تبلیغات
amirali mirsajadi - بیواتانول

بیو اتانول سوخت سبز

پیش رفتن کشورهای دنیا به سمت صنعتی شدن و نیز روند رشد جمعیت از جمله­ی عواملی هستند که نیاز روزافزون به منابع انرژی را روز به روز افزایش می دهند. باتوجه به  محدود بودن منابع سوخت های فسیلی و نیز لحاظ کردن مشکلاتی که این نمونه سوخت ها از نظر زیست-محیطی بوجود می آورند، بحث مطرح نمودن سوختی جایگزین که سازگاری بهتری با محیط زیست داشته باشد و از منابع تجدید پذیر حیات تامین شده باشد را بطور جدی مطرح می سازد. پیش بینی می شود که در سال های آتی، تو لید نفت خام در دنیا از میزان کنونی آن کمتر باشد و روند رو به کاهشی را داشته باشد به گونه ای که تخمین زده می شود  که تا سال 2050 کل تولید نفت خام در دنیا از میزان 25 بیلیون بشکه به 5 بیلیون بشکه کاهش می یابد.

 
 

تمایل به تولید الکل از سلولز در تمام دنیا رو به افزایش است مواد سلولزی را می­توان برای تولید سوخت استفاده نمود به طوری که کل تولید خالص گازهای گلخانه‏ای کاهش یابد. مواد سلولزی به صورت محصول جانبی فرآیندهای صنعتی و کشاورزی قابل دسترس می­باشد. فناوری تبدیل مواد سلولزی دارای مشکلات  فنی و اقتصادی متعددی بوده که از تجاری شدن این فناوری تا این لحظه جلوگیری کرده است.  همانگونه که می­دانیم مواد سلولزی به عنوان ضایعات کشاورزی شامل محصولات زراعی و باغی و ضایعات کارخانه­های کاغذ سازی سالیانه در کشور به عنوان مواد زائد و دور ریختنی تولید می­شوند.



متأسفانه دور ریختن این مواد باعث تخریب محیط زیست و سوزاندن آنها آلودگی شدید هوا را به دنبال دارد. یکی از راه های مناسب برای استفاه از این زائدات تبدیل آنها به الکل اتیلیک می­باشد. محصول فوق در غلظت­های مختلف (80-100%) تولید می­شود. از الکل تولیدی می­توان به عنوان سوخت به صورت خالص (E100 ) یا به صورت مخلوط با بنزین (30% الکل E30) استفاده کرد. علاوه بر آن از الکل تولیدی به عنوان حلال یا مصارف طبی استفاده می­شود.

اتانول یکی از جمله موادی است که بعنوان جایگزین برای سوخت های فسیلی مطرح می باشد. با توجه به اینکه اتانول دارای 35% اکسیژن در ترکیب خود می باشد یک سوخت تمیز به شمار می­رود که می تواند تولید گازهای گلخانه ای و ذرات معلق را که در طی فرایند احتراق تولید می شوند به میزان قابل ملاحظه ای کاهش دهد. یکی دیگر از مزایای استفاده از اتانول این است که می تواند از منابع تجدید پذیر حیات - بر پایه ی مواد سلولزی - که به میزان قابل توجهی در طبیعت یافت می شود تولید شود و بدین وسیله هم از مواد اولیه ی ارزان قیمت و در دسترس استفاده می نماید و هم مشکلات دور ریز این مواد و انباشته شدن آنها در محیط زیست را برطرف می نماید. برای نمونه می توان به دور ریز چوب فراورده های جنگلی و کشاورزی، دور ریز پساب کارخانه های صنعتی نظیر کارخانه های کاغذ سازی و نساجی (الیاف کتانی)، پس مانده های کارخانه ی نیشکر، برنج، گندم، ذرت و جو و نیز دور ریز کارخانه های کمپوت( نظیر هسته ی میوه جات) اشاره نمود.

تخمین زده می شود که به تنهایی در آمریکا 2 کیلوگرم پس مانده ی جامد شهری به ازای هر شهروند در روز تولید می شود و شایان ذکر است که هر تن پس مانده ی شهری از دیدگاه انرژی معادل با یک بشکه ی نفت می باشد.

بدلیل اهمیت مشکلات زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی، اتحادیه ی اروپا در نوامبر سال 2001 طی قانونی کشورهای عضو را وادار به استفاده از منابع تجدید پذیر حیات برای تولید سوخت نموده است، به نحوی که بر طبق این قانون در سال 2010 می بایستی  75/5% کل سوخت مصرفی این کشورها از این منابع تامین شده باشد.

اتانول می تواند به تنهایی یا در ترکیب با بنزین و یا گازوئیل برای استفاده ی سوخت خودروها استفاده شود و ایالات متحده ی آمریکا کارخانه های تولید خودرو را موظف به طراحی موتورهای خودروی سازگار با این نمونه سوخت ها نموده است. برای نمونه، یک ترکیب خاص سوخت خودرو که E-85 نام دارد از ترکیب 85% حجمی اتانول با 15% بنزین استفاده می نماید.

یکی از مشکلات مطرح در مورد استفاده از اتانول به عنوان سوخت، بالا بودن قیمت نهایی آن می­باشد که با پیشرفت فرایند تولید اتانول، روند رو به کاهش را طی می کند. برای نمونه، چنانچه برای هر تن خوراک جامد جهت تولید اتانول در آمریکا قیمت 25 دلار را در نظر بگیریم، قیمت تمام شده ی اتانول از قیمت فعلی 16/1 دلار به 76/0 دلار در سال 2015 کاهش خواهد یافت که حدود 34% کاهش قیمت را نشان می دهد. در خاتمه به منظور اینکه از میزان اتانول تولیدی به ازای خوراک ورودی تقریبی داشته باشیم هر تن تفاله ی نیشکر خشک توانایی تولید 440 لیتر اتانول را دارد. روشن است که این میزان تولید بیش از هر چیز به میزان سلولز موجود در خوراک، فرایند و شرایط عملیاتی تبدیل سلولز به اتانول بستگی دارد.


 

فرایند تولید بیواتانول

فرایند کلی تبدیل سلولز به اتانول مشتمل بر چهار واحد اصلی زیر می باشد:

1-                        آماده سازی (pre-treatment)

2-                        هیدرولیز     (hydrolysis )   

3-                        تخمیر     (fermentation)

4-
                       جداسازی و خالص سازی  (separation/purification )

شایان ذکر است که آماده سازی و هیدرولیز از مهمترین بخشهای فرایند تبدیل سلولز به اتانول می­باشند که بخش عمده­ی هزینه­ی فرایند را به خود اختصاص می دهند. زیرا اهداف این دو واحد تبدیل مواد اولیه سلولز به گلوکز به عنوان یک ماده ی میانی فرایند می باشد که پس از عمل تخمیر، به اتانول تبدیل خواهد شد و در واحد جداسازی و خالص سازی الکل با درجه ی خلوص دلخواه و مورد نظر بدست می آید.

1- آماده سازی

همانگونه که می­دانیم مواد لیگنو-سلولزی بدلیل ساختار فیزیکی لیگنین و نیز ساختار کریستالی سلولز در مقابل عمل هیدرولیز از خود مقاومت نشان می دهند که این مانعی در برابر فرایند کلی تبدیل سلولز به اتانول و پایین آوردن بهره ی فرایند می شود. بنابر این قبل از اینکه مواد اولیه سلولزی را وارد فرایند هیدرولیز نماییم می بایستی آن را برای هضم این فرایند آماده کنیم. بدین منظور روشهای مختلفی را جهت آماده سازی بکار می برند که در ذیل به آنها اشاره خواهد شد. اهداف کلی عملیات آماده سازی عبارتند از: حذف لیگنین و همی سلولز -که باعث ایجاد مشکلاتی در عدم دستیابی به سلولز در فرایند هیدرولیز می شوند-، کاهش درجه ی کریستالی ساختار سلولز و نیز افزایش تخلخل، و یا به عبارتی افزایش سطح در دسترس برای فرایند هیدرولیز.

در انتخاب روش مورد نظر برای آماده سازی بایستی موارد زیر در نظر گرفته شود :

-                 روش انتخابی باید باعث افزایش تشکیل شکر در فرایند هیدرولیز شود.

-                 از هدر رفتن و از بین رفتن هیدراتهای کربن جلوگیری کند.

-                 از تشکیل محصولات جانبی و یا موادی که برای فرایند هیدرولیز ممانعت حاصل می کنند جلوگیری نماید.

-                 مقرون به صرفه باشد.

بایستی در نظر داشت که فرایند آماده سازی یکی از بخش­های پر هزینه ی فرایند کلی تبدیل سلولز به اتانول است، با این وجود یکی از بخشهایی است که پتانسیل زیادی را برای کاهش هزینه ی نهایی اتانول تولید شده (در اثر افزایش راندمان فرایند) دارد و تحقیقات بسیار وسیعی در مورد این فرایند انجام می شود.

2- هیدرولیز سلولز

بطور کلی سه روش برای هیدرولیز سلولز و تبدیل آن به اتانول در صنعت یافت می شود که عبارتند از هیدرولیز اسیدی، هیدرولیز آنزیمی و فرایندهای ترمو شیمیایی . روش هیدرولیز آنزیمی از جمله روش هایی است که پتانسیل بسیاری را برای تبدیل اقتصادی سلولز به اتانول دارد. امروزه با پیشرفت هایی که از لحاظ فنی در طراحی آنزیم ها انجام شده است و پایین آمدن قیمت آنزیم ها، دور نمای بسیار مناسبی را در عرضه اقتصادی اتانول از مواد تجدید پذیر حیات ایجاد کرده است.

از حیث نحوه ی قرار گرفتن فرایند های هیدرولیز و تخمیر، بطور کلی دو نمونه فرایند قابل تصور است که یکی انجام فرایند های هیدرولیز و تخمیر بصورت جداگانه بود (SHF) که روش سنتی برای انجام هیدرولیز مواد سلولزی است، و روش دیگر انجام دادن فرایند های تخمیر و هیدرولیز بصورت همزمان می باشد (SSF) .

3- تخمیر                                                                                                            

در این مرحله میکروارگانیسم های موردنیاز به همراه محلول حاوی قند که در فرآیند هیدرولیز سلولز تولید شده و آمونیاک و فسفات آمونیم به راکتور تخمیر فرستاده می­شود. در راکتور، تخمیر مواد قندی صورت گرفته و الکل تولید می­شود. راکتور فوق مجهز به همزن و سیستم خنک کن برای محتویات راکتور می­باشد. در این مرحله از آمونیاک به عنوان منبع نیتروژن و از فسفات آمونیم به عنوان منبع فسفر استفاده می­شود.

4-  تقطیر                                                                                                            

محتویات مخزن تخمیر پس از انتقال به مخزن ذخیره توسط پمپ به واحد تقطیر ارسال می شود. تعداد برج های تقطیر به خلوص مورد نیاز محصول بستگی دارد. هر کدام از برج های تقطیر مجهز به یک چگالنده و ریبویلر می باشد. الکل حاصله دارای درجه طبی بوده و قابلیت استفاده برای مصارف صنعتی و طبی را داراست.


منبع:http://www.bioethanolrc.ir  





طبقه بندی: شیمی،

تاریخ : پنجشنبه 13 مهر 1391 | 12:08 ب.ظ | نویسنده : امیرعلی میرسجادی | نظرات