تولید پایدار اتانول زیستی در ارتباط با منابع آب و خاک در ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استاد دانشگاه شیراز

چکیده

به خاطر مصرف بیش از اندازه سوخت فسیلی در جهان، ایده تولید انرژی‌های تجدید پذیر به ویژه تولید سوخت زیستی طرفداران زیادی پیدا کرده است. از سوی دیگر تولید اتانول با منشا زیستی یکی از 15 فناوری بالقوه برای پایداری دی اکسید کربن اتمسفر تا سال 2054 می باشد. ولی سوال‌های راهبردی به شرح زیر بایستی پاسخ داده شود: 1- آیا بقایای گیاهی بایستی برای افزایش مواد آلی خاک، کیفیت خاک و بهبود زیست بوم به کار برده شوند یا برای تولید انرژی؟ 2- آیا بایستی اثرهای مثبت اقتصادی کوتاه مدت بر اثرهای بلند مدت استفاده پایدار از منابع طبیعی ترجیح داده شود؟ 3- آیا بایستی نیاز به سوخت نسبت به امنیت غذایی جهان برتری داشته باشد؟ پاسخ به این پرسش‌ها در این است که منابع آب و زمین‌ها بیشتر برای کشت گیاهان زیست-انرژی تامین شود. مواد خام برای تولید اتانول زیستی عبارتند از: مواد قندی (نیشکر و چغندر قند)، مواد نشاسته‌ای (گندم، ذرت و سیب زمینی) و مواد سلولزی (بقایای گیاهی، کاه گندم، کاه برنج،  شاخساره ذرت و مواد چوبی). مصرف مواد قندی و نشاسته‌ای منجر به موضوع رقابت غذا-سوخت شده است که باعث افزایش قیمت مواد غذایی در جهان گردیده است. برای مقابله با این موضوع سوال‌های زیر مطرح شده است: 1- چه گیاهانی بایستی برای تولید اتانول زیستی کشت شوند؟ 2- کجا بایستی این گیاهان کشت شوند؟ 3- چگونه بایستی این گیاهان کشت شوند تا تولید اتانول زیستی پایدار باشد؟ گیاهان سلولزی با تولید زیست توده زیاد در شرایط خاک‌های با حاصلخیزی کم و تنش رطوبتی و شوری و مقاوم به آفت‌ها و بیماری‌ها، مناسبترین انتخاب هستند. میزان مصرف انرژی در بخش کشاورزی ایران حدود 4% کل مصرف انرژی کشور است در عوض خاک‌های ایران با فقر مواد آلی رو به رو بوده، منابع آبی ایران با کمبود مواجه است و کمبود علوفه نیز در ایران وجود دارد. بنابراین استفاده از زباله، علوفه و یا محصول‌های قندی و نشاسته‌ای برای تولید بیوگاز، انرژی الکتریکی و یا اتانول زیستی پذیرفتنی نیست. در حالی که می توان از انرژی گاز طبیعی استفاده کرد، یا روی تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر دیگری مانند انرژی خورشید و یا تولید انرژی بدون کربن مانند انرژی هسته‌ای سرمایه گذاری کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Sustainable Bio-Ethanol Production in Relation to Water and Soil Resources in Iran

نویسنده [English]

  • A.R. Sepaskhah
Professor of Shiraz University
چکیده [English]

Due to overuse of fossil fuels in the world, the idea of renewable energy production, especially biofuels has been popular. On the other hand, production of bio-ethanol is one of the 15 potential technologies for sustainable atmospheric CO2 production in 2054. However, the following strategic questions should be answered: 1- Should the crop residues be used for increasing the soil organic matter, soil quality and improvement of ecosystem or for energy production? 2- Should the short term positive economic benefits be preferred to the long term sustainable use of natural resources? 3- Should the need of fuel be preferred to the food security in the world? Responses to these questions are related to the point that more land and water resources should be devoted to produce bio-energy plants. Raw materials for bio-ethanol production are: Sugar rich crops (sugarcane and sugarbeet), starch crops (wheat, maize and potato), and cellolusic materials (crop residues, wheat straw, rice straw, maize stover and woods). However, use of sugar rich and starch materials resulted in food-fuel competition that resulted in raising the food price in the world. To confront with this problem, the following questions should be considered: 1- Which crops should be planted for bio-ethanol production? 2- Where these crops should be planted? 3- How these crops should be cultivated for sustainable bio-ethanol production? Cellolusic energy crops that produce high biomass in soils with low fertility, water stress and saline conditions and are tolerant to pests and diseases are suitable choice. Energy use in agricultural sector in Iran is about 4% of the total energy use, on the other hand, there is organic matter deficit in soils, scarcity in water resources and forage in Iran. Therefore, using solid waste, forage or sugar rich and starch crops for bio-gas, electrical energy or bio-ethanol production is not acceptable. Whereas, natural gas or other renewable energy like solar, wind or nuclear energy can be used for electricity production.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biodiesel
  • Biofuel
  • Renewable energy

مراجع

1- بی نام. 1390. بیانیه همایش مرتعداری پایدار در کشور. گروه علوم کشاورزی. فرهنگستان علوم جمهوری اسلامی ایران. 21 مهر 1390. 
2- توانپور، م. و ف. امینی و همکاران. 1390. ترازنامه انرژی  سال 1388. معاونت امور برق و انرژی، دفتر برنامه ریزی کلان برق و انرژی. وزارت نیرو. 541 صفحه.
3- سپاسخواه، ع. ر. 1387. راهکارهای برای استفاده از آب های شور غیر متعارف در تولید علوفه مجموعه مقالات به مناسبت بزرگداشت مقام علمی دانشمند فرهیخته استاد دکتر بهمن یزدی صمدی. فرهنگستان علوم جمهوری اسلامی ایران. صفحه های 133 تا 164.
4- سپاسخواه، ع. ر. 1395. راهکارهای مقابله با چالش تامین غذا در ایران. مجله پژوهش های راهبردی در علوم کشاورزی و منابع طبیعی 33-23:(1)1.
5- قبادیان، ب. 1390. تولید سوخت بیودیزل از بیوماس. مجموعه مقالات همایش بهینه سازی تولید و مصرف انرژی در کشاورزی. گروه علوم کشاورزی فرهنگستان علوم جمهوری اسلامی ایران. 13 بهمن 1390.
6- کلباسی، م. 1375. وضعیت مواد آلی در خاک های ایران و نقش کمپوست. پنجمین کنگره علوم خاک ایران. 10 تا 13 شهریور ماه. کرج. 7 صفحه.
7. Bahree, B. and C. Cummins. 2006. In oil's new era, power shifts to countries with reserves. Wall Street J., 14 June 2006, pp. A1-A3.
8. Baldwin, S.F. 2002. Renewable energy: progress and prospects. Physics Today 55(4):62-67.
9. Cassman, K., V. Eidman, and E. Simpson. 2006. Convergence of agriculture and energy. CAST Commentary QTA 2006-3. CAST, Dec Moines, IA, USA.
10. Campbell, J.E., D.B. Lobell, R.C. Genova, and C.B. Field. 2008. The global potential of bioenergy on abandoned agriculture lands. Environ. Sci. Technol. 42:5791-5794. 
11. EIA (Energy Information Administration). 2004. International energy outlook. EIA, Washington, DC, USA.
13. El-Bassam, N. 1998. Energy Plant Species. James & James (Science Publishers) Ltd, London, UK. pp. 1-383.
14. Fargione, J., J. Hill, D. Tilman, S. Polasky and P. Hawthorne. 2008. Land clearing and the biofuel carbon debt. Science 319:1235-1238.
14. Fumoto, T., K. Kobayashi, C.S. Li, K. Yagi and T. Hasegava. 2008. Revising a process-based biogeochemistry model (DNDC) to simulate methane emission from rice paddy fields under various residue management and fertilizer regimes. Global Change Biol. 14:382-402.
15. Herrera, S. 2006. Bonkers about biofuels. Nat. Biotechnol. 24:755-760.
16. Hattori, T. and Sh. Morita. 2010. Energy crop for sustainable bioethanol; which, where and how? Plant Prod. Sci. 13(3):221-234.
17. Jadia, C.D. and M.H. Fulekar. 2009. Phytoremediation of heavy metals: Recent techniques. Afr. J. Biotechnol. 8:921-928.
18. Kim, S. and B.E. Dale. 2004. Global potential of bioethanol production from wasted crops and residues. Biomass Bioener. 26:361-375.
19. Lal, R. 2006. Enhancing crop yields in developing countries through restoration of soil organic carbon pool in agricultural lands. Land Degrad. Dev. 17:197-206.
20.  Licht, F.O. 2007. World Ethanol and Biofuels Report 5(17):354.
21. Lewandowski, I., J.M.O. Scurlock, E. Lindvall and M. Christou. 2003. The development and current status of perennial rhizomatous grasses as energy crops in the US and Europe. Biomass Bioener. 25:335-361.
22. Mitchell, D. 2008. A Note on Rising Food Prices. Policy Research Working Paper, 4682.1-20. [Available online].The World Bank, Washington, DC, USA.
23. Macedo, I.C., M.R.L.V. Leal and J.E.A.R. Silva. 2004. Assessment of greenhouse gas emission in the production and use of fuel ethanol in Brazil, SanPaulo State Environment Secretariat. Government of the State of San Paulo. 37 p.
24. McCarty, J.L., S. Korontzi, C.O. Justice and T. Loboda. 2009. The spatial and temporal distribution of crop residue burning in the contiguous United States. Sci. Total Environ. 407:5701-5712.
25. Mittal, S.K., N. Singh, R. Agarwal, A. Awasthi and P.K. Gupta. 2009. Ambient air quality during wheat and rice crop stubble burning episodes in Patiala. Atmos. Environ. 43:238-244.
26. Pacala, S. and R. Socolow. 2004. Stabilization wedges: solving the climate problem for the next 50 years with current technologies. Science 305:968-972.
27. Renouf, M.A., M.K. Wagener and L.K. Nielsen. 2008. An environmental life cycle assessment comparing Australian sugarcane with US corn and sugar beet as producers of sugars for fermentation. Biomass Bioenerg. 32:1144-1155.
28. RFA (Renewable Fuels Association). 2005a. U.S. ethanol industry continues tremendous growth [Available online], RFA, Washington DC, USA.
29. RFA (Renewable Fuels Association). 2005b. Homegrown for the homeland: ethanol industry outlook [Available online], RFA, Washington DC, USA.
30. Rosegrant, M.W. 2008. Biofuel and grain prices: Impacts and policy responses. Testimony for the U.S. Sanate Commettee on Homeland Security and Governmental Affairs. Washington D.C. 1-4 [Online]. Available at www.ifpri.org/pubs/testimony/rosegrant 20080507. pdf. International Food Policy Research Institute, Washington D.C., USA.
31. Sheehan, J., A. Aden, K. Paustian, K. Killian, J. Brenner, M. Walsh and R. Nelson. 2004. Energy and Environment aspects of using corn stover for fuel ethanol. J. Indust. Ecol. 7:117-146.
32. Searchinger, T., R. Heimlich, R.A. Houghton, F. Dong, A. Elobeid, J. Fabiosa, Z. Tokgoz, D. Hayes and T.H. Yu. 2008. Use of U.S. croplands for biofuels increased greenhouse gases through emissions from land-use change. Science 319:1238-1240.
33. Sulc, R.M. and B.F. Tracy. 2007. Integrated crop-livestock systems in the U.S. corn belt. Agron. J. 99:335-345.
34. Tilman, D., J. Hill and C. Lehman. 2006. Carbon-negative biofuels from low-input high-diversity grassland biomass. Science 314:1598-1600. 
35. USDOE (Envirinmental of Energy). 2005. Biomass as feedstock for a bioenergy and bioproducts industry: the technical feasibility of a billion ton annual supply. USDA/USDOE, National Technical Information Service, Springfield, VA, USA.
36. USGAO (U.S. General Accounting Office). 2002. U.S. Ethanol market: MTBE ban in California [Available online]. GAO-02 440R.USGAO, Washington, DC, USA.
37. Vorholz, F. 2006. The long farewell to oil. Deugschland. 2/2006, pp. 7-10.
38. Varvel, G.E., K.P. Vogel, R.B. Mitchell, R.F. Follett and J.M. Kimble. 2008. Comparison of corn and switch grass on marginal soils for bioenergy. Biomass Bioenerg. 32:18-21.
39. Weisz, P.B. 2004. Bad choices and constraints on long-term energy supplies. Phys. Today 57(7):47-52. 
40. Wilhelm, W.V., J.M.F. Johnson, J.L. Hatfield, W.B. Vorhees, and D.R. Linden. 2004. Crop and soil productivity response to crop residue management: A literature review. Agron. J. 96:1-17.
41. Yang, S.J., H.P. He, S.L. Lu, D. Chen, and J.X. Zhu. 2008. Quantification of crop residue burning in the field and its influence on ambient air quality in Suqian. China Atmos. Environ. 42:1961-1969.
مجله پژوهش های راهبردی در علوم کشاورزی و منابع طبیعی
دوره 2، شماره 1
خرداد 1396
صفحه 29-44

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار