فناوری پیش تصفیه زیست توده معروف به CELF که توسط UC Riverside توسعه یافته است، استفاده از لیگنین (lignin) را افزایش می دهد و بر یک مانع قابل توجه در تولید سوخت زیستی غلبه می کند.

لیگنین یک پلیمر پیچیدهٔ ساخته شده از واحدهای مولکولی فنیلپروپان است که به شکل آمورف و مخلوط با هولوسلولز در گیاهان به صورت لایه‌ای دور سلولز را فرا گرفته‌است.

یک مطالعه جدید دانشگاه کالیفرنیا - ریورساید (UCR) نشان داد که معرفی یک ماده شیمیایی ساده و تجدیدپذیر در مرحله پیش تصفیه می تواند در نهایت تولید سوخت زیستی نسل بعدی را مقرون به صرفه و کربن زایی را خنثی کند.

اولین قدم، تجزیه مواد گیاهی همیشه سخت ترین کار در مورد تولید سوخت از گیاهان بوده است.

برای اینکه سوخت های زیستی با نفت رقابت کنند، عملیات پالایش زیستی باید طوری طراحی شود که از لیگنین بهتر استفاده شود، لیگنین یکی از اجزای اصلی دیواره سلولی گیاهی است، به گیاهان یکپارچگی ساختاری و انعطاف پذیری بیشتری در برابر حملات میکروبی می دهد.

با این حال این استخراج لیگنین و استفاده از مواد گیاهی را که به نام زیست توده نیز شناخته می شود، دشوار است.

پروفسور چارلز کای، دانشیار دانشگاه UC Riverside توضیح را با این شرح آغاز کرد: استفاده از لیگنین (lignin) دروازه ای است برای ساختن آنچه از زیست توده می خواهید، مقرون به صرفه ترین و دوستدار محیط زیست.

طراحی فرآیندی که بتواند از لیگنین و قندهای موجود در زیست توده بهتر استفاده کند، یکی از هیجان‌انگیزترین چالش‌های فنی در این زمینه است.

برای غلبه بر مانع لیگنین، کای CELF را اختراع کرد که مخفف Co-solvent Enhanced Lignocellulosic Fractionation است و یک فناوری نوآورانه پیش تصفیه زیست توده است.

CELF از تتراهیدروفوران یا THF برای تکمیل آب و اسید رقیق در طول پیش تصفیه زیست توده استفاده می کند، Cai گفت: این کارایی کلی را بهبود می بخشد و قابلیت استخراج لیگنین را بهبود می بخشد. (بهتر از همه، خود THF می تواند از قندهای زیست توده ساخته شود)

یک مقاله برجسته انرژی و علوم زیست محیطی میزان ارائه مزایای اقتصادی و زیست محیطی را در یک پالایشگاه زیستی CELF نسبت به سوخت‌های مبتنی بر نفت و روش‌های قبلی تولید سوخت زیستی نشان می‌دهد.

این مقاله با همکاری تیم تحقیقاتی Cai در UCR، مرکز نوآوری انرژی زیستی که توسط آزمایشگاه‌های ملی Oak Ridge مدیریت می‌شود، و آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر، با بودجه ارائه شده توسط دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده است.

در آن، محققان دو متغیر اصلی را در نظر می‌گیرند: اینکه چه نوع زیست توده ایده‌آل‌تر است و چه کاری با لیگنین (lignin) پس از استخراج انجام شود.

در عملیات سوخت زیستی نسل اول از محصولات غذایی مانند ذرت، سویا و نیشکر به عنوان مواد خام یا خوراک استفاده می شود و از آنجایی که این مواد اولیه، زمین و آب را از تولید غذا منحرف می کنند، استفاده از آنها برای سوخت های زیستی ایده آل نیست.

در عملیات نسل دوم از زیست توده گیاهی غیر خوراکی به عنوان خوراک استفاده می شود، نمونه ای از مواد اولیه زیست توده شامل بقایای چوب حاصل از عملیات آسیاب، باگاس نیشکر یا ذرت است که همگی محصولات فرعی کم هزینه عملیات جنگلداری و کشاورزی هستند.

به گفته وزارت انرژی، سالانه بالغ بر یک میلیارد تن زیست توده می‌تواند برای تولید سوخت‌های زیستی و محصولات زیستی تنها در ایالات متحده در دسترس باشد که می‌تواند 30 درصد از مصرف نفت ما را جایگزین کند و در عین حال مشاغل خانگی جدید ایجاد کند.

از آنجایی که یک پالایشگاه زیستی CELF می‌تواند به طور کامل‌تری از مواد گیاهی نسبت به روش‌های نسل دوم قبلی استفاده کند، محققان دریافتند که مواد اولیه سنگین‌تر و متراکم‌تر مانند صنوبر چوب سخت نسبت به ذرت کم‌تراکم کربن برای تولید مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی بیشتر ترجیح داده می‌شود.

با استفاده از صنوبر در یک پالایشگاه زیستی CELF، محققان نشان دادند که سوخت هوانوردی پایدار را می‌توان با قیمتی معادل 3.15 دلار برای هر گالن معادل بنزین ساخت، میانگین هزینه فعلی برای یک گالن سوخت جت در ایالات متحده 5.96 دلار است.

دولت ایالات متحده اعتباراتی را برای تولید سوخت زیستی در قالب اعتبارات شماره شناسایی تجدیدپذیر صادر می کند، یارانه ای برای تقویت تولید سوخت زیستی داخلی، ردیف این اعتبارات صادر شده برای سوخت های زیستی نسل دوم، ردیف D3، معمولاً با 1 دلار در هر گالن یا بالاتر معامله می شود.

با این قیمت به ازای هر اعتبار، مقاله نشان می‌دهد که می‌توان انتظار نرخ بازدهی بیش از 20 درصد از عملیات را داشت.

کای گفت: هزینه کمی بیشتر برای خوراک غنی‌تر از کربن مانند صنوبر همچنان مزایای اقتصادی بیشتری نسبت به خوراک ارزان‌تری مانند ذرت دارد، زیرا می‌توانید سوخت و مواد شیمیایی بیشتری از آن بسازید.

این مقاله همچنین نشان می‌دهد که چگونه استفاده از لیگنین می‌تواند به طور مثبت به اقتصاد کلی پالایشگاه زیستی کمک کند و در عین حال ردپای کربن را تا حد ممکن پایین نگه دارد، در مدل‌های قدیمی‌تر پالایشگاه‌های زیستی، که زیست توده در آب و اسید پخته می‌شود، لیگنین (lignin) بیشتر از مقدار حرارتی خود غیرقابل استفاده است.

کای گفت: مدل‌های قدیمی‌تر انتخاب می‌کنند که لیگنین را برای تکمیل گرما و انرژی برای این پالایشگاه‌های زیستی بسوزانند، زیرا آنها عمدتاً فقط می‌توانند از قندهای موجود در زیست توده استفاده کنند پیشنهادی پرهزینه که ارزش زیادی را از روی میز باقی می‌گذارد.

مدل پالایشگاه زیستی CELF علاوه بر استفاده بهتر از لیگنین، تولید مواد شیمیایی تجدیدپذیر را نیز پیشنهاد می‌کند.

این مواد شیمیایی می توانند به عنوان بلوک های ساختمانی برای پلاستیک های زیستی و ترکیبات طعم دهنده غذا و نوشیدنی مورد استفاده قرار گیرند، این مواد شیمیایی مقداری از کربن موجود در زیست توده گیاه را می گیرند که به عنوان CO2 به اتمسفر باز نمی گردد.

افزودن THF به کاهش هزینه انرژی پیش تصفیه کمک می کند و به جداسازی لیگنین (lignin) کمک می کند، بنابراین دیگر نیازی به سوزاندن آن نخواهید داشت، علاوه بر آن ما می‌توانیم مواد شیمیایی تجدیدپذیر بسازیم که به ما کمک می‌کند تا پتانسیل گرمایش زمین تقریباً به صفر برسد.

من فکر می کنم این سوزن را از سوخت های زیستی Gen 2 به نسل +2 منتقل می کند.

به دلیل موفقیت های اخیر این تیم، دفتر فناوری انرژی زیستی وزارت انرژی به محققان کمک مالی 2 میلیون دلاری برای ساخت یک کارخانه آزمایشی CELF در مقیاس کوچک در UCR اعطا کرده است.

کای امیدوار است که نشان دادن این نیروگاه به سرمایه گذاری در مقیاس بزرگتر در این فناوری منجر شود، زیرا استفاده از انرژی از سوخت های فسیلی به گرمایش جهانی می افزاید و به سیاره آسیب می رساند.

من این کار را بیش از یک دهه پیش شروع کردم زیرا می خواستم تأثیر بگذارم، من می‌خواستم جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی پیدا کنم و من و همکارانم این کار را انجام دادیم، با استفاده از CELF، نشان داده‌ایم که می‌توان سوخت‌های مقرون‌به‌صرفه‌ای از زیست توده و لیگنین (lignin) ایجاد کرد و به کاهش سهم خود در انتشار کربن در جو کمک کرد.

زیست توده نقش فزاینده ای در تامین سوخت در آینده خواهد داشت، هزینه پایه سوخت فسیلی به سادگی باید افزایش یابد تا زیست توده عملی شود، این اتفاق می افتد... اما با سرعتی بسیار کند که علاقه مندان سبز را کمی دیوانه می کند.

چیزی که کنار گذاشته شده یا شاید گمراه کننده باشد، این است که از منابع آبی و زمینی یک بار در هر فصل رشد استفاده می شود، چه برای غذا یا سوخت، رقابت وجود دارد و انتخاب ها از تولیدکنندگان گرفته تا مصرف کنندگان اقتصادی خواهد بود.

نگران نباشید، ذرت و اتانول نیشکر قرار بود قیمت مواد غذایی را برای بسیاری از مردم غیرقابل‌مطلوب کند، با این حال امروز، مانند برخی از سال‌های زراعی پس از رونق بازار، بهایی که به تولیدکنندگان پرداخت می‌شود به دنبال پوشش هزینه‌های تولید نیست – و امروزه کوه‌هایی از ذرت برای مصرف وجود دارد.

یک نکته دیگر که کنار گذاشته شده است - که در طول تولید سوخت نیاز به بودجه دارد و مردم محصولات غذایی ده ها سال تجربه در حاصلخیزی خاک، با علوم گیاهی حرفه ای، زراعت، زیست شناسی و سایر درجات پیشرفته دارند تا خاک را در شرایط کاری خوب نگه دارند، اگرچه در برخی مناطق محتوای مواد مغذی غذاها در رنج است.

مردم سوخت زیستی تخصص و تجربه عملی را از دست داده اند، ما می بینیم که محصولات سوختی برداشت می شوند تا خاک برهنه تمام مواد مغذی خاک را که توسط گیاهانی که در حال جابجایی هستند برداشته شود، جایگزینی آنها یک پیشنهاد کم هزینه نیست.

ما آنها را به اندازه ای که تولیدکنندگان مواد غذایی به آن دست یافته اند، درک نمی کنیم.

پیشرفت در حال انجام است، اما فاصله ای که باید طی شود بسیار بیشتر از آن چیزی است که بیشتر مردم تصور می کنند.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.