شیمی123

بيوديزل ها سوختهايي هستند كه از روغن ها و چربي ها بدست مي آيند. اين سوختها به خاطر اين كه پايه گياهي و حيواني دارند مورد توجه بسياري از كشورها قرار گرفته اند. هم اكنون آلمان به تصويب قوانيني در استفاده از 5 در صد بيوديزل در سوخت ديزل مصرفي اقدام كرده و بسياري ديگر كشورها هم تحقيقات خود را در اين زمينه انجام مي دهند.
با تمام شدن سوختهاي فسيلي بايد به دنبال سوختهاي تجديد پذير بود.
استفاده روزافزون از سوختهای فسیلی، افزایش قیمت محصولات نفتی و کاهش ذخایر موجود محققان را در جهت یافتن منابع جدید انرژی غیر نفتی ترغیب نموده است. در حال حاضر میزان تقریبی حجم ذخایر نفتی جهان به اندازه ای است که چنانچه روند تکیه بر سوختهای فسیلی ادامه یابد در آینده نزدیک جهان با مشکلات زیادی در موارد زیست محیطی و کمبود مواد اولیه مواجه خواهد شد.
عمده ترین مصرف سوختهای فسیلی در موتورهای احتراق داخلی می باشد. انواع موتورهای اشتعال تراکمی که با سوخت دیزل و موتورهای اشتعال جرقه ای که عمدتا با بنزین کار میکنند از این سوختها مصرف می کنند. این موتورها که از انواع آنها به عنوان منبع نیروی محرکه برای انجام کارهای مختلف استفاده می شود، سهم عمده ای در مصرف سوختهای یاد شده دارند. سوختهای جایگزین موتورهای اشتعال جرقه ای گاز مایع، گاز طبیعی فشرده و انواع الکلها بوده و بکارگیری آنها مزایا و معایب متعددی به همراه دارد. در رابطه با موتورهای دیزل، سوختهای جایگزین بدلیل منشا حیاتی آنها به نامهای بیودیزل یا بیوفیول نامیده می شوند. لذا بیودیزل به طیف وسیعی از سوختها گفته می شود که از انواع روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی تهیه می شوند. امروزه روغنهای گیاهی علاوه بر مصارف غذایی، از دیدگاههای تولید انرژی و تهیه مواد خام صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار می باشند. فرآیند شیمیایی تهیه این سوختها شامل واکنش روغن و الکل در حضور یک کاتالیزور است که منتهی به تولید استر اسیدهای چرب موجود در روغن اولیه می شود. این امر باعث بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی این مواد می گردد. بنابراین بیودیزلها عبارت از استرهای منوالکیل اسیدهای با زنجیره بلند می باشد.
این نوع سوختها از جنبه های تجزیه پذیری ،جایگزینی سریع مواد اولیه و سازگاری های زیست محیطی از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. عمده ترین مزیت این سوختها در مقایسه با سوختهای مرسوم بالا بودن عدد ستان ، قابلیت آنها در کاهش آلودگی ها بواسطه عدم وجود سولفور و مقدار کمتر هیدروکربن های نسوخته می باشد.
وجود منابع متعدد در جهت تولید و عدم نیاز به تغییر زیاد در ساختار موتورهایی که از این سوختها استفاده می کنند از مزایای دیگر این سوختها به شمار می رود.عمده ترین مشکلات در راه تهیه این سوختها مسائل اقتصادی و کسب مقبولیت بیشتر در بازار مصرف می باشد که با اعمال روشهای نوین تولید برطرف خواهد گردید.

وضعیت موجود تولید سوخت بیودیزل
نام بيوديزل اولين بار در آمريکا در سال 1992 به وسيله National SoyDiesel Development Board که هم اکنون به نام National Biodiesel Board ناميده مي شود تعيين شد. اين موسسه پيشقدم در تجاري کردن بيوديزل در آمريکا مي باشد. از نظر شيميايي، بيوديزل منو الکيل استر با زنجيره اسيد چرب دراز است که از منابع تجديدپذير ليپيد به وجود مي آيد. اين سوخت مي تواند در موتورهاي ديزل(اشتعال تراکمي) با اندکي تغيير و يا بدون تغيير و اصلاح در آن مورد استفاده قرار گيرد. بيوديزل تجديدپذير، غير سمي و بدون گوگرد و ترکيبات آروماتيک است.
بيوديزل متيل يا اتيل استر روغنهاي گياهي و حيواني است. از زماني که روغن سويا سهم عمده اي از روغن توليدي در آمريکا را تشکيل داد توجه به اين روغن به عنوان ماده اوليه براي توليد بيوديزل گسترش پيدا کرد. بيوديزل هم اکنون با درصد هاي مختلفي با سوختهاي ديزل ترکيب مي گردد. ميزان ترکيب تابعي از شرايط اقتصادي، قوانين زيست محيطي پذيرفته شده، توانايي و قابليت مواد به کار برده شده و خصوصيات احتراق است. بيشترين توجه به ترکيب 20 درصد بيوديزل با سوخت ديزل مي باشد و اين نسبت داراي مزاياي بيشتري است. استراليا و آلمان تنها کشورهايي هستند که بيوديزل را به صورت خالص مورد استفاده قرار مي دهند. بيوديزل را همچنين مي توان به عنوان يک سوخت گرمايي موثر استفاده نمود. 90 درصد توليد بيوديزل در ايتاليا بدين منظور اختصاص يافته است.
در حال حاضر در آلمان حدود 9/1 میلیون هکتار انواع دانه های روغنی کشت می شود وتقریبا"2/8 درصد سوختهای موتورهای دیزل از این راه فراهم می گردد. در کل اروپا با اتخاذ سایت های منطقه ای و استفاده از انواع دانه های روغنی این میزان تا سال 2005 به 17-15 درصد کل سوخت مصرفی موتورهای دیزل را شامل خواهد شد. در طی 15 سال گذشته روند حاکم بر مصرف انرژی جهانی بر مبنای استفاده از سوختهای جایگزین بوده و در سال 1992 مصوبه سیاست انرژی جهانی دولتها را موظف کرده تا سال 2005 میزان 5/7 درصد از سوختهای موتورهای فعلی را با سوختهای غیر نفتی جایگزین نموده و این رقم تا سال 2010 بایستی به 25 درصد افزایش یابد.هزینه تولید این نوع سوختها در اروپا بطور متوسط 85/0 الی 1 دلار برای هر لیتر می باشد که از این میان تنها 5 الی 25/6 سنت برای هر لیتر هزینه تبدیل روغن به بیودیزل بوده و مابقی هزینه تولید روغن خام می باشد.
متيل يا اتيل استرها مي توانند از روغنهاي گياهان و درختان، چربي حيوانات و يا از روغنها و چربي هاي پسماند توليد گردند. اين روغنها با يک الکل(معمولاً متانول يا اتانول) مخلوط مي گردند و يک کاتاليزور مانند هيدروکسيد سديم همراه با آن مورد استفاده قرار مي گيرد. نتيجه چنين واکنشي (در دما و فشار تعيين شده) توليد استر و گليسرين است. گليسرين محصول جانبي باارزشي است و در صنايع صابون سازي، توليد مواد غذايي و آرايشي استفاده مي گردد (مثلاً در خميردندان گليسرين به عنوان ماده ضديخ زدن آن استفاده مي شود).
راندمان کار بيوديزل شبيه به سوخت ديزل است. البته بيوديزل داراي اندکي کمتر انرژي در هر گالن نسبت به ديزل شماره 2 و انرژي بيشتر، از ديزل شماره 1 است. آزمايشها نشان داده اند که راندمان در هنگام استفاده از بيوديزل در خودروها بسيار شبيه به سوخت ديزل است.
در اروپا بيوديزل از روغنهاي محصولات کشاورزي توليد و به صورت گسترده اي در انواع خودروهاي ديزل استفاده مي گردد ولي در آمريکا پيدا کردن بيوديزل آسان نيست. بيوديزل در هاوايي درموسسه Pacific Biodiesel, Ins از بازيافت روغنهاي خوراکي مصرف شده، توليد و در ادوات ديزل، خودروها و کشتيها استفاده مي گردد. با جمع آوري روغنهاي پسماند از رستورانها براي اين مرکز، بيش از 40 تن روغن پسماند در ماه ذخيره مي گردد.
در ايران نيز توليد سوختهاي گياهي از فاضلاب و زباله‌هايي که منبع آلي دارند، در سطح آزمايشي انجام شده است. دستگاههاي توليد سوختهاي گياهي در مواردي طراحي و ساخته شده‌اند. به علت واردات بنزين ( در سال 1383 بالغ بر 3 ميليارد دلار واردات بنزين بوده است) و کاهش منابع نفتي در کشور ما نيز به صورت کلان به اين سوختها توجه شده به طوري که در برنامه چهارم توسعه کشور نيز تمهيداتي براي توجه به تحقيق در مورد اين سوختها انديشيده شده است.
کميسيون کتاب سفيد اروپا در نوامبر 1997 به منظور مسائل جهاني، اختصاص 12 درصد از کل انرژي مصرفي را تا سال 2010 به انرژي هاي تجديدپذير پيشنهاد داد. اولين فاکتوري که براي اين منظور لازم است، پخش بيوفيول به بيش از 18 ميليون تا سال 2010 مي باشد. بدين منظور هيات کميته اتحاديه اروپا براي اولين مرحله فروش 2 درصد بيوفيول مايع را مناسب دانست.
اخيراً، کمسيون اروپا(EU) پيشنهاد ايجاد قانون جديدي براي استفاده از سوختهاي تجديدپذير براي حمل و نقل نموده و اين کار با تنظيم و افزايش بودجه بيوفيولها مانند بيوديزل و بيواتانول صورت گرفت. قانون تنظيمي در نوامبر 2001 شامل يک طرح و دو پيشنهاد جهت رسيدن به ميزان حداقل استفاده از بيوفيول در سوختهاي مربوط به حمل و نقل و اجازه براي کاهش ميزان ماليات از بيوفيول ايجاد گرديد. در اين قانون حداقل درصد بيوفيول از سال 2005 تعيين شده است


با توجه به گرایش به سوختهای تجدید پذیر بسیاری از کارخانجات تولید خودرو نیز سعی کرده اند تا در تولیدات جدید خود قابلیت استفاده از این این نوع سوختها را قرار دهند. به عنوان مثال در جدول(3) فهرست سازندگان خودرویی که در تولیداتشان امکان استفاده از بیودیزل را فراهم آورده اند آورده شده است.
جدول3 : نام کارخانجات تولید خودرو و نوع خودرو که قابلیت استفاده از بیودیزل را دارا می باشند.
نام سازنده نوع خودرو اطلاعات تکمیلی
Audi personal cars all TDI-models since 1996
Case - IH tractors all models since 1971
BMW personal car model 525 tds since 1997
Claas combines, tractors warranties exist
Faryman Diesel engines warranties exist
Fiatagri tractors for new models
Ford AG tractors for new models
Holder tractors warranties exist
Iseki tractors series 3000 and 5000
John Deere tractors warranties since 1987
combines warranties since 1987
KHD tractors warranties exist
Kubota tractors series OC, Super Mini, O5, O3,
Lamborghini tractors serie 1000
Mercedes-Benz personal cars series C and E 220, C 200 and 220 CDI, a.o.
lorry, bus series BR 300, 400, Unimog since 1988, a.o.
Same tractors since 1990
Seat personal cars all TDI-series since 1996
Skoda personal cars all TDI-series since 1996
Steyr tractors since 1988
boat series M 16 TCAM and M 14 TCAM
Valmet tractors since 1991
Volkswagen personal cars all TDI- series since 1996
personal cars all new SDI-series (EURO-3)
Volvo personal cars series S80-D, S70-TDI and V70-TDI

تحقيقات نشان مي‌دهند که از روغنها مي‌توان به عنوان سوخت جايگزين در موتورهاي ديزل استفاده نمود هر چند استفاده مستقيم از روغنهاي گياهي(يا به صورت مخلوط با سوخت ديزل) در موتورهاي با پاشش مستقيم و غير مستقيم با مشکل همراه است. تحقيقات زيادي در استفاده مستقيم از روغنها به عنوان سوخت ديزل صورت گرفته است.

پژوهشگر ايراني موفق به توليد «بيوديزل» از دانه‌هاي روغني شد

ایسنا : مصرف فزاينده سوخت كه كاهش محتوم ذخاير تجديدناپذير نفت و گاز و افزايش قيمت آنها را در پي دارد، در كنار توجه فزاينده به مسائل زيست محيطي سال‌هاست كه كشورهاي مختلف جهان را به سمت توليد سوخت‌هاي جايگزين و پاك سوق داده است.
به گزارش خبرنگار پژوهشي خبرگزاري دانشجويان ايران(ايسنا) مهندس عباس قنبرزاده، مبتكر طرح توليد بيوديزل در معرفي اين طرح مي‌گويد: بيوديزل (منو اكليل استر) يك سوخت گازوئيلي پاك است كه از منابع طبيعي و قابل تجديد مانند روغن‌هاي گياهي ساخته مي‌شود. مخلوطهايي حاوي تا 20 درصد بيوديزل (80 درصد گازوئيل) مي توانند در تمام موتورها و خودروهاي گازوئيلي استفاده شوند و مخلوط هايي با نسبت‌هاي بالاتر بيوديزل - تا صددرصد بيوديزل خالص - هم مي‌توانند در موتورهاي ساخته شده از سال 1994 به بعد با اندك تغييراتي و يا حتي بدون نياز به آنها مورد استفاده قرار بگيرند كه البته حمل و نقل و ذخيره سازي آنها نيازمند تمهيدات خاصي است.
وي درباره تفاوت‌ها و امتيازات استفاده از بيوديزل در مقايسه با گازوئيل به ايسنا گفت: يكي از تفاوت‌هاي اساسي بين تركيبات بيوديزل و ديزل در محتواي اكسيژن آنهاست. ميزان اكسيژن موجود در ديزل صفر است در حالي كه بيوديزل حاوي 12-10 درصد وزني اكسيژن است كه باعث كاهش دانسيته انرژي و انتشار ذرات معلق مي‌شود.
به علاوه ميزان گوگرد موجود در بيوديزل حداكثر ppm 10 است كه درصد آلايندگي آن نسبت به گازوييل مصرفي كه حداقل حدود 50 ppm (گازوئيل اروپا) گوگرد دارد به مراتب كمتر است و البته ميزان گوگرد گازوئيل مصرفي ايران بيش از ppm 500 است. گوگرد موجود در سوخت در سيستم اگزوز موتور به اكسيدهاي گوگرد و سپس بخشي از آن به اسيد سولفوريك تبديل مي‌شود. مهندس قنبرزاده اضافه كرد: گازوئيل معمولا 40-20 درصد حجمي تركيبات آروماتيك دارد كه باعث افزايش انتشار آلاينده‌هاي مختلف مي‌شود در حالي كه بيوديزل اساسا عاري از آروماتيك‌هاست.
در گازوئيل هيچ پيوند دوگانه (الفيني) وجود ندارد در حالي كه در بيوديزل به دليل وجود قابل ملاحظه محل‌هاي غير اشباع، پايداري در مقابل اكسيداسيون كم مي‌باشد. وي خاطرنشان كرد: استفاده از بيوديزل در يك موتور گازوئيلي معمولي به كاهش اساسي هيدروكربن‌هاي نسوخته، منواكسيد كربن و ذرات معلق منجر مي‌شود. با استفاده از اين سوخت، از سهم كربن موجود در ذرات معلق هم كم مي‌شود. اين مبتكر، افزايش ايمني و كاهش بو و دوده توليدي در هنگام استفاده و افزايش روانكاري موتور را از ديگر مزاياي كاربرد بيوديزل عنوان و اضافه كرد: از طرف ديگر، ميزان انرژي حاصل از سوختن واحد بيوديزل، 33300 كيلوكالري و ميزان كالري ناشي گازويل حدود 24000 كيلوكالري است.
مهندس قنبرزاده درباره نحوه توليد بيوديزل گفت: بيوديزل براساس واكنش‌هاي شيميايي توليد مي‌شود كه طي آن زنجيرهاي اسيدهاي چرب موجود در روغن‌ها و چربي‌ها شكسته مي‌شود و تركيبات شيميايي به نام استرهاي متيل اسيد چرب را به وجود مي‌آيند. گلسيرول هم كه در صنايع بهداشتي و آرايشي كاربرد دارد به عنوان محصول فرعي اين واكنش توليد مي‌شود. بيوديزل را مي توان از روغن‌هاي گياهي مثل سويا، بادام زميني، پنبه دانه، گل آفتاب گردان و كنولا ( گونه اي از دانه شلغم روغني ) به صورت تازه يا مستعمل(روغن مصرف شده در آشپزي) و چربي‌هاي حيواني و حتي پيه توليد كرد كه به اين ترتيب، خصوصيات سوخت بيوديزل به طور قابل ملاحظه‌اي به زنجيرهاي اسيدهاي چرب موجود در خوراك مورد استفاده براي استريفيكاسيون بستگي دارد. به عبارت ساده شايد بتوان گفت در ساخت بيوديزل مشابه فرايندي كه طي ميليون‌ها سال در اعماق زمين انجام شده تا گياهان به منابع سوخت فسيلي تبديل شوند، تحت شرايط خاص دما و فشار با استفاده از كاتاليزورها و واكنشگرهاي شيميايي طي مدتي بسيار كوتاه انجام مي‌شود.
وي با بيان اين كه تاكنون نمونه‌هاي مختلفي از سوخت بيوديزل را با استفاده از انواع روغن‌هاي آفتاب‌گردان، سويا و نارگيل و جاتروفا توليد كرده است، خاطرنشان كرد: استفاده از بيوديزل همچنين بازار جديدي براي كشاورزان و توليدكنندگان دانه‌هاي روغني ايجاد مي‌كند. يكي از نكات برجسته‌ اين طرح كه مورد توجه محققان طرح قرار گرفته استفاده از دانه‌هاي روغني گياهان غيرخوراكي نظير جاتروفاست كه مي‌توانند در طرح‌هاي كويرزدايي استفاده شوند در حالي كه منبع توليد بيوديزل در ساير كشورها عمدتا دانه‌هاي روغني خوراكي هستند. وي با اذعان به اين كه هزينه هاي توليد بالا و همچنين وجود ساير بازارهاي مصرف براي منابع مورد استفاده تاكنون مانع از توليد بيوديزل‌ها در مقياس انبوه بوده است، اظهار كرد: با افزايش قيمت نفت خام از بشکه‌اي 50 دلار به بالا داراي توجيه اقتصادي مي باشد و الان كه به 135 دلار رسيده كاملا توجيه‌پذير است به طوري كه كشورهايي مثل عربستان هم درصدد وارد كردن اين تكنولوژي برآمده‌اند.
مهندس قنبرزاده در پايان با تاكيد بر اين كه با استفاده از تكنيك ابداعي وي، امكان توليد سوخت‌هاي زيستي با كيفيت بالاتر براي جايگزيني بنزين هم وجود دارد، اظهار كرد: از آنجا كه براي توليد انبوه بيوديزل بايد مجتمعي عظيم در حد يك پالايشگاه ساخته شود، حمايت دستگاه‌هاي دولتي ذي‌ربط از اجراي اين طرح كه منافع متعددي براي كشور دارد مي‌تواند بسيار راهگشا باشد. در اين راستا پيگيري‌هاي متعددي در سازمان‌ها و وزارتخانه‌هاي مختلف و بخش‌هاي مربوطه در حوزه‌هاي پژوهشي و فن‌آوري رياست جمهوري انجام شده كه اميدواريم با به نتيجه رسيدن اين پيگيري‌ها شاهد راه‌اندازي واحد صنعتي توليد بيوديزل در داخل كشور باشيم.

مهندس منوچهر لطفي آزاد، مشاور صنعتي اين طرح هم در تشريح روند پيگيري اين طرح به ايسنا گفت: تحقيقات ساخت بيوديزل از سال 83 توسط مهندس قنبرزاده انجام شده و در سال 84 به اطلاع كميسيون‌هاي صنايع، انرژي و محيط‌زيست مجلس رسيده و در سال 85 به وزارت نفت اعلام و در سال 86 طي نامه‌هاي متعدد به رياست جمهوري در دستور كار مسوولان ذي‌ربط از جمله در معاونت برنامه‌ريزي وزارت نفت، موسسه تحقيقات سازمان جنگل‌ها و مراتع و وزارت صنايع قرار گرفته و پژوهشكده مهندسي وزارت جهاد كشاورزي قرار گرفته است. همچنين مجوز احداث نخستين واحد توليد بيوديزل كشور از سوي شركت گسترشيمي از وزارت صنايع اخذ شده است. وي در عين حال خاطرنشان كرد: با توجه به گستردگي طرح توليد بيوديزل بايد به اين طرح به عنوان طرحي ملي و اولوي‌تدار توجه شود كه مي‌تواند علاوه بر نقش شاياني كه در تامين سوخت پاك و تجديدپذير در كشور داشته باشد با جذب سرمايه‌هاي بخش خصوصي، ضمن سوددهي بالا و جلوگيري از خروج ارز به اشتغال‌زايي در بخش صنعت و كشاورزي و توسعه كويرزدايي كمك كند. اين امر توجه بيشتر و جديت مسولان را طلب مي‌كند.