Перелесок с коротким вращением
Короткооборотная поросль ( SRC ) – это поросль , выращиваемая как энергетическая культура . Эту древесную твердую биомассу можно использовать в таких целях, как центральное теплоснабжение, электростанции , отдельно или в сочетании с другими видами топлива. В настоящее время лидерами по площади посадок для производства энергии является Швеция. [1] и Великобритания.
Используемые виды
[ редактировать ]SRC использует высокоурожайные сорта тополя и ивы . Обычно выбираются разновидности ивы обыкновенной или корзинчатой, Salix viminalis . Тополь обычно сажают для визуального разнообразия, а не в качестве коммерческой культуры, хотя некоторые сорта могут превосходить иву на подходящих участках. [2]
Виды выбраны из-за их приспособленности к различным климатическим и почвенным условиям, относительной невосприимчивости к вредителям и болезням, простоты размножения и скорости вегетативного роста. Для борьбы с такими вредителями, как латунная и жуки-ивы , а также с грибковым возбудителем мелампсора ( ржавчина ), рекомендуется сажать тщательно подобранную смесь сортов. [3] Управление плантациями сильно влияет на продуктивность и ее успех. [4]
Посадка
[ редактировать ]SRC можно сажать на самых разных типах почв: от тяжелой глины до песка. [5] включая земли, рекультивированные в результате добычи гравия и добычи угольных шахт. При использовании в качестве пионерного вида урожайность SRC может быть меньше. Доступность воды к корням является ключевым фактором, определяющим успех SRC. [6] [7]
Саженцы высаживают с высокой плотностью: до 15 000 на гектар для ивы и 12 000 на гектар для тополя. [3] Willow SRC может быть установлен по двум различным схемам. В большинстве стран Северной Европы (Швеция, Великобритания, Дания) и в США наиболее распространенной схемой посадки является двухрядная схема с расстоянием 0,75 м между двойными рядами и 1,5 м до следующего двойного ряда, а расстояние между растениями варьируется. от 1 м до 0,4 м, что соответствует исходной густоте посадки 10 000–25 000 растений на га. −1 . [8] В других странах, таких как Канада, однорядная конструкция варьируется от 0,33 м между растениями в ряду до 1,5 м между рядами (20 000 растений на га). −1 ) до 0,30 м в ряду и 1,80 м между рядами (18 000 растений га −1 ) встречается чаще. [9] Посадка происходит примерно в марте, чтобы воспользоваться высокой влажностью почвы весной и количеством солнечного света в начале лета. Самые эффективные посадочные машины сеют четыре ряда одновременно и могут засеять гектар примерно за три часа. Саженцы оставляют расти на один-два года, а затем выкапывают .
Основным препятствием для создания плантаций является стоимость, поскольку в течение четырех лет большие первоначальные инвестиции не принесут финансовой выгоды. Однако в Великобритании доступны гранты на поддержку создания, [10] [11] а в Швеции в 1991–1996 годах была разработана обширная схема субсидий, которая после этого была сокращена. [12]
Сбор урожая
[ редактировать ]Сбор урожая осуществляется в течение двух-пятилетнего цикла и проводится зимой после листопада, когда почва промерзает. Развитая корневая система и питательные вещества, хранящиеся в корнях и пнях, гарантируют энергичный рост побегов. Плантация даст от 8 до 18 тонн сухой щепы с гектара в год. Урожай с плантации можно собирать до 20 лет, прежде чем ее потребуется пересадить. [13]
Если побеги ивы или тополя собирают целыми стеблями, их легко хранить. Стебли можно сушить для сжигания в куче на открытом воздухе; влажность древесины снизится примерно до 30% в среднем до следующей осени. Стебли можно дополнительно разрезать на заготовки, которые в зависимости от использования могут не нуждаться в измельчении.
При производстве древесной щепы наиболее эффективно использовать комбайны с прямой щепой. Это тяжелые машины с автономным приводом, которые срезают и измельчают побеги на погрузочной платформе. [13] Некоторые из них можно присоединить к обычному трактору, и урожай можно собрать с гектара примерно за три часа. Прямое чипирование снижает затраты, так как не понадобится отдельное чипирование в магазине; однако древесную щепу необходимо хорошо хранить, чтобы избежать ее компостирования. Для сбора урожая тополя требуется более тяжелая техника, поскольку он дает меньше и более тяжелые стебли.
Цена сухой ивы в качестве топлива для отопления в настоящее время в большинстве стран Европы составляет около 45 евро за тонну. Это не относительно высокорентабельная культура, но она не требует особого ухода и позволяет использовать сложные поля. Мелкосерийное производство можно совместить с производством материала для плетеных работ. При правильном управлении нет необходимости в пестицидах или обработках.
Воздействие на окружающую среду
[ редактировать ]Парниковые газы
[ редактировать ]SRC оказывает низкое воздействие парниковых газов , поскольку весь углекислый газ, выбрасываемый при производстве электроэнергии, будет улавливаться плантацией всего за несколько лет. Некоторое количество углерода также может храниться в почве, однако степень этого хранения углерода изначально зависит от содержания углерода в почве. [14]
Затраты на выбросы углерода, связанные с SRC, включают: посадку, обработку и измельчение плантации SRC, обычно выполняемую с использованием ископаемом топливе техники, работающей на ; сельскохозяйственные культуры требуют гербицидов во время укоренения, удобрений на протяжении всего роста и периодической обработки пестицидами — эти химикаты требуют значительного количества энергии и потенциального использования ископаемого топлива при производстве. В целом, экологический вклад плантаций ивы с коротким оборотом можно считать положительным для окружающей среды по сравнению с другими вариантами ведения сельского хозяйства. [15] даже если рассматриваются альтернативные варианты использования энергии. [16]
Кроме того, ива и тополь SRC предлагают альтернативное использование интенсивно осушенных сельскохозяйственных земель. Если дренаж этих сторон будет уменьшен, это окажет положительное влияние на баланс CO 2 . Кроме того, использование влажных мест могло бы избежать негативного воздействия на местный водный баланс, а также на чувствительные экосистемы. [17] [18]
в три-шесть раз Электричество или тепло от SRC обеспечивают сокращение выбросов CO 2 на фунт, которое можно получить из биоэтанола из зерновых культур. Однако сокращение выбросов CO 2 немного ниже, чем у травяных энергетических культур, таких как трава мискантус, из-за более высоких затрат на техническое обслуживание.
Биоразнообразие
[ редактировать ]Хорошее управление сохранением биоразнообразия может снизить зависимость от пестицидов. Культуры биомассы, такие как ива SRC, демонстрируют более высокий уровень биоразнообразия по сравнению с интенсивными пахотными и луговыми культурами. [19] SRC потребляет больше воды, чем сельскохозяйственные культуры. Корневые системы SRC оказывают меньшее воздействие на археологические находки, чем лесное хозяйство, но большее, чем сельскохозяйственные культуры, такие как пшеница.
Производство энергии и биотоплива
[ редактировать ]Электростанции требуется около 100 гектаров (1 км²) SRC для получения 1 МВт мощности. [20] Нынешний характер энергетической отрасли обычно требует гибкости в энергоснабжении, что несовместимо с долгосрочными обязательствами, которых требует SRC; однако к SRC существует большой интерес из-за необходимости сокращения выбросов ископаемого углерода. В некоторых юрисдикциях также могут быть доступны гранты для дальнейшего развития этого типа землепользования.
Энчёпинг (Швеция) разработал успешную модель, сочетающую производство тепла из биомассы, SRC и фиторемедиацию. Муниципалитет управляет около 80 га плантаций ивы, которые используются на ТЭЦ. В то же время эти насаждения используются в качестве зеленого фильтра для очистки воды, что повышает функциональность и эффективность всей системы. [21]
Биотопливо – еще один вариант использования SRC в качестве источника биоэнергии . В Соединенных Штатах ученые изучали переработку тополя SRC в сахар для производства биотоплива (например, этанола). [13] Учитывая относительную низкую цену, процесс производства биотоплива из SRC может быть экономически целесообразным, хотя выход из SRC (в качестве молодых культур) был ниже, чем из обычной зрелой древесины. Помимо биохимической конверсии, для производства биотоплива из тополя SRC также изучалась термохимическая конверсия (например, быстрый пиролиз), и было обнаружено, что она обеспечивает более высокую регенерацию энергии, чем биоконверсия. [22]
Экологическое использование
[ редактировать ]Поросль с коротким оборотом в последнее время приобрела важное значение во многих странах как средство обеспечения дополнительных экологических преимуществ. Некоторые виды, например тополь и ива , успешно используются для почвообработки. [23] и ил [24] микроэлементов фитоэкстракция и для грунтовых вод [25] и канализационные сточные воды [26] ризофильтрация .
См. также
[ редактировать ]
- Энергетическое лесное хозяйство
- Мискантус
- Непродовольственные культуры
- Лесное хозяйство с короткой ротацией
- проса проса
- Древесное топливо
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мола-Юдего, Б; Гонсалес-Олабаррия-младший (2010). «Составление карты расширения и распределения плантаций ивы для биоэнергетики в Швеции: уроки, которые необходимо извлечь из распространения энергетических культур». Биомасса и биоэнергетика . 34 (4): 442–448. дои : 10.1016/j.biombioe.2009.12.008 .
- ^ Эйлотт, Мэтью; Казелла, Эрик; Табби, Ян; Стрит, Натаниэль; Смит, Пит; Тейлор, Гейл (2008). «Урожайность и пространственная обеспеченность биоэнергетическими порослями тополя и ивы с коротким вращением в Великобритании» . Новый фитолог . 178 (2): 358–370. дои : 10.1111/j.1469-8137.2008.02396.x . ПМИД 18331429 . S2CID 35494995 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 января 2013 г. Проверено 22 октября 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б Defra Выращивание поросли с коротким вращением
- ^ Мола-Юдего, Блас; Аронссон, Пяр (2008). «Модели урожайности коммерческих плантаций биомассы ивы в Швеции». Биомасса и биоэнергетика . 32 (9): 829–837. doi : 10.1016/j.biombioe.2008.01.002 .
- ^ Национальный центр непродовольственных культур . Информационный бюллетень NNFCC о культурах: ива с коротким севооборотом (SRC)
- ^ Хартвич, Йенс (2017). Оценка региональной пригодности порослей с коротким вращением в Германии (кандидатская диссертация). Свободный университет Берлина, Институт географических наук. doi : 10.13140/rg.2.2.17825.20326 – через ResearchGate.
- ^ Хартвич, Йенс; Бёльшер, Йенс; Шульте, Ахим (2014). «Воздействие коротковорсовой перелески на водные и земельные ресурсы». Водный Интернационал . 39 (6): 813–825. дои : 10.1080/02508060.2014.959870 . S2CID 154461322 .
- ^ Defra, 2004. Выращивание поросли с коротким севооборотом - Рекомендации по передовой практике для кандидатов на участие в программе Defra по выращиванию энергетических культур. Лондон (Великобритания)
- ^ Гуиди Ниссим, В.; Питре, FE; Теодореску, ТИ; Лабрек, М. (2013). «Долгосрочная продуктивность биомассы на биоэнергетических плантациях на юге Квебека, Канада». Биомасса и биоэнергетика . 56 (1): 361–369. doi : 10.1016/j.biombioe.2013.05.020 .
- ^ Естественная Англия. Схема энергетических культур: Справочник по грантам на создание учреждений
- ^ ННФЦК. Веб-ресурс PowerPlants2020 по энергетическим культурам в Великобритании
- ^ Мола-Юдего, Блас; Пелконен, Пааво (2008). «Влияние политических стимулов на внедрение порослей ивы с коротким вращением для биоэнергетики в Швеции». Энергетическая политика . 36 (8): 3062–3068. дои : 10.1016/j.enpol.2008.03.036 .
- ^ Перейти обратно: а б с Доу, С; Маркондес, В.; Джаджа, Дж.; Рената Р.; Густавсон, Р. (2017). «Можем ли мы использовать поросль с коротким вращением в качестве сырья для биоперерабатывающего завода на основе сахара? Биоконверсия двухлетнего тополя, выращенного как поросль с коротким вращением» . Биотехнология для биотоплива . 10 (1): 144. дои : 10.1186/s13068-017-0829-6 . ПМК 5460468 . ПМИД 28592993 .
- ^ Хиллер, Джонатан; Уиттакер, Карли; Дейли, Гордон; Эйлотт, Мэтью; Казелла, Эрик; Смит, Пит; Риш, Эндрю; Мерфи, Ричард; и др. (2009). «Выбросы парниковых газов от четырех биоэнергетических культур в Англии и Уэльсе: интеграция пространственных оценок урожайности и баланса углерода в почве в анализ жизненного цикла» (PDF) . Биология глобальных изменений. Биоэнергетика . 1 (4): 267–281. дои : 10.1111/j.1757-1707.2009.01021.x . S2CID 84851658 .
- ^ Гонсалес-Гарсия С., Мола-Юдего Б., Димитриу Дж., Аронссон П., Мерфи Р.Дж.; Мола-Юдего; Дмитрийу; Аронссон; Мерфи (2012). «Экологическая оценка производства энергии на основе долгосрочных коммерческих плантаций ивы в Швеции». Наука об общей окружающей среде . 421–422: 210–219. Бибкод : 2012ScTEn.421..210G . doi : 10.1016/j.scitotenv.2012.01.041 . ПМИД 22369863 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Гонсалес-Гарсия С., Мола-Юдего Б., Мерфи Р.Дж. (2013). «Оценка жизненного цикла потенциального использования энергии для биомассы ивы с коротким оборотом в Швеции». Международный журнал оценки жизненного цикла . 18 (4): 783–795. дои : 10.1007/s11367-012-0536-2 . S2CID 110243112 .
- ^ Хартвич, Йенс; Бёльшер, Йенс; Шульте, Ахим (19 сентября 2014 г.). «Воздействие коротковорсовой поросли на водные и земельные ресурсы». Водный Интернационал . 39 (6): 813–825. дои : 10.1080/02508060.2014.959870 . ISSN 0250-8060 . S2CID 154461322 .
- ^ Хартвич, Йенс; Шмидт, Маркус; Бёльшер, Йенс; Рейнхардт-Имьела, Кристиан; Мурач, Дитер; Шульте, Ахим (11 июля 2016 г.). «Гидрологическое моделирование изменений водного баланса из-за воздействия производства древесной биомассы на Северо-Германской равнине». Экологические науки о Земле . 75 (14): 1071. Бибкод : 2016EES....75.1071H . дои : 10.1007/s12665-016-5870-4 . ISSN 1866-6280 . S2CID 132087972 .
- ^ Роу, РЛ; Улица, Северная Каролина; Тейлор, Дж. (2009). «Определение потенциального воздействия на окружающую среду крупномасштабного внедрения специализированных биоэнергетических культур в Великобритании». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 13 (1): 271–290. дои : 10.1016/j.rser.2007.07.008 .
- ^ Заведение с короткой ротацией
- ^ Мола-Юдего, Б; Пелконен, П. (2011). «Влияние теплоцентралей на освоение и распространение плантаций ивы для производства биомассы: электростанция в Энчепинге (Швеция)». Биомасса и биоэнергетика . 35 (7): 2986–2992. дои : 10.1016/j.biombioe.2011.03.040 .
- ^ Доу, С; Чендлер, Д.; Ресенде, Ф.; Рената Р. (2017). «Быстрый пиролиз порослевого тополя с коротким вращением: исследование термохимического преобразования реального сырья для биоперерабатывающего завода». Биотехнология для биотоплива . 10 (1): 144. doi : 10.1021/acssuschemeng.7b01000 .
- ^ Гуиди Ниссим, Ж; Палм, Э.; Манкузо, С.; Аззарелло, Э. (2018). «Фитоэкстракция микроэлементов из загрязненной почвы: пример средиземноморского климата». Наука об окружающей среде и исследования загрязнения . 25 (1): 9114–9131. дои : 10.1007/s11356-018-1197-x . ПМИД 29340860 . S2CID 3892759 .
- ^ Гуиди Ниссим, Ж; Чичинелли, А.; Мартеллини, Т.; Алвиси, Л.; Палм, Э.; Манкузо, С.; Аззарелло, Э. (2018). «Фиторемедиация осадков сточных вод, загрязненных микроэлементами и органическими соединениями». Экологические исследования . 164 (1): 356–366. Бибкод : 2018ER....164..356G . дои : 10.1016/j.envres.2018.03.009 . ПМИД 29567421 . S2CID 5008369 .
- ^ Гуиди Ниссим, Ж; Войку, А.; Лабек, М. (2014). «Ивовая короткоствольная поросль для очистки загрязненных грунтовых вод». Экологическая инженерия . 62 (1): 102–114. дои : 10.1016/j.ecoleng.2013.10.005 .
- ^ Гуиди Ниссим, Ж; Лафлер, Б.; Флют, Р.; Лабрек, М. (2015). «Ивы для очистки городских сточных вод: долгосрочная эффективность при различных нормах орошения». Экологическая инженерия . 81 (1): 395–404. дои : 10.1016/j.ecoleng.2015.04.067 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Проект ROKWOOD: 7-й европейский проект по древесным плантациям с коротким оборотом (SRP или SRC). Местное производство древесного топлива из биомассы
- Центр энергетики биомассы
- Оценка устойчивости совместного сжигания в Великобритании (PDF)
- Специальный комитет по окружающей среде, продовольствию и сельским делам
- Национальный центр непродовольственных культур
