تحويل المنتجات الثانوية الصناعية إلى وقود

قام باحثون فنلنديون بفحص عملية معالجة كل من البيوتانول الحيوي والغاز الحيوي وتحويلهما إلى وقود وسائل النقل. يمكن إنتاج البيوتانول الحيوي من المنتجات الثانوية الناشئة عن صناعة الأغذية والورق. ويعد الميثان، الذي يأتي من الغاز الحيوي، مرشحًا رئيسيًا لاستخدامه كوقود بديل.

تمكن الباحثون من تحقيق نتائج جيدة في استخدام النفايات وغيرها من المواد الزائدة من الصناعة لتطوير أنواع الوقود المبتكرة لوسائل النقل. قام باحثون فنلنديون بفحص عملية معالجة كل من البيوتانول الحيوي والغاز الحيوي وتحويلهما إلى وقود وسائل النقل. يمكن إنتاج البيوتانول الحيوي من المنتجات الثانوية الناشئة عن صناعة الأغذية والورق، وهي حقيقة تجعل المادة مرشحًا مناسبًا كبديل للنفط كوقود. ويعد غاز الميثان، الذي يأتي من الغاز الحيوي، مرشحًا رئيسيًا لاستخدامه كوقود بديل.

يوضح البروفيسور أولا لاسي من جامعة أولو، الذي عمل على بحث حول هذا الموضوع، أن "البيوتانول هو بديل موفر للطاقة للغاية، ومثل الإيثانول، فهو مناسب للإنتاج على نطاق صناعي". إنتاج البيوتانول هو عملية ميكروبيولوجية يتم فيها تحويل المادة الخام إلى سكريات تخضع لمزيد من المعالجة بواسطة البكتيريا. تقوم البكتيريا بتحويل مركبات الكربون بكفاءة إلى بيوتانول. يحتوي البيوتانول على ذرات كربون أكثر من الميثانول، وبالتالي فهو أيضًا أكثر كثافة من حيث الطاقة.

وتناولت الدراسة أيضًا إنتاج البيوتانول من خلال التخليق الكيميائي، حيث يتم استخدام مواد تحفيزية مبتكرة لتحويل المركبات العضوية، مثل الجلسرين والميثانول والإيثانول إلى كحولات أكثر نشاطًا مثل البيوتانول والبنتانول وخليط من الكحولات. هذه المنتجات مناسبة في هذا الشكل كوقود سائل. ووفقا لكبير الباحثين، فإن استخدام الجلسرين لإنتاج الوقود يمكن أن يكون وسيلة اقتصادية إلى حد ما لأن الجلسرين هو منتج ثانوي للديزل الحيوي.

هناك العديد من التحديات في الإنتاج الميكروبيولوجي للبيوتانول. ويتعلق أحد التحديات الرئيسية بمعالجة المواد الخام على شكل سكريات قابلة للتخمير. بالإضافة إلى ذلك، فإن التخمير متعدد المراحل في حد ذاته عملية معقدة للغاية. التحدي الآخر في هذه العملية هو حقيقة أن العملية يتم تثبيطها بواسطة محتويات عالية من المذيبات، والتي قد تؤدي أيضًا إلى جانب عدم استقرار الإنتاج في المذيب إلى انخفاض في نشاط البكتيريا.

يوضح الباحث الرئيسي: "لقد أدت الاكتشافات الحديثة في طرق تخمير البيوتانول إلى حل هذه المشكلات جزئيًا. ومع ذلك، إذا كنا مهتمين بإنتاج وقود سائل جديد، فنحن بحاجة إلى عمليات تصنيع كيميائية جديدة تمامًا وتطوير محفزات مبتكرة.

وقد تناولت دراسة أخرى ضمن هذا المشروع استخدام الغاز الحيوي كوقود للنقل. قام الباحثون بفحص ترقية الغاز الناتج من مكب النفايات (منطقة غارقة من الأرض مليئة برواسب القمامة ومغطاة بطبقات من الأوساخ) إلى وقود. "في السنوات الأخيرة، زاد الاهتمام باستخدام تكنولوجيا الغاز الحيوي للاستفادة من المنتجات الثانوية الصناعية لأغراض تطوير الطاقة بشكل ملحوظ. يوضح الباحث الرئيسي أن "العديد من البلدان تستخدم هذه التكنولوجيا بالفعل على نطاق واسع".

يمكن إنتاج الغاز الحيوي من مجموعة من المواد تتراوح بين النفايات القابلة للتحلل إلى المحاصيل كثيفة الاستهلاك للطاقة. "إن الغاز الحيوي المنتج في هذه العملية هو مصدر طاقة متعدد الاستخدامات. يمكن استخدامه للتدفئة أو إنتاج الكهرباء، ويمكن معالجته وتحويله إلى وقود للسيارات أو تغذيته في شبكة الغاز الطبيعي. يمكن أيضًا استخدام المواد المتبقية من هذه العملية كسماد أو كمواد لتثبيت التربة. أثبت غاز الميثان، الذي يتم إنتاجه من الغاز الحيوي، أنه أحد أكثر المرشحين ملاءمة للاستخدام كوقود حيوي، نظرًا لسلسلة إنتاجه المستدامة. وبالإضافة إلى ذلك، يفي الميثان أيضًا بمعايير الاتحاد الأوروبي للوقود الحيوي المستدام.

ركزت التجارب في هذا المشروع على إنتاج الغاز الحيوي. "يمكن استخدام الغاز الحيوي كوقود حيوي بمجرد إثراء محتوى الميثان فيه بنسبة 95 بالمائة. في دراستنا، استخدمنا طريقة أدت إلى محتوى الميثان بنسبة 90-80 بالمائة. والباقي عبارة عن ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين.

لا يسبب النيتروجين أي ضرر لمحركات السيارات، لكنه يقلل من محتوى الطاقة في الغاز الحيوي. "من أجل تحقيق محتوى أعلى من الميثان من خلال هذه العملية، نحتاج إلى منع تكوين النيتروجين الزائد في نظام جمع الغاز للمولدات. ويوضح الباحث أن ثاني أكسيد الكربون ليس ضارًا أيضًا بالمحركات، لكنه يقلل من قيمة الطاقة للغاز الحيوي.

أخبار الدراسة