stringtranslate.com

Мискантус × гигантский

Мискантус × гигантский , также известный как мискантус гигантский , представляет собой стерильный гибрид мискантуса китайского и мискантуса сахарифлорусного . [б] Это многолетняя трава со стеблями, похожими на бамбук, которая может вырасти до высоты 3–4 метров (13 футов) за один сезон (начиная с третьего сезона). [c] Так же, как Pennisetum purpureum , Arundo donax и Saccharum ravennae , его также называют слоновой травой.

Многолетний характер мискантуса гигантского , его способность расти на малоплодородных землях, его эффективность использования воды, неинвазивность, низкие потребности в удобрениях, значительная секвестрация углерода и высокая урожайность вызвали значительный интерес среди исследователей, [d] при этом некоторые утверждают , что " идеальные» свойства энергетических культур . [e] Некоторые утверждают, что он может привести к отрицательным выбросам, в то время как другие подчеркивают его свойства по очистке воды и улучшению почвы. Однако существуют практические и экономические проблемы, связанные с его использованием в существующей инфраструктуре сжигания на основе ископаемого топлива. В качестве мер противодействия этой проблеме изучаются торрефикация и другие методы улучшения качества топлива.

Области использования

Мискантус × гигантский в основном используется в качестве сырья для твердого биотоплива . Его можно сжигать напрямую или перерабатывать в пеллеты или брикеты. Его также можно использовать в качестве сырья для жидкого биотоплива или биогаза.

Альтернативно, мискантус также можно использовать как строительный материал и как утеплитель. [f] Материалы, производимые из мискантуса, включают древесноволокнистые плиты, композитные плиты из мискантуса и древесно-стружечных плит и блоки. Ее можно использовать в качестве сырья для производства целлюлозы и волокон, а также формованных изделий, таких как экологически чистые одноразовые тарелки, стаканчики, картонные коробки и т. д. Целлюлозу можно далее перерабатывать в метилцеллюлозу и использовать в качестве пищевой добавки, а также во многих промышленных целях. Волокно мискантуса служит сырьем для армирования биокомпозитных или синтетических материалов. В сельском хозяйстве солома мискантуса используется при мульчировании почвы для сохранения влаги в почве, подавления роста сорняков и предотвращения эрозии. Кроме того, высокое соотношение углерода и азота в мискантусе делает его негостеприимным для многих микробов, создавая чистую подстилку для домашней птицы, крупного рогатого скота, свиней, лошадей и домашних животных. Мискантус, используемый в качестве подстилки для лошадей, можно сочетать с внесением органических удобрений. [1] Мискантус также можно использовать в качестве источника клетчатки в кормах для домашних животных. [2]

Жизненный цикл

Распространение

Мискантус × гигантский размножается путем разрезания корневищ (его подземных стеблей) на небольшие части, а затем повторной посадки этих частей на глубину 10 см (4 дюйма) под землей. Один гектар (2,5 акра) разрезанных на части корневищ мискантуса можно использовать для засадки 10–30 гектаров новых полей мискантуса (коэффициент умножения 10–30). [g] Размножение корневищами — трудоемкий способ посадки новых культур, но происходит только один раз в течение жизни культуры. Альтернативные методы распространения доступны [3] или находятся в стадии разработки [h] [i], например, узловое распространение. [j] Прогнозируется, что стоимость размножения семенами снизится вдвое. [к]

Управление

Растению практически не требуется гербицид , и только в начале первых двух сезонов. После этого плотный полог и мульча , образованная опавшими листьями, эффективно уменьшают рост сорняков. [4] [5] Из-за высокой эффективности использования азота мискантусом , [l] удобрения также обычно не нужны. [м] Мульчирующая пленка, с другой стороны, помогает как M. x giganteus, так и различным гибридам на основе семян расти быстрее и выше, с большим количеством стеблей на растение, что эффективно сокращает фазу укоренения с трех лет до двух. [n] Причина, по-видимому, в том, что эта пластиковая пленка удерживает влажность верхнего слоя почвы и повышает температуру. [о]

Урожай

Оценка урожайности Miscanthus x giganteus, смоделированная на компьютере , в Европе (без орошения).
Оценка урожайности Miscanthus × giganteus, смоделированная на компьютере , в США (среднее значение для всех типов почв). Карту с оценками урожайности в 2–4 раза выше см. Miguez et al. (рисунок 3). При этом из расчета исключаются неэкономичные типы почв (менее 10 т/га). [6]

Мискантус необычайно эффективен в превращении солнечной радиации в биомассу , [p] , а эффективность использования воды у него одна из самых высоких среди всех культур. [q] Его эффективность использования воды в два раза выше, чем у аналогичного растения C4 , кукурузы , в два раза выше, чем у энергетической культуры C3 ( Salix viminalis ), и в четыре раза выше, чем у растения C3, пшеницы. [r] Типичный зимний урожай в Великобритании, составляющий 11–14 тонн сухой массы на гектар (1,1–1,4 килограмма на квадратный метр (0,23–0,29 фунта на квадратный фут)) дает 200–250 ГДж/га (22 000–28 000 кВтч/акр). энергии в год. Это выгодно отличается от кукурузы (98 ГДж/га), рапса масличного (25 ГДж/га) и пшеницы / сахарной свеклы (7–15 ГДж/га). [s] В США было показано, что M. × giganteus дает урожай в два раза больше, чем просо. [7]

Во многих местах Европы плантации мискантуса производят больше чистой энергии, чем любая конкурирующая энергетическая культура, из-за высоких урожаев и низких требований к использованию энергии в хозяйстве. [t] Основными конкурентами по урожайности являются ива и тополь, выращиваемые на порослях с коротким севооборотом (SRC) или лесных насаждениях с коротким севооборотом (SRF). В северных частях Европы ива и тополь приближаются, а иногда и превосходят зимние урожаи мискантуса в том же месте. [u] По оценкам ФАО , во всем мире урожайность лесных плантаций колеблется от 0,4 до 12,2 тонны на гектар (от 0,16 до 4,86 ​​длинных тонн/акр; от 0,18 до 5,44 коротких тонн/акр) сухой массы в год. У российской сосны самая низкая урожайность (0,4–2 т/га), тогда как у эвкалипта в Аргентине, Бразилии, Чили и Уругвае, а также у тополя во Франции/Италии самая высокая урожайность: у эвкалипта 7,8–12,2 т/га, у эвкалипта 2,7–8,4 т/га. т/га для тополя. [v] По оценкам МГЭИК , глобальная урожайность плантационных лесов (до потерь урожая) варьируется от 0,4 до 25 тонн, при этом большинство плантаций производят от 5 до 15 тонн. Однако естественные леса имеют более низкую урожайность: от 0,1 до 9,3 сухих тонн с гектара в год, при этом большинство естественных лесов дают от 1 до 4 тонн. [8] Средняя урожайность естественных лесов в умеренном климате составляет от 1,5 до 2 сухих тонн с гектара в год без учета потерь, связанных с вырубкой. [ш] [9]

Пик урожайности мискантуса достигается в конце лета, но сбор урожая обычно откладывается до зимы или ранней весны. Выход на этом этапе примерно на треть ниже из-за опадания листьев, но качество сгорания выше (из-за меньшего количества влаги и хлора в биомассе). Отложенный сбор урожая также позволяет азоту вернуться в корневище для использования растением в следующем вегетационном сезоне. [Икс]

В Европе пиковая (осенняя) урожайность сухой массы составляет примерно 10–40 тонн с гектара в год (4–16 тонн с акра в год), в зависимости от местоположения, при этом средняя пиковая урожайность сухой массы составляет 22 тонны. [y] Отдельные испытания показывают максимальную урожайность 17 тонн (Дания), 17–30 тонн (Германия и Австрия), 25 тонн (Нидерланды), 39 тонн (Португалия) и 42–49 тонн (Франция). Отдельные испытания также показывают задержку (зима/весна) урожайности 10 тонн (Дания), 11–17 тонн (Великобритания), 14 тонн (Испания), 10–20 тонн (Германия), 16–17 тонн (Нидерланды), 22 тонн (Австрия), 20–25 тонн (Италия), 26–30 тонн (Португалия) и 30 тонн (Франция). [1] Другое испытание показало задержку урожайности в 15 тонн в Германии. [z] Исследователи подсчитали, что средний отсроченный урожай составляет как 10 тонн для Великобритании, [aa] , так и от 10,5 до 15 тонн для Великобритании. [10]

Как видно, урожайность самая высокая в южной Европе; в целом 25–30 тонн в условиях неорошаемого земледелия (если сбор урожая откладывается до зимы/весны). При орошении отдельные испытания в Португалии дали 36 тонн, в Италии – 34–38 тонн, а в Греции – 38–44 тонны. [11] Испытания в Иллинойсе, США, дали урожай 10–15 тонн с акра (25–37 т/га). Как и в Европе, урожайность увеличивается по мере продвижения на юг.

Ожидается, что урожайность биомассы в целом будет выше в тропическом климате, чем в умеренном климате. [ab] Однако в отношении Miscanthus × giganteus исследователи расходятся во мнениях относительно потенциальной урожайности. Поскольку реальных полевых испытаний в тропиках еще не проводилось, возможны только оценки, основанные на теории. Некоторые утверждают, что растение переносит жару [ac] и что потенциальная урожайность составляет от 60 до 100 сухих тонн с гектара в год. [объявление] Другие утверждают, что жароустойчивость низкая, и впоследствии прогнозируют низкую урожайность. [ae] Существует мнение, что другие генотипы мискантуса обладают высокой устойчивостью к жаре, например, Miscanthus Sinensis . [12] Было показано, что другие виды слоновой травы, явно приспособленные к высоким температурам (различные варианты мешковины), дают урожайность до 80 тонн с гектара, [af] [ag] [ah] , а коммерческие разработчики мешковины рекламируют урожайность примерно 100 тонн сухой травы. на гектар в год при условии достаточного количества осадков или орошения (100 мм в месяц). [ай] [ай]

Общее количество пригодных для сельского хозяйства земель, земель, уже используемых для производства продуктов питания, и земель, доступных для биоэнергетики в 2010, 2020 и 2030 годах. [13]
Крутой, окраинный участок.

В целом, ожидания урожайности для маргинальных земель ниже, чем для пахотных земель в том же географическом районе. Маргинальные земли – это земли с проблемами, которые ограничивают рост, например, низкая способность хранить воду и питательные вещества , высокая засоленность , токсичные элементы, плохая текстура, небольшая глубина почвы, плохой дренаж , низкое плодородие или крутой рельеф. В зависимости от определения этого термина в мире существует от 1,1 до 6,7 миллиардов гектаров маргинальных земель. [ak] Для сравнения, площадь Европы составляет примерно 1 миллиард гектаров (10 миллионов км2, или 3,9 миллиона квадратных миль), а Азия — 4,5 миллиарда гектаров (45 миллионов км2 , или 17 миллионов квадратных миль). По данным IRENA (Международное агентство по возобновляемым источникам энергии), 1,5 миллиарда гектаров земли в настоящее время во всем мире используется для производства продуктов питания, в то время как «[...] около 1,4 миллиарда га [га] дополнительных земель пригодны, но на сегодняшний день не используются и поэтому могут быть выделены для поставок биоэнергии в будущем». [14] По оценкам МГЭИК, в мире существует от 0,32 до 1,4 миллиарда гектаров маргинальных земель, пригодных для биоэнергетики. [al] По оценкам проекта ЕС MAGIC, в Европейском Союзе имеется 45 миллионов гектаров (449 901 км2; по размеру сопоставим со Швецией) маргинальных земель, пригодных для выращивания плантаций мискантуса х гигантского [15] с тремя классами ожидаемой урожайности (высокий уровень урожайности). : 30–40 т/га/год, средний: 20–30 т/га/год и низкий: 0–20 т/га/год). [16]

Miscanthus × giganteus умеренно или высоко устойчив к жаре, засухе, наводнениям, засоленности (ниже 100  мМ ) и прохладным температурам почвы (до -3,4 ° C или 25 ° F). [am] Эта надежность позволяет создавать относительно высокоурожайные поля мискантуса на малоплодных землях, например, в прибрежных районах, влажных местах обитания, лугах, заброшенных лесных участках, опушках леса, берегах ручьев, предгорьях и горных склонах. [17] 99% засоленных маргинальных земель Европы можно использовать для плантаций M. × giganteus, при этом ожидаемая максимальная потеря урожая составит лишь 11%. [an] Поскольку засоление до 200 мМ не влияет на корни и корневища, секвестрация углерода продолжается без изменений. [ao] Исследователи обнаружили потерю урожайности на 36% на маргинальном участке, ограниченном низкими температурами (Москва), по сравнению с максимальной урожайностью на пахотных землях в Центральной Европе. Они также обнаружили потерю урожая на 21% на маргинальном участке, ограниченном засухой (Турция), по сравнению с максимальной урожайностью на пахотной почве в Центральной Европе. [ап]

Исследователи прогнозируют, что средняя урожайность мискантуса на маргинальных землях в Китае составит 14,6 сухих тонн с гектара в год, что на 12,6% ниже ожидаемой средней урожайности на пахотных землях. Они подсчитали, что мискантус на маргинальных землях в Китае может производить 31,7 ЭДж (эксаджоуля) энергии в год, [18] что эквивалентно 39% потребления угля в стране в 2019 году. [aq] Индивидуальное испытание в Ирландии показало, что средняя задержка урожайности составила 9 тонн с гектара в год на участке, подверженном низким температурам, переувлажнению зимой и пересушенной, потрескавшейся почве летом. [19] Исследователи сообщили об урожайности от 17 до 31 тонны на различных почвах в США (Кентукки, Иллинойс, Небраска, Нью-Джерси, Вирджиния и Северная Каролина) и сравнили их с конкретным испытанием на слегка удобренном 3-летнем мискантусе. посевы на эродированных глинистых почвах, распространённых на Среднем Западе (глиняный поддон — это слой глины под верхним слоем почвы, который делает почву маргинальной для зерновых культур.) Посевы мискантуса давали 20–24 тонны с гектара в год (отложенный сбор урожая). Авторы пришли к выводу, что «[...] эродированные глинистые почвы не могут отрицательно повлиять на приживаемость и урожайность мискантуса». [20]

Программное обеспечение для прогнозирования урожайности Miscanfor прогнозирует, что 30 дней засыхания почвы — это средний максимальный период времени, в течение которого урожай мискантуса может выдержать до увядания, а 60 дней — это максимум, прежде чем его корневища погибнут и урожай придется пересаживать. [ar] Помимо достаточного количества осадков, для получения высоких урожаев важна водоудерживающая способность почвы, особенно в засушливые периоды. [так как] На почвах с плохой водоудерживающей способностью орошение в период укоренения важно, поскольку оно позволяет корням проникать гораздо глубже под землю, тем самым увеличивая способность растений собирать воду. [в] [ау] [ав]

Мискантус относительно хорошо растет на почвах, загрязненных металлами или в результате промышленной деятельности в целом. [21] Например, в одном исследовании было обнаружено, что M. × giganteus поглотил 52% содержания свинца и 19% содержания мышьяка в почве через три месяца. [22] Абсорбция стабилизирует загрязняющие вещества, поэтому они не попадают в воздух (в виде пыли), в грунтовые воды, соседние поверхностные воды или соседние территории, используемые для производства продуктов питания. [aw] Если в качестве топлива используется загрязненный мискантус, на месте сжигания необходимо установить соответствующее оборудование, чтобы справиться с этой ситуацией. [23] Однако в целом «[…] Мискантус является [] подходящей культурой для сочетания производства биомассы и экологического восстановления загрязненных и маргинальных земель». [24] Исследователи утверждают, что из-за способности мискантуса быть «[…] продуктивным на сельскохозяйственных землях более низкого качества, включая загрязненные тяжелыми металлами и засоленные почвы […]», он может «[…] способствовать устойчивой интенсификации сельского хозяйства, позволяя фермерам диверсифицироваться и поставлять биомассу на расширяющийся рынок без ущерба для продовольственной безопасности». [25]

Выход – сравнение с другими источниками энергии

Чтобы рассчитать потребности в землепользовании для различных видов производства энергии, важно знать соответствующую плотность производства электроэнергии на поверхности (например, производство электроэнергии на квадратный метр).

Ядерная энергетика имеет очень высокую плотность мощности. Атомная электростанция Брюса , одна из крупнейших атомных электростанций в мире, занимает в общей сложности 932 гектара (2300 акров) земли и имеет общую тепловую мощность 22 656 МВт. Общая полезная выработка электроэнергии составляет 6 508 МВт. Таким образом, удельная мощность по площади составляет 2431 Вт/м 2 (225,8 Вт/кв. фут) для тепловой мощности и 698,3 Вт/м 2 (64,87 Вт/кв. фут) для полезной электрической мощности. Нефтяные месторождения также могут быть очень энергоемкими. Нефтяное месторождение Гавар производит нефтяной эквивалент в 7,955 эксаджоулей (2,210 × 10 12  кВтч) в год на площади примерно 8400 квадратных километров (3200 квадратных миль). Усреднение этих показателей за год дает 252,25 гигаватт или около 30,03 Вт/м 2 (2,790 Вт/кв. футов).

Средняя плотность производства энергии на поверхности для современного биотоплива, ветровой, гидро- и солнечной энергии составляет 0,3 Вт/м 2 (0,028 Вт/кв. фут), 1 Вт/м 2 (0,093 Вт/кв. фут), 3 Вт/м 2 ( 0,28 Вт/кв. фут) и 5 ​​Вт/м 2 (0,46 Вт/кв. фут) соответственно (энергия в виде тепла для биотоплива и электричества для ветровой, гидро- и солнечной энергии). [26] Плотность выработки электроэнергии на поверхности плантаций мискантуса, используемой для производства тепла, составляет 0,6 Вт/м 2 на 10 тонн урожая с гектара. Другими словами, урожайность в 30 тонн равна 1,8 Вт/м 2 , что фактически ставит плотность мощности плантации с такой урожайностью между средней плотностью мощности ветра и гидроэнергетики (см. ниже). Среднее потребление энергии человеком на незамерзающей земле составляет 0,125 Вт/м 2 (0,0116 Вт/кв. фут) (тепло и электричество вместе взятые), [27] , хотя в городских условиях оно возрастает до 20 Вт/м 2 (1,9 Вт/кв. фут). и промышленных территорий. [28]

Причиной низкой удельной мощности для других видов биотоплива является сочетание низких выходов и лишь частичной загрузки установки (например, этанол обычно производится из сахара, содержащегося в сахарном тростнике, или из содержания кукурузного крахмала, тогда как биодизельное топливо часто производится из нефти). содержание в рапсе или сое). Кроме того, потери при конверсии происходят при спиртовой ферментации (экзотермический процесс) сахаров в этанол.

Плантации мискантуса с урожайностью 15 тонн/га в год, используемые для производства этанола, генерируют всего 0,40 Вт/м 2 . [29] Кукурузные поля генерируют 0,26 Вт/м 2 (урожайность 10 т/га). [30] В Бразилии поля сахарного тростника обычно производят 0,41 Вт/м 2 . [30] Озимая пшеница (США) вырабатывает 0,08 Вт/м 2 , а немецкая пшеница — 0,30 Вт/м 2 . [31] При выращивании для использования в качестве топлива для реактивных двигателей соевые бобы производят 0,06 Вт/м 2 , а пальмовое масло — 0,65 Вт/м 2 . [32] Ятропа, выращенная на маргинальных землях, генерирует 0,20 Вт/м 2 . [32] При выращивании для производства биодизельного топлива рапс производит 0,12 Вт/м 2 (в среднем по ЕС). [33] В отличие от выращивания мискантуса и производства твердого топлива, типичное выращивание жидкого биотопливного сырья и производство топлива требуют больших затрат энергии. Когда эти затраты компенсируются (когда использованная энергия вычитается из произведенной энергии), плотность мощности падает еще больше: производство биодизеля на основе рапса в Нидерландах имеет самую высокую энергоэффективность в ЕС со скорректированной плотностью мощности 0,08 Вт/м 2 , в то время как биоэтанол на основе сахарной свеклы, производимый в Испании, имеет самый низкий показатель – всего 0,02 Вт/м 2 . [34]

Использование твердой биомассы в энергетических целях более эффективно, чем использование жидкой, поскольку можно утилизировать все растение. Например, плантации кукурузы, производящие твердую биомассу для сжигания, генерируют более чем вдвое больше энергии на квадратный метр по сравнению с плантациями кукурузы, производящими этанол, при одинаковой урожайности: 10 т/га генерирует 0,60 Вт/м 2 и 0,26 Вт/м2. м 2 соответственно, без компенсации энергозатрат. [35] Было подсчитано, что крупные плантации сосен, акаций, тополей и ив в регионах с умеренным климатом достигают урожайности 5–15 сухих тонн с гектара в год, что означает плотность производства электроэнергии на поверхности 0,30–0,90 Вт/м. 2 . [36] Для столь же крупных плантаций эвкалипта, акации, лейцены, сосны и далбергии в тропических и субтропических регионах урожайность обычно составляет 20–25 т/га, что означает плотность производства энергии на поверхности 1,20–1,50 Вт/м 2 . Обратите внимание, что эта оценка урожайности несколько выше, чем оценка ФАО, приведенная выше, и она фактически помещает плотность энергии этих плантаций между плотностью энергии ветра и гидроэнергии. [36] В Бразилии средняя урожайность эвкалипта составляет 21 т/га, но в Африке, Индии и Юго-Восточной Азии типичная урожайность эвкалипта ниже 10 т/га. [37]

Сухая в печи биомасса в целом, включая древесину, мискантус [38] и траву репейника [39] , имеет теплотворную способность примерно 18 мегаджоулей на килограмм (2,3 кВтч/фунт). [40] При расчете выработки электроэнергии на квадратный метр каждая т/га урожая сухой биомассы увеличивает выработку электроэнергии на плантации на 0,06 Вт/м 2 . [41] Как упоминалось выше, средние мировые показатели производства ветровой, гидро- и солнечной энергии составляют 1 Вт/м 2 , 3 Вт/м 2 и 5 Вт/м 2 соответственно. Чтобы соответствовать такой плотности мощности, урожайность плантаций должна достигать 17 т/га, 50 т/га и 83 т/га для ветровой, гидро- и солнечной энергии соответственно. Чтобы соответствовать среднемировому показателю биотоплива (0,3 Вт/м 2 ), плантации должны производить 5 тонн сухой массы с гектара в год.

Однако обратите внимание, что урожайность необходимо корректировать, чтобы компенсировать количество влаги в биомассе (испарение влаги для достижения точки воспламенения обычно является пустой тратой энергии). Влажность соломы или тюков биомассы варьируется в зависимости от влажности окружающего воздуха и возможных мер по предварительной сушке, в то время как пеллеты имеют стандартизированное (определенное ISO) содержание влаги ниже 10 % (древесные пеллеты) [ax] и ниже 15 % (другие пеллеты). ). [ay] Аналогично, потери в линиях электропередачи для ветровой, гидро- и солнечной энергии составляют примерно 8% во всем мире, и их следует учитывать. [az] Если биомасса будет использоваться для производства электроэнергии, а не производства тепла, урожайность должна быть увеличена примерно в три раза, чтобы конкурировать с ветровой, гидроэнергией и солнечной энергией, поскольку текущий КПД преобразования тепла в электроэнергию ( термический КПД ) составляет всего 30– 40% на теплоэлектростанциях . [42] Если просто сравнить плотность производства энергии на поверхности биотоплива, ветра, гидроэнергии и солнечной энергии, без учета затрат, это фактически делает как гидро-, так и солнечную энергию недоступными даже для самых урожайных плантаций слоновой травы с точки зрения удельной мощности. [ба]

Обратите внимание, что когенерационные и электростанции с комбинированным циклом могут достичь более высокой эффективности за счет более эффективного использования отходящего тепла . Завод по сжиганию отходов в Копенхилле помимо электроэнергии производит тепло для сети централизованного теплоснабжения. По данным IEA Bioenergy, его совокупный чистый тепловой КПД составляет 107% (NCV). [43]

Связывание углерода

Поступление/выход углерода в почве

В конце каждого сезона растение вытягивает питательные вещества в землю. Цвет меняется от зеленого к желтому/коричневому.

Растения поглощают углерод посредством фотосинтеза — процесса, вызванного солнечным светом, при котором CO 2 и вода поглощаются, а затем объединяются с образованием углеводов. Поглощенный углерод выбрасывается обратно в атмосферу в виде CO 2 при сжигании собранной биомассы, но подземные части растения (корни и корневища) остаются в почве и потенциально могут с годами добавлять в почву значительные количества углерода.

Количество углерода в почве определяется скоростью поступления нового углерода и скоростью распада старого углерода. [44] [bb] Почвенный углерод, получаемый из растений, представляет собой континуум, от живой биомассы до гумуса , [45] и распадается на разных стадиях. Его можно разделить на активный, медленный и пассивный пул со средним временем пребывания углерода (MRT) 0,1–2 года, 15–100 лет и 500–5000 лет для трех пулов соответственно. [46] Время пребывания углерода в верхнем слое почвы в одном эксперименте составляло в среднем 60 лет (в частности, 19 лет для глубин от 0 до 10 сантиметров (0,0 и 3,9 дюйма) и 30–152 года для глубин от 10 до 50 сантиметров (3,9 и 19,7 дюйма). дюймов).) Углерод ниже 50 сантиметров (20 дюймов) был стабильным. [47] Фактическая скорость распада углерода в конкретном месте зависит от многих факторов, например, от вида растений, типа почвы, температуры и влажности. [48] ​​Исследователи не обнаружили доказательств уменьшения накопления органического углерода в почве по мере старения их тестового урожая мискантуса, что означало отсутствие насыщения углеродом на этом участке в течение 20 лет. [49] Другие оценивают 30–50 лет непрерывного увеличения углерода в почве после перехода от однолетних культур к многолетним. [50] Ожидается, что количество углерода в почве под полями мискантуса будет увеличиваться в течение всей жизни культуры, но, возможно, с медленным началом из-за первоначальной обработки почвы (вспашка, перекопка) и относительно низких количеств поступления углерода в почву. этап становления. [bc] [bd] (Вспашка помогает популяциям почвенных микробов разлагать имеющийся углерод с образованием CO 2 .) [be] [bf] Исследователи утверждают, что высокое накопление углерода под полями мискантуса обусловлено высокой долей пред- и прямых -пожнивные остатки (например, опавшие листья), прямое накопление гумуса, хорошо развитая и глубокая корневая система, низкие скорости разложения растительных остатков из-за высокого соотношения углерода и азота , а также отсутствие обработки почвы (что приводит к меньшей аэрации почвы ). ) [51]

Чистое годовое накопление углерода

По данным МГЭИК, увеличение содержания углерода в почве важно как для смягчения последствий изменения климата, так и для адаптации к нему. [bg] Ряд исследований пытаются количественно оценить вызванное мискантусом увеличение содержания углерода в почве в различных местах и ​​при различных обстоятельствах:

Дондини и др. обнаружили на 32 тонны больше углерода на гектар под 14-летним полем мискантуса, чем на контрольном участке, что позволяет предположить, что средняя скорость накопления углерода составляет 2,29 тонны на гектар в год, или 38% от общего количества собранного углерода в год. [bh] Аналогичным образом, Milner et al. предполагают, что средняя скорость накопления углерода для всей Великобритании составляет 2,28 тонны (также 38% от общего количества собираемого углерода в год), учитывая, что исключены некоторые нерентабельные земли (0,4% от общего количества). [bi] Накадзима и др. обнаружили, что средняя скорость накопления под университетским испытательным полигоном в Саппоро, Япония, составляет 1,96 тонны, что эквивалентно 16% от общего количества собираемого углерода в год. Однако испытание было короче, всего 6 лет. [bj] Хансен и др. обнаружили скорость накопления 0,97 тонны в год в течение 16 лет на испытательном полигоне в Хорнуме, Дания, что эквивалентно 28% от общего количества собираемого углерода в год. [bk] МакКалмонт и др. сравнили ряд отдельных европейских отчетов и обнаружили, что темпы накопления варьируются от 0,42 до 3,8 тонны, [bl] со средней скоростью накопления 1,84 тонны, [bm] , или 25% от общего количества собираемого углерода в год. [bn] Вариации годового изменения углерода в почве высоки в течение первых 2–5 лет после посадки, но через 15 лет колебания незначительны. [бо]

Проблемы транспортировки и сжигания

Обзор

Развитие процесса обжаривания началось с исследований обжарки кофе в конце 19 века. [52]

Биомасса в целом, включая мискантус, имеет другие свойства по сравнению с углем, например, когда речь идет об обработке и транспортировке, измельчении и сжигании. [53] Это затрудняет совместное использование одной и той же инфраструктуры логистики, измельчения и сжигания. Зачастую вместо этого приходится строить новые предприятия по переработке биомассы, что увеличивает затраты. [bp] В сочетании с относительно высокой стоимостью сырья это часто приводит к ситуации, когда проекты по использованию биомассы должны получать субсидии, чтобы быть экономически жизнеспособными. [bq] Однако в настоящее время изучается ряд технологий модернизации топлива, которые сделают биомассу более совместимой с существующей инфраструктурой. Наиболее зрелым из них является торрефикация , представляющая собой передовую технологию обжига, которая в сочетании с гранулированием или брикетированием существенно влияет на характеристики обработки и транспортировки, измельчаемость и эффективность сгорания.

Плотность энергии и транспортные расходы

Перевозка объемистых водопоглощающих тюков мискантуса в Англии.

Щепа из мискантуса имеет насыпную плотность 50–130 кг/м 3 (84–219 фунтов/ку ярд), [br] тюки 120–160 кг/м 3 (200–270 фунтов/ку ярд), [bs] в то время как пеллеты а брикеты имеют объемную плотность 500 и 600 кг/м 3 (840 и 1010 фунтов/куб. ярд) соответственно. [54] Торрефикация идет рука об руку с тенденцией к более плотному и, следовательно, более дешевому для транспортировки продукту, в частности, за счет увеличения энергетической плотности продукта . При торрефикации удаляются (путем газификации ) части биомассы с наименьшим энергетическим содержанием, а части с самым высоким энергетическим содержанием остаются. То есть примерно 30% биомассы преобразуется в газ во время процесса торрефикации (и потенциально используется для питания процесса), а 70% остается, обычно в виде спрессованных пеллет или брикетов . Однако этот твердый продукт содержит примерно 85% исходной энергии биомассы. [55] По сути, массовая часть сократилась больше, чем энергетическая часть, и следствием этого является то, что теплотворная способность торрефицированной биомассы значительно увеличивается до такой степени, что она может конкурировать с энергетически плотными углями, используемыми для производства электроэнергии (энергетические/термальные угли). . Энергетическая плотность наиболее распространенных сегодня энергетических углей составляет 22–26 МДж/кг (2,8–3,3 кВтч/фунт). [56] Выжигание может осуществляться «автотермически» (т.е. необходимая энергия подается за счет частичного сгорания высушиваемого материала) или «гетеротермически» (т.е. необходимое технологическое тепло подается из внешних источников). В гетеротермическом случае торрефикация также может служить косвенным методом хранения энергии , поскольку материал можно сжигать, когда энергия дешева и ее много, а газообразные и/или твердые продукты могут сжигаться на пиковой электростанции , когда энергии недостаточно. Газообразные продукты торрефикации подобны синтез-газу и могут использоваться в различных процессах химической промышленности так же, как ископаемое топливо. Высокоуглеродистые твердые продукты торрефикации могут откладываться в почве в виде биоугля (при условии, что уровень различных загрязняющих веществ достаточно низкий) или использоваться для получения водорода в реакции конверсии воды и газа, если простое сжигание нежелательно.

Более высокая плотность энергии означает более низкие транспортные расходы и сокращение выбросов парниковых газов, связанных с транспортом. [57] МЭА подсчитало , сколько энергии экономится и насколько сокращаются выбросы парниковых газов при переходе с обычных пеллет/брикетов на торрефицированные. При изготовлении торрефицированных пеллет и доставке их из Индонезии в Японию минимальное количество сэкономленной энергии составляет 6,7%, а минимальное количество предотвращенных выбросов парниковых газов составляет 14%. Это увеличивает экономию энергии на 10,3% и предотвращение выбросов парниковых газов на 33% при изготовлении и отправке брикетов диаметром минимум 50 мм вместо пеллет (производство брикетов требует меньше энергии). [bt] Чем длиннее маршрут, тем больше экономия. [58]

Водопоглощение и транспортные расходы

Торрефикация также переводит биомассу из гидрофильного (водопоглощающего) в гидрофобное (водоотталкивающее) состояние. Водоотталкивающие брикеты можно транспортировать и хранить на открытом воздухе, что упрощает логистические операции и снижает затраты. [bu] Торрефация также останавливает биологическую активность биомассы (включая гниение) и снижает риск возгорания. [57]

Единообразие и индивидуализация

В целом, торрефикация рассматривается как путь к преобразованию самого разнообразного сырья в однородное топливо, с которым легче обращаться. [57] Параметры топлива могут быть изменены в соответствии с требованиями потребителей, например, тип сырья, степень обжига, геометрическая форма, долговечность, водостойкость и состав золы. [59] Возможность использования различных видов сырья повышает доступность и надежность поставок топлива. [57]

Измельчаемость

Угольные дробилки

Необработанный M. × giganteus имеет прочные волокна, что затрудняет измельчение до очень мелких частиц одинакового размера (менее 75 мкм / 0,075 мм). Куски угля обычно измельчаются до такого размера, потому что такие мелкие и равномерные частицы сгорают стабильнее и эффективнее. [60] [61] В то время как уголь имеет балл по индексу измельчаемости Хардгроува (HGI) 30–100 (более высокие цифры означают, что его легче измельчать), необработанный мискантус имеет балл 0. [bv] Однако во время обжига « […] фракция гемицеллюлозы , которая отвечает за волокнистую природу биомассы, разлагается, тем самым улучшая ее измельчаемость». [62] МЭА оценивает HGI в 23–53 для высушенной биомассы в целом, [63] и оценивает снижение энергопотребления на 80–90%, необходимое для измельчения высушенной биомассы. [64] Другие исследователи измерили HGI 79 для высушенного мискантуса. [bw] Британский уголь имеет баллы от 40 до 60 по шкале HGI. [бх]

Относительно легкое измельчение высушенного мискантуса делает возможным экономически эффективное преобразование в мелкие частицы, что впоследствии делает возможным эффективное сжигание. Исследователи обнаружили, что уровень несгоревшего углерода снижается при использовании выжженной биомассы и что пламя «[…] было стабильным во время 50% совместного сжигания и в случае 100% в результате достаточной дисперсности частиц топлива». [65]

Хлор и коррозия

Как и многие виды биомассы, за исключением древесины, биомасса мискантуса имеет относительно высокое количество хлора , что проблематично при сжигании, поскольку «[…] вероятность коррозии существенно зависит от содержания хлора в топливе […]». [66] Аналогичным образом, исследования показывают, что «[…] выброс Cl-связанных [связанных с хлором] частиц во время сгорания является основной причиной индуцированной активной коррозии при сжигании биомассы на решетке ». [67] Хлор в различных формах, в частности в сочетании с калием, например хлоридом калия , конденсируется на относительно более холодных поверхностях внутри котла и создает слой коррозионных отложений. Коррозия повреждает котел, и, кроме того, сам физический слой отложений снижает эффективность теплопередачи, особенно внутри механизма теплообмена . [by] Хлор и калий также значительно снижают температуру плавления золы по сравнению с углем. Расплавленная зола, известная как шлак или клинкер , прилипает ко дну котла и увеличивает затраты на техническое обслуживание. [бз] [ок]

Чтобы снизить содержание хлора (и влаги), сбор мискантуса обычно откладывают до зимы или ранней весны, но эта практика все еще недостаточна в качестве контрмеры для достижения сгорания без коррозии. [КБ]

Однако количество хлора в мискантусе снижается примерно на 95% при его обжиге при 350 °C (660 °F). [cc] Выброс хлора во время самого процесса обжига более управляем, чем выброс хлора во время горения, потому что «[…] преобладающие температуры во время первого процесса ниже температур плавления и испарения щелочных солей хлора, что сводит к минимуму их риск шлакование, засорение и коррозия в печах ». [68] По калию ожидается снижение лишь на 30%. [69] Однако калий зависит от хлора и образует хлорид калия; при низком уровне хлора отложения хлорида калия пропорционально уменьшаются. [CD]

Угольное подобие

Поэтому исследователи утверждают, что «[…] процесс торрефикации преобразует химические и физические свойства сырой биомассы в свойства, аналогичные углю, что позволяет использовать биомассу с высокими коэффициентами замещения в существующих угольных котлах без каких-либо серьезных модификаций». [70] Торрефикация удаляет влагу и создает измельчаемый, гидрофобный и твердый продукт с повышенной плотностью энергии, а это означает, что торрефицированное топливо больше не требует «[…] отдельных погрузочно-разгрузочных устройств при совместном сжигании с углем на существующих электростанциях». [53] Такая же совместимость достигается и для биомассы, обработанной гидротермальной карбонизацией , иногда называемой «мокрой» торрефикацией. [се]

Однако исследователи отмечают, что «[…] торрефикация представляет собой более сложный процесс, чем первоначально предполагалось», и заявляют, что «[…] торрефикация биомассы все еще является экспериментальной технологией […]». [71] Майкл Уайлд, президент Международного совета по торрефикации биомассы, заявил в 2015 году, что сектор торрефикации «[…] находится на этапе оптимизации […]». Он упоминает интеграцию процессов, эффективность использования энергии и массы, механическое сжатие и качество продукции как переменные, которые наиболее важно освоить на данном этапе развития отрасли. [59]

Воздействие на окружающую среду

Углеродная нейтральность

Как правило, многолетние культуры связывают больше углерода, чем однолетние культуры, поскольку накопление корней может продолжаться в течение многих лет. Кроме того, при выращивании многолетних культур избегают процедур ежегодной обработки почвы (вспашка, перекопка), связанных с выращиванием однолетних культур. Вспашка помогает популяциям почвенных микробов разлагать имеющийся углерод с образованием CO 2 . [быть] [бф]

По сути, подземное накопление углерода работает как инструмент снижения выбросов парниковых газов, поскольку оно удаляет углерод из надземной циркуляции углерода (циркуляции из растения в атмосферу и обратно в новые растения). Надземная циркуляция обусловлена ​​фотосинтезом и сгорание — во-первых, растение поглощает CO 2 и усваивает его в виде углерода в своих тканях как над, так и под землей. Когда надземный углерод собирается и затем сжигается, молекула CO 2 образуется снова и выбрасывается обратно в атмосферу. Затем эквивалентное количество CO 2 поглощается растениями следующего сезона, и цикл повторяется.

Этот надземный цикл потенциально может быть углеродно-нейтральным, но, конечно, участие человека в управлении и управлении циклом означает дополнительный расход энергии, часто поступающей из ископаемых источников. Если ископаемая энергия, затраченная на операцию, высока по сравнению с количеством произведенной энергии, общий выброс CO 2 может приблизиться, сравняться или даже превысить выбросы CO 2 , образующиеся исключительно в результате сжигания ископаемого топлива, как было показано в случае несколько проектов по производству биотоплива первого поколения. [cf] [cg] [ch] В этом отношении транспортное топливо может оказаться хуже твердого топлива. [ци]

Эту проблему можно решить как с точки зрения увеличения количества углерода, хранящегося под землей (см. Связывание углерода выше), так и с точки зрения уменьшения использования ископаемого топлива в наземных операциях. Если под землей хранится достаточно углерода, он может компенсировать общие выбросы в течение жизненного цикла конкретного биотоплива. Аналогичным образом, если выбросы над землей уменьшатся, потребуется меньше подземных хранилищ углерода, чтобы биотопливо стало углеродно-нейтральным или отрицательным.

Углеродно-отрицательный (мискантус) и углеродоположительный (тополь) пути производства.
Взаимосвязь между урожайностью надземной поверхности (диагональные линии), органическим углеродом почвы (ось X) и способностью почвы к успешной/неуспешной секвестрации (хранению) углерода (ось Y). По сути, чем выше урожайность, тем больше земель становится инструментом смягчения последствий изменения климата с отрицательным выбросом CO2 ( включая относительно богатые углеродом земли).
Углерод в почве увеличивается при посадке микантуса на пахотных землях и пастбищах. [72]

Именно общее количество выбросов и поглощения в эквиваленте CO 2 вместе определяет, является ли проект выращивания энергетических культур углеродоположительным, углеродно-нейтральным или углеродоотрицательным. Если выбросы в ходе сельского хозяйства, переработки, транспортировки и сжигания превышают объемы поглощения как над, так и под землей во время роста сельскохозяйственных культур, проект является углеродоположительным. Аналогично, если общее поглощение с течением времени превышает общее количество выбросов, проект является углеродно-отрицательным. Подводя итог, можно сказать, что отрицательный выброс углерода возможен, когда чистое накопление углерода более чем компенсирует чистые выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла.

Исследователи утверждают, что мискантус с урожайностью 10 тонн с гектара в год хранит достаточно углерода, чтобы компенсировать выбросы, связанные как с сельским хозяйством, переработкой, так и с транспортом. На диаграмме справа показаны два углеродоотрицательных пути производства мискантуса и два углеродоположительных пути производства тополя, представленные в граммах CO 2 -эквивалента на мегаджоуль. Столбики расположены последовательно и перемещаются вверх и вниз по мере того, как, согласно оценкам, содержание CO 2 в атмосфере увеличивается или уменьшается. Серые/синие столбцы представляют выбросы, связанные с сельским хозяйством, переработкой и транспортом, зеленые столбцы представляют изменение углерода в почве, а желтые ромбы представляют общие конечные выбросы. [cj] Вторая диаграмма отображает среднюю урожайность, необходимую для достижения долгосрочного углеродоотрицательного состояния для почв с различным количеством существующего углерода.

Другие исследователи делают то же самое в отношении мискантуса в Германии, урожайность которого составляет 15 тонн сухого вещества с гектара в год, а запас углерода составляет 1,1 тонны с гектара в год:

«Мискантус — одна из немногих культур в мире, которая достигает истинной нейтральности CO 2 и может функционировать как поглотитель CO 2. [...] В связи со сжиганием мазута прямые и косвенные выбросы парниковых газов могут быть сокращены за счет минимум 96% за счет сжигания соломы мискантуса [...]. Из-за секвестрации углерода [накопления углерода] во время роста мискантуса это приводит к потенциалу снижения выбросов CO 2 -экв на 117%». [кк]

Успешное хранение зависит от места посадки, поскольку лучшие почвы — это те, которые в настоящее время содержат мало углерода. Разнообразные результаты, показанные на диаграмме, подчеркивают этот факт. [cl] В Великобритании успешное хранение ожидается на пахотных землях на большей части территории Англии и Уэльса, а неудачное хранение ожидается в некоторых частях Шотландии из-за уже богатых углеродом почв (существующих лесных массивов). Кроме того, в Шотландии относительно более низкие урожаи в этом более холодном климате затрудняют достижение отрицательного уровня выбросов CO 2 . Почвы, уже богатые углеродом, включают торфяники и зрелые леса. Наиболее успешное хранение углерода в Великобритании происходит под улучшенными пастбищами . [см] Однако, поскольку содержание углерода в лугах значительно различается, степень успешности землепользования меняется от пастбищ к многолетним. [cn] Несмотря на то, что чистое накопление углерода под многолетними энергетическими культурами, такими как мискантус, значительно превышает чистое накопление углерода под пастбищами, лесами и пахотными культурами, поступления углерода от мискантуса просто слишком низки, чтобы компенсировать потерю существующего углерода в почве на ранних стадиях укоренения. фаза. [73] Однако со временем содержание углерода в почве может увеличиться, в том числе и на пастбищах. [72]

Исследователи оценили конкретные климатические выгоды, связанные с изменением землепользования (это исключает климатические выгоды, возникающие в результате замены ископаемого топлива) для различных культур в течение 30-летнего периода на разных типах пастбищ, и пришли к выводу, что местные пастбища имеют климат -связанное значение (называемое GHGV) равное 200, в то время как слегка удобренные культуры M × giganteus, высаженные на ранее ежегодно возделываемой почве, имеют значение 160. Луга CRP имеют значение 125 (защищенные луга, созданные на бывших пахотных землях) . значение 115 (неудобренные местные травы прерий, включая другие местные виды прерий, высаженные на ранее ежегодно возделываемых пахотных землях.) Пастбищные луга имеют значение 72. [74]

Сравнения

Исследователи приходят к выводу, что культуры мискантуса «[…] почти всегда оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем однолетние биоэнергетические культуры первого поколения [...]». [co] Многолетние травы второго поколения (мискантус и просо), посаженные на пахотных землях, хранят в земле в среднем в пять раз больше углерода, чем перелески с коротким вращением или лесные насаждения с коротким вращением (тополь и ива). [cp] По сравнению с ископаемым топливом и без учета преимуществ подземного хранения углерода в расчетах, топливо из мискантуса имеет стоимость парниковых газов 0,4–1,6 грамма CO 2 -эквивалента на мегаджоуль по сравнению с 33 граммами для угля, 22 для сжиженного природного газа, 16 для газа Северного моря и 4 для древесной щепы, импортируемой в Великобританию из США. [кк]

Другие исследователи утверждают, что среднее соотношение энергозатрат мискантуса в 10 раз лучше, чем для однолетних культур, а выбросы парниковых газов в 20–30 раз лучше, чем для ископаемого топлива. [cr] Щепа из мискантуса для отопления позволила сэкономить 22,3 тонны выбросов CO 2 на гектар в год в Великобритании, а кукуруза для отопления и производства электроэнергии позволила сэкономить 6,3 тонны. Экономия рапса для биодизеля 3.2. [cs] Другие исследователи пришли к аналогичным выводам. [ct] [cu] Поэтому ожидается, что плантации мискантуса в Европе в ближайшие десятилетия вырастут в больших размерах. [75] В 2021 году правительство Великобритании заявило, что площади земель, отведенных для краткосрочного лесного хозяйства и многолетних энергетических культур (включая мискантус), увеличатся с 10 000 до 704 000 га. [cv] ​​Исследователи утверждают, что после некоторого первоначального обсуждения теперь (2018 г.) в научном сообществе существует консенсус в отношении того, что «[…] баланс ПГ [парниковых газов] при выращивании многолетних биоэнергетических культур часто будет благоприятным […]», даже когда учитывая неявные прямые и косвенные изменения в землепользовании. [продолжение]

Биоразнообразие

Исследователи утверждают, что поля мискантуса могут способствовать развитию разнообразного сообщества дождевых червей даже в интенсивных сельскохозяйственных ландшафтах. [cx]
Исследователи обнаружили размножение жаворонков в посевах мискантуса. [си]

Под землей исследователи обнаружили, что количество видов дождевых червей на квадратный метр составляло 5,1 для мискантуса, 3 для кукурузы и 6,4 для пара (полностью неухоженные земли), и заявляют, что «[…] было ясно обнаружено, что интенсивность землепользования был доминирующим регрессором численности дождевых червей и общего числа видов». Поскольку обширная опавшая листва на земле помогает почве оставаться влажной, а также защищает от хищников, они приходят к выводу, что «[…] Мискантус оказал весьма положительное влияние на сообщества дождевых червей […]» и рекомендуют, чтобы «[…] Мискантус мог бы способствовать разнообразное сообщество дождевых червей даже в интенсивных сельскохозяйственных ландшафтах». [76] [cx] Другие утверждают, что активность некоторых бактерий, принадлежащих к группе Pseudomonadota (ранее протеобактерии), почти удваивается в присутствии корневых экссудатов M. × giganteus . [22]

Над землей молодые насаждения мискантуса поддерживают большое разнообразие видов растений, но по мере взросления мискантуса полог закрывается, и конкурирующие сорняки получают меньше солнечного света. В такой ситуации сорнякам становится труднее выжить. После смыкания полога на участке площадью 25 м 2 было обнаружено 16 различных видов сорняков . Однако плотный полог служит защитой для других форм жизни; «[…] Обычно сообщается, что насаждения мискантуса поддерживают биоразнообразие ферм, обеспечивая среду обитания для птиц, насекомых и мелких млекопитающих […]». [cz] В поддержку этой точки зрения другие исследователи утверждают, что флора под пологом дает пищу бабочкам, другим насекомым и их хищникам, а также 40 видам птиц. [да]

Зимующая вегетативная структура мискантуса обеспечивает важный ресурс покрова и среды обитания с высоким уровнем разнообразия по сравнению с однолетними культурами. [db] Этот эффект особенно очевиден для жуков, мух и птиц. Урожай мискантуса занимает различную экологическую нишу для каждого сезона — исследователи объясняют это постоянно развивающейся структурной неоднородностью культуры мискантуса, при этом разные виды находят убежище в разное время в течение его развития — лесные птицы находят укрытие зимой, а сельскохозяйственные птицы — зимой. лето. Что касается птиц, то на поле мискантуса было обнаружено 0,92 вида гнездящихся пар на гектар (0,37 на акр) по сравнению с 0,28 (0,11) на близлежащем пшеничном поле. Из-за высокого соотношения углерода и азота именно на окраинах поля и в лесных массивах можно найти большую часть пищевых ресурсов. Однако поля мискантуса служат барьером против химического выщелачивания в эти ключевые места обитания. [си]

Другие исследователи утверждают, что культуры мискантуса обеспечивают лучшее биоразнообразие, чем зерновые культуры: в них в три раза больше пауков и дождевых червей, чем в зерновых. [dc] Заяц-русак, горностай, мыши, полевки, землеройки, лисы и кролики — вот некоторые из видов, которые наблюдаются в посевах мискантуса. Эта культура действует как место гнездования, так и коридор дикой природы , соединяющий различные среды обитания. [дд]

Качество воды

Поля мискантуса приводят к значительному улучшению качества воды из-за значительно меньшего выщелачивания нитратов . [de] Выщелачивание нитратов с полей мискантуса резко снижается по сравнению с типичным севооборотом кукурузы и сои из-за низкой или нулевой потребности в удобрениях, постоянного присутствия корневого поглотителя азота у растений и эффективной внутренней рециркуляции питательных веществ многолетними травами. . Недавнее исследование пришло к выводу, что у мискантуса в среднем в девять раз меньше подземных потерь нитратов по сравнению с кукурузой или кукурузой, выращиваемой в севообороте с соевыми бобами. [дф]

Качество почвы

Волокнистая , обширная корневая система мискантуса и отсутствие нарушений обработки почвы улучшают инфильтрацию, гидравлическую проводимость и сохранение воды по сравнению с однолетними пропашными культурами, в результате чего образуется пористая почва с низкой объемной плотностью, типичная для многолетних трав, при этом водоудерживающая способность, как ожидается , увеличится на 100–150 мм. [dg] Мискантус улучшает поступление углерода в почву и способствует активности и разнообразию микроорганизмов , которые важны для процессов агрегации частиц почвы и восстановления. На месте бывшего отложения летучей золы , с щелочным pH, дефицитом питательных веществ и небольшой водоудерживающей способностью, был успешно высажен урожай мискантуса - в том смысле, что корни и корневища росли довольно хорошо, поддерживая и усиливая процессы нитрификации , хотя вышеуказанное Урожайность сухого грунта была низкой из-за условий. Способность улучшать качество почвы даже на загрязненных землях рассматривается как полезная функция, особенно в ситуации, когда можно добавлять органические удобрения. Например, существует большой потенциал для повышения урожайности на загрязненных маргинальных землях с низким содержанием питательных веществ путем удобрения их богатыми питательными веществами осадками сточных вод или сточными водами . Эта практика дает тройное преимущество: повышение продуктивности почвы, увеличение урожайности биомассы и снижение затрат на обработку и утилизацию осадка сточных вод в соответствии с конкретным законодательством каждой страны. [4]

Инвазивность

Родители Miscanthus × giganteus с обеих сторон, M. sinensis и M. sacchariflorus , являются потенциально инвазивными видами , поскольку оба они производят жизнеспособные семена. Однако M. × giganteus не дает жизнеспособных семян, и исследователи утверждают, что «[...] не было сообщений об угрозе инвазии из-за распространения роста корневища с давних коммерческих плантаций на соседние пахотные земли». [24]

Устойчивое развитие

Тестовый урожай мискантуса в Англии.

Исследователи утверждают, что анализ «[...] воздействия выращивания мискантуса на окружающую среду на ряд факторов, включая снижение выбросов парниковых газов, показывает, что выгоды в большинстве случаев перевешивают затраты». [77] Другие утверждают, что, хотя есть возможности для дальнейших исследований, «[...] появляются четкие признаки экологической устойчивости». [dh] В дополнение к потенциалу снижения выбросов парниковых газов, «[…] многолетняя природа мискантуса и подземная биомасса улучшают структуру почвы, увеличивают водоудерживающую способность (на 100–150 миллиметров (3,9–5,9 дюйма)) и уменьшают пробег. Выпадение и эрозия. Зимнее созревание увеличивает структурные ресурсы ландшафта для дикой природы . Снижение интенсивности управления способствует разнообразию и численности дождевых червей, хотя плохая вкусовая привлекательность подстилки может снизить индивидуальную биомассу. Химическое выщелачивание в границы полей ниже, чем в сопоставимом сельском хозяйстве, что улучшает качество почвы и водной среды обитания». [78] Переход от энергетических культур первого поколения к энергетическим культурам второго поколения, таких как мискантус, является экологически выгодным из-за улучшения биоразнообразия в масштабах фермы, борьбы с хищничеством и чистого положительного эффекта смягчения последствий выбросов парниковых газов. Выгоды в первую очередь являются следствием низких затрат и более длительных циклов управления, связанных с культурами второго поколения (2G). [di] [dj] Если напряженность в землепользовании смягчена, получены разумные урожаи и нацелены на низкоуглеродистые почвы, во многих случаях малозатратные многолетние культуры, такие как мискантус, «[...] могут обеспечить значительную экономию парниковых газов [парниковых газов] по сравнению с альтернативами ископаемому топливу [...]». [dk] В отличие от однолетних культур, мискантус требует меньше азота, имеет низкий уровень выбросов парниковых газов, связывает почвенный углерод из-за сокращенной обработки почвы и может быть экономически выгоден на малоплодородных землях. [dl] Исследователи сходятся во мнении, что в последние годы «[...] появилось более детальное понимание экологических преимуществ и рисков биоэнергетики, и стало ясно, что многолетние биоэнергетические культуры имеют гораздо больший потенциал для значительного сокращения выбросов парниковых газов, чем традиционные культуры, которые в настоящее время выращиваются для производства биотоплива по всему миру (например, кукуруза , пальмовое масло и рапс )». [dm] Они также согласны с тем, что «[...] прямое воздействие специализированных многолетних биоэнергетических культур на почвенный углерод и N2O становится все более понятным и часто согласуется со значительным снижением выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла за счет биоэнергетики по сравнению с традиционными источниками энергии». [79]

Практические соображения по сельскому хозяйству

Практические советы по сельскому хозяйству можно найти в PDF-файле Университета штата Айова «Гигантский мискантус». [80] См. также руководство по передовому опыту, совместно разработанное Teagasc (органом по развитию сельского хозяйства и продовольствия Ирландии) и AFBI (Институтом агропродовольственных и биологических наук, также Ирландия). [81]

Рекомендации

Цитаты и комментарии

  1. ^ На основе списка Кью/POWO. Обратите внимание, что принятое название POWO — M. × longiberbis , предполагаемая высота растения составляет всего от 0,7 до 1,2 метра. «Мискантус × longiberbis (Hack.) Nakai». Растения мира онлайн . Проверено 23 мая 2022 г..
  2. ^ ab " M. x giganteus  - высокопродуктивная, стерильная, корневищная многолетняя трава C4, собранная в Иокахаме, Япония, в 1935 году Акселем Олсеном. Она была привезена в Данию, где ее выращивали и распространили по всей Европе и Северной Америке для посадки. в садоводческих условиях. Со временем он был известен как  Miscanthus sinensis  'Giganteus',  M. giganteus, Miscanthus ogiformis  Honda и  Miscanthus sacchariflorus  var.  brevibarbis  (Honda) Adati. Недавние классификационные работы в Королевском ботаническом саду в Кью, Англия, обозначил его как  M. x giganteus  (Greef & Deuter ex Hodkinson & Renvoize), гибрид  M. sinensis  Anderss. и  M. sacchariflorus  (Maxim.) Hack». Андерсон и др. 2014, с. 71.
  3. ^ Для достижения максимальной урожайности требуется от двух до четырех лет; «[...] для более прохладных северных участков по-прежнему требуется от трех до четырех лет, в то время как южные участки обычно достигают потолка за два года». Джонс 2019, с. 22.
  4. ^ «В отличие от однолетних культур, биоэнергетика из специальных многолетних культур, как широко распространено мнение, имеет более низкие выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла и другие экологические выгоды. Многолетние культуры, такие как мискантус и порослевая ива с коротким вращением (SRC) и тополь, имеют низкие потребности в азоте. (с выгодой для выбросов N2O и качества воды), может улавливать углерод почвы за счет сокращения обработки почвы и увеличения распределения подземной биомассы, а также может быть экономически жизнеспособным на маргинальных и деградированных землях, тем самым сводя к минимуму конкуренцию с другими сельскохозяйственными видами деятельности и избегая эффектов iLUC». Уитакер и др. 2018, с. 151.
  5. ^ «Идеальные энергетические культуры из биомассы эффективно используют доступные ресурсы, являются многолетними, хранят углерод в почве, имеют высокую эффективность использования воды, не инвазивны и требуют мало удобрений. Одна трава, которая обладает всеми этими характеристиками, а также дает большие количества биомассы — это Miscanthus x giganteus ». Андерсон и др. 2014, с. 71.
  6. ^ Левандовски и др. утверждают, что «[...] экономия ископаемой энергии является самой высокой там, где биомасса мискантуса используется в качестве строительного материала (в нашем анализе используется пример изоляционного материала)». Левандовски и др. 2016, с. 20.
  7. ^ «Производство корневищ для размножения в климате Соединенного Королевства занимает как минимум два вегетационного периода, это влечет за собой очистку производственной площади от сорняков, вспашку весной и вспашку земли до образования мелкого семенного ложа, как пахоту, перед посадкой корневищ с помощью сеялки картофельного типа. [...] Весной, следующего за вторым годом роста, корневища собирают модифицированным картофелеуборочным комбайном, сортируют вручную или в полуавтоматическом режиме и разрезают на жизнеспособные части по 20–40 г. [...] Один га Корневища дают достаточно материала для посадки 10–30 га урожая той же модифицированной картофелесажалкой. Для корневищ более низкого качества, проверенных тестами на прорастание, потребуется 80–90 г корневищ (частное сообщение, М. Мос)». Гастингс и др. 2017, стр. 5–6.
  8. ^ «Наша работа показывает, что в зависимости от типа гибрида один га (га) семян может дать достаточно семян для ~ 1000–2000 га посадок, в зависимости от родительских комбинаций, что на два порядка больше, чем размножение корневищем. [. ..] [Достигается уровень приживаемости 85–95%». Гастингс и др. 2017, с. 6.
  9. ^ «Семена высеваются машиной и выращиваются в теплице (рис. 3А) перед высадкой в ​​поле (рис. 3В). Ожидается, что методы выращивания на основе семян окажутся наиболее эффективными для расширения производства мискантуса, поскольку они имеют следующие преимущества: · С ростом рыночного спроса можно легко обеспечить большие количества, если производство семян хорошо развито · Короткий период выращивания всходов: всего 8–10 недель от семян до конечного продукта (пробок) · Производство клубочков - это энергия эффективный (нет необходимости в холодильниках) · Низкие затраты на организацию» Левандовски и др. 2016, с. 15.
  10. ^ «Посевы мискантуса могут быть получены путем узлового размножения стеблей путем сбора стеблей в сентябре и немедленного посева их в поле без необходимости хранения в холодильнике, что в любом случае снижает жизнеспособность растения и одновременно увеличивает затраты. Посаженные стебли дают побеги и корни, а затем , корневище.» О'Локлин, Макдоннелл и Финнан, 2017, стр. 345.
  11. ^ «Результаты показывают, что размножение новыми гибридными семенами значительно снижает затраты на создание до уровня ниже 900 фунтов стерлингов за га -1 [...]. Безубыточная урожайность была рассчитана как 6 Мг [Мг / мегаграмм равен метрической тонне] DM [сухого вещества] га — 1 год -1 [га в год], что составляет примерно половину средней урожайности Mxg в Соединенном Королевстве; при этом новые посеянные гибриды достигают 16 Мг сухого вещества на га -1 во втором году испытаний в Соединенном Королевстве. Эти совокупные улучшения значительно повысят рентабельность сельскохозяйственных культур. Разница между производственными затратами на подготовку различных форматов сырья показывает, что тюки являются лучшим вариантом для прямого сжигания с наименьшими транспортными расходами (0,04 Мг -1 км -1 ) и простым хранением на ферме. [...] требуется, то сбор щепы является более экономичным. [...] Удельные затраты на посадку корневища и штепсельной посадки аналогичны, поскольку они относительно трудоемки, тогда как посев семян, по прогнозам, снизит затраты вдвое». Гастингс и др. 2017, стр. 1, 8.
  12. ^ «Виды C4 характерно демонстрируют повышенную эффективность использования азота (N) и воды [28,29]. В частности, виды C4 могут демонстрировать эффективность использования N в два раза выше, чем виды C3». Андерсон и др. 2014, с. 73.
  13. ^ «Азотные удобрения не нужны и могут нанести ущерб устойчивости, если только их не высаживать на почвах с низким плодородием, где на раннем этапе укоренения будет полезно добавить около 50 кг N га -1 . [...] Выбросы N2O могут быть в пять раз ниже при использовании неудобренного мискантуса. чем однолетние культуры, и до 100 раз ниже, чем интенсивные пастбища. Неподходящее добавление азотных удобрений может привести к значительному увеличению выбросов N2O с плантаций мискантуса, что превышает коэффициенты выбросов МГЭИК, хотя они все еще компенсируются потенциальной заменой ископаемого топлива». МакКалмонт и др. 2017, с. 503.
  14. ^ «Пластиковая мульчирующая пленка сократила время укоренения, улучшив экономику урожая. [...] Испытание мульчирующей пленки в Аберистуите показало значительную (P <0,05) разницу между показателями укоренения при различной плотности растений с совокупной средней урожайностью за первые 2 года почти удвоение под пленкой, как показано в Таблице 3. Использование пленки добавляет к затратам на выращивание 100 фунтов стерлингов на га и 220 кг эквивалента CO2 C га -1 . Эффект этого увеличения заключается в сокращении периода укоренения культуры на 1 год. в условиях окружающей среды Аберистуита аналогичное сокращение времени приживления наблюдалось на других испытательных участках, а также в Ирландии (O'Loughlin et al., 2017). [...] При агрономии с мульчирующей пленкой последние посеянные гибриды приживаются гораздо быстрее с значительно более высокая ранняя доходность (первый и второй годы) по сравнению с коммерческим Mxg в Великобритании, обеспечивающим безубыточную окупаемость инвестиций как минимум годом ранее». Гастингс и др. 2017, стр. 1, 9, 14–15.
  15. ^ «Посадка семенных пробок оказалась наиболее успешным методом приживления мискантуса на маргинальных почвах. Накрытие растений полиэтиленовой пленкой ускоряет их рост. Пленка сохраняет влажность в верхнем слое почвы и повышает температуру. Это полезно для растения, особенно на легких почвах с более высоким риском стресса от засухи и при низких температурах». Левандовски и др. 2016, с. 14.
  16. ^ «Продуктивность сельскохозяйственных культур определяется как произведение общего количества солнечной радиации, падающей на участок земли, и эффективности перехвата, преобразования и разделения этой солнечной энергии в растительную биомассу. [...] Бил и Лонг продемонстрировали в полевых испытаниях в на юго-востоке Англии, что εc,a составляло 0,050–0,060, что на 39% выше максимального значения, наблюдаемого у видов C3. Кроме того, когда εc рассчитывается с точки зрения общей (т. е. надземной и подземной) продукции биомассы M. x giganteus ( εc,t), оно достигает 0,078, что приближается к теоретическому максимуму 0,1. Исследования, проведенные Хитоном и др. на Среднем Западе США, показали аналогичную эффективность перехватываемого ФАР (0,075)». Андерсон и др. 2014, с. 73.
  17. ^ "- Эффективность использования воды является одной из самых высоких среди всех культур и находится в диапазоне 7,8–9,2 г DM (кг H2O) -1 . - В целом потребность в воде увеличится из-за высокой продуктивности биомассы и увеличения эвапотранспирации на уровне полога. (например, увеличение ET у пшеницы на 100–120 мм/год ) . – Улучшенная структура почвы означает большую водоудерживающую способность (например, увеличение на 100–150 мм), хотя в засушливые годы почвы все равно могут быть более сухими. – Качество дренажных вод улучшается, а выщелачивание нитратов значительно ниже, чем в пахотные годы (например, 1,5–6,6 кг N га -1 год -1 [для] мискантуса, 34,2–45,9 [ для] кукурузы/соевых бобов).» МакКалмонт и др. 2017, с. 504.
  18. ^ «Бил и др. (1999) сравнили свои результаты с эффективностью использования воды культурой биомассы C3, Salix viminalis , о которой сообщалось в Lindroth et al. (1994) и Lindroth & Cienciala (1996), и предполагают, что WUE для мискантуса может быть примерно в два раза больше, чем у этого вида ивы . к цифрам, рассчитанным Ehdaie & Waines (1993) для семи сортов пшеницы, которые обнаружили ЭИВ между 2,67 и 3,95 г общего сухого вещества (кг H2O) -1 . Преобразование этих значений мискантуса в биомассу сухого вещества на гектар пахотной земли позволит увидеть соотношение биомассы к воде. использование в диапазоне до 78–92 кг сухого вещества на га -1 (мм H2O) -1 . Рихтер и др. (2008) смоделировали потенциал урожайности мискантуса на основе 14 полевых испытаний в Великобритании и обнаружили, что почвенная вода, доступная растениям, была наиболее значимой. фактор в прогнозировании урожайности, и они рассчитали отношение урожайности сухого вещества к доступной почвенной воде на уровне 55 кг сухого вещества на га -1 (мм H2O) -1 , в то время как на каждый 1 мм поступающих осадков было произведено всего 13 кг сухого вещества на га -1 , что, вероятно, связано с к высокому уровню перехвата и испарения полога. Даже по стандартам C4 эта эффективность высока, как видно по сравнению с полевыми измерениями, составляющими в среднем 27,5 ± 0,4 кг надземного сухого вещества на га -1 (мм H2O) -1 для кукурузы (Tolk et al., 1998)». McCalmont et al. 2017, стр. 501.
  19. ^ «С точки зрения интенсивности производства энергии, биомасса мискантуса производит больше чистой энергии на гектар, чем другие биоэнергетические культуры, около 200 ГДж га -1 год -1 , особенно пахотные [кукуруза для биогаза 98, рапс для биодизеля 25, пшеница и сахар свекольный этанол 7–15 (Hastings et al., 2012)]. Фельтен и др. (2013) рассчитали аналогичные цифры, сообщив о 254 ГДж га -1 год -1 для мискантуса». МакКалмонт и др. 2017, с. 493.
  20. ^ Гастингс и др. пишут, что «[полевые] испытания показали, что для многих мест в Европе M. x giganteus имеет самый большой энергетический выход из всех потенциальных биоэнергетических культур в пересчете на чистые МДж га  -1 [мегаджоуль на гектар] и самое высокое энергопотребление. эффективность (ЭЭЭ) с точки зрения энергозатрат производства из-за его относительно высокой урожайности и низких затрат [...]». Гастингс и др. 2009а, с. 180.
  21. ^ Урожайность SRF ивы и тополя в Великобритании находится в диапазоне 10–12 тонн сухого вещества с гектара в год, согласно Proe, Griffiths & Craig 2002, стр. 322–323. В мета-исследовании урожайности ивы Fabio et al. цитируйте испытания ивы в Швеции, дающие 8, 13 и 14 тонн. Авторы приводят данные о двух испытаниях ивы в Великобритании, оба с урожайностью 10 тонн, и один опыт в Ирландии с урожайностью 8–10 тонн. См. таблицы 1 и 2 Fabio & Smart 2018, стр. 551 и 552. Точки данных по урожайности ивы (местоположение не указано) на рисунке 2, с. 554 показывают среднюю урожайность примерно 6–7 тонн с гектара в год. В таблице 3 на стр. 557 приведены шесть исследований со средней урожайностью 10 тонн с гектара в год. Эйлотт и др. собрал данные с 49 тестовых площадок для ивы и тополя в Великобритании и пришел к выводу: «Результаты полевых испытаний показали, что наблюдаемая урожайность SRC значительно различалась в зависимости от генотипа и севооборота (Таблица 1). Самые высокие урожаи были зарегистрированы у ивы в двух севооборотах, при этом 16 генотипов давали в среднем 9,0 odt [сухая тонна] га -1 год -1 по сравнению с 6,3 odt га -1 год -1 для генотипов тополя. Самой высокоурожайной родительской линией была шведская S. vimanlis × S. schwerinii , которая демонстрировала стабильно высокие урожаи в обоих севооборотах и ​​высокую устойчивость к ржавчине. Эта родительская линия включала самый урожайный единственный генотип, Тора, со средней урожайностью в обоих севооборотах 11,3 га- 1 год -1 ». Эйлотт и др. 2008, с. 363. Моделирование будущего, Aust et al. оцените средний урожай ивы и тополя SRC, выращенных на пахотных землях в Германии, в 14 тонн, см. Aust et al. 2014, с. 529. Для достижения такой урожайности иве и тополю необходимы удобрения, Фабио и др. сообщает о 92–400 кг азота на гектар в год при урожайности, указанной в их статье. См. Fabio & Smart 2018, стр. 551–552. Гастингс и др. использовали программное обеспечение компьютерного моделирования для оценки урожайности мискантуса, ивы и тополя в Великобритании и пришли к выводу, что средняя урожайность для всех этих растений находится в узком диапазоне от 8,1 до 10,6 сухих тонн с гектара в год, при этом мискантус занимает среднее положение. У мискантуса была самая высокая урожайность на более теплом юго-западе, а корректировка компьютерной модели с учетом ожидаемого более теплого климата в 2050 году сделала мискантус самой урожайной культурой на большей территории: таким образом, это большая территория, где Мискантус дает самый высокий урожай из рассматриваемых видов сырья». Гастингс и др. 2014, стр. 108, 119.
  22. ^ Оценки урожайности см. в документе ФАО «Глобальные перспективы будущих поставок древесины с лесных плантаций», разделы 2.7.2–2.7.3. ФАО предоставляет оценку урожайности в кубических метрах (м 3 ); от 1 до 25 м 3 в мире. Кубические метры преобразованы в сухие тонны на основе следующих данных: Сосна обыкновенная, произрастающая в Европе и Северной Азии, весит 390 кг/м3 в сухом состоянии (влажность 0%). Сухая масса видов эвкалипта, обычно выращиваемых на плантациях Южной Америки, составляет 487 кг/м 3 (среднее значение для Lyptus, Rose Gum и Deglupta). Средний вес видов тополя, обычно выращиваемых на плантациях в Европе, составляет 335 кг/м 3 (средний вес тополя белого и тополя черного).
  23. ^ Если быть точным, чистый годовой прирост (NAI) для естественных лесов смешанного умеренного пояса составляет (2–2,5 м 3 на гектар, в диапазоне от 0,9 м 3 в Греции до 6 м 3 во Франции). Кубические метры преобразованы в сухие тонны на основе следующих данных: Сосна обыкновенная, произрастающая в Европе и Северной Азии, весит 390 кг/м3 в сухом состоянии (влажность 0%). Сухая масса видов эвкалипта, обычно выращиваемых на плантациях Южной Америки, составляет 487 кг/м 3 (среднее значение для Lyptus, Rose Gum и Deglupta). Средний вес видов тополя, обычно выращиваемых на плантациях в Европе, составляет 335 кг/м 3 (средний вес тополя белого и тополя черного. Смил 2008, стр. 75–76.
  24. ^ Программное обеспечение для урожайности мискантуса Miscanfor рассчитывает снижение урожайности на 33% между осенним пиком и зимним урожаем. См. Гастингс и др. 2009, с. 186 . Этот расчет подтвержден Roncucci et al. которые обнаружили снижение урожайности сухой массы на 32–38% для своих тестовых культур, когда сбор урожая был отложен до зимы. См. Ронкучи и др. 2015, с. 1002. Клифтон-Браун и др. обнаружили среднее снижение урожайности на 0,3% в день в период между пиком осенней урожайности и зимним сбором урожая, см. Clifton-Brown, Breuer & Jones 2007, p. 2305.
  25. ^ «Большая часть литературы, в которой сообщается об урожайности сухой биомассы M. x giganteus, основана на европейских исследованиях. Потолочный пик урожайности биомассы в укоренившихся насаждениях M. x giganteus приблизился к 40 т сухого вещества (СВ) га -1 в некоторых европейских регионах, хотя для достижения этой максимальной урожайности может потребоваться 3–5 лет.По всей Европе урожайность до 25 т сухого вещества/га с укоренившихся насаждений M. x giganteus была зарегистрирована в районах между центральной Германией и южной Италией, в то время как пик урожайность в Центральной и Северной Европе колеблется от 10 до 25 т СВ/ га , а в Южной Европе - более 30 т СВ/ га.Количественный обзор существующих насаждений M. x giganteus по всей Европе показал средний пиковый урожай биомассы. 22 т сухого вещества на га -1 , усредненное по нормам азота и уровням осадков». Андерсон и др. 2014, с. 79.
  26. ^ «Со второго года посадки мискантуса урожай собирали ежегодно на грани всходов в конце марта или начале апреля. Средняя урожайность мискантуса составляла 15 мг сухой массы (дм) га -1 г -1 , которая оставалась почти постоянной. с четвертого года основания». Фельтен и Эммерлинг, 2012, с. 662.
  27. ^ «Урожайность, использованная при расчете выбросов парниковых газов и экономики сельскохозяйственных культур, в этом исследовании использовалась средняя урожайность 12–14 Мг га -1 год -1 , которая наблюдалась с помощью Mxg на текущих коммерческих посадках, наблюдаемых в Соединенном Королевстве (частное сообщение, M Мы предположили логистическое увеличение урожайности в год выращивания и линейное снижение урожайности через 15 лет Лесур и др. (2013). Межгодовые колебания урожайности, обусловленные погодными условиями, как наблюдалось в долгосрочных испытаниях ( Clifton-Brown et al., 2007) и смоделировали урожайность мискантуса для Соединенного Королевства, используя данные о погоде с 2000 по 2009 год (Harris et al., 2014) и модель MiscanFor (Hastings et al., 2009, 2013). Связанное с погодой стандартное отклонение межгодовых колебаний урожайности в Соединенном Королевстве составляет порядка 2,1 млн га -1 год- 1 при средней урожайности 10,5 млн га -1 год - 1 для всей территории Соединенного Королевства. в целом пессимистичны, поскольку они рассчитывают урожайность неорошаемых земель и не учитывают поддержку грунтовых вод, которая имеется на многих пахотных фермах Соединенного Королевства». Гастингс и др. 2017, с. 4.
  28. ^ Вацлав Смил оценивает примерно удвоение чистой первичной продукции (NPP) биомассы в тропиках по сравнению с регионами мира с умеренным климатом. Смил 2015, с. 81 .
  29. ^ Исследователи проекта ЕС MAGIC (Маргинальные земли для выращивания технических культур) утверждают, что диапазон температуры роста мискантуса × гигантского составляет от 8 до 45 ° C. Таблица ЕС MAGIC 2021.
  30. ^ «Примерно в два раза сухое вещество преобразуется в углерод (Michel et al., 2006) и в 10 раз из т га -1 в кг м -2 . [...] На рисунке 2 показаны глобальные прогнозы АЭС «Мискантус» на основе моделирования жизнеспособности. Рассчитанные значения варьируются от 0,5 кг С м -2  год -1 в бореальной зоне до 1 и 2 кг С м -2  год -1 в средних широтах и ​​от 3 до 5 кг С м -2  год -1 в тропиках. » Хьюз и др. 2010, стр. 82–83.
  31. ^ Шеперд и др. утверждают, что Micanthus × giganteus «снижает выработку ассимилятов при температуре выше 28°C», и прогнозируют, что урожайность в тропиках будет низкой. Однако оценка среднего тропического урожая не приводится. Шепард и др. 2020, стр. 295, 298.
  32. ^ Чжан и др. измеренная урожайность бановой травы (вариант Napier) составила 74 тонны с гектара в год при небольшом внесении удобрений и количестве осадков 1000 мм. Чжан и др. 2010. С. 96, 98 (табл. 1).
  33. ^ Хосино и др. зафиксировал урожайность 75,6 тонн с гектара в год на второй год роста при обильном удобрении и уровне осадков 1000 мм в год. Хосино, Оно и Сирикиратаянонд 1979, стр. 310, 311, 315.
  34. ^ Висенте-Чандлер и др. обнаружили, что сильно удобренный дербенник дает 75 661 фунт сухого вещества на акр в год при срезании с 90-дневными интервалами, что эквивалентно 84,8 тоннам на гектар в год. Висенте-Чандлер, Сильва и Фигарелла, 1959, с. 202.
  35. ^ «Общая потребность в воде составляет примерно 100 мм (4 дюйма) в месяц в эквиваленте осадков. [...] Урожайность гигантской королевской травы зависит от времени между сборами урожая. Например, шестимесячный урожай высокой гигантской королевской травы , можно рассчитывать на получение 80 или более тонн США на акр (180 метрических тонн на гектар) свежей травы при влажности примерно 70–75%. Для двух урожаев в год увеличьте эти цифры вдвое». Виаспейс 2020.
  36. ^ Маккей указывает урожайность в 360 влажных тонн с гектара в год, но не дает количественной оценки содержания влаги. Маккей 2020.
  37. ^ «По оценкам Азиатско-Тихоокеанского экономического сотрудничества (АТЭС), маргинальные земли составляют примерно 400 миллионов гектаров в Азии, на островах Тихого океана, в Австралии и Северной Америке. По другим оценкам, глобальная площадь маргинальных земель составляет от 1100 до 6650 миллионов га. в зависимости от параметров, используемых для описания маргинальных (например, «неблагоприятные сельскохозяйственные угодья», «заброшенные или деградированные пахотные земли» или засушливые, лесные, пастбищные, кустарниковые или саванные места обитания).Потенциальная площадь, доступная в США для целлюлозной биомассы сельскохозяйственных культур и малозатратных, высокоразнообразных местных смесей многолетних растений колеблется от 43 до 123 миллионов гектаров. Различия в этих оценках отражают непоследовательность в использовании термина «маргинальные земли», несмотря на его обычное использование в биоэнергетической промышленности и литературе. Маргинальные земли часто описываются как деградированные земли, которые непригодны для производства продуктов питания и/или имеют неоднозначно низкое качество и часто называются непродуктивными. Непродуктивные почвы характеризуются неблагоприятными химическими и/или физическими свойствами, которые ограничивают рост растений и урожайность, включая низкий уровень воды. способность хранить питательные вещества, высокая соленость, токсичные элементы и плохая текстура. К дополнительным трудностям, с которыми сталкиваются маргинальные ландшафты, относятся небольшая глубина почвы из-за эрозии, плохой дренаж, низкое плодородие, крутой рельеф и неблагоприятный климат. Несмотря на низкое качество маргинальных земель и потенциальные проблемы, которые они могут представлять для ее производства, биомасса вряд ли будет выращиваться на высококачественных землях, которые экономически выгодны для выращивания традиционных культур». Куинн и др. 2015, стр. 1–2.
  38. ^ «Оценки маргинальных/деградированных земель, которые в настоящее время считаются доступными для биоэнергетики, варьируются от 3,2 до 14,0 млн км2, в зависимости от принятых критериев устойчивости, определений классов земель, почвенных условий, метода картографирования земель, а также экологических и экономических соображений (Campbell et al. 2008; Cai и др., 2011 г., Льюис и Келли, 2014 г.)». МГЭИК 2019c.
  39. ^ Проходит 30 дней со средней температурой ниже -3,4 ° C, прежде чем температура почвы упадет ниже -3,4 ° C. См. Гастингс и др. 2009б, с. 184. Куинн и др. заявляют, что «[m]iscanthus × giganteus площадь листьев и урожайность уменьшаются в условиях засухи, но доступность воды не влияет на производство побегов или высоту растений в начале вегетационного периода. [стр. 4]. [...] Miscanthus × giganteus, биомасса и жизнеспособность корневищ не пострадали от затопления [стр. 5]. [...] Засоленность выше 100 мМ повлияла на рост мискантуса × гигантского, при этом корневища > корни > побеги в порядке возрастания чувствительности (наименее чувствительные корневища). Растения, выращенные из более крупных первоначально корневища были менее чувствительными [стр. 8]. [...] Летальная температура, при которой погибло 50 % (LT50) корневищ мискантуса × гигантского, составляла -3,4 °C, что может быть проблематичным, особенно в первую зиму. [ ...] Miscanthus × giganteus демонстрирует необычную холодоустойчивость для вида C4. [стр. 10] [...] Поскольку виды C4 и CAM обладают присущими механизмами сопротивления тепловому стрессу, имеет смысл рассмотреть культуры, полученные из биомассы, с этими путями фотосинтеза. (см. Таблицу 5) [стр. 11] [...] Наш обзор литературы выявил несколько «универсальных» культур биомассы, которые умеренно или высоко толерантны к множеству стрессоров окружающей среды (Таблица 6). Например, было показано, что Andropogon gerardii , Eucalyptus spp., Miscanthus spp., Panicum virgatum , Pinus spp., Populus spp., Robinia pseudoacacia и Spartina pectinata умеренно или высоко толерантны к четырем или более типам стресса [стр. 14].» Куинн и др. 2015, стр. 4, 5, 8, 10, 11, 14.
  40. ^ «Большинство засоленных почв, покрывающих 539 567 км2 в европейской географической зоне, можно использовать для выращивания мискантуса с предполагаемым снижением урожайности до 11%; еще 2717 км2 можно использовать с предполагаемым снижением урожайности на 28%, и только 3607 км2 приведет к снижению урожайности более чем на 50%». Ставриду и др. 2017, с. 99.
  41. ^ «DW корневища [сухой вес] и соотношение корней/корневищ и подземной/надземной DW не были затронуты повышенной засоленностью, и только DW корня значительно уменьшалась при самой высокой концентрации соли (22,4 дСм · м-1). NaCl) (Таблица 1).Плажек и др. (2014) показали аналогичную реакцию у M. × giganteus, с уменьшением только DW корней при 200 мм NaCl и отсутствием изменений в корневищах DW ниже 200 мм NaCl.Такая способность многолетних трав поддержание подземной биомассы в условиях стресса может сохранить достаточные запасы для следующего вегетационного периода (Karp & Shield, 2008); хотя это может быть физиологически значимо для временных стрессов, таких как засуха, еще неизвестно, как эта реакция влияет на год за годом. урожайность при аккумулятивном стрессовом воздействии солености». Ставриду и др. 2017, с. 100.
  42. ^ «Наивысшая урожайность биомассы, а также самый высокий потенциал экономии парниковых газов и ископаемой энергии (до 30,6 т CO2-экв/га*год [эквивалента CO2 на гектар в год] и 429 ГДж/га*год [гигаджоуль на гектар в год] ] соответственно) может быть достигнута на немаргинальных участках в Центральной Европе. На маргинальных участках, ограниченных холодом (Москва/Россия) или засухой (Адана/Турция) экономия до 19,2 т CO2-экв/га*год и 273 ГДж/га *а (Москва) и 24,0 т CO2-экв/га*год и 338 ГДж/га*год (Адана)». Левандовски и др. 2016, с. 19.
  43. ^ Потребление энергии на основе угля в Китае в 2019 году составило 81,67 ЭДж (52% мирового потребления). См. стр. 47. БП 2020.
  44. ^ «Гибель от выстрела означает, что в данном году урожайность будет ограниченной, но в следующем году она восстановится. Гибель корневища означает, что урожай необходимо пересадить. [...] Для условий засухи мы рассчитываем время ниже увядания. Пункт: если этот период превышает 30 дней, то побег погибает в этом году, если он превышает 60 дней для M. × giganteus, корневище погибает, а урожай уничтожается. Это было основано на эксперименте с водным стрессом в камере выращивания с M. × giganteus (Клифтон-Браун и Гастингс, неопубликованные данные). Для M. sinensis этот период увеличивается до 60 и 120 дней ». Гастингс и др. 2009б, с. 161.
  45. ^ Ронкуччи и др. сообщает примерно в 2 раза больший урожай мискантуса, посаженного в илистом суглинке ( который имеет лучшую водоудерживающую способность) по сравнению с супесчаной почвой (Италия) после относительно нормального вегетационного периода с точки зрения осадков , и примерно в 6 раз больший урожай после вегетационного периода, сопровождающегося сильной засухой: «Во второй год роста (2011 г.) культуры, произрастающие в почве SiC [пылевато-суглинистая] почва, показали значительно более высокий надземный сухой урожай (таблица S1) по сравнению с культурами, растущими в почве SL [супесь] (19,1 против 10,9 Мг). га -1 ) (рис. 2а). [...] Общие тенденции продуктивности биомассы усилились в третий год вегетации (2012 г.), когда мискантус, растущий в почве SL, подвергся сильному влиянию летней засухи, что привело к преждевременному надземному старению , потеря листьев и угнетение цветения. Таким образом, в среднем за три срока уборки урожай сухой биомассы в почве SL оказался на порядок ниже, чем в почве SiC (24,6 против 3,9 Мг/га ) .[... ] Результаты, полученные в наших экспериментах, подтвердили важность наличия воды для определения удовлетворительной урожайности мискантуса в средиземноморских условиях. Фактически, плантации мискантуса на почвах, характеризующихся плохой водоудерживающей способностью (т.е. почва SL), серьезно пострадали после трех лет выращивания, при этом урожайность сухих урожаев составила менее 5 Мг/га. [...] Ронкучи и др. 2015, стр. 1001, 1004. Стричевич и др. сделать аналогичный вывод, добавив в уравнение глубину корней: «Доступность воды для мискантуса в равной степени зависела от осадков и накопленной влаги в почве, так что урожайность обычно отражала глубину корней и характеристики почвы. Например, урожайность, зарегистрированная в Ралье, была ниже чем достигнутые в Земуне из-за ограниченного слоя почвы в первом случае [1,1 м] и неспособности мискантуса развивать более глубокие корни. Важность почвы и глубины корней для моделирования растительного производства была подтверждена другими исследователями ( Раес и др., 2009)». См. Стричевич и др. 2015, стр. 1205.
  46. ^ Стричевич и др. Однако выскажем противоположную точку зрения: «Каждый год мискантус увеличивал свою надземную биомассу и глубину корней [...]. В первые два года у мискантуса образовывались корневища, и рост корней был медленным. На третий год в почве было достаточно влаги. более плодородный поверхностный слой почвы, так что глубина корней оказалась меньше ожидаемой.Последующие 3 года были засушливыми, поэтому в поисках воды корни значительно увеличили свою глубину (до 2,3 м), что согласовывалось с данными, полученными в других экспериментах. (Нойкирхен и др., 1999; Riche & Christian, 2001)». См. Стричевич и др. 2015, стр. 1207.
  47. ^ Орошение также может повысить урожайность, если его применять в засушливые вегетационные периоды (определяемые как количество осадков 150–300 мм). На почвах с хорошей водоудерживающей способностью орошения потенциально можно избежать, если количество осадков превышает 420 мм: «Мантинео и др. (2009) заявили, как орошение в первые 3 года после посадки повлияло на подземный рост и размер мискантуса, и те же авторы обнаружили, что хорошие надземные урожаи в течение четвертого и пятого лет (около 27 и 18 Мг/га ) , когда не проводилось орошение.Эти данные подтверждены Манном и др. (2013b), которые исследовали динамику корневой системы мискантуса в ответ на неорошаемое и в условиях орошения и выявил отсутствие развития корней на глубине ниже 1,2 м в условиях богарного питания, в то время как при дополнительном орошении во время укоренения мискантус смог развить корни на глубине 3 м. Таким образом, модели роста мискантуса в супесчаной почве (Эксперимент 1) подчеркнул важность подачи оросительной воды также в течение нескольких лет после создания.Однако в почвах, характеризующихся хорошей водоудерживающей способностью (Эксперимент 2), выяснилось, что оросительная вода не оказала влияния на урожайность сельскохозяйственных культур. Предыдущие исследования, проведенные в Средиземноморье (центральная и южная Италия) по сравнению орошаемых и неорошаемых культур мискантуса, дали неоднозначные результаты. Фактически, на юге Италии двух- и трехлетние культуры реагировали на орошение только тогда, когда запас воды превышал 440 мм (Cosentino et al., 2007) или когда количество осадков в течение вегетационного периода было довольно ограниченным (около 400 мм) (Mantineo и др., 2009). Важность осадков для мискантуса, выращиваемого в Средиземноморье, была подтверждена Petrini et al. (1996), которые сравнили мискантус, выращиваемый на богарных и орошаемых землях в двух разных местах центральной Италии. У 2-летних посевов на участке с большим количеством осадков (>420 мм) различий в надземной урожайности не отмечено, а у орошаемого мискантуса на 58% выше на участке с меньшим количеством осадков (около 313 мм). Наконец, на нашем экспериментальном участке Ercoli et al. (1999), сравнивая влияние орошения и азотных удобрений на урожайность мискантуса, наблюдали увеличение примерно на 20% (+4,5 Мг/га ) на орошаемых и богарных участках, убранных осенью. Это согласуется с нашими результатами: когда количество осадков в течение вегетационного периода было довольно низким (~ 164 мм) и аналогично количеству, о котором сообщает Ercoli et al. (1999) (~173 мм), орошаемые участки увеличили сухой урожай примерно на 15% по сравнению с неорошаемыми участками. И наоборот, в 2012 году, когда количество осадков было намного больше (~ 400 мм), мискантус при ET0 и ET75 давал почти одинаковый урожай». Ронкучи и др. 2015, стр. 1005–1006, .
  48. ^ Стричевич и др. сделать то же самое в отношении сельскохозяйственных культур в Сербии. Почва на этом участке обычно хорошо увлажняется в начале вегетационного периода из-за таяния снега. Если корни растут глубоко (2–3 м) и почва обладает хорошей водоудерживающей способностью, для получения хороших урожаев (20–25 т/га в год) достаточно 300–400 мм осадков за сезон. Стричевич и др. 2015, стр. 1204–1205. (Однако в таблице 2 на стр. 1208 заявленные уровни осадков для урожаев 20–25 тонн еще ниже: 220, 220 и 217 мм. Неясно, почему авторы выбрали оценку 300–400 мм вместо 220 мм. .) Авторы отмечают, что если вообще нет ограничений по воде, то есть если посевы орошаются, то можно ожидать двукратного увеличения урожайности (42 тонны с гектара в год). Обратите внимание, что этот выход является результатом компьютерного моделирования, а не фактически измеренным выходом. Авторы использовали бесплатно доступное программное обеспечение ФАО для прогнозирования урожайности AquaCrop для расчета урожайности в оптимальных условиях: «Хотя мискантус обычно дает высокие урожаи даже при недостаточном водоснабжении, он очень хорошо реагирует на орошение, увеличивая выход биомассы на целых 100% (Козентино и др., 2007).В экологических условиях Сербии, Мискантус имел достаточно воды в течение первых 3 лет исследований, но в течение коротких периодов в четвертый, пятый и шестой годы он испытывал водный дефицит. Чтобы проверить, является ли модель реалистичной уровней биомассы, когда подача воды была неограниченной, использовался файл «Генерация графика орошения» и была выбрана опция «Пополнять при исчерпании 80% доступной воды». Таким образом, если применяется орошение, даты орошения и объемы воды необходимо ввести, чтобы они были учтены в водном балансе.В данном примере вместо ввода дат орошения и количества воды модель определяла, сколько воды необходимо и когда для достижения потенциальной урожайности. Те же входные данные с добавлением поливной воды дали урожайность 42 Мг га-1, что соответствует показателям, зарегистрированным в Греции и Италии при орошении и отсутствии ограничений, в аналогичных климатических условиях и с аналогичной плотностью посевов (Cosentino et al. , 2007; Даналатос и др., 2007)» (там же, стр. 1206–1207).
  49. ^ «Мискантус, выращенный на загрязненных почвах, может содержать более высокие концентрации TE в побегах [микроэлементы; металлы и металлоиды], но TF [коэффициент транслокации], который по большей части меньше 1, указывает на то, что передача TE от корня к побегу затруднена. минимизировано (табл. 3).Сочетание этого признака с низким КБК [коэффициентом биоконцентрации] и более высокими концентрациями ТЭ в корнях, чем в побегах, демонстрирует способность удерживать ТЭ в почвах.Благодаря многолетнему приросту и его способности стабилизировать ТЭ и деградировать некоторых органических загрязнителей, мискантус потенциально может ограничить перенос загрязняющих веществ в различные части окружающей среды за счет уменьшения (1) вымывания загрязняющих веществ из корневой зоны и загрязнения грунтовых вод, (2) стока загрязняющих веществ (водной эрозии) и загрязнения поверхностных вод, (3) выбросов пыли в атмосферу из-за ветровой эрозии и сезонной обработки почвы, а также (4) переноса загрязняющих веществ в АГ [надземные] части растений и, таким образом, в пищевые цепи. Таким образом, как непищевая культура, мискантус представляет собой потенциальный ресурс для фитоконтроля загрязненных территории, с возможностью фитостабилизации TE и/или разложения органических загрязнителей, что дает возможность снизить риски как для человека, так и для окружающей среды». Нсанганвимана и др. 2014, с. 129.
  50. ^ «Сырьем для древесных гранул является древесная биомасса в соответствии с Таблицей 1 стандарта ISO 17225-1. Пеллеты обычно производятся в матрице, общее содержание влаги обычно составляет менее 10 % от их массы во влажном состоянии». ISO (Международная организация по стандартизации) 2014a.
  51. ^ «Сырьем для недревесных гранул может быть травянистая биомасса, фруктовая биомасса, водная биомасса или смеси и смеси биомассы. Эти смеси и смеси могут также включать древесную биомассу. Они обычно производятся в матрице с общим содержанием влаги обычно менее 15 % их массы». ISO (Международная организация по стандартизации) 2014b.
  52. ^ Данные о потерях при передаче данных Всемирного банка, получены от МЭА. Всемирный банк 2010.
  53. ^ Кроме того, по оценкам Смила, мощность новых фотоэлектрических солнечных парков достигает 7–11 Вт/м 2 в солнечных регионах мира. Смил 2015, с. 191.
  54. ^ «Запасы углерода в почве представляют собой баланс между скоростью разложения органического вещества почвы и ежегодным поступлением органического материала с растительностью, навозом или любым другим органическим веществом». МакКалмонт и др. 2017, с. 496.
  55. ^ «SOC [органический углерод почвы], полученный в результате воздействия сельскохозяйственных культур, будет ниже в первые годы зарождения (Циммерманн и др., 2012), при этом потери от возмущений местного углерода C3 будут опережать поступления C4 при посадке на пастбищах». МакКалмонт и др. 2017, с. 496.
  56. ^ Аналогично, выбросы N2O (закиси азота) сильно различаются в зависимости от предыдущего землепользования, зрелости урожая и нормы внесения удобрений, однако «[...] выбросы после укоренения от многолетних культур в целом были намного ниже, чем выбросы от однолетних культур [...] мы В глобальном масштабе предлагается, чтобы управление земельными ресурсами способствовало такому связыванию и предотвращению его потерь. быть ценным инструментом в смягчении последствий изменения климата (Lal, 2003)». Уитакер и др. 2018, стр. 152, 154.
  57. ^ ab "Любое нарушение почвы, такое как вспашка и культивация, вероятно, приведет к кратковременным потерям на дыхание почвенного органического углерода, разлагаемого стимулированными популяциями почвенных микробов (Ченг, 2009; Кузяков, 2010). Ежегодное нарушение при повторах пахотных культур Многолетние сельскохозяйственные системы, такие как пастбища, успевают восполнить свои нечастые потери от нарушений, что может привести к более высокому равновесному содержанию углерода в почве (Gelfand et al., 2011; Zenone et al., 2013)." МакКалмонт и др. 2017, с. 493.
  58. ^ ab «Обработка почвы разрушает почвенные агрегаты, которые, помимо других функций, как полагают, препятствуют поглощению и разложению ПОВ почвенными бактериями, грибами и другими микробами (Грэнди и Нефф, 2008). Агрегаты уменьшают доступ микробов к органическому веществу, ограничивая физический доступ к минеральным веществам. -стабилизация органических соединений, а также снижение доступности кислорода (Cotrufo et al. 2015; Lehmann and Kleber 2015). Когда почвенные агрегаты разрушаются в результате обработки почвы при преобразовании местных экосистем в сельское хозяйство, микробное потребление SOC и последующее дыхание CO2 увеличивается. резко сокращая запасы углерода в почве (Грэнди и Робертсон, 2006; Гранди и Нефф, 2008)». МГЭИК 2019а, стр. 393.
  59. ^ «Пять вариантов обладают большим потенциалом смягчения последствий (>3 ГтCO2э/год) без негативного воздействия на другие проблемы (высокая степень достоверности). Это: повышение продуктивности продуктов питания; сокращение обезлесения и деградации лесов; увеличение содержания органического углерода в почве; борьба с пожарами; и сокращение послеуборочных потерь. [...] Увеличение запасов углерода в почве удаляет CO2 из атмосферы и увеличивает водоудерживающую способность почвы, тем самым придавая устойчивость к изменению климата и повышая способность к адаптации. [...] Поскольку увеличение содержание органического вещества в почве является мерой по решению проблемы деградации земель (см. раздел 6.2.1), а восстановление деградированных земель помогает повысить устойчивость к изменению климата, увеличение содержания углерода в почве является важным вариантом адаптации к изменению климата . каждый год, и более 3,2 миллиарда человек во всем мире страдают от деградации земель (IPBES 2018), методы, направленные на увеличение органического углерода в почве, имеют большой потенциал для решения проблем адаптации (Таблица 6.23)». МГЭИК 2019d, стр. 591, 572, 591.
  60. ^ Дондини и др. 2009, с. 422. Авторы не дают количественной оценки урожайности надземной сухой массы, вместо этого здесь используется медианная оценка МакКалмонта в 10–15 тонн для всей Великобритании (см. McCalmont et al. 2017, стр. 497) вместе с Кале. и др. оценили содержание углерода в мискантусе в 48% (см. Kahle et al. 2001, таблица 3, стр. 176).
  61. ^ Милнер и др. 2016, таблица 4, стр. 322, 323. Учитывая среднюю урожайность сухой массы в Великобритании 12,5 тонн с гектара (см. McCalmont et al. 2017, стр. 497), а также оценку содержания углерода в мискантусе Кале и др., равную 48%. (см. Кале и др., 2001, таблица 3, стр. 176.
  62. ^ Накадзима и др. 2018, с. 1. В целом следует ожидать более низких норм чистого накопления для молодых плантаций из-за ускоренного распада углерода и, следовательно, выбросов CO2 во время посадки (см. Поступление/выход углерода в почве. Авторы указывают выход сухой массы 25,6 (± 0,2) тонны на гектар в год Оценка содержания углерода 48% (см. Kahle et al. 2001, таблица 3, стр. 176).
  63. ^ На участке Мискантус, созданном 16 лет назад, было 106 тонн подземного углерода на гектар. На контрольном участке 1 содержалась 91 тонна подземного углерода, на контрольном участке 2 — 92 тонны. Средняя разница с контрольными участками 15,5 тонн. Что касается надземного углерода, общее количество собранного сухого вещества с гектара на участке за 16 лет составило 114 тонн, или 7,13 тонны в год. Через 16 лет общее количество подземного углерода, полученного от мискантуса (C4), достигло 18 тонн, что эквивалентно 29% от общего количества углерода, поступившего от мискантуса за эти годы, в виде опавших листьев, корневищ и корней. Среднее количество углерода, полученного из мискантуса, в год составило 1,13 тонны. Хансен и др. 2004, стр. 102–103.
  64. ^ «[...] кажется вероятным, что пахотные земли, преобразованные в мискантус, будут связывать почвенный углерод; из 14 сравнений 11 показали общее увеличение SOC по всей глубине выборки с предполагаемыми скоростями накопления в диапазоне от 0,42 до 3,8 Мг C га — 1 год -1 . Только три сравнения пахотных земель показали более низкие запасы SOC под мискантусом, и это предполагает незначительные потери между 0,1 и 0,26 Мг га -1 год -1 ". МакКалмонт и др. 2017, с. 493.
  65. ^ «Корреляцию между возрастом плантаций и SOC можно увидеть на рис. 6, [...] линия тренда предполагает чистую скорость накопления 1,84 Мг C га -1 год -1 с уровнями, аналогичными уровням пастбищ в равновесии». МакКалмонт и др. 2017, с. 496.
  66. ^ Учитывая среднюю пиковую урожайность в ЕС 22 тонны сухого вещества с гектара в год (приблизительно 15 тонн во время весеннего сбора урожая). См. Андерсон и др. 2014, с. 79). 15 тонн также прямо указываются как средний весенний урожай в Германии, см. Felten & Emmerling 2012, p. 662. Содержание углерода 48%; см. Кале и др. 2001, таблица 3, стр. 176.
  67. ^ «Вариация скорости изменения общего ПОВ в первые 5 лет после посадки мискантуса была очень высокой и колебалась от -4 до 7 мг С га-1 год-1 (рис. 4б). Аналогичный результат был достигнут и в других местах в течение первых 2–3 лет после посадки мискантуса: от -6,9 до 7,7 мг C га-1 год-1 (Zimmerman et al., 2011). Вариация годового изменения ПОВ уменьшалась со временем и через 15 лет была незначительной (рис. 4б)». Занг и др. 2017, с. 267.
  68. ^ «[...] [M]iscanthus имел химические свойства, отличные от свойств обычных древесных гранул, и требует особых технологий котлов для управления альтернативным характером горения [...]. Существуют различные производители и поставщики котлов, которые утверждают, что они будут с радостью используют мискантус в своих котлах и сохранят гарантию на его использование. Однако не каждый поставщик котлов с радостью использует мискантус. Неизменно, если котел может использовать мискантус, он также может работать с менее проблемными видами топлива, такими как древесина, но не с другими видами топлива. наоборот." Каслин, Финнан и Иссон, 2010, стр. 31, 32.
  69. ^ «Затраты на производство биомассы мискантуса в настоящее время слишком высоки, чтобы коммерчески конкурировать с ископаемым топливом на энергетической основе. Высокие затраты на производство биомассы мискантуса являются результатом недостаточного развития технологий сельскохозяйственного производства, что сопровождается дополнительными затратами на сельскохозяйственные ресурсы, землю и рабочую силу для относительно низкая стоимость биомассы. Хотя они амортизируются в течение периода производства 10–25 лет, первоначальные затраты на выращивание мискантуса все еще сравнительно высоки. Это связано с тем, что единственный коммерчески доступный генотип Miscanthus × giganteus представляет собой триплоидный гибрид, который не дает Следовательно, необходимо проводить дорогостоящее размножение с помощью корневища или in vitro (Сюэ и др., 2015). Мискантус также является новым для фермеров, и у них нет ни знаний, ни технического оборудования для его выращивания. Таким образом, неэффективное производство В настоящее время технология ограничивает его широкое использование в качестве культуры биомассы. Стабильные рынки для биомассы мискантуса отсутствуют, а соответствующие виды применения являются малоценными. Фермеры не решаются выращивать мискантус, поскольку это предполагает использование их полей для долгосрочного производства биомассы. Они будут готовы сделать это только тогда, когда рынки биомассы станут стабильными или будут доступны долгосрочные контракты (Wilson et al., 2014). Лигноцеллюлозная биомасса многолетних культур в основном используется в качестве твердого топлива для производства тепла и электроэнергии – сравнительно недорогое использование, его рентабельность в конечном итоге определяется ценой на ископаемое топливо. В Европе субсидии, как правило, необходимы для того, чтобы биоэнергетическая продукция могла конкурировать на розничных энергетических рынках – за заметным исключением лесной древесины и побочных продуктов лесного хозяйства, которые не могут быть использованы для производства древесных материалов. Следовательно, необходимы также более дорогостоящие применения биомассы мискантуса, чтобы обеспечить привлекательные рыночные возможности. Сортов мискантуса, адаптированных к различным характеристикам участка и вариантам использования биомассы, не существует. В Европе Miscanthus × giganteus — единственный коммерчески доступный генотип. Основными препятствиями на пути выведения сортов мискантуса являются высокие затраты и длительные периоды селекции, необходимые, поскольку большинство параметров, связанных с урожайностью и качеством, невозможно измерить количественно до тех пор, пока не пройдет 2–3-летний этап укоренения». Левандовски и др., 2016 г. п. 2.
  70. ^ «Мискантус можно собрать, срезав косилкой-плющилкой и упаковав в большие тюки Heston или круглые тюки, а затем измельчив их. Его также можно измельчить кукурузной жаткой Kemper во время уборки урожая. Однако проблема с этим типом сбора урожая низкая насыпная плотность урожая примерно 50 – 130 кг/м3. Урожай очень громоздкий и при сборе урожая будет занимать много места для хранения. Кроме того, хранение щепы может быть проблематичным, если щепа слишком мелкая или слишком влажная, так как может произойти нагрев. Другая потенциальная проблема с мискантусом заключается в том, что из-за его рыхлой природы в форме стружки он потенциально может закупориваться или блокироваться при подаче в зону сгорания котла. Однако подходящий механизм подачи шнека решит эту проблему. [.. .] При транспортировке мискантуса в измельченном виде насыпью его можно перевозить партиями объемом 96 м3. Большинство операторов сообщают о минимальной загрузке 11,5 тонн на партию при влажности 20%, что указывает на насыпную плотность около 120 кг/м3, что соответствует 1,60 евро за ГДж доставленная энергия». Каслин, Финнан и Иссон, 2010, стр. 31, 33.
  71. ^ «Большие прямоугольные и круглые пресс-подборщики способны производить тюки с плотностью сухого вещества от 120 до 160 кг/м3 и весом от 250 до 600 кг». Каслин, Финнан и Иссон 2010, с. 22. Кроме того, Хьюсман 2001, с. 2098 указывает 250 кг/м3 для пресс-подборщиков высокой плотности.
  72. ^ «Брикетирование снижает потребление электроэнергии при уплотнении почти на 50% по сравнению с гранулированием (Личное сообщение, Вольфганг Штелте). В этом случае преимущество в энергопотреблении цепочки торрефикации по сравнению с цепочкой WWP почти удваивается до 10,3%. Выбросы парниковых газов Преимущество соответственно увеличивается до 33% сокращения использования торрефицированных древесных брикетов (TWB) по сравнению с WWP, как это видно на рисунке 9». Wild & Visser 2018, стр. 16–17.
  73. ^ Влажность высушенной биомассы составляет 1–5%. Причиной того, что в выжженной массе все еще остается влага, несмотря на ее гидрофобные свойства, являются небольшие трещины или трещины в окатышах или брикетах, которые позволяют влаге проникать. Дикий 2015. С. 72, 74.
  74. ^ «Стабильность пламени может еще больше усугубляться из-за различий в размерах частиц, поскольку частицы большого размера могут действовать как теплоотводы, увеличивая время резонанса частиц перед воспламенением и влияя на баланс теплопотерь и тепловыделения. Для стабильного пламени в распыленном При эксплуатации угля обычно требуется измельчение топлива на 70% до размера менее 75 мкм. [Необходимо уменьшить по крайней мере 70% общего количества частиц до размера менее 75 мкм.] Легкость измельчения топлива до 70 мкм. % ниже 75 мкм описывается с помощью индекса измельчаемости Хардгроува (HGI).Угли обычно находятся в пределах от 30 (повышенная устойчивость к измельчению) до 100 (более легко распыляется).Показатель HGI для необработанного мискантуса и обработанных биоуглей указан. в таблице 3. Необработанный мискантус имеет нулевой показатель HGI, что, по сути, означает, что в условиях испытаний ни одно топливо не достигнет желаемых 75 мкм и, таким образом, при условии совместного помола либо потребуется большая потребность в энергии для измельчения для достижения 75 мкм. мкм, иначе частицы распыленного топлива будут иметь диаметр более 75 мкм». Смит и др. 2018, с. 551.
  75. ^ См. Бриджман и др. 2010, с. 3916. Кроме того, Smith et al. измерил HGI, равный 150, для мискантуса, предварительно обработанного гидротермальной карбонизацией, иногда называемой «мокрым» обжигом: «HGI, равный 150 (см. Таблицу 3) для образцов, обработанных при 250 °C, также означает, что топливо легко измельчается и должно Ограничить проблемы со стабильностью пламени, возникающие из-за частиц большего диаметра, встречающихся в необработанной биомассе». Смит и др. 2018, с. 554.
  76. ^ «В среднем угли, используемые на электростанциях Великобритании, имеют HGI около 40–60; уголь Ла Лома, протестированный в этой работе, попадает в этот диапазон с HGI 46». Уильямс и др. 2015, с. 382.
  77. ^ «Неорганические вещества могут представлять особую проблему для мискантуса во время сгорания, поскольку большое количество щелочных и щелочных металлов, особенно калия и натрия, а также серы и хлора влияют на химический состав золы и влияют на поведение топлива с точки зрения его склонности к коррозии оборудования и вызывают шлакование, засорение и агломерацию слоя в некоторых печах. [...] Засорение — это явление, возникающее, когда калий и натрий в сочетании с хлором частично испаряются под воздействием лучистого тепла и образуют хлориды щелочных металлов, которые конденсируются на более холодных поверхностях, таких как Эти отложения не только снижают эффективность теплообменника, они также играют важную роль в коррозии, поскольку эти отложения могут вступать в реакцию с серой в дымовых газах с образованием сульфатов щелочных металлов с выделением хлора. Этот хлор оказывает каталитическое действие, что приводит к активное окисление и коррозия материала печи». Смит и др. 2018, стр. 554, 556.
  78. ^ «При сгорании мискантуса неорганические компоненты остаются в виде золы. Типичное общее содержание золы в мискантусе находится в диапазоне от 2,0% до 3,5%. В системах сжигания с колосниковыми решетками более крупная зола выбрасывается в виде золы, а более мелкая фракция золы покидает зону сгорания вместе с отходящими газами в виде летучей золы. Из-за низкой температуры плавления золы, которая сильно коррелирует с содержанием калия и хлоридов в золе, температура сгорания поддерживается как можно более низкой». Lanzerstorfer 2019, стр. 1–2.
  79. ^ «Шлакование - это явление, возникающее в результате плавления золы, когда отложения золы подвергаются воздействию лучистого тепла, например, пламени в печи. Поскольку большинство печей предназначены для удаления золы в виде порошкообразного остатка, высокая температура плавления золы часто является проблемой. В противном случае оно имеет более высокую тенденцию к плавлению в твердый стекловидный шлак, известный как клинкер, который может быть трудно удалить из печи. [...] AFT представляет собой качественный метод оценки склонности топлива к шлак и работает путем нагрева образца золы и анализа переходов в химическом составе золы. Ключевые переходы включают в себя: (i) усадку, которая преимущественно представляет собой разложение карбонатов в полукоксах, полученных гидротермальным путем, (ii) температуру деформации, по существу представляющую точку начала при котором порошкообразная зола начинает агломерироваться и начинает прилипать к поверхностям, (iii) полусфера, при которой зола агломерируется и становится липкой и (v) текучая, при которой зола плавится. Для большинства электростанций шлакование становится проблематичным между деформацией и температура полушария». Смит и др. 2018, с. 554.
  80. ^ «Чтобы мискантус наилучшим образом соответствовал требованиям к качеству сгорания, его обычно собирают в конце зимы или в начале весны в Великобритании, после чего урожай полностью увядает, а питательные вещества ремобилизуются в корневище. [...] Более того, хотя Поздно собранные образцы мискантуса имеют улучшенное качество топлива, с более низким содержанием азота, хлора, золы и щелочных металлов, результаты, представленные Бакстером и др., [2] показывают, что шлакование, загрязнение и коррозия по-прежнему наиболее вероятны для большинства культур. сокращение питательных веществ, вызванное перезимовкой, все еще недостаточно, чтобы привести к безопасному горению [...]». Смит и др. 2018, с. 546.
  81. ^ Салех 2013, с. 100. Салех также обнаружил снижение потребления соломы примерно на 65%. Аналогично, Рен и др. обнаружили, что «[...] 59,1% масс., 60,7% масс. и 77,4% масс. хлора, содержащегося в оливковых остатках, бардовой барде и кукурузной соломе , соответственно, высвободилось во время высушивания». Рен и др. 2017, с. 40.
  82. ^ Йохансен и др. обнаружили, что «[...] Cl [хлор] является основным фактором, способствующим высвобождению K [калия] посредством сублимации [прямого выделения газа] KCl [хлорида калия] [...]». Хлорид калия является «[...] доминирующей разновидностью Cl, обнаруженной в биомассе, [...]» и остается стабильным в твердой фазе до тех пор, пока температура не достигнет 700–800 ° C. Обратите внимание, что небольшое количество (5–10 %) высвобождения калия наблюдалось при температуре ниже 700 °C. В пороговой точке «[...] высокотемпературное выделение K [калия] в форме KCl [хлорида калия] эквивалентно доступному количеству общего Cl [хлора] в топливном сырье». Другими словами, «[...] выделение K [калия], по-видимому, ограничено количеством доступного Cl [хлора]». Таким образом, именно связь с хлором позволяет калию перейти в газообразное состояние и загрязнить внутреннюю часть оборудования для сжигания; выделение калия «[...] прекратится, когда топливо, подвергающееся пиролизу или сгоранию, достигнет состояния полного дехлорирования». В этот момент калий вместо этого сплавится с силикатами и алюмиосиликатами примерно при 800 ° C и останется в золе. Йохансен и др. 2011, стр. 4961, 4962, 4968.
  83. ^ «Недавние исследования Резы и др. и Смита и др. сообщили о судьбе неорганических веществ и гетероатомов во время HTC [гидротермальной карбонизации] мискантуса и указывают на значительное удаление щелочных металлов, калия и натрия, а также хлора. [. ..] Анализ поведения плавления золы, проведенный Смитом и др., показал значительное снижение склонности полученного топлива к шлакованию, а также риск загрязнения и коррозии в совокупности. [...] Следовательно, HTC предлагает потенциал для модернизации Мискантуса с из достаточно дешевого топлива в высококачественное топливо с высокой теплотворной способностью, улучшенными эксплуатационными свойствами и благоприятным химическим составом золы. [...] HTC при 250 °C может решить проблемы шлакования и повысить температуру деформации золы с 1040 °C до 1320 °C для раннего урожая мискантуса. Химический состав также предполагает снижение склонности к загрязнению и коррозии для обоих видов топлива, обработанных при температуре 250 °C». Смит и др. 2018, стр. 547, 556.
  84. ^ «Экологические затраты и выгоды от биоэнергетики были предметом серьезных дискуссий, особенно в отношении биотоплива первого поколения, произведенного из продуктов питания (например, зерна и семян масличных культур). Исследования показали, что экономия выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла варьируется от сокращения на 86% до снижения Увеличение выбросов парниковых газов на 93% по сравнению с ископаемым топливом (Searchinger et al., 2008; Davis et al., 2009; Liska et al., 2009; Whitaker et al., 2010). Кроме того, были высказаны опасения, что выбросы N2O от выращивания сырья для биотоплива могло быть недооценено (Crutzen et al., 2008; Smith & Searchinger, 2012), и что расширение выращивания сырья на сельскохозяйственных землях может вытеснить производство продуктов питания на земли с высокими запасами углерода или высокой природоохранной ценностью (т. е. iLUC), создавая другие исследования показали, что прямые выбросы азота из однолетних сельскохозяйственных культур можно смягчить за счет оптимизации методов управления (Davis et al., 2013) или такой окупаемости время менее значимо, чем предполагалось (Mello et al., 2014). Тем не менее, по-прежнему существуют серьезные опасения по поводу последствий iLUC, несмотря на разработку политики, направленной на снижение риска возникновения iLUC (Ahlgren & Di Lucia, 2014; Del Grosso et al., 2014)». Whitaker et al. 2018, p. 151.
  85. ^ «Воздействие выращивания культур, используемых в качестве сырья для биоэнергетики и биотоплива, вызывает особую озабоченность, причем некоторые предполагают, что баланс парниковых газов (ПГ) пищевых культур, используемых для производства этанола и биодизеля, может быть не лучше и не хуже, чем у ископаемого топлива (Фарджионе и др., 2008; Searchinger et al., 2008).Это спорный вопрос, поскольку распределение выбросов парниковых газов на управление и использование сопутствующих продуктов может иметь большое влияние на общий углеродный след получаемых биоэнергетических продуктов (Whitaker et al., 2010; Davis et al., 2013). Потенциальные последствия изменения землепользования (LUC) для биоэнергетики на балансе парниковых газов через вытеснение продовольственных культур или «косвенное» изменение землепользования (iLUC) также являются важным фактором (Searchinger et al., 2008). ." Милнер и др. 2016, стр. 317–318.
  86. ^ «Хотя первоначальная предпосылка в отношении биоэнергетики заключалась в том, что углерод, недавно уловленный из атмосферы растениями, приведет к немедленному сокращению выбросов парниковых газов в результате использования ископаемого топлива, реальность оказалась менее однозначной. Исследования показали, что выбросы парниковых газов в результате производства энергетических культур и землепользования Производство закиси азота (N2O) с его мощным потенциалом глобального потепления (ПГП) может стать существенным фактором в компенсации прироста выбросов CO2 (Crutzen et al. , 2008), а также возможное подкисление и эвтрофикацию окружающей среды (Kim & Dale, 2005). Однако не все виды сырья для биомассы одинаковы, и большинство исследований, критически важных для производства биоэнергии, касаются биотоплива, производимого из однолетних продовольственных культур с высоким содержанием удобрений. Специализированные многолетние энергетические культуры, выращиваемые на существующих сельскохозяйственных землях более низкого качества, предлагают устойчивую альтернативу со значительной экономией парниковых газов. выбросы и секвестрация углерода почвой при условии надлежащего управления (Crutzen et al., 2008; Гастингс и др., 2008, 2012; Керубини и др., 2009; Дондини и др., 2009а; Дон и др., 2012; Затта и др., 2014; Рихтер и др., 2015)» МакКалмонт и др. 2017, стр. 490.
  87. ^ «Значительное сокращение выбросов парниковых газов было продемонстрировано во многих исследованиях LCA для различных биоэнергетических технологий и масштабов (Thornley et al., 2009, 2015). Наиболее значительные сокращения были отмечены для случаев теплоэнергетики и энергетики. Однако некоторые другие исследования (особенно по транспортному топливу) показали обратное, а именно, что биоэнергетические системы могут увеличить выбросы парниковых газов (Smith & Searchinger, 2012) или не суметь достичь все более жестких пороговых значений сокращения выбросов парниковых газов. мы знаем, что там, где не достигаются значительные сокращения или сообщается о широкой изменчивости, часто возникает связанная с этим неопределенность данных или различия в применяемой методологии LCA (Rowe et al., 2011). Например, неопределенность данных об изменении запасов углерода в почве после LUC была показано, что они значительно влияют на интенсивность выбросов ПГ в процессах производства биотоплива (рис. 3), в то время как краткосрочное радиационное воздействие частиц черного углерода в результате сжигания биомассы и биотоплива также представляет значительную неопределенность данных (Bond et al., 2013)». Уитакер и др. 2018, стр. 156–157.
  88. ^ См. Whitaker et al. 2018, с. 156. Расчеты см. в приложении С1.
  89. ^ См. Emmerling & Pude 2017, стр. 275–276. Эммерлинг и Пуде перефразируют Felten et al. 2013. Информацию о урожайности, секвестрации углерода и расчетах выбросов парниковых газов см. Felten et al. 2013, стр. 160, 166, 168.
  90. ^ «Хотя эти значения представляют собой крайние значения, они демонстрируют, что выбор места для выращивания биоэнергетических культур может иметь решающее значение для значительной экономии или потерь парниковых газов [парниковых газов], смещая выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла выше или ниже установленных пороговых значений. Снижение неопределенности в ∆C Таким образом, [увеличение или уменьшение выбросов углерода] после LUC [изменения в землепользовании] более важно, чем уточнение оценок выбросов N2O [закиси азота] (Berhongaray et al., 2017). многолетние биоэнергетические культуры на почвах с низким содержанием углерода (см. раздел 2). [...] Предположение о том, что однолетние возделываемые земли обеспечивают больший потенциал для связывания углерода в почве, чем пастбища, кажется слишком упрощенным, но существует возможность улучшить прогнозы содержания углерода в почве. потенциал секвестрации с использованием информации о первоначальных запасах углерода в почве как более сильного предсказателя ∆C [изменения количества углерода], чем предыдущее землепользование». Уитакер и др. 2018, стр. 156, 160.
  91. ^ «Рис. 3 подтвердил либо отсутствие изменений, либо прирост SOC [органического углерода в почве] (положительный) за счет посадки мискантуса на пахотных землях в Англии и Уэльсе и только потерю SOC (отрицательный) в некоторых частях Шотландии. Общий годовой SOC изменение по ГБ при переходе от пахотных земель к мискантусу, если бы вся свободная земля была засажена, составило бы 3,3 Тг С / год [3,3 миллиона тонн углерода в год].Средние изменения SOC для различных видов землепользования были положительными, когда гистосоли были исключены, при этом улучшенные пастбища дают самый высокий показатель Mg C га -1 год -1 [тонн углерода на гектар в год] - 1,49, за ними следуют пахотные земли - 1,28 и леса - 1. Разделение этого изменения SOC по первоначальному землепользованию (рис. 4) ) показывает, что существуют большие области улучшенных лугов, которые, если засеять их биоэнергетическими культурами, по прогнозам, приведут к увеличению SOC. Аналогичный результат был получен при рассмотрении перехода от пахотных земель; однако для центральной восточной Англии наблюдался прогнозируемое нейтральное влияние на SOC. Однако в Шотландии, по прогнозам, произойдет сокращение всех видов землепользования, особенно лесных массивов, главным образом из-за более высокого SOC и более низкой урожайности мискантуса и, следовательно, меньших затрат». Милнер и др. 2016, стр. 123.
  92. ^ «Подводя итог, мы количественно оценили влияние LUC [изменения в землепользовании] на выращивание биоэнергетических культур на баланс SOC и ПГ. Это определило, что LUC от пахотных земель в целом приводит к увеличению SOC, а LUC от лесов будет связан с сокращением SOC и повышенные выбросы парниковых газов. Луга очень изменчивы и неопределенны в своей реакции на LUC на биоэнергетику, и, учитывая их широкое распространение в умеренном ландшафте, они остаются причиной для беспокойства и одной из основных областей, на которых следует сосредоточить будущие исследовательские усилия». Харрис, Спейк и Тейлор 2015, с. 37 (см. также стр. 33 относительно вариантов SOC). Однако авторы отмечают, что «[t] среднее время с момента перехода во всех исследованиях составляло 5,5 лет (Xmax 16, Xmin 1) для SOC» и что «[...] большинство исследований рассматривали SOC на расстоянии 0–30 см. только профиль [...]». Харрис, Спейк и Тейлор, 2015, стр. 29–30. Следует ожидать низких темпов накопления углерода для молодых насаждений из-за ускоренного распада углерода во время посадки (из-за аэрации почвы) и относительно низкого среднего поступления углерода в почву на этапе укоренения (2–3 года). Кроме того, поскольку специализированные энергетические культуры, такие как мискантус, производят значительно больше биомассы в год, чем обычные луга, и примерно 25% содержания углерода в этой биомассе успешно добавляется к запасам углерода в почве каждый год (см. Чистое годовое накопление углерода), это кажется разумным. ожидать, что со временем содержание органического углерода в почве увеличится также и на переоборудованных лугах. Авторы указывают, что фаза накопления углерода для многолетних растений на переоборудованных лугах длится 30–50 лет, см. Harris, Spake & Taylor 2015, p. 31.
  93. ^ «После столетий сжигания древесины для получения энергии или переработки фуража в лошадиную силу, первым поколением биоэнергетического сырья стали продовольственные культуры, такие как кукуруза, масличный рапс, сахарный тростник и масличная пальма, которые использовались для производства биоэтанола и биодизельного топлива. Это потребовало высокие затраты на удобрения и энергию, что увеличило выбросы углекислого газа (St. Clair et al., 2008). Производство энергии связано с высокими затратами энергии, высокими затратами на выбросы парниковых газов и низкой производительностью в пересчете на ГДж энергии на гектар земли (Hastings et al., 2012).Другим недостатком использования продовольственных культур для производства энергии является давление, оказываемое на баланс предложения и спрос на это сырье, что может повлиять на стоимость продуктов питания (Валентайн и др., 2011) и увеличение косвенных изменений в землепользовании (ILUC) для увеличения пахотных посевных площадей (Searchinger et al., 2008), что, как следствие, увеличивает их воздействие на окружающую среду. . Биоэнергетическая культура второго поколения Мискантус почти всегда оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем однолетнее биоэнергетическое растение первого поколения (Heaton et al., 2004, 2008; Clifton-Brown et al., 2008; Gelfand et al., 2013; McCalmont et al., 2015a; Милнер и др., 2015). Это связано с его многолетним характером, эффективностью переработки питательных веществ и необходимостью меньшего внесения химикатов и обработки почвы в течение 20-летнего жизненного цикла, чем однолетние культуры (St. Clair et al., 2008; Hastings et al., 2012). Мискантус можно выращивать на сельскохозяйственных землях, которые экономически неэффективны для производства продовольственных культур (Clifton-Brown et al., 2015)». Гастингс и др. 2017, стр. 2.
  94. ^ «Систематический обзор и метаанализ были использованы для оценки текущего состояния знаний и количественной оценки воздействия изменения землепользования (LUC) на второе поколение (2G), непищевых биоэнергетических культур на органический углерод почвы (SOC) и парниковый эффект. Выбросы газа (ПГ), имеющие отношение к сельскому хозяйству в умеренной зоне.По результатам анализа 138 оригинальных исследований, переход от пахотных земель к порослям с коротким оборотом (SRC, тополь или ива) или многолетним травам (в основном мискантус или просо) привел к увеличению SOC (+5,0 ± 7,8% и +25,7±6,7% соответственно).» Харрис, Спейк и Тейлор 2015, с. 27.
  95. ^ «Наша работа показывает, что формирование урожая, урожайность и метод сбора влияют на стоимость твердого топлива мискантуса, которая для сбора урожая в тюках составляет 0,4 г эквивалента CO2 C MJ -1 для создания корневища и 0,74 г эквивалента CO2 C MJ -1 для создание семенной пробки. Если собранную биомассу измельчить и гранулировать, то выбросы возрастают до 1,2 и 1,6 г CO2-экв. C МДж -1 соответственно. Потребности в энергии для сбора и измельчения из этого исследования, которые были использованы для оценки выбросов ПГ согласуются с выводами Михана и др. (2013 г.) Эти оценки выбросов ПГ для топлива из мискантуса подтверждают результаты других исследований по оценке жизненного цикла (LCA) (например, Styles and Jones, 2008) и пространственные оценки экономии выбросов ПГ. Использование топлива из мискантуса (Hastings et al., 2009) Они также подтверждают, что мискантус имеет сравнительно небольшой выброс парниковых газов из-за его многолетнего характера, эффективности переработки питательных веществ и необходимости меньшего количества химических веществ и обработки почвы в течение его 20-летнего жизненного цикла, чем однолетние культуры (Хитон и др., 2004, 2008; Клифтон-Браун и др., 2008 г.; Гельфанд и др., 2013; МакКалмонт и др., 2015а; Милнер и др., 2015). В этом анализе мы не учитывали поток парниковых газов почвой, которая, как было показано McCalmont et al., связывает в среднем в Соединенном Королевстве 0,5 г C на МДж топлива, полученного из мискантуса. (2015а). Изменения SOC в результате выращивания мискантуса зависят от предыдущего землепользования и связанного с ним начального SOC. Если избегать использования почв с высоким содержанием углерода, таких как торфяники, постоянные луга и спелые леса, и использовать для Мискантуса только пахотные и севооборотные луга с минеральной почвой, то среднее увеличение SOC для первого 20-летнего севооборота в Соединенном Королевстве составит ~ 1. –1,4 Mg C га –1 г –1 (Милнер и др., 2015). Несмотря на игнорирование этой дополнительной выгоды, эти оценки затрат на выбросы парниковых газов очень выгодно отличаются от угля (33 г CO2-экв. C МДж -1 ), газа Северного моря (16), сжиженного природного газа (22) и древесной щепы, импортируемой из США. Штаты (4). Кроме того, хотя себестоимость производства Мискантуса C. составляет лишь <1/16 стоимости выбросов парниковых газов от природного газа в качестве топлива (16–22 г эквивалента CO2 C MJ-1), это в основном связано с углеродом, содержащимся в оборудовании. , химикаты и ископаемое топливо, используемые в его производстве. По мере того, как экономика уходит от зависимости от этих ископаемых видов топлива для регулирования температуры (тепло для контроля температуры в теплицах или охлаждение для хранения корневищ) или транспорта, затраты на выбросы парниковых газов начинают сокращаться за счет производства биоэнергии. Следует отметить, что оценки в этой статье не учитывают ни возможность секвестрации C. в почве, ни какое-либо воздействие или ILUC (Hastings et al., 2009)». Гастингс и др. 2017, стр. 12–13.
  96. ^ «У многолетнего мискантуса соотношение выходной/затратной энергии в 10 раз выше (47,3 ± 2,2), чем у однолетних культур, используемых для производства энергии (от 4,7 ± 0,2 до 5,5 ± 0,2), а общая стоимость углерода при производстве энергии (1,12 г CO2-C экв. МДж -1 ) в 20–30 раз ниже, чем у ископаемого топлива». МакКалмонт и др. 2017, с. 489.
  97. ^ «Результаты на рис. 3c показывают, что большая часть земель в Великобритании может производить биомассу мискантуса с углеродным индексом, который значительно ниже (1,12 г эквивалента CO2-C на МДж энергии в печи), чем уголь (33), нефть (22), СПГ (21), российский газ (20) и газ Северного моря (16) (Бонд и др., 2014), что обеспечивает большую потенциальную экономию выбросов парниковых газов по сравнению с сопоставимыми видами топлива даже после учета изменений в их удельном энергосодержании. Фельтен и др. (2013) обнаружили, что производство энергии с помощью мискантуса (от размножения до окончательного преобразования) обеспечивает гораздо более высокую потенциальную экономию выбросов парниковых газов на единицу площади земли по сравнению с другими биоэнергетическими системами. Мг [тонны] CO2-экв. га -1 год -1 [эквивалент CO2 на гектар в год] по сравнению с рапсом (биодизельным топливом) - 3,2 ± 0,38 и кукурузой (биомасса, электричество и тепло) - 6,3 ± 0,56». МакКалмонт и др. 2017, с. 500.
  98. ^ «Наивысшая урожайность биомассы, а также самый высокий потенциал экономии парниковых газов и ископаемой энергии (до 30,6 т CO2-экв/га*год и 429 ГДж/га*год соответственно) могут быть достигнуты на немаргинальных участках в Центральной Европе. На маргинальных участках, ограниченных холодом (Москва/Россия) или засухой (Адана/Турция) экономия до 19,2 т CO2-экв/га*год и 273 ГДж/га*год (Москва) и 24,0 т CO2-экв/га*год и 338 ГДж/га*га (Адана) может быть достигнуто. Экономия парниковых газов и ископаемой энергии является самой высокой там, где биомасса мискантуса используется в качестве строительного материала (наш анализ использует пример изоляционного материала). Также был обнаружен потенциал для бытового отопления из-за короткого расстояния транспортировки.Пеллетирование выгодно с точки зрения минимизации выбросов парниковых газов и потребления энергии только в тех случаях, когда биомасса транспортируется на большие расстояния, например, для производства тепла и электроэнергии на ТЭЦ. требует дополнительной энергии, но в то же время снижает энергию, необходимую для транспортировки, за счет более высокой плотности. Самый низкий потенциал экономии выбросов парниковых газов и ископаемого топлива был обнаружен при производстве электроэнергии с использованием биогаза, за которым следует биоэтанол. Однако на этот результат сильно влияют предположения о том, что (а) используется только 50% доступного тепла и (б) расстояние транспортировки от поля до биогазовой установки относительно велико (15 км). Биогазовая цепь со 100% использованием тепла и меньшими расстояниями транспортировки будет работать лучше. Можно сделать вывод, что для производства электроэнергии из биомассы мискантуса наиболее благоприятным способом является сжигание для базовой нагрузки и биогаз для покрытия пиковых нагрузок». Левандовски и др. 2016, стр. 19–20.
  99. ^ «Оценка затрат и жизненного цикла семи цепочек создания стоимости на основе мискантуса, включая мелкое и крупное производство тепла и электроэнергии, этанола, биогаза и изоляционных материалов, выявила потенциал экономии выбросов парниковых газов и использования ископаемого топлива. до 30,6 т CO2-экв C га -1 год -1 и 429 ГДж га -1 год -1 соответственно. Расстояние транспортировки было определено как важный фактор затрат. Отрицательные затраты на снижение выбросов углерода в размере -78 евро т-1 CO2-экв C были зафиксированы для местное использование биомассы. Результаты OPTIMISC демонстрируют потенциал мискантуса как культуры для маргинальных участков и предоставляют информацию и технологии для коммерческого внедрения цепочек создания стоимости на основе мискантуса. [...] Общее расстояние транспортировки биомассы предполагалось равным 400 км. когда тюки транспортировались на завод по производству биоэтанола или на завод по производству изоляционного материала, а также в цепочке создания стоимости «тюки для комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ)». Для цепочек создания стоимости «ТЭЦ-пеллеты» и «Тепловые пеллеты» тюки транспортировались на завод по производству пеллет на расстояние 100 км, а оттуда пеллеты транспортировались на электростанции на расстояние 400 км. Среднее расстояние от фермы до поля предполагалось равным 2 км. Это расстояние транспортировки также предполагается для цепочки создания стоимости «тепловая щепа», в которой предполагалось использование щепы в качестве топлива из биомассы на ферме-производителе. Из-за более высоких потребностей биогазовой установки в биомассе среднее расстояние транспортировки составляет 15 км. км от поля до завода». Левандовски и др. 2016, стр. 2, 7.
  100. ^ «Мы определим количество земли, которое можно было бы использовать в Великобритании для производства многолетних энергетических культур и для лесного хозяйства с коротким оборотом (SRF). Существующие схемы поддержки биомассы (Обязательства по возобновляемым источникам энергии, Контракты на разницу, RHI и RTFO) уже поддерживают использование многолетних энергетических культур, таких как поросль с коротким вращением и мискантус, выращиваемых специально для биоэнергетических целей и в качестве материала.Однако в настоящее время в Великобритании под многолетними энергетическими культурами возделывается лишь небольшая площадь земли (~ 10 000 га), и они в основном используются для производства тепла и электроэнергии. В настоящее время многолетние энергетические культуры практически не используются для производства низкоуглеродного топлива, поддерживаемого в рамках RTFO, из-за отсутствия промышленных перерабатывающих мощностей для экономически эффективного преобразования этих ресурсов в топливо. [... ] В шестом отчете CCC по углеродному бюджету подчеркивается значительный потенциал многолетних энергетических культур и SRF для достижения наших целей по углеродному бюджету за счет увеличения запасов углерода в почве и биомассе, а также принося другие выгоды экосистеме. В рамках своего сбалансированного пути CCC предполагает, что до 708 000 гектаров земли можно было бы отвести под производство энергетических культур, что привело к повышенному интересу к роли многолетних энергетических культур и SRF в качестве сырья для биомассы, позволяющего сократить выбросы парниковых газов при землепользовании. и энергетическом секторах. Программа нулевого нулевого землепользования Defra, которая в настоящее время формирует пространственное понимание компромиссов в области землепользования в ряде областей политики, поможет определить потенциальный масштаб будущей доступности биомассы, выращенной внутри страны, и ее потенциал для снижения выбросов парниковых газов в ландшафт, в котором изменения в землепользовании необходимо будет оптимизировать для получения множества выгод. Эта программа предоставит нам информацию и данные о наличии и составе сырья биомассы для использования в разных секторах». Департамент бизнеса, энергетики и промышленной стратегии на 2021 год, стр. 15–16.
  101. ^ «В 2015 году был созван семинар с участием исследователей, политиков и представителей промышленности и бизнеса из Великобритании, ЕС и других стран. Результаты глобальных исследований по изменению землепользования в области биоэнергетики сравнивались для выявления областей консенсуса, ключевых неопределенностей и приоритетов исследований. ... Наш анализ показывает, что прямое воздействие специализированных многолетних биоэнергетических культур на углерод и закись азота в почве становится все более понятным и часто согласуется со значительным снижением выбросов парниковых газов в жизненном цикле за счет биоэнергетики по сравнению с традиционными источниками энергии. Мы пришли к выводу, что Баланс ПГ при выращивании многолетних биоэнергетических культур зачастую будет благоприятным, при этом максимальная экономия ПГ достигается там, где культуры выращиваются на почвах с низкими запасами углерода и консервативным применением питательных веществ, что дает дополнительные экологические выгоды, такие как улучшение качества воды. Зрелая и все более полная доказательная база об экологических преимуществах и рисках выращивания биоэнергии, которая может поддержать развитие устойчивой биоэнергетической отрасли». Уитакер и др. 2018, с. 150.
  102. ^ ab «Фельтен и Эммерлинг (2011) сравнили численность дождевых червей на 15-летней плантации мискантуса в Германии с зерновыми, кукурузой, OSR, пастбищами и 20-летним паром (после предыдущих зерновых культур). Видовое разнообразие было у мискантуса выше, чем у однолетних культур, что больше соответствует пастбищам или длительному пару, при этом интенсивность управления считается наиболее значимым фактором; меньшее нарушение почвы позволило дождевым червям из разных экологических категорий развить более гетерогенную структуру почвы. количество видов обнаружено на пастбищах (6,8), за ними следуют пар (6,4), мискантус (5,1), OSR (4,0), злаки (3,7) и кукуруза (3,0), при этом общая численность отдельных дождевых червей варьируется от 62 м-2. на участках кукурузы до 355 м-2 под паром, при этом мискантус занимает среднюю позицию (132 м-2), хотя различия в численности не оказались значительными в зависимости от землепользования. Однако в этом преимуществе есть некоторый компромисс для дождевых червей. Высокая эффективность использования азота и круговорот питательных веществ, которые снижают потребность в азотных удобрениях и связанный с этим вред окружающей среде, означают, что, несмотря на наличие больших объемов, опад из листьев мискантуса не обеспечивает особенно полезного пищевого ресурса из-за низкого содержания азота. высокоуглеродистая природа (Ernst et al., 2009; Heaton et al., 2009), а дождевые черви, питающиеся этим материалом с низким содержанием азота, как было обнаружено в других исследованиях, теряют общую массу (Abbott & Parker, 1981). Однако, напротив, обширный подстилочный покров на уровне земли под мискантусом по сравнению с голой почвой под однолетними злаками, как предполагается, является потенциально значимым преимуществом для дождевых червей в сохранении поверхностной влаги в почве и защите от хищников». McCalmont et al. 2017, p. 502.
  103. ^ ab "Беллами и др. (2009) изучили виды птиц и их пищевые ресурсы на шести парных участках в Кембриджшире, сравнивая плантации мискантуса возрастом до 5 лет с севооборотами озимой пшеницы как в зимний, так и в летний периоды размножения. Авторы обнаружили, что мискантус в течение каждого сезона занимала разную экологическую нишу; большинство часто встречающихся зимой видов были лесными птицами, тогда как в пшенице лесные птицы не встречались; однако летом сельскохозяйственные птицы были более многочисленны. на участках мискантуса участки были более многочисленны: отмечено 24 вида, а на пшенице - 11. В период размножения на участках мискантуса снова было удвоено количество видов, причем индивидуальное обилие было выше для всех видов, кроме жаворонка. птиц, чьи гнездовые территории полностью или частично находились в границах посевов, всего у мискантуса обнаружено семь видов по сравнению с пятью у пшеницы с большей плотностью гнездящихся пар (1,8 против 0,59 видов на га -1 ), а также гнездящиеся виды ( 0,92 против 0,28 видов на га -1). Два вида имели статистически значимо более высокую плотность в мискантусе по сравнению с пшеницей, и ни один из них не был обнаружен в пшенице с более высокой плотностью по сравнению с мискантусом. Как уже говорилось, структурная неоднородность, как пространственная, так и временная, играет важную роль в определении внутрикультурного биоразнообразия: озимая пшеница, посеянная осенью, предлагает мало укрытий на зиму с почвенным покровом средней высотой 0,08 м и очень небольшим количеством некультурных растений, тогда как Мискантус, около 2 м, предлагалось гораздо больше. В период размножения эта разница между культурами оставалась очевидной; пшеничные поля обеспечивали равномерный и плотный покров сельскохозяйственных культур на протяжении всего сезона размножения, и только трамвайные линии приводили к разрывам, тогда как Мискантус имел низкую открытую структуру в начале сезона, быстро увеличивающуюся в высоте и плотности по ходу сезона. Численность птиц сокращалась по мере роста урожая, причем два вида птиц, в частности, демонстрировали тесную (хотя и противоположную) корреляцию между численностью и высотой урожая; Численность красноногой куропатки уменьшалась по мере роста урожая, тогда как численность тростниковых славок увеличивалась, и эти камышевки не обнаруживались в посевах до тех пор, пока их высота не превышала 1 м, хотя они присутствовали на соседних полях ЛАРН и в канавах с растительностью. В заключение авторы отмечают, что для всех видов в совокупности плотность птиц в мискантусе была аналогична той, которая была обнаружена в других исследованиях, посвященных иве SRC и заброшенным полям, на всех участках плотность птиц была выше, чем у обычных пахотных культур. Именно благодаря этим дополнительным ресурсам интенсивного сельскохозяйственного ландшафта и снижению химического и механического давления на окраины полей мискантус может играть важную роль в поддержке биоразнообразия, но его следует рассматривать как дополнение к существующим системам и дикой природе, которая адаптировалась к нему. Клэпхэм и др. (2008) сообщает, как и другие исследования, представленные здесь, что в сельскохозяйственном ландшафте именно на окраинах полей и в перемежающихся лесах можно найти большую часть диких животных и их пищевых ресурсов, и важную роль, которую может играть мискантус. В этом ландшафте необходимо прекращение химического выщелачивания в эти ключевые места обитания, устранение ежегодного нарушения грунта и эрозии почвы, улучшение качества воды, а также обеспечение неоднородной структуры и зимнего покрова». МакКалмонт и др. 2017, стр. 502–503 .
  104. ^ «Наши результаты показывают, что молодые насаждения мискантуса сохраняют высокое видовое разнообразие растений до смыкания полога. Было обнаружено, что видовое богатство отрицательно коррелирует с плотностью насаждений и ниже в зрелых насаждениях. Однако даже 16-летние, густые плантации мискантуса поддерживают до 16 различных видов сорняков на участке площадью 25 м2, что составляет до 12% площади плантации.Литературные данные подтверждают этот вывод: обычно сообщается, что насаждения мискантуса поддерживают биоразнообразие фермы, обеспечивая среду обитания для птиц, насекомых, и мелких млекопитающих (Semere and Slater, 2007a; Bellamy et al., 2009). Исследования Семера и Слейтера (2007b) показали, что биоразнообразие мискантуса выше, чем в насаждениях других культур, но все же ниже, чем на окраинах открытого поля». Левандовски и др. 2016, с. 15.
  105. ^ «Разнообразная наземная флора, которая может населять почву под пологом зрелого мискантуса, будет обеспечивать пищу бабочкам, другим насекомым и их хищникам. Мискантус используют жаворонки, луговые коньки и чибисы, а также 37 других видов птиц, включая крапивника, коноплячку и щегол, который питается семенами травы. Зимой листья сбрасываются, и для желтомолотов создается подходящая среда обитания. Открытые пространства между испражнениями обеспечивают идеальную среду обитания для таких птиц, как жаворонки и луговые коньки». Каслин, Финнан и Иссон 2010, с. 37.
  106. ^ «Наше исследование показывает, что мискантус и ивы SRC, а также управление, связанное с многолетними культурами, будут поддерживать значительное количество биоразнообразия по сравнению с однолетними пахотными культурами. Мы рекомендуем стратегическую посадку этих многолетних культур, предназначенных для получения биомассы, на пахотных сельскохозяйственных угодьях для увеличения ландшафта. гетерогенности и улучшения функций экосистем, и одновременно работать над достижением баланса между энергетической и продовольственной безопасностью». Хотон и др. 2016, с. 1071.
  107. ^ «Два исследования, одно в IACR-Ротамстеде, а другое в Германии, сравнивающие мискантус с зерновыми, показали, что мискантус, по-видимому, обеспечивает среду обитания, которая способствует большему разнообразию видов, чем зерновые культуры. В этих исследованиях было в три раза больше дождевых червей и пауков. найденный в посевах мискантуса, мискантус также поддерживает большее разнообразие видов пауков.Одно из исследований также показало, что в посевах мискантуса встречается на 5 видов млекопитающих больше и на 4 вида птиц больше, чем в посевах пшеницы.Спинк и Бритт (1998) идентифицировали мискантус быть одной из наиболее экологически безопасных альтернатив постоянному отложению». Каслин, Финнан и Иссон 2010, с. 36.
  108. ^ «Мискантус обеспечивает укрытие большую часть года, потому что, хотя урожай собирают ежегодно, его собирают незадолго до начала роста в следующем году. Это покрытие может действовать как коридор дикой природы, соединяющий существующие среды обитания. Мискантус также может выступать в качестве среды гнездования. , как для птиц, гнездящихся на земле ранней весной, например, небесных жаворонков, так и для птиц, гнездящихся в тростнике, таких как камышевка, позже летом. Мискантус может быть полезным покровным растением для дичи и питомником для молодых фазанов и куропаток. Минимум девять видов наблюдались у мискантуса, в том числе у зайца-русака, горностая, мышей, полевок, землероек, лисиц и кроликов. Многие из них являются полезным источником пищи для более крупных хищников, таких как сипуха». Каслин, Финнан и Иссон 2010, с. 36.
  109. ^ «Существует также польза от снижения количества химических веществ и выщелачивания нитратов, связанная с мискантусом, что значительно улучшает качество воды, стекающей с сельскохозяйственных угодий (Christian & Riche, 1998; Curley et al., 2009). McIsaac et al. (2010) сообщили, что неорганические Выщелачивание N было значительно ниже при использовании неудобренного мискантуса (1,5–6,6 кг N га -1 год -1 ), чем при севообороте кукуруза/соя (34,2–45,9 кг N га -1 год -1 )». МакКалмонт и др. 2017, с. 501.
  110. ^ «Прогнозируется, что значительное сокращение выщелачивания растворенного неорганического азота с поверхности земли произойдет, если земли, на которых уже выращивается кукуруза для производства этанола, будут преобразованы в многолетнее сырье (Дэвис и др., 2012; Икбал и др., 2015). Это Снижение выщелачивания объясняется меньшими потребностями в удобрениях, постоянным наличием у растений корневого поглотителя азота и эффективной внутренней рециркуляцией питательных веществ многолетними травами (Amougou et al., 2012; Smith et al., 2013). При этом мискантус и просо, оцененные в масштабе участка, имели значительно более низкое выщелачивание растворенного неорганического азота из подземных дренажных плиток по сравнению с типичным севооборотом кукуруза/соя, при этом удобренные участки проса проса демонстрировали незначительное выщелачивание или его отсутствие после достижения зрелости (Smith et al., Аналогичным образом, результаты почвенных измерений в том же сырье показали более низкий уровень растворенного неорганического азота по сравнению с однолетними культурами (McIsaac et al., 2010; Behnke et al., 2012). Недавний метаанализ доступной литературы пришел к выводу, что просо и мискантус имели в девять раз меньшие подземные потери нитратов по сравнению с кукурузой или кукурузой, выращиваемой в севообороте с соевыми бобами (Sharma & Chaubey, 2017). В масштабах бассейна замена производства кукурузы для производства этанола производством целлюлозного многолетнего сырья может снизить общее выщелачивание до 22%, в зависимости от типа сырья и используемой практики управления (Davis et al., 2012; Smith et al., 2013). ). Хотя эти предыдущие исследования предоставляют доказательства потенциальных экосистемных услуг, связанных с переходом к производству целлюлозы, еще предстоит установить, каким будет общее изменение экспорта растворенного неорганического азота и речного стока при таких сценариях. Гидрологические процессы тесно связаны с азотным циклом (Castellano et al., 2010, 2013), являются ключевыми факторами переноса растворенного неорганического азота через ручьи и реки (Donner et al., 2002) и чувствительны к LUC (Twine et al. ., 2004). Различные сценарии моделирования, в которых нынешний земельный покров в бассейне реки Миссисипи в Соединенных Штатах был изменен для размещения различных пропорций проса проса или мискантуса, показали, что воздействие на речной сток было небольшим по сравнению с улучшением качества воды (VanLoocke et al., 2017). )» Уитакер и др. 2018, стр. 157–158.
  111. ^ «Бланко-Канки (2010) отмечают, что такая эффективность использования воды и питательных веществ может быть благом для уплотненных, плохо дренированных кислых почв, подчеркивая их возможную пригодность для маргинальных сельскохозяйственных земель. Большая пористость и меньшая объемная плотность почв под многолетними растениями энергетические травы, возникающие в результате более волокнистой, обширной корневой системы и меньшего нарушения почвы, улучшают гидравлические свойства почвы, инфильтрацию, гидравлическую проводимость и сохранение воды по сравнению с однолетними пропашными культурами.Может возникнуть потенциально большое воздействие на почвенную воду, если размер плантации не соответствует к водосбору или доступности орошения, но обратите внимание, что увеличение ET и улучшение хранения грунтовых вод за счет увеличения пористости могут быть полезны во время сильных дождей, при этом емкость хранения потенциально увеличивается на 100–150 мм». МакКалмонт и др. 2017, с. 501.
  112. ^ «Это исследование превращает большой объем литературы в простые утверждения об экологических издержках и выгодах от производства мискантуса в Великобритании, и, хотя есть возможности для дальнейших исследований, особенно в области гидрологии в коммерческом масштабе, биоразнообразия на старых плантациях или с более высокой частотой Любое сельскохозяйственное производство в первую очередь основано на человеческом спросе, и всегда будет существовать компромисс между природой и человечеством или между одной выгодой и другой; однако литература предполагает, что мискантус может обеспечить ряд преимуществ, минимизируя при этом вред окружающей среде.Необходимо учитывать соответствие размера и местоположения плантации, достаточно ли воды для поддержания ее производства и экологические затраты на транспортировку конечным пользователям. ; его роль как многолетней культуры в условиях ротационного земледелия необходимо понимать, чтобы не мешать производству основных продуктов питания. В этих соображениях нет ничего нового, они лежат в основе любой сельскохозяйственной политики, и лица, принимающие решения, знакомы с этими вопросами; Собранные здесь экологические данные помогут обеспечить научную основу для будущей сельскохозяйственной политики». МакКалмонт и др. 2017, стр. 504.
  113. ^ «Подход к оценке ЭУ [экосистемных услуг] предполагает, что рост биоэнергетических культур 2G в Великобритании в целом дает положительные эффекты при замене культур первого поколения (Таблица 1). Благотворное воздействие на общую экосистему, а не на конкретные ЭУ, согласуется с недавние сообщения в литературе (Semere & Slater, 2007a,b; Rowe et al., 2009; Dauber et al., 2010). Преимущества перехода к культурам 2G включают увеличение биоразнообразия в масштабах ферм (Rowe et al., 2011). Выгоды в первую очередь являются следствием низких затрат и более длительных циклов управления, связанных с культурами 2G (Clifton-Brown et al., 2009). и др., 2008; St Clair et al., 2008).Выгоды могут иметь различные временные закономерности, поскольку этапы создания и сбора урожая растениеводства 2G являются разрушительными и оказывают краткосрочное негативное воздействие на ЭУ (Donnelly et al., 2011). , хотя можно было бы адаптировать практику для улучшения ситуации; однако этот временной эффект здесь не учитывался и аналогичен сбору урожая и посадке продовольственных культур, травы или деревьев. [...] Когда земля фильтруется для различных сценариев посадки в соответствии с ALC 3 и 4,> 92,3% доступной земли обеспечит положительный эффект ES при посадке мискантуса или SRC, и такие переходы, вероятно, приведут к чистому улучшению баланса парниковых газов». Милнер и др. 2016, стр. 328–329.
  114. ^ «[Юг] юго-запад и северо-запад Англии были определены как районы, где можно выращивать мискантус и SRC [перелесок с коротким вращением] соответственно, с благоприятным сочетанием экономической жизнеспособности, связывания углерода, высокой урожайности и положительных ES [экосистемных услуг] ] Положительное воздействие было обнаружено на 146 583 и 71 890 га при посадке мискантуса или SRC, соответственно, при базовых условиях посадки, увеличившись до 293 247 и 91 318 га, соответственно, при сценариях посадки 2020 года. [...] В Великобритании (Великобритания), общая площадь земли составляет около 22,9 млн га (Lovett et al., 2014). [...] Земля, доступная для посадки, была рассчитана с использованием карт ограничений, составленных Ловеттом и др. (2014) с использованием социальных и экологические ограничения, основанные на 8 факторах: дороги, реки и городские районы; уклон > 15%; памятники; выделенные территории; существующие охраняемые лесные массивы; почвы с высоким содержанием органического углерода; и территории с высоким «показательом естественности», такие как национальные парки и зоны выдающихся достижений. Природная красота. Доступность земли была дополнительно ограничена с использованием классов сельскохозяйственных земель (ALC) (Lovett et al., 2014) в Великобритании, как показано в Таблице 7, что было достигнуто путем агрегирования карты данных ALC с растровым разрешением 100 м2 для получения общего количества гектаров. земли в разных ALC в каждой ячейке сетки площадью 1 км2». Милнер и др. 2016, стр. 317, 320.
  115. ^ «[...] [E] данные действительно указывают на то, что использование многолетних культур с низкими затратами, таких как SRC, мискантус и просо, может обеспечить значительную экономию выбросов парниковых газов по сравнению с альтернативами ископаемому топливу при условии, что будут получены разумные урожаи, низкоуглеродистые почвы являются целевыми (см. разделы 2 и 3 выше), а контекст развития таков, что напряженность в отношении использования земель для производства продовольствия (и связанный с этим потенциал выбросов iLUC) смягчается. Есть много случаев, когда эти критерии удовлетворяются». Уитакер и др. 2018, с. 157.
  116. ^ «В отличие от однолетних культур, биоэнергетика из специализированных многолетних культур, как широко распространено мнение, имеет более низкие выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла и другие сопутствующие экологические выгоды (Rowe et al., 2009; Creutzig et al., 2015). Многолетние культуры, такие как мискантус и Ива и тополь с коротким севооборотом (SRC) имеют низкие потребности в азоте (с выгодой для выбросов N2O и качества воды), могут улавливать углерод почвы из-за меньшей обработки почвы и увеличения распределения подземной биомассы и могут быть экономически жизнеспособными на маргинальных и деградированных землях. , что сводит к минимуму конкуренцию с другими видами сельскохозяйственной деятельности и позволяет избежать эффектов iLUC (Hudiburg et al., 2015; Carvalho et al., 2017). отходов для совместного производства электроэнергии, в то время как недавний переход к механизированному сбору урожая без сжигания в Бразилии также должен увеличить потенциал секвестрации углерода почвой (Silva-Olaya et al., 2017). Тем не менее, воздействие выращивания многолетних культур на уровне участка на накопление углерода в экосистеме (в результате dLUC) варьируется географически и зависит от типа почвы и климата (Field et al., 2016)» Whitaker et al. 2018, стр. 151.
  117. ^ «В стремлении реализовать стратегии смягчения последствий изменения климата« углеродная нейтральность »биоэнергетики не была тщательно оценена. По мере того, как все больше исследований начали включать оценку воздействия dLUC и iLUC, доверие к биоэнергетике первого поколения как к экологически устойчивому, возобновляемому источнику энергии источник энергии был поврежден. производство биотоплива по всему миру (например, кукуруза, пальмовое масло и рапс). Соединенные Штаты, 2007 г.) придают дополнительный импульс переходу к многолетним биоэнергетическим культурам». Уитакер и др. 2018, с. 160.

Сокращенные сноски

  1. ^ аб Нсанганвимана и др. 2014, с. 125.
  2. ^ Лацковски 2019.
  3. ^ Новые энергетические фермы 2021.
  4. ^ аб Нсанганвимана и др. 2014, с. 130.
  5. ^ МакКалмонт и др. 2017, с. 503.
  6. ^ Мигес и др. 2011, с. 516.
  7. ^ Хитон, Харцлер и Барнхарт 2010, стр. 2.
  8. ^ МГЭИК 2019b, стр. 4.34 – 4.41.
  9. ^ Лесные исследования 2019, стр. 69–71.
  10. ^ МакКалмонт и др. 2017, с. 497.
  11. ^ Ронкуччи и др. 2015, с. 1004.
  12. ^ Шепард и др. 2020, с. 295.
  13. ^ Прогнозы глобального спроса и предложения биоэнергии, 2014 г., стр. 9, таблица 2.
  14. ^ Прогнозы глобального спроса и предложения биоэнергии, 2014 г., стр. 8.
  15. ^ ВОЛШЕБСТВО ЕС 2021.
  16. ^ Таблица ЕС MAGIC 2021.
  17. ^ Нсанганвимана и др. 2014, с. 124.
  18. ^ Чжан и др. 2020.
  19. ^ Клифтон-Браун, Брейер и Джонс 2007, стр. 2296–2297.
  20. ^ Йост и др. 2017, стр. 684, 688.
  21. ^ Нсанганвимана и др. 2014, с. 126.
  22. ^ аб Нсанганвимана и др. 2014, с. 128.
  23. ^ Нсанганвимана и др. 2014, с. 129.
  24. ^ аб Нсанганвимана и др. 2014, с. 131.
  25. ^ Клифтон-Браун и др. 2017, с. 2.
  26. ^ Смил 2015, с. 211, графа 7.1.
  27. ^ Смил 2015, с. 170.
  28. ^ Смил 2015, с. 2095 год (локация Kindle).
  29. ^ Смил 2015, с. 91.
  30. ^ аб Смил 2015, с. 89.
  31. ^ Смил 2015, с. 228.
  32. ^ аб Смил 2015, с. 227.
  33. ^ Смил 2015, с. 90.
  34. ^ Смил 2015, с. 229.
  35. ^ Смил 2015, стр. 80, 89.
  36. ^ аб Смил 2015, с. 85.
  37. ^ Смил 2015, с. 86.
  38. ^ Шварц 1993, с. 413.
  39. ^ Флорес и др. 2012, с. 831.
  40. ^ Гхош 2011, с. 263.
  41. ^ См., например, оценку 0,60 Вт/м 2 для урожайности 10 т/га выше. Расчет следующий: Урожайность (т/га), умноженная на энергоемкость (ГДж/т), разделенная на секунды в году (31 556 926), умноженная на количество квадратных метров в одном гектаре (10 000).
  42. ^ ван ден Брук 1996, с. 271.
  43. ^ Эдо, март (март 2021 г.). «Переработка отходов в энергию и общественное признание: завод по переработке отходов в энергию в Копенгагене» (PDF) . МЭА Биоэнергетика .
  44. ^ Милнер и др. 2016, с. 320.
  45. ^ Клифтон-Браун, Брейер и Джонс 2007, стр. 2297.
  46. ^ Агостини, Грегори и Рихтер 2015, с. 1058, рис. 1.
  47. ^ Занг и др. 2017, с. 262, 269.
  48. ^ Дондини и др. 2009, стр. 414, 419–420.
  49. ^ Поеплау и Дон 2014, с. 335.
  50. ^ Харрис, Спейк и Тейлор 2015, стр. 31.
  51. ^ Фельтен и Эммерлинг 2012, с. 661.
  52. ^ Нуньес, Матиас и Каталан 2017, стр. 27.
  53. ^ аб Бриджман и др. 2010, с. 845.
  54. ^ Хьюсман 2001, с. 2098.
  55. ^ Дикий 2015, с. 72.
  56. ^ Смил 2015, с. 13.
  57. ^ abcd Преимущества Torrefaction.
  58. ^ Wild & Visser 2018, с. 13.
  59. ^ ab Wild 2015, с. 73.
  60. ^ Ли и др. 2018, с. 181.
  61. ^ Бриджман и др. 2010, с. 3912.
  62. ^ Ндибе и др. 2015, с. 177.
  63. ^ Кремерс и др. 2015, с. 11.
  64. ^ Wild & Visser 2018, с. 17.
  65. ^ Ндибе и др. 2015, с. 189.
  66. ^ Рен и др. 2017, с. 38.
  67. ^ Йохансен и др. 2011, с. Б.
  68. ^ Рен и др. 2017, с. 45.
  69. ^ Камбо и Дутта 2015, с. 752.
  70. ^ Ли и др. 2018, с. 182.
  71. ^ Рибейро и др. 2018, стр. 12, 13.
  72. ^ Аб Занг и др. 2017, с. 269, рис. 6.
  73. ^ Агостини, Грегори и Рихтер 2015, с. 1068.
  74. ^ Андерсон-Тейшейра и др. 2012, стр. 2039–2040.
  75. ^ Поеплау и Дон 2014, с. 327.
  76. ^ Фельтен и Эммерлинг 2011, с. 167.
  77. ^ Левандовски и др. 2016, с. 2.
  78. ^ МакКалмонт и др. 2017, с. 489.
  79. ^ Уитакер и др. 2018, с. 160.
  80. ^ Уилсон и Хитон 2013.
  81. ^ Каслин, Финнан и Иссон 2010.

Библиография

Внешние ссылки