طرح توجیهی تهیه سوخت جایگزین گازوییل از منابع طبیعی

خلاصه طرح 

معرفی محصول

سوخت جایگزین گازوییل که در صنعت به نامهایی چون بیودیزل نیز موسوم است جهت سوخت در موتورهای دیزلی و در فورمولاسیون برخی تولیدات دیگر چون روان سازهای صنعتی برای بهبود خواص بکار میرود.

استفاده روز افزون 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 به اندازهای است که در صورت ادامه روند تکیه بر سوختهای فسیلی،در آینده نزدیک جهان با مشکلات زیادی از قبیل کمبود مواد اولیه و آلودگی محیط زیست مواجه خواهد شد. عمدهترین مصرف سوختهای فسیلی در موتورهای احتراق داخلی میباشد که به دلیل خاصیت آلودهکنندگی زیاد و به جاگذاشتن ذرات معلق و مضر باعث آلودگی زیست محیطی میشوند. بهعنوان مثال تا چندی پیش جهت افزایش بهرهوری و بهسوزی بنزین که عمدهترین سوخت و نیروی محرکه مورد استفاده در حمل و نقل است، از تترااتیل سرب استفاده میگردید. با مشخصشدن خطرات زیست محیطی این ماده تلاش برای یافتن جایگزین مناسبی شروع گردید و در نهایت متیلترشیوبوتیل اتر با نام اختصاری MTBE بهعنوان جایگزین معرفی و در ایران و برخی کشورهای جهان به صورت گستردهای از دهه 1980 میلادی به بعد در بنزینهای بدون سرب استفاده شد. استفاده این مواد در سوخت ابتدا با استقبال زیادی روبرو گشت اما پس از گذشت چند سال تاثیرات سوء آن روی بدن انسان و مضرات زیست محیطی بهویژه آلودگی آبهای زیرزمینی به اثبات رسید. به همین دلیل دانشمندان به فکر استفاده از منابع سوختی سازگار با سیستم بیولوژیکی و محیط زیست افتادند.

نام بیودیزل اولین بار بهوسیله شرکت National SoyDiesel Development Board که هماکنون به نام National Biodiesel Board نامیده میشود در آمریکا و در سال 1992 پیشنهاد شد. این موسسه پیشقدم در تجاری کردن بیودیزل در آمریکا میباشد. از نظر شیمیایی بیودیزل از یک سری استرهای منو آلکیل اسیدهای چرب با زنجیر طویل تشکیل شده است که از منابع طبیعی تجدیدپذیر مانند روغنهای گیاهی یا چربیهای حیوانی تهیه میشود و به آن، افزودنیهای مناسب جهت افزایش پایداری و کاهش اکسیداسیون احتمالی اضافه میشود. اسید چرب را با یک الکلمعمولاً( متانل یا اتانل) مخلوط

نموده و یک کاتالیست مانند سدیمهیدروکسید به آن میافزایند. محصول این واکنش استر اسید چرب و گلیسرین است. گلیسرین محصول جانبی باارزشی است که در صنایع صابون سازی، تولید مواد غذایی و آرایشی استفاده میشود.

بیودیزل تجدیدپذیر، غیر سمی و بدون گوگرد و ترکیبات آروماتیک است. راندمان کار بیودیزل شبیه به سوخت دیزل است و آزمایشها نشان دادهاند که راندمان بیودیزل در خودروها بسیار شبیه به سوخت دیزل است. از این ماده میتوان در موتورهای دیزل (اشتعال تراکمی) با اندکی تغییر و یا بدون تغییر و اصلاح بهصورت مخلوط با گازوییل با نسبتهای مختلف استفاده نمود. میزان ترکیب تابعی از شرایط اقتصادی، قوانین زیست محیطی پذیرفته شده، توانایی و قابلیت مواد به کار برده شده و خصوصیات احتراق است. مخلوطهایی با %20 بیودیزل و %80 گازوئیل ( دیزل ) بیشترین استفاده و مزایا را دارا هستند

میتوانند در کلیه تجهیزات فعلی مربوط به سوخت دیزل مورد استفاده قرار گیرند. با اندکی تغییرات در موتورهای دیزلی میتوان از مخلوطهای با نسبتهای بالاتر بیودیزل تا صددرصد بیودیزل خالص در موتورهای ساخته شده از سال 1994 به بعد استفاده نمود. استرالیا و آلمان تنها کشورهایی هستند که بیودیزل را به صورت خالص مورد استفاده قرار میدهند. در حال حاضر تلاش بر این است تا سوختهای بیودیزل به گونهای فرآیند شوند تا نیازمند هیچ تغییری در سیستم موتوری نباشند. با این وجود هنوز نقل

انتقال و ذخیره سازی آنها نیازمند تمهیدات خاصی میباشد.

بیودیزل را میتوان از استریفیکاسیون روغن های گیاهی مثل سویا، بادام زمینی، پنبه دانه، گل آفتابگردان و کانولا به صورت تازه یا مستعمل (روغن مصرف شده در آشپزی) و نیز چربی های حیوانی و حتی پیه تولید کرد. تاکنون نمونههای اولیه موفقی از سوخت بیودیزل با استفاده از انواع روغنهای آفتاب گردان، سویا و نارگیل تولید شده است که خواص متفاوتی را نشان دادهاند. در حالی که منبع تولید بیودیزل در اغلبکشورها عمدتاً دانههای روغنی خوراکی هستند، استفاده از دانههای روغنی گیاهان غیرخوراکی مانند جاتروفا که در کویرزدایی مورد استفاده قرار میگیرد نیز مورد توجه برخی کشورها قرار گرفته است. بدین ترتیب استفاده از بیودیزل بازار جدیدی برای کشاورزان و تولیدکنندگان دانههای روغنی ایجاد میکند. از آنجا که روغن سویا سهم عمدهای از روغن تولیدی در آمریکا را تشکیل میدهد، توجه به این روغن بهعنوان ماده اولیه برای تولید بیودیزل در آمریکا گسترش زیادی پیدا نموده است. در حال حاضر

در آلمان حدود 1,9 میلیون هکتار انواع دانه های روغنی کشت میشود تقریباًو 8,2 درصد سوخت موتورهای دیزل از این راه فراهم میگردد. در اروپا بیودیزل از روغنهای محصولات کشاورزی تولید و بهصورت گستردهای در انواع خودروهای دیزل استفاده میگردد. در هاوایی درموسسه Pacific Biodiesel Ins از بازیافت روغنهای خوراکی مصرف شده، بیودیزل تولید و در ادوات دیزلی، خودروها و کشتیها استفاده میگردد. با جمعآوری روغنهای پسماند از رستورانها برای این مرکز، بیش از40 تن روغن پسماند در ماه ذخیره میگردد.

از سویی دیگر تنوع در نوع خوراک مورد استفاده برای استریفیکاسیون موجب میگردد تا خصوصیات سوخت بیودیزل به طور قابل ملاحظهای به زنجیرهای اسیدهای چرب موجود در خوراک وابسته شود.

با توجه به تشابه در فرآیند تولید بیودیزل و دیزل از مواد اولیه گیاهی شاید بتوان گفت تولید بیودیزل مشابه ساخت سوخت فسیلی است با این تفاوت که فرآیند ساخت سوخت فسیلی طی میلیونها سال در اعماق زمین انجام شده تا گیاهانو احتمالاً جانوران به منابع سوخت فسیلی تبدیل شوند اما ساخت بیودیزل تحت شرایط خاص دما و فشار با استفاده از کاتالیستها و واکنشگرهای شیمیایی طی مدتی بسیار کوتاه انجام میشود.

مهمترین مزیتهای اساسی بیودیزل نسبت به دیزل (گازوییل) به شرح ذیل میباشد:

-1 میزان اکسیژن موجود در دیزل صفر است در حالیکه بیودیزل حاوی 10-12 درصد وزنی اکسیژن میباشد. این امر موجب کاهش دانسیته انرژی و انتشار ذرات معلق میگردد.

-2 میزان گوگرد موجود در بیودیزل حداکثر 10 ppm است که درصد آلایندگی آن نسبت به گازوییل مصرفی اروپا که حداقل حدود 10 ppm گوگرد دارد به مراتب کمتر است و البته این تفاوت نسبت به میزان گوگرد گازوئیل مصرفی ایران که بیش از 500 ppm است، بسیار فاحشتر است. گوگرد موجود در سوخت در سیستم اگزوز موتور به اکسیدهای گوگرد و سپس بخشی از آن به سولفوریک اسید تبدیل میشود.

3گازوئیل- معمولاً حدود 20-40 درصد حجمی ترکیبات آروماتیک دارد که باعث افزایش انتشار آلایندههای مختلف میشودر حالی که بیودیزل اساساً عاری از آروماتیکهاست.

4 در گازوئیل هیچ پیوند دوگانه الفینی وجود ندارد در حالی که در بیودیزل تعداد قابل ملاحظهای پیوند دوگانه غیر اشباع وجود دارد که موجب سهولت اکسیداسیون کامل در هوا میگردد. بدین ترتیب استفاده از بیودیزل در یک موتور گازوئیلی به کاهش اساسی در میزان هیدروکربنهای سوخت ناقص، منواکسید کربن و ذرات معلق منجر میشود و در نتیجه، از سهم کربن موجود در ذرات معلق کاسته میشود. کاهش بو و دوده تولیدی نیز از جمله مزایای دیگر است.

-5 میزان افزایش گرمای زمین در اثر استفاده از بیودیزل به مراتب کمتر از سوخت دیزل است.

-6 مطالعات نشان میدهد به ازای مصرف هر یک کیلوگرم از بیودیزل، سه کیلوگرم دیاکسید کربن کمتر تولید میشود. بنابراین میزان پخش گاز دیاکسید کربن نسبت به سوخت دیزل معمولی 65 تا %90 کمتر است.

-7 در مقایسه با سوخت دیزل معمولی خیلی سریع توسط سیستمهای بیولوژیکی تجزیه میگردد. -8 افزایش روانکاری موتور

در مقابل هزینههای بالای تولید بیودیزل، ارزانی نسبی دیزل حاصل از فرآوری نفت خام و امکان تولید سایر محصولات از مواد اولیه مورد نیاز تولید بیودیزل، تاکنون مانع تولید بیودیزل در مقیاس انبوه بوده است. هزینه تولید هر لیتر بیودیزل در اروپا بهطور متوسط 0,85 تا 1 دلار میباشد که از این میان تنها 5 تا 6,25 سنت هزینه تبدیل روغن به یک لیتر بیودیزل بوده و مابقی هزینه تولید روغن خام میباشد. به همین دلیل محاسبات اقتصادی نشان میدهند در صورتی که قیمت نفت خام به بشکه ای بیش از 50 دلار برسد و یا سیاست حذف یارانه انرژی اجرا گردد، تولید بیودیزل توجیه اقتصادی پیدا خواهد نمود. به همین دلیل کشورهای نفتخیزی چون عربستان نیز درصدد وارد کردن تکنولوژی تولید بیودیزل برآمدهاند.

در ایران نیز تولید سوختهای گیاهی از فاضلاب و زبالههایی که منبع آلی دارند، در سطح آزمایشی انجام شده است. دستگاههای تولید سوختهای گیاهی در مواردی طراحی و ساخته شدهاند. بهعلت واردات بنزین (واردات بنزین در سال 1383 بالغ بر 3 میلیارد دلار بوده است) و کاهش منابع نفتی، در کشور ما نیز به صورت کلان به این سوختها توجه شده است بهطوری که در برنامه چهارم توسعه کشور، تمهیداتی برای توجه به تحقیق در مورد این سوختها اندیشیده شده است.