پیش به‌سوی مزارع انرژی

سوخت زیست توده جامد شامل انرژی تولیدی از تمام ضایعات سلولزی حاصل از صنایع کشاورزی، باغی و جنگلی است که یکی از سوخت‌های پاک و ارزان در دنیا محسوب می‌شود. 

سالانه هزاران تن از ضایعات سلولزی شامل کشاورزی، صنعتی و جنگلی به هدر می‌رود که می‌توان طی فرآیندی این ضایعات را به کالایی تبدیل کرد که ارزش افزوده بالاتری داشته باشد. استفاده از این سوخت از اوایل دهه ۹۰ میلادی با شروع بحران انرژی در جهان مورد توجه دوباره کشورهای اروپایی قرار گرفت و هر ساله مصرف آن افزایش می‌یابد به طوری که مصرف آن در اروپا از دو میلیون تن در سال ۲۰۰۰ به بیش از ۱۴ میلیون تن در سال ۲۰۱۰ رسید. 

سوخت زیست توده جامد نسبت به گازوئیل و نفت ارزان‌تر و به مراتب پاک‌تر است. اگر میزان آلودگی حاصل از سوزاندن چوب و تولید برق را ۱۵، سوزاندن گازوئیل را ۵ و سوزاندن گاز را ۳  در نظر بگیریم میزان آلودگی سوخت زیست توده در حد ۱  برای یک میزان مشخص و یکسان انرژی حاصله است. 

به دلیل آن که سوخت زیست توده جامد از ضایعات درختان و گیاهان است، پس از سوخته شدن همان مقدار، CO2 جذب شده توسط گیاهان را به محیط باز می‌گرداند و این ویژگی سبب پاک بودن سوخت زیست توده شده است. 

امروز کشورهای دنیا در مسیر کاهش استفاده و وابستگی به سوخت‌های فسیلی قرار گرفته‌اند، تحقق این هدف علاوه بر مزایای محیط زیستی، اشتغالزایی نیروهای متخصص، کاهش ظرفیت سوخت فسیلی و توسعه اقتصادی- اجتماعی شهرهای کوچک را به همراه دارد.

در این راستا، کشورها با تولید بیودیزل، بیواتانول و بیوگاز از مواد زیستی به دنبال جایگزینی برای گازوئیل، بنزین و گاز هستند.

رویکرد به سمت بیوانرژی در ایران نیز همانند تمامی نقاط جهان، حیاتی و ارزشمند است. جایگزینی سوخت‌های زیستی، کاهش وابستگی به منابع فسیلی را به همراه دارد و برای تحقق این امر نخست باید زیرساخت‌هایی همچون مواد اولیه و تکنولوژی فراهم شود.  برنامه راهبردی ۲۵ ساله سوخت‌های بیوفیول مایع دانشگاه تربیت مدرس با شعار «از بیوآزمایشگاه تا بیوپالایشگاه» و نیز «از مواد پسماند تا مزارع انرژی»، اولین و جامع‌ترین برنامه پژوهشی توسعه این سوخت‌ها در کشور محسوب می‌شود که از سال ۱۳۸۰ آغاز شده است.

به باور برنامه‌ریزان و کارشناسان حوزه انرژی‌های‌نو، مراکز تحقیقاتی ایران نیز در مسیر توسعه بیوانرژی گام برداشته اند اما برای تحقق این امر نخست باید زیرساخت‌هایی همچون مواد اولیه و تکنولوژی فراهم شود. 

 تجهیز زیرساخت ها 

در گام نخست، این سوال مطرح می‌شود که توسعه بیوانرژی به چه ابزار و وسائلی نیازمند است؟ همانطور که تولید مواد اولیه از منابعی همچون مزارع انرژی و جلبک‌ها انجام می‌شود، در بخش زیر ساخت‌ها نیز تجهیز آزمایشگاه‌های مرجع، در اولویت قرار دارد تا از این طریق کیفیت سوخت‌ها و تهیه آنها بر اساس استانداردهای لازم مورد بررسی قرار گیرد. 

نیم قرن از حرکت کشورهای پیشرفته در این مسیر می‌گذرد. در آسیا، مالزی،چین و ژاپن در این مسیر قرار گرفته اند. در ایران نیز از حدود ۱۵ سال پیش تجهیز و استاندارد سازی آزمایشگاه‌های مرجع مربوط به انرژی تجدیدپذیر آغاز شد، تجهیز برخی از آنها تکمیل شده و برخی روند تجهیز را طی می‌کنند و هم اکنون برخی مراکز تحقیقاتی کشور در زمینه بیوانرژی به دستاوردهایی دست یافته‌اند .

ایران، مستعد برای توسعه «میکروالگ»

طرح ایرانی تولید بیودیزل و مواد دارویی از «میکروالگ» ثبت جهانی شده و مشخصا طرح «تولید بیودیزل، مواد دارویی، بهداشتی و افزودنی‌های غذایی از میکروالگ» در اتحادیه اروپا به ثبت رسیده است.

مجری طرح در این خصوص گفته است: این طرح که یکی از ۳۷  طرح‌ ملی مصوب سال ۹۰  شورای عالی علوم، تحقیقات و فناوری است، توانست به صورت پتنت در اتحادیه اروپا به ثبت برسد.

آبی که در حوزه خلیج‌فارس، وجود دارد از اقیانوس هند و از تنگه هرمز به سمت خلیج‌فارس می‌آید و دارای میکروالگ فراوان، بکر و عاری از هرگونه آلودگی فاضلاب‌ها و پساب‌های صنعتی است و این یکی از شانس‌های بزرگ ایران نسبت به کشورهای همجوار جنوبی آن برای اجرای چنین پروژه اقتصادی است. 

در سال ۸۶  با حمایت مالی وزارت صنایع و معادن تولید بیودیزل و سایر فرآورده‌های با ارزش اقتصادی، میکروالگ‌ها در مقیاس پایلوت در  ۱۱ بیوراکتور با ظرفیت ۲۰۰  لیتر تا ۲۵ هزار لیتر اجرایی شد و نتایج پایلوت حاکی از توان کشت میکروالگ جدا شده از خلیج فارس در سیستم‌های باز با استفاده از آب دریا، تثبیت ۴۰۰ تن دی‌اکسید‌کربن در هر هکتار کشت تولید حدود ۲۰۰  تن بیوماس و ۱۰۰  هزار لیتر بیودیزل و با استفاده از نشاسته سلولی ۱۰۳۵ لیتر اتانل بود.  به باور برخی کارشناسان، در مقایسه با سایر منابع تولید بیوانرژی و نیز به دلیل گستردگی دریاها و اقیانوس‌ها که ۷۰  درصد سطح کره زمین را تشکیل می‌دهند، میکروالگ‌ها مهمترین منبع پایدار تولید انرژی هستند. همچنین به دلیل رشد در آب‌های شور و شیرین و زمین‌های غیرکشاوری هیچگونه تقابلی با کشاورزی و تولید غذا و آب شیرین ندارند.  استفاده مستقیم از خروجی نیروگاه‌ها برای تامین دی‌اکسید‌کربن مورد نیاز کشت میکروالگ و توان تثبیت دی‌اکسید‌کربن معادل دو برابر تولید بیوماس سلولی میکروالگ‌ها را در جایگاه مهمترین کاهش‌دهنده گازهای گلخانه‌ای قرار می‌دهند. استفاده از روغن خام میکروالگ به جای نفت در زیر ساخت‌های موجود پالایشگاه‌ها و تولید سوخت‌های باارزش افزوده دیزل با کیفیت عالی، بنزین عاری از هرگونه آلاینده و نیز سوخت هواپیما، آینده صنعتی‌شدن و گستره تولید و کاربرد سوخت میکروالگ را تضمین می‌کند. 

بر اساس نتایج کشت میکروالگ جدا شده در خلیج فارس در راکتورهای ۲۵ هزار لیتری پایلوت، با توسعه طرح در مقیاس هزار هکتار تولید  ۱۲۰ میلیون لیتر در سال و معادل ۱۵۰۰ بشکه میکروالگ در روز قابل دستیابی است. 

 تولید سوخت دیزل از روغن پسماند آشپزخانه

همچنین پژوهشگران گروه مهندسی مکانیک ماشین‌های کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس، موفق به تولید و فراوری سوخت تجدید پذیر بیودیزل شده‌اند. شرایط آب و هوایی مناسب برای کاشت انواع دانه‌های انرژی، بهره‌مندی از پوشش جنگلی و حدود ۳۲۰۰  کیلومتر منطقه ساحلی، اتلاف سالانه نزدیک به ۱۸ میلیون تن غلات و اتلاف سالانه ۳۰۰ هزار تن چربی خوراکی در ایران، پتانسیل بسیار مطلوبی را برای تولید سوخت زیستی ایجاد کرده که نیازمند تحقیق و سرمایه‌گذاری است. 

تنوع آب و هوایی ایران، کاشت انواع مختلف دانه‌های انرژی را برای تولید سوخت‌های زیستی امکان‌پذیر کرده است.  در ایران سهولت استفاده از ملاس چغندرقند و نیشکر به عنوان خوراک  برای تولید سوخت‌های زیستی وجود دارد. چربی ماهی و چربی گیاهانی مانند درخت خرما و بوته‌هایی نظیر «جاتروفا» که دانه‌های بزرگ روغنی تولید می‌کنند، منبع مناسبی برای تولید سوخت‌های زیستی هستند؛ برای اتانول، شکر و ذرت و به مقدار کمتر گندم، چغندرقند و برای بیودیزل دانه‌های محصولات روغن دار و همچنین چربی حیوانات به عنوان خوراک استفاده می‌شود. 

در پژوهش‌هایی که طی ۱۰ سال با تیمی ۶۰ نفره از دانشجویان دانشکده کشاورزی انجام شده، از روغن پسماند آشپزخانه، سوخت پاک بیودیزل تهیه شده است.

روغن پسماند به اضافه کاتالیست و الکل متانول در داخل راکتور ریخته شده و پس از واکنش مواد با یکدیگر گلیسیرین و بیودیزل تولید می‌شود. پس از آن طی فرایند خالص سازی، بیودیزل و گلیسیرین از یکدیگر جدا می‌شوند. در مرحله بعد، فرایند آبشویی انجام می‌شود و پس از فیلتر کردن بیودیزل آن را خالص سازی کرده و می‌توان از آن به جای گازوییل در وسایل نقلیه استفاده کرد. 

سوخت زیست توده جامد ایرانی به اروپا صادر شد

گزارش دیگری حاکی است سوخت زیست توده جامد توسط مهندسان یکی از شرکت‌های دانش بنیان واقع در پارک علم و فناوری استان گیلان تولید و به صادرات رسیده است. 

مدیر عامل این شرکت اعلام کرده است ما در خاورمیانه جزو اولین تولید کنندگان سوخت زیست توده جامد هستیم و توانسته‌ایم دانش فنی تولید این نوع سوخت پاک را در کشور تدوین و به ثبت برسانیم. همچنین برای استفاده از این سوخت‌ها جهت تولید گرما، بخاری‌های مخصوص این سوخت وجود دارد که این شرکت با توجه اهداف خود که همان بومی‌سازی این سوخت درداخل کشور است، بخاری این نوع سوخت را به صورت نمونه ساخته و درصدد تجاری سازی این بخاری‌ها است. 

این شرکت توانسته است سوخت زیست توده جامد تولیدی خود را به کشورهای ایتالیا و یونان صادر کند و همچنین کشورهای سوییس، اسپانیا و فرانسه نیز متقاضیان خرید این سوخت هستند.

تولید بنزین پاک از گیاه

محققان دانشگاه تهران نیز موفق شدند با استفاده از فناوری نانو، سوخت پاک جایگزین بنزین را از گیاهان تولید کنند.  در این روش با استفاده از تکنیک پیشرفته تبدیل در سیالات فوق بحرانی در حضور نانوکاتالیست‌های با فرمولاسیون و طراحی جدید، این امکان فراهم شده است که از گیاه سلولزیِ باگاس نیشکر، گستره خاصی از الکل‌ها و اترها که قابلیت استفاده به عنوان جایگزینِ بنزین با کیفیت بسیار بهتر از بنزین را دارند، استحصال شوند. 

در این روش مدرن، علاوه بر محصولات ذکر شده، گاز هیدروژن که محصول بسیار با ارزشی در حوزه انرژی‌های پاک محسوب می‌شود و همچنین مواد شیمیایی با ارزش دیگری نیز به عنوان محصولات جانبی تولید شده است. 

 پیل‌ سوختی باکتریایی

محققان دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل نیز با همکاری دانشگاه علوم کشاورزی گرگان با استفاده از سلولزهای باکتریایی، پیل‌های سوختی میکروبی برای ایجاد منابع تولید انرژی‌های پاک تولید کردند و نتایج به دست آمده محققان کشور را در ساخت پیل‌های سوختی ارزان‌قیمت یاری خواهد کرد.

پیل‌های سوختی میکروبی به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر نه تنها باعث آلودگی محیط زیست نمی‌شود؛ بلکه به طور مستقیم در جهت کاهش آلودگی نیز عمل می‌کند. 

در این طرح تلاش شده است با بهبود یکی از اجزای مهم پیل سوختی میکروبی یعنی الکترود آن، در جهت بومی‌سازی فناوری ساخت این نوع پیل به عنوان یک منبع تأمین انرژی دوستدار محیط زیست گام برداشته شود.

الکترود ساخته شده نانوبیوکامپوزیتی متشکل از سلولز باکتریایی و پلیمرهای رسانا و جایگزین مناسب برای الکترودهای گران قیمت رایج در پیل سوختی میکروبی خواهند بود.

نتایج به دست آمده حاکی از این است که الکترود ساخته‌شده می‌تواند بهبود چشمگیری در عملکرد پیل جهت تولید توان و جریان الکتریسیته ایجاد کند.

نتایج این تحقیق برای صنایع الکترونیک و وسایل الکترونیکی کم مصرف نظیر حسگرها و صنایع باتری‌سازی نوین قابل استفاده خواهد بود. همچنین در بخش تصفیه‌ پساب کارخانجات و فاضلاب‌های شهری جهت کاهش بار آلی آنها و همچنین حذف فلزات سنگین و مواد خطرناک دیگر نیز کاربرد دارد.

در پیل‌های سوختی میکروبی، میکروارگانیسم‌ها نقش بیوکاتالیزورها را برعهده دارند و در این سیستم منبع تغذیه میکروارگانیسم‌ها مواد زائد و دور ریختنی و آلوده‌کننده‌ محیط زیست نظیر پساب کارخانجات است، از این رو میکروارگانیسم‌ها همزمان با تولید انرژی الکتریسیته، مواد آلاینده را نیز تصفیه می‌کنند.

در یک جمع بندی کلی می‌توان گفت، گرچه ایران به دلیل برخورداری از منابع سوخت فسیلی، غنیترین در دنیا به شمار می‌رود اما ظرفیت‌های مناسب کشور برای توسعه بیوانرژی آنچنان است که در صورت دست جنباندن، می‌توان در این حوزه نیز به یکی از قطب‌های جهانی تبدیل شد.