بخشی از مقاله
چکیده
باتوجه به اینکه در سراسر جهان،سهم مصرف سوخت نفتی - بنزین - رو به افزایش است و به طوریکه پیش بینی می شود تا سال 2030، % 20-10 افزایش یابد که نیاز هفت برابری افزایش ظرفیت تولید اتانول است، دامنه تقاضای بیو اتانول به عنوان یک جایگزین برای سوخت های فسیلی در سراسر جهان بسیار وسیع شده است. همچنین از نظر زیست محیطی، استفاده از ضایعات کشاورزی به عنوان منبع غیر سمی میتواند قابل توجیه باشد، بیودیزل به عنوان یک راه برای انتشار گازهای گلخانه ای و همچنین کاهش وابستگی به سوخت های نفتی شناخته شده که به دلیل تجدیدپذیر بودن، زیست تخریب پذیر بودن و داشتن منابع غیر سمی در سراسر جهان استفاده میشود.
در این مقاله تولید بیواتانول از ملاس چغندرقند با استفاده از بی حرکت کردن مخمر ساکارومایسزسرویزیه روی ساقه ذرت در حال رشد در زمین بررسی شده، به طور کلی تولید بیو اتانول از محصولات شکر به عنوان مواد اولیه بازدهی بهتری دارد، زیرا بطور خاص، موادخام بر پایه ساکارز به راحتی در دسترس است و همچنین میتواند بستر ایده آلی برای تولید اتانول به دست آمده توسط تخمیر مستقیم فراهم کند، تخمیر مستقیم از شکر دارای مزایایی در هزینه در مقایسه با فرایندهایی که در آن از نشاسته یا سلولز به عنوان مواد خام استفاده شده، میباشد. بیواتانول را میتوان با استفاده از سلول های بی حرکت تولید کرد، سلول های بیحرکت با توجه به افزایش عملکرد، سهولت برای جداکردن توده سلولی از مایع قند، کاهش خطر آلودگی، ثبات بهتر عملیاتی، و زنده ماندن سلول ها برای چند سیکل عملیاتی بهینه تر است.
مقدمه
به منظور کاهش وابستگی به واردات و به منظور بهبود امنیت انرژی کشور، بیودیزل یکی از گزینه هایی است که توسط دولت مورد توجه قرار گرفته است. ملاس چغندرقند به عنوان یک ماده اولیه برای تولید بیودیزل درنظر گرفته شده است. کشورهای در حال توسعه دارای یک مزیت نسبی برای تولید سوخت های زیستی به دلیل در دسترس بودن بیشتر زمین، شرایط آب و هوایی مناسب برای کشاورزی و هزینه های نیروی کار پایین تر هستند، با این حال، ممکن است دیگر پیامد های بالقوه ی اجتماعی و اقتصادی و زیست محیطی برای کشور های در حال توسعه ناشی از افزایش تقاضای جهانی برای سوخت های زیستی وجود داشته باشد.[1]
در سالهای اخیر، بسیاری از مطالعات، اثرات اقتصادی و زیست محیطی سوخت های زیستی، بویژه اتانول زیستی، بیودیزل، بیوگاز و هیدروژن زیستی انجام شده است.[2] در کشور های توسعه یافته یک روند رو به رشد استفاده از تکنولوژی مدرن و تبدیل انرژی زیستی کارآمد با استفاده از طیف وسیعی از سوخت های زیستی که در حال رقابت با سوخت های فسیلی هستند، وجود دارد. چند روش تولید بیودیزل توسعه یافتند که در این میان بی حرکت کردن مخمر ساکارومایسزسرویزیه روی ساقه ذرت در حال رشد در زمین بررسی شده و روش کارامد تری میباشد. به دلیل محتوای بالایی از قندهای قابل تخمیر، که می تواند به طور مستقیم و بدون هیچ گونه تغییر برای تخمیر مورد استفاده قرار گیرد.[3]
استفاده از سوخت های زیستی به عنوان یک جزء ترکیبی و یک جایگزین سوخت دیزل موتورهای خودرو در سراسر جهان رو به افزایش است و مزایای استفاده از بیودیزل به عنوان سوخت دیزل، ماهیت مایع قابل حمل، در دسترس بودن، قابلیت تجدید، بازده احتراق بالاتر، گوگرد پایین تر و محتوای آروماتیک - معطر - ، عدد ستان - کتون - بالاتر و تجزیه پذیری زیستی بالاتر است. اشکال اصلی بیودیزل به عنوان سوخت دیزل، ویسکوزیته بالاتر، محتوای انرژی کمتر، سرعت و قدرت موتور کمتر و قیمت بالا است.[4] بیودیزل از نظر ایمنی به دلیل قابلیت احتراق بسیار کمتر بر سوخت نفتی مزیت دارد. شاخص عدد ستان معمولا برای تعیین کیفیت سوخت دیزل استفاده میشود، کیفیت احتراق یکی از خواص بیودیزل است که در ساختار متیل استر اسید چرب - FAME - 1 مشخص است.
گرانروی، مهمترین خاصیت بیودیزل است، از آنجایی که بر بهره برداری از تجهیزات تزریق سوخت تاثیر میگذارد، به خصوص در دماهای پایین، وقتی که افزایش ویسکوزیته بر روان بودن سوخت تاثیر میگذارد. بیودیزل ویسکوزیته ای نزدیک به سوخت های نفتی دارد، ویسکوزیته بالا منجر به بهره برداری کمتر انژکتور سوخت میشود.[5] در حال حاضر تمرکز تولید بر سوخت های زیستی از ذرت، نیشکر، دانه های سویا، روغن گیاه نخل و ملاس چغندقند به عنوان منابع انرژی تجدید پذیر است.[6]
استفاده از باقی مانده های محصولات و زیست توده برای سوخت های زیستی رو به افزایش است، در حال حاضر بیش از %95 بیودیزل جهان از روغن های خوراکی تولید میشود و این امر باعث میشود که تولید بیودیزل با تامین مواد غذایی در دراز مدت به رقابت بپردازد، در حالی که روش های نوین تولید بیو اتانول یا اتانول زیستی با استفاده از ملاس چغندرقند استفاده از زیست توده های باقی مانده از منابع روغن های گیاهی میتواند راه حل این مسئله باشد. و همچنین استفاده از ملاس چغندرقند که معمولا به خوراک دام میرسد میتواند بهترین راه حل این مسئله مطرح شود.
تولید بیودیزل از ملاس چغندرقند با استفاده از روش بی حرکت کردن مخمر ساکارومایسزسرویزیه روی ساقه ذرت درحال رشد در زمین روش بی حرکت کردن مخمر به طور گسترده استفاده می شود که مبتنی بر غیر فعال کردن سلول های چسبیده به سطوح نامحلول حامل از قبیل دانه های شیشه ای، تراشه های چوب[7]، تکه های پوست هندوانه[8]، پوست پرتغال[9] و... می باشد.وقتی که سلول های مخمر توسط جذب سطحی بی حرکت میشوند، رشد آنها به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار نمیگیرد و برخی از سلول های مخمر می توانند از سیستم تخمیر شسته شده و به طور مداوم تجدید شوند. علاوه بر این جذب سطحی توسط پارامترهای مختلفی مثل PH، غلظت یون، بیومس و غلظت گلوکز تحت تایر قرار میگیرد..[10-12]
بافت زمین کشت ذرت سبک و نرم است. مواد لیگنوسلولزی با خصوصیات شیمیایی و میکروبی پایدار و تخلخل بالا برای بی حرکت کردن سلول های مخمر مناسب است. مطالعات نشان داده است که بی حرکت کردن سلول های مخمر می تواند مهار ناشی از غلظت بالای بستر و محصول را از بین ببرد و همچنین باعث افزایش عملکرد اتانول و بهره وری شود. فوجی و همکاران تخمین زدند که فاکتور اصلی تاثیرگذار در جذب عالی، رفتار بی حرکت کردن سلول های مخمر و بهره وری آنها، ویژگی های سطح حامل از جمله اندازه منافذ، مقدار آب و آب دوستی است. با توجه به پارامترهای مهم فرایند، آب غلیظ چغندرقند در مقایسه با ملاس ماده خام مطلوب تری برای تولید اتانول زیستی مطرح شد.
مطالعه تکنیکی- اقتصادی تولید هیدروژن از ملاس چغندرقند
توجه رو به رشد به هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی در آینده در مقابل این واقعیت که در حال حاضر بیشتر هیدروژن تولیدی سراسر جهان از تبدیل حرارتی- شیمیایی سوخت های فسیلی به دست می آید.[13] مطالعات متعدد نشان داده است که هیدروژن می تواند مشابه اتانول زیستی و متان زیستی به صورت پایدار به وسیله تبدیل بیولوژیکی بیومس - زیست توده - محتوی کربوهیدرات تولید شود.[14] از بین روشهای مناسب تبدیل بیومس به هیدروژن، تخمیر باکتریایی دو مرحله ای شامل مرحله تخمیر تاریک به دنبال تخمیر نوری مورد توجه زیادی قرار گرفته است.[15] تخمیر تاریکی شامل تبدیل قندهای ساده و یا دی ساکاریدها به هیدروژن، دی اکسیدکربن و اسیدهای آلی است.
