بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به افزایش تقاضای انرژی و مشکلات آلودگی ناشی از سوخت های فسیلی، اقدامات گسترده ای در جهت استفاده از سوخت تجدید پذیر صورت گرفته است . بیودیزل سوختی غیر سمی، زیست تخریب پذیر و زیست سازگار است که می تواند در موتورهای دیزلی مورد استفاده قرار گیرد. بیودیزل عاری از گوگرد و ترکیبات آروماتیک است و در اثر سوختن مقدار ناچیزی کربن منوکسید، هیدروکربن و ریز ذرات درون محیط منتشر می کند. برای تولید بیودیزل روش های مختلفی وجود دارد که از رایج ترین روش های تولید بیودیزل از روغن های گیاهی و چربی های حیوانی می توان به فرآیند ترانس استری شدن در حضور کاتالیست های قلیایی اشاره کرد.
بیودیزل - متیل استر - از منابع بیولوژیکی مختلفی نظیر انواع روغن های گیاهی و چربی های حیوانی تولید می شود. این روغن ها و چربی ها دارای ترکیبات اسید چرب آزاد و خواص فیزیکی شیمیایی متفاوتی دارند. این ترکیبات و خواص فیزیکی پارامتر موثر و مهمی در تعیین خواص بیودیزل تولیدی می باشند. برای تعیین خواص بیودیزل تولیدی از منابع مختلف، از استاندارد بین المللی ASTM D 6751 استفاده می شود. در این مقاله مروری، تولید بیودیزل از انواع روغن های گیاهی، خواص، ویژگی ها، کاربرد و مزایای بیودیزل مورد بررسی قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: بیودیزل، روغن های گیاهی، فرآیند ترانس استری شدن، کاتالیست های قلیایی، سوخت های تجدیدپذیر
-1 مقدمه
اخیرا به دلیل کاهش تولید سوخت های مرسوم و همچنین نگرانی های محیط زیست باعث شده است تحقیقاتی در جهت یافتن سوخت جایگزین صورت گیرد. سوخت های فسیلی از منابع غیر تجدید پذیر تولید می شوند و باعث گرم شدن جهان، تغییر آب و هوا می شوند و امراض علاج ناپذیری ایجاد می کنند Aransiola] و همکاران، [2013، همچنین منبع این سوخت ها محدود بوده و در آینده ای نزدیک پایان می یابد Dermibas]، .[2005 پس از بحران نفت در سال 1970 ، تحقیقات برای یافتن سوختی جایگزین سوخت های فسیلی صورت گرفت که این سوخت باید نسبت به سوخت های فسیلی دارای مزایایی نظیر تجدیدپذیر بودن، قابل دسترس و پاک تر از از سوخت های فسیلی باشند Canakci]، .[2007 در اروپا و ایالات متحده آمریکا، از میان سوخت های زیستی مایع، بیودیزل مشتق شده از روغن های گیاهی پیشرفت قایل قبولی داشته و در بازار سوخت سهم ویژه ای دارد HPLUED ] ، .[2003
بیودیزل اخیرا توجه زیادی را به خود جلب کرده است زیرا این سوخت زیست تخریب پذیر، غیر سمی، فاقد سولفور، اکسیژن دار - % - 10-12 و تجدیدپذیر می باشد Jesús Ramos] و همکاران، Alptekin - 2009 و همکاران، .[2008 از ویژگی و مزایای دیگر بیودیزل نسبت به دیزل مشتق شده از نفت می توان به مواردی مانند عدد ستان بالا، عدم وجود ترکیبات آروماتیک و سولفور اشاره کرد. بیودیزل همچنین در مقابل دیزل مشتق شده از نفت مقدار کمتری CO، HC، SOx و هیدروکربن درون محیط منتشر می کند Graboski] و همکاران، Krisada - 1998، .[2009 به منظور تولید بیودیزل از انواع روغن های گیاهی و چربی های حیوانی می توان استفاده کرد. از منابع اولیه که به طور گسترده ای برای تولید بیودیزل استفاده می شوند می توان به روغن های گیاهی خوراکی، روغن های بازیافتی زائد و چربی های حیوانی اشاره کرد Chakraborty] و همکاران، .[2014
روش های گوناگونی مانند رقیق سازی Sharma YC] و همکاران، [2008، میکروامولسیون Akoh CC] و همکاران، [2007، پیرولیز Maher KD] و همکاران، [2007، کراکینک به وسیله کاتالیست Demirbas]، [2005 و ترانس استری شدن Kusdiana] و همکاران، [2004 برای تولید بیودیزل از روغن های گیاهی مورد استفاده قرار می گیرد. از میان روش های ذکر شده، روش ترانس استری شدن روشی ساده و اقتصادی برای تولید بیودیزل است.[18] ترانس استری شدن فرآیندی است که با استفاده از الکل در حضور کاتالیست هایی مانند سدیم هیدروکسید و پتاسیم هیدروکسید باعث شکستن مولکول های چربی و یا روغن می شود و اتیل یا متیل استر و گلیسرول تولید می کند HPLUED ] ، .[2003 در میان الکل هایی که در فرآیند ترانس استری شدن می توان از آنها استفاده کرد می توان به متانول، اتانول، پروپانول، بوتانول و امیل الکل اشاره کرد.
متانول و اتانول بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند Demirbas]، .[2008 در فرآیند ترانس استری شدن می توان از انواع کاتالیست های قلیایی Zhang]، Demirbas - 2003، [2003، اسیدی Furuta]، [2004 و آنزیمی Noureddini]، 2005؛ Oda، [2004 استفاده کرد. در فرآیند ترانس استری شدن عمدتا از کاتالیست های قلیایی نظیر سدیم و پتاسیم هیدروکسید استفاده می شود Van Gerpen]، [2005، زیرا کاتالیست های قلیایی نسبت به کاتالیست های دیگر عمدتا بازده بیشتری داشته Ma] و همکاران، [1998، و هم چنین در دماهای پایین و فشار اتمسفری واکنش داده و در زمان کوتاهی از واکنش بازدهی بالایی دارند Eman ] N. Alia، .[2013 در این مطالعه مروری، تولید بیودیزل از روغن های گیاهی با استفاده از فرآیند ترانس استریفیکاسیون و همچنین مزایا و معایب، موارد استفاده بیودیزل در سراسر جهان مورد بررسی قرار گرفت.
-2 بیودیزل چگونه تولید می شود؟
رودلف دیزل مخترع موتور دیزل برای اولین بار از روغن بادام برای بکار انداختن موتور دیزل خود استفاده نمود که این را می توان اولین استفاده از بیودیزل در موتور دیزل نام برد. همین طور شرکت فرانسوی اتو از روغن بادام در نمایشگاه جهانی پاریس در سال1990 میلادی در موتور دیزل خود استفاده نمود. البته این ها همه یک سوخت زیستی هستند و به آن معنا که اشاره شدبیودیزل نیستند پس از سال1920 بود که دیزل پالایشگاهی جای روغن های گیاهی را در موتورهای دیزل گرفت ولی در خلال جنگ جهانی دوم بسیاری از کشورهامجدداً به روغن گیاهی به عنوان سوخت دیزل روی آوردند.
درواقع در سال 1937 یک دانشگاه بلژیک روشی را برای الکلیزه نمودن روغن گیاهی و تولید سوخت بیودیزل ارائه نمود و این را می توان اولین تولید بیودیزل نام برد Demirbas]، .[2008 تلاش های فراوانی جهت نزدیک کردن خصوصیات روغن های گیاهی به سوخت دیزل صورت گرفته است. مهم ترین مشکلات مناسب نبودن روغن های گیاهی برای سوخت دیزل ویسکوزیته بالا، فراریت کم و غیراشباع بودن است. سه روش مهم که برای جایگزین نمودن روغن های گیاهی به عنوان سوخت دیزل توسعه پیدا کرده اند عبارت اند از: پیرولیز، میکروامولسیون و ترانس استریفیکاسیون Goering] و همکاران، .[1982 از میان روش های ذکر شده، روش ترانس استریفیکاسیون بیشترین سهم را در تولید بیو دیزل دارد.
-1-2 ترانس استریفیکاسیون - الکولیز -
در ترانس استریفیکاسیون الکل استر با یک الکل دیگر در طی فرآیند جایگزین می گردد. این فرآیند شبیه فرآیند هیدرولیز است با این تفاوت که به جای آب الکل جایگزین می شود. الکل های مناسب عبارتند از متانول، اتانول، پروپانول و بوتانول. از بین این الکل ها اتانول و متانول معمول ترند و از بین این دو متانول ارزان تر و دارای مزایای فیزیکی و شیمیایی بیشتری نسبت به اتانول است Goyal]، .[2008کاتالیزورهای به کار گرفته شده برای این واکنش به سه دسته اسیدی، بازی و آنزیمی تقسیم می گردند. این فرآیند به طور گسترده ای در کاهش ویسکوزیته روغن ها جهت رسیدن به ویژگی های فیزیکی مورد نظر برای سوخت های تجدید پذیر با هدف افزایش راندمان موتور انجام می پذیرد .
بنابراین بیودیزل ها را می توان از طریق ترانس استریفیکاسیون تولید و به عنوان سوخت موتورهای دیزل مصرف نمود .بیودیزل ها ی تولیدی از روغن های مختلفمعمولاً دارای ویسکوزیته ای نزدیک به سوخت دیزل می باشند. ارزش حرارتی بیودیزل اندکی کمتر است، ولی عدد ستان و نقطه اشتعال بالاتری دارند. با ملاحظه خصوصیات بیودیزل می توان این سوخت را یکی از نامزدهای سوخت جایگزین دیزل فرض نمود Fangrui Ma] و همکاران، .[1992 در شکل2 نمایی از واکنش ترانس استریفیکاسیون نشان داده شده است. در شکل 1، R نشان دهنده اسیدهای چرب آزاد می باشد. در این زنجیره وجود پیوندهای یگانه، دوگانه و سه گانه وجود دارد.
-3 منابع اولیه بیودیزل، ترکیب اسیدهای چرب و خواص فیزیکی آنها
بسیاری از روغن های گیاهی که میزان تولید بالا و قیمت مناسبی دارند از عمده مواد تولید بیودیزل به شمار می روند. ازجمله می توان به روغن زرد، کره، دانه های روغنی چای، روغن سویا، روغن ذرت، روغن خرما، روغن پنبه دانه، روغن آفتابگردان، روغن
