سوخت بیودیزل و اثر آن بر محیط زیست

سوخت بیودیزل و اثر آن بر محیط زیست

پردیس فناوری کیش طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت گروه علوم ومهندسی محیط زیست

سوخت دیزلی از جمله سوختهایی است که از منابع طبیعی و تجدیدپذیر نظیر دانه‌های روغنی، میکروجلبکها ، روغنهای حیوانی و پلاستیک زباله های شهری و… تولید شده و اثر مخربی بر روی محیط زیست ندارد.

تعریف بیوفیولها:                                                               

بیوفیولها نوعی از سوختها هستند که از منابع زیست توده بدست می‌آیند. این سوختها شامل اتانول، متانول، بیودیزل و سوختهای گازی دیزل همچون گاز سنتز هستند. از منابع اولیه تولید این سوختها می‌توان به ضایعات چوبی، تفاله محصولات کشاورزی، نیشکر، چغندرقند، غلات و روغن گیاهان و سبزیجات اشاره کرد.

امروزه معضلهایی همچون آلودگیهای زیست‌محیطی ناشی از مصرف سوختهای فسیلی که سبب برهم خوردن شرایط اکولوژیک و ایجاد خطرهای زیست‌محیطی شده، همچنین محدود بودن ذخایر سوختهای فسیلی باعث شده تا از سوی کشورهای جهان به این نوع انرژیها بیش از پیش توجه شود. حدود 75 درصد انرژی مورد نیاز جهان از سه سوخت عمده فسیلی، شامل نفت،گاز طبیعی و ذغال سنگ تأمین می‌شود و تا سال 2010، حدود 50 تا 60 درصد به میزان مصرف موجود سوختهای فسیلی افزوده شد.

انواع بیوفیولها عبارتند از:

1- بیوفیولهای مایع ( نظیر بیواتانول، بیومتانول، بیوبوتانول و بیودیزل)

3- بیوفیولهای جامد ( نظیر انواع پلتهای فشرده و..)

در این گزارش، به تولید بیودیزل بعنوان یکی از بیوفیولهای مایع پرداخته می‌شود که البته  روش تولید آن با بیودیزل پیشرفته (که  عمدتاً در آن از فناوری ترموشیمیایی استفاده می‌شود) متفاوت است.

بیودیزل :

بیودیزل (منوآلکیل استر)، یک سوخت دیزلی پاک است که از منابع طبیعی و تجدیدپذیر نظیر دانه های روغنی، میکروجلبکها ، روغنهای حیوانی و پلاستیک زباله های شهری و… تولید می‌شود.

بیودیزل (متیل استر) یک مایع روشن تا زرد تیره است که عملاً غیرقابل امتزاج با آب بوده و  نقطه جوش بالا و فشار بخار پایین دارد.

نقطه فلش آن حدود 150 درجه‌ی سانتیگراد است که آن‌ را سوختی نسبتاً غیرقابل اشتعال و بسیار ایمن‌تر از دیزل می‌کند.

بیودیزل می‌تواند با سوخت دیزل معمولی، با هر نسبتی حتی در مقادیر بسیار کم (که سبب کاهش انتشارات و روانی بهتر موتور شده)  مخلوط شود. بررسی‌ها نشان می‌دهد که حدود یک درصد بیودیزل، باعث افزایش روان‌شدگی تا 65 درصد می‌شود.

به هر حال طی 15 میلیون تست میدانی انجام شده، مصرف بیودیزل به لحاظ قدرت اسب بخار خواصی همچون سوختهای دیزل معمولی را  نشان داده است.

استفاده از بیودیزل در یک موتور گازوئیلی معمولی منجر به کاهش اساسی هیدروکربنهای نسوخته، منوکسید کربن و و ذرات معلق می‌شود.

با بکار بردن این سوخت، از سهم کربن موجود و ذرات معلق کاسته می‌شود. (چون اکسیژن موجود در بیودیزل احتراق کامل به CO2 را ممکن می‌سازد)، اما قسمت محلول با هیدروکربن به همان صورت باقی می‌ماند یا افزایش پیدا می‌کند.

در بیشتر نقاط دنیا از فاکتوری بنام B استفاده می‌شود که مقدار بیودیزل را در ترکیب سوخت نشان می‌دهد. بعنوان مثال B10 به معنای اختلاط  10 درصدی بیودیزل با گازوئیل است.

فرآیندهای تولید بیودیزل :

فرآیندهای تولید بیودیزل بخوبی شناخته شده‌اند. برای تولید بیودیزل معمولی از روغن‌ها و چربی‌ها سه مسیر اساسی وجود دارد:

• ترنس استری فیکشن کاتالیست بازی روغن.

•تبدیل روغن به اسیدهای چرب آن و سپس به بیودیزل.

بیشتر بیودیزل تولیدی امروزه به چندین دلیل زیر توسط واکنش باز کاتالیستی تولید می‌شود :

• دما و فشار این واکنش پایین است.
• دارای بازدهی تبدیل بالا ( 98 درصد) با حداقل واکنشهای جانبی و زمان واکنش است.
• این واکنش یک تبدیل مستقیم به بیودیزل بدون اجزاء و مواد واسطه است.
• هیچ مادۀ اضافی برای تولید مورد نیاز نیست.

واکنش شیمیایی تولید بیودیزل کاتالیست بازی، در ذیل نمایش داده شده است 100 پوند چربی یا روغن (نظیر روغن سویا) با 10 پوند از یک الکل زنجیرۀ کوتاه در حضور کاتالیست، برای تولید 10 پوند گلیسیرین و 100 پوند بیودیزل واکنش می‌دهد.

الکل زنجیره کوتاه با ROH نمایش داده می‌شود. (معمولاً متانل اما برخی مواقع اتانل که بمنظور کمک به تبدیل سریع به میزان کمی اضافی افزوده می شود).

واکنش تولید بیودیزل  :

(3) بیودیزل (100 پوند)+گلیسیرین (10 پوند)              (3) الکل (10 پوند) + روغن یا چربی (100 پوند)

تولید بیودیزل :

تولید کاتالیست بازی بیودیزل عموماً با استفاده از مراحل زیر انجام می‌شود.

مخلوط کردن الکل و کاتالیست:

کاتالیست اساساً هیدروکسیدسدیم (سود سوزآور) یا هیدروکسید پتانسیم(پتاس) است که در الکل با استفاده از یک مخلوط‌کن (میکسر) استاندارد حل می‌شود.

واکنش: مخلوط الکل/کاتالیست سپس به یک ظرف بسته واکنش تخلیه شده در روغن یا چربی به آن اضافه می‌شود. سیستم در اینجا کاملاً نسبت به اتمسفر بسته است تا از اتلاف الکل جلوگیری شود.

مخلوط واکنش دقیقاً در بالای نقطه جوش الکل (در حدود 170ºF) حفظ می‌شود تا سرعت واکنش افزایش یافته واکنش انجام شود.

الکل اضافی بطور معمول برای اطمینان از تبدیل کامل چربی یا روغن به استرهای آن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در صورتیکه سطح آب یا اسیدهای چرب آزاد خیلی بالاتر باشد این امر می‌تواند سبب بروز مشکلاتی در خصوص تشکیل صابون و جداشدن محصول جانبی پایین دستی گلیسیرین شود.

جداسازی: همین که واکنش کامل شد دو محصول مهم خواهیم داشت که عبارتند از گلیسیرین و بیودیزل که هر یک دارای مقادیر اساسی از الکل اضافی بوده که در واکنش مورد استفاده قرار گرفته است.

حذف الکل :

گلیسیرین: محصول جانبی است و حاوی کاتالیست مصرف نشده و صابون بوده که با یک اسید، خنثی شده و برای ذخیره بعنوان گلیسیرین خام فرستاده می‌شود. در برخی موارد در طول این فاز نمک هم تشکیل می‌شود که برای استفاده بعنوان کود بازیافت می‌شود.

آب و الکل برای تولید گلیسیرین خام80 تا 88 درصد حذف می‌شود تا برای فروش بعنوان گلیسیرین خام مورد استفاده قرار گیرد.در عملیاتهای پیشرفته‌تر، گلیسیرین 99 درصد با خلوص بالاتر تقطیر شده و به بازارهای دارویی و بهداشتی و آرایشی فروخته می‌شود.

شستشوی متیل استر: 

پس از جدا شدن از گلیسیرین، متیل استر برخی مواقع با شستشوی آرام با آب گرم برای حذف کاتالیست باقی‌مانده یا صابون تصفیه شده،  خشک شده و برای دخیره‌سازی فرستاده می‌شود. در برخی فرآیندها، این مرحله غیر ضرروریست.

در بعضی سیستمها بیودیزل در یک مرحله اضافی‌تر به منظور حذف مقادیر کمی از مواد رنگی برای تولید یک بیودیزل بیرنگ تقطیر می‌شود.

کیفیت و ثبت محصول:

در مجموع بیودیزل تولید شده باید تحت  40 CFR بخش 79 حفاظت محیط زیست ایالات متحده ثبت شود.

مهمترین جنبه‌های تولید بیودیزل که برای بهره‌برداری در موتورهای دیزل سبب ایجاد مشکلاتی شده و باید ازپرداختن صحیح  آنها اطمینان حاصل شود عبارتند از:

واکنش کامل، حذف گلیسیرین، حذف کاتالیست، حذف الکل و وجود نداشتن اسیدهای چرب آزاد .

بطور کلی واکنشهای تولید بیودیزل را می‌توان به مراحل کلی زیر خلاصه کرد:

2.گرم کردن روغن.

4. واکنش متیل استر.

5. جداسازی گلیسرول و بیودیزل (متیل استر).

6.شستشوی متیل استر.

7. بازیافت متانول.