بخشی از مقاله
چکیده
در راستای جبران کاهش منابع انرژی فسیلی و توسعه انواع انرژی پایدار و کمک به بحران آلودگی محیط زیست بیودیزل به عنوان یکی از انواع سوختهای زیستی تجدیدپذیر که براحتی قابل تهیه بوده و بدون تغییر در موتورهای دیزل قابل استفاده است، معرفی می شود .این سوخت در مقایسه با دیزل متعارف دارای مزایایی از جمله نشر کمتر انواع آلاینده ها و گازهای گلخانه ای است .منابع متصور برای تولید بیودیزل عبارتند از انواع روغنهای نباتی تصفیه شده و تصفیه نشده، انواع چربیهای حیوانی و هر بافت زنده ای که دارای مواد چرب باشد .
تولید این ماده آسان بوده و با افزودن یک الکل سبک به روغن در حضور کاتالیست مناسب قلیایی، اسیدی و آنزیمها بیودیزل بدست می آید .این فرآیند اغلب در شرایط متوسط آزمایشگاهی قابل انجام است .اما به دلیل گرانقیمت بودن منابع اولیه اغلب قیمت تمام شده بیودیزل در مقایسه با منابع دیگر انرژی بالاست .لذا استفاده از منابع ارزان تر از جمله روغنهای دورریز و روغنهای گیاهی غیر خوراکی توصیه می گردد .همچنین توسعه فرآیندهای آسانتر بر اساس فناوری های برتر نیز مورد توجه است.
مقدمه
استفاده روزافزون از سوختهای فسیلی، افزایش قیمت محصولات نفتی و کاهش ذخایر موجود محققان را در جهت یافتن منابع جدید انرژی غیر نفتی ترغیب نموده است .در حال حاضر میزان تقریبی حجم ذخایر نفتی جهان به اندازه ای است که چنانچه روند تکیه بر سوختهای فسیلی ادامه یابد در آینده نزدیک جهان با مشکلات زیادی در موارد زیست محیطی و کمبود مواد اولیه مواجه خواهد شد.
عمده ترین مصرف سوختهای فسیلی در موتورهای احتراق داخلی می باشد .انواع موتورهای اشتعال تراکمی که با سوخت دیزل و موتورهای اشتعال جرقه ای که عمدتا با بنزین کار می کنند از این سوختها مصرف می کنند .این موتورها که از انواع آنها به عنوان منبع نیروی محرکه برای انجام کارهای مختلف استفاده می شود، سهم عمده ای در مصرف سوختهای یاد شده دارند .
سوختهای جایگزین موتورهای اشتعال جرقه ای گاز مایع، گاز طبیعی فشرده و انواع الکلها بوده و بکارگیری آنها مزایا و معایب متعددی به همراه دارد .در رابطه با موتورهای دیزل، سوختهای جایگزین به دلیل منشا حیاتی آنها به نام های بیودیزل یا بیوفیول نامیده می شوند .لذا بیودیزل به طیف وسیعی از سوختها گفته می شود که از انواع روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی تهیه می شوند. امروزه روغنهای گیاهی علاوه بر مصارف غذایی، از دیدگاههای تولید انرژی و تهیه مواد خام صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار می باشند .
فرآیند شیمیایی تهیه این سوختها شامل واکنش روغن و الکل در حضور یک کاتالیزور است که منتهی به تولید استر اسیدهای چرب موجود در روغن اولیه می شود. این امر باعث بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی این مواد می گردد .بنابراین بیودیزلها عبارت از استرهای منوالکیل اسیدهای با زنجیره بلند می باشد.این نوع سوختها از جنبه های تجزیه پذیری ،جایگزینی سریع مواد اولیه و سازگاری های زیست محیطی از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد .
عمده ترین مزیت این سوختها در مقایسه با سوختهای مرسوم بالا بودن عدد ستان ، قابلیت آنها در کاهش آلودگی ها بواسطه عدم وجود سولفور و مقدار کمتر هیدروکربن های نسوخته می باشد. وجود منابع متعدد در جهت تولید بیودیزل و عدم نیاز به تغییر زیاد در ساختار موتورهایی که از این سوختها استفاده می کنند از مزایای دیگر این سوختها به شمار می رود.عمده ترین مشکلات در راه تهیه این سوختها مسائل اقتصادی و کسب مقبولیت بیشتر در بازار مصرف می باشد که با اعمال روشهای نوین تولید برطرف خواهدگردید.[1]
قانعی و همکاران به بررسی بیودیزل سوختی ماندگار پرداخته است . نتایج نشان می دهد که بیودیزل آلودگی کمتری نسبت به دیزل متعارف دارد و تجدید پذیر است به این معنی که هیچگاه پایان نمی یابد. تولید آننسبتاً آسان بوده اما به لحاظ قیمت بالای مواد اولیه آن - روغنهای حیوانی و نباتی - قیمت تمام شده آن درمقایسه با انواع انرژی های فسیلی زیاد است.[2] امیرشکاری به بررسی سوختهای ترکیبی که اساس رسیدن به سوختهای جایگزین است پرداخته است .
نتایج نشان می دهد که بیودیزل و به ویژه بیواتانول به آب زیادی نیاز دارند و با وجود مزیتهای فراوانی که دارند، ظرفیت تولید آنها حتی در آینده نیز در حدی نیست که به تنهایی جوابگوی نیاز جهان باشد .به ویژه در کشور ایران که بیشتر مناطق با مشکل کم آبی مواجه هستند .از طرف دیگر با توجه به ذخایر گازی ایران و وجود زیر ساختار تولید، انتقال و توزیع گاز طبیعی و همچنین وجود خودروهای گاز سوز باید با رشد و تقویت فن آوری های تولید هیدروژن به ویژه هیدروژن تجدید پذیر با روی آوری به هیتان به تدریج از طریق سوخت گاز طبیعی در جهت انتقال به سوخت پاک هیدروژن گام برداریم .
خودروهای گازسوز موجود به راحتی برای کار با هیتان، قابل تغییرند و ایستگاه های گازی موجود را می توان برای سوخت هیتان به کار برد.[3] محمد حسین غفاری و سروش خاجوی به بررسی تولید و سیر تحولات ومزایا و معایب وگسترده استفاده از بیو فیولها پرداخته اند . آنها به این نتیجه رسیده اند که در حال حاضر بنا بر مطالعات انجام شده به طور متوسط استفاده از موتورهای دیزلی به جای موتورهای بنزینی 30 درصد صرفه جویی در پی دارد .ضمن این که خودروهای دیزلی بین 20 تا 65 درصد سوخت کمتری مصرف می کنند. برخلاف تصور عموم که خودروهای دیزلی دودزا هستند، گازوئیل ک مگوگرد پاک تر از بنزین است .
به عنوان نمونه میزان تولید دی اکسیدکربن در خودروهای دیزلی به اندازه 24 و اکسید کربن به میزان 30 درصد کاهش مییابد. بازده حرارتی موتورهای بنزینی در حدود 26 درصد است، حا ل آن که این بازده در موتورهای دیزلی 42 درصد گزارش شده است. موتورهای دیزلی 20 درصد افزایش گشتاور و 25 درصد افت قدرت موتور نسبت به موتورهای مشابه بنزینی دارند و به دلیل آلودگی و مصرف کم، بیش از 50 درصد خودروها در آلمان و فرانسه دیزلی هستند.[4] مهسنی فر و همکاران به معرفی تکنولوژی بهینه تولید سوخت بیو دیزل از متیل استریک پایه گیاهی به عنوان سوخت جایگزین پرداخته اند .
آنها به این نتیجه رسیده اند شاخص ستان، گرانروی، نقطه اشتعال و وزن مخصوص متیل استرخالص سویا را به ترتیب 60,8و 31,5 و56,8 و 4درصد بیشتر از سوخت دیزل نشان می دهد .ارزش حرارتی، مقدار گوگرد، میزان خاکستر و نقطه ریزش ،%31/5و % 100و 9 درجه سانتی گراد کمتر از سوخت دیزل مرسوم می باشند.[5]
تقدسیان و احدی به بررسی اثر تغلیظ اکسیژن هوا با استفاده از فنآوری غشایی بر افزایش راندمان مصرف سوخت و کاهش آلودگی هوا وانرژی پرداخته اند . آنها استفاده از فنآوری غشاء برای تغلیظ هوا از اکسیژن و استفاده از این هوای تغلیظ شده را برای ماشینهای احتراقی بسیار مناسب دانسته اند . کاهش آلایندههایی نظیر CO، HC، PM و در عین حال افزایش راندمان موتور وکاهش انرژی و مصرف سوخت همگی از مزایای آن میباشد. همچنین این فنآوری به دلیل مزایای اقتصادی و تجاری آناز جمله سادگی ، ارزان بودن و کم بودن حجم مورد توجه خاص قرار گرفته است.[6]
تاریخچه استفاده بیودیزل در کشورهای مختلف
نام بیودیزل اولین بار در آمریکا در سال 1992 به وسیله National SoyDiesel Development کهBoard هم اکنون به نام Board National Biodieselنامیده می شود تعیین شد .این موسسه پیشقدم در تجاری کردن بیودیزل در آمریکا می باشد .استرالیا و آلمان تنها کشورهایی هستند که بیودیزل را به صورت خالص مورد استفاده قرار می دهند. از زمانی که روغن سویا سهم عمده ای از روغن تولیدی در آمریکا را تشکیل داد توجه به این روغن به عنوان ماده اولیه برای تولید بیودیزل گسترش پیدا کرد. بیودیزل را همچنین می توان به عنوان یک سوخت گرمایی موثر استفاده نمود.
90 درصد تولید بیودیزل در ایتالیا بدین منظور اختصاص یافته است.[7] در حال حاضر در آلمان حدود2 میلیون هکتار انواع دانه های روغنی کشت می شود وتقریبا9 درصد سوختهای موتورهای دیزل از این راه فراهم می گردد .در اروپا بیودیزل از روغنهای محصولات کشاورزی تولید و به صورت گسترده ای در انواع خودروهای دیزل استفاده می گردد ولی در آمریکا پیدا کردن بیودیزل آسان نیست .بیودیزل در هاوایی درموسسه Pacific Biodiesel Ins از بازیافت روغن های خوراکی مصرف شده، تولید و در ادوات دیزل، خودروها و کشتی ها استفاده می گردد.[8]
در ایران نیز تولید سوختهای گیاهی از فاضلاب و زبال ههایی که منبع آلی دارند، در سطح آزمایشی انجام شده است .دستگاههای تولید سوختهای گیاهی در مواردی طراحی و ساخته شد ه اند .به علت واردات بنزین و کاهش منابع نفتی در کشور ما نیز به صورت کلان به این سوختها توجه شده به طوری که در برنامه های آتی توسعه کشور نیز تمهیداتی برای توجه به تحقیق در مورد این سوختها اندیشیده شده است.
تحقیقات نشان می دهند که از روغنها م یتوان به عنوان سوخت جایگزین در موتورهای دیزل استفاده نمود هر چند استفاده مستقیم از روغنهای گیاهی یا به صورت مخلوط با سوخت دیزل در موتورهای با پاشش مستقیم و غیر مستقیم با مشکل همراه است .تحقیقات زیادی در استفاده مستقیم از روغنها به عنوان سوخت دیزل صورت گرفته است.
بیودیزل ومزایای آن بیو دیزل سوختی پاک و جایگزین سوخت دیزل می باشد که از منابع طبیعی و تجزیه پذیر مانند روغن های گیاهی ساخته می شود این سوخت می تواند در موتورهای دیزل اشتعال تراکمی با اندکی تغییر و یا بدون تغییر و اصلاح در آن مورد استفاده قرار گیرد. بیودیزل هم اکنون با درصد های مختلفی با سوختهای دیزل ترکیب می گردد . میزان ترکیب تابعی از شرایط اقتصادی، قوانین زیست محیطی پذیرفته شده، توانایی و قابلیت مواد به کار برده شده و خصوصیات احتراق است .بیشترین توجه به ترکیب 20 درصد بیودیزل با سوخت دیزل می باشد و این نسبت دارای مزایای بیشتری است.
این سوخت سبز همانند گازوئیل و نفت در هرگونه موتور احتراقی فشاری کارائی دارد. از دیدگاه فنی ، بیودیزل سوختی است که برای موتورهای احتراقی-فشاری - دیزل - استفاده شده و شامل استرهای آلکیل اسیدهای چرب است.[9] از نظر شیمیایی، بیودیزل منو الکیل استر با زنجیره اسید چرب طویل است که از منابع تجدیدپذیر لیپید به وجود می آید .بیودیزل تجدیدپذیر، غیر سمی و بدون گوگرد و ترکیبات آروماتیک است. بیودیزل متیل یا اتیل استر روغنهای گیاهی و حیوانی است .
هزینه تولید این نوع سوختها در اروپا بطور متوسط1 دلار برای هر لیتر می باشد که از این میان تنها 5 سنت برای هر لیتر هزینه تبدیل روغن به بیودیزل بوده و مابقی هزینه تولید روغن خام می باشد. متیل یا اتیل استرها می توانند از روغنهای گیاهان و درختان، چربی حیوانات و یا از روغنها و چربی های پسماند تولید گردند .این روغنها بایک الکل معمولاً متانول یا اتانول مخلوط می گردند و یک کاتالیزور مانند هیدروکسید سدیم همراه با آن مورد استفاده قرار می گیرد .
نتیجه چنین واکنشی در دما و فشار تعیین شده تولید استر و گلیسرین است .گلیسرین محصول جانبی باارزشی است و در صنایع صابون سازی، تولید مواد غذایی و آرایشی استفاده می گرددمثلاً در خمیردندان گلیسرین به عنوان ماده ضدیخ زدن آن استفاده میشود ..با جمع آوری روغنهای پسماند از رستورانها برای این مرکز، بیش از40 تن روغن پسماند در ماه ذخیره می گردد.[10]
پس به طور کلی مزیت های سوخت بیودیزل عبارتند از:
.بیودیزل تجدید پذیر است
.بیودیزل انرژی کارآمدی است
. بیودیزل می تواند جایگزین پترودیزل شود
.بیودیزل می تواند در بیشتر وسایل و تجهیزات دیزلی با کمی تغییر یا بدون تغییر استفاده شود.
.بیودیزل می تواند از میزان آلودگی جوی یا محیطی بکاهد.
.بیودیزل می تواند از آلودگی اگزوزی شامل گاز سمیCo بکاهد.
