Energy assessment of Miscanthus x giganteus cultivation based on H.T. Odum's energy value theory

• Autorzy: Brzychczyk B. , Gielzecki J.

Warianty tytułu

PL

Energetyczna ocena uprawy Miscanthus x giganteus w oparciu o energetyczną teorię wartości H.T.Oduma

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The subject matter of an emergy analysis was the environmental system of a model miscanthus×giganteus cultivation. Assessment of environmental work contribution to the cultivation of renewable biomass was performed based on the energy value theory (EVT) created by Howard T. Odum, which combines the principles of thermodynamics, ecology and economics by means of a single unit of measurement – emergy. The concept of emergy is based on energy transformation ratio between each elements of the ecosystem and emergy is a measure of quality differences between different forms and streams of energy. Flow of energy and materials between the environment and the model cultivation was determined. The analysis of emergy allowed the evaluation of all identified streams that power the analysed system, especially the ones which are omitted by traditional economics due to inability to price or to common availability. EVT, whose principles are based on transformation of primary solar energy that powers all systems within the cycle of life on our planet, opens the real environmental costs for assessment. In order to determine and consider the value of environment in the process of biomass production, a basic study was conducted for a model cultivation of miscanthus within the scope of elemental analysis of collected biomass and soil. An attempt was made at the assessment of environmental contribution into a renewable energy source, that is, biomass. The results showed that the contribution of soil components emergy in the creation of biomass was the most significant. Renewability of the analysed system reached 18%, which proves considerable instability of the system. Eighty two percent of environmental contribution into the formation of renewable biomass was constituted by non-renewable sources which may result in degradation of the local ecosystem over a short period of time. Cultivation requires to be supplied with basic nutrients in order to restore environmental balance. The cost of environmental contribution not considered by humans was circa 314 $ yearˉ¹.

PL

Przedmiotem analizy emergetycznej był system środowiskowy modelowej uprawy rośliny energetycznej miskanthus×giganteus. Do oceny wkładu pracy środowiska na rzecz uprawy odnawialnej biomasy zastosowano energetyczną teorię wartości (ETW) stworzoną przez Howarda T. Oduma, łączącą zasady termodynamiki, ekologii i ekonomii za pomocą jednej jednostki miary – emergii. Koncepcja emergii opiera się na stopniu przetwarzania energii między poszczególnymi elementami ekosystemu oraz odzwierciedla ona różnice w jakości między różnymi formami i strumieniami bilansowanej energii. Dla systemu określono przepływy energii i materiałów między środowiskiem a modelową uprawą. Analiza emergii pozwoliła ocenić wszystkie wyróżnione strumienie zasilające analizowany system, a zwłaszcza te, które klasyczna ekonomia pomija z uwagi na niewycenialność lub powszechną dostępność. ETW opierając swoje założenia na transformacji i przekształceniu podstawowej energii słonecznej zasilającej wszystkie układy w cyklu życia naszej planety, stwarza możliwość oceny rzeczywistych kosztów środowiskowych. Celem określenia i rozważenia wartości środowiska w procesie tworzenia biomasy przeprowadzono badania podstawowe dla modelowej uprawy miskanta, w zakresie analizy elementarnej zebranej biomasy oraz gleby. Dokonano próby wyceny pracy środowiska na rzecz odnawialnego źródła energii w postaci biomasy. Wyniki wykazały, że największy udział w tworzeniu biomasy miała emergia składników gleby. Odnawialność analizowanego systemu kształtowała się na poziomie 18%, co świadczy o dużej nietrwałości systemu. Osiemdziesiąt dwa procent wkładu środowiska w budowę odnawialnej biomasy stanowią źródła nieodnawialne, co w krótkim terminarzu skutkować może degradacją lokalnego ekosystemu. Uprawa wymaga zasilenia w podstawowe składniki celem przywrócenia równowagi w środowisku. Koszt pracy środowiska, nieuwzględniany przez człowieka, wyniósł około 314 $ na rok.

Słowa kluczowe

EN

energy assessment; Miscanthus x giganteus; plant cultivation; H.T.Odum's energy value; energy value

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Agrophysica
• Rocznik: 2016
• Tom: 23
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.331-345,fig.,ref.

Twórcy

autor

Brzychczyk B.

• Faculty of Production and Power Engineering, University of Agriculture in Krakow, Balicka 116B, 30-149 Krakow, Poland

autor

Gielzecki J.

• Faculty of Production and Power Engineering, University of Agriculture in Krakow, Balicka 116B, 30-149 Krakow, Poland

Bibliografia

• Abramovitz J.N., 1997. Valuing nature’s services In: State of the world 1997 (Eds L.R Brown, J.N. Abramovitz, C. Bright, C. Flavin, H.F. French, G. Gardner, A.P. McGinn, M. Renner, D.M. Roodman, L. Starke). London, Earthscan Publications Ltd., 95-114.
• Brown M.T., Bardi E., Campbell D.E., Comar V., Haung S., Rydberg T., Tilley D., Ulgiati S., 2007. Emergy Synthesis 4: Theory and Applications of the Emergy Methodology. Proceedings of the 4th Biennial Emergy Conference. Center for Environmental Policy. University of Florida, Gainesville.
• Brown M.T., Ulgiati S., 2004. Emergy analysis and environmental accounting. Encyclopedia Energy, 2, 329-354. DOI: 10.1016/B0-12-176480-X/00242-4
• Cavalett O, Ferrza de Queiroz J, Ortega E., 2006. Emergy assessment of integrated production systems of grains, pig and fish in small farms in the South Brazil. Ecol. Model., 193, 205-224. DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2005.07.023
• Cohen M.J., Brown M.T., Shepherd K.D., 2006. Estimating the environment al costs of soil erosion AT multiple scales in Kenya using emergy synthesis, Agric. Ecosyst. Environ., 114, 249-269. DOI: 10.1016/j.agee.2005.10.021.
• GeoModel Solar s.r.o. (Slovakia), 2011. Global horizontal irradiation map of Poland. www.solargis.info, 17.04.2014.
• GUS, 2013. Environmental Protection 2013. Information and Statistics. GUS. Warsaw.
• Lefroy E., Rydberg T., 2003. Emergy evaluation of three cropping systems in southwestern Australia, Ecol. Model., 161,195-211. DOI: 10.1016/S0304-3800(02)00341-1.
• Lewandowski I., Heinz A., 2003. Delayed harvest of Miscanthus - influences on biomass quantity and quality and environmental impacts of energy production. Eur. J. Agron., 19, 45-63. DOI: 10.1016/S1161-0301(02)00018-7.
• Lorenc H., 1996. Structure and energy resources of wind in Poland (in Polish). Mat. Bad. seria: Meteorologia, 25, 155. Warszawa. IMGW.
• Odum H.T., Brown M.T., Brandt-Williams S., 2000. Introduction and Global Budget in Handbook of Emergy Evaluation: A compendium of data for emergy computation issued in series of folios. Gainsville (FL) Center of Environmental Policy. University of Florida: http://cep.ees.ufl.edu/emergy/documents/folios/Folio_01.pdf, access 06.06.2014.
• Odum H.T., 1983. Systems Ecology: An Introduction. John Wiley, New York, USA, 644.
• Odum TH., 1996. Environmental Accounting. Emergy end Environmental Decision Making. New York. USA. 295.
• Surface meteorology and Solar Energy (USA), 2014. NASA Langley Research Center https://eosweb.larc.nasa.gov. Radiation-budget. access 26.04.2014.
• Tytko R., 2009. Renewable sources of energy (in Polish). Warszawa.
• Ulgiati S., Brown M.T., 2009. Emergy and ecosystem complexity, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 14:310-321.DOI: 10.1016/j.cnsns.2007.05.028
• Ulgiati S., Odum H.T., Bastianoni S., 1994. Emergy use, Environmental loading and sustainability. An emergy analysis of Italy. Ecol. Model., 73, 215-268. DOI: 10.1016/0304-3800(94)90064-7.