1:51 ص المكتبة الزراعية الشاملة

 

كتاب : دراسة جدوى مفصلة لمشروع إنتاج و تصنيع الوقود الحيوي من المخلفات الزراعية و أسس إنجازه و تكاليفه الاجمالية و أرباحه المقدرة

مصطلح "الوقود الحيوي" هو نوع من الوقود مشتق مباشرة من المادة الحية (مثل إيثانول الذرة). يعد الوقود الحيوي موارد مفيدة ومستدامة تشكل بديلاً جيدًا للوقود الأحفوري (مثل البترول). تاريخيًا، تم تصنيعها من المحاصيل الغذائية، مثل الذرة وقصب السكر وزيت النخيل وبذور القطن وعباد الشمس والقمح وفول الصويا. الوقود الحيوي محايد للكربون ولا يطلق غازات الدفيئة. ومع ذلك، فإن التقنيات الجديدة تتيح إنتاج الوقود الحيوي من الغازات غير الصالحة للأكل، والخشب، وغيرها من النفايات النباتية. إذن ما هي أساسيات الوقود الحيوي؟

إن جمال الوقود الحيوي هو أنه يمتص ثاني أكسيد الكربون من الهواء أثناء نموه. وعندما نحرقها في سياراتنا، فإننا نطلق ثاني أكسيد الكربون، ولكنه نفس الكربون الذي امتصته النباتات أثناء نموها. وعلى هذا الأساس فقط، يبدو أن الوقود الحيوي لا يصدر أي انبعاثات.

ما هي أساسيات الوقود الحيوي؟

تكمن مشكلة الوقود الحيوي في معالجة المواد الخام لصنع الوقود. في الوقت الحاضر، لا يزال إنتاجها مكلفًا نسبيًا. ومع ذلك، هناك عدد من التطورات في تقنيات الوقود الحيوي التي يبدو أنها ستحقق الإمكانات الهائلة التي توفرها كمصدر بديل للطاقة. هناك عملية إنتاج مثيرة وراء الوقود الحيوي والتعديلات التي تؤدي إلى كفاءات جديدة في الصناعة.

يعد استبدال الوقود الأحفوري بالوقود الحيوي مفيدًا للعمل على الحصول على المواد العضوية المتجددة. ولديها القدرة على الحد من بعض الجوانب غير المرغوب فيها لإنتاج واستخدام الوقود الأحفوري، بما في ذلك انبعاثات الملوثات التقليدية والغازات الدفيئة، واستنزاف الموارد القابلة للاستنزاف، والاعتماد على الموردين الأجانب غير المستقرين. ويمكن أن يؤدي الطلب على الوقود الحيوي أيضًا إلى زيادة دخل المزرعة. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب العديد من المواد الأولية للوقود الحيوي الأراضي والمياه والموارد الأخرى. تشير الأبحاث إلى أن إنتاج الوقود الحيوي قد يؤدي إلى العديد من التأثيرات غير المرغوب فيها.

كتاب : دليل انتاج الوقود الحيوي من المنتجات الزراعية

يتطلب إنتاج الوقود الحيوي طاقة؛ الأسمدة والجرارات ووسائل النقل والطاقة لتحويل النباتات إلى وقود سائل. كما أن زراعة هذه المحاصيل وتنميتها يغير كمية الكربون المخزنة في التربة. إن استخدام المحاصيل الغذائية الموجودة أو الأراضي الصالحة للزراعة لإنتاج الوقود الحيوي يمكن أن يؤدي إلى إزالة الغابات في المزارع. ويتم توسيع هذا في أماكن أخرى، للتعويض عن الإنتاج الغذائي المفقود.

يجب علينا أن نقيم بدقة تأثير الوقود الحيوي وننظر إلى ما يسمى "تحليل دورة الحياة". ويمكن تفسير ذلك ببساطة على أنه الجهد المبذول لزراعة المحاصيل وحصادها وتحويلها إلى وقود ونقلها إلى مواقع التوزيع وحرقها.

الجيل الاول

يتم تصنيع الوقود الحيوي من الجيل الأول من محاصيل السكر (قصب السكر، وبنجر السكر)، ومحاصيل النشا (الذرة، والذرة الرفيعة)، ومحاصيل البذور الزيتية (فول الصويا، والكانولا)، والدهون الحيوانية. يتم إنتاج الكحوليات الحيوية مثل الإيثانول والبيوتانول والبروبانول من خلال تخمير محاصيل السكر والنشا. يمكن إنتاج وقود الديزل الحيوي عن طريق معالجة الزيوت والدهون الحيوانية. وقود الكحول الحيوي الأكثر شعبية هو الإيثانول. يمكن لغالبية السيارات أن تعمل بخليط البنزين والإيثانول الذي يحتوي على ما يصل إلى 10% من الإيثانول (من حيث الحجم). E85 عبارة عن خليط من البنزين والإيثانول يحتوي على ما يصل إلى 85٪ من الإيثانول وهو مناسب للاستخدام في سيارات الوقود المرنة. وفقا لوزارة الطاقة الأمريكية، كان هناك أكثر من 2300 محطة وقود E85 منتشرة في جميع أنحاء الولايات المتحدة في عام 2013.

الجيل الثاني

ويصنعها المنتجون والعلماء من محاصيل غير غذائية مثل الخشب، والنفايات العضوية، ونفايات المحاصيل الغذائية، وبعض محاصيل الكتلة الحيوية، مما يزيل مشكلة كبيرة تتعلق بالجيل الأول من الوقود الحيوي. ويهدف الوقود الحيوي من الجيل الثاني أيضًا إلى أن يكون أكثر قدرة على المنافسة من حيث التكلفة مع الوقود الأحفوري الحالي. تظهر تقييمات دورة حياة الجيل الثاني من الوقود الحيوي أيضًا زيادة صافية في مكاسب الطاقة الإيجابية للتغلب على قيد مهم آخر للوقود الحيوي من الجيل الأول.  

الجيل الثالث:

يستخدم الوقود الحيوي من الجيل الثالث محاصيل طاقة معدلة خصيصًا مثل الطحالب. نحن نزرع الطحالب لتكون بمثابة مصدر منخفض التكلفة وعالي الطاقة ومتجدد بالكامل. ومن المتوقع أيضًا أن يكون لهذا المورد القدرة على إنتاج المزيد من الطاقة لكل هكتار مقارنة بالمحطات التقليدية. يمكن أن تنمو الطحالب أيضًا على الأراضي والمسطحات المائية غير المناسبة لإنتاج الغذاء. ميزة أخرى للوقود الحيوي المعتمد على الطحالب هي أنه يمكن معالجتها وتحويلها إلى أنواع وقود مختلفة مثل الديزل والبنزين ووقود الطائرات. من المحتمل أن يكون محايدًا للكربون (يمتص وينبعث نفس الكمية من الكربون).

الجيل الرابع:

ولا يهدف الوقود الحيوي من الجيل الرابع إلى توليد طاقة مستدامة فحسب، بل يهدف أيضاً إلى توفير وسيلة لالتقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون. يتم تحويل المواد الخام للكتلة الحيوية التي تمتص ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية النمو إلى وقود من خلال نفس العملية مثل الوقود الحيوي من الجيل الثاني. تختلف هذه العملية عن إنتاج الجيلين الثاني والثالث لأننا نقوم بحبس ثاني أكسيد الكربون خلال جميع مراحل الإنتاج، باستخدام عمليات مثل الاحتراق بالأكسجين.

يقوم العلماء بعزل ثاني أكسيد الكربون عن طريق تخزينه في حقول النفط والغاز القديمة أو طبقات المياه الجوفية المالحة. إن التقاط ثاني أكسيد الكربون هذا يجعل إنتاج الوقود الحيوي من الجيل الرابع سلبيًا للكربون وليس مجرد محايد للكربون، لأنه يلتقط ثاني أكسيد الكربون أكثر مما ينتجه. ولا يقتصر هذا النظام على التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي فحسب، بل يقلل أيضًا من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون عن طريق استبدال الوقود الأحفوري

كتاب : الدليل العملي في الوقود الحيوي : الآفاق و المخاطر و الفرص

أنواع الوقود الحيوي

مصادر الطاقة المتجددة، يمكن تحويل الكتلة الحيوية مباشرة إلى وقود سائل، يسمى "الوقود الحيوي" للمساعدة في تلبية احتياجات وقود النقل. النوعان الأكثر شيوعًا من الوقود الحيوي المستخدم اليوم هما الإيثانول والديزل الحيوي، وكلاهما يمثل الجيل الأول من تكنولوجيا الوقود الحيوي.

تعاون مكتب تقنيات الطاقة الحيوية لكفاءة الطاقة والطاقة المتجددة لتطوير الجيل التالي من الوقود الحيوي المصنوع من النفايات والكتلة الحيوية السليلوزية والموارد القائمة على الطحالب، مع التركيز بشكل أساسي على إنتاج الوقود الحيوي الهيدروكربوني - المعروف أيضًا باسم الوقود "المباشر". وهذا بمثابة بديل للبترول في المصافي والخزانات وخطوط الأنابيب والمضخات والمركبات والمحركات الأصغر الموجودة.

أساسيات الوقود الحيوي: الإيثانول الحيوي

يتم إنتاج الإيثانول (CH3CH2OH)، وهو مادة متجددة، من مجموعة متنوعة من المكونات النباتية التي يشار إليها عادة باسم "الكتلة الحيوية". يضاف الكحول المعروف باسم الإيثانول إلى البنزين لزيادة الأوكتان وتقليل الملوثات التي تساهم في التلوث، مثل أول أكسيد الكربون. يمكن لمعظم المركبات التقليدية التي تعمل بالبنزين أن تعمل بمزيج من الإيثانول يصل إلى E15 (15% إيثانول، 85% بنزين). الشكل الأكثر شيوعًا هو E10 (10٪ إيثانول، 90٪ بنزين). بعض السيارات، المعروفة باسم مركبات الوقود المرن، يتم تصنيعها لتعمل على E85. يحتوي هذا الوقود البديل على نسبة إيثانول أكبر بكثير من البنزين العادي (51% - 83% إيثانول، حسب المنطقة والموسم). وفي الولايات المتحدة، يوجد الإيثانول في حوالي 97% من البنزين.  

وعلى العكس من ذلك، لا يزال العلماء يعملون على التكنولوجيا التي من شأنها أن تمكن من الاستفادة من السليلوز والهيميسيلولوز. تشكل مادة الألياف غير الصالحة للأكل غالبية المواد النباتية. في الوقت الحالي، نقوم بإنتاج غالبية الإيثانول باستخدام النشاء النباتي والسكريات، وخاصة نشا الذرة، في الولايات المتحدة. نحن نستخدم التخمير لوصف العملية الشائعة لتحويل الكتلة الحيوية إلى إيثانول. يتم استقلاب السكريات النباتية وتكوين الكائنات الحية الدقيقة (مثل البكتيريا والخميرة) أثناء التخمير. وهذا ينتج الإيثانول.

أساسيات الوقود الحيوي: وقود الديزل الحيوي

الأمر بسيط للغاية، حيث يمكننا استبدال وقود الديزل (المصنوع من البترول) بوقود الديزل الحيوي. هذا هو الوقود السائل الذي يصنعه العلماء من موارد متجددة مثل الزيوت النباتية الطازجة والمستعملة والدهون الحيوانية، ويتم إنتاجه عن طريق خلط الكحول مع الزيت النباتي أو الدهون الحيوانية أو شحوم الطبخ المستعملة. وقود الديزل الحيوي غير ضار وقابل للتحلل. نحن نستخدم وقود الديزل الحيوي لتشغيل محركات الاشتعال بالضغط (الديزل)، تمامًا مثل الديزل المشتق من النفط. تتضمن أساسيات الوقود الحيوي وقود الديزل الحيوي النقي (B100) والمزيج الأكثر شيوعًا، B20 (الذي يحتوي على 20% وقود الديزل الحيوي و80% وقود الديزل النفطي). يمكن مزجهما مع الوقود البترولي بأي نسبة.

أساسيات الوقود الحيوي: البيوتانول الحيوي

البيوتانول الحيوي هو كحول رباعي الكربون يتم إنتاجه عن طريق تخمير الكتلة الحيوية. يمكن للعلماء إنتاج هذا في مصانع إنتاج الإيثانول. يستخدم البيوتانول الحيوي بشكل رئيسي كوقود لمحركات الاحتراق الداخلي. خصائصه تشبه البنزين. يمكن لبعض المركبات التي تعمل بالبنزين استخدام البيوتانول الحيوي دون تعديل ويمكن إضافته إلى البنزين بتركيزات تصل إلى 11.5% من حيث الحجم. على العكس من ذلك، فإن العيب الرئيسي للبيوتانول الحيوي هو انخفاض محتواه من الطاقة (أقل من البنزين)، بمتوسط 10-20٪. يتمتع البيوتانول الحيوي بالقدرة على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 85% مقارنة بالبنزين.  

أساسيات الوقود الحيوي: الغاز الحيوي

الغاز الحيوي هو مصدر طاقة متجدد وصديق للبيئة يتم إنتاجه عن طريق تحلل المواد العضوية مثل بقايا الطعام والنفايات الحيوانية. كوقود متجدد، ننتج الغاز الحيوي عندما نقوم بتكسير المواد العضوية، مثل الطعام أو فضلات الحيوانات، مما يخلق عملية علمية بين الكائنات الحية الدقيقة في غياب الأكسجين. وتسمى هذه العملية الهضم اللاهوائي. ولكي يحدث هذا، نحتاج إلى وضع النفايات في بيئة لا يوجد فيها الأكسجين.

يمكن أن يحدث الغاز الحيوي بشكل طبيعي أو كجزء من عملية صناعية لتكوينه كوقود عمدًا. يتكون الغاز الحيوي بشكل رئيسي من الميثان وثاني أكسيد الكربون. ويمكن أن يشتمل أيضًا على كميات صغيرة من كبريتيد الهيدروجين والسيلوكسانات وبعض الرطوبة. وتختلف الكميات النسبية منها تبعًا لنوع النفايات المشاركة في إنتاج الغاز الحيوي الناتج. إذا قمنا بتنظيف الغاز الحيوي بما فيه الكفاية، فيمكننا ترقيته إلى معايير الغاز الطبيعي، ليحل محل الغاز الطبيعي. وتتحول المادة بعد ذلك إلى الميثان الحيوي، الذي يستخدم بطريقة مشابهة للميثان، كمصدر للطهي والتدفئة.

المحاصيل النباتية للوقود الحيوي

قصب السكر

تعمل البرازيل على زراعة محاصيل الطاقة منذ السبعينيات. كان هذا رداً على أزمة النفط في الشرق الأوسط في ذلك العقد، حيث أن إنتاج الإيثانول من قصب السكر أرخص بست مرات من استخدام الذرة. يقوم العلماء بتحويل قصب السكر إلى إيثانول حيوي، مثل الذرة. لقد استثمرت البرازيل مليارات الدولارات في هذه الصناعة، وأصبح شراءها الآن أرخص من شراء البنزين. في الثمانينيات، كانت معظم السيارات في البرازيل تعمل بمحرك الإيثانول. اليوم، نقوم بتشغيل معظم السيارات إما بالوقود الأحفوري أو الوقود الحيوي  .

زيت النخيل

يعد زيت النخيل أحد أكثر الأمثلة المتاحة للوقود الحيوي كفاءة في استخدام الطاقة. تتوافق محركات الديزل أيضًا مع الوقود الحيوي المصنوع من زيت النخيل. يحظى زيت النخيل بشعبية خاصة في ماليزيا وإندونيسيا. لسوء الحظ، فإن زراعة أشجار النخيل لها مشاكلها الخاصة. تسببت المنافسة مع المحاصيل النباتية الأخرى في حرق آلاف الأفدنة من الغابات المطيرة كل يوم. وهذا يضر بالنظام البيئي ويهدد التنوع البيولوجي.

فول الصويا

من المؤكد أن البشر يمكنهم استخدام فول الصويا كمصدر بديل للوقود، حيث يهيمنون على صناعة الوقود الحيوي في الولايات المتحدة. يمكن للسيارات والمعدات الثقيلة وحتى الحافلات أن تعمل بوقود فول الصويا الحيوي النقي أو عن طريق مزج وقود الديزل الحيوي من الصويا مع وقود الديزل التقليدي.

الجاتروفا

تعد الهند حاليًا أكبر منتج للجاتروفا في العالم، وتتركز صناعة وقود الديزل الحيوي لديها حول هذا المحصول. وهو مفيد بشكل خاص للمزارعين الريفيين الذين يمكنهم زراعة هذا المحصول على الأراضي الزراعية غير المناسبة للعديد من المحاصيل الأخرى. كما يمكن أن تعيش نباتات الجاتروفا لمدة 50 عامًا وتتكيف جيدًا مع الجفاف والآفات. يمكننا سحق بذور النباتات المزروعة لتحرير الزيت اللازم لإنتاج وقود الديزل الحيوي. حتى حالات البذور والمواد النباتية يمكن معالجتها باستخدام الطرق العلمية لتحويل الكتلة الحيوية. تُظهر نباتات القنب والعشب والطحالب إمكانات هائلة.

أساسيات الوقود الحيوي: ما مدى استدامة الوقود الحيوي؟

يظهر الوقود الحيوي الكثير من الأمل لمستقبلنا المعتمد على الطاقة لأنه متجدد وصديق للبيئة. وبعبارة أخرى، فإن الوقود الحيوي مستدام. ومع ذلك، لا توجد العديد من الأنظمة المعمول بها والتي تعتبر قابلة للتطبيق اقتصاديًا للإنتاج على نطاق صناعي. الذرة، وبدرجة أقل، فول الصويا والميلو هي المحاصيل الوحيدة حتى الآن التي تستخدم لإنتاج الوقود الحيوي في الولايات المتحدة.

هناك عيوب أيضًا، بما في ذلك كمية الأراضي والموارد (مثل المياه والأسمدة) اللازمة لزراعة المحاصيل، واستخدام المحاصيل الغذائية كوقود. وهذا، على وجه الخصوص، يخلق مشاكل مع ارتفاع أسعار المواد الغذائية وإزالة الغابات. وأفضل الأمثلة على الوقود الحيوي هو ذلك المنتج من مواد نباتية لا يستهلكها الإنسان، مثل سيقان الذرة والأعشاب ورقائق الخشب. عندما نحصد "الكتلة الحيوية" ونعالجها، يستطيع العلماء تحويل الخلايا النباتية إلى حالة مناسبة لإنتاج الوقود الحيوي. ولسوء الحظ، فإن العمليات التي يستخدمها العلماء لتحويل الكتلة الحيوية إلى وقود حيوي يمكن أن تكون مكلفة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب بعض تفاعلات الوقود الحيوي مواد كيميائية قاسية يمكن أن تخلق مشاكل بيئية خاصة بها.....

-----------------

تنزيل الكتاب

----------------------------

مشاركة