بخشی از مقاله
چکیده
افرایش روز افزون مصرف انرژي و استفاده از سوختهاي فسیلی به عنوان اصلیترین منبع تامین این انرژي و در نظر گرفتن محدود بودن منابع سوختهاي فسیلی و همچنین نگرانیهایی که در مورد مسائل زیستمحیطی پیرامون این قبیل سوختها وجود دارد، اهمیت و توجه گسترده به یافتن منابعی جایگزین را در طی سالهاي اخیر موجب گردیده است. از این رو تحقیقات، مطالعات و کارهاي عملی گستردهاي در جهان بر روي این موضوع صورت گرفته است.
هدف از این تحقیق آشنایی کلی و معرفی برخی روشهاي مختلف تولید بایوفیولها به عنوان یکی از گزینههاي مهم و جدي جهت جایگزینی سوختهاي فسیلی میباشد. بدین منظور در ابتدا بایوفیولها و مزایا و موانع موجود در تکنولوژيهاي مختلف تولید و تفاوتهاي آنها مورد بررسی قرار گرفته است و سپس به برخی از روشهاي تولید آنها از خوراكهاي گوناگون از جمله میکروجلبکها و مقایسه سیستمهاي مختلف تولید مربوط به آن پرداخته شده است.
1 مقدمه
افزایش مصرف انرژي در سطح جهانی که بخش قابل توجه آن از سوختهاي فسیلی تامین میشود و توجه به محدودیت این منابع سوختی وافزایش نوسانات قیمت نفت و گاز، نیاز به پیدا کردن منابع سوختی جایگزین را تقویت کرده است. به همین دلیل توجه به بایوفیولها به عنوان سوخت جایگزین جهت استفاده در بخش حمل و نقل معطوف گردید. بایوفیولها را با توجه به نوع خوراکی که جهت تولید آنها استفاده میشوند به دستههاي گوناگونیتقسیم بندي کردهاند.
نسل اول بایوفیولها از منابع ابتدایی و اولیه غذایی از قبیل نشاسته، شکر، روغن گیاهی وچربیهاي حیوانی تولید شده است. تولید این قبیل بایوفیلها مانند اتانول پایه ذرت در آمریکا، اتانول پایه نیشکر در برزیل و بایودیزل پایه آفتابگردان و کانولا در اروپا همچنان به عنوان تکنولوژي اقتصادي ادامه دارد. اهمیت و کمبود منابع غذایی و اعتراضهاي گسترده باعث تمایل و توجه به نسل دوم بایوفیلها گردید. نسل دوم از بایومس شامل بافتهاي چوبی غیر خوراکی مشتق شده است.
به طور کلی این نوع بایوفیول از ضایعات آلی و بقایاي کشاورزي و محصولات جانبی تولید میشود که یکی از مزایاي آنها، همین استفاده از ضایعات میباشد. هر چند استفاده زیاد از بقایاي محصولات کشاورزي میتواند به کیفیت زمین کشاورزي آسیب وارد نماید. این نسل از بایوفیولها از روشهاي مختلف بایوکمیکال و ترموکمیکال به دست آمده است. روش بایوکمیکال شامل تبدیل اجزاي سلولز و همیسلولز خوراك به یک مخلوط قابل تخمیر شکر با استفاده از آنزیم یا اسید هیدرولیز میباشد، که شکر با استفاده از میکروارگانیزمها به الکل، اساساً اتانول تبدیل میشود.
این فرآیند تبدیل بر پایه استفاده از بایوکاتالیستها شامل آنزیمها و میکروارگانیزمها است. فرآیند ترموکمیکال شامل استفاده از گازي ساختن یا پیرولیز تحت دماي بالا براي تبدیل ساختار شامل بافتهاي چوبی بایومس به یک گاز یا مایع حد واسط میباشد، نهایتاً این حد واسط میتواند به بایوفیولهاي سنتزي گوناگون مثل دیزل سنتزي، اتانول و 000 تبدیل شود. هر روشی داراي مزایا و معایبی از نظر اقتصادي، بازده و محیط زیست میباشد.
در تبدیل بایوکمیکال انتخابپذیري و بازده بالا به دست میآید، هر چند این روش نیاز به یک پیشآمادهسازي براي تغییر ساختار بایومس براي فرآیند هیدرولیزآنزیمی دارد، که با توجه به قیمت بالاي آنزیم میتواند قیمت فرآیند را افزایش دهد. روش ترموکمیکال تکنولوژي توانا است که براي محدوده وسیعی از خوراكها میتواند به کار رود. نگرانی اصلی در این روش هزینه مربوط به جمعآوري مقدار زیادي بایومس و حمل و نقل آن به یک زمین جهت تخلیه میباشد که این هزینه باید به اندازه کافی معقول باشد. تفاوتهاي مهمی نیز بین دو روش وجود دارد. در روش ترموکمیکال لیگنین بایومس به همراه سلولز و همیسلولز به گاز تبدیل شده، در حالی که روش بایوکمیکال به سختی میتواند آن را بشکند.
دسته دیگري از بایوفیولها که در برخی مراجع در نسل دوم قرار گرفتهاند و در برخی منابع دیگر از آنها به عنوان نسل سوم و یا پیشرفته یاد شده است، از روغنهاي به دست آمده از میکروجلبکها حاصل میشوند که در سالهاي اخیر به واسطه مزایایی که دارند تحقیقات جدي بر روي آنها انجام شده است. برخی از کشورها حرکتهاي جدي در زمینه تولید بایوفیولها انجام دادهاند. براي مثال برزیل برنامه ملی اتانول خود را بعد از اوج قیمت نفت در سال 1979 شتاب بخشید.
آمریکا نیز برنامه تولید اتانول بر پایه ذرت را تقریبا در همان زمان آغاز کرد. سایر کشورها همانند کنیا و زیمباوه نیز تلاشهایی در این زمینه داشتند که چندان موفق نبود. با کاهش قیمت نفت انگیزه و حرکت براي تولید بافیولها در بیشتر کشورها جز برزیل کاهش پیدا کرد. کاهش در هزینه تولید بایوفیولها آنها را به ویژه در زمان افزایش قیمت نفت رقابتپذیر با نفت و بنزین خواهد کرد، هر چند براي توسعه بیشتر نیازمند یارانه میباشد
جلوگیري از تغییرات آب و هوایی ناشی از استفاده از سوختهاي فسیلی عامل دیگر جهت توجه بیشتر به بایوفیولهاست. بایوفیولها میتوانند میزان انتشار لقه را کاهش دهند، اگرچه از طرف دیگر تبدیل جنگلها و مراتع به زمینهاي کشاورزي - محصولاتی از قبیل برنج، گندم و - 000 میتواند انتشار لقه از بخش کشاورزي را افزایش دهد. به هر حال بایوفیول میتواند انتشار گازهاي گلخانهاي کلی را کاهش دهد. همچنین افزایش تولید بایوفیولها در سال 2007-2008 و همزمانی با بحران غذایی نگرانیهایی در مورد امکان نقش بایوفیولها در این زمینه را موجب شد. تا کنون مطالعاتی در زمینههاي گوناگون از قبیل توسعه پایدار بایوفیولها و تولید اتانول، تاثیر افزایش تولید بایوفیولها روي قیمت خوراك مصرفی آن، قانونهاي حمایتی در مورد بایوفیول و000 انجام گرفته است.
2 تعریف بایوفیولها و طبقهبندي آن
-1-2 طبقهبندي بایوفیولها
به سوختهاي جامد، مایع یا گازي شکل که اساساً از خوراك بایو تجدیدپذیر تولید شده بایوفیول گفته میشود ب3م. طبقهبنديهاي گوناگونی براي بایوفیولها در نظر گرفته شده است. در منابع مختلف بایوفیولها را بین دو تا سه نسل تقسیمبندي کردهاند. براي مثال در برخی طبقهبنديها بایوفیولها را با توجه به این که خوراك مورد استفاده براي فرآیند خوراکی است و قابلیت استفاده به عنوان منبع غذایی را دارد یا نه به دو دسته کلی نسل اول و دوم تقسیم کردهاند. براي نمونه یکی از انواع تقسیمبندي بایوفیولها در این قسمت ذکر شده است. بایوفیولها را میتوان به دو دسته کلی اولیه و ثانویه تقسیم کرد که بایوفیولهاي اولیه از قطعات چوب سوختی، پلتها، ضایعات حیوانی و بقایاي محصولات کشاورزي به دست میآیند.
اما بایوفیولهاي ثانویه را میتوان به سه دسته نسل اول، دوم و سوم تقسیم نمود. در نسل اول بایوفیولها سوبسترا، دانهها، حبوبات و یا شکرها هستند و بایواتانول یا بوتانول از تخمیر نشاسته - گندم، ذرت، سیبزمینی و - 000 یا شکرها - چغندرقند، نیشکر و - 000 حاصل میشود. همچنین از طریق ترانساستریفیکاسیون روغنهاي گیاهی - سویا، آفتابگردان، نخل، چربیهاي حیوانی و روغنهاي آشپزي استفاده شده و - 000 میتوان بایودیزل تولید کرد.
