EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII. Wykład 2

Podobne dokumenty
ŚRODOWISKO NATURALNE CZŁOWIEKA: BIOSFERA CZY CYWILIZACJA? WYKŁAD 3 BIOSFERA: OBIEG WĘGLA

EKOLOGIA GLOBALNA KLIMAT CO 2 ENERGIA

EKOLOGIA GLOBALNA KLIMAT CO 2 ENERGIA

Ekologia ogólna dla biotechnologii itd. Wykład 1

śycie na Ziemi i gdzie indziej

Ekologia 10/16/2018 NPP = GPP R. Produkcja ekosystemu. Produkcja pierwotna. Produkcja wtórna. Metody pomiaru produktywności. Ekosystemy produktywność

Wydział Mechaniczno-Energetyczny

EKOLOGIA OGÓLNA WBNZ 884. Wykład 5 Obieg pierwiastków (Biogeochemia)

ŚRODOWISKO NATURALNE CZŁOWIEKA: BIOSFERA CZY CYWILIZACJA? WYKŁAD 1.3. BIOSFERA: OBIEG WĘGLA

BILANS WĘGLA A ZMIANY GLOBALNE (jeszcze raz)

MODEL ENERGETYCZNY GMINY. Ryszard Mocha

Energia odnawialna w Polsce potencjał rynku na przykładzie PGE. mgr inŝ. Krzysztof Konaszewski

EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII BIOGEOCHEMIA

Opracował: Prof. dr hab. inż. Jacek Zimny, AGH Kraków, Polska Geotermalna Asocjacja - Przewodniczący. Sejm, 15 luty 2007

EKOLOGIA OGÓLNA WBNZ 884

Wsparcie przygotowania projektów klastrów energetycznych w gminach Powiatu Tomaszowskiego i Doliny Zielawy. Puławy,

OCENA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ ORAZ POTENCJAŁU JEGO ZASPOKOJENIA ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W LATACH

Polska energetyka scenariusze

EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII EKOSYSTEMY

Światowy rynek biopaliw na tle surowców do ich produkcji. dr inŝ. Ewa Rosiak mgr inŝ. Wiesław Łopaciuk

Nowe wyzwania stojące przed Polską wobec konkluzji Rady UE 3 x 20%

Scenariusz zaopatrzenia Polski w czyste nośniki energii w perspektywie długookresowej

Polska energetyka scenariusze

Spis treści. 2. Życie biosfery Biogeneza i historia biosfery Przedmowa Wstęp... 15

OZE - ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

Biogazownie w Polsce alternatywa czy konieczność

BIOGEOCHEMIA II BIOGENEZA METABOLIZM BIOSFERY

Podstawy polityki energetycznej UE Komisja Europejska 10 stycznia 2008 przyjęła pakiet działań w obszarze energii i zmian klimatu dla UE do 2020 r. Gł

Perspektywy rozwoju odnawialnych źródeł energii elektrycznej. dr inż. Grzegorz Hołdyński Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny

PRODUKCJA BIOETANOLU Z BURAKÓW W CUKROWYCH EUROPEJSKA I POLSKA PERSPEKTYWA. Andrzej Zarzycki. Wiedemann Polska

Polska energetyka scenariusze

Produkcja biomasy a GMO

BIOGEOCHEMIA II BIOGENEZA METABOLIZM BIOSFERY

Zielona Energia czyli Rola nauki w rozwiązywaniu zagrożeń cywilizacyjnych

OCENA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ ORAZ POTENCJAŁU JEGO ZASPOKOJENIA ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W LATACH

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII. Seminarium Biomasa na cele energetyczne założenia i realizacja Warszawa, 3 grudnia 2008 r.

DYLEMATY POLSKIEJ ENERGETYKI W XXI WIEKU. Prof. dr hab. Maciej Nowicki

Odnawialne Źródła Energii (OZE)

CENTRUM ENERGETYCZNO PALIWOWE W GMINIE. Ryszard Mocha

Odnawialne Źródła Energii w systemach grzewczych. Edmund Wach Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A.

Komfort Int. Rynek energii odnawialnej w Polsce i jego prespektywy w latach

PRODUKCJA I ZUŻYCIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ W KRAJACH AMERYKI. Kasia Potrykus Klasa II Gdynia 2014r.

Odnawialne Źródła Energii w systemach grzewczych. Edmund Wach Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A.

WYSOKOTEMPERATUROWE ZGAZOWANIE BIOMASY. INSTYTUT BADAWCZO-WDROŻENIOWY MASZYN Sp. z o.o.

Energetyka, a odnawialne źródła energii.

Geoinformacja zasobów biomasy na cele energetyczne

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

OCENA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ ORAZ POTENCJAŁU JEGO ZASPOKOJENIA W LATACH

Poprawa stanu środowiska poprzez wykorzystanie możliwości zagospodarowania odpadów na Dolnym Śląsku. Mariusz Żebrowski Agnieszka Król Beata Biega

EKOLOGIA. Początek Wszechświata. Historia Ziemi. Historia świata w pigułce

Innowacyjne technologie a energetyka rozproszona.

Odnawialne źródła energii w projekcie Polityki Energetycznej Polski do 2030 r.

SEMINARIUM UPRAWY ENERGETYCZNE W CENTRALNEJ I WSCHODNIEJ EUROPIE. Tytuł referatu Bioenergia w Polsce. Uprawy energetyczne w Polsce stan obecny

OZE - Odnawialne Źródła Energii

OCENA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ ORAZ POTENCJAŁU JEGO ZASPOKOJENIA ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W LATACH

Elektroenergetyka polska wybrane zagadnienia

Wykorzystanie biomasy na cele energetyczne w UE i Polsce

Biomasa jednorocznych roślin energetycznych źródłem biogazu

PERSPEKTYWY ROZWOJU RYNKU OZE W POLSCE DO ROKU 2020

Struktura corocznego raportu na temat rynku zrównoważonej energii w województwie wielkopolskim

ZałoŜenia strategii wykorzystania odnawialnych źródeł energii w województwie opolskim

Sektor energii i krajowe bilanse paliwowo-energetyczne w latach Cz. II

EKOLOGIA OGÓLNA WBNZ 884. Wykład 2 Ziemia jako środowisko życia

Produkcja energii elektrycznej. Dział: Przemysł Poziom rozszerzony NPP NE

Surowce do produkcji biogazu

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII W POLSCE NA TLE UNII EUROPEJSKIEJ, KOSZTY OGRZEWANIA DOMU JEDNORODZINNEGO PALIWAMI ODNAWIALNYMI I KOPALNYMI

Energia słoneczna i cieplna biosfery Pojęcia podstawowe

Ośrodek Szkoleniowo-Badawczy w Zakresie Energii Odnawialnej w Ostoi

PROCESY BIOGEOCHEMICZNE NA LĄDACH

Praca kontrolna semestr IV Przyroda... imię i nazwisko słuchacza

Ocieplenie gobalne. fakty, mity, interpretacje... Ocieplenie globalne. Czy współczesne ocieplenie globalne jest faktem? Mit Fakt

Przyszłość energetyki słonecznej na tle wyzwań energetycznych Polski. Prof. dr hab. inż. Maciej Nowicki

PERSPEKTYWY ROZWOJU ENERGETYKI W WOJ. POMORSKIM

Energetyka w Środowisku Naturalnym

POLSKA ENERGETYKA STAN NA 2015 r. i CO DALEJ?

SYSTEMY ENERGETYKI ODNAWIALNEJ B.22 PODSUMOWANIE

Bilans fosforu i potasu w zmianowaniu jako narzędzie efektywnej gospodarki azotem. Witold Grzebisz Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Odnawialne źródła energii (OZE) a obecna i przyszła Wspólna Polityka Rolna

Specjalność ZRÓWNOWAŻONA ENERGETYKA. Nowe i odnawialne źródła energii

Światowe rezerwy surowców energetycznych. Autor: Dr Jan Soliński. ( Energetyka luty 2008)

Las jako zjawisko geograficzne. (Biomy leśne)

PROF. DR HAB. INŻ. ANTONI TAJDUŚ

ALTERNATYWNE SPOSOBY POZYSKIWANIA ENERGII

Czyste energie. Przegląd odnawialnych źródeł energii. wykład 4. dr inż. Janusz Teneta. Wydział EAIiE Katedra Automatyki

3 styropian- Domy najczęściej ociepla się wełnom izolacyjną lub. 9 brykiet powstaje z trocin sklejonych w granulki służy do palenia w piecu

ODNAWIALNE I NIEODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII. Filip Żwawiak

CYKL AZOTU W BIOSFERZE

Energetyka rozproszona w drodze do niskoemisyjnej Polski. Szanse i bariery. Debata online, Warszawa, 28 maja 2014 r.

Wykorzystanie krajowych zasobów energetycznych dla potrzeb KSE

Ekonomiczne i środowiskowe skutki PEP2040

PERSPEKTYWY ROZWOJU ENERGETYKI W WOJ. POMORSKIM

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII JAKO ALTERNATYWA ENERGETYCZNEGO ROZWOJU REGIONU ŚWIĘTOKRZYSKIEGO

Biogaz i biomasa -energetyczna przyszłość Mazowsza

Dobór jednorocznych roślin uprawianych dla produkcji energii odnawialnej.

WBPP NATURALNE ZASOBY ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII I SPOSOBY ICH WYKORZYSTANIA (BIOMASA, BIOPALIWA)

Geotermia w samowystarczalności energetycznej Polski

UPRAWY ENERGETYCZNE W CENTRALNEJ I WSCHODNIEJ EUROPIE

Stan obecny i perspektywy wykorzystania energii odnawialnej

Energia chińskiego smoka. Próba zdefiniowania chińskiej polityki energetycznej. mgr Maciej M. Sokołowski WPiA UW

Ocieplenie gobalne. fakty, mity, interpretacje...

Transkrypt:

EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII Wykład 2

POWSTANIE śycia (BIOGENEZA)

January Weiner: HIPOTEZY O POWSTANIU I WCZESNEJ EWOLUCJI śycia HISTORIA DOCIEKAŃ (OD DARWINA DO MILLERA) http://kosmos.icm.edu.pl/

Historia Ziemi

ATRYBUTY śywego Jedność strukturalna wszystkich organizmów C, H, O, N, S, P... białka, tłuszczowce, węglowodany budowa komórkowa kod genetyczny Zdolność do przetwarzania materii (METABOLIZM) Zdolność do replikacji (ROZMNAśANIE) Działanie doboru naturalnego (EWOLUCJA)

Skład chemiczny organizmów DNA,RNA, ATP Węglowodany Tłuszcze Białka Woda Związki chemiczne 2.7 1.5 0.9 1.2 3.7 P N O H C 0 0 5.1 3.0 1.3 O H C 20.2 3.5 0.4 0.4 2.5 O H C 20.1 12 3.6 1.4 17.5 S N O H C 57 83 90 94 75 O H świnia ryba grzyb Roślina Bakteria Zawartość w organizmach Pierwiastki

H C O N S (CH 2 O) n Obfitość pierwiastków we wszechświecie P

SUBSTRATY śycia Budowa biomasy DONOR ELEKTRONóW (REDUKTOR LUB SUBSTRAT ENERGETYCZNY) (CH O), H, NH, H S 2 2 3 AKCEPTOR ELEKTRONóW (UTLENIACZ) - -- O,NO,SO,CO 2 3 4 2 2 Energia (praca)

Aleksander Iwanowicz Oparin i Salvadore Dali (Barcelona, 1973)

Eksperyment Millera

Wynik eksperymentu Millera

BAZA EMPIRYCZNA TEORII BIOENEZY Dane geologiczne (geochemiczne) Dane paleontologiczne Badania astrobiologiczne Badania porównawcze współczesnych organizmów Eksperymenty laboratoryjne

DWIE GRUPY HIPOTEZ: ZIMNA ZUPA (Miller i wsp., następcy): ocean + atmosfera; energia słoneczna i/lub elektryczna; najpierw heterotrofia GORĄCA PIZZA (Wächtershäuser i wsp.) źródła hydrotermalne; chemosynteza od początku; znaczenie pirytu

Źródło hydrotermalne

Źródła hydrotermalne ekosystemy chemoautotroficzne

Lost city Chłodne źródła hydrotermalne (węglanowe)

ŚWIAT RNA? LUCA? BIOGENEZA I WCZESNA EWOLUCJA śycia Last Universal Common Ancestor Last Universal Cellular Ancestor

DRZEWO FILOGENETYCZNE GŁÓWNE TAKSONY LUCA?

Termofile

HISTORIA śycia NA ZIEMI

Historia Ziemi

MIKROORGANIZMY PREKAMBRYJSKIE (-770 : -1500 mln lat) Schopf 2002

Banded Iron Formation

Stromatolity Współczesne (Bahama) Kopalne (Kanada)

Stromatolity współczesne

śycie jako właściwość planety śycie to endoenergetyczny proces, polegający na cyklicznym utlenianiu i redukowaniu związków węgla, realizowany przez autokatalitycznie powielające się makrocząsteczki (organizmy).

śycie biosfery = cykl redoks węgla DEPOZYCJA (ocean, osady) energia CO 2 energia REDUKCJA tylko Ŝywe organizmy UTLENIANIE organizmy: szybko procesy abiotyczne: powoli (CH O) 2 n DEPOZYCJA (złoŝa paliw)

SUBSTRATY śycia Budowa biomasy DONOR ELEKTRONóW (REDUKTOR LUB SUBSTRAT ENERGETYCZNY) (CH O), H, NH, H S 2 2 3 AKCEPTOR ELEKTRONóW (UTLENIACZ) - -- O,NO,SO,CO 2 3 4 2 2 Energia (praca)

Reakcja redoks 2H 2 = 4H + + 4e - O 2 + 4e - = 20 2-2H 2 + O 2 = 2H 2 0 H = donor elektronów, reduktor O = akceptor elektronów, utleniacz

Potencjał REDOX O 2 /H 2 O NO 3 - /N 2 - NO 3 - /NH 4 + (CH 2 O)/CH 4 SO 4 2- /SH - S/SH CO 2 /(CH 2 O)

ODDYCHANIE

Metabolizm chemoautotrofów

Fotosynteza

Widmo promieniowania słonecznego

Widma chlorofilu i bakteriorodopsyny

Solanki na płw. Paraguana, Wenezuela

PRODUKCJA PIERWOTNA BIOSFERY

śycie biosfery = cykl redoks węgla DEPOZYCJA (ocean, osady) energia CO 2 energia REDUKCJA tylko Ŝywe organizmy UTLENIANIE organizmy: szybko procesy abiotyczne: powoli (CH O) 2 n DEPOZYCJA (złoŝa paliw)

MIARY STANU I TEMPA PRODUKCJI BIOMASY 1. Stan: g (kg) biomasy / m 2 [ha, km 2 ] 2. Produkcja: g [kg] biomasy / (m 2 [ha km 2 ] rok [doba, godz] PRZELICZENIA JEDNOSTEK 1 g s.m. ~ 5 g biomasy = 4.1 kcal = 17.2 kj 1 g węgla = 2.4 g s.m. (bo: C 6 H 12 O 6...) 1 kcal = 0.249 J 1 g C = ok.. 10 kcal 1 J/sec = 1W = 86.4 kj/dobę

POŚREDNIE METODY POMIARU Pp ZaleŜności morfometryczne drzew Produkcja liści i gałęzi (g s.m./rok) Masa korzeni (g s.m.) Pierśnica (cm) Masa nadziemna (g s.m.)

Produkcja pierwotna nadziemna [g/(m 2.rok)] Biomasa liści (g/m 2 )

POŚREDNIE METODY POMIARU PRODUKCJI PIERWOTNEJ: Stosunek reflektancji (near IR)/R LAI = Leaf Area index LAI

Zasada pomiaru NDVI NDVI = (IR-R)/(IR+R)

ZASADA ZDALNEGO POMIARU NDVI

NDVI = (IR-R)/(IR+R)

Produktywność Oceanów Z danych satel. SeaWiFS Science, czerw. 2002

Główne ograniczenie Pp: WODA

SZTUCZNE NAWODNIENIE PUSTYNI

Nawadniane pola, Kansas (USA). NASA

Tabela wybranych wartości Pp na lądach Lasy równikowe Lasy umiarkow. Tajga Sawanna, Stepy itp. Inne Razem lądy g /(m 2.rok) 1600-2200 600-2500 800 600-900 10-6000 10 9 t/rok 49.4 14.9 9.6 24.9 18.7 117.5

Tabela wybranych wartości Pp w morzach Otwarty ocean Upwellingi Szelfy kontynentalne Rafy koralowe Estuaria Razem morza g /(m 2.rok) 2-400 400-1000 200-600 500-4000 200-400 10 9 t/rok 41.5 0.2 9.6 1.6 2.1 55.0

Mapa produktywności lądów

Mapa produktywności oceanów

Mapa produktywności

BILANS ENERGETYCZNY BIOSFERY CAŁKOWITA PRODUKCJA OCEANÓW: 20-23 10 9 ton C/ rok = 50-55 10 9 ton s.m. / rok = 1 10 21 J / rok = 32 10 6 MW CAŁKOWITA PRODUKCJA LĄDÓW: 100 10 9 ton s.m. / rok = 1.8 10 21 J / rok = 57 10 6 MW RAZEM BIOSFERA: 2.8 10 21 J / rok = 89 10 6 MW (inne źródła: 128 10 6 MW) ENERGIA ZE SŁOŃCA (PhAR): 80.0 10 9 MW Pp = 0.1... % PhAR

Tempo zuŝycia energii, W Metabolizm maksymalny Maks. asymilacja energii z pokarmu Metabolizm minimalny Człowiek: w spoczynku 70-80 W przy pracy 350-600 W ZuŜycie energii przez człowieka ( ) na tle fizjologicznego zapotrzebowania na energię ( ) u ssaków (wg Weiner 1989)

7 6 5 4 3 2 1 0 ZuŜycie energii na głowę (średnie dla regionów) Świat OECD Śr. Wschód Były ZSRR Eur. Nie-OECD Chiny Azja Am. Łac. Afryka Polska Regiony kw

WZROST CAŁKOWITEJ PODAśY ENERGII NA ŚWIECIE 2003: 10579 Mtoe = 14 000 GW

PRZEWIDYWANY WZROST PODAśY ENERGII NA ŚWIECIE (DO 2030 WZROST O OK. 60%) 16145 GW 21836 GW

Udział róŝnych źródeł energii w Polsce Łączna podaŝ: 3516 PJ/rok (2003); 111,5 GW = ok. 3 kw/głowę 11% 2% 0% 21% 51% Węgiel kamienny Węgiel brunatny Ropa itd. Gaz wysokometan Gaz zaaztotowany elektr. Wodne 15%

tzw. ENERGETYCZNE ZASOBY ODNAWIALNE Biomasa Opał, biogaz, etanol, biodiesel itd. Energia wiatru Energia rzek i pływów Energia słoneczna Panele cieplne, ogniwa fotowoltaiczne Energia geotermalna

OCENA MAKSYMALNEJ PODAśY ENERGII Z BIOPALIW (dane z: J. Kuś, 2002 i GUS) uprawa max. plon t/ha Wart. energ. jedn. plon GJ/ha ile max ha? max prod. TJ/rok moc GW Słoma (6-7 mln t) 15 MJ/kg 105000 3,33 Wierzba 19 13 MJ/kg 247 1000000 247000 7,83 Inne rośl. 30 13 MJ/kg 390 200000 78000 2,47 Rzepak (MER) 1,02 41,87 MJ/kg 13,26 1000000 13260 0,42 Etanol l/ha Połowa obecnego areału tych upraw pszenica 1400 21,17 MJ/l 29,638 1000000 29638 0,94 Ŝyto 800 21,17 MJ/l 16,936 750000 12702 0,40 kukurydza 2500 21,17 MJ/l 52,925 200000 10585 0,34 ziemniak 2000 21,17 MJ/l 42,34 400000 16936 0,54 buraki cukr. 3700 21,17 MJ/l 78,329 150000 11749 0,37 Suma 524870 16,64 Suma podaŝy en. 2003 Maksymalny % udziału biopaliw 3515984 14,9 111,49 14,9

Energia z biomasy w warunkach Polski: Pełne pokrycie (en. brutto!) - około 1 ha na osobę; Obecnie areał ziemi ornej wynosi 12 mln ha. Gdyby cały areał ziemi ornej przeznaczyć na cele energetyczne pokryłoby to niespełna 1/3 zapotrzebowania energetycznego kraju

BIEśĄCE KOSZTY ENERGETYCZNE PRODUKCJI ENERGII (ZWYKLE POMIJANE;Pimentel et al..) Hydroelektrownie 1:24 Biomasa 1:7 Energia z wiatru 1:5 Energia fotowoltaiczna 1:3 Biogaz 1:2 Energia geotermalna 1:48 Węgiel 1:8 Energia jądrowa 1:5 Gaz ziemny 1:8 Etanol 2:1 Biodiesel 2:1

PRODUKCJA PIERWOTNA BIOSFERY A CYWILIZACJA ŚREDNIE ZUśYCIE 2 kw /1 człowieka KRAJE ROZWINIĘTE 10 kw / 1 człowieka Pp BIOSFERY 100 10 6 MW = 100 10 9 kw (100 10 9 ) / 10 = 10 10 9 = 10 miliardów ludzi (cywilizowanych nadmiernie) (100 109)/2 = 50 109 = 50 miliardów ludzi (cywilizowanych średnio...)

FRAKCJA PRODUKCJI PIERWOTNEJ BIOSFERY PRZEJMOWANA PRZEZ CYWILIZACJĘ 10 55% TNPP (4 18% NPP) Pg C

HYDROELEKTROWNIE Hoover Dam Colorado USA

=311 GW HYDROELEKTROWNIE

ZAINSTALOWANA MOC ELEKTROWNI WIATROWYCH 2003, ŚWIAT: 39294 MW

ELEKTROWNIA WIATROWA O MOCY 2 3 MW

średnica rotora 100 m ELEKTROWNIA WIATROWA O MOCY 2 3 MW

średnica rotora 100 m ELEKTROWNIA WIATROWA O MOCY 2 3 MW 82 m

średnica rotora 100 m ELEKTROWNIA WIATROWA O MOCY 2 3 MW 82 m

Zainstalowana moc ogniw fotowoltaicznych Spadek ceny: 1975 - $75/Watt; 2003 - $3/Watt

MITOLOGIA ZIELONYCH PŁUC