[Zohreh Gholami]

بوی الکل از تراشه های چوبی می آید!

آیا می دانید «باگاس» چیست؟ باگاس باقی مانده فیبری ساقه نیشکر پس از عصاره گیری آن است که به صورت قطعات ریز تراشه چوب و زرد رنگ است. فیبر باگاس به علت دارابودن هیدرات کربن بالا می تواند به عنوان ماده خام اولیه مناسب در فرآیندهای بیولوژیکی برای تولید الکل اتانول محسوب شود.

به خصوص از آنجایی که باگاس به طور معمول از ضایعات کارخانه تولید قند از نیشکر به حساب می آید، استفاده از آن نه تنها می تواند به کاربرد مفید این ضایعات کمک کند، بلکه آلودگی های سوختی را نیز با جایگزینی مصرف اتانول به عنوان سوخت به طور قابل ملاحظه ای کاهش خواهد داد. این مزیت ها مهندس عاطفه محمدی – یکی از محققان و کارشناسان ارشد دانشگاه صنعتی امیرکبیر- را بر آن داشته است تا طی تحقیقات خود موفق به تولید الکل اتانول از ضایعات نیشکر شود.


مراحل تولید اتانول از طریق چه روش هایی انجام می گیرد؟ این روش ها بر چه مبنایی استوار است؟
اتانول را می توان به روشهای شیمیایی و نیز روشهای بیولوژیکی تولید کرد. در روشهای شیمیایی از هیدراسیون مستقیم و در روشهای بیولوژیکی از تخمیر نشاسته، سلولز و همی سلولز توسط میکروارگانیسم اتانول تولید می شود.


الکل به دست آمده از چه نوع است؟ در روش های بیولوژیکی براساس چه روش های تبدیل زیستی و با استفاده ازچه مواد طبیعی اتانول تولید می شود؟
برای تولید اتانول از باگاس نیشکر از روش بیولوژیکی استفاده شد.
اصولاً این روشها ۳مرحله اصلی دارند: ساخت محلولی از قندهای قابل تخمیر، تخمیر این قندها به اتانول، جداسازی و تلخیص اتانول که معمولا با تقطیر انجام می شود.


منابع تولید اتانول تخمیری (بیواتانول) را می توان در ۳گروه دسته بندی کرد:
- قندهای ساده: نیشکر، چغندر و ملاس
- مواد نشاسته ای: سیب زمینی و حبوبات
- مواد لیگنوسلولزی: چوب ، ضایعات کشاورزی (کاه گندم و برنج ، ساقه ذرت ، باگاس نیشکر)، کاغذهای باطله ، ضایعات چوبی و...


تولید بیواتانول از این مواد چگونه صورت می گیرد؟
باگاس نیشکر با داشتن چه خواصی در تولید اتانول استفاده می شود؟
تنها ۷۰درصد اتانول تولیدی در سطح جهان از روش شیمیایی تولید می شود، بقیه اتانول مورد نیاز از طریق تخمیر محصولات کشاورزی تامین می شود.
۶۰درصد محصولات کشاورزی نیشکر و چغندر قند و مابقی مواد نشاسته ای هستند که با روشهای تخمیری اتانول تولید می کنند. این مواد چون در چرخه غذایی وجود دارند گران هستند. هزینه سوبسترات (مواد خام اولیه ای که برای فرآیندهای بیولوژیکی از آن استفاده می شود) نشاسته ای برای تولید فعلی بیواتانول ، ۴۰درصد هزینه تولید برآورد شده است.استفاده از محصولات کشاورزی نظیر نیشکر و چغندر نیازمند مقدار زیادی از زمین های قابل کشت با حاصلخیزی و تامین آب مناسب است.

این مورد یعنی تهیه مستقیم از اصل محصولات کشاورزی به سختی می تواند به عنوان راه حل مناسب تولید بیواتانول برای تامین سوخت الکلی در کشور مطرح باشند.استفاده از مواد لیگنوسلولزی به عنوان سوبسترات ارزان قیمت تر می تواند بیواتانول را رقابت آمیز با سوخت های فسیلی کند. اگر سوخت الکلی با استفاده از مواد زاید و دورریختنی بخش کشاورزی نظیر باگاس نیشکر یا کاه گندم و برنج ساخته شود نیاز به زمین کشاورزی اضافی برای زیرکشت بردن نخواهد بود.

این مواد از یک طرف آلودگی زیست محیطی ایجاد می کنند، از طرف دیگر به خاطر تجدیدپذیری ، وفور و دسترسی آسان می توانند به عنوان سوبسترات مناسب برای تولید انرژی (اتانول) و حتی مواد شیمیایی (زایلیتول ، اسید سیتریک ، فورفورلل ، آنزیم...) به کارروند. باگاس باقی مانده فیبری ساقه نیشکر پس از عصاره گیری آن است که به صورت قطعات ریز تراشه چوب و زرد رنگ است. فیبر باگاس در آب نامحلول است و بیشتر از سلولز، همی سلولز ولیگنین تشکیل شده است ، محتوای هیدرات کربنی بالای باگاس و میزان خاکستر کمتر آن نسبت به کاه برنج و گندم باعث شده است که به عنوان سوبستراتی مناسب در فرآیندهای میکربی مطرح باشد.

آمارهای موجود نشان می دهد سالانه مقدار زیادی باگاس در ایران تولید می شود. به عنوان مثال در سال ۷۹-۸۰، ۱۶۰هزار تن باگاس در ایران تولید شد که قسمت عمده اش به علت مشکلات و هزینه نگهداری سوخته شد، قسمتی در صنایع نئوپان سازی و نیز در خود واحد به عنوان منبع تولید انرژی و نیرو به کار رفت.


محصول به دست آمده چه مزیت هایی نسبت به الکل تولید شده به روش شیمیایی دارد؟
در روشهای شیمیایی تولید محصولات جانبی نظیر دی اتیل اتر از کیفیت نهایی اتانول می کاهد. همان طورکه اشاره شد، باگاس ضایعات کارخانه تولید قند از نیشکر محسوب می شود که تنها قسمت کمی از آن استفاده می شود. مابقی آن باید به دلیل مشکلات دفع بی دلیل در کوره ها سوزانده شوند. استفاده از این ماده به عنوان ماده اولیه ای برای اتانول سوختی می تواند مشکل دفع آن را حل کند و به اقتصاد تولید اتانول خصوصاً از محصولات کشاورزی کمک کند. در ضمن مصرف اتانول به عنوان سوخت نیز مزایای زیادی دارد و بی نهایت مقرون به صرفه است.

امروزه استفاده اصلی بیواتانول به عنوان افزاینده سوختی اکسیژن ده است. تمام ماشین ها می توانند به کمک کاتالیست با مخلوطی از ۹۰درصد بنزین و ۱۰درصد اتانول بدون تنظیم موتور کار کنند. ماشین های جدید حتی می توانند مخلوطی با بیش از ۲۰درصد اتانول استفاده کنند. ماشین های جدیدتر حتی می توانند با اتانول خالص یا مخلوط دارای ۸۵درصد اتانول کار کنند.

اتانول می تواند جایگزین سوخت دیزلی در موتورهای احتراق تراکمی شود؛ اما برای استفاده در حالت مخلوط با سوخت دیزلی به امولسیفایر نیاز است.عدد اکتان اتانول از بنزین بیشتر است و در نتیجه موتور احتراقی می تواند با نسبت تراکم بالاتر، عملکرد بهتری داشته باشد. فشار بخار و گرمای تبخیر اتانول بیشتر است ، در نتیجه قدرت خروجی موتور افزایش و حداکثر دمای احتراق موتور کاهش پیدا می کند.

مزیت دیگر استفاده از اتانول این است که براحتی با آب مخلوط می شود، بنابراین از یخ زدن آن در هوای سرد و نیز تجمع آن در تانک گاز جلوگیری می کند.احتراق ناقص سوختهای فسیلی گازهایی را منتشر می کند که باعث تولید دود می شوند، استخراج ، فرآیند و احتراق این سوختها باعث آلودگی خاک ، آب و هوا می شود و بنابراین برای محیط و سلامت ملی خطرناک اند.اتانول باعث کاهش گازهای گلخانه ای ، دود و سایر مواد مضر می شود.
جدا از انتشار خیلی کم دی اکسیدکربن ، به علت وجود اکسیژن در اتانول و در نتیجه احتراق کامل ، مقادیر کمتری هیدرات های کربن محترق نشده (مونواکسیدکربن)، اکسید نیتروژن و نیز ترکیبات آلی فرار منتشر می شوند. این مواد منتشر شده در برابر نور خورشید نسبت به مواد منتشر شده از سوخت بنزین فعالیت کمتری داشته و در نتیجه امکان ساخته شدن ازن سطح زمینی کمتر است.


استفاده از اتانول به عنوان سوخت از چه زمانی در دنیا آغاز شده است؟
ایده استفاده از اتانول به عنوان سوخت به اوایل قرن بیستم برمی گردد. در سال ۱۹۰۸هنری فورد مدل ماشینی طراحی نمود که با اتانول کار می کرد، اما تا سال ۱۶۷۳اتانول به عنوان سوخت مورد توجه نبود. در این سال قسمت نفت خام افزایش یافت و باعث توجه زیاد به عملیات تخمیری جهت تولید اتانول شد.برخی کشورها شروع به مطالعه و تولید سوخت با روشهای اقتصادی از مواد خام کردند. با کاهش قیمت نفت این توجه کاهش یافت تا این که در سال ۱۹۷۹بحران نفت دیگری به وجود آمد. از سال ۱۹۸۰، اتانول به عنوان سوخت جایگزین ممکن در کشورهای زیادی مورد توجه قرار گرفت.


تولید الکل از نیشکر از چه زمانی شروع شد؟
فرآیند تخمیری تولید الکل از نیشکر به صورت مستقیم از قدیمی ترین فرآیندهای تخمیری است که انسان ها به طور تصادفی از آن آگاه شده و مورد استفاده قرار دادند، بدون آن که از سازوکار آن و حتی حضور میکروارگانیسم ها اطلاعی داشته باشند. اما تولید کنترل شده اتانول و سایر محصولات تخمیری از آن به اوایل قرن بیستم برمی گردد. البته تولید اتانول از بخش سلولزی باگاس قدمت بیشتری دارد، در کشورهایی نظیر کانادا و برزیل در اشل صنعتی تولید می شود و به عنوان سوخت استفاده می شود. استفاده از قندهای سلولزی بحث جدیدتری است که می تواند به اقتصاد تولید اتانول از سلولز کمک کند، همچنین از پساب کارخانجات خمیر و کاغذ که محتوی همی سلولز است استفاده مجدد می شود. در این مطالعه بخش همی سلولزی بررسی شد.