جادویی سبز برای مقابله با بحران انرژی‌

همان‌طور که می‌دانید نفت یکی از مهم‌ترین سوخت‌های فسیلی است که از بقایای گیاهان و حیوانات دریایی در گذشته‌های دور تشکیل شده و به عنوان یک منبع نامحدود برای تامین سوخت مورد نیاز در زمینه‌های مختلف زندگی روزمره ما انسان‌ها در نظر گرفته می‌شود.

این در حالی است که فرآیند تبدیل بقایای گیاهان و جانوران در اعماق دریاها به نفت خام فرآیندی است که به زمانی طولانی نیاز دارد و ما انسان‌ها در دنیای امروز با سرعتی بیشتر از تولید منابع نفتی، آن را مصرف می‌کنیم.

براساس بررسی‌ها و پیش‌بینی‌های انجام شده توسط محققان و دانشمندان سرانجام در آینده‌ای نه‌چندان دور با وجود افزایش تولیدات نفتی، با کمبود منابع سوخت‌های فسیلی مواجه خواهیم شد.

با توجه به آنچه گفته شد، می‌توان به این نتیجه رسید که در آستانه مواجه شدن با بحرانی جدی در زمینه انرژی قرار داریم که بدون تردید می‌تواند جنبه‌های مختلف زندگی ما را تحت تاثیر خود قرار دهد. پس باید به دنبال منبع دیگری برای تامین انرژی باشیم که بتواند جایگزین سوخت‌های فسیلی شود.

علاوه بر این باید این موضوع را نیز مورد توجه قرار داد که با توجه به افزایش نگرانی‌ها درباره انتشار گازهای گلخانه‌ای حاصل از مصرف سوخت‌ های فسیلی که پیامدهایی نظیر افزایش آلودگی‌های زیست‌ محیطی و گرمایش جهانی را به همراه داشته است ، سوختی که به عنوان سوخت جایگزین در نظر گرفته می‌شود باید سوختی منطبق با استانداردهای زیست ‌محیطی یا به عبارت دیگر نوعی سوخت سبز باشد.

همچنین استفاده از این سوخت در زمینه‌های مختلف باید از نظر اقتصادی نیز به صرفه باشد، اگرچه بسیاری از دانشمندان بر این باورند که برای رهایی و گذر از بحران انرژی هیچ راهی وجود ندارد، اما گروهی دیگر از محققان پس از سال‌ها تحقیق و بررسی در این زمینه به راهکارهایی برای تامین منبع سوختی جایگزین دست یافته‌اند که می‌تواند همه نیازهای ما را در بخش انرژی که در گذشته تنها وابسته به سوخت‌های فسیلی بوده است تامین کند.

ضرورت‌ توجه به پیامدهای زیست‌محیطی

آلودگی هوا از جنبه‌های مختلفی، محیط زیست را در معرض تهدید قرار می‌دهد. بدون تردید همه انسان‌‌ها می‌توانند چند روزی را بدون دسترسی به آب و مواد غذایی سپری کنند، اما بدون وجود هوا قادر نخواهند بود بیش از چند دقیقه به حیات خود ادامه دهند و به همین علت می‌توان گفت کاهش آلودگی هوا نقش بسیار مهمی در زندگی و سلامت انسان‌ها خواهد داشت.

کاهش کیفیت آب و خاک و تهدید سلامت بشر، گیاهان و حیوانات از مهم‌ترین آثار و پیامدهای نامطلوب ناشی از افزایش آلودگی هوا هستند. با در نظر گرفتن کاهش منابع سوخت‌های فسیلی و همچنین ضرورت کاهش مصرف این نوع سوخت‌ها به دلیل آلودگی هوا و گرمایش جهانی، پیش‌بینی می‌شود که در آینده‌ای نزدیک با معضل اساسی تامین سوخت مورد نیاز در سیستم حمل و نقل کشور روبه‌رو خواهیم شد بنابراین برای از میان برداشتن این مشکلات، بررسی راهکارهای مناسب جهت تامین سوخت مورد نیاز خودروها یکی از ضرورت‌های اصلی خواهد بود.

محدودیت‌ تامین سوخت و آلودگی‌های ناشی از مصرف آن سبب شده است مسوولان سازمان‌های تحقیقاتی در کشورهای مختلف کاهش مصرف سوخت خودروها و استفاده از سوخت‌های جایگزین را در برنامه‌های خود بیش از پیش مورد توجه قرار دهند.

به طور کلی دو گروه  منابع آلاینده‌ ثابت و متحرک سبب آلودگی هوا می‌شوند. منابع آلاینده متحرک ناشی از تردد خودروها ، هواپیماها ، کشتی‌ها یا قطارها هستند و منابع آلاینده ثابت نیز ناشی از انتشار گازهای آلاینده‌ای هستند که در مکان‌هایی مانند کارخانه‌ها و نیروگاه‌ها‌  که جایگاه نسبتا ثابتی دارند  تولید می‌شوند که بیشتر این آلودگی‌ها در نتیجه سوختن انواع سوخت‌های فسیلی ایجاد می‌شوند.

یکی از مهم‌ترین نیازها در زندگی، دسترسی به منابع نامحدود انرژی است. با توجه به افزایش جمعیت و رشد و پیشرفت صنایع مختلف در سال‌های اخیر، ذخایر سوختی بویژه نفت و گاز طبیعی رو به پایان است.

توسعه تحقیقات درباره دستیابی به منابع سوختی جایگزین، وابستگی کشورها به سوخت‌های فسیلی را کاهش داده و از نظر زیست‌محیطی نیز مزایای بسیار زیادی را به همراه خواهد داشت.

گاز طبیعی فشرده و مایع،‌ الکل و اتانول‌، متانول، پروپان، الکتریسیته و... از منابع سوختی هستند که به عنوان سوخت جایگزین در نظر گرفته شده‌‌اند و تحقیقات بسیار زیادی درباره چگونگی عملکرد آنها در زمینه‌های مختلف صورت گرفته است.

اگرچه مصرف گاز طبیعی در مقایسه با دیگر سوخت‌های جایگزین بیشتر مورد توجه قرار گرفته است اما باید پذیرفت که دیگر سوخت‌‌ها مانند الکل نیز می‌توانند در دستیابی به اهداف مورد نظر و استفاده بهینه از منابع موجود نقش مهمی داشته باشند. امروزه استفاده از اتانول و متانول به عنوان سوخت خودرو در بسیاری از کشورها مورد توجه قرار گرفته و در حال بررسی است.

متانول الکلی است که از گاز طبیعی به‌دست می‌آید و همچنین قابلیت استخراج از ذغال سنگ یا سوخت‌های زیستی را نیز دارد. به نظر می‌رسد انتشار مونواکسید‌کربن ناشی از سوخت متانول در مقایسه با بنزین کمتر باشد.

اتانول نیز نوعی الکل است که از ذرت، نیشکر، علوفه، درختان و ضایعات محصولات کشاورزی به دست می‌آید. امروزه استفاده از اتانول به عنوان سوخت کامل یا ترکیبی بسرعت در حال افزایش است.

توجه به مسائل زیست‌محیطی و کاهش آلودگی‌ها در محیط اطراف و همچنین استفاده از منابع تجدید‌پذیر انرژی از مهم‌ترین عواملی هستند که ضرورت استفاده از سوختی مانند اتانول را مورد تایید قرار می‌دهند.

در کشور ایران نیز وجود منابع اولیه از قبیل ملاس، چغندر قند و نیشکر، ذرت، گندم و ضایعات کشاورزی، تولید اتانول را امکان‌پذیر ساخته است و می‌توان با دستیابی به فناوری‌های جدید برای استفاده از این منبع انرژی به منظور تامین سوخت مورد نیاز خودروها، زمینه مناسبی جهت استفاده از این سوخت جایگزین در صنعت حمل و نقل کشور فراهم کرد.

الکل به جای بنزین‌

مسابقات جهانی خودروهای شیمیایی (کمیکار)‌ برای نخستین بار در اواخر دهه 90 میلادی از سوی انجمن مهندسان شیمی آمریکا با هدف فراهم کردن زمینه‌ای مناسب برای مشارکت دانشجویان رشته مهندسی در دستیابی به منابع سوخت جایگزین در صنعت حمل و نقل طراحی شد و از آن پس در 4 دوره مختلف با حضور تیم‌های دانشجویی از دانشگاه‌های سراسر دنیا برگزار شده است.

در چهارمین دوره مسابقات جهانی خودروهای شیمیایی که از 3 تا 6 آگوست (13 تا 16 مرداد)‌ در شهر رامیان چین برگزار شد، تیم‌های دانشگاه‌ اراک و صنعتی امیرکبیر ماهشهر موفق به کسب رتبه دوم شدند، همچنین تیم دانشگاه صنعتی بابل توانست جایزه ویژه بخش طراحی و ساخت خودرو را در این دوره از مسابقات از آن خود کند.

به گفته مهندس طلعت کرمی عضو تیم کمیکار دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه اراک، در مسابقات خودروهای شیمیایی که با هدف فراهم آوردن زمینه‌ای مناسب برای ارتقای توان علمی و عملی دانشجویان مهندسی شیمی در سراسر دنیا و همچنین مشارکت گروهی آنها در زمینه ساخت خودروهایی با سوخت‌ جایگزین برگزار می‌شود ، دانشجویان شرکت‌کننده از دانشگاه‌های مختلف در طراحی و ساخت خودروهایی بسیار کوچک که نیروی لازم برای به حرکت درآوردن آنها در طول مسیر مسابقه از منابع سوختی غیر از سوخت‌های فسیلی و یا به عبارتی دیگر از طریق انجام یک واکنش شیمیایی تامین می‌شود، با یکدیگر به رقابت خواهند پرداخت.

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های برگزاری رقابت در زمینه ساخت خودرو‌های شیمیایی، ایجاد انگیزه و خلاقیت در میان محققان برای دستیابی به سوخت‌های جایگزین سوخت‌های فسیلی در صنعت حمل و نقل است که می‌‌تواند در کاهش انتشار گازهای آلاینده و مقابله با بحران انرژی در کشورهای مختلف نقش مهمی داشته باشد.

انجمن مهندسان شیمی آمریکا امیدوار است بتواند به این ترتیب شرکت‌های سازنده خودرو و مسوولان حوزه انرژی را با روش‌های جدید طراحی و ساخت خودرو و تامین انرژی مورد نیاز خودروها که توسط محققانی از کشورهای مختلف ارائه می‌شوند، آشنا و بر این اساس تغییرات چشمگیری را در این زمینه ایجاد کند.

به گفته کرمی، تیم خودروهای شیمیایی دانشگاه صنعتی امیرکبیر در بخش سرعت و تیم دانشگاه اراک در بخش تهیه سوخت، در میان 15 تیم دانشجویی شرکت‌کننده از کشورهای مختلف از سراسر جهان موفق به کسب رتبه دوم شدند.

در مسابقات خودروهای شیمیایی چین که در بخش دانشجویی دوازدهمین نشست کنفدراسیون مهندسی شیمی آسیا و اقیانوسیه در شهر دالیان چین برگزار شد، شرکت‌کنندگان در 2 بخش جداسازی شیمیایی و عملی که شامل رقابت خودروهاست، با یکدیگر به رقابت پرداختند.

موضوع مسابقه امسال، طراحی و ساخت خودروهایی بود که با استفاده از سوخت الکل حرکت می‌کردند و دانشجویان باید در مرحله جداسازی با طراحی برج‌های تقطیر، الکل مورد استفاده در خودرو را از محلول آب و الکل جدا می‌کردند و در مرحله عملی به عنوان نیروی محرکه در خودروهای طراحی شده مورد استفاده قرار می‌دادند.

در مسابقات خودروهای شیمیایی، دانشجویان مهندسی شیمی و همچنین رشته‌های وابسته مانند شیمی کاربردی، محض، پلیمر و نفت از دانشگاه‌های سراسر دنیا مجاز به شرکت هستند.

براساس قوانین و استانداردهای تعیین شده از سوی انجمن مهندسی شیمی آمریکا، خودروهای ساخته شده باید کاملا خودکنترل باشند و در آغاز حرکت آنها از مکانیسم‌هایی مانند هل دادن یا کوک کردن استفاده نشود.

علاوه بر این ، استفاده از هر گونه باتری خشک یا دیگر باتری‌های تجاری موجود ، سیستم‌های ترمزی مکانیکی یا شیمیایی و ابزارهای زمانی مکانیکی یا الکترونیکی برای پایان دادن به واکنش شیمیایی و متوقف کردن خودرو نیز ممنوع اعلام شده بود.

کرمی در پایان خاطرنشان کرد، به رغم این که این تیم‌ها توانستند به مقام نایب‌قهرمانی مسابقات جهانی خودروهای شیمیایی دست یابند، اما در مرحله ثبت این مسابقات، با مشکلات بسیار زیادی مواجه بودند.

یکی از مشکلات اصلی این گروه، آن بود که از زمان برگزاری مسابقات و ثبت‌نام، مطلع شدند که دلیل آن، اطلاع‌رسانی نامناسب انجمن‌های داخلی مهندسی شیمی درباره این موضوع بوده است.

بر همین اساس، تیم‌هایی که در مسابقات داخلی خودروهای شیمیایی موفق به کسب رتبه‌های برتر شده بودند، طی مکاتبه با انجمن‌های شیمی در کشورهای دیگر و از طریق انجمن شیمی استرالیا که متولی برگزاری مسابقات سطح یک خودروهای شیمیایی است، از برگزاری این مسابقات در چین مطلع شدند و مراحل بعدی را برای حضور در این رقابت‌ها طی کردند.

مسابقات کمیکار ‌(chem-e-car)

در این مسابقات، خودروهایی در ابعاد کوچک از سوی دانشجویان مهندسی شیمی طراحی می‌شوند که سوخت مورد نیاز آنها از طریق انجام واکنش‌های شیمیایی تامین می‌شود. هریک از خودروهای ساخته شده تیم‌های شرکت‌کننده، در مسافت مشخصی حرکت می‌کنند تا قابلیت‌های آنها مورد بررسی قرار گیرد.

علاوه بر این، خودروهایی که دانشجویان شرکت‌کننده طراحی کرده‌اند حجم مشخصی از آب را در مسافت تعیین شده، جابه‌جا می‌کنند.

واکنش‌های شیمیایی باید به گونه‌ای تحت کنترل قرار بگیرند که این خودرو بتواند در پایان مسیر مسابقه براحتی متوقف شود و از عملکرد مناسبی در مسیر مسابقه برخوردار باشد.

این خودرو از نظر طراحی، روش‌های عملکرد سوخت، همچنین ایمنی استفاده از سوخت شیمیایی جهت تامین نیروی محرکه لازم مورد مقایسه و بررسی قرار می‌گیرند.

ابعاد خودروها نیز نباید بیشتر از اندازه تعیین شده باشد و تامین سوخت مورد نیاز آنها باید منطبق با روش‌های دوستدار محیط زیست که به عنوان راهکارهای سبز شناخته شده‌اند، انجام شود تا هیچ‌گونه آلودگی زیست‌محیطی به دنبال نداشته باشند.

فرانک فراهانی‌جم