بهبود تولید اتانول و بیوگاز از باگاس نیشکر با استفاده از پیش‌تیمار قلیایی سدیم

اخیراً تولید بیواتانول و بیوگاز از مواد اولیه مختلف مانند باگاس نیشکر بسیار مورد توجه واقع شده است که یکی از مشکلات فرایندی آن مرحله پیش‌تیمار می‌باشد. 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 بهبود تولید بیواتانول و بیوگاز از باگاس نیشکر با استفاده از پیش‌تیمار قلیایی سدیم منتشر نموده‌اند. در همین راستا گفت‌وگویی با ایشان ترتیب دادیم که نظر شما را به آن جلب می‌کنیم.

۱- باعرض 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 خاص بر روی سوخت­‌های زیستی فعالیت دارم. حاصل تحقیقات در این زمینه در بیش از ۱۴۰ مقاله در برترین مجلات معتبر بین‌المللی، چندین کتاب و فصل کتاب به زبان انگلیسی و فارسی چاپ شده است. در حال حاضر مدیر کل امور پژوهشی دانشگاه صنعتی اصفهان هستم. از اعضای هیئت مدیره انجمن سوخت‌های زیستی ایران و هم‌چنین عضو کمیته سوخت‌های زیستی ایران هستم.

۲- اخیراً مقاله علمی در خصوص بهبود تولید بیواتانول و بیوگاز 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 جناب آقای دکتر صادقی و آقای مهندس نصرت‌پور بوده‌اند. جناب آقای دکتر صادقی از اساتید محترم دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان، از متخصصین برجسته علمی به خصوص در زمینه غشاء هستند. آقای مهندس نصرت‌پور دانشجوی توانمند دکتری هستند که تحت راهنمایی آقای دکتر صادقی و بنده مشغول انجام تحقیقات مربوط به رساله دکتری خود هستند. کلیه آزمایشات مربوط به این پژوهش توسط آقای مهندس نصرت‌پور و پس از سال‌ها تلاش بی‌وقفه انجام شده است.

نیشکر یکی از محصولات عمده کشاورزی در کشور ما است که در ابعاد وسیع در منظقه خوزستان کشت می­‌شود. باگاس نیشکر به عنوان باقی‌مانده فرایند تولید شکر از نیشکر استفاده صنعتی چندانی ندارد. بنابراین به این فکر افتادیم از این ماده برای تولید مواد با ارزش و هم‌چنین تولید انرژی استفاده کنیم.

۳- با توجه به اهمیت افزایش بازده تولید انرژی، چه فعالیت‌های دیگری تاکنون در خصوص بهبود تولید بیواتانول و بیوگاز در داخل و خارج از کشور صورت گرفته است؟

استفاده از مواد قندی و نشاسته‌­ای برای تولید سوخت زیستی سال‌هاست که مورد توجه قرار گرفته است و سالانه میزان بالایی شکر در برزیل تبدیل به اتانول می‌­شود. هم‌چنین در امریکا سطح زیادی از زمین­‌های کشاورزی زیر کشت ذرت قرار دارد که برای تولید اتانول به کار برده می­‌شود. اما به دلیل این که این مواد استفاده خوراکی برای انسان دارند استفاده از موادی مانند ضایعات کشاورزی و جنگلی مورد مطالعه قرار گرفته است. در مورد تولید بیوگاز نیز استفاده از فاضلاب‌­های شهری، ضایعات دامی و زباله­‌های تجزیه پذیر در کشورهای اروپایی به صورت کاملاً صنعتی و تجاری در حال انجام است. با این حال استفاده از ضایعات کشاورزی و جنگلی برای تولید سوخت‌های زیستی یک مبحث در حال توسعه است. در این زمینه فعالیت‌های داخلی متعدد در سطح آزمایشگاهی به صورت پراکنده در سطح کشور انجام شده است.

۴- لطفاً در خصوص تئوری تولید بیواتانول و بیوگاز، و هم‌چنین اهمیت مرحله پیش‌تیمار به صورت مختصر توضیح دهید.

بیواتانول و بیوگاز از تخمیر مواد آلی حاصل می‌­شوند. میکروارگانیسم‌ها به منظور تولید انرژی خود مواد آلی را مصرف می­‌کنند. در طی این فرایند در مورد برخی میکروارگانیسم‌ها بیواتانول و در مورد میکروب­‌های متان­‌ساز بیوگاز تولید می­‌شود. باگاس نیشکر همانند سایر ترکیبات سلولزی، ساختار بسیار پیچیده و از نظر مولکولی بسیار مستحکم دارد. به دلیل استحکام ساختاری لازم است یک مرحله پیش‌تیمار روی آن‌ها انجام شود. در این مرحله ساختار ماده لیگنوسلولزی باز شده و دسترسی میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌ها به این مواد افزایش می‌­یابد. چنانچه علاقه‌مند به تحقیق در این زمینه باشید، مرجع زیر را برای اطلاعات بیشتر توصیه می‌کنم:

– Lignocellulose-based Bioproducts, Editor: K. Karimi, Springer, Switzerland, 2015.

۵- ضمن بیان نوآوری این تحقیق، لطفاً روش انجام آزمایشات و آنالیزهای مربوطه را به صورت مختصر بیان کنید.

در این تحقیق برای نخستین بار از سدیم‌استات که ماده‌ای نسبتاً ارزان است و تولید داخلی دارد به عنوان یک ماده پیش­‌تیمار کننده به‌جای ترکیبات گران‌قیمت مانند مایعات یونی و حلال‌های گران‌قیمت وارداتی استفاده شد. علاوه بر انجام آزمایشات متعدد و پیشرفته، محاسباتی انجام شد که تخمینی به دست می­‌دهد که چه میزان از سوخت­‌های زیستی بیواتانول و بیوگاز قابلیت تولید از باگاس نیشکر در ایران دارند.

۶- استفاده از پیش‌تیمار قلیایی سدیم چه تأثیری در بازده تولید بیواتانول و بیوگاز داشته است؟ در مورد نتایج این پژوهش به صورت مختصر توضیح دهید.

نتایج نشان داد که پیش‌تیمارقلیایی به خوبی توانسته است تولید سوخت زیستی از باگاس را افزایش دهد. به گونه‌ای که در برخی از پیش‌­تیمارها میزان سوخت تولیدی به چندین برابر میزان تولید شده از باگاس پیش‌­تیمار نشده رسید.

۷- آیا در ایران محصولات ذکر شده از باگاس نیشکر 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، متاسفانه تولید بیواتانول و بیوگاز از باگاس نیشکر در مقیاس صنعتی تولید نمی‌شوند. سوخت‌های زیستی در ایران به دلیل ارزان‌بودن انرژی‌های فسیلی و عدم حمایت کافی از انرژی‌های تجدید پذیر، تا کنون به توسعه­‌ی شایسته‌ای نرسیده‌اند. تنها چند واحد تحقیقاتی در ابعاد بسیار محدود ایجاد شده است که متأسفانه با تجاری شدن فاصله زیادی دارند.

امید است، سیاست‌گذاران در کشور به این نتیجه برسند که استفاده از باگاس به عنوان یک منبع ارزان که به وفور در کشور وجود دارد؛ می­‌تواند منافع زیادی را از نظر اقتصادی، اشتغال‌زایی و زیست‌محیطی عاید کشور کند.

از دولت و سازمان­‌های تصمیم‌­گیر انتظار می­‌رود به این نکته توجه داشته باشند که استفاده از منابع تجدید ناپذیر انرژی مانند گاز طبیعی و نفتی اثرات مخرب زیست‌محیطی و سلامتی متعددی به همراه دارد. حمایت کردن در زمینه سوخت‌های زیستی در واقع سرمایه‌گذاری برای سلامتی جامعه و محیط‌زیست و آینده کشور است. این مورد در کشورهای پیشرفته مورد توجه زیادی قرارگرفته است.

موانع و مشکلاتی که در این پروژه با آن مواجه بودید را بیان کنید.

مشکلات و موانع مربوط به محدودیت‌­های سخت‌­افزاری متأسفانه به جزء جداناشدنی کارهای تحقیقاتی در کشور بدل شده است که تحقیق حاضر نیز از این امر مستثنی نبوده است. برخی آنالیزها، نیازمند استفاده از تجهیزات گران‌قیمتی بودند که متأسفانه دسترسی به آن‌­ها برای ما محدود بود. امیدوارم با توجه بیش از پیش مسئولین به بخش‌­های فن­اورانه و به خصوص پژوهش در بخش دانشگاهی کشور، اندکی از این مشکلات کاسته شود.

در ماه‌های اخیر به‌خصوص با بالا رفتن قیمت دلار، پژوهشگرانی که تحقیقات آزمایشگاهی انجام می‌دهند با مشکلات مالی فراوانی مواجه شده‌اند. به عنوان نمونه ستون HPLC مورد استفاده در آنالیز سوخت‌های زیستی در سال گذشته قیمتی کمتر از ۱۵ میلیون تومان داشت ولی در حال حاضر قیمت آن در بازار بالاتر از ۷۰ میلیون تومان است! این درحالی است‌ که حمایت‌های مالی از پژوهش در دانشگاه‌ها نسبت به سال گذشته افزایشی نداشته است. چنان‌چه فکری به حال هزینه پژوهش در دانشگاه‌ها نشود، روند رو به رشد پیشرفت علمی کشور متوقف خواهد شد.

۹- لطفاً نام سازمان و یا نهادهایی که پروژه شما را حمایت کرده‌اند بیان کنید.

آزمایش‌­های مربوط به این تحقیق در آزمایشگاه بیوتکنولوژی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شده است که هم‌اکنون به چند ده دانشجوی مستعد که در زمینه سوخت­‌های زیستی فعال هستند خدمات ارائه می‌­دهد. هم‌چنین این پروژه مورد حمایت گروه بیوتکنولوژی صنعتی، پژوهشکده بیوتکنولوژی دانشگاه صنعتی اصفهان بوده است. هم‌چنین شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان که در مجاورت دانشگاه صنعتی اصفهان بنا شده است، تأمین کننده بخشی از تجهیزات مورد نیاز آنالیزهای انجام شده بوده است که جا دارد از زحمات انجام شده در شهرک علمی تحقیقاتی به منظور حمایت از شرکت­‌های دانش‌بنیان قدردانی به عمل آید.

۱۰- ضمن تشکر و قدردانی از وقتی که به ما اختصاص دادید، اگر صحبتی برای خوانندگان دارید بفرمایید.

زمینه بیوتکونولوژی به‌ خصوص “سوخت‌های زیستی” از جذاب‌ترین زمینه‌های تحقیقاتی در حال و آینده است. در کشورهای پیشرفته شاهد فعالیت‌های بسیار وسیعی در این زمینه بوده‌ایم و به نظر من در ایران هم آینده خوبی خواهد داشت. در پایان از توجه شما ممنونم و برای شما و خوانندگان محترمتان آرزوی سعادت و پیروزی دارم.

☑ مصاحبه کننده: جواد طغیانی

☑ لینک مقاله