تولید بیودیزل از ریز جلبک

به گزارش "برق نیوز" به نقل از دانیار، برای اولین بار در سال ۱۹۰۰ مخترع موتور دیزل، رودولف دیزل، فرضیه استفاده از روغنهای گیاهی را مطرح نمود اما اطلاع دقیقی از آزمایشات فنی که بعد از او در این رابطه انجام شد در دست نمیباشد. بنابر اشاراتی که در منابع مختلف در دهههای ۴۰ و ۵۰ شده است، مقالاتی به استفاده از روغنهای گیاهی به عنوان سوخت اشاره داشتهاند. اما آنچه مسلم است بعد از بحران نفتی دهه ۷۰ دوباره امکان جایگزین کردن روغنهای گیاهی با بنزین و گازوئیل مطرح شد. در بیوگرافی رودولف دیزل که توسط نیسکه و ویلسون نگاشته شده است، از زبان ردولوف دیزل این چنین آورده شده است: "در پایان قرن نوزدهم میلادی بر همگان آشکار شد که سرنوشت موتور درونسوز وابستگی شدید به سوخت یا سوختهای آن دارد.”

ایده و فکر استفاده از جلبکها و به عبارت بهتر زیست توده دریایی (marine biomass) به سال ۱۹۶۸ برمیگردد که دانشمندی به نام هوارد ویلکوکس برای اولین بار آنرا مطرح کرد و ادعا کرد جلبکها میتوانند به عنوان جایگزین سوختهای فسیلی مثل بنزین و گازوئیل در آینده به کار روند. در سالهای دهه ۷۰ پس از بحران نفتی غرب، فکر استفاده از زیست توده دریایی به عنوان جایگزین سوختهای فسیلی به طور جدی در ایالات متحده آمریکا و ژاپن مطرح شد. در حقیقت، بحران نفتی و انرژی که در دهه ۷۰ اتفاق افتاد باعث شد روغنهای گیاهی به عنوان جایگزین بنزین و گازوئیل دوباره در کانون توجه قرار بگیرند، اما تولید تجاری این سوخت تا سال ۱۹۹۰ اتفاق نیافتاد. بر اساس گزارش کمیته ملی بیودیزل آمریکا، میزان تولید روغنهای گیاهی در سال ۱۹۹۰ برابر ۵۰۰۰۰۰ گالون یا ۶/۳۲ بشکه در هر روز بود که این مقدار در سال ۲۰۰۰ به میزان ۷/۶ میلیون گالون یا ۴۳۷ بشکه در روز افزایش یافت. در سال ۱۹۷۸ کمی پس از بحران انرژی، برنامه گونه‌های آبزی که بودجه آن توسط دپارتمان انرژی آمریکا تامین شده بود به منظور بررسی امکان استفاده از گونههای ریزجلبک برای تولید انرژی شروع به فعالیت کرد. در ابتدا این برنامه روی تولید هیدروژن توسط جلبکها تمرکز کرد اما در سال ۱۹۸۲ تولید روغنهای گیاهی از منشاء ریزجلبکی هم به موضوعات تحقیقات آن اضافه شد. از سال ۱۹۸۲ تا ۱۹۹۶ سعی شد تا تولید سوختهای مناسب برای حمل و نقل بهینهسازی شود و به طور اخص تمرکز روی تولید روغنهای گیاهی از ریزجلبکها بود. در حال حاضر شرکتهایی همچون Sapphire Energy ، Solazyme و Algal Biomass Organization در زمینه تولید تجاری روغنهای به دست آمده از ریزجلبکها برای مصارف حمل و نقل زمینی و هوایی فعال هستند.

در تولید بیودیزل از منشاء ریزجلبکی باید چندین نکته را به لحاظ اقتصادی در نظر گرفت از جمله نوع سویه ریزجلبک و روش تولید بیوماس.

بر اساس تحقیقاتی که تا کنون انجام شده است چند گونه ریز جلبک در مرکز توجه هستند. از آن جمله می توان Chlorella vulgaris ، Dunaliella salina ، Butryococcus braunii ، Nannocloropsis oculata ، Nitzschia ، Chlorella protothecoides (به صورت هتروتروف) را می توان نام برد. البته در انتخاب گونه مناسب باید به چندین نکته توجه داشت: اول اینکه هر گونه ای از جلبک، پروفایل اسید چرب مخصوص به خود را دارا است و رابطه مستقیمی بین درصد اسید های چرب اشباع و غیر اشباع با کیفیت بیودیزل تولید شده وجود دارد. هر اندازه که اسیدهای چرب غیر اشباع در روغن تولیدی بیشتر باشد بیودیزل نهایی حساسیت بیشتری نسبت به اکسیداسیون خواهد داشت ولی در سرما ویسکوزیته خود را حفظ می کند اما عدد ستان آن به همان نسبت کمتر خواهد شد (عدد ستان در سوخت های دیزلی معادل عدد اکتان بنزین است). در مقابل هر چه میزان اسیدهای چرب اشباع در روغن استخراج شده بیشتر باشد حساسیت نسبت به اکسیداسیون کمتر خواهد بود، اما در هوای سرد سریعا ویسکوزیته خود را از دست می دهد و احتمال یخ زدگی وجود خواهد داشت، در عین حال عدد ستان بالاتر خواهد بود. با توجه به شرایط آب و هوایی باید روغن های حاصله را با نسبت مشخصی با هم مخلوط نمود تا سوخت حاصله از کارایی لازم برخوردار باشد.

نکته دیگر در مورد انتخاب سویه مناسب توجه به مکان و روش پرورش و تکثیر دارد. بدین لحاظ که سویه های آب شیرین از قبیل کرولا، فقط برای فتوبیوراکتورها مناسب هستند. اما سویه های مقاوم به آب شور مثل دونالیا سالینا را می توان در استخر پرورش داد چرا که لازمه پرورش جلبک در استخر، جلوگیری از رشد سایر گونه های مزاحم می باشد که یکی از روش های مناسب، افزایش مولاریته نمک آب تا ۲ مولار می باشد.

مساله بسیار مهم دیگر در تولید بیودیزل روش تکثیر (Scale Up) کردن می باشد. در این مورد هزینه تولید و میزان بازده اید در نظر گرفته شود. دو روش عمده برای تکثیر وجود دارد: استخرهای روباز و بیوراکتورها.

روش pond یا استخرهای روباز (open raceways) که با یک پروانه محیط کشت مخلوط می شود ارزانتر تمام شده اما میزان بازدهی کمتری دارند کما اینکه کنترل رشد هم در آنها محدودتر است. در مقابل فتوبیوراکتورها قرار دارند که هزینه اولیه ساخت آنها بالا است اما میزان بازدهی بیشتری دارند و همچنین شرایط رشد را می توان با دقت در آنها کنترل کرد. استخرها با اینکه بازدهی کمتری دارند اما این قابلیت را دارند که به راحتی در مقیاس وسیع ایجاد شوند. در حالیکه فتوبیوراکتورها تا اندازه مشخصی کارایی خود را حفظ می کنند و در اندازه های بسیار وسیع، هزینه حفظ عملکرد سیستم غیر معقول خواهد بود. در بررسی اقتصادی هزینه بیوماس برای هر کیلو در فتوبیوراکتور به طور متوسط دو دلار و نود و پنج سنت تمام خواهد شد در حالیکه این میزان افزایش ۲۸% در استفاده در استخر روباز خواهد داشت.

در هر صورت در هر پروژه باید عملکرد سویه در شرایط آب و هوایی منطقه پروژه و نوع روش scaleup مورد بررسی دقیق قرار گیرد زیرا که ریزجلبک یک موجود زنده بوده با دینامیک adaptive.