وفي سياق عالمي حيث تكتسب سياسات المناخ أهمية كبيرة وتسعى البلدان إلى الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، يظهر الوقود الحيوي كأحد الحلول الرئيسية. يمثل النقل قطاعًا بالغ الأهمية، حيث يولد 2% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية المكافئة في عام 29. لذلك، من الضروري إيجاد طرق لإزالة الكربون من هذه الصناعة، ويلعب الوقود الحيوي من الجيلين الثاني والثالث دورًا مهمًا في هذه الاستراتيجية.
في هذه المقالة سوف نستكشف بالتفصيل ماهية الوقود الحيوي من الجيل الثاني والثالث وكيفية إنتاجه وخصائصه ومزاياه مقارنة بالوقود الأحفوري التقليدي.
الجيل الأول من الوقود الحيوي
يتم الحصول على الوقود الحيوي من الجيل الأول من المحاصيل الزراعية المخصصة للأغذية، مثل الذرة أو قصب السكر أو فول الصويا. يعد الإيثانول الحيوي والديزل الحيوي مثالين تمثيليين لهذا النوع من الوقود الحيوي. هو البيوإيثانول يتم الحصول عليه بشكل رئيسي من المحاصيل الغنية بالسكريات أو النشويات من خلال التخمير، ويستخدم ممزوجًا بالبنزين لإنتاج وقود المركبات. ومن ناحية أخرى فإن وقود الديزل الحيوي يتم تصنيعه من الزيوت النباتية أو الدهون الحيوانية، من خلال عملية كيميائية تسمى الأسترة التبادلية.
على الرغم من أن أنواع الوقود الحيوي هذه كانت ضرورية في المرحلة الأولى من تحول الطاقة، إلا أنها تتعرض لانتقادات بسبب منافستها لإنتاج الغذاء، الأمر الذي يمكن أن يرفع الأسعار، وفي بعض الحالات، يتسبب في إزالة الغابات وفقدان التنوع البيولوجي من خلال تخصيص مساحات كبيرة من الأراضي الزراعية للإنتاج. للطاقة بدلا من الغذاء.
الوقود الحيوي من الجيل الثاني والثالث
الجيل الثاني من الوقود الحيوي
يمثل الوقود الحيوي من الجيل الثاني تحسنا كبيرا مقارنة بالجيل الأول من الوقود الحيوي لأن إنتاجه لا يتنافس مع التغذية البشرية. ويتم الحصول على هذا الوقود الحيوي من المواد الخام اللجينية السليلوزية غير الصالحة للأكل، بما في ذلك النفايات الزراعية والحرجية، مثل القش، نفايات السليلوز، تفل قصب السكر، وغيرها.
واحدة من التقنيات الأكثر استخداما في هذه العملية هي إنتاج الإيثانول الحيوي السليولوزيوالتي تنطوي على التحلل الكيميائي للمواد السليلوزية باستخدام الإنزيمات والكائنات الحية الدقيقة. هذه العملية أكثر تعقيدًا مقارنة بالطرق التقليدية، ولكنها تتيح استدامة بيئية أكبر من خلال إعطاء استخدام جديد للمواد التي تعتبر نفايات.
مصدر مهم آخر هو الحصول على وقود الديزل الحيوي من الزيوت غير الصالحة للأكل، مثل زيت الجاتروفا أو الطحالب. وبهذه الموارد نتجنب مشكلة المنافسة مع الغذاء، بالإضافة إلى استخدام الأراضي الهامشية والمحاصيل التي تتطلب موارد مائية أقل.
واحدة من أكبر مزايا الجيل الثاني من الوقود الحيوي هو أنه قادر على ذلك خفض انبعاثات الغازات الدفيئة بشكل كبير (الغازات الدفيئة)، وتحسين استدامة قطاع الطاقة والحد من إزالة الغابات وتدهور الأراضي الناجم عن إنتاج الجيل الأول من الوقود الحيوي.
الوقود الحيوي من الجيل الثالث
يمثل الجيل الثالث من الوقود الحيوي حدودًا جديدة في إنتاج الوقود المستدام. يتم تطويرها من الكائنات الحية الدقيقة أو الطحالب التي لها القدرة على إنتاج الزيوت ومركبات الطاقة الأخرى. وتعد الطحالب، على وجه الخصوص، مصدرا واعدا نظرا لقدرتها على النمو في بيئات متنوعة، بما في ذلك المسطحات المائية قليلة الملوحة ومياه الصرف الصحي، دون التنافس على الأراضي الزراعية المنتجة.
والمثال الرئيسي للوقود الحيوي من الجيل الثالث هو وقود الديزل الحيوي الطحالب. تتم زراعة الطحالب الدقيقة في مفاعلات مصممة لزيادة أدائها إلى أقصى حد، ويتم استخلاص الدهون المتراكمة فيها ومعالجتها لإنتاج الوقود. وتتميز هذه العملية بأنها لا تتطلب مساحات كبيرة من الأراضي، بالإضافة إلى تحسين كفاءة احتجاز الكربون، حيث أن الطحالب ممتازة في امتصاص ثاني أكسيد الكربون أثناء نموها.
علاوة على ذلك، أتاحت التكنولوجيا الحيوية التعديل الوراثي لبعض الكائنات الحية الدقيقة لإنتاج الوقود الحيوي بخصائص مشابهة للهيدروكربونات الأحفورية. وهذه الأنظمة المتقدمة قيد التطوير، ولكنها تتمتع بالقدرة على إنتاج أنواع وقود متجددة بالكامل وخالية من المنافسة مع الموارد الغذائية.
أهداف ومزايا الجيل الثاني والثالث من الوقود الحيوي
الهدف الرئيسي للوقود الحيوي من الجيل الثاني والثالث هو تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري مع تقليل الأثر البيئي لإنتاج الطاقة على مستوى العالم. يوفر هذا الوقود الحيوي وسيلة مستدامة لتلبية احتياجات الطاقة لقطاع النقل دون المساس بإنتاج الغذاء أو التسبب في أضرار لا يمكن إصلاحها للبيئة.
بعض من أهم المزايا هي:
- الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري: تشير التقديرات إلى أن الوقود الحيوي من الجيل الثاني والثالث يمكن أن يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة تصل إلى 2% مقارنة بالوقود الأحفوري التقليدي.
- استخدام الموارد غير الغذائية: نظرًا لأن أنواع الوقود الحيوي هذه تعتمد على النفايات غير الصالحة للأكل والكائنات الحية الدقيقة، فإنها لا تؤدي إلى تسريع أزمة الغذاء أو الضغط على أسعار المواد الغذائية.
- المرونة والتنوع: يستخدم الوقود الحيوي من الجيل الثالث مجموعة واسعة من المصادر، من النفايات إلى الطحالب الدقيقة، مما يسمح بمزيد من التنوع في إنتاجه وتطبيقه.
التحديات والتحديات في إنتاج الوقود الحيوي
على الرغم من أن إمكانات الوقود الحيوي هائلة، إلا أن إنتاجه لا يزال يواجه بعض التحديات. أحد التحديات الرئيسية هو ارتفاع تكلفة الإنتاجوخاصة في حالة الجيل الثالث من الوقود الحيوي. تتطلب زراعة الطحالب أو الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيا استثمارا أوليا كبيرا وتكنولوجيا متخصصة.
والتحدي الآخر هو توافر البنية التحتية وتكييف المصافي ومصانع الإنتاج للتعامل مع هذه الأنواع الجديدة من الوقود الحيوي ومعالجتها. وعلى الرغم من التقدم الذي تم إحرازه في هذا المجال، إلا أنه لا يزال هناك الكثير مما يتعين القيام به لتحسين الكفاءة وجعل الإنتاج أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية.
وأخيرا، من المهم معالجة اللوائح والسياسات العامة، والتي تختلف بشكل كبير بين البلدان، مما يجعل اعتماد الوقود الحيوي على نطاق واسع أمرا صعبا. وعلى الصعيد العالمي، هناك حاجة إلى مزيد من الدعم الحكومي والحوافز واللوائح التنظيمية لتشجيع الاستثمار في هذه التكنولوجيات.
ومع هذه التطورات التكنولوجية والتركيز الأكبر على تنفيذ السياسات الخضراء، فإن الوقود الحيوي من الجيل الثاني والثالث لديه القدرة على أن يكون حلولاً مستدامة حقيقية لإزالة الكربون من وسائل النقل.
يمثل هذا الوقود الحيوي مستقبل الطاقة المتجددة، باستخدام مصادر غير غذائية ويسمح بتخفيض كبير في انبعاثات الغازات الدفيئة. وإذا أمكن التغلب على التحديات الحالية من حيث التكلفة والإنتاج، فسوف تلعب أنواع الوقود هذه دورا أساسيا في مكافحة تغير المناخ.