بخشی از مقاله
چکیده:
در قرن اخیر با رشد سریع صنعتی شدن و بالا رفتن سطح استانداردهای زندگی و شکوفایی و رونق اقتصادی کشورها نیاز به منابع سوخت پایدار، ارزان و پاک بیش از پیش نمایان شده است. محدودیت منابع سوخت فسیلی، مشکلات زیست محیطی ناشی از احتراق اینگونه سوخت ها و بالا رفتن قیمت حامل های انرژی از مهمترین چالش های جوامع پیشرفته است. به همین سبب استفاده از سوخت های فسیلی بیشتر از پیش مورد توجه قرار می باشد.
بیودیزل ها سوخت گازوئیلی پاکی است که از منابع طبیعی و قابل تجدید مانند روغنهای گیاهی به دست میآید. در حال حاضر زیست سوختها اغلب از گیاهان روغنی، پسماند روغنهای خوراکی، یا چربی حیوانی تولید میشوند.
محدودیت منابع و موادخام برای تولید زیست سوختها یکی از مهمترین مشکلات بر سرراه استفاده از این سوخت هاست. منابع جلبکی - جلبکها و ریز جلبکها - به دلیل ظرفیت بالای روغن و سرعت رشد زیاد منابع مناسبی برای تولید زیست توده به نظر میرسند. در سالیان اخیر تحقیقات زیادی در استفاده از جلبک ها بدلیل سهولت پرورش آن ها برای تولید زیست سوخت انجام شده است. هدف این نوشتار معرفی منابع جلبکی به عنوان یک روش تولید انرژی و زمینه ساز اشتغال و بهبود فعالیت های کشاورزی در ایران میباشد.
مقدمه
امروزه سوخت ها حدود 70 درصد کل احتیاجات انرژی کره زمین را به ویژه در حمل و نقل، صنعت و گرمای خانگی شامل می شوند. در حال حاضر الکتریسیته 30 درصد مصرف انرژی دنیا را به خود اختصاص داده است، در اتحادیه اروپا بخش حمل و نقل، مسئول نشر 25 درصدی گازهای گلخانهای است.[17] پس روشهای کاهش آلاینده ها و استفاده از سوختهای پاک اهمیت قابل توجهای می یابد.
وسایل نقلیه باید تمیزتر باشند و کارایی سوخت ها افزایش یابد و از میزان وابستگی به سوختهای فسیلی کاسته شود. سوختهای دیزلی باید از منابع تجدیدشدنی، غیر رسمی و زیست تجزیه پذیر تهیه شوند. و از سوی دیگر با توجه به افزایش قیمت جهانی نفت و گرم شدن کره زمین و به دلیل رویکرد استفاده از سوختهای فسیلی این فکر اهمیت بیشتری پیدا کرده است.[3] استفاده از منابع جدیدی غیر گیاهان خشبی مانند جلبک ها می تواند به تامین منابع انرژی در جهان و کم شدن آلودگی ها کمک نماید.
سوخت های زیستی و انواع آن
سوخت های زیستی سوخت هایی هستند که از منابع زی توده بدست می آید. یعنی ماهیت سوخت های زیستی به گیاهانی بر می گردد که فقط چند ماه یا چند سال از برداشت آن ها می گذرد.[19] سوخت زیستی برای اولین بار در دهه 70 در برزیل تهیه و مورد استفاده قرار گرفت. برزیلی ها از بقایای نیشکر، اتانول تهیه می کردند و در کنار بنزین از آن به عنوان سوخت کمکی استفاده می کردند. امروزه 20 درصد از انرژی مصرفی برزیل دارای منشاء گیاهی است. در اروپا کشت گیاهان برای تهیه سوخت زیستی در دهه ی 80 به عنوان گزینه ای برای استفاده از زمین های که به علت تولید بیش از حد محصولات کشاورزی بی استفاده مانده بود معمول شد.[10] در امریکا نیز روغن سویا یکی از مهمترین منابع سوخت زیستی می باشد.
سوخت های زیستی مایع، اغلب به سه روش ترموشیمی، سنتز، و تخمیر تولید می شوند. آذرکافت که فرایندی است با هدف گرداوری مواد فرار و چگال برای تولید یک سوخت مایع، یکی از روش های قدیمی و ساده ترموشیمی و فرایند سازی سوخت است. اذرکافت روش ساخت مصنوعی سوخت های مایع است که با ساخت گاز شروع می شود به طوری که یک سامانه گاز ساز با استفاده از اکسیژن گازی تولید می شود که مقدار زیادی از ان را H2، CO و CO2 تشکیل میدهد. سپس با واکنش جابه جایی سعی می کند نسبت H2 و CO را با مقداری که در تولید نهایی لازم است تنظیم کند. اما در روش تخمیر که یک فرایند بیولوژیک بی هوازی است
اغلب اتانول تولید می شود. متانول با بنزین جایگزین می شود اما اتانول با نام گازول به عنوان مواد بهبود دهنده گازوئیل استفاده می شود.
از انواع سوختهای زیستی، میتوان اتانول مایع، متانول، دیزل زیستی، و سوخت های دیزل گازی مانند بیوهیدروژن و بیومتان را نام برد.[19] سوخت های زیستی در واقع مخلوطی از منوالکیل استرهای زنجیره های اسید های چرب هستند که معمولا از فرایند استریفیکاسیون روغن های گیاهی، چربیهای حیوانی، و یا پسمانده روغن های حیوانی بدست میآیند. سوخت های زیستی غیر سمی بوده و علاوه بر کاهش آلایندگی منوکسیدکربن، دی اکسید گوگرد، هیدروکربن های سوخته نشده، و ذرات معلق، در طبیعت به راحتی تجزیه شده و سازگاری زیادی با محیط دارند
سوخت دیزلی زیستی و اتانول زیستی از مهمترین سوخت های زیستی هستند، سوخت های دیزلی زیستی معمولا از روغنهای گیاهی حاصل از محصولاتی مانند کلم و سویا به دست می اید و اتانول زیستی نیز از محصولات نشاسته ای و قندی مثل نیشکر و چغندر قند بدست میآید.[9] به طور کلی منابع اولیه سوخت های زیستی در ضایعات چوبی، تفاله محصولات کشاورزی، نیشکر، غلات، گیاهان و سبزیجات می باشد. مقدار بالانس انرژی برای سوخت های زیستی نزدیک به 3 است.
سوختهای زیستی به طور عمده از روغن سویا، روغن کانولا، چربیهای حیوانی، روغن ذرت و خرما بدست می آید. این نوع روغنها، به طور عمدهتری گلیسریدهایی هستند که در آنها سه مولکول اسید چرب با عامل الکلی گلیسرول پیوندهای استری ایجاد کردهاند. برای تولید سوختهای زیستی از روغنها، ابتدا تریگلیسریدها را در مجاورت متانول واکنش میدهند. در نتیجه این واکنش، گلیسرول آزاد میشود و اسیدهای چرب به صورت استرهای متیله قابل استفاده به عنوان سوخت زیستی در می آیند.
در این واکنش، سه مول الکل به ازاء هر مول تریگلیسرید مورد نیاز است و واکنش حالت تعادلی دارد. در صنایع، اغلب از 6 مول متانول به ازای هر مول تریگلیسرید استفاده میشود تا واکنش یکطرفه به سمت تولید متیلاسترها پیشرفت کند.[2] از معایب بیودیزل می توان به قیمت بالای آن نسبت به دیزل فسیلی اشاره کرد. بیش از 80 درصد قیمت بیودیزل ناشی از هزینه تهیه مواد اولیه می باشد.
تولید بیودیزل و هیدروژن زیستی توسط ریزجلبکها
ریز جلبکها گروهی از میکروارگانیسم های فتوسنتزی پروکاریوتی و یوکاریوتی با توانایی تثبیت اکسیژن هستند که نورخورشید را با کارایی 10 تا 50 برابر بیشتر از سایر گیاهان خاکزی به دام می اندازند که از آن ها به عنوان منابع جانشین مناسب برای سوخت های استفاده می شود.
با وجود مطالعه تولید هیدروژن زیستی از گونههای فتوسنتزی سیانوباکترها، در بین جلبکها، اولین بار در جلبک سبز Scendesmus obliquus مشاهده شد. فرایند تولید هیدروژن زیستی از این لحاظ جالب است که انرژی نور خورشید برای تعدیل آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده میشود تا در مرحله دوم هیدروژن به صورت گاز آزاد شود
