Przykładem mogą być Niemcy, gdzie podczas II wojny światowej opracowano projekty służące wykorzystaniu biomasy do produkcji paliw płynnych, czy Republika Południowej Afryki w czasach apartheidu, gdy nałożono embargo na dostawy paliw do tego kraju (Spiegel, McArthur, Norton, 2009, s. 55, Graetz, 2011, s. 93). Wzrost zainteresowania
zagadnieniami biopaliw obserwuje się w okresach kryzysów paliwowych (np. połowa lat 70.
XX wieku) i dużych wzrostów cen paliw kopalnych (pierwsza dekada XX wieku). W ciągu ośmiu dekad XX wieku ludzkość wykorzystała dwukrotnie więcej energii niż przez 1900 poprzednich lat (Bogdanienko, 1989, s. 10). Wykładniczy przyrost zapotrzebowania na energię, może oznaczać, że świat zostanie postawiony przed poważnym problemem zaspokojenia rosnących potrzeb energetycznych. Biopaliwa mogą zatem zmniejszyć problem niedoboru paliw i energii.
Energetyczne wykorzystanie biomasy rolniczej, które nie jest problemem nowym, wymaga integracji wiedzy nauk przyrodniczych, społecznych, ekonomicznych, rolniczych i inżynieryjno-technicznych. Zróżnicowanie badań nad energetycznym wykorzystaniem biomasy ukazuje rycina 8. Do ważniejszych tego typu analiz należą:
ocena zasobów energetycznych biomasy rolniczej (potencjału teoretycznego, technicznego i ekonomicznego) oraz znaczenia biopaliw w bilansie energetycznym (Gradziuk, 2003a, ss. 22-59; Lechicki i in., 2006, ss. 103-119),
− ocena możliwości uprawy roślin z przeznaczeniem na biopaliwa jako alternatywnego kierunku produkcji rolnej (Banak, 2006; Faber, Kuś, 2007, ss. 139-49; Gradziuk, 2003b, ss. 8-27; Jasiulewicz, 2004, ss. 177-83),
− dobór roślin energetycznych w zależności od warunków środowiskowych (Kole i in., 2012; Pandey, 2009),
− techniki konwersji biomasy rolniczej na cele energetyczne (współspalanie, produkcja biodiesla, biogazu; Annamali i in., 2007, 476-97; Capehart, 2007; Dewulf, Van Langenhove, 2006; Singh, Singh, 2004, ss. 53-62; Zwart, van Ree, 2009, ss. 95-116),
− badania uwarunkowań prawnych w procesie produkcji biopaliw, w tym polityki energetycznej UE, roli administracji publicznej oraz jednostek samorządu terytorialnego (Bruns i in., 2011; Rowlands, 2005, ss. 62-82),
− finansowanie inwestycji związanych z produkcją biopaliw (Scragg, 2009;
Żelazowska, 2004, ss. 15-18),
− ograniczanie kosztów produkcji, transportu i wykorzystania biomasy (Aurelio, Bernardes, 2011; Biofuels…, 2008; Kurka i in., 2012, ss. 366-79).
Podstawowych informacji o energetycznym wykorzystaniu biomasy dostarczają słowniki i prace o charakterze encyklopedycznym. Tego typu źródła wskazują na znaczenie biopaliw/bioenergetyki wśród odnawialnych źródeł energii lub szerzej energetyki.
Cleveland i Morris (2006) z zespołem przedstawiają ponad 8100 haseł dotyczących energii, wzbogaconych o przeszło 100 esejów, w tym o energii z biomasy i paliwach alternatywnych.
Energetyczne wykorzystanie biomasy (biopaliwa) w literaturze naukowej
bilans i potencjał biomasy/ biopaliw
zagadnienia inżynieryjno- techniczne zagadnienia prawno- administr. zagadnienia ekonomiczne ujęcie społeczno- ekonomiczne
agrotechnika
podstawy teoretyczne
miejsce biopaliw wśród oze, definicje, zróżnicowanie biopaliw metody sporządzania bilansu, bilanse i potencjały wielkoprzestrzenne, bilanse i potencjały regionalne i lokalne różnicowanie produkcji, kreacja miejsc pracy, wiedza rolników o biopaliwach, rozwój obszarów wiejskich,
sposoby uprawy, dobór gatunków, ochrona środowiska wykorzystanie biomasy do produkcji biopaliw, wykorzystanie biopaliw do produkcji energii, polityka UE, polityka krajowa, działania agend rządowych, działania admin. samorządowej finansowanie, logistyka, zarządzanie zrównoważona bioenergetyka identyfikacja konfliktów z zastosowaniami biomasy, ocena charakteru produkcji, „co zrobić aby bioenergetyka była zrównowazona”
Ryc. 8. Energetyczne wykorzystanie biomasy w literaturze naukowej.
Źródło: Opracowanie własne na podstawie Bański (1999), Bogdanienko (1989), Cleveland (2004), van Dam i in. (2007); Denisiuk, Piechocki (2005); El Bassam (2010), Faaij (2004), Gostomczyk (2005, 2009c), Gradziuk (2004); Grzybek, Gradziuk (2006); Hordeski (2011); Jabłoński, Wnuk (2004); Jasiulewicz (2010a, 2011), Kammen (2004), Klass (1998); Kościk i in. (2008); Kuś (2004), Lewandowski (2007); Ngo, Natowitz (2009);
Quaschning (2010); Rosillo-Calle i in. (2007); Siejka i in. (2008); Soetaert, Vandamme (2008); Zumerchick (2001).
Do często poruszanych zagadnień należą: spalanie biomasy, substancje chemiczne pochodzące z biomasy, biopaliwa, energia odnawialna z biomasy, gazyfikacja, wpływ energetycznego wykorzystania biomasy na obieg węgla i emisję gazów cieplarnianych oraz ocena jej zasobów (Zumerchick, 2001a, Cleveland, 2004, Pandey, 2004, Kreith, Goswami, 2005, Capehart, 2007). Zagospodarowanie biomasy na cele energetyczne stanowi także przedmiot analiz o charakterze biotechnologicznym (Padley, 2004) oraz dotyczących globalnego ocieplenia i zmian klimatycznych (Philander, 2012) oraz zrównoważonego rozwoju (Meyers, 2012).
Biomasę rolniczą, biopaliwa i bioenergetykę na ogół przedstawia się na tle konwencjonalnych i niekonwencjonalnych oraz odnawialnych i nieodnawialnych źródeł energii. Holistyczne ujęcie prezentują Fay, Golomb (2002), Shepherd W., Shepherd D.
(2003), Ngo, Natowitz (2009), Nersesian (2010) i Armaroli, Balzani (2011). Zagadnienia bioenergetyki są omawiane również w kontekście niekonwencjonalnych źródeł energii (atom plus odnawialne źródła energii) lub źródeł odnawialnych (Bogdanienko, 1989, Sorensen, 2004, Twidell, Weir, 2006, Andrews, Jelley, 2007, Lee, Speight, Loyalka, 2007, Lewandowski, 2007, Harvey, 2010, Quaschning, 2010, Nelson, 2011). Niektórzy
ograniczają badania do wybranych zagadnień odnawialnych źródeł energii, jak Pimentel (2008b), który odnosi się do biopaliw, energii słonecznej i wiatru, czy Lorenzini, Biserni i Flacco (2010), analizujący produkcję energii cieplnej z biomasy i promieniowania słonecznego. W Polskiej literaturze odnawialne źródła energii przedstawiają Gradziuk i Grzybek (2003) oraz Jabłoński i Wnuk (2004).
Wśród publikacji prezentujących podstawy bioenergetyki istotny udział mają opracowania dotyczące biopaliw. Badacze przedstawiają zagadnienia związane z pozyskaniem energii z materii organicznej (Soetaert, Vandamme, 2009, Tabak, 2009, Scragg, 2009, Gouveia, 2011) oraz problemy agrotechniczne i przyrodnicze uwarunkowania produkcji biopaliw. Przedmiotem badań jest dobór gatunków roślin energetycznych w zależności od warunków klimatycznych i siedlisk glebowych (Pandey, 2009, El Bassam, 2010, Kole, Joshi, Shonnard, 2012) oraz ocena zmian jakości gleb pod wpływem uprawy roślin energetycznych (Lal, Stewart, 2010). Niektórzy analizują problemy biopaliw w aspektach: technicznym, ekonomicznym oraz zrównoważonej gospodarki rolnej (Hood, Nelson, Powell, 2011).
W inżynieryjno-technicznym nurcie badań większość opracowań dotyczy czterech grup zagadnień. Pierwszą stanowi wyjaśnianie, aparatem pojęciowym chemii organicznej i/lub nauk technicznych, miejsca biomasy wśród pozostałych źródeł energii, zarówno odnawialnych, jak i nieodnawialnych (Rosa, 2005, 2009). Wielu badaczy skupia się na opisie i udoskonaleniu dostępnych metod konwersji biomasy (uwarunkowania techniczne):
fizycznych, termicznych, biochemicznych, syntetycznych i mikrobiologicznych (Klass, 1998, Demirbas, 2010, Vertes, Qureshi, Blaschek, Yukawa, 2010, Crocker, 2010, Fang, 2013). Inni prezentują monografie jednej z metod konwersji, np. produkcji biogazu (Deublein, Steinhauser, 2008), spalania i współspalania (Loo, Koppejan, 2008, Spliethoff, 2010, Grammelis, 2011), gazyfikacji i pirolizy (Basu, 2010) czy produkcji biopaliw z alg (Demirbas A., Demirbas F., 2010).
Przegląd polityki dotyczącej biopaliw w Europie, zwłaszcza w Unii Europejskiej i Stanach Zjednoczonych, przedstawia Lauber (2005), zaś Nersesian (2007) prezentuje tego rodzaju politykę w krajach rozwijających się i w skali ogólnoświatowej. Hordesky (2011) i Scheer (2012) zwracają uwagę na trendy efektywności wykorzystania energii (uwarunkowania ekonomiczne). Znaczna grupa badaczy stoi na stanowisku, że poszczególne państwa lub instytucje międzynarodowe powinny „roztaczać parasol ochronny” nad nowatorskimi rozwiązaniami technologicznymi w dziedzinie odnawialnych źródeł energii. Twarde reguły rynkowe uniemożliwiają bowiem wdrożenie tego rodzaju
metod pozyskania energii. Zakłada się, iż po przezwyciężeniu ograniczeń progowych, efekty skali spowodują zadowalającą poprawę wyników ekonomicznych projektów energetycznego wykorzystania oze. IEA (Międzynarodowa Agencja Energetyki) prowadzi stały monitoring trendów rynkowych i polityki jej członków w zakresie wykorzystania energii odnawialnej (Renewable energy…, 2004, Biofuels. Linking…, 2008). Eksperci organizacji oceniają także potencjalne znaczenie bioenergetyki w zaspokojeniu zapotrzebowania na energię (Potential contribution…, 2007). W polskiej i zagranicznej literaturze rzadko porusza się zagadnienia społecznych uwarunkowań produkcji i energetycznego wykorzystania biomasy rolniczej oraz wpływu struktur społeczno-gospodarczych na możliwości produkcji biopaliw. Jednymi z niewielu prac w tej dziedzinie jest opracowanie Gostomczyka (2005, ss. 45-58).
Krytyka energetyki wykorzystującej biomasę często wynika z ekonomicznej oceny tego typu przedsięwzięć. Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych przy jednoczesnym obniżeniu kosztów pozyskania energii. W wielu państwach ocenia się efektywność nowych technologii odnawialnych źródeł energii (Aswathanarayana, Harikrishnan, Thayyib Sahini, 2010, Aurelio, Bernardes, 2011) oraz narzędzi polityki stymulujących ich wykorzystanie (Koplow, 2007). Ważnym kierunkiem badań są prace nad komercjalizacją technologii drugiej i trzeciej generacji w pozyskiwaniu energii ze źródeł odnawialnych (Asplund, 2004, Ryder, 2011).
Kwestie techniczne, ekonomiczne i stosowana polityka wsparcia odnawialnych źródeł energii, wiążą się z działaniami mającymi na celu zrównoważony rozwój bioenergetyki. Odejście od pozyskiwania energii z paliw kopalnych nie może prowadzić bowiem do pogorszenia stanu środowiska przyrodniczego i jakości życia. Badacze wskazują na potrzebę produkcji energii z biomasy w sposób zrównoważony, np. poprzez wprowadzenie certyfikacji biopaliw (Biofuels. Linking… 2008). Zespół IEA opisuje preferowaną ścieżkę rozwoju technologii na rzecz wykorzystania biopaliw w Technology roadmap... (2011). Wpływ polityki wspierającej odnawialne źródła energii na gospodarkę i środowisko przedstawiają Khann, Scheffran i Zilberman (2011). Politykę UE formułowaną w reakcji na zmiany klimatyczne obszernie charakteryzuje Jaggard (2007). Działania podejmowane w Europie na rzecz osiągnięcia 20% udziału odnawialnych źródeł energii w strukturze produkcji energii w 2020 roku, naświetla zespół EREC (European Renewable Energy Council, 2010). W obrębie UE liderem pod tym względem są Niemcy (Brunst i in., 2011). Inne kraje w mniejszym lub większym stopniu kopiują niemieckie rozwiązania lub przystosowują je do swoich uwarunkowań produkcji biomasy (Moore, Smith, 2007). W
Stanach Zjednoczonych mniejszą uwagę zwraca się na redukcję emisji gazów cieplarnianych, a znacznie ważniejszym problemem jest wyczerpywanie się zasobów paliw kopalnych (Shapiro, 2009, Graetz, 2011) i wykorzystanie czystych źródeł energii (McNerney, Cheek, 2012). Wśród badaczy nie brakuje także głosów stanowczo opowiadających się przeciwko idei wykorzystania biomasy na cele energetyczne (Giampietro, Mayumi, 2009).
Niemieccy badacze wskazują na szczególną rolę zrównoważonego rozwoju bioenergetyki (Schubert, 2009) i wdrażania projektów bioenergetycznych (Sustainable bioenergy…, 2007, Bioenergy project…, 2007, Eisentraut, 2010). Dziewięcioosobowy zespół Niemieckiej Rady Doradczej do spraw Globalnego Ocieplenia (WBGU) wskazuje na ograniczenia o charakterze społecznym i środowiskowym wobec bioenergetyki określanej mianem zrównoważonej. Biomasa posiada bowiem zastosowania ważniejsze niż produkcja energii. Powstają międzynarodowe zespoły zajmujące się tego typu zagadnieniami (Galarraga, Gonzalez-Eguino, Markandya, 2011), adaptujące narzędzia analiz do badania roli bioenergetyki w zrównoważonym rozwoju (Finkbeiner, 2011). Hester i Harison (2003) oceniają koszty pozyskania energii ze źródeł „zrównoważonych”, związane z tym szanse i ograniczenia, a także przedstawiają wskaźniki służące określeniu poziomu zrównoważenia działań związanych z bioenergetyką. Dewulf i Van Langenhove (2006) odnoszą tego rodzaju wskaźniki do: analizy cyku życia, cyklu paliwowego i przepływów materiałowych, bilansu energii netto, śladów ekologicznych, pojemności środowiskowej oraz indeksu zrównoważenia rozwoju.