مقالات بيوانرژي

محدوديت منابع انرژي و مشكلات ناشي از مصرف سوختهاي فسيلي باعث توجه به توسعه كاربرد منابع زيست توده براي توليد سوخت و انرژي (برق و حرارت) گرديد. فراواني، در دسترس بودن و عدم آلودگي زيست محيطي در كنار امكان توليد سوخت به فرم جامد، مايع و گاز از جذابيتهاي توسعه كاربرد انرژِي زيست توده در كشورهاي مختلف مي باشد. به طوريكه كه كشورهاي مختلف خصوصا كشورهاي صنعتي داراي برنامه هاي مناسبي براي پرداختن به امر تحقيق و توسعه در زمينه انرژي زيست توده مي باشند و تلاش مي كنند تا با ايجاد قابليتهاي مناسب بتوانند زمينه را براي رهايي از وابستگي به سوختهاي فسيلي فراهم نمايند. برنامه کشورهاي مختلف نظير کميسيون اروپا، آمريکا، چين و هند نمونه اي از اين برنامه هاي قابل ذکر و قابل تامل در زمينه انرژي زيست توده مي باشد. در اين ميان کشورهايي نظير هند و چين از پيشتازان در امر کاربرد انرژي زيست توده در ظرفيتهاي مختلف مي باشند و مرور برنامه هاي اين کشورها مي تواند در امر تدوين نقشه راه مناسب براي توسعه کشور در زمينه انرژي زيست توده مناسب باشد بدين منظور در اين مقاله سعي مي گردد برنامه تحقيق و توسعه کشور هندوستان در زمينه انرژي زيست توده ارايه گيرد.

از تخمير بي هوازي مواد زايد آلي توسط ميكروارگانيسمهاي مختلف گازي ايجاد مي شود كه آنرا اصطلاحا بيوگاز مي نامند. بيوگاز عمدتا شامل متان و دي اكسيد كربن است و ارزش حرارتي آن تقريبا معادل با نصف ارزش حرارتي گاز طبيعي است. اين بدان معناست كه از احتراق هر مترمكعب بيوگاز تقريبا 6 كيلووات ساعت انرژي گرمايي توليد مي شود. ميزان بيوگاز توليدي از موايد زايد آلي مختلف متفاوت است. براي مثال از تخمير بي هوازي هر متر مکعب لجن فاضلا شهري تقريبا در حدود 8 تا 12 متر مکعب بيوگاز و از تخمير هر تن مواد آلي زباله شهري در حدود 240 تا 420 متر مکعب بيوگا توليد مي شود. مواد زايد آلي مختلف نظير لجن فاضلاب شهري، زباله شهري و پسآبهاي صنعتي با بار آلودگي زياد همچون فاضلات کشتارگاههاي صنعتي، صنايع لبني، صنايع روغن گيري از دانه هاي گياهي نظير زيتون، فضولات گاوداري ها و مرغداري هاي بزرگ و ... مي تواند توسط باکتري ها تخمير شده و به بيوگاز تبديل شوند.

زباله شهري از معضلات امروزه اكثر شهرهاي جهان است كه حجم آن در كشور ما همواره سير صعودي داشته و هر ساله مبالغ گزافي از بودجه عمومي جهت جلوگيري از آلودگي محيط زيست و مسايل بهداشتي در حمل و نقل، دفن و فرآيندهاي زباله در كشور هزينه مي شود.
روش هاي مختلفي براي جمع آوري و فرايند حذف زباله وجود دارد، از ميان آنها مي توان به استفاده از فناوري هاي زباله سوز، (گزينتاسيون، پيروليز، توليد زغال) هضم هوازي و بي هوازي اشاره كرد. در اكثر شهرهاي كشور ما سيستم رايج، معمولا گزينه دفن در زمين (لندفيل) مي باشد و به ندرت از فرايندهاي ديگر استفاده مي گردد. در روش جمع آوري و دفن غير مهندسي، حاصل دفن حجم عظيم مواد زايد آلي، توليد ميليون ها متر مكعب متان و دي اكسيدكربن به همراه شيرآبهاي بسيار خطرناك است كه باعث آلودگيهاي زيست محيطي مي شود.
طرح بيوگاز كه از امحا مواد آلي در شرايط خاص حاصل مي گردد داراي چهار جنبه اصلي توليد انرژي، سالم سازي محيط زيست، تهيه كود غني و استفاده از مواد اوليه متنوع مي باشد مشروط بر اينكه شرايط شيميايي و فيزيكي لازم براي رشد باكتري هاي متان زا فراهم شده باشد. بدين ترتيب دايره وسيعي از مواد آلي گياهي و حيواني تا فاضلاب هاي شهري و برخي بهاي صنعتي تماما در شرايط بي هوازي فعال بوده و بيوگاز توليد مي نمايند. از آنجاييكه بيشتر مواد زايد براي محيط زيست خطرناك تلقي مي شوند، با اين روش پيشرفته به كود و انرژي تبديل و مورد استفاده قرار مي گيرند.

سوخت هاي روغن گياهي مي توانند يك منبع انرژي قابل تجديد به حساب بيايند. در تركيب سوخت ديزل با روغن هاي گياهي مصر فشده، مي توان از روغن سرخ كردني مصرف شده -كه اساسا ضايعات مي باشد- استفاده كرد. هدف اين مطالعه تعيين امکان استفاده از ترکيب 10% روغن گياهي ضايعاتي با 90% سوخت ديزل در مدت 500 ساعت کار، در يک موتور سه سيلندر D.I. با حجم 2500cm³ مي باشد، چندين تست به طور متناوب براي ارزيابي عملکرد و اثرات اين رويکرد انجام گرفت، عملکرد بلند مدت اين سوخت با اندازه گيري از جت روغن روان کننده، اختلال در کار موتور، کاهش قدرت و توليد دود خروجي، نسبت به سوخت ديزل معمولي نشان داده شد. نتايج نشان داد که قدرت موتور 12% کاهش، مصرفت سوخت به مقدار جزيي افزايش و گازهاي خروجي اگزوز نرمال بودند. راندمان احتراق طي دوره تست، به مقدار کمي افت داشت. از اين مطالعات مي توان نتيجه گرفت که موتور ديزل –بدون هيچگونه تغييراتي در آن- با ترکيب %10 روغن ضايعاتي و %90 سوخت ديزل مي تواند بدون آسيب ظاهري به قطعات موتود، به طور موفقيت آميزي کار کند. با اين وجود مشخص مي شود که استفاده بلندمدت از ترکيبات روغن ضايعاتي با سوخت ديزل به عنوان راه حلي براي تامين انرژي نياز به آزمايشات بيشتري دارد.

كربوهيدراتها كه رايج ترين تركيبات آلي به طور طبيعي بر روي زمين هستند اين قابليت را دارند كه براي تامين انرژي مورد استفاده قرار گيرند. اين مقاله روش جديدي را كه راهي براي توليد سوخت زيستي است و ميتواند انواع كربوهيدراتهاي خوراكي و غيرخوراكي مشتق شده از زيست توده را به سوختهاي مايع رايج تبديل كند شرح ميدهد. اين روش كه براي تبديل كربوهيدراتهاي مشتق شده از زيست توده از تكنيكهاي كاتاليزوري بهره مي گيرد فرآيند تشكيل زيستي ناميده ميشود. فرآيند تشکيل زيستي فرآيندي متشکل از دو مرحله اساسي است. مرحله کليدي، مرحله رفرمينگ فاز آبي (APR) است که طي آن کربوهيدرات هاي محلول در آب به هيدروژن، آلکان هاي سبک و انواع زيادي از حد واسط هاي شيميايي تراکم پذير تبديل مي شوند. در مرحله بعدي، حد واسط هاي تشکيل شده از مرحله اول که غالبا ترکيبات تک اکسيژنه مي باشند متحمل يک سري واکنش هاي تراکمي کاتاليزوري خاص شده تا هيدروکربن هاي مناسب براي تهيه بنزين، سوخت جت و سوخت ديزل توليد نمايد. بسته به تکنولوژي هاي تراکمي به کار برده شده، فرآيند تشکيل زيستي مي تواند هيدورکربن هاي مناسب براي تهيه بنزين، سوخت جت و سوخت ديزلي را توليد کند.
فرآيند تشکيل زيستي مزايايي دارد که از آن جمله ميتوان به قابليت استفاده از انواع منابع کربوهيدارتي، حداقل تاثير بر روي مصرف آب و غذاي بشر، راندمان بيشتري در توليد انرژي و کاهش تولد دي اکسيد کربن اشاره کرد.

پيل سوختي ميكروبي وسيله اي است كه از طريق يك فرآيند الكتروشيميايي زيستي با استفاده از منابع انرژي موجود در پساب هاي شهري و صنعتي و مواد آلي، توليد جريان الكتريسيته مي كند. پيل سوختي ميكروبي وسيله اي است كه همزمان با تصفيه پساب، امكان توليد انرژي و جريان برق را هم مي دهد. اساس كار اين تكنولوژي استفاده از متابوليسم باكتري ها و ميكروارگانيسم هاي بكار رفته در بخش آند پيل مي باشد كه با تجزيه سوخت ورودي (مواد واكنشگر آلي) توليد جريان الكتريسيته مي كند. براي بهبود کارايي اين سيستم ها نياز به فهم پارامترهاي ميکروبيولوژيلي و ديگر پارامترهاي عملياتي داريم. در اين مقاله به معرفي اين تکنولوژي، همچنين به مرور تاثير پارامترهاي عملياتي مختلف از قبيل، pH، دما، ميکروارگانيسم هاي بکار رفته در بخش آند، سوخت ورودي، غشاي بکار رفته در پيل و دب جريان سوخت بررسي پرداخته ايم.

تحقيق مطالعاتي حاضر كه به منظور يافتن راهي براي كاهش وابستگي به سوختهاي مايع نفتي انجام شده است روشي را براي تهيه تركيبي از آلكانها كه براي استفاده به عنوان سوخت هاي مايع حمل و نقل و به ويژه سوخت جت مفيد مي باشند ارايه مي دهد. اين روش شامل هيدروليز اسيدي زيست توده به منظور توليد كربوهيدراتهاي ساده از پلي ساكاريدهاي موجود در زيست توده و سپس آبگيري كاتاليز شده با اسيد از محلول حاوي اين كربوهيدراتها به منظور توليد مشتقات فوراني مي باشد. با توجه به اينکه پلي ساکاريدهاي موجود در زيست توده عموما از واحدهاي ساختاري پنتوز و هگزوز تشکيل شده اند لذا مشتقات فوراني توليد شده در مرحله آبگيري عمدتا فورفورال و هيدورکسي متيل فورفورال (HMF) مي باشند که به ترتيب از آبگيري پنتوزها و هگزوزها توليد مي شوند. در مرحله بعد مشتقات فوراني توليد شده از واکنش آبگيري متحمل واکنش خود تراکمي يا تراکم آلدولي متقاطع با ديگر ترکيبات حاوي گروه کربونيل مي شوند. سپس محصولات اين واکنش هاي تراکمي ابتدا هيدروژنه و سپس متحمل واکنش هيدرواکسيژناسيون (آبگيري / هيدروژناسيون) شده تا ترکيبي متشکل از آلکان ها با تعداد اتم هاي کربن در محدوده الکان هاي تشکيل دهنده سوخت جت توليد کنند. با استفاده از اين روش نو و کارآمد مي توان هر نوع کربوهيدرات به دست آمده از زيست توه را با آلکان هاي مايع با طول زنجيره کربني C₈-C₁₅ تبديل نمود.