بخشی از مقاله
چکیده
ایران کشوري غنی از منابع طبیعی سوختی است که براي تأمین انرژي و نیز اقتصاد کشور از اهمیت شایانی برخوردارند. بااین وجود، محدود بودن منابع سوخت فسیلی در کنار آلودگیهاي زیست محیطی ناشی از احتراق آنها جستجوي منابع جایگزین تجدیدپذیر و پاك را ضروري میسازد. فنآوري تولید سوخت زیستی یکی از زمینههاي پرداخته شده با هدف مذکور در جهان و نیز ایران بوده است. بیشتر توجه در تولید سوخت زیستی معطوف به استفاده از بیومس گیاهی، ضایعات کشاورزي، پسماندهاي جامد و لجنهاي دفعی تصفیهخانههاي فاضلاب بوده است. بااین حال در دهه اخیر کشت ریزجلبکها به عنوان گزینهاي دیگر براي تولید بیومس مطرح شده است.
رشد سریع ریزجلبکها و امکان کشت آنها در تمام فصول در کنار توانایی برخی سویهها در تولید مقدار قابل توجه مواد روغنی براي تولید بیودیزل، رشد درصورت تأمین مواد غذایینسبتاً کمهزینه و نور و بالاخره عدم نیاز به استفاده از زمینهاي قابل کشت ریزجلبکها را در بحث سوخت زیستی بر منابع گیاهی برتري داده است. براي صنعتیسازي و تولید در مقیاس وسیع سوخت از بیومس ریزجلبکی فنآوريهاي مختلفی را میتوان به کار گرفت تا فرآیند تولید بهینه شده و چه از نظر صرفه اقتصادي و چه از نظر بازده انرژي جوابگوي نیازهاي این بخش باشد. از جمله این فنآوريها میتوان به مهندسی ژنتیک سلولهاي جلبکی تیپ وحشی، مهندسی فرآیندهاي تولید، طراحی و بهینهسازي فتوبیورآکتورهاي با راندمان قابل قبول و نیز علم ریز فنس آوري اشاره کرد. در این مقاله ضمن بیان مزایاي ریز جلبک ها در استفاده در صنعت تولید سوخت زیستی به تشریح نقش این فنآوريها در این زمینه پرداخته میشود. همچنین سوابق مطالعات مربوطه در دنیا و جایگاه آنها در کشور ایران ذکر خواهند شد. امید است با توجه به این موارد بتوان راه را براي پیشرفت کشور در زمینه بیوانرژي و کسب درآمد و اشتغالزایی در کنار رشد علمی در این زمینه باز کرد.
واژههاي کلیدي: سوخت زیستی، ریزجلبکها، تولید وسیع، بهینهسازي
-1 مقدمه
افزایش جمعیت جهان و نیز توسعه صنایع مختلف بشر را با چالشهایی جدي در بخش تأمین انرژي مواجه کرده است. نفت، گاز طبیعی، زغال سنگ، آب و واکنشهاي هستهاي منابع اصلی تولید انرژي هستند. سوختهاي فسیلی در این بین کاربرد بالایی در صنایع مختلف به ویژه حمل و نقل و حتی تولید انرژي دارند. روند رو به رشد استفاده از این نوع سوختها در جهان معضلات خاصی را ایجاد کرده است. آلودگی هوا مهمترین مشکل در این زمینه ست. احتراق سوختهاي مذکور میتواند باعث آلودگیهایی شامل مونواکسیدکربن، اکسیدهاي گوگرد، ذرات معلق و ترکیبات فرار شود. همچنین احتراق سوخت دیزل نفتی یکی از منابع اصلی تولید گازهاي گلخانهاي است ]۱[ که تولید آنها تشدید پدیده گرم شدن زمین را درپی خواهد داشت که خود یکی از مهمترین معضلات زیست محیطی امروز بشر است .[2] علاوه بر بحث آلودگیها، تغییرات قابل توجه قیمت نفت در بازارهاي جهانی و شوكهاي ناشی از افزایشهاي ناگهانی قیمت آن بر اقتصاد کشورهاي خریدار مشکل دیگر سوختها فسیلی است ]۳.[ براي کشورهاي فروشنده چنین سوختهایی هم محدود بودن این منابع انرژي موضوعی درخور توجه است
.[4] مسأله بعد اهمیت خودکفایی در شرایط سخت کنونی ایران است و چه بسا بتوان با صرف هزینهاي به نسبت اندك باعث کاهش قابل توجه واردات سوختهایی همچون بنزین شد و علاوه بر آن باعث اشتغالزایی بیشتر در کشور شد. در حال حاضر مراکز تحقیقاتی و نیز تجاري در بسیاري از کشورهاي دنیا به شدت به دنبال یافتن جایگزین هایی مناسب، پاكتر و تجدیدپذیر براي منابع فعلی انرژي با حداقل اثرات زیست محیطی و نیز با حداقل صرف هزینه میباشند. یکی از فنآوريهاي قابل توجه در این زمینه تولید سوخت از منابع تودههاي زیستی بوده است. چنین منبعی براي تولید انرژي با نام سوخت زیستی شناخته شده و انواع مختلفی را شامل میشود. سوختهاي زیستی در سالهاي اخیر به شدت مورد توجه کشورها و مراکز مختلف علمی بودهاند ]۳.[ بهصورت سنتی بیشترین توجه در زمینه تولید سوختهاي زیستی معطوف به توده زیستی گیاهی به صورت ضایعات کشاورزي و یا برخی محصولات کشاورزي بوده است. بااین وجود ریزجلبکها نیز به عنوان گزینهاي نویدبخش مطرح شدهاند .[5]
ایران از نظر منابع طبیعی از قبیل نفت خام و معادن فلزي جزء کشورهاي غنی دنیا محسوب میشود. بااین وجود استفاده از این منابع دایمی نخواهد بود و سرانجام روزي به پایان خواهند رسید. در ایران نیز مانند بسیاري دیگر از کشورهاي دنیا جستجوي منابع تجدیدپذیر انرژي از دغدغههاي اخیر دستاندرکاران تأمین انرژي بوده است. اگرچه کشاورزي در ایران از دیرباز رایج بوده و بخش زیادي از کشورمان قابل کشت میباشد ولی مشکلات کمآبی که کشور با آن درگیر است و نیز رشد جمعیت و وظیفه اصلی کشاورزي در تأمین غذا را نباید از خاطر دور داشت .[4] در برخی تحقیقات گذشته اثرات قابل توجه احتمالی مسیرهاي فعلی تولید سوخت زیستی در ایران بر تأمین غذا و تجارت ایران و نیز اثرات مخرب بر محیط زیست گوشزد شده است .[6] راه جایگزین و با پتانسیل بالا بهکارگیري و توسعه فنآوري تولید سوخت زیستی از منابع جلبکی به عنوان روشی ارزانتر، سادهتر و البته با معضلات زیست محیطی کمتر خواهد بود.
در این مقاله ضمن توضیح مزایاي تولید ریزجلبکها به نسبت انواع دیگر منابع سوختهاي زیستی، چالشهاي تجاريس سازي تولید سوخت زیستی در جهان و بالطبع در ایران تشریح میشوند. همچنین به بررسی جایگاه و نقش فنآوريها و روشس هاي نوین قابل استفاده در رفع چالشهاي موجود و بهینه کردن تولید سوخت از ریزجلبکها پرداخته میشود. در این زمینه موارد انجام شده توسط گروههاي مختلف تحقیقاتی دنیا ذکر شده و سعی میشود تا الگویی از فعالیتهاي درحال انجام ارایه شود.
انواع -2
سوختهاي زیستی
انواع سوخت زیستی - ئکأسپطت - که از منابع مختلف تودههاي زیستی تهیه میشود شامل بیودیزل، بیواتانول، بیوهیدروژن، بیوروغن و بیوگاز است .[7] سوخت زیستی از نوع بیودیزل - ئکککط2پطت - به فرآورده واکنش »ترانس استریفیکاسیون« گفته میشود که در آن مولکولهاي روغنی در حضور یک کاتالیست بازي مانند آب قلیا با الکل واکنش میدهند. نتیجه این واکنش برگشتپذیر تولید آلکیل استرها یا همان بیودیزل میباشد. علاوه بر آلکیل استرها، یک فرآورده جانبی خام به نام گلیسرول نیز تولید میشود .[8] بیودیزل سوخت جایگزینی براي سوختهاي فسیلی بوده و غیرسمی و زیست تخریب پذیر است .[1] بر این اساس میتوان بین روغنهاي گیاهی از قبیل روغن سویا و بیودیزل تفاوت قائل شد.
در مباحث صنعتی از خلاصه غقAً به جاي متیل استرهاي اسیدهاي چرب استفاده میشود که در حقیقت همان بیودیزل میباشد .[8] بااین حال از بیومس - ککهعپطت - یا توده هاي زیستی گیاهی نیز میتوان براي انجام تخمیر الکلی و تولید انواع الکل استفاده کرد که در این صورت از اصطلاح بیواتانول براي آنها استفاده خواهد شد. از دیگر کاربردهاي بیومس میتوان به تولید بیوگاز - که؟پطت - یا بیومتان در نتیجه فرآیند هضم بیهوازي مواد آلی بیومس نام برد .[5] بااین حال در بسیاري از منابع آنچه به عنوان سوخت زیستی مطرح میشود بیشتر معادل بیودیزل بوده و با بیوالکل و بیوگاز در جایگاههاي متفاوتی بررسی میشوند .[8] بهطور سنتی منبع اصلی بیومس مورد استفاده براي تولید روغنهاي لازم براي تولید سوخت زیستی از محصولات کشاورزي و یا حتی ضایعات کشاورزي بوده است .[7][4] در بسیاري کشورها از سویا به عنوان منبع اصلی تولید بیودیزل استفاده میشود. به علاوه منابع رایج دیگر شامل روغن کانولا، چربی حیوانی، روغن درخت نخل، روغن ذرت و دورریز روغن خوراکی هم قابل ذکر هستند .[1] بااین وجود امروزه توجه به بحث تولید بیومس ریزجلبکها جهت تولید سوخت زیستی و بیودیزل جلب شده است .[5]
-3 سوختهاي جلبکی
استفاده از ریزجلبکها میتواند گزینه احتمالی براي استفاده از مقادیر قابل توجه دي اکسید کربن به منظور تولید انرژي و ترکیبات شیمیایی در حضور نور خورشید باشد. بدن جلبکهااساساًازکربوهیدرات ها، پروتئینها و لیپیدها تشکیل شده است .[2] جدول 1 درصد این مواد را در وزن خشک سلولهاي چند نوع ریزجلبک نشان میدهد .[5] جلبکها میتوانند چندین نوع مختلف از انواع منابع انرژي تجدیدپذیر را تولید کنند. محتواي لیپیدي یا چربیهاي سلولهاي جلبکی میتواند پس از فرآوري بهصورت بیودیزل استفاده شود. همچنین کربوهیدراتهاي این نوع سلولها را میس توان جهت تولید اتانول - بیواتانول - و پروتئین آنها را براي تولید مکملهاي غذایی براي انسان، حیوانات و ماهیها به کار برد. علاوه بر این از هضم بیهوازي بیومس جلبکی میتوان بیوگاز - که؟پطت - - بیومتان - و کود به دست آورد .[5][2]
