احیای خاک نواحی شهری با نیتروژن

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

پژوهشگران آمریکایی قصد دارند با استفاده از نیتروژن، خاک نواحی شهری را غنی‌سازی کنند و رشد گیاهان را افزایش دهند.

“بیوسولیدها” (Biosolids)، موادی هستند که پس از پردازش فاضلاب‌های خانگی در کارخانه‌های تصفیه فاضلاب شهری، تولید می‌شوند.

در گذشته، بیشتر بیوسولیدها به زمین‌های کشاورزی منتقل می‌شدند اما فرآیندهایی که طی دهه‌های گذشته ابداع شده‌اند، می‌توانند بیوسولیدهایی با کیفیت استثنایی به وجود بیاورند.

این بیوسولیدهای جدید موسوم به “EQ”، آلودگی کمتری دارند اما حاوی مواد مغذی بیشتری هستند.

از این مواد می‌توان در خاک‌های کشاورزی که به بهبود باروری نیاز دارند، استفاده کرد تا به این ترتیب، هم ضایعات دوباره مورد استفاده قرار گیرند و هم راهی برای کمک به محیط زیست ارائه دهند.

بیوسولیدها، ارزشمند هستند زیرا منبعی غنی از نیتروژن به شمار می‌روند که ماده‌ای مغذی برای گیاهان است. وجود تنها ذره‌ای از نیتروژن در بیوسولید می‌تواند برای گیاهان مانند بارورکننده عمل کند.

“اودینی آلوارز-کمپوس” (Odiney Alvarez-Campos)، پژوهشگر “دانشگاه ایالتی و مؤسسه پلی‌تکنیک ویرجینیا” یا “ویرجینیا تک” (VT) در این باره گفت: ما باید بدانیم که چه مقدار نیتروژن را به بیوسولید و سپس به خاک اضافه کنیم تا محصولاتی سالم پرورش دهیم.

هدف ما این نیست که ذخیره نیتروژن محصولات کشاورزی، بیش از حد باشد.

ذخیره بیش از حد نیتروژن می‌تواند به آلودگی محیط زیست منجر شود. نیتروژن می‌تواند به آب‌های سطحی و زیرزمینی وارد شود و اکوسیستم را تحت تأثیر قرار دهد.

آلوارز-کمپوس افزود: این روش، بدون آلوده کردن محیط زیست، تعادلی در رشد گیاه ارائه می‌دهد.

پژوهشگران در این بررسی، میزان نیتروژن مؤثر در بیوسولیدهای خاک‌های شهری را آزمایش کردند و دریافتند که طبیعت خاک‌های شهری می‌تواند ذخیره نیتروژن موجود در بیوسولیدها را کاهش دهد.

آلوارز-کمپوس ادامه داد: خاک‌های شهری، اغلب فشرده هستند و مواد آلی و مغذی کمتری را شامل می‌شوند.

فعالیت‌های انسانی از جمله ساخت و ساز و استفاده از وسایل نقلیه سنگین نیز میزان مواد مغذی خاک‌های شهری را کاهش می‌دهد.

وی افزود: بیوسولیدها، مواد مورد نیاز برای غنی‌سازی خاک را در بر دارند. مواد آلی بیوسولیدها می‌توانند فشردگی خاک را کاهش دهند و به رشد بهتر گیاهان در آن کمک کنند. بیوسولیدها، به نفوذ آب در خاک نیز کمک می‌کنند و این موضوع برای گیاهان بسیار کارآمد است.

غنی‌سازی خاک با بیوسولیدها، یکی از مؤثرترین روش‌های مدیریت پسماند است که می‌تواند مواد مغذی مانند نیتروژن را به خاک بازگرداند و به رشد گیاهان کمک کند.

یکی از چالش‌های اصلی که در این زمینه با آن رو به رو هستیم، رطوبت بالای بیوسولیدها است. محصولات مبتنی بر بیوسولید، رطوبت بالایی دارند و این موضوع موجب می‌شود که حمل و نقل و گسترش آنها دشوار باشد.

این پژوهش، گام مهمی در زمینه غنی‌سازی خاک به شمار می‌رود. پژوهشگران در حال حاضر، آزمایش‌هایی را انجام می‌دهند تا میزان نیتروژن لازم را برای افزودن به بیوسولیدها تخمین بزنند.

اگر بیوسولیدها در زمین‌های کشاورزی یا شهری به کار نروند، باید مانند زباله‌های دیگر دفن شوند و از بین بروند.

آلوارز- کمپوس اضافه کرد: بیوسولیدها با به کار رفتن در خاک، از زباله‌های نامطبوع به یک منبع ارزشمند تبدیل می‌شوند.

تولید پلی‌ پروپیلن زیستی با روشی جدید توسط شرکت Mitsui

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

وزرات محیط‌ زیست ژاپن، شرکت صنایع شیمیایی Mitsui را مأمور کرده است تا تولید پلی‌پروپیلن زیستی را به‌طور مؤثری برنامه‌ریزی کند.

این طرح با هدف حمایت از جامعه بدون کربن و در قالب برنامه‌های ژاپن برای کم کردن نشر گازهای گلخانه‌ای انجام می‌گیرد‌.

پلی‌پروپیلن کاربردهای گسترده‌ای دارد که عبارت‌اند از:

• تولید انواع قطعات خودرو،
• لوازم پزشکی و لوازم آشپزخانه.

این ترکیب رزینی با اینکه ۲۰ سال است که در ژاپن در صنایع مختلف استفاده می‌شود اما هم‌چنان در تولید آن از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌شود.

علت این امر مشکلات تکنیکی است که در تولید زیستی این محصول وجود دارد که باعث شده است هنوز در تولید آن در سطح تجاری وجود نداشته باشد.

شرکت Mitsui موظف شده است تا تمامی جنبه‌های تولید پلی‌پروپیلن از جمله کیفیت، صرفه‌ اقتصادی و تأثیرات محیط‌ زیستی (برای کم کردن گازهای گلخانه‌ای) را بررسی کند.

برای تجاری‌سازی پلی‌پروپیلن زیستی با شرکت Kaisei همکاری شده است. پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۴ تولید این محصول زیستی در قالب صنعتی آغاز شود.

برای تولید پلاستیک‌های تجاری از نفت خام استفاده می‌شود که برای تولید آن میلیون‌ها سال زمان لازم است؛ اما پلاستیک‌های زیستی از گیاهان تولید می‌شوند.

گیاهان برای رشد، دی‌اکسید کربن موجود در جو را جذب می‌کنند‌، بنابراین تولید پلاستیک‌های زیستی از گیاهان به کم کردن گرمای جهانی کمک می‌کند.

روش جدیدی که شرکت Mitsui برای تولید پلی‌پروپیلن زیستی پیشنهاد داده است به لحاظ اقتصادی از سایر روش‌های پیشین به‌صرفه‌تر است.

در این روش ابتدا گیاهان که عموماً از انواع غیرخوراکی هستند تخمیر می‌شوند تا ایزوپروپانول (IPA) تولید شود. در مرحله‌ بعد دهیدراسیون برای تولید پروپیلن انجام می‌شود.

در پایان نیز پلیمریزاسیون انجام می‌شود.

شرکت Kaisei از مواد زائدی که در تولید پروپیلن زیستی در شرکت Mitsui باقی می‌ماند استفاده می‌کند و این مواد را به کود مورد نیاز برای پرورش زیست‌توده‌‌های اولیه در تولید پروپیلن زیستی تبدیل می‌کند.

هم‌چنین از مواد زائد برق تولید می‌کند که از آن برای تأمین برق لازم در تولید

استفاده می‌شود. بدین‌ترتیب فعالیت چرخه‌ای انجام می‌شود که دوستدار محیط‌ زیست است.

انجام این فعالیت توسط شرکت Mitsui در جهت برقراری هارمونی میان محیط‌ زیست و جوامع انسانی بسیار مؤثر است.

تبدیل پسماندهای کشاورزی به بیواتانول

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

بحران جهانی انرژی و اتمام سوخت‌های فسیلی، باعث شده است که تولید اتانول از منابع ارزان قیمت به‌عنوان مکمل و یا حتی جایگزین برای سوخت‌های فسیلی به حساب آید.

گروهی از پژوهشگران دانشگاه تهران در مورد استفاده از پسماندهای کشاورزی مانند خوراک لیگنوسلولزی و دانه‌های نشاسته‌ای برای تولید بیواتانول تحقیقی انجام داده‌اند.

یکی از مزایای اتانول این است که برخلاف سوخت‌های فسیلی باعث افزایش گازهای گلخانه‌ای نمی‌شود.

آلودگی هوا به‌عنوان یکی از عوامل مرگ ‌و میر در نظر گرفته می‌شود، در حال حاضر بیشتر آلودگی هوا مربوط به وسایل حمل ‌و نقل است.

بنابراین جایگزینی تدریجی سوخت‌های مایع فسیلی با سوخت‌های زیستی مانند بیواتانول ممکن است که در کاهش آلاینده‌های هوا در شهرهای بزرگ کمک کند.

میزان تولید ضایعات و پسماند محصولات کشاورزی در ایران بسیار بالا است و می‌توان از آن‌ها به‌عنوان منابع غنی از ترکیبات مغذی در تولید اتانول استفاده نمود.

مطالعات مختلف نشان داده‌اند که ضایعات محصولات کشاورزی بازدهی خوبی در تولید اتانول داشته‌اند.

در تحقیقی که توسط حامد کاظمی و همکارانش انجام شده است، خوراک‌هایی که برای تولید بیواتانول استفاده می‌شوند به‌طور کلی به سه گروه طبقه‌بندی شده است:

• محصولات حاوی شکر یا ساکارز مانند نیشکر و چغندرقند
• دانه‌های نشاسته‌ای مانند ذرت و گندم
• خوراک‌های لیگنوسلولزی حاصل از ضایعات بخش غیرقندی محصولات کشاورزی مانند علف، نی و چوب

از میان سه گروه اصلی مواد اولیه، خوراک‌های لیگنوسلولزی فراوان‌ترین منبع زیست‎‌توده هستند.

سالانه مقدار زیادی زباله از فراورده‌های محصولات زراعی مانند سیب، جو، هویج، ذرت، خرما، انگور، برنج، گندم، چغندرقند و نیشکر به‌دست می‌آید.

به‌طور کلی بسیاری از این ضایعات غنی از سلولز، همی سلولز، قندها و فیبرهای محلول مانند پکتین است که از آن‌ها به‌عنوان منبع تغذیه برای صنعت بیواتانول استفاده می‌شود.

برای تولید بیواتانول از نشاسته توسط سلول‌های مخمر، ابتدا ساختار آن باید تجزیه شود تا از طریق هیدرولیز آن گلوکز به‌دست آید.

از طرف دیگر تولید بیواتانول از لیگنوسلولز نیز صورت می‌گیرد.

لیگنوسلولز از سه پلیمر اساسی یعنی سلولز، همی‌سلولز و لیگنین تشکیل شده است.

سلولز و همی‌سلولز بخشی از کربوهیدرات را از طریق پیوندهای هیدروژنی و کووالانسی به‌صورت محکم به لیگنین متصل می‌کند؛ بنابراین تبدیل خوراک‌های لیگنوسلولزی به اتانول پیچیده‌تر از نمونه‌های نشاسته‌ای است و به روش‌های فیزیکی و شیمیایی متعددی نیاز دارد.

روش‌های فیزیکی را می‌توان از طریق پیرولیز و تابش‌های پرتو الکترونی انجام داد.

در بین تمام زیست‌توده‌ های مورد بررسی برای تولید بیواتانول؛ برنج، ذرت و گندم بیشترین بازده را داشته‌اند.

از طرف دیگر مواد لیگنوسلولزی نیز می‌توانند به‌عنوان منبع تغذیه بالقوه‌ای برای تولید بیواتانول در نظر گرفته شوند.

در این حالت حتی فراورده‌های فرعی تخمیر اتانول که از مواد باقی‌مانده غنی از لیگنین هستند نیز می‌توانند برای تولید بخار و برق استفاده شوند.

به‌طور کلی از مزایای استفاده از اتانول به‌عنوان سوخت، می‌‌توان به تجدیدپذیر بودن، تمیز بودن و عدم تولید گازهای گلخانه‌ای طی سوختن آن اشاره کرد.

در حقیقت از آنجا که دی‌اکسید کربن حاصل از سوختن اتانول، طی کشت غلات و نیشکر مورد استفاده در تولید این ماده مصرف می‌شود، بنابراین برخلاف سوخت‌های فسیلی، دی‌اکسید کربن حاصل از احتراق آن افزایش گازهای گلخانه‌ای را به همراه ندارد.

امروزه اتانول به سه هدف و شکل متفاوت در سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرد که عبارت‌اند از دو بار فرموله کردن بنزین، مخلوط نمودن اتانول و بنزین با درصدهای مختلف و همچنین برای اکسیژنه نمودن بنزین جهت کنترل مونوکسید کربن نیز کارایی دارد.