چرا زیست توده جزو انرژی های پاک محسوب می شود؟

زیست توده

با افزایش میزان آلودگی های ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای و نگرانی ها در مورد تأثیرات گرمایش زمین جا دارد که مصرف سوخت های فسیلی را کاهش داده و به جای آن به منابع جایگزین انرژی های تجدیدپذیر فکر کنیم. زیست توده یک نوع انرژی تجدید پذیر می باشد که می توان به عنوان جایگزین سوخت های فسیلی به آن فکر کرد. چوب یکی از منابع زیست توده و پرمصرف ترین منابع مردم جهان برای تأمین انرژی محسوب می شود. سوزاندن چوب درختان باعث می شود جنگل ها نابود شده و محیط زیست آلوده شود اما اگر روش های شیمیایی و زیست شناختی با همدیگر ترکیب شوند؛ قند، سلولز و سایر موادی که در ضایعات محصولات زراعی وجود دارند، می توانند به سوخت مایع تبدیل شوند.

در ادامه با ما همراه باشید تا با این نوع انرژی تجدید پذیر، منابع، انواع و کاربرد های آن آشنا شوید. خوشحال می شویم بعد از خواندن متن ما را از نظرات و انتقادات سازنده خود بهره مند سازید.

زیست توده چیست؟

زیست توده، زیست انرژی یا بیومس (به انگلیسی: Biomass) ماده بیولوژیکی حاصل از گیاهان یا مواد مشتق از گیاهان لیگنوسلولزی می باشد. زیست توده به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر می تواند به طور مستقیم از طریق احتراق (برای تولید گرما) و یا به طور غیر مستقیم پس از تبدیل آن به اشکال مختلفِ سوخت های زیستی مورد استفاده قرار گیرد.

بیومس
منابع جنگلی زیست توده

چوب (بقایای جنگل از جمله درختان خشکیده، شاخه ها و نخاله های درخت، بریده های درختان منازل، تراشه های چوب) و حتی زباله های جامد شهری به عنوان بزرگترین منبع انرژی زیست انرژی شناخته می شوند. به عبارت دیگر زیست انرژی مواد گیاهی یا حیوانی می باشد که می تواند به الیاف یا سایر مواد شیمیایی صنعتی از جمله سوخت های زیستی تبدیل شود. زیست انرژی صنعتی را می توان از انواع بی شماری از گیاهان از جمله گندم سیاه، کنف، ذرت، صنوبر، بید، نیشکر، بامبو و گونه های مختلف درختی، از اکالیپتوس گرفته تا نخل به دست آورد.

علاوه بر اینکه می توان از زیست انرژی برای تأمین انرژی استفاده کرد برای تولید انواع مقوا، کالاهای مصرفی، رنگدانه های خوراکی، اسیدهای چرب، داروها و مکمل های غذایی نیز از آن استفاده کرد. بهتر است بدانید تقریباً ۱۰ درصد مواد شیمیایی و مواد خام که در صنایع تولید می شوند حاصل تولید از زیست انرژی می باشند. سوخت زیستی یا بیو فیول (به انگلیسی: Biofuel) یک نوع انرژی‌ تجدیدپذیر است که از منابع زیست‌ توده به وجود آمده و می توان آن را به سه صورت جامد، مایع و گاز استفاده کرد.

سوخت های زیستی مایع عبارتند از:

۱- الکل های زیستی همانند بیواتانول

۲- روغن هایی مانند بیودیزل

سوخت های زیستی گازی عبارتند از:

۱- بیوگاز

۲- گاز حاصل از دفن زباله

۳- گاز مصنوعی

برای آشنایی بیشتر با انرژی های تجدید پذیر خواندن این متن را به شما توصیه می کنیم: انرژی تجدید پذیر و ۵ منبع اصلی آن

انواع زیست انرژی

۱- لیگنوسلولزی

عبارت است از پسماندهای زراعی، چوب و جنگل داری که مهم ترین منبع تولید زیست توده به شمار می آیند. از پسماندهای زراعی می توان به پسماندهای نیشکر، ذرت، علف های هرز و… اشاره کرد. از پسماندهای چوب می توان به پسماندهای کارخانجات تولید کاغذ، سبوس، برگ ها، ساقه ها و ریشه های درختان و گیاهان و… اشاره کرد. از پسماندهای جنگل داری هم می توان به ضایعات درختان صنوبر، سپیدار و… اشاره کرد.

 کاربرد: تولید بیش از ۲۰۰ ماده باارزش از جمله قندهای ۵ و ۶ کربنه و پلیمرها

۲- میکروبی

عبارت است از تأمین انرژی از پسماندهای جلبک ها، مخمرها و سایر میکرو ارگانیسم ها که حاوی انواع مواد پروتئینی، مواد پلی ساکاریدی، مواد روغنی و… می باشند. این مواد سرعت رشد، مقاومت و انعطاف پذیری بالایی نسبت به زیست توده لیگنوسلولزی داشته ولی به علت عدم وجود امکانات وفناوری های لازم برای تولید و همچنین برخی مسائل زیست محیطی نمی توان از آنها بیشتر بهره برداری و تولید کرد.

کاربرد: تولید پروتئین، اسیدهای چرب، رنگ های غذایی، مواد آرایشی و بهداشتی، کنستانتره و خوراک دام

۳- پسماندهای شهری، حیوانی و غذایی

عبارت است از تأمین انرژی از آشغال ها و زباله های شهری (کاغذ، مقوا، کالاهای مصرفی، اسیدهای چرب، داروها و… البته لازم به ذکر است که ضایعات پلاستیکی و فلزی را نمی توان جزو منابع زیست توده ای به شمار آورد) دور ریز مواد غذایی و پسماندهای حیوانی (پسماندهای دامداری ها، کشتارگاه ها، پرورش ماهی، لبنیات، کود و لجن حیوانات)

کاربرد: تولید مواد آلی جامد یا مایع

مزایای استفاده از زیست توده

  • تولید انرژی لازم برای سوخت های زیستی
  • تولید برق یا گرما
  • جایگزینی سریع و راحت
  • کاهش انتشار دی اکسید کربن
  • کاهش فشار شبکه های توزیع انرژی
  • تولید ۵ تا ۶ برابری انرژی مصرفی از جمله میسکانتوس، ذرت خوشه ای، جاتروفا و…
  • تولید در جهت حفظ محیط زیست مثل کشت دانه های تولید انرژی در زمین های غیر قابل استفاده یا کشت آنها در آب های شور و پسماندهای صنایع مختلف
  • کاهش فشار به شبکه های توزیع انرژی با تولید محلی
  • صرفه جویی در مصرف آب
  • بهبود مدیریت پسماند
  • تأمین انرژی زیست توده از موادی مثل خود درختان بیمار یا خشک یا شاخه و برگ خشک درختان (این کار باعث سلامت جنگل ها شده و وقوع آتش سوزی و آفات را کاهش می دهد)
برای آشنایی با سوخت های زیستی خواندن این متن را به شما توصیه می کنیم: مزایا و مضرات استفاده از سوخت های زیستی

زیست توده چگونه به انرژی تبدیل می شود؟

زیست‌توده‌ها انرژی خودشان را انرژی خورشیدیِ ذخیره شده در گیاهان طی فرایند فتوسنتز به دست می آورند که می توان طی فرایندهای مختلف حرارتی، تبدیل شیمیایی و تبدیل بیوشیمیایی آن را به انرژی قابل استفاده برای انسان تبدیل کرد. مثلاً زیست توده سلولزی حاصله از درختان و چمن را می توان به عنوان یک ماده خام برای تولید اتانول استفاده کرد. اتانول معمولاً برای افزایش اکتان و بهبود تولید گاز‌های گلخانه‌ای خودرو به عنوان یک ماده افزودنی به بنزین اضافه می شود.

قبل از تبدیل زیست انرژی لیگنوسلولزی به انرژی، پیش عملیات های مختلفی از قبیل آسیاب، پرتودهی، استفاده از بخار آب و آمونیاک، استفاده از دی اکسید کربن و… باید روی آن صورت بگیرد. ۴ روش زیر برای تبدیل زیست توده‌ای به انرژی وجود دارد که عبارتند از:

۱- تبدیل حرارتی

به تبدیل زیست انرژی به انرژی با استفاده از حرارت یا بدون اکسیژن گفته می شود و این کار با ۳ روش زیر انجام می شود:

  • سوختن مستقیم: تولید گرما و حرارت از طریق سوزاندن زیست انرژی یا استفاده از هوای داغ و بخار تولید شده برای چرخاندن توربین برق
  • گرما کافت یا پیرولیز: تبدیل زیست انرژی به سوخت مایع و زغال نیم سوز تحت فشار و در دمای بیش از ۴۳۰ درجه سانتی گراد و مقدار کمی از اکسیژن
  • برشته سازی: تبدیل زیست انرژی به گاز، نفت یا زغال در دمای حدود ۲۰۰ تا ۳۲۰ درجه ای بدون حضور اکسیژن

۲- تبدیل حرارتی شیمیایی

تولید انرژی یا سوخت که عمدتاً گاز می باشد، با استفاده از حرارت دهی و روش های شیمیایی در دمای حدودا ۸۰۰ درجه ای

۳- تبدیل زیستی شیمیایی

تبدیل زیست توده به انرژی یا سوخت با استفاده از آنزیم، باکتری یا میکرو ارگانیسم به ۲ روش زیر:

  • هضم بی هوازی: تولید متان و سایر سوخت های زیستی. با تخمیر یا هضم بی هوازی فاضلاب های شهری می توان از انرژی نهفته آنها برای تولید گاز متان استفاده کرد. از گاز متان می توان برای گرمایش یا چرخش توربین های تولید برق استفاده کرد.
  • تخمیر: تولید اتانول

۴- تبدیل شیمیایی

تولید انرژی یا سوخت هایی نظیر دیزل زیستی با استفاده از عوامل شیمیایی مثل کاتالیزور یا مواد شیمیایی

نگرانی های مربوط به تولید انرژی از زیست توده

  • زنجیره تأمین (رشد، برداشت، انتقال، جمع آوری، ذخیره سازی و تبدیل)
  • تولید و تأمین دائمی مواد اولیه از جمله تآمین فصلی و در شرایط مختلف آب و هوایی
  • هزینه های مربوط به تأمین مواد اولیه و تبدیل آن به سوخت مفید
  • بهینه سازی روش های عملیاتی
  • ذخیره سازی ( چون اگر در محل تولید ذخیره شود باعث کاهش بهره وری سایر مراحل می شود و در غیر این صورت باعث ایجاد هزینه های اضافی حمل و نقل می شود. پس منطقی است که نزدیک محل تولید ذخیره شوند)
منابع زیست توده
منابع زیست توده

تأمین منابع انرژی زیست توده از چه راه هایی انجام می شود؟

۱- جنگل ها و ضایعات جنگلی (forestry crop residues)

از منابع جنگلی می توان به هیزم، تراشه ها و خرده های چوب، خاک اره و ضایعات آسیاب چوب و مبلمان و خاک اره اشاره کرد که چندین قرن است در خانه ها و صنایع مختلف برای پخت نان، صنایع فرآوری شکر، چای، قهوه، نارگیل، کارخانه های آجرپزی و آهک پزی مصرف می شوند. میزان زیست توده‌ای که تخمین زده می شود از جنگل های کشور ایران و به ویژه جنگل های شمالی بدست بیاید حدود ۵۵۶ تن در هر هکتار می باشد.

۲- پسماندهای محصولات زراعی و کشاورزی (agricultural crop residues)

تفاله ها و پسماندهای محصولات زراعی و کشاورزی همچون کاه و کلش، سبزه ،جلبک ها، ذرت، سبوس برنج، سورگم یا همان سیب زمینی ترشی، نیشکر، انواع میوه، گیاهان روغنی مثل سویا، کلزا و آفتاب گردان و بقایای فرآوری محصولات غذایی و زراعی جزو منابع تولید انرژی زیست توده به شمار می روند.

پسماندهای محصولات زراعی
پسماندهای محصولات زراعی

طبق بررسی های انجام شده حدود ۲۵ درصد وزنِ محصولات زراعی به صورت تفاله، کاه و کلش دور انداخته می شود که اگر به صورت صحیح مدیریت شوند می توان آنها را به زیست انرژی تبدیل کرد. ۲ فرآورده مهمی که از ضایعات محصولات کشاورزی به دست می آید عبارتند از الکل و بیودیزل. گازوئیل حاصل ترکیب ۲۲ درصدی اتانول و بنزین است که در حال حاضر در بیش از ۱۰ میلیون خودرو مورد استفاده قرار می گیرد. بهتر است بدانید که اتانول عمدتاً از تفاله ها و پسماندهای نیشکر بدست می آید. سورگم هم در تولید الکل به کار می رود. تخمین زده می شود که از هر تن غده سورگم حدود ۸۵ لیتر اتانول بدست می آید. اگر در نظر بگیریم ۴۰ تن محصول در هر هکتار برداشت شود پس از هر هکتار حدود ۳ هزار لیتر می توان الکل بدست آورد.

با کاشت درختان یا درختچه های که سریع و کوتاه رشد می کنند در زمین های غیر قابل استفاده، نامرغوب و نیمه بایر، گیاهان انرژی زا همانند نیشکر و سورگوم، گیاهان روغنی همانند سویا و کلزا و سوزاندن آنها در کارخانجات تولید زیست توده می توان به مقدار زیادی انرژی دست یافت که امن و بی خطر می باشد. این کار علاوه بر اینکه باعث می شود زمین های نیمه بایر خالی مورد استفاده قرار بگیرند، می تواند برای کشاورزان درآمد زایی و صرفه اقتصادی به همراه داشته باشد. با اینکه سوزاندن این منابع باعث انتشار دی اکسید کربن می شود اما دائمی بودن دوره کاشت این منابع باعث جذب همان مقدار دی اکسید کربن از هوا می شود و این یعنی چرخه کربن خنثی.

۳- پسماندها و ضایعات صنعتی و فاضلاب های صنعتی (industrial sewage residues)

پساب و ضایعات صنایع مختلف مثل نساجی، الکل سازی، کاغذ و همچنین صنایع غذایی مثل پنیر و آب میوه حاوی مقادیر زیادی زیست توده بوده که اگر به صورت صحیح مدیریت شوند می توان هم از آنها انرژی و همچنین غذای دام تولید کرد.

در صنایع پنیر سازی پس از حذف چربی و کازنین شیر، آب پنیر بدست می آید. در تولید هر کیلوگرم پنیر حدود ۸ کیلوگرم آب بدست می آید. تخمین زده می شود سالانه حدود ۸۰ هزار تن پنیر در ایران تولید می شود که ۲۰ هزار تن آن در کارخانجات تولید می شود و بقیه به صورت دستی در روستاها. پس تخمین زده می شود سالانه حدود ۱۶۰ هزار تن آب پنیر بدست بیاید که ریختن آنها در محیط زیست به صورت فاضلاب باعث آلودگی شدیدی می شود. می توان با پرورش موجودات زنده ذره بینی روی آب پنیر از آن برای تولید زیست توده غنی و مغذی استفاده  کرد که اگر این ماده خشک شده و سپس آسیاب شود، برای دام ها یک غذای مقوی خواهد بود.

آیا می دانستید در کارخانجات تولید آب میوه، بسته به نوع میوه حدود ۹ تا ۲۵ درصد وزن آن را تفاله تشکیل می دهد. پس تخمین زده می شود به طور میانگین روزانه ۱۰۰ تن تفاله در یک کارخانه با ظرفیت ۱۹۰ متر مکعب تولید شود که سالانه این میزان به حدود ۳۶۵۰۰ تن می رسد که می توان از این تفاله ها حدود ۱۸۲۵ تن الکل تولید کرد.

در بسیاری از کشورها از جمله ایران از آب پنیر برای تولید اتانول یا همان الکل استفاده می شود.

۴- پسماندها و ضایعات جامد، فاضلاب های شهری و فضولات دامی (municipal solid waste and animals residues)

پسماندهای جامد عبارت است از زباله های معمولی منازل، ادارات، فروشگاه ها و رستوران ها، باغ ها و گلخانه ها که می توان برای تهیه کمپوست از آنها استفاده کرد و همچنین زباله های صنعتی، نخاله های ساختمانی، لاستیک های فرسوده، پسماندهای رادیو اکتیویته و زباله های آلوده بیمارستانی که جزو زباله های جامد دسته بندی می شوند.

لازم به ذکر است که ضایعات و پسماندهای غذایی در آشپزخانه های منازل، کارخانجات، هتل ها، مسافرخانه ها، رستوران ها، ادارات و بیمارستان ها به هدر می روند. این اماکن با رها کردن این پسماندها در فضای باز باعث آلودگی محیط زیست شده و سوزاندن آنها باعث ورود مشتقات گوگرد و… به هوا و آلودگی آن می شوند.

حتماً می دانید که برای پخت این غذاها از نفت، گاز، چوب و… استفاده می شود در حالی که می توان با قرار دادن یک گورارنده کوچک کنار آشپزخانه از غذاهای دور ریز زیست گاز تولید کرد و علاوه بر پخت غذاها با این سوخت برای روشنایی هم از آن استفاده کرد.

فضولات حیوانی

آیا می دانید که در ایران حدود ۷۲ میلیون راس دام وجود دارد که با استفاده از فضولات آنها می توان روزانه حدود ۴ میلیون متر مکعب گاز متان بدست آورد که برابر با ۲۵۵۰۰ بشکه نفت خام می باشد.

حرف آخر

با توجه به وجود حجم بالای ۴ منبع فوق الذکر زیست توده در ایران و با توجه به تجدید پذیر بودن این نوع انرژی و مزایای زیست محیطی که دارد می توان به عنوان یکی از مناسب ترین و اقتصادی ترین راه های تأمین انرژی در مناطق ایران به آن نگاه کرد و کاربرد آن را توسعه دارد. طبق برآوردهای انجام شده اگر یک دهم زمین های کشاورزی را به تأمین این نوع انرژی اختصاص دهیم، می توانیم ۸۰ درصد انرژی مصرفی جهان را تأمین کنیم. پس بهتر است مسئولین کشور ایران وابستگی به سوخت های فسیلی از جمله نفت و گاز را کاهش داده و به تآمین انرژی از منابع تجدید ناپذیر و جایگزینی سوخت های فسیلی با آنها فکر کنند.

در رابطه با سوخت های فسیلی خواندن این متن را به شما توصیه می کنیم: سوخت های فسیلی و تأثیرات آن

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *