Biomasa w liczbach

Teoretycznie wykorzystanie biomasy jako źródła energii jest bardzo atrakcyjne, a ponadto jest to surowiec niskoemisyjny i odnawialny. Dlatego właśnie zastosowanie biomasy drzewnej stało się już technologią komercyjną, którą poważnie interesują się decydenci. Podstawy teoretyczne produkcji czystej energii z biomasy pozostają jednak nadal tylko teorią. "Mamy do czynienia z trzema pytaniami dotyczącymi pozyskiwania energii z biomasy drzewnej, na które dotąd nie udzielono odpowiedzi" — wyjaśnia Reinhart Ceulemans: "Czy jest to metoda efektywna? Czy jest opłacalna ekonomicznie? I przede wszystkim — czy naprawdę umożliwia ograniczenie emisji gazów cieplarnianych?" Aby udzielić odpowiedzi na te pytania, wraz ze swoim zespołem z belgijskiego Uniwersytetu w Antwerpii profesor realizuje projekt POPFULL, wykorzystując do tego celu pięcioletni grant przyznawany przez ERBN doświadczonym naukowcom. Celem jest przeprowadzenie pełnej analizy cyklu życia plantacji biomasy. Naukowcy gromadzą wszelkie dane wejściowe i wyjściowe, a także analizują negatywne i pozytywne skutki oddziaływania na środowisko.

Na polach (i w lasach) Flandrii

w pobliżu Gandawy zespół założył mieszaną plantację szybko rosnących odmian topoli i wierzby, zajmującą obszar ponad 18 hektarów. Naukowcy badają lasy odroślowe o krótkiej rotacji, w których drzewa są ścinane przy ziemi co dwa lata, a ich pnie i konary są zbierane, rozdrabniane i wykorzystywane do produkcji energii.

Badania obejmą dwa cykle zbiorów, w roku 2012 oraz 2014. Istotną częścią analizy cyklu życia jest pomiar wszelkich danych wejściowych i wyjściowych związanych z lasem odroślowym o krótkiej rotacji, takich jak ilość paliwa zużywanego przez maszyny do obsługi plantacji, emisje gazów cieplarnianych związanych ze spalaniem biomasy oraz ilość wytworzonej energii. Ponadto mierzony jest również bilans węglowy w ekosystemie, czyli napływ i odpływ gazów cieplarnianych na terenie plantacji, z uwzględnieniem CO2, CH4, N2O oraz innych gazów. "Zestawienie pomiarów dotyczących procesów zachodzących w lasach odroślowych o krótkiej rotacji z danymi z ekosystemu umożliwi nam uzyskanie pełnej analizy cyklu życia bilansu węglowego na tego rodzaju plantacjach, a także wyników ilościowych dotyczących ich wpływu na globalne ocieplenie" — objaśnia prof. Ceulemans.

Nowe narzędzia i wysokie wieże

"Pomiary przepływu gazów cieplarnianych są kluczowym elementem naszej pracy. Nowe narzędzia i techniki, które to umożliwiają, są dostępne dopiero od niedawna" — mówi prof. Ceulemans. Wśród szpalerów drzew ustawiono wysoki maszt, na którym zainstalowano trójwymiarowy anemometr oraz analizatory gazów o wysokiej czułości. "Stale mierzymy trójwymiarowo prędkość wiatru oraz stężenie gazów cieplarnianych w atmosferze, aby uzyskać sumaryczne dane dotyczące gazów napływających do plantacji i wypływających z niej. Na podstawie różnicy ustalamy, ile gazów wykorzystują drzewa, głównie w ramach fotosyntezy. Za pomocą tych wyjątkowo czułych instrumentów możemy zauważyć spadek fotosyntezy po zapadnięciu zmroku, a nawet wzrost stężenia CO2, gdy plantację odwiedzają duże grupy osób".

Wieloma wartościowymi działaniami związanymi z pomiarami przepływu gazów cieplarnianych zajmowała się dr Donatella Zona, główna badaczka w zespole, która uzyskała grant Marie Curie. "Ta plantacja jest wyjątkowa. To pierwsza plantacja na świecie, w której zastosowano sprzęt do pomiaru pełnego bilansu gazów cieplarnianych, umożliwiający przeprowadzenie pełnej analizy cyklu życia" — wyjaśnia prof. Ceulemans. "W związku z tym cieszymy się dużym zainteresowaniem — dokument o naszym projekcie przygotował sam magazyn National Geographic".

Gromadzenie wyników

"Po jednej rotacji zaobserwowaliśmy, że uzyskiwana energia dwukrotnie przewyższa tę zainwestowaną, a w drugiej rotacji wyniki będą lepsze. Wynika z tego, że plantacja jest wydajna. W kwestii gazów cieplarnianych potrzebujemy jeszcze wyników z drugiej rotacji. Jak dotąd proces nie jest jeszcze w pełni niskoemisyjny, ale udało nam się znacznie obniżyć ilość gazów cieplarnianych w porównaniu do spalania paliw kopalnych" — mówi prof. Ceulemans. "Podejrzewamy jednak, że bez subwencji lasy odroślowe o krótkiej rotacji będą rozwiązaniem ekonomicznym tylko przez około 20 lat. Wiele źródeł energii uzyskuje dofinansowanie, zatem jest to raczej kwestia polityki niż samej ekonomii" — objaśnia profesor.

"Patrząc na sprawę z szerszej perspektywy, po ukończeniu projektu POPFULL będziemy dysponować konkretnymi danymi liczbowymi, które umożliwią podejmowanie na podstawie danych naukowych i dowodów decyzji wspomagających wykorzystanie biomasy oraz zapewnienie jej właściwego miejsca w energetyce przyszłości".

- Źródło: Prof. dr Reinhart Ceulemans
- Koordynator projektu: Uniwersytet w Antwerpii, Belgia
- Tytuł projektu: System analysis of a bio-energy plantation: full greenhouse gas balance and energy accounting
- Akronim projektu: POPFULL
- witryna internetowa projektu POPFULL
- siódmy program ramowy (7PR) (nabór wniosków do ERBN): Zaawansowany Grant 2008
- Wsparcie ze strony KE: 2 500 000 EUR
- Czas trwania projektu: pięć lat

- Program dokumentalny National Geographic (nl/en):
- j. angielski
- j. niderlandzki

- Wybrane publikacje:
- Njakou Djomo S., El Kasmioui O. oraz Ceulemans R. (2011) Energy and greenhouse gas balance of bioenergy production from poplar and willow: a review. Global Change Biology Bioenergy, 3: 181-197
- Broeckx L.S., Verlinden M.S. oraz Ceulemans R. (2012) Establishment and two-year growth of a bio-energy plantation with fast-growing Populus trees in Flanders (Belgium): Effects of genotype and former land use. Biomass and Bioenergy, 42: 151-163
- El Kasmioui O. oraz Ceulemans R. (2012) Financial analysis of the cultivation of poplar and willow for bioenergy. Biomass and Bioenergy, 43: 52-64
- Njakou Djomo S. oraz Ceulemans R. (2012) A comparative analysis of the carbon intensity of biofuels caused by land use changes. Global Change Biology Bioenergy, 4: 392-407
- Berhongaray G., El Kasmioui O. oraz Ceulemans R. (2013) Comparative analysis of harvesting machines on an operational high-density short rotation woody crop (SRWC) culture: one-process versus two-process harvest operation. Biomass and Bioenergy, doi:10.1016/j.biombioe.2013.07.003
- Njakou Djomo S., El Kasmioui O., De Groote T., Broeckx L.S., Verlinden M.S., Berhongaray G., Fichot R., Zona D., Dillen S.Y., King J.S., Janssens I.A., Ceulemans R. (2013) Energy and climate benefits of bioelectricity from low-input short rotation woody crops on agricultural land over a two-year rotation. Applied Energy, 111: 862-870
- Verlinden M.S., Broeckx L.S., Wei H. oraz Ceulemans R. (2013) Soil CO2 efflux after land use change to a bioenergy plantation with fast-growing Populus trees – influence of former land use, inter-row spacing and genotype. Plant and Soil, 369: 631-644
- Verlinden M.S., Broeckx L.S., Zona D., Berhongaray G., De Groote T., Camino Serrano M., Janssens I.A., Ceulemans R. (2013) Net ecosystem production and carbon balance of an SRC poplar plantation during its first rotation. Biomass and Bioenergy, 56: 412-422.
- Zona D., Janssens I.A., Aubinet M., Gioli B., Vicca S., Fichot R., Ceulemans R. (2013) Fluxes of the greenhouse gases (CO2, CH4 and N2O) above a short-rotation poplar plantation after conversion from agricultural land. Agricultural and Forest Meteorology, 169: 100-110.