تطبيق الديزل الحيوي

وقود الديزل الحيوي هو سائل يتم الحصول عليه من الدهون الطبيعية كالزيوت النباتية أو الدسمة ، مع أو بدون استخدام ، واحدة عن طريق العمليات الصناعية من الأسترة والاستبدال ويتم تطبيقها في إعداد الاستبدال الكلي أو الجزئي للبتروديليز أو زيت الغاز المتحصل عليه من البترول. يمكن خلط وقود الديزل الحيوي بزيت الديزل من تكرير البترول بكميات مختلفة.

إنتاج
تنتج البيوديزل عادة عن طريق تحويل الزيت النباتي أو المواد الخام للدهون الحيوانية ، وغيرها من المواد الخام غير الصالحة للأكل مثل زيت القلي ، إلخ. هناك عدة طرق لتنفيذ تفاعل الاستبدال هذا بما في ذلك عملية الدُفعة الشائعة ، والمحفزات غير المتجانسة ، فوق الحرجة. العمليات ، والطرق فوق الصوتية ، وحتى طرق الميكروويف.

كيميائيًا ، يشتمل الديزل الحيوي الذي يتم نقله إلى خليط من إسترات أحادية الألكيل للأحماض الدهنية طويلة السلسلة. يستخدم الشكل الأكثر شيوعًا الميثانول (المحوّل إلى ميثوكسيد الصوديوم) لإنتاج استرات الميثيل (يشار إليها عادةً باسم حمض الدهنية Methyl Ester – FAME) لأنها أرخص أنواع الكحول المتاحة ، على الرغم من أنه يمكن استخدام الإيثانول لإنتاج استر استر (يشار إليه عادةً كما تم استخدام وقود الديزل الحيوي والكحولات الأعلى مثل الأيزوبروبانول والبيوتانول كما هو الحال مع حمض الأثيلين إيثيل إستر – FAEE. إن استخدام كحوليات ذات أوزان جزيئية أعلى يحسن خصائص التدفق البارد للإستر الناتج ، على حساب تفاعل الاستبدال الأقل كفاءة. يتم استخدام عملية إنتاج transidification الدهون لتحويل النفط قاعدة إلى استرات المرجوة. يتم تحويل أي أحماض دهنية حرة (FFAs) في الزيت الأساسي إلى الصابون وإزالتها من العملية ، أو يتم إسترتيريد (إنتاج المزيد من وقود الديزل الحيوي) باستخدام محفز حمضي. بعد هذه المعالجة ، على عكس الزيت النباتي المستقيم ، تحتوي البيوديزل على خصائص احتراق مشابهة جداً لتلك الخاصة بالديزل النفطي ، ويمكن أن تحل محلها في معظم الاستخدامات الحالية.

يتم استخدام الميثانول المستخدم في معظم عمليات إنتاج الديزل الحيوي باستخدام مدخلات الوقود الأحفوري. ومع ذلك ، هناك مصادر للميثانول المتجدد مصنوعة باستخدام ثاني أكسيد الكربون أو الكتلة الحيوية كمادة وسيطة ، مما يجعل عمليات إنتاجها خالية من الوقود الأحفوري.

منتج ثانوي لعملية transestification هو إنتاج الجلسرين. لكل 1 طن من وقود الديزل الحيوي التي يتم تصنيعها ، يتم إنتاج 100 كجم من الجلسرين. في الأصل ، كان هناك سوق ثمين للغليسيرول ، الذي ساعد اقتصاديات العملية ككل. ومع ذلك ، مع زيادة إنتاج الديزل الحيوي العالمي ، فإن سعر السوق لهذا الجلسرين الخام (الذي يحتوي على 20٪ من مخلفات الماء والمحفز) قد انهار. تجري الأبحاث على مستوى العالم لاستخدام هذا الجلسرين ككتلة بناء كيميائي (انظر المادة الكيميائية الوسيطة تحت مادة “الجلسرين” في ويكيبيديا). إحدى المبادرات في المملكة المتحدة هي The Glycerol Challenge.

عادة يجب تنقية هذا الجلسرين الخام ، عادة عن طريق إجراء التقطير الفراغي. هذا هو بالأحرى الطاقة المكثفة. ويمكن بعد ذلك استخدام الجلسرين المكرر (98 ٪ + نقاء) مباشرة ، أو تحويلها إلى منتجات أخرى. وقد تم الإعلان في عام 2007: أعلن مشروع مشترك بين شركة آشلاند وكارغيل عن خطط لجعل البروبيلين جليكول في أوروبا من الجلسرين ، كما أعلنت شركة داو كيميكال عن خطط مماثلة لأمريكا الشمالية. وتعتزم داو أيضا بناء مصنع في الصين لصناعة مادة “إيبيكلور هيدرين” من الجلسرين. Epichlorhydrin هو مادة خام لراتنجات الايبوكسي.

مستويات الانتاج
في عام 2007 ، كانت طاقة إنتاج الديزل الحيوي تنمو بسرعة ، بمتوسط ​​معدل نمو سنوي من 2002-2006 من أكثر من 40٪. وبالنسبة لعام 2006 ، وهو أحدث ما يمكن الحصول عليه من أرقام الإنتاج الفعلية ، بلغ إجمالي إنتاج البيوديزل في العالم حوالي 5 إلى 6 ملايين طن ، مع 4.9 مليون طن في أوروبا (منها 2.7 مليون طن من ألمانيا) ومعظم البقية من الولايات المتحدة الامريكية. في عام 2008 ، ارتفع الإنتاج في أوروبا وحدها إلى 7.8 مليون طن. في يوليو 2009 ، تمت إضافة واجب إلى وقود الديزل الحيوي الأمريكي المستورد في الاتحاد الأوروبي من أجل تحقيق التوازن في المنافسة من المنتجين الأوروبيين ، وخاصة الألمان. بلغت القدرة لعام 2008 في أوروبا 16 مليون طن. ويقارن ذلك مع إجمالي الطلب على الديزل في الولايات المتحدة وأوروبا بنحو 490 مليون طن (147 مليار جالون). بلغ إجمالي الإنتاج العالمي من الزيوت النباتية لجميع الأغراض في 2005/2006 حوالي 110 مليون طن ، مع حوالي 34 مليون طن من زيت النخيل وزيت فول الصويا. واعتبارًا من عام 2018 ، تعد إندونيسيا أكبر مورد في العالم للوقود الحيوي المستند إلى palmoil بإنتاج سنوي يبلغ 3.5 مليون طن ، ومن المتوقع تصدير حوالي مليون طن من الديزل الحيوي.

أنتج إنتاج البيوديزل في الولايات المتحدة عام 2011 الصناعة إلى معلم جديد. بموجب معيار الوقود المتجدد لوكالة حماية البيئة ، تم تنفيذ أهداف لمحطات إنتاج الديزل الحيوي من أجل مراقبة وتوثيق مستويات الإنتاج مقارنةً بالطلب الإجمالي. وفقًا لبيانات نهاية العام التي نشرتها وكالة حماية البيئة ، بلغ إنتاج الديزل الحيوي في عام 2011 أكثر من مليار غالون. تجاوز رقم الإنتاج هذا الهدف البالغ 800 مليون غالون الذي حددته وكالة حماية البيئة. يبلغ الإنتاج المتوقع لعام 2020 حوالي 12 مليار غالون.

توافر والأسعار
بلغ الإنتاج العالمي من البيوديزل 3.8 مليون طن في عام 2005. حوالي 85٪ من إنتاج الديزل الحيوي جاء من الاتحاد الأوروبي.

في عام 2007 ، في الولايات المتحدة ، كان متوسط ​​أسعار التجزئة (عند المضخة) ، بما في ذلك ضرائب الوقود الفيدرالية والحكومية ، من B2 / B5 أقل من الديزل النفطي بحوالي 12 سنتًا ، وكانت خلائط B20 مماثلة للبترول الديزل. ومع ذلك ، كجزء من التحول الجذري في تسعير الديزل ، بحلول يوليو 2009 ، كانت وزارة الطاقة الأمريكية تعلن عن متوسط ​​تكلفة 15 مليار دولار للجالون أعلى من وقود الديزل (2.69 دولار / جالون مقابل 2.54 دولار / جالون). تكلف B99 و B100 بشكل عام أكثر من بترولز الديزل ، باستثناء الحالات التي تقدم فيها الحكومات المحلية حوافز أو إعانات ضريبية. في شهر أكتوبر 2016 ، كان وقود الديزل الحيوي (B20) أقل بـ 2 سنت / جالون من البترودول.

وقود الديزل الحيوي
يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الزيوت لإنتاج وقود الديزل الحيوي. وتشمل هذه:

يستخدم زيت اللحم البكر – زيوت اللفت وزيت الصويا الأكثر شيوعًا ، ويمثل زيت الصويا حوالي نصف الإنتاج الأمريكي. كما يمكن الحصول عليها من بونغاميا ، بينيكريس الحقل و الجاتروفا وغيرها من المحاصيل مثل الخردل والجوجوبا والكتان وعباد الشمس وزيت النخيل وجوز الهند والقنب (انظر قائمة الزيوت النباتية للوقود الحيوي لمزيد من المعلومات) ؛
نفايات الزيوت النباتية (WVO) ؛
الدهون الحيوانية بما في ذلك الشحم ، والدهن ، والشحوم الصفراء والدهون والدهون ، والمنتجات الثانوية لإنتاج الأحماض الدهنية أوميغا 3 من زيت السمك.
الطحالب ، والتي يمكن زراعتها باستخدام مواد النفايات مثل مياه الصرف الصحي ودون تشريد الأراضي المستخدمة حاليا لإنتاج الغذاء.
النفط من النباتات الملحية مثل Salicornia bigelovii ، والتي يمكن زراعتها باستخدام المياه المالحة في المناطق الساحلية حيث لا يمكن زراعة المحاصيل التقليدية ، مع غلة تعادل محاصيل فول الصويا والبذور الزيتية الأخرى التي تزرع باستخدام الري في المياه العذبة
حمأة مياه المجاري – يجذب حقل الصرف الصحي إلى الوقود الحيوي اهتمام الشركات الكبرى مثل إدارة النفايات والشركات الناشئة مثل InfoSpi ، التي تراهن على أن الديزل الحيوي القابل للصرف المتجدد يمكن أن يصبح منافسًا للديزل النفطي على السعر.

يشير العديد من المناصرين إلى أن نفايات الزيوت النباتية هي أفضل مصدر للنفط لإنتاج وقود الديزل الحيوي ، ولكن بما أن العرض المتاح أقل بشكل كبير من كمية الوقود القائم على النفط الذي يتم حرقه من أجل النقل والتدفئة المنزلية في العالم ، فإن هذا الحل المحلي لا يمكن مقياس لمعدل الاستهلاك الحالي.

الدهون الحيوانية هي نتاج ثانوي لإنتاج اللحوم والطهي. على الرغم من أنه من غير المجدي تربية الحيوانات (أو صيد الأسماك) لمجرد تناولها للدهون ، فإن استخدام المنتج الثانوي يضيف قيمة إلى صناعة المواشي (الخنازير ، الماشية ، الدواجن). واليوم ، تقوم منشآت وقود الديزل الحيوي متعددة المواد الأولية بإنتاج وقود ديزل حيوي عالي الجودة. وفي الوقت الحالي ، يجري بناء مصنع قيمته 5 ملايين دولار في الولايات المتحدة الأمريكية ، بهدف إنتاج 11.4 مليون لتر من الديزل (3 ملايين جالون) من بعض الدهن المقدر بنحو مليار كيلوغرام (2،2 مليار جنيه) من دجاج الدجاج المنتج سنويًا مصنع الدواجن تايسون. وبالمثل ، تستخدم بعض مصانع الديزل الحيوي الصغيرة نفايات زيت السمك كمادة وسيطة. يقترح مشروع تموله الإتحاد الأوروبي (ENERFISH) أنه في مصنع فيتنامي لإنتاج وقود الديزل الحيوي من السلور (basa ، المعروف أيضا باسم pangasius) ، يمكن إنتاج 13 طن / يوم من وقود الديزل الحيوي من 81 طن من النفايات السمكية (مما يؤدي بدوره إلى من 130 طن من الأسماك). يستخدم هذا المشروع وقود الديزل الحيوي لتغذية وحدة CHP في مصنع معالجة الأسماك ، وذلك أساسا لتشغيل محطة تجميد الأسماك.

كمية المواد الأولية المطلوبة
الإنتاج العالمي الحالي من الزيوت النباتية والدهون الحيوانية لا يكفي لاستبدال الوقود الأحفوري السائل. علاوة على ذلك ، يعترض البعض على الكم الهائل من الزراعة وما ينتج عنها من إخصاب ، واستخدام مبيدات الآفات ، وتحويل استخدام الأراضي التي ستكون ضرورية لإنتاج الزيوت النباتية الإضافية. يقدر وقود الديزل المقدر للنقل وزيت التدفئة المنزلي المستخدم في الولايات المتحدة بحوالي 160 مليون طن (350 مليار جنيه استرليني) وفقا لإدارة معلومات الطاقة ، وزارة الطاقة الأمريكية. في الولايات المتحدة ، يقدر إنتاج الزيت النباتي لجميع الاستخدامات بحوالي 11 مليون طن (24 مليار جنيه) ويقدر إنتاج الدهون الحيوانية بـ 5.3 مليون طن (12 مليار جنيه).

إذا كانت مساحة الأراضي الصالحة للزراعة بالكامل في الولايات المتحدة الأمريكية (470 مليون فدان أو 1.9 مليون كيلومتر مربع) مخصصة لإنتاج وقود الديزل الحيوي من فول الصويا ، فإن هذا سيوفر فقط 160 مليون طن المطلوبة (بافتراض متفائلة تبلغ 98 غالونا / فدان من وقود الديزل الحيوي). . يمكن تخفيض مساحة الأرض هذه من حيث المبدأ باستخدام الطحالب ، إذا كان من الممكن التغلب على العقبات. وتقدر وزارة الطاقة الأمريكية أنه إذا استبدلت وقود الطحالب كل الوقود النفطي في الولايات المتحدة ، فسوف تحتاج إلى 15،000 ميل مربع (39،000 كيلومتر مربع) ، والتي هي بضعة آلاف ميل مربع أكبر من ولاية ماريلاند ، أو 30 ٪ أكبر من مساحة بلجيكا. بافتراض وجود 140 طن / هكتار (15000 جالون أمريكي / فدان). بالنظر إلى عائد أكثر واقعية من 36 طن / هكتار (3834 US gal / acre) فإن المساحة المطلوبة تبلغ حوالي 152،000 كيلو متر مربع ، أو مساوية تقريبا لحالة ولاية جورجيا أو إنجلترا وويلز. وتتمثل مزايا الطحالب في إمكانية نشوئها على الأراضي غير الصالحة للزراعة مثل الصحارى أو في البيئات البحرية ، كما أن إنتاجية النفط المحتملة أعلى بكثير من النباتات.

يخضع أو يستسلم
تؤثر كفاءة عائد المواد الأولية في وحدة المساحة على جدوى زيادة الإنتاج إلى المستويات الصناعية الضخمة المطلوبة لتشغيل نسبة كبيرة من المركبات.

بعض العوائد النموذجية
ا & قتصاص يخضع أو يستسلم
L / هكتار الولايات المتحدة غال / فدان
زيت النخيل 4752 508
جوزة الهند 2151 230
Cyperus esculentus 1628 174
اللفت 954 102
سوي (إنديانا) 554-922 59،2-98،6
الشحم الصيني 907 97
الفول السوداني 842 90
دوار الشمس 767 82
قنب 242 26
“الوقود الحيوي: بعض الأرقام”. Grist.org. استرجع 2010-03-15.
Makareviciene et al.، “Opportunities for the use of chufa sedge in biiodiesel production”،
المحاصيل والمنتجات الصناعية ، 50 (2013) ص. 635 ، الجدول 2.
كلاس ، دونالد ، “الكتلة الحيوية للطاقة المتجددة ، والوقود ،
والكيماويات “، صفحة 341. Academic Press ، 1998.
Kitani، Osamu، “Volume V: Energy and Biomass Engineering،
CIGR Handbook of Agricultural Engineering،، Amer Society of Agricultural، 1999.
لم يتم تحديد عوائد وقود الطحالب بدقة بعد ، ولكن ذكرت وزارة الطاقة الأمريكية أن الطحالب تنتج طاقة تزيد 30 مرة عن كل فدان من المحاصيل الزراعية مثل فول الصويا. يعتبر إنتاج عامي 36 هكتار / هكتار عمليا من قبل Ami Ben-Amotz من معهد علوم المحيطات في حيفا ، الذي كان يزرع الطحالب تجاريا لأكثر من 20 عاما.

وقد أشير إلى الجاتروفا كمصدر عالي الإنتاجية للديزل البيولوجي ، ولكن الغلة تعتمد بشكل كبير على الظروف المناخية والتربة. وضعت التقديرات في نهاية منخفضة العائد عند حوالي 200 US غال / فدان (1.5-2 طن لكل هكتار) لكل محصول. في المناخات الأكثر ملاءمة تم تحقيق محصولين أو أكثر في السنة. يزرع في الفلبين ومالي والهند ، وهو مقاوم للجفاف ، ويمكن أن يتقاسم الفضاء مع المحاصيل النقدية الأخرى مثل البن والسكر والفواكه والخضروات. وهي مناسبة تماماً للأراضي شبه القاحلة ويمكن أن تسهم في إبطاء التصحر ، وفقاً لداعميها.

الكفاءة والحجج الاقتصادية
وفقا لدراسة من قبل الدكاترة. فان داين ورايمر لسلطة وادي تينيسي ، تستهلك المزرعة الأمريكية المتوسطة الوقود بمعدل 82 لتر لكل هكتار (8.75 جالون أمريكي / فدان) من الأرض لإنتاج محصول واحد. ومع ذلك ، ينتج متوسط ​​إنتاجية بذور اللفت النفط بمعدل يبلغ 1.029 لتر / هكتار (110 غالونا / فدان) ، وتنتج حقول بذر اللفت ذات الإنتاجية العالية حوالي 1،356 لتر / هكتار (145 غالونا / فدان). نسبة المدخلات إلى المخرجات في هذه الحالات هي تقريبا 1: 12.5 و 1: 16.5. من المعروف أن التمثيل الضوئي له معدل كفاءة يبلغ حوالي 3 – 6٪ من إجمالي الإشعاع الشمسي ، وإذا تم استخدام الكتلة الكاملة للمحصول لإنتاج الطاقة ، فإن الكفاءة الكلية لهذه السلسلة تبلغ حاليًا حوالي 1٪ بينما قد يقارن هذا بشكل غير مواتٍ بالطاقة الشمسية. وحيث أن الخلايا الشمسية مجتمعة بقطار محرك كهربائي ، تكون تكلفة الديزل الحيوي أقل تكلفة (تكلفة الخلايا الشمسية حوالي 250 دولارًا أمريكيًا للمتر المربع) والنقل (تتطلب السيارات الكهربائية بطاريات ذات كثافة طاقة أقل بكثير من الوقود السائل). ووجدت دراسة أجريت عام 2005 أن إنتاج الديزل الحيوي باستخدام فول الصويا يتطلب 27٪ من الطاقة الأحفورية أكثر من وقود الديزل الحيوي المنتج و 118٪ من الطاقة باستخدام عباد الشمس.

ومع ذلك ، فإن هذه الإحصاءات في حد ذاتها لا تكفي لإظهار ما إذا كان هذا التغيير منطقيًا اقتصاديًا. يجب أن تؤخذ العوامل الإضافية في الاعتبار ، مثل: الوقود المكافئ للطاقة المطلوبة للمعالجة ، وعائد الوقود من النفط الخام ، وعائد زراعة الغذاء ، وتأثير البيوديزل على أسعار المواد الغذائية والتكلفة النسبية لوقود الديزل الحيوي مقابل بترول الديزل ، وتلوث المياه من جريان المزارع ، ونضوب التربة ، والتكاليف الخارجية للتدخل السياسي والعسكري في البلدان المنتجة للنفط التي تهدف إلى السيطرة على سعر بترول الديزل.

الجدل حول ميزان الطاقة من وقود الديزل الحيوي مستمر. قد يتطلب الانتقال الكامل إلى الوقود الحيوي مساحات هائلة من الأراضي إذا تم استخدام المحاصيل الغذائية التقليدية (على الرغم من إمكانية استخدام المحاصيل غير الغذائية). ستكون المشكلة شديدة بشكل خاص بالنسبة للدول ذات الاقتصادات الكبيرة ، حيث أن استهلاك الطاقة يتناسب مع الناتج الاقتصادي.

في حالة استخدام مصانع الأغذية التقليدية فقط ، فإن معظم هذه الدول ليس لديها ما يكفي من الأراضي الصالحة للزراعة لإنتاج الوقود الحيوي لمركبات البلد. وقد تكون الدول ذات الاقتصادات الأصغر (وبالتالي استهلاك أقل للطاقة) والمزيد من الأراضي الصالحة للزراعة في أوضاع أفضل ، على الرغم من أن العديد من المناطق لا تستطيع تحويل الأراضي بعيداً عن إنتاج الغذاء.

بالنسبة لدول العالم الثالث ، يمكن أن تكون مصادر الديزل الحيوي التي تستخدم الأراضي الهامشية أكثر منطقية. على سبيل المثال ، تنمو المكسرات الزيتية pongam على طول الطرق أو الجاتروفا على طول خطوط السكك الحديدية.

في المناطق الاستوائية ، مثل ماليزيا وإندونيسيا ، يتم زرع النباتات التي تنتج زيت النخيل بوتيرة سريعة لتوفير الطلب المتزايد على وقود الديزل الحيوي في أوروبا والأسواق الأخرى. أظهر العلماء أن إزالة الغابات المطيرة لزراعة النخيل ليست سليمة إيكولوجياً لأن توسع مزارع نخيل الزيت يشكل تهديداً للغابات المطيرة الطبيعية والتنوع البيولوجي.

وقد قدر في ألمانيا أن وقود الديزل الحيوي لزيت النخيل أقل من ثلث تكاليف إنتاج وقود الديزل الحيوي من بذور اللفت. المصدر المباشر لمحتوى الطاقة من وقود الديزل الحيوي هو الطاقة الشمسية التي تم التقاطها من قبل النباتات خلال عملية التمثيل الضوئي. فيما يتعلق بتوازن الطاقة الإيجابي من وقود الديزل الحيوي:

عندما تركت القشة في الحقل ، كان إنتاج الديزل الحيوي إيجابيًا بقوة الطاقة ، مما أدى إلى الحصول على وقود الديزل الحيوي 1 غيغاجول لكل 0.561 جيجا من مدخلات الطاقة (نسبة العائد / التكلفة 1.78).
عندما تم حرق القش كما تم استخدام الوقود والبذور الزيتية كأسمدة ، كانت نسبة العائد / التكلفة لإنتاج وقود الديزل الحيوي أفضل (3.71). وبعبارة أخرى ، لكل وحدة من مدخلات الطاقة لإنتاج وقود الديزل الحيوي ، كان الناتج 3.71 وحدة (الفرق من 2.71 وحدة ستكون من الطاقة الشمسية).

الأثر الاقتصادي
تم إجراء دراسات اقتصادية متعددة بخصوص الأثر الاقتصادي لإنتاج الديزل الحيوي. وأفادت دراسة أجريت بتكليف من المجلس الوطني للديزل الحيوي بأن إنتاج الديزل الحيوي عام 2011 يدعم 39،027 وظيفة وأكثر من 2.1 مليار دولار من دخل الأسرة في الولايات المتحدة. كما يساعد النمو في البيوديزل على زيادة الناتج المحلي الإجمالي بشكل ملحوظ. في عام 2011 ، خلقت البيوديزل أكثر من 3 مليارات دولار من الناتج المحلي الإجمالي. وإذا حكمنا من خلال استمرار النمو في معيار الوقود المتجدد وتوسيع الحافز الضريبي للديزل البيولوجي ، فإن عدد الوظائف يمكن أن يزيد إلى 50،725 ، ودخل 2.7 مليار دولار ، ويصل إلى 5 مليار دولار في الناتج المحلي الإجمالي بحلول 2012 و 2013.

أمن الطاقة
أحد العوامل الرئيسية لتبني وقود الديزل الحيوي هو أمن الطاقة. وهذا يعني أن اعتماد الدولة على النفط قد انخفض ، واستبداله باستخدام المصادر المتاحة محليًا ، مثل الفحم أو الغاز أو المصادر المتجددة. وهكذا يمكن أن يستفيد بلد ما من تبني الوقود الحيوي ، دون خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. وبينما يناقش إجمالي رصيد الطاقة ، من الواضح أن الاعتماد على النفط قد انخفض. مثال واحد هو الطاقة المستخدمة لتصنيع الأسمدة ، والتي يمكن أن تأتي من مجموعة متنوعة من المصادر غير البترول. صرح مختبر الطاقة المتجددة الوطني الأمريكي (NREL) بأن أمن الطاقة هو القوة الدافعة الأولى وراء برنامج الوقود الحيوي الأمريكي ، وأن ورقة “أمن الطاقة للقرن 21” الصادرة عن البيت الأبيض توضح أن أمن الطاقة هو سبب رئيسي لتعزيز وقود الديزل الحيوي. وأكد رئيس المفوضية الأوروبية السابق ، خوسيه مانويل باروسو ، في مؤتمر أخير للاتحاد الأوروبي بشأن الوقود الحيوي ، أن الوقود الحيوي الذي يتم إدارته بشكل جيد لديه القدرة على تعزيز أمن الاتحاد الأوروبي في الإمداد من خلال تنويع مصادر الطاقة.

تأثيرات بيئيه
وقد أبرزت موجة الاهتمام في البيوديولوجيات عددًا من التأثيرات البيئية المرتبطة باستخدامها. ومن المحتمل أن تشمل هذه التخفيضات انبعاثات غازات الدفيئة وإزالة الغابات والتلوث ومعدل التحلل البيولوجي.

وفقًا لتحليل التأثير التنظيمي لبرنامج تحليل الوقود المتجدد التابع لوكالة حماية البيئة والذي تم إصداره في فبراير 2010 ، ينتج وقود الديزل الحيوي من زيت الصويا ، في المتوسط ​​، في انخفاض بنسبة 57٪ في غازات الدفيئة مقارنةً بالديزل النفطي ، وينتج وقود الديزل الحيوي المنتج من الشحوم الناتجة عن النفايات في 86٪ اختزال. انظر الفصل 2.6 من تقرير وكالة حماية البيئة لمزيد من المعلومات التفصيلية.

ومع ذلك ، تنتقد المنظمات البيئية ، على سبيل المثال ، الغابات المطيرة الإنقاذ و Greenpeace زراعة النباتات المستخدمة لإنتاج وقود الديزل الحيوي ، على سبيل المثال نخيل الزيت وفول الصويا وقصب السكر. ويقولون إن إزالة الغابات المطيرة تؤدي إلى تفاقم تغير المناخ وأن النظم البيئية الحساسة يتم تدميرها لتطهير الأرض من مزارع زيت النخيل وفول الصويا وزراعة قصب السكر. علاوة على ذلك ، فإن الوقود الحيوي يسهم في الجوع في العالم ، حيث لم تعد الأراضي الصالحة للزراعة تستخدم لزراعة الأغذية. نشرت وكالة حماية البيئة (EPA) بيانات في كانون الثاني / يناير 2012 ، تبين أن الوقود الحيوي المصنوع من زيت النخيل لن يتم احتسابه ضمن الولاية الوطنية للوقود المتجدد حيث أنها ليست صديقة للمناخ. ويرحب البيئيون بالاستنتاج لأن نمو مزارع نخيل الزيت أدى إلى إزالة الغابات الاستوائية ، على سبيل المثال ، في إندونيسيا وماليزيا.

الغذاء والأرض والماء مقابل الوقود
في بعض البلدان الفقيرة ، يسبب ارتفاع أسعار الزيوت النباتية مشاكل. يقترح البعض أن الوقود لا يصنع إلا من الزيوت النباتية غير الصالحة للأكل مثل الكاميلينا أو الجاتروفا أو شاطئ البحر الملوخ الذي يمكن أن ينمو على الأراضي الزراعية الهامشية حيث لن تنمو العديد من الأشجار والمحاصيل ، أو تنتج فقط غلات منخفضة.

يجادل آخرون بأن المشكلة أكثر جوهرية. قد يتحول المزارعون من إنتاج المحاصيل الغذائية إلى إنتاج محاصيل الوقود الحيوي للحصول على المزيد من المال ، حتى لو كانت المحاصيل الجديدة غير صالحة للأكل. ويتنبأ قانون العرض والطلب بأنه إذا قل عدد المزارعين الذين ينتجون الطعام فإن سعر الغذاء سيرتفع. قد يستغرق الأمر بعض الوقت ، حيث يمكن للمزارعين أن يأخذوا بعض الوقت لتغيير الأشياء التي ينموونها ، ولكن من المرجح أن يؤدي الطلب المتزايد على الوقود الحيوي من الجيل الأول إلى زيادة في الأسعار للعديد من أنواع الطعام. أشار البعض إلى أن هناك مزارعين فقراء والدول الفقيرة التي تجني المزيد من المال بسبب ارتفاع سعر الزيت النباتي.

لا يحل الديزل الحيوي من الطحالب البحرية بالضرورة الأرض الأرضية المستخدمة حاليا لإنتاج الغذاء ويمكن إنشاء وظائف جديدة لتربية الأحياء المائية.

ومن خلال المقارنة ، يجب الإشارة إلى أن إنتاج الغاز الحيوي يستخدم النفايات الزراعية لتوليد الوقود الحيوي المعروف باسم الغاز الحيوي ، كما أنه ينتج الكومبوست ، وبالتالي يعزز الزراعة والاستدامة وإنتاج الغذاء.

البحث الحالي
هناك بحوث مستمرة في إيجاد المزيد من المحاصيل المناسبة وتحسين إنتاجية النفط. وهناك مصادر أخرى محتملة بما في ذلك مادة البراز البشري ، حيث تقوم غانا ببناء أول محطة وقود ديزل حيوي تغذيتها برازي. باستخدام المحاصيل الحالية ، ستكون هناك حاجة إلى كميات هائلة من الأراضي والمياه العذبة لإنتاج ما يكفي من النفط لاستبدال الوقود الأحفوري بالكامل. سوف يتطلب الأمر مضاعفة مساحة الأراضي الأمريكية المخصصة لإنتاج فول الصويا ، أو ثلثيها المخصص لإنتاج بذور اللفت ، لتلبية احتياجات الولايات المتحدة الحالية من التدفئة والنقل.

يمكن أن تنتج أصناف الخردل المرباة بشكل خاص إنتاجية عالية بشكل معقول ومفيدة للغاية في تناوب المحاصيل مع الحبوب ، ولها فائدة إضافية تتمثل في أن وجبة الوجبة بعد الضغط على النفط يمكن أن تكون بمثابة مبيد آفات فعال وقابل للتحلل الحيوي.

تعمل شركة NFESC ، مع شركة Biodiesel Industries في سانتا باربرا ، على تطوير تكنولوجيات الديزل الحيوي للبحرية الأمريكية والعسكرية ، وهي واحدة من أكبر مستخدمي وقود الديزل في العالم.

أعلنت مجموعة من المطورين الإسبان العاملين في شركة تدعى “إيكوفاسا” عن إنتاج وقود حيوي جديد من القمامة. يتم إنشاء الوقود من النفايات الحضرية العامة التي تعالجها البكتيريا لإنتاج الأحماض الدهنية ، والتي يمكن استخدامها لصنع وقود الديزل الحيوي.

نهج آخر لا يتطلب استخدام مادة كيميائية للإنتاج ينطوي على استخدام الميكروبات المعدلة وراثيا.

الطحالب الديزل الحيوي
من 1978 إلى 1996 ، جربت NREL الأمريكية استخدام الطحالب كمصدر للديزل الحيوي في “برنامج الأنواع المائية”. مقالة نشرت من قبل مايكل بريجز ، في Biodiesel Group في الأمم المتحدة ، تقدم تقديرات عن الاستبدال الواقعي لكل وقود المركبات مع وقود الديزل الحيوي من خلال استخدام الطحالب التي تحتوي على نسبة الزيت الطبيعي أكبر من 50٪ ، والتي يمكن أن تزرع بريغز على أحواض الطحالب. في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. ويمكن بعد ذلك استخراج هذه الطحالب الغنية بالنفط من النظام ومعالجتها في وقود الديزل الحيوي ، مع إعادة معالجة البقايا المجففة لإنشاء إيثانول.

لم يتم بعد إنتاج الطحالب لحصاد زيت الديزل الأحيائي على نطاق تجاري ، ولكن أجريت دراسات جدوى للوصول إلى تقديرات العائد أعلاه. بالإضافة إلى إنتاجها المرتفع ، فإن الزراعة العضوية – على عكس الوقود الحيوي القائم على المحاصيل – لا ينطوي على انخفاض في إنتاج الغذاء ، لأنه لا يتطلب أراضي زراعية ولا مياه عذبة. وتتابع العديد من الشركات المفاعلات الحيوية للطحالب لأغراض مختلفة ، بما في ذلك زيادة إنتاج الديزل الحيوي إلى المستويات التجارية.

البروفيسور رودريجو E. تيكسيرا من جامعة ألاباما في هانتسفيل أظهر استخراج شحوم وقود الديزل الحيوي من الطحالب المبللة باستخدام رد فعل بسيط واقتصادي في السوائل الأيونية.

Pongamia
Millettia pinnata ، المعروف أيضا باسم Pongam Oiltree أو Pongamia ، هو شجرة البقولية الزيتية الحاملة التي تم تحديدها كمرشح لإنتاج الزيوت النباتية غير الصالحة للأكل.

تمتلك مزارع بونغاميا لإنتاج الديزل الحيوي منفعة بيئية ذات شقين. تخزن الأشجار الكربون وتنتج زيت الوقود. تنمو بونغاميا على أراضي هامشية لا تتناسب مع المحاصيل الغذائية ولا تتطلب الأسمدة النيتروجينية. تمتلك الشجرة المنتجة للنفط أعلى إنتاجية من إنتاج النفط (حوالي 40٪ من وزن البذرة هو زيت) بينما تنمو في التربة التي تعاني من سوء التغذية مع مستويات عالية من الملح. لقد أصبح التركيز الرئيسي في عدد من منظمات بحوث الديزل الحيوي. وتتمثل المزايا الرئيسية لبونغاميا في انتعاش وجودة نفط أعلى من المحاصيل الأخرى وعدم وجود منافسة مباشرة مع المحاصيل الغذائية. ومع ذلك ، فإن النمو في الأراضي الهامشية يمكن أن يؤدي إلى انخفاض إنتاجية النفط مما قد يؤدي إلى التنافس مع المحاصيل الغذائية من أجل تربة أفضل.

الجاتروفا
تقوم العديد من المجموعات في مختلف القطاعات بإجراء أبحاث على جاتروفا كركاس ، وهي شجرة شبيهة بالشجيرات ، تنتج البذور التي يعتبرها الكثيرون مصدرًا صالحًا لزيت وقود الديزل الحيوي. يركز جزء كبير من هذا البحث على تحسين إجمالي إنتاجية فدان من الجاتروفا من خلال التقدم في علم الوراثة وعلم التربة والممارسات البستانية.

استخدمت شركة SG Biofuels ، وهي مطورة جاتروفا في سان دييغو ، التكاثر الجزيئي والتكنولوجيا الحيوية لإنتاج بذور الهجين من جاتروفا التي تظهر تحسينات كبيرة في الإنتاجية على أنواع الجيل الأول. تدعي شركة SG Biofuels أيضًا أن هناك فوائد إضافية نشأت من مثل هذه السلالات ، بما في ذلك تحسين التزامن المزهرية ، ومقاومة أعلى للآفات والأمراض ، وزيادة تحمل الطقس البارد.

تحتفظ شركة بحوث النباتات الدولية ، وهي قسم تابع لجامعة Wageningen ومركز الأبحاث في هولندا ، بمشروع تقييم جاتروفا المستمر (JEP) الذي يدرس جدوى زراعة الجاتروفا على نطاق واسع من خلال التجارب الميدانية والمخبرية.

مركز الزراعة المستدامة للطاقة (CfSEF) هو منظمة أبحاث غير ربحية مقرها في لوس أنجلوس مخصصة لأبحاث الجاتروفا في مجالات علوم النبات ، الهندسة الزراعية ، والبستنة. ومن المتوقع أن يؤدي الاستكشاف الناجح لهذه التخصصات إلى زيادة إنتاجية مزارع جاتروفا بنسبة تتراوح بين 200 و 300٪ في السنوات العشر القادمة.

الفطريات
نشرت مجموعة في أكاديمية العلوم الروسية في موسكو ورقة في سبتمبر 2008 ، تفيد بأنها عزلت كميات كبيرة من الدهون من فطريات أحادية الخلية وحولتها إلى وقود ديزل حيوي بطريقة اقتصادية من الناحية الاقتصادية. مزيد من البحوث حول هذه الأنواع الفطرية. من المرجح أن تظهر Cunninghamella japonica وغيرها في المستقبل القريب.

يشير الاكتشاف الأخير لمجموعة متنوعة من فطر Gliocladium roseum إلى إنتاج ما يسمى ديزل myco من السليلوز. تم اكتشاف هذا الكائن في الآونة الأخيرة في الغابات المطيرة في شمال باتاغونيا ولديه القدرة الفريدة لتحويل السليلوز إلى هيدروكربونات متوسطة الطول توجد عادة في وقود الديزل.

وقود الديزل الحيوي من القهوة المستخدمة
نجح باحثون في جامعة نيفادا ، رينو ، في إنتاج وقود الديزل الحيوي من النفط المشتق من القهوة المستخدمة. أظهر تحليلهم للأراضي المستخدمة محتوى الزيت بنسبة 10٪ إلى 15٪ (بالوزن). بمجرد استخراج النفط ، خضع للمعالجة التقليدية في وقود الديزل الحيوي. وتشير التقديرات إلى أنه يمكن إنتاج الديزل الحيوي النهائي مقابل دولار واحد لكل غالون. وعلاوة على ذلك ، أفيد بأن “التقنية ليست صعبة” وأن “هناك الكثير من القهوة حول هذا العدد من مئات ملايين غالون من وقود الديزل الحيوي من الممكن أن يتم سنويا.” ومع ذلك ، حتى لو تم استخدام جميع القهوة في العالم لصنع الوقود ، فإن الكمية المنتجة ستكون أقل من 1 في المائة من الديزل المستخدم في الولايات المتحدة سنوياً. وقال الدكتور ميسرا عن عمله “لن يحل مشكلة الطاقة في العالم”.

مصادر غريبة
في الآونة الأخيرة ، تم تحديد الدهون التمساح كمصدر لإنتاج وقود الديزل الحيوي. في كل عام ، يتم التخلص من 15 مليون رطل من دهن التمساح في مدافن النفايات كمنتج ثانوي للنفايات من صناعة اللحوم والتماسك. وقد أظهرت الدراسات أن وقود الديزل الحيوي المنتج من دهن التمساح مشابه في التركيب إلى وقود الديزل الحيوي الذي تم إنشاؤه من فول الصويا ، وهو أرخص في الصقل لأنه منتج نفايات في المقام الأول.

وقود الديزل الحيوي إلى طاقة خلية الهيدروجين
تم تطوير جهاز ميكرويسترول لتحويل البيوديزل إلى بخار هيدروجين لتشغيل خلايا الوقود.

إصلاح البخار ، المعروف أيضا بإصلاح الوقود الأحفوري هو عملية تنتج غاز الهيدروجين من الوقود الهيدروكربوني ، وأبرزها وقود الديزل الحيوي بسبب كفاءته. A ** microreactor ** ، أو مصلح ، هو جهاز المعالجة الذي يتفاعل فيه بخار الماء مع الوقود السائل تحت درجة الحرارة والضغط المرتفعين. تحت درجات حرارة تتراوح بين 700 – 1100 درجة مئوية ، فإن المحفز القائم على النيكل يمكن من إنتاج أول أكسيد الكربون والهيدروجين:

Hydrocarbon + H2O ⇌ CO + 3 H2 (ماص للحرارة للغاية)

علاوة على ذلك ، يمكن تسخير غلة غاز الهيدروجين العالية عن طريق زيادة أكسدة أول أكسيد الكربون لإنتاج المزيد من الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون:

CO + H2O → CO2 + H2 (طاردة للحرارة أقل ما يقال)

معلومات خلفية خلايا الوقود الهيدروجينية

تعمل خلايا الوقود على نحو مشابه للبطارية حيث يتم تسخير الكهرباء من التفاعلات الكيميائية. الفرق في خلايا الوقود عند مقارنته بالبطاريات هو قدرتها على أن تكون مدعومة بالتيار الثابت للهيدروجين الموجود في الغلاف الجوي. علاوة على ذلك ، فإنها تنتج الماء فقط كمنتج ثانوي ، وهي صامتة فعليًا. الجانب السلبي لخلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين هو التكلفة العالية والمخاطر الناجمة عن تخزين الهيدروجين عالي الاحتراق تحت الضغط.

إحدى الطرق التي تستطيع بها المعالجات الجديدة التغلب على مخاطر نقل الهيدروجين هي إنتاجها عند الضرورة. يمكن ضم أخصائي الميكروبات لإنشاء نظام يعمل على تسخين الهيدروكربون تحت ضغط مرتفع لتوليد غاز الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون ، وهي عملية تسمى إصلاح البخار. هذا ينتج ما يصل إلى 160 غالون من الهيدروجين / دقيقة ويعطي القدرة على تشغيل محطات تزويد الوقود بالوقود الهيدروجيني ، أو حتى مصدر وقود الهيدروجين على متن المركبات الهيدروجينية. ومن شأن التنفيذ في السيارات أن يسمح بنقل الوقود الغني بالطاقة ، مثل الديزل الحيوي ، إلى الطاقة الحركية مع تجنب الاحتراق والمنتجات الملوثة. تحتوي قطعة المعدن المربعة ذات الحجم اليدوي على قنوات مجهرية ذات مواقع تحفيزية تعمل باستمرار على تحويل وقود الديزل الحيوي ، وحتى منتجها الجلسرين الثانوي ، إلى هيدروجين.

اهتمامات
محرك ارتداء
وتلعب عملية تشحيم الوقود دورًا مهمًا في التآكل الذي يحدث في المحرك. يعتمد محرك الديزل على الوقود لتوفير مداهنة للمكونات المعدنية التي تتلامس باستمرار مع بعضها البعض. وقود الديزل الحيوي هو أفضل زيوت التشحيم مقارنة بالديزل البترولي بسبب وجود استرات. وقد أظهرت الاختبارات أن إضافة كمية صغيرة من وقود الديزل الحيوي إلى الديزل يمكن أن يزيد بشكل كبير من تشحيم الوقود على المدى القصير. ومع ذلك ، على مدى فترة أطول من الوقت (2-4 سنوات) ، تشير الدراسات إلى أن الديزل الحيوي تفقد مداهنتها. قد يكون هذا بسبب تآكل محسّن بمرور الوقت بسبب أكسدة الجزيئات غير المشبعة أو زيادة محتوى الماء في الديزل الحيوي من امتصاص الرطوبة.

لزوجة الوقود
واحدة من المخاوف الرئيسية المتعلقة بالديزل الحيوي هو اللزوجة. تتراوح لزوجة الديزل بين 2.5 و 3.2 درجة مئوية عند 40 درجة مئوية وتتراوح لزوجة وقود الديزل الحيوي المصنوع من زيت فول الصويا بين 4.2 و 4.6 سنتي لتر. يجب أن تكون لزوجة الديزل عالية بما يكفي لتوفير تزييت كافٍ لأجزاء المحرك ولكنها منخفضة بما يكفي للتدفق عند درجة حرارة التشغيل. يمكن أن تعمل اللزوجة العالية على توصيل فلتر الوقود ونظام الحقن في المحركات. يتكون الزيت النباتي من الدهون ذات السلاسل الطويلة من الهيدروكربونات ، لتقليل اللزوجة ، يتم تقسيم الدهون إلى جزيئات صغيرة من الإسترات.ويتم ذلك عن طريق تحويل الزيوت النباتية والدهون الحيوانية إلى استيرات الألكيل باستخدام التحويل من الحد الأدنى. مع ذلك ، لا يزال لزاد وقود الديزل الفوارق.

أداء المحرك
يستهلك الديزل الحيوي لجميع أنحاء العالم. BDIISION B20 إِسْتِمْنَافِيَّةٌ مُؤَثِرَةٌ عَلَيْمَةٌ بِقُطْعَةٍ عَلَيْهِ إِزْعَامٍ موثوق أداء المحرك على خصائص الوقود ، وكذلك على الاحتراق ، وضغط الحاقدة. بما أن هناك خلطات مختلفة من وقود الديزل الحيوي.