انرژی های تجدید پذیر, مقالات
بایوفیول یا زیست سوخت ها
اردیبهشت
فهرست مطالب
- مقدمه
- تعریف بایوفیول
- چگونه بایوفیول تولید میشود؟
- انواع سوخت‌های زیستی (Biofuels)
- مزایای زیست سوخت ها
- معایب زیست سوخت ها
مقدمه
نفت خام به علت ایمنی حمل و نقل و سوختن آسان و عرضه آن با قیمت مناسب کماکان بهترین نوع سوخت در بازار جهانی به حساب میآید. امروزه در هر ثانیه 1000 بشکه نفت خام در دنیا مصرف میشود. با افزایش جمعیت و توسعه صنعت این روند رو به رشد است. از جمله جایگزین های سوخت های فسیلی میتوان از زیست سوخت ها (بیوفیول) نام برد که در ادامه این مقاله به شرح کامل آن می‌پردازیم.
2-بایوفیول
بایوفیول یا سوخت های زیستی، نوعی سوخت تجدیدپذیر است که از منابع زیستی مانند گیاهان، جلبک‌ها و ضایعات آلی تولید میشود. این سوختها به عنوان جایگزینی پایدار برای سوخت‌های فسیلی مطرح هستند و می‌توانند به کاهش آلودگی هوا و گازهای گلخانه‌ای کمک کنند.
اصطلاحات مربوط به سوخت‌های زیستی در قوانین دولتی و در برندینگ و بازاریابی صنعتی متفاوت است. برای مثال، ممکن است پیشوندهایی مانند:
-
bio (مثل biodiesel یا biojet)
-
یا واژه‌هایی مانند renewable, sustainable, clean, low-carbon, green
پیش از نام نوع سوخت بیایند، اما تعریف دقیق آن‌ها می‌تواند از یک نهاد یا کشور به نهاد یا کشورهای دیگر متفاوت باشد.
3- چگونه بایوفیول تولید میشود؟
بایوفیول‌ها از طریق تبدیل زیست‌توده (Biomass) به‌دست می‌آیند؛ زیست‌توده به مواد آلی‌ای گفته میشود که از گیاهان و حیوانات منشأ می‌گیرند. تبدیل این مواد به بایوفیول از طریق فرآیندهای مکانیکی، ترموشیمیایی و بیولوژیکی صورت می‌گیرد.
نوع بایوفیول تولیدشده، به منشأ مواد خام و فرآیند مورد استفاده بستگی دارد. بر اساس این معیارها، بایوفیول‌ها به چهار نسل تقسیم می‌شوند:
نسل اول بایوفیول‌ها:
این نوع سوختها از محصولات غذایی مانند ذرت، نیشکر و روغن‌های گیاهی به‌دست می‌آیند.
بایوفیول‌های نسل اول به عنوان سوخت‌های انتقالی شناخته می‌شوند؛ یعنی پلی هستند بین سوخت‌های فسیلی و سوخت‌های پاک آینده.
هرچند استفاده از آن‌ها به مرور محدود میشود، اما فعلاً با معیارهای پایداری و کاهش ردپای کربنی اتحادیه اروپا مطابقت دارند و زنجیره تأمین آن‌ها نیز دارای گواهی‌نامه‌های معتبر است.
نمونه‌ها: بیواتانول (از تخمیر قندها) و بیودیزل (از روغن‌های گیاهی).
نسل دوم بایوفیول‌ها:
این بایوفیول‌ها از پسماندهای آلی غیرخوراکی تولیدمی‌شوند؛ مانند پسماند صنایع کشاورزی، چوب، روغن‌های پخت‌وپز استفاده‌شده، و زباله‌های شهری.
استفاده از این منابع به بازیافت مواد و کاهش حجم زباله‌های دفنی کمک می‌کند.
نمونه‌ها:
-
دیزل تجدیدپذیر (HVO)
-
سوخت هوانوردی پایدار (SAF)
-
بیوگاز
-
بیومتان
نسل سوم بایوفیول‌ها:
این نوع، از جلبک‌ها و گیاهان آبی استخراج میشود که حداقل ۵۰٪ محتوای طبیعی روغن دارند.
تولید آن‌ها هنوز در مقیاس تجاری انجام نشده و در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارد.
نسل چهارم بایوفیول‌ها:
این نسل فراتر می‌رود و شامل دستکاری ژنتیکی میکروارگانیسم‌ها برای افزایش توانایی آن‌ها در جذب و ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن (CO₂) است.
این فناوری هنوز در مرحله آزمایشی است و کارخانه‌های پایلوت آن در کشورهایی مانند برزیل و ایالات متحده آمریکا فعال هستند.
بطور کلی بایوفیول‌ها به عنوان راهکاری امیدبخش برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، مقابله با گرمایش زمین و مدیریت بهینه پسماندها شناخته می‌شوند. با پیشرفت فناوری، تولید نسل‌های سوم و چهارم این سوختها می‌تواند نقش مهمی در آینده انرژی پاک جهان ایفا کند.
سه روش اصلی برای به‌دست آوردن انرژی از بایوفیول عبارت‌اند از:
-
مصرف مستقیم: از طریق سوزاندن سوخت جامد برای تأمین انرژی ژنراتورها.
-
تجزیه باکتریایی: که به آن هضم بی‌هوازی (Anaerobic Digestion) نیز گفته میشود. در این فرآیند، باکتری‌ها مواد زائد مرطوب را در غیاب اکسیژن تجزیه می‌کنند و گاز متان تولید میشود.
-
تبدیل به سوخت مایع یا گازی: که طی آن زیست‌توده به سوخت‌های قابل‌استفاده مانند اتانول، بیوگاز، یا بیودیزل تبدیل میشود.
4-انواع سوخت‌های زیستی (Biofuels)
بایوفیول‌ها در حالت‌های مختلف جامد، مایع یا گازی یافت می‌شوند و در حال حاضر، رایج‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
بیودیزل، سوختی تجدیدپذیر و پایدار است که از منابع زیستی مانند روغن‌های گیاهی و چربی‌های حیوانی تولید میشود. این سوخت معمولاً از طریق فرآیندی به نام ترانس‌استریفیکاسیون تولید میشود؛ در این فرآیند، تری‌گلیسریدهای موجود در روغن‌ها به استرهای متیل یا اتیل تبدیل می‌شوند که ترکیب اصلی بیودیزل هستند.
بیودیزل یکی از اولین و شناخته‌شده‌ترین انواع سوخت‌های زیستی است که می‌تواند مستقیماً در موتورهای دیزلی (به‌صورت خالص یا مخلوط با گازوئیل) استفاده شود. مزیت اصلی آن در کاهش آلودگی و کاهش وابستگی به گازوئیل فسیلی است.
این نوع سوخت زیستی معمولاً از روغن‌های پخت‌وپز استفاده‌شده به‌دست میآید و می‌تواند به‌عنوان مکملی برای سوخت‌های سنتی استفاده شود. برخی خودروها و کامیون‌ها هم‌اکنون از این سوخت بهره می‌برند. مزایای این روغن گیاهی هیدروژنه‌شده (HVO) شامل بازدهی بالا، پایداری بیشتر و کاهش قابل‌توجه انتشار گازهای گلخانه‌ای در مقایسه با سوخت‌های معمولی است.
HVO نسل جدیدی از بیودیزل محسوب میشود که بدون نیاز به اصلاح موتور، می‌تواند در موتورهای دیزلی مدرن استفاده شود. از نظر شیمیایی پایدارتر از بیودیزل معمولی است.
بیوگاز، گازی تجدیدپذیر است که از تجزیه بی‌هوازی مواد آلی مانند ضایعات کشاورزی، کود دامی، پسماندهای غذایی و فاضلاب به‌دست میآید. این فرآیند طبیعی، گازهای متان و دی‌اکسید کربن آزاد می‌کند که متان بخش اصلی بیوگاز است. استفاده از این گاز، به بسته‌شدن چرخه پسماندهای آلی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی کمک می‌کند.
بیوگاز می‌تواند در تولید برق، گرمایش یا حتی سوخت وسایل نقلیه استفاده شود. از آنجا که از پسماند تولید میشود، در مدیریت زباله و محیط زیست نقش کلیدی دارد.
بیواتانول از تخمیر مواد غنی از قند یا نشاسته مانند ذرت، نیشکر، چغندر قند و دیگر محصولات غذایی حاصل میشود. این فرآیند، قندهای موجود را به اتانول تبدیل می‌کند که ترکیب اصلی بیواتانول است. بیواتانول به طور گسترده به‌عنوان افزودنی به بنزین معمولی مورد استفاده قرارمی‌گیرد.
بیواتانول با بنزین مخلوط شده و میزان انتشار آلاینده‌ها را کاهش میدهد. این سوخت بیشتر در کشورهای دارای تولید زیاد محصولات کشاورزی مانند آمریکا و برزیل رواج دارد.
بیوبوتانول از تخمیر مواد آلی مانند گیاهان انرژی‌زا، ضایعات کشاورزی و حتی ضایعات جنگلی به‌دست میآید. برخلاف بیواتانول، بیوبوتانول یک الکل زنجیره بلندتر است که خواص و مزایای منحصربه‌فردی نسبت به سایر سوخت‌های زیستی دارد. به دلیل چگالی انرژی بالاتر، نگهداری و حمل‌ونقل آن آسان‌تر است.
بیوبوتانول می‌تواند به‌عنوان جایگزینی با کیفیت بالاتر برای بیواتانول عمل کند و در برخی موتورها حتی بدون نیاز به تغییرات خاصی استفاده شود.
بیومتان، جایگزینی پایدار برای گاز طبیعی است و از تصفیه و خالص‌سازی بیوگاز حاصل میشود. برخلاف بیوگاز، بیومتان خلوص بیشتری دارد و می‌تواند با گاز طبیعی معمولی ترکیب شده و برای تولید برق، گرما و همچنین به‌عنوان سوخت وسایل نقلیه استفاده شود.
بیومتان از نظر عملکرد، شباهت زیادی به گاز طبیعی دارد اما از منابع تجدیدپذیر تولید میشود. در بسیاری از کشورها در شبکه گاز شهری تزریق میشود.
5- مزایای زیست سوخت ها
- بایوفیول ها باعث بهبود کیفیت هوا می‌شوند.
- زیست سوخت ها تجدیدپذیرهستند.
- برای تولید زیست سوخت های نسل دوم میتوان گیاهان با رشد سری را در زمین های غیرزراعی کاشت.
- تاسیس کارخانه های تولید زیست سوخت، موجب ایجاد فرصت های شغلی بیشتری میشود.
- در کشورهای وارد کننده نفت، تولید زیست سوخت ها موجب امنیت انرژی در آن کشورها میشود.
- استفاده از زیست سوخت ها موجب کاهش مصرف سوخت های فسیلی و در نتیجه حفظ منابع انرژی فسیلی برای مدت زمان بیشتری میگردد.
- زیست سوخت ها اغلب غیرسمی و تجزیه پذیرزیستی هستند.
6- معایب زیست وسخت ها
- تولید زیست سوخت های نسل اول بر روی قیمت برخی از محصولات کشاورزی تاثیرگذار است.
- تولید زیست سوخت ها به خصوص نسل اول مناطق گسترده ای از زمین های کشاورزی را به خود اختصا میدهد که بر روند کلی اقتصاد کشورها تاثیرگذار است .
- تغییرات در خودروها برای استفاده از زیست سوختها قیمت وسایل نقلیه را افزایش میدهد.
- بسته به نوع ماده خام (feedstock) و فرآیند تولید، برخی از سوخت‌های زیستی می‌توانند حتی گازهای گلخانه‌ای بیشتری نسبت به بعضی از سوخت‌های فسیلی منتشر کنند، به‌ویژه در مبنای معادل انرژی (energy-equivalent basis).