تولید سوخت گیاهی در پژوهشگاه صنعت نفت

زمین و اتمسفر آن به گونه‌ای خلق شده که در یک فرآیند طولانی، کربن اضافه را که عامل اصلی گرمایش جهانی و به خطر افتادن حیات است فیلتر و در دل خود پنهان می‌کند. بیرون آوردن و سوزاندن این کربن به چند میلیون سال دیگر زمان نیاز دارد تا دوباره این پتوی کربنی جمع شده و گرمای کشنده دست از سر زمین بردارد.

با توجه به این مشکلات و رو به اتمام بودن سوخت‌های فسیلی در بسیاری از کشورها بناچار سوخت‌های گیاهی به جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی تبدیل خواهد شد و با توجه به اهمیت این موضوع حتی کشورهایی که از ذخایر فسیلی برخوردارند نیز در این زمینه گام‌هایی برداشته‌اند.

در کشور ما نیز در این زمینه تلاش‌هایی انجام شده و در همین خصوص بتازگی از ‌سوخت گیاهی تولیدی پژوهشگاه صنعت نفت رونمایی شده است.

با دکتر امیر ناصر احمدی ، رییس پژوهشکده علوم و فناوری‌های شیمیایی این پژوهشگاه درباره ضرورت استفاده از سوخت گیاهی و ویژگی‌های بیودیزل تولید شده در این پژوهشگاه گفت‌وگو کرده‌ایم.

سوخت گیاهی تولید شده در پژوهشگاه صنعت نفت براساس چه فرآیندی تولید شده است و ماده اولیه آن چیست؟

منابع اصلی که ما در تهیه این نوع بیودیزل از آن استفاده کرده‌ایم دانه‌های گیاهی و بخصوص دانه‌های روغنی خوراکی و پسماندهای روغنی بوده است. ما در تهیه این سوخت از پسماند روغن در بیمارستان‌ها و رستوران‌ها به عنوان یکی از منابع استفاده کرده‌ایم و هدفمان هم این بوده که بتوانیم این سوخت را از نوعی پسماند ارزانقیمت تهیه کنیم. فرآیند تهیه این سوخت واکنشی است تحت عنوان ترانس استریفیکاسیون با یک الکل که نتیجه این واکنش یک متیل استر است که این متیل استر با گازوئیل فرموله شده و به عنوان بیودیزل معرفی می‌شود.

آیا برای استفاده از این نوع سوخت لازم است تغییراتی در طراحی خودرو ایجاد شود؟

نکته‌ای که باید به آن توجه داشت این است که ما باید حداقل تغییرات ممکن را در موتور خودرو و ویژگی‌های اصلی آن ایجاد کنیم. بنابراین، این کار باید به شیوه‌ای چندمنظوره انجام شود. یعنی باید وزارت نفت از یک سو و وزارت کشاورزی از سوی دیگر برای تامین خوراک دانه‌های روغنی، کارخانه‌های خودروسازی برای طراحی موتور و در نهایت سازمان محیط زیست برای بررسی میزان تاثیرپذیری که استفاده از این سوخت می‌تواند در سطح جامعه داشته باشد در کنار هم فعالیت کنند تا بتوان به هدف نهایی در تولید سوخت بیودیزل و استفاده از آن به عنوان جایگزینی مناسب برای سوخت‌های فسیلی دست یافت.

ما در پژوهشگاه صنعت نفت از حدود پنج سال پیش طرح تولید بیودیزل را با همکاری دانشگاه تربیت مدرس آغاز کرده و موفق به تولید این سوخت در مقیاس آزمایشگاهی شده‌ایم. در تولید این سوخت از دانه‌های روغنی سویا، کلزا، آفتابگردان و پسماندهای روغنی استفاده کرده‌ایم و راندمان‌ها را نیز مورد مقایسه قرار داده‌ایم. محصول جانبی این فرآیند گلیسیرین است که برای این محصول نیز برنامه‌ای را در نظر گرفته‌ایم. اکنون گلیسیرنی که در زمینه‌های مختلف از آن استفاده می‌شود وارداتی است. این فرآورده جانبی کاربردهای متعددی دارد و به این ترتیب می‌توانیم از گلیسیرینی که در نتیجه این فرآیند تولید می‌شود به جای گلیسیرین وارداتی استفاده کنیم. ما در این مرحله این سوخت را در مقیاس 500 کیلوگرم تولید کرده‌ایم و این آمادگی را داریم که با همکاری بخش خصوصی این سوخت گیاهی را به تولید انبوه برسانیم.

پس به این ترتیب می‌توانیم بگوییم با تولید این سوخت گیاهی می‌توان به جای گازوئیل از یک منبع سوختی پاک استفاده کرد؟

در اینجا دو هدف را مد نظر قرار داده‌ایم. اول این که می‌خواهیم آلاینده‌های زیست‌محیطی ناشی از سوخت‌های فسیلی را که ترکیبات NOX و هیدروکربن‌هاست تا حد امکان کاهش دهیم. هدف دوم ما این است که در طراحی خودروها تغییراتی ایجاد نکنیم. ما در فرمولاسیون این سوخت تا B5 تست‌های کاربردی را انجام داده‌ایم. منظور از B5 بیودیزلی است که 5 درصد آن را بیودیزل تشکیل می‌دهد و 95 درصد دیگر آن همان گازوئیل است. اگرچه به نظر می‌رسد وجود 5 درصد بیودیزل در این سوخت از نظر کمی بسیار ناچیز است، اما وقتی میزان آلایندگی این سوخت را محاسبه می‌کنیم و آن را در تعداد خودروها در سطح کشور ضرب می‌کنیم به این نتیجه می‌رسیم که استفاده از این سوخت در سطح کشور تاثیر بسیار قابل ملاحظه‌ای دارد. ما با همکاری شرکت ایپکو که از شرکت‌های وابسته به ایران خودرو است تا B10 هم روی این سوخت مطالعات و تحقیقات لازم را انجام داده‌ایم تا بتوانیم با ایجاد کمترین تغییرات یا حتی بدون ایجاد هر گونه تغییری در طراحی خودرو‌ها از این سوخت استفاده کنیم. با توجه به این که می‌خواستیم احتیاط‌های لازم را رعایت کرده باشیم در نمایشگاه نوزدهم نفت و گاز، یکی از مینی‌بوس‌های پژوهشگاه صنعت نفت را با سوخت B2 تغذیه کردیم و میزان آلاینده‌های‌های آن را محاسبه کردیم. نتیجه این محاسبات نشان داد میزان آلاینده‌هایNOX و هیدروکربن‌ها به اندازه چشمگیر و قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند.

چه محدودیتی وجود دارد که نمی‌توان این سوخت را به طور صددرصد و بدون نیاز به ترکیب با گازوئیل مورد استفاده قرار داد؟

مشکلی که وجود دارد این که استفاده از این سوخت به تنهایی از نظر اقتصادی به صرفه نخواهد بود. ما در تولید این سوخت گیاهی از روغن‌های گیاهی استفاده کرده‌ایم. استفاده از پسماندها اگرچه هزینه کمتری دارد، اما راندمان پایین‌تری دارد. تولید بیودیزل از خود دیزل یا گازوئیل گران‌تر است. اگرچه ما در کشور باید به دنبال حل مشکلات و پیامدهای زیست‌محیطی ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی باشیم، اما موضوع اقتصاد اولویت شماره یک است. یعنی مشتری ابتدا قیمت را در نظر می‌گیرد و مشکلات زیست‌محیطی در بلندمدت خود را نشان می‌دهد. بنابر این یکی از مشکلات و محدودیت‌هایی که ما با آن مواجه بوده و هستیم این است که باید این سوخت را از نظر هزینه تمام شده متعادل کنیم. ایده‌ای که وجود دارد این است که از دانه‌های روغنی غیرخوراکی مانند جاتروفا استفاده کنیم. جاتروفا گیاهی است که ریشه هندی دارد و برای بیابان‌زدایی از این گیاه استفاده می‌شود از طرف دیگر دانه این گیاه غیرخوراکی است و گونه‌هایی از آن غیرسمی است. اگر این طرح پیاده شود به این معنی است که ما برای تولید این سوخت به یک خوراک ارزانقیمت دسترسی داریم که توجیه اقتصادی دارد و حتی ارزان‌تر از خود گازوئیل است. در نمایشگاه امسال با سازمان جنگل‌ها و مراتع تفاهم‌نامه‌ای را امضا کرده‌ایم که براساس این تفاهم‌نامه بین دو وزارتخانه نفت و کشاورزی، این سازمان به عنوان نماینده مسئولیت تامین جاتروفا و کشت این محصول را بر عهده گیرد. اکنون نیز این کار شروع شده و باغچه‌های کوچکی از این گیاه کاشته شده است. جاتروفا گیاهی است با دانه گیاهی غیرخوراکی که این دانه خوراکی قیمت بسیار پایینی دارد. روغن‌های خوراکی مصرفی ما از دانه‌های بسیار گرانقیمتی تهیه می‌شود و اگر بخواهیم بیودیزل را با استفاده از این دانه‌ها تهیه کنیم هزینه تولید آن از تولید گازوئیل نیز بالاتر خواهد بود. ما این گیاه را خودمان از هند وارد کرده‌ایم. روی این گیاه وارداتی مطالعاتی کرده‌ایم و واکنش را انجام داده و محصول نهایی را نیز مورد بررسی قرار دهیم که نتایج آن نشان می‌دهد این محصول بسیار خوب است و با محصول اصلی نیز تفاوت زیادی ندارد. بنابراین اگر ما بتوانیم این محدودیت اقتصادی را نیز تا حد زیادی برطرف کنیم امیدوار خواهیم بود در آینده‌ای نزدیک بتوانیم شاهد استفاده از این سوخت گیاهی در خودروها باشیم.

سوخت گیاهی تولیدی جایگزین گازوئیل خواهد شد. آیا برای تولید جایگزینی مناسب برای بنزین هم تحقیقاتی انجام شده است؟

برنامه بعدی ما این است که بتوانیم بیو بنزین را نیز به روش مشابهی تولید کنیم. در حقیقت در اینجا نیز روند کار مشابه تولید بیودیزل است. البته باید توجه داشت که تعداد هیدروکربن‌های بنزین یا به اصطلاح تعداد شاخه‌های آن کمتر است. تعداد هیدروکربن‌های روغن معمولا 12، 14 و بیشتر از 16 است، اما تعداد هیدروکربن‌های بنزین بین پنج تا 12 و معمولا بنزین‌های مصرفی هشت کربنه است. بنابراین در این فرآیند به شکست مولکولی نیاز داریم. پس بنابر این واکنش تولید بیو بنزین یک واکنش دو مرحله‌ای است. از یک طرف باید واکنش استریفیکاسیون یا تبدیل استر انجام شود از طرف دیگر باید این مولکول شکسته شود. یعنی ریشه اصلی این واکنش همان گیاه است و محصول نهایی هم بنزین است و هم بیوبنزین. این برنامه بعدی ما در پژوهشگاه صنعت نفت است. البته در مقیاس آزمایشگاهی در این زمینه کارهایی را انجام داده و به نتایج موفقیت‌آمیزی نیز دست یافته‌ایم.

فکر می‌کنید چه مدت زمانی طول می‌کشد تا سوخت بیودیزل بتواند جایگزین گازوئیل شده و در خودروهایی که در سطح شهر تردد دارد، مورد استفاده قرار گیرد؟

اکنون همه چیز آماده و مهیاست. ما با یک شرکت خصوصی در این زمینه فعالیت می‌کنیم و این شرکت همه تجهیزات لازم برای این کار را فراهم کرده است و دانش فنی برای تولید بیودیزل وجود دارد و تنها مشکل کنونی ما این است که بتوانیم محدودیت‌های اقتصادی موجود را نیز با استفاده از این گیاه جاتروفا برطرف کنیم و به این ترتیب با همکاری وزارتخانه‌های دیگر می‌توانیم این سوخت را به بازار عرضه کنیم. اگر همه شرایط مهیا باشد شاید تا سال دیگر بتوانیم این سوخت را به بازار عرضه کنیم.

ضرورت استفاده از سوخت گیاهی

در سال‌های اخیر جامعه جهانی به سوخت‌های پاک و گیاهی توجه ویژه‌ای داشته و در حقیقت تولید سوخت‌هایی با منشا گیاهی که چرخه کربن کوتاهی دارد به تمرکز اصلی جامعه جهانی تبدیل شده است و پیش‌بینی می‌شود تا 20 یا 30 سال آینده حتی خرید و فروش سوخت‌های فسیلی نیز با محدودیت‌هایی مواجه شود.

گیاهان با جذب دی‌اکسیدکربن از جو زمین و تبدیل آن به هیدروکربن‌های خوراکی، منبع مناسبی برای تولید سوخت است.

با سوزاندن این سوخت گرچه به همان اندازه سوخت‌های فسیلی آلودگی تولید می‌شود، اما کربن آزاد شده در یک چرخه کوتاه‌مدت، همین شش ماه پیش از جو برداشته شده بود و با سوزاندن بیوسوخت دوباره به جو بازمی‌گردد.

همین موضوع مزیت اصلی سوخت‌های گیاهی است. به این ترتیب کشور ما که ازجمله کشورهای دارنده منابع عظیم سوخت‌های فسیلی است و همچنین کشورهای دیگری که از منابع عظیم نفت و گاز برخوردارند در زمینه صادرات این سوخت به دیگر کشورها با مشکلات متعددی مواجه خواهند شد.

علت اصلی توجه به سوخت‌های گیاهی یا سوخت‌های پاک حفاظت از محیط زیست و جان انسان‌هاست.

مشکل اصلی سوخت‌های فسیلی وجود آلاینده‌های آروماتیک و ترکیبات گوگردی است که استفاده از آن در خودروها در سطح کشور ما و بسیاری از دیگر کشورها با پیامدهایی همراه بوده است بنابراین از حدود سه دهه قبل در کشورهایی مانند برزیل و آمریکای جنوبی که بخصوص منابع گیاهی وسیعی دارند این موضوع مطرح شد که بتوان ریشه سوخت‌ها را از منابع دانه‌های روغنی خوراکی یا غیرخوراکی تهیه کرد.

منابع فسیلی منابع گازی و نفتی است. اگرچه منابع گازی پاک است، اما نفت و برش‌های نفتی با آلودگی‌های زیادی همراه است. با توجه به اهمیت این موضوع در کشور ما نیز از حدود یک دهه پیش این موضوع مورد توجه قرار گرفته است البته استفاده از این نوع سوخت در کشور ما با محدودیت‌های همراه است و اندکی طول می‌کشد تا این بحث در کشور جا بیفتد، اما پیش‌بینی شده در آینده‌ای نزدیک یعنی تا حدود سه دهه آینده سوخت‌های گیاهی به جایگزین کاملی برای سوخت‌های فسیلی تبدیل شود.

فرانک فراهانی‌جم - گروه دانش