Βιοντίζελ

Βιοντίζελ (αγγλ. biodiesel) ονομάζονται οι εστέρες ανώτερων λιπαρών οξέων οι οποίοι έχουν συναφείς φυσικές ιδιότητες με το καύσιμο Ντίζελ και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υποκατάστατά του

Χαρακτηριστικά

Αντίθετα με ότι έχει επικρατήσει στην καθημερινή γλώσσα, ο όρος βιοντίζελ εκφράζει μια πολύ συγκεκριμένη ομάδα χημικών ενώσεων τους μεθυλεστέρες των ανώτερων λιπαρών οξέων οι οποίοι προέρχονται από οργανικά έλαια και όχι οποιοδήποτε καύσιμο οργανικής προέλευσης το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κινητήρες έναυσης με συμπίεση (κινητήρες ντίζελ). Το γεγονός ότι οι μεθυλεστέρες προέρχονται από πρώτες ύλες οργανικής βάσης, οι οποίες είναι ανανεώσιμες, δικαιολογεί το χαρακτηρισμό τους ως βιοκαύσιμα.

Ιστορικά

Η δυνατότητα του βιοντίζελ να υποκαταστήσει το συμβατικό ντίζελ σε κινητήρες εσωτερικής καύσης είναι γνωστή εδώ και 2 δεκαετίες. Το βιοντίζελ προτάθηκε σαν εναλλακτική λύση ως προς τα σκέτα φυτικά έλαια τα οποία τις περισσότερες φορές παρουσιάζουν χαρακτηριστικά που τα καθιστούν ακατάλληλα για χρήση στους κινητήρες αυτούς. Τα τελευταία 10 χρόνια η παραγωγή βιοντίζελ έχει σημειώσει ιδιαίτερη ανάπτυξη στην Ευρωπαϊκή Ένωση, που είναι και ο μεγαλύτερος παραγωγός παγκοσμίως, και ιδιαίτερα στη Γερμανία. Η αύξηση αυτή της παραγωγής ενισχύεται από την επιταγή της κοινοτικής οδηγίας 2003/30/ΕΚ η οποία προβλέπει την εισαγωγή των βιοκαυσίμων στις αγορές των κρατών μελών.

Πρότυπα

Οι ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του βιοντίζελ το οποίο διακινείται στην ευρωπαϊκή αγορά προδιαγράφονται από το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ14214.

Βιοκαύσιμα

Βιοκαύσιμα (αγγλ. biofuels) ονομάζονται τα καύσιμα εκείνα στερεά, υγρά ή αέρια τα οποία προέρχονται από τη βιομάζα, το βιοδιασπώμενο δηλαδή κλάσμα προϊόντων ή αποβλήτων διαφόρων ανθρώπινων δραστηριοτήτων.

Χαρακτηριστικά

Τα βιοκαύσιμα προέρχονται από οργανικά προϊόντα και θεωρούνται ανανεώσιμα καύσιμα. Ως ανανεώσιμα καύσιμα έχουν το χαρακτηριστικό των χαμηλότερων εκπομπών CO₂ στο συνολικό κύκλο ζωής τους σε σχέση με τα συμβατικά ορυκτά καύσιμα, στοιχείο που εξαρτάται άμεσα από την προέλευση τους, τη χρήση τους αλλά και τον τρόπο παραγωγής και διανομής τους. Κατά την καύση τους τα καύσιμα αυτά εκπέμπουν περίπου ίσες ποσότητες CO₂ με τα αντίστοιχα πετρελαϊκής προέλευσης. Επειδή όμως είναι οργανικής προέλευσης ο άνθρακας τον οποίο περιέχουν έχει δεσμευτεί κατά την ανάπτυξη της οργανικής ύλης από την ατμόσφαιρα στην οποία επανέρχεται μετά την καύση κι έτσι το ισοζύγιο εκπομπών σε όλο τον κύκλο ζωής του βιοκαυσίμου είναι θεωρητικά μηδενικό. Στην πράξη επειδή κατά την παραγωγή και διακίνηση της πρώτης ύλης αλλά και των ίδιων των βιοκαυσίμων υπεισέρχονται και άλλες δραστηριότητες κατά τις οποίες παράγονται εκπομπές CO₂ το τελικό όφελος από τα καύσιμα αυτά μπορεί να είναι από πολύ μεγάλο έως μηδαμινό. Για να αποφανθεί κανείς ασφαλώς για τα περιβαλλοντικά οφέλη κάποιου βιοκαυσίμου πρέπει να πραγματοποιήσει εξειδικευμένη ανάλυση κύκλου ζωής. Σχετικά στοιχεία για διάφορα βιοκαύσιμα μπορούν να βρεθούν στη διεύθυνση

Βιοντίζελ

Πρόκειται για μεθυλ - ή αιθυλ – εστέρες λιπαρών οξέων από παρθένα ή χρησιμοποιημένα φυτικά έλαια (βρώσιμα και μη) και ζωικά λίπη. Η διαδικασία παραγωγής του περιλαμβάνει την αντίδραση τριγλυκεριδίων με μεθανόλη ή αιθανόλη.^[1]

Η πρώτη ύλη, που συμμετέχει με το μεγαλύτερο ποσοστό στην παγκόσμια παραγωγή του βιοντίζελ, είναι η ελαιοκράμβη σε ποσοστό 84 % και ακολουθεί ο ηλίανθος με ποσοστό 13 %.^[2] Για την παραγωγή του χρησιμοποιούνται όμως και άλλα φυτικά έλαια, όπως σογιέλαιο, αραχιδέλαιο, ηλιέλαιο, φοινικέλαιο, λινέλαιο, ελαιόλαδο κακής ποιότητας και τα έλαια από μαγειρεία.^[3]

Το βιοντίζελ αποτελεί ένα δοκιμασμένο βιοκαύσιμο. Η τεχνολογία για τη παραγωγή και τη χρήση του είναι γνωστή πάνω από 50 χρόνια.^[4] Ωστόσο, το βιοντίζελ φαίνεται να μη μπορεί να ικανοποιήσει ακόμη και ένα μικρό κλάσμα της υφιστάμενης ζήτησης καυσίμων για μεταφορά. Έτσι, οι προσπάθειες σήμερα στρέφονται προς μία νέα κατεύθυνση, με πολλές εταιρείες να επιχειρούν την εμπορική παραγωγή βιοντίζελ παραγόμενου από μικροφύκη.

Η ιδέα της χρήσης μικροφυκών ως πηγών βιοκαυσίμου δεν είναι νέα.^[5] Έχει έρθει όμως τα τελευταία χρόνια στο προσκήνιο, εξαιτίας της συνεχώς αυξανόμενης τιμής του πετρελαίου και κυρίως λόγω της ανησυχίας για την υπερθέρμανση του πλανήτη που σχετίζεται με τη καύση ορυκτών καυσίμων.^[6]

Όπως και τα φυτά, έτσι και τα μικροφύκη απαιτούν ηλιακή ενέργεια για την παραγωγή ελαίων. Σε αντίθεση όμως με τα φυτικά είδη, τα μικροφύκη αναπτύσσονται γρήγορα και είναι εξαιρετικά πλούσια σε έλαια. Η απόδοση τους μπορεί να υπερβεί και το 80 % σε βάρος ξηρής μάζας.^[7] Ανάλογα με το είδος, τα μικροφύκη μπορούν να παράγουν πολλά διαφορετικά είδη λιπιδίων και υδρογονανθράκων.^[8] Από αυτά, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν όλα για τα παραγωγή υγρού βιοκαυσίμου, ωστόσο πολλά από αυτά κρίνονται κατάλληλα.

Τα μικροφύκη στην παραγωγή βιοντίζελ

Τα φύκη, έχοντας την δυνατότητα να παράγουν TAGs, θεωρούνται ως δεύτερης γενιάς πρώτη ύλη στην παραγωγή βιοκαυσίμων και συγκεκριμένα παραγωγής βιοντίζελ. Έτσι, η δυνητική αξία της φωτοσύνθεσης των μικροφυκών για την παραγωγή βιοκαυσίμων είναι ευρέως αναγνωρισμένη.^[9] Τα πλεονεκτήματα των μικροφυκών έναντι άλλων ανώτερων φυτών ως πηγή μεταφοράς βιοκαυσίμων είναι πολυάριθμα:

• Τα μικροφύκη συνθέτουν και συσσωρεύουν μεγάλες ποσότητες ουδέτερων λιπιδίων/ελαίων (20-50% του ξηρού τους βάρους) και αυξάνονται με υψηλούς αριθμούς
• Η απόδοση του ελαίου ανά περιοχή των αποικιών των μικροφυκών θα μπορούσε να υπερβεί κατά πολύ την την απόδοση των βέλτιστων ελαιούχων σπόρων
• Τα μικροφύκη μπορούν να καλλιεργηθούν σε αλατούχα/υφάλμυρα/ παράκτια θαλασσινά νερά σε μη καλλιεργήσιμη γη και δεν ανταγωνίζονται για τους πόρους με τη συμβατική γεωργία
• Τα μικροφύκη χρησιμοποιούν το άζωτο και το φώσφορο από μία ποικιλία πηγών υγρών αποβλήτων (π.χ. γεωργικές απορροές, απορροές ζωοτροφών και βιομηχανικά και αστικά απόβλητα), παρέχοντας έτσι το πρόσθετο πλεονέκτημα της βιοαποκατάστασης των λυμάτων
• Τα μικροφύκη δεσμεύουν διοξείδιο του άνθρακα από τα καυσαέρια που εκπέμπονται μέσω καύσης από τα ορυκτά καύσιμα μονάδων ηλεκτροπαραγωγής και από άλλες πηγές, μειώνοντας έτσι τις εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου. Συγκεκριμένα, ένα κιλό βιομάζας φυκών απαιτεί περίπου 1,8 κιλά διοξειδίου του άνθρακα
• Τα μικροφύκη είναι ανθεκτικά σε περιθωριακά εδάφη, όπως οι έρημοι, ξηρά και ημίξερα εδάφη, τα οποία δεν είναι κατάλληλα για τη συμβατική γεωργία
• Τα μικροφύκη παράγουν προστιθέμενης αξίας παραπροϊόντα ή υποπροϊόντα, όπως βιοπολυμερή, πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες, χρωστικές ουσίες, ζωοτροφές και λιπάσματα, καθώς επίσης δεν απαιτούν ζιζανιοκτόνα και φυτοφάρμακα
• Τα μικροφύκη μεγαλώνουν σε κατάλληλα δοχεία καλλιέργειας (φωτο-βιοαντιδραστήρες) κατά τη διάρκεια του έτους με την υψηλότερη ετήσια παραγωγικότητα της βιομάζας βάσει της έκτασης.^[10][11]

Τα μικροφύκη μπορούν να παρέχουν πολλούς διαφορετικούς τύπους ανανεώσιμων βιοκαυσίμων. Αυτά περιλαμβάνουν το μεθάνιο, που παράγεται από την αναερόβια πέψη της βιομάζας των φυκών,^[12] βιοντίζελ που προέρχεται από έλαια μικροφυκών και φωτοβιολογικώς παραγόμενο βιουδρογόνο,.^[13][14]

Η εξαγωγή ελαίου από μικροφύκη απαιτεί την παραγωγή μεγάλης ποσότητας βιομάζας τους, η οποία και θα πρέπει να είναι πλούσια σε έλαια. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με το ότι η παραγωγή βιομάζας αυτών είναι πιο ακριβή από την καλλιέργεια φυτών, δυσχεραίνει την προσπάθεια για χρήση τους ως πηγές βιοκαυσίμου. Ωστόσο, το κόστος παραγωγής βιοντίζελ από μικροφύκη μπορεί να μειωθεί σημαντικά ακολουθώντας κατάλληλες στρατηγικές όπως η βελτίωση της απόδοσης των μικροφυκών μέσω της γενετικής μηχανικής. Επιπλέον, εκτός από τα έλαια, τα μικροφύκη περιέχουν και σημαντικές ποσότητες πρωτεϊνών και υδατανθράκων και άλλων θρεπτικών συστατικών.^[15] Έτσι, τα υπολείμματα από την εξαγωγή του ελαίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη παραγωγή ζωοτροφών γεγονός μπορεί να αντιταχθεί στο υψηλό κόστος παραγωγής βιομάζας τους.

Βιομάζα

Με τον όρο βιομάζα αποκαλείται οποιοδήποτε υλικό παράγεται από ζωντανούς οργανισμούς (όπως είναι το ξύλο και άλλα προϊόντα του δάσους, υπολείμματα καλλιεργειών, κτηνοτροφικά απόβλητα, απόβλητα βιομηχανιών τροφίμων κ.λπ.) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για παραγωγή ενέργειας. Το καύσιμο βιομάζας είναι γνωστό στην Ελλάδα κι ως πέλετ.

Μια μορφή βιομάζας: pellets (συσσωματώματα) τα οποία προκύπτουν από τη μηχανική συμπίεση πριονιδιού, χωρίς την προσθήκη χημικών ή συγκολλητικών ουσιών

Η ενέργεια που είναι δεσμευμένη στις φυτικές ουσίες προέρχεται από τον ήλιο. Με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τα φυτά μετασχηματίζουν την ηλιακή ενέργεια σε βιομάζα. Οι ζωικοί οργανισμοί αυτή την ενέργεια την προσλαμβάνουν με την τροφή τους και αποθηκεύουν ένα μέρος της. Αυτή την ενέργεια αποδίδει τελικά η βιομάζα, μετά την επεξεργασία και τη χρήση της. Είναι μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας γιατί στην πραγματικότητα είναι αποθηκευμένη ηλιακή ενέργεια που δεσμεύτηκε από τα φυτά κατά τη φωτοσύνθεση.

Η βιομάζα είναι η πιο παλιά και διαδεδομένη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Ο πρωτόγονος άνθρωπος, για να ζεσταθεί και να μαγειρέψει, χρησιμοποίησε την ενέργεια (θερμότητα) που προερχόταν από την καύση των ξύλων, που είναι ένα είδος βιομάζας.

Αλλά και μέχρι σήμερα, κυρίως οι αγροτικοί πληθυσμοί, τόσο της Αφρικής, της Ινδίας και της Λατινικής Αμερικής, όσο και τηςΕυρώπης, για να ζεσταθούν, να μαγειρέψουν και να φωτιστούν χρησιμοποιούν ξύλα, φυτικά υπολείμματα (άχυρα, πριονίδια, άχρηστους καρπούς ή κουκούτσια κ.ά.) και ζωικά απόβλητα (κοπριά, λίπος ζώων, άχρηστα αλιεύματα κ.ά.).

Όλα τα παραπάνω υλικά, που άμεσα ή έμμεσα προέρχονται από το φυτικό κόσμο, αλλά και τα υγρά απόβλητα και το μεγαλύτερο μέρος από τα αστικά απορρίμματα (υπολείμματα τροφών, χαρτί κ.ά.) των πόλεων και των βιομηχανιών, μπορούμε να τα μετατρέψουμε σε ενέργεια.

Χαρακτηριστικά

Η ενέργεια της βιομάζας (βιοενέργεια ή πράσινη ενέργεια) είναι δευτερογενής ηλιακή ενέργεια. Η ηλιακή ενέργεια μετασχηματίζεται από τα φυτά μέσω της φωτοσύνθεσης. Οι βασικές πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται, είναι το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα, που είναι άφθονα στη φύση.

Η μόνη φυσικά ευρισκόμενη πηγή ενέργειας με άνθρακα που τα αποθέματά της είναι ικανά ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο των ορυκτών καυσίμων, είναι η βιομάζα. Αντίθετα από αυτά, η βιομάζα είναι ανανεώσιμη καθώς απαιτείται μόνο μια σύντομη χρονική περίοδος για να αναπληρωθεί ό,τι χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας. Εν γένει, για τις διάφορες τελικές χρήσεις υιοθετούνται διαφορετικοί όροι. Έτσι, ο όρος "βιοισχύς" περιγράφει τα συστήματα που χρησιμοποιούν πρώτες ύλες βιομάζας αντί των συνήθων ορυκτών καυσίμων (φυσικό αέριο, άνθρακα) για ηλεκτροπαραγωγή, ενώ ως "βιοκαύσιμα" αναφέρονται κυρίως τα υγρά καύσιμα μεταφορών που υποκαθιστούν πετρελαϊκά προϊόντα, π.χ. βενζίνη ή ντίζελ.

Βασικό πλεονέκτημα της βιομάζας είναι ότι είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και ότι παρέχει ενέργεια αποθηκευμένη με χημική μορφή. Η αξιοποίηση της μπορεί να γίνει με μετατροπή της σε μεγάλη ποικιλία προϊόντων, με διάφορες μεθόδους και τη χρήση σχετικά απλής τεχνολογίας. Σαν πλεονέκτημά της καταγράφεται και το ότι κατά την παραγωγή και την μετατροπή της δεν δημιουργούνται οικολογικά και περιβαλλοντολογικά προβλήματα. Από την άλλη, σαν μορφή ενέργειας η βιομάζα χαρακτηρίζεται από πολυμορφία, χαμηλό ενεργειακό περιεχόμενο, σε σύγκριση με τα ορυκτά καύσιμα, λόγω χαμηλής πυκνότητας και/ή υψηλής περιεκτικότητας σε νερό, εποχικότητα, μεγάλη διασπορά, κλπ. Τα χαρακτηριστικά αυτά συνεπάγονται πρόσθετες, σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα, δυσκολίες στη συλλογή, μεταφορά και αποθήκευσή της. Σαν συνέπεια το κόστος μετατροπής της σε πιο εύχρηστες μορφές ενέργειας παραμένει υψηλό.

Εντούτοις, η έρευνα και η τεχνολογική πρόοδος που έχει πραγματοποιηθεί τα τελευταία 10 χρόνια έχουν καταστίσει τις τεχνολογίες ενεργειακής μετατροπής της βιομάζας εξαιρετικά ελκυστικές σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι προοπτικές, μάλιστα, της βιοενέργειας καθίστανται διαρκώς μεγαλύτερες και πιο ελπιδοφόρες. Στις πιο προηγμένες οικονομικά χώρες, αναμένεται να καλύπτει σημαντικό τμήμα της ενεργειακής παραγωγής μελλοντικά

Πλεονεκτήματα

1. Η καύση της βιομάζας έχει μηδενικό ισοζύγιο διοξειδίου του άνθρακα (CO2) δεν συνεισφέρει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου - επειδή οι ποσότητες του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) που απελευθερώνονται κατά την καύση της βιομάζας δεσμεύονται πάλι από τα φυτά για τη δημιουργία της βιομάζας.
2. Η μηδαμινή ύπαρξη του θείου στη βιομάζα συμβάλλει σημαντικά στον περιορισμό των εκπομπών του διοξειδίου του θείου (SO2) που είναι υπεύθυνο για την όξινη βροχή.
3. Εφόσον η βιομάζα είναι εγχώρια πηγή ενέργειας, η αξιοποίησή της σε ενέργεια συμβάλλει σημαντικά στη μείωση της εξάρτησης από εισαγόμενα καύσιμα και βελτίωση του εμπορικού ισοζυγίου, στην εξασφάλιση του ενεργειακού εφοδιασμού και στην εξοικονόμηση του συναλλάγματος.
4. Η ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας σε μια περιοχή, αυξάνει την απασχόληση στις αγροτικές περιοχές με τη χρήση εναλλακτικών καλλιεργειών (διάφορα είδηελαιοκράμβης, σόργο, καλάμι, κενάφ) τη δημιουργία εναλλακτικών αγορών για τις παραδοσιακές καλλιέργειες (ηλίανθος κ.ά.), και τη συγκράτηση του πληθυσμού στις εστίες τους, συμβάλλοντας έτσι στη κοινωνικο-οικονομική ανάπτυξη της περιοχής. Μελέτες έχουν δείξει ότι η παραγωγή υγρών βιοκαυσίμων έχει θετικά αποτελέσματα στον τομέα της απασχόλησης τόσο στον αγροτικό όσο και στο βιομηχανικό χώρο.
5. Είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας

Μειονεκτήματα

1. Ο αυξημένος όγκος και η μεγάλη περιεκτικότητα σε υγρασία, σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα δυσχεραίνουν την ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας.
2. Η μεγάλη διασπορά και η εποχιακή παραγωγή της βιομάζας δυσκολεύουν την συνεχή τροφοδοσία με πρώτη ύλη των μονάδων ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας.
3. Βάσει των παραπάνω παρουσιάζονται δυσκολίες κατά τη συλλογή, μεταφορά, και αποθήκευση της βιομάζας που αυξάνουν το κόστος της ενεργειακής αξιοποίησης.
4. Οι σύγχρονες και βελτιωμένες τεχνολογίες μετατροπής της βιομάζας απαιτούν υψηλό κόστος εξοπλισμού, συγκρινόμενες με αυτό των συμβατικών καυσίμων.

Στην Ελλάδα υπάρχει μεγάλη διαθεσιμότητα pellets βιομάζας καθόσον λειτουργούν 5 εργοστάσια παραγωγής πελλετών, ενώ εντός του 2010 αρχίσε παραγωγή και ένα έκτο στο Νευροκόπι που είναι και το μεγαλύτερο στη χώρα.^[2]

Biomass (ecology)

Biomass, in ecology, is the mass of living biological organisms in a given area or ecosystem at a given time. Biomass can refer tospecies biomass, which is the mass of one or more species, or to community biomass, which is the mass of all species in the community. It can include microorganisms, plants or animals.^[4] The mass can be expressed as the average mass per unit area, or as the total mass in the community.

How biomass is measured depends on why it is being measured. Sometimes, the biomass is regarded as the natural mass of organismsin situ, just as they are. For example, in a salmon fishery, the salmon biomass might be regarded as the total wet weight the salmon would have if they were taken out of the water. In other contexts, biomass can be measured in terms of the dried organic mass, so perhaps only 30% of the actual weight might count, the rest being water. For other purposes, only biological tissues count, and teeth, bones and shells are excluded.

In stricter^{[according to whom?]} scientific applications, biomass is measured as the mass of organically bound carbon (C) that is present. Apart from bacteria, the total live biomass on earth is about 560 billion tonnes C,^[1] and the total annual primary production of biomass is just over 100 billion tonnes C/yr.^[5] However, the total live biomass of bacteria may exceed that of plants and animals.

An ecological pyramid is a graphical representation that shows, for a given ecosystem, the relationship between biomass or biological productivity and trophic levels.

• A biomass pyramid shows the amount of biomass at each trophic level.
• A productivity pyramid shows the production or turn-over in biomass at each trophic level.

An ecological pyramid provides a snapshot in time of an ecological community.

The bottom of the pyramid represents the primary producers (autotrophs). The primary producers take energy from the environment in the form of sunlight or inorganic chemicals and use it to create energy-rich molecules such as carbohydrates. This mechanism is calledprimary production. The pyramid then proceeds through the various trophic levels to the apex predators at the top.

When energy is transferred from one trophic level to the next, typically only ten percent is used to build new biomass. The remaining ninety percent goes to metabolic processes or is dissipated as heat. This energy loss means that productivity pyramids are never inverted, and generally limits food chains to about six levels. However, in oceans, biomass pyramids can be wholly or partially inverted, with more biomass at higher levels.

Terrestrial biomass generally decreases markedly at each higher trophic level (plants, herbivores, carnivores). Examples of terrestrial producers are grasses, trees and shrubs. These have a much higher biomass than the animals that consume them, such as deer, zebras and insects. The level with the least biomass are the highest predators in the food chain, such as foxes and eagles.

In a temperate grassland, grasses and other plants are the primary producers at the bottom of the pyramid. Then come the primary consumers, such as grasshoppers, voles and bison, followed by the secondary consumers, shrews, hawks and small cats. Finally the tertiary consumers, large cats and wolves. The biomass pyramid decreases markedly at each higher level.

Ocean biomass, in a reversal of terrestrial biomass, can increase at higher trophic levels. In the ocean, the food chain typically starts with phytoplankton, and follows the course:

Phytoplankton → zooplankton → predatory zooplankton → filter feeders → predatory fish

Phytoplankton are the main primary producers at the bottom of the marine food chain. Phytoplankton use photosynthesis to convert inorganic carbon into protoplasm. They are then consumed by microscopic animals called zooplankton.

Zooplankton comprise the second level in the food chain, and includes small crustaceans, such as copepods and krill, and the larva of fish, squid, lobsters and crabs.

In turn, small zooplankton are consumed by both larger predatory zooplankters, such as krill, and by forage fish, which are small schooling filter feeding fish. This makes up the third level in the food chain.

Biomass

Biomass is biological material derived from living, or recently living organisms. It most often refers to plants or plant-based materials which are specifically called lignocellulosic biomass.[1] As an energy source, biomass can either be used directly via combustion to produce heat, or indirectly after converting it to various forms of biofuel. Conversion of biomass to biofuel can be achieved by different methods which are broadly classified into: thermal, chemical, and biochemical methods. Wood remains the largest biomass energy source today;[2] examples include forest residues (such as dead trees, branches and tree stumps), yard clippings, wood chips and even municipal solid waste. In the second sense, biomass includes plant or animal matter that can be converted into fibers or other industrial chemicals, including biofuels. Industrial biomass can be grown from numerous types of plants, including miscanthus, switchgrass, hemp, corn, poplar, willow, sorghum, sugarcane, bamboo,[3] and a variety of tree species, ranging from eucalyptus to oil palm (palm oil). Plant energy is produced by crops specifically grown for use as fuel that offer high biomass output per hectare with low input energy. Some examples of these plants are wheat, which typically yield 7.5–8 tonnes of grain per hectare, and straw, which typically yield 3.5–5 tonnes per hectare in the UK.[4] The grain can be used for liquid transportation fuels while the straw can be burned to produce heat or electricity. Plant biomass can also be degraded from cellulose to glucose through a series of chemical treatments, and the resulting sugar can then be used as a first generation biofuel. Biomass can be converted to other usable forms of energy like methane gas or transportation fuels like ethanol and biodiesel. Rotting garbage, and agricultural and human waste, all release methane gas—also called "landfill gas" or "biogas." Crops, such as corn and sugar cane, can be fermented to produce the transportation fuel, ethanol. Biodiesel, another transportation fuel, can be produced from left-over food products like vegetable oils and animal fats.[5] Also, biomass to liquids (BTLs) and cellulosic ethanol are still under research.[6][7] There is a great deal of research involving algal, or algae-derived, biomass due to the fact that it’s a non-food resource and can be produced at rates 5 to 10 times faster than other types of land-based agriculture, such as corn and soy. Once harvested, it can be fermented to produce biofuels such as ethanol, butanol, and methane, as well as biodiesel and hydrogen. The biomass used for electricity generation varies by region. Forest by-products, such as wood residues, are common in the United States. Agricultural waste is common in Mauritius (sugar cane residue) and Southeast Asia (rice husks). Animal husbandry residues, such as poultry litter, are common in the UK.

Biomass sources[edit]

Eucalyptus in Brazil, remains of the tree are reused for biomass power generation.

Historically, humans have harnessed biomass-derived energy since the time when people began burning wood to make fire.^[2] Even in today's modern era, biomass is the only source of fuel for domestic use in many developing countries. Biomass is all biologically-produced matter based in carbon, hydrogen and oxygen. The estimated biomass production in the world is 104.9 petagram (104.9 * 10¹⁵ g) of carbon per year, about half in the ocean and half on land.^[9]

Wood remains the largest biomass energy source today;^[2] examples include forest residues (such as dead trees, branches and tree stumps), yard clippings, wood chips and even municipal solid waste. Wood energy is derived by using lignocellulosic biomass (second generation biofuels) as fuel. This is either using harvested wood directly as a fuel, or collecting from wood waste streams. The largest source of energy from wood is pulping liquor or "black liquor," a waste product from processes of the pulp, paper and paperboard industry.^{[citation needed]} In the second sense, biomass includes plant or animal matter that can be converted into fibers or other industrialchemicals, including biofuels. Industrial biomass can be grown from numerous types of plants, including miscanthus, switchgrass, hemp,corn, poplar, willow, sorghum, sugarcane, bamboo,^[3] and a variety of tree species, ranging from eucalyptus to oil palm (palm oil).

Based on the source of biomass, biofuels are classified broadly into two major categories. First generation biofuels are derived from sources such as sugarcane and corn starch etc. Sugars present in this biomass are fermented to produce bioethanol, an alcohol fuel which furthermore can be used directly in a fuel cell to produce electricity or serve as an additive to gasoline. However, utilizing food based resource for fuel production aggravates food shortage problem.^[10] Second generation biofuels on the other hand utilize non-food based biomass sources such as agriculture and municipal waste. It mostly consists oflignocellulosic biomass which is not edible and is a low value waste for many industries. Despite being the favored alternative, economical production of second generation biofuel is not yet achieved due to technological issues. These issues arise mainly due to chemical inertness and structural rigidity of lignocellulosic biomass.^[11][12][13]

Plant energy is produced by crops specifically grown for use as fuel that offer high biomass output per hectare with low input energy. Some examples of these plants are wheat, which typically yield 7.5–8 tons (tonnes?) of grain per hectare, and straw, which typically yield 3.5–5 tons (tonnes?) per hectare in the UK.^[4] The grain can be used for liquid transportation fuels while the straw can be burned to produce heat or electricity. Plant biomass can also be degraded from cellulose to glucose through a series of chemical treatments, and the resulting sugar can then be used as a first generation biofuel.

The main contributors of waste energy are municipal solid waste (MSW), manufacturing waste, and landfill gas. Energy derived from biomass is projected to be the largest non-hydroelectric renewable resource of electricity in the U.S between 2000 and 2020.^[14]

Biomass can be converted to other usable forms of energy like methane gas or transportation fuels like ethanol and biodiesel. Rotting garbage, and agricultural and human waste, all release methane gas—also called "landfill gas" or "biogas." Crops, such as corn and sugar cane, can be fermented to produce the transportation fuel, ethanol. Biodiesel, another transportation fuel, can be produced from left-over food products like vegetable oils and animal fats.^[5] Also, biomass to liquids (BTLs) and cellulosic ethanol are still under research.^[6][7]

There is a great deal of research involving algal, or algae-derived, biomass due to the fact that it’s a non-food resource and can be produced at rates 5 to 10 times those of other types of land-based agriculture, such as corn and soy. Once harvested, it can be fermented to produce biofuels such as ethanol, butanol, and methane, as well as biodiesel andhydrogen. Efforts are being made to identify which species of algae are most suitable for energy production. Genetic engineering approaches could also be utilized to improve microalgae as a source of biofuel.^[15]

The biomass used for electricity generation varies by region. Forest by-products, such as wood residues, are common in the United States. Agricultural waste is common inMauritius (sugar cane residue) and Southeast Asia (rice husks). Animal husbandry residues, such as poultry litter, are common in the UK

Common commodity food crops

• Alfafa: 4–6 tons/acre^[16]

• Barley: grains – 1.6–2.8 tons/acre, straw – 0.9–2.5 tons/acre, total – 2.5–5.3 tons/acre^[17]

• Canola: seeds –, stalks –, total –

• Corn: grains – 3.2–4.9 tons/acre, stalks and stovers – 2.3–3.4 tons/acre, total – 5.5–8.3 tons/acre^[16]

• Jerusalem artichokes: tubers –, stalks –, total –

• Oats: grains – 1.4–5.4 tons/acre, straw – 1.9–3.2 tons/acre, total – 3.3–8.6 tons/acre^[17]

• Potatoes: tubers –, tops –, total –

• Rye: grains – 2.1–2.4 tons/acre, straw – 2.4–3.4 tons/acre, total – 4.5–5.8 tons/acre^[17]

• Sorghum:

• Soybeans:

• Sugar beets:

• Sugar cane:

• Sun flowers:

• Sweet potatoes:

• Triticale:

• Wheat: grains – 1.2–4.1 tons/acre, straw – 1.6–3.8 tons/acre, total – 2.8–7.9 tons/acre^[17]

Woody crops

• Coconuts:

• Gliricidia:

• Oil palm:

• Pine:

• Poplar:

Not yet in commercial planting

• Energy beets

• Energy cane

• Giant miscanthus: 5–15 tons/acre ^[18]

• Switchgrass: 4–6 tons/acre^[16]

Genetically modified varieties

• Energy Sorghum