Δυνατότητες και περιορισμοί στην απόληψη βιομάζας από τα πρεμνοφυή δρυοδάση του Ν. Γρεβενών

Abstract

Continuously evolving technical processes of biomass conversion into final products of solid, gaseous and liquid form as well as the looming international energy policy to reduce dependence on fossil fuels, has increased the interest internationally in bioenergy production from biomass for heat, electricity and transportation fuels. The accelerated integration of renewable energy sources has shifted the interest in designing more efficient energy management networks in the Mediterranean region and the emergence of a more rational framework of biomass extraction and exploitation from forest ecosystems. Thus, the purpose of this research was to investigate the golden section between the capabilities of forest biomass extraction and the restrictions of the system, resulting in the sustainable production of forest biomass and its sustainable utilization as a renewable energy source.Coppice oak forests occupy considerable size in the composition of Greek forest landscapes and ecosystems and as biomass production is ensured through their resprouting ability, the management of these oak forests for the production of final bioenergy products is becoming a focal point. In this thesis, the extensive field research has focused on a such ecosystem, in which are prevailing average ecological conditions of oak forests of Grevena. In order to calculate the available potential of forest biomass were investigated allometric models for the correlation between the dry weight of the parts of trees and the characteristics arising from trees’ physiology. During this investigation, the allometry model with breast height diameter as independent variable was emerged as the best in aboveground forest biomass estimation. This model was applied to each of the trees, which were in the representative surfaces and the average total aboveground biomass (stem, branches, foliage) in tones/hectare estimated. In creation process of such allometric equations and particularly in laboratory analysis, was calculated also and the biomass per tree part contributing to the biomass calculation beyond the clearly visible parts, and in that of unmerchantable top compartment, which is removed during logging process and remains as a residue in the ecosystem. Also the moisture per tree part was calculated, which is an important factor both for supply chains during biomass extraction process, and for afterwards biomass conversion into bioenergy. Furthermore from analysis of the average growth of annual tree rings’ width was highlighted the need for a systematic cultivation of these forests. From plant tissues analysis was proved that both macronutrients and micronutrients are being allocated differently between the aboveground biomass parts. This knowledge of content differentiation and distribution of nutrients in aboveground biomass was contributed to the creation of a hierarchy context of significance and protection of those parts.During spatial analysis spatial criteria and restrictions were applied, as terrain, heterogeneity and landscape’s protection status affects vitally biomass extraction process. Thus the creation of an applied framework of rational use of forest biomass has been reinforced, which could contribute to the sustainable biomass extraction from coppice oak forests of Grevena, which occupy an important part of the area, increasing residents’ employment and contributing to the local economy.All above enable managers of renewable energy sources to utilize, control and evaluate the available natural resources. Rational management of forest biomass is prerequisite both for the sustainability of bioenergy production systems and for biodiversity protection worldwide.

Οι συνεχώς εξελισσόμενες τεχνικές διεργασίες μετατροπής της βιομάζας σε τελικά προϊόντα στερεής, αέριας και υγρής μορφής, καθώς και η διαφαινόμενη διεθνής ενεργειακή πολιτική απεξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα, έχει αυξήσει το ενδιαφέρον διεθνώς στην παραγωγή βιοενέργειας από βιομάζα για θέρμανση, ηλεκτρισμό και καύσιμα μεταφοράς. Η επιταχυνόμενη ενσωμάτωση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχει μετατοπίσει το ενδιαφέρον στο σχεδιασμό αποτελεσματικότερων δικτύων διαχείρισης της ενέργειας στην περιοχή της Μεσογείου καθώς και στην ανάδειξη ενός ορθολογικότερου πλαισίου απόληψης και εκμετάλλευσης της βιομάζας από τα δασικά οικοσυστήματα. Έτσι, σκοπός της έρευνας αυτής ήταν η διερεύνηση της χρυσής τομής μεταξύ των δυνατοτήτων απόληψης δασικής βιομάζας και των περιορισμών του συστήματος, με αποτέλεσμα την αειφορική παραγωγή της δασικής βιομάζας και τη βιώσιμη αξιοποίησή της ως ανανεώσιμης πηγής ενέργειας.Τα πρεμνοφυή δρυοδάση καταλαμβάνουν σημαντικό μέγεθος στη σύνθεση των ελληνικών δασικών τοπίων και οικοσυστημάτων και καθώς η παραγωγή βιομάζας εξασφαλίζεται μέσω της πρεμνοβλαστικής τους ικανότητας, η διαχείριση αυτών των δρυοδασών για την παραγωγή τελικών προϊόντων βιοενέργειας τοποθετείται στο επίκεντρο. Στη παρούσα διατριβή η εκτενής έρευνα στο πεδίο εστιάστηκε σε ένα τέτοιο οικοσύστημα στο οποίο επικρατούν οι μέσες οικολογικές συνθήκες των δρυοδασών των Γρεβενών.Για τον υπολογισμό του διαθέσιμου δυναμικού της δασικής βιομάζας διερευνήθηκαν αλλομετρικά μοντέλα για τον συσχετισμό ανάμεσα στο ξηρό βάρος των τμημάτων των δέντρων και των χαρακτηριστικών που απορρέουν από την φυσιολογία αυτών. Κατά την διερεύνηση αυτή, το αλλομετρικό μοντέλο με τη στηθιαία διάμετρο ως ανεξάρτητη μεταβλητή αναδείχτηκε το καλύτερο στην εκτίμηση της υπέργειας δασικής βιομάζας. Το μοντέλο αυτό εφαρμόστηκε σε καθένα από τα άτομα που βρίσκονται στις αντιπροσωπευτικές επιφάνειες και εκτιμήθηκε κατά μέσο όρο η συνολική υπέργεια βιομάζα (κορμός, κλαδιά, φύλλωμα) σε τόνους/εκτάριο. Κατά τη διαδικασία δημιουργίας τέτοιων αλλομετρικών εξισώσεων και συγκεκριμένα κατά την εργαστηριακή ανάλυση υπολογίστηκε παράλληλα και η βιομάζα ανά τμήμα δέντρου, συμβάλλοντας ταυτόχρονα στον υπολογισμό της βιομάζας πέρα των σαφώς διακρινόμενων τμημάτων και σε αυτό του μη εμπορεύσιμου κορυφοτεμαχίου, το οποίο αφαιρείται κατά την υλοτομία και παραμένει ως υπόλειμμα στο οικοσύστημα. Παράλληλα υπολογίστηκε και η υγρασία ανά τμήμα δέντρου, σημαντικός παράγοντας τόσο για τις αλυσίδες εφοδιασμού κατά την απόληψη βιομάζας, όσο και για την μετέπειτα μετατροπή αυτής σε βιοενέργεια. Επιπροσθέτως από την ανάλυση της μέσης αύξησης του πλάτους των ετήσιων δακτυλίων αναδείχθηκε η ανάγκη συστηματικής καλλιέργειας των δασών αυτών. Κατά τις αναλύσεις των φυτικών ιστών αποδείχθηκε ότι, τόσο τα μακροθρεπτικά όσο και τα μικροθρεπτικά στοιχεία κατανέμονται διαφορετικά μεταξύ των τμημάτων της υπέργειας βιομάζας. Αυτή η γνώση διαφοροποίησης της περιεκτικότητας και της κατανομής των θρεπτικών στοιχείων στην υπέργεια βιομάζα συνέβαλε στην δημιουργία ενός πλαισίου ιεράρχησης της σημαντικότητας και της προστασίας των τμημάτων αυτών. Κατά την χωρική ανάλυση εφαρμόστηκαν χωρικά κριτήρια και περιορισμοί, καθώς το ανάγλυφο, η ετερογένεια και το καθεστώς προστασίας του τοπίου επηρεάζει κομβικά την διαδικασία απόληψης βιομάζας. Έτσι ενισχύθηκε η δημιουργία ενός εφαρμοσμένου πλαισίου ορθολογικής αξιοποίησης της δασικής βιομάζας, το οποίο θα μπορούσε να συνεισφέρει στην αειφορική απόληψη βιομάζας από τα πρεμνοφυή δρυοδάση των Γρεβενών, τα οποία καταλαμβάνουν ένα σημαντικό μέρος της έκτασης, αυξάνοντας την απασχόληση των κατοίκων και συμβάλλοντας παράλληλα στην τοπική οικονομία.Τα παραπάνω δίνουν τη δυνατότητα στους διαχειριστές των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας να αξιοποιούν, να ελέγχουν και να αξιολογούν τους διαθέσιμους φυσικούς πόρους. Η ορθολογική διαχείριση της δασικής βιομάζας αποτελεί προϋπόθεση, τόσο για τη βιωσιμότητα των συστημάτων παραγωγής βιοενέργειας, όσο και για την προστασία της βιοποικιλότητας διεθνώς.