سوخت های زیستی

با افزایش قیمت جهانی نفت، در عمل تقاضا برای بازه گسترده ای از انرژی های تجدیدپذیر، از توربین های بادی تا ماشین های الکل سوز، افزایش یافته است. اگرچه روی آوردن به سوخت های جدید تنها هنگامی نمایان می شود كه قیمت نفت در بازارهای جهانی به یكباره اوج می گیرد، اما جنبش انرژی های تجدیدپذیر به تدریج در حال وارد شدن به مرحله جدیدی از پویایی است.رشد امروزه تولید و مصرف انرژی های جانشین نه تنها واكنشی سریع و احساسی به تغییر كوتاه مدت قیمت های جهانی سوخت های فسیلی است، بلكه افراد با نگاهی سطحی به میزان ذخایر موجود انرژی و تعدد مسائل زیست محیطی درمی یابند که چاره ای جز روآوردن به اقتصادهای مبتنی بر انرژی های جانشین در شهرها و روستاهای خود ندارند.سوخت های زیستی نوعی از سوخت ها هستند كه از منابع زیست توده (بیوماس) به دست می آیند. این سوخت ها شامل اتانول مایع، متانول، بیودیزل و سوخت های دیزل گازی همچون هیدروژن و متان است. تحقیقات روی سوخت های زیستی با سه هدف عمده انجام می شود که عبارتند از: تولید سوخت های زیستی؛ پیدا كردن راه های بهره گیری و استفاده از آن و تعیین پراكندگی ساخت های آن.از منابع اولیه تولید این سوخت ها می توان به ضایعات چوبی، تفاله های محصولات کشاورزی، نیشكر، غلات، روغن گیاهان و سبزیجات اشاره کرد. امروزه بیشتر کشور ها در بخش انرژی، نیاز و تقاضای خود را به سوی استفاده از این گونه سوخت ها سوق می دهند، زیرا معضل هایی مانند آلودگی زیاد محیط زیست سوخت های فسیلی كه به نوبه خود سبب برهم خوردن شرایط اكولوژیك می‎شوند و خطرهای زیست محیطی را نیز به دنبال دارند، همچنین محدود بودن ذخایر سوخت فسیلی، سبب شده است تا به این نوع انرژی ها بیش از پیش توجه شود.اتانول یا الکل اتیلیکل، مایعی روشن ، بی رنگ و با بوی 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 ۱۱۳ سوختی مرغوب است و به عنوان ترکیبی اکسیژن دار با اضافه شدن به بنزین می تواند عدد اکتان را افزایش و انتشار آلاینده هایی نظیرCO را کاهش دهد.اتانول می تواند در موتورهای جدید بنزین سوز ، بدون هیچ تغییری در سیستم موتور از ۳ تا ۲۴ در صد در اختلاط با بنزین مصرف شود ، اما استفاده از این ماده با درصدهای بالاتر نیازمند استفاده از موتورهای اختصاصی ویا دو منظوره است. در این مقاله فرآیند های شیمیایی و بیولوژیک که به تولید اتانول مایع از ضایعات چوبی و تفاله های محصولات کشاورزی منجر می شود، بررسی شده است.در فرآیند های بیولوژیک از تخمیر کربوهیدرات های مونومریک، اتانول مایع حاصل می شود. کربوهیدرات ها را می توان از منابع گوناگون به دست آورد. برای 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 آمریکای شمالی کربوهیدرات ها را از هیدرولیز آنزیماتیک نشاسته که در غلاتی مانند ذرت و گندم وجود دارد، به دست می آورند. برای 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 برای تولید اتانول مایع به طور معمول از ضایعات چوبی (چوب های سخت و چوب های نرم) و تفاله های محصولات کشاورزی و زراعتی(مواد لیگنو سلولزی) استفاده می شود. این مواد منبعی غنی از کربوهیدرات های مونومریک هستند که برای تولید اتانول مایع استفاده می شوند.مواد لیگنوسلولزی از ترکیبات سلولزی و همی سلولزی که به صورت زنجیره های بسیار بلند کربوهیدراتی هستند، تشکیل شده اند. همچنین این ترکیبات به وسیله یک ماده چسبنده به نام لیگنین در کنار همدیگر نگهداری و محافظت می شوند. برای آماده سازی مواد لیگنوسلولزی برای تولید اتانول مایع، مراحل زیر انجام می شود:
۱- جداکردن ماده لیگنین از سلولز و همی سلولز تا این مواد برای فرآیند هیدرولیز آماده شوند.
۲- هیدرولز مواد سلولزی و همی سلولزی به وسیله آنزیم تا به صورت کربوهیدرات های 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.فناوری تولید اتانول از لیگنو سلولز یک رشته فرآیند هیدرولیزی آنزیماتیک و بیولوژیک است. در مرحله اول ضایعات چوبی و تفاله های محصولات کشاورزی 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 های میان مولکولی شکسته و کربوهیدرات مونومریک حاصل شود. در مرحله سوم که فرآیند بیولوژیک است،هیدرات کربن تحت تاثیر ارگانیسم زنده ای مانند مخمر و یا باکتری قرار می گیرد تا عمل تخمیر صورت گیرد و اتانول تولید شود. در مرحله پایان به وسیله عمل جداسازی تقطیر، اتانول خالص جداسازی 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 فناوری و مهندسی ژنتیک و با القای ژن تولید کننده اتانول و دستکاری های ژنتیک در باکتری ها توانسته اند یک باکتری نوترکیب ایجاد کنند که با بازده بالای ۹۰ درصد، اتانول تولید می کند. استفاده از این نوع ارگانیسم های نوترکیب سبب شده است، روز به روز راندمان تولید اتانول در این فرایند بالاتر رود.تحقیقات ثابت کرده است که مخلوط ۱۰ تا ۱۵ درصد اتانول با سوخت بدون سرب می تواند در خودروها و شبکه حمل و نقل استفاده شود. نتیجه این كار، كاهش خروج دود از اگزوز اتومبیل ها به ویژه کاهش گاز سمی منواکسید کربن است. همچنین این نوع سوخت آسیب بسیار كمتری به محیط زیست و لایه ازون وارد می سازد. مصرف گسترده و کلان انرژی حاصل از سوخت های فسیلی اگرچه رشد سریع اقتصادی جوامع پیشرفته صنعتی را به همراه داشته است، اما به واسطه انتشار مواد آلاینده حاصل از احتراق و افزایش دی اکسید کربن در جو و پیامدهای آن، جهان را با تغییرات فزاینده ای رو به رو کرده است که افزایش دمای زمین، تغییرات آب و هوایی، بالا آمدن سطح آب دریاها و تشدید منازعات بین المللی از جمله این پیامدهاست. از سوی دیگر، پایان زود هنگام منابع فسیلی و پیش بینی افزایش قیمت ها، لزوم جانشینی انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی های بیولوژیک و اهمیت آن را آشکارتر می کند.

منبع : شبکه اطلاع رسانی شانا