ویژگی و مزایای سوخت‌های بیودیزل

بحران فزاینده انرژی در جهان صنعتی امروز با شتاب تندی همه کشورهای جهان را بیش و کم به چالشی عظیم کشانده است و منافع ملی جوامع در عرصه های بین المللی بر این فرآیند بیشتر دامن می زند و معادلات اقتصادی، فرهنگی و اجتماعی کشورهای مختلف را از موازنه می اندازد. برآیند ایندو از یک طرف و کمبود، میرایی و تجدید ناپذیری سوختهای فسیلی از دیگر سو، اندیشمندان و محققان حوزه های مختلف علوم را به تنگنای فکری واداشته و گروههای تحقیقاتی به دنبال راهکارهای عملی برای فائق آمدن برمشکلات و تبعات بحران انرژی در عرصه های مختلف صنعتی و اجتماعی هستند.
در حاشیه رایزنی های گروههای همسو یا مخالف در مسائل استراتژیک انرژی در پشت درهای بسته، تنور داغ آزمون گزینه های مختلف برای جایگزینی سوختهای نفتی و آلاینده محیط زیست در برخی موارد از بوته آزمایش گذر کرده و در مرحله عملیاتی قرار گرفته است. در بطن صنعت و تکنولوژی جهان سناریویی در حال شکل گیری است و رویکرد عمیقی از سوی کشورهای صاحب صنعت متوجه انرژی های تجدید پذیر نظیر آب، باد، انرژی زمین، خورشید و هیدروژن شده است. در این میانه بیودیزل ها نیز به طور جدی به توسعه اضلاع این چند ضلعی انرژی گام نهاده اند و نهضت فراگیری برای استفاده از آن در حوزه انرژی با شتاب فزآینده ای آغاز شده و در فهرست های برجسته شده نهادهای بین المللی انرژی قرار گرفته است.
● انرژی
انرژی در اشکال مختلف مانند گرما، نور، حرکت و صدا یافت می شود، اما همه آنها در دو گروه عمده جای می گیرند: سنتیک و پتانسیل.
انرژی الکتریکی، تابشی، حرارتی، حرکت و صوت از نوع سنتیک هستند و انرژی های شیمیایی، مکانیکی ذخیره شده، هسته ای و ثقلی، فرم پتانسیل انرژی محسوب می شوند. راه های مختلف زیادی وجود دارند که با بهره گیری از آنها می توانیم انرژی های فراوان اطراف خود را ذخیره، تبدیل، تقویت و استفاده کنیم. انرژی قابل رویت نیست و فقط آثار آن قابل تجربه است و از اینرو به چنگ انداختن آن معمولاً کار دشواری است. برای مثال انرژی حرارتی با تابش منتقل می شود و هدایت آن با فرآیندی متفاوت روی می دهد. اما تفاوت اصلی آنها (برای مثال نسبت به سرعت فرآیند انتقال) به ندرت قابل درک است. مشابه آن، انرژی الکتریکی و نور بوسیله موج منتقل می شوند، در حالیکه ایندو پروسه های متفاوتی هستند. منابع انرژی می تواند به سه کلاس فسیل، تجدیدپذیر و شکافت هسته ای گروه بندی شود. سوختهای فسیلی سالیان پیش تشکیل شده اند و قابل تجدید نیستند. منابع انرژی فسیلی شامل نفت خام، زغال سنگ، قیر، گاز طبیعی، سنگهای رسی نفتی و ماسه های حاوی قطران است. منابع انرژی قابل تجدید شامل آب، باد، خورشید، گرمای درونی زمین، دریا و هیدروژن است. منابع عمده انرژی حاصل از شکافت هسته ای از اورانیوم و توریوم است. پیش بینی می شود که تا سال۲۰۴۰ تقریباً نیمی از انرژی مصرفی جهان از منابع تجدید شدنی تأمین خواهد شد و الکتریسیته تولیدی از منابع تجدید پذیر بیش از۸۰ درصد کل منبع الکتریسیته جهان را تشکیل خواهد داد.
● مفهوم بیودیزل
کمبود سوختهای فسیلی موجود و محدود بودن منابع آن به برخی مناطق جهان، افزایش تشعشعات آلاینده زیست محیطی از احتراق سوختهای فسیلی و افزایش بهای آنها، استفاده از منابع بیوتوده را بسیار جذاب و در خور توجه ساخته است.
کارشناسان اظهار می کنند که نفت موجود و منابع گاز برای فقط چند دهه کوتاه کافی خواهند بود. مطابق با افزایش تقاضای انرژی و لزوم جایگزینی منابع نفتی، سوختهایی نظیر بیودیزل و بیواتانول طلایه داران تکنولوژیهای جایگزین هستند و از اینرو راهکار مناسب و قابل پیشرفت برای مصرف در موتورهای احتراقی، بی تردید انواع بیودیزل است.
بیودیزل بطور خلاصه به عنوان استرهای مونوالکیلی روغنهای نباتی یا چربیهای حیوانات تعریف می شود. بیودیزل بهترین کاندیدای جایگزین برای سوختهای دیزلی در موتورهای دیزلی است. بیودیزل شبیه سوختهای نفتی می سوزد، در حالی که آلایندگی به مراتب کنترل شده تری دارد. از طرف دیگر بیو دیزل احتمالاً کارآیی بهتری از بنزین دارد. بیودیزل همچنین توان بالقوه زیادی را برای موتورهای تراکم احتراقی ارایه می دهد. سوخت دیزل می تواند با بیودیزل که از روغنهای نباتی ساخته می شود جایگزین شود. بیودیزل امروزه بطور عمده از روغن سویا، دانه خردل و روغن خرما حاصل می شود.
ارزش گرمایی بیودیزل ها نسبتاً زیاد است. مقدار ارزش گرمایی بیودیزل ها(۳۹ تا۴۱ MJ/kg ) اندکی کمتر از بنزین (۶۴MJ/kg) ، سوختهای نفتی (۴۳MJ/kg) یا نفت خام (۴۲ MJ/kg) است اما از زغال سنگ(۳۲ تا۳۷ MJ/kg ) زیادتر است.
بیودیزل خالص یا۱۰۰ درصد، بیودیزل سوخت محسوب می شود که بصورت B۱۰۰ یا سوخت خالص معرفی می شود. بیودیزل مخلوط، ترکیبی از بیودیزل خالص با دیزل نفتی است. مخلوط های بیو دیزل بصورت BXX بیان می شوند که در آن XX نشان دهنده مقدار درصد بیودیزل در آن مخلوط است. مثلاً B۸۰ موید این است که۸۰ درصد آن سوخت بیودیزل و۲۰ درصد آن پترودیزل است.
بیو دیزل به سوختهایی اطلاق می شود که منشاء بیولوژیکی دارند و یک عنوان کلی است که به گستره ای از سوختهای اکسیژن دهی شده با پایه استری(که از منابع بیولوژیکی تجدیدپذیر نشات می گیرد) نسبت داده می شود. بیودیزل ممکن است از روغن های آلی و چربیها تولید شود. از دیدگاه علم شیمی، بیودیزل به استرهای منوالکیل با زنجیرهای بلند اسید چرب که از بیولیپیدهای تجدید پذیر مشتق می شوند منسوب می شود. بیودیزل بطور نمونه از طریق واکنش روغن نباتی یا چربی حیوانی با متانول یا اتانول در حضور کاتالیزور برای حصول متیل یا اتیل استر (بیودیزل) و گلیسیرین تولید می شود. استرهای متیل یا اتیل اسید چرب یا همان بیودیزل از روغنهای طبیعی و چربیها تولید می شود. معمولاً متانول بر تبادل استری به اتانول ترجیح داده می شود، به خاطر اینکه متانول از اتانول ارزان تر است. گلسیرین تولیدی نیز در صابون سازی مصرف می شود. جدول۱ مشخصات فنی بیودیزل ارایه می دهد.
فرآیند ترانس تبادل استری و تولید بیودیزل با استفاده از آنزیم در معادلات زیر آمده است.
● چرا بیودیزل؟
بیودیزل سوخت تجدید پذیری است که با واکنش شیمیایی الکل و سبزیجات یا روغنهای حیوانی، چربیها یا گریسها ساخته می شود. از طریق فرآیند پالایش موسوم به واکنش تبادل استری، گلیسیرین را که یک محصول فرعی بوده و برای موتور خودرو مناسب نیست، حذف می کنند. گلیسرین حذف شده می تواند برای تهیه صابون استفاده شود. بیودیزل می تواند در بسیاری از موتورهای دیزلی بصورت خالص یا مخلوط با سوختهای نفتی در مقادیر مختلف استفاده شود. به ویژه در مخلوطی با۸۰ درصد بیودیزل و۲۰ درصد سوخت نفتی، بطور چشمگیری تابشهای سرطانی و گازهایی را که در گرم شدن زمین سهیم می شوند، کاهش می دهد.
● سوخت ایمن و تمیز
بیودیزل سلامت اپراتورهایی را که با این سوخت سروکار دارند، تضمین می کند. همچنین جایگزین تمیزی برای سوختهای نفتی است و در زمره سوختهای سبز قرار می گیرد. بیو دیزل از چربیها و روغنهای تجدید پذیر نظیر روغنهای ماهی تابه رستوران ها توسط برخی شرکتها (از جمله شرکت Pacific در آمریکا) تولید می شود.
بیودیزل می تواند در خودروهایی که تحت سیاست اعتباری کنترل انرژی عمل می کنند، استفاده شود. بیودیزل در موتورهای تراکم احتراقی موجود در بازار اعم از سبک تا سنگین همانند سوختهای نفتی استفاده می شود و نیازی به هیچگونه مدیفیکاسیون موتور وجود ندارد. بیودیزل ظرفیت عملکردی، بازده و محدوده کاری دیزل های نفتی را دارا بوده و پشتیبانی می کند. نه تنها هیچگونه تغییر ماهیتی در موتور خودرو لازم نیست بلکه هیچ نیازی به تغییر خودروها، قطعات یدکی، ایستگاههای سوخت گیری و مهارت های خاص برای مکانیک ها نیز لازم نخواهد بود. شیلنگ خودروها پس از۶ ماه اول کارکرد با بیودیزل نیازمند بررسی و چک آپ است. همچنین جایگزینی شلنگ های غیرسازگار ضروری است که اینکار نیز چندان سخت و هزینه بر نیست. مخلوط های۲۰ درصد یا کمتر ممکن است اثر نامطلوب اندکی روی شلنگ های غیرسازگار داشته باشند.
بیودیزل تشعشعات آلاینده زیست محیطی را تقلیل می دهد
بیودیزل با۲۰ درصد مخلوط دیزل نفتی استفاده می شود. مبدل های کاتالتیکی موجود در اگزوز خودروها آلایندگی آنها را به حداقل می رسانند. در نتیجه مواد خاص به۳۱ درصد، دی اکسید کربن به۲۱ درصد و کل هیدروکربن ها به۴۷ درصد کاهش می یابد. بیودیزل مصرفی با مخلوط نفتی همچنین نشر سولفور و آروماتیک ها را نیز کاهش می دهد. استفاده از B۱۰۰ مواد سرطان زا و آلاینده ها را بیشتر کاهش می دهد. بیودیزلها بدلیل ایمن بودن، سازگاری با محیط زیست و سهولت حمل و نقل در جاهای مختلف استفاده می شوند. صنعت دریایی آمریکا۱۰درصد از مصرف سوختی خود را از بیودیزل تأمین و از آن در مأموریتهای دریایی، قایقهای نوساخت و تعمیری، کشتیهای تجاری داخلی و کشتیهای تجاری اقیانوس پیما و ناوگان پاسبان ساحلی استفاده می کند. بیودیزل سوختی جایگزین با ضریب ایمنی بالا به حساب می آید، چون دارای نقطه اشتعال بالاتری از دیزلهای موجود است. از سوی NFPA در زمره سوختهای غیرقابل اشتعال کلاس بندی شده است و نیازی به نصب برچسب مواد خطرناک برروی آنها در موقع بارگیری و حمل و نقل وجود ندارد. بیودیزل در موتورها به سهولت می سوزد و موقعی که با حداقل مقدار کمتر از۲ درصد با سوخت نفتی دارای سولفور یا سولفور خیلی کم مخلوط می شود نرمی و روانی آن در سطوحی برابر با سوختهای نفتی حاوی مقادیر بسیار زیاد سولفور افزایش می یابد. استفاده از بیودیزل و مخلوطهای آن تغییرات قابل توجهی در بوی ترکیبات خروجی از اگزوز دارد. اگر بیودیزل اکسیژن دهی شود در اینصورت احتراق کاملتری نسبت به پترودیزلها در موتور صورت می پذیرد.

نویسنده: اصغر لسانی
منابع:
۱- Biodiesel، ۲۰۰۸، Springer، IS۸N ۹۷۸-۱-۸۴۶۲۸-۹۹۴-۱
۲- Pacific Biodiesel Corporation
۳- Related Biodiesel Webpages

منبع : ماهنامه نفت پارس