Biomasa

82% biomasy pochodzenia roślinnego i najwyższa wydajność w wilgotnych lasach tropikalnych osiągnął
Trzcina cukrowa jest ważnym dostawcą biomasy, która jest wykorzystywana jako żywność lub energia

Jako biomasa masa woli stworzeń lub ich części ciała tzw. Te mieszaniny substancji są określane ilościowo na podstawie ich masy .

W ekologii biomasa jest często rejestrowana tylko dla wybranych, wyraźnie określonych przestrzennie ekosystemów lub tylko dla określonych, pojedynczych populacji . Sporadycznie podejmowane są również próby oszacowania biomasy całej ekosfery .

W ekologii nie ma jednolitego terminu biomasa. W technologii energetycznej biomasa odnosi się wyłącznie do biomasy, która może być wykorzystana do celów energetycznych.

semestr

Do tej pory nie udało się ustalić jednolitego pojęcia biomasy. Terminy dotyczące biomasy, które można znaleźć w literaturze, różnią się w większym lub mniejszym stopniu. Można je również podzielić na dwie grupy:

  • Pojęcia ekologiczne dotyczące biomasy nie są jednolite. Jednym z powodów jest to, że biomasa zmienia się, gdy żywe organizmy wchodzą ze sobą w interakcje i ze środowiskiem nieożywionym. Obecnie nie ma zgody co do definicji. Zamiast tego istnieje obok siebie szeroka gama terminów dotyczących biomasy ekologicznej.
  • Terminy energetyczno-techniczne dotyczące biomasy obejmują wyłącznie te substancje biotyczne, które mogą być wykorzystywane jako źródła energii . Różne pojęcia dotyczące biomasy związanej z energią różnią się od siebie jedynie niuansami.

Termin ekologiczny „biomasa”

Rozwój ekologicznego terminu biomasa sięga lat dwudziestych. W tym czasie rosyjski przyrodnik Władimir Iwanowicz Wernadski (1863–1945) próbował oszacować masę wszystkich ziemskich istot żyjących razem. Po raz pierwszy przedstawił swoje szacunki w 1922 lub 1923, kiedy wykładał geochemię w Paryżu . Esej towarzyszący wykładowi został opublikowany w języku francuskim w 1924 roku. Po dalszych rozważaniach Vernadsky w 1926 r. wydał krótką książkę w języku rosyjskim. W swoich rozważaniach nie używał jednak jeszcze terminu biomasa.

Termin biomasa został wprowadzony rok później. Wprowadził go niemiecki zoolog Reinhard Demoll (1882–1960). Nazwę przyjął w 1931 r. rosyjski oceanograf Lew Aleksandrowicz Zenkiewicz (1889–1970):

„Biomą (Demoll) określamy ilość substancji w żywych organizmach na jednostkę powierzchni lub objętości”.

„W przypadku biomasy ([według Reinharda] Demolla) mamy na myśli ilość substancji w żywych organizmach na jednostkę powierzchni lub [na jednostkę] objętości”.

- Lew Aleksandrowicz Zenkiewicz : Pokarm dla ryb na Morzu Barentsa. (Wprowadzenie). W: LA Zenkevich, VA Brotsky, A. Dektereva: Pokarm dla ryb Morza Barentsa. W: Sprawozdania Państwowego Instytutu Oceanograficznego Moskwa, sesja I. 4 (1931)

Zenkevich - a przed nim Demoll - po prostu nazwał biomasę masą, którą wszystkie żywe organizmy na danym obszarze zebrały razem. To pokazuje pierwszą definicję pojęcia biomasy ekologicznej, która jest nadal używana.

  • Biomasa (Demoll 1927): masa istot żywych na powierzchnię przestrzenną.

Zenkevich wpłynął na pierwszą publikację naukową, której tytuł zawierał termin biomasa . Został również napisany przez Rosjanina. W 1934 roku biolog wodny Veniamin Grigor'evič Bogorov (1904-1971) opublikował w 1930 roku swoje badanie Seasonal Changes in Biomass of Calanus finmarchicus w Plymouth Area.

Bogorov studiował biomasy wszystkich widłonogi z tych gatunków kalanus w wodach Plymouth . Dlatego przyjrzał się biomasie pewnej populacji – to znaczy osobnikom gatunku na określonym obszarze , które razem tworzą wspólnotę reprodukcyjną. Z badań Bogorova wynika również, że mierzył biomasę dopiero po wysuszeniu schwytanych organizmów w eksykatorze nad chlorkiem wapnia . Więc zmierzył jej suchą wagę. W ten sposób Bogorov opracował drugą definicję pojęcia biomasy ekologicznej, która obowiązuje również do dziś.

  • Biomasa (Bogorov 1934): Wspólna sucha masa wszystkich osobników w populacji.

W ciągu siedmiu lat opracowano już dwie różne definicje ekologicznego terminu biomasa. W następnych dziesięcioleciach dodano o wiele więcej, które mniej lub bardziej odbiegały od dwóch pierwotnych definicji:

  • Większość ekologicznych terminów dotyczących biomasy odnosi się do suszonej biomasy. Czasami jednak zawartość wody nie jest obliczana.
  • Niektóre ekologiczne terminy dotyczące biomasy obejmują zarówno żywą, jak i martwą biomasę. Inne dotyczą wyłącznie żywej biomasy.
  • Większość terminów dotyczących biomasy ekologicznej obejmuje masę komórek. Obejmują również te rzeczy, które są wydzielane lub wydzielane przez komórki. Czasami jednak tylko substancja komórkowa jest określana jako biomasa.
  • W przeszłości wiele terminów dotyczących biomasy ekologicznej odnosiło się jedynie do mas roślin i zwierząt. Jednak coraz częściej brana jest pod uwagę również masa mikroorganizmów.

Żadne pojęcie biomasy ekologicznej nie obejmuje paliw kopalnych , kerogenu czy biogenicznych skał osadowych , chociaż substancje te reprezentują zmodyfikowane formy martwej biomasy.

Pojęcie biomasy energetyczno-technicznej

Pojęcie biomasy energetyczno-technicznej obejmuje wyłącznie produkty pochodzenia zwierzęcego i roślinnego, które mogą być wykorzystane do wytwarzania energii cieplnej , elektrycznej oraz jako paliwa . W porównaniu z pojęciami biomasy ekologicznej, pojęcie biomasy energetyczno-technicznej jest znacznie węższe. Przede wszystkim dotyczy wyłącznie substancji pochodzenia zwierzęcego i roślinnego, ale nigdy substancji mikrobiologicznych. Po drugie, w substancjach pochodzenia zwierzęcego i roślinnego obejmuje tylko te substancje, które można wykorzystać do celów energetycznych.

„Biomasa: substancje organiczne typu biogennego, niekopalnego do wykorzystania energetycznego. Zastosowanie w systemach grzewczych na biomasę.”

- Federalne Stowarzyszenie Stowarzyszeń Ubezpieczeń Odpowiedzialności Pracodawców Rolniczych : Systemy ogrzewania na biomasę. Kassel, 2008, s. 3.

„Biomasa w rozumieniu tego rozporządzenia to nośniki energii wytworzone z fito- i zoomasy. Obejmuje to również produkty uboczne i uboczne powstałe w wyniku fito- i zoomasy, pozostałości i odpady, których zawartość energetyczna pochodzi z fito- i zoomasy.”

- Federalne Ministerstwo Sprawiedliwości we współpracy z juris GmbH : rozporządzenie w sprawie wytwarzania energii elektrycznej z biomasy (rozporządzenie w sprawie biomasy – BiomasseV). Berlin 2001, s. 1.

Następujące formy biomasy rozważane w zakresie technologii energii nazywane są: pelety drzewne , wióry drzewne , słoma , zboże , drewno odpadowe , warzyw gruzu , biodiesla i biogazu . Biomasa istotna energetycznie może zatem mieć postać gazową, płynną i stałą.

Rodzaje biomasy

kryteria

Biomasę można sklasyfikować według trzech różnych kryteriów. Te trzy kryteria i odpowiednie rodzaje biomasy wynikają z różnych pojęć ekologicznych dotyczących biomasy.

Kryterium: zawartość wody

  • Świeża biomasa: Biomasa, w tym zawarta w niej woda.
  • Sucha biomasa: Biomasa bez wody, którą może zawierać.

Kryterium: pochodzenie biomasy

  • Fitomasa: Biomasa pochodzi z roślin.
  • Zoomasse: Biomasa pochodzi od zwierząt.
  • Biomasa mikrobiologiczna: Biomasa pochodzi z mikroorganizmów (w tym grzybów).

Kryterium: żywotność biomasy

  • Żywa biomasa: Biomasa znajduje się na / w żywych organizmach.
  • Martwa biomasa: Biomasa znajduje się w martwych organizmach lub jest martwa.

Żywa biomasa

Podstawą powstawania biomasy są producenci pierwotni . Są to organizmy, które wydobywają niskoenergetyczne materiały budowlane ze środowiska nieożywionego i przekształcają je w składniki odżywcze. Energia, której potrzebują do tej przemiany, pobierana jest również ze środowiska nieożywionego ( autotrofia ). Nieożywione źródła energii dla autotrofii to światło ( fotoautotrofia ) i pewne reakcje chemiczne ( chemoautotrofia ). Najbardziej rozpowszechnionymi, wielokomórkowymi producentami pierwotnymi na kontynencie są fotoautotroficzne rośliny lądowe . Najpowszechniejsi pierwotni producenci obszarów morskich zalanych światłem są mikroskopijni i dlatego należą do fitoplanktonu .

Piramida żywieniowa: 1000 kg zboża rocznie przelicza na 90 kg masy ciała 3000 myszy polnych . Myszołów zwyczajny zjada 3000 myszy polnych rocznie i waży 1 kg. Tak więc tylko niewielka część biomasy pozostaje na kolejnym poziomie troficznym.

Konsumenci żywią się podstawowymi producentami i/lub innymi konsumentami. Spożywane organizmy lub części narządów są trawione przez konsumentów, a następnie wykorzystywane do tworzenia własnej biomasy. W ten sposób np. biomasa roślinna jest przekształcana w biomasę zwierzęcą (→ np. rafinacja ).

Nie cała skonsumowana biomasa może zostać całkowicie strawiona. Pewna część jest wydalana w dużej mierze w postaci niestrawionej. Ponadto konsumenci wykorzystują większość strawnej biomasy do dostarczania energii ( katabolizm ). Tylko niewielka część jest przekształcana we własną biomasę organizmu ( anabolizm ). W rezultacie konsumenci stanowią jedynie niewielką część całkowitej biomasy.

Martwe rośliny, zwierzęta i inne żywe istoty są również określane jako biomasa. Taka biomasa jest z kolei rozkładana przez destruktory i wykorzystywana do budowy własnej biomasy. Ostatecznie destruktory prowadzą do jak największej degradacji biomasy. W końcu te niskoenergetyczne materiały budowlane są ponownie uwalniane, z których pierwotni producenci mogą budować nową biomasę: Cykl materiałowy jest zamknięty.

Martwa biomasa

Dużą część biomasy stanowi materia martwych narządów (izmów). Martwa biomasa jest powszechnie nazywana odpadem inwentaryzacyjnym .

W roślinach martwa biomasa ( martwa fitomasa ) składa się z obumarłych lub zrzuconych części roślin. Należą do nich złamane/podarte liście, pędy boczne, gałązki i gałęzie. Ponadto opadłe liście , nadmiar pyłku i plemników, niekiełkujące zarodniki i nasiona roślin, a także pozostałe owoce. Jednak całe rośliny mogą również obumierać. Większe martwe gałęzie i całe martwe drzewa nazywane są martwym drewnem .

U zwierząt martwa biomasa ( martwa masa zoo ) składa się również z martwych lub zrzucanych części ciała. Obejmuje to włosy, pióra i łuski, które wypadły lub wyrwały się. Podobnie wylinki , kokony , resztki kokonu , skorupki jaj , resztki błon i odpychane łożyska . Również rozerwane i oddzielone części ciała (→ autotomia ) oraz resztki nasienia (w przypadku zapłodnienia zewnętrznego → mleko rybie ). Oczywiście całe zwierzęta mogą również wyginąć (→ tusze ) lub mogą powstawać niezapłodnione jaja. W martwej masie zoo nadal znajduje się wiele wydalin , przede wszystkim ekskrementy .

Martwa fitomasa z roślin lądowych (bez martwego drewna) nazywana jest ściółką . Z biegiem czasu ściółka tworzy grubą warstwę na powierzchni ziemi (warstwa ściółki/warstwa ściółki). Masa martwego zoomu jest również osadzona w warstwie rozpraszającej.

Odpady, które gromadzą się w zbiornikach wodnych to detrytus .

Oprócz określenia martwa biomasa istnieje również określenie nekromasa . W literaturze fachowej oba terminy są jednak używane jako synonimy tylko w nielicznych przypadkach. W innych przypadkach jednak nekromasa odnosi się wyłącznie do martwej fitomasy.

Część martwej biomasy jest deponowana na obszarach, gdzie destruktory prawie nie mogą istnieć. W tak słabo niszczących obszarach występuje zwykle skrajny brak tlenu ( niedotlenienie ) lub wręcz brak tlenu ( niedotlenienie ). Ze względu na bardzo ograniczoną działalność destrukcyjną na tych obszarach mogą stopniowo gromadzić się duże ilości trudno rozłożonej biomasy. Ta mało rozkładająca się biomasa staje się surowcem dla paliw kopalnych . Należą do nich gaz ziemny i ropa naftowa oraz dwa osady biogeniczne: węgiel i torf . Paliwa kopalne nie są już postrzegane jako biomasa. To samo dotyczy kerogenu i innych osadów biogenicznych. Prawdą jest, że biogeniczne wapienie , biogeniczne kamyki i biogeniczne fosforyty można również przypisać pewnym formom martwej biomasy. Nie zalicza się ich jednak również do biomasy.

Skład biomasy

Biomasa składa się głównie z żywych lub martwych organizmów, które z kolei składają się z dużej liczby różnych związków . Ilościowo najważniejsze związki można podzielić na trzy klasy związków:

Ponadto w biomasie znajduje się wiele innych związków, takich jak lignina , nukleotydy i inne.

Ze względu na zawarte w niej pierwiastki chemiczne , biomasa składa się głównie z węgla , tlenu , wodoru , azotu , siarki , fosforu , potasu , wapnia i magnezu oraz w mniejszym stopniu z żelaza , manganu , cynku , miedzi , chloru , boru , molibdenu i inne elementy.

Większość biomasy składa się z żywych lub martwych roślin. Żywe rośliny składają się głównie z węglowodanów, takich jak celuloza. Rośliny wieloletnie tworzą drewno , które składa się głównie z lignocelulozy , połączenia ligniny i celulozy. Po śmierci roślin łatwo rozkładające się związki, takie jak białka, tłuszcze oraz mono- i oligosacharydy, są zwykle szybko rozkładane. Związki takie jak celuloza i lignoceluloza, które są trudne do rozłożenia na bardzo trudne, działają znacznie dłużej. W przypadku ligniny wynika to z dużego udziału pierścieni benzenowych w strukturze chemicznej.

kwoty

Ilość biomasy podawana jest zwykle w postaci suchej biomasy. Jednostki pomiarowe stosuje się gramów  (g) kilogram  (kg) tony (jednostki)  (t) i gigatonne (10 9 T). Zamiast suchej masy coraz częściej podaje się zawartość węgla, ponieważ jasno pokazuje to, ile węgla jest magazynowane w biomasie. Umożliwia to również oszacowanie, ile węgla nieorganicznego (w dwutlenku węgla i wodorowęglanach ) jest co roku usuwane ze środowiska nieożywionego i ponownie włączane do biomasy przez istoty żywe.

Ilości zgodne z koncepcją ekologicznej biomasy

Proporcja biomasy wszystkich ssaków lądowych

Ilość biomasy w całej ekosferze pozostaje trudna do oszacowania. W literaturze pojawiają się różne, czasem bardzo sprzeczne informacje. Istnieją cztery główne punkty sporne:

  • Ilość biomasy, która obecnie istnieje na całym świecie.
  • Ilość biomasy, która jest co roku produkowana na całym świecie.
  • Odsetek biomasy, która jest produkowana rocznie z jednej strony przez organizmy lądowe, az drugiej przez organizmy morskie na całym świecie.
  • Stosowany termin biomasy ekologicznej. Pokazuje, które mieszaniny substancji są faktycznie uważane za biomasę, a które są uwzględnione w szacunkach.

Różni naukowcy mogą czasami dostarczyć bardzo różne wartości biomasy dla tych samych grup żywych istot. Te sprzeczności powstają, ponieważ różni naukowcy nie zawsze używają tych samych terminów dotyczących biomasy ekologicznej. Na przykład wartości biomasy świeżej są znacznie wyższe niż biomasy suchej. Zawarta w nim woda znacząco wpływa na wagę, ale niektórzy autorzy nie zaliczają jej do biomasy, ponieważ ograniczają oni pojęcie biomasy do substancji organicznych. Podobnie wartości biomasy są niższe, jeśli tylko biomasa jest widoczna w organizmach żywych i nie bierze się pod uwagę ogromnej ilości biomasy martwej.

Pierwszego oszacowania całkowitej biomasy ekosfery ziemskiej dokonał w 1926 r. Władimir Iwanowicz Wernadski . Podał ich masę na 10 20 do 10 21 g (gramów), co odpowiada 100 000 do 1 milionowi · 10 15  g lub gigatonom . Globalna biocenoza powinna wytwarzać rocznie ponad 10-25 g nowej biomasy, choć większość uległaby natychmiastowej degradacji. Sześćdziesiąt dwa lata później, na przykład, w 1988 roku rosyjski badacz morski Jewgienij Aleksandrowitsch Romankewitsch oszacował globalną biomasę na 750 · 10 15 g związanego węgla. Zmierzył roczną nowo utworzoną biomasę na 120 · 10 15 g. Oprócz tych dwóch przykładów w literaturze istnieje szereg innych szacunkowych wartości.

rok Rzeczoznawca Szacowany rozmiar szacunkowa masa Jednostki CGS Nowa formacja / rok
1926 Władimir Iwanowicz Wernadski Masa całkowita 100T do 1 miliona Gt 10 20  do 10 21  g > 10 25  g
1988 Jewgienij Aleksandrowicz Romankiewicz węgiel 750 GT 0,75 x 10 18  g 0,12 x 10 18  g

Zdecydowaną większość światowej biomasy tworzą organizmy autotroficzne, zwłaszcza sinice , glony i rośliny lądowe . Wszystkie trzy grupy praktykują pewną formę autotrofii, zwaną fotohydroautotrofią (→ zmiana substancji i energii ). Według Romankewitscha stanowią one żywą biomasę 740 · 10 15 g związanego węgla. Ponad 99 procent całkowitej utworzonej biomasy fotohydroautrotroficznej powinno być obecne w roślinach lądowych, z biomasą 738 · 10 15 g związanego węgla.

Szacuje się, że algi morskie stanowią około połowy rocznej światowej produkcji pierwotnej i wiążą w tym procesie około 50 · 10 15 g węgla. Ilość biomasy morskiej może być również ponad dziesięciokrotnie wyższa. Co roku 45–50 · 10 15 g węgla z dwutlenku węgla ma być wiązanych przez fitoplankton. Gdyby fitoplankton w oceanach przetwarzał mniej dwutlenku węgla na biomasę, stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wyniosłoby prawdopodobnie 565 zamiast 365 ppm. W oceanach świata martwy fitoplankton opada na dno morskie, pochłaniając około 15% lub 8 · 10 15 g węgla wcześniej zasymilowanego przy powierzchni wraz z nim w głąb. Inni naukowcy szacują ilość powstającej rocznie biomasy morskiej na około 530 · 10 15 g, czyli ponad dziesięciokrotnie więcej. Z tych 530 gigaton tylko 3%, czyli 16 · 10 15 g, tonie jako morski śnieg w bezświetlnych obszarach morskich, gdzie staje się podstawą naszych własnych ekosystemów jako martwa biomasa ; W dłuższej perspektywie może być również przekształcany geologicznie w ropę naftową lub gaz ziemny pod wysokim ciśnieniem głębin morskich, a tym samym wydobywany z biomasy.

Według badań opublikowanych w 2018 roku przez Instytut Nauki Weizmanna (Izrael), biomasa Ziemi jest podzielona na różne formy życia w następujący sposób:

  • 82% roślin
  • 13% mikroorganizmów
  • 5% zwierząt i grzybów (ludzie stanowią 0,01%)
Poniższe akapity nie są odpowiednio zaopatrzone w dokumenty potwierdzające ( np. dowody indywidualne ). Informacje bez wystarczających dowodów mogą wkrótce zostać usunięte. Pomóż Wikipedii, badając informacje i dołączając dobre dowody.

Ze względu na antropogeniczny wpływ na biosferę pouczający jest obecny rozkład biomasy wszystkich ssaków lądowych :

  • 60% zwierząt domowych i gospodarskich
  • 36% osób
  • 4% dzikiej przyrody

Według tego na Ziemi żyje obecnie 15 razy więcej zwierząt domowych i gospodarskich niż dzikich , a sami ludzie stanowią ponad jedną trzecią biomasy wszystkich ssaków. Podobnie nietypowe jest rozmieszczenie ptaków: 70% drobiu i tylko 30% ptaków na wolności.

Spośród wszystkich ssaków żyjących na ziemi 60% to zwierzęta hodowlane, większość z nich to bydło i świnie. Bez włączenia człowieka udział zwierząt gospodarskich we wszystkich ssakach wyniósłby nawet prawie 94%.

Izraelscy naukowcy przeanalizowali setki badań pod kątem swojej pracy. Wykorzystano również dane satelitarne i dane z sekwencjonowania genów . Jednak również w tym badaniu autorzy wskazują na znaczną niepewność, zwłaszcza w odniesieniu do mikroorganizmów.

Autorzy badania stwierdzają, że niektóre z ich szacunków pozostają istotnymi niepewnościami. Dotyczy to zwłaszcza bakterii żyjących głęboko pod powierzchnią ziemi. Niemniej jednak badanie jest przełomowe jako pierwsze w swoim rodzaju.

„To badanie jest [...] pierwszą kompleksową analizą rozmieszczenia biomasy wszystkich organizmów na ziemi. Przede wszystkim dostarcza dwóch ważnych wniosków: po pierwsze, że ludzie są niezwykle wydajni w eksploatacji zasobów naturalnych. Zabijali dzikie ssaki niemal na każdym kontynencie, aw niektórych przypadkach eksterminowali je - dla pożywienia lub dla zabawy. Po drugie, biomasa roślinna w przeważającej mierze dominuje z perspektywy globalnej”.

- Paweł Falkowski, Rutgers University (USA)

Przedstawione powyżej liczby dotyczą biomasy całej ziemi lub jej dużych podobszarów lądu, morza i głębin morskich. Istnieje również wiele publikacji naukowych, które zajmują się biomasą mniejszych ekosystemów lub poszczególnych populacji i których informacje o biomasie mogą być tym bardziej precyzyjne, im badane ekosystemy są łatwiej dostępne dla człowieka (przykład leśny ). Wielkość biomasy i produkcja biomasy trudnych do zbadania ekosystemów i biocenoz są stosunkowo trudniejsze do oszacowania (np. plankton ). Do tej pory trudno było oszacować ilość biomasy i produkcji biomasy, które są czysto mikrobiologiczne i trudno dostępne ekosystemy. Znaczna część całkowitej biomasy lądowej – do tej pory prawie całkowicie niezauważona – mogła być obecna w komórkach archeonów i bakterii zasiedlających głębokie osady oceaniczne.

Główne niewiadome w szacowaniu biomasy dotyczą mało zbadanych obszarów mórz, a zwłaszcza jeszcze mało zbadanych, czysto prokariotycznych biocenoz. Uważa się jednak za pewne, że zdecydowana większość żywej biomasy w ekosferze składa się z organizmów autotroficznych, a całkowita biomasa ekosfery zawiera co najmniej kilkadziesiąt gigaton węgla .

Ilości zgodnie z pojęciem biomasy technologii energetycznej

W zależności od czynników, które są brane pod uwagę, istnieją różne potencjały biomasy.
( patrz także artykuł Potencjał biomasy )
( o potencjale bioenergii patrz także artykuł bioenergia )

Ilość odpadów rolniczych szacowana jest na 10-14 km³. Jest to średnio 42,5 t nowej biomasy na hektar rocznie. W lasach naturalnych produkcja ta jest równoważona degradacją biomasy (martwe drewno, liście itp.) w podobnym wymiarze, tak że nie ma przyrostu netto lub zmniejszać. Biomasa produkowana corocznie w samych lasach zawiera 25-krotnie więcej energii niż wydobycie ropy naftowej rocznie.

Przeciętny 80-letni buk ma około 25 metrów wysokości i ma suchą masę 1,8 tony drewna. Wiąże się w nim około 0,9 tony węgla. Ilość energii w drewnie tego buka odpowiada około 900 litrom oleju opałowego. Żywy buk generuje zapotrzebowanie na tlen dla 10 osób.

Ze względów technicznych, ekonomicznych, ekologicznych i innych tylko część biomasy może być udostępniona do użytku przez ludzi, co ogranicza jej potencjalny wkład w zaopatrzenie w energię.

Energia roślinnej żywności produkowanej rocznie dla światowej populacji odpowiada około 20 eksadżuli. Resztki produkcji żywności (ryż, pszenica, kukurydza, trzcina cukrowa), których organizm ludzki nie może wykorzystać, takie jak łodygi, strąki itp. o teoretycznie odzyskiwanej wartości energetycznej ok. 65 eksadżuli są obecnie po prostu spalane. Spalana biomasa z resztek po produkcji żywności wynosi około 2 gigaton rocznie. Co najmniej 38 eksadżuli byłoby do wykorzystania energetycznego rocznie.

Teoretycznie użyteczny potencjał biomasy ziemi odpowiada zawartości energii od 2000 do 2900 eksadżuli masy lądowej i około 1000 eksadżuli w wodach i morzach. Technicznie rzecz biorąc, można by zużyć około 1200 eksadżuli rocznie. Jednak niektóre technicznie możliwe zastosowania mają ograniczenia pod względem ekonomicznym. Po zważeniu kosztów, tylko około 800 eksadżuli rocznie byłoby ekonomicznie użyteczne. Światowe zużycie energii pierwotnej (ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel, energia jądrowa, energia odnawialna) wyniosło w 2004 roku około 463 eksadżuli.

Wykorzystanie biomasy

Biomasa pełni ważną funkcję dla ludzi jako żywność i pasza w hodowli zwierząt, jako surowiec ( surowiec odnawialny – w skrócie Nawaro ) i źródło energii (tzw. bioenergia jak drewno opałowe , biopaliwo itp.). Obecnie ludzie wykorzystują znaczną część biomasy dostępnej na całym świecie. Ale biomasa, która nie jest wykorzystywana przez człowieka, pełni również ważną funkcję w ekosystemach , na przykład jako składnik odżywczy lub siedlisko dla różnych żywych istot. Ponadto w biomasie przechowywane są duże ilości węgla, które są uwalniane jako gaz cieplarniany, dwutlenek węgla (CO 2 ), podczas rozkładu biomasy . Dlatego biomasa odgrywa ważną rolę dla klimatu.

Zalety

  • Wykorzystanie surowców odnawialnych może służyć zachowaniu zasobów surowcowych, takich jak ropa naftowa . Jeżeli surowce odnawialne są dostarczane regionalnie, może zmniejszyć się zależność polityczna i gospodarcza, na przykład od krajów o dużych rezerwach ropy naftowej.
  • Energie odnawialne z surowców odnawialnych umożliwiają generowanie energii neutralnej pod względem CO 2 lub niższej emisji CO 2 .
  • Surowce odnawialne można stosunkowo tanio magazynować.

niekorzyść

  • Jeżeli wykorzystanie biomasy zostanie rozszerzone na wcześniej nieużywane obszary przyrodnicze (np. wycinanie lasów), ekosystemy mogą zostać zniszczone, a bioróżnorodność zagrożona. Uwalniane są również duże ilości CO 2 , zwłaszcza podczas operacji cięcia i spalania .
  • Rosnące zużycie energii i materiałów może prowadzić do konkurencji o ziemię w porównaniu z produkcją żywności. ( patrz artykuł bioenergia i biopaliwa )
  • W produkcji biomasy rolniczej stosuje się nawozy (azot, fosfor, nawozy potasowe i inne nawozy), co prowadzi do emisji gazów cieplarnianych ( podtlenek azotu z nawozów azotowych), wprowadzania azotanów (NO 3 - ) do wód gruntowych, wprowadzania składników pokarmowych do wód powierzchniowych ( eutrofizacja ) i inne Szkody prowadzi. Stosowanie pestycydów może szkodzić środowisku i zdrowiu.
  • Poprzez rozszerzenie nawadniania gruntów rolnych wykorzystywane są zasoby wodne, które są ważne z ekologicznego punktu widzenia lub zapewniają zaopatrzenie w wodę pitną gdzie indziej.
  • Spalanie biomasy stałej (np. drewna) bez specjalnych środków wiąże się z wyższą emisją zanieczyszczeń ( tlenek węgla , sadza , WWA ) niż przy spalaniu oleju czy gazu.
  • Spalanie w systemach usuwa suche i martwe drewno z naturalnego obiegu, a węgiel przechowywany w osadach ściółki leśnej przez dziesięciolecia jest szybko uwalniany do atmosfery jako CO 2 .
  • Pozyskiwanie, przetwarzanie i transport wiąże się z dużym zużyciem kopalnych źródeł energii i energii elektrycznej oraz dużymi nakładami mechanicznymi.

Wykorzystanie biomasy w Niemczech

Większość biomasy wykorzystywanej w Niemczech jest wykorzystywana do produkcji żywności i pasz , jako surowiec odnawialny do wykorzystania materiałowego ( drewno , skrobia itp.) lub do klasycznego wykorzystania energetycznego w postaci drewna opałowego (również w formie upraw rolniczych w plantacje o krótkiej rotacji ). Definicje prawne zawarte są w Rozporządzeniu o Biomasie (BiomasseV).

Od kilku lat następuje znaczny wzrost wykorzystania biomasy. Głównym powodem jest rosnące zużycie energii ( bioenergia ). Ustawa o Odnawialnych Źródłach Energii (EEG) promuje m.in. wykorzystanie biomasy do wytwarzania energii elektrycznej, takie jak spalanie drewna w ciepłowniach na biomasę i elektrociepłowniach na biomasę , czy fermentacja gnojowicy i kiszonki z roślin energetycznych w biogazie elektrownie i późniejsze wytwarzanie energii elektrycznej z biogazu .

Biopaliwa są wspierane przez państwo poprzez obniżone stawki podatkowe ( Ustawa o podatku energetycznym ) i kontyngenty mieszanek ( Ustawa o limitach biopaliw ), ponieważ oszczędzają surowce kopalne, mają mniejszy wpływ na klimat i zmniejszają zależność od importu.

Zrównoważoną uprawę, tj. zgodność z kryteriami ekologicznymi i społecznymi, zapewnia rozporządzenie o zrównoważonym rozwoju biomasy elektrycznej (BioSt-NachV): Producenci bioenergii lub biopaliw muszą udowodnić, że produkty zostały wyprodukowane w sposób przyjazny dla środowiska, klimatu i przyrody. Dowody są dostarczane w ramach certyfikacji przez akredytowane jednostki certyfikujące, takie jak Bureau Veritas lub Technical Monitoring Association . Pozwala to uniknąć szkód ekologicznych, takich jak energetyczne wykorzystanie oleju palmowego z wylesionych obszarów lasów deszczowych.

Wytwarzanie ciepła z bioenergii jest promowana przez Energies ustawy ciepła Renewable (EEWärmeG), zwłaszcza wykorzystania biomasy do pastylek grzania i grzania z wiórów drzewnych .

Zużycie drewna i słomy do celów grzewczych w Niemczech wzrosło w latach 1995-2006 ze 124 do 334 petadżuli. Produkcja biodiesla wzrosła z 2 petażuli w 1995 roku do 163 petażuli w 2006 roku. Produkcja biogazu wzrosła z 14 petażuli w 1995 roku do 66 petażuli w 2006 roku. Dla porównania: Całkowite zużycie oleju mineralnego w Niemczech w 2006 r. wyniosło 5179 petażuli. W produkcji energii elektrycznej udział biomasy i odpadów biogenicznych wzrósł z 670 GWh i 1350 GWh w 1995 r. do 14 988 GWh i 3600 GWh w 2006 r. Wytwarzanie energii elektrycznej W 2006 r. biomasa w przybliżeniu odpowiadała produkcji energii elektrycznej z elektrowni wodnych.

W 2013 roku na ponad jednej dziesiątej gruntów ornych w Niemczech uprawiano rośliny energetyczne jako substrat fermentacyjny dla biogazowni.

Zobacz też

literatura

  • Zrównoważona bioenergia: stan i perspektywy - końcowy raport podsumowujący z projektu "Opracowanie strategii i standardów zrównoważonego rozwoju dla certyfikacji biomasy dla handlu międzynarodowego" przez Öko-Institut / IFEU , m.in. A. Federalnej Agencji Środowiska. Darmstadt / Heidelberg 2010. (plik PDF; 343 kB).

linki internetowe

Wikisłownik: Biomasa  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia

Indywidualne dowody

  1. ^ V. Vernadsky: Biosfera. Nowy Jork 1998, ISBN 0-387-98268-X , s. 70.
  2. ↑ VI Vernadsky: La Géochimie. Paryż 1924.
  3. ↑ VI Vernadsky: biosfera [Biosfera]. Leningrad 1926.
  4. ↑ R. Demoll: Rozważania dotyczące obliczeń produkcyjnych . W: Archiwum Hydrobiologii. 18, 1927, s. 462.
  5. ↑ VG Bogorvo: Sezonowe zmiany biomasy Calanus finmarchicus w rejonie Plymouth w 1930 r. W: Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom (New Series). 19, 1934, s. 585 doi: 10.1017 / S0025315400046658 (pdf; 7,3 MB)
  6. ^ A. Christian, I. Mackensen-Friedrichs, C. Wendel, E. Westdorf-Bröring: Fizjologia metaboliczna. Brunszwik 2006, ISBN 3-507-10918-2 .
  7. ↑ VG Bogorov: Sezonowe zmiany biomasy Calanus finmarchicus w rejonie Plymouth w 1930 roku. W: Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom (New Series). 19, 1934, s. 585–612 doi: 10.1017 / S002531540046658 (pdf; 7,3 MB)
  8. ↑ VG Bogorov: Sezonowe zmiany biomasy Calanus finmarchicus w rejonie Plymouth w 1930 r. W: Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom (New Series). 19, 1934, s. 589. doi: 10.1017 / S002531540046658 (pdf; 7,3 MB)
  9. ^ NA Campbell, JB Reece: Biologia. Monachium 2006, ISBN 3-8273-7180-5 , s. 1414, 1500.
  10. ↑ VG Bogorov: Sezonowe zmiany biomasy Calanus finmarchicus w rejonie Plymouth w 1930 r. W: Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom (New Series). 19, 1934, s. 589. doi: 10.1017 / S002531540046658 (pdf; 7,3 MB)
  11. ^ FW Stöcker, G. Dietrich (red.): Brockhaus abc Biologia. Lipsk, 1986, ISBN 3-325-00073-8 , s. 105.
  12. ^ NA Campbell, JB Reece: Biologia. Monachium 2006, ISBN 3-8273-7180-5 , s. 1414, 1500.
  13. ↑ kieszonkowy słownik biologii Meyera. Mannheim / Wiedeń / Zurych 1988, ISBN 3-411-02970-6 , s. 100.
  14. ↑ biomasa. W: M. Koops: Biologia-Leksykon. połączyć
  15. ↑ biomasa. W: K. Gebhardt (Odpowiedzialny): Środowisko pod D, A, CH · Leksykon środowiskowy. Hamburg, 1995-2012.
  16. ↑ biomasa. W: M. Koops: Biologia-Leksykon. połączyć
  17. ↑ Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann, Hermann Hofbauer: Energia z biomasy - podstawy, techniki i procesy . Wydanie II. Springer, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-85094-6 , s. 2–3 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce Google Book).
  18. ^ FW Stöcker, G. Dietrich (red.): Brockhaus abc Biology. Lipsk 1986, ISBN 3-325-00073-8 , s. 105.
  19. ↑ M. Bahadir, H. Parlar, M. Spiteller (red.): Springer Umwellexikon. Heidelberg / Berlin / Nowy Jork 1995, ISBN 3-540-54003-2 , s. 172.
  20. ↑ T. Müller (odpowiedzialny): Biomasa – wymóg zrównoważonego rozwoju. Artykuł z Wuppertalu
  21. ↑ A. Fallert-Müller, P. Falkenburg, U. Maid (arr.): Lexikon der Biochemie. Tom 1: A do I. Heidelberg / Berlin 1999, ISBN 3-8274-0370-7 , s. 128.
  22. ↑ F. Waskow (odpowiedzialny): Umwellexikon-Online. KATALYSE Institute for Applied Environmental Research, artykuł 2011
  23. ↑ U. Harder (red.): Biomasa. DZIECI.Greenpeace. Hamburg.
  24. ↑ Federalne Stowarzyszenie Rolniczych Stowarzyszeń Zawodowych eV: Systemy ogrzewania na biomasę. Kassel 2008, s. 3 (pdf)
  25. ↑ Federalne Ministerstwo Sprawiedliwości we współpracy z juris GmbH: Rozporządzenie w sprawie wytwarzania energii elektrycznej z biomasy (Rozporządzenie Biomasse - BiomasseV). Berlin 2001, s. 1 (pdf)
  26. ↑ Federalne Stowarzyszenie Rolniczych Stowarzyszeń Zawodowych eV: Systemy ogrzewania na biomasę. Kassel 2008, s. 3 (pdf)
  27. ↑ Federalne Ministerstwo Sprawiedliwości we współpracy z juris GmbH: Rozporządzenie w sprawie wytwarzania energii elektrycznej z biomasy (Rozporządzenie Biomasse - BiomasseV). Berlin 2001, s. 1–2 (pdf)
  28. ↑ M. Seidel: Definicja i ogólne informacje o biomasie. Berlin, 19 lutego 2010 (online) ( Memento od 1 sierpnia 2012 roku w archiwum web archive.today )
  29. ↑ U. Gisi: Ekologia gleby. Stuttgart/Nowy Jork 1997, ISBN 3-13-747202-4 cyt. za R. Skorupski: Określanie biomasy drobnoustrojów za pomocą krzywych oddychania gleby. Berlin 2003, s. 9 (pdf)
  30. ↑ U. Gisi: Ekologia gleby. Stuttgart/Nowy Jork 1997, ISBN 3-13-747202-4 cyt. za R. Skorupski: Określanie biomasy drobnoustrojów za pomocą krzywych oddychania gleby. Berlin 2003, s. 9 (pdf)
  31. ↑ M. Schaefer: Słownik ekologii. Heidelberg / Berlin 2003, ISBN 3-8274-0167-4 , s. 263.
  32. ↑ Florian Nagel: Energia elektryczna z drewna dzięki połączeniu zgazowania i ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem. doktorat Praca dyplomowa. Szwajcarski Federalny Instytut Technologii, Zurych 2008.
  33. ↑ LE Rodin, NI Bazilevich, NN Rozov: Produktywność głównych ekosystemów świata. W: DE Reichle, JF Franklin, DW Goodall (red.): Produktywność światowych ekosystemów. Waszyngton, 1975, ISBN 0-309-02317-3 , s. 13-26.
  34. ^ V. Vernadsky: Biosfera. Nowy Jork 1998, ISBN 0-387-98268-X , s. 70.
  35. ^ V. Vernadsky: Biosfera. Nowy Jork 1998, ISBN 0-387-98268-X , s. 72.
  36. ^ B c E.A. Romankevich : żywej materii Ziemi (aspekty biochemicznych). W: Geochimija. 2, 1988, s. 292-306.
  37. ↑ LE Rodin, NI Bazilevich, NN Rozov: Produktywność głównych ekosystemów świata. W: DE Reichle, JF Franklin, DW Goodall (red.): Produktywność światowych ekosystemów. Waszyngton 1975, ISBN 0-309-02317-3 , s. 25.
  38. ↑ U. Sonnewald: Fizjologia. W: Strasburger podręcznik botaniki. Heidelberg 2008, ISBN 978-3-8274-1455-7 , s. 274.
  39. ↑ W. Probst: Algi - wszechobecne i wszechstronne. W: nauczanie biologii. 365, 2011, s. 6.
  40. ↑ CR McClain: Bujna różnorodność pomimo braku jedzenia. W: Spektrum nauki. 11, 2011, s. 68.
  41. ↑ W. Probst: Algi - wszechobecne i wszechstronne. W: nauczanie biologii. 365, 2011, s. 6.
  42. ↑ Paweł G. Falkowski: Niewidzialny las na morzu. W: Spektrum Nauk. Wydanie 6/2003, s. 56 n.
  43. ↑ CR McClain: Bujna różnorodność pomimo braku jedzenia. W: Spektrum nauki. 11, 2011, s. 68.
  44. ↑ a b Co drugi ssak to „zwierzę gospodarskie”. W: albert-schweitzer-stiftung.de, Berlin, 15.06.2018, dostęp 14.03.2019.
  45. ↑ LE Rodin, NI Bazilevich, NN Rozov: Produktywność głównych ekosystemów świata. W: DE Reichle, JF Franklin, DW Goodall (red.): Produktywność światowych ekosystemów. Waszyngton, 1975, ISBN 0-309-02317-3 , s. 13-26.
  46. ↑ J. Auf dem Kampe: Projekt Planktonu. W: GEO. 12, 2011, s. 70-88.
  47. ↑ JP Fischer, TG Ferdelman: Czterdzieści dni na wodnej pustyni. W: Spektrum nauki. 03 2010, s. 16-18.
  48. ↑ Deutschlandfunk / prąd badawczy z 8 listopada 2009 r.
  49. ↑ Craig Morris: Energia przyszłości – zwrot w kierunku zrównoważonego systemu energetycznego. Heise Zeitschriften Verlag, Hanower 2006, s. 39 i nast.
  50. ↑ a b Landolt-Börnstein, Nowa seria VIII 3C, 5. Biomass, s. 334 ff.
  51. ↑ Federalne Ministerstwo Gospodarki i Technologii, dane dotyczące energii, Tab. 31, zużycie energii pierwotnej według kraju i regionu
  52. ↑ Fred Pearce: Kiedy rzeki wysychają. Wydanie I. Wydawnictwo Antje Kunstmann, 2007.
  53. ↑ Powstawanie drobnego pyłu: ogrzewanie neutralne pod względem CO 2 za pomocą haków. W: VDI-Nachrichten. 26 marca 2010, s. 18.
  54. ↑ Rozporządzenie w sprawie wytwarzania energii elektrycznej z biomasy z dnia 21 czerwca 2001 r. (PDF; 58 kB)
  55. ↑ a b Federalne Ministerstwo Gospodarki i Technologii, Dane dotyczące energii, Tab. 20, Energia odnawialna