Dodatková Energie Ekosystému: Co to je a Jak Funguje

Ekosystémy jsou otevřené, protože do nich stále přichází energie a dochází k vzájemné výměně hmoty a energie. Ekosystém má definovanou potravní strukturu a druhovou rozmanitost.

Sluneční Záření jako Hlavní Zdroj Energie

Prvním vstupem a zdrojem energie je sluneční záření. Sluneční záření dopadající na povrch Země má určité spektrální složení dýlek 280 až 3 000 nm s maximem kolem 470 nm. Množství energie dopadající na horní hranici zemské atmosféry se nazývá solární (sluneční) konstanta.

Sluneční záření dopadající na povrch Země dopadá průměrně jenom 0,65 kJ.m-2s-1 (tj. 0,65 kW.m-2), tj. dvoumiliardtina dopadajícího záření. Zhruba 45 % slunečního záření má rozsah mezi 380 a 750 nm, což je fotosynteticky aktivní záření (FAR). Ultrafialové záření (kratší než 380 nm) je pohlceno v ionosféře a ozonosféře. Infračervené záření (delší než 750 nm) je absorbováno párou, oxidem uhličitým, kapičkami vody v mracích a prachem.

Fotosynteticky Aktivní Záření (FAR)

Do ekosystémů dopadá přímé i nepřímé (tj. odrazu) slunečního záření. Zelený list absorbuje energii FAR (mezi 380 a 740 nm vlnové délky), ale její množství závisí na úhlu dopadajících paprsků a na povaze povrchu listu. Absorbovaná energie je v listech přeměněna na teplo, s výjimkou části vázané fotosyntézou, která je klíčová pro další potravní řetězce. Záření také prochází listem (transmise).

Působení záření závisí na vlnové délce. Záření kratší než 380 nm má morfogenní účinky a působí často destruktivně. Rostliny využívají FAR pro procesy fotosyntézy, tvorbu orgánů a klíčení. Praktické využití FAR je však mnohem nižší, mezi 4 až 7 %, s průměrným koeficientem 0,47.

Čtěte také: Využití Dodatkové Energie

Energetická Bilance Ekosystému

Energetická bilance se dá vyjádřit bilanční rovnicí, která platí v zásadě i pro celý ekosystém. Bude-li kladný, tj. QN > 0, porost se ohřívá, bude-li záporný, tj. QN < 0, porost se ochlazuje. V noci je záporný.

QN je čistý příjem (tok) energie v porostu. QI je iradiace (ozářenost) v infračervené oblasti. QE je výdej ohřevného (pocitového) tepla, tj. záření pohlcené půdou. QH je latentní tok tepla, tj. výdej tepla na výpar vody. QG je záření pohlcené půdou a QF je energie využitá pro fotosyntézu.

Využití Sluneční Energie Rostlinami

Rostliny používají jen malou část slunečního záření (0,5 %) pro fotosyntézu, což je proces přeměny slunečního záření na potenciální energii organické hmoty. Pro stanovení slunečního záření je nutné znát spalné teplo sušiny.

Rostliny využívají FAR k tvorbě chemických vazeb a enzymů. Množství energie, které rostliny využívají, se liší. Například, slunobytné rostliny (heliosciofyty) a stínobytné rostliny (sciofyty) mají různé nároky na světlo. Využití FAR je relativně velmi malé a pohybuje se mezi 1,5 % pro tropický deštný prales až po 0,04 % u porostů polopouští. V optimálních podmínkách lze dosáhnout i vyšších hodnot. Měření slunečního záření se provádí jako suma FAR za vegetační období nebo za rok.

Energie v Zemědělství

V zemědělství se energie využívá v různých formách, včetně přímé (sluneční záření) a nepřímé (práce strojů, výroba hnojiv). Zemědělství využívá nepřímou formu energie pro dopravu, závlahy a zemědělskou výstavbu, včetně výroby stavebních materiálů. Efektivnost zemědělství se posuzuje podle poměru mezi získanou a vloženou energií.

Čtěte také: Vliv Energie na Přírodu

Transformace energie v rostlinné výrobě zahrnuje přeměnu slunečního záření na potenciální energii organické hmoty, která se ukládá do rostlinných zbytků a kořenové biomasy. Nevratné ztráty energie zvyšují entropii prostředí. Pro výpočet se používá spalné teplo měřené na kalorimetrech.

Energetická účinnost se vyjadřuje jako podíl získané energie k přímým a nepřímým energetickým vkladům. Ukazatele se uvádějí v GJ.ha-1. Například, energetické vstupy do rostlinné výroby zahrnují hnojiva (od 6,6 do 21,8 % z celkových vstupů) a osiva (9,9 %). Energetická návratnost (GJ) je pro cukrovku 0,19, vojtěšku 0,12, pšenici 0,24 a brambory 0,43.

Energie v Živočišné Výrobě

Živočišná výroba využívá energii obsaženou v živočišných produktech. Zvířata transformují energii krmiv a část energie se degraduje ve formě tepla. Část organické hmoty se vrací do půdy ve formě organických hnojiv. Tok energie do živočišné výroby je energie krmiv, která se stanoví bilančními pokusy na hospodářských zvířatech.

Stravitelná energie se získá odečtením energie výkalů od energie krmiva. Metabolizovatelná energie se získá odečtením energie moči a plynů. Čistá energie se vypočítá násobením metabolizovatelné energie koeficientem 0,81. Koncentrace energie v krmivech závisí na obsahu stravitelných živin.

Energetická náročnost živočišné výroby je vyšší kvůli energetickým vkladům do ustájovacích prostor a strojního vybavení. Energetické ukazatele se uvádějí v GJ.ks-1. Například, energetická náročnost 1 kg hovězího masa v sušině je 1,058 GJ. Hospodaření se skotem ve volném výběhu a s dojnicemi je méně výhodné ve srovnání s prasaty.

Čtěte také: Udržitelná Budoucnost

Půda a Energetická Bilance

Půda hraje klíčovou roli v toku a transformaci energie v ekosystému. Půda, hydrosféra a litosféra se podílí na tvorbě půdy. Proměnlivost organické hmoty půdy je klíčová pro její funkci. Je důležité dodávat organickou hmotu do půdy, protože podporuje tvorbu humusu. Bilance dusíku (N) v půdě se stanoví kvantifikací výstupu N z půdy a vkladu N do půdy. Rozdíl mezi vstupy a výstupy N ukazuje na změny v množství organické hmoty v půdě.

Rekultivace a Dodatková Energie

V krajině narušené povrchovou těžbou je většina funkcí utlumena. Prováděné rekultivace by měly směřovat k jejich obnovení. Ekologická sukcese je proces osídlování výsypek živými organismy. Dodatková energie vkládaná do ekosystému (např. lidská práce) urychluje vývoj nebo stabilizuje žádaný stav.

Přirozená sukcese je využitelná jako rovnocenná forma obnovy devastované krajiny po povrchové těžbě a přispívá k větší ekologické stabilitě posttěžební krajiny.

Biomasa jako Zdroj Energie

Využití biomasy je líčeno jako obnovitelné a environmentálně příznivé, ale závisí na konkrétních případech a realizaci. Energetické využití odpadní biomasy může být velmi efektivní a ekologicky přínosné. Záměrné pěstování biomasy pro energetické účely zahrnuje produkci pevné biomasy pro spalování, biopaliv a bioplynu.

Nejefektivnější způsob využití energie biomasy je přímé spalování pro vytápění. Peletování je proces, při kterém se organická hmota rozmělní a stlačí do pelet. Biomasa má menší měrnou hmotnost než uhlí a obsahuje velké množství těkavých hořlavých složek.

Bioplyn a Biometan

Bioplyn vzniká anaerobní fermentací organické hmoty a obsahuje metan a oxid uhličitý. Plyn se spaluje v kogenerační jednotce. Bioplynové stanice jsou schopny akumulovat maximálně několikahodinovou produkci plynu. Vyšším stupněm zušlechťování bioplynu je úprava na biometan, který má totožné vlastnosti jako zemní plyn.

Kapalná Biopaliva

Kapalná biopaliva, jako bioethanol a bionafta, se přidávají do benzínu a nafty. Bioethanol vzniká kvasnou fermentací cukrů z cukrové třtiny, cukrovky, obilnin a brambor. Bionafta se vyrábí esterifikací rostlinných olejů. Biopaliva první generace konkurují potravinám.

Účinnost Využití Biomasy

Účinnost fotosyntézy je 34,2 %, ale celková teoretická účinnost po odečtení respiračních ztrát činí asi 4 %. Z jednoho hektaru lze získat cca 10 tun suché biomasy ročně, což představuje cca 100 - 200 GJ. Nejlepší využití získané energie biomasy představuje prosté spálení co nejblíže místa vzniku a využití nízkopotenciálového tepla.

Energetická Náročnost Zpracování Biomasy

Moderní kotle na dřevo jsou schopny reálně využít kolem 85 % energie. Peletovací linka má spotřebu až 150 kWh elektřiny na tunu pelet. Na dopravu pelet se spotřebuje cca 15 ml nafty na tunokilometr. U bioplynové stanice je dodáno do sítě 23 % elektřiny a k dispozici je rovněž cca 30 % tepla. Cena cíleně pěstované biomasy se pohybuje kolem 120 Kč/GJ.

Závěr

Dodatková energie v ekosystémech hraje klíčovou roli v transformaci a využití energie, zejména v zemědělství a při rekultivacích. Efektivní využití biomasy jako zdroje energie závisí na minimalizaci energetických vstupů a maximalizaci využití získané energie.

tags: #dodatkova #energie #ekosystemu #co #to #je

Oblíbené příspěvky:

• Udržitelnější Zbrojní Průmysl
• Slunné stanoviště pro okrasné trávy
• Jak dlouho trvá emisní kontrola?
• Zpětná Klapka DN 100: Instalace
• Dopady znečištění na evropská moře