La naturaleza perenne de Miscanthus × giganteus , su capacidad para crecer en tierras marginales, su eficiencia hídrica, no invasividad, bajas necesidades de fertilizantes, secuestro significativo de carbono y alto rendimiento han despertado un interés significativo entre los investigadores, [c] y algunos argumentan que sí " Propiedades ideales de los cultivos energéticos . [d] Algunos argumentan que puede generar emisiones negativas, mientras que otros destacan sus cualidades de limpieza del agua y mejora del suelo. Sin embargo, existen desafíos prácticos y económicos relacionados con su uso en la infraestructura de combustión existente basada en fósiles. Se están explorando la torrefacción y otras técnicas de mejora del combustible como contramedidas a este problema.
Áreas de uso
Miscanthus × giganteus se utiliza principalmente como materia prima para biocombustibles sólidos . Puede quemarse directamente o procesarse posteriormente en gránulos o briquetas. También se puede utilizar como materia prima para biocombustibles líquidos o biogás.
Alternativamente, también es posible utilizar miscanthus como material de construcción y como aislamiento. [e] Los materiales producidos a partir de miscanthus incluyen tableros de fibra, tableros de partículas de madera / miscanthus compuestos y bloques. Se puede utilizar como materia prima para pulpa y fibras, así como para productos moldeados como platos, vasos, cartones, etc. ecológicos y desechables El miscanthus tiene un rendimiento de pulpa del 70 al 80%, debido a su alto contenido de holocelulosa. La pulpa se puede procesar más en metilcelulosa y usarse como aditivo alimentario y en muchas aplicaciones industriales. La fibra de miscanto proporciona materia prima para el refuerzo de materiales biocompuestos o sintéticos. En la agricultura, la paja de miscanthus se usa en el acolchado del suelo para retener la humedad del suelo, inhibir el crecimiento de malezas y prevenir la erosión. Además, la alta proporción de carbono a nitrógeno del miscanto lo hace inhóspito para muchos microbios, creando una cama limpia para aves de corral, ganado, cerdos, caballos y animales de compañía. El miscanthus utilizado como cama de caballos se puede combinar con la fabricación de fertilizantes orgánicos. [1] El miscanthus se puede utilizar como una fuente de fibra saludable en los alimentos para mascotas. [2]
Ciclo vital
Propagación
El Miscanthus × giganteus se propaga cortando los rizomas (sus tallos subterráneos) en trozos pequeños y luego volviendo a plantar esos trozos a 10 cm (4 pulgadas) por debajo del suelo. Una hectárea (2,5 acres) de rizomas de miscanthus, cortados en pedazos, se puede utilizar para plantar de 10 a 30 hectáreas de nuevos campos de miscanthus (factor de multiplicación 10-30). [f] La propagación de rizomas es una forma de plantar nuevos cultivos que requiere mucha mano de obra, pero solo ocurre una vez durante la vida de un cultivo. Hay técnicas de propagación alternativas disponibles, [3] o en desarrollo. [g] [h] Para la propagación basada en semillas, se prevé una reducción a la mitad del costo. [I]
Gestión
Solo se debe aplicar una cantidad limitada de herbicida al comienzo de las dos primeras temporadas; después del segundo año, el dosel denso y el mantillo formado por hojas muertas reducen eficazmente el crecimiento de malezas. [4] No se necesitan otros pesticidas . [5] Debido a la alta eficiencia en el uso de nitrógeno del miscanthus , el fertilizante [j] tampoco suele ser necesario. [k] La película de mantillo, por otro lado, ayuda tanto a M. x giganteus como a varios híbridos basados en semillas a crecer más rápido y más alto, con un mayor número de tallos por planta, reduciendo efectivamente la fase de establecimiento de tres años a dos. [l] La razón parece ser que esta película plástica mantiene la humedad en la capa superior del suelo y aumenta la temperatura. [metro]
Producir
Estimación de rendimiento modelada por computadora para Miscanthus x giganteus en Europa (sin riego).
Estimación de rendimiento modelada por computadora para Miscanthus x giganteus en los Estados Unidos (sin riego). Para estimaciones de mayor rendimiento (hasta 40 t / ha), ver Miguez et al. [6]
El miscanthus se acerca a la máxima eficiencia teórica para convertir la radiación solar en biomasa , [n] y su eficiencia en el uso del agua se encuentra entre las más altas de cualquier cultivo. [o] Tiene el doble de eficiencia en el uso de agua que el maíz de la planta C4 , el doble de eficiencia que el sauce de cultivo energético C3 ( Salix viminalis ) y cuatro veces la eficiencia de la planta de trigo C3. [p] El rendimiento seco típico del Reino Unido (cosecha de invierno) de 11-14 toneladas por hectárea produce 200-250 gigajulios de energía por hectárea por año. Esto se compara favorablemente con el maíz (98 GJ), la colza (25 GJ) y el trigo / remolacha azucarera (7–15 GJ). [q] En los Estados Unidos, se ha demostrado que M. x giganteus produce dos veces más que el pasto varilla. [7]
Hastings y col. tenga en cuenta que "los ensayos de campo han demostrado que, en muchos lugares de Europa, M. x giganteus tiene el mayor rendimiento energético de todos los cultivos bioenergéticos potenciales en términos de MJ netos ha -1 [megajulio por hectárea], y el mayor uso de energía eficiencia (EUE), en términos de coste energético de producción, debido a sus rendimientos relativamente altos y bajos insumos [...] ". [8] Los principales competidores en cuanto al rendimiento son el sauce y el álamo, cultivados en plantaciones de monte bajo de rotación corta (SRC) o forestales de rotación corta (SRF). En las partes del norte de Europa, los sauces y los álamos se acercan y, a veces, superan los rendimientos invernales de miscanthus en el mismo lugar. [r] La FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación) estima que los rendimientos de las plantaciones forestales oscilan entre 1 y 25 m 3 de madera por hectárea por año en todo el mundo, lo que equivale a 0,4 a 12,2 toneladas secas por hectárea por año. El pino ruso tiene el rendimiento más bajo (0,4 a 2 toneladas, o 1 a 5 m 3 ), mientras que el eucalipto en Argentina, Brasil, Chile y Uruguay, y el álamo en Francia / Italia, tienen el más alto (7,8 a 12,2 toneladas de eucalipto y 2,7 –8,4 toneladas para el álamo.) [S] Para los bosques mixtos templados naturales, Vaclav Smil estima rendimientos sostenibles promedio algo más bajos (NAI - Incremento anual neto; crecimiento antes de pérdidas de cosecha); 1,5–2 toneladas secas por hectárea (2–2,5 m 3 por hectárea, oscilando entre 0,9 m3 en Grecia y 6 m 3 en Francia). [9] La investigación forestal estima que las masas forestales del Reino Unido suelen producir de 1 a 3 toneladas secas por hectárea por año, con la excepción de las masas de álamo, que rinden de 3 a 7 toneladas. [10] El IPCC proporciona datos de crecimiento anual neto medio de la biomasa de los bosques naturales a nivel mundial. El crecimiento neto (sin contar las pérdidas de cosecha) varía entre 0,1 y 9,3 toneladas secas por hectárea por año, y la mayoría de los bosques naturales producen entre 1 y 4 toneladas. El crecimiento neto medio de las plantaciones forestales varía entre 0,4 y 25 toneladas, y la mayoría de las plantaciones producen entre 5 y 15 toneladas. [11]
El rendimiento máximo de miscanthus se alcanza al final del verano, pero la cosecha suele retrasarse hasta el invierno o principios de la primavera. El rendimiento es aproximadamente un 33% más bajo en este punto debido a la caída de las hojas, pero la calidad de la combustión es mayor. La cosecha retrasada también permite que el nitrógeno regrese al rizoma para que lo use la planta en la siguiente temporada de crecimiento. [t]
En Europa, el rendimiento máximo de masa seca (otoño) se ha medido en aproximadamente 10 a 40 toneladas por hectárea por año (4 a 16 toneladas por acre por año), según la ubicación, con un rendimiento máximo de masa seca promedio de 22 toneladas. [u] Los rendimientos son más altos en el sur de Europa; Roncucci y col. cite rendimientos de masa seca de 25 a 30 toneladas generalmente para esa zona en condiciones de secano. Con el riego, las pruebas en Portugal arrojaron 36 toneladas, Italia 34-38 toneladas y Grecia 38-44 toneladas. [12] Los ensayos en Illinois, EE. UU., Arrojaron de 10 a 15 toneladas por acre (25 a 37 t / ha). Como en Europa, los rendimientos aumentan a medida que se desplaza hacia el sur.
Vaclav Smil estima aproximadamente una duplicación de la producción primaria neta (NPP) de biomasa en los trópicos en comparación con las regiones templadas del mundo. [13] Hughes y col. proyecta rendimientos de miscanthus de 60 a 100 toneladas por hectárea por año en los trópicos, pero tenga en cuenta que no hay ensayos científicos disponibles en esta área. [v] El proyecto de la UE MAGIC (Tierras marginales para cultivos industriales en crecimiento) establece que el rango de crecimiento de temperatura para Miscanthus x giganteus es de entre 8 y 45 ° C. [14] Sheperd y col. Sin embargo, argumentan que Micanthus x giganteus «regula a la baja la producción de asimilados por encima de los 28 ° C». [15] En consecuencia, predicen que los rendimientos en los trópicos serán bajos. No se proporciona ninguna proyección para un rendimiento tropical promedio, aunque en todo el mundo se espera un rendimiento promedio de 9 toneladas (esto incluye tanto las áreas tropicales cálidas como las áreas frías del norte del mundo). [16] Los autores señalan que otros genotipos de miscanthus tienen una mayor tolerancia al calor, por ejemplo, Miscanthus Sinensis, que no comienza a regular a la baja la fotosíntesis hasta que la temperatura alcanza los 35 ° C. [15] Se ha demostrado que otros tipos de pasto elefante más adecuados para altas temperaturas (diferentes variantes de napier) rinden hasta 80 toneladas por hectárea, [w] [x] [y] y los desarrolladores comerciales de pasto napier anuncian rendimientos de alrededor de 100 toneladas secas por hectárea por año, siempre que haya una cantidad adecuada de lluvia o riego disponible (100 mm por mes). [z] [aa]
Rendimiento - tierra cultivable
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Reproducir medios
Plantación y cosecha (video).
Felten y col. encontraron un rendimiento medio invierno / primavera de 15 toneladas por hectárea por año (6,1 toneladas por acre por año) durante una prueba de 16 años en tierras cultivables en Alemania. [ab] McCalmont y col. estiman un rendimiento medio en el Reino Unido de 10 a 15 toneladas si se recolectan en primavera, [17] mientras que Hastings et al. estiman un rendimiento medio "pesimista" del Reino Unido de 10,5 toneladas. [ac] Nsanganwimana y col. resumir varios ensayos:
Austria: cosecha de otoño 17-30. Cosecha de invierno 22.
Dinamarca: cosecha de otoño 17. Cosecha de invierno 10.
Italia: cosecha de invierno 20-25.
Francia: cosecha de otoño 42–49. Cosecha de invierno 30.
Alemania: cosecha de otoño 17-30. Cosecha de invierno 10-20.
Portugal: cosecha de otoño 39. Cosecha de invierno 26-30.
Países Bajos: cosecha de otoño 25. Cosecha de invierno 16-17.
España: cosecha de invierno 14.
Reino Unido: cosecha de invierno 11-17. [1]
Rendimiento - tierra marginal
Terreno empinado y marginal.
La tierra marginal es tierra con problemas que limitan el crecimiento, por ejemplo, baja capacidad de almacenamiento de agua y nutrientes , alta salinidad , elementos tóxicos, textura deficiente, poca profundidad del suelo, drenaje deficiente , baja fertilidad o terreno empinado. Dependiendo de cómo se defina el término, existen entre 1.100 y 6.700 millones de hectáreas de tierras marginales en el mundo. [ad] A modo de comparación, Europa consta de aproximadamente mil millones de hectáreas (10 millones de km2, o 3,9 millones de millas cuadradas), y Asia, de 4,5 mil millones de hectáreas (45 millones de km 2 , o 17 millones de millas cuadradas). El IPCC estima que hay entre 0,32 y 1,4 mil millones de hectáreas de tierras marginales aptas para la bioenergía en el mundo. [ae] El proyecto de la UE MAGIC estima que hay 45 millones de hectáreas (449 901 km2) de tierra marginal apta para plantaciones de Miscanthus x giganteus en la Unión Europea, [18] con tres clases de rendimiento esperado (alto: 30-40 t / ha / año, media: 20-30 t / ha / año, y baja: 0-20 t / ha / año). [14]
Quinn y col. identificó a Miscanthus x giganteus como un cultivo que es moderada o altamente tolerante a múltiples factores de estrés ambiental, específicamente, calor, sequía, inundaciones, salinidad (por debajo de 100 mM ) y temperaturas frescas del suelo (hasta -3.4 ° C o 25 ° F) . [af] Esta solidez hace posible establecer campos de miscanthus de relativamente alto rendimiento en tierras marginales, Nsanganwimana et al. mencionar los páramos, las áreas costeras, los hábitats húmedos, los pastizales, los sitios de molienda abandonados, los bordes de los bosques, las riberas de los arroyos, las colinas y laderas de las montañas como lugares viables. [19] Asimismo, Stavridou et al. llegó a la conclusión de que el 99% de las tierras marginales salinas de Europa se pueden utilizar para plantaciones de M. x giganteus, con solo una pérdida de rendimiento máxima esperada del 11%. [ag] Dado que la salinidad hasta 200 mM no afecta las raíces ni los rizomas, el secuestro de carbono no se ve afectado. [ah] Lewandowski y col. encontraron una pérdida de rendimiento del 36% en un sitio marginal limitado por las bajas temperaturas (Moscú), en comparación con el rendimiento máximo en tierras cultivables en Europa central. Los autores también encontraron una pérdida de rendimiento del 21% en un sitio marginal limitado por la sequía (Turquía), en comparación con los rendimientos máximos en suelo cultivable en Europa central. [ai]
Utilizando el software de predicción de rendimiento Miscanfor, Zhang et al. predice un rendimiento promedio de 14,6 toneladas secas por hectárea por año de miscanthus en tierras marginales en China, un 12,6% por debajo del rendimiento promedio esperado en tierras cultivables. Los autores calculan que el miscanthus en tierras marginales en China puede producir 31,7 EJ (exajulio) de energía anualmente, [20] una cantidad equivalente al 39% del consumo de carbón del país en 2019. [aj] Clifton-Brown y col. reportaron rendimientos invernales de 9 toneladas en promedio para una cosecha de miscanthus en tierras marginales en Irlanda (bajas temperaturas, anegado durante el invierno, suelo seco y agrietado durante el verano). [21] Yost y col. reportaron rendimientos que oscilan entre 17 y 31 toneladas en una variedad de suelos en los EE. UU. (Kentucky, Illinois, Nebraska, Nueva Jersey, Virginia y Carolina del Norte), y los compararon con un ensayo específico con fertilizados livianos (67 kg N ha / año) Cultivos de miscanthus de 3 años en suelos erosionados, común en el Medio Oeste (un claypan es una capa de arcilla debajo de la capa superior del suelo, lo que hace que el suelo sea marginal para los cultivos de granos). Los cultivos de miscanthus produjeron de 20 a 24 toneladas por hectárea por año (invierno cosecha). Los autores concluyeron que «[...] los suelos de arcilla erosionados no pueden afectar negativamente el establecimiento o el rendimiento de Miscanthus». [22]
Miscanfor predice que 30 días de sequía del suelo es la cantidad máxima promedio de tiempo que un cultivo de miscanthus puede soportar antes de marchitarse, mientras que 60 días es el máximo antes de que sus rizomas mueran y el cultivo deba ser replantado. [ak] Además de las precipitaciones adecuadas, la capacidad de retención de agua del suelo es importante para obtener altos rendimientos, especialmente en períodos secos. Roncucci y col. reporta aproximadamente dos veces mejor rendimiento para miscanthus plantado en franco arcilloso limoso (mejor capacidad de retención de agua) en comparación con suelo franco arenoso (Italia) después de una temporada de crecimiento relativamente normal en cuanto a precipitaciones , y aproximadamente seis veces mejor rendimiento después de una temporada de crecimiento con sequía severa. [al] Los autores señalan que en suelos con poca capacidad de retención de agua, el riego en la temporada de establecimiento es importante porque permite que las raíces lleguen a mucha más profundidad, aumentando así la capacidad de las plantas para recolectar agua. [am] El riego también puede aumentar el rendimiento si se aplica durante las temporadas de crecimiento seco (definido como una precipitación de 150 a 300 mm). Sin embargo, los autores argumentan que en suelos con buena capacidad de retención de agua, el riego puede potencialmente evitarse si las precipitaciones superan los 420 mm. [an] Stričević y col. hacer un punto similar para los cultivos en Serbia. El suelo en esta área generalmente está bien mojado al comienzo de la temporada de crecimiento debido al derretimiento de la nieve. Si las raíces crecen profundamente (2–3 m) y el suelo tiene una buena capacidad de retención de agua, 300–400 mm de lluvia durante la temporada son suficientes para obtener buenos rendimientos (20–25 toneladas por hectárea por año). [ao] Sin embargo, los autores señalan que si no hay restricciones de agua, es decir, si los cultivos se riegan, se puede esperar el doble de rendimiento (42 toneladas por hectárea por año). [ap]
Nsanganwimana y col. encontraron que M. x giganteus crece bien en suelos contaminados por metales, o por actividades industriales en general. [23] Por ejemplo, en un ensayo, se encontró que M. x giganteus absorbió el 52% del contenido de plomo y el 19% del contenido de arsénico en el suelo después de tres meses. [24] La absorción estabiliza los contaminantes para que no viajen al aire (como polvo), al agua subterránea, aguas superficiales vecinas o áreas vecinas utilizadas para la producción de alimentos. [aq] Si se usa miscanthus contaminado como combustible, el sitio de combustión debe instalar el equipo apropiado para manejar esta situación. [25] Sin embargo, en general, "[…] El miscanthus es [un] cultivo adecuado para combinar la producción de biomasa y la restauración ecológica de tierras contaminadas y marginales". [26] Debido a la capacidad del miscanthus para ser "[…] productivo en tierras agrícolas de menor grado, incluidos suelos salinos y contaminados con metales pesados […]" Clifton-Brown et al. concluyen que el miscanthus puede "[…] contribuir a la intensificación sostenible de la agricultura, permitiendo a los agricultores diversificar y proporcionar biomasa para un mercado en expansión sin comprometer la seguridad alimentaria". [27]
Rendimiento: comparación con otras energías renovables
Para calcular los requisitos de uso de la tierra para diferentes tipos de producción de energía, es esencial conocer las densidades de producción de energía de superficie relevantes. Smil estima que las densidades medias de producción de energía de superficie para biocombustibles modernos, eólica, hidroeléctrica y solar son 0,30 W / m 2 , 1 W / m 2 , 3 W / m 2 y 5 W / m 2 , respectivamente (potencia en el forma de calor para biocombustibles y electricidad para energía eólica, hidráulica y solar). [28] El consumo medio de energía humana en terrenos sin hielo es de 0,125 W / m 2 (calor y electricidad combinados), [29] aunque aumenta a 20 W / m 2 en las zonas urbanas e industriales. [30]
La razón de la baja densidad de potencia específica de un área para los biocombustibles es una combinación de bajos rendimientos y solo una utilización parcial de la planta (por ejemplo, el etanol generalmente se hace a partir del contenido de azúcar de la caña de azúcar o del almidón de maíz, mientras que el biodiésel a menudo se hace a partir de colza y semillas de colza). contenido de aceite de soja).
Con respecto a la producción de etanol, Smil estima que los campos de Miscanthus x giganteus generan 0.40 W / m 2 cuando se utilizan para este propósito (rendimiento 15 t / ha). [31] Los campos de maíz generan 0,26 W / m 2 (rendimiento 10 t / ha). [32] En Brasil, los campos de caña de azúcar suelen generar 0,41 W / m 2 . [32] Los campos de caña de azúcar pueden generar 0,50 W / m 2 (rendimiento 80 t / ha húmedo). [33] El trigo de invierno (EE.UU.) genera 0,08 W / m 2 y el trigo alemán genera 0,30 W / m 2 . [34] Cuando se cultiva para combustible de aviación, la soja genera 0,06 W / m 2 , mientras que el aceite de palma genera 0,65 W / m 2 . [33] La jathropa cultivada en tierras marginales genera 0,20 W / m 2 . [33] Cuando se cultiva para biodiésel, la colza genera 0,12 W / m 2 (media de la UE). [35] En contraste con el cultivo de miscanthus y la producción de combustibles sólidos, las materias primas y la producción de combustibles líquidos típicos requieren grandes insumos de energía. Cuando se compensan estos insumos, la densidad de potencia desciende aún más: la producción de biodiésel a base de colza en los Países Bajos tiene la mayor eficiencia energética de la UE con una densidad de potencia ajustada de 0,08 W / m 2 , mientras que el bioetanol a base de remolacha azucarera producido en España tiene la el más bajo, a solo 0,02 W / m 2 . [36]
La combustión de biomasa sólida es más eficiente energéticamente que la combustión de líquidos, ya que se utiliza toda la planta. Por ejemplo, las plantaciones de maíz que producen biomasa sólida para combustión generan más del doble de energía por metro cuadrado en comparación con las plantaciones de maíz que producen etanol, cuando el rendimiento es el mismo: 10 t / ha generan 0,60 W / m 2 y 0,26 W / m 2 respectivamente (incluso sin compensar la entrada de energía). [37] Para plantaciones a gran escala con pinos, acacias, álamos y sauces en regiones templadas, Smil estima rendimientos de 5 a 15 t / ha, equivalentes a 0,30 a 0,90 W / m 2 . [38] Para plantaciones igualmente grandes, con eucalipto, acacia, leucaena, pinus y dalbergia en regiones tropicales y subtropicales, su estimación es de 20-25 t / ha, equivalente a 1,20-1,50 W / m 2 (una estimación de rendimiento algo mayor que la estimación de la FAO anterior, y un rendimiento que coloca las densidades de energía específicas del área de estas plantaciones entre las densidades de energía eólica e hidráulica). [38] En Brasil, el rendimiento medio de eucalipto es de 21 t / ha, pero en África, India y el sudeste asiático, los rendimientos típicos de eucalipto son inferiores a 10 t / ha. [39]
La biomasa seca del horno en general, incluida la madera, el miscanto [40] y el pasto napier [41] , tiene un contenido calórico de aproximadamente 18 GJ / t. [42] Al calcular la producción de energía por metro cuadrado, cada t / ha de rendimiento de biomasa seca aumenta la producción de energía de una plantación en 0.06 W / m 2 . [43] Como se mencionó anteriormente, Smil estima que el promedio mundial de producción de energía eólica, hidráulica y solar es de 1 W / m 2 , 3 W / m 2 y 5 W / m 2, respectivamente. Para igualar estas densidades de energía, los rendimientos de las plantaciones deben alcanzar 17 t / ha, 50 t / ha y 83 t / ha para eólica, hidroeléctrica y solar, respectivamente. Esto parece alcanzable con base en los datos de rendimiento de las secciones anteriores. Para igualar el promedio mundial de biocombustibles (0,3 W / m 2 ), las plantaciones deben producir 5 toneladas de masa seca por hectárea por año.
Sin embargo, tenga en cuenta que los rendimientos deben ajustarse para compensar la cantidad de humedad en la biomasa (la humedad que se evapora para alcanzar el punto de ignición suele ser energía desperdiciada). La humedad de la paja o las balas de biomasa varía con la humedad del aire circundante y las eventuales medidas de presecado, mientras que los pellets tienen un contenido de humedad normalizado (definido por ISO) inferior al 10% (pellets de madera) [ar] e inferior al 15% (otros pellets). ). [as] Del mismo modo, para la energía eólica, hidroeléctrica y solar, las pérdidas de transmisión de las líneas eléctricas ascienden aproximadamente al 8% a nivel mundial y deben contabilizarse. [at] Si la biomasa se va a utilizar para la producción de electricidad en lugar de la producción de calor, los rendimientos deben triplicarse aproximadamente para competir con la energía eólica, hidráulica y solar, ya que la eficiencia actual de conversión de calor a electricidad es solo del 30-40%. [44] Cuando simplemente se comparan las densidades de producción de energía de superficie de biocombustible, eólica, hidroeléctrica y solar, sin tener en cuenta el costo, esta baja eficiencia de conversión de calor a electricidad empuja efectivamente al menos los parques solares fuera del alcance incluso de las plantaciones de biomasa de mayor rendimiento, energía densidad sabia. [au]
Secuestro de carbón
Entrada / salida de carbono del suelo
Al final de cada temporada, la planta tira de los nutrientes al suelo. El color cambia de verde a amarillo / marrón.
Las plantas secuestran carbono a través de la fotosíntesis , un proceso impulsado por la luz solar en el que el CO 2 y el agua se absorben y luego se combinan para formar carbohidratos. El carbono absorbido se libera a la atmósfera como CO 2 cuando se quema la biomasa recolectada, pero las partes subterráneas de la planta (raíces y rizomas) permanecen en el suelo y pueden potencialmente agregar cantidades sustanciales de carbono al suelo a lo largo de los años.
Milner y col. escribe que "[…] el carbono del suelo es un equilibrio entre la descomposición del carbono inicial del suelo y la tasa de entrada […]". [45] [av] El carbono del suelo derivado de las plantas es un continuo, que va desde la biomasa viva hasta el humus , [46] y se descompone en diferentes etapas. Agostini y col. divide el carbono orgánico del suelo en un depósito activo, uno lento y uno pasivo, con tiempos medios de residencia del carbono (MRT) de 0,1 a 2 años, 15 a 100 años y 500 a 5000 años para los tres depósitos, respectivamente. [47] Zang y col. estimó que el tiempo de residencia del carbono de la capa superficial fue de 60 años en promedio para su sitio de prueba de cambisol estágnico franco (específicamente 19 años para profundidades entre 0 y 10 cm, y 30-152 años para profundidades entre 10 y 50 cm) y que el carbono por debajo de 50 cm fue estable. [48] La tasa real de descomposición del carbono depende de muchos factores, por ejemplo, especies de plantas, tipo de suelo, temperatura y humedad. [49] Poeplau y col. no encontró ninguna "[…] indicación de una disminución de la acumulación de COS [carbono orgánico del suelo] con la edad de la plantación, lo que indica que no hay saturación de COS dentro de 15 a 20 años". [50] Harris y col. estimar 30-50 años de cambio de COS después de un cambio de uso de la tierra entre cultivos anuales y perennes antes de que se alcance un nuevo equilibrio de COS. [51] Se considera que la cantidad de carbono en el suelo debajo de los campos de miscanthus aumenta durante toda la vida útil del cultivo, aunque con un comienzo lento debido a la labranza inicial (arado, excavación) y las cantidades relativamente bajas de entrada de carbono en la fase de establecimiento. [aw] [ax] (Tilling ayuda a los suelos de microbios poblaciones para descomponer el carbono disponible, produciendo CO 2 . [ay] [az] ) Felten et al. argumentan que las altas proporciones de residuos previos a la cosecha y la cosecha directa (por ejemplo, hojas muertas), la acumulación directa de humus, el sistema de raíces bien desarrollado y de gran alcance, las bajas tasas de descomposición de los residuos vegetales debido a una alta relación C: N (carbono a nitrógeno), y la ausencia de labranza y, por lo tanto, una menor aireación del suelo son las razones de las altas tasas de secuestro de carbono. [52]
Acumulación anual neta de carbono
El IPCC sostiene que un aumento en el carbono del suelo es importante tanto para la mitigación del clima como para la adaptación al clima. [ba] Varios estudios intentan cuantificar el aumento del carbono del suelo relacionado con el miscanto en varios lugares y en diversas circunstancias.
Dondini y col. encontró 32 toneladas más de carbono por hectárea (13 toneladas por acre) debajo de un campo de miscanthus de 14 años que en el sitio de control, lo que sugiere una tasa de acumulación media de carbono combinada (C3 más C4) de 2,29 toneladas por hectárea por año (1 tonelada por acre por año), o el 38% del carbono total cosechado por año. [bb] Asimismo, Milner et al. sugieren una tasa media de acumulación de carbono para todo el Reino Unido de 2,28 toneladas por hectárea por año (también el 38% del carbono total cosechado por año), dado que se excluyen algunas tierras no rentables (0,4% del total). [bc] Nakajima y col. encontraron una tasa de acumulación de 1,96 (± 0,82) toneladas por hectárea por año por debajo de un sitio de prueba universitario en Sapporo, Japón (0,79 por acre), equivalente al 16% del carbono total cosechado por año. Sin embargo, la prueba fue más corta, solo 6 años. [bd] Hansen y col. encontraron una tasa de acumulación de 0,97 toneladas por hectárea por año (0,39 toneladas por acre por año) durante 16 años en un sitio de prueba en Hornum, Dinamarca, equivalente al 28% del carbono total cosechado por año. [be] McCalmont et al. comparó una serie de informes europeos individuales, y encontró tasas de acumulación que van desde 0,42 a 3,8 toneladas por hectárea por año, [bf] con una tasa de acumulación media de 1,84 toneladas (0,74 toneladas por acre por año), [bg] o el 25% de carbono total cosechado por año. [bh] La variación en el cambio anual de carbono del suelo es alta durante los primeros 2 a 5 años después de la siembra, pero después de 15 años la variación es insignificante. [bi]
Desafíos de transporte y combustión
Descripción general
El desarrollo del proceso de torrefacción comenzó como una investigación sobre el tostado del café, a finales del siglo XIX. [53]
La biomasa en general, incluido el miscanto, tiene propiedades diferentes en comparación con el carbón, por ejemplo, cuando se trata de manipulación y transporte, trituración y combustión. [54] Esto dificulta compartir la misma infraestructura de logística, molienda y combustión. En su lugar, a menudo es necesario construir nuevas instalaciones de manipulación de biomasa, lo que aumenta los costes. [bj] Junto con el costo relativamente alto de la materia prima , esto a menudo conduce a una situación en la que los proyectos de biomasa deben recibir subsidios para ser económicamente viables. [bk] Sin embargo, actualmente se están explorando varias tecnologías de mejora de combustibles que hacen que la biomasa sea más compatible con la infraestructura existente. La más madura de ellas es la torrefacción , básicamente una técnica de tostado avanzada que, cuando se combina con el peletizado o briquetado, influye significativamente en las propiedades de manipulación y transporte, la capacidad de trituración y la eficiencia de combustión.
Densidad energética y costes de transporte
Transporte de fardos de miscanthus voluminosos que absorben agua en Inglaterra.
Las astillas de miscanto tienen una densidad aparente de 50-130 kg / m 3 , [bl] fardos 120-160 kg / m 3 , [bm] mientras que los gránulos y las briquetas tienen una densidad aparente de 500 y 600 kg / m 3 respectivamente. [55] La torrefacción va de la mano con esta tendencia hacia un producto más denso y, por tanto, más económico de transportar, concretamente aumentando la densidad energética del producto . La torrefacción elimina (por gasificación) las partes de la biomasa que tienen el menor contenido energético, mientras que las partes con mayor contenido energético permanecen. Es decir, aproximadamente el 30% de la biomasa se convierte en gas durante el proceso de torrefacción (y potencialmente se usa para impulsar el proceso), mientras que el 70% permanece, generalmente en forma de pellets compactados o briquetas . Sin embargo, este producto sólido contiene aproximadamente el 85% de la energía de biomasa original. [56] Básicamente, la parte de masa se ha reducido más que la parte de energía, y la consecuencia es que el poder calorífico de la biomasa torrefactada aumenta significativamente, en la medida en que puede competir con los carbones de alta densidad energética utilizados para la generación de electricidad (vapor / carbones térmicos). . Vaclav Smil afirma que la densidad de energía de los carbones de vapor más comunes en la actualidad es de 22 a 26 GJ / t. [57]
La mayor densidad de energía significa menores costos de transporte y una disminución en la emisión de GEI relacionada con el transporte. [58] La AIE (Agencia Internacional de la Energía) ha calculado los costes de energía y gases de efecto invernadero para los pellets / briquetas regulares y torrefactos. Al fabricar pellets y enviarlos de Indonesia a Japón, se espera un ahorro mínimo de energía del 6,7% o un ahorro de gases de efecto invernadero del 14% al cambiar de regular a torrefactado. Este número aumenta al 10,3% de ahorro de energía y al 33% de ahorro de gases de efecto invernadero al fabricar y enviar briquetas de 50 mm como mínimo en lugar de pellets (la producción de briquetas requiere menos energía). [bn] Cuanto más larga sea la ruta, mayores serán los ahorros. La ruta de suministro relativamente corta de Rusia al Reino Unido equivale a un ahorro de energía del 1,8%, mientras que la ruta de suministro más larga desde el sureste de EE. UU. Al área de Ámsterdam-Rotterdam-Amberes (ARA) es del 7,1%. Desde el suroeste de Canadá hasta ARA 10,6%, suroeste de EE. UU. Hasta Japón 11% y Brasil hasta Japón 11,7% (todos estos ahorros son solo para pellets). [59]
Costos de absorción y transporte de agua
La torrefacción también convierte la biomasa de un estado hidrófilo (que absorbe agua) a un estado hidrófobo (que repele el agua). Las briquetas repelentes al agua se pueden transportar y almacenar en el exterior, lo que simplifica la operación logística y reduce los costos. [bo] Se detiene toda la actividad biológica, lo que reduce el riesgo de incendio y detiene la descomposición biológica como la putrefacción. [58]
Uniformidad y personalización
En general, la torrefacción se considera una puerta de entrada para convertir una gama de materias primas muy diversas en un combustible uniforme y, por lo tanto, más fácil de manejar. [58] Los parámetros del combustible se pueden cambiar para satisfacer las demandas de los clientes, por ejemplo, tipo de materia prima, grado de torrefacción, forma geométrica, durabilidad, resistencia al agua y composición de las cenizas. [60] La posibilidad de utilizar diferentes tipos de materias primas mejora la disponibilidad del combustible y la fiabilidad del suministro. [58]
Molienda
Amoladoras de carbón
M. x giganteus sin procesar tiene fibras fuertes, lo que dificulta la trituración en partículas muy pequeñas del mismo tamaño (por debajo de 75 µm / 0,075 mm). Los trozos de carbón se muelen típicamente a ese tamaño porque las partículas tan pequeñas y uniformes se queman de manera más estable y eficiente. [61] [62] Mientras que el carbón tiene una puntuación en el índice de molienda de Hardgrove (HGI) de 30 a 100 (números más altos significan que es más fácil de moler), el miscanthus sin procesar tiene una puntuación de 0. [pb] Sin embargo, durante la torrefacción, " [...] el hemi-celulosa fracción que es responsable de se degrada la naturaleza fibrosa de la biomasa, mejorando así su capacidad de rectificación ". [63] Bridgeman y col. midió un HGI de 79 para el miscanthus torrefactado, [bq] mientras que la IEA estima un HGI de 23–53 para la biomasa torrefactada en general. [64] El carbón del Reino Unido puntúa entre 40 y 60 en la escala HGI. [br] La IEA estima una caída del 80-90% en el uso de energía necesaria para moler la biomasa que ha sido torrefactada. [sesenta y cinco]
La molienda relativamente fácil de miscanthus torrefacto hace posible una conversión rentable en partículas finas, lo que posteriormente hace posible una combustión eficiente con una llama estable. Ndibe y col. constató que el nivel de carbono no quemado "[…] disminuyó con la introducción de biomasa torrefactada", y que las llamas de biomasa torrefactada "[…] se mantuvieron estables durante la cocción al 50% y en el caso del 100% como resultado de una granulometría suficiente de las partículas de combustible . " [66]
Cloro y corrosión
La biomasa cruda de miscanthus tiene una cantidad de cloro relativamente alta , lo que es problemático en un escenario de combustión porque, como Ren et al. explica, "[…] la probabilidad de corrosión depende significativamente del contenido de cloro en el combustible […]". [67] Asimismo, Johansen et al. afirman que "[…] la liberación de especies asociadas al Cl [asociadas al cloro] durante la combustión es la principal causa de la corrosión activa inducida en la combustión en parrilla de la biomasa". [68] El cloro en diferentes formas, en particular combinado con potasio como cloruro de potasio , se condensa en superficies relativamente más frías dentro de la caldera y crea una capa de depósito corrosivo. La corrosión daña la caldera y, además, la propia capa de depósito físico reduce la eficiencia de transferencia de calor, lo que es más crítico dentro del mecanismo de intercambio de calor . [bs] El cloro y el potasio también reducen considerablemente el punto de fusión de las cenizas en comparación con el carbón. La ceniza derretida, conocida como escoria o clinker , se adhiere al fondo de la caldera y aumenta los costos de mantenimiento. [bt] [bu]
Para reducir el contenido de cloro (y humedad), M. x giganteus generalmente se cosecha en seco, a principios de la primavera, pero esta práctica de cosecha tardía todavía no es una contramedida suficiente para lograr una combustión libre de corrosión. [bv]
Sin embargo, la cantidad de cloro en el miscanto se reduce aproximadamente en un 95% cuando se torrefacta a 350 grados Celsius. [bw] La liberación de cloro durante el proceso de torrefacción en sí es más manejable que la liberación de cloro durante la combustión, porque "[…] las temperaturas predominantes durante el primer proceso están por debajo de las temperaturas de fusión y vaporización de las sales alcalinas de cloro, minimizando así sus riesgos de escoriación, ensuciamiento y corrosión en hornos ". [69] Para el potasio, Kambo et al. encontró una reducción del 30% para el miscanthus torrefactado. [70] Sin embargo, el potasio depende del cloro para formar cloruro de potasio; con un nivel bajo de cloro, los depósitos de cloruro de potasio se reducen proporcionalmente. [bx]
Similitud de carbón
Li y col. concluyen que el "[…] proceso de torrefacción transforma las propiedades químicas y físicas de la biomasa bruta en similares al carbón, lo que permite la utilización con altos ratios de sustitución de la biomasa en las calderas de carbón existentes sin modificaciones importantes". [71] Asimismo, Bridgeman et al. afirman que, dado que la torrefacción elimina la humedad, crea un producto triturable, hidrófobo y sólido con una densidad energética incrementada, el combustible torrefacto ya no requiere "[…] instalaciones de manipulación separadas cuando se co-quema con carbón en las centrales eléctricas existentes". [54] Smith y col. hace un punto similar con respecto a la carbonización hidrotermal , a veces llamada torrefacción "húmeda". [por]
Ribeiro y col. nótese que "[…] la torrefacción es un proceso más complejo de lo inicialmente previsto" y afirman que "[…] la torrefacción de biomasa es todavía una tecnología experimental […]". [72] Michael Wild, presidente del Consejo Internacional de Torrefacción de Biomasa, afirmó en 2015 que el sector de torrefacción está "[…] en su fase de optimización […]". Menciona la integración de procesos, la eficiencia energética y de masas, la compresión mecánica y la calidad del producto como las variables más importantes a dominar en este punto del desarrollo del sector. [60]
Impactos ambientales
Neutralidad de carbono
Por lo general, los cultivos perennes secuestran más carbono que los cultivos anuales porque se permite que la acumulación de raíces continúe sin perturbaciones durante muchos años. Además, los cultivos perennes evitan los procedimientos de labranza anual (arado, excavación) asociados con el cultivo de cultivos anuales. La labranza ayuda a las poblaciones de microbios del suelo a descomponer el carbono disponible, produciendo CO 2 . [ay] [az]
Básicamente, la acumulación de carbono bajo tierra funciona como una herramienta de mitigación de GEI porque elimina el carbono de la circulación de carbono sobre el suelo (la circulación de la planta a la atmósfera y de regreso a la planta). La circulación por encima del suelo es impulsada por la fotosíntesis y la combustión. Primero, los campos de miscanthus absorben CO 2 y lo asimilan como carbono en su tejido tanto por encima como por debajo del suelo. Cuando el carbono de la superficie se recolecta y luego se quema, la molécula de CO 2 se forma una vez más y se libera nuevamente a la atmósfera. Sin embargo, el crecimiento de la próxima temporada absorbe una cantidad equivalente de CO 2 y el ciclo se repite.
Este ciclo por encima del suelo tiene el potencial de ser neutro en carbono, pero, por supuesto, la participación humana en el funcionamiento y la conducción de la circulación de CO 2 por encima del suelo significa un aporte de energía adicional, que a menudo proviene de fuentes fósiles. Si la energía fósil gastada en la operación es alta en comparación con la cantidad de energía producida, la huella de CO 2 total puede acercarse, igualar o incluso superar la huella de CO 2 que se origina en la quema de combustibles fósiles exclusivamente, como se ha demostrado en el caso de varios proyectos de biocombustibles de primera generación. [bz] [ca] Los combustibles para el transporte pueden ser peores que los combustibles sólidos en este sentido. [cb]
El problema se puede abordar tanto desde la perspectiva de aumentar la cantidad de carbono que se mueve bajo tierra (ver Secuestro de carbono , más arriba) como desde la perspectiva de la disminución de la entrada de combustibles fósiles a la operación aérea. Si se mueve suficiente carbono bajo tierra, puede compensar las emisiones totales del ciclo de vida de un biocombustible en particular. Además, si las emisiones aéreas disminuyen, se necesita menos almacenamiento de carbono subterráneo para que el biocombustible se convierta en carbono neutral o negativo.
Es la cantidad total de emisiones y absorción equivalentes de CO 2 juntas lo que determina si un proyecto de cultivo energético es carbono positivo, carbono neutral o carbono negativo. Si las emisiones durante la agricultura, el procesamiento, el transporte y la combustión son más altas de lo que se absorbe, tanto por encima como por debajo del suelo durante el crecimiento de los cultivos, el proyecto es carbono positivo. Asimismo, si la absorción total a lo largo del tiempo es superior a las emisiones totales, el proyecto es carbono negativo. En resumen, la negatividad del carbono es posible cuando la acumulación neta de carbono, tanto por encima como por debajo del suelo, compensa con creces las emisiones netas de GEI del ciclo de vida.
Vías de producción de carbono negativo (miscanthus) y carbono positivo (álamo).
El carbono del suelo aumenta al plantar micanthus en tierras de cultivo y pastizales. [73]
Relación entre el rendimiento sobre el suelo (líneas diagonales), el carbono orgánico del suelo (eje X) y el potencial del suelo para el secuestro de carbono exitoso / no exitoso (eje Y). Básicamente, cuanto mayor sea el rendimiento, más tierra se convertirá en una herramienta de mitigación del clima con CO2 negativo (incluida la tierra relativamente rica en carbono).
Whitaker y col. argumentan que un cultivo de miscanthus con un rendimiento de 10 toneladas por hectárea por año captura suficiente carbono para compensar las emisiones relacionadas con la agricultura, el procesamiento y el transporte. El gráfico de la derecha muestra dos vías de producción de miscanthus carbono negativo y dos vías de producción de álamo carbono positivo, representadas en gramos de CO 2 equivalentes por megajulio. Las barras son secuenciales y se mueven hacia arriba y hacia abajo a medida que se estima que el CO 2 atmosférico aumenta y disminuye. Las barras grises / azules representan las emisiones relacionadas con la agricultura, el procesamiento y el transporte, las barras verdes representan el cambio de carbono del suelo y los diamantes amarillos representan las emisiones finales totales. [cc]
Emmerling y col. haga lo mismo para el miscanthus en Alemania (rendimiento 15 t / ha / año, secuestro de carbono 1.1 t / ha / año):
"El miscanto es uno de los pocos cultivos en todo el mundo que alcanza una verdadera neutralidad de CO 2 y puede funcionar como sumidero de CO 2. [...] En relación con la combustión de fueloil, las emisiones directas e indirectas de gases de efecto invernadero pueden reducirse mediante un mínimo del 96% a través de la combustión de paja de Miscanthus (emisiones: 0,08 kg CO 2 ‐eq MJ −1 (fueloil) frente a 0,0032 kg CO 2 ‐eq MJ −1 (paja de Miscanthus)). Crecimiento de miscanthus , esto se traduce en un potencial de mitigación de CO 2 -eq del 117% ". [CD]
El secuestro exitoso depende de los sitios de plantación, ya que los mejores suelos para el secuestro son aquellos que actualmente tienen un bajo contenido de carbono. Los variados resultados que se muestran en el gráfico resaltan este hecho. [ce] Milner y col. argumentan que para el Reino Unido, se espera un secuestro exitoso de tierras arables en la mayor parte de Inglaterra y Gales, y se espera un secuestro fallido en partes de Escocia, debido a suelos ya ricos en carbono (bosques existentes). Además, para Escocia, los rendimientos relativamente más bajos en este clima más frío hacen que la negatividad del CO 2 sea más difícil de lograr. Los suelos que ya son ricos en carbono incluyen turberas y bosques maduros.
Milner y col. Además, argumentan que el secuestro de carbono más exitoso en el Reino Unido tiene lugar debajo de los pastizales mejorados . [cf] Sin embargo, Harris et al. señala que, dado que el contenido de carbono de los pastizales varía considerablemente, también varía la tasa de éxito de los cambios de uso de la tierra de pastizales a perennes. [cg] Agostini y col. argumentan que aunque el secuestro neto de carbono para cultivos energéticos perennes como el miscanthus excede en gran medida el secuestro neto de carbono para pastizales, bosques y cultivos herbáceos, el aporte de carbono del miscanthus es simplemente demasiado bajo para compensar la pérdida de carbono existente en el suelo durante la fase de establecimiento inicial . [74] Zang y col. argumentó que en el sitio de su experimento de pastizales, hubo un pequeño aumento neto en el carbono del suelo con el tiempo. [73]
Anderson-Teixeira y col. clasifica los beneficios climáticos específicos relacionados con el cambio en el uso de la tierra (esto excluye los beneficios del reemplazo de combustibles fósiles) para diferentes cultivos durante un período de 30 años en diferentes tipos de pastizales, y concluye que los pastizales nativos tienen un valor relacionado con el clima (llamado GHGV ) de 200, mientras que los cultivos de M x giganteus ligeramente fertilizados establecidos en suelo anteriormente labrado anualmente tienen un valor de 160. Los pastizales CRP tienen un valor de 125 (pastizales protegidos establecidos en antiguas tierras de cultivo). La mezcla de praderas nativas tiene un valor de 115 (no -fertilised hierbas nativas praire con otras especies nativas de Praire incluyen, establecida en tierras de cultivo anteriormente cultivado anualmente.) Pasto pastizales tienen un valor de 72. los autores hacen hincapié en que los valores indicados «[...] no representa el ciclo de vida neta de GEI efecto de la producción de bioenergía, solo los efectos de GEI del cambio de uso de la tierra ». [75]
El gráfico inferior muestra los rendimientos medios necesarios para lograr la negatividad del carbono a largo plazo para suelos con diferentes cantidades de carbono existente.
Comparaciones de ahorros
Hastings y col. descubrió que los cultivos de miscanthus "[...] casi siempre tienen una huella ambiental menor que los cultivos de bioenergía anual de primera generación [...]". [ch] Un meta-estudio de 138 estudios individuales, realizado por Harris et al., reveló que los pastos perennes de segunda generación (miscanthus y switchgrass) plantados en tierras cultivables almacenan en promedio cinco veces más carbono en el suelo que el monte bajo de rotación corta o corto Rotación de plantaciones forestales (chopo y sauce). [ci] En comparación con los combustibles fósiles (sin considerar los beneficios del secuestro de carbono subterráneo), el combustible de miscanto tiene un costo de GEI de 0,4 a 1,6 gramos de CO 2 equivalentes por megajulio, en comparación con los 33 gramos del carbón, 22 del gas natural licuado, 16 para el gas del Mar del Norte y 4 para astillas de madera importadas a Gran Bretaña desde los EE. UU. [cj]
McCalmont y col. descubrió que la relación media de entrada / salida de energía para el miscanto es 10 veces mejor que para los cultivos anuales, mientras que los costos de los gases de efecto invernadero son entre 20 y 30 veces mejores que para los combustibles fósiles. [ck] Los chips de miscanthus para calefacción ahorraron 22,3 toneladas de emisiones de CO 2 por hectárea por año en el Reino Unido (9 toneladas por acre), mientras que el maíz para calefacción y energía ahorró 6,3 toneladas (2,5 por acre). La semilla de colza para biodiesel ahorró solo 3.2 (1.3 por acre). [cl] Lewandowski y col. encontró que cada hectárea (2,47 acres) de tierra cultivable de Europa Central plantada con miscanthus reduce el nivel de CO 2 atmosférico hasta en 30,6 toneladas por año, ahorra 429 GJ de energía fósil utilizada cada año, con 78 euros ganados por tonelada de CO 2 reducido (2387 euros ganados por hectárea por año), dado que la biomasa se produce y utiliza localmente (dentro de los 500 km / 310 millas). [cm] Para el miscanto plantado en tierras marginales limitadas por temperaturas frías (Moscú), la reducción del CO 2 atmosférico se estima en 19,2 toneladas por hectárea por año (7,7 toneladas por acre), con un ahorro de energía fósil de 273 GJ por hectárea por año (110 GJ por acre). Para tierras marginales limitadas por la sequía (Turquía), el nivel de CO 2 atmosférico puede reducirse potencialmente con 24 toneladas por hectárea por año (9,7 toneladas por acre), con ahorros de energía fósil de 338 GJ por hectárea por año (137 toneladas por acre). . [cn] Basándose en cifras similares, Poeplau y Don esperan que las plantaciones de miscanthus crezcan mucho en Europa en las próximas décadas. [76] Whitaker y col. afirman que después de algunas discusiones, ahora (2018) hay consenso en la comunidad científica de que "[…] el balance de GEI del cultivo de cultivos de bioenergía perenne será a menudo favorable […]", también al considerar los cambios implícitos directos e indirectos en el uso de la tierra . [co]
La biodiversidad
Felten y Emmerling argumentan que los campos de Miscanthus pueden facilitar una comunidad diversa de lombrices de tierra incluso en paisajes agrícolas intensivos.
Haughton y col. encontraron alondras reproductoras en cultivos de miscanthus.
Bajo tierra, Felten y Emmerling encontraron que el número de especies de lombrices de tierra por metro cuadrado era de 5,1 para el miscanto, 3 para el maíz y 6,4 para el barbecho (tierra totalmente desatendida), y afirman que "[…] se encontró claramente que el uso de la tierra la intensidad fue el regresor dominante para la abundancia de lombrices de tierra y el número total de especies ". Debido a que la extensa hojarasca en el suelo ayuda a que el suelo se mantenga húmedo y también lo protege de los depredadores, concluyen que "[...] Miscanthus tuvo efectos bastante positivos en las comunidades de lombrices de tierra [...]" y recomiendan que "[...] Miscanthus puede facilitar una comunidad diversa de lombrices de tierra incluso en paisajes agrícolas intensivos ". [77] [cp]
Nsanganwimana y col. encontraron que la actividad bacteriana de ciertas bacterias pertenecientes al grupo de las proteobacterias casi se duplica en presencia de exudados de raíces de M. x giganteus . [24]
Sobre el suelo, Lewandowski et al. encontraron que los rodales jóvenes de miscanthus mantienen una alta diversidad de especies de plantas, pero a medida que el miscanthus madura, el dosel se cierra y menos luz solar llega a las malezas competidoras. En esta situación, a las malas hierbas les resulta más difícil sobrevivir. Después del cierre del dosel, Lewandowski et al. encontraron 16 especies diferentes de malezas por parcela de 25 m 2 . Sin embargo, el dosel denso funciona como protección para otras formas de vida; Lewandowski y col. señala que "[…] Se informa que los rodales de Miscanthus sustentan la biodiversidad agrícola, proporcionando hábitat para aves, insectos y pequeños mamíferos […]". [cq] Apoyando este punto de vista, Caslin et al. argumentan que la flora debajo del dosel proporciona alimento para las mariposas, otros insectos y sus depredadores, y 40 especies de aves. [cr]
Tanto Haughton et al. [cs] y Bellamy et al. encontraron que la estructura vegetativa de hibernación del miscanto proporcionó una cobertura y un recurso de hábitat importantes, con altos niveles de diversidad en comparación con los cultivos anuales. Este efecto fue particularmente evidente para los escarabajos, las moscas y las aves, registrándose alondras y avefría en el propio cultivo. El cultivo de miscanthus ofrece un nicho ecológico diferente para cada temporada; los autores lo atribuyen a la heterogeneidad estructural en constante evolución de un cultivo de miscanthus, con diferentes especies que encuentran refugio en diferentes momentos durante su desarrollo; las aves del bosque encontraron refugio en el invierno y las aves de las tierras de cultivo en el verano. Para las aves, se encontraron 0,92 especies de parejas reproductoras por hectárea (0,37 por acre) en el campo de miscanthus, en comparación con 0,28 (0,11) en el campo de trigo. Los autores señalan que debido a la alta proporción de carbono a nitrógeno, es en los márgenes del campo y en los bosques intercalados donde se encuentran la mayoría de los recursos alimenticios. Sin embargo, los campos de Miscanthus funcionan como barreras contra la lixiviación de químicos en estos hábitats clave. [Connecticut]
Caslin y col. Además, argumentan que los cultivos de miscanthus proporcionan una mejor biodiversidad que los cultivos de cereales, con tres veces más arañas y lombrices de tierra que los cereales. [cu] Liebre parda, armiño, ratón, campañol, musaraña, zorro y conejo son algunas de las especies que se observan en los cultivos de miscanthus. El cultivo actúa como un hábitat de anidación y un corredor de vida silvestre que conecta diferentes hábitats. [CV]
Calidad del agua
McCalmont y col. afirman que los campos de miscanthus mejoran significativamente la calidad del agua debido a una menor lixiviación de nitratos . [cw] Asimismo, Whitaker et al. afirman que hay una lixiviación de nitratos drásticamente reducida de los campos de miscanthus en comparación con la rotación típica de maíz / soja debido a los requisitos de fertilizantes bajos o nulos, la presencia continua de un sumidero de raíces de plantas para el nitrógeno y el reciclaje interno eficiente de nutrientes por especies de gramíneas perennes. Por ejemplo, un metaestudio reciente concluyó que el miscanthus tenía nueve veces menos pérdida subsuperficial de nitrato en comparación con el maíz o el maíz cultivado en rotación con soja. [cx]
Calidad del suelo
El sistema de enraizamiento fibroso y extenso de miscanthus y la falta de alteración de la labranza mejoran la infiltración, la conductividad hidráulica y el almacenamiento de agua en comparación con los cultivos en hileras anuales, y dan como resultado el suelo poroso y de baja densidad aparente típico de las gramíneas perennes, y se espera que la capacidad de retención de agua aumente en 100-150 mm. [cy] Nsanganwimana y col. argumentan que el miscanthus mejora la entrada de carbono al suelo y promueve la actividad y diversidad de microorganismos , que son importantes para los procesos de agregación y rehabilitación de partículas del suelo . En un antiguo depósito de cenizas volantes , con pH alcalino, deficiencia de nutrientes y poca capacidad de retención de agua, se estableció con éxito un cultivo de miscanthus, en el sentido de que las raíces y los rizomas crecieron bastante bien, apoyando y mejorando los procesos de nitrificación , aunque lo anterior -El rendimiento de peso seco molido fue bajo debido a las condiciones. Los autores argumentan que la capacidad de M. x giganteus para mejorar la calidad del suelo incluso en tierras contaminadas es una característica útil, especialmente en una situación en la que se pueden agregar enmiendas orgánicas. Por ejemplo, existe un gran potencial para aumentar el rendimiento en tierras marginales contaminadas con bajo contenido de nutrientes fertilizándolas con lodos de depuradora o aguas residuales ricos en nutrientes . Los autores afirman que esta práctica ofrece la triple ventaja de mejorar la productividad del suelo, aumentar los rendimientos de biomasa y reducir los costos de tratamiento y disposición de lodos de depuradora de acuerdo con la legislación específica de cada país. [4]
Invasividad
Los padres de Miscanthus × giganteus en ambos lados, M. sinensis y M. sacchariflorus , son especies potencialmente invasoras , porque ambos producen semillas viables. Sin embargo, M. x giganteus no produce semillas viables y Nsanganwimana et al. afirman que "[...] no ha habido ningún informe sobre la amenaza de invasión debido a la extensión del crecimiento de rizomas de las plantaciones comerciales a largo plazo a las tierras cultivables vecinas". [26]
Sustentabilidad
Cultivo de prueba de Miscanthus en Inglaterra.
Lewandowski y col. concluyen que los análisis "[...] de los impactos ambientales del cultivo de miscanthus en una variedad de factores, incluida la mitigación de los gases de efecto invernadero, muestran que los beneficios superan los costos en la mayoría de los casos". [78] McCalmont y col. argumentan que aunque hay espacio para más investigación, "surgen [...] indicios claros de sostenibilidad ambiental". [cz] Además del potencial de mitigación de GEI, la naturaleza perenne del miscanthus "[…] y la biomasa subterránea mejoran la estructura del suelo, aumentan la capacidad de retención de agua (hasta 100-150 mm) y reducen la escorrentía y la erosión. Maduración durante el invierno aumenta los recursos estructurales del paisaje para la vida silvestre . La intensidad de manejo reducida promueve la diversidad y abundancia de lombrices de tierra, aunque la mala palatabilidad de la basura puede reducir la biomasa individual. La lixiviación de químicos en los límites del campo es menor que la agricultura comparable, mejorando la calidad del hábitat del suelo y el agua ". [79] Milner y col. argumentan que un cambio de cultivos energéticos de primera generación a segunda generación como el miscanthus es beneficioso para el medio ambiente debido a la mejora de la biodiversidad a escala agrícola, la depredación y un efecto neto positivo de mitigación de GEI. Los beneficios son principalmente una consecuencia de los bajos insumos y los ciclos de manejo más largos asociados con los cultivos de segunda generación (2G). [da] Los autores identifican 293 247 hectáreas de tierras cultivables y pastizales en el Reino Unido (equivalente al 1,3% de la superficie total) donde las consecuencias económicas y ambientales de plantar miscanthus se consideran positivas. [db] Whitaker y col. argumentan que si se mitigan las tensiones en el uso de la tierra, se obtienen rendimientos razonables y se apuntan a suelos bajos en carbono, hay muchos casos en los que los cultivos perennes de bajos insumos como el miscanthus "[...] pueden proporcionar importantes ahorros de GEI en comparación con las alternativas de combustibles fósiles [.. .]. " [dc] A diferencia de los cultivos anuales, el miscanthus tiene bajos requerimientos de aporte de nitrógeno, bajas emisiones de GEI, secuestra carbono del suelo debido a la reducción de la labranza y puede ser económicamente viable en tierras marginales. [dd] Los autores coinciden en que en los últimos años, "[...] ha surgido una comprensión más matizada de los beneficios ambientales y los riesgos de la bioenergía, y ha quedado claro que los cultivos de bioenergía perenne tienen un potencial mucho mayor para generar importantes ahorros de GEI que los cultivos convencionales que se cultivan actualmente para la producción de biocombustibles en todo el mundo (por ejemplo , maíz , aceite de palma y colza ) ". [de] Los autores concluyen que "[...] los impactos directos de los cultivos dedicados a la bioenergía perenne sobre el carbono del suelo y el N2O se comprenden cada vez más y, a menudo, son consistentes con la mitigación significativa de los GEI del ciclo de vida de la bioenergía en relación con las fuentes de energía convencionales". [80]
Consideraciones agrícolas prácticas
Para obtener consejos prácticos sobre la agricultura, consulte el PDF "Establecimiento gigante de miscanto" de la Universidad Estatal de Iowa. [81] Véase también el manual de mejores prácticas elaborado conjuntamente por Teagasc (la autoridad de desarrollo agrícola y alimentario de Irlanda) y AFBI (el Instituto Agroalimentario y de Biociencias, también Irlanda). [82]
Referencias
Referencias
Cotizaciones y comentarios
^ " M. x giganteus es una hierba perenne C4 altamente productiva, estéril y rizomatosa que fue recolectada en Yokahama, Japón en 1935 por Aksel Olsen. Fue llevada a Dinamarca, donde se cultivó y se extendió por Europa y América del Norte para plantar en hortícolas. Con el tiempo, se ha conocido como Miscanthus sinensis 'Giganteus', M. giganteus, Miscanthus ogiformis Honda y Miscanthus sacchariflorus var. brevibarbis (Honda) Adati. Un trabajo de clasificación reciente en el Real Jardín Botánico de Kew, Inglaterra, ha designado como M. x giganteus (Greef & Deuter ex Hodkinson & Renvoize), un híbrido de M. sinensis Anderss. y M. sacchariflorus (Maxim.) Hack. " Anderson y col. 2014 , pág. 71.
^ Se necesitan entre dos y cuatro años para alcanzar el rendimiento máximo; "[...] los sitios más fríos del norte todavía requieren de tres a cuatro años, mientras que los sitios del sur normalmente alcanzan un techo en dos años". Jones 2019 , pág. 22.
^ "En contraste con los cultivos anuales, se percibe que la bioenergía de cultivos perennes dedicados tiene menores emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida y otros cobeneficios ambientales. Los cultivos perennes como el Miscanthus y el sauce y el álamo de rotación corta (SRC) tienen bajos requisitos de aporte de nitrógeno (con beneficios para las emisiones de N2O y la calidad del agua), puede secuestrar carbono del suelo debido a una labranza reducida y una mayor asignación de biomasa subterránea, y puede ser económicamente viable en tierras marginales y degradadas, minimizando así la competencia con otras actividades agrícolas y evitando los efectos de iLUC ". Whitaker y col. 2018 , pág. 151.
^ "Los cultivos de energía de biomasa ideales utilizan de manera eficiente los recursos disponibles, son perennes, almacenan carbono en el suelo, tienen una alta eficiencia en el uso del agua, no son invasivos y requieren pocos fertilizantes. Una hierba que posee todas estas características, además de producir grandes cantidades de biomasa, es Miscanthus x giganteus ". Anderson y col. 2014 , pág. 71.
^ Lewandowski y col. argumentan que los "[...] ahorros de energía fósil son mayores cuando se usa biomasa de miscanto como material de construcción (nuestro análisis usa el ejemplo del material aislante)". Lewandowski y col. 2016 , pág. 20.
^ "La producción de rizomas para la propagación en el clima del Reino Unido requiere al menos dos temporadas de crecimiento, esto implica limpiar el terreno de producción de malezas, arar en primavera y arar el suelo hasta obtener un lecho de semillas fino como la labranza antes de plantar los rizomas con una sembradora tipo papa . [...] En la primavera siguiente al segundo año de crecimiento, los rizomas se cosechan con una cosechadora de patatas modificada, se clasifican a mano o semiautomáticamente y se cortan en trozos viables, de 20 a 40 g. [...] Una ha de rizomas produce suficiente material para plantar de 10 a 30 ha de cultivo con la misma sembradora de papa modificada. Los rizomas de menor calidad, probados mediante pruebas de brotación, requerirían rizomas de 80 a 90 g (comunicación privada, M. Mos) ". Hastings y col. 2017 , págs. 5-6.
^ "Nuestro trabajo muestra, dependiendo del tipo de híbrido, una ha (hectárea) de producción de semillas puede producir suficiente semilla para ∼1000-2000 ha de siembra, dependiendo de las combinaciones de padres, dos órdenes de magnitud mayor que la propagación del rizoma. [. ..] [A] n se alcanza una tasa de establecimiento del 85% al 95% ". Hastings y col. 2017 , pág. 6.
^ "Las semillas se siembran a máquina y se cultivan en el invernadero (Figura 3A) antes de plantarlas en el campo (Figura 3B). Se anticipa que los métodos de establecimiento basados en semillas resultarán más efectivos para aumentar la producción de miscanthus porque tienen las siguientes ventajas: · Con el aumento de la demanda del mercado, se pueden suministrar fácilmente grandes cantidades, una vez que la producción de semillas se ha desarrollado bien · Periodo de crecimiento corto para las plántulas: solo 8-10 semanas desde la semilla hasta el producto final (plugs) · La producción de plugs es energía eficiente (sin necesidad de refrigeradores) · Bajos costos de establecimiento " Lewandowski et al. 2016 , pág. 15.
^ "Los resultados muestran que la propagación de semillas híbridas nuevas reduce significativamente el costo de establecimiento a menos de £ 900 ha -1 [...]. El rendimiento de equilibrio se calculó en 6 Mg [Mg / megagramo equivale a tonelada métrica] MS [materia seca] ha - 1 y -1 [hectárea por año], que es aproximadamente el rendimiento promedio medio Reino Unido, por MXG; con los híbridos sin semillas nuevas que llegan a 16 Mg MS ha -1 .. en segundo año ensayos Reino Unido Estas mejoras combinadas se incrementará significativamente la rentabilidad del cultivo El comercio Los descuentos entre los costos de producción para la preparación de diferentes formatos de materia prima muestran que las balas son la mejor opción para la combustión directa con los costos de transporte más bajos (£ 0.04 Mg −1 km −1 ) y un fácil almacenamiento en la granja. es necesario, entonces la recolección de astillas es más económica. [...] El costo específico de la siembra de rizomas y tallos es similar ya que son relativamente intensivos en mano de obra mientras que se prevé que la siembra de semillas reducirá a la mitad el costo ". Hastings y col. 2017 , págs.1, 8.
^ "Las especies C4 demuestran característicamente una eficiencia mejorada en el uso de nitrógeno (N) y agua [28, 29]. Específicamente, las especies C4 pueden mostrar una eficiencia en el uso de N dos veces mayor que la de las especies C3". Anderson y col. 2014 , pág. 73.
^ "El fertilizante nitrogenado es innecesario y puede ser perjudicial para la sostenibilidad, a menos que se siembre en suelos de baja fertilidad donde el establecimiento temprano se beneficiará de adiciones de alrededor de 50 kg N ha -1 . [...] Las emisiones de N2O pueden ser cinco veces menores bajo Miscanthus no fertilizado que los cultivos anuales, y hasta 100 veces menos que las tierras de pastoreo intensivo. Las adiciones inapropiadas de fertilizantes nitrogenados pueden resultar en aumentos significativos en las emisiones de N2O de las plantaciones de Miscanthus, excediendo los factores de emisión del IPCC, aunque estos aún se compensan con la posible sustitución de combustibles fósiles ". McCalmont y col. 2017 , pág. 503.
^ "La película de mantillo de plástico redujo el tiempo de establecimiento, mejorando la economía del cultivo. [...] La prueba de la película de mantillo en Aberystwyth mostró una diferencia significativa (P <0.05) entre las tasas de establecimiento para diferentes densidades de plantas con el rendimiento medio acumulado de los primeros 2 años casi duplicar debajo de la película como se muestra en la Tabla 3. El uso de película agrega £ 100 por ha y 220 kg de CO2 eq. C ha -1 , al costo de establecimiento. El efecto de este aumento es reducir el período de establecimiento del cultivo en 1 año en las condiciones ambientales de Aberystwyth, se observó una reducción similar en los tiempos de establecimiento en los otros sitios de prueba y también en Irlanda (O'Loughlin et al., 2017). Con la agronomía de película de mantillo, los últimos híbridos sembrados se establecen mucho más rápidamente con rendimientos iniciales significativamente más altos (años 1 y 2) en comparación con el Mxg comercial en el Reino Unido, lo que arrojó un retorno de la inversión de equilibrio al menos un año antes ". Hastings y col. 2017 , págs. 1, 9, 14-15.
^ "La siembra de plugs derivados de semillas demostró ser el método más exitoso para el establecimiento de miscanthus en suelos marginales. Cubrir las plantas con una película plástica acelera su crecimiento. La película mantiene la humedad en la capa superior del suelo y aumenta la temperatura. Esto es beneficioso para las plantas, especialmente en suelos ligeros con un mayor riesgo de estrés por sequía y en temperaturas frescas ". Lewandowski y col. 2016 , pág. 14.
^ "La productividad de los cultivos se determina como el producto de la radiación solar total incidente en un área de tierra y las eficiencias de interceptación, conversión y partición de esa energía solar en biomasa vegetal. [...] Beale y Long demostraron en ensayos de campo en el sureste de Inglaterra que εc, a fue 0.050-0.060, 39% por encima del valor máximo observado en las especies C3. Además, cuando εc se calcula en términos de producción total (es decir, por encima y por debajo del suelo) de biomasa de M. x giganteus ( εc, t), alcanza 0.078, que se acerca al máximo teórico de 0.1. Los estudios realizados en el medio oeste de los Estados Unidos por Heaton et al. reportaron una eficiencia similar de PAR interceptado (0.075) ". Anderson y col. 2014 , pág. 73.
^ "La eficiencia en el uso del agua se encuentra entre las más altas de cualquier cultivo, en el rango de 7,8 a 9,2 g de MS (kg H2O) -1 . - En general, la demanda de agua aumentará debido a la alta productividad de la biomasa y el aumento de la evapotranspiración a nivel del dosel ( Por ejemplo, ET aumenta de 100 a 120 mm año -1 ). - Las estructuras del suelo mejoradas significan una mayor capacidad de retención de agua (por ejemplo, hasta 100 a 150 mm), aunque los suelos aún pueden estar más secos en años de sequía. - Reducción de la escorrentía en años más húmedos, ayudando a mitigar las inundaciones y reducir la erosión del suelo. - La calidad del agua de drenaje mejora y la lixiviación de nitratos es significativamente menor que la de los cultivos (por ejemplo, 1.5-6.6 kg N ha -1 año -1 [para] Miscanthus, 34.2-45.9 [para ] maíz / soja). " McCalmont y col. 2017 , pág. 504.
^ "Beale et al. (1999) compararon sus resultados con la eficiencia en el uso del agua de un cultivo de biomasa C3, Salix viminalis , reportado en Lindroth et al. (1994) y Lindroth & Cienciala (1996), y sugieren que WUE para Miscanthus podría ser alrededor del doble que la de esta especie de sauce. Clifton ‐ Brown y Lewondowski (2000) informaron cifras de 11,5 a 14,2 g de MS (por encima y por debajo del suelo) -1 para varios genotipos de Miscanthus en ensayos en macetas, y esto compara a las cifras calculadas por Ehdaie & Waines (1993) con siete cultivares de trigo que encontraron WUE entre 2.67 y 3.95 g de MS total (kg H2O) -1 . Al convertir estos valores de Miscanthus en biomasa de materia seca por hectárea de tierra de cultivo se obtendrían proporciones de biomasa a agua uso en el rango de 78-92 kg MS ha -1 (mm H2O) -1 . Richter et al. (2008) modelaron los potenciales de rendimiento cosechable para Miscanthus de 14 ensayos de campo en el Reino Unido y encontraron que el agua del suelo disponible para las plantas era la más significativa factor en la predicción del rendimiento, y calcularon un rendimiento de MS en el suelo disponible proporción de agua potable a 55 kg de MS ha -1 (mm H2O) -1 , mientras que solose produjeron13 kg de MS ha -1 por cada 1 mm de precipitación entrante, probablemente relacionado con el alto nivel de interceptación y evaporación del dosel. Incluso para los estándares C4, estas eficiencias son altas, como se ve en las comparaciones con las mediciones de campo con un promedio de 27,5 ± 0,4 kg de MS sobre el suelo ha -1 (mm H2O) -1 para el maíz (Tolk et al., 1998) ". McCalmont et al. 2017 , pág.501.
^ "En términos de intensidad de producción de energía, la biomasa de Miscanthus produce más energía neta por hectárea que otros cultivos bioenergéticos en alrededor de 200 GJ ha -1 año -1 , especialmente arables [maíz para biogás 98, colza para biodiesel 25, trigo y azúcar etanol de remolacha 7–15 (Hastings et al., 2012)]. Felten et al. (2013) calcularon cifras similares, informando 254 GJ ha -1 año -1 para Miscanthus ". McCalmont y col. 2017 , pág. 493.
^ El rendimiento de SRF para sauces y álamos en el Reino Unido se encuentra en el rango de 10-12 toneladas de materia seca por hectárea por año según Proe, Griffiths & Craig 2002 , pp. 322-323. En un metaestudio de rendimiento de sauce, Fabio et al. cite los ensayos de sauces en Suecia que arrojaron 8, 13 y 14 toneladas. En el Reino Unido, los autores citan dos ensayos de sauces, ambos con un rendimiento de 10 toneladas, y un ensayo en Irlanda con un rendimiento de 8-10 toneladas. Consulte latabla 1 y 2 de Fabio & Smart 2018 , página 551 y 552. Los puntos de datos de rendimiento de sauce (no se proporciona la ubicación) en la Figura 2, p. 554 muestran un rendimiento medio de aproximadamente 6 a 7 toneladas por hectárea por año. En la tabla 3, página 557, se citan 6 estudios, con un rendimiento medio de 10 toneladas por hectárea por año. Aylott y col. recopilaron datos de 49 sitios de prueba para sauces y álamos en el Reino Unido, y concluyeron: "Los resultados de las pruebas de campo mostraron que el rendimiento de SRC observado varió significativamente entre el genotipo y la rotación (Tabla 1). Los rendimientos más altos se registraron en sauce en las dos rotaciones, con los 16 genotipos con un promedio de 9,0 odt [tonelada seca en horno] ha -1 año -1 en comparación con 6,3 odt ha -1 año -1 para los genotipos de álamo. La línea parental de mayor rendimiento fue la sueca S. vimanlis × S. schwerinii , que mostró rendimientos consistentemente altos en ambas rotaciones y una alta resistencia a la roya. Esta línea parental incluyó el genotipo único de mayor rendimiento, Tora, con un rendimiento promedio en ambas rotaciones de 11,3 odt ha -1 año -1 ". Aylott y col. 2008 , pág. 363. Modelado para el futuro, Aust et al. estimar un rendimiento medio de 14 toneladas para el sauce y el álamo SRC producidos en tierras cultivables en Alemania, ver Aust et al. 2014 , pág. 529. El sauce y el álamo necesitan fertilizantes para lograr estos rendimientos, Fabio et al. reporta 92-400 kg de nitrógeno por hectárea por año para los rendimientos reportados en su artículo. Consulte Fabio & Smart 2018 , págs. 551–552. Hastings y col. utilizó software de modelado por computadora para estimar los rendimientos de miscanthus, sauce y álamo para Gran Bretaña, y concluyó con rendimientos promedio en el rango estrecho de 8.1 a 10.6 toneladas secas por hectárea por año para todas estas plantas, con el miscanthus en la posición intermedia. El miscanthus tuvo el rendimiento más alto en el suroeste más cálido, y el ajuste del modelo informático para el clima más cálido esperado en 2050 convirtió al miscanthus en el cultivo de mayor rendimiento para un área más grande: "A medida que el clima se calienta a través de los intervalos de tiempo, hay un aumento de rendimiento y por lo tanto, un área más grande donde Miscanthus es el productor más alto de las materias primas consideradas ". Hastings y col. 2014 , págs.108, 119.
^ Para estimaciones de rendimiento, consulte "Perspectivas mundiales para el suministro futuro de madera de las plantaciones forestales" de la FAO, sección 2.7.2 - 2.7.3. El pino silvestre, originario de Europa y el norte de Asia, pesa 390 kg / m 3 seco al horno (contenido de humedad 0%). El peso seco al horno de las especies de eucalipto que se cultivan comúnmente en las plantaciones de América del Sur es de 487 kg / m 3 (promedio de Lyptus , Rose Gum y Deglupta ). El peso medio de las especies de álamo que se cultivan habitualmente en las plantaciones de Europa es de 335 kg / m 3 (media del álamo blanco y del álamo negro .
^ El software de rendimiento Miscanthus Miscanfor calcula una disminución del rendimiento del 33% entre el pico de otoño y la cosecha de invierno. Ver Hastings et al. 2009 , pág. 186error de harvnb: sin destino: CITEREFHastingsClifton-BrownWattenbachMitchell2009 ( ayuda ). Este cálculo es confirmado por Roncucci et al. que encontraron una disminución del rendimiento de masa seca de 32 a 38% para sus cultivos de prueba cuando la cosecha se retrasó hasta el invierno. Ver Roncucci et al. 2015 , pág. 1002. Clifton-Brown y col. encontraron una reducción media del rendimiento del 0,3% por día en el período comprendido entre el rendimiento máximo de otoño y la cosecha de invierno, véase Clifton ‐ Brown, Breuer & Jones 2007 , p. 2305.
^ "La mayor parte de la literatura que informa sobre el rendimiento de biomasa seca de M. x giganteus proviene de estudios europeos. Los rendimientos máximos de biomasa en los rodales establecidos de M. x giganteus se han acercado a 40 t de materia seca (MS) ha -1 en algunos lugares europeos, aunque puede llevar de 3 a 5 años alcanzar estos rendimientos máximos. En toda Europa,se han reportadorendimientos cosechables de hasta 25 t MS ha -1 de rodales establecidos de M. x giganteus en áreas entre el centro de Alemania y el sur de Italia, mientras que el pico Los rendimientos en el centro y norte de Europa han oscilado entre 10-25 t MS ha -1 , y más de 30 t MS ha -1 en el sur de Europa. Una revisión cuantitativa de rodales establecidos de M. x giganteus en Europa informó un rendimiento pico medio de biomasa de 22 t de MS ha -1 , promediado a través de las tasas de N y los niveles de precipitación ". Anderson y col. 2014 , pág. 79.
^ «Un factor de aproximadamente dos convierte la materia seca en carbono (Michel et al., 2006) y 10 de t ha -1 a kg m -2 . [...] La Figura 2 muestra las predicciones globales de la central nuclear de Miscanthus a partir de la simulación de viabilidad. Los valores calculados van desde 0,5 kg C m −2 año −1 en la región boreal hasta entre 1 y 2 kg C m −2 año −1 en latitudes medias y 3 y 5 kg C m −2 año −1 en los trópicos. » Hughes y col. 2010 , págs. 82–83.
^ Zhang y col. midió un rendimiento de pasto bana (variante napier) de 74 toneladas por hectárea por año con fertilización ligera y 1000 mm de lluvia. Zhang y col. 2010 , págs. 96, 98 (tabla 1).
^ Hoshino y col. midió un rendimiento de napier de 75,6 toneladas por hectárea por año el segundo año de crecimiento bajo una fuerte fertilización y con un nivel de lluvia de 1000 mm anuales. Hoshino, Ono y Sirikiratayanond 1979 , págs. 310, 311, 315.
^ Vicente-Chandler y col. encontraron que el pasto napier fuertemente fertilizado producía 75,661 libras de materia seca por acre por año cuando se cortaba a intervalos de 90 días, equivalente a 84.8 toneladas por hectárea por año. Vicente-Chandler, Silva y Figarella 1959 , pág. 202error de harvnb: sin destino: CITEREFVicente-ChandlerSilvaFigarella1959 ( ayuda ).
^ "Los requisitos totales de agua son aproximadamente 100 mm (4 pulgadas) por mes equivalente a lluvia. [...] El rendimiento de Giant King Grass depende del tiempo entre cosechas. Por ejemplo, una cosecha de seis meses de Giant King Grass alto , se puede esperar obtener 80 o más toneladas estadounidenses por acre (180 toneladas métricas por hectárea) de pasto fresco con aproximadamente 70-75% de humedad. Para dos cosechas por año, duplique estas cifras ". Viaspace 2020 .
^ Mackay cita rendimientos de 360 toneladas húmedas por hectárea por año, pero no cuantifica el contenido de humedad. Mackay 2020 .
^ "Desde el segundo año de la siembra de Miscanthus, las cosechas se cosecharon anualmente a punto de brotar a fines de marzo o principios de abril. El rendimiento medio de Miscanthus fue de 15 Mg de masa seca (dm) ha -1 y -1 , que se mantuvo casi constante a partir del cuarto año de creación ". Felten y Emmerling 2012 , pág. 662.
^ "Los rendimientos utilizados en el cálculo de las emisiones de GEI y la economía de los cultivos este estudio utilizó rendimientos medios de 12-14 Mg ha -1 y -1 que se han observado a partir de Mxg de las plantaciones comerciales actuales observadas en el Reino Unido (comunicación privada, M Mos). Hemos supuesto un aumento del rendimiento logístico para los rendimientos del año de establecimiento y una disminución lineal en el rendimiento después de 15 años Lesur et al. (2013). Variación interanual del rendimiento, debido a las condiciones climáticas, como se observa en ensayos a largo plazo ( Clifton-Brown et al., 2007) y modeló los rendimientos de Miscanthus para el Reino Unido, utilizando datos meteorológicos de 2000 a 2009 (Harris et al., 2014) utilizando el modelo MiscanFor (Hastings et al., 2009, 2013) indica que el La desviación estándar relacionada con el clima de la variación interanual del rendimiento en el Reino Unido es del orden de 2,1 Mg ha −1 y −1 para un rendimiento medio de 10,5 Mg ha −1 y −1 para todo el Reino Unido. son generalmente pesimistas, ya que calculan los rendimientos de secano y no tienen en cuenta apoyo de agua subterránea que está disponible en muchas granjas arables del Reino Unido ". Hastings y col. 2017 , pág. 4.
^ "La Cooperación Económica Asia-Pacífico (APEC) estima que las tierras marginales componen aproximadamente 400 millones de hectáreas en Asia, las Islas del Pacífico, Australia y América del Norte. Otras estimaciones sitúan el área de tierra marginal global entre 1100 y 6650 millones de hectáreas, dependiendo de los parámetros utilizados para describir los hábitats marginales (p. ej., "tierras agrícolas no favorecidas", "tierras de cultivo abandonadas o degradadas", o hábitats áridos, boscosos, de pastizales, matorrales o sabanas). El área potencial disponible en los EE. UU. para la biomasa celulósica Los cultivos y las mezclas nativas perennes de bajos insumos y alta diversidad varían de 43 a 123 millones de hectáreas. Las diferencias en estas estimaciones reflejan las inconsistencias en el uso del término "tierra marginal", a pesar de su uso común en la industria y la literatura bioenergéticas. Las tierras marginales se describen a menudo como tierras degradadas que no son aptas para la producción de alimentos y / o de una calidad ambiguamente pobre y, a menudo, se denominan improductivas. Los suelos improductivos se caracterizan por zado por propiedades químicas y / o físicas desfavorables que limitan el crecimiento y el rendimiento de las plantas, incluida la baja capacidad de almacenamiento de agua y nutrientes, alta salinidad, elementos tóxicos y mala textura. Otras dificultades encontradas en paisajes marginales incluyen la poca profundidad del suelo debido a la erosión, el drenaje deficiente, la baja fertilidad, el terreno escarpado y el clima desfavorable. A pesar de la mala calidad de la tierra marginal y los problemas potenciales que podría presentar para su producción, es poco probable que se cultive biomasa en tierras de alta calidad que sean económicamente viables para los cultivos tradicionales ". Quinn et al. 2015 , págs. 1-2.
^ «Las estimaciones de tierras marginales / degradadas que actualmente se consideran disponibles para bioenergía oscilan entre 3,2 y 14,0 Mkm2, según los criterios de sostenibilidad adoptados, las definiciones de clase de tierra, las condiciones del suelo, el método de cartografía de la tierra y las consideraciones medioambientales y económicas (Campbell et al. 2008; Cai et al. 2011; Lewis y Kelly 2014) ». IPCC 2019c .
^ Se necesitan 30 días con una temperatura media inferior a −3,4 ° C antes de que la temperatura del suelo descienda por debajo de −3,4 ° C. Ver Hastings et al. 2009b , pág. 184. Quinn y col. afirman que "[m] iscanthus × giganteus área foliar y rendimiento reducido bajo estrés por sequía, pero la disponibilidad de agua no afecta la producción de brotes o la altura de la planta al comienzo de la temporada de crecimiento. [p. 4]. [...] Miscanthus × giganteus biomasa y viabilidad de rizoma no afectada por inundaciones [p. 5]. [...] La salinidad por encima de 100 mM afectó el crecimiento de Miscanthus × giganteus, con rizomas> raíces> brotes en orden de sensibilidad creciente (rizomas menos sensibles). Los rizomas inicialmente eran menos sensibles. [p. 8]. [...] La temperatura letal a la que murieron el 50% (LT50) de los rizomas de Miscanthus × giganteus fue de -3,4 ° C, lo que puede ser problemático especialmente durante el primer invierno. [ ...] Miscanthus × giganteus muestra una tolerancia al frío inusual para una especie C4. [P. 10] [...] Debido a que las especies C4 y CAM tienen mecanismos inherentes para resistir el estrés por calor, tiene sentido considerar cultivos de biomasa con estas vías fotosintéticas (ver Tabla 5) [página 11]. [...] Nuestra revisión de literatura tiene rev Se obtuvieron varios cultivos de biomasa "para todo uso" que son moderada o altamente tolerantes a múltiples estresores ambientales (Tabla 6). Por ejemplo, Andropogon gerardii , Eucalyptus spp., Miscanthus spp., Panicum virgatum , Pinus spp., Populus spp., Robinia pseudoacacia y Spartina pectinata demostraron ser moderada o altamente tolerantes a cuatro o más tipos de estrés [p. 14]. " Quinn et al. 2015 , págs. 4, 5, 8, 10, 11, 14.
^ "La mayoría de los suelos salinos que cubren 539 567 km2 en el área geográfica europea se pueden usar para cultivar Miscanthus con una reducción estimada del 11% en el rendimiento; se pueden usar 2717 km2 adicionales con una reducción estimada del 28% en el rendimiento, y solo, 3607 km2 producirán una reducción del rendimiento superior al 50% ". Stavridou y col. 2017 , pág. 99.
^ "El Rizoma DW [peso seco] y las proporciones de raíz / rizoma y DW debajo / sobre el suelo no se vieron afectados por el aumento de la salinidad, y solo, el DW de la raíz se redujo significativamente a la concentración de sal más alta (22.4 dS m − 1 NaCl) (Cuadro 1). Płażek et al. (2014) mostraron una respuesta similar en M. × giganteus, con reducción solo en las raíces DW a 200 mm NaCl y sin cambios en los rizomas DW por debajo de 200 mm NaCl. Esta capacidad de las gramíneas perennes mantener la biomasa subterránea en condiciones de estrés podría preservar reservas suficientes para la siguiente temporada de crecimiento (Karp & Shield, 2008); si bien esto puede ser fisiológicamente relevante para estreses transitorios como la sequía, queda por ver cómo esta respuesta afecta año tras año rendimiento bajo el efecto de estrés acumulativo de la salinidad ". Stavridou y col. 2017 , pág. 100.
^ "Los mayores rendimientos de biomasa, así como los mayores potenciales de ahorro de energía fósil y de GEI (hasta 30,6 t CO2eq / ha * a [equivalentes de CO2 por hectárea por año] y 429 GJ / ha * a [gigajulio por hectárea por año] ], respectivamente) en sitios no marginales de Europa Central. En sitios marginales limitados por el frío (Moscú / Rusia) o la sequía (Adana / Turquía), se pueden ahorrar hasta 19,2 t CO2eq / ha * ay 273 GJ / ha * a (Moscú) y 24,0 t CO2eq / ha * ay 338 GJ / ha * a (Adana) se pueden lograr ". Lewandowski y col. 2016 , pág. 19.
^ El consumo de energía a base de carbón de China fue de 81,67 EJ en 2019 (52% del consumo mundial). Consulte la página 47. BP 2020 .
^ "La muerte por brotes significa que en un año dado, habrá un rendimiento limitado pero una recuperación el año siguiente. La muerte de rizomas significa que el cultivo debe ser replantado. [...] Para condiciones de sequía, calculamos el tiempo por debajo del marchitamiento punto: si excede los 30 días, entonces el brote se mata para ese año, si excede los 60 días para M. × giganteus, el rizoma se mata y el cultivo se destruye. Esto se basó en un experimento de estrés hídrico en la cámara de cultivo con M. × giganteus (Clifton-Brown y Hastings, datos no publicados). Esto se extiende a 60 y 120 días para M. sinensis ". Hastings y col. 2009b , pág. 161.
^ "En el segundo año de crecimiento (2011), los cultivos que crecían en suelos de SiC [limo-arcilloso-franco] mostraron un rendimiento seco sobre el suelo significativamente mayor (Tabla S1) en comparación con los cultivos que crecían en suelos SL [franco arenosos] (19,1 vs 10,9 Mg ha −1 ) (Fig. 2a). [...] Las tendencias generales en la productividad de la biomasa se amplificaron en el tercer año de crecimiento (2012), cuando el miscanthus que crecía en suelos de SL se vio severamente influenciado por la sequía de verano que llevó a senescencia, pérdida de hojas e inhibición de la floración. Por lo tanto, promediado durante las tres fechas de cosecha, el rendimiento de biomasa seca en el suelo SL fue un orden de magnitud menor que en el suelo SiC (24,6 vs. 3,9 Mg ha -1 ). [.. .] Los resultados obtenidos en nuestros experimentos confirmaron la importancia de la disponibilidad de agua para determinar los rendimientos satisfactorios de miscanthus en un entorno mediterráneo. De hecho, las plantaciones de miscanthus en suelos caracterizados por una pobre capacidad de retención de agua (es decir, suelo SL) se vieron gravemente afectadas después de tres años de crecimiento , con rendimiento seco cosechable ds inferiores a 5 Mg ha − 1. [...] Roncucci et al. 2015 , págs. 1001, 1004. Stričević et al. hacen un punto similar, agregando la profundidad de la raíz a la ecuación: "La disponibilidad de agua para Miscanthus dependía igualmente de la precipitación y la humedad acumulada del suelo, de modo que los rendimientos eran generalmente un reflejo de la profundidad de las raíces y las características del suelo. Por ejemplo, los rendimientos registrados en Ralja fueron menores que los logrados en Zemun debido a la capa de suelo restrictiva en el primer caso [a 1,1 m] y la incapacidad de Miscanthus para desarrollar raíces más profundas. La importancia del suelo y la profundidad de las raíces para la simulación de la producción de plantas ha sido corroborada por otros investigadores ( Raes et al., 2009). " Véase Stričević et al. 2015 , págs.1205.
^ Stričević y col. Sin embargo, hacen un punto contrastante: "Cada año, Miscanthus aumentó su biomasa aérea y la profundidad de las raíces [...]. En los primeros 2 años, Miscanthus formó rizomas y el crecimiento de las raíces fue lento. En el tercer año, había suficiente humedad en el capa superficial de suelo más fértil, de modo que la profundidad de las raíces fue menor de lo esperado. Los siguientes 3 años fueron secos, por lo que en busca de agua las raíces aumentaron considerablemente su profundidad (hasta 2,3 m), lo que coincidió con los datos recopilados de otros experimentos (Neukirchen et al., 1999; Riche y Christian, 2001) ". Véase Stričević et al. 2015 , págs.1207.
^ "Mantineo et al. (2009) indicaron cómo el riego en los primeros 3 años después del establecimiento afectó el crecimiento y tamaño de miscanthus bajo tierra, y los mismos autores encontraron buenos rendimientos sobre el suelo durante el cuarto y quinto años (alrededor de 27 y 18 Mg ha -1 ) cuando no se administró riego. Estos hallazgos son corroborados por Mann et al. (2013b), quienes investigaron la dinámica del sistema radicular del miscanthus en respuesta a condiciones de secano y regadío, y destacaron que no hay desarrollo de raíces por debajo de una profundidad de 1,2 m en condiciones de secano, aunque se le administró riego suplementario durante el establecimiento, el miscanthus pudo desarrollar raíces a 3 m hacia abajo. Por lo tanto, los patrones de crecimiento del miscanthus en suelos franco-arenosos (Experimento 1) resaltaron la importancia de suministrar agua de riego también durante los años posteriores al establecimiento. suelos caracterizados por una buena capacidad de retención de agua (Experimento 2), revelaron que el agua de riego no influyó en la productividad de los cultivos. Estudios previos realizados i En el Mediterráneo (centro y sur de Italia), la comparación de cultivos de miscanthus de regadío y de secano arrojó resultados ambiguos. De hecho, en el sur de Italia, los cultivos de dos y tres años respondieron al riego solo cuando el suministro de agua excedió los 440 mm (Cosentino et al., 2007) o cuando las precipitaciones durante la temporada de crecimiento fueron bastante limitadas (alrededor de 400 mm) (Mantineo et al., 2009). La importancia de la precipitación para el miscanthus cultivado en el Mediterráneo fue confirmada por Petrini et al. (1996) que comparó el miscanthus de secano y el de regadío en dos lugares diferentes del centro de Italia. En cultivos de 2 años no se registraron diferencias en el rendimiento sobre el suelo en el sitio con una precipitación más alta (> 420 mm), mientras que se observó un aumento del 58% en el rendimiento seco sobre el suelo en el miscanthus regado en el sitio con una precipitación más baja (alrededor de 313 mm). Finalmente, en nuestro sitio experimental, Ercoli et al. (1999), al comparar el efecto del riego y la fertilización con nitrógeno en el rendimiento de miscanthus, observaron un aumento de alrededor del 20% (+4,5 Mg ha -1 ) en parcelas irrigadas vs. de secano cosechadas en otoño. Esto es consistente con nuestros resultados: cuando la precipitación durante la temporada de crecimiento fue bastante baja (~ 164 mm) y similar a la reportada por Ercoli et al. (1999) (~ 173 mm), las parcelas que recibieron riego aumentaron su rendimiento seco en aproximadamente un 15% en comparación con las parcelas de secano. Por el contrario, en 2012, cuando la precipitación fue mucho mayor (~ 400 mm), el miscanto bajo ET0 y ET75 produjo casi lo mismo ". Roncucci et al. 2015 , págs. 1005–1006 ,.
^ Stričević y col. 2015 , págs. 1204–1205. Sin embargo, en la tabla 2, página 1208, los niveles de lluvia indicados para los rendimientos de 20 a 25 toneladas son aún más bajos; 220, 220 y 217 mm. No está claro por qué los autores optaron por la estimación de 300-400 mm en lugar de 220 mm.
^ Este rendimiento es el resultado de una simulación por computadora, no es un rendimiento medido real. Los autores utilizaron el software de predicción de rendimiento AquaCrop de la FAO disponible de forma gratuita para calcular el rendimiento en condiciones óptimas: "Aunque Miscanthus generalmente logra altos rendimientos incluso cuando su suministro de agua es bajo, responde muy bien al riego, aumentando el rendimiento de biomasa hasta en un 100% (Cosentino et al., 2007). En las circunstancias ecológicas de Serbia, Miscanthus tuvo suficiente agua durante los primeros 3 años de investigación, pero estuvo bajo estrés hídrico durante períodos cortos en el cuarto, quinto y sexto años. Para verificar si el modelo generó niveles de biomasa cuando el suministro de agua no era limitante, se utilizó el archivo llamado 'Generación de programa de riego' y se seleccionó la opción 'Reponer cuando el 80% del agua disponible se agotara'. Como tal, si se aplica riego, las fechas de riego y las cantidades de agua deben ingresarse para que se tengan en cuenta en el balance hídrico. En el ejemplo presente, en lugar de ingresar las fechas de riego y las cantidades de agua, el mod El determinó cuánta agua se necesitaba y cuándo, para lograr rendimientos potenciales. Los mismos datos de entrada con la adición de agua de riego generaron un rendimiento de 42 Mg ha-1, que coincidió con los registrados en Grecia e Italia bajo riego y condiciones libres de restricciones, en circunstancias climáticas similares y con densidades de cultivo similares (Cosentino et al. , 2007; Danalatos et al., 2007). Ver Stričević et al. 2015 , pp. 1206–1207.
^ "El Miscanthus cultivado en suelos contaminados puede contener concentraciones más altas de TE [oligoelementos; metales y metaloides] de los brotes, pero el TF [factor de translocación], que en su mayor parte es menor que 1, indica que la transferencia de TE de raíz a brote es minimizado (Tabla 3). La combinación de este rasgo con un bajo BCF [factor de bioconcentración] y concentraciones más altas de TE en las raíces que en los brotes demuestra la capacidad de contener TE en los suelos. Debido al crecimiento perenne y su capacidad para estabilizar TE y degradar Algunos contaminantes orgánicos, Miscanthus podría potencialmente limitar la transferencia de contaminantes a diferentes compartimentos ambientales al reducir (1) la lixiviación de contaminantes de la zona de la raíz y la contaminación de las aguas subterráneas, (2) la escorrentía de contaminantes (erosión del agua) y la contaminación de las aguas superficiales, (3) la emisión de polvo a la atmósfera debido a la erosión eólica y la labranza estacional del suelo, y (4) la transferencia de contaminantes a las partes de la planta AG [por encima del suelo] y, por lo tanto, a las cadenas alimentarias. Por lo tanto, como cultivo no alimentario s, Miscanthus constituye un recurso potencial para la fitoterapia de áreas contaminadas, con la opción de fitoestabilización de TE y / o degradación de contaminantes orgánicos, de ahí la oportunidad de reducir los riesgos tanto humanos como ambientales ". Nsanganwimana y col. 2014 , pág. 129.
^ "La materia prima para los pellets de madera es biomasa leñosa de acuerdo con la Tabla 1 de la norma ISO 17225‑1. Los pellets generalmente se fabrican en una matriz, con un contenido de humedad total generalmente inferior al 10% de su masa en base húmeda". ISO (Organización Internacional de Normalización) 2014a .
^ "La materia prima para los pellets no leñosos puede ser biomasa herbácea, biomasa frutal, biomasa acuática o mezclas y mezclas de biomasa. Estas mezclas y mezclas también pueden incluir biomasa leñosa. Por lo general, se fabrican en una matriz con un contenido de humedad total generalmente menor que 15% de su masa ". ISO (Organización Internacional de Normalización) 2014b .
^ Datos de pérdida de transmisión del Banco Mundial, obtenidos de la IEA. Banco Mundial 2010 .
^ Además, Smil estima que los parques solares fotovoltaicos recién instalados alcanzan los 7–11 W / m 2 en las regiones soleadas del mundo. Smil 2015 , pág. 191.
^ "Las reservas de carbono del suelo son un equilibrio entre la tasa de descomposición de la materia orgánica del suelo y el aporte de material orgánico cada año por la vegetación, el estiércol animal o cualquier otro insumo orgánico". McCalmont y col. 2017 , pág. 496.
^ "El COS [carbono orgánico del suelo] derivado de los insumos agrícolas será menor durante los primeros años de establecimiento (Zimmermann et al., 2012) con pérdidas por perturbación del carbono C3 residente que superan los insumos C4 cuando se planta en pastizales". McCalmont y col. 2017 , pág. 496.
^ Del mismo modo, las emisiones de N2O (óxido nitroso) varían considerablemente con el uso anterior de la tierra, la madurez del cultivo y la tasa de fertilización, sin embargo, "las [...] emisiones posteriores al establecimiento de los cultivos perennes fueron generalmente mucho más bajas que las emisiones de los cultivos anuales. concluyen que la selección de suelos bajos en carbono para el cultivo de cultivos bioenergéticos perennes reducirá las pérdidas de carbono del suelo a corto plazo y promoverá el secuestro de carbono del suelo a largo plazo. A nivel mundial, se propone que la gestión de la tierra para promover dicho secuestro y evitar pérdidas puede ser una herramienta valiosa en la mitigación del cambio climático (Lal, 2003) ". Whitaker y col. 2018 , págs.152, 154.
^ a b "Es probable que cualquier alteración del suelo, como el arado y el cultivo, resulte en pérdidas respiratorias a corto plazo de carbono orgánico del suelo, descompuesto por poblaciones de microbios del suelo estimuladas (Cheng, 2009; Kuzyakov, 2010). Perturbación anual en cultivos herbáceos repite este año tras año, lo que resulta en niveles reducidos de COS.Los sistemas agrícolas perennes, como los pastizales, tienen tiempo para reemplazar sus pérdidas por perturbaciones poco frecuentes que pueden resultar en un mayor contenido de carbono del suelo en estado estable (Gelfand et al., 2011; Zenone et al. , 2013) ". McCalmont y col. 2017 , pág. 493.
^ a b "La labranza separa los agregados del suelo que, entre otras funciones, se cree que inhiben el consumo y la descomposición de la MOS por bacterias, hongos y otros microbios del suelo (Grandy y Neff 2008). Los agregados reducen el acceso microbiano a la materia orgánica al restringir el acceso físico a compuestos orgánicos estabilizados con minerales, además de reducir la disponibilidad de oxígeno (Cotrufo et al. 2015; Lehmann y Kleber 2015). Cuando los agregados del suelo se rompen con la labranza en la conversión de ecosistemas nativos a la agricultura, el consumo microbiano de COS y la subsiguiente respiración de CO2 aumentan drásticamente, reduciendo las reservas de carbono del suelo (Grandy y Robertson 2006; Grandy y Neff 2008) ". IPCC 2019a , pág. 393.
^ "Cinco opciones tienen un gran potencial de mitigación (> 3 GtCO2e año – 1) sin impactos adversos en los otros desafíos (alta confianza). Estos son: aumento de la productividad alimentaria; reducción de la deforestación y degradación forestal; aumento del contenido de carbono orgánico del suelo; manejo de incendios; y reducción de las pérdidas posteriores a la cosecha. [...] El aumento de las reservas de carbono del suelo elimina el CO2 de la atmósfera y aumenta la capacidad de retención de agua del suelo, lo que confiere resistencia al cambio climático y mejora la capacidad de adaptación. [...] Desde el aumento El contenido de materia orgánica del suelo es una medida para abordar la degradación de la tierra (ver Sección 6.2.1), y la restauración de la tierra degradada ayuda a mejorar la resiliencia al cambio climático, el aumento de carbono del suelo es una opción importante para la adaptación al cambio climático. Con alrededor de 120.000 km2 perdidos por degradación cada año, y más de 3.200 millones de personas afectadas negativamente por la degradación de la tierra a nivel mundial (IPBES 2018), las prácticas diseñadas para aumentar el carbono orgánico del suelo tienen un gran potencial para Abordar los desafíos de adaptación (Tabla 6.23) ". IPCC 2019d , pág. 591, 572, 591.
^ Dondini y col. 2009 , pág. 422. Los autores no cuantifican el rendimiento de masa seca sobre el suelo, sino que se utiliza aquí la mediana de la estimación de 10-15 toneladas de McCalmont para todo el Reino Unido (véase McCalmont et al. 2017 , p. 497), junto con Kahle. et al., estimación del contenido de carbono de miscanthus del 48% (ver Kahle et al.2001 , tabla 3, página 176.
^ Milner y col. 2016 , tabla 4, página 322, 323. Dado el rendimiento medio de masa seca del Reino Unido de 12,5 toneladas por hectárea (ver McCalmont et al. 2017 , p. 497), junto con la estimación del contenido de carbono de miscanto de Kahle et al. Del 48% (ver Kahle et al.2001 , tabla 3, página 176.
^ Nakajima y col. 2018 , pág. 1. En general, se esperan tasas de acumulación neta más bajas para las plantaciones jóvenes, debido a la descomposición acelerada del carbono y, por lo tanto, a las emisiones de CO2 en el momento de la siembra (ver Entrada / salida de carbono del suelo . Los autores citan un rendimiento de masa seca de 25,6 (± 0,2) toneladas por hectárea por año Estimación del contenido de carbono del 48% (ver Kahle et al. 2001 , tabla 3, página 176).
^ El sitio de Miscanthus de 16 años tenía 106 toneladas de carbono subterráneo por hectárea. El sitio de control 1 tenía 91 toneladas de carbono subterráneo, el sitio de control 2 tenía 92 toneladas. Diferencia media con los sitios de control 15,5 toneladas. Para el carbono sobre el suelo, el total de materia seca cosechada por hectárea para el sitio de 16 años fue de 114 toneladas, o 7,13 toneladas por año. Después de 16 años, el carbono subterráneo total derivado de Miscanthus (C4) había alcanzado las 18 toneladas, equivalente al 29% del carbono total de Miscanthus introducido a lo largo de los años, en forma de hojas caídas, rizomas y raíces. El aporte medio de carbono derivado del miscanto por año fue de 1,13 toneladas. Hansen y col. 2004 , págs. 102-103.
^ "[...] parece probable que la tierra cultivable convertida a Miscanthus secuestrará carbono del suelo; de las 14 comparaciones, 11 mostraron aumentos generales en el COS sobre sus profundidades totales de muestra con tasas de acumulación sugeridas que van desde 0,42 a 3,8 Mg C ha - 1 año -1 . Solo tres comparaciones de cultivos agrícolas mostraron existencias de COS más bajas bajo Miscanthus, y estas sugirieron pérdidas insignificantes entre 0.1 y 0.26 Mg ha -1 año -1 ". McCalmont y col. 2017 , pág. 493.
^ "La correlación entre la edad de la plantación y el COS se puede ver en la Fig. 6, [...] la línea de tendencia sugiere una tasa de acumulación neta de 1,84 Mg C ha -1 año -1 con niveles similares a los pastizales en equilibrio". McCalmont y col. 2017 , pág. 496.
^ Dado el rendimiento máximo promedio de la UE de 22 toneladas de materia seca por hectárea por año (aproximadamente 15 toneladas durante la cosecha de primavera). Ver Anderson et al. 2014 , pág. 79). 15 toneladas también se citan explícitamente como el rendimiento medio de primavera en Alemania, véase Felten & Emmerling 2012 , p. 662. 48% de contenido de carbono; ver Kahle et al. 2001 , cuadro 3, página 176.
^ «La variación de las tasas de cambio de la MOS total en los primeros 5 años después de plantar Miscanthus fue muy alta, con un rango de -4 a 7 mg C ha -1 año -1 (Fig. 4b). Se alcanzó un hallazgo similar en otros lugares durante los primeros 2-3 años después de la siembra de Miscanthus: −6,9 a 7,7 mg C ha − 1 año − 1 (Zimmerman et al., 2011). La variación del cambio anual de MOS disminuyó con el tiempo y fue insignificante después de 15 años (Fig. 4b). » Zang y col. 2017 , pág. 267.
^ "[...] [M] iscanthus tenía propiedades químicas diferentes a las de los pellets de madera ordinarios y requiere tecnologías de calderas específicas para manejar su naturaleza de combustión alternativa [...]. Hay varios fabricantes y proveedores de calderas que afirman que serían feliz de utilizar miscanthus en sus calderas y mantendrá la garantía con su uso. Sin embargo, no todos los proveedores de calderas están felices de usar miscanthus. Invariablemente, si la caldera puede utilizar miscanthus, también puede lidiar con combustibles menos problemáticos como la madera, pero no con los demás. camino alrededor ". Caslin, Finnan y Easson 2010 , págs. 31, 32.
^ "Los costos de producción de biomasa para el miscanthus son actualmente demasiado altos para competir comercialmente con los combustibles fósiles sobre una base energética. Los altos costos de producción de biomasa para el miscanthus son el resultado de un desarrollo insuficiente de la tecnología de producción agrícola, acompañado de costos adicionales para los insumos agrícolas, la tierra y la mano de obra para una biomasa de valor relativamente bajo. Aunque se amortizan en un período de producción de 10 a 25 años, los costos iniciales de establecimiento de miscanthus siguen siendo comparativamente altos. Esto se debe a que el único genotipo Miscanthus × giganteus disponible comercialmente es un híbrido triploide que no produce semillas viables. En consecuencia, se debe realizar un establecimiento costoso a través de rizomas o propagación in vitro (Xue et al., 2015). El miscanthus también es nuevo para los agricultores y no tienen el conocimiento ni el equipo técnico para cultivarlo. Actualmente, la tecnología está limitando su aceptación generalizada como cultivo de biomasa. No existen mercados estables para La biomasa de miscanthus y las aplicaciones relevantes son de bajo valor. Los agricultores dudan en cultivar miscanthus porque implica dedicar sus campos a la producción de biomasa a largo plazo. Solo estarán dispuestos a hacer esto una vez que los mercados de biomasa estén estables o si hay contratos a largo plazo disponibles (Wilson et al., 2014). El uso principal de la biomasa lignocelulósica de cultivos perennes es como combustible sólido para la generación de energía y calor, un uso de valor comparativamente bajo, cuya rentabilidad está determinada en última instancia por el precio de los combustibles fósiles. En Europa, los subsidios son generalmente necesarios para que los productos bioenergéticos puedan competir en los mercados minoristas de energía, con la notable excepción de la madera forestal y los subproductos forestales que no se pueden utilizar para productos de madera. Por lo tanto, también se requieren aplicaciones de mayor valor para la biomasa de miscanthus con el fin de proporcionar opciones de mercado atractivas. No existen variedades de miscanthus adaptadas a las diferentes características del sitio y opciones de uso de biomasa. En Europa, Miscanthus × giganteus es el único genotipo disponible comercialmente. Las principales barreras para la reproducción de variedades de miscanthus son los altos costos involucrados y los largos períodos de reproducción, necesarios porque la mayoría de los parámetros relevantes para el rendimiento y la calidad no son cuantificables hasta después de la fase de establecimiento de 2 a 3 años ". Lewandowski et al. 2016 , pág.2.
^ "El miscanthus se puede cosechar cortándolo con una segadora acondicionadora y empacando en pacas grandes de Heston o en pacas redondas y luego se puede astillar de las pacas. También se puede astillar con un cabezal de maíz Kemper en la cosecha. Sin embargo, el problema con este tipo de cosecha es la baja densidad aparente de los cultivos de aproximadamente 50 - 130 kg / m3. El cultivo es muy voluminoso y ocupará mucho espacio de almacenamiento en la cosecha. Además, el almacenamiento de virutas puede ser problemático si las virutas son demasiado pequeñas o demasiado húmedas como Puede ocurrir calentamiento. El otro problema potencial con el miscanthus es debido a su naturaleza esponjosa en forma de viruta que potencialmente puede puentear o bloquearse mientras se alimenta a la zona de combustión de la caldera. Sin embargo, un mecanismo de alimentación de sinfín adecuado solucionará este problema. [.. .] Al transportar miscanthus en astillas a granel, se puede transportar en cargas de 96 m3. La mayoría de los operadores informan cargas mínimas de 11,5 toneladas por carga al 20% de humedad, lo que indica una densidad aparente de aproximadamente 120 kg / m3, lo que equivale a 1,60 € por GJ de energía de livered ". Caslin, Finnan y Easson 2010 , págs. 31, 33.
^ "Las empacadoras grandes rectangulares y redondas son capaces de producir pacas con una densidad de materia seca de entre 120 y 160 kg / m3 y un peso de entre 250 y 600 kg". Caslin, Finnan y Easson 2010 , pág. 22. Además, Huisman 2001 , pág. 2098 cotiza 250 kg / m3 para empacadoras de alta densidad.
^ "El briquetado reduce el consumo de electricidad en densificación en casi un 50% con respecto al peletizado (Comunicación personal, Wolfgang Stelte). En este caso, la ventaja del consumo de energía de la cadena de torrefacción frente a la cadena de WWP casi se duplica al 10,3%. El GEI la ventaja aumenta en consecuencia, a una reducción del 33% de briquetas de madera torrefactadas (TWB) en comparación con WWP, como se puede ver en la Figura 9. " Wild & Visser 2018 , págs. 16-17.
^ La biomasa torrefactada tiene un contenido de humedad de 1-5% (el carbón tiene 10-15%). La razón por la que todavía hay algo de humedad en la masa torrefactada a pesar de su calidad hidrófoba, son las pequeñas grietas o fisuras en los gránulos o briquetas que hacen posible la entrada de humedad. Wild 2015 , págs.72, 74.
^ "La estabilidad de la llama puede verse agravada aún más por las diferencias en el tamaño de las partículas, ya que los tamaños de partículas grandes pueden actuar como disipadores de calor, lo que aumenta el tiempo de resonancia de la partícula antes de la ignición e influye en el equilibrio de la pérdida de calor y la liberación de calor. Para una llama estable en un pulverizado operación con carbón, típicamente se requiere la pulverización del combustible al 70% por debajo de 75 µm. [Se requiere reducir al menos el 70% de la cantidad total de partículas a un tamaño inferior a 75 µm.] La facilidad con la que los combustibles se pueden pulverizar a 70 El% por debajo de 75 µm se describe utilizando el índice de molturabilidad de Hardgrove (HGI). Los carbones normalmente se encuentran entre 30 (mayor resistencia a la pulverización) y 100 (más fácilmente pulverizado) en la escala. El HGI para el Miscanthus sin procesar y los biocarbones procesados se dan en la Tabla 3. El Miscanthus sin procesar tiene un HGI de cero, lo que esencialmente implica bajo las condiciones de prueba, que ningún combustible alcanzaría los 75 µm deseados y, por lo tanto, asumiendo el co-molido, se requeriría una mayor energía El proceso de molienda para lograr 75 µm o las partículas de combustible pulverizado serían mayores de 75 µm de diámetro ". Smith y col. 2018 , pág. 551.
^ Bridgeman y col. 2010 , pág. 3916. Smith y col. midió un HGI de 150 para Miscanthus pretratado con carbonización hidrotermal, a veces llamado torrefacción "húmeda": "El HGI de 150 (ver Tabla 3) para las muestras procesadas a 250 ° C también implica que el combustible se pulverizará fácilmente y debe Serán problemas limitados con la estabilidad de la llama provocada por diámetros de partículas más grandes que se encuentran con la biomasa no tratada ". Smith y col. 2018 , pág. 554.
^ "En promedio, los carbones utilizados en las centrales eléctricas del Reino Unido tienen un HGI alrededor de 40-60; el carbón de La Loma probado en este trabajo cae dentro de este rango con un HGI de 46". Williams y col. 2015 , pág. 382.
^ "Los inorgánicos pueden ser un problema particular para el Miscanthus durante la combustión, ya que grandes cantidades de metales alcalinos y alcalinos, particularmente potasio y sodio, junto con el azufre y el cloro influyen en la química de las cenizas e influyen en el comportamiento del combustible en términos de su tendencia a corroer el equipo y causar escoria, ensuciamiento y en ciertos hornos aglomeración del lecho. [...] El ensuciamiento es un fenómeno que se produce cuando el potasio y el sodio, en combinación con el cloro, se evaporan parcialmente cuando se exponen al calor radiante y forman cloruros alcalinos que se condensan en superficies más frías como intercambiadores de calor. Estos depósitos no solo reducen la eficiencia del intercambiador de calor, sino que también juegan un papel importante en la corrosión, ya que estos depósitos pueden reaccionar con el azufre en el gas de combustión para formar sulfatos alcalinos que liberan cloro. Este cloro tiene un efecto catalítico que da como resultado la oxidación activa y corrosión del material del horno ". Smith y col. 2018 , págs.554, 556.
^ "En la combustión de miscanthus, los componentes inorgánicos permanecen como cenizas. El contenido típico de cenizas totales de miscanthus está en el rango de 2.0% a 3.5%. En los sistemas de combustión de parrilla, la ceniza más gruesa se descarga como ceniza de fondo mientras que el la fracción de ceniza más fina sale de la zona de combustión con los gases de escape como cenizas volantes. Debido a la baja temperatura de fusión de las cenizas, que está fuertemente correlacionada con el contenido de potasio y cloruro de las cenizas, la temperatura de combustión se mantiene lo más baja posible ". Lanzerstorfer 2019 , págs. 1–2.
^ "La escoriación es un fenómeno que se produce a través del derretimiento de las cenizas cuando los depósitos de cenizas se exponen a calor radiante, como las llamas en un horno. Como la mayoría de los hornos están diseñados para eliminar las cenizas como un residuo en polvo, a menudo es necesario tener una temperatura de fusión alta de las cenizas. deseable. De lo contrario, tiene una mayor tendencia a fundirse en una escoria vítrea dura, conocida como clinker, que puede ser difícil de eliminar del horno. [...] El AFT es un método cualitativo para evaluar la propensión de un combustible a escoria y funciona calentando una pieza de prueba de ceniza y analizando las transiciones en la química de la ceniza. Las transiciones clave incluyen: (i) contracción, que representa predominantemente la descomposición de carbonatos en carbonatos derivados hidrotermalmente, (ii) temperatura de deformación, que esencialmente representa el punto de inicio en el que la ceniza en polvo comienza a aglomerarse y a adherirse a las superficies, (iii) hemisferio, en el que la ceniza se aglomera y es pegajosa y (v) fluye, en el que la ceniza se derrite. Para la mayoría de las centrales eléctricas, la escoria se vuelve problemático entre la deformación y la temperatura del hemisferio ". Smith y col. 2018 , pág. 554.
^ "Para que el Miscanthus se adapte mejor a los requisitos de calidad de combustión, se cosecha convencionalmente durante el final del invierno o principios de la primavera en el Reino Unido, después de lo cual el cultivo ha envejecido por completo y los nutrientes se han removilizado en el rizoma. [...] Además, mientras Las muestras de Miscanthus recolectadas tardíamente han mejorado la calidad del combustible, con menor contenido de nitrógeno, cloro, cenizas y metales alcalinos, los resultados presentados en Baxter et al., [2] indican que la formación de escoria, incrustaciones y corrosión es aún más probable en la mayoría de los cultivos. la reducción de nutrientes provocada por la hibernación sigue siendo insuficiente para lograr una combustión segura [...] ". Smith y col. 2018 , pág. 546.
↑ Saleh , 2013 , p. 100. Saleh también encontró una reducción aproximada del 65% para la paja. Asimismo, Ren et al. encontró que "[...] 59,1% en peso, 60,7% en peso y 77,4% en peso del contenido de cloro de los residuos de aceituna, DDGS y paja de maíz , respectivamente, se liberaron durante la torrefacción". Ren y col. 2017 , pág. 40.
^ Johansen y col. encontró que "[...] Cl [cloro] es el principal facilitador de la liberación de K [potasio] a través de la sublimación [liberación directa de gas] de KCl [cloruro de potasio] [...]". El cloruro de potasio es la "especie de Cl [...] dominante que se encuentra en la biomasa", [...] y permanece estable en la fase sólida hasta que las temperaturas alcanzan los 700-800 ° C. Tenga en cuenta que se ha observado una pequeña cantidad (5-10%) de liberación de potasio a temperaturas inferiores a 700 ° C. En el punto de umbral, "[...] la liberación a alta temperatura de K [potasio] en forma de KCl [cloruro de potasio] es equivalente a la cantidad disponible de Cl [cloro] total en el combustible como materia prima". En otras palabras, la "[...] liberación de K [potasio] parece estar limitada por la cantidad de Cl [cloro] disponible". Así, es principalmente la unión con el cloro lo que hace posible que el potasio se convierta en gas y ensucie el interior del equipo de combustión; la liberación de potasio "[...] cesará cuando el combustible, sometido a pirólisis o combustión, alcance un estado de decloración completa". En este punto, el potasio se fusionará con silicatos y aluminiosilicatos a aproximadamente 800 ° C, y será retenido en las cenizas. Johansen y col. 2011 , págs. 4961, 4962, 4968.
^ "Estudios recientes de Reza et al. Y Smith et al. Han informado del destino de los inorgánicos y heteroátomos durante la HTC [carbonización hidrotermal] de Miscanthus e indican una eliminación significativa de los metales alcalinos, potasio y sodio, junto con el cloro. [. ..] El análisis del comportamiento de fusión de las cenizas en Smith et al., Mostró una reducción significativa en la propensión a la formación de escoria del combustible resultante, junto con el riesgo de incrustaciones y corrosión combinados. [...] En consecuencia, HTC ofrece el potencial para mejorar Miscanthus de un combustible de valor razonablemente bajo en un combustible de alta calidad, con un alto poder calorífico, propiedades de manejo mejoradas y una química de cenizas favorable. [...] HTC a 250 ° C puede superar problemas de escoria y aumentar la temperatura de deformación de la ceniza de 1040 ° C a 1320 ° C para el Miscanthus cosechado temprano. La química también sugiere una reducción en la propensión a la corrosión e incrustaciones para ambos combustibles tratados a 250 ° C ". Smith y col. 2018 , págs.547, 556.
^ "El impacto de los cultivos de bioenergía y materia prima para biocombustibles ha sido de particular preocupación, y algunos sugieren que el equilibrio de gases de efecto invernadero (GEI) de los cultivos alimentarios utilizados para el etanol y el biodiésel puede no ser mejor ni peor que los combustibles fósiles (Fargione et al., 2008; Searchinger et al., 2008) Esto es controvertido, ya que la asignación de emisiones de GEI a la gestión y el uso de coproductos puede tener un gran efecto en la huella de carbono total de los productos bioenergéticos resultantes (Whitaker et al., 2010; Davis et al., 2013). Las posibles consecuencias del cambio de uso de la tierra (LUC) para la bioenergía en el balance de GEI a través del desplazamiento de cultivos alimentarios o el cambio de uso de la tierra 'indirecto' (iLUC) también son una consideración importante (Searchinger et al., 2008) . " Milner y col. 2016 , págs. 317–318.
^ "Si bien la premisa inicial con respecto a la bioenergía era que el carbono capturado recientemente de la atmósfera en las plantas generaría una reducción inmediata de las emisiones de GEI por el uso de combustibles fósiles, la realidad resultó menos sencilla. Los estudios sugirieron que las emisiones de GEI de la producción de cultivos energéticos y el uso de la tierra El cambio podría superar cualquier mitigación de CO2 (Searchinger et al., 2008; Lange, 2011). La producción de óxido nitroso (N2O), con su poderoso potencial de calentamiento global (GWP), podría ser un factor significativo para compensar las ganancias de CO2 (Crutzen et al. , 2008), así como la posible acidificación y eutrofización del medio ambiente circundante (Kim y Dale, 2005). Sin embargo, no todas las materias primas de biomasa son iguales, y la mayoría de los estudios críticos de la producción de bioenergía se refieren a los biocombustibles producidos a partir de cultivos alimentarios anuales con altos niveles de fertilización. costo, a veces utilizando tierras despejadas de ecosistemas naturales o en competencia directa con la producción de alimentos (Naik et al., 2010). Cultivos energéticos perennes dedicados, producidos en Las tierras agrícolas existentes, de menor calidad, ofrecen una alternativa sostenible con ahorros significativos en las emisiones de gases de efecto invernadero y en el secuestro de carbono del suelo cuando se producen con un manejo adecuado (Crutzen et al., 2008; Hastings et al., 2008, 2012; Cherubini y col., 2009; Dondini y col., 2009a; Don et al., 2012; Zatta et al., 2014; Richter et al., 2015). " McCalmont et al. 2017 , p. 490.
^ "Se han demostrado reducciones significativas en las emisiones de GEI en muchos estudios de LCA en una variedad de tecnologías y escalas de bioenergía (Thornley et al., 2009, 2015). Las reducciones más significativas se han observado para los casos de calor y energía. Sin embargo, algunos otros Los estudios (en particular sobre combustibles para el transporte) han indicado lo contrario, es decir, que los sistemas de bioenergía pueden aumentar las emisiones de GEI (Smith y Searchinger, 2012) o no lograr umbrales de ahorro de GEI cada vez más estrictos. Varios factores impulsan esta variabilidad en los ahorros calculados, pero sabemos que cuando no se logran reducciones significativas o se informa una amplia variabilidad, a menudo hay incertidumbre de datos asociada o variaciones en la metodología de LCA aplicada (Rowe et al., 2011). Por ejemplo, la incertidumbre de los datos en el cambio de las existencias de carbono del suelo después de LUC se ha demostrado que influye significativamente en la intensidad de GEI de las vías de producción de biocombustibles (Fig.3), mientras que el impacto de forzamiento radiativo a corto plazo de las partículas de carbono negro Los datos de la combustión de biomasa y biocombustibles también representan una incertidumbre significativa en los datos (Bond et al., 2013) ". Whitaker y col. 2018 , págs. 156-157.
^ Ver Whitaker et al. 2018 , pág. 156. Para los cálculos, consulte el apéndice S1.
^ Véase Emmerling y Pude 2017 , págs. 275–276. Emmerling y Pude parafrasean a Felten et al. 2013. Para cálculos de rendimiento, secuestro de carbono y GEI, ver Felten et al. 2013 , págs.160, 166, 168.
^ "Si bien estos valores representan los extremos, demuestran que la selección del sitio para el cultivo de cultivos bioenergéticos puede marcar la diferencia entre grandes ahorros o pérdidas de GEI [gases de efecto invernadero], desplazando las emisiones de GEI del ciclo de vida por encima o por debajo de los umbrales obligatorios. Reducir las incertidumbres en ∆C [aumento o disminución de carbono] después de LUC [cambio de uso de la tierra] es, por lo tanto, más importante que refinar las estimaciones de emisiones de N2O [óxido nitroso] (Berhongaray et al., 2017). El conocimiento sobre las reservas iniciales de carbono del suelo podría mejorar los ahorros de GEI logrados mediante el despliegue específico de cultivos de bioenergía perenne en suelos bajos en carbono (ver sección 2). [...] La suposición de que las tierras de cultivo anuales proporcionan un mayor potencial para la captura de carbono del suelo que los pastizales parece ser demasiado simplista, pero existe la oportunidad de mejorar las predicciones del carbono del suelo potencial de secuestro usando información sobre la reserva inicial de carbono del suelo como un predictor más fuerte de ∆C [cambio en la cantidad de carbono] que el uso anterior de la tierra ". Whitaker y col. 2018 , págs.156, 160.
^ "La Fig. 3 confirmó que no hubo cambios o una ganancia de SOC [carbono orgánico del suelo] (positivo) al plantar Miscanthus en tierras cultivables en Inglaterra y Gales y solo una pérdida de SOC (negativo) en partes de Escocia. El SOC anual total El cambio a lo largo de GB en la transición de arable a Miscanthus si toda la tierra no restringida fuera sembrada con sería 3.3 Tg C año -1 [3.3 millones de toneladas de carbono por año]. Los cambios medios para el COS para los diferentes usos de la tierra fueron todos positivos cuando los histosoles fueron excluidos, con pastizales mejorados que producen el mayor Mg C ha -1 año -1 [toneladas de carbono por hectárea por año] con 1,49, seguido de tierras cultivables con 1,28 y bosques con 1. Separando este cambio de COS por el uso original de la tierra (Fig. 4 ) revela que hay grandes regiones de pastizales mejorados que, si se plantan con cultivos bioenergéticos, se prevé que darán como resultado un aumento en el COS. Se encontró un resultado similar al considerar la transición de tierras arables; sin embargo, para el centro este de Inglaterra, hubo un predicho n Efecto neutral sobre el COS. Sin embargo, se predice que Escocia tendrá una disminución para todos los usos de la tierra, particularmente para los bosques debido principalmente a un mayor COS y menores rendimientos de Miscanthus y, por lo tanto, menos insumos ". Milner et al. 2016 , p. 123.
^ "En resumen, hemos cuantificado los impactos del LUC [cambio de uso de la tierra] en los cultivos de bioenergía sobre el COS y el balance de GEI. Esto ha identificado el LUC de cultivos arables, en general, para conducir a un aumento del COS, con LUC de los bosques asociado con una reducción COS y mayores emisiones de GEI. Los pastizales son muy variables e inciertos en su respuesta al LUC a la bioenergía y, dada su presencia generalizada en el paisaje templado, siguen siendo un motivo de preocupación y una de las principales áreas en las que se deben centrar los esfuerzos de investigación futuros ". Harris, Spake y Taylor 2015 , pág. 37 (ver también la p. 33 sobre las variaciones del SOC). Sin embargo, los autores señalan que "el tiempo promedio desde la transición en todos los estudios fue de 5,5 años (Xmax 16, Xmin 1) para el SOC" y que "la mayoría de los estudios consideraron el SOC en el 0-30 cm solo perfil [...] ". Harris, Spake y Taylor 2015 , págs. 29–30. Se esperan tasas bajas de acumulación de carbono para las plantaciones jóvenes, debido a la descomposición acelerada del carbono en el momento de la siembra (debido a la aireación del suelo) y la entrada media de carbono relativamente baja al suelo durante la fase de establecimiento (2-3 años). Además, dado que los cultivos energéticos dedicados como el miscanto producen significativamente más biomasa por año que los pastizales normales, y aproximadamente el 25% del contenido de carbono de esa biomasa se agrega con éxito a la reserva de carbono del suelo cada año (consulte la acumulación anual neta de carbono ), parece razonable esperar que con el tiempo, el carbono orgánico del suelo aumente también en los pastizales convertidos. Los autores citan una fase de construcción de carbono de 30 a 50 años para plantas perennes en pastizales convertidos, ver Harris, Spake & Taylor 2015 , p. 31.
^ "Después de siglos de quemar madera para obtener energía o procesar forraje en caballos de fuerza, la primera generación de materias primas bioenergéticas fueron los cultivos alimentarios, como el maíz, la colza, la caña de azúcar y la palma aceitera, que se utilizan para producir bioetanol y biodiesel. Estos requerían un alto insumo en términos de fertilizantes y energía, lo que aumentó su huella de carbono (St. Clair et al., 2008). Además, el costo de carbono de convertir la materia prima de los cultivos alimentarios en bioetanol o biodiésel fue significativo con una baja proporción de energía producida a insumo de energía, alto costo de GEI y baja productividad en términos de GJ de energía por hectárea de tierra (Hastings et al., 2012). Otro inconveniente del uso de cultivos alimentarios para la producción de energía es la presión ejercida sobre el equilibrio de suministro y la demanda de estas materias primas que puede afectar el costo de los alimentos (Valentine et al., 2011) y el aumento del cambio indirecto de uso de la tierra (ILUC) para aumentar el área cultivada arable (Searchinger et al., 2008), lo que en consecuencia aumenta su entorno huella ntal. El cultivo bioenergético de segunda generación Miscanthus casi siempre tiene una huella ambiental menor que los cultivos bioenergéticos anuales de primera generación (Heaton et al., 2004, 2008; Clifton-Brown et al., 2008; Gelfand et al., 2013; McCalmont et al., 2015a; Milner et al., 2015). Esto se debe a su naturaleza perenne, la eficiencia del reciclaje de nutrientes y la necesidad de menos insumos químicos y labranza del suelo durante su ciclo de vida de 20 años que los cultivos anuales (St. Clair et al., 2008; Hastings et al., 2012). El miscanthus se puede cultivar en tierras agrícolas que son económicamente marginales para la producción de cultivos alimentarios (Clifton-Brown et al., 2015). " Hastings et al. 2017 , p. 2.
^ "Se utilizaron una revisión sistemática y un metanálisis para evaluar el estado actual del conocimiento y cuantificar los efectos del cambio de uso de la tierra (LUC) a la segunda generación (2G), cultivos bioenergéticos no alimentarios en el carbono orgánico del suelo (SOC) e invernadero emisiones de gases (GEI) relevantes para la agricultura de la zona templada. Tras el análisis de 138 estudios originales, las transiciones de matorrales cultivables a de rotación corta (SRC, álamo o sauce) o pastos perennes (principalmente Miscanthus o pasto varilla) dieron como resultado un aumento del COS (+5.0 ± 7,8% y +25,7 ± 6,7% respectivamente) ". Harris, Spake y Taylor 2015 , pág. 27.
^ "Nuestro trabajo muestra que el establecimiento del cultivo, el rendimiento y el método de recolección afectan el costo de C. del combustible sólido de Miscanthus, que para la recolección en fardos es de 0.4 g CO2 eq. C MJ −1 para establecimiento de rizoma y 0.74 g CO2 eq. C MJ −1 para establecimiento de tapones de semillas. Si la biomasa cosechada se tritura y peletiza, las emisiones aumentan a 1,2 y 1,6 g de CO2 eq. C MJ -1 , respectivamente. Los requisitos de energía para la cosecha y la trituración de este estudio que se utilizaron para estimar las emisiones de GEI están en línea con los hallazgos de Meehan et al. (2013). Estas estimaciones de emisiones de GEI para el combustible Miscanthus confirman los hallazgos de otros estudios de Evaluación del ciclo de vida (LCA) (por ejemplo, Styles y Jones, 2008) y estimaciones espaciales de ahorros de GEI utilizando combustible Miscanthus (Hastings et al., 2009). También confirman que Miscanthus tiene una huella de GEI comparativamente pequeña debido a su naturaleza perenne, eficiencia de reciclaje de nutrientes y necesidad de menos insumos químicos y labranza del suelo durante su ciclo de vida de 20 años que cro anual ps (Heaton et al., 2004, 2008; Clifton-Brown y col., 2008; Gelfand y col., 2013; McCalmont y col., 2015a; Milner et al., 2015). En este análisis, no consideramos el flujo de GEI del suelo que se demostró que secuestra en promedio en el Reino Unido 0,5 g de C por MJ de combustible derivado de Miscanthus por McCalmont et al. (2015a). Los cambios en el COS resultantes del cultivo de Miscanthus dependen del uso previo de la tierra y del COS inicial asociado. Si se evitan los suelos con alto contenido de carbono, como las turberas, los pastizales permanentes y los bosques maduros, y solo se utilizan pastizales arables y rotatorios con suelo mineral para Miscanthus, entonces el aumento medio del COS para la primera rotación de cultivos de 20 años en el Reino Unido es ∼ 1 –1,4 Mg C ha -1 y -1 (Milner et al., 2015). A pesar de ignorar este beneficio adicional, estas estimaciones de costos de GEI se comparan muy favorablemente con el carbón (33 g CO2 eq. C MJ −1 ), North Sea Gas (16), gas natural licuado (22) y astillas de madera importadas de los Estados Unidos. Estados (4). Además, aunque el costo de C. de producción de Miscanthus es solo <1/16 del costo de GEI del gas natural como combustible (16-22 g CO2 eq. C MJ-1), se debe principalmente al carbono incrustado en la maquinaria. , productos químicos y combustibles fósiles utilizados en su producción. A medida que la economía se aleja de la dependencia de estos combustibles fósiles para la regulación de la temperatura (calor para el control de la temperatura del invernadero o enfriamiento para el almacenamiento de rizomas) o el transporte, estos costos de GEI comienzan a disminuir en la producción de bioenergía. Cabe señalar que las estimaciones en este documento no consideran ni el potencial de secuestrar C. en el suelo ni ningún impacto o ILUC (Hastings et al., 2009). " Hastings et al. 2017 , pp. 12-13.
^ "El Miscanthus perenne tiene proporciones de producción / entrada de energía 10 veces más altas (47,3 ± 2,2) que los cultivos anuales utilizados para la energía (4,7 ± 0,2 a 5,5 ± 0,2), y el costo total de carbono de la producción de energía (1,12 g CO2-C eq. MJ −1 ) es de 20 a 30 veces menor que los combustibles fósiles ". McCalmont y col. 2017 , pág. 489.
^ "Los resultados en la Fig. 3c muestran que la mayor parte de la tierra en el Reino Unido podría producir biomasa de Miscanthus con un índice de carbono que es sustancialmente más bajo, a 1,12 g de CO2-C equivalente por MJ de energía en el horno, que el carbón (33), el petróleo (22), GNL (21), gas ruso (20) y gas del Mar del Norte (16) (Bond et al., 2014), lo que ofrece grandes ahorros potenciales de GEI en comparación con combustibles comparables, incluso después de tener en cuenta las variaciones en sus contenidos energéticos específicos. Felten et al. (2013) encontraron que la producción de energía de Miscanthus (desde la propagación hasta la conversión final) ofrece ahorros potenciales de GEI por unidad de área de tierra mucho más altos en comparación con otros sistemas de bioenergía. Hallaron que Miscanthus (chips para calefacción doméstica) ahorró 22.3 ± 0.13 Mg [toneladas] CO2-eq ha -1 año -1 [equivalentes de CO2 por hectárea por año] comparado con la colza (biodiesel) a 3,2 ± 0,38 y el maíz (biomasa, electricidad y térmica) a 6,3 ± 0,56 ". McCalmont y col. 2017 , pág. 500.
^ "Los costos y la evaluación del ciclo de vida de siete cadenas de valor basadas en miscanthus, incluida la producción de energía y calor, etanol, biogás y material aislante a pequeña y gran escala, revelaron los potenciales de ahorro de energía fósil y de emisiones de GEI de hasta 30,6 t CO2eq C ha −1 y −1 y 429 GJ ha −1 y −1 , respectivamente. La distancia de transporte se identificó como un factor de coste importante. Se registraron costes de mitigación de carbono negativos de –78 € t − 1 CO2eq C para uso local de biomasa. Los resultados de OPTIMISC demuestran el potencial del miscanthus como cultivo para sitios marginales y brindan información y tecnologías para la implementación comercial de cadenas de valor basadas en miscanthus. [...] Se supuso que la distancia total de transporte de biomasa era de 400 km cuando las balas se transportaban a la planta de bioetanol oa la planta de producción de material aislante, así como en la cadena de valor 'Balas combinadas de calor y electricidad (CHP)'. Para las cadenas de valor 'CHP pellets' y 'Heat pellets', los fardos se transportaron 100 km a una planta de peletización y desde allí los pellets se transportaron 400 km a las plantas de energía. Se supuso que la distancia promedio entre el campo y el campo era 2 km. Esta distancia de transporte también se asume para la cadena de valor 'chips de calor' en la que se asumió una utilización de los chips como combustible de biomasa en la granja productora. Debido a los mayores requisitos de biomasa de la planta de biogás, una distancia de transporte promedio de 15 se supuso km de campo a planta ". Lewandowski y col. 2016 , págs.2, 7.
^ "Los mayores rendimientos de biomasa, así como los mayores potenciales de ahorro de energía fósil y de GEI (hasta 30,6 t CO2eq / ha * ay 429 GJ / ha * a, respectivamente) se pueden lograr en sitios no marginales en Europa Central . En sitios marginales limitados por el frío (Moscú / Rusia) o la sequía (Adana / Turquía) ahorros de hasta 19,2 t CO2eq / ha * ay 273 GJ / ha * a (Moscú) y 24,0 t CO2eq / ha * ay 338 GJ / ha * a (Adana). Los ahorros de GEI y de energía fósil son más altos cuando se utiliza biomasa de miscanto como material de construcción (nuestro análisis utiliza el ejemplo de material aislante). Un alto ahorro de GEI y de energía fósil También se encontró potencial para la calefacción doméstica debido a la corta distancia de transporte. La granulación solo es ventajosa en términos de la minimización de las emisiones de GEI y el consumo de energía cuando la biomasa se transporta a largas distancias, por ejemplo, para la producción de calor y energía en la cogeneración. requiere energía adicional, pero al mismo tiempo reduce la energía requerida para el transporte debido a su mayor densidad. Los potenciales de ahorro de energía fósil y de GEI más bajos se encontraron para la producción de energía a través de la vía del biogás, seguida del bioetanol. Sin embargo, este resultado está fuertemente influenciado por las suposiciones de que (a) solo se usa el 50% del calor disponible y (b) la distancia de transporte desde el campo hasta la planta de biogás es relativamente larga (15 km). Una cadena de biogás con una utilización del calor del 100% y distancias de transporte más bajas funcionaría mejor. Se puede concluir que para la generación de energía a partir de biomasa de miscanto, la vía más favorable es la combustión para la energía de carga base y el biogás para cubrir las cargas máximas ". Lewandowski et al. 2016 , págs. 19-20.
^ "En 2015, se convocó un taller con investigadores, legisladores y representantes de la industria / empresas del Reino Unido, la UE e internacionalmente. Se compararon los resultados de la investigación global sobre el cambio de uso de la tierra en bioenergía para identificar áreas de consenso, incertidumbres clave y prioridades de investigación . [...] Nuestro análisis sugiere que los impactos directos de los cultivos bioenergéticos perennes dedicados sobre el carbono del suelo y el óxido nitroso se comprenden cada vez más y, a menudo, son consistentes con la mitigación significativa de los GEI del ciclo de vida de la bioenergía en relación con las fuentes de energía convencionales. Concluimos que el El balance de GEI del cultivo de cultivos bioenergéticos perennes a menudo será favorable, con un ahorro máximo de GEI logrado cuando los cultivos se cultivan en suelos con reservas bajas de carbono y una aplicación conservadora de nutrientes, lo que genera beneficios ambientales adicionales, como la mejora de la calidad del agua. El análisis que se presenta aquí demuestra que existe una base de evidencia madura y cada vez más completa sobre los beneficios ambientales Efectos y riesgos del cultivo de bioenergía que pueden apoyar el desarrollo de una industria bioenergética sostenible ". Whitaker y col. 2018 , pág. 150.
^ "Felten y Emmerling (2011) compararon la abundancia de lombrices de tierra en una plantación de Miscanthus de 15 años en Alemania con cereales, maíz, OSR, pastizales y un sitio de barbecho de 20 años (después de cereales anteriores). La diversidad de especies fue mayor en Miscanthus que en los cultivos anuales, más en línea con los pastizales o el barbecho a largo plazo, siendo la intensidad de manejo el factor más significativo; la alteración del suelo inferior permitió que las lombrices de tierra de diferentes categorías ecológicas desarrollaran una estructura de suelo más heterogénea. de especies se encontró en los sitios de pastizales (6,8) seguido de barbecho (6,4), Miscanthus (5,1), OSR (4,0), cereales (3,7) y maíz (3,0) con una abundancia total de lombrices de tierra individual que variaba de 62 m − 2 en sitios de maíz a 355 m − 2 en barbecho con Miscanthus tomando una posición media (132 m − 2), aunque las diferencias en abundancia no fueron significativas entre los usos de la tierra. Sin embargo, existe cierta compensación en esta ventaja para las lombrices de tierra; el alto contenido de nitrógeno La eficiencia y el ciclo de nutrientes que reduce la necesidad de fertilizantes nitrogenados y su daño ambiental asociado significa que, a pesar de que se dispone de grandes volúmenes, la hojarasca de Miscanthus no proporciona un recurso alimenticio particularmente útil debido a su naturaleza baja en nitrógeno y alta en carbono (Ernst et al., 2009; Heaton et al., 2009) y las lombrices de tierra que se alimentan de este tipo de material con bajo contenido de nitrógeno se han encontrado en otros estudios para perder masa total (Abbott y Parker, 1981). Sin embargo, en contraste, se sugirió que la extensa cubierta de hojarasca a nivel del suelo bajo Miscanthus en comparación con el suelo desnudo bajo cereales anuales era una ventaja potencialmente significativa para las lombrices de tierra en la retención de la humedad de la superficie del suelo y la protección contra la depredación ". McCalmont et al. 2017 , p. 502.
^ "Nuestros resultados muestran que los rodales jóvenes de miscanthus mantienen una alta diversidad de especies de plantas antes del cierre del dosel. Se encontró que la riqueza de especies se correlaciona negativamente con la densidad de los rodales y es menor en las plantaciones maduras. Sin embargo, incluso los de 16 años, Las densas plantaciones de miscanthus soportaron hasta 16 especies diferentes de malezas por parcela de 25 m2, lo que representa hasta el 12% de la plantación. Los datos de la literatura respaldan este hallazgo: los rodales de miscanthus generalmente apoyan la biodiversidad de las granjas, proporcionando hábitat para aves, insectos, y pequeños mamíferos (Semere y Slater, 2007a; Bellamy et al., 2009). Los estudios de Semere y Slater (2007b) han demostrado que la biodiversidad en miscanthus es más alta que en otros cultivos, pero aún más baja que en los márgenes de campo abierto ". Lewandowski y col. 2016 , pág. 15.
^ "La diversa flora terrestre que puede habitar el suelo debajo de un dosel de miscanthus maduro proporcionará alimento a las mariposas, otros insectos y sus depredadores. Las alondras, bisbitas de pradera y avefría usan miscanthus, así como otras 37 especies de aves, incluidos reyezuelos, pardillos y jilguero que se alimenta de las semillas de la hierba. Una vez que las hojas se caen en invierno, se proporciona un hábitat adecuado para los martillos amarillos. Las áreas abiertas entre las heces proporcionan un hábitat ideal para aves como las alondras y los bisbitas de los prados ". Caslin, Finnan y Easson 2010 , pág. 37.
^ "Nuestro estudio sugiere que los sauces miscanthus y SRC, y la gestión asociada con el cultivo perenne, apoyarían cantidades significativas de biodiversidad en comparación con los cultivos herbáceos anuales. Recomendamos la plantación estratégica de estos cultivos de biomasa perennes y dedicados en tierras de cultivo arables para aumentar el paisaje heterogeneidad y mejorar la función del ecosistema, y al mismo tiempo trabajar para lograr un equilibrio entre la seguridad energética y alimentaria ". Haughton y col. 2016 , pág. 1071.
^ "Bellamy et al. (2009) analizaron las especies de aves y sus recursos alimenticios en seis sitios emparejados en Cambridgeshire comparando plantaciones de Miscanthus de hasta 5 años con rotaciones de trigo de invierno en las temporadas de reproducción de invierno y verano. Los autores encontraron que Miscanthus ofrecía un nicho ecológico diferente durante cada temporada; la mayoría de las especies que ocurren con frecuencia en el invierno eran aves del bosque, mientras que no se encontraron aves del bosque en el trigo; en verano, sin embargo, las aves de las tierras de cultivo eran más numerosas. Más de la mitad de las especies que se encuentran en todo el Los sitios fueron más numerosos en Miscanthus, 24 especies registradas en comparación con 11 para el trigo. Durante la temporada de reproducción, una vez más se duplicó el número de especies encontradas en los sitios de Miscanthus y la abundancia individual fue mayor para todas las especies excepto la alondra. Considerando solo las aves cuyos territorios de reproducción estaban total o parcialmente dentro de los límites de los cultivos, se encontraron un total de siete especies en el Miscanthus en comparación con cinco en el trigo con mayor densidad de parejas reproductoras (1.8 vs 0.59 especies ha -1 ) y también especies reproductoras (0.92 vs 0.28 especies ha -1 ). Dos especies tuvieron densidades más altas estadísticamente significativas en el Miscanthus en comparación con el trigo, y ninguna se encontró con densidades más altas en el trigo en comparación con Miscanthus. Como se discutió, la heterogeneidad estructural, tanto espacial como temporalmente, juega un papel importante en la determinación de la biodiversidad dentro del cultivo, el trigo de invierno sembrado en otoño ofrece poco refugio durante el invierno con una cobertura del suelo de 0.08 m de altura promedio y muy pocas plantas no cultivadas, mientras que el Miscanthus, en alrededor de 2 m, ofrece mucho más. En la época de cría, esta diferencia entre los cultivos se mantuvo evidente; los campos de trigo proporcionaron una cobertura de cultivo uniforme y densa durante la temporada de reproducción con solo líneas de tranvía que producían roturas, mientras que el Miscanthus tenía una estructura baja y abierta a principios de la temporada que aumentaba rápidamente en altura y densidad a medida que avanzaba la temporada. El número de aves disminuyó a medida que creció el cultivo, y dos especies de aves en particular mostraron una correlación cercana (aunque opuesta) entre la abundancia y la altura del cultivo; La perdiz roja declinó a medida que crecía el cultivo, mientras que las currucas rojas aumentaron, y estas currucas no se encontraron en el cultivo hasta que pasó 1 m de altura, a pesar de que estaban presentes en los campos vecinos de OSR y zanjas con vegetación. En conclusión, los autores señalan que, para todas las especies combinadas, las densidades de aves en Miscanthus fueron similares a las encontradas en otros estudios que analizaron los sauces SRC y los campos apartados, todos los sitios tenían mayores densidades de aves que los cultivos herbáceos convencionales. Es a través de estos recursos agregados a un paisaje agrícola intensivo y la reducción de la presión química y mecánica en los márgenes del campo que Miscanthus puede jugar un papel importante en el apoyo de la biodiversidad, pero debe considerarse complementario a los sistemas existentes y la vida silvestre que se ha adaptado a ella. Clapham y col. (2008) informa, al igual que los otros estudios aquí, que en un paisaje agrícola, es en los márgenes del campo y en los bosques intercalados donde se encuentra la mayoría de la vida silvestre y sus recursos alimenticios, y el importante papel que puede desempeñar el Miscanthus. en este paisaje es el cese de la lixiviación de productos químicos en estos hábitats clave, la eliminación de la alteración anual del suelo y la erosión del suelo, la mejora de la calidad del agua y la provisión de una estructura heterogénea y cobertura de invierno ". McCalmont et al. 2017 , págs. 502–503 .
^ "Dos estudios, uno en IACR-Rothamsted y otro en Alemania, comparando miscanthus con cereales, indicaron que el miscanthus parecía proporcionar un hábitat que fomenta una mayor diversidad de especies que los cultivos de cereales. En estos estudios, tres veces más lombrices de tierra y arañas fueron encontrado en el cultivo de miscanthus, el miscanthus también sustentaba una mayor diversidad de especies de arañas. Uno de los estudios también mostró que el cultivo de miscanthus tenía 5 especies de mamíferos más y 4 especies de aves más que un cultivo de trigo. Spink y Britt (1998) identificaron el miscanthus ser una de las alternativas más benignas para el medio ambiente a la retirada de tierras permanente ". Caslin, Finnan y Easson 2010 , pág. 36.
^ "El miscanthus proporciona cobertura durante la mayor parte del año porque, aunque el cultivo se recolecta anualmente, se recolecta poco antes de que comience el crecimiento del año siguiente. Esta cobertura puede actuar como un corredor de vida silvestre que une los hábitats existentes. El miscanthus también puede actuar como un hábitat de anidación , tanto para las aves que anidan en el suelo a principios de la primavera, por ejemplo, las alondras del cielo, como para las aves que anidan en el suelo, como la curruca común, más tarde en el verano. El miscanto podría ser un cultivo de cobertura de caza útil y un vivero para faisanes jóvenes y perdices. Un mínimo de nueve especies se han observado en miscanthus, incluidos la liebre parda, el armiño, los ratones, el campañol, la musaraña, el zorro y el conejo. Muchos de estos son una fuente útil de alimento para carnívoros más grandes como la lechuza común ". Caslin, Finnan y Easson 2010 , pág. 36.
^ "También hay un beneficio de la reducción de los insumos químicos y la lixiviación de nitratos asociados con el Miscanthus, lo que mejora significativamente la calidad del agua que fluye de las tierras de cultivo (Christian & Riche, 1998; Curley et al., 2009). McIsaac et al. (2010) informaron que los inorgánicos La lixiviación de N fue significativamente menor en Miscanthus sin fertilizar (1.5-6.6 kg N ha -1 año -1 ) que en una rotación de maíz / soja (34.2-45.9 kg N ha -1 año -1 ) ". McCalmont y col. 2017 , pág. 501.
^ "Se predice que se producirán reducciones significativas en la lixiviación de nitrógeno inorgánico disuelto en la superficie terrestre si la tierra que ya cultiva maíz para la producción de etanol se convierte en una materia prima perenne (Davis et al., 2012; Iqbal et al., 2015). La reducción de la lixiviación se atribuye a menores requerimientos de fertilizantes, la presencia continua de un sumidero de raíces de plantas para el nitrógeno y el eficiente reciclaje interno de nutrientes por especies de gramíneas perennes (Amougou et al., 2012; Smith et al., 2013). De esto, el Miscanthus y el pasto varilla evaluados a escala de parcela tuvieron una lixiviación de nitrógeno inorgánico disuelto significativamente menor de las baldosas de drenaje subterráneo en comparación con la rotación típica de maíz / soja, con parcelas fertilizadas de pasto varilla que mostraron poca o ninguna lixiviación después de alcanzar la madurez (Smith et al., De manera similar, los resultados de las mediciones basadas en el suelo en las mismas materias primas mostraron una menor cantidad de nitrógeno inorgánico disuelto en comparación con los cultivos anuales (McIsaac et al., 2010; Behnke et al., 2012). Un metanálisis reciente de la literatura disponible concluyó que el pasto varilla y el Miscanthus tenían nueve veces menos pérdida subsuperficial de nitrato en comparación con el maíz o el maíz cultivado en rotación con soja (Sharma y Chaubey, 2017). A escala de cuenca, el desplazamiento de la producción de maíz para obtener etanol por la producción de materia prima celulósica perenne podría reducir la lixiviación total hasta en un 22%, según el tipo de materia prima y las prácticas de gestión empleadas (Davis et al., 2012; Smith et al., 2013). ). Si bien estos estudios previos brindan evidencia de los posibles servicios ecosistémicos de la transición a la producción de celulosa, aún no se ha establecido cuál sería el cambio total a la exportación de nitrógeno inorgánico disuelto y al flujo de corriente en tales escenarios. Los procesos hidrológicos están estrechamente acoplados al ciclo del nitrógeno (Castellano et al., 2010, 2013), son impulsores clave del transporte de nitrógeno inorgánico disuelto a través de arroyos y ríos (Donner et al., 2002), y son sensibles a LUC (Twine et al. ., 2004). Varios escenarios de modelado, donde la cobertura terrestre actual sobre la cuenca del río Mississippi de los Estados Unidos se modificó para adaptarse a proporciones variables de pasto varilla o Miscanthus, mostraron que el impacto en el flujo de la corriente fue pequeño en relación con la mejora en la calidad del agua (VanLoocke et al., 2017) ). " Whitaker et al. 2018 , págs. 157-158.
^ "Blanco-Canqui (2010) señalan que este uso del agua y la eficiencia de los nutrientes puede ser de gran ayuda en suelos ácidos compactados y mal drenados, destacando su posible idoneidad para tierras agrícolas marginales. La mayor porosidad y menor densidad aparente de los suelos bajo perenne Los pastos energéticos, que resultan de sistemas de raíces más fibrosos y extensos, y una alteración reducida del suelo, mejoran las propiedades hidráulicas del suelo, la infiltración, la conductividad hidráulica y el almacenamiento de agua en comparación con los cultivos en hileras anuales. Puede haber impactos potencialmente grandes en el agua del suelo cuando el tamaño de la plantación no coincide a la captación de agua o la disponibilidad de riego, pero tenga en cuenta que una mayor ET y un mejor almacenamiento de agua subterránea a través de una mayor porosidad podrían ser beneficiosos durante las lluvias intensas con una capacidad de almacenamiento potencialmente aumentada de 100 a 150 mm ". McCalmont y col. 2017 , pág. 501.
^ "Este estudio destila una gran cantidad de literatura en declaraciones simples sobre los costos y beneficios ambientales de producir Miscanthus en el Reino Unido, y si bien hay margen para más investigaciones, particularmente en torno a la hidrología a escala comercial, la biodiversidad en plantaciones más antiguas o con mayor frecuencia muestreo de N2O en las transiciones de uso de la tierra hacia y desde Miscanthus, surgen indicios claros de sostenibilidad ambiental Cualquier producción agrícola se basa principalmente en la demanda humana, y siempre habrá una compensación entre la naturaleza y la humanidad o un beneficio y otro; sin embargo, la literatura sugiere que el Miscanthus puede brindar una variedad de beneficios al tiempo que minimiza el daño ambiental. Se debe considerar la idoneidad del tamaño y la ubicación de la plantación, si habrá suficiente agua para mantener su producción y el costo ambiental del transporte para los usuarios finales. ; su papel como cultivo perenne a largo plazo en un paisaje de agricultura rotacional debe ser tood para no interferir con la producción de alimentos esenciales. No hay nada nuevo en estas consideraciones, se encuentran en el centro de cualquier política agrícola y los tomadores de decisiones están familiarizados con estos temas; la evidencia ambiental recopilada aquí ayudará a proporcionar la base científica para sustentar la política agrícola futura ". McCalmont et al. 2017 , p. 504.
^ "El enfoque para evaluar ES [servicios ecosistémicos] sugiere que el crecimiento de cultivos de bioenergía 2G en GB produce en general efectos beneficiosos cuando se reemplazan cultivos de primera generación (Tabla 1). Los efectos beneficiosos en el ecosistema general en lugar de los ES específicos están de acuerdo con informes recientes en la literatura (Semere & Slater, 2007a, b; Rowe et al., 2009; Dauber et al., 2010). Los beneficios de una transición a cultivos 2G incluyen una mayor biodiversidad a escala de finca (Rowe et al., 2011) , atributos funcionales mejorados como la depredación (Rowe et al., 2013) y un beneficio neto de mitigación de GEI (Hillier et al., 2009). Los beneficios son principalmente consecuencia de bajos insumos y ciclos de manejo más largos asociados con cultivos 2G (Clifton ‐ Brown et al., 2009). al., 2008; St Clair et al., 2008). Los beneficios pueden tener patrones temporales distintos, ya que las fases de establecimiento y cosecha de la producción de cultivos 2G son disruptivas y tienen un impacto negativo a corto plazo en los SE (Donnelly et al., 2011) , aunque las prácticas podrían adaptarse a mejorar estos; sin embargo, este efecto temporal no se ha considerado aquí y es similar a cosechar y plantar cultivos alimenticios, pasto o árboles. [...] Cuando se filtra la tierra para diferentes escenarios de plantación bajo ALC 3 y 4,> 92,3% de la tierra disponible ofrecerá un efecto ES positivo al plantar Miscanthus o SRC y es probable que tales transiciones creen una mejora neta en el balance de GEI ". Milner et al. 2016 , págs. 328–329.
^ "[S] outh-west y noroeste de Inglaterra se identificaron como áreas donde se podrían cultivar Miscanthus y SRC [monte bajo de rotación corta], respectivamente, con combinaciones favorables de viabilidad económica, secuestro de carbono, alto rendimiento y ES [servicios ecosistémicos positivos ] beneficios. Se encontraron impactos beneficiosos en 146 583 y 71890 ha al plantar Miscanthus o SRC, respectivamente, en condiciones de plantación de referencia que se elevan a 293 247 y 91 318 ha, respectivamente, en los escenarios de plantación de 2020. [...] En Gran Bretaña (GB), hay aproximadamente 22,9 M ha de tierra en total (Lovett et al., 2014). [...] La tierra disponible para plantar se calculó utilizando mapas de restricciones producidos por Lovett et al. (2014) utilizando Restricciones ambientales basadas en 8 factores: carreteras, ríos y áreas urbanas; pendiente> 15%; monumentos; áreas designadas; bosques protegidos existentes; suelos con alto contenido de carbono orgánico; y áreas con un alto 'puntaje de naturalidad' como Parques Nacionales y Áreas Destacadas Belleza natural. Esta disponibilidad de tierra se limitó aún más mediante el uso de clases de tierras agrícolas (ALC) (Lovett et al., 2014) en GB como se resume en la Tabla 7, lograda agregando un mapa de los datos de ALC a una resolución de ráster de 100 m2 para derivar el total de hectáreas de tierra en ALC diferente en cada celda de la cuadrícula de 1 km2 ". Milner y col. 2016 , págs.317, 320.
^ "[...] [La] evidencia indica que el uso de cultivos perennes de bajos insumos, como SRC, Miscanthus y pasto varilla, puede proporcionar ahorros de GEI significativos en comparación con las alternativas de combustibles fósiles siempre que se obtengan rendimientos razonables, bajos en carbono los suelos son objetivos (véanse las secciones 2 y 3 anteriores), y el contexto de desarrollo es uno en el que se mitiga la tensión con el uso de la tierra para la alimentación (y el potencial asociado de emisiones de iLUC). Hay muchos casos en los que se cumplen estos criterios ". Whitaker y col. 2018 , pág. 157.
^ "En contraste con los cultivos anuales, se percibe que la bioenergía de cultivos perennes dedicados tiene menores emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida y otros cobeneficios ambientales (Rowe et al., 2009; Creutzig et al., 2015). Cultivos perennes como Miscanthus y El sauce y el álamo de monte bajo de rotación corta (SRC) tienen bajos requisitos de entrada de nitrógeno (con beneficios para las emisiones de N2O y la calidad del agua), pueden secuestrar carbono del suelo debido a la reducción de la labranza y el aumento de la asignación de biomasa subterránea, y pueden ser económicamente viables en tierras marginales y degradadas , minimizando así la competencia con otras actividades agrícolas y evitando efectos iLUC (Hudiburg et al., 2015; Carvalho et al., 2017). Con respecto al cultivo perenne de caña de azúcar, se pueden lograr grandes ahorros de GEI debido a la alta productividad de los cultivos y el uso de residuos para la cogeneración de electricidad, mientras que el reciente cambio a la cosecha mecanizada sin quema en Brasil también debería aumentar el potencial de secuestro de carbono del suelo (Silva ‐ Olaya et al. al., 2017). Sin embargo, los impactos a nivel de sitio del cultivo de cultivos perennes sobre el almacenamiento de carbono del ecosistema (como resultado de dLUC) varían geográficamente, dependiendo del tipo de suelo y el clima (Field et al., 2016) ". Whitaker et al. 2018 , p. 151.
^ "En la prisa por aplicar estrategias de mitigación del cambio climático, la 'neutralidad de carbono' de la bioenergía no se evaluó rigurosamente. A medida que más estudios comenzaron a incluir la evaluación de los impactos de dLUC e iLUC, la credibilidad de la bioenergía de primera generación como una energía renovable y ambientalmente sostenible fuente de energía fue dañada. En los últimos años, ha surgido una comprensión más matizada de los beneficios ambientales y los riesgos de la bioenergía, y ha quedado claro que los cultivos bioenergéticos perennes tienen un potencial mucho mayor para generar importantes ahorros de GEI que los cultivos convencionales que se cultivan actualmente para producción de biocombustibles en todo el mundo (por ejemplo, maíz, aceite de palma y colza). Además, los umbrales de ahorro de GEI cada vez más estrictos para los biocombustibles y la bioenergía que se están introduciendo en Europa (Corrigendum del Consejo 2016/0382 (COD)) y los EE. UU. Estados Unidos 2007) están proporcionando un mayor ímpetu para esta transición a cultivos bioenergéticos perennes ". Whitaker y col. 2018 , pág. 160.
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enlaces externos
EU MAGIC Mapa de áreas de tierra marginales aptas para plantaciones de miscanthus en Europa.
Mapa de la FAO GSOC Mapa mundial de carbono orgánico del suelo de la FAO, muestra la distribución del carbono orgánico del suelo del mundo.
Investigación de la Universidad de Aberystwyth sobre mejoramiento y agronomía de Miscanthus.
Programa de investigación GRACE de la UE para la producción de Miscanthus a gran escala en tierras marginales.
Página de inicio de crianza de miscanthus para 5 programas de investigación de miscanthus (con video informativo sobre miscanthus).
Centro de Investigación de Energía Sostenible SERC en la Universidad Estatal de Mississippi.
Institución de la Universidad de Illinois para la investigación sobre Miscanthus.