سوخت سبز که به آن سوخت زیستی نیز می گویند نوعی سوخت که از مقطرکردن مواد گیاهای، میکروبی و حیوانی حاصل می شود. سوخت سبز نوعی منبع انرژی تجدیدپذیر است و در مقایسه با سوخت های فسیلی باعث آلودگی محیط زیست نمی شود.
از نمونه های سوخت های سبز می توان به اتانول (که اغلب از ذرت در ایالات متحده و نیشکر در برزیل تهیه می شود) ، بیودیزل (از روغن های گیاهی و چربی های حیوانات مایع تهیه می شود) ، گازوئیل سبز (مشتق شده از جلبک ها و سایر منابع گیاهی) و بیوگاز (متان حاصل از کود حیوانی و سایر مواد آلی هضم شده) اشاره کرد.
در جستجوی ناامیدکننده منابع انرژی جایگزین ، با تخلیه منابع سوخت فسیلی در جهان ، سوخت سبز به عنوان گزینه احتمالی مورد استفاده قرار خواهد گرفت. منتقدان اظهار می کنند که اصطلاح “سوخت سبز” یک نام غلط برای این مواد است ، زیرا فرآوری محصولات به عنوان سوخت سبز در واقع مقدار قابل توجهی آلودگی ایجاد می کند که ممکن است به اندازه اقدامات فعلی به محیط زیست آسیب برساند.
سوخت های سبز می توانند جامد ، مایع یا گازی باشند. این سوخت ها در دو شکل مایع و گاز بسیار مفید هستند زیرا حمل و نقل و سوختن را بسیار ساده و پاک می کنند. در مبحث سوخت سبز شیمی یازدهم به این موارد اشاره شده است. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.
مزایا و معایب سوخت سبز
افرادی که نگران امنیت انرژی و انتشار دی اکسیدکربن هستند ، سوخت های سبز را به عنوان گزینه ای مناسب برای سوخت های فسیلی می دانند. با این حال ، سوخت های سبز نیز دارای کاستی ها و مشکلاتی می باشند.
به عنوان مثال برای تولید اتانول ، مقدار انرژی بیشتری نسبت به تولید بنزین لازم است و منتقدان ادعا می کنند که استفاده از اتانول بسیار بیهوده است. زیرا تولید اتانول در واقع باعث کاهش انرژی خالص می شود و در عین حال قیمت مواد غذایی را نیز افزایش می دهد.
سوخت سبز همچنین به یکی از موضوعات مورد بحث گروه های حفاظتی تبدیل شده است زیرا آنها معتقدند که محصولات زیستی بهتر است به جای سوخت به عنوان منبع غذایی استفاده شود. استفاده از مقدار وسیعی از زمین های قابل کشت محصولات زیستی که برای تولید این ترکیبات استفاده می شود نگرانی های زیادی را به وجود آورده است. زیرا باعث مشکلاتی همچون فرسایش خاک ، جنگل زدایی ، رواناب کود و شوری خاک خواهد شد.
سوخت سبز چگونه تولید می شود
برخی از سوخت های سبز که از دوران قدیم مورد استفاده قرار گرفته اند مانند چوب ، می توانند مستقیماً به عنوان ماده اولیه ای که برای تولید گرما می سوزد، مورد استفاده قرار گیرند. از گرما می توان برای تولید ژنراتورهای نیروگاه برای تولید برق استفاده کرد. تعدادی از تأسیسات برق که هنوز هم از آنها استفاده می شود انرژی خود را از سوزاندن چمن ، چوب یا انواع دیگر زیست توده ها تامین می کند.
در حال حاضر سوخت های سبز مایع به دلیل زیرساخت های گسترده ای که از قبل برای استفاده از آنها ، به ویژه برای حمل و نقل وجود دارد ، مورد توجه خاص قرار گرفته اند. اتانول به عنوان معروف ترین سوخت سبز مایع ، توسط تخمیر نشاسته یا شکر تولید می شود .برزیل و ایالات متحده از تولیدکنندگان برجسته اتانول هستند. در ایالات متحده اتانول عمدتا از دانه ذرت ساخته می شود که برای تولید “بنزو هول” ، سوختی که ۱۰ درصد آن اتانول و مابقی آن بنزین است استفاده می شود.
در برزیل اتانول در درجه اول از نیشکر ساخته می شود و معمولاً به عنوان سوخت ۱۰۰ درصد اتانول یا در مخلوط های بنزین حاوی ۸۵ درصد اتانول استفاده می شود. برخلاف اتانول “نسل اول” تولید شده از محصولات غذایی ، اتانول سلولزی “نسل دوم” از زیست توده کم ارزش حاصل می شود که دارای مقدار زیادی سلولز ، از جمله خرده های چوب ، بقایای محصولات و زباله های شهری می باشد.
اتانول سلولزی معمولاً از باگاس نیشکر ، ماده زائد حاصل از فرآوری قند یا علف های مختلفی که می توان در زمین های بی کیفیت کشت شود ، ساخته می شود . با توجه به اینکه نرخ تبدیل سوخت های سبز نسل اول کم است ، از اتانول سلولزی غالباً به عنوان افزودنی بنزین استفاده می شود.
دومین سوخت سبز مایع متداول ، بیودیزل است که اساساً از گیاهان روغنی ساخته می شود (مانند سویا یا روغن نخل ) و به میزان کمتری از منابع روغنی دیگر (مانند باقی مانده روغن های سرخ کردنی در رستوران ها ). از بیودیزل که بیشترین مقبولیت را در اروپا پیدا کرده است درموتورهای دیزلی استفاده می شود و معمولاً با درصدهای مختلف با سوخت دیزل نفتی مخلوط می شود.
استفاده از جلبک ها و سیانوباکتری ها به عنوان منبع بیودیزل “نسل سوم” امیدوار کننده است اما توسعه این صنعت از نظر اقتصادی بسیار دشوار است. برخی از گونه های جلبک از نظر وزنی تا ۴۰ درصد لیپید دارند که می توانند به بیودیزل یا نفت مصنوعی تبدیل شوند. برخی تخمین ها حاکی از آن است که جلبک ها و سیانوباکتری ها می توانند در هر واحد بین ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از نسل دوم سوخت تولید کنند.
سایر سوخت های سبز عبارتند از: گاز متان و بیوگاز که می تواند از تجزیه زیست توده در غیاب اکسیژن حاصل شود و متانول ، بوتانول و دی متیل اتر تولید کند.
چشم اندازها در رابطه با تولید و کاربرد سوخت سبز
نوآوری های اخیر فناوری، زمینه های پیشرفته ای برای تولید سوخت های سبز ایجاد کرده است که برپایه استفاده از منابع غیر غذایی و هدر نرفتن انرژی تمرکز دارد. با تبدیل مواد دفن شده ، زباله ها و همچنین قطعات چوبی و گیاهی غیر قابل مصرف به این ترکیبات ما نه تنها استفاده از سوخت های فسیلی را کاهش داده ایم بلکه مقادیر زیادی زباله را نیز به طور موثری بازیافت کرده ایم. این سوخت های سبز کمک می کند تا بحث در مورد اینکه آیا رشد محصولات برای سوخت منجر به کاهش محصولات غذایی می شود را تا حدودی کم رنگ کند.
شکل جدیدی از سوخت را می توان به معنای واقعی سبز نامید ، زیرا از جلبک های سبز ناشی می شود. جلبک ها که اغلب روی توده های آب رشد می کنند ، گیاهانی کوچک با سرعت رشد سریع هستند. سودمندی آنها به عنوان سوخت از این واقعیت ناشی می شود که دارای محتوای روغن بسیار بالایی هستند که می تواند مانند سایر محصولات تولید کننده روغن فرآوری شود. اکنون بسیاری از کشورها تحقیقات گسترده ای در مورد جلبک هایی انجام می دهند که کشت آسان و رشد بسیار سریعی داشته باشد. طبق برخی تخمین های شرکت های تولید کننده روغن جلبک ، یک جریب جلبک می تواند ۲۰۰ برابر یک جریب ذرت روغن تولید کند.
برخی از منتقدان نسبت به این تصور که سوخت سبز هیچ گونه آلودگی در محیط زیست ایجاد نمی کند ، هشدار داده اند. فرآوری گیاهان ، شکر و نشاسته به اتانول در سالهای اخیر مورد انتقادات شدیدی قرار گرفته است. این گیاهان نه تنها فضای رشد مواد غذایی را از بین می برند ، بلکه فرآیند تخمیر آنها باعث آلودگی قابل توجه هوا می شود. علاوه بر این ، سوخت سبز لزوماً تمیز نمی سوزد و ممکن است هنگام استفاده فرمالدئید ، ازون و سایر مواد سرطان زا را منتشر کند.
هنوز مشخص نیست که آیا سوخت های سبز موجود گامی به سوی آینده سوخت های پاک هستند یا صرفاً یک روش موقت برای استفاده کمتر از سوخت های فسیلی. دولت های سراسر جهان منابع عظیمی را به تحقیق در مورد سوخت های پاک و پایدار اختصاص می دهند تا جایگزین آلاینده ها و ذخایر نفتی شوند که به سرعت از بین می روند. این ترکیبات ممکن است یک راه حل مناسب برای مشکلات نیاز به نفت و حفاظت جهانی نباشد ، اما همچنان یک نوآوری مهم است که می تواند راه را برای آینده بهتر هموار کند.
استفاده از سوخت سبز در صنایع شیمیایی
یک روش جدید مبتنی بر مس ممکن است به شیمی دانان کمک کند تا گاز گلخانه ای ناخواسته را در یک سوخت سبز مطلوب بازیافت کنند. به عنوان یک گاز گلخانه ای ، دی اکسید کربن یا CO ۲ به گرم شدن جو کمک می کند. اما اخیراً مقدار زیادی از این گاز اتمسفر را اشغال کرده است .
یک تیم از محققان راهی برای تبدیل دی اکسید کربن به یک محصول کاربردی پیدا کرده اند. آنها در حال تبدیل CO 2 به اتانول هستند. این ماده شیمیایی تقویت کننده عدد اکتان بنزین است که به بیشتر ذخایر بنزین در آمریکا اضافه می شود.
افزودن اتانول باعث کاهش انرژی موجود در یک گالن بنزین می شود. اما یک معامله خوب ارائه می دهد زیرا کمک می کند که بنزین تمیزتر بسوزد. بنابراین ساخت اتانول از CO ۲ برای محیط زیست بسیار مفید است.
برای انجام این کار ، ابتدا محققان نیاز به تجزیه CO ۲ به عناصر سازنده آن را دارند. به نظر می رسد که این یک کار بسیار دشواری می باشد. در چنین شرایطی ، شیمی دانان اغلب از کاتالیزورها استفاده می کنند زیرا چنین موادی واکنش شیمیایی را تسریع می کند.
ملاحظات اقتصادی و زیست محیطی سوخت سبز
در ارزیابی مزایای اقتصادی سوخت های سبز ، انرژی مورد نیاز برای تولید آنها باید در نظر گرفته شود به عنوان مثال ، فرآیند پرورش ذرت برای تولید اتانول سوخت های فسیلی را در تجهیزات کشاورزی ، تولید کود ، حمل ذرت و تقطیر اتانول انرژی مصرف می کند . از این نظر ، اتانول ساخته شده از ذرت نشان دهنده یک افزایش انرژی نسبتاً کم است. انرژی حاصل از نیشکر بیشتر است و از اتانول سلولزی یا بیودیزل جلبک می تواند حتی بیشتر باشد.
سوخت های سبز همچنین مزایای زیست محیطی را تأمین می کنند اما بسته به نوع تولید آنها می توانند از نظر زیست محیطی نیز دارای اشکالات جدی باشد. به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر ، سوخت های سبز گیاهی در اصل سهم کمی در گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی دارند .
بااین حال ، در عمل ، تولید صنعتی سوخت های سبز کشاورزی می تواند منجر به انتشار اضافی گازهای گلخانه ای شود که ممکن است مزایای استفاده از یک سوخت تجدید پذیر را از بین ببرد. این انتشارات شامل دی اکسید کربن حاصل از سوزاندن سوخت های فسیلی در طی فرآیند تولید و اکسید نیتروژن از خاکی است که با کود نیتروژن غنی شده است . در این راستا زیست توده سلولزی مفیدتر در نظر گرفته می شود.
استفاده از زمین همچنین عامل اصلی ارزیابی مزایای سوخت های سبز است. استفاده از مواد اولیه معمولی ، مانند ذرت و دانه های سویا ، به عنوان یک جز اصلی سوخت های سبز نسل اول ، بحث “غذا در مقابل سوخت” را برمی انگیزد. استفاده زمین های قابل کشت و مواد خوراکی از زنجیره غذایی انسان ، برای تولید این ترکیبات می تواند بر اقتصاد قیمت و در دسترس بودن غذا تأثیر بگذارد . علاوه بر این ، محصولات انرژی زا که برای سوخت های سبز کشت می شوند، می تواند برای زیستگاه های طبیعی جهان رقابت ایجاد کند.
بنابراین روش مناسب برای تولید این ترکیبات برای تأمین همزمان همه نیازها همچنان مورد بحث و بررسی بسیاری است ، اما رشد سریع تولید سوخت های سبز همچنان ادامه خواهد داشت. در ایالات متحده قانون استقلال و امنیت انرژی در سال ۲۰۰۷ ، استفاده از ۱۳۶ میلیارد لیتر (۳۶ میلیارد گالن) سوخت سبز را سالانه تا سال ۲۰۲۲ مجاز دانسته است که بیش از شش برابر افزایش نسبت به سطح تولید ۲۰۰۶ است. این قانون همچنین با شرط های خاص ، ۷۹ میلیارد لیتر (۲۱ میلیارد گالن) از کل مقدار آنها را سوخت سبز غیر اتانولی مشتق شده از ذرت می داند. در رابطه با سوخت سبز در ایران نیز تحقیقاتی در حال انجام است.
انواع سوخت سبز
سوخت سبز انرژی مشتق شده از منابع تجدیدپذیر است که هدف آن کاهش انتشار کربن و مبارزه با تغییرات آب و هوایی است. این سوخت زیستی، هیدروژن و موارد دیگر را در بر می گیرد و جایگزین پاک تری برای سوخت های فسیلی ارائه می دهد. سوخت سبز نوعی سوخت تقطیر شده از گیاهان و مواد حیوانی است که برخی معتقدند نسبت به سوخت های فسیلی پرکاربردی که بیشتر جهان را تامین می کنند، دوستدار محیط زیست است.
در ایجاد اشکال اساسی سوخت زیستی، محصولات زراعی به دو نوع تقسیم می شوند: تولید کننده قند و تولید روغن. محصولات تولید کننده شکر و نشاسته، مانند نیشکر یا ذرت، برای تولید اتانول در یک فرآیند تخمیر قرار می گیرند. گیاهان تولید کننده روغن می توانند مانند منابع فسیلی نفت مورد استفاده قرار گیرند. آنها سوختی ایجاد می کنند که می تواند توسط اتومبیل ها سوزانده شود یا بیشتر پردازش شود تا به بیودیزل تبدیل شود.
سوخت های زیستی مانند بیوگاز، بیودیزل، متانول زیستی و بیواتانول در کنار سوخت های کربن زدایی شده مهم هیدروژنی بخشی از انواع سوخت سبز هستند. تغییر به سمت بهره برداری از سوخت های جدید سبزتر را می توان در توربین های گازی جدید بدون هیچ گونه سازگاری عمده انجام داد.
بیوگاز در جایی مناسب است که زیرساخت گازی خوب وجود داشته باشد و می تواند در فاز انتقالی با گاز طبیعی ترکیب شود. اختلاط انعطاف پذیر هیدروژن با بیوگاز همچنین رقابت پذیری توربین گاز را تقویت می کند زیرا به توربین های گازی نصب شده اجازه می دهد تا زمانی که هیدروژن در دسترس نیست نیز کار کنند.
سوخت های زیستی مایع برای کاربردهای پشتیبان یا پیک مناسب هستند، به ویژه در جاهایی که زیرساخت های گازی وجود ندارد، مانند برنامه های کاربردی از راه دور و شبکه های جزیره ای. سوخت های زیستی مایع همچنین می توانند سوخت پشتیبان گاز طبیعی، هیدروژن یا بیوگاز باشند.
