Energetic plants - cost and benefit

• Autorzy: Masarovičá E. , Kráľová K. , Peško M.

Warianty tytułu

PL

Rośliny energetyczne - koszty i korzyści

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Biomass energy has been recognized as one of the most promising and most important renewable energy sources in the near future. In some countries of EU (like Slovakia and Poland), renewable energy sources cover only around 6% of energy demand, whereby energy gained from biomass does not extend 3% in the overall energy production. Hence European Commission has already supported all potential activities related to alternative sources of energy, whereby biomass showed crucial position. It was emphasized that besides of woody plant species as energetic plants can be also used both crops (mainly maize, rapeseed, sunflower, soybean, sorghum, sugarcane) and non-food plants (eg switchgrass, jatropha, algae). In general, energetic plant is a plant grown as a low cost and low maintenance harvest used to mąke biofuels, or directly exploited for its energy content (heating or electric power production). Moreover, by-products (green waste) of crops and non-food plants can be also used to produce biofuels. It was stressed that European production of biodiesel from energy crops has grown steadily in the last decade, principally focused on rapeseed used for oil as a substance in FAME (fatty acid methylester) production. Similar tendency was observed for bioethanol (as a biocomponent in gasoline) prepared mainly from maize or cereals. Support of biofuel production reflected response of many governments of EU countries to the long-term climatic changes and continuously increasing price of crude oil as well as recently observed excess of cereals. At present bioethanol and FAME primarily produced from the crops (maize and rapeseed) are used in the traffic. However, in the past these crops were used only as a food. Consequently, a new ethical problem appeared: discrepancy between utilization of maize and rapeseed as a food or as an alternative source of energy. It should be emphasize that large resources of biomass energy are related also to forestry residues, forestry fuel wood and fast growing woody plants, mainly willow, poplar, black locust and European alder. The first two mentioned species have already great tradition for their plantation cultivation. In above-mentioned context, new biotechnological approach showed that energetic plants have also significant application for environment friendly management, mainly in phytoremediation technology. Phytoremediation was presented as a cleanup technology belonging to the cost-effective and environment-friendly biotechnology. Thus several types of phytoremediation technologies being used today were briefly outlined.

PL

Energia biomasy jest uznana za jedno z najbardziej obiecujących i najważniejszych odnawialnych źródeł energii. W niektórych krajach Unii Europejskiej (np. Słowacja i Polska) odnawialne źródła energii pokrywają tylko około 6% zapotrzebowania na energię, przy czym uzyskana energia z biomasy nie przekracza 3% w ogólnej produkcji energii. Dlatego Komisja Europejska popiera wszystkie potencjalne działania związane z alternatywnymi źródłami energii, w których biomasa zajmuje kluczową pozycję. Podkreślono, że oprócz gatunków roślin drzewiastych, jako rośliny energetyczne mogą być również wykorzystywane uprawy (głównie kukurydzy, rzepaku, słonecznika, soi, sorgo, trzciny cukrowej) i inne rośliny niespożywcze (np. proso, jatrofa, glony). Ogólnie rzecz biorąc, uprawa roślin energetycznych, wykorzystywanych do produkcji biopaliw lub bezpośredniego uzyskania energii (ogrzewanie lub produkcja energii elektrycznej), wymaga małych nakładów finansowych na jej utrzymanie i zbiór roślin. Ponadto, produkty uboczne upraw (odpady zielone) i inne rośliny niespożywcze mogą być także wykorzystywane do produkcji biopaliw. Podkreślono, że europejska produkcja biodiesla z roślin energetycznych stale rośnie w ostatnim dziesięcioleciu, koncentrując się głównie na oleju rzepakowym stosowanym jako substancja w produkcji FAME (estry metylowe kwasów tłuszczowych). Podobne tendencje zaobserwowano w przypadku bioetanolu (jako biokomponentu benzyny), otrzymywanego głównie z kukurydzy i zbóż. Wsparcie produkcji biopaliw jest reakcją wielu rządów krajów UE na długoterminowe zmiany klimatyczne i ciągle rosnące ceny ropy naftowej, a także ostatnio zaobserwowany nadmiar produkcji zbóż. Obecnie bioetanol i biodiesel, głównie wytwarzane z kukurydzy i rzepaku, są stosowane w transporcie. Natomiast w przeszłości rośliny te były używane tylko jako żywność. W konsekwencji pojawiły się nowe problemy etyczne: rozbieżność między wykorzystaniem kukurydzy i rzepaku jako żywności lub jako alternatywne źródła energii. Należy podkreślić, że duże zasoby energii można uzyskać z biomasy pozostałości leśnych, drewna opałowego i szybko rosnących drzew liściastych, głównie wierzby, topoli i olchy europejskiej. Uprawa pierwszych dwóch wymienionych gatunków ma już duże tradycje. Nowe podejście biotechnologiczne pokazuje, że rośliny energetyczne mają również duże znaczenie dla przyjaznego zarządzania środowiskiem, głównie w fitoremediacji, która jest przedstawiona jako technologia oczyszczania oszczędna i przyjazna dla środowiska. W skrócie zaprezentowano niektóre dziś używane rodzaje fitoremediacji.

Słowa kluczowe

EN

alternative energy source; bioethics; biofuels; energetic plants; environment; phytoremediation

PL

alternatywne źródła energii; bioetyka; biopaliwa; rośliny energetyczne; ochrony środowiska; fitoremediacja

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 16, nr 3
• Strony: 263--276
• Opis fizyczny: Bibliogr. 48 poz.

Twórcy

autor

Masarovičá E.

autor

Kráľová K.

autor

Peško M.

• Faculty of Natural Sciences, Comenius University Bratislava, Młyńska dolina, SK-84215 Bratislava, Slovakia,

Bibliografia

• [1] Flach B. et al- Netherlands-Germany EU-27/ EU-27 Biofuels Annual. Annual Report 2009. Gain Report Number:NL9014, Date 6/15/2009
• [2] Jasiulewicz M. and Jasiulewicz R.: Biomass from energetic plants as a renewable energy source. Stow. Ekonom. Roln. Agrobiol. 2009, 7, 48-51.
• [3] Kisely P. and Horbaj P.: Possibility for the biomass utilisation in Roznava region. Contribution presented at the Workshop "Preparation of biomass as a fuel for small heating systems for biomass -local solutions for local Requirement". Kysucky Lieskovec, June 19-20, 2006.
• [4] Kráľová, K. and Masarovičá, E.: Minimalisation of the risks for environment at rapeseed cultwation for use as a biofuels. (inSlovak). [In:] A. Manova, F. Čacho (ed.): Proc. 28th Conference of Industrial Toxicology 08. Tatranska Strba, June 18-20, 2008, p. 311-315.
• [5] Crutzen P.J., Mosier A.R., Smith K.A. and Winiwarter W.L.: N2O release from agro-biofuel production negates global warming reduction by replacing fossil fuels. Atmos. Chem. Phys. Discuss., 2007, 7, 11191-11205.
• [6] Carere C R., Sparling R., Cicek N. and Levin D.B.: Third generation biofuels via direct cellulose fermentaiion. Int. J. Mol. Sci., 2008, 9, 1342-1360.
• [7] Hertwich E. G. and Zhang X.: Concentrating-solar biomass gasification process for 3rd generation biofuels. Environ. Sci. Technol., 2009, 43, 4207-4212.
• [8] Perttu K. L.: Environmental justification for short-rotation forestry in Sweden. Biomass Bioenergy, 1998, 15, 1-6.
• [9] Perttu K.L.: Envirmental and hygienic aspects of willow coppice in Sweden. Biomass Bioenergy, 1999,16, 291-297.
• [10] Weger J.: Energy crops in Czech Republic and in EU (In Czech). 2007.
• [11] Johnson J.M.F., Coleman M. D., Gesch R., Jaradat A., Mitchell R., Reicosky D. and Wilhelm W.W.: Biomass- Bioenergy Crops in the United States: A Changing Paradigm. Am. J. Plant Sci. & Biotech., 2007, l, 1-28.
• [12] Andersson F. O., Agren G. and Fuhrer E.: Sustainable tree biomass production. Forest Ecol. Manage. 2000, 132, 51-62.
• [13] Perttu K.L. and Kowalik P. J.: Modelling of energy forestry: growth, water relations and economics. PUDOC, Wageningen 1989, 198 pp.
• [14] Sims R.E.H., Maiava T. G. and Bullock B.T.: Short rotation coppice tree species selection for woody biomass production in New Zeland. Biomass Bioenergy, 2001, 20, 329-335.
• [15] Blasing T.J. and Smith K.: Recent Greenhouse Gas Concentrations. Oak Ridge National Laboratory, United State Department of Energy. Available, 2006. http://cdiac.ornl.gov/pns/ current_ghg.html
• [16] Hansen J., Sato M., Ruedy R., Lo K., Lea D. W. and Medina-Elizade M.: Global temperature change. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2006, 103, 14288-14293.
• [17] Hoffert M.I., Calderia K., Benford G., Criswell D.R., Green C., Herzog H, Jain A.K., Kheshgi H.S., Lackner K.S., Lewis J-S., Lightfoot H.D., Manheimer W., Mankins J.C., Mauel M.E., Perkins L.J., Schlesinger M.E.: Advanced technology paths to global climate stability: energy for a greenhouse planet. Science, 2002, 298, 981-987.
• [18] Balajka J., Lapin M. and Thalmeinerova D.: Fourth National Report of SR about State of Climate and Report about Attained Progress at Fulfilling Kyoto Protocol [in Slovak]. Ministry of Environment of Slovak Republic and Slovak Institute of Hydrometeorology. Bratislava, Slovak Republic. 2005.
• [19] Mosier A.R., Duxbury J.M., Freney J.R., Heinemeyer O. and Minami K: Nitrous oxide emissions from agriculturalfields: Assessment, measurement and mitigation. Plant Soil, 1996,181, 95-108.
• [20] Raghu S., Anderson R.C., Daehler C.C., Davis A.S., Wiedenmann R.N., Simberlof D. and Mack R.N.: Adding Biofuels to the Invasive Species Fire? Science, 2006, 313, 1742.
• [21] Barney J.N. and DiTomaso J.M.: Non-native Species and Bioenergy: Are We Cultivating the Next Invader? BioScience, 2008, 58, 64-70.
• [22] Reichard S.H. and White P.: Horticulture as a pathway of invasive plant introductions in the United States. BioScience, 2001, 51, 103-113.
• [23] DiTomaso J.M., Barney J.N. and Fox A.M.: Biofuel Feedstocks: The Risk of Future Invasions. CAST Commentary QTA 2007-1, CAST, Ames, Iowa 2007.
• [24] Lewandowski I., Clifton-Brown J.C., Scurlock J.M.O. and Huisman W.: Miscanthus: European experience with a novel energy crop. Biomass Bioenergy, 2000,19, 209-227.
• [25] Masarovičá, E., Kráľová, K., Brestić M. and Olsovska K.: Production potential of rapeseed in environmental conditions of Slovakia from aspect of use in „FAME" production [in Slovak]. In: D. Bratsky (ed.); Proc. 8th International Conference Motor Fuels 2008. Tatranske Matliare, June 23-26, 2008, VTS Slovnaft, Bratislava, p. 520-536.
• [26] Rubens C.: WTF Are Fourth-Generation Biofuels? 2008. http://earth2tech.com/2008/03/04/wtf-are-fourth-generation-biofuels/
• [27] Leigh M.L.: Fourth Generation Biofuels. 2009. http://ezinearticles.com/7Fourth-Generation-Biofuels&id=2139086
• [28] Remisova V. and Vinceova A.: Effect of air temperature on flowering onset of rapeseed in Slovakia (in Slovak). [In:] J. Roźńovsky, T. Litschmann, I. Vyskot (eds.): Phenology response of climate variability. March 3, 2006, Brno, Czech Republic, p.1-5.
• [29] Śrojtova G.: Course of climatic conditions and their effect on rapessed yield (in Slovak). [In:] Proceedings of Research Papers of Research Institute of Crop Production in Pieśtany - Institute of Agroecology in Michalovce, Slovakia, 2005, p.15-22.
• [30] Śrojtova G.: Evaluation of relationship between climatic conditions rapeseed yield. (in Slovak). [In:] Bioclimatology and water in the land: International Bioclimatological Conference. Bratislava: Library and Publishing Center of the Faculty of Mathemalics and Physics. Comenius University, Bratislava 2007, p. 209.
• [31] Jambor M., Zubal P. and Karaba S.: Rationalization of components of rapeseed and sunflower cultivation technologies. Realization Methods. Research Institute of Crop Production, Pieśtany, Slovak Republic, p. 22. Kysucky Lieskovec, June 19-20, 2006.
• [32] Meagher R.B.: Phytoremediation of toxic metal and organie pollutants. Curr. Opion. Plant Biol., 2000, 3, 153-162.
• [33] Masarovičá, E., and Kráľová, K.: Medicinal plants - past, nowadays, future. Acta Hort., 2007, 749, 19-27.
• [34] Kramer U.: Phytoremediation: novel approaches to cleaning up polluted soils. Curr. Opin. Biotech., 2005,16, 133-141.
• [35] Perttu K.L. and Kowalik P.J.: Salix vegetation filters for purification of waters and soils. Biomass Bioenergy, 1997,12,9-19.
• [36] Aronsson P., Heinsoo K., Perttu K. and Hasselgren K.: Spatial variation in above-ground growth in unevenly wastewater-irrigated willow Salix viminalis plantations. Ecol. Eng., 2002,19, 281-287.
• [37] McGrath S.P. and Zhao F.J.: Phytoextraction of metal s and melalloids from contaminated soils. Curr. Opin. Biotech., 2003,14, 277-282.
• [38] Gleba D., Borisjuk N.V., Borisjuk L.G., Kneer R., Poulev A., Skarzhinskaya M., Dushenkov S„ Logendra S., Gleba Y.Y. and Raskin L: Use of plant mots for phytoremediation and molecular farming Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1999, 96, 5973-5977.
• [39] Guerinot M.L. and Salt D.E.: Fortifled foods and phytoremediation. Two sides of the same coin. Plant Physiol., 2001,125, 164-167.
• [40] Clemens S., Palmgren M.G. and Kramer U.: A long way ahead: understanding and engineering plan, metal accumulation. Trends Plant Sci., 2002, 7, 309-315.
• [41] Peuke A.D. and Rennenberg H.: Phytoremediation. EMBO Rep. 2005, 6, 497-501 http-7/www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid= 1369103
• [42] Pilon-Smits E. and Pilon M.: Phytoremediation ofmetals using transgenic plants. Crit. Rev. Plant Sci., 2002,21,439-456.
• [43] Clemens S.: Molecular mechanisms of plant metal tolerance and homeostasis. Planta, 2001, 212,475-486.
• [44] Keller C., Ludwig C., Davoli F. and Wochele J.: Thermal treatment of metal-enriched biomass produced from heavy metal phytoextraction. Environ. Sci. Technol., 2005, 39, 3359-3367.
• [45] Li Y.M., Chaney R., Brewer E., Roseberg R., Angle J.S., Bake A., Reeves R. and Nelkin J.: Development of a technology for commercial phytoextraction of nickel: economic and technical considerations. Plant Soil, 2003, 249, 107-1105.
• [46] Ebbs S.D. and Kochian L.V.: Toxicity of Zn and Cu to Brassica species: implications for phytoremediation. J. Environ. Qual., 1997, 26,776-781.
• [47] Van Ginneken L., Meers E., Guisson R., Ruttens A., Elst K., Tack F.M.G., Vangronsveld J., Diels L. and Dejonghe W.: Phytoremediation for heavy metal-contaminated soils combined with bioenergy production. J. Environ. Eng. Land. Manage., 2007,15,227-236.
• [48] Astyk S.: Ethics of biofuels. Energy Bull., 28.12.2006. http://www.energybulletin.net/node/24169.