بخشی از مقاله
چکیده: دلیل اصلی استفاده از روغن پایههای نفتی خواص روانکاری خوب و قیمت مناسب است. با این حال بدلیل ماهیت سیاسی قیمتگذاری نفت در سطح بین المللی اکنون بشر پی برده است که نفت منبع پایدار روانکاری نیست. همچنین، به علت ضررهای جبران ناپذیر مواد نفتی بر محیط زیست و ظرفیت محدود کره زمین در تحمل این مواد، روانکارهای معدنی با چالش عمدهتری مواجه شدهاند. عیب روانکارهای بر پایه نفت این است که به راحتی تجزیه نمی شوند و سبب آلودگی دراز مدت محیط زیست می شوند.
از زمان شروع توسعه روانکارهای با کاربرد ویژه - برای مثال روغنهای توربوجتها - بشر پی برده است که پلی اول استرهای اسیدهای چرب خواص روانکاری مشابه و بعضا بهتری از مشتقات نفتی دارند. به همین دلیل، تعداد بیشماری از استرهای سنتزی با تغییر اسیدهای چرب و الکلها سنتز شدهاند. در حالیکه، قسمت الکلی استرهای سنتزی از پتروشیمیها بدست میآیند، اسیدهای چرب آنها منحصرا از منابع تجدیدپذیر1 بدست میآیند. به لحاظ فیزیکوشیمیایی، استرهای طبیعی1 دارای تمام خواص مورد نیاز برای روانکاری - جلوگیری از سایش، پایداری حرارتی بالا، شاخص ویسکوزیته بالا، فراریت کم و پایداری برشی بالا - هستند.
مقدمه
بنا بر گزارش سال 1998 بازار کل روانکارها در آلمان حدودا یک میلیون تن در سال است. بیشترین مصرف مربوط به روغنهای موتوری و دندههای با میزان حدود 450 هزار تن در سال است. در رده دوم حدود 400 هزار تن روغن و چربی برای مصارف صنعتی از قبیل گریس و سیالات برشی - metalworking fluid - استفاده میشود. سهم بازار روانکارهای بدست آمده از منابع تجدیدپذیر - biodegradable sources - تنها 2/5 درصد بوده است. اگر به جبنه مثبت بنگریم این بدین معنی است که روانکارهای تجدیدپذیر پتانسیل خیلی خوبی در بازار دارند، با این حال واقعیت متفاوت است.
گرچه روانکارهای استری از اوایل دهه 90 میلادی در دسترس بوده اند، ولی به دو دلیل در رقابت با روغن پایه های معدنی در اولویت قرار نگرفته اند. عامل اول این است که چون در ابتدا بدون در نظر گرفتن تمام جوانب در سیستمهای هیدرولیک بکار گرفته شدند و سبب خسارت-های پیش بینی نشده ای شدند و اعتماد به آنها تا حدی از بین رفت. این مشکلات امروزه در روانکارهای استری مرتفع شده-اند. دومین و اصلیترین عامل قیمت بالاتر روانکارهای استری میباشد.
در مقایسه با روغن معدنی قیمت روانکارهای استری آنها 2-5 برابر بیشتر است .[1] بعد از مصرف به عنوان روانکار، روغنهای استری به درون فاضلاب دفع میشوند و بوسیله میکروارگانیسمها و یا سوزاندن به آب و دی اکسید کربن تبدیل میشوند. میزان کربن دی اکسید تولید شده برابر با میزان کربن دی اکسید مصرف شده برای تولید این مواد است. چون چرخه تولید کربن دی اکسید بسته است افزایشی در میزان کربن دی اکسید اتمسفر وجود ندارد. اما روغن پایه های معدنی بدلیل باز بودن چرخه، سبب افزایش میزان کربن دی اکسید اتمسفر و سبب گرمایش جهانی میشوند .[5-3]
بخش تجربی
قابلیت استفاده از مواد شیمیایی به دو جنبه برمیگردد. جنبه اول مربوط به منبع این مواد است. روغن معدنی از نفت خام بدست میآید که میلیونها سال پیش در اثر پوشانده شدن جنگلها بوسیله رسوبات تشکیل شده است. به همین دلیل هیچگونه تضمینی در آینده وجود ندارد که روغن پایههای معدنی با همین قیمت و به مدت نامحدود در دسترس باشند. از طرف دیگر قیمت روغن پایه های معدنی شدیدا متاثر از سیاست است. در مقابل روغن پایه های استری از چربیهای حیوانی و روغنهای گیاهی به عنوان مواداولیه استفاده میکنند و همیشه قابل تولید هستند. جبنه دوم به آلودگی محیط زیست طبیعی ما در اثر استفاده و دفع مواد شیمیایی برمیگردد.
Error! Reference source not found. چرخه زندگی مواد شیمیایی بدست آمده از طبیعت - oleochemical - را نشان میدهد. در ابتدا در اثر واکنش کاتالیز شده با آنزیم، کربن تشکیل دهنده ساختار استرها در برگهای گیاهان سبز با مصرف دی اکسید کربن هوا تولید میشود. در اثر این فرایند مقدار زیادی از مولکولهای آلی حاوی انرژی به صورت نشاسته یا چربی ذخیره میگردد. چربیها استرهای اسیدهای چرب با الکل سه عاملی گلیسرول هستند.
توده زیستی گیاه - plant biomass - برای استخراج تری گلیسرولها استفاده شود. برای تولید روانکار استری، اسیدهای چربها از تری گلیسرولها جدا میشوند و برای تولید روغن پایه ها مورد استفاده قرار میگیرند .[2] بعد دفع روغنهای استری به درون فاضلاب، توسط میکروارگانیسمها تبدیل به آب و دی اکسید کربن میشوند. میزان کربن دی اکسید تولیدی برابر با میزان کربن دی اکسید مصرفی هنگام تولید مواد است. چون چرخه تولید بسته است افزایشی در میزان CO2 اتمسفر رخ نمیدهد. اما روغن پایه های معدنی سبب افزایش میزان CO2 اتمسفر و گرمایش جهانی میشوند .[8-6]
نتایج و بحث
روانکارهای زیستتجدیدپذیر و دوستدار محیط زیست به علت ملاحظات زیست محیطی، کاهش میزان ذخایر نفتی و قانونگذاریهای سخت گیرانه دولتها در حال توسعه هستند. این روانکارها در مقایسه با روغنهای نفتی تجزیه-پذیری عالی، سمیت اکولوژیکی کمتر، شاخص ویسکوزیته بالاتر، خواص روانکاری مرزی بالاتر، فراریت کمتر و نقطه اشتعال بالاتر دارند. نیاز به روانکارها در سطح جهانی هرساله 2 درصد افزایش مییابد و پیشبینی شده است که تا سال 2017 این میزان به 42/1 میلیون تن برسد.
بر طبق یک مطالعه نیاز جهانی به روانکارهای تجزیه پذیر در حال افزایش است و میزان مصرف از 0/3 درصد در سال 1997 به 0/6 درصد در سال 2010 و 1/2 درصد در سال 2017 افزایش یافته است. میزان افزایش تقاضا برای روانکاهای زیستتجدیدپذیر در اروپا 16/3 درصد است که با در نظر گرفتن افزایش تقاضای کلی روانکارها 2 - درصد - بسیار مهم میباشد. روانکارهای تجزیهپذیر به راحتی در صنایع غذایی قابل استفاده میباشند و میزان افزایش تقاضا در این بخش سالانه 5 درصد میباشد. صنعت روانکاری برای کاهش خطرات زیست محیطی، استانداردها و مقررات گوناگونی را وضع نموده است. بر مبنای این استانداردها، روانکار سازگار با محیط زیست بایستی دارای خواص زیر باشد:
الف - تجزیهپذیری زیستی : - Biodegradability - خاصیت قابل مصرف بودن بوسیله میکروارگانیسمها و تبدیل به مولکولهای طبیعی را نشان میدهد. متداولترین استاندارد تجزیه پذیری زیستی تجزیه حداقل 60 درصد روانکار در طی 28 روز است که توسط - OECD 301 - OECD و ASTM - ASTM D5864 و - ASTM D6731 تدوین شدهاند.
ب - تجدیدپذیری : - Renewability - روانکار بایستی از یک منبع آلی طبیعی به مقدار کافی موجود بدست آید. استاندارد ویژه در این زمینه مقدار کربن با عمر پنج سال طبق استاندارد ASTM D6866 میباشد. اکثر محصولاتی که دارای تجدیدپذیری حداقل %25 باشند، تجدیدپذیر یا دارای منشا زیستی خوانده میشوند.
ج - سمیت : - Toxicity - میزان مضر بودن یک ماده را نسبت به یک ارگانیسم نشان میدهد. تستهای سمیت روانکار مختلفی وجود دارد. متداولترین آنها، روشهای OECD 201-203 برای اندازهگیری سمیت حاد و OECD 210-211 برای اندازهگیری سمیت مزمن هستند. با تعریف شاخصهای روانکار دوستدار محیط زیست، امکان جستجوی برای روانکار کلاسیک و دوستدار محیط زیست وجود دارد. شاخص تجدیدپذیری بیانگر اهمیت منبع تهیه1 روغن پایه میباشد. برای اینکه روغن بدست آمده از یک منبع جوابگوی نیاز بازار باشد، بایستی موارد زیر در مورد آن بررسی شود:
· تجهیزات پایین دستی برای تولید روغن پایه از ماده اولیه وجود داشته باشد.
· مقرون به صرفه باشد.
· درجه تجزیه پذیری زیستی و سمیت آن کم باشد.
· ایجاد محدودیت برای چرخه غذایی انسان2 نکند.
· همیشه در دسترس باشد3
· با گذر زمان عملکرد آن افت نکند.
