سایت ویستاژن در این مقاله به توضیح انواع سوخت های بیولوژیکی پرداخته است.

تامین انرژی سوختی

اقتصاد جهانی نیاز به هیدروکربن های فسیلی دارد ، از تولید پلاستیک و کود گرفته تا تأمین انرژی مورد نیاز برای روشنایی ، گرمایش و حمل و نقل.  با افزایش جمعیت و گسترش اقتصاد ، استفاده از سوخت های فسیلی افزایش می یابد.  با بهبود سرانه تولید ناخالص داخلی کشورها ، داده ها حاکی از آن است که مصرف سوخت های فسیلی آنها افزایش یافته و رقابت برای این منابع محدود افزایش خواهد یافت.  علاوه بر این ، افزایش غلظت CO2 جوی و پتانسیل تغییرات قابل توجه آب و هوایی بواسطه گازهای گلخانه ای به وجود می آید ، که اکنون به نظر می رسد همه مناطق جهان را تحت تأثیر قرار خواهد داد.  سرانجام ، نفت که تا حدی از ذخایر جلبک های باستانی استخراج می شود، یک منبع محدود است که در نهایت تمام خواهد شد یا برای بازیابی بسیار گران خواهد شد. این عوامل باعث توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر می شوند که می توانند سوخت های فسیلی را جایگزین کنند و امکان دسترسی بیشتر به منابع سوخت را برای همه کشورها فراهم می کنند ، در حالی که انتشار کربن را در جو بسیار کاهش می دهند. تعدادی از فناوری ها به عنوان منابع انرژی تجدیدپذیر مورد بررسی قرار گرفته اند و اگرچه هیچ استراتژی واحدی احتمالاً یک راه حل کامل را ارائه نمی دهد ، اما به نظر می رسد ترکیبی از استراتژی ها بتواند وابستگی شما به سوخت های فسیلی را بطور قابل ملاحظه ای کاهش دهد. چالشی که وجود دارد توسعه صنایع انرژی تجدیدپذیر است که به طور پایدار فعالیت می کنند و می توانند با گزینه های انرژی موجود رقابت کنند.

از سوخت های فسیلی برای تولید انرژی الکتریکی و همچنین از سوخت های مایع استفاده می شود. انواع مختلفی از فناوری های آلودگی جوی تجدیدپذیر وجود دارد که می‌تواند انرژی الکتریکی تولید کند، از جمله خورشیدی ، باد ، برق آبی ، زمین گرمایی و هسته ای.  با این حال، فناوری های تجدیدپذیر برای تکمیل یا جایگزینی سوخت های فسیلی مایع هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند.  آژانس بین المللی انرژی پیش بینی می کند که سوخت های زیستی تا سال 2030 ، 6 درصد از کل مصرف سوخت را تأمین می کنند؛ اما در صورت عدم دسترسی به میدان های نفتی توسعه نیافته یا عدم شناسایی میادین جدید قابل توجه، می تواند گسترش قابل توجهی پیدا کند.

امیدوار کننده ترین گزینه های پایدار تقریباً به طور انحصاری در زیر «سوخت های زیستی» دسته بندی می شوند.  این اصطلاح طیف متنوعی از فناوری ها را توصیف می کند که حداقل با یک جز مبتنی بر سیستم بیولوژیکی، سوخت تولید می کنند.  فناوری های عمده ای که در حال حاضر برای سوخت های زیستی استفاده می شود با گیاهان زمینی آغاز می شود و با اتانول به اوج خود می رسد.  موفقیت منطقه ای برخی از این استراتژی ها بخوبی ذکر شده است.  بخصوص تولید اتانول از نیشکر در برزیل. در درجه کمتری ، از روغن گیاهان زمینی همچون سویا و نخل برای تولید بیودیزل استفاده می شود.  این استراتژی ها در مقیاس کوچک کاربردی هستند.  با این حال، با افزایش استفاده از آنها، بدیهی است که آنها پایدار نیستند؛ به دلیل مقدار زیادی زمین کشاورزی که برای جایگزینی بخش قابل توجهی از نفت با استفاده از این استراتژی مورد نیاز است.  تعدادی از استراتژی های ترکیبی مورد بحث قرار گرفته اند یا در حال حاضر در حال استفاده هستند.  نمونه هایی از این راهکارها شامل تبدیل سلولز به قندها برای تخمیر به سوخت و گازرسانی زیست توده باقیمانده به سینگاس است که می تواند برای تولید سوختهای مایع مورد استفاده قرار گیرد.  اگرچه از هر یک از این استراتژی ها برای تولید سوخت استفاده می شود، اما برای تأمین تقاضای جهانی برای سوخت مایع کافی نیست.

منابع جدید تولید سوخت

در این مقاله، ما در مورد پتانسیل یک استراتژی جایگزین رو به رشد بحث می کنیم: سوخت های مایع تولید شده از جلبک های کوچک.  محتوای چربی بالا، سرعت رشد بالا و توانایی بهبود سریع سویه ها و تولید محصولات مشترک، بدون رقابت برای زمین های زراعی، جلبک ها را به عنوان یک ماده جذاب و هیجان انگیز به سبد سوخت پایدار تبدیل می کند.

تهیه سوخت از جلبک ها

جلبک ها بسته به تکنیک و بخشی از سلول های مورد استفاده ، می توانند به انواع مختلف سوخت تبدیل شوند.  لیپید یا قسمت روغنی زیست توده جلبکی را می توان از طریق فرآیندی مشابه فرآیند استفاده شده برای هر روغن گیاهی دیگر، استخراج و به بیودیزل تبدیل کرد و یا در یک پالایشگاه به جایگزینی های “قطره ای” برای سوخت های پایه نفتی تبدیل کرد. متناوباً یا به دنبال استخراج لیپید ، محتوای کربوهیدرات جلبک ها را می توان به سوخت اتانول یا بوتانول تخمیر کرد.

بیودیزل

بیودیزل یک سوخت دیزل است که از چربیهای حیوانی یا گیاهی (روغن‌ها و چربی‌ها) بدست می آید. مطالعات نشان داده است که برخی از گونه های جلبک ها می توانند 60٪ یا بیشتر از وزن خشک خود را به صورت روغن تولید کنند. از آنجا که سلولها در سوسپانسیون آبی رشد می کنند، جایی که دسترسی کارآمدتری به آب دارند، CO ریزجلبک ها و مواد مغذی محلول قادر به تولید مقادیر زیادی زیست توده و روغن قابل استفاده در استخرهای جلبکی با سرعت بالا یا راکتورهای فوتوبیایی هستند؛ سپس این روغن می تواند به بیودیزل تبدیل شود که می تواند برای استفاده در اتومبیل به فروش برسد.  تولید منطقه ای ریز جلبک ها و فرآوری به سوخت های زیستی منافع اقتصادی را برای جوامع روستایی فراهم می کند.

از آنجا که نیازی به تولید ترکیبات ساختاری مانند سلولز برای برگ‌ها، ساقه ها یا ریشه ها نیست و از آنجا که می توان آنها را به صورت شناور در یک محیط غذایی غنی پرورش داد، میکروجلبک ها می توانند سرعت رشد سریع تری نسبت به محصولات زمینی داشته باشند. همچنین، آنها می توانند بخش بسیار زیادی از زیست توده خود را به روغن تبدیل کنند، به عنوان مثال 60٪ در مقابل 2-3٪ برای دانه های سویا. عملکرد واحد سطح روغن از جلبک ها بسته به محتوای چربی، از 58700 تا 136،900 لیتر در هکتار در سال تخمین زده می شود که 10 تا 23 برابر محصول بعدی با بیشترین بازده یعنی نخل روغن با 5950 لیتر است.

برنامه آبزیان وزارت انرژی ایالات متحده ، 1996 – 1978 ، روی بیودیزل از ریز جلبک ها تمرکز کرد. گزارش نهایی حاکی از آن است که بیودیزل می تواند تنها روش مناسب برای تولید سوخت کافی برای جایگزینی مصرف فعلی گازوئیل در جهان باشد. اگر بیودیزل مشتق شده از جلبک ها جایگزین تولید جهانی سالانه 1.1 میلیارد تن گازوئیل معمولی شود، توده زمینی به بزرگی 57.3 میلیون هکتار مورد نیاز است که در مقایسه با سایر سوخت های زیستی بسیار مطلوب خواهد بود.

سوخت بوتانول

بوتانول را می توان از جلبک ها یا دیاتوم ها فقط با استفاده از تصفیه خانه با انرژی خورشیدی تهیه کرد. این سوخت دارای تراکم انرژی 10٪ کمتر از بنزین و بیشتر از اتانول یا متانول است.  در بیشتر موتورهای بنزینی ، بوتانول را می توان به جای بنزین بدون هیچ گونه تغییری استفاده کرد.  در چندین آزمایش، مصرف بوتانول مشابه بنزین است و وقتی با بنزین مخلوط شود، عملکرد و مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به اتانول یا E85 فراهم می کند.

از ضایعات سبز به جا مانده از استخراج روغن جلبک می توان برای تولید بوتانول استفاده کرد.  علاوه بر این، نشان داده شده است که جلبک های کلان (جلبک های دریایی) می توانند توسط باکتری های تیره کلستریدیا به بوتانول و سایر حلال ها تخمیر شوند. ترانس استریفیکاسیون روغن جلبک دریایی (به بیودیزل) با گونه هایی مانند Chaetomorpha linum ، Ulva lactuca و Enteromorpha compressa (Ulva) نیز امکان پذیر است.

گونه های زیر به عنوان گونه های مناسب تولید اتانول و یا بوتانول در حال بررسی است:

Alaria esculenta

Laminaria saccharina

Palmaria palmata

 بیوگازولین

بیوگازولین بنزین تولید شده از زیست توده است. مانند بنزینی که به طور سنتی تولید می شود، در هر مولکول بین 6 اتان کربن (هگزان) و 12 (دودکان) دارد و می تواند در موتورهای احتراق داخلی استفاده شود.

متان

متان، سازنده اصلی گاز طبیعی می تواند از جلبک ها به روش های مختلف یعنی گاز زدایی، تجزیه در اثر حرارت و هضم بی هوازی تولید شود. در روش‌های گازرسانی و تجزیه در اثر تجزیه و تحلیل گاز ، گاز متان تحت دما و فشار بالا استخراج می شود. هضم بی هوازی یک روش ساده است که در تجزیه جلبک ها به اجزای ساده و سپس تبدیل آنها به اسیدهای چرب با استفاده از میکروب ها و به دنبال آن حذف ذرات جامد و در آخر افزودن آرکی‌های متان زا برای آزاد سازی مخلوط گاز حاوی متان.  تعدادی از مطالعات با موفقیت نشان داده اند که زیست توده حاصل از ریز جلبک ها از طریق هضم بی هوازی می تواند به بیوگاز تبدیل شود. بنابراین، به منظور بهبود تعادل کلی انرژی در عملیات کشت ریز جلبک، پیشنهاد شده است انرژی موجود در زیست توده زباله از طریق هضم بی هوازی به متان برای تولید برق بازیابی شود.

اتانول

سیستم Algenol که توسط BioFields در مکزیک تجاری می شود، از آب دریا و اگزوز صنعتی برای تولید اتانول استفاده می کند.  Porphyridium cruentum همچنین نشان داده است که به دلیل ظرفیت انباشت مقدار زیادی کربوهیدرات برای تولید اتانول مناسب است.

دیزل سبز

از جلبک ها می توان برای تولید “گازوئیل سبز” (همچنین به عنوان دیزل تجدید پذیر ، روغن نباتی تصفیه کننده آب یا دیزل تجدید پذیر مشتق شده از هیدروژن شناخته می شود) از طریق یک فرآیند تصفیه آب که باعث تجزیه مولکول ها به زنجیره های هیدروکربن کوتاهتر مورد استفاده در موتورهای دیزلی می شود،استفاده کرد. این خواص شیمیایی همان گازوئیل بر پایه نفت است، به این معنی که برای توزیع و استفاده از آن نیازی به موتورهای جدید ، خطوط لوله یا زیرساخت نیست.  هنوز با هزینه قابل رقابت با نفت تولید نشده است. در حالی که تصفیه آب در حال حاضر متداول ترین مسیر تولید هیدروکربن های سوخت مانند از طریق دکربوکسیلاسیون و دکربنیلاسیون است، یک فرآیند جایگزین وجود دارد که تعدادی از مزایای مهم را نسبت به تصفیه هیدرولیکی فراهم می کند.  در این رابطه، کار کراکر و همکاران و لرچر و همکاران بطور  ویژه‌ای قابل توجه است. برای تصفیه روغن، تحقیقات در مورد تبدیل کاتالیزوری سوخت های تجدیدپذیر توسط دکربوکسیلاسیون در حال انجام است. از آنجا که اکسیژن در روغن خام در سطح نسبتاً کمی یعنی حدود 0.5٪ وجود دارد، اکسیژن زدایی در تصفیه نفت جای نگرانی ندارد و هیچ کاتالیزوری به طور خاص برای تصفیه آب با اکسیژن سازها فرموله نشده است. از این رو ، یکی از چالش های مهم فنی برای عملی ساختن هیدروکسید زایی فرآیند روغن جلبک، مربوط به تحقیق و توسعه کاتالیزورهای موثر است.

سوخت جت

آزمایشات استفاده از جلبک ها به عنوان سوخت زیستی توسط لوفت هانزا و ویرجین آتلانتیک در اوایل سال 2008 انجام شد ، اگرچه شواهد کمی وجود دارد که استفاده از جلبک ها منبع مناسبی برای سوخت های زیستی جت است. تا سال 2015 ، کشت اسیدهای چرب متیل استرها و آلکنون ها از جلبک ها، ایزوکریزیس، به عنوان ماده اولیه سوخت های زیستی جت تحت تحقیق بود.

از سال 2017 پیشرفت کمی در تولید سوخت جت از جلبک ها وجود داشت، با پیش بینی این که تا سال 2050 فقط 3 تا 5 درصد از سوخت مورد نیاز جلبک ها تأمین می شود. بعلاوه، شرکتهای جلبکی که در اوایل قرن بیست و یکم به عنوان پایگاهی برای صنعت سوختهای زیستی جلبک ها شکل گرفتند، توسعه تجارت خود را به سمت سایر کالاها مانند محصولات آرایشی ، خوراک دام یا محصولات روغن ویژه تغییر داده اند.

گردآورنده: سرکار خانم لیلا تنهائی