تحسين انتاج الكتلة الحيوية

كيفية تحسين إنتاج الكُتلة الحيويّة

يمكن تحسين إنتاج الكُتلة الحيويّة للنباتات الخشبيّة في الغابات باستخدام التكنولوجيا الحيويّة، وتعديل الجينات المسؤولة عن نُموِّ فروع النباتات، بحيث تبدأ الفروع الجانبيّة بالتبرعُم، والنُّمو مباشرةََ خلال السنة الأولى من عُمر النبات، وعدم دخول فترة سكون حتى الربيع القادم، وبذلك تزداد فروع، وأوراق الأشجار.

ويزداد نُموّ النبات بشكل عام، وهكذا تزداد الكُتلة الحيويّة الناتجة عن هذه النباتات دون أن تتأثَّرَ قدرتها على إنتاج الغذاء للبشر، ويمكن لهذه التكنولوجيا أيضاً التخفيف من آثار ظاهرة الاحتباس الحراريّ، وتعزيز أمن الطاقة.

تُعَدُّ الطحالب من المصادر المُتاحة لإنتاج كُتلة حيويّة يمكن تحويلها إلى مصدر للطاقة، إلّا أنّ الطحالب يمكن أن تنافس الكائنات الحيّة الأخرى على الماء، والضوء، كما أنّ تكلفة إنتاج الطاقة منها لا تزال عالية لذلك يسعى باحثون في جامعة جورجيا إلى التغلُّب على هذه المشكلة بتنمية طحالب مجهريّة في أنظمة البِرَك المفتوحة، وزيادة إنتاجيَّتها، عن طريق استخدام مُنشِّطات نُموٍّ ذات تكلفة منخفضة، خاصّة عند استخدام المُغذِّيات الدقيقة التي تدعمُ نُموَّ، وتكاثر الطحالب الدقيقة، وتُشير النتائج الأوّلية إلى أنّ هذه الطريقة تُؤدّي إلى زيادة إنتاج الكُتلة الحيويّة بنسبة تصل إلى 138٪.

ومن الحلول الأخرى التي تزيد من كفاءة استخدام الكُتلة الحيويّة لإنتاج الطاقة:

• استغلال بعض النباتات العشبيّة المُعمِّرة، والتي تنمو دون الحاجة إلى إعادة زراعتها، مثل الثمام العصويّ (بالإنجليزيّة: Switchgrass) الذي ينمو بكثرة في السهول الكُبرى، والذي يتميّز بأنّه يُعيد العناصر الغذائيّة إلى التربة؛ ممّا يُعزِّز نُموّ الموسم التالي.
• استغلال النباتات التي تعيش في بيئات لا تتمكَّن المحاصيل الزراعيّة من العيش فيها، مثل أشجار الحور التي لديها القدرة على العيش في التربة السامّة؛ نظراََ لقدرتها على التخلُّص من المُلوِّثات.
• إنتاج سلالات من النباتات التي تتمكَّن من مقاومة الجفاف، والملوحة العالية.

العوامل المؤثرة على إنتاج الكتلة الحيوية

تساعد معرفة العوامل المؤثرة على إنتاج الكتلة الحيوية ودراستها في إيجاد أفضل الطرق لتحسين إنتاج الكتلة الحيوية، وتوجد العديد من العوامل التي تؤثر بشكل كبير على الكتلة الحيوية عند النباتات، وفيما يأتي بيان أهم تلك العوامل بالتفصيل:

• توافر مغذيات التربة

يؤثر نقص المغذيات في التربة سلبًا على الكتلة الحيوية وعلى إنتاج الثمار، ولذلك فإنَّ التحكم في كمية المغذيات وفق مستوياتها المثلى يساهم في زيادة الكتلة الحيوية وبالتالي تحسين الإنتاج، وتعدُّ عملية التسميد أكثر الطرق شيوعًا من أجل تحسين مغذيات التربة.

• رطوبة التربة

تكمن أهمية مستويات رطوبة التربة في التأثير على نمو جذر النبات، وهذا بالتالي يؤثر على عملية امتصاص المغذيات من التربة، والعديد من النباتات تكون أكثر حساسية تجاه نقص الرطوبة في التربة خلال مرحلة معينة من نموها كما في أشجار الزيتون، إذ يؤدي نقص الرطوبة في التربة إلى التأثير سلبًا على الكتلة الحيوية والإنتاج.

• درجة حرارة التربة

تؤثر درجة التربة على نمو الجذر وبالتالي على مستويات امتصاص المياه والمغذيات، فإذا كانت درجة الحرارة مناسبة لنمو الجذر جيدًا تحسن امتصاص المغذيات والمياه ويؤدي ذلك بدوره إلى تحسين الكتلة الحيوية.

• درجة حرارة الهواء

تؤثر درجة حرارة الهواء كثيرًا على عملية البناء الضوئي في النبات، وهي أهم الوظائف الفيسيولوجية عند النباتات، وتختلف درجة الحرارة المثلى للهواء وفقًا لنوع النبات وصنفه.

• رطوبة الجو

يسرع انخفاض رطوبة الجو عملية النتح على سطح ورقة النبات، وهذا بدوره يؤدي إلى انخفاض المخزون المائي في النبات الذي يؤدي إلى انخفاض الكتلة الحيوية بسبب انخفاض معدل النمو في النبات.

• فترة الإضاءة

تؤثر مدة الإضاءة خلال اليوم على الكتلة الحيوية لأنها تؤثر مباشرة على النمو الخضري.

• شدة الإضاءة

يعد الضوء إلى جانب غاز ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) من أهم العوامل التي تؤثر على معدلات البناء الضوئي، وزيادة الضوء إلى حده المثالي يؤدي إلى تحقيق الحد الأعلى من عملية البناء الضوئي، وبالتالي زيادة الكتلة الحيوية.

استخدام الكُتلة الحيويّة لإنتاج الطاقة

يمكن حَرْق الكُتلة الحيويّة مباشرة لإنتاج الطاقة الحيويّة، كما يحدث عند حَرْق الأخشاب، والقمامة، واستخدامها في محطّات توليد الكهرباء، كما يمكن تحويل الكُتلة الحيويّة قبل حَرْقها إلى أشكال أخرى، منها الغاز الحيويّ الذي ينتجُ من تحلُّل الورق، وفضلات الطعام، والنفايات في مدافن النفايات، وأيضاََ عن طريق معالجة مياه الصَّرْف الصحّي ، ورَوث الحيوانات، في أوعية خاصّة تُسمَّى الهاضمات (بالإنجليزيّة: digesters).

ويمكن تحويل الكُتلة الحيويّة إلى وقود حيويّ سائل، فعلى سبيل المثال، يمكن تخمير محاصيل الذُّرة، وقَصَب السكَّر؛ لتحويلها إلى وقود الإيثانول الذي يتمّ حَرْقه لتسيير المَركَبات، كما يمكن تحويل الزيوت النباتيّة، والدهون الحيوانيّة، إلى وقود الديزل الحيويّ المُستخدَم كوقود في المَركَبات، أو كزيتٍ للتدفئة.

إيجابيّات استخدام الكُتلة الحيويّة كمصدر للطاقة

يَجدُ الكثير من المُهتمِّين بشؤون البيئة أنّ الطاقة الناتجة من استخدام الكُتلة الحيويّة كوقود أقلّ إضراراََ بالبيئة من الوقود الأحفوريّ، فعلى الرّغم من أنّ كلا الوقودين يُحرِّران كربوناً على شكل ثاني أكسيد الكربون، أو على شكل الميثان عند حَرْقهما، إلّا أنّ الوقود الحيويّ يحتوي على كربون أُزِيل حديثاََ من جوّ الأرض، ولا يُخِلّ وجوده كثيراََ بتوازُن الغازات في البيئة.

كما تُوجَد طُرُق تجريبيّة تُعرَف باسم (التغويز)؛ لتحويل غاز ثاني أكسيد الكربون، إلى أوّل أكسيد الكربون المُستخدم أيضاََ كوقود، ممّا يعني عدم إطلاق أيّة نفايات ضارّة من ثاني أكسيد الكربون، أمّا الكربون الناتج عن حَرْق الوقود الأحفوري، فهو يحتوي على كربون كان مُخزَّناََ لملايين السنين، وإطلاقه يُوجِدُ فائضاََ في جوّ الأرض، ويساهم في حدوث التغيُّرات المناخيّة، وتكوُّن الضباب الدخانيّ، ومن جهة ثانية، لا تنتجُ عن حَرْق الوقود الحيويّ سموم، بينما تنتج عن حَرْق الوقود الأحفوريّ بعض السموم، مثل: الكبريت، والزئبق.

من الإيجابيّات الأخرى لإنتاج الطاقة من الكُتلة الحيويّة: إنعاش الاقتصاد الزراعي المحلّي، وجَذْب بعض الحشرات المفيدة التي تُساعد على مُكافَحة الآفات الزراعيّة، وبالتالي تُقلِّل من الحاجة إلى استخدام المُبيدات الحشريّة، كما يمكن تقليل تكلفة إنتاج الطاقة، وزيادة كفاءتها، وذلك باستخدام الميكروبات المُصنَّعة؛ لتسريع عمليّة تخمُّر المحاصيل؛ للحصول على الإيثانول.

سلبيّات استخدام الكُتلة الحيويّة كمصدر للطاقة

على الرغم من الإيجابيّات العديدة ل استخدام الكُتلة الحيويّة كمصدر للوقود الحيويّ ، إلّا أنّها كغيرها من مصادر الطاقة، لديها بعض السلبيّات، منها:

• استغلال البشر للأراضي والمصادر الأخرى؛ وذلك لزراعة المحاصيل التي يمكن تحويلها إلى وقود حيويّ، بدلاََ من زراعة المحاصيل الغذائيّة، بالإضافة إلى لجوء البعض إلى تحويل بعض المحاصيل الغذائيّة، مثل الذُّرة إلى وقود، ممّا أدّى إلى ارتفاع أسعارها في الأسواق.
• الإخلال بالأنظمة البيئيّة؛ إذ يلجأ البعض إلى قَطْع الغابات؛ لاستبدالها بأشجار يمكن استغلاها لإنتاج الطاقة، ومن الأمثلة عليها قَطْع الغابات في ماليزيا لزراعة أشجار النخيل التي يمكن تحويل زيتها إلى وقود، كما أنّ الأصناف التي يتمّ إدخالها إلى بيئات جديدة، قد تُؤدِّي إلى الإضرار بالأنواع الأصليّة في المنطقة، ومن الأمثلة على ذلك زراعة القَصَب، أو الغاب العملاق الذي أدّى إلى ابتلاع مناطق الأراضي الرطبة الاستوائيّة (إيفرجلاد) في ولاية فلوريدا، وعمل على خَنْق ممرّاتها المائيّة.
• استهلاك المحاصيل التي تُستخدَم لإنتاج الطاقة لكمّية كبيرة من الماء، والأسمدة.