برای جستجو در بین هزاران پایان نامه در موضوعات مختلف     

      و دانلود متن کامل آنها با فرمت ورد اینجا کلیک کنید     

 
دانلود پایان نامه

2-5 بیواتانول سوخت سبز:
پیش رفتن کشورهای دنیا به سمت صنعتی شدن و نیز روند رشد جمعیت از جملهی عواملی هستند که نیاز روزافزون به منابع انرژی را روز به روز افزایش می دهند. باتوجه به  محدود بودن منابع سوخت های فسیلی و نیز لحاظ کردن مشکلاتی که این نمونه سوخت ها از نظر زیست-محیطی بوجود می آورند، بحث مطرح نمودن سوختی جایگزین که سازگاری بهتری با محیط زیست داشته باشد و از منابع تجدید پذیر حیات تامین شده باشد را بطور جدی مطرح می سازد. پیش بینی می شود که در سال های آتی، تولید نفت خام در دنیا از میزان کنونی آن کمتر باشد و روند رو به کاهشی را داشته باشد به گونه ای که تخمین زده می شود  که تا سال 2050 کل تولید نفت خام در دنیا از میزان 25 بیلیون بشکه به 5 بیلیون بشکه کاهش می یابد.
تمایل به تولید الکل از سلولز در تمام دنیا رو به افزایش است مواد سلولزی را میتوان برای تولید سوخت استفاده نمود به طوری که کل تولید خالص گازهای گلخانه‏ای کاهش یابد. مواد سلولزی به صورت محصول جانبی فرآیندهای صنعتی و کشاورزی قابل دسترس می باشد. فناوری تبدیل مواد سلولزی دارای مشکلات  فنی و اقتصادی متعددی بوده که از تجاری شدن این فناوری تا این لحظه جلوگیری کرده است. همانگونه که میدانیم مواد سلولزی به عنوان ضایعات کشاورزی شامل محصولات زراعی و باغی و ضایعات کارخانههای کاغذ سازی سالیانه در کشور به عنوان مواد زائد و دور ریختنی تولید می شوند.
متأسفانه دور ریختن این مواد باعث تخریب محیط زیست و سوزاندن آنها آلودگی شدید هوا را به دنبال دارد. یکی از راه های مناسب برای استفاه از این زائدات تبدیل آنها به الکل اتیلیک می باشد. محصول فوق در غلظتهای مختلف (80-100%) تولید می شود. از الکل تولیدی میتوان به عنوان سوخت به صورت خالص (E100 ) یا به صورت مخلوط با بنزین (30% الکل E30) استفاده کرد. علاوه بر آن از الکل تولیدی به عنوان حلال یا مصارف طبی استفاده می شود.
اتانول یکی از جمله موادی است که بعنوان جایگزین برای سوخت های فسیلی مطرح می باشد. با توجه به اینکه اتانول دارای 35% اکسیژن در ترکیب خود می باشد یک سوخت تمیز به شمار میرود که می تواند تولید گازهای گلخانه ای و ذرات معلق را که در طی فرایند احتراق تولید می شوند به میزان قابل ملاحظه ای کاهش دهد. یکی دیگر از مزایای استفاده از اتانول این است که می تواند از منابع تجدید پذیر حیات – بر پایه ی مواد سلولزی – که به میزان قابل توجهی در طبیعت یافت می شود تولید شود و بدین وسیله هم از مواد اولیه ی ارزان قیمت و در دسترس استفاده می نماید و هم مشکلات دور ریز این مواد و انباشته شدن آنها در محیط زیست را برطرف می نماید. برای نمونه می توان به دور ریز چوب فراورده های جنگلی و کشاورزی، دور ریز پساب کارخانه های صنعتی نظیر کارخانه های کاغذ سازی و نساجی (الیاف کتانی)، پس مانده های کارخانه ی نیشکر، برنج، گندم، ذرت و جو و نیز دور ریز کارخانه های کمپوت( نظیر هسته ی میوه جات) اشاره نمود.
تخمین زده می شود که به تنهایی در آمریکا 2 کیلوگرم پس مانده ی جامد شهری به ازای هر شهروند در روز تولید می شود و شایان ذکر است که هر تن پس مانده ی شهری از دیدگاه انرژی معادل با یک بشکه ی نفت می باشد.
بدلیل اهمیت مشکلات زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی، اتحادیه ی اروپا در نوامبر سال 2001 طی قانونی کشورهای عضو را وادار به استفاده از منابع تجدید پذیر حیات برای تولید سوخت نموده است، به نحوی که بر طبق این قانون در سال 2010 می بایستی  75/5% کل سوخت مصرفی این کشورها از این منابع تامین شده باشد.
اتانول می تواند به تنهایی یا در ترکیب با بنزین و یا گازوئیل برای استفاده ی سوخت خودروها استفاده شود و ایالات متحده ی آمریکا کارخانه های تولید خودرو را موظف به طراحی موتورهای خودروی سازگار با این نمونه سوخت ها نموده است. برای نمونه، یک ترکیب خاص سوخت خودرو که E-85 نام دارد از ترکیب 85% حجمی اتانول با 15% بنزین استفاده می نماید.
یکی از مشکلات مطرح در مورد استفاده از اتانول به عنوان سوخت، بالا بودن قیمت نهایی آن می باشد که با پیشرفت فرایند تولید اتانول، روند رو به کاهش را طی می کند. برای نمونه، چنانچه برای هر تن خوراک جامد جهت تولید اتانول در آمریکا قیمت 25 دلار را در نظر بگیریم، قیمت تمام شده ی اتانول از قیمت فعلی 16/1 دلار به 76/0 دلار در سال 2015 کاهش خواهد یافت که حدود 34% کاهش قیمت را نشان می دهد. در خاتمه به منظور اینکه از میزان اتانول تولیدی به ازای خوراک ورودی تقریبی داشته باشیم هر تن تفاله ی نیشکر خشک توانایی تولید 440 لیتر اتانول را دارد. روشن است که این میزان تولید بیش از هر چیز به میزان سلولز موجود در خوراک، فرایند و شرایط عملیاتی تبدیل سلولز به اتانول بستگی دارد.
برای تهیه اتانول از مواد اولیه آلی نظیر نفت، گازطبیعی،ذغال سنگ وبیومس استفاده می شود.این روشها عبارتند از:
الف)هیدراتاسیون الکنهای بدست آمده از کراکینگ نفت
ب )فرایند آکسو از آلکانها، کربن منو اکسید وهیدروژن
ج)بوسیله تخمیر هیدرو کربنها
6-2 تولید بیواتانول بوسیله تخمیر کربوهیدراتها:
عملیات تخمیر با استفاده از مخمرهای موجود و با باکتری، از تمام پنج قند عمده زیست توده شامل گلوکز، زایلوز، مانوز، گالاکتوز و آرابینوز صورت می گیرد. بیواتانول ممکن است بوسیله تخمیر مستقیم از قندها و یا از کربوهیدراتهای دیگر که می توانند به قند تبدیل شوند همچون نشاسته و سلولز تولید شود. تخمیر قندها بوسیله مخمر، قدیمی ترین فرایند شیمیایی ترکیبی است که توسط انسان استفاده شده است و همچنان نیز جهت تولید اتیل الکل حائز اهمیت می باشد. قندها از منابع مختلف بدست می آیند که ملاس حاصل از نیشکر و یا نشاسته منتج از غلات مختلف از آن جمله اند، نام”الکل حبوباتی”به همین منظور به اتیل الکل اطلاق می شود. برخی از قندها می توانند به صورت مستقیم به بیواتانول تبدیل شوند. درحالیکه نشاسته و سلولز بایستی در ابتدا به قند هیدرولیز شده و سپس به بیواتانول تبدیل شوند. اغلب مواد خام پلی مری با قیمت های پایین تر از قندهای اصلاح شده در دسترس قرار دارند. به هرحال، هزینه های حمل و نقل مواد خام، استفاده از مواد خام بومی و منطقه ای را ضروری نموده است. متدتخمیر اساساّ شامل سه مرحله است:
شکل گیری محلول قندهای قابل تخمیر
تخمیر این قندها به بیواتانول
جداسازی و تصفیه اتانول که معمولا ّبا تقطیر انجام می شود.
تخمیر شامل میکروارگانیزم هایی است که از قندهای قابل تخمیر بعنوان غذا ها استفاده می کند و در فرآیند مذکور، اتیل الکل و دیگر محصولات جانبی را تولید می کنند. چنین میکروارگانیزم هایی می توانند از قندهای شش کربنی که گلوکز یکی از متداول ترین آنها است، استفاده نمایند. بنابراین مواد سلولزی زیست توده که شامل مقدار بالایی از گلوکز و یا مواد قابل تبدیل به گلوکز است به آسانی به اتانول تبدیل می شوند. از نظر تئوری،100 گرم گلوکز، 4/51 گرم بیواتانول و 8/48 گرم دی اکسیدکربن تولید می کند. اما در عمل، میکروارگانیزم ها از تعدادی از گلوکزها جهت رشد استفاده می کنند و بازده واقعی آنها کمتر از100% است.
هیدرولیز سلولزی، تولید گلوکز می کند که به آسانی با ارگانیزم های موجود تخمیر می شود. هیدرولیز مواد همی سلولزی تولید هگزوز و هم قندهای پنج کربنی می نماید: مانوز، گالاکتوز، زایلوز و آرابینوز که همگی با کشت های موجود تخمیر نمی شوند.
مواد همی سلولزی عموماٌ، ترکیبی از قندها را تولید می کنند که شامل: زایلوز، آرابینوز، گالاکتوز و مانوز است. اینها هم شامل قند پنج کربنی یعنی زایلوز و آرابینوز و هم شش کربنی شامل گالاکتوز و مانوز می باشد.
برای تولید بیواتانول از زیست توده، مواد همی سلولزی را به قندها و بخش سلولزی بوسیله اسیدها و یا آنزیمها به قند گلوکزی هیدرولیز می شود. بطوریکه قند گلوکزی و قندهای حاصل از مواد همی سلولزی نیز به بیواتانول تخمیر می شوند. به این ترتیب برای گرفتن اتانول از بیومس لیگنوسلولزی کربوهیدراتهایش باید شکسته شوند و به قندهای مونومر(هیدرولیزشدن) تبدیل و سپس برای استفاده از میکروارگانیسم ها تخمیر شود. از دو راه میتوان به این نتیجه رسید. هیدرولیز شیمیایی و هیدرولیز آنزیماتیک که دومین روش نیازمند یک ماده اولیه موثر و مناسب است تا حساسیت لیگنو سلولز را به فعالیت آنزیمی افزایش دهد.
دسته بندی : علمی