سوخت های گیاهی جایگزین نفت و بنزین

نفت و بنزین، سوخت های پایان پذیر فسیلی در سال 2006، ایالات متحده تقریباً حدود 20.6 میلیون بشکه بنزین در هر روز مصرف کرد، که معادل بیش از 865 میلیون گالن نفت می باشد (مقالات شیمی – مدیریت اطلاعات انرژی) بنزین این امکان را به شما می دهد که به یک خرید یا یک سفر بروید. همچنین به گسترش صنعت و پیشرفت تکنولوژِی در علم و دارو کمک کرده و مقدار زیادی ثروت و آسایش نیز فراهم می کند. اقتصاد جهانی مبتنی بر قسمتهای بزرگی از این صنعت از جمله حفاری، پالایش، حمل و نقل و پخش نفت می باشد. اما با این اوصاف، نفت یک منبع نامحدود است که از بقایای فسیل های نباتات و حیوانات دریایی در گذشته های دور تشکیل شده است. حداقل ده میلیون سال طول می کشد تا این بقایا به نفت خام تبدیل شوند و مردم، سریعتر از آن که تولید می شود از آن استفاده می کنند. سرانجام تولیدات نفت به حداکثر خواهد رسید و ما هم روزی آنها را به پایان خواهیم رساند. بعضی از دانشمندان تخمین زدند که این حداکثر در حال رخ دادن می باشد و بعضی دیگر این مهم را در آینده ای نزدیک می بینند. با توجه به این دو نظریه، اکثر مردم معتقدند که ما در قلب یک بحران قریب الوقوع قرار داریم. با این حال، بنزین نقش بزرگی را در فعالیت های روزمره انسان ایفا می کند. چه اتفاقی خواهد افتاد وقتی که ما نفت را به پایان برسانیم؟ اما باید یک منبع انرژی دیگری بیش از این برای تأمین چنین نیرویی ایجاد شود. با افزایش نگرانی ها درباره ی گازهای گلخانه ای (GHGs) از مصرف سوخت های فسیلی که منجر به گرم شدن جهان می شود، باید توجه داشت که سوخت بعدی باید سوختی پاکیزه باشد. این سوخت باید این استطاعت را داشته باشد و همچنین باید اقتصاد را هم نگه دارد. سریعاً نیاز است که نسل بعدی از سوخت برسد که مردم را برای رهایی و گذر از بنزین کمک کند. به دنبال اینها، جهان نمی تواند تا مرز ساییدگی پیش برود تا یک یا دو دهه ی دیگر سوخت بعدی گسترش و مورد اجرا واقع شده باشد. با قرار دادن همه این موضوعات کنار هم، صداهایی مانند صدایی که از اتاق لباسشویی بیرون می آید به گوش می رسد (منظور همان نچ نچ ها و جواب منفی منتقدان می باشد)، که هیچ سوختی وجود ندارد. نکته حیرت آور آن است که بعد از چندین سال تحقیق و بررسی، سوختی یافت می شود که به نظر می رسد همه ی این وظایفی را که سوخت قبلی بر عهده داشته را تأمین می کند. اتانول (الکل معمولی) شکلی از سوخت است که مشتمل بر کربوهیدرات پیچیده در نباتات می باشد. بعد از دهه ها تحقیقات، متوجه شده اند که آن پتانسیل یک سوخت را دارد.اما بعضی از دانشمندان می گویند فرایندی که اتانول را به طور کم خرج و مؤثر و با بازده تولید کند هنوز بر کسی معلوم نشده است، البته تا اکنون. روینده ترین علف که به عنوان یک علف جایگزین (switchgrass) شناخته می شود، در اطراف ایالات متحده، کانادا، مرکز و جنوب آمریکا و قسمتهایی از آفریقا یافت می شود.اگر این همان طوری که قبلاً نشان داده است، هم اکنون هم باشد و رشد سریعی داشته باشد، می تواند به عنوان سوخت ماشین شما در 20 سال آینده مورد استفاده قرار بگیرد.خوب چگونه یک علف می تواند یک سوخت شود؟ ادامه مطلب را بخوانید تا یک پیش بینی روشن برای switchgrass به عنوان یک جوابی برای بحران قریب الوقوع انرژی را بفهمید. Switchgrass تحقیقات در میان منابعی برای سوخت های زیستی ( زیست سوخت ها یا Biofuels ) شامل هر چیزی از مرغ چاق تا خرده تراشه های چوب شده است! (منظور این است که شامل هر چیزی می تواند باشد که شاید به فکر شما اصلاً خطور نکند). اما پردازش بیشتر آنها به یک قانون به نام قانون نسبیت انرژی خالص واگذار می شود – مقدار انرژی که در هر واحد خارج می شود و از آن مقدار انرژی که تولید می شود بیشتر نیست – هزینه آن یک مسئله قابل ملاحظه می باشد؛ شگردها و اصول هایی که برای گرفتن سوخت از منابع نباتات و حیوانات موجود می باشد، هزینه بر و گران می باشد. این تحقیقات در مورد switchgrass شاخه شاخه می شوند و بیشتر آنها به نظر می رسد که یک کاندیدخوب برای جایگزینی منبع سوخت می باشد. Switchgrass یک گونه ی طبیعی ابدی در آمریکا است. سریع و به آسانی در دشت ها رشد می کند. یک گونه ی سخت و محکم و بادوام می باشد. در بعضی موارد به عنوان یک تاخت و تاز کننده در نظر گرفته می شود (منظور اینکه شاید برای تهاجم و دفاع مورد استفاده قرار بگیرد). مطالعات سه ساله در شمال داکوتا که در سال 2005 منتشر شده، نشان می دهد که بعضی از گونه های علف می تواند متوسط محصول بیش از هفت تن جرم توده (Biomass) – مواد گیاهی برداشت شده – در هر جریب فرنگی (حدود 4047متر مربع) که بستگی به میزان رطوبت و نوع خاک دارد را تولید کند. { مقالات شیمی – ایالات متحده – مؤسسه کشاورزی }  همچنین این گونه علف ها در برابر خشکی و احتیاجات و مواد مغذی کم از جمله کود ، مقاومند. این بدین معنی است که سوخت فسیلی کمی برای تولید آن نیاز است. تراکتورها برای توزیع کودها استفاده می شود و سوخت پمپ هایی که برای آبیاری استفاده می شود از سوخت فسیلی است. آبیاری کمتر و کود کمتر بدین معنی است که توان اولیه انرژی را که به ترتیب عبارت است از هزینه کمتر و انتشار گاز گلخانه ای کمتر، کاهش می دهد. اصافه بر این، طرفداران switchgrass (علف جایگزین) می گویند که سوخت تولید شده از گیاهان، ایالات متحده را ایمن تر و مستقل تر خواهد کرد، از این جهت که آن را در خود آمریکا می تواند رشد دهد تا اینکه از دیگر کشورها وارد کند. سوخت تولید شده از ساقه تغذیه switchgrass – ماده خام استفاده شده برای تولید یک سوخت تقطیر شده – اتانول سلولزی است. این سوخت الکلی توسط یک واکنش شیمیایی در اثر شکسته شدن سلولزها بوجود می آید- ساختاری که دیواره سلولی در گیاهان ایجاد می کند.مرحله ای که سلولزها در اجزای اصلی شان شکسته می شوند و مخمر اضافه شود، سپس تبدیل به الکل خواهد شد. بعد از تصفیه آن، اتانول تولیدشده را به عنوان سوخت می توان استفاده نمود. با موجود بودن بیشتر سلولز برای استخراج از گیاه، منبع دسترس پذیرتری به اتانول می تواند باشد و switchgrass سرشار از سلولز می باشد. حدود 70 درصد گیاهان از این نوع کربوهیدرات های پیچیده تشکیل شده اند. {مقالات شیمی – BioCycle} حتی بهتر از آن، ماده چوب(lignin) – محصولی که وقتی آب را از سلولز بزداییم ایجاد می شود – نشان داده که می توان به عنوان سوخت که قدرت می دهد به محصول اتانول گیاهان از آن استفاده نمود. اگر این ماده چوب مهار شود، می تواند از فرایند ایجاد اتانول به طور خود به خودی، پشتیبانی کند. در آغاز از محصولات کود شیمیایی استفاده می شود تا علف رشد کند و با حمل آن برای توزیع و پخش اتانول به پایان می رسد. محقق آزمایشگاه ملی آرگونه(Argonne)، مایکل ونگ، نسبت انرژی را برای علف جایگزین محاسبه کرده است، او فهمیده که یک واحد انرژی که وارد سلولز می شود، محصول اتانول از علف جایگزین (switchgrass) ده برابر انرژی خروجی ایجاد می کند. این بیشتر از اتانول تولید سده از دانه ی آن می باشد. در برابر آن، بنزین یک نسبت انرژی از 1 به 0.81 دارد. بدین معنی ست که انرژی بیشتری نیاز است تا بازده بیشتری داشته باشد. همچنین آقای مایکل ونگ (Michael Wang) فهمیده که اتانول از علف جایگزین(switchgrass) ممکن است سوخت کمتر از 70 درصد نیاز داشته باشد تا از بنزین و اتانول E85- ترکیبی از 85 درصد اتانول و 15 درصد بنزین- که 86 درصد گاز گلخانه ای کمتر از بنزین منتشر می کند، تولید شود. به نظر می رسد که استفاده از علف جایگزین (switchgrass) به عنوان جایگزین سوخت به خوبی در حال پیشرفت است. پس تأخیر برای چیست؟ مرحله پالایش آسان به نظر می رسد، و در حقیقت هم همین طور است. دقیقاً مانند حرف زدن خیلی ساده می باشد. اما ایجاد اتانول از علف جایگزین (switchgrass) با چالش روبه رو است. مسائل و راه حل های علف جایگزین (switchgrass) در حالی که این سوخت با انتشار مطالعات جدید در مورد علف جایگزین (switchgrass) پاکیزه تر و مناسب تر می شود، گیاهان می توانند نقش مهمی در آسودگی خاطر انرژی در آینده بازی کنند، که این کلمه آینده کلیدی است. فعلاً، فرایند گرفتن سلولز از گیاهان مشکلات و گرانی را تأیید می کند. سلولز از مواد گیاهی که توسط هر نوع گونه آنزیم تولید می شود، ناشی می شود، که بسته به نوع مواد گیاهی که استفاده می شود دارد. این کاتالیزورها به کربوهیدرات های پیچیده خورانده می شوند،مثل شکر و سلولز بیرونی و دی اکسید کربن در فرایند از بین می روند. این آنزیم ها گران هستند اگر چه حدود 20 سنت برای هر گالن اتانول خالص می باشد. {مقالات شیمی – کمیسیون تجاری فدرال} اضافه بر این فرایند تخمیر سلولز با مخمر یک آنزیم متفاوت نیاز دارد که این هم هزینه را بالا می برد. در سال 2006، متخصص ژنتیک گیاه، آلبرت (Albert Kausch) گفت که با همین روش جاری کشت و برداشت، هزینه هر گالن اتانول سلولزی 2.70 $ می شود که باز هم ارزانتر از بنزین می باشد. اما او معتقد است که می شود تا حدود 1$ در هر گالن هم برسیم. {مقالات شیمی – Newswise} اتانول E85 به سرعت در حال فراگیر شدن در پمپ های بنزین می باشد. با بهینه سازی این نوع سوخت، میتوان قیمت آن را تا 1 دلار برای هر گالن کاهش داد. یکی از راه های کاهش این هزینه چشمگیر، گسترش دادن آنزیم ارزانتر و پیدا کردن یک آنزیم واحد که هم سلولز را بشکند و هم اتانول را مخمرسازی کند. یکی دیگر از مسائل که با آن روبه رو هستیم بردن آن از پالایشگاه به ایستگاه سوخت می باشد. اتانول شدیداً خورنده می باشد و نمی شود توسط خط لوله همان طوری که نفت و بنزین حمل می شوند، حمل شود. بدین معنی است که باید توسط کامیون ها حمل شود که هم به هزینه محصول اضافه می کند و هم نسبت انرژی را کاهش می دهد،به خاطر اینکه که کامیون های بزرگ نفت کش (کشتی های نفت کش) سوخت فسیلی زیادی نیاز دارند تا اتانول را برای توزیع، حمل و نقل کنند. مایکل ونگ می گوید که چالش های توزیع اتانول تا حدودی، توسط سیستم های راه آهن غلبه می شود تا آن را تا دورترین نقاط ممکن حمل کنند. او همچنین می گوید، هنگامی که شما آن را در میدوست (منطقه ای در ایالات شمالی ایالات متحده از غرب اهایو تا کوه های راکی:Midwest) پالایش می کنید و قصد انتقال آن به غری را دارید، مسئله موجود حمل و نقل آن می باشد. شما باید از راه آهن استفاده کنید. دیگر مسئله موجود برای اتانول علف جایگزین (switchgrass) که با آن مواجه ایم، مقادیر زمین های موجود برای کشت آن می باشد.تحقیقات دانشگاه تنزی (Tennessee) به این نتیجه رسیده که ایالات متحده سالیانه می تواند 153 میلیون تن علف جایگزین (switchgrass) خشک همراه با پس مانده محصول-موادی که بعد از برداشت محصول باقی می مانند مثل ساقه ها و دانه ها- به عنوان ساقه مغذی اتانول تولید کند. این تحلیل نشان می دهد، به این نتیجه می رسیم که حدود 5.3 درصد کاهش در مصرف بنزین در ایالات متحده خواهیم داشت. احتمالاً تحقیقات و تکنولوژی آنزیم می تواند بر این موانع غلبه کند.جیسون گرامت از کمیسیون ملی سیاست گذاری انرژی (NCEP) پیشنهاد می کند گسترش رگه های علف جایگزین (switchgrass) را که می تواند بازده تولید هر تن در جریب فرنگی را افزایش دهد. با افزایش بازده تولید اتانول حدود یک- سوم، معادل با دو برابر کردن بازده همه وسیله ها در آمریکا می باشد. قطعاً پول هم می تواند بر این موانع غلبه کند. هم کمپانی های انرژی و هم گروه های تحقیقاتی برداشت محصول برای امکانات و تسهیلات اتانول سلولزی پول خرج کرده اند. شرکت های مختلفی به دانشگاه ها و مراکز تحقیقات زیادی پول دادن تا تحقیقات خود را در مورد این سوخت تکمیل کنند. با این مقادیر پولی که به پای تحقیقات اتانول سلولزی ریخته شده است و بیشتر از این هم در راه است – البته بدون حمایت و طرفداری عموم – با این اوصاف تصور کردن آن برای چند دهه ی بعد دشوار نیست.روزی اتانول اصلی علف جایگزین (switchgrass) باک ماشین های ما را پر خواهد کرد. اما علف جایگزین (switchgrass) همچنان مشکلات خودش را دارد و شک برانگیز می باشد.