اخیراً تولید سوخت‌های زیستی مانند بیواتانول از مواد اولیه مختلف مانند کاه برنج، باگاس نیشکر و … بسیار مورد توجه واقع شده است. دکتر کیخسرو کریمی -دانشیار گروه بیوتکنولوژی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان- یکی از چهره‌های علمی برتر کشورمان است که اخیراً مقاله ارزشمندی در حوزه افزایش بازده تولید اتانول و متان از کاه برنج با استفاده از پسماند مایع فرایند هضم تولید بیوگاز منتشر نموده‌اند. در همین راستا گفت‌وگویی با ایشان ترتیب دادیم که نظر شما را به آن جلب می‌کنیم.
۱. با عرض سلام و خسته نباشید خدمت شما استاد گرامی، لطفاً خودتان را معرفی کنید و شرح مختصری از زمینه کاری، مرتبه علمی و سایر مسئولیت‌های خود بفرمایید.
کیخسرو کریمی، دانشیار گروه بیوتکنولوژی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان هستم. از سال ۱۳۸۰ تاکنون در زمینه بیوتکنولوژی و به طور تخصصی بر روی سوخت‌های زیستی فعالیت دارم. حاصل تحقیقات در این زمینه در بیش از ۱۴۵ مقاله در برترین مجلات معتبر بین‌المللی، چندین کتاب و فصل کتاب به زبان انگلیسی و فارسی چاپ شده است. در حال حاضر نایب رییس هیئت مدیره انجمن سوخت‌های زیستی ایران و هم‌چنین عضو کمیته سوخت‌های زیستی، معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری هستم.
۲. اخیراً مقاله علمی در خصوص بهبود تولید اتانول و متان توسط شما و همکارانتان منتشر گردیده است، ضمن معرفی سایر همکارانتان، لطفاً توضیحاتی در خصوص ضرورت و هدف از انجام این کار بیان کنید.
همکاران بنده در این پژوهش دکتر ایلونا و خانم مهندس ممیز بوده‌اند. دکتر ایلونا از اساتید توانمند حوزه بازیافت منابع تجدیدپذیر در دانشگاه بوراس کشور سوئد هستند. همکاری اینجانب با ایشان از سال ۲۰۰۹ آغاز شده است. حاصل این همکاری‌ها نتایج علمی ارزشمندی بوده که در مجلات مختلف و گزارشات علمی به چاپ رسیده است. خانم مهندس فروغ ممیز رساله دکتری خود را تحت راهنمایی اینجانب در آزمایشگاه بیوتکنولوژی دانشگاه صنعتی آغاز نمودند. در ادامه، طی یک دوره فرصت مطالعاتی ۹ ماهه در دانشگاه بوراس تحت راهنمایی دکتر ایلونا، به تکمیل آزمایشات خود پرداختند. در این مقاله بخشی از نتایج پایان‌نامه ایشان ارائه شده است.
برنج خوراک عمده مردم در کشور ما محسوب می‌شود. به ازای تولید هر کیلوگرم برنج، تقریباً یک کیلوگرم کاه برنج تولید می‌شود. از این رو، یافتن راه‌حل مناسب برای استفاده از کاه برنج تولید شده پس از برداشت برنج از اهمیت زیادی برخوردار است. تولید انرژی به صورت بیومتان و بیواتانول از راهکارهای مناسب برای بازیابی انرژی از کاه برنج می‌باشد. از سوی دیگر دفع پسماند مایع فرآیند تصفیه‌خانه‌های بی‌هوازی نیز مشکلات زیست‌محیطی فراوانی دارد. بنابراین در این پژوهش سعی کردیم از این مایع برای پیشتیمار کاه برنج استفاده کنیم.
۳. موضوع مصاحبه قبلی شما با مجله زیست‌فن، بهبود تولید اتانول و بیوگاز با استفاده از پیشتیمار قلیایی بوده است. لطفاً تفاوت این دو پروژه را بیان کنید و نتایج به دست آمده از هر کدام را بیان نمایید.
در پروژه قبلی از سدیم‌استات به منظور پیشتیمار باگاس نیشکر استفاده شده است. شرایط عملیاتی بهینه برای تولید بیشینه مقدار بیوگاز و بیواتانول طی مرحله پیشتیمار تعیین شده و به کمک محاسبات قابلیت تولید سوخت‌های زیستی از باگاس نیشکر در ایران برآورد شده است. در این پروژه سعی شده است از یک مایع بی‌ارزش طی فرآیند پیشتیمار استفاده شود. لذا علاوه بر این‌که نیازی به صرف هزینه به منظور خرید ماده اولیه برای مرحله پیشتیمار نیست، راه‌حلی برای دفع پسماند مایع تولید شده طی فرآیند تولید بیوگاز ارائه شده است. همراه با تولید بیوگاز طی فرآیند هضم بی‌هوازی، پسماندی تولید شده که پس از آب‌گیری به عنوان کود بیولوژیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مایع جدا شده حاوی مواد آلی و معدنی می‌باشد که نمی‌توان آن را در طبیعت بدون تصفیه رها نمود. در این پروژه از این مایع به منظور پیشتیمار کاه برنج استفاده شده است. نتایج هر دو پروژه نشان‌دهنده بهبود تولید بیوگاز و بیواتانول بعد از پیشتیمار می‌باشد ولی هزینه‌های روش به‌کارگرفته شده در این تحقیق پایین‌تر است.
۴. لطفاً در خصوص تئوری تولید اتانول، متان، فرایند تولید بیوگاز و نحوه استفاده از پسماند مایع فرایند هضم تولید بیوگاز در پیشتیمار را به صورت مختصر توضیح دهید.
میکروارگانیسم‌ها مواد آلی در دسترس خود را مصرف نموده و انرژی تولید می‌کنند. به طور کلی متان و اتانول از تخمیر مواد آلی تولید می‌شود. به منظور تولید هر کدام از سوخت‌های زیستی، میکروارگانیسم‌های مخصوص خود و شرایط فرآیندی خاص مورد نیاز است. به طور مثال، متان در شرایط بی‌هوازی در حضور باکتری‌های هیدرولیزکننده، تولیدکننده اسید و تولیدکننده متان تولید می‌شود. در این پژوهش پسماند فرآیند هضم بی‌هوازی تصفیه‌خانه در پیشتیمار مورد استفاده قرار گرفته است. به جای استفاده از مواد شیمیایی همانند اسیدها و بازها، از این مایع که حاوی مواد مختلفی می‌باشد استفاده شده است. میزان مشخصی از کاه برنج خرد شده و به همراه پسماند مایع هضم بی‌هوازی درون راکتور استیل قرار داده شد. این راکتور توانایی تحمل دما و فشار بالا را دارد. سپس درب راکتور محکم بسته شد و درون حمام روغن در دمای مورد نظر قرار داده شد.
۵. لطفاً توضیح دهید که چرا مطالعات شما درخصوص تولید سوخت‌های زیستی از ضایعات لیگنوسلولزی، بر روی مرحله پیشتیمار متمرکز شده است؟
ضایعات لیگنوسلولزی ازران قیمت و فراوان هستند. ولی در طبیعت برای مقاوت در برابر حملات فیزیکی، شیمیایی و میکروبی ساخته می‌شوند. لذا داری ساختار بسیار سرسختی می‌باشند. سلولز موجود در ساختار این مواد توسط همی‌سلولز و لیگنین ساختاری احاطه شده است. از این رو دسترسی به سلولز این مواد برای میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌ها دشوار بوده و همین امر عامل بازده پایین تولید سوخت‌های زیستی از ضایعات لیگنوسلولزی می‌گردد. مرحله پیشتیمار برای از بین بردن استحکام و سرسختی ساختار مواد لیگنوسلولزی ضروری می‌باشد. استفاده از پیشتیمار مناسب با هزینه‌های عملیاتی پایین از جمله موارد بسیار قابل اهمیت و بر اساس یافته‌های محققان، مهم‌ترین گلوگاه تولید سوخت‌های زیستی می‌باشد.
۶. ضمن بیان نوآوری این تحقیق، لطفاً روش انجام آزمایشات و آنالیزهای مربوطه را به صورت مختصر بیان کنید.
در این تحقیق برای اولین بار از پسماند فرآیند تصفیه بی‌هوازی به منظور پیشتیمار استفاده شده است. کاه برنج بعد از پیشتیمار در دماها و زمان‌های مختلف وارد فرآیند تولید بیواتانول و بیوگاز خشک و مرطوب گردید. به منظور مقایسه بهتر نتایج، پیشتیمار در شرایط عملیاتی یکسان با آب نیز انجام شد. تغییرات ساختاری کاه برنج طی پیشتیمار به کمک آنالیزهای FTIR، SEM مورد بررسی قرار گرفت. درصد سلولز، همی‌سلولز و لیگنین موجود در ساختار کاه قبل و بعد از پیشتیمار نیز تعیین شد.
۷. برنامه و اهداف پژوهشی و صنعتی شما در زمینه تولید سوخت‌های زیستی از ضایعات لیگنوسلولزی چیست؟
با توجه به قیمت فعلی سوخت در ایران (بنزین هزار تومان)، تولید هیچ زیست سوختی مقرون به صرفه نیست، مگر آن که حمایت‌های دولت را همراه داشته باشد. بنابراین در وضعیت فعلی ایران تولید آن‌ها سود آور نیست. از طرفی آلودگی‌های محیط زیستی نیز به صورت جدی مد نظر قرار نگرفته است. ولی ایران نیز همانند سایر کشورها ناگزیر به استفاده از این منابع است. هزینه‌های درمان بیماری‌های حاصل از مصرف سوخت‌های بی‌کیفیت فسیلی در کشورهای پیشرفته در نظر گرفته می‌شود و ایران نیز خواه ناخواه این رویکرد را در پیش خواهد گرفت. پشتیبانی علمی تصمیماتی که در آینده گرفته خواهد شد بر عهده دانشگاه‌های کشور است. دسترسی به دانش فنی تولید سوخت‌های زیستی از مواد سلولزی از اهداف بلند مدت ما است.
۸. آیا در ایران محصولات ذکر شده از کاه برنج در مقیاس صنعتی تولید می‌شوند؟ به نظر شما تحقیق صورت گرفته تا چه حد مورد توجه صنایع مرتبط قرار می‌گیرد؟ نهادهای دولتی و سیاست‌گذار چه نقشی در حمایت از این پروژه می‌توانند داشته باشند؟
خیر، متأسفانه در کشور ما عمدتاً کاه برنج در مزارع سوزانده می‌شود و علاوه بر هدر دادن این منبع با پتانسیل بالا، مشکلات زیست‌محیطی نیز ایجاد می‌گردد. استفاده از کاه برنج به منظور تولید سوخت‌های زیستی نیازمند انجام آزمایشات بیشتر و بررسی‌های اقتصادی دقیق می‌باشد. پایین بودن قیمت سوخت‌های فسیلی در کشور ما از بزرگترین موانع تجاری سازی واحدهای تولید بیوگاز می‌باشد. در بحث تولید سوخت‌های زیستی از ضایعات گوناگون باید به جنبه محیط‌‌زیستی این فرآیندها توجه گردد. کشورهای توسعه یافته با اختصاص مالیات‌های دریافتی به صنایع حذف کننده ضایعات، کمک زیادی به اقتصاد این دسته از صنایع می‌کنند. انتظار می‌رود نهادهای دولتی و سیاسی نیز به اثرات مخرب استفاده از سوخت‌های فسیلی توجه بیشتری داشته باشند و با قرار دادن مالیات برای صنایع استفاده کننده از سوخت‌های فسیلی و اختصاص بودجه به تولیدکنندگان سوخت‌های زیستی، حمایت خود را از منابع تجدیدپذیر انرژی بیشتر کنند.
۹. موانع و مشکلاتی که در این پروژه با آن مواجه بودید را بیان کنید.
انجام پروژه‌های آزمایشگاهی همواره نیازمند تجهیزات و مواد آزمایشگاهی خاصی می‌باشد. با توجه به محدودیت‌های منابع مالی دانشگاه‌ها، تأمین هزینه‌های پروژه‌های آزمایشگاهی برای اساتید دشوار شده است. با افزایش قیمت دلار، هزینه‌های مواد وارداتی مورد نیاز و هم‌چنین آنالیزهای گوناگون نیز چند برابر شده است. لذا باید متناسب با افزایش هزینه‌ها، حمایت‌های مالی از پژوهش‌ها نیز بیشتر شود، وگرنه با رکود علمی در کشور مواجه خواهیم شد.
۱۰. لطفاً نام سازمان و یا نهادهایی که پروژه شما را حمایت کرده‌اند بیان کنید.
بخشی از آزمایشات این پژوهش در آزمایشگاه بیوتکنولوژی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان و بخشی دیگر در آزمایشگاه دانشگاه بوراس انجام شد. خوشبختانه این پژوهش با کمک مالی شماره ۹۵۰۵۱۲ ستاد توسعه زیست فناوری انجام شد.
۱۱.ضمن تشکر و قدردانی از وقتی که به ما اختصاص دادید، اگر صحبتی برای خوانندگان دارید بفرمایید.
از زحمات شما کمال تشکر را دارم و برای کشور عزیزمان روزهای خوبی را آرزوی می‌کنم.
