بخشی از مقاله
چکیده:
زمینه: بیوانرژي اشاره به انرژي هاي تجدید پذیري دارد که از موادي با منشاء بیولوژیکی مشتق می گردند. سوخت هاي زیستی نیز داراي منشاء بیولوژیکی بوده و تقریبا تمامی آنها از محصولات کشاورزي قند دار به دست می آیند. امروزه با پیشرفت تکنولوژي حتی بخش هاي غیر غذایی گیاهان نیز در تهیه سوخت هاي زیستی مورد استفاده قرار می گیرد. با تمام محاسن سوخت هاي زیستی ابهاماتی در زمینه تهدید تنوع زیستی توسط بیوانرژي وجود دارد. در مقاله حاضر، برخی از این ابهامات و راهکار مناسب براي آنها ارائه گردیده است.
روش پژوهش: این پژوهش از نوع بررسی و پژوهش کتابخانه اي و اسنادي بوده است. مطالب از مقالات ISI و علمی پژوهشی گرد آوري شده است.
نتیجه گیري: با توجه به جوان بودن علم بیوانرژي در ایران و بالا بودن ذخایر بیوانرژي، می توان امید داشت که با بررسی هاي دقیق علمی می توان شاهد پیشرفت هاي قابل توجهی در زمینه تاثیر بیوانرژي بر اقتصاد کشور بود. لذا بایستی مبحث بیوانرژي و حفظ تنوع زیستی به عنوان یکی از مولفه هاي اقتصادي کشور در نظر گرفته شود.
-1 مقدمه:
با افزایش قیمت جهانی نفت، در عمل تقاضا براى بازه گسترده اى از انرژى هاى تجدیدپذیر، از توربین هاى بادى تا ماشین هاى الکل سوز، افزایش یافته است. اگرچه روي آوردن به سوخت هاى جدید تنها هنگامی نمایان می شود که قیمت نفت در بازارهاى جهانی به یکباره اوج می گیرد، اما جنبش انرژى هاى تجدیدپذیر به تدریج درحال وارد شدن به مرحله جدیدى از پویایی است. رشد امروزه تولید و مصرف انرژى هاى جانشین نه تنها واکنشی سریع و احساسی به تغییر کوتاه مدت قیمت هاى جهانی سوخت هاى فسیلی است، بلکه افراد با نگاهی سطحی به میزان ذخایر موجود انرژى و تعدد مسائل زیست محیطی درمی یابند که چاره اى جز روآوردن به اقتصادهاى مبتنی بر انرژى هاى جانشین در شهرها و روستاهاي خود ندارند.
سوخت هاي زیستی نوعی از سوخت ها هستند که از منابع زیست توده - بیوماس - به دست می آیند. این سوخت ها شامل اتانول مایع، متانول، بیودیزل و سوخت هاي دیزل گازي همچون هیدروژن و متان است. تحقیقات روي سوخت هاي زیستی با سه هدف عمده انجام می شود که عبارتند از: تولید سوخت هاي زیستی؛ پیدا کردن راه هاي بهره گیري و استفاده از آن و تعیین پراکندگی ساخت هاي آن. از منابع اولیه تولید این سوخت ها می توان به ضایعات چوبی، تفاله هاي محصولات کشاورزي، نیشکر، غلات، روغن گیاهان و سبزیجات اشاره کرد.
امروزه بیشتر کشور ها در بخش انرژي، نیاز و تقاضاي خود را به سوي استفاده از این گونه سوخت ها سوق می دهند، زیرا معضل هایی مانند آلودگی زیاد محیط زیست سوخت هاي فسیلی که به نوبه خود سبب برهم خوردن شرایط اکولوژیک میشوند و خطرهاي زیست محیطی را نیز به دنبال دارند، همچنین محدود بودن ذخایر سوخت فسیلی، سبب شده است تا به این نوع انرژي ها بیش از پیش توجه شود .[1] اتانول یا الکل اتیلیکل، مایعی روشن ، بی رنگ و با بوي قابل تحمل است. درحال حاضر از این ماده به صورت خالص و یا مخلوط آن با بنزین به عنوان سوخت، استفاده می شود. این ماده با عدد اکتان 113 سوختی مرغوب است و به عنوان ترکیبی اکسیژن دار با اضافه شدن به بنزین می تواند عدد اکتان را افزایش و انتشار آلاینده هایی نظیرفش را کاهش دهد.
اتانول می تواند در موتورهاي جدید بنزین سوز ، بدون هیچ تغییري در سیستم موتور از 3 تا 24 در صد در اختلاط با بنزین مصرف شود ، اما استفاده از این ماده با درصدهاي بالاتر نیازمند استفاده از موتورهاي اختصاصی ویا دو منظوره است. در این مقاله فرآیند هاي شیمیایی و بیولوژیک که به تولید اتانول مایع از ضایعات چوبی و تفاله هاي محصولات کشاورزي منجر می شود، بررسی شده است. در فرآیند هاي بیولوژیک از تخمیر کربوهیدرات هاي مونومریک، اتانول مایع حاصل می شود.
کربوهیدرات ها را می توان از منابع گوناگون به دست آورد. براي نمونه در برزیل کربوهیدرات ها را از نیشکر به دست می آورند که به عنوان ماده اولیه در بیشتر صنایع بزرگ این کشور استفاده می شود و یا در آمریکاي شمالی کربوهیدرات ها را از هیدرولیز آنزیماتیک نشاسته که در غلاتی مانند ذرت و گندم وجود دارد، به دست می آورند. براي تولید اتانول از کربوهیدرات ها به عنوان سوخت، باید از منابع اولیه ارزان قیمت و تا حد ممکن بی مصرف استفاده کرد تا بتوان به سوختی ارزان و مقرون به صرفه دست یافت؛ از این رو براي تولید اتانول مایع به طور معمول از ضایعات چوبی - چوب هاي سخت و چوب هاي نرم - و تفاله هاي محصولات کشاورزي و زراعتی - مواد لیگنو سلولزي - استفاده می شود.
این مواد منبعی غنی از کربوهیدرات هاي مونومریک هستند که براي تولید اتانول مایع استفاده می شوند. مواد لیگنوسلولزي از ترکیبات سلولزي و همی سلولزي که به صورت زنجیره هاي بسیار بلند کربوهیدراتی هستند، تشکیل شده اند. همچنین این ترکیبات به وسیله یک ماده چسبنده به نام لیگنین در کنار همدیگر نگهداري و محافظت می شوند. براي آماده سازي مواد لیگنوسلولزي براي تولید اتانول مایع، مراحل زیر انجام می شود:
-1 جداکردن ماده لیگنین از سلولز و همی سلولز تا این مواد براي فرآیند هیدرولیز آماده شوند.
-2 هیدرولز مواد سلولزي و همی سلولزي به وسیله آنزیم تا به صورت کربوهیدرات هاي مونومریک درآیند.گاهی در فرآیند هیدرولیز کربوهیدرات هایی مانند پنتوز ایجاد می شود که به وسیله مخمر استاندارد که در صنعت تولید اتانول استفاده می شود، قابل تخمیر نیست. فناوري تولید اتانول از لیگنو سلولز یک رشته فرآیند هیدرولیزي آنزیماتیک و بیولوژیک است. در مرحله اول ضایعات چوبی و تفاله هاي محصولات کشاورزي را به وسیله بخار اسید رقیق شده در دما و فشار بالا قرار می دهند تا ماده اولیه، مستعد تاثیر آنزیم شود.
در مرحله دوم، مواد تحت تاثیر آنزیم قرار می گیرند تا پیوند هاي میان مولکولی شکسته و کربوهیدرات مونومریک حاصل شود. در مرحله سوم که فرآیند بیولوژیک است، هیدرات کربن تحت تاثیر ارگانیسم زنده اي مانند مخمر و یا باکتري قرار می گیرد تا عمل تخمیر صورت گیرد و اتانول تولید شود. در مرحله پایان به وسیله عمل جداسازي تقطیر، اتانول خالص جداسازي می شود. در گذشته در مرحله تخمیر بیولوژیک از مخمر که به صورت طبیعی عمل تخمیر و تولید اتانول را انجام می دهد، استفاده می شد. امروزه با پیشرفت فناوري و مهندسی ژنتیک و با القاي ژن تولید کننده اتانول و دستکاري هاي ژنتیک در باکتري ها توانسته اند یک باکتري نوترکیب ایجاد کنند که با بازده بالاي 90 درصد، اتانول تولید می کند.
استفاده از این نوع ارگانیسم هاي نوترکیب سبب شده است، روز به روز راندمان تولید اتانول در این فرایند بالاتر رود. تحقیقات ثابت کرده است که مخلوط 10 تا 15 درصد اتانول با سوخت بدون سرب می تواند در خودروها و شبکه حمل و نقل استفاده شود. نتیجه این کار، کاهش خروج دود از اگزوز اتومبیل ها به ویژه کاهش گاز سمی منواکسید کربن است. همچنین این نوع سوخت آسیب بسیار کمترى به محیط زیست و لایه ازون وارد می سازد.
مصرف گسترده و کلان انرژي حاصل از سوخت هاي فسیلی اگرچه رشد سریع اقتصادي جوامع پیشرفته صنعتی را به همراه داشته است، اما به واسطه انتشار مواد آلاینده حاصل از احتراق و افزایش دي اکسید کربن در جو و پیامدهاي آن، جهان را با تغییرات فزاینده اي رو به رو کرده است که افزایش دماي زمین، تغییرات آب و هوایی، بالا آمدن سطح آب دریاها و تشدید منازعات بین المللی از جمله این پیامدهاست. از سوي دیگر، پایان زود هنگام منابع فسیلی و پیش بینی افزایش قیمت ها، لزوم جانشینی انرژي هاي تجدید پذیر مانند انرژي هاي بیولوژیک و اهمیت آن را آشکارتر می کند. [2]
-2 اهمیت و ضرورت موضوع:
توسعه پایدار کشور تنها با برنامه ریزي امکان پذیر می باشد. منظور از توسعه پایدار، بهبود کیفیت زندگی افراد از طریق حمایت از محیط زیست می باشد. جهت نیل به توسعه پایدار، بیوانرژي با تاثیر گذاري اقتصادي، اجتماعی و زیست محیطی در الویت می باشد. لذا ارائه را هکارهاي مناسب جهت گسترش بیوانرژي در ایران تاثیر فراوانی در توسعه آینده این کشور دارد. در واقع توسعه بیوانرژي می تواند در شکل گیري مشاغل متعدد، منابع اقتصادي جدید، تزریق سرمایه و ارز به ایران و در نهایت استفاده هاي علمی و مادي کنترل شده از منابع زیستی نقش داشته باشد. هر چه وابستگی اقتصاد کشور به درآمد هاي حاصل از فروش نفت و گاز به حداقل برسد و در عوض ظرفیت هاي زیستی و به ویژه توجه به مبحث بیوانرژي بیشتر مورد توجه قرار گیرد، معضلات کهنی همچون فقر کم رنگ تر شده و حرکت کشور به سوي توسعه پایدار تسریع می گردد.
-3 تولید سوخت هاي زیستی از منابع گیاهی و جانوري:
تقریبا تمامی سوخت هاي زیستی مایع از محصولات کشاورزي قند دار مثل چغندر قند، نیشکر و یا مواد نشاسته دار مانند سیب زمینی یا ذرت به دست می آیند اما به دلیل داشتن مصارف خوراکی و بحران کمبود غذا در جهان تا به حال استقبال چندانی از این سوخت ها نشده است.
