وقود حيوي

يتمثل «الجيل الأول» أو الوقود الحيوي التقليدي بأنواع الوقود الحيوي المصنوعة من المحاصيل الغذائية المزروعة على الأراضي الصالحة للزراعة. ومع جيل الوقود الحيوي الإنتاجي هذا، فإن المحاصيل الغذائية تُزرع صراحةً لإنتاج الوقود دون أي غرض آخر. يُحوّل السكر أو النشاء أو الزيت النباتي المستخلص من المحاصيل إلى وقود ديزل حيوي أو إيثانول باستخدام عملية الأسترة الكيميائية أو تخمير الخميرة.[4]

يتمثل الجيل الثاني من أنواع الوقود الحيوي بأنواع الوقود المصنّعة من أنواع مختلفة من الكتلة الحيوية. والكتلة الحيوية مصطلح واسع النطاق يشير لأي مصدر للكربون العضوي يتجدد بسرعة كجزء من دورة الكربون. تُستمد الكتلة الحيوية من مواد نباتية، لكنها يمكن أن تشمل أيضًا موادًا حيوانية.

في حين أن الجيل الأول من أنواع الوقود الحيوي مصنوع من أنواع السكر والزيوت النباتية الموجودة في المحاصيل الصالحة للزراعة، فإن الجيل الثاني من أنواع الوقود الحيوي مصنوع من الكتلة الحيوية الليغنوسليلوزية أو المحاصيل الخشبية أو المخلفات الزراعية أو فضلات المواد النباتية (من المحاصيل الغذائية التي أدت غرضها الغذائي فعليًا).[5][6][7] بالتالي فإن المواد الخام المستخدمة لتوليد الجيل الثاني إمّا تنمو على الأراضي الصالحة للزراعة لكنها مجرد منتجات ثانوية للحصاد الفعلي (المحاصيل الرئيسية) أو أنها تزرع على الأراضي التي لا يمكن استخدامها لزراعة المحاصيل الغذائية بشكل فعّال وفي بعض الحالات لا تُستخدم المياه الزائدة أو الأسمدة لها. تتضمن المواد الغذائية غير البشرية الخام للجيل الثاني الأعشاب واليطروفة ومحاصيل البذور الأخرى ومخلفات الزيت النباتي والنفايات الصلبة الحضرية وما إلى ذلك.[8]

لهذه الأمر مزايا وعيوب على حدٍّ سواء. والميزة هنا هي أنه على النقيض من المحاصيل الغذائية العادية، لا تُستخدم الأراضي الصالحة للزراعة لإنتاج الوقود فحسب. العيب هو أنه على عكس المحاصيل الغذائية العادية، قد يكون من الصعب استخراج الوقود. فعلى سبيل المثال، قد يستلزم الأمر سلسلة من المعالجات الفيزيائية والكيميائية لتحويل الكتلة الحيوية الليغنوسليلوزية إلى أنواع وقود سائلة مناسبة للنقل.[9]

في الفترة الممتدة بين عامي 1978- 1996، أجرى المختبر الوطني للطاقة المتجددة في الولايات المتحدة (إن آر إي إل) تجارب على استخدام الطحالب كمصدر للوقود الحيوي ضمن برنامج الأنواع المائية. ضمن هيئة الوقود الحيوي التابعة لجامعة نيو هامشير، نشر مايكل بريغز مقالة قدّم فيها تقديرات لاستبدال كل وقود المركبات بالوقود الحيوي بشكل واقعي باستخدام الطحالب التي لها محتوى نفطي طبيعي بنسبة أكبر من 50%، والتي يمكن  زراعتها حسبما يقترحه بريغز على برك الطحالب في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. ويمكن بعد ذلك استخراج الطحالب الغنية بالنفط من النظام ومعالجتها لتصبح وقود حيوي مع إعادة معالجة باقي الطحالب الجافة لإنتاج الإيثانول. ولم يجرِ إنتاج الطحالب لحصاد النفط من أجل الوقود الحيوي على نطاق تجاري بعدْ، لكن أُجرِيت دراسات جدوى للتوصل إلى تقديرات المحصول المذكور أعلاه. بالإضافة إلى العائد المرتفع المتوقع، فإن زراعة الطحالب - على النقيض من الوقود الحيوي القائم على المحاصيل - لا تستلزم انخفاضًا في إنتاج الغذاء لأنها لا تتطلب الأرض الزراعية ولا المياه العذبة. تسعى العديد من الشركات لمفاعلات الطحالب الحيوية لأغراض مختلفة، بما في ذلك زيادة إنتاج الوقود الحيوي إلى مستويات تجارية. استعرض البروفيسور رودريغو إي. تيكسيرا من جامعة ألاباما في هنتسفيل عملية استخراج ليبيدات الوقود الحيوي من الطحالب الرطبة باستخدام تفاعل بسيط واقتصادي في السوائل الأيونية.[10][10]

على نحو مماثل للجيل الثالث من الوقود الحيوي، يُصنّع الجيل الرابع من الوقود الحيوي باستخدام الأراضي غير الصالحة للزراعة. لكن على عكس الجيل الثالث، فهو لا يتطلب تدمير الكتلة الحيوية. وهذه الفئة من أنواع الوقود الحيوي تشمل الوقود الكهربائي والوقود الشمسي الضوئي. وبعض أنواع الوقود هذه محايد للكربون.[11]