تولید سوخت گیاهی در پژوهشگاه صنعت نفت

سوختی که ما هر روزه از آن استفاده می کنیم، سوخت فسیلی است. یکی از مشکلات اصلی سوخت های فسیلی آلایندگی ناشی از آزاد شدن کربنی است که میلیون ها سال پیش در دل زمین زندانی شده بود. این موضوع همان طور که امروز دیگر واضح است، می تواند به آلودگی های زیست محیطی و گرمایش جهانی منجر شود. علت اصلی این موضوع به چرخه کربنی چند میلیون ساله آن مربوط است.

 

زمین و اتمسفر آن به گونه ای خلق شده که در یک فرآیند طولانی، کربن اضافه را که عامل اصلی گرمایش جهانی و به خطر افتادن حیات است فیلتر و در دل خود پنهان می کند. بیرون آوردن و سوزاندن این کربن به چند میلیون سال دیگر زمان نیاز دارد تا دوباره این پتوی کربنی جمع شده و گرمای کشنده دست از سر زمین بردارد.

 

با توجه به این مشکلات و رو به اتمام بودن سوخت های فسیلی در بسیاری از کشورها بناچار سوخت های گیاهی به جایگزینی برای سوخت های فسیلی تبدیل خواهد شد و با توجه به اهمیت این موضوع حتی کشورهایی که از ذخایر فسیلی برخوردارند نیز در این زمینه گام هایی برداشته اند.

 

در کشور ما نیز در این زمینه تلاش هایی انجام شده و در همین خصوص بتازگی از سوخت گیاهی تولیدی پژوهشگاه صنعت نفت رونمایی شده است.

 

با دکتر امیر ناصر احمدی ، رییس پژوهشکده علوم و فناوری های شیمیایی این پژوهشگاه درباره ضرورت استفاده از سوخت گیاهی و ویژگی های بیودیزل تولید شده در این پژوهشگاه گفت وگو کرده ایم.

 

سوخت گیاهی تولید شده در پژوهشگاه صنعت نفت براساس چه فرآیندی تولید شده است و ماده اولیه آن چیست؟

 

منابع اصلی که ما در تهیه این نوع بیودیزل از آن استفاده کرده ایم دانه های گیاهی و بخصوص دانه های روغنی خوراکی و پسماندهای روغنی بوده است. ما در تهیه این سوخت از پسماند روغن در بیمارستان ها و رستوران ها به عنوان یکی از منابع استفاده کرده ایم و هدفمان هم این بوده که بتوانیم این سوخت را از نوعی پسماند ارزانقیمت تهیه کنیم. فرآیند تهیه این سوخت واکنشی است تحت عنوان ترانس استریفیکاسیون با یک الکل که نتیجه این واکنش یک متیل استر است که این متیل استر با گازوئیل فرموله شده و به عنوان بیودیزل معرفی می شود.

 

آیا برای استفاده از این نوع سوخت لازم است تغییراتی در طراحی خودرو ایجاد شود؟

 

نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که ما باید حداقل تغییرات ممکن را در موتور خودرو و ویژگی های اصلی آن ایجاد کنیم. بنابراین، این کار باید به شیوه ای چندمنظوره انجام شود. یعنی باید وزارت نفت از یک سو و وزارت کشاورزی از سوی دیگر برای تامین خوراک دانه های روغنی، کارخانه های خودروسازی برای طراحی موتور و در نهایت سازمان محیط زیست برای بررسی میزان تاثیرپذیری که استفاده از این سوخت می تواند در سطح جامعه داشته باشد در کنار هم فعالیت کنند تا بتوان به هدف نهایی در تولید سوخت بیودیزل و استفاده از آن به عنوان جایگزینی مناسب برای سوخت های فسیلی دست یافت.

 

ما در پژوهشگاه صنعت نفت از حدود پنج سال پیش طرح تولید بیودیزل را با همکاری دانشگاه تربیت مدرس آغاز کرده و موفق به تولید این سوخت در مقیاس آزمایشگاهی شده ایم. در تولید این سوخت از دانه های روغنی سویا، کلزا، آفتابگردان و پسماندهای روغنی استفاده کرده ایم و راندمان ها را نیز مورد مقایسه قرار داده ایم. محصول جانبی این فرآیند گلیسیرین است که برای این محصول نیز برنامه ای را در نظر گرفته ایم. اکنون گلیسیرنی که در زمینه های مختلف از آن استفاده می شود وارداتی است. این فرآورده جانبی کاربردهای متعددی دارد و به این ترتیب می توانیم از گلیسیرینی که در نتیجه این فرآیند تولید می شود به جای گلیسیرین وارداتی استفاده کنیم. ما در این مرحله این سوخت را در مقیاس ۵۰۰ کیلوگرم تولید کرده ایم و این آمادگی را داریم که با همکاری بخش خصوصی این سوخت گیاهی را به تولید انبوه برسانیم.

 

پس به این ترتیب می توانیم بگوییم با تولید این سوخت گیاهی می توان به جای گازوئیل از یک منبع سوختی پاک استفاده کرد؟

 

در اینجا دو هدف را مد نظر قرار داده ایم. اول این که می خواهیم آلاینده های زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی را که ترکیبات NOX و هیدروکربن هاست تا حد امکان کاهش دهیم. هدف دوم ما این است که در طراحی خودروها تغییراتی ایجاد نکنیم. ما در فرمولاسیون این سوخت تا B۵ تست های کاربردی را انجام داده ایم. منظور از B۵ بیودیزلی است که ۵ درصد آن را بیودیزل تشکیل می دهد و ۹۵ درصد دیگر آن همان گازوئیل است. اگرچه به نظر می رسد وجود ۵ درصد بیودیزل در این سوخت از نظر کمی بسیار ناچیز است، اما وقتی میزان آلایندگی این سوخت را محاسبه می کنیم و آن را در تعداد خودروها در سطح کشور ضرب می کنیم به این نتیجه می رسیم که استفاده از این سوخت در سطح کشور تاثیر بسیار قابل ملاحظه ای دارد. ما با همکاری شرکت ایپکو که از شرکت های وابسته به ایران خودرو است تا B۱۰ هم روی این سوخت مطالعات و تحقیقات لازم را انجام داده ایم تا بتوانیم با ایجاد کمترین تغییرات یا حتی بدون ایجاد هر گونه تغییری در طراحی خودرو ها از این سوخت استفاده کنیم. با توجه به این که می خواستیم احتیاط های لازم را رعایت کرده باشیم در نمایشگاه نوزدهم نفت و گاز، یکی از مینی بوس های پژوهشگاه صنعت نفت را با سوخت B۲ تغذیه کردیم و میزان آلاینده های های آن را محاسبه کردیم. نتیجه این محاسبات نشان داد میزان آلاینده هایNOX و هیدروکربن ها به اندازه چشمگیر و قابل توجهی کاهش پیدا می کند.

 

چه محدودیتی وجود دارد که نمی توان این سوخت را به طور صددرصد و بدون نیاز به ترکیب با گازوئیل مورد استفاده قرار داد؟

 

مشکلی که وجود دارد این که استفاده از این سوخت به تنهایی از نظر اقتصادی به صرفه نخواهد بود. ما در تولید این سوخت گیاهی از روغن های گیاهی استفاده کرده ایم. استفاده از پسماندها اگرچه هزینه کمتری دارد، اما راندمان پایین تری دارد. تولید بیودیزل از خود دیزل یا گازوئیل گران تر است. اگرچه ما در کشور باید به دنبال حل مشکلات و پیامدهای زیست محیطی ناشی از مصرف سوخت های فسیلی باشیم، اما موضوع اقتصاد اولویت شماره یک است. یعنی مشتری ابتدا قیمت را در نظر می گیرد و مشکلات زیست محیطی در بلندمدت خود را نشان می دهد. بنابر این یکی از مشکلات و محدودیت هایی که ما با آن مواجه بوده و هستیم این است که باید این سوخت را از نظر هزینه تمام شده متعادل کنیم. ایده ای که وجود دارد این است که از دانه های روغنی غیرخوراکی مانند جاتروفا استفاده کنیم. جاتروفا گیاهی است که ریشه هندی دارد و برای بیابان زدایی از این گیاه استفاده می شود از طرف دیگر دانه این گیاه غیرخوراکی است و گونه هایی از آن غیرسمی است. اگر این طرح پیاده شود به این معنی است که ما برای تولید این سوخت به یک خوراک ارزانقیمت دسترسی داریم که توجیه اقتصادی دارد و حتی ارزان تر از خود گازوئیل است. در نمایشگاه امسال با سازمان جنگل ها و مراتع تفاهم نامه ای را امضا کرده ایم که براساس این تفاهم نامه بین دو وزارتخانه نفت و کشاورزی، این سازمان به عنوان نماینده مسئولیت تامین جاتروفا و کشت این محصول را بر عهده گیرد. اکنون نیز این کار شروع شده و باغچه های کوچکی از این گیاه کاشته شده است. جاتروفا گیاهی است با دانه گیاهی غیرخوراکی که این دانه خوراکی قیمت بسیار پایینی دارد. روغن های خوراکی مصرفی ما از دانه های بسیار گرانقیمتی تهیه می شود و اگر بخواهیم بیودیزل را با استفاده از این دانه ها تهیه کنیم هزینه تولید آن از تولید گازوئیل نیز بالاتر خواهد بود. ما این گیاه را خودمان از هند وارد کرده ایم. روی این گیاه وارداتی مطالعاتی کرده ایم و واکنش را انجام داده و محصول نهایی را نیز مورد بررسی قرار دهیم که نتایج آن نشان می دهد این محصول بسیار خوب است و با محصول اصلی نیز تفاوت زیادی ندارد. بنابراین اگر ما بتوانیم این محدودیت اقتصادی را نیز تا حد زیادی برطرف کنیم امیدوار خواهیم بود در آینده ای نزدیک بتوانیم شاهد استفاده از این سوخت گیاهی در خودروها باشیم.

 

سوخت گیاهی تولیدی جایگزین گازوئیل خواهد شد. آیا برای تولید جایگزینی مناسب برای بنزین هم تحقیقاتی انجام شده است؟

 

برنامه بعدی ما این است که بتوانیم بیو بنزین را نیز به روش مشابهی تولید کنیم. در حقیقت در اینجا نیز روند کار مشابه تولید بیودیزل است. البته باید توجه داشت که تعداد هیدروکربن های بنزین یا به اصطلاح تعداد شاخه های آن کمتر است. تعداد هیدروکربن های روغن معمولا ۱۲، ۱۴ و بیشتر از ۱۶ است، اما تعداد هیدروکربن های بنزین بین پنج تا ۱۲ و معمولا بنزین های مصرفی هشت کربنه است. بنابراین در این فرآیند به شکست مولکولی نیاز داریم. پس بنابر این واکنش تولید بیو بنزین یک واکنش دو مرحله ای است. از یک طرف باید واکنش استریفیکاسیون یا تبدیل استر انجام شود از طرف دیگر باید این مولکول شکسته شود. یعنی ریشه اصلی این واکنش همان گیاه است و محصول نهایی هم بنزین است و هم بیوبنزین. این برنامه بعدی ما در پژوهشگاه صنعت نفت است. البته در مقیاس آزمایشگاهی در این زمینه کارهایی را انجام داده و به نتایج موفقیت آمیزی نیز دست یافته ایم.

 

فکر می کنید چه مدت زمانی طول می کشد تا سوخت بیودیزل بتواند جایگزین گازوئیل شده و در خودروهایی که در سطح شهر تردد دارد، مورد استفاده قرار گیرد؟

 

اکنون همه چیز آماده و مهیاست. ما با یک شرکت خصوصی در این زمینه فعالیت می کنیم و این شرکت همه تجهیزات لازم برای این کار را فراهم کرده است و دانش فنی برای تولید بیودیزل وجود دارد و تنها مشکل کنونی ما این است که بتوانیم محدودیت های اقتصادی موجود را نیز با استفاده از این گیاه جاتروفا برطرف کنیم و به این ترتیب با همکاری وزارتخانه های دیگر می توانیم این سوخت را به بازار عرضه کنیم. اگر همه شرایط مهیا باشد شاید تا سال دیگر بتوانیم این سوخت را به بازار عرضه کنیم.

 

ضرورت استفاده از سوخت گیاهی

 

در سال های اخیر جامعه جهانی به سوخت های پاک و گیاهی توجه ویژه ای داشته و در حقیقت تولید سوخت هایی با منشا گیاهی که چرخه کربن کوتاهی دارد به تمرکز اصلی جامعه جهانی تبدیل شده است و پیش بینی می شود تا ۲۰ یا ۳۰ سال آینده حتی خرید و فروش سوخت های فسیلی نیز با محدودیت هایی مواجه شود.

 

گیاهان با جذب دی اکسیدکربن از جو زمین و تبدیل آن به هیدروکربن های خوراکی، منبع مناسبی برای تولید سوخت است.

 

با سوزاندن این سوخت گرچه به همان اندازه سوخت های فسیلی آلودگی تولید می شود، اما کربن آزاد شده در یک چرخه کوتاه مدت، همین شش ماه پیش از جو برداشته شده بود و با سوزاندن بیوسوخت دوباره به جو بازمی گردد.

 

همین موضوع مزیت اصلی سوخت های گیاهی است. به این ترتیب کشور ما که ازجمله کشورهای دارنده منابع عظیم سوخت های فسیلی است و همچنین کشورهای دیگری که از منابع عظیم نفت و گاز برخوردارند در زمینه صادرات این سوخت به دیگر کشورها با مشکلات متعددی مواجه خواهند شد.

 

علت اصلی توجه به سوخت های گیاهی یا سوخت های پاک حفاظت از محیط زیست و جان انسان هاست.

 

مشکل اصلی سوخت های فسیلی وجود آلاینده های آروماتیک و ترکیبات گوگردی است که استفاده از آن در خودروها در سطح کشور ما و بسیاری از دیگر کشورها با پیامدهایی همراه بوده است بنابراین از حدود سه دهه قبل در کشورهایی مانند برزیل و آمریکای جنوبی که بخصوص منابع گیاهی وسیعی دارند این موضوع مطرح شد که بتوان ریشه سوخت ها را از منابع دانه های روغنی خوراکی یا غیرخوراکی تهیه کرد.

 

منابع فسیلی منابع گازی و نفتی است. اگرچه منابع گازی پاک است، اما نفت و برش های نفتی با آلودگی های زیادی همراه است. با توجه به اهمیت این موضوع در کشور ما نیز از حدود یک دهه پیش این موضوع مورد توجه قرار گرفته است البته استفاده از این نوع سوخت در کشور ما با محدودیت های همراه است و اندکی طول می کشد تا این بحث در کشور جا بیفتد، اما پیش بینی شده در آینده ای نزدیک یعنی تا حدود سه دهه آینده سوخت های گیاهی به جایگزین کاملی برای سوخت های فسیلی تبدیل شود

تولید و ساخت صنعتی