Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor din agricultură, inclusiv substanțele vegetale și animale, silvicultură și industriile conexe, precum și partea biodegradabilă a deșeurilor industriale și urbane. În biomasă, ca suport energetic, sunt incluse şi resturile din zootehnie, din industria alimentară şi din mediul marin (algele), care sunt prelucrate pentru extracţia energiei.

Prin procesul de fotosinteză plantele verzi transformă energia solară în energie chimică. Din bioxidul de carbon aflat în atmosferă şi apă rezultă carbohidraţii care constituie baza energetică a biomasei. Energia este înmagazinată în legăturile chimice ale moleculelor şi poate fi eliberată prin mai multe metode. Cea mai veche şi des utilizată este obţinerea energiei termice prin ardere, pentru care se utilizează biomasa în stare solidă (lemnul). Până în prezent, lemnul este utilizat în multe ţări ca sursă primară de energie. Din biomasă se pot obține carburanţi lichizi, ca de exemplu alcool din trestie de zahăr, sfeclă de zahăr şi unele cereale, sau biodiesel din seminţe de rapiţă, cânepă, floarea soarelui şi din uleiuri vegetale (Jatropha curcas, ulei de palmier, etc.). Prin fermentaţia microbiană a resturilor biologice din agricultură, zootehnie şi industria alimentară se poate obţine biogaz.

Producerea de energie din biomasă a rezolvat deja câteva probleme importante ale omenirii:

-Limitarea utilizării energiei nucleare, care prezintă dezavantajul major privind reciclarea şi depozitarea deşeurilor radioactive.

-Limitarea utilizării carburanţilor fosili, ale căror rezerve sunt limitate.

-Completarea resurselor energetice mondiale cu producerea de biocarburanţi din agricultură şi exploatările forestiere.

Un interes deosebit a apărut pentru plantele cu conţinut mare de energie, ca de exemplu seminţele plantelor oleaginoase (rapiţa şi floarea soarelui) şi pentru plantele cu maturizare rapidă, ca de exemplul plopul şi salcia, care pot fi recoltate după trei – cinci ani. Plante ca stuful, papura şi iarba se caracterizează prin creştere rapidă şi productivitate mare, până la 30 tone de biomasă uscată la hectar pe an, ceea ce corespunde la 14.000 litri de biodiesel sau la 12 tone de cărbune.

Purtătorii biologici de energie prezintă următoarele mari avantaje:

– Nu prezintă riscuri ascunse (sau dificil de evitat), ca şi energia nucleară (deşeurile).

– Sunt regenerabili.

– Spre deosebire de energia eoliană şi energia solară, ei pot fi depozitaţi prin mijloace obişnuite și apoi utilizaţi după necesităţi.

– Din biomasă se pot obține carburanți lichizi sau gazoși, care pot fi utilizați pentru scopuri şi în instalaţii diferite.

– Avantajul major pentru climă şi mediul înconjurător este că arderea este neutră din punct de vedere al emisiei de bioxid de carbon, adică se emite numai cantitatea de CO₂ care a fost captată de plantă în procesul de fotosinteză.

– Emisia de gaze cu efect de seră (GES) sau nocive mediului înconjurător este relativ redusă, totuși prin arderea biomasei se eliberează oxizi de azot, hidraţi de carbon cu legături aromatice şi cu halogeni.

Producţia la hectar a plantelor cu conţinut energetic poate fi superioară producţiei de cereale sau a copacilor de esenţă tare din exploatarea forestieră. Conform directivelor UE de a evita supraproducţia de cereale, unii agricultori decid să reducă suprafeţele cultivate cu cereale în folosul plantelor cu conţinut mare energetic.

Obţinerea energiei regenerabile, compatibilă cu mediul înconjurător devine astfel foarte interesantă, atât ecologic cât şi economic. Deocamdată costurile de producţie a plantelor cu conţinut mare energetic sunt relativ mari, astfel că biomasa şi producţia de carburanţi biologici are costuri mai mari decât a carburanţilor fosili. Bilanţul financiar pentru producerea carburanţilor biologici va deveni cu atât mai avantajos, cu cât biomasa va fi completată cu paie din exploatarea cerealelor, cu deșeuri (crengi, coajă şi rădăcini) din exploatarea forestieră şi cu resturi biologice din zootehnie. Conform evaluărilor, carburanţii produși din biomasa existentă în Germania ar putea acoperi între 5-10% din energia primară necesară. Suedia şi Austria sunt ţările cele mai avansate în utilizarea unui procentaj ridicat al biomasei pentru producerea carburanţilor biologici. Conform legislației europene, au fost acordate subvenţii financiare pentru uzinele producătoare de energie din vânt, soare, geo-termală, apă şi biomasă, astfel că în curând această energie va acoperi peste 20% din necesarul de energie.

Potenţialul de biomasă existent depinde de disponibilitatea de terenuri agricole marginale, sterpe, sau scoase din circuitul de exploatare, păduri şi întreprinderi care produc reziduuri biologice (ferme zootehnice), exploatarea agricolă eficientă şi recoltarea economică care produce o cantitate mare de plante cu conţinut energetic, seminţe şi paie, precum şi existenţa infrastructurii pentru transportul şi manipularea biomasei. Biodiversitatea este un factor important pentru reciclarea terenurilor, în care sunt intercalate culturile de plante cu conţinut energetic. Modificări demografice – creşterea şi distribuţia populaţiei determină echilibrul între utilizarea terenurilor pentru producerea de cereale şi pentru producerea de plante cu conţinut energetic, la care se adaugă interdependenţa comercială cu produsele alimentare, hrană pentru animale, îngrăşăminte pentru terenurile agricole. Dialogul, comunicaţia şi planificarea între domeniul agricol, forestier şi industria de carburanţi contribuie la o bună utilizare a potenţialului de biomasă.

Figura a prezintă potenţialul european al reziduurilor obţinute anual de pe terenurile agricole. România ocupă locul 10 în Europa ca potenţial al biomasei din agricultură (~80 PJ/an) şi din domeniul forestier (~110 PJ/an) şi. Cantitatea reziduurilor din agricultură, zootehnie şi din domeniul forestier este în creştere. (PJ, Petajoule = 10¹⁵ Joule.)

Figura b prezintă situaţia energetică echivalentă a reziduurilor din zootehnie.

Din domeniul forestier, potenţialul anual este:

  76,5 milioane m³ reziduuri naturale (prin cădere),

    7,2 milioane m³ cioturi, rădăcini, etc.

115,4 milioane m³ crengi, vegetaţie adițională:

Total: ~200 milioane m³ materie biologică solidă.

Din această cantitate, 76 milioane tone lemn se utilizează pentru încălzire. Potenţialul forestier anual european este echivalent cu 32 milioane tone de țiței. (1 m³ de lemn proaspăt tăiat = 890 kg, sau 600 kg lemn uscat, corespunde unei energii de 2 MWh, sau 7,2 GJ.)

Figura c prezintă bilanţul de exploatare din industria forestieră: resturile neutilizate industrial reprezintă 70% din materia brută iniţială.

Pentru scopuri pur energetice, în Europa se utilizează numai un sfert din potenţialul forestier.

Figura d prezintă consumul de lemn pentru realizarea planurilor UE din anul 2005, cu previziuni pentru anii 2010 şi 2020, de producere a energiilor regenerative.

În Scandinavia cel mai mult lemn de pădure se utilizează pentru încălzit, împreună cu cărbune și turbă. Aşchiile, rumeguşul şi alte deşeuri din industria forestieră se utilizează la scară mică şi numai dacă îndeplinesc standardele europene (mărimea particulelor, conţinutul de umezeală etc.) Deşeurile forestiere se utilizează mai mult local, fiind transportate pe distanţe scurte.

În Germania și Anglia, partea biodegradabilă a deşeurilor din construcţii, industrie și comerţ ajunge la 600 milioane tone/an.

Dacă în anul 2020 se vor utiliza numai în Germania, cca. 25 milioane m³ masă lemnoasă pentru a produce 5 milioane tone biocarburant, deşeurile nu vor fi epuizate, însă alți consumatori vor fi înlăturați de pe piață.

Pentru producerea biocarburanţilor în anul 2006 s-a cultivat în Germania o suprafaţă de 1.570.000 ha cu plante bio-energetice şi copaci, sau 14% din suprafaţa totală cultivabilă. Mărimea suprafeţelor cultivate cu diferitele plante sunt date informativ mai jos:

1.101.000 ha rapiţă

   295.000 ha păioase, porumb

   128.000 ha copaci

     18.000 ha sfeclă de zahăr

     10.000 ha plante medicinale şi condimente

       5.000 ha floarea soarelui

       3.000 ha cânepă          

       2.000 ha plante cu fibră vegetală

Cele mai obişnuite produse agro-forestiere cu potenţial mare de extracţie a bio-energiei şi biocarburanţilor sunt următoarele:

a. Specii anuale: grâu, orz, porumb, sfeclă furajeră, trestie de zahăr, rapiţă, floarea soarelui, kenaf (Hibiscus cannabinus). Avantaje acestor produse sunt: recoltă anuală, însămânţare simplă, recoltarea se face cu maşini agricole obişnuite, pot fi utilizate prin rotaţie. Dezavantajele sunt impactul direct asupra solului, prin prelucrare şi utilizarea îngrăşămintelor chimice.

b. Specii perene: Jatropha, stuf, papură, plop, salcie, salcâm. Ele au avantajele unei producţii anuale mari, sunt longevive, se adaptează uşor și au un impact redus asupra mediului: pământul nu trebuie prelucrat în prealabil, nu duc la eroziunea solului și nu necesită ierbicide. Dezavantaje: necesită maşini agricole speciale de recoltat şi au conţinut mare de cenuşă.

Țările membre în UE care au suprafeţe agricole mari (Franţa, Germania, Polonia, România, Bulgaria) trebuie să-şi mărească potenţialul de producere şi utilizare a deşeurilor pentru producerea de energie. Se presupune că potenţialul de producere a biomasei energetice a ţărilor membre din Europa de Est va creşte de patru ori (prin producţii mărite, metode moderne de management, etc.), desigur cu consecinţe în creşterea preţurilor (la suprafeţele de pământ, salarii, etc.).

Ţările din nordul Europei trebuie să-şi mărească producția de energie din biomasă prin utilizarea metodelor moderne de exploatare forestieră. Ţările din sudul Europei trebuie să-şi intensifice vigilenţa pentru evitarea incendilor pădurilor şi să-și modernizeze infrastructura de exploatare forestieră. În domeniul deşeurilor de natură biologică se recomandă utilizarea de metode noi de sortare şi precondiţionare.

În condițiile unei creșteri a populaţiei conform valorilor din figura e, problemele critice în dezvoltarea producerii de masă biologică energetică sunt:

– Trebuie găsit un raport echitabil între suprafețele agricole destinate producției de hrană și furaje și cele destinate producției de plante cu conținut energetic.  Pentru acestea din urmă se vor utiliza pe cât posibil suprafețele marginale și sterpe.

– Creşterea producţiei pe unitate de suprafaţă şi dezvoltarea logisticii de exploatare atât a recoltelor de cereale cât şi a deşeurilor şi reziduurilor provenite din prelucrarea acestora.

– Echivalentul energetic al biomasei produse va creşte de la 100 EJ/an la 400 EJ/an (1Exajoule = 10¹⁸ Joule) până în anul 2050.

– Se pune întrebarea dacă recoltele actuale pot fi mărite în continuare. Condiţiile meteorologice precum și factori regionali ar putea duce la scăderea producţiei de biomasă energetică.

În UE, 21% din totalitatea gazelor nocive şi cu efect de seră responsabile pentru încălzirea globală sunt produse de transporturi.

Pentru îndeplinirea condiţiilor Convenției Națiunilor Unite asupra schimbărilor climatice este esenţială găsirea şi aplicarea metodelor de reducere a emisiei gazelor de eşapament. Se știe că rezervele de ţiţei sunt limitate. Chiar dacă s-au descoperit rezerve noi, acestea sunt greu de exploatat şi costisitoare. Asigurarea cu energie în viitor nu depinde numai de reducerea consumului de energie ci şi de noi iniţiative de diversificare a resurselor şi a metodelor de utilizarea a acestor noi forme de energie. În UE au fost luate din timp o serie de măsuri:

– Modele noi de motoare cu ardere internă capabile să utilizeze un amestec de combustibili biologici şi fosili (fuel-flex), mai economic şi cu emisii reduse de gaze nocive.

– Automobile hibride, cu celule de combustie şi cu energie solară (de exemplu).

– Îmbunătăţirea şi extinderea transportului public

– Utilizarea biomasei pentru producerea biocarburanţilor care pot fi utilizaţi pentru transportul public, de mărfuri şi în agricultură. Preţul carburanţilor alternativi este ceva mai mare sau egal cu al celor convenţionali, iar producţia globală actuală este estimată la 35 miliarde litri, cu tendinţă de creştere.

Dr. Roman Baican