انواعی از سوخت های طبیعی

بر اساس این گزارش، دانشمندان در فرآیند تولید این سوخت طبیعی از دو نوع باکتری برای تبدیل ترکیب نور خورشید و دی‌ اکسید کربن و تولید نوعی هیدروکربن استفاده کردند. این هیدورکربن نیز پس از انجام یک سری فعل و انفعالات می‌تواند به سوخت تبدیل شود که از سوی دانشمندان فرآیند «تولید فنا ناپذیر» نامگذاری شده است.

مواردی از این چشم انداز:

1- دانشمندان با استفاده از باکتری‌ها موفق به تولید سوخت از دی اکسیدکربن و نورخورشید شدند.

این فرآیند در ابتدا با کمک باکتری‌ای به نام « Synechococcus» آغاز می‌شود که دی اکسید کربن را با استفاده از انرژی نور خورشید تبدیل به نوعی شکر می‌کند. این شکر نیز با کمک باکتری دیگری به نام « Shewanella» بدل به سوخت می‌شود.

این باکتری، شکر تولیدی را مصرف و نوعی اسید چرب تولید می‌کند. در ادامه این فرآیند، این اسید چرب بدل به کتون می‌شود که سوخت ارگانیک به شمار می‌رود. در نهایت، این کتون با انجام دادن یک سری فعل و انفعالات شیمیایی تبدیل به گازوئیل می شود.

این کشف از آنجایی دارای اهمیت بسیار است که در اتمسفر کره زمین دی اکسیدکربن به وفور یافت می شود و البته رایگان است و اگر این کشف به مرحله تولید انبوه برسد، می تواند به مقدار بسیار زیادی به کاهش آلودگی‌های زیست محیطی کمک کند.

گفتنی است، این کشف مربوط به تز دکترای خانم جانیکا فریس، دانشجوی رشته بیوشیمی است.

2جلبک های ریز(Microalgae) و تولید سوخت:

برای تولید سوخت از جلبک ویژگی هایی باید مورد توجه قرار گیرند ، که شامل دارا بودن میزان زیاد چربی ، توانایی رشد در بیشتر مکان ها و داشتن رشد سریع است. بیودیزل می تواند طی واکنش هر منبع روغنی و چربی با الکل تولید شود. برای تولید بیودیزل تری گلسیرید ها با متانول طی واکنش ترانس استریفیکاسیون واکنش داده که طی آن اسید چرب یا متیل استر تولید می شود. منابع بازی قوی مثل هیدروکسید سدیم (NaOH) و هیدروکسید پتاسیم (KOH) بطور معمول بعنوان کاتالیست برای افزایش میزان تولید بیودیزل استفاده می شوند. طی تولید بیودیزل در ابتدا سه مولکول اسید چرب با یک مولکول گلیسرول استریفیه شده و تولید تری گلیسرول می کند. طی واکنش ترانس استریفیکاسیون به ازای هر مولکول تری گلیسیرید نیاز به 3 مول الکل است. لیپاز نیز می تواند بعنوان کاتالیست برای تولید بیشتر استفاده شود ، که هزینه بالای آن انجام این امر را کم می کند. کاتالیز توسط قلیا در دمایی حدود 60 درجه و تحت فشار اتمسفر انجام می شود ، و زمان لازم برای انجام واکنش 60 دقیقه است. در پایان واکنش ها بیودیزل توسط شستشوی مکرر بوسیله آب و دفع متانول و گلیسرول بازیافت می شوند

3محققان سوئدی در راستای برنامه "تحقیق برای سوخت آینده" ، این بار برای طرح خود به جای چاههای نفت ساحلی از دریا الهام گرفتنه اند جایی که جلبک های سبز- ابی رشد می کنند.

محققان دانشگاه KTH استکهلم از جلبکهای سبز-آبی و نورخورشید،دی اکسید کربن و باکتری برای تولید بوتانول که میتواند به عنوان سوخت برای وسائل نقلیه مورد استفاده قرار گیرد، استفاده میکنند.

نکته مثبت بوتانول این است که مواد اولیه آن به فراوانی یافت شده و تجدید پذیر هستند و نیز بوتانول را میتوان به میزان 20 برابر بیشتر از ساقه نیشکر یا ذرت بدست آورد.

پاول هدسون، محقق دپارتمان بیوتکنولوژی دانشگاه KTH که سرپرستی این تحقیق را بر عهده دارد در این باره می گوید :"با استفاده از اصلاح ساختار ژنتیکی سیانو باکتری ها (باکتری های قند ساز) توانستیم متابولیسم طبیعی جلبک را با تولید بوتانول پیوند دهیم . ما از طریق اصلاح ژنهای مربوطه در زنوم سیانو باکتری ها توانستیم سلولهای جلبک را فریب دهیم تا انها به جای پروسه طبیعی خود بوتانول تولید کنند."

این تیم نشان داد که میتوان از طریق تغییرات محیط اطراف میتوان تولید بوتانول را کنترل کرد و این فرصت هایی را برای تغییر میزان بوتانول در زمانهای خاصی در طول روز در به وجود می آورد.

4 اتانول يا الکل اتيليک مايعي زلال و بي رنگ بوده و به آساني مي سوزد و از احتراق آن آب و گاز کربنيک حاصل مي شود.

هزينه توليد اتانول، نسبت به قيمت مواد اوليه، قيمت تحويل آن به بخش فرايند و همچنين تركيب مواد اوليه، حساسيت بالايي دارد. بنابراين، موفقيت در توليد اتانول و رقابت آن با بنزين مي‌تواند به موقعيت جغرافيايي منطقه، نوع آب و هوا، روش توليد، خواص محصولات كشاورزي و نوع ضايعات آنها بستگي داشته باشد. سيستمي كه براساس هزينه پايين مواد اوليه، دسترسي آسان به مواد اوليه و استفاده از محصولات جانبي تأسيس شده باشد، ممكن است توجيه اقتصادي داشته باشد.

استفاده از ضايعات گياهي و سلولزي سبب كاهش آلودگيهاي زيست محيطي و بهبود وضعيت بهداشتي جامعه مي‌گردد . يكي از مهمترين مشكلات زيست محيطي، گرم شدن كرة زمين بدليل مصرف زياد سوختهاي فسيلي مي‌باشد، استفاده از سوختهاي جايگزين سوختهاي فسيلي در توقف اين پديدة نامطلوب مؤثر مي‌باشد .

سلولز فراوانترين ماده آلي موجود بر روي كرة زمين مي‌باشد . تودة زيستي گياهي بيشتر از سه تركيب سلولز (40%)، همي سلولز (33%) و ليگنين (23%) تشكيل شده است.

تخمين زده مي‌شود كه در حدود 1010 ×4 تن سلولز در سال بوسيلة گياهان آلي توليد مي‌شود. يا به عبارتي به ازاي هر نفر در هر روز 70 كيلوگرم سلولز سنتز مي‌شود. بنابراين كاربرد آنزيمهايي كه توانايي تغيير و تبديل در سلولز را داشته باشند مورد توجه قرار گرفته است . اگر بتوان با فرايندي كارآمد و اقتصادي سلولز موجود در ضايعات گياهي و كشاورزي را به قندهاي ساده و قابل تخمير همچون گلوكز تبديل كرد، تحولي بزرگ در صنايع غذايي و توليد سوختهاي طبيعي جايگزين شونده نظير اتانول روي خواهد داد .

انانول را مي توان به روشهاي شيميايي و نيز روشهاي بيولوژيكي توليد كرد . در روشهاي شيميايي از هيدراسيون مستقيم ( سنتز ) و در روشهاي بيولوژيكي از تخمير نشاسته ، سلولز و همي سلولز توسط ميكروارگانيسم ها ،اتانول توليد مي شود .

در روش تخميري چون اتانول از تخمير مواد طبيعي مانند گياهان قندي، نشاسته اي و سلولزي حاصل مي شود، اصطلاحاً به آن بيواتانول گفته مي شود. براين اساس بايد گفت که بيواتانول الکلي است که از تخمير يا تقطير مواد اوليه متعددي به دست مي آيد و تفاوت آنها در آن است که قندها معمولاً به طور مستقيم و توسط ميکروارگانيسم ها به اتانول تبديل مي شوند ولي مواد نشاسته اي و سلولزي بايد ابتدا هيدروليز شده و به قند تبديل شوند و نهايتاً پس از تخمير به اتانول تبدیل شوند.

در حال حاضر، افزون‌بر 98 درصد از اتانول توليدي در جهان، با استفاده از روش تخمير قندها، حاصل مي‌شود.

منابع توليد اتانول تخميري ( بيواتانول ) را مي توان در3 گروه دسته بندي كرد:

ـ قندهاي ساده : نيشكر ، چغندر و ملاس

ـ مواد نشاسته اي : سيب زميني ، حبوبات و ذرت

ـ مواد ليگنوسلولزي : چوب ، ضايعات كشاورزي ( كاه گندم و برنج ، ساقه ذرت ، باگاس نيشكر) . كاغذهاي باطله ، ضايعات چوبي وغیره .

روش‌‌هاي توليد اتانول از مواد ليگنوسلولزي

در حال حاضر،پنج روش متداول ارائه مي‌شود كه از ميان اين روش‌ها، به نظر مي‌رسد فرايند آبكافت و تخمير همزمان از لحاظ اقتصادي و بازدهي، روش مناسب‌تري باشد.
- فرايند هيدروليز اسيدي (رقيق) خنثي‌سازي و تخميز
- هيدروليز اسيد (غليظ) خنثي‌سازي - تخمير
- فرايند آبكافت و تخمير همزمان سلولز (SSF)
- تخريب آمونياكي هيدروليز آنزيمي - تخمير
- تخمير اسيدي و تخمير توسط ميكروارگانيسم‌هاي ترانس ژنتيك شده

برای توليد گلوكز از مواد سلولزي و تبديل آن به اتانول مراحل زير انجام مي‌گيرد

• توليد انبوه آنزيم سلولاز ميكروبي

• جداسازي ميكروارگانيسمهاي توليد كننده سلولاز

• تغييرات اوليه بر روي تودة زيستي حاوي سلولز

• مرحله ساكاريفيكاسيون (Saccharification)

• مرحله توليد اتانول

توليد انبوه آنزيم سلولاز ميكروبي

موفقيت طرح تبديل ضايعات سلولزي به مواد قندي و سوختي در گرو توليد موفقيت آميز و با صرفه آنزيم سلولاز مي باشد. توليد سلولاز، پر هزينه ترين قسمت اين فرايند مي باشد كه در حدود 40% هزينه كل را شامل مي شود. به همين سبب تحقيقات بسياري جهت كاستن هزينه توليد آنزيم در جريان است.

بايد به اين نكته توجه داشته باشيم كه آنزيم سلولاز يك آنزيم خاص نيست و يك سيستم آنزيمي شامل سه قسمت عمده مي باشد:

1- آنزيم Endo - ß- glucanase كه زنجيره سلولزي را به طور پیوسته مي شكند و حاصل عمل آن گلوكز و Cello – oligo Saccharides مي باشد.

2- آنزيم Exo - ß - glucosidase كه به انتهاي غير احيا كننده زنجيره سلولزي حمله كرده و توليد سلوبيوز مي كند.

3- آنزيم ß – glucosidase كه سلوبيوز را به گلوكز تبديل مي كند

جداسازي ميكروارگانيسمهاي توليد كننده آنزیم سلولاز

• قارچها مهمترين گروه توليد كننده اين آنزيم هستند اگر چه گزارشاتي هم درمورد باكتريها و آكتينوميست‌هاي توليد كننده اين آنزيم وجود دارد. مهمترين قارچهاي توليد كننده اين آنزيم متعلق به جنسهاي Trichoderma و Aspergillus مي‌باشند

• براي جداسازي ميكروارگانيسمهاي فوق تكنيكهاي خاصي وجود دارد كه توضيح آن خارج از حوصله اين بحث مي‌باشد .

• پس از جداسازي ميكروارگانيسم مناسب، مي‌توان با استفاده از عمل موتان زايي به ميكروبهايي دست پيدا كرد كه توان زياد تري جهت توليد آنزيم سلولاز داشته باشند. جهت موتان زايي مي‌توان از اشعة UV و ماده (NTG) nitrosoguanidine استفاده كرد .

• بسياري از سويه‌هايي كه امروزه جهت توليد آنزيم سلولاز به كار برده مي‌شوند موتانهاي حاصل از Trichoderma reesei مي‌باشند .

• امروزه با استفاده از روشهاي مهندسي ژنتيك به سويه‌هايي دست يافته‌اند كه توانايي بيشتري جهت توليد اين آنزيم دارند. همچنين دانشمندان با دستكاري ساختار پروتئيني اين آنزيمها، آنزيمهايي بسيار مقاوم به حرارت كه فعاليتشان در دماهاي بالا متوقف نمي‌شود توليد نموده‌اند .پس ا ز انتخاب سوية مناسب بايد آن را در محيط كشت ويژه رشد داد تا در حين رشد به توليد آنزيم بپردازد. جهت اين كار از محيطهايي مثل آب پنير، باگاس و كاه برنج استفاده شده است. محيطهاي نامبرده شده ارزان و در دسترس مي‌باشند. اما جهت اين كار محيطهايي مخلوط از چند سوبسترا تهيه گرديده كه نسبتاً گران ولي كارآمد مي‌باشند.

تغييرات اوليه بر روي تودة زيستي حاوي سلولز

• تودة زيستي (Biomass) ليگنوسلولزي حاوي سلولز، همي سلولز، ليگنين و خاكستر مي‌باشند كه در ساختماني پيچيده با هم ارتباط دارند .

• اعمال اوليه يا Pre-treatment بر روي اين مواد سبب افزايش سلولز كريستالينه شده و همزمان با آن سبب برداشت عوامل مهاري آنزيم نظير ليگنين مي‌شود. Pre-treatment سبب افزايش سطح تماس سلولز با آنزيم و متعاقباً عملكرد بهتر آنزيم مي‌شود .

• Pre-treatment را مي‌توانيم به دو روش انجام دهيم: استفاده از مواد قليايي و استفاده از بخار فشرده.

• Pre-treatment قليايي با استفاده از هيدروكسيد سديم انجام مي‌گيرد. نسبت قليايي مصرفي نسبت به تودة زيستي براي توليد مناسب حدود 1 به 12/ . مي باشد كه در دماي 80 تا 0C100و به مدت بيش از 2 – 5/1 ساعت انجام مي‌پذيرد. استفاده از بخار فشرده جهت تغيير سلولز زماني به كار مي‌رود كه استفاده از قليا پاسخگو نباشد .

مرحلة ساكاريفيكاسيون (Saccharification)

• در اين مرحله مي‌توان آنزيم سلولاز توليد شده را خالص سازي كرد يا بدون خالص سازي محيط كشت حاوي آن را به عنوان محيط حاوي سلولاز به كار برد. تودة زيستي كه از مرحلة قبل بدست آمد را تحت آنزيم سلولاز قرار مي‌دهند. آنزيم سلولاز با فعاليت خود سبب شكسته شدن پيوند بين مولكولهاي گلوكز شده و آنها را آزاد مي‌كند. اين عمل را مي‌توان به صورت توليد غير پيوسته يا پيوسته انجام داد .

• هر چه زمان تماس و ميزان آنزيم سلولاز بيشتر باشد در نهايت قند بيشتري توليد مي‌گردد.

• جهت بازيافت قند توليد شده تكنيكهاي چندي پيشنهاد گرديده است اما هم اكنون بهترين روش استفاده از Reverse osmosis مي‌باشد .

• كار ديگري كه در اين مرحله مي‌توانيم انجام دهيم بازيافت آنزيم سلولاز موجود در محيط مي‌باشد. از آنجا كه آنزيمها همانند كاتاليزور عمل مي‌كنند و در پايان واكنش دست نخورده باقي مي‌ماند مي‌توانيم آنها را جداسازي نموده و در موارد ديگر آنها را بكار ببريم. تكنيكهاي كروماتوگرافي مهمترين روشها برای جداسازي آنزيم فوق مي‌باشند .

5تولید سوخت خودرو از سیب زمینی

وسط محققان کشور محققان مرکز تحقیقات بیو انرژی دانشگاه تربیت مدرس از ضایعات سیب زمینی بیواتانول برای سوخت خودروها تولید کردند که کاربردی کردن آن در خودروها موجب بهبود احتراق در موتور خودروها می شود.

جمال فیاضی- از محققان این پروژه تحقیقاتی در گفتگو با مهر با اشاره به اجرای این پروژه در مرکز تحقیقات بیو انرژی دانشگاه تربیت مدرس، افزود: در این پروژه با طراحی دستگاهی موفق به تولید بیواتانول از ضایعات سیب زمینی شدیم.

وی با تاکید بر اینکه از هر دانه روغنی می توان بیودیزل تولید کرد، اظهار داشت: هر دانه روغنی مانند مواد سلولزی و نیشکر که قابلیت تخمیر را داشته باشند می توان به عنوان منبع تولید بیواتانول از آن استفاده کرد.

فیاضی با بیان اینکه در این تحقیقات از سیب زمینی برای تولید بیواتانول استفاده شد، یادآور شد: در این پروژه تحقیقاتی با طراحی و ساخت دستگاهی از ضایعات سیب زمینی بیواتانول تولید کردیم.

این محقق با اشاره به عملکرد این دستگاه خاطر نشان کرد: این دستگاه ضایعات سیب زمینی را تخمیر و آن را تبدیل به بیو اتانول می کند. بیو اتانول سوخت جایگزین بنزین است که در حال حاضر در دنیا به صورت افزودنی به بنزین استفاده می شود.

وی بهسوزی خودروها را از مزایای استفاده از بیواتانول نام برد و ادامه داد: از مهمترین کارکردهای بیواتانول این است که عدد اکتان بنزین را افزایش می دهد این امر باعث بهسوزی در فرآیند احتراق موتورهای بنزینی می شود.

فیاضی کاربری آسان از این بیو اتانول در خودروهای بنزینی را از مزایای این سوخت نام برد و توضیح داد: برای استفاده از بیواتانول های تولید شده به عنوان سوخت خالص و یا ترکیب در نسبت های مختلف با سوختهای فسیلی لازم است در موتورهای دیزلی و یا بنزینی تغییراتی ایجاد کرد.

وی اضافه کرد: در صورتی که در نسبت های 2 تا 5 درصد از این بیواتانول استفاده شود نیاز به ایجاد تغییر خاصی در موتور نیست.

6 تولید پروتئاز بوسیله میکروارگانیسم ها

پروتئازها یکی از سه خانواده اصلی آنزیم های تولیدی در مقیاس صنعتی هستند و 60 درصد فروش جهانی را به خود اختصاص داده اند و در صنایع ابریشم ، کاغذ ، چرم ، فرآورده های گوشتی و..... کاربرد دارند . پروتئاز در تمام موجودات زنده ، گیاهان ، حیوانات و میکروارگانیسم ها تولید می شوند . با این حال استخراج پروتئاز میکروبی به دلیل هزینه کمتر ، سرعت بیشتر و عدم آسیب به موجود زنده و اکوسیستم بسیار مورد توجه است . با این حال نه تنها این گروه از آنزیم ها بسیار پر اهمیت می باشند بلکه رسیدن به حداکثر بازده نیز مهم است . اینکه از چه دستگاه ها و ابزاری برای رسیدن به هدف استفاده کنیم ، کمتر از خود هدف نیست .

استفاده از ضایعات خام برای تولید آلکالین پروتئاز به مراتب ارزان تر و بهینه تر از استفاده از سوبستراهای معمول می باشد و تولید آلکالین پروتئاز در روش تخمیر جامد تحت تاثیر خصوصیات فیزیولوژیکی و شیمیایی طبیعت یک سوبسترای بسیار ساده ، ارزان و معمولی ( پوسته عدس ) و همچنین قدرت رشد ، انطباق پذیری و توان باسیلوس سوبتیلیس می باشد. مقاومت در برابر گرما و توانایی داشتن عملکرد در یک بازه دمایی عریض ممکن است مسیری باشد برای رسیدن به این نتیجه که در آینده این خانواده از باکتری ها قادرند نقشی بیشتر در تولید پاک کننده ها و صنایعی که به پروتئاز ها وابسته اند ایفا کنند .

انواعی از سوخت های طبیعی

مطالب مشابه :

متانول

تولید SCP از متانول، راه حل بیوتكنولوژی برای معضل كمبود خوراك دام و طیور

متانول

روش نوین سنتز کاتالیست فرایند تولید دی متیل اتر

متانول

فرایند پتروشیمی

انواعی از سوخت های طبیعی

اتانول

تبدیل متانول به فرمالدهید ، الفین ها و متیل ترشیری بوتیل اتر ( MTBE )