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 کنونی، در عمل احتراق می کند. به طور کلی این سوخت ها هنگام سوختن، هیدروکربور (نسوخته) کمتری تولید می کنند 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 الکیل اسیدهای چرب با زنجیر طویل است که 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 کلیه 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 اندک 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 ترکیب بیودیزل و گازوییل
مهم ترین تفاوت اساسی در ترکیبات بیودیزل و دیزل ، محتوای اکسیژن است. میزان اکسیژن موجود در دیزل صفر است، در حالی که بیودیزل حاوی ۱۲-۱۰ درصد وزنی اکسیژن را داراست که سبب کاهش دانسیته انرژی و انتشار ذرات معلق می شود. به علاوه بیودیزل سوختی بدون گوگرد است، در حالی که در دیزل گوگرد وجود دارد که در سیستم اگزوز موتور به اکسیدهای گوگرد و سپس بخشی از آن به اسید سولفوریک تبدیل می شود. این اسید خود به تولیدات ریز منجر می شود. گازوییل به طور معمول ۴۰-۲۰ درصد حجمی آروماتیک دارد که سبب افزایش انتشار آلاینده هایی نظیر Nox و ذرات معلق می شود. بیودیزل به طور اساسی بدون آروماتیک است. درگازوییل هیچ پیوند دوگانه (الفینی) وجود ندارد، درحالی که در بیودیزل به واسطه حضور چشمگیر محل های غیر اشباع پایداری در مقابل اکسیداسیون کم است.
ترکیب زنجیرهای اسیدهای چرب
روغن های گیاهی شامل ترکیبات مختلفی از زنجیرهای اسیدهای چرب هستند. خصوصیات سوخت بیودیزل به طور قابل توجهی به زنجیرهای اسیدهای چرب موجود در خوراک مورد استفاده برای استریفیکاسیون بستگی دارد. سویا، بادام زمینی، پنبه دانه، گل آفتاب گردان و کنولا ( گونه ای از دانه شلغم روغنی) از منابع روغن های گیاهی به شمار می روند. چربی های حیوانی و روغن مصرف شده در آشپزی (که 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 الکلی نظیر متانول واکنش نشان می دهند و ترکیبات شیمیایی به نام استرهای متیل اسید چرب را به وجود می آورند. گلیسرول، که در صنایع بهداشتی و آرایشی کاربرد دارد، نیز به عنوان محصول فرعی تولید می شود.بیودیزل را نیز می توان با استفاده از فناوری های گوناگون استریفکاسیون تولید کرد. در این فناوری ها، چربی ها و روغن فیلتر و برای جداسازی آب و آلودگی ها فرآورش می شوند. در صورتی که اسیدهای چرب آزاد موجود باشند، می توان آنها را جدا و یا با استفاده از فناوری های Pretreatment به بیودیزل تبدیل کرد. این روغن ها و چربی ها سپس با الکلی نظیر متانول و کاتالیست (به طور معمول هیدروکسید پتاسیم یا سدیم) مخلوط می شوند. مولکول های روغن (تری گلیسریدها) سپس شکسته و به استرها وگلسیرول تفکیک می شوند و سرانجام عمل خالص سازی انجام می شود. بنابراین بیودیزل با فناوری جدیدی مانند کاتالیست‌ها (که از ذرات محلول گازوییل می‌کاهند نه کربن جامد) و EGR (با کربن کمتر عمر موتور بیشتر می‌شود) بسیار خوب کار می‌کند. ویژگی های فیزیکی 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 بیولوژیک است و هنگامی که به عنوان یک جزء ترکیبی مورد استفاده قرار می‌گیرد، نیازمند حداقل تغییرات در موتور است و نسبت به گازویلی که جانشین آن می‌شود، سوختی پاک 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 یک الکل (معمولاً متانول) و یک کاتالیزور (معمولاً هیدروکسید سدیم یا پتاسیم) ترکیب می‌شود. تری گلیسریدهای روغن برای تشکیل استرها و گلیسرول واکنش شیمیایی انجام می‌دهند، سپس از یکدیگر جدا و تصفیه می‌شوند.بیشتر تمایلاتی که امروز برای تولید بیودیزل وجود دارد، ناشی از ظرفیت بسیار بالای تولید سویا،تولیدات مازاد و کاهش قیمت‌ها است. متیل سویات، یا سوی دیزل که از واکنش متانول با روغنسویا حاصل می‌شود، اصلی‌ترین شکل بیودیزل در آمریکاست. چربی های بدون استفاده حیوانی و روغن سوخته که به عنوان «شبه گریس» شناخته می‌شوند نیز، منابع و ذخایر خوبی هستند. این منابع از روغن سویا ارزان‌ترند و به عنوان راهی برای کاهش هزینه‌های
تامین مواد اولیه در نظر گرفته می‌شوند. بادام زمینی، پنبه دانه، گل آفتاب گردان و کنولا (گونه‌ای از دانه شلغم روغنی) نیز از منابع روغنی دیگرند. استرهایی که از هر یک از این منابع ساخته شده‌اند،گرچه شاید در میزان انرژی عدد ستان (مشابه اکتان بنزین) یا دیگر مشابهات فیزیکی کمی متفاوت باشند، می‌توانند با موفقیت در موتورهای گازوییلی مورد استفاده قرار گیرند.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 وقیمت آن نیز رقابتی تر شود. براساس اطلاعات سازمان سوخت‌های طبیعی آمریکا، تولید بیودیزل از دانه‌های روغنی می‌تواند به حدود ۲ میلیارد بشکه در سال برسد که این رقم حدود ۸ درصد مصرف بزرگراهی گازوئیل در اوایل این قرن است. بیودیزل با بازار کنونی به عنوان سوخت مورد استفاده در ناوگان اتوبوس و کامیون‌های سنگین استفاده می‌شود که در ابتدا به صورت ترکیب با گازوئیل
فسیلی با استاندارد ۲۰ درصد است.هرگالن متیل سویات بیش از ۲ دلار قیمت دارد و قیمت آن با گازوییل که ۶۵ تا ۷۰ سنت درگالن است، رقابت می‌کند. هزینه‌های تامین مواد اولیه علت ۹۰ درصد از هزینه‌های مستقیم تولیدند که هزینه سرمایه و برگشت سرمایه را نیز شامل می‌شوند. برای نمونه، برای تولید یک گالن بیودیزل به۳/۷ پوند روغن سویا نیاز داریم که 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 که این رقم بدون احتساب هزینه‌های بازاریابی است. تلاش می‌شود که با توسعه گیاه‌های پیوندی سویا که روغن بیشتری دارند، بتوان این هزینه‌ها را کاهش داد. برای نمونه، دانه‌های سویا، ۲۰ درصد، درحالی که دیگر دانه‌های روغنی بیش از۵۰ درصد روغن‌دارند. ذخیره روغن دانه‌های شلغم روغنی اروپانزدیک 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 کرد: تجزیه پذیری بیشتر، کاهش انتشارآلاینده های اکسید گوگرد و منواکسید کربن و ذرات معلق، کاهش بو، دوده و ایمنی بیشتر به هنگام استفاده و افزایش روانکاری موتور.
تحقیق و توسعه
پروژه‌های تحقیق و توسعه بیودیزل تحت نظر وزارت نیروی آمریکا (DOE) در برنامه مصرف سوخت های جانشینی و برنامه وزارت کشاورزی در مرکز تجارت و تحقیق کشاورزی و مرکز خدمات تحقیق کشاورزی، در دست اقدام است. به علاوه، وزارت کشاورزی، وزارت دفاع و وزارت نیرو کمک هزینه‌هایی را برای پروژه‌های تحقیقی سوخت های طبیعی، به ویژه بیودیزل فراهم آورده‌اند. استفاده ازبیودیزل علاوه براین که سبب کاهش انتشارآلاینده های حاصل از موتور دیزلی می شود، می تواند بازار جدیدی برای کشاورزان ایجاد کند.
نظرات شما عزیزان:
تبادل
لینک هوشمند
