energie termică

J.D. Keita este ofițer forestier regional la Biroul regional FAO pentru Africa, Accra, Ghana.

În țările sudano-saheliene din Africa, aprovizionarea cu cererea internă de energie este problema majoră a silviculturii.

În acest articol, autorul prezintă o comparație pas cu pas a bilanțului energetic pentru lemnul de foc și pentru cărbunele folosit ca combustibil casnic. El analizează implicațiile politicii forestiere ale descoperirilor sale și spune cum satisfacerea necesităților de energie poate contribui la îmbunătățirea gestionării și producției pădurilor în regiune.

· Lemnul combustibil este sursa principală de energie internă în toată zona sudan-saheliană a Africii. În unele cazuri, lemnul este ars direct. În altele este transformat mai întâi în cărbune.

Pe măsură ce populațiile cresc și urbanizarea continuă să crească, vor crește și nevoile urbane de lemn de combustibil. Acest lucru va avea implicații semnificative pentru gestionarea resurselor forestiere. Pe de o parte, va pune cereri și mai grele asupra acestor resurse. În același timp, totuși, poate deschide noi oportunități pentru îmbunătățirea gestionării pădurilor, oferind stimulente economice care până acum au lipsit.

Acest articol explorează un mod în care aceste noi oportunități ar putea fi realizate, comparând mai întâi meritele relative ale cărbunelui față de lemn din punct de vedere energetic și apoi sugerând implicațiile politicii forestiere ale creșterii utilizării cărbunelui în zonele urbane.

Mulți factori influențează alegerea combustibililor, inclusiv disponibilitatea, prețul, tradiția și preferința personală, iar acești factori trebuie luați în considerare și în discutarea subiectului combustibililor.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că, pentru ușurința explicării, următoarea comparație energetică se referă în mod necesar la o gamă relativ restrânsă de variabile. În realitate, condițiile pot varia foarte mult în ceea ce privește elemente precum umiditatea lemnului, tehnologia disponibilă, eficiența aragazului și așa mai departe. Prin urmare, rezultatele prezentate mai jos sunt destinate să ilustreze principiile de bază.

Din punct de vedere energetic, atunci, ce este mai bine: lemn sau cărbune? Fiecare are susținătorii săi: susținătorii arderii directe a lemnului susțin că producerea cărbunelui risipește multă energie. Susținătorii cărbunelui spun că acest lucru trece cu vederea faptul că cărbunele are un randament energetic mult mai bun decât o greutate egală a lemnului. Prin urmare, ar trebui să se întocmească mai întâi un bilanț energetic real al procesului implicat pentru a determina dacă există o risipă energetică globală în transformarea lemnului în cărbune în loc să îl folosiți direct.

Indiferent dacă se utilizează lemn sau cărbune, sunt necesare și alte forme de energie și, în țările în curs de dezvoltare fără resurse petroliere, trebuie să se țină seama de factura petrolului în toate aspectele vieții economice. Deci, cei doi combustibili trebuie, de asemenea, să fie comparați din punctul de vedere al consumului de combustibili fosili importați, necesar pentru a le introduce pe piață.

În următoarele calcule, valoarea de încălzire a lemnului se presupune că este în general de aproximativ 3500 Kcal/kg pentru lemnul verde. Lemnul uscat poate da 4500-4770 Kcal/kg. În cazul cărbunelui, valoarea încălzirii variază puțin în jurul valorii de 7500 Kcal/kg. Produsului petrolier i se alocă în medie 10000 Kcal/l.

Atunci când combustibili precum lemnul, cărbunele și petrolul sunt arși, doar o parte din energia totală a combustibilului este utilizată în mod eficient. Această componentă energetică utilă se numește randamentul energiei termice, exprimat ca procent din energia totală disponibilă într-un kilogram de materie primă. De exemplu, dacă folosind o sobă ineficientă cu trei pietre, doar 8 la sută din energia sa potențială este utilizată în mod eficient în gătit, randamentul energiei termice pentru acea utilizare specială a lemnului este de 8 la sută. Utilizarea unei sobe mai eficiente ar crește randamentul energiei termice pentru aceeași cantitate de lemn, deoarece ar direcționa mai multă energie către gătit.

Un stere (metru cub) de lemn variază considerabil în greutate; de la 215 kg pentru stere de ramuri răsucite ale arbuștilor sahelieni de până la 600 kg pentru stere de lemn bine format din operațiuni de subțiere. În cele din urmă, randamentul mediu de carbonizare (procesul de fabricare a cărbunelui) variază de la 16 la 30 la sută din greutatea materiei prime, adică 1 kg de lemn va produce 0,16 - 0,30 kg de cărbune. Cu cât lemnul este mai uscat, cu atât va fi mai mare randamentul.

Deși carbonizarea provoacă o pierdere de energie, cărbunele produs oferă un randament mai mare în utilizare decât lemnul. Astfel, producția de energie termică a lemnului este, în medie, de 8 la sută și poate ajunge chiar și la 5 la sută cu popularul aragaz african cu trei pietre. Cărbunele are un randament de energie termică de aproximativ 28%.

În general, cărbunele risipește mai puțină energie decât lemnul dacă energia utilă derivată dintr-o cantitate de lemn utilizată este direct mai mică decât energia utilă derivată din aceeași cantitate de lemn transformată în cărbune. De fapt, 1 kg de lemn dă 3500 (Kcal/kg) × 0,08 (randament energetic termic) = 280 Kcal; 1 kg de lemn prelucrat în cărbune (randament de carbonizare 20 la sută) dă = 1 × 0,20 × 0,28 (randament de energie termică) × 75,00 (Kcal/kg) = 420 Kcal. Astfel, există o irosire netă de 140 Kcal de energie dacă, în loc să prelucreze lemnul în cărbune (chiar și cu un randament scăzut carbonizat de 20 la sută), acesta este utilizat direct într-un aragaz care produce 8 la sută sau mai puțin. Desigur, acesta este doar un exemplu.

O serie de simulări pot fi făcute prin variația puterii calorifice a lemnului, a randamentului termic de utilizare și a randamentului de carbonizare (a se vedea tabelul 1). Conform ipotezei pe care se bazează datele din Tabelul 1, că lemnul este la fel de avantajos din punct de vedere al energiei atunci când este ars direct în loc să fie prelucrat în cărbune, ar trebui să obțină randamente de energie termică de 12, 9,3 și respectiv 8,8%., pentru valori calorifice ale lemnului de 3500, 4500 și 4770 Kcal, ceea ce arată că gătitul cu lemn uscat este mai eficient și mai convenabil decât gătitul cu lemn umed.

Tabelul 1. Lemn și cărbune în termeni de energie

Valoare calorica

Energie utilă

Energie utilă

Tabelul 2. Apa care fierbe pe diverse sobe

Tipul sobei

Economisirea teoretică a lemnului (%)

Soba cu trei pietre

Madagascar nigerian

Metalic îmbunătățit

Ceramică îmbunătățită

Dacă, pe de altă parte, se obține un randament de carbonizare de 30 la sută și un randament de energie termică de cărbune de 40 la sută în utilizare, lemnul trebuie utilizat cu un randament de 25,7 la sută, astfel încât să fie la fel de avantajos să se utilizeze lemnul ca și folosiți cărbune, având în vedere lemnele cu o putere calorică de 3500 Kcal. Cu păduri de 4500 și 4770 Kcal, aceste limite de producție devin 20 și respectiv 18,8 la sută. O astfel de eficiență ridicată este rareori, dacă se obține vreodată, la arderea lemnului pentru uz casnic.

În ultimii ani, diverse proiecte care vizează reducerea consumului de lemne au luat ființă în Africa. Campania pentru sobe îmbunătățite a avut loc în programe de verificare a tăierii lemne fără restricții și de control al deșertificării. Programele de răspândire a sobelor îmbunătățite sunt, prin urmare, un aspect important al politicii forestiere, în special în zonele uscate.

Sobe îmbunătățite au ridicat speranțe, dar au generat, de asemenea, controverse. Acest lucru este de înțeles, deoarece există atât de multe elemente diferite în utilizarea unei sobe de către o gospodină, pe lângă faptul că „gospodina” în sine nu este o unitate de măsură omogenă.

Două întrebări principale ne interesează aici: Cât de eficient este focul tradițional cu trei pietre? Ce îmbunătățiri aduc diferitele sobe îmbunătățite?

Sylvain Strasfogel (1984), care raportează asupra rezultatelor muncii desfășurate de organizațiile de ajutor care lucrează în Ouagadougou, Burkina Faso, a subliniat următoarele puncte:

· Modelele de sobe masive cu coșuri de fum sunt ineficiente, în principal deoarece gospodinele nu le pot folosi eficient din cauza lipsei lor de flexibilitate;

· Doar sobe mobile îmbunătățite, metalice sau ceramice, prezintă o anumită eficiență.

În legătură cu sobele mobile, testele de laborator la fierberea apei dau rezultatele prezentate în tabelul 2.

Aceste rezultate nu contestă eficiența mai mare a cărbunelui. De fapt, 12,76% din randamentul incendiului cu trei pietre din testele de laborator poate fi redus în mod rezonabil la 8% în utilizarea sa efectivă; adică arată o pierdere de aproximativ 40% în comparație cu condițiile ideale ale laboratorului. Pare evident că sobe de lemn mai bune (cum ar fi cea ceramică îmbunătățită) ar atinge rareori un randament de 20%.

Furnizarea de lemn sau cărbune pentru utilizatorii din mediul rural nu necesită de obicei transport pe distanțe mari, dar acest lucru nu este întotdeauna adevărat în aprovizionarea zonelor urbane. Pentru transportul combustibilului de la producător la consumator este necesară o energie considerabilă, adesea de origine petrolieră. Bugetul nostru energetic trebuie să țină cont și de această cheltuială. Expresia generală a ecuației este simplă: adică energia utilizată pentru transportul lemnului sau cărbunelui ar trebui să fie mai mică decât energia transportată.

Transportul lemnului sau cărbunelui către orașele din Africa este de obicei asigurat de camioane vechi (o anumită cantitate este transportată de om, de biciclete și de căruțe). Este dificil să stabilim condițiile medii de utilizare a acestor vehicule, așa că haideți să folosim în locul exemplului de transport de către o structură organizată cu o flotă de camioane pentru transportul ambilor combustibili. Camioanele operațiunii de gestionare și producție a pădurilor, ale Serviciului de apă și pădure din Bamako, Mali consumă în medie 37 l de combustibil la 100 km și transportă în medie 16 stere de lemn pe călătorie. În astfel de condiții, energia transportată este de 3500 Kcal/kg × 325 (kg pe stere) × 16 stere = 18,6 × 106 Kcal. Aplicarea coeficientului de randament termic de 8% reduce acest lucru la 1,48 × 106 Kcal de energie utilă pentru gătit.

Energia utilizată pentru transport este egală cu. Cele două cantități de energie sunt egale pentru o cursă de 400 km, dar, deoarece vehiculele circulă întotdeauna într-un sens gol, distanța maximă de transport este redusă la jumătate la 200 km. Dincolo de aceasta, prin urmare, se consumă mai multă energie decât va produce lemnul transportat. În plus, această distanță este foarte optimistă, deoarece se raportează consumul mediu de camioane de 75 l de combustibil la 100 km, ceea ce reduce distanța de alimentare la 100 km. Rezultă că, prin îmbunătățirea randamentului termic de utilizare, distanța de alimentare poate fi prelungită.

În cazul cărbunelui folosit cu un randament de 28%, energia consumată pentru transport și energia transportată se egalizează la aproximativ 2000 km, adică la o distanță de alimentare de 1000 km. În îmbunătățirea randamentului de utilizare a cărbunelui la 40%, acesta poate fi transportat peste 3000 km, o distanță posibilă de alimentare de 1500 km. Rezultatele sunt dincolo de orice comentariu: cărbunele face posibilă distanța mult mai mare pentru energia internă necesară orașelor africane.

În țările care nu produc petrol, cu mari centre de populație - cum ar fi Senegal și Sudan - utilizarea mai mult a cărbunelui decât a lemnului face posibilă reducerea considerabilă a costurilor petroliere pentru transport. Luați Dakar, Senegal, de exemplu, un oraș cu mai mult de un milion de locuitori în care s-au folosit aproximativ 100000 de tone de cărbune pe an în anii 1979-80, din care 95% au fost transportați cu camionul.

Estimând 16% ca randament mediu general de carbonizare în Senegal (Otchun, 1983), se poate spune că 95000 tone de cărbune transportat cu camionul sunt echivalente cu 593750 tone de lemn, adică 1826923 stere de lemn (1 stere = 325 kg). Dacă această cantitate de lemn ar călători în camioanele Serviciului de apă și pădure din Mali, s-ar adăuga până la 114182 încărcături de camioane pe o distanță medie de 400 km. La rândul său, aceasta ar însemna un consum de 16899036 l de combustibil, sau aproape 6% din consumul total de petrol și motorină din Senegal pentru 1978.

De fapt, consumul de combustibil ar fi mai mare deoarece, așa cum s-a spus mai devreme, camioanele fac de multe ori călătoria de ieșire goală.

În aceleași condiții, transportul a 95000 de tone de cărbune necesită 3515000 l de combustibil (camion care transportă în medie patru tone de cărbune). Aceasta înseamnă de cinci ori mai puține produse petroliere consumate pe drumul meu.

Prețurile actuale ale lemnului și cărbunelui favorizează utilizarea cărbunelui de către consumatorii urbani. De fapt, din punct de vedere al energiei utile, caloriile din cărbune sunt mai ieftine decât caloriile din lemn.

De exemplu, în Ouagadougou în 1979, prețul a 1 kg de lemn a fost de 14 CFAF și prețul a 1 kg de cărbune CFAF 60. Dacă consumatorul de cărbune din Ouagadougou folosește acest produs cu un randament termic de 28%, caloria va costa (60/7.500 × 28 la sută) = 0,028 CFAF. Pe de altă parte, caloriile derivate din lemn vor costa (14/3.500 × 8 la sută) = 0,05, adică aproape dublu.

Iată un alt exemplu:

În Senegal, prețurile la cărbune sunt stabilite de guvern. Departamentul Pădurilor a raportat că în 1978 prețurile din Dakar erau de 70 CFAF pentru 1 kg de lemn și de 25 CFAF pentru 1 kg de cărbune. În acest caz, caloriile derivate din cărbune sunt și mai ieftine. Cu toate acestea, acest lucru este cu adevărat anormal, deoarece valoarea lemnului folosit la fabricarea cărbunelui este de 125 CFAF, presupunând un randament de carbonizare de 16% și costul real al lemnului ca CFAF 20 pe kg. Într-un astfel de caz, consumul de cărbune pentru mine constituie o subvenție enormă din partea mea pădure pentru consumul de energie din Dakar.

Aceasta este o altă problemă importantă care nu poate fi elaborată aici; cu toate acestea, trebuie evidențiate două lucruri:

· Dacă prețul cărbunelui s-ar apropia de costurile efective de producție (cel puțin prețul lemnului necesar pentru fabricarea acestuia), cărbunele importat dintr-o zonă îndepărtată ar deveni competitiv, făcând posibilă organizarea comerțului cu cărbune între zonele forestiere înalte și savana și zonele saheliene. Potrivit unui studiu al FAO din 1983 (Otchun), 1 kg de cărbune fabricat în Coasta de Fildeș și transportat la Dakar ar costa 114 CFAF în Dakar;

· Chiar și în țările în care prețurile la cărbune nu sunt fixate de guvern, există în continuare controlul monopolului de către transportatori și proprietarii de camioane. Această situație nu este profitabilă pentru cărbunarul, care este de fapt un fermier care face această treabă în timpul sezonului uscat. Producătorii de cărbuni ar trebui, probabil, să fie organizați în cooperative, astfel încât să poată beneficia mai mult, atât din munca lor în fabricarea cărbunelui, cât și din utilizarea mea de către resursele lor lemnoase. Într-un fel sau altul, o parte trebuie acordată fermierilor pentru a-i interesa în gestionarea pădurilor.

Rezumând, se poate spune că:

· Din punct de vedere energetic, cărbunele ca combustibil are o eficiență mai mare decât lemnul, atâta timp cât randamentul termic util al lemnului este mai mic de 20%;

· Din punctul de vedere al comunității naționale, cărbunele este în continuare cea mai economică energie, chiar și peste randamentul termic de 20 la sută din lemn, dacă distanțele mari sunt implicate în furnizarea combustibilului către consumatori;

· Este necesar să disociați problemele orașelor de cele din mediul rural. Utilizarea cărbunelui în orașe poate fi încurajată cu condiția ca producția să fie organizată și distribuită geografic pentru a menține durabilitatea resursei și dacă cărbunele este utilizat pe plan intern. Mai mult, există și alte avantaje care nu au fost menționate aici: cărbunele cauzează mai puțină poluare a atmosferei, mai puțin fum, este mai ușor de depozitat și așa mai departe;

· Utilizarea cărbunelui va face posibilă creșterea valorii producției sale forestiere în mediul rural (valoarea lemnului în picioare, tăierea, carbonizarea), cu condiția ca prețul cărbunelui să se ridice la nivelul său corespunzător în raport cu lemnul;

· Pentru a compensa o astfel de creștere a prețurilor, trebuie dezvoltate tipuri de sobe și mai economice pentru a crește randamentul termic și, astfel, pentru a reduce necesarul de combustibil pentru gospodării.

Orice economie de energie are un efect asupra pădurilor și asupra mediului, în special în orașele mari, unde concentrații mari de oameni au ca rezultat resurse forestiere supraexploatate. În mod similar, posibilitatea de a obține cărbune din depărtare poate ușura și presiunea oamenilor asupra resurselor forestiere din apropierea zonelor urbane.

Decizia de a promova utilizarea cărbunelui în loc de lemn nu ar duce la modificări uniforme ale politicii forestiere în diferitele țări din Africa subsahariană, deoarece nu toate au aceleași condiții climatice și nici nu sunt dotate cu aceleași resurse forestiere. Dar modificările politicii ar putea include următoarele:

Pentru a îndeplini această politică, ar trebui intensificate sau inițiate următoarele activități:

Problema forestieră majoră din Africa subsahariană este astăzi aprovizionarea cu energie internă a majorității populației mele. Va fi așa pentru o lungă perioadă de timp.

Din motivele discutate mai sus, utilizarea sporită a cărbunelui în loc de lemn în zonele urbane ar putea promova cărbunele la rangul de produs schimbabil în cadrul comerțului la distanță, cu consecințe importante pentru gestionarea și administrarea pădurilor de pe întregul continent. . Va fi necesară o investigație și o planificare atentă, în special în acele zone în care cărbunele nu este acum combustibilul obișnuit.

OTCHUN, B. 1983 Studiu privind posibilitățile regionale de export a cărbunelui de păduri bogate în resurse forestiere către țările deficitare din Africa centrală și occidentală. Raport de consultare FAO.

STRASFOGEL, S. 1984 Difuzie masivă a foilor ameliorate în traversele unităților locale de producție și distribuție, în cazul foilor ameliorate în ceramică. Lemn de foc, Informații Asociația Lemn de foc, Nr. 11.