Energie & Umwelt

Wie effektiv könnte Willow für die Energieerzeugung aus Biomasse sein?

Wie effektiv könnte Willow für die Energieerzeugung aus Biomasse sein?

Strauchweide (Salix) [Bildquelle: Matt Lavin, Flickr]

Die Pennsylvania State University (Penn State) hat ein bemerkenswertes Forschungsprojekt gestartet, bei dem Strauchweiden zur Erzeugung erneuerbarer Energie aus Biomasse verwendet werden.

Willow (Salix) gehört zur 400-köpfigen Familie der Salicaceae, einer wasserliebenden Pflanzenart mit lanzettlichen („lanzenförmigen“) Blättern mit einer Rinde, die einst als Aspirinquelle diente. Die breitblättrigen Sorten werden manchmal als "fahl" bezeichnet, während die schmalblättrigen Sorten traditionell als "Korbweide" bezeichnet werden. Weiden wachsen meist in gemäßigten Regionen der Welt auf feuchten Böden. In einigen Teilen der USA wird seit einigen Jahren an der Verwendung von Weiden geforscht, insbesondere an der Cornell University, an der seit 1998 ein Projekt durchgeführt wird.

Die erste Weidenernte von Penn State wurde im Winter vom College of Agricultural Sciences der Universität auf einem 34 Hektar großen Demonstrationsgrundstück geerntet. Es ist Teil eines größeren Fünfjahresprogramms namens NEWBio, das die nachhaltige Produktion von Holzbiomasse und Gräsern der warmen Jahreszeit zur Energieerzeugung untersuchen und fördern soll. Der Gesamtplan sieht vor, in Abständen von drei Jahren Weiden vom Grundstück zu ernten.

NEWBio ist eigentlich ein regionales Konsortium, das von Penn State selbst mit Mitteln des Nationalen Instituts für Ernährung und Landwirtschaft des US-Landwirtschaftsministeriums geleitet wird. Das Projekt ist nur eines von sieben regionalen Projekten in den USA und bringt eine Reihe von Experten zusammen, darunter Pflanzenwissenschaftler, Agrar- und Bioingenieure, Spezialisten für Sicherheit und Gesundheitsschutz in der Landwirtschaft, Agronomen, Agrar- und Forstökonomen, ländliche Soziologen, Lieferketten und Experten für Geschäftsentwicklung und Erweiterungspädagogen.

Die anderen Mitglieder des Konsortiums sind die Cornell University, das SUNY College für Umweltwissenschaften und Forstwirtschaft, die West Virginia University, die Delaware State University, die Ohio State University, die Rutgers University, das Eastern Regional Research Center des USDA sowie das Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums Idaho National Laboratory.

Ernte von Strauchweiden am Standort Rockview in Penn State [Bildquelle: Penn State, Flickr]

"Dies ist ein ausgezeichneter Standort, um die Auswirkungen auf die Boden- und Wasserqualität, die biologische Vielfalt, die Vermeidung von Kohlendioxidemissionen und das Potenzial für das Wachstum einer regionalen biobasierten Wirtschaft zu untersuchen", sagte Armen Kemanian, außerordentlicher Professor für Produktionssysteme und Modellierung im Department of Plant Wissenschaft im Gespräch mit Penn State News. „Studenten unserer Hochschule besuchen die Website und können diese neue Ernte für die Region aus erster Hand und aus der Nähe betrachten.“

Die erste Ernte von Strauchweiden war im Jahr 2012 gepflanzt und Penn State hofft, es sowohl als erneuerbare Energiequelle als auch als Plattform für die Erforschung der Nachhaltigkeit nutzen zu können. Laut Kemanian ist das Tolle an Strauchweiden, die eine holzige Staude sind, dass sie gerne zurückgeschnitten werden und danach ein kräftiges Nachwachsen erzeugen, das kontinuierlich geerntet werden kann, indem die Ernte wiederholt zurückgeschnitten wird. Da es sich um eine mehrjährige Strauchweide handelt, neigt sie außerdem dazu, ein starkes Wurzelsystem aufzubauen, das den Boden stabilisiert und erhebliche Mengen an Kohlenstoff speichert. Andere Pflanzen, die einen ähnlichen Effekt hervorrufen, sind Switchgrass und Miscanthus. Diese Pflanzen werden auch an anderen Standorten im Nordosten der USA untersucht. Zusammen mit Strauchweiden benötigen diese Pflanzen nicht viel Dünger und können auch die Wasserqualität in Bächen, Flüssen und Flussmündungen verbessern. Aus diesem Grund ist die Erhöhung der mehrjährigen Vegetation zu einem entscheidenden Bestandteil der Wasserqualitätsstrategie von Pennsylvania geworden. Im Wesentlichen dienen diese Pflanzen einem doppelten Zweck - sie halten das Land produktiv und schützen gleichzeitig die Wasserqualität.

Strauchweide benötigt nur ein Drittel des Stickstoffdüngers, der normalerweise einer Maisernte zugeführt wird, während die gleiche Menge Biomasse produziert wird. Wenn die geernteten Pflanzen als Hackschnitzel oder flüssiger Biokraftstoff verbrannt werden, wird das in die Atmosphäre abgegebene Kohlendioxid beim Nachwachsen der Pflanzen wieder absorbiert.

Am Penn State hat der wissenschaftliche Mitarbeiter Felipe Montes eine Reihe von Sensoren installiert, die Kohlendioxid und Wasserdampf messen. Dies wiederum liefert Informationen über das Wachstumspotenzial der Kultur, das im Hinblick auf die Umwandlung von Sonnenlicht und Nährstoffen in Bioenergie-Ausgangsmaterial äußerst effizient ist, da Strauchweiden eine der ersten Pflanzen sind, die im Frühjahr Blätter produzieren und gleichzeitig spät absterben im Herbst, so dass es eine sehr lange Wachstumsphase gibt.

"Wir schätzen, dass wir 20 bis 30 Einheiten Energie pro Einheit fossiler Energie ernten können, die in die Erzeugung der Ernte investiert wird, was zu Kraftstoff mit einem sehr geringen CO2-Fußabdruck führt", sagte Montes. „Die Tatsache, dass diese Biomasse in flüssigen Brennstoff umgewandelt werden kann, ist einer der Hauptvorteile von Strauchweiden und anderen Biomassekulturen. Flüssige Kraftstoffe mit niedrigem Kohlenstoffgehalt sind besonders wichtig für den Ferntransport, die Schifffahrt und die Luftfahrt, wo Elektrofahrzeuge nicht praktikabel sind. “

Ernte von Ballen Weidenbiomasse, Guelph, Kanada [Bildquelle: Nationales Agroforstzentrum, Flickr]

Der NEWBio-Projektleiter Tom Richard, Professor für Agrar- und Biotechnik und Direktor der Penn State Institute für Energie und Umwelt, ist der Ansicht, dass Biomasseenergie wirklich dazu beitragen könnte, die ländliche Nachhaltigkeit im Nordosten voranzutreiben, da mehrjährige Energiepflanzen sehr gut für die Region geeignet sind . Sie könnten sehr wohl ein wichtiges Element für die künftige wirtschaftliche Entwicklung werden, wenn Ernte, Transport und Lagerung der Ernte in großem Maßstab wirtschaftlich durchgeführt werden können.

Das ultimative Ziel wäre die Herstellung von Ethanol auf Zellulosebasis, das dann als Kraftstoff in Kraftfahrzeugen verwendet werden kann. Es könnte auch für Heizungs- und andere erneuerbare Energieanwendungen verwendet werden. Da Strauchweiden auf ärmeren Böden wachsen können, konkurriert sie nicht mit Nahrungspflanzen und bedeutet, dass Mais ausschließlich für Lebensmittel und nicht sowohl für Lebensmittel als auch für Biokraftstoffe verwendet werden kann.

Strauchweiden können neben der Erzeugung von Biomasse für eine Vielzahl anderer Verwendungszwecke geeignet sein. Zum Beispiel untersucht ein Projekt in Minnesota sein Potenzial als lebendiger „Schneezaun“, um Straßen von Schneetreiben und Schneeverwehungen freizuhalten. Eine kürzlich vom Verkehrsministerium von Minnesota durchgeführte Studie ergab, dass Strauchweiden wichtige Vorteile gegenüber anderen Kulturen wie Hartriegel und Preiselbeeren haben, deren Etablierung fünf bis zwanzig Jahre dauern kann, verglichen mit nur zwei bei Strauchweiden. Eine weitere Bewertung der Ernte für diesen Zweck ist für 2017 geplant, wenn sie neben einer neuen Baustelle am Highway 60 zwischen Windom und Mountain Lake gepflanzt wird.

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