بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از بیواتانول بعنوان سوخت در سراسر جهان در حال توسعه می باشد.آنچه اهمیت پژوهش و دسترسی به تکنولوژي تولید و استفاده از بیواتانول را بعنوان سوخت شدت می بخشد مزایاي اقتصادي و زیست محیطی آن می باشد.از مرسوم ترین روش هایی که امروزه براي تجزیه ساختار مواد لیگنوسلولزي و استحصال قند قابل تخمیر مورد استفاده قرار می گیرند می توان به هیدرولیز اسیدي - رقیق و غلیظ - اشاره نمود. هدف از مقاله بررسی تاثیر پارامتر هاي مختلف بر روي هیدرولیز اسید رقیق پوست سبز گردو بعنوان نمونه اي از ضایعات کشاورزي می باشد. براي انجام این کار ابتدا پوست سبز گردو جمع آوري ، شست و شو ،خشک کردن و آسیاب شده است. سپس جهت استحصال قند، اثرات پارامترهاي مختلفی چون غلظت اسید %3 - و %5 و - %7 ، زمان هیدرولیز 5 - و 10 و 15 دقیقه - و مقدار ماده خشک 5 - و 10 و 15 گرم در هر نمونه - بر مقدار قند تولیدي بررسی گردیده و قند هاي تولید شده به روش کروماتوگرافی مایع - هعبد - با کارایی بالا مورداندازه گیري شده است و شرائط بهینه در زمان 15 دقیقه با مقدار ماده خشک 5 گرم و اسید %5 حاصل گردید.
کلمات کلیدي: هیدرولیز اسیدي، بیواتانول، کروماتو گرافی مایع، ضایعات کشاورزي، قند قابل تخمیر
-1 مقدمه
پروتکل کیوتودر کونواسیون سازمان ملل متحد در خصوص تغییر شرایط جوي - هههًشس - ، که در دسامبر 1997 به تصویب رسید ، نقطه عطف مهمی را در اقدامات و تلاش هاي صورت گرفته جهت بهبود و تقویت استفاده از انرژي تجدید شدنی در سطح جهانی خاطر نشان می سازد ، بنابراین کشورهاي توسعه یافته، ملزم به کاهش انتشار خالصلقه می باشند ب1م در نتیجه سوخت فسیلی که عمدتاً در بخش حمل و نقل بکار رفته می بایست با سوخت هاي فاقد لقه یا حاوي لقه بسیار پایین جایگزین شوند اتانول یک سوخت مایع مهم تجدید شدنی در وسایل نقلیه می باشد که بر خلاف بنزین ، یک سوخت آمیخته با اکسیژن است که شامل %35 اکسیژن می باشد ، بطوریکه می تواند ذرات ریز و نشر xقشرا از احتراق کاهش دهد . هنگامی که عمل سوختن صورت می گیرد. اگر بیو اتانول حاصل از توده زیستی، جهت به حرکت در آوردن وسایل نقلیه با آلودگی کم - yصأ2سصلا؟طع - استفاده شود ، نشر خالص لقه کمتر از، %7 از مقداري است که ماشینی یکسان، از بنزینی داراي فرمول جدید استفاده می کند، چنین گزارش شده که اتانول سلولزي و اتانول تولید شده از سایر منابع توده زیستی می توانند انتشارات گاز گلخانه اي را تا 86درصد کاهش بدهند.از طرف دیگر ، با ملاحظه افزایش مستمر هزینه هاي مواد نفتی و وابستگی به منابع سوخت فسیلی ، توجه قابل ملاحظه اي به منابع انرژي دیگر معطوف شده است . تولید اتانول یا اتیل الکل - دقلدهصده - از توده زیستی ، روشی جهت کاهش مصرف مواد نفتی می باشد .
تولید داخلی و استفاده از اتانول به عنوان سوخت می تواند باعث کاهش وابستگی به بنزین ، کاهش کمبودهاي تجاري ، ایجاد شغل در مناطق روستایی ، کاهش آلودگی هوا و کاهش تغییرات جوي جهانی از دي اکسید کربن شود . بیو اتانول ممکن است بوسیله تخمیر مستقیم از قندها و یا از کربوهیدرات هاي دیگر که می توانند به قند تبدیل شوند همچون نشاسته و سلولز تولید شود. تخمیر قند ها بوسیله مخمر، قدیمی ترین فرآیند شیمیایی ترکیبی است که توسط انسان استفاده شده است و همچنان نیز جهت آماده نمودن اتیل الکل حائز اهمیت می باشد.
ایران یکی از بهترین کشورهاست که منابع طبیعی زیادي نظیر نفت و معادن بسیار غنی دارد .اما استفاده از این منابع محدود است . در سال 2008 میلادي بیش از 22 میلیون تن محصولات کشاورزي قابل تبدیل به بیواتانول در ایران تولید شده است - نظیر گندم - برنج - جو- ذرت- سیب زمینی - نیشکر - سیب - انگور و خرما - به همین ترتیب نیز ضایعات کشاورزي در کشور افزایش می یابد که نیاز به یک مدیریت قوي در زمینه پس ماند دارد . مدیریت پس ماند نقش ویژه اي را در تامین انرژي در ایران خواهد داشت . بهر حال در زمینه انرژي تجدید پذیر سیاست ایران تامین %2انرژي تا سال 2014 با استفاده از انرژي هاي تجدید پذیر می باشد . با وجود ضایعات کشاورزي بالا در ایران ، دولت نیاز دارد تا این ضایعات را بخوبی مدیریت نماید .
یکی از مثالهاي بهینه براي این مدیریت تولید بیواتانول و استفاده از آن بعنوان سوخت می باشد .نتایج استفاده از این سوخت جایگزین کاهش گازهاي گلخانه اي ،کاهش مصرف سوخت هاي فسیلی ، بالا رفتن ضریب ایمنی تولید انرژي ملی ، و توسعه روستایی می باشد . در سال 2007 تولید جهانی بیو اتانول 45 بیلیون لیتر بوده که بعنوان سوخت مصرف می گردد .اما با وجود منابع موجود در ایران توجهی به آن نشده است . تحقیقاتی در زمینه تولید بیواتانول از بیومس ، نیشکر،ملاس چغندر و... در ایران شده و هر روز نیز به این تحقیقات اضافه می شود . با این وجود با توجه به نیاز سوخت جایگزین توجه به منابع قایل تبدیل به این سوخت و بررسی امکان پذیري تبدیل و بهینه سازي آن همیشه جاي سوال بوده است .چنانچه مد نظر باشد از ضایعات کشاورزي بعنوان منابع تولید بیواتانول استفاده شود استفاده از این منابع محدود می تواند بطور فصلی تغییر نماید ودر فصول مختلف می توان از منابع متفاوت استفاده نمود با توجه به نگاه به گیاهان بومی و محلی در کشورهاي مختلف می توان به زعفران در ایران توجه نمود .
در ایران بیش از 180 تن در سال زعفران تولید می شود که برابر 90 درصد تولید جهانی است .هر کیلوگرم از زعفران از 79 کیلوگرم گل زعفران برداشت می گرددکه بعدا بعنوان ضایعات به مصرف خوراك دام رسیده یا دور ریخته می شود . یعنی سالانه 14130تن گیاه زعفران در ایران ، که بیشتر آن در خراسان می باشد ، در فصل پاییز تولید می گردد که می تواند یکی از منابع تولید بیواتانول در این استان باشد. منبع قابل پیش بینی دیگر براي تولید بیو اتانول در ایران پوست میوه هاي خشک شامل گردو، بادام و پسته می باشد. میزان تولید پسته جپطلاطهصککژض در ایران طبق آمار وزارت کشاورزي 229657 تن در سال بعنوان رتبه نخست در جهان و نیز میزان تولید گردوجصأغئهwض در ایران 247863 تن در سال میباشد که بعد از آمریکا و جین÷ با تولید %4,11 تولید جهانی در رتبه سوم قرار داریم . از نظر تولید بادام ج2غپعئهض با تولید 108677 تن در سال نیز بعد از آمریکا و اسپانیا مقام سوم را دارا هستیم مادراین تحقیق با توجه به شرائط موجود از پوست گردواستفاده می نماییم.
-1-1 ساختار توده زیستی لیگنوسلولزي
لیگنوسلولز بلوك ساختمانی اصلی دیواره هاي سلول گیاهی است. توده زیستی گیاهی عمدتاً شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین و مقادیر کمتري از پکتین، پروتئین، مواد استخراجی - مواد غیرساختی محلول همچون شکرهاي غیرساختاري، مواد نیتروژنی، کلروفیل و موم ها - و خاکستر می شود. ترکیب این اجزاء از یک گونه گیاهی به دیگري تفاوت می کند. به عنوان مثال، چوب سخت داراي مقادیر بیشتري از سلولز است وگندم و برگ ها داراي همی سلولز بیشتري می باشند . علاوه براین، نسبت هاي میان اجزاي مختلف در یک گیاه واحد، با توجه به طول عمر مرحله رشد و سایر شرایط تفاوت می کند.سلولز مهمترین جزء ساختمانی در دیواره هاي سلولی گیاهی است و در یک ساختار فیبري منظم یافت می شود. این پلیمرخطی متشکل از واحدهاي فرعی خ- گلوگز می باشد که توسط پیوندهاي 4 - - و - 1 گلیکوسیدیک به یکدیگر مرتبط می شوند. ککپطتپئئکه واحد تکرار شده در این پیوند است که زنجیره هاي سلولزي می سازد .
پلیمرهاي سلولز زنجیره طویل توسط پیوندهاي هیدروژنی و واندروالسی به یکدیگر مرتبط می شوند و موجب جمع شدن سلولز در میکروفیبریل ها می شوند. همی سلولزها ولیگنین میکروفیبریل ها را می پوشانند . خ- گلوکز قابل تخمیر می تواند از سلولز توسط تأثیر اسید یا آنزیم در شکستن پیوندهاي 4 - - و - 1 گلیوکسیدیک تولید شود. سلولز در توده زیستی هم به صورت کریستالی و هم بی شکل وجود دارد. سلولز کریستالی بخش عمده سلولز را شامل می شود و درصد اندکی از زنجیره هاي سلولز نامنظم، سلولز بی شکل را تشکیل می دهند. سلولز بی شکل بیشتر مستعد تجزیه آنزیمی است.قابلیت تجزیه سلولز موجود در توده زیستی لیگنوسلولزي توسط عوامل مختلف فیزیکی شیمیایی، ساختاري و ترکیبی مورد ممانعت قرار می گیرد. در تبدیل توده زیستی لیگنوسلولزي به سوخت، باید سلولز موجود در فیبرهاي گیاهی آزاد شود. در مرحله پیش تصفیه از تکنیک هاي مختلفی، شامل انفجار فیبر آمونیاك، تصفیه شیمیایی، تصفیه بیولوژیکی و انفجار بخار
