تحمل السوائل الإلكترونية - المذيبات المكونة من اللجنين والهيميسيلولوز، وهما منتجان ثانويان في عملية إنتاج الوقود الحيوي - وعدًا كبيرًا بالتحسين الاقتصادي داخل مصافي الوقود الحيوي.
[ترجمة د.نحماني موشيه]
تحمل السوائل الإلكترونية - المذيبات المكونة من اللجنين والهيميسيلولوز، وهما منتجان ثانويان في عملية إنتاج الوقود الحيوي - وعدًا كبيرًا بالتحسين الاقتصادي داخل مصافي الوقود الحيوي.
في حين أن المذيبات القوية المعروفة بالسوائل الأيونية تعد وعدًا كبيرًا بالاستخدام الفعال للسكريات في عملية إنتاج الوقود الحيوي، إلا أن المزيد من المذيبات الواعدة تلوح في الأفق - السوائل الأيونية.
قام باحثون من معهد أبحاث تابع لوزارة الطاقة الأمريكية (JBEI) بتطوير "السوائل الإلكترونية" من اللجنين والهيميسيلولوز، وهما منتجان ثانويان في عملية إنتاج الوقود الحيوي الذي يتم الحصول عليه في مصافي الوقود الحيوي. ويقول بليك سيمونز، المهندس الكيميائي الذي يشغل منصب مدير العلوم والتكنولوجيا في معهد الأبحاث: "إن مادة اللجنين (ويكيبيديا) معترف بها كمنتج نفايات يتم حرقه عادةً لتوليد الحرارة والكهرباء منه في مصافي الوقود الحيوي؛ ومع ذلك، إذا كان من الممكن العثور على استخدامات أخرى ذات قيمة اقتصادية أعلى للجنين، فإن النتيجة ستؤدي إلى تحسين التكاليف الإجمالية في هذه المصافي بشكل كبير. إن فكرتنا عن السوائل الأيونية تفتح نافذة للحصول على عملية حلقة مغلقة للمصافي التي تنتج الوقود الحيوي، ولها آثار اقتصادية كبيرة على تقنيات العمليات الأخرى المعتمدة على السوائل الأيونية، والتي يتم تصنيعها حاليا من النفط. نُشرت نتائج البحث مؤخرًا في المجلة العلمية Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
يمكن استخدام السكريات السليلوزية المخزنة في الكتلة الحيوية للعشب والنباتات غير الغذائية الأخرى والنفايات الزراعية لإنتاج الوقود الحيوي المتقدم الذي يمكن أن يقلل في نهاية المطاف من الاستخدام العام للوقود الأحفوري، المسؤول عن الانبعاثات السنوية التي تبلغ حوالي 9 مليارات متر مكعب. طن من الكربون إلى الغلاف الجوي. يتم إنتاج أكثر من مليار طن من الكتلة الحيوية كل عام في الولايات المتحدة وحدها، وقد يكون الوقود الذي يمكن إنتاجه من هذه الكتلة الحيوية بدائل نظيفة وخضراء ومتجددة للبنزين والديزل ووقود الطائرات. وعلى عكس الإيثانول، يمكن أن يصل نقل الوقود المنتج من الكتلة الحيوية إلى المستهلك مباشرة كجزء من تشغيل المحركات، دون التأثير على أدائها التشغيلي.
وفي الوقت نفسه، إذا كنا نعتزم استخدام الوقود الحيوي، بما في ذلك الإيثانول السليولوزي، تجارياً، فلابد أن تكون أساليب إنتاجه أكثر اقتصاداً من تلك التي تعتمد على الوقود الأحفوري. وهذا يعني أنه لا بد من تطوير التقنيات الاقتصادية من أجل استخلاص تلك السكريات من الكتلة الحيوية وتحويلها إلى وقود ومنتجات كيميائية مفيدة أخرى. كان التحدي الرئيسي هو أنه، على عكس السكريات البسيطة الموجودة في حبات الذرة، فإن السكريات المعقدة الموجودة في الكتلة الحيوية متجذرة بعمق في مادة خشبية تسمى اللجنين. وتمكن الباحثون من تحويل الكتلة الحيوية إلى سكريات تستخدم كمواد خام للوقود الحيوي بمساعدة السوائل الأيونية - وهي أملاح تتكون من أزواج أيونية تكون سائلة في درجة حرارة الغرفة. السوائل الأيونية الناتجة عن جهود فريق البحث هذا كمعيار لمعالجة الكتلة الحيوية هي ذوبان الملح القائم على إيميدازول، ويتم إنتاجها من مصادر غير متجددة، مثل النفط أو الغاز الطبيعي.
"تتمكن السوائل الأيونية القائمة على الإيميدازول من إذابة الكتلة الحيوية بشكل فعال، وتمثل نقطة انطلاق استثنائية للمعالجة المسبقة للكتلة الحيوية، ولكن هذه المواد باهظة الثمن وبالتالي فإن استخدامها الصناعي محدود"، يوضح الباحث الرئيسي. "من أجل استبدالها بمنتج جديد، تمكنا من تصنيع سلسلة من السوائل الأيونية على أساس الأمينات الرباعية من الألدهيدات العطرية في اللجنين والهيميسيلولوز."
اختبر الباحثون فعالية سوائلهم الإلكترونية كمعالجة مسبقة لتفريغ الكتلة الحيوية لنوع من نباتات العشب، وهو أحد النباتات ذات الإمكانات العالية لصنع وقود وسائل النقل السائل. وبعد 73 ساعة من الحضانة مع هذه السوائل الحيوية الجديدة، كان استخدام السكر في حدود 95-90% للجلوكوز، وفي حدود 75-70% لسكر الزيلوز. هذه المستردات قابلة للمقارنة مع المستردات التي تم الحصول عليها بعد المعالجة المسبقة بأفضل السوائل الأيونية القائمة على الإيميدازول.
"إن اللجنين والهيميسيلولوز هما من المنتجات الثانوية للصناعة الزراعية ومصانع الوقود الحيوي ومصانع معالجة لب الخشب، الأمر الذي لا يجعل هذه البوليمرات الشائعة رخيصة الثمن فحسب، بل يتيح أيضًا تطوير مصافي الحلقة المغلقة، حيث يمكن للجنين المشتق من تيار النفايات أن قال الباحث الرئيسي: "يمكن استخدامها مرة أخرى لصنع السائل في يونيو آخر". تم تصنيع السوائل الحيوية الحالية باستخدام أمينات الأكسدة والاختزال وحمض الفوسفوريك، لكن فريق البحث يستكشف الآن إمكانية استخدام الكواشف البديلة التي قد تكون أقل تكلفة وأكثر صداقة للبيئة. وقال الباحث الرئيسي: "تمثل النتائج التي توصلنا إليها نقطة انطلاق مهمة للبحث المستقبلي للسوائل الإلكترونية في مجال الوقود الحيوي والمجالات الصناعية الأخرى".
