بیو دیزل منبع تجدیدپذیر

تا کنون مهم ترین و معمول ترین سوخت، برای استفاده در بخش حمل و نقل، در بسیاری از کشورها بنزین و گازوییل بوده است. خودروهایی که سوخت بنزین یا گازوییل مصرف می کنند، موجب انتشار مواد مضر و آلاینده با ترکیبات شیمیایی پیچیده می شوند که به نوبه خود، سبب تولید ازن در سطح جو زمین می شوند. با آن که تمهیدات مختلفی برای کاهش آلودگی، اعم از برنامه های معاینه فنی خودورها یا نصب سیستم های کنترل انتشار آلاینده در اگزوز خودروها در کشورهای پیشرفته به کار گرفته شده، این برنامه ها در شهرهای بزرگ، تولید ازن و سایر آلاینده ها را به حد کافی کاهش نداده است.وقتی سوخت های فسیلی با ترکیب هیدروکربورهای مختلف به طور کامل می سوزند، یعنی با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شوند، دی اکسید کربن و آب تولید می کند. حال اگر عمل سوختن کامل نباشد، به جای مقداری از دی اکسید کربن (CO۲)، منواکسید کربن (CO) تولید می شود که ماده ای بسیار سمی است. همچنین برخی از اتم های کربن موجود در ترکیبات سوخت به صورت نسوخته و ذرات جامد کربن روی هم انباشته و همراه هیدروکربورهای نسوخته از اگزوز اتومبیل ها به صورت دوده خارج می شوند. هیدروکربورهای نسوخته نیز به همراه مقادیری از سوخت که پیش از ورود به موتورتبخیر شده و به هوا منتشر می شود، درمجاورت نور خورشید با ترکیبات اکسیدهای نیتروژن حاصل ازعمل احتراق در موتور، ترکیب می شوند و ازن تولید می کنند. ازن اگرچه درلایه استراتوسفرمانع از عبور نورماورای بنفش و رسیدن آن به سمت زمین می شود، درسطح زمین از مهم ترین عوامل ایجاد مه دود شیمیایی (SMOG) و تولید کننده مواد سمی مضر برای سلامتی انسان به شمار می آید.سوخت های پاک، خواص فیزیکی و شیمیایی ذاتی دارند که آنها را پاک تر از بنزین با ساختار و ترکیبات كنونی، در عمل احتراق می كند. به طور کلی این سوخت ها هنگام سوختن، هیدروکربور (نسوخته) کمتری تولید می كنند و مواد منتشرشده حاصل از سوختن آنها فعالیت شیمیایی کمتری برای تشکیل ازن و مواد سمی دیگر دارد. استفاده ازسوخت های جانشین، همچنین شدت افزایش و انباشته شدن دی اکسید کربن موجود را که سبب گرم شدن زمین می شود، کاهش می دهد.البته در بنزین اصلاح ساختار یافته (Reformulated Gasoline) وجود دارد که انتشار مواد آلاینده تا ۲۵ درصد نسبت به بنزین موجود کاهش می یابد اما با توجه به وابستگی آن به منابع نفت خام، سوخت جانشین به شمار نمی آید.به این ترتیب، معرفی سوخت های جانشین و مطالعه درباره امکان استفاده و بهره برداری ازسوخت های جانشین، با توجه به ملاحظات فنی- اقتصادی و منابع گسترده موجود برخی از آنها در ایران، همچنین به دلیل روند روبه رشد مصرف سوخت های مایع هیدروکربوری در کشور که هر ساله موجب ضرر و زیان هنگفت به بودجه عمومی و محیط زیست کشور می شود، اهمیت ویژه ای یافته شده است. در این مقاله یکی از سوخت های جانشین به نام بیو دیزل و موارد کاربرد آن بررسی شده است.بیو دیزل استرهای منو الكیل اسیدهای چرب با زنجیر طویل است كه از منابع طبیعی تجدید پذیر مانند روغن های گیاهی یا چربی های حیوانی تهیه می شود. مخلوط هایی تا۲۰ درصد بیودیزل و بقیه گازوییل (دیزل) می توانند در كلیه تجهیزات مربوط به سوخت دیزل استفاده شوند. مخلوط هایی با نسبت های بالاتر بیو دیزل تا صد درصد بیو دیزل خالص، در موتورهای ساخته شده از سال ۱۹۹۴ به بعد، با اندك تغییرات و یا حتی بدون نیاز به آنها، می توانند مورد استفاده قرار بگیرند. گر چه حمل و نقل و ذخیره سازی آنها نیازمند تمهیدات خاصی است.
تفاوت های اساسی در تركیب بیودیزل و گازوییل
مهم ترین تفاوت اساسی در تركیبات بیودیزل و دیزل ، محتوای اكسیژن است. میزان اكسیژن موجود در دیزل صفر است، در حالی كه بیودیزل حاوی ۱۲-۱۰ درصد وزنی اكسیژن را داراست كه سبب كاهش دانسیته انرژی و انتشار ذرات معلق می شود. به علاوه بیودیزل سوختی بدون گوگرد است، در حالی كه در دیزل گوگرد وجود دارد كه در سیستم اگزوز موتور به اكسیدهای گوگرد و سپس بخشی از آن به اسید سولفوریك تبدیل می شود. این اسید خود به تولیدات ریز منجر می شود. گازوییل به طور معمول ۴۰-۲۰ درصد حجمی آروماتیك دارد كه سبب افزایش انتشار آلاینده هایی نظیر Nox و ذرات معلق می شود. بیودیزل به طور اساسی بدون آروماتیك است. درگازوییل هیچ پیوند دوگانه (الفینی) وجود ندارد، درحالی كه در بیودیزل به واسطه حضور چشمگیر محل های غیر اشباع پایداری در مقابل اكسیداسیون كم است.
تركیب زنجیرهای اسیدهای چرب
روغن های گیاهی شامل تركیبات مختلفی از زنجیرهای اسیدهای چرب هستند. خصوصیات سوخت بیودیزل به طور قابل توجهی به زنجیرهای اسیدهای چرب موجود در خوراك مورد استفاده برای استریفیكاسیون بستگی دارد. سویا، بادام زمینی، پنبه دانه، گل آفتاب گردان و كنولا ( گونه ای از دانه شلغم روغنی) از منابع روغن های گیاهی به شمار می روند. چربی های حیوانی و روغن مصرف شده در آشپزی (كه به عنوان شبه گریس شناخته می شود) نیز منابع تولید اسیدهای چرب مورد نیاز بیودیزل هستند.تولید بیودیزل
برای تهیه بیودیزل ، از روغن های گیاهی و چربی های حیوانی استفاده می شود. چربی ها و روغن ها به الكلی نظیر متانول واكنش نشان می دهند و تركیبات شیمیایی به نام استرهای متیل اسید چرب را به وجود می آورند. گلیسرول، كه در صنایع بهداشتی و آرایشی كاربرد دارد، نیز به عنوان محصول فرعی تولید می شود.بیودیزل را نیز می توان با استفاده از فناوری های گوناگون استریفكاسیون تولید كرد. در این فناوری ها، چربی ها و روغن فیلتر و برای جداسازی آب و آلودگی ها فرآورش می شوند. در صورتی كه اسیدهای چرب آزاد موجود باشند، می توان آنها را جدا و یا با استفاده از فناوری های Pretreatment به بیودیزل تبدیل كرد. این روغن ها و چربی ها سپس با الكلی نظیر متانول و كاتالیست (به طور معمول هیدروكسید پتاسیم یا سدیم) مخلوط می شوند. مولكول های روغن (تری گلیسریدها) سپس شكسته و به استرها وگلسیرول تفكیك می شوند و سرانجام عمل خالص سازی انجام می شود. بنابراین بیودیزل با فناوری جدیدی مانند كاتالیست‌ها (كه از ذرات محلول گازوییل می‌كاهند نه كربن جامد) و EGR (با كربن كمتر عمر موتور بیشتر می‌شود) بسیار خوب كار می‌كند. ویژگی های فیزیكی بیودیزل بسیار شبیه گازوییل معمولی است. با این حال، ویژگی های خروجی های اگزوز بیودیزل بهتر از گازوییل معمولی است.بیودیزل به دست آمده از روغن های گیاهی تازه و یا استفاده شده و چربی حیوانات به عنوان سوخت برای موتورهای دیزلی کاربرد دارد. این گازوییل از منابع داخلی تجدیدپذیر به وجود می‌آید. این سوخت، قابل تجزیه بیولوژیك است و هنگامی كه به عنوان یك جزء تركیبی مورد استفاده قرار می‌گیرد، نیازمند حداقل تغییرات در موتور است و نسبت به گازویلی كه جانشین آن می‌شود، سوختی پاك است.امروزه بیودیزل در فرآیندی با نام Transesterification تولید می‌شود. در این فرآیند ابتدا روغن
گیاهی(یا چربی حیوانی) از فیلتر عبور داده می‌شود، سپس برای از بین بردن اسیدهای چرب آزاد،به قلیا واکنش نشان می دهد، سپس با یك الكل (معمولاً متانول) و یك كاتالیزور (معمولاً هیدروكسید سدیم یا پتاسیم) تركیب می‌شود. تری گلیسریدهای روغن برای تشكیل استرها و گلیسرول واكنش شیمیایی انجام می‌دهند، سپس‌ از یكدیگر جدا و تصفیه می‌شوند.بیشتر تمایلاتی كه امروز برای تولید بیودیزل وجود دارد، ناشی از ظرفیت بسیار بالای تولید سویا،تولیدات مازاد و كاهش قیمت‌ها است. متیل سویات، یا سوی دیزل كه از واكنش متانول با روغن سویا حاصل می‌شود، اصلی‌ترین شكل بیودیزل در آمریكاست. چربی های بدون استفاده حیوانی و روغن سوخته كه به عنوان «شبه گریس» شناخته می‌شوند نیز، منابع و ذخایر خوبی هستند. این منابع از روغن سویا ارزان‌ترند و به عنوان راهی برای كاهش هزینه‌های
تامین مواد اولیه در نظر گرفته می‌شوند. بادام زمینی، پنبه دانه، گل آفتاب گردان و كنولا (گونه‌ای از دانه شلغم روغنی) نیز از منابع روغنی دیگرند. استرهایی كه از هر یك از این منابع ساخته شده‌اند،گرچه شاید در میزان انرژی عدد ستان (مشابه اكتان بنزین) یا دیگر مشابهات فیزیكی كمی متفاوت باشند، می‌توانند با موفقیت در موتورهای گازوییلی مورد استفاده قرار گیرند.
بازار بیودیزل
بیودیزل سوختی تقریباً ناشناخته است و برای رسیدن به استفاده تجاری گسترده، باید از موانع گوناگونی بگذرد. این سوخت ‌باید قبل از هرگونه ورود به بازار، بر موانع نظارتی فائق آید و قیمت آن نیز رقابتی تر شود. براساس اطلاعات سازمان سوخت‌های طبیعی آمریكا، تولید بیودیزل از دانه‌های روغنی می‌تواند به حدود ۲ میلیارد بشكه در سال برسد كه این رقم حدود ۸ درصد مصرف بزرگراهی گازوئیل در اوایل این قرن است. بیودیزل با بازار كنونی‌‌ به عنوان سوخت مورد استفاده
در ناوگان اتوبوس و كامیون‌های سنگین استفاده می‌شود كه در ابتدا به صورت تركیب با گازوئیل فسیلی با استاندارد ۲۰ درصد است. هرگالن متیل سویات بیش از ۲ دلار قیمت دارد و قیمت آن با گازوییل كه ۶۵ تا ۷۰ سنت درگالن است، رقابت می‌كند. هزینه‌های تامین مواد اولیه علت ۹۰ درصد از هزینه‌های مستقیم تولیدند كه هزینه سرمایه و برگشت سرمایه را نیز شامل می‌شوند. برای نمونه، برای تولید یك
گالن بیودیزل به۳/۷ پوند روغن سویا نیاز داریم كه قیمت آن حدود ۲۰ سنت برای هر پوند است.بنابراین فقط هزینه‌های تامین مواد برای تولید هر گالن متیل سویات، حداقل ۵۰/۱ دلار است كه این رقم بدون احتساب هزینه‌های بازاریابی است. تلاش می‌شود كه با توسعه گیاه‌های پیوندی سویا كه روغن بیشتری دارند، بتوان این هزینه‌ها را كاهش داد. برای نمونه، دانه‌های سویا، ۲۰ درصد، درحالی كه دیگر دانه‌های روغنی بیش از۵۰ درصد روغن‌دارند. ذخیره روغن دانه‌های شلغم روغنی اروپانزدیك به۴۰ درصد است.
اثرهای استفاده از بیودیزل نسبت به سوخت دیزل
از مزیت های بیودیزل نسبت به سوخت دیزل می توان به این موارد اشاره كرد: تجزیه پذیری بیشتر، كاهش انتشارآلاینده های اكسید گوگرد و منواكسید كربن و ذرات معلق، كاهش بو، دوده و ایمنی بیشتر به هنگام استفاده و افزایش روانكاری موتور.
تحقیق و توسعه
پروژه‌های تحقیق و توسعه بیودیزل تحت نظر وزارت نیروی آمریكا (DOE) در برنامه مصرف سوخت های جانشینی و برنامه وزارت كشاورزی در مركز تجارت و تحقیق كشاورزی و مركز خدمات تحقیق كشاورزی، در دست اقدام است. به علاوه، وزارت كشاورزی، وزارت دفاع و وزارت نیرو كمك هزینه‌هایی را برای پروژه‌های تحقیقی سوخت های طبیعی، به ویژه بیودیزل فراهم آورده‌اند. استفاده ازبیودیزل علاوه براین که سبب كاهش انتشارآلاینده های حاصل از موتور دیزلی می شود، می تواند بازار جدیدی برای كشاورزان ایجاد كند.

منبع : خبرگزاری ایسنا