مقالات بيوانرژي

بحران انرژي نه تنها از منظر كاهش ذخاير سوخت هاي فسيلي، بلكه از نگاه زيست محيطي و آلودگي منابع طبيعي، آينده بشريت را تهديد مي كند. جايگزيني سوخت هاي فسيلي با سوختهاي سبز همواره از آرزوهاي هواداران محيط زيست بوده است كه موفقيت هايي را در پي داشته و شاهد استفاده از سوخت مشتق از روغن برخي گياهان همچون ذرت در دنيا هستيم. اين سوخت با توجه به مشكلات عديده از جمله كارآيي پايين آن؛ نياز به عرصه وسيع جهت كشت، و از همه مهمتر رقابت با موضوع مهم تغذيه انساني در كنار رشد روزافزون جمعيت، نمي تواند نقش تعيين كننده اي را در آينده سوخت سبز جايگزين ايفا نمايد. موضوع استفاده از ريزجلبك ها با توجه به وجود پتانسيل آنها در توليد روغن هاي قابل سوخت تا سطح 60 درصد در برخي گونه ها از يك طرف، كارآيي بالاي آنها، امكان كشت و پرورش برخي با بهره گيري از منابع آبهاي غير قابل شرب و كشاورزي و زمين هاي شور بلا استفاده وهمچنين امكان دستكاري هاي غذايي (محدوديت هاي غذايي) و دستكاري هاي ژنتيكي به منظور دستيابي به بهترين سويه جلبكي جهت توليد سوخت هاي زيستي از سالهاي قبل در آمريكا شروع شده است كه نتايج ارزشمندي را به همراه داشته است. با اين ديدگاه، جمع آوري ريزجلبکها با در نظر گرفتن سازش به مناطق خشک، آبهاي شور و همچنين امکان کشت و پرورش در مقياس آزمايشگاهي در اين پروژه مورد توجه قرار گرفت و ضمن ارزيابي ترکيبات بيوشيميايي گونه هاي استخراح شده، محيط هاي کشت مختلف جهت کشت مورد مقايسه قرار گرفت. از 16 ريز جلبک مورد بررسي گونه ايزوکراسيس گالبانا از رده Prymnesiophyceae با داشتن 23 درصد چربي در بين گونه هاي مورد مطالعه بالاترين درصد چربي و بعد از آن گونه ديگري از همين جنس، ايزوکارسيس آف گالبنا با %20 چربي، نانوکلرويس اتوموس از رده Chlorophyceae با %21 چربي و سپس تالاسيوسيرا پسودونانا از رده Bacillariophyceae با %19 چربي قرار گرفتند. بهترين محيط کشت براي توليد آزمايشگاهي ايزو کراسيس گالبنا، محيط F/2 است که به توليد %23.67 چربي در اين ريز جلبک انجاميد گرچه در خصوص ساير ريز جلبک ها از جمله دناليلا ترتيولکتا نيز محيط کشت F/2 بهترين پاسخ را در بر داشته است.

در اين مقاله به شرح پالايشگاههاي زيستي مي پردازيم و فرايندهاي صورت گرفته بر روي زيست توده و تبديل آن به انرژي زيستي و سوخت زيستي مورد بررسي قرار مي گيرد و اثراتي كه هم سوختهاي زيستي و هم سوختهاي فسيلي بر روي محيط زيست مي گذارد با هم مقايسه مي شوند. همچنين روي سوختهاي زيستي نسل اول و دوم وحتي سوم بحث مي شود و چالشهاي موجود در توليد نسل جديد اين سوختهاي زيستي بيان مي گرد د.در قسمت ديگر بازار مواد سوختي زيستي و كاربرد آن در وسايل مختلف و آينده آن آورده مي شود. در نهايت روي تبديل زيست توده به گاز در بستر شناور تحقيق شده است. در اينجا از دو تقريب براي شروع و مراحل اصلي تبديل به گاز زيست توده آورده مي شود.

جمهوري اسلامي ايران با مشكلات فراوان زيست محيطي به دليل رشد مصرف انرژي، پايين بودن كيفيت سوخت هاي فسيلي مصرفي و كمبود روش هاي كنترلي مناسب درگير مي باشد. در راستاي اين موضوع، در اين پژوهش منابع جديدپذير انرژي به گونه مختصر مورد ارزيابي قرار گرفته شده است. سپس با استفاده از منابع موجود به ارزيابي فوايد و مضرات زيست محيطي استفاده از سوخت هاي زيستي به ويژه بيوگاز مورد ارزيابي قرار مي گيرد. بررسي هاي نشان داد که استفاده از سوخت هاي زيستي نه تنها مي تواند اثرات سوء ناشي از مصرف سوخت هاي فسيلي را تا حد چشمگيري کاهش دهد.

امروزه استفاده بيش از اندازه از منابع نفتي و نگراني ناشي از پايان پذيري سوخت هاي فسيلي و همچنين آلودگي روزافزون زيست محيطي به سبب استفاده از اين سوختها باعث شده است صنعتگران به فكر جايگزيني مناسب براي اين سوخت ها باشند. اتانول يكي از موادي است كه مي تواند جايگزين مناسبي براي سوخت هاي فسيلي باشد. در مقاله پيش رو به بررسي خالص سازي اتانولي که از طريق توالي برج هاي تقطير با تخمير باگاس نيشکر بدست مي آيد، با شبيه سازي در نرم افزار Hysys پرداخته شده است و چيدمان بهينه برج هاي تقطير براي رسيدن به بالاترين خلوص ممکن اتانول در توالي اين برج ها نتيجه شده است و پيشنهاداتي براي بهينه سازي مصرف انرژي بخش نم زدايي واحد و نيز چيدماني نوين براي اين مرحله از فرآيند ارايه شده است. همچنين در پايان به بررسي تاثير تغييرات فشار و رفلاکس و نيز تغييرات تعداد سيني بر ميزان خلوص اتانول در روش هاي ارايه شده پرداخته شده است و راه هايي براي بالا بردن درجه خلوص و کم کردن هزينه و مصرف انرژي پيشنهاد شده است.

در سال هاي اخير, توجه بسياري به مساله تبديل زيست توده به بايواتا نول شده است.انرژي هاي بيولوژيكي ,سوخت هاي تجديدپذير با حداقل آلودگي هستند و نقش مهمي در كاهش آلودگي گازهاي گلخانه اي دارند. يكي ازآنها بايوا تا نولي است كه از عمليات تخميري بدست مي آيد. توجه جهان در بكارگيري بايواتا نول به عنوان منبع ا نرژي بر روي كاهش قيمت توليد و ا فزايش بازده صنعت توليد اتانول متمركز شده است. براي رسيدن به اين هدف بايد به دنبال ميکروارگانيسمي کارآمد، سوبستراي ارزان قيمت و شرايط محيطي مناسب باشيم. هدف از اين پژوهش اين بود که با استفاده از يک نمونه قارچي که شامل چندين مخمر توليد اتانول از مواد قندي دست يافت. مطالعات بر روي کشت سلولي قارچ کامبوچا صورت گرفت. کامبوچا حاوي ميکروارگانيسم هاي بسياري است از جمله: ساکارومايسس سرويزيه (Saccharomyces Cerevisiae)، کانديدا (Candida) اين مخمرها مواد قندي در دسترس را مصرف کرده آنزيمي توليد مي کنند که باعث توليد الکل مي شود و در ساختمان اين قارچ هر دو مخمر به وفور يافت مي شود. همچنين تکثير و رشد اين قارچ آسان است و قابليت استفاده مکرر دارد. غلظت اتانول توليدي با اين روش %20 است لذا اين فرايند از بازده بالايي برخوردار است و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه تر است. اتانول داراي عدد اکتان بالاتر از بنزين است و با استفاده از آن در موتور احتراقي نسبت تراکم افزايش يافته، موتور بهتر کار مي کند و توليد اين بايوانرژي کمک شاياني به صنعت حمل و نقل محيط زيست مي کند.

در طي سال هاي اخير پيشرفت هاي قابل توجهي در زمينه استفاده و تبديل زيست توده هاي هيدروكربني بمنظورتوليد فرآوردهاي سوختي تجديدپذير بعنوان جايگزين سوخت هاي حاصل از پالايش نفت خام بدست آمده كه داراي خواص يكسان با سوخت هاي فسيلي بوده و كاربرد يكساني دارا مي باشند. در اين روش از نوعي تکنولوژي بنام فرآيند بيوفورمينگ استفاده مي شود که با بکارگيري فرآيند کليدي بهسازي فاز آبي يا (APR) و نيز استفاده از فرآيندهاي کاتاليستي جهت عمليات چگالش بازي و اسيدي، از موادي مانند نيشکر و باگاس، هيدروکربن هايي توليد مي شود که مي توان از آنها به عنوان سوخت بطور مستقيم و يا به صورت ترکيب با فرآورده هاي سوختي ديگر استفاده کرد. علاوه بر اين با استفاده از روش هاي خاص وابسته به اين نوع فرآيندها ترکيبات اسيژنه شده اي همچون الکل، کيتون، آلدئيد و ديگر پلي آل ها توليد مي شود.
در طي فرآيندهاي مذکور ابتدا هيدورکربن هاي محلول در آب بصورت کاتاليستي هيدورژنه شده و سپس بوسيله فرآيند بهسازي فاز آبي به واسطه هاي شيميايي تبديل مي شوند. در مراحل بعدي با استفاده از فرآيندهاي کاتاليستي بيشتر، واسطه هاي شيميايي به فرآورده هاي مايع سوختي تجديدپذير همچون بنزين، سوخت جت، سوخت ديزل و ترکيبات شيميايي تبديل مي شوند.

در حال حاضر اتانول به عنوان يك منبع قابل اعتماد مي تواند به عنوان سوخت مطرح باشد. اتانول در هر كشوري با توجه به منابع آن كشور قابل توليد است. مثلا در ايران از ملاس در آمريكا از ذرت در اروپا از سيب زميني و ... اتانول به دست مي آورند. نفت و محصولات وابسته به آن آسيب هاي زيادي را به محيط و سلامت انسانها وارد مي كند و درمان بيماري ها نيز هزينه بسياري مي خواهد كه به اقتصاد كشور آسيب مي رساند. عليرغم اينكه كارخانجات و نيروگاه ها تعدادشان بسيار اندك است و كنترل عملكرد آنها بسيار آسان است اما تعداد اتومبيل هايي كه در جهان در حال حركتند و از سوختهاي نفتي و بنزيني استفاده مي كنند بسيار زياد است و كنترل آنها امكان پذير نيست. در حالي که وسايل حمل و نقل اصلي ترين عامل ايجاد گازهاي گلخانه اي و پراکندن آنها در فضا هستند. پژوهشگران ضمن بررسي اين مشکلات تنها راه حل ممکن را کاهش وابستگي انسان ها به نفت و فرآورده هاي آن عنوان مي کنند. شايد روزي اين مساله يک رويا بود اما چندي است دانشمندان اقدام به استفاده از اتانول به جاي سوخت در اتومبيل ها کرده اند. ترکيب اتانول با نفت در باک سوخت اتومبيل ها به کاهش آلودگي هوا کمک مي کند اما مشکل عمده اين سوخت قيمت بالاي آن است. در حال حاضر اتانول با قيمتي بسيار بالا فروخته مي شود و در صورتي که کشورهاي مختلف تصميم به اجراي اين طرح داشته باشند بايد يارانه زيادي به اتانول تعلق گيرد مردم هم بتوانند از آن استفاده کنند. با مصرف سوخت اتانول به جاي سوختهاي فسيلي ميزان انتشار گازهاي گلخانه اي را که عامل گرمايش زمين شناخته شده اند تا حدودي کاهش مي يابد. اتانول را ميتوان از گندم، شکر، روغن نخل، ياحتي از روغن خوراکي بازيافت شده از رستوران هاي غذاهاي سريع بدست آورد.

در سالهاي اخير روند رو به رشد مصرف انرژي، پديده بحران انرژي را در جهان بوجود آورده است. مصرف روز افزون انرژي حاصل از سوختهاي فسيلي اگر چه رشد سريع اقتصادي جوامع مختلف را بهمراه داشته است اما بواسطه انتشار آلاينده هاي حاصل از احتراق سوخت هاي فسيلي و افزايش دي اكسيد كربن در اتمسفر و پيامدهاي ناشي از آن، جهان را با تغييرات تهديدآميزي روبرو ساخته است؛ از ديگر سوي محدوديت منابع فسيلي، غيرقابل تجديدپذير بودن اين منابع و پيش بيني افزايش قيمتها موجب گرديده است تا سياست گذاران و برنامه ريزان بخش انرژي با انجام مطالعات ساختاري، تغيير حاملهاي انرژي و حركت بسوي سوختهاي پاك را در رئوس برنامه هاي كاري خود قرار دهند و يكي از اين گزينه ها، استفاده از انرژي حاصل از منابع زيست توده مي باشد.
در حال حاضر بيوگاز به عنوان يکي از منابع عمده تامين انرژي در دنيا مطرح است و اين گاز را هم بطور مستقيم در تامين انرژي حرارتي و روشنايي و هم به عنوان يک گزينه مناسب براي استفاده در مولدهاي احتراق، داخلي، ميکروتوربين ها ،پيل هاي سوختي و ... جهت توليد برق مورد استفاده قرار مي دهند. در کشورمان ايران نيز تحقيقات گسترده اي در زمينه کاربرد بيوگاز در حال انجام است؛ لذا استفاده از بيوگاز چشم انداز بسيار روشني را در آينده براي بخش انرژي کشور ترسيم مي نمايد. در اين مقاله سعي شده است تا ضمن بررسي جايگاه اين منبع انرژي زيستي در تامين انرژي مورد نياز، اهميت کاربرد آن مورد بررسي قرار گيرد.

از مجموع 18 ميليون هكتار زمين كشاورزي كه در كشورمان به كشت زراعي و باغي اختصاص يافته است، بر اساس آمارهاي موجود 70 ميليون تن محصول كشاورزي توليد مي شود كه با احتساب 80 درصد از وزن رويشي محصول نهايي كه جزء بقايا محسوب مي شود، ساليانه حدود 500 ميليون تن بقاياي گياهي متاسفانه روند عملي مناسبي در كشور نداشته و در 86% از استانهاي كشور بدليل تسريع در كشت دوم و به تعبيري نامناسب مبارزه با آفات عمل سوزاندن به انجام مي رسد. بررسي ها نشان مي دهد در صورت مديريت مناسب مي توان از اين حجم وسيع پسماندهاي توليدي در بخش كشاورزي، ميزان قابل توجهي از انرژي مورد نياز كشور را تامين نمود. ارايه اين آمار و اطلاعات و نيز آگاهي از اثرات سوء عدم مديريت مناسب موجود در بخش پسماندهاي كشاورزي مي تواند در تصميم گيري و سياست گذاري در بخشهاي كشاورزي، انرژي و محيط زيست كشور موثر و مفيد واقع شود.

انرژي از عوامل ضروري براي توسعه محسوب ميشود و بنابراين بررسي، اصلاح و استفاده بهينه از منابع آن اهميت به سزايي دارد. پايداري توسعه بطور عمده وابسته به سيستمهاي انرژي با بازدهي بالاتر و آلايندگي كمتر است. به اين منظور بسط و گسترش انرژيهاي پاك و تجديدپذير امري اجتناب ناپذير مي نمايد. انرژي بيوماس يا بيوانرژي به عنوان انرژي اي كه از بطن طبيعت منشا ميگيرد و طيف وسيع منابع آن در تمامي نقاط موجود است، پتانسيل بالايي در اين زمينه داراست. استفاده از مشتقات بيوانرژي علاوه بر مزاياي زيست محيطي موجب بهبود امنيت انرژي در گستره اي وسيع نيز ميشود؛ كه ازجمله مهمترين ضرورتهاي نيل به توسعه پايدار است. در اين مقاله لزوم و روشهاي بهره برداري از منابع بيوانرژي در راستاي دستيابي به توسعه پايدار تحقيق مي شود.

كشاورزي مدرن يك فرايند به شدت وابسته به انرژي است. به هر حال بهره وري بالا در كشاورزي و متعاقب آن انقلاب صنعتي باعث مصرف انرژي فراواني در اين بخش مخصوصا انرژي فسيلي گرديده است. با افزايش قيمت جديد و كميابي سوختها فسيلي تمايل به استفاده از ديگر منابع انرژي مانند انرژي خورشيد باد و زمين گرمايي و غيره روز به روز بيشتر خواهد شد. بنابراين اين منابع انرژي قادر به تامين نيازها انرژ در بخش كشاورزي به لحاظ اقتصادي نيستند. يک سيستم مبتني بر انرژي زيست توده که به صورت مدام و فراوان براي حمل و نقل در طول جنگ جهاني دوم استفاده مي شده گازي سازي چوب يا زيست توده بوده است. تبديل کردن به زيست توده به گاز سوختن ناقص زيست توده است که نتيجه آن توليد منواکسيد کربن، هيدروژن و مقدار ناچيزي گاز متان است. به مجموعه اين گازهاي توليد شده گاز مولد گفته مي شود. گاز مولد مي تواند استفاده شود در موتورهاي احتراق داخلي و نيز ميتواند به عنوان سوخت جانشين (نفت کوره) در کاربردهاي مستقيم توليد حرارت استفاده شود. همچنين با توليد متانول که يک روش جالب شيميايي است مي تواند در موتورهاي توليد حرارت در صنايع مورد استفاده قرار گيرد که از لحاظ اقتصادي نيز مقرون به صرفه است. از آنجاييکه فرايند گازي سازي ميتواند براي بسياري از منابع زيست توده کاربرد داشته باشد بنابراين اين روش بسيار جالب تر از توليد اتانول يا بيوگاز از زيست توده است در جاييکه توليد سوخت از منابع زيست توده مدنظر باشد.

يكي از مشكلات اساسي محلهاي دفن بهداشتي، توليد شيرابه ناشي از زباله مي باشد، كه ميتواند موجب آلودگي منابع آبهاي سطحي، زيرزميني و خاك دفنگاه را فراهم آورد. كيفيت شيميايي شيرابه متفاوت و بسته به فاكتورهاي متعددي همچون كيفيت مواد موجود در دفنگاه، طبيعت زباله ها، واكنشهاي شيمي و بيولوژيك مواد زباله، وسعت سطح دفنگاه و رطوبت اوليه زباله مي باشد. در اين مقاله ضمن بحث در خصوص روش هاي متفاوت خنثي سازي و کاهش BOD و COD شيرابه توليدي در محل دفن زباله هاي شهري شامل روش هاي فيزيکي، شيميايي و يا بيولوژيکي پرداخته مي شود. بر مبناي تجربيات اجراشده در ايران و ساير کشورهاي ديگر، سامانه لاگوني به دلايلي همچون سادگي در اجرا، کاهش هزينه هاي اجرايي و عدم نياز بکارگيري نيروهاي متخصص، ضمن رعايت مسايل بهداشتي، به عنوان يک روش مناسب اجرايي براي اکثر نقاط ايران انتخاب گرديده و راهکارهاي مناسب اجرا نيز ارايه شده است.

امروزه، توليد زايدات جامد شهري (زباله ها) در شهرهاي بزرگ بعنوان يك معضل زيست محيطي مطرح ميباشد. تركيب متفاوت مواد موجود در زايدات، رطوبت و حجم مختلف زايدات توليدي در شهرهاي جهان، دست اندركاران امر را نيازمند ارايه راهكارهاي متفاوت بهينه براي حل اين معضل نموده است. استحصال انرژي از زباله ها، بعنوان يك راهكار مناسب، اقتصادي، زيست محيطي و كارآمد در كشورهاي مختلف جهان مطرح بوده و بطور گسترده در كشورهاي مترقي بكار برده ميشود. توليد انرژي از زايدات جامد شهري به عنوان يکي از راهکارهاي توسعه اجتماعي و اقتصادي از سوي دست اندرکاران سازمانهاي بين المللي براي کشورهاي با درآمد پايين انتخاب و ارايه شده است. در اين نوشتار ضمن ارايه وضعيت چگونگي نتايج برنامه هاي اجرا شده در جهت استحصال انرژي (عمدتا الکتريکي) در برخي از کشورهاي جهان گرديده و سعي در گشودن مسير مناسب براي توسعه اين فناوريها در ايران گرديده است.

تبديل ترموشيميايي به گاز كه گازي كردن يا گاز يفيكاسيون نيز ناميده مي شود گزينه ايست كه در سه دهه گذشته توسعه و كاربرد چشمگيري در كشورهاي مختلف جهان داشته است. در بسياري از كشورهاي دنيا، نيروگاههاي متعددي با كمك اين فناوري و با استفاده از چوبهاي جنگلي و زايدات كشاورزي و چوبي احداث شده و به بهره برداري رسيده اند. در امريكا حدود 70% از كارخانجات صنايع چوب، انرژي مورد نياز خود را با اين روش از زايدات چوبي تامين نموده و هيچ نيازي به برق شبكه يا سوختهاي فسيلي ندارند. در چين و بسياري از كشورهاي جهان سوم مانند فيليپين، اندونزي و برزيل از اين فناوري براي تامين انرژي روستاها يا صنايع چوب و صنايع تبديلي محصولات كشاورزي استفاده مي شود. با توجه به وجود ميزان قابل توجه زايدات كشاورزي و چوبي در كشور به ويژه در مناطق روستايي، لذا تكنولوژي گازي سازي راهكار مناسبي براي تامين بخشي از انرژي مورد نياز در كشور مي باشد.

مسايل زيست محيطي و نگرانيهاي ناشي از مهاجرت روستاييان و رشد بي رويه شهرنشيني، بر لزوم تغيير نظام كنوني انرژي افزوده است. بديهي است كه نظام انرژي جايگزين بايد مبتني بر منابع انرژي تجديدپذير باشد. استفاده از زيست توده به عنوان يك منبع انرژي، نه تنها از نظر زيست محيطي، بلكه به دلايل اقتصادي، اجتماعي و هم چنين سهولت كاربرد، جذاب است. امروزه موج جديدي از بيوتكنولوژي به سرعت در حال گسترش مي باشد. اين نوع بيوتكنولوژي صنعتي از سيستم هاي بيولوژيكي براي توليد سوختهاي شيميايي مفيد استفاده مي شود. اين تكنولوژي عموما بر اساس بيوكاتاليست ها (استفاده از آنزيم ها و سلول ها براي كاتاليز كردن واكنش هاي شيميايي) و فرمانتاسيون (استفاده مستقيم از ميكرو ارگانيسم ها) با توجه به ژنتيك مولكولي مي باشد. اين تكنولوژي براي كمك به شيمي سبز كه در آن منابع تجديدپذيري مانند قندها و روغن هاي گياهي به مواد شيميايي مختلفي از جمله بيوسوخت ها مانند بيو اتانول و بيوديزل تبديل مي شوند، گسترش يافته است.