بیودیزل چیست؟ مزایا و معایب استفاده از بیودیزل

بیودیزل یا دیزل زیستی به سوختی گفته می شود که از منابع گیاهی مانند روغن های گیاهی با پردازش و تغییر خواص به دست می آید. به عبارتی دیگر بیودیزل همان گازوئیل زیستی است که وجود ۵ درصد از آن در گازوئیل می تواند درصد آلایندگی گازوئیل را تا ۸۳ درصد کاهش دهد. می توان این سوخت را نوعی سوخت پاک دانست که منبع تولید کننده آن، تجدید پذیر است. این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک ما را با بیودیزل، مزایا و معایب آن آشنا می کند.

بیودیزل یا سوخت زیست دیزل

سوخت پاک به سوختی گفته می شود که از منابع طبیعی و اجزای تجدیدپذیر به دست آمده و اثرات مضر و آلوده کننده ای روی محیط زیست ندارد. استفاده از این سوخت ها به جای سوخت های بنزینی و گازوئیلی مانع آسیب به محیط زیست می شود.

با توجه به این که تولید سوخت زیست دیزلی در کدام منطقه آب و هوایی انجام می شود، روغن های گیاهی خاصی به کار گرفته می شود. دانه های روغنی، روغن های حیوانی، میکروجلبک ها، زباله های شهری و … منابع تولید کننده زیست دیزل ها به عنوان سوختی پاک و غیرسمی هستند. علاوه بر آن ها، سویا به عنوان ماده ی اصلی تولید کننده این سوخت بوده و از کلزا و روغن های پسماند رستوران ها نیز در این زمینه استفاده می شود. در ایران از دانه روغنی سویا، کلرا، گلرنگ و بزرک برای این منظور استفاده می شود.

با این که معرفی سوخت زیست دیزل در سال ۱۹۷۰ میلادی بود ولی در آن زمان مورد استفاده قرار نگرفت. اولین استفاده از این نوع سوخت در ایالات متحده بوده ولی امروزه ۵ درصد از کل خودروهای جهان از سوخت سبز استفاده می کنند. بیودیزل به حالت فیزیکی مایع بوده و دارای رنگ روشن تا زرد تیره است. این ماده قابلیت مخلوط شدن با آب را ندارد. سوخت زیست دیزلی، نقطه جوش بالا ولی فشار بخار پایینی دارد.

تولید بیودیزل یا سوخت زیست دیزل

برای به دست آوردن سوخت زیست دیزلی، روغن های گیاهی یا چربی را با الکل هایی مانند اتانول و یا متانول ترکیب می کنند. سه فرایندی که برای تولید این سوخت به کار می رود، ترنس استری فیکشن کاتالیست بازی روغن، ترنس استری فیکشن مستقیم اسیدی روغن و تبدیل روغن به اسیدهای چرب و سپس به بیودیزل است. از بین این سه فرایند به علت اقتصادی بودن از فرایند ترنس استری فیکشن کاتالیست بازی روغن بسیار استفاده می شود. علاوه بر این، این فرایند دارای میزان بازدهی بالایی بوده و دما و فشار این واکنش پایین است. تنها عیب این روش، حساسیت کاتالیزورهای قلیایی با خلوص ماده خام است.

مراحل تولید بیودیزل

به طور کلی برای تولید سوخت زیست دیزلی ۵ مرحله انجام می شود.

مرحله اول، مخلوط الکل با کاتالیست

کاتالیستی که در فرایند تولید سوخت زیست دیزل استفاده می شود، به طور عمده هیدروکسید سدیم و یا هیدروکسید پتاسیم است. در این مرحله ابتدا مخلوط الکل با کاتالیست را به ظرف روغن و یا چربی اضافه می کنند. نکته ای که در این مرحله باید دقت کرد، ظرف واکنش بسته و ایزوله باشد تا مانع هدر رفتن الکل شود. واکنش در این مرحله باید در دمایی بالاتر از نقطه جوش الکل انجام می شود تا وقوع آن صورت گرفته و همچنین سرعت انجام نیز بالا رود. مدت زمانی که طول می کشد این واکنش انجام شود، ۱ تا ۸ ساعت است.

در این مرحله الکل اضافی به کار برده می شود تا تمام چربی و روغن به استر تبدیل شود. همچنین کنترل نسبت آب و اسیدهای چرب آزاد موجود در روغن یا چربی صورت گیرد. اگر میزان سطح آب یا سطح اسید چرب آزاد بالا باشد، امکان تشکیل صابون وجود داشته و همچنین محصولات جانبی گلیسیرین جدا می شود که این به عنوان مشکل در این مرحله تلقی می شود.

در نهایت و بعد از کامل شدن واکنش، محصولات تولید شده گلیسیرین و بیودیزل است. این دو ماده مقدرا اضافی الکل دارند و باید این الکل حذف شود.

مرحله دوم، حذف الکل

فرایند تبخیر فلاش یا تقطیر برای جداسازی الکل اضافی موجود در دو محصول تولید شده گلیسیرین و سوخت زیست دیزلی به کار برده می شود. الکل در سیستم های دیگر حذف شده و خنثی سازی مخلوط ها قبل از جدا شدن گلیسیرین و استرها صورت می گیرد. الکل اضافی در هر دو حالت می تواند با کمک فرایند تقطیر بازیافت شده و مورد استفاده مجدد قرار گیرد. به نکته ای که در این مرحله باید دقت کرد، اطمینان از جمع شدن آب بر جریان الکل بازیافتی است.

مرحله سوم، خنثی سازی گلیسیرین

با کمک اسید می توان گلیسیرین حاصل شده از ترکیب کاتالیست و صابون مصرف نشده را خنثی سازی کرد و محصول را به عنوان گلیسیرین خام ذخیره کرد. نمکی که در این فاز تشکیل می شود، گاهی به عنوان کود بازیافت می توان به کار برده شود. برای این که گلیسیرین ۸۰ تا ۸۸ درصد تولید شود، آب و الکل اضافی حذف می شود تا گلیسیرین خام مورد استفاده قرار گیرد. در برخی از کاربردها مانند کاربرد در لوازم آرایشی و دارویی، گلیسیرین تولید شده به درصد خلوص ۹۹ و حتی بیشتر تقطیر می شود.

مرحله چهارم، شست و شوی متیل استر

در برخی از مواقع وقتی که بیودیزل از گلیسیرین جداسازی می شود، با آب گرم شست و شو انجام می شود تا کاتالیست و و صابون باقی مانده خشکانده و انبار شود. وجود این مرحله در برخی از فرایندهای تولید سوخت زیست دیزلی، لازم نیست. بعد از اتمام فرایندهای تولید سوخت زیست دیزلی، مایعی زرد کهربایی به دست می آید که چسبندگی مانند گازوئیل دارد.

مرحله پنجم، کیفیت و ثبت محصول

ابعاد مختلفی بعد از تولید محصول نهایی برای بررسی کیفیت آن مورد تجزیه قرار می گیرد. واکنش کامل، حذف گلیسیرین، حذف کاتالیست، حذف الکل و عدم وجود اسیدهای چرب آزاد در این محصول مورد بررسی قرار می گیرد.

آیا مهم است که چه نوع روغنی برای تولید سوخت بیودیزل استفاده شود؟

نمی توان گفت چه نوع روغنی برای تهیه بیودیزلها مناسب است، زیرا تفاوت زیادی در آن ها با توجه به نوع گیاه استفاده شده وجود دارد. مواد شیمیایی مختلف با غلظت های متفاوتی در ترکیب روغن های گیاهی وجود دارد. به خصوص اسیدهای چرب در آن ها متفاوت بوده و با این تفاوت عملکرد آن ها وقتی که به سوخت زیست دیزلی تبدیل شدند، متفاوت خواهد بود. علاوه بر روغن، ساختار الکلی که برای تولید این سوخت ها به کار برده می شود نیز بر خواص آن ها تاثیر خواهد گذاشت.

چگونگی استفاده از سوخت بیودیزل

در مواقع کمی از سوخت دیزل به طور مستقیم استفاده می شود و در اکثر مواقع این سوخت را با گاروئیل ترکیب کرده و درصد آن را مشخص و مورد استفاده قرار می دهند. با کاربرد این نوع سوخت ها، محیط زیست از آسیب و صدمات به دور می ماند. رانندگان خودروهای تجاری بیشتر تمایل به استفاده از سوخت های دیزلی داشته و بیشترین سوختی که به کار می برند، b20 است، این بدان معنی است که ۲۰ درصد از سوخت آن ها دیزلی است. با کاربرد این سوخت در موتور خودرو، کربن و ذرات معلق دیگر در هوا کاهش می یابد. علت این امر نیز تبدیل کامل اکسیژن به دی اکسید کربن است.

مزایای بیودیزل

سوخت زیست دیزلی به دلیل در مقایسه با سوخت دیزل، ایمن تر است زیرا این سوخت نقطه اشتعالی برابر با ۱۵۰ درجه سانتی گراد داشته و غیر قابل اشتعال است. از مزیت های دیگر بیودیزلها، قابلیت ترکیب آن با هر نسبتی با سوخت های دیزلی است. این خاصیت باعث بالا بردن میزان روان شدگی تا ۶۵ درصد می شود. میزان آماده سازی قدرت اسب بخار در سوخت های زیست دیزلی به اندازه همان سوخت های دیزلی است.

ذرات معلق، هیدروکربن ها و مونوکسید کربن کمتری در نتیجه ی استفاده از سوخت های بیودیزلی به جای سوخت های دیزلی می شود. سمیت کمتر این سوخت ها، باعث وارد آوردن خسارت کمتر می شود. عدم وجود گوگرد در ترکیب این سوخت، میزان آلودگی کمتری را به محیط زیست وارد می کند. از مزیت های دیگر این سوخت، همان طور که در بالا گفته شد، قابل تجدید بودن منبع تولید آن است که به راحتی قابل دسترس است.

معایب سوخت بیودیزل

با این که سوخت سبز و پاک بیودیزل دارای مزایای زیادی است، ولی عیب های نیز این سوخت ها دارند. به عنوان مثال مقدار اکسیژن در این نوع سوخت ها نسبت به نوع نفتی بالاتر بوده و با وجود کاهش تولید آلوگی، قدرت موتور را کاهش می دهد. بیودیزلها نسبت به دیزل نفتی، حالت ژله ای را در دماهای پایین تر با سرعت بیشتری به دست می آورند.

با اکسید سدن سوخت دیزلی، توده ای جامد تشکیل می شود و این حالت در زمان ذخیره شدن آن به مدت زمان طولانی ایجاد می شود. همچنین این حالت در موتورهایی پیش می آید که هر چند وقت یکبار استفاده می شوند. از این موتورها می توان به ژنراتورهای آماده به کار اشاره داشت.

بیودیزل در نقش حلال، فعالیت شیمیایی بالایی داشته و آن را به حالت تهاجمی در مقابل موادی در می آورد که این مواد برای دیزل نفتی امن هستند. سوخت نفتی قابل اعتماد بوده و یکنواخت است. متفاوت بودن دیزل نفتی با توجه به واحد تولید کننده و منطقه به منطقه است با این که تفاوت آن ها خیلی زیاد نیست. اگر از بیودیزلهایی با کیفیت پایین تر استفاده شود، مشکلات جبران ناپذیری به وجود می آید. به طوری که این سوخت ها باید متناسب با استاندارهای خاصی بوده و از کیفیت بالایی برخوردار باشند.

علت استفاده از سوخت دیزل در سوخت های گازوئیل

دلایل مختلفی برای این کاربرد وجود دارد. به عنوان مثال با استفاده از این سوخت ها، روند سوخت بیودیزل ها کامل تر انجام شده و کاهش هیدروکربن ها، مونوکسید کربن و ذرات معلق را به دنبال دارد. بالا بودن نقطه اشتعال در بیودیزل ها نسبت به گازوئیل ها، باعث ایجاد فراریت کمتر شده و این امر به کم شدن خطرات حمل و نقل باعث می شود.

همچنین به کار بردن سوخت زیست دیزلی، برای محیط زیست مفید بوده و از نظر اقتصادی نیز به صرفه است. یکی از ویژگی هایی که در سوخت زیست دیزلی وجود دارد، سبب عملکرد آن به صورت روان کننده شده و قطعات دچار فرسایش کمی می شوند. در نتیجه عمر بخش های مختلفی که درون موتور وجود دارد، بالا می رود. عمر دیزل ها با شست و شوی بخش های درونی سیلندرها زیاد شده و باعث کم شدن میزان استهلاک دستگاه ها می شود.

کیفیت مصرف با استفاده سوخت های دیزلی به عنوان مکمل در گازوئیل ها بسیار بالا می رود. سوخت پاک تری در نتیجه ی ترکیب این دو سوخت حاصل شده و احتراق به طور کامل تر انجام می شود. احتراق کامل باعث کم شدن میزان کوبش در دیزل ها می شود.

یکی از مزایای کاربرد این سوخت، عدم داشتن ترکیبات سولفور است که باعث کاهش خروج اکسیدهای گوگرد از اگزوز می شود. سوخت های بیودیزل، تجزیه پذیر بوده و تجزیه آن ها به صورت طبیعی صورت می گیرد.