مقدمه
بیودیزل، یک سوخت جایگزین برای سوخت دیزل است که از منابع طبیعی و تجزیه‌پذیر مانند روغن‌های گیاهی ساخته می‌شود. این سوخت سبز، همانند گازوئیل و نفت، در هر نوع موتور احتراقی-فشاری قابل استفاده است. از دیدگاه فنی، بیودیزل سوختی است که برای موتورهای دیزل طراحی شده و از استرهای آلکیل اسیدهای چرب تشکیل شده است.
سابقه استفاده از بیودیزل در موتور دیزل به ساخت اولین موتورهای دیزل بازمی‌گردد. در واقع رودلف دیزل، مخترع موتور دیزل، برای اولین بار از روغن بادام برای به کار انداختن موتور دیزل خود استفاده نمود که این را می‌توان اولین استفاده از بیودیزل در موتور دیزل نام برد. همچنین شرکت فرانسوی اتو از روغن بادام در نمایشگاه جهانی پاریس در سال 1990 میلادی در موتور دیزل خود استفاده نمود.
مزایای زیست‌محیطی بیودیزل
- کاهش آلودگی: بیودیزل به دلیل انتشار کمتر آلاینده‌های سمی و کاهش آلودگی هوا، یک گزینه دوستدار محیط زیست است.
- تجدیدپذیر بودن: با استفاده از منابع تجدیدپذیر مانند روغن‌های گیاهی تولید می‌شود.
ویژگی‌ها
- سازگاری با موتورهای دیزل: بدون نیاز به تغییرات در موتور یا مشعل قابل استفاده است.
- مخلوط‌پذیری با سوخت دیزل: می‌توان آن را با هر نسبتی با سوخت دیزل مخلوط کرد و خواص آن را بهبود بخشید.
- ظرفیت و دامنه کاری مشابه دیزل: بیودیزل می‌تواند جایگزین مناسبی برای سوخت دیزل در انواع کاربردها باشد.
- تولید از منابع مختلف: علاوه بر روغن‌های گیاهی، از چربی‌های حیوانی، روغن‌های پخت و پز استفاده شده و حتی جلبک‌های دریایی نیز می‌توان برای تولید بیودیزل استفاده کرد.
فرایند تولید
بیودیزل از طریق واکنش شیمیایی بین یک چربی (مانند روغن‌های گیاهی یا چربی‌های حیوانی) و یک الکل تولید می‌شود. محصول جانبی این واکنش گلیسرول است.
کاربردها
- سوخت خودرو: می‌توان از بیودیزل به عنوان سوخت خودروهای دیزلی استفاده کرد.
- مخلوط با سوخت دیزل: به منظور بهبود کیفیت سوخت و کاهش انتشار آلاینده‌ها، می‌توان بیودیزل را با سوخت دیزل مخلوط کرد.
مزایای استفاده از بیودیزل
- کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی: با استفاده از بیودیزل می‌توان وابستگی به نفت را کاهش داد.
- بهبود کیفیت هوا: کاهش انتشار آلاینده‌های سمی و بهبود کیفیت هوا.
- حمایت از اقتصاد محلی: توسعه تولید بیودیزل می‌تواند به ایجاد اشتغال و رونق اقتصادی در مناطق روستایی کمک کند.
خوراک اصلی برای تولید بیودیزل
شامل دانه‌های سویا، کانولا، آفتابگردان، ذرت، چربی‌های حیوانی و روغن‌های زائد (روغن‌های پخت و پز و رستوران‌ها) می‌باشد. روغن‌های گیاهی از سویا، کانولا، ذرت و … مواد با کیفیت بالا برای تولید بیودیزل به دلیل میزان تری‌گلیسیرید بالا (92%-99%) و اسیدهای چرب آزاد کم (کمتر از 2%) هستند. روغن‌های زائد، روغن‌های استفاده شده در رستوران‌ها، صنایع غذایی و منازل است که بیشتر شامل اسیدهای چرب آزاد و آب است و تری‌گلیسیرید کمتری نسبت به روغن‌های گیاهی تازه دارد.
به دلیل وجود اسیدهای چرب آزاد و آب زیاد در روغن‌های زائد، معمولاً نیاز به پیش‌آماده‌سازی می‌باشد که در طول آن آب جدا شده و اسیدهای چرب آزاد به استر‌ها تبدیل می‌شوند. میزان تولید جهانی روغن‌های خوراکی زائد در سال 2007 بیش از 15 میلیون تن بوده است ، در حالتی که از تلفات روغن‌های گیاهی (گریس زرد) استفاده می‌شود، اسیدهای چرب آزاد ممکن است مشکلاتی ایجاد کنند. یک اسید چرب آزاد مولکولی است که از مولکول گلیسرول جدا شده، که این معمولاً نتیجه شکسته شدن مولکول‌های روغن پس از تعداد زیادی سیکل استفاده است. اسیدهای چرب آزاد 4 مشکل مهم ایجاد می‌کنند:
- نیاز به کاتالیست بیشتری می‌باشد که هزینه را افزایش می‌دهد.
- صابون (نمک اسید چرب) تشکیل می‌شود، که شستشوی محصول نهایی را مشکل می‌کند.
- باعث تشکیل آب شده که واکنش اصلی را کند می‌کند.
- اسیدهای چرب آزاد به سوخت تبدیل نمی‌شوند و بازده را کاهش می‌دهند.
وقتی میزان اسید چرب آزاد در روغن کمتر از 2.5 درصد باشد مشکلات ذکر شده ناچیز خواهند بود. به طور کلی، گرمای احتراق، عدد ستان، نقطه ذوب و ویسکوزیته ترکیبات چربی با افزایش طول زنجیره افزایش و با افزایش غیراشباع بودن کاهش می‌یابد. برای تولید سوخت با کیفیت بالا وجود میزان بالای اولئیک اسید مطلوب است.
روش های تولید بایودیزل
1.روش میکروامولسیون یا امولسیفیکاسیون
2.روش کراکینگ حرارتی(پیرولیز یا پیرولیزیز)
تولید بیودیزل نسل دوم از میکروجلبک‌ها توسط روش پیرولیز
یکی از بزرگترین چالش‌های تولید بیودیزل، نیاز به زمین‌های کشاورزی وسیع برای کشت گیاهان روغنی است. میکروجلبک‌ها به عنوان یک منبع جایگزین برای تولید روغن مورد نیاز در فرآیند تولید بیودیزل مطرح شده‌اند. این موجودات تک‌سلولی با سرعت بسیار بالایی رشد می‌کنند و برخی گونه‌های آن‌ها حاوی مقدار زیادی روغن هستند. میکروجلبک‌ها را می‌توان در محیط‌های آبی مختلفی کشت کرد و نیاز به زمین‌های کشاورزی را کاهش داد. علاوه بر این، میکروجلبک‌ها می‌توانند دی اکسید کربن را جذب کرده و به عنوان یک منبع کربن برای رشد خود استفاده کنند. با استفاده از روش‌هایی مانند فتوبیوراکتور و کشت در مخازن روباز می‌توان میکروجلبک‌ها را پرورش داد. روغن استخراج شده از میکروجلبک‌ها می‌تواند برای تولید بیودیزل استفاده شود و بقایای آن نیز برای تولید سایر محصولات مانند غذای دام و بیوگاز کاربرد دارد.
شبیه سازی فرایند تولید بیودیزل از میکرو جلبک
با توجه به چالش‌های رو به رشد ناشی از کاهش منابع فسیلی و افزایش آلودگی‌های زیست‌محیطی، جستجو برای سوخت‌های پاک و تجدیدپذیر بیش از پیش احساس می‌شود. میکروجلبک‌ها به عنوان موجودات تک‌سلولی فتوسنتزی، پتانسیل بالایی برای تولید بیودیزل دارند و می‌توانند نقش مهمی در گذار به سمت انرژی‌های پاک ایفا کنند.
در این پژوهش، با بهره‌گیری از نرم‌افزار قدرتمند شبیه‌سازی فرایندهای شیمیایی، Aspen HYSYS، به مدل‌سازی جامع فرایند تولید بیودیزل از میکروجلبک پرداخته‌ایم. شبیه‌سازی این فرایند نه تنها به درک عمیق‌تری از مکانیزم‌های پیچیده درگیر در تولید بیودیزل منجر می‌شود، بلکه امکان ارزیابی و بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی مختلف را نیز فراهم می‌آورد.
این شبیه سازی به کمک اطلاعات دو مقاله زیر انجام شده است.
Biodiesel production from microalgae: ionic liquid process simulation
Evaluation of Hydrolysis Esterification biodiesel production from wet microalgae
جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.