بخشی از مقاله
تولید سوخت بیودیزل از منابع آلی تجدید شونده
چکیده
با رو به کاهش رفتن منابع نفت خام و افزایش قیمت جهانی آن، نیاز به سوخت هاي جایگزین بـیش از پیش مطرح شده است. با توجه به افزایش پیوسته تقاضا براي مصرف انرژي در جهان بهتـرین راه ممکـن بـراي مواجهه با آن استفاده از سوخت هاي جایگزین ارزان می باشد. سوخت هاي پاك از جمله بیودیزل سوخت هایی هستند که پتانسیل بالایی براي جایگزین سوخت هاي فسیلی دارند. بیودیزل متیل استري است که از روغن نباتی، چربی حیوانات و یا از منابع طبیعی تجدید پذیر مانند روغن هاي گیاهی ساخته می شود. بیودیزل بهترین جایگزین براي سوخت موتور هاي دیزل می باشد که مقدار هیدروکربن آنها کم، ارزان و قابل دسـترس و باعـث سـایش کمتر موتور می شود. مهمترین مزیت بیودیزل نسبت به بنزین و گازوئیل، آلودگی کم محیط زیست می باشد. بـه عبارت دیگر بیودیزل از سوخت هاي دیگر بازده بالاتري دارد. بدلیل ارزان بودن مواد اولیـه تولیـد بیـودیزل، از لحاظ اقتصادي سوختی مناسب ارزیابی می شود تا آنجا کـه ایـن مـاده را مـی تـوان از ضـایعات محـصولات کشاورزي و دامی تولید کرد و قیمت تولید آن در حدود 80 درصد قیمت تولید سوخت هاي دیگر می باشد. بـا توجه به تحقیقات انجام شده در دنیا در آینده نزدیک به طور صنعتی و رایج از سوخت هاي بیودیزل مانند اتیل و متیل استر تهیه شده از روغن سویا، شلغم روغنی، آفتابگردان و روغن هاي پسماند به عنوان سوختی مورد پـسند استفاده فراوان خواهد شد. در این مقاله علاوه بر بررسی سوخت بیودیزل به خصوصیات مختلـف ایـن سـوخت پاك، از محصولات گوناگون کشاورزي و ضایعات آن پرداخته و گسترش استفاده از ایـن سـوخت در ایـران و جهان بررسی شده است. با توجه به این بررسی سوخت بیودیزل در شرایط کنونی با فراوانی مـواد آلـی تجدیـد پذیر در ایران، بهترین جایگزین سوخت در موتورهاي دیزل می باشد که باید تحقیقات و آزمایش هاي مختلفـی در رابطه با آن صورت پذیرد.
کلمات کلیدي: بیودیزل، مواد آلی تجدید پذیر، سوخت هاي جایگزین و محصولات کشاورزي.
مقدمه
با افزایش قیمت جهانی نفت با افزایش قیمت جهانی نفت، تقاضا براي بازه گسترده اي از انرژي هاي تجدید پذیر
از توربین هاي بادي تا خودرو هاي الکل سوز افزایش یافته است. اگرچه روي آوردن به سوخت هاي جدید تنها
هنگامی نمایان می شود که قیمت نفت در بازار هاي جهانی به یکباره اوج می گیرد ولی جنبش انرژي هاي تجدید
پذیر به تدریج در حال وارد شدن به مرحله جدیدي از پویایی است. امروزه رشد تولید و مصرف انرژي هاي
جایگزین نه تنها واکنشی سریع و احساسی به تغییر کوتاه مدت قیمت هاي جهانی سوخت هاي فسیلی نیست، بلکه با نگاهی سطحی به میزان ذخایر موجود انرژي و تعدد مسائل زیست محیطی می توان دریافت که چاره اي جز روي
آوردن به اقتصادهاي مبتنی بر انرژي هاي جایگزین در شهرها و روستاها وجود ندارد(.(2 از منابع اولیه این سوخت ها
می توان به ضایعات چربی، ضایعات محصولات کشاورزي و روغن هاي گیاهی و سبزیجات اشاره کرد. امروزه در
حوزه انرژي بیشتر کشورها به سمت سوخت هاي زیستی روي آورده اند که دلایل اصلی آن آلودگی هاي زیاد محیط
زیست سوخت هاي فسیلی که سبب برهم خوردن تعادل و شرایط اکولوژیک می شوند و خطر هاي زیست محیطی را
نیز به دنبال دارند، و محدود بودن ذخایر سوخت هاي فسیلی می باشند. در جدول 1 برخی از سوخت هاي زیستی به همراه منابع گیاهی و روش تولید آنها به اختصار آمده است(.(1
جدول-1 انواع سوخت هاي زیستی به همراه منابع گیاهی و روش تولید
به طور کلی از زیست توده1 در دو دسته مهم زیست قدرت و سوخت هاي زیستی استفاده می شوند. در فن آوري زیست قدرت از طریق سوزاندن زیست توده برق تولید می کنند و در حالیکه سوخت هاي زیستی به صورت سوخت در موتورهاي احتراق داخلی مصرف می شوند. سوخت هاي حاصل از زیست توده را می توان در یک تقسیم بندي کلی به سوخت هاي مایع و گازي شکل طبقه بندي کرد. سوخت هاي مایع شامل بیواتانول، بیو متانول و
بیودیزل می باشد. بیواتانول و بیو متانول از طریق تخمیر موادي همچون چغندر قند، سیب زمینی و غلات بدست می
آیند. بیودیزل اتیل استر یا متیل استري است که از روغن هاي گیاهی یا چربی هاي حیوانی تولید شده و به عنوان سوخت در موتورهاي دیزل یا سیستم هاي حرارتی استفاده می شود(.(3 بیو دیزل را می توان از روغن هاي تازه2 یا
روغن هاي پسماند3 تولید نمود که خصوصیات شیمیایی و فیزیکی سوخت بیودیزل در جدول 2 آمده است(.(1
منابع تولید سوخت بیودیزل
تا کنون بیشتر از 350 نوع محصول کشاورزي روغن دار شناخته شده است که در میان آنها تنها روغن هاي سویا، نخل خرما، آفتاب گردان، کاجیره، دانه پنبه، تخم شلغم و بادام زمینی پتانسیل تولید سوخت براي موتورهاي دیزل را
دارند(.(8 در میان آنها سویا در سال 2003 بیشترین مصرف را داشته است. در جدول 3 مصرف روغن هاي گیاهی و
حیوانات دریایی در سال هاي 1998 تا 2003 نشان داده شده است(.(5
جدول -2 خصوصیات شیمیایی و فیزیکی سوخت بیودیزل
جدول -3 مصرف جهانی روغن هاي گیاهی و حیوانات دریایی(میلیون تن)
روغن هاي گیاهی یکی از سوخت هاي تجدید پذیر می باشند. امروزه بیش از پیش به روغن هاي گیاهی با توجه
به فواید محیط زیستی و تولید آنها از منابع تجدیدپذیر روي آورده شده است. روغن هاي گیاهی یک منبع انرژي تجدید پذیر و تمام نشدنی براي سوخت موتورهاي دیزل می باشند. به عبارت دیگر گسترش زیاد استفاده از روغن
هاي گیاهی ممکن است سبب مشکلات معنی دار دیگري مانند گرسنگی در کشورهاي پیشرفته شود. انواع مختلف ترکیبات آلی چربی دار زنده براي تولید بیودیزل استفاده می شود(.(6 این ترکیبات را می توان به 4 دسته تقسیم کرد که عبارتست از الف)ماده خام روغن گیاهی خالص مانند روغن هاي دانه سویا، تخم شلغم روغنی که مرسوم تر می
باشند و روغن دیگر محصولات مانند روغن گیاه خردل، خرما، آفتاب گردان، کنف و حتی جلبک. ب)روغن هاي
گیاهی پسماند. ج)چربی حیوانات شامل پیه، چربی خوك و روغن دنبه زرد و د)روغن هاي غیر خوراکی مانند چتروفا
و روغن کاستور. سویا در آمریکا معمول ترین محصول غذایی می باشد که تبدیل به منبع اولیه تولید بیودیزل شده
است. در مالزي و اندونزي روغن خرما مهمترین منبع بیودیزل می باشد. در اروپا تخم شلغم روغنی مهمترین منبع
4
مورد استفاده جهت تولید بیودیزل استفاده می شود. در هند و کشورهاي جنوب شرقی آسیا روغن غیر خوراکی
درخت جتروفا به طور معنی دار در تولید بیودیزل استفاده می شود(.(12
یکی دیگر از منابع تولید سوخت بیودیزل جلبک ها و خزه ها می باشند که در مناطقی که نور آفتاب مناسب باشد
یا در آب هاي شور رشد می کنند. در تخمینی در هر ایکر عملکرد روغن بدست آمده از آن دوست برابر نسبت به روغن هاي بدست آمده از محصولات دیگر می باشد. تقریبا" 46 تن روغن در سال از جلبک ها تولید می شود که
براي تولید سخت بیودیزل استفاده می شود(.(12
هریک از مواد آلی تجدید شونده مانند آفتاب گردان، دانه پنبه، شلغم روغنی، سویا، خرما ونارگیل در تولید
سوخت بیودیزل خصوصیات مشخصی دارند که در ذیل به این خصوصیات و نتایج تحقیقات پرداخته شده است.
آفتاب گردان: ویسکوزیته سوخت تولیدي از آفتاب گردان خام بسیار بالا است، در حدود 15 برابر بیشتر از سوخت دیزل می باشد. تهیر وهمکاران((13 سوخت آفتاب گردان را در ماشین هاي کشاورزي تست کردند و گزارش
کردند که بازده موتور شبیه سوخت دیزل بوده اما سوخت بیشتري مصرف شده و مقدار کمی قدرت پایین آمده بود.
کارخانه هاي تولید کننده سوخت زیستی گزارش کردند سوخت بیودیزل تولید شده از آفتاب گردان به طور معنی دار مضرات دود ناشی از احتراق را کاهش می دهد و در آن کاهش CO2 %12/6، HC %11، %18 ذرات وجود دارد(.(3
دانه پنبه: روغن دانه پنبه به طور فراوان در پاکستان تولید می شود. خصوصیات متیل استر آن مشابهه سوخت
دیزل است مخصوصا" هنگامی که از B20 استفاده می شود. ویسکوزیته سوخت دانه پنبه 3/2 و دانسیته آن 0/9 می باشد. جورینگ در بررسی از 11 گیاه روغنی، دانه پنبه را مناسب ترین منبع تولید سوخت بیودیزل گزارش کرد(.(12
شلغم روغنی: نقطه اشتعال سوخت شلغم روغنی 220 0C بیشتر از سوخت دیزل است که سبب می شود احتراق
به سختی انجام گردد. اما جابجایی آن ایمن تر می باشد. مقدار گرماي تولیدي از آن %10-15 کمتر از سوخت دیزل و دانسیته حجمی آن نزدیک سوخت دیزل می باشد. در موتورهاي کوچک با دوره کوتاه مناسب گزارش شده است(.(9
سویا: خصوصیات سوخت سویا بسیار شبیه سوخت دیزل می باشد. براي آن نسبت تراکم بالا نیاز است. شرکت
تراکتور سازي کاترپیلار سوخت سویا و دیزل را با نسبت 30، 70 در کارکرد موتور در دو حالت پاشش مستقیم و پاشش غیر مستقیم مقایسه کرد و نتایج نشان داد عملیات موتور در پاشش غیر مستقیم بهتر بوده است و مشکل به
وجود آمده در پاشش مستقیم دوده و چسبندگی رینگ پیستون بیشتر می شود(.(10
خرما: از سوخت آن بیشتر در مالزي استفاده می شود. ساپون و همکاران سوخت خرما را به جاي سوخت دیزل تست کردند و گزارش کردند سوخت ترکیبی خرما و دیزل و سوخت دیزل از لحاظ قدرت شبیه بودند و رسوب
کربن آن بیشتر از سوخت دیزل بوده است(.(11
نارگیل: دیر و کامپانی در آزمایشی اثر سوخت ترکیبی آفتاب گردان و خرما را با سوخت دیزل در یک موتور تک
سیلندر تست کردند. در سوخت ترکیبی نسبت به سوخت دیزل خالص، رسوب بیشتر کربن در محفظه احتراق
مشاهده کردند. آنها بیان کردند که مقدار گرماي سوخت ترکیبی کمتر از سوخت دیزل بوده است(.(12
گسترش سوخت بیودیزل در جهان و ایران
از سال 1994 در اروپا شبکه اي تحت نام شبکه سراسري سوخت هاي بیوفیول مایع تأسیس شد که هدف عمده
آن برقراري امکانی جهت تبادل اطلاعات در خصوص ظرفیت و تولید سوخت هاي بیوفیول در کشورهاي مختلف
