امروزه کشورهای صنعتی، انرژیهای تجدید پذیر مانند آب، باد، انرژی خورشید و سوخت هیدروژنی را مورد توجه قرار داده‌اند. همچنین در این وضعیت بحرانی انرژی، بیودیزل‌ها نیز به طور جدی به توسعه انرژی قدم گذارده‌اند و کاربرد آن در حوزه های مختلف انرژی با شتاب زیادی آغاز شده است و سوخت بیودیزل در فهرست سازمانهای بین المللی انرژی قرار گرفته است.
امروزه معادلات اقتصادی، فرهنگی و اجتماعی کلیه کشورهای جهان، به خصوص کشورهای صنعتی، دستخوش بحران انرژی گردیده و آنها را به چالشی عظیم کشانده است. از طرفی منافع کشورها در عرصه‌های بین المللی نیز بر این مسئله دامن می‌زند. این مشکلات از یک طرف و کمبود و تجدید ناپذیری سوختهای فسیلی از سوی دیگر، دانشمندان و محققان علوم مختلف را به بن بست کشانده است و تیم‌های تحقیقاتی به دنبال راهکار عملی برای حل مشکلات بحران انرژی در عرصه‌های صنعتی و اجتماعی هستند.
بنا بر نتایج مشورت‌های استراتژیک در حوزه انرژی، امتحان گزینه‌های مختلف برای جایگزینی سوختهای نفتی و فسیلی که آلوده کننده محیط زیست هستند، مورد آزمایش قرار گرفته و به صورت عملیاتی در آمده است. امروزه کشورهای صنعتی، انرژیهای تجدید پذیر مانند آب، باد، انرژی خورشید و سوخت هیدروژنی را مورد توجه قرار داده‌اند.
همچنین در این وضعیت بحرانی انرژی، بیودیزل‌ها نیز به طور جدی به توسعه انرژی قدم گذارده‌اند و کاربرد آن در حوزه‌های مختلف انرژی با شتاب زیادی آغاز شده است. محدود بودن منابع سوختهای فسیلی و نفتی و کمبود آنها در جهان، افزایش تشعشعات حاصل از احتراق سوخت های فسیلی، آلودگی محیط زیست و افزایش قیمت این سوختها، کاربرد بیودیزل را بسیار مورد توجه ساخته است. از نظر متخصصان انرژی، منابع نفت و گاز موجود در جهان فقط برای چند دهه دیگر کافی خواهند بود و با افزایش تقاضای انرژی و لزوم جایگزینی منابع نفتی، سوختهایی مانند بیودیزل و بیواتانول برای مصرف در موتورهای احتراق داخلی، گزینه‌های مناسبی هستند.
سوخت بیودیزل چیست؟
سوخت بیودیزل به سوختهایی اطلاق می شود که منشاء بیولوژیکی دارند و یک عنوان کلی برای سوختهای اکسیژن دهی شده با پایه استری است. از نظر علم شیمی، بیودیزل به استرهای منوالکیل با زنجیرهای اسید چرب بلند که از بیـولیـپـیـدهای تجدیدپذیر مشتق می شوند، منسوب می شود.
بیودیزل چگونه ساخته میشود؟
فرمول شیمیایی بیودیزل:
به طور نمونه از طریق واکنش روغن نباتی یا چربی حیوانی با متانول یا اتانول در حضور کاتالیزور تولید می‌گردد که در نهایت بیودیزل متیل استر یا اتیل استر و گلیسیرین حاصل می‌شوند. استرهای متیل یا اتیل اسید چرب یا همان بیودیزل، از روغنهای طبیعی و چربیها تولید می شوند. معمولا برای تبادل استری متانول به اتانول ترجیح داده میشود، به خاطر اینکه متانول از اتانول ارزان تر است و گلسیرین تولیدی نیز در صابون سازی مصرف میشود. بیودیزل به صورت خلاصه به عنوان «استرهای مونوالکیلی روغنهای نباتی یا چربی‌های حیوانی» تعریف میشود.
امروزه بیودیزل به صورت عمده از روغن سویا، دانه خردل و روغن خرما حاصل میشود. ارزش گرمایی بیودیزل‌ها نسبتا زیاد است و مقدار ارزش گرمایی آنها MJ/kg40 اندکی کمتر از بنزین (64MJ/kg) ، سوختهای نفتی (MJ/kg43) یا نفت خام (MJ/kg42) است، اما از زغال سنگ (MJ/kg32 تا 37MJ/kg) زیادتر است. بیودیزل خالص یا صد در صد، به عنوان «بیودیزل سوخت» محسوب میشود که به صورت 100B یا سوخت خالص معرفی می گردد. بیودیزل مخلوط، ترکیبی از بیودیزل خالص با دیزل نفتی است. مخلوطهای بیو دیزل به صورت BXX بیان می شوند که در آنXX نشان دهنده درصد بیودیزل در آن مخلوط است. مثلاً B80 یعنی اینکه۸۰ درصد سوخت، بیودیزل و۲۰درصد آن پترودیزل است.
کاربرد بیودیزل:
سوخت بیودیزل بهترین جایگزین برای سوختهای دیزلی در موتورهای دیزلی است. بیودیزل مانند سوختهای نفتی می سوزد، در حالی که آلایندگی آن به مراتب کنترل شده‌تر است. از طرف دیگر، بیو دیزل، کارآیی بهتری از بنزین دارد و انرژی زیادی برای موتورهای تراکم احتراقی از خود نشان می‌دهد.
منابع انرژی: انرژی در اشکال مختلف یافت میشود، مانند گرما، نور، حرکت و صدا، اما همه آنها در دو گروه عمده جای می گیرند: سینتیک و پتانسیل. انرژیهای الکتریکی، تابشی، حرارتی، حرکت و صوت از نوع انرژی سینتیک بوده و انرژیهای شیمیایی، مکانیکی ذخیره شده، ثقلی و هسته ای، از نوع انرژی پتانسیل محسوب می‌شوند.
منابع انرژی می توانند به سه گروه تقسیم شوند:
- فسیل‌ها: سوختهای فسیلی از زمانهای قدیم و سالها پیش تشکیل شده اند و قابل تجدید نیستند. منابع انرژی فسیلی شامل نفت خام، زغال سنگ، قیر، گاز طبیعی، سنگهای رسی نفتی و ماسه های حاوی قطران است.
- انرژی هسته‌ای: منابع انرژی هسته‌ای مواد رادیو اکتیو مانند اورانیوم و توریوم هستند.
- منابع قابل تجدید: منابع انرژی قابل تجدید شامل آب، باد، خورشید، گرمای درونی زمین، دریا و هیدروژن هستند و پیش بینی می شود که تا سال 2040 تقریبا نیمی از انرژی مصرفی جهان از منابع این تجدید شدنی تأمین گردد و الکتریسیته تولیدی از منابع تجدید پذیر بیش از۸۰ درصد کل منبع الکتریسیته جهان را تشکیل خواهد داد.
مزایای بیودیزل سوخت پاک و ایمن:
بیودیزل برای سلامتی اپراتورهایی که با این سوخت سر و کار دارند، هیچگونه ضرری ندارد. همچنین برای سوختهای نفتی، جایگزین پاک و تمیزی است و در زمره سوختهای سبز قرار دارد. بیودیزل حتی توسط برخی شرکتها (از جمله شرکت Pacific در ایالات متحده آمریکا) از چربیها و روغنهای تجدیدپذیر مانند روغنهای ماهی تابه رستورانها تولید می شود. بیودیزل می تواند در خودروهایی به کار برده شودکه تحت سیاست کنترل انرژی می باشند.
بیودیزل می‌تواند در موتورهای تراکمی احتراق داخلی موجود در بازار، اعم از سبک یا سنگین همانند سوختهای نفتی (گازوئیل) استفاده شود. بیودیزل از نظر ظرفیت عملکرد، بازده و محدوده کاربرد دیزل‌های نفتی را پشتیبانی می‌کند. جهت استفاده از بیودیزل، نه تنها هیچگونه تغییر ساختاری در موتور خودروها لازم نیست، بلکه به تبدیل قطعات، تغییر ایستگاههای سوخت گیری و آموزش مهارتهای خاص به مکانیک‌ها نیازی نخواهد بود.
پس از شش ماه اول کارکرد خودرو با بیودیزل، شلنگها و بستهای خودرو نیاز به بازرسی و چکاپ دارند، که کار چندان مشکل و هزینه بری نیست. مخلوط بیست درصد یا کمتر بیودیزل ممکن است اثر نامطلوب اندکی روی شلنگهای ناسازگار داشته باشد. بیودیزل تشعشعات آلاینده محیط زیست را کاهش می‌دهد. بیودیزل یک سوخت تجدیدپذیر است که توسط واکنش شیمیایی الکل با روغن نباتی یا حیوانی، چربیها و یا حتی گریسها ساخته میشود.
از طریق فرآیندی موسوم به واکنش تبادل استری، گلیسیرین را که محصول فرعی این واکنش است، حذف می کنند، زیرا برای موتور خودرو مناسب نیست. گلیسرین به دست آمده می‌تواند برای تهیه صابون استفاده شود. بیودیزل می‌تواند در بسیاری از موتورهای دیزلی به حالت خالص یا به صورت مخلوط با سوختهای نفتی در مقادیر مختلف استفاده شود. به خصوص مخلوط ۸۰ درصد بیودیزل و۲۰ درصد سوخت نفتی، به مقدار زیادی تشعشعات سرطان زا و گازهایی که در گرم شدن زمین سهم دارند را کاهش می‌دهد.
مزیت‌های بیودیزل نسبت به گازوئیل:
بیودیزل با مخلوط بیست درصد دیزل نفتی استفاده می شود. مبدل‌های کاتالیستی موجود در مسیر اگزوز خودروها آلایندگی آنها را به حداقل می رسانند، در نتیجه در خروجی اگزوز، مواد خاص به ۳۱ درصد، دی اکسید کربن به ۲۱ درصد و کل هیدروکربنها به ۴۷ درصد کاهش می‌یابند. مصرف بیودیزل به همراه مخلوط نفتی، سولفورها و آروماتیک‌ها را نیز کاهش می‌دهد. استفاده از B100 مواد سرطان زا و آلاینده را بیشتر کاهش می‌دهد.
بیودیزل‌ها بدلیل ایمن بودن، سازگاری با محیط زیست و سهولت حمل و نقل در جاهای مختلف استفاده می‌شوند. صنایع دریایی آمریکا ده درصد از مصرف سوخت خود را از بیودیزل تأمین می‌نماید و از آن در مأموریت‌های دریایی، قایق‌های نوساز و تعمیراتی، کشتی‌های تجاری داخلی و اقیانوس پیما و همچنین در ناوگان پلیس ساحلی استفاده می‌کند.
بیودیزل به عنوان سوختی جایگزین با ضریب ایمنی بالا به حساب می‌آید، چون نسبت به دیزل‌های موجود دارای نقطه اشتعال بالاتری است. بیودیزل از سوی انجمن ایمنی سوخت آمریکا در زمره سوختهای غیر قابل اشتعال کلاس بندی شده است و در مواقع بارگیری، حمل ونقل و انبار کردن نیازی به نصب برچسب مواد خطرناک یا اشتعال زا بر روی آنها وجود ندارد
بیودیزل در موتورها به آسانی می‌سوزد و هنگامی که با حداقل مقدار دو درصد با سوختهای نفتی حاوی سولفور مخلوط میشود، روانی آن در سطح سوختهای نفتی دارای مقادیر زیاد سولفور است. استفاده از بیودیزل و مخلوطهای آن تغییرات قابل توجهی در بوی ترکیبات خروجی از اگزوز دارد. اگر بیودیزل اکسیژن دهی شود، احتراق کاملتری نسبت به پترودیزل ها در موتور صورت خواهد گرفت.
نیاز روز افزون جهان به منابع جدید انرژی، به ویژه در بخش حمل و نقل، امروزه یکی از مشکلات اساسی کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه است. این مشکل تنها به کشورهای وارد کننده نفت اختصاص ندارد و حتی تولید کنندگان بزرگ نفت با مشکلات متعددی در زمینه تهیه سوخت روبرو است. کاهش ظرفیت پالایش نفت در جهان، یکی از عوامل بروز این مشکل است، اما موضوع به همین جا ختم نمی شود، زیرا آلودگی ناشی از سوختهای فسیلی و پایان پذیر بودن آنها نیز از دیگر عواملی است که بشر را به تلاش برای دستیابی به سوختهای جایگزین وادار نموده است.
ذرات معلق و هیدروکربن‌هایی که از اگزوز خودروهای دیزلی خارج می‌شوند، سمی و سرطان زا هستند و تهدیدی برای سلامت انسانها به شمار می‌آیند و این در شرایطی است که نتایج مثبت استفاده از بیودیزل در کاهش آلودگی هوا از سوی سازمانهای معتبر جهانی تایید شده است. برای مثال، گیاه سویا دی اکسید کربن هوا را جذب می کند و پس از استخراج روغن از دانه های سویا، به بیودیزل تبدیل می شود. سوختن این ماده دی اکسید کربن تولید می‌کند و دی اکسید کربن تولید شده، توسط همان گیاهی که سوخت از آن تهیه شده است، دوباره جذب می شود.
این چرخه هیچ دی اکسید کربنی وارد طبیعت نمی‌کند و نتایج تحقیقات نشان داده است که اگر بیست درصد باک خودروها را با بیودیزل پر کنیم، هیچ نیازی به تغییر سیستم احتراق خودروها نیست و می توان این سوخت را بدون هیچ اشکالی در موتورهای امروزی مصرف کرد. افزایش بیست درصد از این ماده به باک خودروهای دیزلی از ایجاد مواد آلاینده مانند دی اکسید کربن، هیدروکربنها و منواکسیدکربن می کاهد، اما در مورد گوگرد این مقدار قابل توجه است. گوگردی که از احتراق این سوخت حاصل می شود، پانزده درصد میزان همیشگی و تقریبا غیرقابل اندازه گیری است. بنابراین می توان برای کاهش گوگرد در سوخت دیزل، از مخلوط بیودیزل و گازوئیل استفاده نمود.
علاوه بر این، استفاده از مخلوط بیودیزل و گازوئیل در باک خودروهای دیزلی باعث حذف دود سیاه خروجی از لوله اگزوز خودروهای دیزلی خواهد شد. حتی بویی که از سوختن آن ایجاد می شود، شبیه بوی سیب زمینی سرخ کرده و یا ذرت بوداده است، یعنی به میزان چشمگیری دود سیاه و بوی بد حاصل از احتراق گازوئیل را کاهش می‌دهد، هر چند که صد در صد آن را حذف نمی‌کند.
چرا بیودیزل باید جایگزین سوخت های فسیلی شود؟
در حال حاضر کشورهای آمریکا، آلمان و مالزی از جمله کشورهایی هستند که روی کاربرد این سوخت کار کرده‌اند. این سوخت در آمریکا به عنوان یک سوخت جایگزین برای موتورهای دیزلی بشدت مطرح شده است و سالانه سیصد میلیون گالن بیودیزل در این کشور تولید میشود، اما با افزایش درخواست برای این سوخت و ایجاد واحدهای صنعتی، قرار است میزان تولید این سوخت در آمریکا به ششصد میلیون گالن در سال برسد.
در کشور آلمان نیز این سوخت در بسیاری از اتوبوس ها و کامیون‌ها استفاده میشود. با توجه به اینکه این سوخت از روغنهای گیاهی به دست می‌آید، با تولید آن، نیاز بیشتری به کاشت دانه های روغنی خواهد بود که به اشتغالزایی در بخش کشاورزی کمک می‌نماید. از طرفی، استفاده مجدد از روغنهای گیاهی سوخته برای تولید بیودیزل میسر است. از روغنهای سوخته رستورانها و اغذیه فروشی‌ها که در روز به مقدار زیاد استفاده می‌گردد و در پایان روز دور ریخته می شوند، می‌توان در تولید بیودیزل استفاده کرد.
سوخت بیودیزل تقریبا دو برابر سوختهای معمولی خاصیت روان کنندگی دارد که دلیل آن ویسکوزیته بالای این سوخت است. بنابراین می‌تواند سبب افزایش عمر موتور خودرو شود و صرفه جویی در مصرف سوخت را نیز به همراه دارد. حتی با اضافه کردن حدود دو درصد بیودیزل به نفت سفید می‌توان خاصیت روان کنندگی آن را افزایش داد.
در یک جمع بندی می‌توان گفت که استفاده از بیودیزل سبب وابسته نشدن به سوخت دیزل حاصل از نفت خام میشود. منابع هیدروکربوری، پایان پذیر و میرا هستند که تشکیل آنها میلیونها سال زمان برده است و ما با مصرف آنها در واقع سرمایه‌هایی را از میان می‌بریم که تجدیدپذیر نیستند. استفاده از مخلوط این سوخت با گازوئیل می‌تواند به کاهش بیست درصدی مصرف گازوئیل منجر شود.
استفاده از بیودیزل، کاهش چشمگیری در میزان آلاینده ها در پی دارد و به دلیل تجزیه پذیر بودن به راحتی در طبیعت جذب می شود و درجه سمّی بودن و اشتعال بسیار پایین این سوخت، باعث سهولت در انبارش، بارگیری و حمل و نقل آن است. امروزه “صنعت سبز” یا “شیمی سبز” به کاهش آلودگی محیط زیست و طبیعت کمک می‌کند و در بسیاری از کشورهای جهان مورد توجه است. با افزایش بهای بنزین و دیگر فرآورده‌های نفتی، مصرف سوختهایی که از منابع گیاهی به دست می‌آیند، بسیار قابل توجه است.
منابع ترجمه و تحقیق:
1. Biodiesel, Springer, 2008
2. Pacific Biodiesel Corporation Bulletin, Oct. 2009
3. Biodiesel Magazine, July 2011
