مزایای سوخت های بیودیزل درصنعت

امروزه کشورهای صنعتی، انرژیهای تجدید پذیر مانند آب، باد، انرژی خورشید و سوخت هیدروژنی را مورد توجه قرار داده اند. همچنین در این وضعیت بحرانی انرژی، بیودیزلها نیز به طور جدی به توسعه انرژی قدم گذارده اند و كاربرد آن در حوزه های مختلف انرژی با شتاب زیادی آغاز شده است و بیودیزل در فهرست سازمانهای بین المللی انرژی قرار گرفته است.

مقدمه: امروزه معادلات اقتصادی، فرهنگی و اجتماعی كلیه کشورهای جهان، به خصوص كشورهای صنعتی، دستخوش بحران انرژی گردیده و آنها را به چالشی عظیم کشانده است. از طرفی منافع كشورها در عرصه های بین المللی نیز بر این مسئله دامن می زند. این مشكلات از یک طرف و کمبود و تجدید ناپذیری سوختهای فسیلی از سوی دیگر، دانشمندان و محققان علوم مختلف را به بن بست كشانده است و تیمهای تحقیقاتی به دنبال راهکار عملی برای حل مشکلات بحران انرژی در عرصه های صنعتی و اجتماعی هستند. بنا بر نتایج مشورتهای استراتژیک در حوزه انرژی، امتحان گزینه های مختلف برای جایگزینی سوختهای نفتی و فسیلی كه آلوده كننده محیط زیست می باشند، 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 داده اند. همچنین در این وضعیت بحرانی انرژی، بیودیزلها نیز به طور جدی به توسعه انرژی قدم گذارده اند و كاربرد آن در حوزه های مختلف انرژی با شتاب زیادی آغاز شده است و بیودیزل در فهرست سازمانهای بین المللی انرژی قرار گرفته است. محدود بودن منابع سوختهای فسیلی و نفتی و کمبود آنها در جهان، افزایش تشعشعات حاصل از احتراق سوختهای فسیلی، آلودگی محیط زیست و افزایش قیمت این سوختها، كاربرد 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، گزینه های مناسبی می باشند.

مفهوم بیودیزل:

    بیودیزل به سوختهایی اطلاق می شود که منشاء بیولوژیکی دارند و یک عنوان کلی برای سوختهای اکسیژن دهی شده با پایه استری می باشد. از نظر علم شیمی، بیودیزل به استرهای منوالکیل با زنجیرهای اسید چرب بلند که از بیـولیـپـیـدهای تجدیدپذیر مشتق می شوند، منسوب می شود. بیودیزل به طور نمونه از طریق واکنش روغن نباتی یا چربی حیوانی با متانول یا اتانول در حضور کاتالیزور تولید می گردد كه در نهایت بیودیزل متیل استر یا اتیل استر و گلیسیرین حاصل می شوند. استرهای متیل یا اتیل اسید چرب یا همان بیودیزل، از روغنهای طبیعی و چربیها تولید می شوند. معمولاً برای تبادل استری متانول به اتانول ترجیح داده می شود، به خاطر اینکه متانول از اتانول ارزان تر است و گلسیرین تولیدی نیز در صابون سازی مصرف می شود. بیودیزل به صورت خلاصه به عنوان «استرهای مونوالکیلی روغنهای نباتی یا چربیهای حیوانی» تعریف می شود. بیودیزل بهترین جایگزین برای سوختهای دیزلی در موتورهای دیزلی می باشد. بیودیزل مانند سوختهای نفتی می سوزد، در حالی که آلایندگی آن به مراتب کنترل شده تر می باشد. از طرف دیگر، بیو دیزل، کارآیی بهتری از بنزین دارد و انرژی زیادی برای موتورهای تراکم احتراقی از خود نشان می دهد. امروزه بیودیزل به صورت عمده از روغن سویا، دانه خردل و روغن خرما حاصل می شود. ارزش گرمایی بیودیزلها نسبتاً زیاد است و مقدار ارزش گرمایی آنها MJ/kg40 اندکی کمتر از بنزین (64MJ/kg) ، سوختهای نفتی (MJ/kg43) یا نفت خام (MJ/kg42) می باشد، اما از زغال سنگ (MJ/kg32 تا 37MJ/kg) زیادتر است. بیودیزل خالص یا صد در صد، له عنوان «بیودیزل سوخت» محسوب می شود 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.

منابع انرژی: انرژی در اشکال مختلف یافت می شود، 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 می شوند. منابع انرژی می توانند به سه گروه تقسیم شوند: فسیلها، انرژی هسته ای و منابع قابل تجدید. 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. منابع انرژی هسته ای مواد رادیو اكتیو مانند اورانیوم و توریوم می باشند. منابع انرژی قابل تجدید شامل آب، باد، خورشید، گرمای درونی زمین، دریا و هیدروژن هستند و پیش بینی می شود که تا سال 2040 تقریباً 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.

سوخت پاك و ایمن:

    بیودیزل برای سلامتی اپراتورهایی که با این سوخت سر و کار دارند، هیچگونه ضرری ندارد. همچنین برای سوختهای نفتی، جایگزین پاك 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 كار برده شودکه تحت سیاست کنترل انرژی می باشند. بیودیزل می تواند در موتورهای تراکمی احتراق داخلی موجود در بازار، اعم از سبک یا سنگین همانند سوختهای نفتی (گازوئیل) استفاده شود. بیودیزل از نظر ظرفیت عملكرد، بازده و محدوده کاربرد دیزلهای نفتی را پشتیبانی می کند. 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 چكاپ دارند، که کار چندان مشكل و هزینه بری نمی باشد. مخلوط بیست درصد یا کمتر بیودیزل ممکن است اثر نامطلوب اندکی روی شلنگهای ناسازگار داشته باشد. بیودیزل تشعشعات آلاینده محیط زیست را كاهش می دهد. بیودیزل یك سوخت تجدیدپذیر است که توسط واکنش شیمیایی الکل با روغن نباتی یا حیوانی، چربیها و یا حتی گریسها ساخته می شود. از طریق فرآیندی موسوم به واکنش تبادل استری، گلیسیرین را که محصول فرعی این واكنش می باشد، حذف می کنند، زیرا برای موتور خودرو مناسب نمی باشد. گلیسرین به دست آمده می تواند برای تهیه صابون استفاده شود. بیودیزل می تواند 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 می دهد.

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 می یابند. مصرف بیودیزل به همراه مخلوط نفتی، سولفورها و آروماتیکها را نیز کاهش می دهد. استفاده از B100 مواد سرطان زا و آلاینده را بیشتر کاهش می دهد. بیودیزلها بدلیل ایمن بودن، سازگاری با محیط زیست و سهولت حمل و نقل در جاهای مختلف استفاده می شوند. صنایع دریایی آمریکا ده درصد از مصرف سوخت خود را از بیودیزل تأمین می نماید و از آن در مأموریتهای دریایی، قایقهای نوساز و تعمیراتی، کشتی های تجاری داخلی و اقیانوس پیما و همچنین در ناوگان پلیس ساحلی استفاده می کند.

بیودیزل به عنوان سوختی جایگزین با ضریب ایمنی بالا به حساب می آید، چون نسبت به دیزلهای موجود دارای نقطه اشتعال بالاتری است. بیودیزل از سوی انجمن ایمنی سوخت آمریكا در زمره سوختهای غیر قابل اشتعال کلاس بندی شده است و در مواقع بارگیری، حمل ونقل و انبار كردن نیازی به نصب برچسب مواد خطرناک یا اشتعال زا بر روی آنها وجود ندارد. بیودیزل در موتورها به آسانی می سوزد و هنگامی که با حداقل مقدار دو درصد با سوختهای نفتی حاوی سولفور مخلوط می شود، روانی آن در سطح سوختهای نفتی دارای مقادیر زیاد سولفور می باشد. 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 پترودیزلها 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 مشكل تنها به کشورهای وارد کننده نفت اختصاص ندارد و حتی تولید کنندگان بزرگ نفت با مشکلات متعددی در زمینه تهیه سوخت روبرو می باشند. 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 می شوند، سمی و سرطان زا هستند و تهدیدی برای سلامت انسانها به شمار می آیند 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 می کند 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 نمی کند 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 می باشد. گوگردی که از احتراق این سوخت حاصل می شود، پانزده درصد میزان همیشگی و تقریباً 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 باك 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 می دهد، هر چند كه صد در صد آن را حذف نمی کند.

لزوم جایگزینی سوختهای فسیلی با بیودیزل:

    در حال حاضر كشورهای آمریکا، آلمان و مالزی از جمله کشورهایی هستند که روی كاربرد این سوخت کار کرده اند. 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 می شود، 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 اتوبوسها و كامیونها استفاده می شود. با توجه به اینكه این سوخت از روغنهای گیاهی به دست می آید، با تولید آن، نیاز بیشتری به کاشت دانه های روغنی خواهد بود که به اشتغالزایی در بخش کشاورزی کمک می نماید. از طرفی، استفاده مجدد از روغنهای گیاهی سوخته برای تولید بیودیزل میسر می باشد. از روغنهای سوخته رستورانها و اغذیه فروشیها كه در روز به مقدار زیاد استفاده می گردد و در پایان روز دور ریخته می شوند، می توان 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 می تواند 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 می توان خاصیت روان کنندگی آن را افزایش داد. در یک جمع بندی می توان گفت که استفاده از بیودیزل سبب وابسته نشدن به سوخت دیزل حاصل از نفت خام می شود. منابع هیدروکربوری، پایان پذیر و میرا هستند که تشکیل آنها میلیونها سال زمان برده است و ما با مصرف آنها در واقع سرمایه هایی را از میان می بریم که تجدیدپذیر نیستند. استفاده از مخلوط این سوخت با گازوئیل می تواند 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 می باشد. امروزه "صنعت سبز" یا "شیمی سبز" به کاهش آلودگی محیط زیست و طبیعت کمک می کند و در بسیاری از کشورهای جهان مورد توجه می باشد. با افزایش بهای بنزین و دیگر فرآورده های نفتی، مصرف سوختهایی که از منابع گیاهی به دست می آیند، بسیار قابل توجه است.

 ترجمه: مهندس اشكان معصومی

منابع ترجمه و تحقيق:

1. Biodiesel, Springer, 2008

2. Pacific Biodiesel Corporation Bulletin, Oct. 2009

3. Biodiesel Magazine, July 2011