نحن نركز دائمًا على الوقود التقليدي، ولكن هناك المزيد من الإمكانيات. في هذه المقالة ما سنفعله هو التركيز عليه الإيثانولوهو أحد أنواع الوقود التي يمكنها تحسين أنواع الوقود الحالية في بعض الجوانب، على الرغم من أن له حدوده أيضًا.
علاوة على ذلك، سوف نرى الاختلافات بين الإيثانول ووقود الديزل الحيويرغم تشابههما من حيث المصدر الذي يتم الحصول عليه منه...
ما هو الإيثانول؟
وكما أن النفط هو منتج يأتي من العوالق التي تعود إلى عصور ما قبل التاريخ، فإن التكنولوجيا الحالية تسمح لنا أيضًا بالحصول على أنواع وقود أخرى من الدهون أو الزيوت النباتية مثل الوقود الحيوي، أو من الكحوليات، كما هو الحال هنا. أحد أنواع الوقود هذه هو الإيثانول، الكحول والتي يتم الحصول عليها بشكل رئيسي من تخمير السكريات الموجودة في النباتات مثل قصب السكر، أو الذرة، أو فول الصويا، أو البنجر الأبيض. وهو سائل عديم اللون، قابل للاشتعال والامتزاج في الماء.
لقد مضى أكثر من قرن منذ ذلك الحين أنشأ رودولف ديزل محرك دورة الديزل والتي تعمل بدقة مع الزيت النباتي كوقود. أي أن محرك الديزل الأول كان يعمل بالديزل الحيوي، وليس بالبترولوديزل كما يُعتقد في أغلب الأحيان. وظل هذا المحرك شائعًا حتى يومنا هذا، على الرغم من أن استخدام الزيت النباتي كوقود لم يكن ناجحًا بنفس القدر، حيث تركه جانبًا لعقود من الزمن، حتى الآن تم استرجاع وقود الديزل الحيوي.
وفي حالة الإيثانول، وهو ليس زيتًا، بل كحول كما ذكرت من قبل، فهو أيضًا يمكن استخدامه كوقود نقي أو ممزوج بالبنزين (لتكوين ما يسمى بالجازوهول).. ويعتمد استخدامه كوقود على قدرته على حرق وإطلاق الطاقة، تمامًا مثل البنزين.
وحاليا يتم خلط هذا الإيثانول مع البنزين من البترول بنسب مختلفة حسب كمية الإيثانول الموجودة فيه. لقد قلنا بالفعل أن الخلطات الأكثر شيوعًا هي E10 أو 10% إيثانول، و85% E85. وبفضل هذه الخلطات يمكن الحصول على نسبة أوكتان أعلى من البنزين النقي، مما يسمح بأداء أفضل للمحرك.
لا يتم تحسين الخليط بالإيثانول فحسب، بل يحتوي أيضًا على مواد أخرى مزايا على البنزين والديزل، مثل الحد من انبعاثات غازات الدفيئة وغيرها الانبعاثات الملوثة من الوقود العادي. كما أنه متجدد، حيث يمكن إنتاجه من النباتات أو الكتلة الحيوية. ومع ذلك، ليست كل المزايا، فهي أيضًا تتمتع بكثافة طاقة أقل، مما يعني أنها تحتاج إلى حجم أكبر لإنتاج نفس الطاقة، ولها تكلفة إنتاج وبيع أعلى، كما أنها تنافس إنتاج الغذاء، حيث يجب أن يكون جزء منها مخصص من الإنتاج لهذا الاستخدام وليس للغذاء، كما يتطلب تكييف المحركات حتى تتمكن من العمل...
إنتاج الإيثانول
La إنتاج الإيثانول وهو ينطوي على مجموعة من العمليات البيوكيميائية والفيزيائية التي تحول السكريات الموجودة في المواد الخام الزراعية إلى هذا النوع من الكحول الإيثيلي. ومراحل الحصول على هذا الوقود هي:
- اختيار وإعداد المواد الخام: أول شيء هو زراعة وحصاد المواد الأولية المستخدمة مثل الذرة وقصب السكر والبنجر وغيرها. ثم تمر الحبوب بعملية طحن لتحرر السكريات ويتم طبخها في حالة المواد الخام الغنية بالنشا مثل الذرة التي تعمل على تحويل النشا إلى جلتنة وتسهيل تحلله المائي. ثم تضاف الإنزيمات لتحليل النشا إلى سكريات قابلة للتخمر، مثل الجلوكوز. تُعرف هذه العملية الأخيرة باسم التسكر.
- تخمير:الخطوة التالية هي استخدام خمائر محددة لهذا الخليط من الماء والسكريات التي تم إنشاؤها في الخطوة السابقة. تستهلك هذه الخمائر السكر وتأكله وتنتج بدورها الإيثانول وثاني أكسيد الكربون كفضلات. ومن خلال التحكم في ظروف التخمير، مع درجة الحرارة ودرجة الحموضة وتركيز الأكسجين، يمكن تحسين إنتاج الإيثانول.
- التقطير: الآن يجب فصله، بحيث يتم تسخين النقيع المخمر وتكثيف الأبخرة الناتجة في عمود التقطير التجزيئي. يتم فصل الإيثانول عن الماء والمركبات المتطايرة الأخرى في عمود التقطير، وتنقيته. للحصول على الإيثانول اللامائي (بدون ماء)، يتم استخدام طرق مثل التقطير الأزيوتروبي مع البنزين أو الامتزاز الجزيئي لتحقيق الجفاف.
- معالجة المنتجات الثانوية: يتم تجفيف المواد الصلبة المتبقية من التقطير ويمكن استخدامها في علف الحيوانات، أما الجليسرين فيمكن استخدامه في الصناعات الدوائية والتجميلية للكريمات. من ناحية أخرى، يمكن أيضًا التقاط ثاني أكسيد الكربون الناتج واستخدامه في تطبيقات مختلفة، مثل الرش أو زجاجات غاز ثاني أكسيد الكربون المستخدمة في الاستخدامات المختلفة، بدءًا من أسلحة الهواء المضغوط، وحتى التنظيف، وحتى الصناعة الكيميائية، وما إلى ذلك.
من المهم أن نأخذ في الاعتبار أن عائد إنتاج الإيثانول سيعتمد على المواد الخام وتكنولوجيا التخمير والتقطير. إن وجود الملوثات أو نقاء الإيثانول سيعتمد أيضًا على العملية، حيث قد يكون هناك في العملية وجود بكتيريا أو خمائر برية يمكنها إضافة مواد غير مرغوب فيها.
أنواع الإيثانول
وعلاوة على ذلك، من المهم تسليط الضوء على أن هناك العديد منها أنواع الإيثانول حسب إنتاجها، مثل:
- الجيل الثاني: يتم إنتاجه من السكريات البسيطة أو النشا.
- الجيل الثاني: من السليلوز والهيميسليلوز الموجود في النفايات الزراعية والحرجية، أي من الكتلة الحيوية.
- الجيل الثاني: يتم الحصول عليه من الأعشاب البحرية المزروعة.
الاختلافات مع وقود الديزل الحيوي
El يعتبر الإيثانول والديزل الحيوي من أنواع الوقود الحيوي التي اكتسبت أهمية في السنوات الأخيرة كبدائل أكثر استدامة للوقود الأحفوري. وعلى الرغم من اشتراكهما في هدف تقليل الاعتماد على الهيدروكربونات، إلا أنهما يمثلان اختلافات كبيرة في أصلهما وإنتاجهما وخصائصهما.
عليك أن تضع في اعتبارك ذلك الأصل ليس هو نفسهفي حين أن الإيثانول يأتي من تخمير السكريات النباتية للحصول على الكحول، ففي حالة وقود الديزل الحيوي يكون من عملية كيميائية من الزيوت النباتية أو الدهون، مع إضافة كحول (مثل الميثانول) ومحفز لإنتاج استرات الميثيل للأحماض الدهنية. وينتج عن ذلك كحول بسيط، في حالة الإيثانول، أو خليط من استرات الميثيل في حالة وقود الديزل الحيوي. أي الجزيئات البسيطة مقابل الجزيئات الكبيرة والمعقدة المشتقة من الدهون الثلاثية.
علاوة على ذلك، فإن الخصائص النهائية لكليهما ليست هي نفسها. لقد ذكرت من قبل أن الإيثانول قابل للذوبان في الماء، والديزل الحيوي أكثر زيتية ولا يختلط بالماء. من ناحية أخرى، في حين يمكن استخدام وقود الديزل الحيوي كبديل كلي للديزل النفطي في محركات الديزل، يتم خلط الإيثانول مع البنزين لإنتاج وقود الديزل الحيوي. شكل غازهول، ولاستخدامه خالصًا يجب تعديل المحرك كما هو الحال مع مركبات الوقود المرن أو المركبات ذات الوقود المزدوج والتي سنتحدث عنها قريبا جدا...
هل يمكن استخدامه في المحركات التقليدية أم أنها تحتاج إلى تعديل؟
لا، لا يمكن لمحركات السيارات الحالية استخدام الإيثانول كوقود دون أي تعديل. يمكن استخدام خليط من الإيثانول والبنزين فقط حتى يتمكنوا من العمل في السيارات ذات محرك دورة أوتو التقليدي، أي البنزين. من ناحية أخرى، تتطلب الخلائط العالية أو الإيثانول النقي إجراء تعديلات على المحرك حتى يعمل. سبب؟ يمكن أن يكون الإيثانول مسببًا للتآكل لبعض الأنظمة الميكانيكية التقليدية، كما أنه يتطلب أيضًا "ضبط إشعال" مختلفًا، مثل خليط الهواء/الوقود، أو يجب أن يكون توقيت الشرارة مختلفًا لتحقيق أقصى قدر من الأداء.
الكثير عن طريق الحقن المصممة للبنزين ويجب أيضًا تعديلها لاستخدام الإيثانول، نظرًا لأنها لا تتمتع بنفس كثافة الطاقة، لذلك يجب حقن كمية أكبر للحصول على نفس الطاقة. ومن ناحية أخرى، فإن الإيثانول أيضًا يجعل من الصعب تشغيل المحرك عندما يكون باردًا، لذلك يتطلب أنظمة تدفئة إضافية.
فقط محركات الوقود المرن أو الوقود المزدوج يمكن تشغيلها إما بالبنزين التقليدي أو خليط البنزين والإيثانول أو الإيثانول النقي تقريبًا مثل E85. وذلك لأن لديهم أنظمة أوتوماتيكية تقوم بضبط المعلمات حسب الوقود المستخدم.
صور | canva