توليد سوخت هاي زيستي

براي توليد بيوديزل حدود 4/1ميليون هکتار از زمين هاي زراعي در اروپا مورد استفاده قرار مي گيرد و آلمان با توليد بيش از ۰۴ % از اين سوخت، بيشترين سهم را در توليد بيوديزل دراروپا به خود اختصاص داده است. در توليد بيوديزل حدوداً از ۰۴ گونه گياهي استفاده مي شود که گندم و سويا بيشترين سهم را در اين امر برعهده دارند.

۵۹۹۱ بيشترين تعداد را در ميان ساير زارعين داشته اند و طبق - در آمريکا زارعين ذرت کار از سال2004 گزارش وزارت کشاورزي امريکا، اين زارعين مبلغي بالغ بر ۱۴ بيليون دلار امريکا را در آن بازه زماني از آن خود کرده اند. اين مبلغ معادل مجموع درآمد گندم کاران و پنبه کاران آن کشور بوده است. استفاده هاي خوراکي در صنايع غذايي، تهيه خوراک دام و البته تهيه اتانول مصارفي بود که قيمت ذرت را بالا نگه داشت. البته حدود ۳۱۱ گونه گياهي در تهيه اتانول به کار مي روند ولي سهولت استفاده از ذرت ونيز عملکرد بالاي اين گياه دولت ها را مجاب ساخته تا ذرت را به عنوان مهمترين گياه در توليد بيواتانول به کار برند. به طور کلي سوخت هاي زيستي از نظر توليد به دو دسته کلي تقسيم مي شوند :

۱  -دسته اول آنهايي که مستقيماً از محصولات زراعي توليد مي شوند. اين محصولات زراعي عمدتاً شکر و نشاسته اند که طي فعاليت هاي مخمري و باکتريايي به اتانول تبديل مي شوند و يا روغن هاي گياهي که با پروسه هايي به بيوديزل ها تبديل مي شوند.

2  - دسته دوم سوخت هايي که به طور غيرمستقيم از محصولات زيستي توليد مي شوند مي باشند. ماده اوليه آنها شامل سلولز، همي سلولز و ليگنين است. قسمت هاي چوبي خشتي بايد ابتدا طي پروسه هايي به قندهاي کوچکتر تقسيم شوند که اين عمل نيازمند عمليات وسيع و گران قيمت است. بيشتر تحقيقات در اين زمينه تاکنون روي تجزيه هاي آنزيمي صورت گرفته که نيازمند انرژي کمتري نمي باشد. ولي به دليل هزينه هاي بالاي اين روش تاکنون اين روش به صورت وسيع و در مقياس صنعتي به کار گرفته نشده است.

دسته اول شامل :

Ethanol-butanol    (1

(2     روغن هاي خالص گياهي

 (3   بيوديزل ها.

دسته دوم شامل : 

(1   الکل هايي که با واکنش آنزيمي توليد مي شوند

diesel green   (2

MTBE-Metonol (3۳

۴ DME  -

۵-   الکل هاي مخلوط .

Biodiesel : (1

بيوديزل نام کلي ترکيباتي است که به منظور استفاده براي مصار سوختي از ترکيبات استري روغن هاي گياهي توليد مي شود. اين محصول احتراقي شبيه به گازوئيل ايجاد مي کند و حتي ويسکوزيته)  گرانروي)  گازوئيل را نيز ندارد. با اين شرايطBiodieselمي تواند براي وسايل نقليه ديزلي جايگزين مناسبي براي گازوئيل باشد و نيز مي توان آنرا به صورت مخلوط با آن سوخت فسيلي مصرف نمود. ترکيبي از ۰۲ درصدبايوديزل و ۰۸ درصد ديزل بنزين را مي توان در موتورهاي ديزلي ريخت و در صورتي که موتور ديزلي اصلاح شود ، امکان استفاده از نوع خالص بايوديزل نيز وجود دارد.

بايوديزل يک سوخت قابل تجديد است که از روغن نباتي ياچربي بازيافت شده رستوران ها تهيه مي شود اين سوخت ازميزان آلاينده هاي خطرناکي مانند منواکسيد کربن وهيدروکربن مي کاهند.دراروپا اين محصول غالباً از دانه کلزا و همچنين ارقام مخصوصي از آفتابگردان توليد مي شوند.

ethanol Bio (2

بيواتانول به طور اخص از تخمير محصولات زراعي سرشار از قند و نشاسته به دست مي آورند. گياهاني که بدين منظور از آنها استفاده مي شود عمدتاً غلات دانه اي، چغندقند وانواع سورگوم تشکيل مي دهند. اين سوخت را مي توان به صورت ترکيب با بنزين در انواع خودروهاي بنزيني به نسبت ۵% مصرف کرد. همچنين در انواع مدرن تر موتورهاي احتراقي اين سوخت مي تواند به صورت خالص مصرف شود.

ETBE  (3

اين اصطلاح مخفف Ether( Butil- )Ethyl-Tertiary است که با اعمال اندکي تغييرات در ساختار Bioethanol-بدست مي آيد. اين محصول نيز مي تواند به صورت مخلوط با بنزين محصولي و با درصد   بالاتر( ۵۱ % )در موتور وسايل نقليه به کار رود. با اينکه فراريت اين سوخت زيستي بسيار کمتر از بيواتانول است ليکن بدليل مراحل پرتعداد در توليد و هزينه بر برودن توليد آن، کمتر به آن پرداخته شده است.

ETBE و بيواتانول مشترکاً بهترين ميزان احتراق را در ميان ديگر سوخت هاي زيستي دارند.

در ادامه مقاله توضيح جامع تري در مورد بيو سوخت هاي يادشده ارائه خواهد شد

با افزايش قيمت جهاني نفت، در عمل تقاضا براي بازه گسترده اي از انرژي هاي تجديدپذير، از توربين هاي بادي تا ماشين هاي الکل سوز، افزايش يافته است. اگرچه روي آوردن به سوخت هاي جديد تنها هنگامي نمايان مي شود که قيمت نفت در بازارهاي جهاني به يکباره اوج مي گيرد، اما جنبش انرژي هاي تجديدپذير به تدريج در حال وارد شدن به مرحله جديدي از پويايي است.

رشد امروزه توليد و مصرف انرژي هاي جانشين نه تنها واکنشي سريع و احساسي به تغيير کوتاه مدت قيمت هاي جهاني سوخت هاي فسيلي است، بلکه افراد با نگاهي سطحي به ميزان ذخاير موجود انرژي و تعدد مسائل زيست محيطي درمي يابند که چاره اي جز روآوردن به اقتصادهاي مبتني بر انرژي هاي جانشين در شهرها و روستاهاي خود ندارند. سوخت هاي زيستي نوعي از سوخت ها هستند که از منابع زيست توده   (بيوماس) به دست مي آيند. اين سوخت ها شامل اتانول مايع، متانول، بيوديزل و سوخت هاي ديزل گازي همچون هيدروژن و متان است.

تحقيقات روي سوخت هاي زيستي با سه هدف عمده انجام مي شود که عبارتند از :

توليد سوخت هاي زيستي؛ پيدا کردن راه هاي بهره گيري و استفاده از آن و تعيين پراکندگي ساخت هاي آن.

از منابع اوليه توليد اين سوخت ها مي توان به ضايعات چوبي، تفاله هاي محصولات کشاورزي، نيشکر، غلات، روغن گياهان و سبزيجات اشاره کرد. امروزه بيشتر کشور ها در بخش انرژي، نياز و تقاضاي خود را به سوي استفاده از اين گونه سوخت ها سوق مي دهند، زيرا معضل هايي مانند آلودگي زياد محيط زيست سوخت هاي فسيلي که به نوبه خود سبب برهم خوردن شرايط اکولوژيک مي شوند و خطرهاي زيست محيطي را نيز به دنبال دارند، همچنين محدود بودن ذخاير سوخت فسيلي، سبب شده است تا به اين نوع انرژي ها بيش از پيش توجه شود. اتانول يا الکل اتيليکل، مايعي روشن ، بي رنگ و با بوي قابل تحمل است. درحال حاضر از اين ماده به صورت خالص و يا مخلوط آن با بنزين به عنوان سوخت، استفاده مي شود.  اين ماده با عدد اکتان ۳۱۱ سوختي مرغوب است و به عنوان ترکيبي اکسيژن دار با اضافه شدن به بنزين مي تواند عدد اکتان را افزايش و انتشار آلاينده هايي نظيرco را کاهش دهد.

اتانول مي تواند در موتورهاي جديد بنزين سوز ، بدون هيچ تغييري در سيستم موتور از ۳ تا ۴۲ در صد در اختلاط با بنزين مصرف شود ، اما استفاده از اين ماده با درصدهاي بالاتر نيازمند استفاده از موتورهاي اختصاصي ويا دو منظوره است. در اين مقاله فرآيند هاي شيميايي و بيولوژيک که به توليد اتانول مايع از ضايعات چوبي و تفاله هاي محصولات کشاورزي منجر مي شود، بررسي شده است.

در فرآيند هاي بيولوژيک از تخمير کربوهيدرات هاي مونومريک، اتانول مايع حاصل مي شود. کربوهيدرات ها را مي توان از منابع گوناگون به دست آورد. براي نمونه در برزيل کربوهيدرات ها را از نيشکر به دست مي آورند که به عنوان ماده اوليه در بيشتر صنايع بزرگ اين کشور استفاده مي شود و يا در آمريکاي شمالي کربوهيدرات ها را از هيدروليز آنزيماتيک نشاسته که در غلاتي مانند ذرت و گندم وجود دارد، به دست مي آورند. براي توليد اتانول از کربوهيدرات ها به عنوان سوخت، بايد از منابع اوليه ارزان قيمت و تا حد ممکن بي مصرف استفاده کرد تا بتوان به سوختي ارزان و مقرون به صرفه دست يافت؛ از اين رو براي توليد اتانول مايع به طور معمول از ضايعات چوبي)چوب هاي سخت و چوب هاي نرم( و تفاله هاي محصولات کشاورزي و زراعتي)مواد ليگنو سلولزي(استفاده مي شود. اين مواد منبعي غني ازکربوهيدرات هاي مونومريک هستند که براي توليد اتانول مايع استفاده مي شوند. مواد ليگنوسلولزي از ترکيبات سلولزي و همي سلولزي که به صورت زنجيره هاي بسيار بلند کربوهيدراتي هستند، تشکيل شده اند. همچنين اين ترکيبات به وسيله يک ماده چسبنده به نام ليگنين در کنار همديگر نگهداري و محافظت مي شوند. براي آماده سازي مواد ليگنوسلولزي براي توليد اتانول مايع، مراحل زير

انجام مي شود :

۱-  جداکردن ماده ليگنين از سلولز و همي سلولز تا اين مواد براي فرآيند هيدروليز آماده شوند.

2-  هيدرولز مواد سلولزي و همي سلولزي به وسيله آنزيم تا به صورت کربوهيدرات هاي مونومريکدرآيند. 

گاهي در فرآيند هيدروليز کربوهيدرات هايي مانند پنتوز ايجاد مي شود که به وسيله مخمر استاندارد که در صنعت توليد اتانول استفاده مي شود، قابل تخمير نيست. فناوري توليد اتانول از ليگنو سلولز يک رشته فرآيند هيدروليزي آنزيماتيک و بيولوژيک است. در مرحله اول ضايعات چوبي و تفاله هاي محصولات کشاورزي را به وسيله بخار اسيد رقيق شده در دما و فشار بالا قرار مي دهند تا ماده اوليه، مستعد تاثير آنزيم شود. در مرحله دوم، مواد تحت تاثير آنزيم قرار مي گيرند تا پيوند هاي ميان مولکولي شکسته و کربوهيدرات مونومريک حاصل شود. در مرحله سوم که فرآيند بيولوژيک است، هيدرات کربن تحت تاثير ارگانيسم زنده اي مانند مخمر و يا باکتري قرار مي گيرد تا عمل تخمير صورت گيرد و اتانول توليد شود. در مرحله پايان به وسيله عمل جداسازي تقطير، اتانول خالص جداسازي مي شود. در گذشته در مرحله تخمير بيولوژيک از مخمر که به صورت طبيعي عمل تخمير و توليد اتانول را انجام مي دهد، استفاده مي شد. امروزه با پيشرفت فناوري و مهندسي ژنتيک و با القاي ژن توليد کننده اتانول و دستکاري هاي ژنتيک در باکتري ها توانسته اند يک باکتري نوترکيب ايجاد کنند که با بازده بالاي ۰۹ درصد، اتانول توليد مي کند. استفاده از اين نوع ارگانيسم هاي نوترکيب سبب شده است، روز به روز راندمان توليد اتانول در اين فرايند بالاتر رود.  تحقيقات ثابت کرده است که مخلوط ۰۱ تا ۵۱ درصد اتانول با سوخت بدون سرب مي تواند در خودروها و شبکه حمل و نقل استفاده شود. نتيجه اين کار، کاهش خروج دود از اگزوز اتومبيل ها به ويژه کاهش گاز سمي منواکسيد کربن است. همچنين اين نوع سوخت آسيب بسيار کمتري به محيط زيست و لايه ازون وارد مي سازد. مصرف گسترده و کلان انرژي حاصل از سوخت هاي فسيلي اگرچه رشد سريع اقتصادي جوامع پيشرفته صنعتي را به همراه داشته است، اما به واسطه انتشار مواد آلاينده حاصل از احتراق و افزايش دي اکسيد کربن در جو و پيامدهاي آن، جهان را با تغييرات فزاينده اي رو به رو کرده است که افزايش دماي زمين، تغييرات آب و هوايي، بالا آمدن سطح آب درياها و تشديد منازعات بين المللي از جمله اين پيامدهاست. از سوي ديگر، پايان زود هنگام منابع فسيلي و پيش بيني افزايش قيمت ها، لزوم جانشيني انرژي هاي تجديد پذير مانند انرژي هاي بيولوژيک و اهميت آن را آشکارتر مي کند. پيل هاي سوخت هيدروژن و سوخت هاي اتانول، از گزينه هاي جايگزين براي بنزين هستند که هر دو مورد هيچ آلودگي براي محيط زيست ايجاد نمي کنند. تکنولوژي پيل سوخت هيدروژن بسيار گران است و براي بهره گيري انبوه، نياز به تحقيقات بسياري دارد. ولي اتانول ماده اي ارزان قيمت است و مي توان آن را از پسمانده ها و ضايعات تهيه کرد. اتانولي را که از منابع زيستي غير خوراکي تهيه مي شود، بيو اتانول مي گويند.

_________________________________________________________

منابع:

articles.oxinads.com