سوخت زیستی ؛راه کاهش تخریب های زیست محیطی
پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_دپارتمان محیط زیست
محدود بودن سوخت‌های فسیلی، گران بودن و ضرر‌های ناشی از استفاده از آن، باعث شده که انسان به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر روی بیاورد. یکی از انواع انرژی‌های تجدیدپذیر سوخت زیستی است.
بحران انرژی، آلودگی‌ها و آثار زیست‌محیطی ناشی از استفاده سوخت‌های فسیلی، باعث شده است تا بشر به استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر روی آورد. یکی از انواع انرژی‌های تجدیدپذیر سوخت زیستی (biofuel) می‌باشد که به سه صورت جامد، مایع و گاز می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.
- سوخت زیستی چیست؟
محتوای انرژی سوخت زیستی از منابع زیستی و مواد آلی که بدن موجودات زنده را می‌‌سازند به وجود آمده است. در واقع سوخت زیستى نوعى از سوخت است که از منابع زیست‌توده (بیومس) به وجود مى‌آید. این بدان معناست که ماهیت سوخت زیستى به گیاهان برمی‌گردد و همین امر موجب تجدیدپذیر بودن آن می‌شود.
در سال‌های اخیر محبوبیت سوخت‌های زیستی به دلیل افزایش قیمت نفت و نیاز به تأمین امنیت انرژی، افزایش یافته است.جوانب مثبت و منفی زیادی در مورد استفاده از سوخت‌های زیستی به عنوان یک منبع انرژی وجود دارد که همین امر موجب انتقاد و نارضایتی برخی از جوامع علمی شده است.
منبع اصلی انرژی در زیست‌توده‌ها انرژی خورشید است که طی فرایند فوتوسنتز در گیاه ذخیره می‌شود. این انرژی ذخیره شده در گیاهان و زیست‌توده‌ها می‌تواند طی فرایندهای مختلف حرارتی، تبدیل شیمیایی و تبدیل بیوشیمیایی به انرژی قابل استفاده برای انسان تبدیل شود.
- انواع سوخت زیستی
سوخت‌های زیستی دارای انواع مختلفی می‌باشند. تنوع در این مواد زیاد است لذا از جنبه‌های مختلفی دسته بندی می‌شوند؛ ازجمله دسته بندی‌هایی که برای سوخت زیستی وجود دارد دسته بندی براساس ماده اولیه و دسته بندی براساس حالت فیزیکی است که در ادامه به تفصیل به آن‌ها پرداخته خواهدشد.
- انواع سوخت زیستی بر اساس ماده اولیه
سوخت‌های‌زیستی، به ویژه سوخت‌های‌زیستی مایع را بر اساس مواد اولیه مورد استفاده در تولید آن‌ها، به چند نسل تقسیم‌بندی نموده‌اند: نسل اول، دوم، سوم و چهارم. با رشد و ظهور هر نسل، بهبود و افزایش تولید این سوخت‌ها حاصل شده است.
- نسل اول
سوخت‌های نسل اول یا سوخت‌های‌زیستی معمولی، سوخت‌های تولید شده از محصولات غذایی و زراعی می‌باشد. با تولید این نوع از سوخت زیستی، امنیت غذایی و بحران‌های ناشی از آن ایجاد می‌شود.
نسل اول سوخت‌های‌زیستی از قند، نشاسته، روغن و چربی حیوانی و گیاهی به‌دست می‌آیند که با استفاده از فرایند‌ها یا فناوری‌هایی که در حال حاضر شناخته شده، تولید می‌شوند. این سوخت‌ها شامل دیزل‌زیستی، الکل‌زیستی، اتانول و گاز‌های‌زیستی مانند متان می‌باشند.
در این نسل مواد غذایی با ارزش و بعضاً استراتژیک فقط برای تولید سوخت زیستی باید کشت شود که این امر موجب به خطر انداختن امنیت چرخه غذایی می‌شود و هم‌چنین کشت محصولات برای تولید سوخت زیستی لزوماً اقتصادی نمی‌باشد.
- نسل دوم
نسل دوم سوخت‌های‌زیستی از محصولات غیر غذایی یا ضایعات کشاورزی، به ویژه زیست‌توده‌های لیگنوسلولزی تولید می‌شوند. مواد اولیه این نسل از سوخت‌ها، جزو مواد غذایی محسوب نمی‌شوند.
مواد اولیه مورد استفاده در این نسل، می‌تواند ضایعات و پسماندهای محصولات کشاورزی و غذایی باشد و یا محصولاتی که ارزش تغذیه‌ای برای انسان ندارند و در زمین‌های نامرغوب با هزینه‌های جاری بسیار کم رشد می‌کنند. هم‌چنین ضایعات فضای سبز و جنگل‌ها نیز جزو مواد لیگنوسلولزی هستند که موجب تولید سوخت‌های‌زیستی نسل دوم می‌شوند.
با وجود مزایای فراوان این نسل از سوخت‌ها، ممکن است استخراج سوخت از مواد اولیه ذکر شده دشوار باشد. به عنوان مثال، ممکن است یک سری از پیش‌تیمارهای فیزیکی و شیمیایی برای تبدیل زیست‌توده لیگنوسلولوزی به سوخت‌های مایع مورد نیاز باشد.
- نسل سوم
آزمایشات فراوانی بر روی جلبک‌ها به عنوان منبع غنی از چربی برای تولید سوخت‌های‌زیستی مایع انجام شده است. با استخراج چربی و هم‌چنین استفاده مستقیم از
این جلبک‌ها، سوخت‌های‌زیستی نسل سوم تولید شده‌اند.
پرورش و کشت جلبک‌ها به عنوان منبع غنی از چربی برای اولین بار در سال‌های ۱۹۷۸ تا ۱۹۹۶ در آمریکا مورد آزمایش قرار گرفته است. ایده پرورش این جلبک‌ها در تصفیه‌خانه فاضلاب نیز توسط محققان آمریکایی پیشنهاد شده است.
تولید جلبک برای تولید سوخت هنوز در مقیاس تجاری، جایگاه خود را نیافته است اما مطالعات امکان‌سنجی برای دستیابی به عملکرد بالا صورت گرفته است. تولید سوخت‌های نسل سوم باعث کاهش تولید مواد غذایی نمی‌شود و هم‌چنین نیازی به زمین‌های کشاورزی و آب شیرین نیست.
- نسل چهارم
نسل چهارم سوخت‌های زیستی از گیاهان مهندسی‌شده یا زیست‌توده که ممکن است عملکرد انرژی بیشتر داشته باشند، تشکیل شده است. این نوع از مواد نیاز کمتری به شکست سلولزی دارند و هم‌چنین قادر به رشد در زمین‌های غیر کشاورزی و بدون آب هستند.
- انواع سوخت زیستی براساس حالت فیزیکی
سوخت زیستی استحصال شده از زیست‌توده‌ها با توجه به نوع فرایند و هدف مورد نظر به صورت‌های مختلف می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. سوخت‌های‌زیستی از نظر خصوصیات فیزیکی به سه گروه جامد، مـایع و گاز دسته‌بندی می‌شوندکه با توجه به ویژگی هرکدام از آن‌ها، کارایی متفاوتی را به خود اختصاص داده‌اند.
- سوخت زیستی جامد
یکی از راحت‌ترین روش‌های استحصال انرژی از زیست‌توده‌ها، سوزاندن و استفاده مستقیم از انرژی آن‌ها در حالت جامد می‌باشد. یکی از قدیمی‌ترین سوخت‌های مورد استفاده توسط انسان‌ها که امروزه به عنوان سوخت زیستی جامد شناخته می‌شود، ضایعات کشاورزی و گیاهان بوده است که برای تهیه انرژی گرمایی یا روشنایی از آن‌ها استفاده می‌کردند.
اصطلاح سوخت زیستی جامد می‌تواند در ظاهر کمی گمراه کننده باشد زیرا بسیاری از افراد گمان می‌کنند که سوخت‌های‌زیستی فقط با انجام برخی فرایندهای پیشرفته تولید می‌شوند. اما در حقیقت، هر ماده تجدیدپذیر و زیستی که قابل سوختن باشد، به عنوان سوخت زیستی تلقی می‌شود. از منابع اولیه سوخت‌های‌زیستی می‌توان به ضایعات چوبی، تفاله‌های محصولات کشاورزی، نیشکر، غلات، زباله خانگی، زغال چوب، روغن گیاهان و سبزیجات اشاره کرد که همگی این منابع جامد بوده و قابلیت سوزاندن دارند.
امروزه نیز مانند گذشته مصرف زیست‌توده جامد به دلیل ارزانی و در دسترس بودن این نوع سوخت، بسیار گسترده است. خانواده‌‌های کوچک به خصوص در نواحی روستایی، ویلایی، واحدهای کوچک و بزرگ صنعتی و تجاری، استفاده از زباله‌سوزها در نیروگاه‌ها و حتی در رستوران ها برای طبخ طبیعی غذا می‌‌توانند از این سوخت به
راحتی بهره‌مند شوند.
اغلب تولید و پردازش سوخت‌های‌زیستی جامد که در یک ساختار مناسب قرار دارند؛ ضروری نیست اما از سوی دیگر، برخی از زیست‌توده‌های جامد مانند خاک اره که ارزش حرارتی چندان بالایی ندارند، طی فرایندهایی متراکم می‌شوند و به صورت پلت مورد استفاده قرار می‌گیرند. از مزایای متراکم کردن زیست‌توده‌ها می‌توان به افزایش ارزش حرارتی، حمل‌ونقل آسان و ذخیره‌سازی مقرون‌به‌صرفه اشاره نمود. هم‌چنین برخی از زیست‌توده‌های دیگر مانند زباله‌های شهری باید تفکیک شوند و پیش‌تیمارهای لازم مانند برش، خشک کردن و متراکم‌سازی جهت سوزاندن در زباله‌سوزها بر روی آن‌ها صورت بگیرد.
به دلیل آن که سوخت زیست‌توده جامد از ضایعات درختان و گیاهان است، پس از سوخته‌شدن همان مقدار کربن‌دی‌اکسید جذب شده توسط گیاهان را به محیط باز می‌گرداند و این ویژگی سبب پاک بودن این سوخت شده است. طبق اعلام وزارت انرژی ایالات متحده که در تحقیقاتی به بررسی تأثیر دو سوخت زیستی و سوختهایفسیلی بر گرمایش جهانی پرداخته است، هنگامی که تمام جوانب مورد توجه قرار می‌گیرند، استفاده از سوخت‌های‌زیستی به جای زغال سنگ، منجر به کاهش ۱۴۸ درصدی پتانسیل گرم شدن زمین در نیروگاه می‌شود.