دانلود مقاله اتانول

مدل مولکول اتانول اتانول یا الکل اتیلیک یا اتیل الکل با فرمول C۲H۵OH ترکیب شیمیائی با بوی خاص و آتشگیری است که در نوشیدنی‌های الکلی وجود دارد.

این الکل همان ماده‌ای است که خاصیت مست کنندگی دارد و در نوشیدنی‌های الکلی با درصد‌های مختلف پیدا می‌شود.

علاوه بر این در صنایع مختلف کاربرد فراوان دارند.

این کاربردها در عطرها و ادکلن‌ها و همچنین در وانیل و همچنین به عنوان سوخت در برخی ماشین‌های جدید می‌باشد.

برای استفاده از این الکل در صنایع عطر سازی استفاده می‌کنند.

مخمر آبجو ، قارچی است که با جوانه‌زدن تکثیر می‌شود، اگر این قارچ در مجاور یک ماده قندی تخمیر شود، موادی از خود خارج می‌کند که خاصیت آنزیمی داشته و موجب دگرگونی قند می‌شود.

در بین قندها ، گلوکز به فرمول C۶H۱۲O۶ است که در انگور وجود دارد که پس از تخمیر باعث ایجاد الکل می‌شود.

تاریخچه اتانول برای انسان از دوران باستان شناخته شده بود، زیرا این ماده ، جزء اصلی مشروبات الکلی است.

جداسازی آن بصورت اتانول نسبتا خالص احتمالا اولین بار توسط "جابر بن حیان" که صنعت تقطیر را گسترش داد، انجام شده است.

البته بیشتر گمان می‌رود که اتانول خالص توسط "محمد زکریای رازی" دانشمند ایرانی تولید شده باشد.

فرایند تولید اتانول مورد استفاده در نوشابه‌ های الکلی توسط فرایند تخمیر از متابولیسم گلوکز توسط گونه مخصوصی از مخمرها در غیاب اکسیژن تولید می‌شود و در پایان فرایند تخمیر غلظت اتانول را با تقطیر بالا می‌برند.

برای مخلوط اتانول با آب بالاترین نقطه آزئوتروپ جوش برای 95% الکل و 5% آب است.

بنابراین جزء تقطیر شده مخلوط اتانول و آب نمی‌تواند خالصتر از 95 درصد باشد.

برای تولید اتانول خالص‌تر ، مقدار کمی بنزن به آن اضافه می‌شود.

بنزن ، آزئوتروپ سه‌گانه ‌ای با آب و اتانول تشکیل می‌دهد و مخلوط دوباره تقطیر می‌شود.

نتیجه این فرایند بدست آوردن اتانول بدون آب است.

با این همه چند ppm بنزن در اتانول باقی می‌ماند که جذب آن در بدن از مشخصه‌های آسیب کبدی است که در افراد الکلی دیده می‌شود.

تولید اتانول صنعتی اتانول سوخت نسبتا خوبی برای موتورهاست و در صنعت ، بصورتهای مختلفی استفاده می‌شود.

اتانول مورد مصرف در صنعت را معمولا از واکنش کاتالیزوری آب با اتیلن تولید می‌کنند.

این یک واکنش افزایشی است که در آن یک مولکول آب شکافته شده ، قطعات حاصل از آن به اتمهای کربن در پیوند دوگانه اضافه می‌شود.

این فرایند ، تولید اتانول اقتصادی‌تر از تولید آن با مخمر است.

امروزه برای تولید تجارتی آسان آن تخمیر مواد آلی زائد مانند خرده چوب و خاک اره پیشنهاد شده است.

اتانول صنعتی برای مصرف انسان ، نامناسب است، زیرا به آن ، مقادیر کمی متانول و مواد سمی دیگر اضافه می‌شود.

خواص فیزیکی اتانول ، مایعی قابل احتراق و بی‌رنگ بوده ، یکی از انواع الکلهای موجود در نوشابه‌های الکلی است.

گرانروی آن ، مانند آب است و بوی نسبتا تندی دارد.

در صنعت بعنوان حلال و ماده واسطه شیمیایی برای تولید بیشتر ترکیبات آلی استفاده می‌شود.

بدلیل تشکیل پیوند هیدروژنی با هر نسبتی در آب حل می‌شود.

اتانول در مقایسه با ترکیبات آلی که وزن مولکولی یکسانی با آن دارند، نقطه جوش بالاتری دارد.

به عنوان مثال نقطه جوش پروپان که تقریبا وزن مولکولی برابری با اتانول دارد، 43- درجه سانتی‌گراد است، درحالی‌که نقطه جوش اتانول 78 درجه سانتی‌گراد است.

دلیل این اختلاف ، وجود پیوندهای هیدروژنی مربوط به گروه OH است که نیروی جاذبه میان مولکولهای مجاور را افزایش می‌دهد.

اتانول خاصیت ضعیف اسیدی و بازی از خود نشان می‌دهد که خاصیت بازی آن بدلیل جفت الکترون تنهای اکسیژن بوده و خاصیت اسیدی آن ، بخاطر پیوند هیدروژن با عنصر الکترونگاتیو اکسیژن است.

اتانول با فلزات فعال ( Na و K و Mg و … ) وارد واکنش شده ، اتوکسید ایجاد می‌کند.

کاربرد اتانول بدلیل نقطه ذوب پائین در صنعت ضدیخ‌سازی استفاده می‌شود.

حلال بسیار خوبی است و در صنعت عطرسازی ، رنگسازی و … استفاده می‌شود.

محلول %85 – 70 آن بعنوان محلول ضدعفونی کننده کاربرد دارد.

اتانول با تغییر دادن پروتئین و حل کردن چربی ، میکرو ارگانیسمهای آنها را از بین می‌برد.

البته این عمل فقط در برابر باکتریها و ویروسها و قارچها موثر است، ولی در مقابل هاگ ، باکتریها تاثیری ندارد.

اتانول همچنین در صنایع مشروبات الکلی به میزان گسترده ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ساختمان اتانول نکته مهم مصرف بیش از حد مشروبات الکلی ، بدلیل وجود اتانول در ترکیب آنها باعث ایجاد عوارض بسیاری در سلامتی انسان می‌شود که عبارتند از : عوارض حاد تهوع ، استفراغ ، افسردگی ، تنگی نفس.

عوارض مزمن اعتیاد به الکل (الکسیم) ، سایروز کبدی ، تاثیر در سلسله اعصاب مرکزی ، تولید اتانول از میکروب استفاده از نوعی میکروب به تولید سوخت زیستی ارزشمند اتانول منجر شده است.

استفاده از نوعی میکروب به تولید سوخت زیستی ارزشمند اتانول منجر شده است.

دانشمندان چند سالی است که متوجه شده اند استفاده از نوعی مولکول موسوم به Q microbe می تواند در تولید سوخت زیستی ارزشمندی همچون اتانول موثر باشد و اخیراً این تحقیق را در قالب پروژه یی برای ارگانیسم های تک سلولی به سوخت زیستی آغاز کرده اند.

این باکتری هم اکنون در کانون توجه محققان دانشگاه ماساچوست آمهرست قرار گرفته است.

«سوسان لشن» از محققان شرکت «اتانول خورشیدی» در این دانشگاه تلاش یک دهه گذشته دانشمندان را برای استفاده از این میکروب به عنوان تبدیل کننده ارگانیسم های تک سلولی به سوخت زیستی اتانول به واقعیت تبدیل می کند.

محققان معتقدند استفاده از این میکروب در فرآیندهای کربن طبیعی که به آنزیم های اضافی نیازی نیست نیز کاربرد فراوان دارد.

این میکروب می تواند خمیر چوب و باکتری مواد پسماند ذرت ها را با راندمان بالایی به اتانول تبدیل کند.

به گفته محققان این میکروب توانایی های غیرمعمولی نیز دارد از آن جمله می تواند طیف وسیعی از مواد گیاهی را مورد مصرف قرار دهد.

این میکروب می تواند به راحتی مولکول های سلولز را در هم بشکند.

تولید اتانول در داخل نانو لوله‎ های کربن (86/06/29 ) مطالعات نشان داده‎اند که می‌توان از اتانول به‌عنوان سوختی تجدیدپذیر استفاده کرد.

منحصربه‌فردترین کاربرد اتانول، استفاده از آن به‌عنوان سوخت اتومبیل و مکمل سوخت است.

اتانول طی فرایند تخمیر قند و به‌وسیله مقادیر معینی از مخمّرها تولید می‎شود.

این فرایند با پیش‎ماده‎ای که شامل مقادیر مناسبی از قند یا موادی نظیر نشاسته یا سلولز که می‎توانند به قند تبدیل شوند، انجام می‎شود.

در آمریکا پیش‎ماده اولیه برای تولید اتانول ذرت است.

در برزیل(عمده‎ترین تولیدکنندۀ اتانول در جهان)، پیش‎مادۀ اولیه از قند نیشکر حا‌صل می‎شود؛ در حالی که بحث‌های گسترده‌ای درباره فوائد اقتصادی و زیست‎محیطی ناشی از کاربرد سوخت‌های سازگار با محیط زیست برای سوخت اتانولی مطرح است، به نظر می‎رسد که استفاده از فناوری‌نانو(نانولوله کربنی) راه حل خوبی را برای این منظور فراهم کند.

شهرت نانولوله‎های کربن به‌عنوان ماده‎ای امیدبخش برای کاتالیز کردن واکنش‌ها بسیار چشمگیر است.

همینک، پژوهشگران چینی از نانولوله‎ های کربنی پرشده با نانوذرات رادیم، به‌عنوان راکتورهایی برای تبدیل مخلوط گازی مونوکسید کربن و هیدروژن به اتانول استفاده می‎کنند.

به نظر می‎رسد این اولین مثال از فعالیت و انتخاب‎پذیری یک واکنش کاتالیزشده با فلز در فاز گازی باشد که کمک چشمگیری به پیشرفت یک واکنش درون یک ظرف واکنش از جنس نانولوله کربنی می‎کند مطالعات نشان داده‎اند که می‌توان از اتانول به‌عنوان سوختی تجدیدپذیر استفاده کرد.

همینک، پژوهشگران چینی از نانولوله‎های کربنی پرشده با نانوذرات رادیم، به‌عنوان راکتورهایی برای تبدیل مخلوط گازی مونوکسید کربن و هیدروژن به اتانول استفاده می‎کنند.

به نظر می‎رسد این اولین مثال از فعالیت و انتخاب‎پذیری یک واکنش کاتالیزشده با فلز در فاز گازی باشد که کمک چشمگیری به پیشرفت یک واکنش درون یک ظرف واکنش از جنس نانولوله کربنی می‎کند.

بیو اتانول بیو تکنولوژی شاخه ای از مهندسی شیمی است که به خواص میکروارگانیسم ها و کاربرد های آنها پرداخته می شود.

میکرو ارگانیسم ها به دو دسته یو کاریوتها و پروکاریوتها تقسیم می شوند که یوکاریوتها تک سلولی و پروکاریوتها نیز حداقل شامل دو سلول هستند.

باکتری ها از دسته یوکاریوتها و قارچ ، جلبک و کپک ها از خانواده پروکاریوتها می باشند.

یوکاریوتها دارای ساختمان ساده و پروکاریوتها نیز ساختمان پیچیده ای دارند.

بیشترین کاربرد های بیو تکنولوژی مربوط به تولید اتانول است که بیو اتانول نامیده می شود.

معروفترین میکروارگانیسم هایی که برای تولید اتانول استفاده می شوند شامل باکتری زیگوموناس موبیلیس ، مخمر ساکارومایسیس سرویسیه ، قارچ موکور ایندیکوس و قارچ موکور همیلیس می باشند.

روش های تولید بیو اتانول در بیو راکتور شامل روش ناپیوسته ، پیوسته و خوراکدهی ناپیوسته می باشد.

تحقیقات نشان داده که استفاده از روش خوراکدهی ناپیوسته دارای بیشترین راندمان تولید اتانول است.

در بین تمام میکروارگانیسم ها قارچ موکور ایندیکوس و موکور همیلیس دارای بیشترین راندمان می باشند و راندمان تولید اتانول توسط این دو قارچ ۴۴ درصد است.

دسته بندی دیگر میکروارگانیسم ها شامل روش هوازی و بی هوازی می باشد که در روش بی هوازی گلوکز با اکسیژن واکنش داده و تولید اتانول می کند که به همراه اتانول مقداری آب نیز تولید می شود.

مواد اولیه برای تولید اتانول ۱- مواد قندی: شامل میوه جات ، ضایعات نیشکر، شیره چغندر قند و ...

۲- مواد نشاسته ای : شامل گندم ، جو، سیب زمینی و ...

۳- مواد لیگنوسلولزی: سبوس گندم ، سبوس جو ، خرده چوب و ...

اتانول (اتیل الکل) عضو دوم سری الکل الیفاتیک می باشد که دارای بوی مطبوع و بی رنگ می باشد.برای مصارف صنعتی تقریبا همه اتانولی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد دارای 95 % اتانول و 5% آب می باشد که بطور ساده الکل 95% نامیده می شود.

اگر چه الکل خالص نیز موجود می باشد و به آن الکل مطلق گفته می شود.

آماده سازی الکل اتانول 95%( 95% اتانول موجود در آب) با استفاده از تقطیر محلول حاصل از تخمیر قند ها به دست می آید.

واکنش اتن با بخار اغلب اتانول مورد استفاده در صنعت با استفاده از واکنش مابین اتن و بخار به دست می آید.

C2H4 + H2O ==> C2H5OH Ethene Steam Ethanol تخمیر الکل یک محلول ساکاروز که مخمر به آن اضافه می شود ، گرم می شود.

یک آنزیم که در مخمر وجود دارد به صورت معکوس اضافه می شود.و به صورت یک کاتالیست برای تبدیل ساکاروز به گلوکز و فروکتوز عمل میکند.

Invertase C12H22O11 + H2O ==> C6H12O6 + C6H12O6 Sucrose Glucose Fructose گلوکز و فروکتوز به وسیله آنزیم زیماز که در مخمر وجود دارد به اتانول و دی اکسید کربن تبدیل می شوند.

 zymase  C6H12O6 ==> 2C2H5OH + 2CO2  Ethanol فرآیند تخمیر در سه روز و در دمای بین 25 تا 30 درجه سلسیوس انجام می شود .

اتانول سپس به وسیله تقطیر جزئی بدست می آید.

اتانول کامل اتانول ابتدا با مخلوط آب حاصل می شود سپس از این محلول به وسیله تقطیر جزئی به دست می آید .

اگر چه نقطه جوش اتانول (78.3) کمتر از نقطه جوش آب (100) است ، ماده کاملا به وسیله تقطیر جدا نمی شود .

در عوض یک مخلوط آزئوتروپ (مخلوطی از 95% اتانول و 5% درصد آب حاصل می شود.) و نقطه جوش آزئو تروپ 78.15 درجه سلسیوس می باشد.

ماده فرار ماده ای است که دارای کمترین نقطه جوش است و در ظرف تقطیر زودتر زودتر تقطیر می شود.

این ماده آزئوتروپ اتانول 95% است که دارای کمترین نقطه جوش می باشد.

جداسازی مخلوط به وسیله تقطیر جزئی انجام می شود زیرا بخار دارای ترکیب متفاوتی از مایع می باشد.

خواص فیزیکی اتانول اتانول یک مایع بی رنگ با بوی آشکار می باشد که کاملا محلول در آب و حلال های آلی است و خیلی هیدروسکوپیک می باشد.

Melting Point -1150C Boiling Point 780C Specific Gravity 0.79.

خواص شیمیائی اتانول احتراق اتانول C2H5OH + 3O2 ==> 2CO2 + 3H2O Ethanol اکسیداسیون اتانول اتانول اکسید می شود با : دی کرومات پتاسیوم اسیدی شده، دی کرومات سدیم اسیدی شده ، پرمنگنات سدیم اسیدی شده، [O] C2H5OH ==> CH3CHO + H2O Ethanol Ethanal اتانول پیشتر به اتانوئیک اسید اکسید می شود (یعنی استیک اسید) اگر عامل اکسید دار کردن به مقدار اضافی وجود داشته باشد.

[O] CH3CHO ==> CH3COOH Ethanal Ethanoic Acid عامل اکسید شدن برای این واکنش یک مخلوطی از دی کرومات سدیم یا دی کرومات پتاسیم و اسید سولفوریک مورد استفاده قرار می گیرد که واکنش می دهد و اتم های اکسیژن تولید می شود.

Na2Cr2O7 + 4 H2SO4 ==> Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4H2O + 3[O] دی هیدراسیون اتانول هنگامی که اتانول با اسید سولفوریک غلیظ شده با اسید اضافی مخلوط شده و تا 170 درجه سلسیوس گرم می شود.(دو مول اتانول یک مول آب را از دست می دهد.) H2SO4 C2H5OH ==> C2H4 + H2O 170 degC هنگامی که اتانول با اسید سولفوریک غلیظ شده و با مقدار اضافی الکل مخلوط شده و تا دمای 140 درجه سلسیوس گرم می شود .

دی اتیل اتر تقطیر می شود .(دو مول اتانول یک مول آب از دست می دهد.) H2SO4 2 C2H5OH ==> C2H5OC2H5 + H2O 140 deg استفاده های اتانول - در صنعت نوشیدنی های الکلی مثل وودکا و...

- به صورت گسترده به عنوان حلال برای نقاشی ، لاک الکل و داروها - در صنعت اتانول (مثل استالدئیک )و اسید اتانوئیک ( اسید استیک ) - بصورت یک سوخت (مثل الکل بنزین) - بصورت سیال در ترمومتر ها - در نگه داشتن نمونه های بیولوژیکی - بنزین همراه با الکل که در آن الکل را به بنزین اضافه می کنند و باعث بهسوزی و آلودگی کمتر هوا می شود.در این ترکیب درصد الکل در بنزین بین ۵ تا ۳۰ درصد می باشد.

- دیزل همراه با الکل که در آن سوخت دیزل را با الکل مخلوط می کنند و باعث بهسوزی و همچنین کمتر آلوده شدن هوا می شود.

در این ترکیب مقدار الکل موجود دردیزل بین ۰ تا ۱۵ درصد می باشد.

اتانول سوخت پاک آینده وابستگی کشورهای پیشرفته به نفت و وقوع بحران‌های نفتی در دهه 1970 به دلیل فزونی مصرف بر تولید و نیز افزایش فوق‌العاده قیمت نفت، کشورهای صنعتی را بر آن داشت تا با مسئله انرژی برخوردی متفاوت کنند.

شروع نگرانی‌های زیست‌محیطی و کاهش منابع فسیلی، بهبود استانداردهای زیست‌محیطی زندگی در قالب کنوانسیون‌ها و پیمان‌نامه‌های متفاوت- نظیر پروتکل کیوتو- از سوی دیگر، منجر شد تا متخصصان با اعمال روش‌های گوناگون و استفاده از مواد جایگزین در بنزین و یا تهیه سوخت‌های جایگزین پاک، به اهداف خود در زمینه حفظ محیط‌زیست و توسعه پایدار، دست یابند.

در حال حاضر، اتانول به عنوان منبعی قابل اعتماد، می‌تواند جایگزین سوخت‌های رایج باشد.

اتانول با توجه به منابع هر کشوری قابل تولید است.

در ایران از ملاس، در امریکا از ذرت، در اروپا از سیب‌زمینی و...

اتانول به دست می‌آورند.

در این مقاله سعی شده است، ضمن بررسی روش‌های تولید اتانول در کشور، به جنبه‌های اقتصادی، زیست‌محیطی و...

این سوخت پرداخته و روش‌هایی مناسب برای تولید و استفاده از آن پیشنهاد شود.

در حال حاضر، افزون‌بر 98 درصد از اتانول تولیدی در جهان، با استفاده از روش تخمیر قندها، حاصل می‌شود.

قند مورد استفاده را می‌توان از منابعی مختلف نظیر مواد نشاسته‌ای، قندی، کشاورزی، پساب‌های صنعتی و منابع لیگنوسلولزی استحصال کرد.

هزینه تولید اتانول، نسبت به قیمت مواد اولیه، قیمت تحویل آن به بخش فرایند و همچنین ترکیب مواد اولیه، حساسیت بالایی دارد.

بنابراین، موفقیت در تولید اتانول و رقابت آن با بنزین می‌تواند به موقعیت جغرافیایی منطقه، نوع آب و هوا، روش تولید، خواص محصولات کشاورزی و نوع ضایعات آنها بستگی داشته باشد.

سیستمی که براساس هزینه پایین مواد اولیه، دسترسی آسان به مواد اولیه و استفاده از محصولات جانبی تأسیس شده باشد، ممکن است توجیه اقتصادی داشته باشد.

منابع سلولزی در حال حاضر، با توجه به پیشرفت تکنولوژی، پتانسیلی جهانی برای استفاده از مواد لیگنوسلولزی و تبدیل آن به الکل از طریق تخمیر، به وجود آمده است.

تولید انبوه مواد سلولزی از انواع کربوهیدرات‌ها، در کل جهان رایج است و تحقیقات بسیاری در زمینه فرایندی‌کردن مواد لیگنوسلولزی و تبدیل آنها به اتانول در حال انجام است.

البته مشکلات تکنیکی و اقتصادی موجود در زمینه هیدرولیز به منوساکاریدهای تشکیل‌دهنده آن، تأثیر زیادی بر امکان‌سنجی تولید اتانول دارد.

برای اقتصادی‌بودن و استفاده مؤثر در مقیاس صنعتی، باید ملاحظات خاصی نظیر توسعه همه‌جانبه فرایند، جداسازی محصولات و بازیابی استفاده از محصولات جانبی را مدنظر قرار داد.

طبیعت کریستالی و چسبنده سلولز و مقاومت آن در برابر انواع روش‌های هیدرولیز و تولید قندهای قابل تخمیر، به کانون تحقیق و توسعه برای تولید اقتصادی اتانول از مواد سلولزی تبدیل شده است.

مشتقات کشاورزی میزان تولید ضایعات و پسمان محصولات کشاورزی در جهان، بسیار بالا بوده و با توجه به ترکیب آنها، به منبعی مناسب تبدیل شده است.

برگشت این ضایعات به خاک، زمینه‌ساز افزایش حاصلخیزی، کنترل فرسایش، آزادسازی مواد موردنیاز خاک و پایداری ساختمان آن می‌شود.

فصلی بودن این تولیدات و پراکندگی آنها، افزایش هزینه را در پی دارد.

جدول 1: ترکیب عمومی برخی انواع چوب زباله‌های خانگی یکی از منابع بزرگ ضایعات مواد سلولزی در کشورهای پیشرفته، زباله‌های خانگی هستند.

در 1980، میزان تولید روزانه این ضایعات در امریکا 105×28 تن بوده که 58 درصد از آن سلولز بوده است.

تولید اتانول از زوائد جامد شهری در سطح تجاری، توسط امریکا و کانادا امکان‌پذیر خواهد بود.

محیط‌های جنگلی تولید اتانول به عنوان محصول سلولزی به مثابه منبع قندی، حساسیت شدیدی به نوع درخت دارد.

در حالت عمومی، چوب‌های سخت، سوبسترای مناسب‌تری در مقایسه با چوب‌های نرم هستند.

میزان سلولز در چوب، به میزان باران، شرایط خاک و آب و هوا بستگی دارد.

چوب سخت در درختانی مانند درخت سپیدار، تبریزی، افرا، بلوط و...

چوب نرم در درختانی مانند درخت کاج سفید، درخت ماموت و صنوبر شرقی، یافت می‌شود.

سایر مواد اولیه در جدول 2 آمده‌اند.

جدول 2: منابع اولیه تولید الکل کاربرد اتانول اتانول با توجه به خواص شیمیایی و فیزیکی خود، موارد استفاده متعددی دارد که چند نمونه از آنها عبارتند از: 1.

اتانول به عنوان حلال 2.

اتانول به عنوان سوخت 3.

اتانول به عنوان ماده اولیه تولید ETBEا1 به منظور افزایش عدد اکتان نظیر ETBEا2 که ماده‌ای افزودنی به بنزین برای افزایش عدد اکتان است.

البته در حال حاضر MTBE مشکوک به سرطان‌زایی بوده و مصرف آن رفته‌رفته متوقف می‌شود.

با جایگزین ETBE می‌توان به عدد اکتان بالاتری دست ‌یافت.

ETBE دارای ضریب فراریت کمتری نسبت به MTBE بوده و محتوای اکسیژن آن بیشتر است.

بنابراین با مصرف آن، احتراق کامل‌تر و سوختی تمیزتر و در نتیجه آلودگی کمتر هوا خواهیم داشت.

اتانول به عنوان سوخت یکی از مسائل و مشکلات پیش‌روی بشر در قرن 21، مسئله محیط‌زیست است.

افزایش جمعیت و توسعه استانداردهای زندگی، رابطه‌ای مستقیم با مصرف انرژی و سوخت در منازل و خودروها دارد.

انسان‌ها همواره به آب و هوای پاک، سوخت تمیز و مواد قابل بازیافت و تجزیه شونده نیاز دارند.

به همین علت، بشر ناخواسته به‏سوی استفاده از سوخت پاک هدایت می‌شود.

در این میان، اتانول می‌تواند به عنوان منبع انرژی تمیز و قابل اطمینان مطرح باشد.

در حال حاضر، سه راه برای استفاده از اتانول به عنوان سوخت وجود دارد: 1.

اتانول به صورت مخلوط با بنزین به صورت 10-E یا 85-E 2.

تولید ETBE به مثابه افزایش‌دهنده عدد اکتان 3.

اتانول به صورت خالص به عنوان سوخت بنزین حاوی اتانول Gashol نامیده می‌شود.

از اتانول می‌توان به عنوان افزایش‌دهنده عدد اکتان استفاده کرد.

اتانول را می‌توان از منابع سلولزی، قندی و نشاسته‌ای به دست آورد و سپس به صورت مخلوط یا خالص، به عنوان سوخت به کار برد.

در حال حاضر، اختلاف قیمت بنزین و اتانول و نیز مشکلاتی نظیر فرایند تولید، قیمت مواد اولیه و قیمت نفت، نمونه‌هایی از مهم‌ترین مسائل تأثیرگذار بر توسعه این سوخت جدید تلقی می‌شوند.

برطبق قانون فدرال امریکا، تمامی خودروها تا سال 2010، باید از توانایی استفاده از 85-E برخوردار باشند.

در 1990، شرکت فورد، خودروهای سازگار با 85-E خود را معرفی کرد.

این خودروها با هر نوع سوختی نظیر بنزین بدون سرب و 10-E کار می‌کنند.

در حال حاضر، افزون‌بر 40 درصد از وسایل نقلیه برزیل، از اتانول خالص و بقیه از 10-E استفاده می‌کنند.

امید است که تا سال 2010، با توجه به پیشرفت تکنولوژی توسعه میکرو ارگانیسم‌ها و استفاده کامل از محصولات جانبی، بتوان قیمت اتانول را تا 40 سنت به ازای هر گالن، کاهش داد که در این صورت 100 درصد قابل رقابت با بنزین است.

گفتنی است که میزان تولید بیواتانول در سال 2003 توسط امریکا، به 81/2 میلیارد گالن رسید که نسبت به سال 2003، حدو 32 درصد و نسبت به 1999، حدود 91 درصد رشد داشته است.

تولید اتانول در اروپا به منظور مصرف در خودروها، 5/4 برابر رشد داشته است.

یعنی میزان تولید آن در 1993 از 47500 تن به 216 هزار تن در سال 2001 رسیده است.

نمودار زیر، روند رشد تولید در این دوره را نشان می‌دهد.

مزایای زیست محیطی اتانول 1.

کاهش انتشار CO2 : CO2 حاصل از سوخت بنزین و یا هر سوخت دیگر وارد اتمسفر می‌شود و این گاز سبب تشدید پدیده گلخانه‏ای می‌شود درحالی که CO2 حاصل از سوخت بیواتانول و تولید شده در فرایند تخمیر توسط گیاهان کاشته شده جهت تولید اتانول جذب خواهد شد و این مزیت بزرگ جهت استفاده بیواتانول به عنوان سوخت است که حتی در سوخت‌های تمیزی مانند گاز طبیعی نیز یافت نمی‌شود.

[7] نمودار زیر نتایج حاصل از آنالیز آلاینده‌های CO2 در سوخت‌های مورد استفاده اتوبوس‌ها در سوئد را نشان می‌دهد [5].

2.

کاهش انتشار CO و CH: سوخت 10-E و 5-E و 7-E نشان داده‌اند که میزان CO را 15-4% و میزان CH ا7-2% کاهش می‌دهند.

3.

کاهش انتشار VOC: سوخت‌های حاوی اتانول کاهش VOC را نشان می‌دهند و در عین حال نسبت به سایر سوخت‌ها صدمه کمتری به ازن وارد می‌کنند.

4.

کاهش انتشار ذرات معلق (10اPM): اجزای معلق با قطری کمتر از 10 میلی‌متر هستند که در کیسه‌های هوایی شش انسان تجمع پیدا می‌کنند و سبب صدمه زدن به سیستم تنفس و سرطان می‌شود.

در سوخت‌های حاوی اتانول انتشار ذرات معلق در حدود 10درصد کاهش می‌یابد.

5 .

اکسیدهای سولفور (SOX): اگر بیواتانول به عنوان سوخت به صورت خالص به کار رود هیچ‌گونه سولفوری ندارد، در نتیجه اسیدی نداریم و در سوخت‌های حاوی اتانول نیز SOX کمتری تولید می‌شود.

6 .

اکسیدهای نیتروژن (NOX): این عامل در سوخت‌های حاوی اتانول تا 10 درصد افزایش می‌یابد.

با افزایش میزان اتانول در بنزین، میزان NOX کاهش می‌یابد.

با تنظیم موتور و درجه حرارت احتراق، می‌توان این عامل را در حدی مطلوب نگه داشت.

7.

آروماتیک‌ها: اتانول، حاوی هیچ‌گونه آروماتیک، نیست.

این در حالی است که بنزین‌های بدون سرب، 45 درصد آروماتیک دارند.

8 .

آلدئیدها: میزان استالدئید در سوخت‌های حاوی اتانول، افزایش می‌یابد.

با استفاده از تبدیل‌کننده کاتالیستی می‌توان این عامل را حذف کرد.

9.

افزایش عدد اکتان 10.

کاهش ضربه زدن3 در موتور 11.

ایمنی الکل: اتانول، از بنزین ایمن‌تر بوده، دیرتر آتش می‌گیرد، در برابر شعله آتش به آسانی می‌سوزد و دود کمتری در مقایسه با بنزین، تولید می‌کند.

دیگر مصارف اتانول سولفورزدایی از زغال سنگ: در این روش، اتانول به زغال سنگ اضافه می‌شود، سپس در حضور یک کاتالیزور، حرارت‌دهی می‌شود و سولفورهای معدنی و ارگانیک با بازده 90 درصد حذف می‌شوند.

پلاستیک قابل تجزیه: برخی میکروارگانیسم‌های خاص، با مصرف اتانول می‌توانند پلاستیک‌های سازگار با طبیعت نظیر پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) و پلی هیدروکسی والدیت (PHV) تولید کنند.

محصولات جنبی ناشی از تولید اتانول برای تولید اقتصادی و رقابتی الکل با بنزین، باید حداکثر استفاده از محصولات جنبی را انجام داد.

محصولات جنبی تولید شده در فرایند تولید الکل، عبارتند از: پروتئین: مواد لیگنوسلولزی می‌توانند حاوی حدود 15 درصد پروتئین بر مبنای وزن خشک باشند.

از این پروتئین می‌توان در غذای حیوانات در واحدهای دامداری و پرورش ماهی استفاده کرد.

لیگنین: این ماده به هنگام تولید اتانول از مواد لیگنوسلولزی، بدون تغییر باقی می‌ماند.

اگر واحدی سالانه 95 میلیون گالن اتانول تولید کند، لیگنین تولیدی روزانه آن 100 تن است و این یعنی مقدار زیادی جامد.

لیگنین، دارای ارزش حرارتی بوده و میزان آن از 9100 تا 13000 BTU و به ازای هر پوند با توجه به نوع چوب فرق می‌کند.

بنابراین، لیگنین را می‌توان به عنوان سوخت در بویلرها سوزاند و از انرژی آن استفاده کرد.

تحقیقاتی در مورد استفاده بهتر از لیگنین به عنوان ماده اضافه شونده به آسفالت، آنتی اکسیدان و...

در حال انجام است.

فورفورال: هیدرولیز زیست توده، آزاد کردن قندهای سلولز و همی سلولز را در بر دارد.

زیلوزقند اولیه همی سلولز، می‌تواند در حضور اسید، به فورفورال تبدیل شود.

از این ترکیب می‌توان به عنوان حلالی انتخابی، به منظور بالا بردن کیفیت روغن (نرم‌تر و روان‌تر شدن آن) استفاده کرد.

هیدروژنه کردن فورفورال در دمای 200 درجه سانتی‌گراد، منجر به تولید الکل فورفورال می‌شود که در تولید رزین‌های تجاری کاربرد دارند.

فورفورال در دمای پایین، حالت چسبندگی پیدا کرده و به عنوان روکش چوب کاربرد دارد.

از این ماده در تولید نایلون نیز استفاده می‌شود.

CO2: به ازای تولید یک متر مکعب اتانول، 76 کیلوگرم دی‌اکسید کربن تولید می‌شود که می‌توان 70 تا 80 درصد از آن را بازیابی کرده و پس از خالص‌سازی، به‌طور مستقیم در نوشابه‌های گازدار و یا یخ خشک به کار برد.

باید توجه داشت که آزاد شدن CO2 در اتمسفر، زمینه‌ساز افزایش پدیده گلخانه‌ای و دمای زمین خواهد شد.

استیلج4: اگر از نیشکر برای تولید اتانول استفاده شود، به ازای تولید هر لیتر الکل، 12 لیتر استیلج حاصل می‌شود.

معمولاً در هر 100 لیتر استیلج 40 تا 50 گرم ماده آلی وجود دارد که به عنوان خوراک دام به کار می‌رود.

این ماده شامل اجزای غیرفرار مواد باقی مانده بعد از تقطیر الکل است که ترکیب آن بستگی به عواملی مختلف مانند خوراک و محل کشت بستگی دارد.

در حالت کلی، این ماده شامل واکس‌ها، چربی، الکل باقی مانده، فیبر، نمک‌های معدنی و پروتئین است که BOD بسیار بالایی دارد و آلاینده محیط‌زیست تلقی می‌شود.

استیلج را می‌توان به عنوان کود به خاک برگرداند، اما باید توجه کرد که این امر به مرور زمان باعث افزایش غلظت نمک و اسیدیته خاک می‌شود.

جدول 3: مقدار مصرف MTBE در سال 1381 به تفکیک پالایشگاه‌ها روش‌‌های تولید اتانول از مواد لیگنوسلولزی قندهای حاصل از هیدرولیز مواد سلولزی، توسط میکروارگانیسم‌های مختلف مصرف شده و اتانول تولید می‌شود.

مواد لیگنوسلولزی، بخش چوبی شده گیاهان هستند.

این قسمت‌ها در ذرت، نیشکر، زائدات چوب، کاغذ و...

به آسانی قابل مشاهده بوده و قسمت اعظمی از این مواد را تشکیل می‌دهند.

مثلاً در زمینی که یک Acre نیشکر در آن تولید می‌شود، حدود 10 تن شکر قابل استفاده انسان و 3 تن ملاس تولید می‌گردد.

همچنین، در کنار آن حدود 20 تا 25 تن مواد زائد نیز تولید می‌شود.

این مولکول‌های گیاهی طی فرایندی خاص می‌توانند قند تولید کنند.

این قند پس از تخمیر به اتانول تبدیل می‌شود.

با پیشرفت تکنولوژی، روش‌های متفاوتی برای استخراج قندها از سلولز و همی سلولز و تبدیل آن به اتانول، در اختیار ما گذاشته است.

از طریق پیش تصفیه مواد لیگنوسلولزی، می‌توان سلولز و همی سلولز را از گیاه آزاد کرد.

تصفیه (تصفیه شیمیایی) در مراحل بعدی با استفاده از آنزیم‌ها و میکروارگانیسم‌ها، باعث تشکیل آزادسازی قندها از سلولز و همی سلولز شده و زمینه فعالیت میکروارگانیسم‌ها برای تخمیر و تولید اتانول را فراهم می‌سازد.

در انتخاب روش تولید اتانول باید بازهای نهایی تولید الکل از مواد لیگنوسلولزی، نوع مواد اولیه، هزینه تولید اتانول، میزان مصرف انرژی، میزان محصولات جانبی و تکنولوژی تولید آنزیم و...

را در نظر گرفت.

ممکن است برای یک سوبسترای خاص، فرایندی خاص طراحی شود.

در حال حاضر، 6 روش متداول به صورت تجاری- اقتصادی توسط شرکت‌های مختلف ارائه می‌شود که از میان این روش‌ها، به نظر می‌رسد فرایند آبکافت و تخمیر همزمان از لحاظ اقتصادی و بازدهی، روش مناسب‌تری باشد.

- فرایند هیدرولیز اسیدی (رقیق) خنثی‌سازی و تخمیز - هیدرولیز اسید (غلیظ) خنثی‌سازی- تخمیر - فرایند آبکافت و تخمیر همزمان سلولز (SSF) - تخریب آمونیاکی هیدرولیز آنزیمی تخمیر - تخمیر اسیدی و تخمیر توسط میکروارگانیسم‌های ترانس ژنتیک شده نتیجه‌گیری در ایران، با توجه به وجود منابع بالقوه مواد اولیه برای تولید اتانول حاصل از ملاس‌های نیشکری و چغندری، مواد نشاسته‌دار (ذرت و گندم) و مواد لیگنوسلولزی (ضایعات چوب، ضایعات کشاورزی، کاغذ بازیافتی از زباله و..)، امکان تولید اتانول فراهم است.

در صورت ایجاد بازار مصرف و سرمایه‌گذاری مناسب، می‌توان سالانه بیش از 2 میلیون تن اتانول در کشور تولید کرد.

در حال حاضر، بیشتر بخش‌های اتانول تولیدی کشور، از ملاس نیشکر و چغندر به دست می‌آید.

جدول 4: قیمت یک لیتر بنزین نهایی جدول 5: اثربخشی استفاده از اتانول و MTBE در بازار ترکیبات اکسیژن‌دار جهان، MTBE رقیب اصلی اتانول است.

مصرف MTBE به طور معمول در سال‌های گذشته بیش از اتانول بوده، اما با توجه به گزارش‌های متعددی که MTBE را عامل آلودگی آب‌های زیرزمینی و همچنین سرطان‌زایی معرفی می‌کنند، ادامه استفاده از این ماده در بسیاری از کشورها مورد تردید است.

پژوهش‌های صنعت نفت کشور، امکان استفاده از اتانول در سوخت بنزین را در دستور کار قرار داده و نتیجه بررسی‌ها نشان می‌دهند که نه تنها امکان استفاده از اتانول در سوخت خودروهای کشور وجود دارد بلکه تا اختلاط 10 درصد، هیچ گونه نیازی به تغییر موتور و یا سیستم سوخت‌رسانی نیست.

براساس اطلاعات شرکت ملی پالایش و پخش فراورده‌های نفتی ایران و نیز پژوهشکده صنعت نفت، قیمت بنزین و MTBE تولیدی و وارداتی کشور، عبارت است از: 1.

قیمت تمام شده بنزین موتور تولید داخل با درنظر گرفتن قیمت‌های فوب خلیج فارس در اواخر دسامبر 2003، هر لیتر 1905 ریال.

قیمت تمام شده بنزین موتور وارداتی با درنظر گرفتن قیمت‌های فوب خلیج فارس در اواخر دسامبر 2003 با احتساب هزینه‌های انتقال و توزیع، هر لیتر 2032 ریال.

متوسط قیمت MTBE در شش ماه اول سال 1382، هر لیتر 2173 ریال.

بنزین تولیدی در کشور، معمولاً دارای اکتان پایه 3/84 است که این رقم با افزودنی‌های خاص به 87 در بنزین نرمال و 93 تا 95 در بنزین سوپر می‌رسد.

آزمایش‌های انجام شده نشان می‌دهند که افزودن MTBE به بنزین، به نسبت درصدهای جدول 4، دارای اثرهای مختلفی است.

افزایش 5 تا 10 درصدی اتانول به بنزین پایه، دارای اثرهای مشخص در جدول شماره (3) است.

ملاحظه می‌شود که اثربخشی استفاده از اتانول و MTBE به شرح جدول (5) قابل ارائه است.

با توجه به جدول‌های شماره (3و4) شاید بتوان محصول نهایی حاصل از استفاده 15 درصد MTBE و 10 درصد اتانول را که محصول نهایی را به عدد اکتان تقریباً 90 می‌رساند، از لحاظ هزینه‌ای مقایسه کرد.

با توجه به استفاده از اتانول برای استفاده مطلق در سوخت با درصد خلوص 8/99 درصد، قیمت تمام شده برای هر لیتر اتانول، حدود 3600 ریال است.

جدول 6: قیمت یک لیتر بنزین نهایی جدول 7: وضعیت مصرف بنزین و امکان جانشینی بنزین اتانول‌دار با توجه به اثرات نامطلوب استفاده بلندمدت از MTBE و مزیت‌های تولید داخلی اتانول و آثار مثبت زیست‌محیطی این افزوده، به نظر می‌رسد که با افزایش تولید، قیمت تمام شده اتانول کاهش یابد و امکان برنامه‌ریزی برای تولید 60 میلیون لیتر اتانول مطلق در سال به منظور استفاده در سوخت خودروها وجود دارد.

بدیهی است در صورت ایجاد شرایط مناسب و تشویق سرمایه‌گذاران به سرمایه‌گذاری در این بخش و بهره‌برداری از کارخانه‌های تولید اتانول در دست احداث میزان تولید به حد مطلوبی افزایش خواهد یافت.

یارانه سالانه، برای 600 میلیون لیتر بنزین مصرفی حاوی 10 درصد اتانول در کشور، معادل 78 میلیارد ریال خواهد بود.

گفتنی است که یارانه مصرف روزانه بنزین در کلان شهرهای مندرج در جدول 7 که دارای مشکلات آلودگی در هوا و محیط‌زیست هستند، می‌توان تعداد روزهایی را مشخص کرد که در آن امکان استفاده کامل از بنزین حاوی 10 درصد اتانول وجود دارد.

کشورهای جهان برای سوخت‌های حاوی اتانول، یارانه می‌پردازند.

یارانه پرداختی به سوخت‌های حاوی اتانول در امریکا و هندوستان به شرح زیر است: امریکا: میزان یارانه پرداختی در امریکا برای هر گالن اتانول مصرفی تولید بنزین توسط شرکت‌های تولیدکننده بنزین اتانول‌دار، معادل 54 سنت و برای تولید کنندگان الکل، معادل 10 سنت و در مجموع برای هر لیتر بنزین E10،ا 648/1 سنت (140 ریال) است.

هندوستان: در هندوستان به ازای هر لیتر بنزین تولیدی اتانول‌دار (به میزان 10 درصد) معادل 75 روپیه (150 ریال) یارانه پرداخت می‌شود.

رتبه نخست تولید اتانول جهان برای برزیل