مقدمه

در عصر تغییرات اقلیمی و افزایش دغدغه بشر برای تأمین انرژی پایدار، سوخت‌های زیستی مانند بیودیزل به‌عنوان جایگزینی پاک برای سوخت‌های فسیلی اهمیت ویژه‌ای یافته‌اند. بیودیزل، سوختی مایع از منابع طبیعی ‌مانند روغن گیاهی و چربی حیوانی است که با تولید گازهای کمتر و تجزیه‌پذیری بالا، گزینه‌ای ایده‌آل برای آینده مطبوع‌شدن محیط زیست به شمار می‌آید .

تاریخچه بیودیزل

• اولین آزمایش استفاده از روغن گیاهی در موتور توسط رودولف دیزل در سال ۱۸۹۰ انجام شد، با روغن بادام‌زمینی به‌عنوان سوخت .
• پس از بحران نفت دهه ۱۹۷۰، کشورهای اروپا و آمریکا به تولید تجاری بیودیزل روی آوردند و استانداردهایی مانند ASTM D6751 برای آن وضع شد .

بیودیزل چیست و چگونه ساخته می‌شود؟

ماهیت بیودیزل

سوختی زیست‌پایه که از طریق واکنش ترانس‌استریفیکاسیون روغن‌ها یا چربی‌های آلی با الکل (متانول یا اتانول) به‌دست می‌آید، همراه با گلیسرول به‌عنوان محصول جانبی .

مراحل تولید:

1. تصفیه روغن اولیه → حذف ناخالصی
2. افزودن الکل و کاتالیزور پایه‌ای (NaOH یا KOH)
3. واکنش ترانس‌استریفیکاسیون
4. جدا کردن گلیسرول
5. شستشو و تصفیه نهایی بیودیزل

منابع خوراکی:

• روغن‌های گیاهی (سویا، کلزا، آفتاب‌گردان)
• چربی‌های جانوری
• روغن‌های مصرف‌شده (waste cooking oil)
• جلبک‌ها (نسل سوم خوراک بیودیزل)

انواع بیودیزل و درصد ترکیب

• B100 – بیو دیزل خالص
• B20 – ۲۰٪ بیو دیزل + ۸۰٪ دیزل فسیلی
• B5، B10 و… با درصدهای متفاوت تولید می‌شوند

اکثر موتورهای دیزلی مدرن با ترکیب B20 بدون تغییر قابل استفاده ‌اند؛ B100 ممکن است شرایط خاص نگهداری یا تنظیم موتور را نیاز داشته باشد.

مزایای بیودیزل

کاهش انتشار گازهای سمی

بیودیزل با کاهش انتشار CO₂ تا ۴۰٪ در مقایسه با گازوئیل، گزینه‌ای پاک‌تر برای محیط زیست است .

کارایی انرژی مثبت

برای هر واحد انرژی مصرف‌شده در تولید بیودیزل از سویا، تقریباً ۴.۵ واحد انرژی تولید می‌شود، در حالی‌که در سوخت فسیلی این نسبت کمتر از یک است .

قابلیت تجزیه‌پذیری

در صورت نشت یا ریختن در محیط، این سوخت سریع تجزیه می‌شود و آسیب کمتر به محیط می‌رساند .

ایمنی و سازگاری موتور

نقطه احتراق بیودیزل بالاتر، و سازگاری با موتورهای دیزلی مدرن وجود دارد. خواص روان‌کنندگی طبیعی آن نیز عمر موتور را افزایش می‌دهد .

کاربرد در جهت امنیت انرژی و توسعه اقتصادی

تولید محلی این سوخت با منابع تجدیدپذیر می‌تواند به استقلال انرژی و اشتغال روستایی کمک کند .

چالش‌ها و معایب بیودیزل

بازده انرژی کمتر

بیودیزل حدود ۹٪ انرژی گرمایی کمتری نسبت به گازوئیل دارد که جامعه مصرف‌کننده مقابله‌طلبی می‌کند .

انتشار بعضی آلاینده‌ها

در برخی ترکیب‌ها، انتشار NOₓ بیشتر است و نیاز به تنظیم‌های موتور یا افزودنی دارد .

محدودیت در ذخیره‌سازی

بیودیزل بیشتر در معرض کاهش کیفیت و فساد ذخیره‌سازی در دماهای تغییرپذیر است.

چالش “غذا یا سوخت”

استفاده از روغن‌های خوراکی برای تولید سوخت ممکن است امنیت غذایی را تهدید کند؛ بنابراین استفاده از منابع غیرخوراکی (نسل دوم و سوم) ضروری شده است .

تغییرات در استفاده زمین

افزایش تولید ممکن است باعث پاک‌سازی اراضی طبیعی و کاهش تنوع زیستی شود.

کاربردهای بیودیزل

• سوخت خودروهای دیزلی، تراکتورها و ماشین‌آلات کشاورزی
• گرمایش (خانگی یا صنعتی)
• تولید برق در نیروگاه‌های کوچک منطقه‌ای
• نمونه موفق: تولید ۶۰۰,۰۰۰ لیتر بیودیزل نارگیلی در جزیره کارکار پاپوآ گینه نو برای تأمین انرژی مراکز محلی مانند مدارس و کامیون‌ها .

چشم‌انداز آینده و فناوری‌های نوظهور

استفاده از جلبک‌های خوراکی

بیودیزل جلبکی (نسل سوم) انرژی بیشتری تولید و وابستگی به زمین غذایی را کاهش می‌دهد، اما نیاز به فراوری پیچیده دارد و پروژه‌های تحقیقاتی همچنان ادامه دارد .

روش‌های پیشرفته تولید

راکتورهای مافوق بحرانی، سیستم‌های میکروبی و کاتالیزورهای جدید می‌توانند بازده و پایداری تولید را افزایش دهند .

سیاست‌ها و حمایت‌های دولتی

برخی کشورها با قوانین ترکیب Biofuel Mandate از رشد آن حمایت می‌کنند، ولی ضعف در سیاست‌ها مانند وضعیت این صنعت در بریتانیا نیز تهدیدی بزرگ است .

بیودیزل در مقابل بیوگاز – مقایسه کاربردها

بیودیزل بیشتر برای موتورهای حمل‌ونقل و تولید انرژی مایع مناسب است، در حالی‌که بیوگاز برای تولید انرژی گازی در مقیاس محلی یا خانگی انتخاب مؤثرتری است .

هم‌افزایی بیودیزل و بیوگاز: استفاده بهینه از ضایعات

مطالعات نشان داده‌اند که تفاله‌های باقی‌مانده از تولید بیودیزل (مثل گلیسرول خام) می‌توانند خوراک بسیار مؤثری برای هاضم‌های تولید بیوگاز باشند و بازده نهایتاً تا ۲۲۶٪ افزایش یابد. این چرخه انرژی-کود یکی از بهترین نمونه‌های اقتصاد چرخشی است .

چشم‌انداز ایران و منطقه

با توجه به وجود ضایعات کشاورزی، روغن‌کاری، و دفع بی‌رویه پسماندهای دامی، ایران پتانسیل بالایی برای توسعه هم‌زمان بیودیزل و بیوگاز دارد. ایجاد یک زنجیره پایدار (از تولید تا مصرف و استفاده مجدد) می‌تواند در تقویت انرژی پاک و کاهش وابستگی به سوخت فسیلی مؤثر باشد.

پروژه جهانی: برنامه ملی بیو دیزل برزیل (PNPB)

یکی از موفق‌ترین و شناخته‌شده‌ترین پروژه‌های جهانی بیو دیزل، پروژه بیو دیزل برزیل است که با عنوان رسمی “برنامه ملی تولید و استفاده از بیودیزل” یا به اختصار PNPB (Portuguese: Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel) شناخته می‌شود.

کشور: برزیل

آغاز پروژه: سال ۲۰۰۵

هدف پروژه:

جایگزینی تدریجی سوخت دیزل فسیلی با بیودیزل، حمایت از کشاورزان کوچک، و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای

جزئیات پروژه:

• الزام ترکیب سوخت:

دولت برزیل ابتدا با ترکیب B2 (۲٪ بیودیزل) شروع کرد و به مرور آن را افزایش داد. در حال حاضر، بسیاری از پمپ‌های سوخت این کشور B10 تا B13 (یعنی ۱۰ تا ۱۳ درصد بیو دیزل ترکیب‌شده با دیزل) عرضه می‌کنند.

• منابع خوراکی مورد استفاده:

  • دانه سویا (منبع اصلی)
  • روغن نخل
  • دانه‌های کرچک (Ricinus communis)
  • چربی حیوانی

• مزایای کلیدی پروژه:

  • کاهش وابستگی به واردات نفت
  • ایجاد اشتغال برای بیش از ۱۰۰,۰۰۰ خانوار روستایی
  • کاهش انتشار سالانه چندین میلیون تن CO₂
  • ارتقاء فناوری‌های پالایش بیودیزل
  • استفاده گسترده در ناوگان حمل‌ونقل شهری و اتوبوس‌های بین‌شهری

• زنجیره پشتیبان توسعه روستایی:

دولت با ایجاد یارانه برای کشاورزان کوچک و تضمین خرید محصولات آن‌ها، توانست کشاورزی پایدار و معیشت خانوارهای روستایی را به تولید بیو دیزل گره بزند.

نتایج قابل توجه:

• تا سال ۲۰۲۰، برزیل به سومین تولیدکننده بزرگ بیو دیزل در جهان تبدیل شد (پس از آمریکا و آلمان).
• سالانه بیش از ۶ میلیارد لیتر بیو دیزل تولید می‌کند.
• نزدیک به ۸۰٪ بیودیزل کشور از سویا تولید می‌شود.