تولید برق با گیاهان و طبیعت قسمت {2} آخر

به نام خدابریم برای ادامه توضیح نمونه های سوخت زیستی:اتانول‌زیستیبا توجه به اهمیت جایگزین نمودن یک سوخت تجدیدپذیر به‌جای سوخت‌های‌فسیلی، اتانول‌زیستی مورد توجه بسیاری از محققان و دولت‌ها قرار گرفته است. ویژگی‌ها و موارد مصرف این سوخت باعث شده است تا بـیش از 80 درصـد از تولیـد و مصرف سوخت‌های‌زیستی مایع در جهان را به خود اختصاص دهد.تولید و مصرف اتانول‌زیستی به عنوان مهم‌ترین و پرمصرف‌ترین سـوخت‌زیسـتی در جهان، در دو دهه اخیر، گسترش و افزایش قابل توجهی یافته است. افزایش بیش از 5 برابـری تولیـد و مصـرف اتـانول‌زیستی در جهان در طی دو دهه اخیر و گسترش بهره‌گیری از اتانول‌زیستی در بخش بزرگی از کشورهای جهان، همگی نشان‌دهنده اهمیت استراتژیک سوخت‌های‌زیستی مایع به ویژه اتانول‌زیستی در جهان می‌باشد.اتانول‌زیستی از سه گروه مواد قندی، مواد نشاسته‌ای و مواد سلولزی تهیه می‌شود که هریک از این منابع شامل زیرمجموعه‌ای از مواد دیگر می‌شوند. از جمله مواد قندی می‌توان به شربت نیشکر، ملاس نیشکر، ملاس چغندرقند، خرما، میوه‌های شیرین و… اشاره کرد. هم‌چنین مواد نشاسته‌ای شامل ذرت، گندم، سایر غلات، برنج و … می‌شوند. باگاس نیشکر، کاه گندم و سایر غلات، ضایعات چوبی، کاغذ ضایعاتی، ضایعات کارخانه چوب و پسماندهای شهری در گروه مواد سلولزی قرار می‌گیرند.یکی از روش‌های تولید اتانول، تخمیر می‌باشد. در این روش در اثر متابولیز یک گونه از مخمرهای قندی در غیاب اکسیژن، اتانول و کربن‌دی‌اکسید تولید می‌شود. همانطور که بیان شد، منابع اولیه تولید اتانول‌زیستی از سه ماده اولیه قند، نشاسته و سلولز تهیه می‌شود. به دلیل محدود بودن منابع قندی و نشاسته‌ای موجود در جهان، قیمت بالای این منابع از یک سو و تخریب جنگل‌ها و تبدیل آن‌ها به زمین‌های کشاورزی برای کشت دانه‌های نشاسته‌ای از سوی دیگر این دو منبع عمده تولید اتانول‌زیستی را به لحاظ اقتصادی و زیست‌محیطی به دو منبع نامناسب تبدیل کرده است و استفاده از مواد با پایه لیگنوسلولزی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. تولید مقدار ۱۰ میلیون تن از این مواد در سال، آن‌ها را به فراوان‌ترین زیست‌توده تجدیدپذیر در جهان تبدیل کرده است. ساختمان مواد لیگنوسلولزی از سه بخش سلولز، همی‌سلولز و لیگنین تشکیل شده است. به منظور تبدیل مواد لیگنوسلولزی به اتانول‌زیستی پیش از فرایند تخمیر ابتدا با فرایند هیدرولیز آن‌ها را به گلوکز تبدیل کرده سپس گلوکز با فرایند تخمیر به اتانول‌زیستی تبدیل می شود. در حالت کلی سه روش هیدرولیز یک مرحله‌ای با اسید غلیظ، هیدرولیز دو مرحله‌ای با اسید رقیق و هیدرولیز آنزیمی برای تبدیل مواد لیگنوسلولزی به اتانول‌زیستی وجود دارد.همچنین از اتانول زیستی به دلیل کارایی بالا و داشتن کم‌ترین اثر مضر به عنوان ضدعفونی کننده دست در محیط‌های بیمارستانی و زندگی روزمره مورد استفاده قرار می‌گیرد و از بیماری‌های عفونی و بیماری‌های واگیردار جلوگیری می‌کند. علاوه بر کاربردهای بیان شده، اتانول زیستی در صنایع مختلف مانند صنایع دارویی، صنایع بهداشتی و آرایشی، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی و … نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد و کاربردهای فراوانی دارد.دیزل زیستیدومین سوخت زیستی مایع که می‌تواند به عنوان یک سوخت مایع تجدیدپذیر و امیدبخش، جایگزین سوخت‌های فسیلی شود، دیزل زیستی است. دیزل‌زیستی نیز مانند اتانول قابلیت استفاده به عنوان سوخت در خودروها را دارد و هم‌چنین می‌تواند با سوخت دیزل نفتی مخلوط شود.دیزل زیستی، مونوآلکیل‌استر اسیدهای چرب است که عموماً از روغن‌های گیاهی در حضور کاتالیست حاصل می‌شود. علاقه به استفاده از دیزل‌زیستی ناشی از شباهت ذاتی آن با سوخت‌های‌نفتی است که به آن اجازه می دهد همه خواص اصلی مهم این سوخت‌ها را داشته باشد و در عین حال زیست تجزیه‌پذیر، غیرسمی و از همه مهم‌تر اینکه کربن خنثی نیز می‌باشد. در حقیقت موتورهای احتراق داخلی رایج بر دو اصل بدون نیاز به اصلاح یا نیاز به اندکی اصلاح برای تغییر از حالت مصرف سوخت‌نفتی به سوخت‌زیستی طراحی می‌شوند.دیزل‌زیستی از روغن‌های گیاهی و چربی‌ حیوانی که شامل مولکول‌های تری‌گلیسیرید هستند، تشکیل می‌شود. عمومی‌ترین نوع خوراک برای تولید دیزل‌زیستی، روغن‌های گیاهی خوراکی تصفیه شده‌ هستند که از دانه‌هایی هم‌چون سویا، کلزا، دانه آفتاب‌گردان، خرما، نارگیل و دانه کتان به‌دست می‌آیند. واکنش بین تری‌گلیسیریدها و الکل‌های با زنجیره کربنی کوتاه، هم‌چون متانول و اتانول را تبادل‌استری می‌نامند. واکنش تبادل‌استری در حضور یک کاتالیست بازی، اسیدی یا آنزیمی انجام می‌شود. اغلب در صنعت از کاتالیست‌های بازی همگن مانند هیدروکسید سدیم و پتاسیم به علت ارزان و راحت بودن، برای تبادل‌استری استفاده می‌شود. هم‌چنین در سال‌های اخیر، چند آنزیم لیپولیتیک از میکروارگانیسم‌های اکسترمولیفیک کشف و تعیین مشخصه شده‌اند. لیپازها و استراز‌ها از ترمواسیدوفیل و ترموآلکیلوفیل‌های بی‌هوازی مشتق شده‌اند که قابلیت کاتالیست‌زیستی برای تولید دیزل‌زیستی را دارند ولی هم‌چنان استفاده از آنزیم‌ها در صنعت اقتصادی محسوب نمی‌شود.همانگونه که ذکر گردید سوخت‌های‌زیستی نسل سوم از جلبک‌ها به عنوان ماده اولیه تولید سوخت استفاده می‌کنند. ریزجلبک‌ها بزرگ‌ترین میکروارگانیسم‌های اتوتروفیک با زندگی گیاه مانند، در جهان هستند. ریز جلبک‌ها از طریق سنتز زندگی می‌کنند و به دلیل نرخ رشد بالای خود به سرعت می‌توانند مقادیر قابل ملاحظه‌ای چربی را نسبت به گیاهان زمینی جمع‌آوری کنند و همزمان با تغییر مسیرهای سنتتیک‌زیستی برای ذخیره‌سازی به عنوان چربی‌های طبیعی استفاده شوند. روغن ریزجلبک‌ها و زیست‌توده مصرفی به عنوان مواد اولیه و منابع بالقوه خوب برای دیزل‌زیستی پیشنهاد شده است. انرژی ذخیره‌شده در چربی موجود در ریزجلبک‌ها دو برابر اتم‌های کربن در کربوهیدرات‌ها است که به طور مستقیم به دو برابر انرژی سوختی تبدیل می‌شود و در نتیجه ریزجلبک‌ها بیش‌تر از گیاهان زمینی برای تولید سوخت‌های زیستی مناسب هستند.تکنولوژی تولید دیزل‌زیستی در مقیاس بزرگ برای ریز جلبک‌ها در حال حاضر وجود دارد. سیستم‌های استخر روباز به راحتی قابلیت بزرگ شدن را دارند. در بزرگ‌نمایی تولید زیست‌توده ریزجلبک برای تولید دیزل‌زیستی باید از عوامل مختلف برای کمک در تضمین یک فرایند اقتصادی امکان‌پذیر، استفاده کرد. این عوامل شامل مجموعه‌ای از روش‌های کشت (سیستم باز یا بسته)، استفاده از ریز جلبک‌ها با یک مزیت رقابتی برای جلوگیری از آلودگی، تأمین مواد مغذی و دی‌اکسید‌کربن و منبع آب است که هیچ اثر محیطزیستی نداشته باشد.با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد دیزل‌زیستی مانند خواص سوختی شبیه دیزل با پایه­ نفتی، عدد ستان و نقطه ابری شدن و خاصیت روانی بالا نسبت به سوخت­‌های‌ فسیلی، این سوخت به عنوان جایگزین و یا مکمل سوخت‌ دیزل (گازوئیل) محسوب می‌شود. علاوه بر این کاربرد، از دیزل‌زیستی به عنوان روان‌کننده، ماده اولیه تولید هیدروژن در پیل­‌های سوختی، پاک‌کننده لکه‌های روغن و… استفاده می‌کنندسوخت‌های زیستی مایع در ایراندر ایران نیز مانند سایر کشورهای دنیا تولید و گسترش استفاده از سوخت‌های تجدیدپذیر رو به افزایش می‌باشد. در میان انرژی‌های تجدیدپذیر سوخت‌های زیستی از جمله سوخت زیستی مایع با شیب کم‌تری در حال پیشرفت است.پیشنهاد بهره‌گیری از اتانول‌زیستی به عنوان افزودنی بنزین در سال 1380 شمسی توسط انجمن صنفی تولیدکنندگان اتانول ایران مطرح گردید. در نهایت، در سال 1387 طرح اختلاط اتانول زیستی با بنزین به میزان 5 درصد (بنزین 5 درصد) به صورت طرح اولیه در استان خوزستان و سپس به تدریج در سراسر کشور، به تصویب وزارت نفت و شرکت‌های تابعه رسید. این طرح قرار بوده است که در سراسر کشور گسترش یابد و حتی میزان اختلاط اتانول با سوخت به 10 درصد افزایش یابد؛ اما آمار مشخصی در خصوص میزان اجرایی شدن آن وجود ندارد. پتانسیل تولید اتانو‌ل‌زیستی به میزان مورد نیاز برای اجرای طرح بنزین E5 و حتی E10 در کشور وجود دارد؛ لیکن این توانایی بالقوه می‌بایست در بخش‌های کشاورزی، صنعتی و مدیریت زایدات و ضایعات و پسماندها به توانایی بالفعل تبدیل گردد.در مورد دیزل‌زیستی، هنوز طرح مصوب و در حال اجرایی در بخش سوخت کشور وجود ندارد. البته یک مورد کارخانه تولیدی صنعتی در استان اصفهان به بهره‌برداری رسیده بوده است که ادامه فعالیت این کارخانه با مشکل مواجه شده است. لیکن،به نظر می‌رسد که مناسب‌ترین و قابل اجراترین طرح بهره‌گیری از 2 درصد دیزل‌زیستی در سوخت دیزل کم‌سولفور و با کیفیت بالایی باشد که قرار است برای مصرف خودروهای دیزل سبک و اتوبو‌س‌های شهری عرضه گردد.سوخت زیستی گازیدر میان منابع تجدیدپذیر، یکی از قدیمی‌ترین سوخت‌های مورد استفاده، گاز زیستی است که در بسیاری از نقاط جهان خصوصاً هند در حال استفاده می‌باشد. این سوخت که از فرایند هضم به وجود می‌آید، سوخت تمیزی است که آلودگی زیست‌محیطی ایجاد نمی‌کند.منابع زیست‌توده حاوی ترکیبات آلی با مولکول‌های درشت زنجیر می‌باشد که در طی فرایندهای هضم، در نهایت به مولکول‌های ساده گازی تبدیل می‌شوند. گاز زیستی از تخمیر مواد زاید آلی در شرایط بی‌هوازی حاصل می شود و دارای 60 تا 70 درصد متان و 30 تا 40 درصد دی‌اکسید‌کربن و مقادیر ناچیزی از گازهای دیگر مانند هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، منواکسید کربن و سولفید هیدروژن است و همان‌طور که مشخص است قسمت اعظم این گاز از متان و دی‌اکسید‌کربن تشکیل شده است ولی در عین حال نسبت ترکیبات مختلف آن بستگی به نوع مواد اولیه و نیز تا حدودی به میزان حرارت محیط و زمان توقف مواد در مخزن تخمیر دارد. گاز زیستی منبع با ارزشی از انرژی است که اغلب به هدر می‌رود. اگر متان با ایمنی کامل جمع‌آوری شود و به‌درستی ذخیره گردد، می‌تواند منبع مهمی از انرژی باشد. از این گاز می‌توان به عنوان یک حامل انرژی مستقیماً در تأمین انرژی حرارتی و روشنایی ساختمان‌ها استفاده نمود یا اینکه جهت تولید برق در ژنراتورهای گازی آن را بکار برد.این مخلوط گازی دارای ارزش حرارتی 15 الی 25 مگاژول به ازای هر مترمکعب بوده (۴٠ تا ٧٠ درصد ارزش حرارتی گاز طبیعی) و در صورت تبدیل به برق با استفاده از موتورهای گاز زیستی سوز، از هر متر مکعب گاز طبیعی ٣ کیلووات ساعت برق حاصل می شود. این گاز بوی ‏قابل تشخیص مانند تخم‌مرغ گندیده دارد و از هوا سبک‌تر می باشد.هضم بی‌هوازی، تجزیه بیولوژیکی مواد آلی در غیاب اکسیژن است که نتیجه این فرایند تولید گاز زیستی و مواد تثبیت شده می‌باشد. بارزترین نمونه این فرایند در لندفیل‌ها است. از طرف دیگر هاضم‌های مخزنی نیز به علت سرعت هضم مواد عالی در برابر لندفیل‌ها به‌شدت مورد توجه قرار گرفته‌اند. گاز زیستی تولیدی به خاطر داشتن گاز درصد بالایی از متان دارای ارزش حرارتی متوسطی بوده و می‌تواند برای مصارف خانگی و صنعتی به‌کار رود. فضولات دامی و پسماندهای کشتارگاهی، زائدات کشاورزی، پسماندها و پسابهای صنایع غذایی، فاضلاب و پسماندهای فسادپذیر شهری از جمله مواردی است در فرایند هضم بی‌هوازی برای تولید گاز زیستی به‌کار می‌روند.تولید گاز زیستی تنها به دستگاه‌های گاز زیستی ختم نمی‌شود. سالیانه هزاران تن زباله در شهرهای مختلف با کمک دفن بهداشتی دفع می‌گردد. بخش قابل‌توجهی از زباله‌های خانگی تولیدی را مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی تشکیل می‌دهد. این مواد آلی پس از دفن به عنوان منبع غذایی میکروارگانیسم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ابتدای دفن زباله مقدار اندکی اکسیژن در لابه‌لای آن‌ها محبوس شده و میکروارگانیسم‌ها به‌صورت هوازی به تجزیه بیولوژیکی مواد آلی می‌پردازند. لیکن خیلی زود اکسیژن محبوس به اتمام رسیده و فرایند به صورت کاملاً بی‌هوازی ادامه می‌یابد. محصولات عمده فرایند بی‌هوازی، گازهایی هم‌چون متان و دی‌اکسیدکربن می‌باشد. هرچند مقادیری از سولفید هیدروژن، آمونیاک، هیدروژن، نیتروژن و مجموعه گازهای آلی غیر متانی نیز تولید می‌گردد. مجموعه گازهای تولیدی در محل دفن زباله را گاز زیستی می‌نمایند. پایان