قصة اكتشاف الوقود الحيوي
ما هو الوقود الحيوي
يعد الوقود الحيوي من مصادر الطاقة المتجددة التي تشتمل على الوقود الذي يتم الحصول عليه من المواد الميكروبية، النباتية، أو الحيوانية. وهو عبارة عن وسائل لتخزين الطاقة المستمدة من الكتلة الحيوية، ويتضمن الوقود الحيوي العديد من المواد مثل:
- يتم تصنيع الإيثانول غالبا من الذرة في الولايات المتحدة، وهو المشترك بشكل كبير.
- الديزل الحيوي هو الديزل الذي يتم إنتاجه من الزيوت النباتية والدهون الحيوانية السائلة.
- الديزل الأخضر هو الوقود المستخرج من الطحالب ومصادر نباتية.
- يتمثل الغاز الحيوي في الميثان المستخرج من روث الحيوانات، وكذلك في المواد العضوية الأخرى المهضومة.
اكتشاف الوقود الحيوي
تم اكتشاف وإنتاج الوقود الحيوي من خلال أربع أجيال وهم:
- الجيل الأول: : هذا الجيل قام بإنتاج الوقود الحيوي من بذور النباتات مثل بذور الذرة والقمح وقصب السكر والشعير، ولكن بعض الجهات العالمية اعترضت على هذه الطريقة لأنها تؤثر على سلة الغذاء العالمية وتحول الأراضي الزراعية للإنتاج الحيوي على حساب الفقراء وقوتهم، مما أدى إلى ارتفاع أسعار الزيوت والحبوب.
- الجيل الثاني: اعتمد هذا الجيل على استخدام المخلفات النباتية مثل سيقان القمح ونشارة الخشب وغيرها. استطاعوا الحصول على وقود سليلوزي وإيثانول حيوي بالإضافة إلى الميثانول والهيدروجين الحيوي من هذه المخلفات. ومع ذلك، لهذه الطريقة أيضا آثار سلبية، حيث تؤثر على إمكانية توفير الغذاء للماشية وتحرمها من العلف، بالإضافة إلى تأثيرها على تربة الزراعة وحرمانها من المخلفات العضوية التي تعمل على تقويتها وتسميدها.
- الجيل الثالث: اعتمد هنا على الطحالب في إنتاج الوقود الحيوي، والسبب وراء استخدام الطحالب لهذا الغرض هو احتوائها على نسبة جيدة من الزيوت، حيث تصل هذه النسبة إلى 60 بالمئة من وزنها، لذا للطحالب أهمية كبيرة في إنتاج الوقود، لأنها لا تتنافس مع الزيوت النباتية والمحاصيل التي يستفيد منها البشر، ولذلك، زاد الاهتمام العالمي بها، حيث أنها لا تسبب إضافة غاز ثاني أكسيد الكربون في الهواء، وتتميز الطحالب بأنها يمكن زراعتها في مياه البحار والمياه الضحلة، ولا تؤثر على مصادر المياه العذبة، ولا يتم زراعتها على حساب الأراضي الزراعية.
- الجيل الرابع: يستند هذا الجيل على تعديل جينوم أحد الكائنات الدقيقة المعروفة باسم Mycoplasma Laboratorim، والتي يمكنها إنتاج الوقود باستخدام غاز ثاني أكسيد الكربون.
تصنيفات الوقود الحيوي
يمكن تصنيف الوقود الحيوي بناء على مصدره ونوعه. فقد يتم استخلاصه من منتجات الغابات، أو المنتجات الزراعية، أو نفايات البلديات، أو من الصناعات الزراعية أو صناعة الأغذية، أو من المنتجات الثانوية للخدمات الغذائية. وهناك إيجابيات وسلبيات للاستخدام الوقود الحيوي، ويتم تصنيفه إلى قسمين رئيسيين: الوقود الحيوي الأولي والوقود الحيوي الثانوي
الوقود الحيوي الأولي
يتم استخدام الوقود الحيوي بشكل مباشر عند حرق المواد العضوية الأساسية، مثل رقائق الخشب، ويتم استخدام هذه الأنواع من الوقود في الطهي والتدفئة وحتى في احتياجات إنتاج الكهرباء في التطبيقات الصناعية سواء كانت صغيرة أو كبيرة الحجم .
الوقود الحيوي الثانوي
يتم استخدام الوقود الحيوي الثانوي على شكل مواد صلبة مثل الفحم، أو على شكل سوائل مثل الإيثانول والديزل الحيوي، أو الغازات مثل الغاز الحيوي أو الاصطناعي أو غاز الهيدروجين، وينقسم الوقود الحيوي الثانوي إلى:
الوقود الحيوي السائل
يعتبر من الوقود الحيوي الثانوي، ونجد أن أقوى نمو في السنوات الأخيرة كان في الوقود الحيوي السائل، حيث أنه ينتج ويتم استخراجه من المواد الحيوية وأيضاً من السلع الزراعية والغذائية، و ويسهل تخزينه ونقله بالأنابيب، ويستخدم في تشغيل محركات وسائط النقل و مولدات الطاقة الكهربائية، من أنواعه:
- كحول الإيثانول الحيوي
إن الكحول المستخدم في سوق الوقود الحيوي يعتمد على السكر أو النشا، حيث يتم استخدام محاصيل السكر مثل قصب السكر. وأبسط طريقة لإنتاج الإيثانول هي استخدام كتلة حيوية تحتوي على سكريات يمكن تخميرها مباشرة إلى الإيثانول. قصب السكر هو المادة الأولية الأكثر استخداما في البرازيل والبلدان الاستوائية التي تنتج الإيثانول.
ويتم أيضاً إنتاج الإيثانول من المادة النشوية للحبوب والذي يتم تحويله إلى سكر بسهولة، مع العلم أن المنتجات النشوية لا تمثل سوى نسبة صغيرة من إجمالي كتلة النبات، وتتكون معظم المواد البناتية من السليلوز والهيميسليلوز، ولكن نجد عدم تواجد الانتاج التجاري للإيثانول الذي يتكون من الكتلة الحيوية السليلوزية .
يمكن خلط الإيثانول مع البنزين أو استخدامه كوقود في محركات الاحتراق الداخلي المعدلة قليلاً بشرط أن يحتوي لتر واحد من الإيثانول على نسبة 66 بالمائة من الطاقة التي يوفرها لتر واحد من البنزين.
عند احتراق الإيثانول، يتفاعل بشكل متزايد مع النتروجين في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى زيادة هامشية في انبعاث غازات أكسيد النتروجين.
- وقود الديزل الحيوي
يتم إنتاج وقود الديزل الحيوي عن طريق الجمع بين الزيت النباتي أو الدهون الحيوانية مع الكحول، بالإضافة إلى محفز، ويتم ذلك من خلال عملية كيميائية تسمى بعملية الأسترة. وقد عرف تفاعل الأسترة عام 1853 م عندما عمل العالمان دافي وباتريك أو تجربة في تفاعل أسترة لزيوت نباتية. وفي عام 1893، تم تشغيل أول محرك بواسطة ديزل، باستخدام زيوت نباتية منتجة من حبوب الفول السودان .
يمكن استخدام أي محصول يحتوي على بذور زيتية لاستخراج الزيت المستخدم في إنتاج الديزل الحيوي، وأشهر أنواع البذور هي بذور اللفت في أوروبا وبذور فول الصويا في البرازيل والولايات المتحدة الأميركية.
يَتَمُ إنتاجُ وقودِ الديزلِ الحيويِّ من زيوتِ النخيلِ ومِنْ جوزِ الهندِ والجاتروفا خاصةً في البلدانِ الاستوائيةِ وشبهِ الاستوائيةِ، وتُستخدَمُ أيضًا كمياتٌ من الدهونِ الحيوانيةِ في إنتاجِ وقودِ الديزلِ الحيويِّ، وهذه الدهونِ الحيوانيةِ تُنتجُ من معالجةالأسماكِ والحيواناتِ.
- وقود الزيوت النباتية
استخدم زيت حبوب الفول السوداني لتشغيل أول محرك ديزل، وقد تم ذلك قبل استخدام الوقود الأحفوري التقليدي الذي يستخدم أيضا في تشغيل المحركات، وتحتاج هذه المحركات الديزل التقليدية إلى تعديلات لتعمل مباشرة بواسطة زيت نباتي.
الوقود الحيوي الصلب
يعتبر الوقود الحيوي الثانوي واحدًا من أنواع الوقود، وقد تم استخدام هذا النوع من الوقود منذ القديم وشمل الأخشاب والنباتات الجافة، بالإضافة إلى الفحم والمخلفات النباتية وعصير الفواكه ومعاصر زيت الزيتون، وشملت أيضًا فضلات الحيوانات وروثهم بالإضافة إلى القمامة.
في الواقع، يتم استخدام وقود الكتلة الحيوية الصلبة بشكل مباشر كما يتواجد في الطبيعة، ولكن في كثير من الأحيان يتم معالجتها لزيادة القيمة الحرارية، حيث يتم تحويل الخشب إلى فحم عن طريق إزالة الماء منه والمواد المتطايرة والمواد العضوية الأخرى الموجودة فيه .
يتكون الفحم الأسود من الكربون بنسبة تتراوح بين 85 و95 في المائة، ويحترق الكربون بحرارة أعلى من الخشب، وقد استخدمه الحدادون في صهر المعادن، كما استخدم في صهر الزجاج والتدفئة.
الوقود الحيوي الغازي
هو نوع من الوقود الحيوي الثانوي، حيث يتم إنتاجه عن طريق تخمير الفضلات العضوية بدون هواء، ويتكون من مزيج من الغازات المختلفة، وأهم هذه الغازات هي غاز الميثان وغاز ثاني أكسيد الكربون، بالإضافة إلى نسبة قليلة جدًا من الأمونيا والنيتروجين والهيدروجين وغاز ثاني أكسيد الكبريت.
تستخدم الهند والباكستان هذا النوع من الوقود الحيوي بكثرة وخاصة في التجمعات الريفية، ويعرف هذا الوقود باسم غاز جوبار، ويُنتج هذا الغاز من روث الحيوانات والمخلفات العضوية، و يعتبر مصدر بديل من مصادر الطاقة الطبيعية، ويستخدم في الطهي وإنتاج الطاقة الكهربائية، بالإضافة إلى تشغيل المحركات.