آشنایی با فناوری تولید سوخت از منابع زیستی؛ از دنیای موجودات زنده تا امپراطوری سیلندرها!

به گزارش پایگاه خبری «عصرخودرو»،  این تناقض بیش از 2 دهه است که ذهن بشر را به خود درگیر کرده و قوانین بیشماری برای کنترل و جلوگیری‌ از آن تصویب شده است. یکی از راه‌حل‌هایی که طی مدت مذکور مورد توجه دانشمندان قرار گرفته، استفاده از منابع زنده و غیرزنده گیاهی برای تولید سوخت است. علی‌رغم اینکه کشورهای آمریکایی و اروپایی تاکنون فعالیت‌های گسترده‌ای در این زمینه انجام داده‌اند، اما در کشورمان هنوز شناخت عمومی درستی پیرامون این فناوری وجود ندارد. در نتیجه بر آن شدیم تا در قسمت اول مجموعه مطالبی با همین عنوان در ضمیمه خودروهای پاک، به معرفی اجمالی سوخت زیستی بپردازیم.

چیستی سوخت زیستی
واژه بایوفیول (Biofuel) یا به زبان خودمان سوخت زیستی به تمامی سوخت‌هایی اطلاق می‌شود که تولید آنها با استفاده از منابع زنده و نیز منحصرا از طریق فرآیندهای زیستی صورت می‌پذیرد. این سوخت‌ها را می‌توان مستقیما از خود گیاهان یا به‌صورت غیرمستقیم از ضایعات کشاورزی، تجاری، خانگی و حتی صنعتی به‌دست آورد. اگر سراغ خود گیاه برویم با فرآیندی به‌نام فتوسنتز روبه‌رو خواهیم بود که عبارت است از مجموعه واکنش‌های شیمیایی که انرژی نور خورشید را به‌صورت انرژی شیمیایی در گیاه ذخیره می‌کند. در حال حاضر تلاش محققان بر این است که با بهبود هرچه بیشتر بازدهی فتوسنتز، تولید خالص ترکیبات صنعتی موردنظر را تا حد ممکن افزایش دهند. اما در برخی موارد به دلیل ارجحیت بهره‌گیری غذایی از گیاهان نمی‌توان روش اول را دنبال کرد، درنتیجه ناچاریم سراغ استفاده از پسماندهای گوناگون شهری و صنعتی برویم تا نه سیخ بسوزد و نه کباب! وقتی سراغ این گروه می‌رویم دیگر کاری به فتوسنتز نداشته و در عوض باید تدبیری بیندیشیم تا زیست‌توده منبع مورداستفاده (زیست‌توده به‌طورکلی به محتویات داخلی سلول‌های زیستی اطلاق می‌شود) به بهترین نحوِ ممکن استخراج و مبدل به ماده صنعتی موردنظر شود.
از منابع مستقیم سوخت‌های زیستی می‌توان ذرت، نیشکر، سویا، تخم مَنداب و نیز جلبک‌ها را نام برد که هرکدام مزایا و چالش‌های مخصوص به خود را دارند. تراشه‌های چوب، پسماندهای سلولوزی و لیگنوسلولوزی، روغن‌های مصرف‌ شده خانگی و تجاری، ضایعات کاغذ و روغن‌های حیوانی هم برخی منابع غیر‌مستقیم موجود را تشکیل می‌دهند که اتفاقا در ایران نیز پژوهش‌های بیشتری درباره‌ این منابع غیر‌مستقیم صورت گرفته است. نکته مهم و اساسی پیرامون تولید سوخت از منابع زیستی این است که نه‌تنها دی‌اکسید کربن حاصل از فعالیت پیشرانه‌های درون‌سوز کاهش می‌یابد، بلکه به‌واسطه استفاده از منابع زنده موجود در طبیعت (به‌جای منابع نفتی) و سروکار داشتن با فرآیندهای شیمیایی-زیستی درونی گیاهان، میزان آلاینده‌های منتشره از زمان تولید تا زمان مصرف سوخت نیز به میزان قابل‌توجهی پایین می‌آید.
در حال حاضر بایودیزل (Biodiesel) و بایواِتانول (Bioethanol) دو نوع سوخت زیستی پرکاربرد و شناخته‌شده در دنیا هستند که در ادامه با ویژگی‌های هریک آشنا می‌شویم.

بایودیزل
بایودیزل یا همان گازوئیل (دیزل) زیستی، نوعی سوخت جایگزین است که از نظر ساختاری شباهت زیادی به گازوئیل نفتی داشته و می‌تواند در پیشرانه‌های دیزل موجود (البته با اندکی تغییرات فنی) مورد استفاده قرار گیرد. ساختار بایودیزل متشکل از آلکیل اِستِرهای بلند زنجیره (شامل مِتیل، اِتیل یا پروپیل) بوده که از واکنش شیمیایی بین چربی‌ها و یک الکل به‌وجود می‌آیند. این نوع سوخت را می‌توان از انواع چربی‌ها و روغن‌های حیوانی، روغن‌های گیاهی و پسماند روغن‌های مخصوص پخت‌وپز به‌دست آورد و به‌صورت مخلوط با گازوئیل و یا صد درصد خالص در پیشرانه‌های دیزل مورد استفاده قرار داد. اگر میزان بایودیزل موجود در سوخت مخلوط کمتر از 20 درصد باشد (B2 الی B20) نیازی به تغییرات فنی در ساختار پیشرانه نیست، اما اگر بخواهیم نسبت را بالاتر ببریم (مثلا B80 یا حتی B100) امکان دارد برای جلوگیری از آسیب فنی و کاهش ماندگاری ناچار به اعمال برخی تغییرات شویم که آن‌هم فرآیند چندان دشواری نخواهد بود.

بایواِتانول
بایواِتانول یا اِتانول (الکل) زیستی، نوع دیگری از سوخت‌های گیاهی است که ساختار شیمیایی‌ آن با بایودیزل متفاوت بوده و در پیشرانه‌های بنزینی کاربرد دارد. بایواتانول برخلاف اتانول‌های کنونی که در صنعت پتروشیمی تولید می‌شوند، کاملا از طریق مهندسی چرخه‌های متابولیک موجود در گیاهان به‌دست می‌آید؛ بدین ترتیب که به‌جای جداسازی الکل از مواد نفتی، باید گیاه موردنظر را طوری رشد دهیم که هم تا جایی که می‌تواند اتانول تولید کند و هم به‌راحتی این اتانول تولید شده را در اختیار ما قرار دهد. هریک از گونه‌های گیاهی را که ذخایر کافی هیدروکربن (قند)، سلولز، هِمی سلولوز و نشاسته داشته باشند می‌توان به‌عنوان منبع تولید الکل زیستی قلمداد کرد. این مواد اولیه پس از استخراج قند، طی فرآیندی به‌نام تخمیر الکلی، با آدنوزین دی‌فُسفات (ADP) و فُسفات واکنش داده و به اتانول یا حتی دیگر الکل‌های صنعتی نظیر بوتانول تبدیل می‌شوند. بایواتانول هم مثل بایودیزل قابلیت بهره‌گیری به‌صورت خالص (E100) یا مخلوط با بنزین (10 الی 90 درصد اتانول- E10 الی E90) داشته و می‌تواند در انواع پیشرانه‌های بنزینی مورد استفاده قرار گیرد.

کاربرد‌ها
به‌طورکلی بایودیزل و بایواتانول حوزه‌های مشابه و درعین‌حال متفاوتی را پوشش می‌دهند. تا به امروز علاوه بر خودروسازی، مفید فایده بودن سوخت‌های گیاهی در صنایع ریلی و هوایی نیز به اثبات رسیده است. از خودروهای Flex (مخفف عبارت Flexible-Fuel به معنی قابلیت استفاده از بنزین و اتانول) که تا‌کنون روی خط تولید رفته‌اند، می‌توان فولکس‌واگِن گُل مدل 2003 (برزیل)، فورد فوکوس مدل 2001 (سوئد)، شورولت ایمپالا مدل 2009 (آمریکا) و فورد اِسکِیپ مدل 2010 (آمریکا) را نام برد. آئودی A6 و A7 TDI، شورولِت کروز، مرسدس بنز E250 BlueTec، فولکس‌واگِن پاسات و بیتِل TDI، جیپ گرندچروکی، فورد ترانزیت، جی‌اِم‌سی کَنیون و رَم 1500 ایکودیزِل (همگی در ایالت‌های مختلف آمریکا) برخی گزینه‌های موجود در گروه بایودیزلی‌ها را تشکیل می‌دهند.

علاوه بر اینها سال گذشته در کشورمان نیز پروژه‌ای با همکاری انجمن سوخت‌های زیستی ایران، شهرداری تهران و پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران انجام شد و طی آن بایودیزل تولیدشده از پسماند روغن‌های خوراکی به‌صورت B5 (مخلوط 5 درصد بایودیزل و 95 درصد گازوئیل) به قلب اتوبوس‌های درون‌شهری تزریق شد که در نوع خود ستودنی و قابل‌توجه بود.

از منابع مستقیم سوخت‌های زیستی می‌توان ذرت، نیشکر، سویا، تخم مَنداب و نیز جلبک‌ها را نام برد.

سوخت‌های زیستی را می‌توان به صورت خالص و یا مخلوط با سوخت‌های فسیلی در باک خودروها مورد استفاده قرار داد .

خودروهای FLEX ( مخفف عبارت Flexible Fuel ) به خودروهایی گفته می‌شود که از مخلوط بنزین و اتانول به عنوان سوخت استفاده می‌کنند

نویسنده: امیر قوام