ביומסה (מקור אנרגיה)

ביומסה היא חומר אורגני המצוי בטבע, שמקורו בבעלי חיים וצמחים ומשמש להפקת אנרגיה. ניתן להשתמש בביומסה ממקור מתחדש וכזה שאינו מתחדש. חומרי הגלם העיקריים מהם ניתן להפיק אנרגיה הם מסה חקלאית (גזם עצים), סוגי פסולת שונים כמו פסולת ביתית ועירונית, פרש בעלי חיים וביוב.

ניתן להפיק מביומסה אנרגיה בדרך ישירה או עקיפה. הדרך הנפוצה ביותר היא שרפה ישירה של ביומסה, לייצור חום או המרה לחשמל. דרך נוספת היא הפיכת הביומסה לביוגז, על ידי תהליכי עיכול אנאירובי , גזיפיקציה ופירוליזה. את הביוגז ניתן להמיר לדלק ביולוגי, כתחליף לדלקים הקונבנציונליים. 

עיכול אנאירובי אינו תהליך מאוד יעיל להפקת אנרגיה, מהסיבה שנותר חומר אורגני לא מנוצל. מ-100 טונות פסולת ניתן להפיק ביוגז השווה ל-1 מגה ואט. לעומת זאת, בשיטות תרמיות של שרפה או מיחזור ניתן להפיק אנרגיה בצורת חום. את האנרגיה הזו ניתן להמיר לביו-דלקים. בשיטות תרמיות ניתן להפיק פי שלושה יותר אנרגיה לכל טון חומר מאשר בתהליך עיכול אנאירובי. מלבד זאת, בשיטות תרמיות נפלטת כמות קטנה יותר של אפר כתוצר לוואי.

ביומסה בעולם

על פי משרד האנרגיה האמריקאי, השימוש בביומסה כמקור לאנרגיה מתחדשת, מהווה כ-4% מכלל האנרגיה בעולם. בשנת 2019 הביומסה סיפקה כ-5% מכלל השימוש באנרגיה ראשונית בארצות הברית. מתוך 5% אלו, כ-46% מהאנרגיה שמקורה בעץ, 46% מאנרגיה שמקורה בדלקים ביולוגיים ו-8% נוספים שמקורם בפסולת אורגנית עירונית.

באסיה ובאפריקה השימוש הביתי בביומסה הוא הגבוה ביותר. יבשות אלו מהוות חלק גדול באספקה מקומית של ביומסה, עקב השימוש המוגבר בפחם ובעץ בעירה לצורך חימום ובישול. לעומת זאת, ארצות הברית וברזיל מובילות בייצור של דלקים ביולוגיים נוזליים, בשל ייצור גבוה של ביו-אתנול מתירס בארצות הברית וקני סוכר בברזיל. ארצות אלו יחד מהוות יותר מ-70% מכלל אספקת הדלקים הביולוגיים העולמית. בנוסף לכך, אירופה היא ספקית הביוגז הגדולה ביותר בעולם, ומהווה יותר מ-50% מאספקת הביוגז העולמית. נוסף לכך תחנת כוח ביומסה לא מזהמת את הסביבה.

בעקבות גילוי עתודות הגז והנפט, אשר עשויות להוות כמקור לדלקים בשנים הקרובות, בארצות הברית מפנים את תשומת הלב לייצור דלק מימן מביומסה (ומנגד, הפחתה בייצור דלקים חלופיים באמצעות הביומסה). העיקרון בייצור דלק מימן מביומסה מתבצע על ידי המרת הביומסה לגז או נוזל, והפרדתו משאר המולקולות. דלק מימן עשוי לשמש כדלק עתידי נקי יותר. ניתן להשתמש בו בתאי דלק או במנועי בעירה פנימית.

הפקת אנרגיה מפסולת אורגנית עירונית

ברחבי העולם נעשה שימוש בפסולת אורגנית עירונית כמקור לאנרגיה, בעיקר להפקת חשמל וחום. פסולת אורגנית זו, משמשת כמקור ליצירת אנרגיה על ידי תהליכים שונים, ביניהם, עיכול אנאירובי או שימוש במשרפות. תהליך הפקת האנרגיה מפסולת זו מתבצע על ידי הפרדת הפסולת לשני זרמים: זרם "רטוב", הכולל בעיקר שאריות של מזון, וזרם "יבש", שמכיל פלסטיק, נייר, אריזות וזכוכית. השימוש בפסולת אורגנית עירונית להפקת אנרגיה נפוץ מאוד במדינות אירופה. כ-15% מן הפסולת הביתית בשוודיה עובר תהליך של עיכול אנאירובי להפקת ביוגז ודשן מוצק. לעומת זאת, 51% מהפסולת האורגנית העירונית מנוצלת לצורכי הפקת אנרגיה במשרפות. באסיה נפוץ מאוד השימוש במעכלים אנאירוביים, לצורכי הפקת אנרגיה לחימום, חשמל ובישול.

הפקת אנרגיה ממסה חקלאית

ענף החקלאות מהווה פחות מ-10% מאספקת הביומסה העולמית לצורך הפקה של ביואנרגיה. שימושים עיקריים ביבולים חקלאיים להפקת אנרגיה מתבססים על ייצור של ביוגז ודלקים ביולוגיים. בנוסף יש שימוש ישיר לצורכי חימום ובישול. גידולים מקובלים לצרכים אלו הם התירס וקני סוכר, המשמשים להפקת דלק ביולוגי. כמו כן, קיים פוטנציאל להפקת אנרגיה מקליפת אורז וחיטה. השימוש בגידולים החקלאיים כביומסה לצורך הפקה של ביואנרגיה הוא קטן ביחס לשימושם לצורך ייצור של מזון.

הפקת אנרגיה ליצירת דלקים ביולוגיים

נכון לשנת 2017, הופקו ברחבי העולם כ-138 מיליארד ליטרים של דלק ביולוגי. דלק זה כלל בתוכו ביואתנול, ביו-דיזל ושמנים צמחיים. הביואתנול שמיוצר מקנה סוכר ותירס היווה 62% מייצור הדלק הביולוגי העולמי באותה השנה. ארצות הברית וברזיל אחראיות על כ-87% מהייצור העולמי של הביואתנול, כאשר אירופה ואסיה ייצרו כל אחת כ-6%–7%. ניתן לייצר ביו-דיזל בין השאר מגידולים של פולי סויה. בשנת 2017 הייתה אירופה היצרנית המובילה ביותר של הביו-דיזל, עם כ-44% מסה"כ הייצור העולמי, ואחריה דרום אמריקה שייצרה כ-37% באותה השנה.

הפקת אנרגיה ליצירת חשמל וחימום

באירופה קיימות תחנות כוח מסוג קוגנרציה המשתמשות בביומסה כחומר דלק לצורכי הפקת חשמל וחום. עקב האקלים הקר השורר במדינות אירופה, תחנות כוח אלו יכולות להוות יתרון משמעותי, משום שבנוסף לייצור החשמל הן מספקות חום למשקי הבית. בצורה זו, החום הנוצר בתחנות הכוח הללו אינו מתבזבז. בתחנות כוח אלו נעשה שימוש בתעשיית העצים, כחומר גלם איכותי, כמו גם, בפסולת חקלאית (קש). בתחנות כוח אלו ישנה פליטה מופחתת של גזי חממה, ובפרט, פליטה מופחתת של פחמן, בהשוואה לתחנות כוח הפועלות על פחם או מזוט, אך הן מזהמות יותר מתחנות כוח הפועלות על גז טבעי או בטכנולוגיה של גזיפיקציה.

בישראל

בישראל מיוצרים מדי שנה כ-5 מיליון טונות של פסולת עירונית, מתוכן כ-1.8 מיליון טונות פסולת אורגנית עירונית, שמהם ניתן להפיק אנרגיה. לפי תחזיות המשרד להגנת הסביבה משנת 2014, קצב הגידול השנתי של פסולת אורגנית נע בין 3%–5%, כך שעד שנת 2025 ייווצרו מדי שנה כ-5.5 מיליון טונות של פסולת אורגנית עירונית. על פי ההערכות, מכמות פסולת זו ניתן לייצר כ-4% מכלל החשמל המיוצר בישראל. בשנת 2015 התקבלה החלטה ממשלתית לפיה הוגדרו יעדים להפקת חשמל מאנרגיה מתחדשת – 13% מהיקף הייצור עד שנת 2025, וכ-17% עד סוף שנת 2030.

הפקת אנרגיה ממקורות פסולת

הפקת אנרגיה משפכים

בישראל פסולת השפכים נעמדת מדי שנה ב-500 מיליון קוב, למרות הכמויות הגדולות של פסולת זו, אין כדאיות כלכלית להפיק ממנה אנרגיה כביוגז בגלל עלויות גבוהות הנובעות מכך ששפכים מימיים מכילים כמות מועטה של חומר אורגני, כיוון שהם מהולים במים למטרות שינוע. עיקר הפקת האנרגיה משפכים מימיים בישראל מתמקדת בהפקת בוצה (120 אלף טונות בוצה יבשה ו-600 אלף טונות בוצה רטובה). מבוצה זו ניתן לייצר מדי שנה כ-0.2 מיליון טונות דשן מוצק בתהליך עיכול אנאירובי רטוב. נכון לשנת 2013 59% מהבוצה בישראל הופנתה ליצירת קומפוסט לחקלאות, 3% הוטמנה ו-38% הוזרמה לים מהשפד"ן.

הפקת אנרגיה מפסולת שמנים

נכון לשנת 2014 כמות השמן הנצרכת בישראל למאכל נאמדת ב-250 אלף טונות. מכמות זו, בין 50–100 אלף טונות בשנה מושלכים כפסולת. 15–40 אלף טונות מפסולת זו מגיע מהמגזר הפרטי. לרוב פסולת זו מושלכת אל הביוב, כאשר רובה נספגת בבוצת מכוני טיהור השפכים או שוקעת. בישראל רק כ-15 אלף טונות מפסולת זו מופרדת במכונים ממי השופכין, כאשר חלקה משמש לייצור ביו-דיזל. אפשרות נוספת להפקת ביו-דיזל היא משומן של בעלי חיים מבתי מטבחיים, הנאמדת בכ-4 אלף טונות בשנה. כ-30 אלף טונות בשנה של פסולת זו נאספים לצורך הפקת ביודיזל, כמות השווה לכ-1% מצריכת הסולר השנתית בישראל או 0.5% אחוז מצריכת הדלק לתחבורה. 

הפקת אנרגיה מפסולת עירונית

מדי שנה מיוצרים בישראל כ-2 מיליון טונות של פסולת אורגנית עירונית. למרות הפוטנציאל בשימוש בשיטות תרמיות, בישראל נעשה שימוש בעיכול אנאירובי לצורך הפקת חומר דישון מבוקש במגזר החקלאות. בעיכול אנאירובי יבש ניתן לייצר 1.2 מיליון טונות של דשן מוצק בשנה.

הפקת אנרגיה מפסולת חקלאית וגזם

מדי שנה מיוצרים כ-5 מיליון טונות פסולת החקלאית האורגנית וישנו פוטנציאל גבוה להפקת אנרגיה מפסולת זו. הבעיה המרכזית בהפקת אנרגיה מפסולת חקלאית היא בריכוז ושינוע הפסולת עקב עלויות יקרות לענף החקלאות. כתוצאה מכך כ-40% מהפסולת החקלאית אינה מטופלת כראוי. ביערות קק"ל קיימת פסולת גזם בהיקף של 70 אלף טונות בשנה, אך בשל בעיות השינוע היא אינה מנוצלת. על פי הערכות, כמות הגזם המיוצרת בישראל מדי שנה עומדת על כ-1.1 מיליון טונות, אך רק 620 אלף טונות מנוצלים. מכמות חומר זו ניתן להפיק כ-51 מגה-ואט חשמל בגזיפיקציה או לחלופין כ-220–310 אלף טונות ביו-פחם, המשמש 3% מכלל כמות הפחם בישראל.

הפקת אנרגיה מפסולת פלסטיק

כמות פסולת הפלסטיק בישראל מוערכת מדי שנה בכ-270 אלף טונות פסולת, רובה אריזות פלסטיק. יש פוטנציאל גבוה להפקת אנרגיה מפסולת פלסטיק, כיוון שפסולת זו עתירה באנרגיה הרבה יותר משאר סוגי הפסולת. ניתן להפיק אנרגיה מפסולת פלסטיק באמצעות שיטות תרמיות כמו גזיפיקציה ופירוליזה. מבחינה סביבתית ובריאותית שיטת הגזיפיקציה עדיפה, אך מבחינה כלכלית עדיפה שיטת פירוליזה. בישראל מרבית פסולת הפלסטיק עוברת מחזור היות ששיטת הפירוליזה היא טכנולוגיה חדשה יחסית עם יישום מועט בקנה מידה ארצי. כמו כן על מנת להשיב אנרגיה באמצעות שיטה זו נדרש שינוע של הפסולת ברחבי הארץ.

אתגרים

בישראל קיים אקלים מדברי ים-תיכוני כלומר במרבית השנה מזג האוויר חם ויבש. לעובדה זו יש משמעות כאשר מתכננים הפקת אנרגיה מפסולת. לדוגמה, בעיכול אנאירובי נדרש לחמם את הפסולת לטמפרטורה בין 35–70 מעלות צלזיוס. בישראל, לעומת אירופה, אין צורך להשקיע אנרגיה רבה בחימום, בזכות האקלים. מנגד, האקלים המדברי גורם לכך שפסולת נרקבת בצורה מהירה יותר וגורמת לפליטת גזי חממה וסירחון.

מרבית האנרגיה שמיוצרת מביומסה בישראל מנוצלת לצורכי חשמל. על מנת לייצר חשמל מאנרגיה מתחדשת נדרשת תשתית עם קיבולת ועמידות גבוהה. ייצור החשמל מתבצע במספר תחנות כוח בדרום ובצפון, רחוק יחסית ממוקדי הצריכה ולכן ישנו גם צורך בשינוע רב של חשמל. נוסף על כך ייצור חשמל ממקור אנרגיה מתחדשת כרוך בביזור (גגות ומבנים) שטחים נרחבים, דבר המגדיל משמעותית את היקף השינוע של החשמל. היקף יצור החשמל הוא תנודתי מאוד ומשתנה בהתאם לשעה ביום לעונה ולמזג האוויר. כיוון שאין יכולת לאגור חשמל במתקני הייצור בהיקפים משמעותיים ועל מנת להרחיב את השימוש באנרגיות מתחדשות, נדרש להקים תשתית עמידה בפני שינויים תכופים בהיקפים ושינוע של חשמל.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ביומסה בוויקישיתוף

• החלטה ממשלתית מספר 542 - הפחתת פליטות גזי חממה וייעול צריכת האנרגיה במשק.
• ביומסה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)