portugalia, Danemarca, Suedia şi Germania a evidenţiat plasticitatea ecologică extraordinară a acestora. Astfel, studiile au arătat că viabilitatea plantaţiilor de Miscanthus giganteus şi Miscanthus sacchariflorus este minimă, atunci când temperatura solului scade dincolo de limita de – 30C pe o adâncime de 3 cm. În Anglia şi Germania cele mai bune performanţe au fost realizate de Miscanthus giganteus. În Portugalia, deşi s-au obţinut rezultate foarte bune şi pentru Miscanthus giganteus, cel mai bine s-a comportat un hibrid de Miscanthus sinensis. Tot o serie de hibrizi de Miscanthus sinensis au înregistrat cele mai bune rezultate şi pentru condiţiile din Suedia şi Danemarca. Concluzia autorilor studiului a fost aceea că Miscanthus sinensis prezintă o capacitate deosebită de a performa în condiţii climatice foarte variate, în timp ce pentru centrul Europei, Miscanthus giganteus, reprezintă genotipul cel mai performant [5].

Studii realizate în Marea Britanie au arătat că determinanţii cheie pentru obţinerea unor recolte competitive de Miscanthus sunt: numărul de zile însorite, temperatura şi disponibilitatea apei din sol [9]. Variaţiile anuale ale acestor factori determină variaţii corespunzătoare şi în mărimea recoltelor. Temperaturile necesare culturilor de Miscanthus sunt considerabil mai mici decât cele necesare porumbului, singura constrângere semnificativă fiind asociată temperaturilor scăzute, care se pot manifesta primăvara târziu. Acestea pot determina reduceri semnificative ale recoltelor. Miscanthus posedă o capacitate foarte bună de a utiliza apa, din punct de vedere al cantităţilor necesare pe unitatea de biomasă obţinută, rădăcinile acestuia putând penetra solul şi extrage apa de la o adâncime de 2 metri. Pentru fiecare milimetru de deficit de apă din sol, studiile specialiştilor britanici au arătat o diminuare a recoltei cu 90 de kg/ha [9]. În tabelul 1 sunt enumerate beneficiile diferitelor plante energetice.

Tabelul 1 – Comparaţie între beneficiile energetice ale diferitelor plante cultivate [10]

ScreenHunter_02 Oct. 27 23.08

Aşa cum se observă din tabelul 1, Miscanthus este una dintre cele mai eficiente culturi, sub aspectul cantităţilor de inputuri necesare obţinerii recoltei, în raport cu cantitatea de energie obţinută. Miscanthus posedă o valoare netă calorică, raportată la biomasa uscată, de 17 MJ/kg. Cantitatea de energie obţinută din 20 de tone de biomasă uscată este echivalentă cu cea a 8 tone de cărbune [9]. Acest lucru arată că cel puţin din punct de vedere energetic, costurile necesare obţinerii unei recolte de Miscanthus pot fi acoperite de aproximativ 3 % din producţia obţinută.

Cultivarea Miscanthus permite realizarea unor beneficii semnificative, în ceea ce priveşte reducerea impactului pe care-l au asupra mediului, utilizarea diverselor pesticide în agricultura convenţională. Astfel, 5000 de hectare cultivate cu Miscanthus permit reducerea cu 700 de tone a îngrăşămintelor pe bază de azot, cu 10 000 de litri a fungicidelor, cu 500 de litri a insecticidelor şi cu 5000 de litri a regulatorilor de creştere [10].

Cultivarea Miscanthus are un impact pozitiv asupra proceselor de eroziune a solului. Unul din factorii semnificativi care contribuie la intensificarea eroziunii solurilor este agricultura intensivă. Numărul mare de lucrări mecanizate, necesare majorităţii culturilor agricole convenţionale (destinate industriei alimentare), distrug textura şi structura solului şi accentuează astfel procesele de eroziune datorate factorilor de mediu (apă, vânt). Este de aşteptat ca introducerea Miscanthus în cultură să reducă semnificativ aceste fenomene (plantă perenă, număr de lucrări ale solului redus, densitate mare la hectar etc). O serie de studii realizate în SUA au arătat că impactul culturilor de Miscanthus asupra proceselor de eroziune a solului este minim (fig.2).

ScreenHunter_03 Oct. 27 23.09

Figura 2. Pierderi de sol (in tone/an/hectar) asociate cu cultivarea diferitelor tipuri

de culturi agricole şi Miscanthus

În ceea ce priveşte impactul asupra biodiversităţii, studiile referitoare la cultivarea Miscanthus sunt abia la început. Totuşi, o serie de studii recente sugerează existenţa unor beneficii pentru o serie de specii de animale care împart acelaşi areal (tabelul 2).

Tabelul 2 – Studiu asupra efectului diferitelor culturi asupra populaţiilor de animale din zona de cultură [8]

ScreenHunter_04 Oct. 27 23.10

Aşa cum se observă din tabelul 2, impactul culturii de Miscanthus asupra biodiversităţii a fost pozitiv şi evidenţiat prin numărul mai mare de specii, identificat în zona cultivată, comparativ cu culturile de porumb sau de trestie. Acest lucru se datorează faptului că plantaţiile de Miscanthus, datorită perioadei de cultură mai lungi, oferă adăpost hibernal acestor specii de animale [9].

Potenţialul energetic al plantei poate fi explorat în trei direcţii principale: pentru obţinerea de bioetanol, biogaz sau peleţi, transformaţi apoi în energie, prin piroliză.

În acest context, Miscanthus sp. prezintă un potenţial interesant şi pentru ţara noastră, cu atât mai mult cu cât România deţine un potenţial agricol neexploatat în totalitate, iar în mediul rural principala sursă de încălzire în cursul iernii este reprezentată de biomasa lemnoasă, provenită din zonele forestiere aflate în extincţie. Interesul existent pentru problematica promovării acestei plante în România este subliniat şi de existenţa unui alt proiect în desfăşurare, anume “Tehnologie pentru promovarea in Romania a plantei energetice Miscanthus, ca sursa regenerabila in scopul cresterii competitivitatii si securitatii energetice – TEMIS” (coordonator Institutul National De Cercetare – Dezvoltare Pentru Masini Si Instalatii Destinate Agriculturii Si Industriei Alimentare). Acesta preconizează până în 2015 “realizarea unei tehnologii si a unei mecanizări, constand într-o masină specială de plantat rizomii, adaptarea maşinilor uzuale pentru intreţinerea culturii şi echipamente speciale adaptate pe maşinile de recoltat, pentru recoltarea produsului in diferite forme. Produsul poate fi recoltat in baloţi sau tocat în aşchii” [6].

Având în vedere aspectele prezentate anterior, considerăm că beneficiile preconizate prin introducerea acestei plante în circuitul agricol românesc vor fi semnificative, cu atât mai mult cu câti ponderea pe care o vor avea culturile energetice în evoluţia agriculturii româneşti în următorii ani va creşte.

©Tamba Berehoiu Radiana, Popa Nicolae Ciprian, 2008

BIBLIOGRAFIE

  1. Dragotă Diana, Moisescu V., Biocarburanţii în Romania, Monografie editată de SC CHIMINFORMDATA SA., 2004.
  2. Ion, V.I., Ion, Dana Ioana, Energie din Biomasă, Tehnica instalaţiilor nr 7 (38), p. 14 – 30, 2006
  3. *** http://miscanthus.uiuc.edu/
  4. *** Giant Grass Miscanthus Can Meet US Biofuels Goal Using Less Land Than Corn Or
  5. Switchgrass, ScienceDaily,Aug.,4, 2008.
  6. http://www.sciencedaily.com/releases/2008/07/080730155344.htm
  7. ***http://cnmp.ro:8083/pncdi2/program4/competitie/main/index.php?&we=26531b94a8aa9ff7df5c5d983a506cd6&wf=detail&id=710&wchk=b48513391318f5221c14b46d63ab5eee
  8. ***http://www.finex-solar.ro/biomasa.htm
  9. T. Semere, F.M. Slater, Invertebrate populations in miscanthus (Miscanthus×giganteus) and reed canary-grass (Phalaris arundinacea) fields, Biomass and Bioenergy, Volume 31, Issue 1, pages 30 – 39, 2007.
  10. ***Planting and Growing Miscanthus – Best Practice Guidelines For Applicants to Defra’s Energy Crop Scheme, july 2007.
  11. *** http://www.bical.net/miscanthus.htm

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s