بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از الکل به عنوان سوخت موتورهاي درون سوز به دلیل فواید زیست محیطی و اقتصادي بلند مدتی که نسبت به سوختهاي فسیلی دارند به تنهائی یا به صورت ترکیب با دیگر سوختها، بیشترین توجه را در سالیان اخیر به خود جلب نموده است. متانول و اتانول از جمله سوختهاي الکلی مورد استفاده در این زمینه هستند.. در این میان اتانول اهمیت بیشتري دارد زیرا به عنوان یک منبع تجدیدپذیر به آسانی از مواد آلی همچون دانههاي گیاهی، چغندر قند، آفتابگردان و نیشکر به دست میآید. همچنین امکان تولید اتانول از پسماندهاي جامد شهري که یکی از منابع بزرگ مواد سلولزي به شمار میروند، وجود دارد. اتانول قابل اشتعال است و بسیار بهتر از سوختهاي دیگر میسوزد. وقتی به صورت کامل بسوزد حاصل آن فقط آب و دي اکسید کربن است، لذا از نظر زیست محیطی سوختی بسیار مناسب براي وسایل نقلیه محسوب میشود. هر چند اتانول خالص، به برخی از قطعات سیستمهاي سوخترسانی خودروها صدمه زده و نمیتواند به عنوان سوخت در موتور اتومبیلها به صورت خالص بکار رود. یکی از جنبههاي بسیار مهم سوختهاي گیاهی تأثیر آنها بر قطعات خودرو میباشد. به دلیل وجود اکسیژن در ترکیب سوخت هاي گیاهی تمایل این سوختها به واکنشهاي شیمیایی بیشتر است. در این مطالعه به مرور اثر سوخت بیواتانول بر مواد مختلف سازنده سیستمهاي سوخترسانی اعم از فلزي، پلیمري، پلاستیکی و الاستومري پرداخته شده است. موادي از قبیل فولادهاي زنگ نزن، فولادهاي کربنی، آلومینیم، برنزها ، فایبر گلاسهاي تقویت شده، نوارها و پوششهاي تفلونی براي استفاده در محیطهاي اتانول خالص و مخلوطهاي بنزین- اتانول مناسب میباشند و فلزاتی همچون منیزیم، مس، برنج و پوششهاي روي، توصیه نمیگردند.
-1 مقدمه
- 1-1 منابع تولید الکل
در حال حاضر، افزون بر 98 درصد از اتانول تولیدي در جهان، با استفاده از روش تخمیر قندها، حاصل میشود. قند مورد استفاده را میتوان از منابع مختلفی نظیر مواد نشاستهاي، قندي، کشاورزي، پسابهاي صنعتی و منابع لیگنوسلولزي استحصال کرد. هزینه تولید اتانول، نسبت به قیمت مواد اولیه، قیمت تحویل آن به بخش فرایند و همچنین ترکیب مواد اولیه، حساسیت بالایی دارد. بنابراین موفقیت در تولید اتانول و رقابت آن با بنزین میتواند به موقعیت جغرافیایی منطقه، نوع آب و هوا، روش تولید، خواص محصولات کشاورزي و نوع ضایعات آنها بستگی داشته باشد. سیستمی که براساس هزینه پایین مواد اولیه، دسترسی آسان به مواد اولیه و استفاده از محصولات جانبی تأسیس شده باشد، ممکن است توجیه اقتصادي داشته باشد.
-1-1-1 منابع سلولزي
با توجه به پیشرفت تکنولوژي، پتانسیل جهانی براي استفاده از مواد لیگنوسلولزي و تبدیل آن به الکل از طریق تخمیر، به وجود آمده است. تولید انبوه مواد سلولزي از انواع کربوهیدراتها، در کل جهان رایج است و تحقیقات بسیاري در زمینه صنعتیکردن مواد لیگنوسلولزي و تبدیل آنها به اتانول در حال انجام میباشد. البته مشکلات تکنیکی و اقتصادي موجود در زمینه هیدرولیز به منوساکاریدهاي تشکیل دهنده آن، تأثیر زیادي بر امکانسنجی تولید اتانول دارد. براي اقتصادي بودن و استفاده مؤثر در مقیاس صنعتی، باید ملاحظات خاصی نظیر توسعه همه جانبه فرایند، جداسازي محصولات و بازیابی استفاده از محصولات جانبی را مد نظر قرار داد. طبیعت کریستالی و چسبنده سلولز و مقاومت آن در برابر انواع روشهاي هیدرولیز و تولید قندهاي قابل تخمیر، به کانون تحقیق و توسعه براي تولید اقتصادي اتانول از مواد سلولزي تبدیل شده است .[1]
- 2-1-1 مشتقات کشاورزي
میزان تولید ضایعات و پسماند محصولات کشاورزي در جهان، بسیار بالا بوده و با توجه به ترکیب آنها، به منبعی مناسب تبدیل شده است. برگشت این ضایعات به خاك، زمینهساز افزایش حاصلخیزي، کنترل فرسایش، آزادسازي مواد مورد نیاز خاك و پایداري ساختمان آن میشود. فصلی بودن این تولیدات و پراکندگی آنها، افزایش هزینهها را در پی دارد. یکی از منابع بزرگ مواد سلولزي در کشورهاي پیشرفته، زبالههاي خانگی هستند. در سال 1980، میزان تولید روزانه این ضایعات در امریکا 28×1/5 تن بوده که 58 درصد از آن سلولز بوده است. در امریکا و کانادا امکان تولید اتانول از زبالههاي جامد شهري در سطح تجاري وجود دارد .[2]
-2-1 اتانول
اتانول میتواند از مواد دور ریختنی گندم، ذرت، برنج، سیب زمینی، آب پنیر، خاك اره، مواد زائد و زبالههاي شهري، خردههاي کاغذ، مواد زائد دامداريها، ملاس، نیشکر، جلبکها و دیگر مواد زائدي که حاوي سلولز میباشند به دست آید. اتانول از نفت خام نیز تهیه میشود. اتانول قابل اشتعال بوده و بسیار بهتر از سوختهاي دیگر میسوزد. وقتی به طور کامل بسوزد حاصل آن فقط آب و دي اکسید کربن میباشد. به همین دلیل زیست محیطی سوختی بسیار مناسب براي وسایل نقلیه و اتوبوسها محسوب میشود. هر چند اتانول خالص به مواد پلاستیکی صدمه زده و نمیتواند در موتور اتومبیلها به صورت خالص به عنوان سوخت بکار رود. بعلاوه با توجه به بالا بودن عدد اکتان اتانول نسبت به سوختهاي معمول اتومبیلها نیاز است، در زمان جرقهدهی سیستم برق اتومبیل، تغییراتی به وجود آید. تغییر سوخت اتومبیل به اتانول نیازمند سیستم تزریق سوخت بزرگتر - ورودي 50 درصد بزرگتر - و تزریق مقداري اتانول گرم شده در شروع کار خودرو میباشد. البته در صورتی که
10 تا 30 درصد از اتانول با بنزین مخلوط شود دیگر نیازي به تغییر در سیستم سیستم سوخت رسانی موتور نیست .[2] مخلوط حاوي حداقل 10 درصد اتانول و بنزین، "گازول" - Gasohol - نام دارد. یک نمونه شناخته شده از این ماده به نام "E15" شامل مخلوطی از 15 درصد اتانول و 85 درصد بنزین است که براي موتور اتومبیلهاي معمولی مشکلی ایجاد نمیکند. "E85" به سوختی گفته میشود که حاوي 15 درصد بنزین و 85 درصد اتانول است. از سال 1999 اکثر خودروهاي سبکی که در آمریکا تولید شدهاند، قادرند این سوخت را مصرف کنند. این خودروها به صورت دوگانه سوز طراحی شدهاند به طوري که میتوانند از سوختهاي معمولی نیز استفاده کنند .[2]
-3-1 مزایاي زیست محیطی اتانول
1. کاهش انتشار CO2 : CO2 حاصل از سوخت بنزین و یا هر سوخت دیگر وارد اتمسفر میشود و این گاز سبب تشدید پدیدهي گلخانهاي میشود درحالی که CO2 حاصل از سوخت بیواتانول و تولید شده در فرایند تخمیر توسط گیاهان کاشته شده جهت تولید اتانول جذب خواهد شد و این مزیت بزرگ جهت استفاده بیواتانول به عنوان سوخت است که حتی در سوختهاي تمیزي مانند گاز طبیعی نیز یافت نمیشود - شکل . - 1
2. کاهش انتشار CO و :CH سوخت E-10 و E-5 و E-7 نشان دادهاند که میزان CO را 4-15 درصد و میزان CH را -7 2 درصد کاهش میدهند.
3. کاهش انتشار ذرات معلق : - PM10 - ذراتی معلق با قطري کمتر از 10 میلیمتر هستند که در کیسههاي هوایی شش انسان تجمع پیدا میکنند و سبب صدمه زدن به سیستم تنفس و سرطان میشوند. در سوختهاي حاوي اتانول انتشار ذرات معلق در حدود 10 درصد کاهش مییابد.
