+- تالار گفتگوی کیش تک/ kishtech forum (http://forum.kishtech.ir)
+-- انجمن: پردیس فناوری کیش (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=1)
+--- انجمن: صنعت نفت، گاز و پتروشیمی (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=70)
+--- موضوع: سوخت هاي زيستي (/showthread.php?tid=44496)
سوخت هاي زيستي - Mojtaba Reisi - 28-08-2020
http://kishindustry.com/
با افزايش قيمت جهانى نفت، در عمل تقاضا براى بازه گسترده اى از انرژى هاى تجديدپذير، از توربين هاى بادى تا ماشين هاى الکل سوز، افزايش يافته است. اگرچه روي آوردن به سوخت هاى جديد تنها هنگامي نمايان مى شود كه قيمت نفت در بازارهاى جهانى به يكباره اوج مى گيرد، اما جنبش انرژى هاى تجديدپذير به تدريج در حال وارد شدن به مرحله جديدى از پويايى است.
رشد امروزه توليد و مصرف انرژى هاى جانشين نه تنها واكنشى سريع و احساسى به تغيير كوتاه مدت قيمت هاى جهانى سوخت هاى فسيلى است، بلكه افراد با نگاهى سطحي به ميزان ذخاير موجود انرژى و تعدد مسائل زيست محيطى درمي يابند که چاره اى جز روآوردن به اقتصادهاى مبتنى بر انرژى هاى جانشين در شهرها و روستاهاى خود ندارند.
سوخت هاي زيستي نوعي از سوخت ها هستند كه 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 كردن راه هاي بهره گيري و استفاده از آن و تعيين پراكندگي ساخت هاي آن. از منابع اوليه توليد اين سوخت ها مي توان به ضايعات چوبي، تفاله هاي محصولات کشاورزي، نيشكر، 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 كه به نوبه خود سبب برهم خوردن شرايط اكولوژيك ميشوند 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 113 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 3 تا 24 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 از کربوهيدرات 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: 1- 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 مونومريک درآيند.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 90 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 10 تا 15 درصد اتانول با سوخت بدون سرب مى تواند در خودروها و شبکه حمل و نقل استفاده شود. نتيجه اين كار، كاهش خروج دود از اگزوز اتومبيل ها به ويژه کاهش گاز سمي منواکسيد کربن است. همچنين اين نوع سوخت آسيب بسيار كمترى 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