به گزارش سرویس خبری بسیج علمی خبرگزار یبسیج، استان کرمان،سعید شریفی نژاد دانشجوی بسیجی رشته مهندسی شیمی به عنوان مسئول پژوهش به همراه تیم تحقیقاتی خود، نتایج تحقیق و بررسی های گسترده در زمینه تولید بیو دیزل(سوخت پاک) از جلبک ها را با بیان مقدمه ای در این زمینه آغاز نمود.
شریفی نژاد گفت: با توجه به تحقیقات انجام شده از مقالات معتبر بین المللی، جلبکها همانند سویا، ذرت، چغندرقند و دیگر گیاهان قابلیت فتوسنتز دارند و انرژی خورشیدی را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند و این انرژی به شکل روغن، کربوهیدراتها و پروتئین ذخیره می شود و روغنهای گیاهی ذخیره شده در جلبکها به بیودیزل تبدیل می شوند. لذا بیودیزل یک شکل از انرژی خورشیدی می باشد.در حال حاضرحدود 200 هزار تا 800 هزار گونه جلبک وجود دارند که حدود 35 هزار گونه شناسایی شده ا ند. همچنین مزایا استفاده از سوختهای زیستی به جای استفاده از سوختهای دیزلی نفتی عبارتند از:1- این سوخت ها بر خلاف سوخت های نفتی تجدید پذیر می باشند2-سمیت پایینی دارند3- باعث کاهش انتشار آلاینده ها و گازهای گلخانه ای (دی اکسید کربن، هید روکربن های آروماتیک چند حلقه ای، آلدهیدها) می شوند4-غیر صدور بودن گاز so2 5- نقطه اشتعال بالایی دارند.
وی گفت: همراه با همکاری تیم خود و طی مطالعه مقالات بین المللی متعدد دریافتیم که تولید سوختهای زیستی بوسیله ریزجلبکها شامل چندین مرحله می باشد که عبارتند از: مکان رشد برای جلبکها، کشت و برداشت ریز جلبکها، استخراج روغن، تولید و جداسازی بیودیزل
وی بیان کرد: مرحله اول فراهم کردن مکان رشد برای جلبکها است که این مکان باید دارای چندین معیار باشد از جمله : 1- منابع آب 2- توپوگرافی زمین، ژئولوژی و مالکیت آن 3- شرایط محلی، دما، بارش، تبخیر و میزان رطوبت آن 4- دسترسی آسان به مواد مغذی و منابع تامین کربن .
وی ادامه داد: مرحله دوم کشت جلبکها است که دو نوع سیستم کشت برای جلبک ها متداول است، یکی سیستم کشت باز و دیگری سیستم کشت بسته (فوتوبیو راکتوری). حوضچه های باز به طور معمول دایره ای شکل و با عمق 3/0 متر می باشند. این حوضچه ها بخاطر سطح بدون حفاظ و روباز بودن، قابلیت تبخیر در معرض مواد آلوده کننده می باشند می توانند روی بازده ریز جلبکها تاثیر بگذارند.بزرگترین حوضچه ها برای سهولت تولید بیومس در مساحت 440 هزار متر مربع به کار گرفته شده اند. فوتوبیو راکتورها دستگاههایی هستند که نمونه سلول کشت جلبکها را از محیط شده اند که این سیستم کنترل بیشتری بر آلایندهها توسط ارکانیزمها ناخواسته، حرارت، انتقال جرم و شرایط کشت نسبت به سیستم کشت باز دارند.سیستم فوتوبیو راکتوری به منظور ایجاد نور جهت فتوسنتز و دما طراحی شده اند و کارایی بالاتری در تکثیر زیست توده نسبت به سیستم کشت باز دارند، اما سیستم کشت باز هزینه کمتری برای عملیات ساخت وساز نسبت به سیستم کشت بسته دارد.
شریفی نژاد گفت: مرحله سوم مرحله ی برداشت جلبک ها می باشد که رایج ترین روش برداشت شامل رسوب گذاری (ته نشینی)، سانتریفیوژ، فیلتراسیون و گاهی اوقات با مرحله لخته سازی می باشد. روش برداشت لخته سازی به منظور جمعآوری سلول ریز جلبکها که برای افزایش اندازه ذرات موثر است و برای راحتی رسوب گذاری و بازیابی سانتریفیوژها و فیلتراسیون استفاده می شود. فیلتراسیون روش جداسازی مکانیکی است که معمولا با استفاده از یک بستر و محیط گرانول و یا یک غشاء متخلخل می باشد. فرایند فیلتراسیون به دلیل نیاز به غشاء و فرایندهای غشائی نسبتا گران می باشند. در حالیکه از لحاظ تعمیر و نگهداری و مدیریت هزینهها پایین می باشد. سانتریفیوژها به منظور جداسازی و تراکم سلول جلبک ها استفاده می شوند، این روش برای تغلیظ نهایی از دوغاب و بازیابی حجم بزرگی از محصول کاربرد دارند و همچنین در میان گریز از مرکز یک مایع کاربرد دارند، علت این نیرو به دانسیته مواد وابسته است به این خاطر که تحت نیرو جاذبه بسیار سریع نشست می کنند.برای استفاده مداوم، عملیات سانتریفیوژ برای سرعت بخشیدن میکروارگانیسمها مناسب می باشند. علاوه بر این، این دستگاه می تواند به راحتی تمیز و استرلیزه شود و از آلودگی باکتریها یا جرم گرفتگی محصولات خام جلوگیری شود. برای محصولات کم ارزش، نیروی جاذبه ته نشینی ممکن است مورد استفاده شود که احتمالا به وسیله لخته سازی افزایش میابد، مخازن رسوب یا حوضچه های ته نشینی برای بازیابی زیست توده از فرایند های فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرد.
وی افزود: مرحله چهارم استخراج روغن برای تولید بیودیزل است که چندین روش برای استخراج روغن وجود دارند از جمله: استخراج حلال،استخراج سیال فوق بحرانی، پرس) فشار) مکانیکی، همونیژه کردن ، استخراج تسریع حلال و استخراج آنزیمها و غیره می باشند.
این دانشجو گفت: از میان روش های ذکر شده، روش استخراج حلال، روشی است رایج برای استخراج روغن از سلولهای میکروبی می باشد، حلال های صنعتی رایج برای استخراج لیپیدها(روغن ها) هگزان، کلروفرم، استون، بنزن و سیکلوهگزان می باشد. استخراج حلال با هگزان نسبتا ارزان می باشد و بازده آن 60 تا 70 درصد می باشد و اما در حالیکه بنزن به عنوان یک حلال سرطان زا نامیده شده است. قابلیت انحلال پذیربودن روغن و سیکلوهگزان منجر به حالت فیلترشدن می شود که با استفاده از غرایند تقطیرجدا می شوند. زمانی که دمای عملیات بالاتر از نقطه جوش حلال باشد استخراج تسریع حلال نامیده می شود.
وی تصریح کرد: مرحله پنجم تولید بیودیزل است که این ماده از روغنهای گیاهی یا چربی حیوانی و الکل از طریق واکنش ترانس استریفیکاسیون تولید می شود و ترکیبی از سوخت های دیزل و بیودیزلی می باشد. واکنش شیمیایی تبدیل روغن به بیودیزل ترانس استریفیکاسیون نامیده میشود و هدف از این واکنش کاهش ویسکوزیته روغن می باشد. ترانس استریفیکاسیون از 3 واکنش برگشت پذیر تشکیل شده است که ابتدا از ترکیب الکل با تری گلسرید، دی گلیسرید و سپس دی گلیسرید با الکل به مونوگلیسرید ودر نهایت مونوگلیسرید با الکل به متیل استر (بیودیزل) و گلیسرول تبدیل می شود. کاتالیست ها جهت بالا بردن سرعت واکنش استفاده می شود و معمولا کاتالیست های مورد استفاده برای واکنش تری استریفیکاسیون پتاسیم هیدروکسید(KOH)، سدیم هیدروکسید(NaOH) و اسیدسولفوریک(H2SO4) می باشد.
شریفی نژاد در آخر گفت: در مرحله پایانی زمانی که بیودیزل (متیل استر) تولید می شود همراه آن ناخالصیهایی نظیر گلیسرول به وجود می آید، به منظور خالص سازی بیودیزل از 2 تکنولوژی شستن مرطوب و شستن خشک بیودیزل صورت می گیرد. در فرایند شست وشوی مرطوب متیل استر تولید شده با مقدارمشخصی آب مخلوط می شود و برای جلوگیری از امولسیون مخلوط به آرامی هم زده می شود، یکی ازمعایب این فرایند به دلیل استفاده زیاد از آب، ایجاد فاضلاب می باشد. فرایند شستن خشک بیودیزل معمولا با استفاده از سیلیکات، خاک رس وخاک فعال که توانایی بالایی جهت جذب جزء قطبی نظیر گلیسرول و گیسرایدها صورت می گیرد. با توجه به اینکه هر کدام از این 2 روش مشکلات خاص خودشان را دارند استفاده از راکتورهای غشائی به منظور دستیابی به محصول مطلوب تر و راندمان بالاتر صورت می گیرد و این تکنولوژی براساس سایز قطرات روغن و غشای کاتالیستی می باشد و در این راکتورها هرچه ضریب نفوذ بیشتر باشد نرخ انتقال جرم بیشتر می شود، معمولا به دلیل آنکه کاتالیست های همگن هزینه بالا و انرژی زیادی مصرف می کنند، کاتالیست ناهمگن ترجیح داده می شود از طرفی این کاتالیستها قابلیت برگشت پذیری دارند. در راکتورهای غشائی برای اینکه جداسازی بیودیزل و ناخالصیها (گلیسرول) به راحتی صورت بگیرد دمای راکتور به سمتی پیش می رود که سیستم دو فازی شود و انحلال پذیری دو فاز در یکدیگر کاهش یابد، که این دما باید بین 50 تا 70 درجه سلسیوس باشد در صورتی که دما بالا باشد، سیستم تک فازی می شود و جداسازی سخت تر می شود .
