بخشی از مقاله
تولید بیودیزل و محصولات جانبی از گیاه منداب( Eruca sativa Mill)
چکیده:
یکی از چالشهاي پیشروي صنعت تولید بیودیزل در دنیا استفاده از منابع گیاهی ارزان است که بتوانند در شرایط محیطی نا مساعد همچون کم آبی و خاك نامناسب رشد کرده و محصولات تولیدي آنها در رقابت با خوراك انسان و دام نباشد .لذا در این تحقیق بیودیزل با استفاده از گیاه منداب
Eruca sativa Mill.)ضکه مناسب شرایط اقلیمی گرم و خشک ایران بوده و نیاز کمی به آبیاري دارد تولید شد .دانه هاي گیاه منداب کشت داده شده،با پساب تصفیه خانه شرق اصفهان آبیاري گردید.گیاهان پس از رسیدن دانه ها برداشته شده و روغن آنها از طریق پرس استخراج گردید.تولید بیودیزل با روش ترانس استریفیکاسیون غیر مستقیم با استفاده از متانول به عنوان حلال صورت گرفت . سپس بیودیزل تولید شده توسط آب شستشو شده و خشک گردید.بیودیزل تولیدي را میتوان با درصدهاي مختلفی با گازوئیل مخلوط نموده و در وسایل نقلیه گازوئیلی استفاده نمود .گلیسرین محصول جانبی فرایند ترانس استریفیکاسیون بوده که میتواند در صنعت بکار رفته یا از آن صابون مایع و جامد تولید نمود .در این تحقیق از گلیسرین تولیدي در این فرایند صابون مایع و جامد( قالبی ) تولید شد. همچینین از گلیسرین تولیدي و بقایاي گیاه منداب شامل کاه و کلش و کنجاله میتوان بیوگاز تولید نمود .گاز متان حاصله را میتوان خالص کرده و در وسایل نقلیه گازسوز استفاده نموده و یا همزمان الکتریسته و حرارت تولید کرد.محصول جانبی بیوگاز کود آلی است که میتواند در کشاورزي مصرف شود.
کلمات کلیدي:
بیودیزل،منداب، Eruca sativa،ترانساستریفیکاسیون،گلیسرین.
.1 مقدمه
انرژي در دنیاي امروز نقش بسیار مهمی در زندگی بشر دارد و نوع انرژي مورد استفاده در یک جامعه نشان دهنده رویکرد آن جامعه در راستاي میل به سوي توسعه پایدار دارد. تجدید ناپذیري و مسائل زیست محیطی ناشی از استفاده از سوخت هاي فسیلی دیدها را به سمت استفاده از سوخت هاي تجدید پذیر زیستی همانند بیواتانول بیودیزل و غیره معطوف داشته است. اخیرا بیودیزل در کشور هاي پیشرفته دنیا به عنوان جایگزین سوخت دیزل به صورت %100 (B100) و یا ترکیب با دیزل مورد استفاده قرار می گیرد. بیودیزل یک سوخت بدون گوگرد، غیر سمی، حاوي اکسیژن و تجدید پذیر می باشد. از آنجایی که آلاینده هایی مثل منواکسیدکربن، ازت، دي اکسید کربن و ذرات جامد معلق از اگزوز موتور هاي دیزلی حاصل می گردند، لذا در جهت کاهش آلودگی هوا و محیط زیست یافتن سوخت جایگزین با ویژگی هاي مناسب براي سوخت هاي دیزلی سهم وسیعی از تحقیقات را به خود اختصاص داده است.[7]
بیودیزل(مونواکلیل استر) سوخت زیستی تجدید پذیر از منابع روغن هاي گیاهی یا چربی هاي حیوانی تولید میشود. موانع پیشرو براي توسعه صنعت بیودیزل در ایران و جهان هزینه هاي بالایتولید دانه هاي روغنی، قابل مصرف بودن دانه هاي روغنیبراي انسان و دام، رقابت زمین هاي زیر کشت با زمین هاي زراعی ، استفاده از آب هاي قابل استفاده براي کشاورزي جهت آبیاري زمین هاي زیر کشت،طولانی بودن دوره رشدوهزینه هاي بالاي کاشت و داشت و برداشت گیاه می توان اشاره کرد. [1]از دانه گیاهان سویا، کلزا، آفتابگردان، ذرت، پنبه دانه، بادام زمینی، زیتون، نارگیل، کنجد، پالم روغنی، گلرنگ، تخم گشنیز، بزرك، جاتروفا،هسته خرما، شاه دانه، جوجوبا، خردل زرد، کرچک ،نوروزك، کتان و منداب می توان روغن استخراج کرد.[1]
منداب(.(Eruca sativa Millگیاهی از خانواده شب بوها بوده و با شرایط اقلیمی گرم وخشک ایران بسیار سازگار می باشد. این گیاه در پائیز کشت می شود ونیاز کمی به آب دارد.از آنجا که گیاه منداب قابل مصرف براي انسان و دام نمی باشد می توان از منابع آب غیر خوراکی همچون آب فاضلاب براي آبیاري آن استفاده کرد. دانه منداب به دلیل درصد بالاي روغن و برخورداري از ویژگی هاي فیزیکی مناسب براي تولید بیودیزل،کاندیداي مناسبی براي کشت در مقیاس انبوه وتولید بیودیزل براي کشور ایران می باشد. یکی از مزایاي دانه این گیاه غیر خوراکی بودن آن می باشد و با توجه باینکه محصول تولیدي در رقابت با غذاي انسان و دام نیست لذا قیمت تمام شده محصول به علت آبیاري با آب فاضلاب کاهش می یابد.[6] علاوه بر استفاده از دانه از کاه وکلش گیاه وکنجاله دانه نیز می توان در تولید بیوگاز استفاده کرد. گاز متان تولیدي از هاضم تولید بیوگاز را پس از تصفیه وفشرده سازي میتوان در وسایل نقلیه گاز سوز شهري استفاده نمود.
.2 مواد وروش ها
دانه هاي گیاه منداب در تصفیه خانه شرق اصفهانکشت وبا آب فاضلاب شهري قبل از ایجاد تنش آبیاري گردید.پس از رسیدن دانه ها ، بیومس گیاه توسط نمونه برداري از یک متر مربع از وسط هر کرت انجام گردید.سپس دانه هاي منداب از گیاه جداگردیده و خشک شد. پس از استخراج روغن از دانه ها به وسیله پرس مکانیکی، از روغن استخراج
شده از دانه هابه روش ترانس استریفیکاسیون بازي در حضور حلال متانول، بیودیزل تولید گردید. در این واکنش از نسبت مولی روغن به الکل 1:5 واز دو نوع کاتالیزور هیدروکسید پتاسیم و هیدروکسید سدیم به صورت جداگانه استفاده گردید. براي انجام هر دو واکنش، دماي واکنش 60 درجه سانتیگراد و مدت زمان واکنش 1 ساعت در نظر گرفته شد.[4] پس از انجام واکنش ترانس استریفیکاسیون گلیسیرین تولیدي به روش ته نشین سازي توسط یک قیف جداکننده جداسازي گردید. جهت جداسازي کامل گلیسیرین از بیودیزل تولیدي مدت زمان24 در نظر گرفته شد. پس از جداسازي بیودیزل از گلیسیرین ، بیودیزل نهایی 3 مرتبه با آب 60 درجه سانتی گراد شست وشو و در هر نوبت شست وشو پس از دوساعت فاز آبی همراه با ناخالصی هاي صابونی محلول در آن از قیف جداکننده خارج گردید. پس خارج کردن آب حاصل از مرحله سوم شست وشو ، بیودیزل به مدت 12 ساعت در دماي50 درجه سانتی گراد نگهداري شده و خشک گردید. حدود 20درصد حجمی میزان بیودیزل تولیدي را گلیسرین تشکیل می دهد، ازآنجا که هزینه هاي تمام شده خالص سازي گلیسرین بالا می باشد لذا در این تحقیق با استفاده از گلیسرین تولیدي در فرایند تولید بیودیزل از منداب ، با استفاده از هیدروکسید پتاسیم به عنوان کاتالیزور فرایند ترانس استریفیکاسیون و اضافه کردن 0.04گرم هیدروکسید پتاسیم اضافی و0.25میلی لیتر آب به ازاي هر میلی لیترگلیسرین متانول زدایی شده (تبخیردر دماي65 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه) صابون مایع صنعتیو با افزودن 04،0گرم هیدروکسید سدیم اضافی و08،0 میلی لیتر آب به ازاي هر میلی لیترگلیسرین متانول زدایی شده ( تبخیردر دماي65 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه)صابون جامد صنعتی تشکیل گردید. در نهایت در مرکز تحقیقات بیوگاز ساوه از باقیمانده بیومس گیاه از جمله کاه وکلش وکنجاله گیاه مندابدر شرایط غیر هوازي و در یک هاضم، حجم بالایی بیوگاز تولید گردید. باقی مانده فرایند تولید بیوگاز از پسماند گیاه منداب بهعنوان کود آلی قابل استفاده می باشد.
.3 نتایج وبحث:
تصویرگیاه منداب کشت شده در تصفیه خانه شرق اصفهان وآبیاري شده با آب فاضلاب شهریقبل از برداشت ، در شکل1 آمده است. از هر هکتار کشت گیاه منداب 16 تن بیومس شامل 3/81 تن دانه و12/19تن کاه وکلش برداشت شد.
شکل:1 گیاه منداب کشت شده در تصفیه خانه شرق اصفهان
در جدول1ویژگی هاي خاك قبل و بعد ازکشت و آبیاري شده با فاضلاب خام وتصفیه شده و آب شهري مقایسه شده است. درجدول 2 نیز خصوصیات کمی وکیفی 3 نوع آب مورد استفاده براي آبیاري گیاه آمده است.نتایج کشت نشان دادکه استفاده از پساب به دلیل دارا بودن بسیاري از مواد معدنی مورد نیاز گیاه، نسبت به آب معمولی رشد بیشتر و سریعتر گیاه را به همراه داشت.
اطلاعات موجود در این جدول برگرفته از آزمایشگاه سازمان آب و فاضلاب اصفهان می باشد.
دانه منداب داراي 35 درصد روغن میباشد که پس از آسیاب شدن با روش فیزیکی(پرس مکانیکی) و شیمیایی(شست وشو با حلال هگزان) قابل استخراج است. از هر هکتار منداب کشت شده 1/35 تن روغن قابل برداشت است و2/5 تن در هکتار کنجاله باقی می ماند. میزان بیودیزل تولیدي تقریبا برابر وزن روغن مورد استفاده و برابر 1/35 تن در هکتار می باشد.شکل 2 جداسازي بیودیزل از گلیسرین پس از گذشت24 ساعت از واکنش ترانس استریفیکاسیون از روغن منداب را نشان می دهد. شکل 3 نیز مربوط به بیودیزل شست و شو شده وشکل 4 محصول نهایی، بیودیزل خشک شده می باشد وهمانطور که در تصویر پیداست محصول نهایی به رنگ زرد روشن ،شفاف و عاري از هر گونه ناخالصی است. بیودیزل منداب داراي شاخص ستان56/9، ارزش حرارتی40630کیلوژول بر کیلوگرم، نقطه ابري شدن-6 درجه سانتیگراد و نقطه ریزش -12 درجه سانتیگراد ونقطه اشتعال86 درجه سانتیگراد می باشدکه ارضا کننده استانداردهايASTMاست.[8] در شکل 5 مراحل تبدیل دانه منداب به بیودیزل آمده است.
شکل.2جداسازي بیودیزل و گلیسرین شکل.3 شست وشوي بیودیزل با آبشکل.4 بیودیزل نهایی
