سوختهاي جديد

[ریپورتر]

چكيده:
با شنيدن كلمه سوخت عمدتا" اولين موضوعي كه به ذهن خطور ميكند سوختهاي فسيلي است. نيروي محركه صنعت و حمل و نقل جهان هستند كه در سالهاي اخير پيشرفت محافل آكادميك به بررسي اتمام منابع سوختي صرف شده است و تحقيقات فراواني در خصوص جايگزين كردن سوختهاي جديد با دارا بودن شرايطي چون:

1) آلايندگي كم
2) صرفه اقتصادي
3) گسترش مواد تشكيل دهنده اوليه

انجام شده است موفقيت هاي بدست آمده آنچنان است كه برخي از كشورهاي جهان به آرامي سوخت مصرفي فسيلي كشور خود را با سوختهاي جديد معاوضه ميكنند كه خود اين يك موفقيت چشم گيري براي پژوهشگر است . (http://www.irche.com/Energy.asp)
در اين مقاله تلاش شده تا تحقيقات جديد جهان در خصوص سوختهاي جديد با ديدي تحليلي بررسي شود .

كلمات كليدي : بيوديزل , كاتالسيت , بيوماس , هيوروژناسيون

مقدمه :
استفاده روز افزون سوختهاي فسيلي , افزايش قيميت محصولات نفتي و كاهش ذخاير موجود محققان را در جهت يافتن منابع جديد انرژي غير نفتي ترغيب نموده است .در حال حاظر ميزان تقريبي حجم ذخاير نفتي به اندازه اي است كه چنان چه روند تكيه بر سوختهاي فسيلي ادامه يابد در آينده نزديك جهان با مشكلات زيادي در مورد زيست محيطي و كمبود مواد اوليه مواجه خواهد شد عمده تريت مصرف سوختهاي فسيلي در موتور هاي احترق داخلي ميباشد كه به دليل خاصيت آلوده كنندگي زياد رو به جاگذاشتن ذرات معلق و مضر همچون سرب در هوا بايد به دنبال راههاي بهينه سازي و جايگزين كردن سوختهاي جديد بود .

به عنوان مثال : بنزين كه عمده ترين سوخت و نيروي محركه در خدمت حمل و نقل جهان است . براي بهتر سوزي آن از ماده اي به نام MTBE استفاده ميشود كه mtbe يك ماده آلي مصنوعي اكسيژن دارا است به عنوان جايگزين آن معرفي و امروزه در ايران و برخي كشورهاي جهان به صورت گسترده اي در بنزين هاي بدون سرب استفاده ميشود گه استفاده اين مواد در سوخت مزاهاي زيادي داشت در دهه 8.9 ميلادي مورد مصرف قرار گرفت ولي پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنيا مشخص شد كه امكان تاثيرات سوئ روي بدن انسان و مضرات زيست محيطي وبده و آلودگي آنها بر روي آبهاي زير زميني از مهم ترين جنبهاي زيست محيطي آن ميباشد .

MTBE:
مستطيل ترسيم بوتيلاتريك يك تركيب آلي با فرمول شيميايي c5h12o ميباشد در دما و فشار استاندارد مايعي بي رنگ , قابل اشتغال و قابل احترق است.جرم ملكولي آن 15188بوده و داراي نقته ذوب -9 درجه سانتي گراد و نقطه جوش 55/2-53/6 درجه سانتي گراد مي باشد.چگالي اين ماده 758%و 744% گزارش شده است انحلال پذيري mtbe در آب بسيار بالا است 540/mg گزارش شده است. (http://www.irche.com/Energy.asp)

اين ماده به عنوان جايگزين سرب در بنزين قرار گرفت و داراي مزايايي همچون افزايش عدد اكتان بنزين كاهش نشع گاز هاي آلاينده منتشر از اگزوز خودرو مانند :منو اكسيد كربن و ازن , حذف سرب از بنزين ,به همراه تاثيرات بهبود نسبي كيفيت هوا ,توليد آسان و سهولت اخطلاط با بنزين ميباشد .
ولي متاسفانه اين ماده mtbe از سه طريق خوردن يا آشاميدن ,استنشاق و تماس پوستي ميتواند سلامت انسان را تهديد كند . (1)

سوختهاي الكلي:
استفاده از الكل به عنوان سوخت موتورهاي درون سوز به تنهايي يا به صورتي تركيب با دييگر سوخت ها ,بيشترين توجه را در ساليان اخير به خود سبب داده است . دليل آن هم فوايد زيست محيطي و اقتصادي دراز مدتي است كه نسبت به سوختهاي فسيلي دارد
متانل و اتانول براي اين منظور مناسب هستند . در حالي كه هر دو اين الكل ها ميتوانند از نفت خام يا گاز طبيعي هم بدست آيند . در اين ميان اتانول اهميت بيشتري دارد چرا كه بعنوان يك منبع تجديد پذير به آساني و از مواد آلي همچون دانه هاي گياهي و يا چغندر قند و ......... به دست مي آيند .
پيشنهاد و استفاده از الكل جهت استفاده در حمل و نقل و بخصوص در جايگزين نمودن آن با بنزين و گازوييل مطرح شده است

اتانول:
اتانول ميتواند از مواد زير بدست آيد :
مواد دور ريختني گندم ,ذرت آب و پنير و ... از نفت خام هم ميتوان اتانول را تهيه نمود.

اتانول قابل اشتغال است و بسيار بهتر از سوختهاي ديگر ميسوزد . وقتي به صورت كامل بسوزد حاصل آن فقط آب و دي اكسيد كربن است به همين دليل سوختي بسيار مناسب براي وسايل نقليه و اتوبوس ها مصوب ميشود . هر چند اتانول خالص به مواد پلاستيكي صدمه ميزند و همچنين نميتوان به صورت خالص در موتورهاي اتومبيلها به عنوان سوخت به كار رود .علاوه بر اين به دليل اينكه عدد اكتان اتانول بسيار بالاتر از سوختهاي اتومبيلهاست , نياز دارد كه در زمان جرقه دهي (سيستم جرقه اتومبيل) تغيراتي بوجود آيد .

يك مخلوط حاوي حداقل ده درصد اتانول و بنزين "گازول" نام دارد (Gasohol) يك نمونه شناخته شده از اين ماده به نام E15 شامل درصد اتانول و85 درصد اتانل است. اينچنين مخلوطي براي موتور هاي اتومبيل معمولي ضرري تدارد .

"E85" براي سوختي است كه حاوي 15درصد بنزين و 85درصد اتانول است. اتومبيلهاي كه از اين سوخت استفاده ميكند (اكثر خودروهاي سبك) به صورت دو سوخته طراحي ميشوند به طوري كه ميتوان از سوختهاي معمولي هم استفاده كنند . (http://www.irche.com/)

متانول:
متانول نيز به عنوان سوخت در نظر گرفته شده است .بخصوص تركيب متانول با بنزين مورد توجه بوده است . متانول كمتر از اتانول مورد توجه بوده است .
به اين دليل كه استفاده از ماتنول مشكلاتي بيشتري را در پي دارد .در اينجا يكي از نكات قابل توجه و سودمند متانول .توليد آن از متان است (از گاز طبيعي كه ارزان است) و همچنين به وسيله تجزيه گرمايي نيز بدست ميايد .متانول يك ماده سمي است كه موجب آسيب هاي دائمي از جمله كوري ميشود .ناتنول به وسيله نصعيد بيشتر,ريسك آتش سوزي و انفجار بالاتري دارد .با همه اين اوصاف ,با مخلوط كردن متانول با بنزين در برزيل به كار برده شده است . (2)

سوخت هيدروژني:
در ساليان اخير توجه به كار ,بر روي هيدروژن به عنوان جايگزين سوختهاي معمول افزايش يافته است .
موانع علمي اين امر كه به موانع اقتصادي آن دامن زده است موجب شده كه كمتر از آن به عنوان سوخت ياد شود ولي تحقيقات علمي همچنان ادامه دارد در مقايسه با سوختهاي رايج ,هيدروژن حجم بالاتري را به دليل گاز بودن اشغال ميكند يكي از راههاي از بين بردن اين مشكل بكار بردن اتانول به عنوان حامل هيدرژن است .هيدروژن همراه با اتمهاي كربن اتانول حمل ميشود و سپس از آن آزاد شده و در اختيار سلول سوختي قرار ميگيرد .(اين مواد در ماشين هاي اتانول سوز نيز ميسر است .

هيدروژن ,منبع نويد بخشي براي تامين انرژي در سوختهاي آينده بشمار مي آيد ,زيرا ميتوان آن را در پيلهاي سوختي به كار گرفت .از لحاظ نظري ,پيلهاي سوختي بازده تبديل انرژي بالاتري نسبت به تجهيزات احتراقي كنوني دارند.حتي اگر هيدروژن را به عنوان سوختي احتراقي به كار گيريم, هيچ دي اكسيد كربن خروجي مشاهده نخواهيم كرد.به هر حال هيدروژن مي بايد از ديگر منابع انرژي توليد و جدا وبه گونه اي ايمن استفاده شود. (http://www.irche.com/)

بيوديزل:
بيوديزل (منو اكليل استر)يك سوخت گازوييلي پاك است كه از منابع طبيعي و قابل تجديد مانند روغن هاي گياهي ساخته مي شود.بيوديزل درست مانند گازوييل نفت در موتورهاي احتراقي كار مي كند و براي اين كار اصولا هيچ گونه تغيير موتوري لازم نيست. بيوديزل ,ظرفيت و دامنه كار گازوييل را حفظ مي كند. (4)

استفاده از بيو ديزل در يك موتور گازوييلي معمولي منجر به كاهش اساسي هيدروكربن هاي نسوخته منو اكسيد كربن وذرات معلق ميشود .خروج اكسيدهاي نيتروژن بسته به سيكل كاري وروش هاي آزمايشي ,كمي كاهش و يا افزايش مي يابد.از به كار بردن اين سوخت ,از سهم كربن موجود در ذرات معلق كاسته مي شود.

چون اكسيژن موجود در بيوديزل احتراق كامل co2را ممكن مي سازد.بخش سولفات از بين مي رود زيرا در اين سوخت اصلا سولفور وجود ندارد .اما قسمتي محلول يه هيدروكربن به همان صورت باقي مي ماند,يه افزايش پيدا مي كند .بنابراين بيوديزل با تكنولوژي جديدي مي آيد مانند:كاتا ليست ها (كه از ذرات محلول گازوييل مي كاهند) كه كربن جامد و )EGR با كمترين موتور بيشتر مي شود ) بسيار خوب كار مي كند . بيوديزل طي فرايندي به نام Transesterifiation توليد مي شود .

يك نوع از تركيب بيو ديزلبه نام B 100

خصوصيات بيوديزل(5)
ويژگي هاي فيزيكي بيو ديزل بسيار شبيه گازوييل معمولي است. با اين حال ويژگيهاي خروجي هاي اگزوز بيوديزل بهتر از گازوييل معمولي است .
در اينجا به ذكر ويژگيهاي فيزيكي بيوديزل مي پردازيم: (http://blog.irche.com/)

1) وزن مخصوص
2) ويسكوزيته 20درجه سلسيوس (سانتي استوك)
3) عددستان (اندسين ستان )
4) نقطه اتصال فيلتر سرد (درجه سلسيوس)
5)ارزش حرارتي خالص (كيلو ژول در ليتر)

ويژگي هاي شيميايي :
1) تجزيه پذير بودن و عدم اتمام آن
2) كاهش انتشار آلاينده هاي اكسيد گوگرد و منو اكسيد كربن

معايب :
1) انتشار اكسيد هاي نيتروژن افزايش مي يابد
2) در دماهاي پايين براي موتور مشكلي بوجود آورد
3) در مقابل اكسيداسيون پايداري نورزد
4) بيوديزل به علت چگالي كم ذراتش معلق است

اين سوخت تقريبا ناشناخته است وبراي رسيدن به استفاده ي تجاري گسترده بايد موانع گوناگوني بگذرد. بيوديزل با بازارگرميش احتما لابه عنوان سوخت مورد استفاده در ناوگان اتوبوس و كاميونهاي سنگين لحاظ مي شود كه در ابتدا به صورت تركيب با گازوييل فسيلي با استيندارد 20 برابر است.

سوختهاي سري : p
سري p يك سوخت جديد است كه تا كنون جزء سوختهاي جايگزين طبقي بندي مي شود. سري p مخلوطي از تر كيبا ت سنگين گاز طبيعي شامل پنتان و تر كيبات سنگين تر از آن Pentane اتانول و حلال هاي تو ليد شده از بيوماس (biomass) مانند متيل تترا هيدروفوران (mtnf )مي باشد. از بوتان نيز جهت بر طرف كردن اشكال ديد روشن شدن خودرو در هواي سرد استفاده مي شود .

سوختهاي سري p مايعاتي شفاف ,بيرنگ ,با اكتان 93-89 بوده و در خودرو هاي انعطاف پذير در مقابل سوخت قابل استفا ده اند . اين سوختها را مي توان به صورت خا لص و يا مخلوط با بنزين در هر نسبت دل خواهي مورد استفاده قرار گيرد .mtnf در حال حاضر در مقادير بسيار محدود از هيدروژناسيون فورفورال (قابل استحصال از خوراكهاي بيوماس و نفتي) توليد شده و به عنوان ماده شيمييي صنايي و مصرفي مورد استفاده قرار مي گيرد. در فرايند هاي شركت Energy corporation pure , خوراكهاي ليگنو سلولزي به شكر هاي 5-6 كربنه تبدبل شده و سپس از طريق روشهاي ترمر شيميا يي و ترمرو تخميري به اتانول و
Mtnf تبدبل مي گردد .

ميزان آلايندههاي ناشي از سوختهاي سري p در مقايسه با بنزين اصلاح ساختار يافته (pfg) ملاحظه مي گردد : (http://www.irche.com/Oil_Gas.asp)
-50 در صد كاهش در ميزان CO2
-35 در صد كاهش در ميزان هيدروكربن ها
-15 درصد كاهش منو اكسيد ها
-بيش از 40 درصد كاهش در پتانسيل تشكيل ازن
ودر نهايت سوختهاي سري p عليرغم كاهش انتشار آلاينده ها و كاهش وابستگي Argonne به منابع انرژي فسيلي هزينه هاي توليدي اين سوختها بايستي كاهش يافته تا از لحاظ اقتصادي قابل رقابت با بنزين نسبتا گران باشند.

نتيجه گيري :
با توجه به مزيت اين سوختها در مقايسه با سوختهاي مرسوم :
1) بالا بودن عدد اكتا ن
2) قابليت آنها در كاهش آلودگي به واسطه عدم وجود سولفور
3) مقدار كمتر هيدروكربن ها ي نسوخته مي باشد . (http://www.irche.com/Energy.asp)
4) وجود منابع متعدد در جهت توليد و عدم نياز به تغيير زياد در ساختار موتور هايي كه از اين سوختها استفاده مي كنند.*

» منابع:
1) پايان نامه :اثرات آلودگيMTBE در منابع آب , محمد كوشا فر
2) پايان نامه : سوختي براي آينده نويسنده سيد فخرالدين افضلي
3) سايت دانشگاه اكسفورد
4) مر كز اطلاعاتي سوختهاي جايگزين AFDC