زیست سوخت

در این بخش به معرفی زیست سوخت­ ها خواهیم پرداخت ؛ در ابتدا تعریفی از بیوانرژی داشته باشیم
به انرژی­ هایی که برای به­ دست آوردن آن­ ها از موجودات زنده و یا فرآیندهای زیستی استفاده می­ شود،زیست­ انرژی می­ گویند که زیست­ سوخت­ ها قسمتی از آن را تشکیل می ­دهد . زیست سوخت­ ها را می­ توان به سه دسته ­ی زیست سوخت­ های نسل اول ، نسل دوم و نسل سوم تقسیم کرد
زیست سوخت­ های نسل اول به زیست سوخت­ هایی گفته می­ شود که از مواد زیستی هم­ چون نشاسته ، چربی­ ها و روغن­ های گیاهی به ­دست می­ آیند . اصطلاحاتی مانند زیست دیزل­ ها ، دیزل سبز ، زیست گاز ، زیست اتر و … در این نسل جای می گیرند . زیست­ دیزل یکی از پر­چالش ­ترین مباحث این قسمت است و تمرکز زیادی روی آن شده است

بایودیزل اسید چرب ­های لیپید­ها با الکل ها وارد واکنش استری شدن می ­شوند و سوخت­ هایی به وجود می­ آید که اگر با نسبت­ های زیر ۲۰ درصد با بنزین یا گازوئیل ترکیب شوند ، بدون ایجاد تغییر در موتور وسایل نقلیه می ­تواند به عنوان سوخت مصرف شود ؛ البته از این سوخت ­ها با خلوص بیشتر در موتورهایی که برای آن ­ها طراحی شده­ اند مصرف می­ شود . بیش­ترین مزیتی که برای زیست دیزل­ ها یاد م ی­شود غیر نفتی بودن آن­ ها و هم­چنین دود پاک آن ­ها نسبت به سوخت­ های نفتی می­ باشد . به طوری که مقدار گاز گلخانه­ ای وارد شده به جو توسط این سوخت ­ها کمتر از سوخت های نفتی است
نکته ی مهمی که در مورد بیودیزل ها بررسی میشود چگالی (دانسیته) انرژی م ی­باشد ؛ یعنی به ازا هر واحد وزن سوخت مورد نظر چه میزان انرژی در دسترس سیستم قرار می­ گیرد . این مقادیر به علت کمتر بودن پیوندهای انرژی­ زا بین مولکول ­های زیست سوخت ­ها نسبت به سوخت ­های دیگری مانند بنزین کمتر است . یعنی برای میزان برابری انرژی لازم است وزن بیشتری از زیست دیزل استفاده شود که خب در عمل همین موضوع موجب افزایش وزن سوخت و وسیله ی نقلیه و نیازمندی بیشتر به انرژی می ­شود
ضمنا این سوخت ­ها برای شعله­ ور شدن،دمای بالاتری لازم دارند که به نوبه خود، هم مثبت و هم منفی است ؛ این موضوع از احتمال آتش ­سوزی و یا انفجار در سوانح می­ کاهد ولی در عوض در دماهای پایین و هوای سرد روشن شدن موتور را دچار مشکلاتی می­ کند
ولی به نکته­ ای که کمتر به آن­ ها اشاره می­ شود آزاد­شدن اکسید­های نیتروژن یا nox ها در جو با سوختن آن­ها است که این نیز مسئله قابل توجهی بوده و لازم است مورد بررسی قرار بگیرد
زیست گاز­ها که از تخمیر مواد آلی به­ دست می آیند نیز مانند زیست دیزل­ ها سوخت­ های باک­تری نسبت به فرآورده ­های نفت یا گاز به حساب می آیند ولی مشکل چگالی انرژی در اینجا هم وجود دارد ؛ علاوه بر اینکه این گازها باید با فشار بالایی مورد استفاده قرار گیرند تا بحث دانسیته­ ی انرژی رفع شود که همین فشار بیشتر به کپسول­ های ضخیم­ تری لازم دارند و این بر وزن وسیله ­ی نقلیه می افزاید و همین مطلب هم موجب نیازمندی به سوخت بیشتر برای حرکت است
زیست اتر هم اگر به سوخت ­ها اضافه شود درجه اکتان آن­ ها را بالا برده و موجب کاهش فرسایش موتور­ها می­ شود

بیوفیول ­های نسل دوم پیشرفته­ تر از بیوفیول­ های نسل اول می­ باشند . به طور کلی سوخت­ ها یا انرژی که از زیست توده به دست می آید . زیست توده شامل هر منبع کربنی که به شکل تجدید­پذیر قابلیت از نو ساخته شدن را در چرخه ی کربن داشته باشد می ­شود ؛ به شکل ساده تر زیست توده را می ­توان موادی که از بدن موجودات زنده به­ دست می آید دانست مانند: ذرت ، علوفه ، ضایعات کشاورزی و … . از زیست سوخت­ های نسل دوم می­ توان به اتانول سلولوزی ، هیدروژن زیستی ، متانول زیستی و … اشاره کرد .
اتانول­ های زیستی که به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می ­گیرند را می­ توان به راحتی از تخمیر مواد قندی به دست آورد اما اتانولی که از سلولوز ( فیبر های طویل گیاهی ) به ­دست می آید فرآیند پیچیده و دشوارتری دارد . مقرون به صرفه بودن این فرآیند بسیار در توسعه ی این تکنولوژی موثر می­ باشد که به علت تغییرات قیمت جهانی نفت، این تحقیقات تحت تاثیر قرار می گیرند . اشاره به پروژه خانم “مریم بهروزی” در دانشگاه میشیگان آمریکا برای سهولت این فرآیند خارج از لطف نیست ؛ مراحل تهیه اتانول سلولوزی به این صورت می باشد که ابتدا سلولوز را ( که از اتصال زیر واحد های قندی به هم تشکیل شده و یک پلیمر می­ باشد ) وارد فرآیندهای آنزیمی کرده تا به واحدهای کوچک ­تر قندی بشکند و سپس وارد فرآیند تخمیر شود . گروه خانم بهروزی روی پروژه­ ای کار کردند که با ایجاد تغییرات ژنتیکی در گیاهان ، آنزیم هایی مشابه آنزیم میکروارگانیسم ­های هضم­ کننده معده نشخوار کنندگان را در گیاه مورد نظر تولید شود به طوری که گیاه خود مواد لازم را برای فرآیندی که نام برده شد بسازد . از جمله مهم­ ترین بحث­ هایی که همیشه در این زمینه مطرح می ­شود تاثیر مواد دست­ ورزی شده­ ی ژنتیکی بر غذا و سلامت انسان است . با توجه به این که این تیم بر روی گیاه ذرت کار می کرده ، گروه مدعی شده که تغییرات ژنتیکی به گونه­ ای اعمال شده که فقط سلول­ های سبز گیاه (سلول­ های دارای کلروفیل) را تحت تاثیر قرار می­دهد ؛ این بدین معنی است که قسمت­های خوراکی ذرت (که فاقد کلروفیل می­ باشند) از این تغییرات مصون هستند . سوال دیگری که این تیم به آن پاسخ داده نحوه ­ی اثر این آنزیم ­ها می ­باشد به طوری که گیاه زنده را تحت تاثیر قرار نمی ­دهد که اگر بدهد موجب نابودی بافت­ های سلولوزی گیاهی می­ شود . توضیح جواب به این صورت است که این آنزیم ­ها به ­گونه ای طراحی شده­ اند که بلافاصله بعد از ساخته­ شدن توسط سلول به واکوئل­ ها ( یا انبارهای نگهداری مواد در سلول­ های زنده گیاهی ) منتقل می ­شوند و فرصت اثر­کردن بر سلول را ندارند ، زمانی که گیاه قطع شده و بافت آن تخریب می شود واکوئل­ ها پاره شده و آنزیم­ های درون آن­ ها آزاد شده و شروع به تخریب بخش­ های سلولوزی گیاه می­ کنند . حال با نتایج این تحقیق می­ توان به کاهش هزینه­ های این فرآیند امیدوار بود . البته لازم به ذکر است تحقیقات مشابه روی محصولاتی مانند برنج می ­تواند منجر به کمک­ هایی بزرگ به تولید این مواد در کشورمان شود .

هیدروژن­ های زیستی سوخت ­های بسیار پاکیزه ای می ­باشند . سوختن هیدروژن هیچ محصول دیگری به­ جز آب و انرژی به همراه ندارد . مشکل نوع به ­دست آوردن هیدروژن است که بسیار گران­ قیمت می ­باشد اما با روش­ های نوینی که به تولید هیدروژن­ های زیستی می انجامد – و اساس آنها تخمیر قندها است به طوری که فرآیند تخمیر به سمت تولید هیدروژن هدایت شده است – میتوان این هزینه ­ها را کاهش داد . البته مسئله انفجار هیدروژن و هم­چنین مسائل مکانیکی پیرامون سوخت­ های هیدروژنی مطرح می­ باشد ولی در منابع علمی از آن به عنوان سوختی مناسب یاد می­ شود

زیست سوخت­ های نسل سوم که از جلبک ­ها به ­دست می­ آیند تا مدتی قبل یکی از زیرمجموعه ­های زیست سوخت­ های نسل دوم به شمار می ­رفتند که به علت اهمیت و پتانسیل­ های آن، آن­ را به عنوان نسل جداگانه­ ای طبقه ­بندی کرده ­اند . از جلبک­ هایی به عنوان زیست ­توده استفاده شده و به تولید سوخت می­ پردازند . جلبک­ ها ( به خصوص ریز جلبک­ ها که به صورت میکروسکوپی در آب­ ها رشد می-کنند) نسبت به دیگر مواد زیستی دارای ویژگی­ های قابل توجهی می ­باشد : مثلا جلبک جزو غذای انسانی به شمار نمی­ رود و بنابراین در رقابت غذایی با انسان قرار نمی­ گیرد . به مقدار مساحت بسیار کمتری برای رشد نیاز دارند (در وزن برابر یک دهم مساحت گیاهان را لازم دارند ) که حتی تکنولوژی ­های جدی این میزان را بهبود داده­ اند ( مثلا در هر هکتار هفتاد تن محصول تولید می­ شود )، جذب CO2 بیشتری نسبت به گیاهان دارند و البته می­توان از آن­ ها به­ جز در سوخت­ های زیستی در صنایع غذایی هم استفاده کرد و آن ها را به سمت تولید مواد لازم غذایی برد که اخیرا به عنوان تولیدکننده مکمل­ های غذایی روی آن­ها (بیشتر سیانوباکتری­ ها ) کار شده است
پالایشگاه میکروجلبک قشم نیز یکی از مراکز فعال کشور در این زمینه است که به رهبری خانم دکتر “نسرین معظمی” در حال دستیابی به اهداف متنوع این موسسه می باشد

سلول های سوختی زیستی جزو سوخت­های زیستی طبقه ­بندی نمی­ شود و بیشتر، یک سلول سوختی است ولی به علت تشابه اسمی به معرفی کوتاهی از آن می ­پردازیم : سلول­ های سوختی به طور کلی تلاش می ­کنند واکنش­ های شیمیایی که در هنگام سوختن موادی مانند هیدروژن آزاد م ی­شوند را به شکل کنترل­ شده به انرژی الکتریکی تبدیل کنند . سلول­ های سوختی زیستی تفاوت شان در استفاده از برخی آنزیم ­های زیستی به عنوان کاتالیزور برای افزایش راندمان سلول سوختی می ­باشند

چالش ­های زیست سوخت ­ها
علاوه بر همه ­ی مزیت­ هایی که برای زیست سوخت­ ها ذکر می­شود،زیست سوخت ­ها مخالفان سرسخت خود را دارند . از جمله مزیت ­های نام برده شده برای زیست سوخت­ ها را می­توان به کاهش گازهای گلخانه­ ای و کمک به نجات محیط زیست ، ایجاد حاشیه امن انرژی برای کشورهای تولید­کننده ، کاهش وابستگی دولت ­ها به نفت ، تجدیدپذیربودن و … اشاره کرد.
مشکلاتی که برای زیست سوخت ­ها نام برده می ­شود حوزه­ های بسیار وسیع اجتماعی ، اقتصادی ، محیط­زیستی و فنی را شامل می ­شود. یکی از مسائلی که مطرح م ی­باشد وابستگی شدید این صنایع به نفت است ؛ با توجه به اینکه سوخت اصلی مورد استفاده در دنیا نفت می­ باشد تغییرات بازارهای نفتی بر پروژه­ های زیست سوختی بسیار تاثیرگذار می­ باشد؛ و البته این موضوع، که گسترش این حوزه خود وابسته به نفت است و دولت­ ها منابع لازم برای توسعه زیست سوخت­ ها را از درآمد­های نفتی تامین می­ کنند که این موجب وابستگی بیشتر آن به نفت می­ باشد.
از موارد دیگری که مطرح می­شود کاهش تنوع گیاهی و تحت تاثیر قرار گرفتن پوشش ­های گیاهی می­ باشد . با توجه به اینکه برای تولید زیست ­سوخت ها از گیاهان به خصوصی مانند ذرت استفاده می­ شود ، توسعه زیست ­سوخت ها سطح زیرِکشت این گیاهان خاص را بیشتر می­ کند و این موجب محدود شدن گیاهان دیگر و کم ­شدن تنوع گیاهی م ی­باشد . این مسئله خود موجب فرسایش خاک­ های کشاورزی م ی­شود و علت آن نیز به این موضوع برمی­ گردد که وقتی پوشش گیاهی تغییر می­کند فرسایش خاک بیشتر شده و زمین نمی­ تواند مثل قبل مواد خاک را حفظ کند
جنگل زدایی نیز از مهم­ترین مشکلات توسعه زیست سوخت­ ها می­ باشد . در صورتی که زیست سوخت­ ها گسترش یابند ، نیازمند مواد اولیه بیشتری هستند که این مطلب، نیازمند افزایش سطح زیرِکشت می­ باشد . این سطحِ ­کشت با تخریب جنگل­ ها به­ دست می­ آید که این مسئله خود موجب افزایش تولید گاز­های گلخانه­ ای در طبیعت است چرا که درختان جنگلی که موجب کاهش گاز­هایی نظیر CO2 می­شوند قطع شده اند و CO2 بیشتری به شکل جذب نشده در محیط باقی می ­ماند
مسئله آب نیز برای کشورهایی مانند کشور ما که با بحران­ های آبی رو­به ­رو است، بسیار حائز اهمیت است چرا که در صورت جایگزینیِ زیست سوخت ­ها با سوخت­ های بنزینی ، به نسبت، آب بسیار بیشتری مصرف شده تا به مقدار برابر سوخت تهیه شود . البته این مشکل برای کشور­هایی که منابع آب محدود ندارند کمتر مورد توجه است.

از سرسخت­ ترین مخالفان زیست سوخت­ ها را می­ توان موسسه آکسفام دانست . آکسفام یک موسسه مددرسانی بین المللی می­ باشد که هسته اصل آن در دانشگاه آکسفورد تشکیل شده و رسالت آن ریشه­ کن­ کردن فقر و نابرابری ­های اجتماعی است . آکسفام به حدی با گسترش بیوفیول­ ها مخالف است که تحت لایحه ­ای از اتحادیه اروپا درخواست کرد افق چشم­ انداز سال ۲۰۲۰ خود را تعلیق کند . آکسفام معتقد است گسترش زیست سوخت­ ها موجب شده سالانه ۳ میلیارد تن CO2 به جو وارد شود و علت آن هم جنگل­زدایی­ هایی است که در بالا به آن اشاره شد
آکسفام ادعا می­کند لابیِ زیست سوخت­ ها در اتحادیه اروپا وسعتی به اندازه لابی تنباکو دارد و در یک سال مبلغ ۱۴ میلیون یورو صرف لابی­ گر­ها شده است (البته لابی ­هایی که نام برده می­شود ساختار­هایی تعریف­ شده در اتحادیه اروپا دارند )
اطلاعات نشت­ کرده از بررسی ­های بانک جهانی این­ طور نشان می­دهد که ۳۰ میلیون نفر به علت گسترش زیست سوخت­ها زیر خط فقر قرار گرفته ­اند ؛ علت این مسئله وجود رقابت زیست سوخت­ ها با منابع غذایی انسان است . به طور مثال زمانی که ذرت­ های تولید­شده صرف تولید زیست سوخت شود، قیمت آن افزایش یافته و تاثیر آن بر مصرف­ کنندگان تحمیل می­شود . به همین شکل علوفه و غذای دامی نیز گران شده و موجب افزایش قیمت مواد پروتئینی می ­شود . در مجموع قیمت مواد غذایی به علت گسترش زیست سوخت ­ها دچار رشد قیمت ۷۵ درصدی شده است . آکسفام اعلام کرده نصف ذرت ایالات متحده و یک سوم غلات اتحادیه اروپا صرف ایجاد زیست سوخت ­ها می­ شود . این نکته در کنار این مطلب که بخشی از این مواد ( به طور مثال ۴۰ درصد غلات مصرفی اتحادیه اروپا ) در کشورهایی مانند کشورهای آسیای شرقی تولید می­ شود می­تواند آسیب بالاتری را به کشورهای تولید کننده وارد کند ؛ چرا که علاوه بر تحمیل هزینه­ هایی مانند جنگل­ زدایی و فرسایش خاک ، کاهش مصرف سوخت­ های فسیلی شامل حال آن ­ها نمی ­شود
این موضوعات در کنار ادعای وزارت اقتصاد فرانسه که اعلام کرده زیست سوخت­ ها فقط ۵ درصد از گازهای گلخانه ای را تحت تاثیر قرار می­ دهد ، علت جدیت آکسفام در ادعای خود را واضح ­تر می­سازد . آکسفام معتقد است زیست سوخت­ ها بیشتر به­ جای آن که معجزه­ ای برای نجات محیط زیست باشد بیشتر کسب ­وکاری ایمن برای برخی دولت­ ها به حساب می­ آید
هرچند علی رغم این مطالب، بسیاری از کشورها کماکان از این موضوع استقبال می­ کنند؛ به طور مثال برزیل که به یکی از تولیدکنندگان اصلی بیومس تبدیل شده است در دکترین خود این موضوع را بسیار مناسبِ منافع ملی خود قلمداد می­کند
در کل می ­توان به این نکته اشاره­ کرد که پتانسیل­ های بسیاری برای گسترش زیست سوخت­ ها وجود دارد – به طور مثال مواردی که کمتر با مواد غذایی انسان رقابت می­ کنند مانند اتانول سلولوزی و یا میکروجلبک ­ها – که می­تواند نور امیدِ داشتن جهانی بدون آلودگی با کمک زیست سوخت ­ها و بدون مشکلات آن­ را در دل­ ها روشن نگه دارد.

محمدرضا صادقیان

درباره ی mhpoursafavi

دانشجو رشته زیست شناسی سلولی مولکولی (ژنتیک) دانشگاه شاهد تهران

همچنین ببینید

زیست سوخت

در این بخش به معرفی زیست سوخت­ ها خواهیم پرداخت ؛ در ابتدا تعریفی از …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *