خواص زیست‌محیطی سوخت‌های ترکیبی با اتانول و کاهش انتشار کربن

سوخت‌های ترکیبی با اتانول، به‌عنوان جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی سنتی، در دهه‌های اخیر توجه زیادی به خود جلب کرده‌اند. این سوخت‌ها که از ترکیب اتانول زیستی (Bioethanol) با بنزین یا سایر سوخت‌ها به‌دست می‌آیند، به‌دلیل پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و بهبود کیفیت احتراق، به‌عنوان سوخت‌های سبز شناخته می‌شوند. اتانول، که معمولاً از تخمیر مواد قندی مانند نیشکر، ذرت یا ضایعات کشاورزی تولید می‌شود، به‌دلیل داشتن عدد اکتان بالا و احتراق تمیزتر، گزینه‌ای جذاب برای کاهش اثرات زیست‌محیطی است. این مقاله به بررسی خواص زیست‌محیطی سوخت‌های ترکیبی با اتانول، تأثیرات آن‌ها بر میزان انتشار کربن (Carbon Emissions)، و نقش آن‌ها در کاهش آلودگی هوا می‌پردازد. همچنین، با استفاده از داده‌های معتبر، به مقایسه این سوخت‌ها با سوخت‌های فسیلی سنتی پرداخته و چالش‌ها و مزایای آن‌ها را تحلیل می‌کنیم.

تأثیر اتانول بر کاهش انتشار کربن (Carbon Emissions Reduction)

مکانیزم کاهش انتشار کربن

اتانول زیستی به‌دلیل منشأ زیستی خود، در چرخه عمر خود (از تولید تا مصرف) می‌تواند میزان خالص انتشار کربن دی‌اکسید (CO₂) را کاهش دهد. گیاهانی که برای تولید اتانول استفاده می‌شوند، مانند نیشکر یا ذرت، در طی رشد خود CO₂ موجود در جو را جذب می‌کنند. این فرآیند به‌عنوان یک چرخه کربن خنثی (Carbon-Neutral Cycle) شناخته می‌شود، زیرا کربنی که در هنگام احتراق آزاد می‌شود، قبلاً توسط گیاهان جذب شده است. برخلاف سوخت‌های فسیلی که کربن ذخیره‌شده در اعماق زمین را آزاد می‌کنند، اتانول زیستی به تعادل کربن در جو کمک می‌کند. مطالعات نشان داده‌اند که استفاده از ترکیبات E10 (10% اتانول و 90% بنزین) می‌تواند انتشار CO₂ را تا 4-6% در مقایسه با بنزین خالص کاهش دهد. این کاهش در ترکیبات با درصد بالاتر اتانول، مانند E85 (85% اتانول)، حتی بیشتر است و می‌تواند به کاهش 20-30% انتشار گازهای گلخانه‌ای منجر شود.

عوامل مؤثر بر کاهش انتشار کربن

میزان کاهش انتشار کربن به عوامل متعددی بستگی دارد، از جمله نوع ماده اولیه برای تولید اتانول، فرآیند تولید، و نحوه حمل‌ونقل. برای مثال، اتانول تولیدشده از ضایعات کشاورزی یا زیست‌توده‌های سلولزی (مانند کاه یا چوب) نسبت به اتانول تولیدشده از ذرت، ردپای کربنی کمتری دارد، زیرا رقابت کمتری با تولید مواد غذایی دارد. همچنین، فرآیندهای تولید با بهره‌وری انرژی بالا، مانند استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در کارخانه‌ها، می‌توانند اثرات زیست‌محیطی را بهبود بخشند. با این حال، استفاده از کودهای شیمیایی در تولید مواد اولیه می‌تواند انتشار گازهای گلخانه‌ای مانند نیتروژن اکسید (N₂O) را افزایش دهد که خود یک گاز گلخانه‌ای قوی است. بنابراین، بهینه‌سازی فرآیندهای تولید و انتخاب مواد اولیه مناسب، کلید دستیابی به حداکثر مزایای زیست‌محیطی سوخت‌های ترکیبی با اتانول است.

مقایسه با افزودنی‌های سنتی مانند MTBE

مزایای زیست‌محیطی اتانول نسبت به MTBE

متیل ترشیو بوتیل اتر (MTBE) به‌عنوان یک افزودنی اکسیژن‌دار برای افزایش عدد اکتان بنزین و کاهش انتشار مونوکسید کربن (CO) و هیدروکربن‌های نسوخته استفاده می‌شد. با این حال، MTBE به‌دلیل سمیت بالا و آلودگی منابع آب زیرزمینی در بسیاری از کشورها ممنوع شده است. اتانول، به‌عنوان جایگزینی برای MTBE، نه‌تنها عدد اکتان بنزین را افزایش می‌دهد، بلکه به‌دلیل تجزیه‌پذیری زیستی، خطر کمتری برای محیط‌زیست دارد. برخلاف MTBE که در صورت نشت به آب‌های زیرزمینی می‌تواند آلودگی‌های طولانی‌مدت ایجاد کند، اتانول به‌سرعت در محیط تجزیه می‌شود و اثرات زیست‌محیطی کمتری به‌جا می‌گذارد. مطالعات نشان داده‌اند که جایگزینی MTBE با اتانول می‌تواند انتشار ترکیبات آلی فرار (VOCs) را تا 15% کاهش دهد و به بهبود کیفیت هوا کمک کند.

جدول مقایسه اتانول و MTBE

این جدول نشان می‌دهد که اتانول نه‌تنها از نظر زیست‌محیطی عملکرد بهتری دارد، بلکه از نظر ایمنی و پایداری نیز گزینه مناسب‌تری است. با این حال، چالش‌هایی مانند هزینه تولید بالاتر اتانول و نیاز به زیرساخت‌های خاص برای توزیع و استفاده از ترکیبات با درصد بالای اتانول (مانند E85) همچنان وجود دارد.

چالش‌های زیست‌محیطی و پایداری

تأثیر تولید اتانول بر منابع طبیعی

تولید اتانول، به‌ویژه از محصولاتی مانند ذرت یا نیشکر، می‌تواند تأثیرات منفی بر منابع طبیعی داشته باشد. استفاده از زمین‌های کشاورزی برای تولید مواد اولیه اتانول ممکن است به رقابت با تولید مواد غذایی منجر شود که به آن بحث “غذا در برابر سوخت” (Food vs. Fuel) گفته می‌شود. این موضوع می‌تواند امنیت غذایی را در برخی مناطق به خطر بیندازد. علاوه بر این، کشت محصولات کشاورزی برای تولید اتانول ممکن است به جنگل‌زدایی، فرسایش خاک، و مصرف بالای آب منجر شود. برای مثال، تولید یک لیتر اتانول از ذرت می‌تواند تا 15 لیتر آب مصرف کند. با این حال، استفاده از زیست‌توده‌های نسل دوم، مانند ضایعات کشاورزی یا جلبک‌ها، می‌تواند این چالش‌ها را کاهش دهد، زیرا این مواد نیازی به زمین‌های کشاورزی حاصلخیز ندارند.

انتشار گازهای گلخانه‌ای در فرآیند تولید

اگرچه اتانول در مرحله احتراق انتشار کربن کمتری دارد، اما فرآیند تولید آن می‌تواند گازهای گلخانه‌ای قابل‌توجهی تولید کند. برای مثال، استفاده از سوخت‌های فسیلی در تولید کود، برداشت محصول، و حمل‌ونقل مواد اولیه می‌تواند ردپای کربنی اتانول را افزایش دهد. طبق مطالعات، اتانول تولیدشده از ذرت در ایالات متحده ممکن است تا 50% از انتشار CO₂ بنزین را تولید کند، در حالی که اتانول تولیدشده از نیشکر در برزیل به‌دلیل بهره‌وری بالاتر، تنها 20-30% از این میزان را تولید می‌کند. برای کاهش این اثرات، استفاده از فناوری‌های پیشرفته مانند تولید اتانول از زیست‌توده‌های سلولزی و بهره‌گیری از انرژی‌های تجدیدپذیر در فرآیند تولید ضروری است.

سوالات متداول

سوخت‌های ترکیبی با اتانول پتانسیل بالایی برای کاهش انتشار کربن و بهبود کیفیت هوا دارند. این سوخت‌ها، به‌ویژه در ترکیباتی مانند E10 و E85، می‌توانند انتشار گازهای گلخانه‌ای را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهند، به‌خصوص زمانی که از مواد اولیه پایدار مانند ضایعات کشاورزی تولید شوند. با این حال، چالش‌هایی مانند رقابت با تولید مواد غذایی، مصرف بالای آب، و انتشار گازهای گلخانه‌ای در فرآیند تولید باید مورد توجه قرار گیرند. جایگزینی افزودنی‌های مضر مانند MTBE با اتانول، گام مهمی در جهت کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی است. با پیشرفت فناوری و بهینه‌سازی فرآیندهای تولید، اتانول زیستی می‌تواند نقش کلیدی در حرکت به‌سوی آینده‌ای با انرژی پاک‌تر ایفا کند.

منابع

• Biofuel – Wikipedia. (2003). Available at: en.wikipedia.org
• Carbon-neutral fuel – Wikipedia. (2012). Available at: en.wikipedia.org
• Carbon dioxide – Wikipedia. (2001). Available at: en.wikipedia.org
• Daneshyari. (2018). Articles on Biofuels. Available at: daneshyari.com
• Daneshyari. (2018). Articles on Ethanol. Available at: daneshyari.com