تمام حقوق برای خط مهندسی محفوظ است
زیست توده یا بیومس اصطلاحی است که در اشاره به پسماندهای بر جای مانده از یک موجود زنده یا مرده استفاده می‌شود. با توجه به خطراتی که به دلیل کاهش سوخت فسیلی بشر امروز را تهدید می‌کند، دانشمندان سراسر جهان به دنبال یافتن راهکارهایی هستند که نیاز بشر به انرژی اولیه را تأمین کنند.
در کنار چوب، ضایعات و سوخت‌های الکلی این انرژی از ذرات و الیاف برخی از گیاهان نیز تهیه می‌شود. در مواردی بیومس از چربی‌های حیوانی نیز به دست آمده است. در واقع امروزه دانشمندان از هر آنچه که حیات دارد یا روزگاری می‌زیسته است، انرژی زیست توده را استخراج می‌کنند.
در ادامه مقاله با ما همراه باشید تا علاوه بر شناخت زیست توده و نحوه عملکرد آن با انواع زیست توده و مصارف متفاوت آن نیز بیشتر آشنا شوید.
زیست توده چیست؟
همان‌طور که گفته شد، زیست توده یک ماده طبیعی است که از بقایا و پسماندهای گیاهان و حیوانات به دست می‌آید. این ماده با نام انرژی تجدیدپذیر شناخته می‌شود.
انرژی ذخیره شده در این بافت‌های زنده و طبیعی از خورشید گرفته شده است و به عبارت دیگر انرژی خورشیدی در ذرات و بافت این موجودات نهفته شده است. گیاهان با دریافت انرژی خورشیدی عمل فتوسنتز را انجام می‌دهند.
با سوختن زیست توده انرژی ذخیره شده در آن به شکل گرما آزاد می‌شود. از این سوخت به تنهایی به عنوان منبع تولیدکننده حرارت استفاده می‌شود.
همچنین این سوخت در حالت مایع به عنوان سوخت مصرفی خودرو و صنایع نیز کاربرد دارد.
مسلما این انرژی بر خلاف سوخت‌های فسیلی آسیب کمتری به محیط زیست وارد می‌کند، اما چگونه می‌توانیم بیومس را به انرژی تبدیل کنیم؟
استخراج انرژی از زیست توده
زیست توده‌های جامد مانند چوب و زباله به شکل مستقیم سوزانده می‌شوند و انرژی گرمایی مورد نیاز را فراهم می‌کنند. از طرفی زیست توده قابل تبدیل به گاز زیستی یا سوخت مایع با نام سوخت زیستی نیز است. این سوخت را می‌توان در مصارف گوناگونی برای تأمین انرژی اولیه مورد نیاز به کار برد.
- گاز زیستی غالبا از کاغذ، پسماند غذاها و تجزیه پسماندها در مکان‌ها دفع زباله به دست می آید. در برخی از موارد این گاز زیستی از فرایندهایی که روی فاضلاب و فضولات حیوانی در دستگاه مخصوصی انجام می‌شود نیز به دست می‌آید.
- اتانول نیز از گیاهانی مانند ذرت و نیشکر استخراج شده که در تولید سوخت خودروها از آن بهره می‌گیرند.
- از این گذشته نوعی از زیست سوخت نیز با نام بیودیزل یا دیزل زیستی نیز وجود دارد که از چربی حیوانات و روغن‌های گیاهی تهیه می‌شود.
در ادامه با انواع منابع تولید زیست توده بیشتر آشنا می‌شوید.
انرژی چوب
در تولید زیست توده از چوب غالبا از چوب‌های گردآوری شده از جنگل یا ضایعات چوب استفاده می‌شود. در مادرید ایالت متحده آمریکا همچنان برای تأمین انرژی مورد نیاز در کوره‌ها و اجاق‌ها و شومینه‌های چوبی خود از این سوخت به عنوان منبع اصلی تأمین انرژی استفاده می‌کنند.
علاوه بر این بسیار از کشورهای در حال توسعه در سراسر جهان از این سوخت و فضولات حیوانی به عنوان سوخت اصلی جهت تأمین انرژی مورد نیاز استفاده می‌کنند.
چوب یکی از مواد زنده‌ای است که به سادگی در اختیار بشر قرار دارد و به همین دلیل یکی از رایج‌ترین منابع در تأمین زیست توده نیز به شمار می‌رود. این منابع طبیعی به عنوان انرژی اولیه در تولید برق و گرما استفاده می‌شوند.
انرژی حاصل از پسماندها
زمانی که بنا باشد زیست توده از زباله‌های جامد شهری، پسماندها و موادی که در مکان‌های دفع زباله استخراج شوند در واقع با انرژی حاصل از پسماند روبه‌رو هستیم. در این حالت پسماندهای تولید و یکی از منابعی که در تولید زیست توده از آن استفاده می‌شود نیز به شمار می‌رود.
تمام پسماندهای موجود در بخش زباله و تولیدات کارخانه‌ها به منظور تولید الکتریسیته در نیروگاه‌ها سوزانده می‌شوند. در مواردی پسماندها در محل‌های دفع زباله دفن می‌شوند تا گاز زیستی حاصل از تجزیه این پسماندها استخراج شود.
زیست سوخت
همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم؛ زیست سوخت نیز یکی از انواع زیست توده به شمار می‌رود. در واقع اتانول و بیودیزل از جمله محبوب‌ترین سوخت‌های الکلی هستند که توجه بسیاری از دولت‌ها را به خود جلب کرده‌اند.
در تولید زیست سوخت از گیاهان و دانه‌های برجای مانده از محصولات کشاورزی استفاده می‌شود. به عنوان مثال ذرت و نیشکر از جمله منابعی هستند که در تولید زیست سوخت بکار می‌روند. در این حالت پسماندهای کشاورزی به دو صورت به کار برده می‌شود. ممکن است این پسماندها به شکل مستقیم به عنوان تأمین‌کننده انرژی سوزانده شوند یا به زیست سوخت تبدیل شوند.
زیست گاز
اگر بنا باشد بیومس به شکل گاز استفاده شود نیز امکان استخراج انرژی پسماندهای زباله‌دانی‌ها و مواد غذایی مصرفی مردم منبع بسیار خوبی برای تولید گاز زیستی خواهد بود.
از طرفی فاضلاب انسانی و فضولات حیوانی نیز در این پروسه ارزشمند است. این منابع ارزان قیمت زیست گاز ارزشمندی را در خدمت صنایع و دولت‌ها قرار می‌دهند.
چالش‌های پیش روی زیست توده
- از آنجایی که بیومس در مقایسه با سوخت‌های فسیلی به مراتب رقیق‌تر است بنابراین هم‌خوانی بیشتری با زمین و آب دارد، اما از سوی دیگر کسانی که فاقد زیرساخت‌های لازم برای تحویل و تولید این سوخت هستند باید هزینه‌های بالایی را برای تامین این زیرساخت‌ها بپردازند.
- از طرفی سوزاندن بیومس اگرچه در مقایسه با سوخت‌های فسیلی آسیب کمتری به محیط زیست وارد می‌کند، اما این سوخت نیز برای محیط زیست کاملا بی‌خطر نیست.
- در حقیقت حتی سوزان چوب در شومینه‌ها نیز برای محیط زیست اتفاق خوشایندی نخواهد بود. به همین دلیل سوزاندن چوب در بسیاری از ایالت‌های آمریکا ممنوع شده است چراکه سوخت این ماده زیستی آلاینده‌های بسیار بدی را وارد جو می‌کند.
- با این وجود خوشبختانه تکنولوژی‌های جدید در حوزه کنترل آلودگی‌های محیط زیست میزان آلاینده‌های زیست توده را در مقایسه با سوخت‌های فسیلی به مراتب کاهش داده است.
- به علاوه گاز دی‌اکسیدکربن حاصل از یک سال سوختن بیومس در آینده توسط دانه‌ها و گیاهانی که در این صنعت به کار برده می‌شوند و در فرایند فتوسنتز جذب و از هوا خارج خواهد شد.
- از سوی دیگر همان‌طور که گفته شد از اتانول و سوخت‌های الکلی به شدت استقبال شد. دلیل توجه دولت‌ها و صنایع از این سوخت میزان دی اکسیدکربن بسیار پایینی است که در اثر سوختن این سوخت تولید می‌شود.
تحقیقات نشان می‌دهند که این سوخت الکلی میزان آزادسازی گازهای گل‌خانه‌ای سی سال گذشته را دوبرابر کرده است.
اتانول و بیودیزل
اتانول سوختی تجدیدپذیر است که کاملا شفاف ریال بی‌رنگ و اندکی سمی است. این سوخت از شکر موجود در نیشکر و ذرت تهیه می‌شود. از گذشته تا به امروز از این سوخت استفاده می‌شده، اما امروزه توجه ویژه‌ای به این سوخت می‌شود چراکه این سوخت به عنوان یک سوخت جایگزین در صنعت حمل و نقل به کار می‌رود.
تاریخچه اتانول
نخستین بار از اتانول در سال ۱۹۷۰ به عنوان یک سوخت جایگزین برای مصارف خانگی استقبال شد. در آن زمان به دلیل تحریم نفت دنیای عرب، آمریکا به این سوخت جایگزین روی آورد. به این ترتیب میزان وابستگی آمریکا به سوخت کشورهای دیگر تا حد زیادی کاهش پیدا کرد.
در اواخر سال ۱۹۸۰ که قیمت سوخت به شکل قابل توجهی کاهش پیدا کرده بود و در دهه ۱۹۹۰ که میزان استفاده از گازوئیل افزایش پیدا کرد و از سوخت اتانول به عنوان جایگزینی که آلودگی کمتری را در هوا ایجاد می‌کند؛ استقبال شد .
به همین دلیل در سال ۲۰۰۵ کنگره ملی آمریکا استفاده از این سوخت را به عنوان مکملی برای گازوئیل تصویب کرد. این اقدام به دنبال تصویب لایحه استقلال انرژی و امنیت پیاده‌سازی شد. بنابراین لایحه میزان استفاده از اتانول در سوخت‌های گازوئیلی تا سال ۲۰۲۲ افزایش پیدا می‌کند.
معرفی بزرگترین کشورهای تولید کننده اتانول
در حال حاضر در ایالات متحده آمریکا اتانول در ترکیب با گازوئیل به عنوان سوخت E85 که نوعی سوخت است که از ترکیب ۸۵ درصد اتانول و ۱۵ درصد گاروس تولید شده، استفاده می‌شود. علاوه بر این سوخت E10 که از ۱۰ درصد اتانول و ۹۰ درصد گازوئیل تشکیل شده است نیز در این کشور استفاده می‌شود.
به دنبال تولید این سوخت‌های شرکت‌های خودروسازی اقدامات لازم را در راستای تولید خودروهایی که قابلیت استفاده از سوخت E85 را دارا هستند نیز در برنامه کاری خود قرار دادند.
به همین دلیل آمریکا در کنار برزیل دو تن از بزرگترین کشورهای تولید کننده اتانول به شمار می‌رود. در سال ۲۰۱۵ تعداد نیروگاه‌ها تولید اتانول در ۲۹ ایالت آمریکا به ۲۱۴ عدد رسید. همین امر سبب شد میزان تولید اتانول به ۱۴.۸ میلیون گالن اتانول برسد. این میزان در مقایسه با تولید این محصول در سال ۲۰۰۰ افزایش ۹ برابری را نشان می‌دهد. در حال حاضر نیز ۳ نیروگاه با ظرفیت ۰.۱۶ بیلیون شبکه در حال ساخت هستند.
وزارت کشاورزی آمریکا تخمین زده است که میزان مصرف اتانول در صنایع امریکایی شامل ۵.۱۸ بیلیون بوشل اتانول ساخته شده از ذرت است.
تاثیراقتصادی و عواقب استفاده از اتانول ذرت و نیشکر
کشور برزیل اتانول مصرفی خود را از نیشکر تهیه می‌کند و این در حالی است که آمریکا برای تولید اتانول به شکل انحصاری از ذرت استفاده می‌کند. منبع مورد استفاده در تولید اتانول تفاوت‌های فاحشی را در این سوخت ایجاد می‌کند. چرا که تولید اتانول از این منابع مشمول صرف هزینه‌ای هنگفتی خواهد بود و عواقبی را نیز به دنبال دارد.
میزان شکری که از یک هکتار کاشت ذرت به دست می‌آید از میزان شکری که از یک هکتار کاشت نیشکر به دست می‌آید به مراتب کمتر است. به همین دلیل انرژی مورد استفاده برای استخراج شکر ذرت به مراتب بیشتر از نیشکر خواهد بود.
در نتیجه به منظور بقای این صنعت تولید کنندگان داخل اتانول ۴۵ سنت یارانه برای تولید هر بشکه و ۵۴ سنت تعرفه برای اتانول وارداتی درنظر گرفتند. از آنجایی که تعرفه و یارانه با پایان سال ۲۰۱۱ منقضی شده‌است؛ تمام هزینه‌ی تولید اتانول بر عهده صنعت اتانول‌سازی خواهد بود.
افزایش قیمت سایر مواد غذایی
علاوه بر این موارد تولید در حال افزایش ذرت برای ساخت اتانول چالش‌هایی در بحث کشاورزی را نیز به وجود آورده است. به عنوان مثال از آنجایی که زمین‌های کشت مواد غذایی در حال رقابت با زمین‌های کشت ذرت هستند؛ قیمت مواد غذایی نیز افزایش پیدا کرده است. علاوه بر این حجم بالای تولیدات ذرت فشار مضاعفی نیز بر منابع آبی این کشور وارد کرده است.
راهکارهای ارائه شده برا حل عواقب اقتصادی تولید اتانول
با این وجود مصرف اتانول بر پایه ذرت در آمریکا در حال افزایش است. در حال حاضر ۲۰۰ نیروگاه اتانول در آمریکا مشغول به کار هستند. به دنبال افزایش تقاضا برای اتانول تحقیقات گسترده‌تری در این خصوص نیز انجام شده است. در همین راستا از تمامی قسمت‌های زرد شامل برگ، ساقه و دانه‌های ذرت در ساخت اتانول استفاده می‌شود.
از این گذشته در کنار ساخت اتانول بیودیزل نیز با استفاده از چربی‌های حیوانی و روغن‌های گیاهی تولید می‌شود. امروزه در ساخت این سوخت از لوبیای سویا نیز استفاده می‌شود. این سوخت غالبا به نسبت‌های متفاوتی ۲ درصد، ۵ درصد و ۲۰ درصد با سوخت‌های فسیلی ترکیب می‌شود. تحقیقات برای بهبود کیفیت سوخت‌های ترکیبی با زیست توده همچنان ادامه خواهد داشت.
در آخر
تنوع موجود در زیست توده‌ها به دلیل استفاده از منابع متفاوت در تولید این سوخت طبیعی است. همان‌طور که در این مقاله اشاره شد؛ در ساخت بیومس از پسماندهای تولیدات کارخانه‌ها، ضایعات چوب و زباله‌هایی که در مکان‌های دفع زباله دفن می‌شوند نیز استفاده می‌شود.
از این گذشته در ساخت زیست گاز از فاضلاب انسانی و فضولات حیوانی نیز استفاده می‌شود. دانش بیومس همواره به دنبال یافتن راهکارهایی است که هوا را از آلودگی حاصل از سوخت منابع فسیلی پاک کند.
به این ترتیب میزان آلایندگی حاصل از سوخت‌های بیومس به مراتب قابل کنترل‌تر از سوخت‌های فسیلی خواهد بود. زیست توده به عنوان یک راه نجات معرفی و در حال توسعه است، اما این سوخت در مسیر خود با چالش‌های بسیاری روبه‌رو خواهد بود که نیازمند انجام تحقیقات وسیع‌تری است.
ممنون مطلب مفیدی بود..