آیا می توانیم هواپیماهای خود را با استفاده از فاضلاب خود شارژ کنیم؟


تصویری از ضایعات مواد غذایی در سطل آشغال در پارک.
بزرگنمایی / سوخت جت سبز آینده؟

کاربردهای زیادی وجود دارد که در آن سوخت مایع عملی ترین روش برای تأمین انرژی باقی می ماند – مواردی مانند هواپیما و کشتی های بزرگ نمونه های بارز آن هستند. می توان از استفاده از سوخت های فسیلی برای این کاربردها خودداری کرد ، زیرا روش های زیادی برای تولید سوخت های زیستی وجود دارد. اما ما نمی توانیم سوخت های زیستی را با قیمت رقابتی تولید کنیم و سوخت های فسیلی را به عنوان گزینه اصلی در اختیار خود قرار دهیم.

بنابراین ، گروهی از محققان آمریکایی احتمال تبدیل ضایعات مواد غذایی به سوخت جت را بررسی کردند. نتایج شیمیایی بسیار عالی است ، و ماده ای تولید می شود که می تواند با یک سوخت کوچک جت استاندارد مخلوط شود تا از تمام استانداردهای نظارتی برخوردار باشد. از نظر اقتصادی ، وضعیت چندان مناسب نیست و فقط با قیمت هایی که پنج سال پیش رواج داشت کار می کند. اما این واقعیت که در غیر این صورت پسماند با تجزیه بیشتر متان را در جو آزاد می کند ، دی اکسید کربن تولید شده توسط سوخت جت را در مخلوط جبران می کند. بنابراین قیمت کربن می تواند معادله را تغییر دهد.

غذا (و سایر موارد) برای سوخت

در اینجا ، کار به اصطلاح “پسماند مرطوب” متمرکز است ، که شامل مواردی مانند زباله های غذایی ، کود حیوانی و فاضلاب است. همانطور که انتظار دارید ، ما بسیاری از این موارد را تولید می کنیم و نویسندگان تخمین می زنند که کل انرژی آن تقریباً معادل 10 میلیارد گالن سوخت جت در هر سال است. با توجه به مقدار آب موجود ، تبدیل مستقیم این زباله به هر نوع سوخت بسیار پر مصرف است ، زیرا آب باید دفع شود. با این وجود می توان مواد زائد را در یک محیط فاقد اکسیژن قرار داده و باکتری ها را به متان تبدیل کرد.

آنچه نویسندگان بر آن متمرکز شده اند ، قطع این روند است. اگر باکتری ها را در شرایط مناسب رشد دهید ، تمام چربی های پیچیده طولانی تر به طور کامل تجزیه نمی شوند. در عوض ، آنها در زمانی متوقف می شوند که مقدار زیادی کربن در این سلول ها به شکل مولکول های نسبتاً کوتاه به طول چهار تا هشت کربن باشد. آنها معمولاً چندین اکسیژن به یک انتهای زنجیره کربن متصل می شوند و باعث می شود اسیدهای ضعیف باشند.

از نظر شیمیایی ، ممکن است این مولکول ها به گونه ای واکنش نشان دهند که دو اسید ضعیف در یک مولکول ادغام شوند ، در این فرآیند آب و یک مولکول دی اکسید کربن آزاد شود. مولکول بدست آمده اکنون تقریباً دو برابر بیشتر است (دو مولکول چهار کربنی با هم ترکیب می شوند و یک مولکول هفت کربنی تشکیل می دهند و کربن دیگر را به عنوان CO آزاد می کنند)2) و این باعث افزایش طول همسایگی هیدروکربن های معمول در سوخت جت می شود.

مولکول طولانی تر هنوز اکسیژن متصل است و برای خلاص شدن از آن دو راه وجود دارد. یک واکنش ساده با هیدروژن و یک کاتالیزور ارزان قیمت است که به صورت آب اکسیژن از بدن خارج می شود. یک گزینه دیگر ، همجوشی بیشتر مولکول دیگر اسید ضعیف ، ایجاد ساختار شاخه ای پیچیده تر است. (این فرایند همچنین به واکنش با هیدروژن برای تبدیل ماده به هیدروکربن خالص در صورت آماده شدن نیاز دارد.) محققان نشان داده اند که با کاتالیزورهای مناسب ، هر دو واکنش فوق العاده خوب عمل می کنند و مخلوطی از هیدروکربن ها با خواص مشابه سوخت هواپیما تولید می کنند.

بنابراین محققان از قبل روندی داشتند. مواد زائد را با دستگاه گوارش باکتریایی تغذیه کنید ، باکتری ها را از تولید متان متوقف کرده و اسیدهای چرب کوتاه را از دستگاه گوارش جدا کنید. سپس آنها را در معرض واکنش های مختلف قرار دهید و مخلوطی از هیدروکربن ها را که می تواند به عنوان سوخت استفاده شود ، خارج کنید.

آماده برای جت

البته برخی از نیازهای بسیار خاص برای سوخت جت وجود دارد که توسط مقامات هواپیمایی برای اطمینان از ایمنی پروازها و عملیات زمینی طراحی شده اند. و سوختهای تولید شده توسط این دو فرآیند از برخی جهات حیاتی مانند نقطه اشتعال و نقطه انجماد با سوخت استاندارد جت متفاوت هستند که به ترتیب رفتار سوخت را در پاسخ به دمای بالا و پایین تعیین می کنند.

اگر این سوخت های زیستی کمتر از 10 درصد مخلوط سوخت جت باشد ، این مشکلی ایجاد نمی کند. اما اگر بخواهید مخلوطی را ایجاد کنید که در درجه اول سوخت زیستی باشد ، مشکلاتی ایجاد می کند. با این حال ، دو واکنش متفاوت محصولی را تولید می کنند که از جهات مخالف با یکدیگر متفاوت هستند (یکی مایعی با نقطه اشتعال بالاتر تولید می کند ، دیگری به عنوان مثال مایعی با نقطه اشتعال پایین). بنابراین با مخلوط کردن این دو با هم ، می توان مخلوط سوخت جت ساخت که بیش از 70 درصد سوخت زیستی باشد.

از آنجا که فرآورده های این واکنش ها در چندین مرحله در طول مسیر خالص شدند ، در نتیجه سوختی با احتراق تمیزتر وجود داشت و تولید دوده حدود 65 درصد کاهش یافت. همچنین تراکم انرژی آن کمی بیشتر از سوخت جت سنتی بود که ممکن است برای برخی از کاربردها مفید باشد.

با وجود همه کاتالیزورها و شرایط ایجاد شده ، محققان به س questionالی نسبتاً مهم روی آوردند: هزینه آن چقدر است؟ با فرض اینکه می توانند چیزی بیش از 200 تن زباله غذایی در روز بدست آورند ، آنها تخمین می زنند که سوخت زیستی با سوخت استاندارد جت با قیمت حدود 2.50 دلار در هر گالن قابل رقابت خواهد بود. این تعداد بی دلیل نیست و قیمت سوخت جت چندین سال بالاتر از این قیمت در گذشته بوده است ، اما از سال 2014 در این محدوده نبوده است.

شمارش کربن

با این حال ، اگر میزان انتشار کربن را در نظر بگیرید ، همه چیز به طور قابل توجهی تغییر می کند. دلیل این امر این است که اگر آنها برای استفاده دیگری هدایت نشوند ، مواد زائد مواد غذایی در یک محل دفن زباله قرار می گیرند و متان تولید می کنند که یک گاز گلخانه ای قوی تر از دی اکسید کربن است. در نتیجه ، هدایت این کربن به سمت سوخت و سوزاندن آن باعث جلوگیری از این انتشارات متان می شود. در طرح بزرگ ، این امر بیش از خنثی سازی 30 درصد مخلوط سوخت نهایی حاصل از نفت است که باعث تولید گازهای گلخانه ای منفی سوخت / جت می شود.

اگر قیمتی برای کربن یا مقداری اعتبار برای سوختهای کم کربن وجود داشته باشد ، این می تواند بخشی از اختلاف قیمت بین سوخت جت و قیمت مورد نیاز برای سودآوری سوخت های زیستی را جبران کند. در حال حاضر ایالات متحده قیمت کربن ندارد ، اگرچه برخی از کشورها این قیمت را دارند. نویسندگان تعداد آنها را در فرمولی گنجانده اند که اعتبارات مربوط به سیستم سوخت کم کربن استاندارد کالیفرنیا را ارزیابی می کند و دریافت که سوخت های زیستی آنها در صورت جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه ای 3.71 دلار / گالن هزینه دارد.

تنها مسئله ای که در اینجا وجود دارد این است که شرایط زیادی وجود دارد که در آن مواد زائد مواد غذایی اجازه ندارند متان را در جو آزاد کنند. بیشتر آن می تواند به عنوان ماده اولیه تولید بیودیزل نیز باشد ، بنابراین قبل از رسیدن به محل دفن زباله هدایت می شود. و اکنون محل دفن زباله هایی وجود دارد که متان را می گیرند که در غیر این صورت متصاعد می کنند و برای تولید انرژی از آن استفاده می کنند. بنابراین ، تولید سوخت جت ممکن است با سایر فرآیندهای احتراق خنثی سوخت با ضایعات مواد غذایی رقابت کند.

خوشحال می شوم که تکرار محاسبات کود و فاضلاب را ببینید. آنها احتمالاً محتوای انرژی مشابه پسماند غذایی ندارند ، اما فاضلاب نیاز به تصفیه گرانتری نسبت به دفن زباله دارد ، بنابراین اقتصاد ممکن است کمی متفاوت باشد.

PNAS ، 2021. DOI: 10.1073 / pnas.2023008118 (برای DOI).


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*