بخشی از مقاله
چکیده :
با افزایش سطح مصرف انرژی در جهان ، استفاده از سوختهای فسیلی نیز بطور یقین افزایش خواهد یافت . در حال حاضر با وجود منابع فراوان سوختهای فسیلی ، هزینه استفاده از این سوختها اندک ولی در آینده این موضوع بطور حتم تغییر خواهد کرد . امروزه منابع تجدیدپذیر جهت جایگزینی سوختهای فسیلی مثل سوختهای زیستی گیاهی وجود دارد اما سوختهای زیستی حاصل از کشت جلبک می تواند یک روش جایگزین در بخش کشاورزی باشد . برآورد شده است که بهره وری زیست توده های جلبکی بالاتر از محصولات زراعی گیاهی از نظر مصرف آب و مساحت زیر کشت بوده و باعث کاهش هزینه و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای از طریق جایگزینی با سوختهای فسیلی می گردد .
بسیاری از گونه های ریزجلبکها با توجه به توانایی آنها در مصرف کربن آلی فراوان و نیتروژن غیرآلی و فسفر ، قادر به رشد درمحیطهای آبی مختلف از جمله فاضلابهای شهری و صنعتی و کشاورزی و فاضلابهای حاوی فضولات حیوانی که در آنها مقادیر زیادی کربن آلی و غیر آلی و نیتروژن و فسفر و دیگر عناصر وجود دارد می باشند و به عنوان یک بیوفیلتر عمل می کنند . با بررسی و مطالعات گسترده و ابداع تکنیکهای جدید بیوتکنولوژیکی و بیوشیمیایی می توان در تولید مقرون به صرفه سوختهای زیستی جلبکی توفیق یافت و همچنین از تولید سوختهای زیستی گیاهی به دلیل مصرف بالای آب شیرین و زمینهای کشاورزی جلوگیری کرد و راندمان تولید محصولات کشاورزی را بالا برد .
کلمات کلیدی : سوختهای فسیلی ، سوختهای زیستی ، زیست توده های جلبکی ، فاضلابها ، بیوفیلتر
مقدمه :
با افزایش سطح مصرف انرژی در جهان ، استفاده از سوختهای فسیلی نیز بطور یقین افزایش خواهد یافت . در حال حاضر با وجود منابع فراوان سوختهای فسیلی ، هزینه استفاده از این سوختها اندک است اما به حتما در آینده این موضوع تغییر خواهد کرد . با استفاده فزاینده در مصرف سوختهای فسیلی که در تولید گازهای گلخانه ای - - GHG سهم بسزایی دارند به نظر نمی رسد در دراز مدت از این نوع سوختها به دلیل آلایندگی محیط زیست و بویژه اثر بر روی گرم شدن کره زمین استفاده شود - . - 4 بنابر این شناسایی منابع تجدیدپذیر جهت جایگزینی سوختهای فسیلی امکان پذیر می باشد .
اکثریت سوختهای زیستی فعلی که بصورت تجاری در دسترس می باشد عبارت است از اتانول های زیستی که از نیشکر یا نشاسته ذرت بدست آمده یا سوختهای زیستی که از روغنهای گیاهی از جمله سویا و کلزا بدست می آید - . - 4 اگرچه سوختهای زیستی در مقایسه با سوخت های فسیلی به جهت اثرات زیست محیطی فواید بسیاری دارند ، اما تهیه سوختهای زیستی از محصولات کشاورزی در قیاس با سوختهای فسیلی از لحاظ اقتصادی بسیار پر هزینه تر می باشند . همچنین این نگرانی وجود دارد که به دلیل استفاده از زمینهای کشاورزی جهت تولید سوختهای زیستی ، این امر باعث کاهش مواد غذایی گردد . سوختهای زیستی حاصل از کشت جلبک می تواند یک روش جایگزین در بخش کشاورزی باشد .
سوختهای زیستی جلبکی :
ریز جلبکها بخصوص ریزجلبکهای سبز ، پتانسیل تولید مقدار قابل توجه ای روغن ، از زیست توده را برای تولید سوختهای زیستی دارند . برآورد شده است که بهره وری زیست توده های جلبکی بالاتر از محصولات زراعی گیاهی از نظر مساحت زیر کشت بوده و باعث کاهش هزینه و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای از طریق جایگزینی با سوختهای فسیلی می گردد . سوختهای زیستی تولید شده توسط ریز جلبکها همانند مواد گیاهی می توانند مستقیما به مصرف سوخت رسیده یا با تبدیل به سوخت مایع ، گاز و یا تبدیل به انواع سوختهای بیوشیمیایی و یا طی فرایندهای تبدیل به سوخت حرارتی مورد بهره برداری قرار گیرند . از زیست توده خشک جلبکی می توان بطور مستقیم برای تولید انرژی استفاده کرد که این روش کمترین بهره وری از زیست توده جلبکی می باشد .
روشهای تبدیل بیوشیمیایی شامل تبدیل به گاز ، تجزیه در اثر تخمیر و تولید هیدروژن مایع که بر پایه گاز و روغن استوار است و روش تبدیل بیوشیمیایی شامل تخمیر و تجزیه بی هوازی زیست توده بر پایه اتانول زیستی ومتان می باشد . در نهایت ، چربی که اصولا تری اسیل گلیسرول - - TAG می باشد از جلبکها ترشح می شود که می توان آنها را توسط روشهای بیوشیمیایی به بیودیزل تبدیل کرد . در تحقیقات انجام شده در آمریکا مشخص شدکه قابلیت تولید روغن از ریز جلبکها نسبت به روغنهای به دست آمده از دانه های روغنی مثل سویا از بهره وری بیشتری برخوردار است . با مطالعات انجام گرفته مشخص شد با ایجاد تنشهای مختلف در محیط کشت ریزجلبکها ، مثل ایجاد تنش محدودیت مواد غذایی از قبیل نیتروژن و فسفر می توان تجمع چربیهای خنثی مثل تری اسیل گلیسرول را در سلولهای ریز جلبک بطور فزاینده ای افزایش داد - . - 4
تولید سوخت زیستی و منابع فاضلاب :
یکی از ویژگیهای ریزجلبکها به عنوان منبع سوختهای زیستی توانایی رشد آنها در شرایط کمبود آب شیرین بر خلاف محصولات گیاهی که از آنها سوخت زیستی تولید می کنند می باشد و همچنین برای رشد ریزجلبکها به مزارع کشاورزی نیز نیاز نمی باشد . ریزجلبکها را حتی می توان در زمینهای نزدیک دریا با استفاده از آب شور نیز پرورش داد و به همین دلیل استفاده از ریزجلبکها نسبت به محصولات گیاهی از بهره وری بیشتری برخوردار می باشد . فاضلابها از منابع مهم غذایی برای رشد ریزجلبکها می باشند که در حال حاضر از پساب فاضلابهای شهری که سازگار با محیط زیست می باشند در مقایسه با سایر فرایندهای تصفیه ای برای پرورش ریزجلبکها استفاده می شوند . یکی از مشکلات عمده دفع بهداشتی فاضلابهای شهری و صنعتی ، غلظت بسیار بالای مواد مغذی از قبیل نیتروژن و فسفر و همچنین فلزات سنگین بوده که برای دفع فاضلاب نیاز به روشهای شیمیایی پر هزینه برای حذف این مواد در طول فرایند تصفیه می باشد .
غلظت مجموع نیتروژن و فسفر در فاضلاب شهری حدود 10-100 میلی گرم در لیتر و در پساب کشاورزی بیشتر از 1000 میلی گرم در لیتر می باشد . ریز جلبکها دارای توانایی جذب و مصرف غلظت بالای این مواد وفلزات سنگین راداشته و استفاده از آنها باعث کاهش هزینه تصفیه فاضلاب می گردد . همچنین از رشد طولانی مدت جلبکها در فاضلاب می توان از آنها جهت تولید انرژی هیدروژنی استفاده کرد . جلبکها قادر به تولید انرژی هیدروژنی بدون وابستگی به سولفورها می باشند . هیدروژن در اصل بطور مستقیم از طریق انرژی خورشیدی تحت فرایند فتوسنتز و بصورت غیر مستقیم توسط میکروارگانیسمها در شرایط رشد بی هوازی تولید می گردد . - 1 - همچنین گونه هایی از ریزجلبکها می توانند به بیودیزل و سوخت جت و یا سوخت مایع تبدیل گردند . - 2 -
جلبک و تصفیه فاضلاب :
گونه هایی از ریز جلبکها قادر به تصفیه آبها از طریق جذب بو و سم زدایی و حذف آلاینده های مختلف از اکوسیستم آبی هستند که در مقایسه با سایر روشهای فیلتراسیون ارزانتر می باشند . - 3 - بسیاری از گونه های ریزجلبکها با توجه به توانایی آنها در مصرف کربن آلی فراوان و نیتروژن غیرآلی و فسفر ، قادر به رشد درمحیطهای آبی مختلف از جمله فاضلابهای شهری و صنعتی و کشاورزی و فاضلابهای حاوی فضولات حیوانی که در آنها مقادیر زیادی کربن آلی و غیر آلی و اشکال مختلف نیتروژن - اوره ، آمونیوم ، نیترات - و فسفر و دیگر عناصر وجود دارد می باشند ، البته رشد جلبکها در فاضلابها به دلیل خصوصیات شیمیایی و فیزیکی در مقایسه با آب شیرین و دریا برای رشد جلبکها مناسب تر است . - 5 - عمده اقدامی که در تصفیه فاضلاب برای دفع بهداشتی صورت می گیرد ، حذف غلظت بالای مواد از جمله فسفر و نیتروژن می باشد که در صورت عدم تعدیل این مواد و جاری شدن آنها در رودخانه ها خطرات زیست محیطی به دنبال دارد .
حذف فسفر از فاضلاب بسیار سخت بوده و دارای فرایند پیچیده ای است ولی ریزجلبکها به راحتی از این مواد تغذیه کرده و آنها را حذف می نمایند . که این موضوع از مزایای استفاده از ریز جلبکها می باشد . یکی از روشهای استاندارد که امروزه برای تصفیه بیولوژیکی آبها و فاضلابها می توان از آن بهره برد ، استفاده از بیوفیلترها برای حذف آلاینده های آلی و غیر آلی می باشد که مورد توجه محققین قرار گرفته است . - 3 - مقدار اکسیژنی که از طریق فرایند فتوسنتز توسط ریزجلبکها تولید می شود بیشتر از تولید اکسیژن از طریق سایر روشهای میکانیکی است . مخازن تولید اکسیژن روشی آسان برای زیست پالایی کارآمد ترکیبات آلی و غیرآلی با استفاده از باکتریهای هوازی و غیر هوازی هتروتروف است ، اما روش زیست پالایی توسط جلبکها بیشتر با محیط زیست سازگار بوده و فرصتی برای بازیافت مواد مغذی می باشد . به عنوان مثال می توان زیست توده غنی از نیتروژن و فسفر جلبکی را با هزینه کم با استفاده از فاضلاب تولید و به عنوان خوراک دام استفاده کرد - . - 4
شرایط بهینه رشد جلبکها در فاضلاب :
رشد کارآمد ریزجلبکها در فاضلاب به متغیرهای گوناگونی از قبیل PH ، کمبود مواد مغذی ، درجه حرارت ، کربن آلی و غیره وابسته است . بررسیها در رشد اولیه ریزجلبکها در فاضلاب تحت شرایط نوری متناوب ، افزایش بالای O2 و CO2 را نشان داده است و مشاهده شد در صورت افزایش درجه حرارت مقدار بیوماس کاهش می یابد . تفاوت عمده محیط
