بخشی از مقاله
بررسی کشت ریز جلبک ها در تهیه سوخت زیستی
چکیده :
نیاز اقتصاد جهانی به سوخت فسیلی براي تولید پلاستیک تا تامین انرژي مورد نیاز براي حمل و نقل، روشنایی، گرم کردن و از طرفی پیشرفت صنعت و رشد جمعیت درچند دهه ي اخیر، نیاز به استفاده از سوخت هاي فسیلی را افزایش داده است. محدود بودن ذخایر سوخت هاي فسیلی و افزایش غلظت گاز هاي گلخانه اي از جمله CO2 در جو و تغییرات آب و هوایی نیاز به یافتن منابع انرژي تجدیدپذیر براي تولید انرژي را افزایش داده است. یکی از منابع انرژي تجدیدپذیر سوخت هاي زیستی است. ممکن است سوخت هاي زیستی ، جایگزین مناسبی براي سوخت هاي فسیلی باشند اما براي اینکه بتواند جایگزین سوخت هاي فسیلی گردد باید یک سري از موانع را پشت سر گذارد که یکی از مهم ترین آنها رقابت در بازار سوخت جهانی است . براي حائل شدن بر این چالش باید سویه هاي را شناسایی و تخلیص نمود که هم از لحاظ مقادیر تولیدي و هم از لحاظ استخراج محصول، مقرون به صرفه باشند. جلبک ها پتانسیل بالایی براي تهیه سوخت زیستی را دارند. از ویژگی هاي منحصر به فرد جلبک ها می توان به رشد بسیار سریع ، امکان رشد در زمین هاي غیر زراعتی ، عدم تاثیر منفی بر منابع آب ، قابلیت استفاده از آب شور و فاضلاب براي رشد ، وجود میزان زیادي چربی در ساختمان سلولی ، امکان ایجاد تغییرات ژنتیکی (اصلاح نژادي) مطلوب در جهت تولید بیشتر ، سازگار با محیط زیست و کمک کننده به کاهش آلودگی هوا، اشاره کرد. در این مقاله رایج ترین سیستم هاي کشت جلبک ها مورد ارزیابی قرار گرفته است .
واژگان کلیدي:سوخت زیستی، جلبک، سیستم هاي کشت ، بیودیزل
-1 مقدمه
افزایش توجه به سوخت هاي زیستی را می توان در محدود بودن منابع سوخت هاي فسیلی، بی ثباتی در قیمت نفت و افزایش گاز هاي گلخانه اي به خصوص CO2 ناشی از مصرف بیش از حد از سوخت هاي فسیلی ، جویا ش) سوخت هاي زیستی اشاره به طیف متنوعی از فن آوري هایی را دارند که تولید سوخت بر اساس سیستم بیولوژیک صورت می گیرد.
تولید سوخت هاي زیستی ابتدا با هدف تولید اتانول از گیاهانی چون ذرت، نیشکر و تولید بیودیزل از سویا و نخل آغاز گردید
. اما این تولیدات را نمی توان جزء جایگزین هاي پایدار تلقی کرد چون مبلغ هنگفتی براي کشت زمین هاي کشاورزي براي بدست آوردن این گیاهان لازم است همچنین عدم بهروري بالا در تولید این گیاهان ، کمبود آب ، تغذیه انسانی از این گیاهان از مشکلات دیگري است که این نوع تولیدات را با بحران مواجه کرده است.در این بین میکرو جلبک ها بیشترین پتانسیل را براي تولید انرژي از خود نشان داده اند.. براي همین جلبک هاي فتوسنتز کننده (ریز جلبک ها و جلبک هاي دریایی) در چند دهه اخیر براي دست یافتن به سوخت زیستی مورد توجه قرار گرفته اند.[1] ریزجلبک ها گروه متنوعی از موجودات نک سلولی اند که قادر اند سوخت مایع براي مصارفی چون حمل و نقل مورد استفاده قرار بگیرند. گونه هاي مختلف از ریزجلبک ها قادر به رشد در طیف گسترده اي از محیط هاي آبی از آب هاي شیرین گرفته تا آب هاي شور قادر به رشد می باشند و به صورت چشمگیر از co2 جو استفاده می کنند به طوریکه بیش از %40 تثبیت کربن جهان بر عهده ریز جلبک هاي دریازي می باشد.[2-3] جلبک ها می توانند بسیار سریع بیوماس تولید کنند، برخی از گونه ها می توانند در عرض 6 ساعت میزان بیوماس تولیدي را به دو برابر افزایش دهند.[4] تمامی جلبک ها ظرفیت بالایی براي تولید و ذخیره روغن هاي غنی از انرژي می باشند به عنوان مثال برخی از گونه هاي %50 Botryococcus وزن خشک آنها را هیدروکربن هاي بلند زنجیر تشکیل داده است.[5] گروهی که به عنوان ریزجلبک ها در مقالات مورد بررسی قرار می گیرند بیشتر دیاتوم ها، جلبک هاي سبز، جلبک هاي قهوه اي طلایی و سیانوباکتر ها می باشند .هر چند که سیانوباکتر ها ، جلبک نیستند اما از آنجایی که فتوسنتز انجام می دهند در این رده مورد بررسی قرار می گیرند.[4] از ویژگی هاي منحصر به فرد ریزجلبک ها می توان به رشد بسیار سریع ، امکان رشد در زمین هاي غیر زراعتی، عدم تاثیر منفی بر منابع آب قابلیت استفاده از آب شور و فاضلاب براي رشد ، وجود میزان زیادي چربی در ساختمان سلولی ، امکان ایجا تغییرات ژنتیکی (اصلاح نژادي) مطلوب در جهت تولید بیشتر ، سازگار
با محیط زیست و کمک کننده به کاهش آلودگی ها، اشاره کرد.[6] سلسله مراتب تولید سوخت هاي زیستی از جلبک ها در شکل (1) نشان داده شده است.که چالش هاي عمده ي آن عبارتند از : جداسازي سویه ها، فاکتور هاي مورد نیاز براي رشد، مدیریت تولید، برداشت، توسعه تولید، استخراج سوخت، پالایش و استفاده از بیوماس ته نشین شده .
شکل (1) سلسله مراتب تولید سوخت هاي زیستی جلبکی
تولید سوخت زیستی از جلبک ها نیازمند بیومس جلبکی است. براي رشد ، جلبک ها نیاز به نور ، آب ، دي اکسید کربن، درجه حرارت مناسب و نمک هاي معدنی دارند. محیط رشد آنها باید داراي منابع ارزشمند غذایی مثل نیتروژن ، فسفر ، آهن مقادیري سیلیسیوم باشد. براي تولید در مقیاس وسیع سلول هاي جلبک و فاکتور هاي رشد باید به طور مداوم مخلوط شوند از ساکن شدن بیومس جلوگیري شود.[7] به طور کلی دو سیستم کشت براي جلبک ها متداول تر است یکی سیستم کشت باز (Open raceway ponds) و دیگري سیستم کشت بسته فتوبیوراکتور .(Photobioreactors)
سیستم کشت باز: این روش ساده ترین و قدیمی ترین روش براي کشت جلبک ها به حساب می آید. در این روش از حوضچه هاي کم عمق (30cm) استفاده می شود که اندازه هاي آنها از 2 متر تا 250 هکتار می باشد.شکل (2)در این سیستم منبع کربن براي رشد جلبک CO2 می باشد. طی این روش حوضچه ها توسط چرخ دنده هایی عمل مخلوط کردن و گردش سلول هاي جلبک را با مواد غذایی فراهم می کند ، و از ته نشینی بیومس جلوگیري می شود. اگرچه این روش نسبت به فتوبیوراکتور ها هزینه کمتري دارد ، اما دراین روش سرما توسط تبخیر حاصل شده ، و بدلیل کمبود آب ، این روش در بکار گیري دي اکسید کربن توسط جلبک دچار اشکال بوده و بیومس تولیدي محدود است. همچنین آلودگی توسط میکروارگانیسم ها در این روش اجتناب ناپذیر است.]٨[
شکل (2) سیستم کشت باز در اندازه هاي مختلف و داراي چرخ دنده هایی جهت چرخش جلبک ها و مواد غذایی
سیستم کشت فتوسنتزي: روش دیگري که براي کشت جلبک ها مورد استفاده قرار می گیرد، فتوبیوراکتور ها است. طی این روش مشکلات روش سیستم کشت باز بطور کلی حذف می شوند. فتوبیوراکتور ها می توانند به مشکلات آلودگی و تبخیر در روش سیستم کشت باز چیره شده و بازده بهتري داشته باشند. همچنین جداسازي بیومس تولیدي از فتوبیوراکتور هزینه کمتري را در بر دارد. چندین مدل بیوراکتور وجود دارد ، اما آنها به طور کلی به دو نوع تقسیم می شوند. .1 آنهایی که از نور طبیعی استفاده می کنند .2 آنهایی که از نور مصنوعی استفاده می کنند. فتوبیوراکتور هاي بسته مشابه ظروف تخمیري بوده ، اما نیازمند تامین شدن با دي اکسید کربن و نور هستند.شکل((3 فتوبیوراکتور هاي بسته اغلب لوله اي بوده و میزان زیادي منافذ براي ورود نور دارند. لوله مستقیم یا مارپیچی است ، که سطح وسیعی داشته و اجازه گردش جلبک ها را فراهم می کند.
شکل((4 این فتوبیوراکتور ها نواقصی نیز دارند. که می توان تغییرات در دما و نور اشاره کرد ، که طی آن ممکن است جلبک از دماي بهینه رشد خود خارج شود.[9]
