مقدمة عن الوقود الحيوي البايوديزل

الوقود الحيوي أو البيو ديزل أو الديزل الحيوي Bio diesel كمصدر جديد للطاقة

مدخل :
يعود مفهوم استخدام الزيوت النباتية كوقود للمحركات لبداية القرن العشرين , حيث بيّن العالم رودولف ديزل ( Rudolf Diesel (1913 – 1858 في المعرض العالمي في باريس عام 1900 إمكانية استخدام الزيوت النباتية كوقود للمحركات , ولكنه توفى قبل أن يثبت صحة نظريته . وأهملت الزيوت النباتية بعد وفاته كوقود ومصدر جديد للطاقة وذلك لتطور الصناعات النفطية بشكل سريع ومذهل لتنتج وقود الديزل كمنتج رخيص لمحرك الديزل .
أهمية البيوديزل :
أخذ الاهتمام العالي يتجه في الوقت الحاضر نحو إنتاج وقود جديد صديق للبيئة , وخاصة بعد انخفاض مخزون البترول في العالم وغلاء أسعاره , ولتوفر كميات كبيرة من الزيوت النباتية والحيوانية رخيصة الثمن والتي تستعمل كمواد أولية لإنتاج البيوديزل من جهة أخرى .
وقد بدأت العديد من الدول ـ مثل فرنسا وإيطاليا والدنمرك والتشيك وألمانيا والولايات المتحدة الأمريكية وماليزيا واستراليا والفيليبين ـ في استعمال وقود البيوديزل المنتج من زيت اللفت ( الرابس –الكانولا ) في أوربا , وزيت النخيل ( البالم ) في دول شرقي آسيا , وزيت الصويا في الولايات المتحدة الأمريكية وغيرها من الزيوت الرخيصة ( كزيت الجاتروفا في الهند ) بدلاً من وقود الديزل البترولي , وقد تزايد الإنتاج العالمي لوقود البيوديزل بدءاً من 500 ألف طن في عام 1995 م إلى أكثر من 5 مليون طن في عام 2005 م . ويتوقع أن يصل إلى أكثر من 20 مليون طن في ناية 2020 م .
دخل استخدام وقود البيوديزل في تشريع وتنظيم بعض البلدان منذ عام 1990 م بسبب التلوث الناتج عن وقود الديزل البترولي والفوائد الناتجة عن استخدام وقود البيوديزل , حيث أن حوالي 10 % من المركبات في الولايات المتحدة الأمريكية تستعمل البيوديزل كوقود في بدايات القرن 21 , ويتوقع أن تصل هذه النسبة إلى 30 أكثر من % في عام 2020 م .
يمتلك وقود البيوديزل خواص فيزيائية وحرارية تشبه إلى حدّ كبير خواص وقود الديزل وخاصة من ناحية اللزوجة وطاقة الاحتراق , والأمر الذي يشجع على استخدامه كوقود هو إمكانية تصنيعه بشكل متجدد من مصادره النباتية التي تزرع سنوياً , أو الحيوانية المتوفرة بشكل دائم ما دامت الحياة على الأرض , بينما النفط عرضة للنفاذ نتيجة الاستهلاك المستمر , بالإضافة إلى أنه يطلق عند احتراقه ملوثات بيئية أقل من الديزل البترولي .
تعريف البيوديزل :
البيوديزل سائل زيتي القوام ذو لون أصفر خفيف , ورائحة خفيفة , وطعم مر , وهو اسم لمجموعة متنوعة من إستيرات الكحولات الأولية الدنيا للأحماض الدسمة , كالميتيلية أو الإيتيلية أو البروبيلية أو البوتيلية أو البنتيلية .
مواصفات البيوديزل :
يتميّز وقود البيوديزل بالمواصفات التالية :
* يمكن أن يمتزج وقود البيوديزل مع وقود الديزل البترولي بسرعة وبكافة النسب ( والأكثر استخداماً 20 % بيوديزل 80 % ديزل بترولي ) , ويتشكل مزيج وقودي متجانس , حيث يفضل أن تستخدم هذه المزائج لأنه عند استخدام البيوديزل لوحده يجب تعديل المحرك لتجنب مشاكل تقنية في الأداء
* يعتبر البيوديزل غير سام وسهل التحلل البيولوجي .
* يقلل البيوديزل من إصدارات الملوثات السامة الناتجة عن محركات الديزل , حيث يقلل انبعاث أول أكسيد الكربون بنسبة 47 % , ويخفض انبعاث غاز ثاني أكسيد الكبريت بنسبة 100 % , ويقلل حوالي 90 % من الدقائق الناعمة الغير محترقة الناتجة عن الديزل البترولي .
* يملك البيوديزل رقم سيتان مرتفع ( 60 – 65 ) وهو أعلى من رقم سيتان الديزل البترولي ( 44 – 49 ) , ذلك مما يساعد على تخفيض الضجيج الناتج عن عمل المحرك وسهولة إعادة التشغيل .
* يمكن أن يخزن البيوديزل وينقل بشكل أفضل وآمن نظراً لارتفاع درجة احتراقه ونقطة وميضه ولزوجته مقارنة مع الديزل البترولي الذي يحتاج إلى شروط خاصة لتخزينه ونقله .
المواد الأولية التي تدخل في تصنيع وقود البيوديزل :
1 ـ المواد والأحماض الدسمة ذات قرينة اليود المرتفعة ( الزيوت الجفوفة وشبه الجفوفة ) .
2 ـ الكحولات الأولية الدنيا , وخاصة الكحول الميتيلي والإيتيلي . وإن كان الإيتانول مفضل في كثير من الأحيان لأنه أرخص ثمناً , وأسهل تحضيراً , وأكثر أمناً حيث أن التأثيرات السامة للأبخرة الناتجة عنه منخفضة مقارنة مع الميتانول ولكن عملياً يستخدم الميتانول بشكل واسع للأسباب التالية :
* لا يشكل الميتانول ايزو تروب مع الماء , وبذلك يمكن إعادة استخدامه ( إعادة تدويره ) .
* يضاف الميتانول CH3OH ( وزنه الجزيئي 32 غ / مول ) بكمية أقل من الإيتانول CH3-CH2- OH ( وزنه الجزيئي 46 غ / مول ).
* درجة غليان الميتانول ( 64.5 مO ) أقل من درجة غليان الإيتانول ( 78 مO ) .
* صعوبة الحصول على الإيتانول المطلق 100% .
3 ـ الوسيط :
يتم إنتاج البيوديزل بطريقة : الأسترة التبادلية بين الكحولات الأولية الدنيا كالكحول الميتيلي أو الإيتيلي في جزيئات الزيت باستخدام وسيط حمضي ( حمض الكبريت ) أو وسيط قلوي ( الصود الكاوي أو البوتاس الكاوي ) . للحصول على البيو ديزل كناتج رئيسي , والجليسيرين كناتج ثانوي .
وعملية الأسترة التبادلية هي الأكثر شيوعاً وذلك للأسباب التالية :
1 ـ اقتصادية العملية لأنها تتم بدرجة الحرارة والضغط العاديين .
2 ـ يصل مردود التفاعل حتى 98 % .
3 ـ إنتاج مباشر للبيوديزل بدون منتجات مرحلية .
4 ـ استخدام مواد متاحة ومحلية من أجل التفاعل .
وتعتمد عملية تبديل الأسترة وحدوث التفاعل بشكل كامل على عدة عوامل :
• نوع الزيت ونقاوته , ويفضل الزيت المتعادل والمبيض والمزال الرائحة .
• حجم وشكل مفاعل الأسترة .
• عدد دوران الخلاط في الدقيقة ( 60 دورة في الدقيقة عادة ) .
• درجة حرارة التفاعل ( أخفض من درجة غليان الكحول المستعمل عادة ) .
• نسبة الزيادة من الكحول المستخدم .
• زمن الخلط والتفاعل .
* ويبين المخطط التالي تسلسل مراحل الأسترة التبادلية :
زيت متعادل ومكرر ومبيض وخال من الماء + مزيج الكحول والوسيط  التفاعل  الترقيد لفصل الجليسيرين الأكثر كثافة الذي يرقد في أسفل الخلاط عن الإستر الأقل كثافة الذي يطفو على السطح , كما يمكن الفصل باستعمال الطرد المركزي  إزالة الكحول المتبقي مع الإستر بعملية التبخير اللحظي  تنقية الإستر من آثار الوسيط والصابون  تنقية ورفع تركيز الجليسيرين الناتج وتعبئته وتخزينه تعبئة وتخزين البيوديزل .

* التجربة العملية لإنتاج الديزل الحيوي التي أجريناها هنا في تركيا : ( المقادير هي لـ 1 لتر من الزيت المكرر النقي ) :
* يتم إضاف ما مقداره 4 غ من هيدروكسيد الصوديوم في خلاط إلى 200 سم3 من الميتانول ( CH3OH ) ويخلطان لمدة 5 دقائق فينتج ميتوكسيد الصوديوم ( Na O CH3 ) ‘ ثم نضع 1 ليتر من الزيت النباتي المكرر النقي في الناتج ونخلطهما لمدة نصف ساعة وندع المزيج يرقد لمدة 8 ساعات في درجة حرارة ( 30 - 35 مO) فنحصل على 1 ليتر من الديزل الحيوي ( ستيارات أو أوليات R - COO- CH3 ) بلون فاتح يطفو في الأعلى , وجليسرين CH2OH-CHOH-CH2OH بلون داكن في الأسفل 200 سم3 .
* يغسل الديزل الحيوي المنتج بالماء لإزالة المواد الغير متفاعلة , ويمكن مزجه مع أحد المشتقات النفطية لتحسن جودته .
* أما الجليسرين الناتج فيستخدم في صناعة الصابون والأدوية والمراهم والأصبغة وغيرها , بعد تحسين لونه بالفحم الفعال , ورفع تركيزه إلى التركيز المناسب .
* إن كلفة الديزل الحيوي المنتج تعتمد على نوع الزيت المستخدم وكلفة المواد الكيميائية وتكلفة استهلاك المعدات المستخدمة بالإضافة إلى تكلفة الكهرباء وأجوراليد العاملة .
* ولمنع تهلم الديزل الحيوي المنتج ( أي يصبح كالهلام ) في الجو البارد ( 4 - 5 oم ) يجب مزجه مع المشتقات النفطية . أو أسترة الزيوت ذات الرقم اليودي المرتفع , أو المجرى عليها عملية التشتيه De Winterization .