Miwa, hasa katika nchi za kitropiki kama Brazil, haitazamiwi tu kama chanzo cha sukari; inaonekana pia kama rasilimali ya kimkakati kwa etanoli, biofueli na utoaji wa umeme. Mabaki ya nyuzi yanayobaki baada ya kusindika miwa huitwa bagasse, yaani taka ya miwa.

Taka hii kwa kawaida huchomwa kwenye viwanda ili kutoa mvuke na umeme. Kwa njia hiyo, vituo vya uzalishaji vinaweza kukidhi sehemu ya mahitaji yao ya nishati na kupeleka umeme wa ziada kwenye gridi.

Kwa muonekano wa kwanza hii inaonekana na faida kubwa. Kwa sababu mabaki ya kilimo yanayoweza kubaki kama taka yanageuzwa kuwa nishati. Hata hivyo swali muhimu linajitokeza:

Je, kuchoma taka hii ni rafiki zaidi kwa mazingira, au kutoa umeme kupitia ugasishaji?

Utafiti uliotayarishwa na Fabiana de Oliveira Ramos na wafanyakazi wenza unalenga hasa swali hili. Kazi hii inalinganisha mifumo miwili katika utoaji wa umeme kutoka kwa taka ya miwa:

• Mfumo wa kawaida wa kuchoma moja kwa moja na turbin ya mvuke,
• Mfumo wa hali ya juu wa utoaji wa umeme unaotegemea ugasishaji.

Mfumo wa Kawaida Unafanyaje Kazi?

Katika mfumo wa jadi, taka ya miwa huchomwa moja kwa moja kwenye tanuru. Uchomaji huu hutoa mvuke. Mvuke uliotolewa hupitishwa kupitia turbin ili kupata umeme. Mfumo huu ni njia inayojulikana na iliyotumika kwa muda mrefu kwenye viwanda vya sukari.

Hata hivyo mfumo wa kawaida una mipaka fulani. Kwa sababu taka ina unyevu wa juu, ufanisi wa kuchoma unaweza kupungua. Pia kuna upotevu wa nishati ndani ya mfumo. Wakati wa kuchoma, zinaweza kutokea uzalishaji unaoweza kuathiri ubora wa hewa kama oksidi za nitrojeni, chembe na dioksidi ya sulfuri.

Yaani, hata kama taka ni chanzo kinachoweza kujazwa upya, teknolojia inayotumika huamua moja kwa moja matokeo ya mazingira.

Mfumo wa Ugasishaji Unafanya Nini?

Katika mfumo wa ugasishaji, taka ya miwa haichomwi moja kwa moja bali hupitia mchakato wa k thermokemia unaodhibitiwa. Katika mchakato huu taka hugeuzwa kuwa mchanganyiko wa gesi unaoweza kuchomwa unaoitwa gesi ya usanisi.

Gesi hii baadaye inaweza kutumika kwenye turbin ya gesi ili kutoa umeme. Ikiwa urejeshaji wa joto utaongezwa kwenye mfumo, nishati inaweza kutumika kwa ufanisi zaidi.

Mfumo wa hali ya juu uliochunguzwa katika utafiti unategemea mbinu ya BIG-GT, yaani ugasishaji wa biomass uliojumuishwa na turbin ya gesi. Muundo huu unatoa mfano wa ubadilishaji wa nishati wenye ufanisi zaidi ukilinganishwa na kuchoma kwa kawaida, ingawa ni tata zaidi.

Utafiti Ulipata Nini?

Moja ya matokeo yanayovutia zaidi ni tofauti ya ufanisi wa umeme.

Katika mfumo wa kuchoma kwa kawaida, ufanisi wa umeme unahesabiwa kuwa takriban %12,4, huku katika mfumo unaotegemea ugasishaji kiwango hiki kinafikia takriban %23,4.

Tofauti hii ni muhimu. Kwa sababu ufanisi wa juu wa umeme unaweza kumaanisha matumizi ya taka kidogo ili kutoa kiasi sawa cha umeme safi na matumizi ya chini ya nishati ndani ya mfumo.

Utafiti unaeleza kwamba mfumo wa ugasishaji ulitumia taka ya miwa kidogo ili kuweza kupeleka 1 MJ ya umeme safi kwenye gridi na ulikuwa na matumizi ya chini ya umeme wa ndani.

Kwa maneno rahisi:

Mfumo wa ugasishaji hutumia biomass kwa ufanisi zaidi ili kufikia pato sawa la umeme.

Matokeo ya Mazingira Yanaonyesha Nini?

Utafiti haukuangalia ufanisi wa nishati pekee. Pia ulifanya tathmini ya mzunguko wa maisha.

Tathmini ya mzunguko wa maisha ni njia ya kuchunguza athari za mazingira za bidhaa au mchakato katika muktadha mpana. Katika kazi hii, mpaka wa mfumo unashughulikia hatua ya ubadilishaji wa viwandani kutoka taka ya miwa iwe tayari kwenye kiwanda hadi utoaji wa umeme na kupeleka kwenye gridi.

Kulingana na matokeo, mifumo yote miwili inaweza kutoa faida za mazingira kwa kupeleka umeme kwenye gridi. Kwa sababu umeme uliotolewa unaweza kuchukua nafasi ya umeme utakaotolewa kutoka vyanzo vingine.

Hata hivyo mfumo unaotegemea ugasishaji unatoa matokeo bora zaidi kuliko mfumo wa kawaida katika kategoria zote za athari za mazingira zilizochunguzwa. Tofauti inayoonekana zaidi ni katika kategoria za uundaji wa ozoni wa fotokemia. Katika kategoria hii uboreshaji unaweza kufikia takriban %9–10.

Katika kategoria kama mabadiliko ya tabianchi, uundaji wa chembe na asidi ya ardhini, uboreshaji hubaki mdogo zaidi.

Matokeo haya yanatoa somo muhimu:

Teknolojia yenye ufanisi zaidi inaweza kuwa bora kwa mazingira; lakini faida ya mazingira haitakuwa kubwa kila wakati sawia na ongezeko la ufanisi.

Kwa Nini Ongezeko la Ufanisi Halileti Faida ya Mazingira kwa Kiwango Sawa?

Moja ya sehemu muhimu zaidi za utafiti huu ni kuonyesha hatua hii.

Mfumo wa ugasishaji unafanya kazi kwa ufanisi zaidi kuliko kuchoma kwa kawaida. Lakini pia ni mfumo tata zaidi. Hatua za ziada kama kukausha biomass, kusafisha gesi, kubana, vifaa vya usaidizi na michakato ya pande zote huja.

Kwa hiyo mzigo wa mazingira hauondoki kabisa; unaweza kuhamia sehemu nyingine ndani ya mfumo.

Katika mfumo wa kawaida, mzigo wa mazingira huwa mkubwa zaidi katika hatua ya kuchoma na kutoa mvuke. Katika mfumo wa ugasishaji, mzigo unasambaa zaidi kwenye michakato ya usaidizi. Kwa mfano, kukausha biomass na kusafisha gesi vinaweza kuhitaji nishati na vifaa vya ziada.

Kwa hiyo utafiti unatoa ujumbe huu:

Kutathmini teknolojia kwa nambari ya ufanisi pekee hakutoshi. Lazima uangalie athari ya mazingira ya mfumo mzima.

Kwa Nini Usafirishaji wa Umeme Ni Muhimu Sana?

Sehemu kubwa ya faida za mazingira inaelezwa kwa uwezo wa umeme uliotolewa kwenye gridi kuchukua nafasi ya vyanzo vingine vya utoaji wa umeme.

Yaani, kadri mfumo unavyo hamisha umeme safi zaidi, ndivyo “athari ya mazingira iliyoepukwa” inavyoongezeka. Hii ni dhana muhimu katika tathmini ya mzunguko wa maisha.

Kwa hiyo, kuonekana bora kwa mfumo wa ugasishaji hakutegemei tu uzalishaji mdogo wa hewa chafu, bali pia uwezo wa kutoa umeme safi zaidi.

Hatua hii inapaswa kusomwa kwa uangalifu. Kwa sababu matokeo ya mazingira ya mfumo yanaweza kubadilika kulingana na dhana ya chanzo cha umeme kinachochukuliwa nafasi. Ikiwa umeme unaochukua nafasi ni mchafu sana, faida ya mazingira inaonekana kubwa. Katika gridi safi zaidi, faida inaweza kuwa ndogo zaidi.

Kwa Nini Utafiti Huu Ni Muhimu?

Kazi hii inahoji jumla ya mara nyingi inayofanywa katika nishati ya biomass.

Mara nyingi husemwa “biomass inaweza kujazwa upya, kwa hiyo ni rafiki kwa mazingira”. Lakini ukweli ni tata zaidi. Teknolojia inayotumika, mpaka wa mfumo, matumizi ya nishati ya ndani, michakato ya usaidizi, uzalishaji na ubadilishaji wa umeme vinaweza kubadilisha matokeo kwa kiasi kikubwa.

Kugeuza mabaki ya kilimo kama taka ya miwa kuwa nishati ni bila shaka fursa muhimu ya uchumi wa mviringo. Lakini fursa hii kugeuka kweli kuwa faida ya mazingira inahitaji mfumo uliopangwa vizuri.

Mchango wa utafiti unaonekana hapa:

• Inalinganisha kuchoma kwa kawaida na ugasishaji katika fremu moja.
• Inachunguza si tu ufanisi bali pia kategoria za athari za mazingira.
• Inaonyesha faida za ugasishaji pamoja na mipaka yake.
• Inaeleza kwamba ufanisi wa juu hauwezi kugeuka moja kwa moja kuwa faida ya mazingira.

Inaweza Kumaanisha Nini kwa Uturuki?

Utafiti unalenga sekta ya sukari-nishati ya Brazil; lakini ujumbe wake ni muhimu pia kwa Uturuki.

Nchini Uturuki pia mabaki ya kilimo, nishati ya biomass, utoaji wa nishati kutoka taka na fursa za uchumi wa mviringo wa viwandani zinapata umuhimu zaidi. Taka ya bitroot, majani-makapi ya kilimo, mabaki ya usindikaji wa matunda-mboga, taka ya mzeituni, maganda ya karanga na vyanzo vingine vya biomass vinaweza kutathminiwa kwa nishati.

Hata hivyo, kila mradi wa biomass si wa mazingira au wa kiuchumi kiotomatiki. Faida halisi hutokea kwa teknolojia sahihi, kiwango sahihi, usafirishaji sahihi, udhibiti sahihi wa uzalishaji na hesabu sahihi ya mzunguko wa maisha.

Kwa hiyo kazi hii inatoa ujumbe huu kwa miradi ya biomass na taka za kilimo nchini Uturuki:

Kuigeuza taka kuwa nishati ni muhimu; lakini jambo kuu ni kufanya hivyo kwa teknolojia gani, kwa ufanisi gani na kwa matokeo gani ya mazingira.

Mambo ya Kuzingatia

Ingawa utafiti huu unatoa matokeo muhimu, unapaswa kufasiriwa kwa uangalifu.

Kwanza, kazi hii ni preprint; haitakiwi kuchukuliwa kama chapisho la mwisho la kitaaluma lililopitia tathmini ya riwaya.

Pili, uchambuzi ulifanywa kwa mpaka wa gate-to-gate. Hii haishughulikii hatua ya uzalishaji wa kilimo wala usambazaji wa mwisho wa umeme. Chaguo hili linafaa kuona tofauti ya ubadilishaji wa viwandani kati ya teknolojia mbili; lakini haitoi picha kamili ya mzunguko wa maisha wote.

Tatu, faida za mazingira hutegemea dhana ya chanzo cha umeme kinachochukuliwa nafasi. Matokeo yanaweza kutofautiana katika nchi tofauti au mchanganyiko tofauti wa gridi.

Nne, mfumo wa ugasishaji ni muundo wa hali ya juu na tata. Katika mifumo kama hii, matengenezo, usafishaji wa gesi, kukausha, uendeshaji wa kiufundi na gharama ya uwekezaji vinapaswa kutathminiwa kwa makini.

Hitimisho

Utafiti huu unaonyesha kwamba katika utoaji wa umeme kutoka taka ya miwa, mifumo inayotegemea ugasishaji inaweza kuwa na ufanisi zaidi na faida zaidi za mazingira ikilinganishwa na mifumo ya kuchoma kwa kawaida.

Hata hivyo matokeo pia yanabeba onyo muhimu: ufanisi wa juu wa thermodynamic haimaanishi kwamba faida ya mazingira itaongezeka kwa kiwango sawa. Kwa sababu katika mifumo ya hali ya juu, mzigo wa mazingira unaweza kuhamia kutoka hatua kuu ya kuchoma kwenda kwenye michakato ya usaidizi.

Kwa hiyo, wakati wa kutathmini nishati ya biomass, kuuliza tu “je, chanzo kinachoweza kujazwa upya kinatumika?” hakutoshi. Swali sahihi ni:

Chanzo hiki kinageuzwa kuwa nishati kwa teknolojia gani, kwa ufanisi gani, kwa mzigo gani wa mazingira na kwa dhana gani za mfumo?

Mifumo ya nishati safi ya siku zijazo haitakuwa ya kugeuza taka kuwa nishati pekee; itafanya hivyo kwa kuzingatia mzunguko wote wa maisha.

Chanzo na Dokezo la Mbinu

Maudhui haya yameandaliwa kwa muundo wa kihariri wa Verianla kwa kuzingatia kazi ya kitaaluma “Process-Based Life Cycle Assessment of Bioelectricity from Sugarcane Bagasse: A Comparison of Combustion and Gasification Systems” iliyotayarishwa na Fabiana de Oliveira Ramos na wafanyakazi wenza.

Kazi ya asili: https://ssrn.com/abstract=6845140

Dokezo: Kazi hii ni preprint na inaelezwa kuwa haijapitia tathmini ya riwaya. Makala hii imeandaliwa kwa madhumuni ya taarifa na elimu; haichukui nafasi ya ushauri wa uwekezaji wa nishati, sheria za mazingira, ufadhili, ujenzi wa kiwanda au ushauri wa uhandisi wa kitaalamu.