سوخت‌زیستی چیست

بحران انرژی، آلودگی‌ها و آثار زیست‌محیطی ناشی از استفاده سوخت‌های فسیلی، باعث شده است تا بشر به استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر روی آورد. یکی از انواع انرژی‌های تجدیدپذیر سوخت‌زیستی (biofuel) می‌باشد که به سه صورت جامد، مایع و گاز می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

محتوای انرژی سوخت‌زیستی از منابع زیستی و مواد آلی که بدن موجودات زنده را می‌‌سازند به وجود آمده است. در واقع سوخت‌زیستى نوعى از سوخت است که از منابع زیست‌توده (بیومس‌) به وجود مى‌آید. این بدان معناست که ماهیت سوخت‌زیستى به گیاهان برمی‌گردد و همین امر موجب تجدیدپذیر بودن آن می‌شود.

در سال‌های اخیر محبوبیت سوخت‌های‌زیستی به دلیل افزایش قیمت نفت و نیاز به تأمین امنیت انرژی، افزایش یافته است. جوانب مثبت و منفی زیادی در مورد استفاده از سوخت‌های‌زیستی به عنوان یک منبع انرژی وجود دارد که همین امر موجب انتقاد و نارضایتی برخی از جوامع علمی شده است.

منبع اصلی انرژی در زیست‌توده‌ها انرژی خورشید است که طی فرایند فوتوسنتز در گیاه ذخیره می‌شود. این انرژی ذخیره شده در گیاهان و زیست‌توده‌ها ‌می‌تواند طی فرایندهای مختلف حرارتی، تبدیل شیمیایی و تبدیل بیوشیمیایی به انرژی قابل استفاده برای انسان تبدیل شود.

انواع سوخت زیستی

سوخت‌های زیستی دارای انواع مختلفی می‌باشند. تنوع در این مواد زیاد است لذا از جنبه‌های مختلفی دسته بندی می‌شوند؛ ازجمله دسته بندی‌هایی که برای سوخت زیستی وجود دارد دسته بندی براساس ماده اولیه و دسته بندی براساس حالت فیزیکی است که در ادامه به تفصیل به آن‌ها پرداخته خواهدشد.

انواع سوخت‌‌زیستی بر اساس ماده ‌اولیه

سوخت‌های‌زیستی، به‌ ویژه سوخت‌های‌زیستی مایع را بر اساس مواد اولیه مورد استفاده در تولید آن‌ها، به چند نسل تقسیم‌بندی نموده‌اند: نسل اول، دوم، سوم و چهارم. با رشد و ظهور هر نسل، بهبود و افزایش تولید این سوخت‌ها حاصل شده است.

نسل اول سوخت‌‌زیستی

سوخت‌های نسل اول یا سوخت‌های‌زیستی معمولی، سوخت‌های تولید شده از محصولات غذایی و زراعی می‌باشد. با تولید این نوع از سوخت‌زیستی، امنیت غذایی و بحران‌های ناشی از آن ایجاد می‌شود.

نسل اول سوخت‌های‌زیستی از قند، نشاسته، روغن و چربی‌ حیوانی و گیاهی به‌دست می‌آیند که با استفاده از فرایند‌ها یا فناوری‌هایی که در حال حاضر شناخته شده، تولید می‌شوند. این سوخت‌ها شامل ‌دیزل‌زیستی، ‌الکل‌زیستی، اتانول و گاز‌های‌زیستی مانند متان می‌باشند.

در این نسل مواد غذایی با ارزش و بعضاً استراتژیک فقط برای تولید سوخت‌زیستی باید کشت شود که این امر موجب به خطر انداختن امنیت چرخه غذایی می‌شود و هم‌چنین کشت محصولات برای تولید سوخت‌زیستی لزوماً اقتصادی نمی‌باشد.

نسل دوم سوخت‌‌زیستی

نسل دوم سوخت‌های‌زیستی از محصولات غیر غذایی یا ضایعات کشاورزی، به ویژه زیست‌توده‌های لیگنوسلولزی تولید می‌شوند. مواد اولیه این نسل از سوخت‌ها، جزو مواد غذایی محسوب نمی‌شوند.

مواد اولیه مورد استفاده در این نسل، می‌تواند ضایعات و پسماندهای محصولات کشاورزی و غذایی باشد و یا محصولاتی که ارزش تغذیه‌ای برای انسان ندارند و در زمین‌های نامرغوب با هزینه‌های جاری بسیار کم رشد می‌کنند. هم‌چنین ضایعات فضای سبز و جنگل‌ها نیز جزو مواد لیگنوسلولزی هستند که موجب تولید سوخت‌های‌زیستی نسل دوم می‌شوند.

با وجود مزایای فراوان این نسل از سوخت‌ها، ممکن است استخراج سوخت از مواد اولیه ذکر شده دشوار باشد. به عنوان مثال، ممکن است یک سری از پیش‌تیمارهای فیزیکی و شیمیایی برای تبدیل زیست‌توده لیگنوسلولوزی به سوخت‌های مایع مورد نیاز باشد.

نسل سوم سوخت‌‌زیستی

آزمایشات فراوانی بر روی جلبک‌ها به عنوان منبع غنی از چربی برای تولید سوخت‌های‌زیستی مایع انجام شده است. با استخراج چربی و هم‌چنین استفاده مستقیم از این جلبک‌ها، سوخت‌های‌زیستی نسل سوم تولید شده‌اند.

پرورش و کشت جلبک‌ها به عنوان منبع غنی از چربی برای اولین بار در سال‌های ۱۹۷۸ تا ۱۹۹۶ در آمریکا مورد آزمایش قرار گرفته است. ایده پرورش این جلبک‌ها در تصفیه‌خانه فاضلاب نیز توسط محققان آمریکایی پیشنهاد شده است.

تولید جلبک برای تولید سوخت هنوز در مقیاس تجاری، جایگاه خود را نیافته است اما مطالعات امکان‌سنجی برای دستیابی به عملکرد بالا صورت گرفته است. تولید سوخت‌های نسل سوم باعث کاهش تولید مواد غذایی نمی‌شود و هم‌چنین نیازی به زمین‌های کشاورزی و آب شیرین نیست.

algal biofuel

نسل چهارم سوخت‌‌زیستی

نسل چهارم سوخت‌های‌زیستی از گیاهان مهندسی‌شده یا زیست‌توده که ممکن است عملکرد انرژی بیشتر داشته باشند، تشکیل شده است. این نوع از مواد نیاز کمتری به شکست سلولزی دارند و هم‌چنین قادر به رشد در زمین‌های غیر کشاورزی و بدون آب هستند [۱, ۲].

انواع سوخت‌زیستی براساس حالت فیزیکی

سوخت‌زیستی استحصال شده از زیست‌توده‌ها با توجه به نوع فرایند و هدف مورد نظر به صورت‌های مختلف می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. سوخت‌های‌زیستی از نظر خصوصیات فیزیکی به سه گروه جامد، مـایع و گاز دسته‌بندی می‌شوندکه با توجه به ویژگی هرکدام از آن‌ها، کارایی متفاوتی را به خود اختصاص داده‌اند.

انواع سوخت‌زیستی بر اساس حالت فیزیکی

سوخت‌زیستی جامد

یکی از راحت‌ترین روش‌های استحصال انرژی از زیست‌توده‌ها، سوزاندن و استفاده مستقیم از انرژی آن‌ها در حالت جامد می‌باشد. یکی از قدیمی‌ترین سوخت‌های مورد استفاده توسط انسان‌ها که امروزه به عنوان سوخت‌زیستی جامد شناخته می‌شود، ضایعات کشاورزی و گیاهان بوده است که برای تهیه انرژی گرمایی یا روشنایی از آن‌ها استفاده می‌کردند.

اصطلاح سوخت‌زیستی جامد می‌تواند در ظاهر کمی گمراه کننده باشد زیرا بسیاری از افراد گمان می‌کنند که سوخت‌های‌زیستی فقط با انجام برخی فرایندهای پیشرفته تولید می‌شوند. اما در حقیقت، هر ماده تجدیدپذیر و زیستی که قابل سوختن باشد، به عنوان سوخت‌زیستی تلقی می‌شود. از منابع اولیه سوخت‌های‌زیستی می‌توان به ضایعات چوبی، تفاله‌های محصولات کشاورزی، نیشکر، غلات، زباله خانگی، زغال چوب، روغن گیاهان و سبزیجات اشاره کرد که همگی این منابع جامد بوده و قابلیت سوزاندن دارند.

سوخت زیستی جامد

امروزه نیز مانند گذشته مصرف زیست‌توده جامد به دلیل ارزانی و در دسترس بودن این نوع سوخت، بسیار گسترده است. خانواده‌‌های کوچک به خصوص در نواحی روستایی، ویلایی، واحدهای کوچک و بزرگ صنعتی و تجاری، استفاده از زباله‌سوزها در نیروگاه‌ها و حتی در رستوران ‌ها برای طبخ طبیعی غذا می‌‌توانند از این سوخت به راحتی بهره‌مند شوند.

اغلب تولید و پردازش سوخت‌های‌زیستی جامد که در یک ساختار مناسب قرار دارند؛ ضروری نیست اما از سوی دیگر، برخی از زیست‌توده‌های جامد مانند خاک اره که ارزش حرارتی چندان بالایی ندارند، طی فرایندهایی متراکم می‌شوند و به صورت پلت مورد استفاده قرار می‌گیرند. از مزایای متراکم کردن زیست‌توده‌ها می‌توان به افزایش ارزش حرارتی، حمل‌ونقل آسان و ذخیره‌سازی مقرون‌به‌صرفه اشاره نمود. هم‌چنین برخی از زیست‌توده‌های دیگر مانند زباله‌های شهری باید تفکیک شوند و پیش‌تیمارهای لازم مانند برش، خشک کردن و متراکم‌سازی جهت سوزاندن در زباله‌سوزها بر روی آن‌ها صورت بگیرد.

پلت‌های چوبی

به دلیل آن که سوخت زیست‌توده جامد از ضایعات درختان و گیاهان است، پس از سوخته‌شدن همان مقدار کربن‌دی‌اکسید جذب شده توسط گیاهان را به محیط باز می‌گرداند و این ویژگی سبب پاک بودن این سوخت شده است. طبق اعلام وزارت انرژی ایالات متحده که در تحقیقاتی به بررسی تأثیر دو سوخت‌زیستی و سوخت‎های‌فسیلی بر گرمایش جهانی پرداخته است، هنگامی که تمام جوانب مورد توجه قرار می‌گیرند، استفاده از سوخت‌های‌زیستی به جای زغال سنگ، منجر به کاهش ۱۴۸ درصدی پتانسیل گرم شدن زمین در نیروگاه می‌شود [۱, ۳-۷].

سوخت زیستی مایع

پرکاربردترین سوخت‌زیستی که در دهه‌های اخیر بسیار مورد توجه دانشمندان و دولت‌های سراسر جهان واقع شده است، سوخت‌های‌زیستی مایع می‌باشد. این سوخت‌ها توسط فرایندهای مختلف شیمیایی و زیستی تولید می‌شوند که به دلیل افزایش روزافزون جوامع از سوخت‌های‌زیستی مایع، تحقیقات فراوانی در خصوص تولید آن‌ها صورت گرفته است.

سوخت‌های‌زیستی مایع در استراتژی ملی منبع انرژی بسیاری از کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه گنجانده شده‌اند و کشورهایی مانند ایالات متحده، برزیل، عضوهای اتحادیه اروپا و تعدادی دیگر برای کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای تلاش می‌کنند و برای کمبود ذخیره انرژی آماده می‌شوند.

liquid biofuel

مهم‌ترین و پرمصرف‌ترین سوخت‌های‌زیستی مایع عبارت‌اند از اتـانول‌زیستی، بـا سـهم بـیش از ۸۰ درصـد از تولیـد و مصرف سوخت‌های‌زیستی مایع در جهان، و پس از آن دیزل‌زیستی با سهم کم‌تر از ۲۰ درصد. سـایر سـوخت‌هـای‌زیستی مایع از قبیل بوتانول‌زیستی، کروزین‌زیستی و … سهم بسیار کوچکی در این میان دارند. در ادامه به توضیح درباره دو نوع از مهم‌ترین و پرکاربردترین سوخت‌های‌زیستی مایع می‌پردازیم.

اتانول‌زیستی

با 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 ۸۰ 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 ۵ 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.

bioethanol

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.

فرایند تولید بیواتانول

با توجه به مزایا و ویژگی‌های منحصر به فرد اتانول‌زیستی، کاربردهای زیادی می‌توان برای این سوخت تعریف کرد، از مهم‌ترین کاربردهای آن می‌توان به مصرف آن به عنوان سوخت اشاره کرد، به گونه‌ای که بیش از ۸۰ درصد اتانول تولیدی در جهان از نوع اتانول‌سوختی می‌باشد و این روند یعنی مصرف آن به عنوان سوخت روز به روز در حال افزایش است.

یکی از موارد سوختی اتانول‌زیستی در سوخت بنزین-الکل می‌باشد. بسیاری از ماشین‌ها می‌توانند مخلوطی از ۸۵ درصد اتانول و ۱۵ درصد بنزین را که به آن E85 می‌گویند را بسوزانند. این سوخت عدد اکتان بالاتری نسبت به بنزین خالص دارد و کامل‌تر از بنزین معمولی می‌‌سوزد، بنابراین میزان گازهای آلاینده کم‌تری تولید می‌کند. البته این سوخت‌ها مشکلات خاص خود را هم دارند، اتانول ممکن است به برخی از بخش‌های موتور مثل واشرهای لاستیکی آسیب بزند.

gasoline alcohol fuel

همچنین از اتانول‌زیستی 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، اتانول‌زیستی در صنایع مختلف مانند صنایع دارویی، صنایع بهداشتی و آرایشی، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی و …  نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد و کاربردهای فراوانی دارد [۲, ۸-۱۱].

دیزل‌زیستی

دومین سوخت‌زیستی مایع که می‌تواند به عنوان یک سوخت مایع تجدیدپذیر و امیدبخش، جایگزین سوخت‌های‌فسیلی شود، دیزل‌زیستی است. دیزل‌زیستی نیز مانند اتانول قابلیت استفاده به عنوان سوخت در خودروها را دارد و هم‌چنین می‌تواند با سوخت دیزل‌نفتی مخلوط شود.

دیزل‌زیستی، 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 می‌دهد 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.

واکتش تولید بیودیزل

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.

فرایند تولید دیزل‌زیستی

همانگونه که ذکر گردید سوخت‌های‌زیستی نسل سوم از جلبک‌ها به عنوان ماده اولیه تولید سوخت استفاده می‌کنند. ریز جلبک‌ها 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 سوخت‌های‌زیستی 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 می‌کنند[۱۲-۱۷].

Biodiesel Fuel

سوخت‌های‌زیستی مایع در ایران

در ایران نیز مانند سایر کشورهای دنیا تولید و گسترش استفاده از سوخت‌های تجدیدپذیر رو به افزایش می‌باشد. در میان انرژی‌های تجدیدپذیر سوخت‌های‌زیستی از جمله سوخت‌زیستی مایع با شیب کم‌تری در حال پیشرفت است.

پیشنهاد بهره‌گیری از اتانول‌زیستی به عنوان افزودنی بنزین در سال ۱۳۸۰ شمسی توسط انجمن صنفی تولیدکنندگان اتانول ایران مطرح گردید. در نهایت، در سال ۱۳۸۷ طرح اختلاط اتانول زیستی با بنزین به میزان ۵ درصد (بنزین ۵ 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 ۱۰ 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 ۲ درصد دیزل‌زیستی در سوخت دیزل کم‌سولفور و با کیفیت بالایی باشد که قرار است برای مصرف خودروهای دیزل سبک و اتوبو‌س‌های شهری عرضه گردد [۱۸, ۱۹].

سوخت‌زیستی گازی

در 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.

تولید بیوگاز

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 ۶۰ تا ۷۰ درصد متان و ۳۰ تا ۴۰ 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 ۱۵ الی ۲۵ 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.

گاز زیستی

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.

هضم بی هوازی

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 [۲۰-۲۲].

منابع

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Biofuel#Solid_biomass_fuels.
  2. https://www.civilica.com/copied/IP/20180827/7419570/ef0e547c750c87190dd3c03f1485c2ad.
  3. http://biofuel.org.uk/solid-biofuels.html.
  4. Solid Biomass Fuels. Natural Resources Canada, 2017(Solid Biofuels Bulletin No. 1): p. 1-4.
  5. Bonassa, G., et al., Scenarios and prospects of solid biofuel use in Brazil. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. ۸۲: p. 2365-2378.
  6. Vakkilainen, E.K., ۲ – Solid Biofuels and Combustion, in Steam Generation from Biomass, E.K. Vakkilainen, Editor. 2017, Butterworth-Heinemann. p. 18-56.
  7. Zhou, Y., et al., A comprehensive review on densified solid biofuel industry in China. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016. ۵۴: p. 1412-1428.
  8. https://www.civilica.com/copied/IP/20180827/7419527/5922c4577458ee6de0c721aa23b58ab0.
  9. Bernier-Oviedo, D.J., et al., Comparison of two pretreatments methods to produce second-generation bioethanol resulting from sugarcane bagasse. Industrial Crops and Products, 2018. 122: p. 414-421.
  10. Mohd Azhar, S.H., et al., Yeasts in sustainable bioethanol production: A review. Biochemistry and Biophysics Reports, 2017. ۱۰: p. 52-61.
  11. Neto, A.C., M.J.O.C. Guimarães, and E. Freire, Business models for commercial scale second-generation bioethanol production. Journal of Cleaner Production, 2018. ۱۸۴: p. 168-178.
  12. https://www.civilica.com/copied/IP/20180828/7419869/39d1e80be0540a3cb9085622b4f90bd3.
  13. Chen, J., et al., The potential of microalgae in biodiesel production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. ۹۰: p. 336-346.
  14. Gebremariam, S.N. and J.M. Marchetti, Economics of biodiesel production: Review. Energy Conversion and Management, 2018. ۱۶۸: p. 74-84.
  15. Ma, Y., et al., Biodiesels from microbial oils: Opportunity and challenges. Bioresource Technology, 2018. ۲۶۳: p. 631-641.
  16. Szulczyk, K.R. and M. Atiqur Rahman Khan, The Potential and Environmental Ramifications of Palm Biodiesel: Evidence from Malaysia. Journal of Cleaner Production, 2018.
  17. Veljković, V.B., et al., Biodiesel production from corn oil: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. ۹۱: p. 531-548.
  18. https://www.civilica.com/Paper-CEE04-CEE04_874.html
  19. پورعبداله, م.ا.م.چ.ک., بر آب های زیرزمینی تهرانMTBE بررسی و آنالیز اثرات. سازمان حفاظت محیط زیست، معاونت محیط زیست انسانی سازمان حفاظت محیط زیست، دفتر بررسی آلودگی آب و خاک.
  20. Aryal, N., et al., An overview of microbial biogas enrichment. Bioresource Technology, 2018. ۲۶۴: p. 359-369.
  21. Herbes, C., V. Halbherr, and L. Braun, Factors influencing prices for heat from biogas plants. Applied Energy, 2018. ۲۲۱: p. 308-318.
  22. Lindkvist, E. and M. Karlsson, Biogas production plants; existing classifications and proposed categories. Journal of Cleaner Production, 2018. 174: p. 1588-1597
بارگذاری نوشته های مرتبط بیشتر
مطالب بیشتر از این نویسنده جواد طغیانی
بارگذاری بیشتر در سوخت زیستی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

بررسی کنید

افزایش بازده تولید اتانول و متان توسط پسماند مایع نیروگاه تولید بیوگاز

در دهه‌های اخیر تولید سوخت‌های زیستی، افزایش بازده و هم‌چنین بهبود فرایند آن‌ها، توجه دانش…