بیواتانول یا اتانول زیستی چیست؟

خانه » بیواتانول یا اتانول زیستی چیست؟

بیواتانول چیست؟ برای پاسخ به این سوال بهتر است ابتدا به تعریف اتانول بپردازیم. اتانول بیش از دو هزار سال قبل شناخته شده است و به نام‌های الکل، اتیل الکل یا الکل خوراکی نیز معروف است. فرمول شیمیایی آن به صورت‌های C2H6O، CH3CH2OH یا C2F5OH نوشته می‌شود و به طور خلاصه با EtOH نمایان می‌گردد. نام‌گذاری این ترکیب به‌طور سیستماتیک و مطابق با استانداردهای مجمع بین‌المللی شیمی کاربردی و محض (IUPAC) انجام شده است، به این صورت که این ماده از گروه آلکیل با دو اتم کربن (پیش‌وند eth-) که با یک پیوند یگانه به یکدیگر متصل شده‌اند (-an-) و گروه عاملی -OH (پسوند -ol) تشکیل شده است و به آن اتانول گفته می‌شود.

از لحاظ ترکیب شیمیایی یک گروه متیل (-CH3) به گروه متیلن (-CH2) و گروه هیدروکسیل (-OH) متصل است. غلظت بالای اتانول در بدن انسان می‌تواند باعث اختلال در عملکرد مغز و مسمومیت شود. این ماده به عنوان یک داروی اعتیادآور و روان‌گردان، یکی از قدیمی‌ترین و رایج‌ترین مواد تفریحی به شمار می‌رود که مصرف زیاد آن می‌تواند منجر به مسمومیت شدید (مستی) و سمیت عصبی گردد. علاوه بر این، اتانول به طور گسترده‌ای به عنوان حلال، سوخت و ماده اولیه در تولید دیگر مواد شیمیایی به کار می‌رود.

بیواتانول چیست؟

بیواتانول (اتانول زیستی) که به عنوان سوخت گیاهی و سوخت پاک شناخته می‌شود، در کشورهای مختلف به عنوان افزودنی مؤثر برای بهبود خواص احتراق بنزین و کاهش آلودگی‌های ناشی از موتور به کار می‌رود. در ایران، این سوخت هنوز به اندازه کافی مورد توجه قرار نگرفته است، اما با توجه به برنامه‌های کشورهای دیگر، به نظر می‌رسد ایران نیز به زودی ملزم به استفاده از این سوخت، حداقل به عنوان یک افزودنی، خواهد شد.

ویژگی‌های سوخت تأثیر زیادی بر عملکرد آن دارند و مشخص می‌کنند که سوخت مناسب برای چه نوع خودرو یا موتوری است. بنابراین، سوخت‌ها با توجه به نوع موتورها ویژگی‌های متفاوتی دارند. با پیشرفت تکنولوژی و معرفی محصولات با کیفیت بالاتر، سازمان‌های جهانی قوانینی برای کاهش مصرف انرژی و کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی وضع کرده‌اند. این قوانین منجر به تدوین استانداردهای متنوعی برای سوخت‌ها شده است.

ویژگی‌هایی که در شرکت‌های تولیدکننده سوخت مورد بررسی قرار می‌گیرند، بسیار متنوع هستند و ده‌ها ویژگی مختلف در نظر گرفته می‌شود. استانداردهای جهانی نیز در این زمینه وضع شده و هر ساله استانداردهای جدید و سختگیرانه‌تری معرفی می‌شود. بنزین به عنوان یک سوخت باید ویژگی‌های مناسبی داشته باشد و به همین دلیل، در مجموعه استانداردهای تدوین شده، ویژگی‌های بسیاری مورد توجه قرار می‌گیرند. افزودن اتانول و سایر الکل‌ها به بنزین، بر تعدادی از ویژگی‌های مهم سوخت تأثیر می‌گذارد.

مقاله پیشنهادی: سوخت بیودیزل چیست؟

در سال‌های اخیر، با معرفی سوخت‌های گیاهی و جایگزین و همچنین افزایش قیمت جهانی محصولات نفتی، تنوع سوخت‌ها به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این تنوع باعث شد تولیدکنندگان خودرو و سوخت به سمت تدوین توافق‌نامه‌ای برای استانداردسازی جهانی سوخت‌ها حرکت کنند. به همین دلیل، در سال 1998، یک مجموعه جدید به نام WORLDWIDE FUEL CHARTER تأسیس شد که شامل انجمن تولیدکنندگان خودرو اروپا، اتحادیه تولیدکنندگان خودرو، انجمن تولیدکنندگان موتور و انجمن خودروسازان ژاپنی بود.

هدف این چارتر، دستیابی به استانداردسازی کیفیت سوخت در سطح جهانی بود تا عملکرد مناسبی از سوی تولیدکنندگان موتور و خودرو حاصل شود. در واقع، هدف اصلی آن ارائه دستورالعمل‌هایی برای تولید سوخت با استانداردهای مشخص بود که به سازندگان موتور و خودرو امکان دهد محصولات خود را به راحتی با سوخت‌های طبقه‌بندی شده سازگار کنند.

زمانی که سوختی نظیر اتانول به بنزین افزوده می‌شود، رفتار ترمودینامیکی خاصی ایجاد می‌شود. تعاملات الکترواستاتیکی بین گونه‌های شیمیایی در محلول‌های بنزین با اترها و الکل‌ها می‌تواند منجر به ایجاد گونه‌های جدیدی شود که در واکنش‌ها نقش مهمی ایفا می‌کنند. این تأثیرات می‌توانند به تغییرات در خواص نهایی سوخت منجر شوند که اهمیت ویژه‌ای دارد. برای جلوگیری از تغییر کیفیت سوخت، علاوه بر توجه به کیفیت خود سوخت، استفاده از فیلترهای ذرات و آب قبل از پمپ و تجهیزات جانبی ضروری است.

بررسی ویژگی های بیواتانول

بیو اتانول چهار نسل داشته که در ادامه به صورت مفصل به بررسی هریک پرداخته ایم

بیواتانول نسل اول:

تولید اتانول از منابعی مانند نیشکر، نشاسته، ذرت، ملاس، چربی‌های حیوانی و روغن‌های گیاهی که منابع غذایی به شمار می‌آیند، به عنوان نسل اول سوخت‌های زیستی شناخته می‌شود. با این حال، در عمل بیشتر از نیشکر، ذرت و ملاس استفاده می‌شود. در سطح جهانی، نیشکر و ذرت به ترتیب تولیدکننده 21 و 60 میلیون مترمکعب اتانول هستند. استخراج قند از این منابع و استفاده از آن‌ها شامل فرآیندهای مکانیکی پیش‌تیمار (خرد کردن و آسیاب کردن)، هیدرولیز آنزیمی، تخمیر و تولید اتانول، و جداسازی آن از محصولات از طریق تقطیر و آب‌زدایی است.

در حال حاضر، 90% از تولید جهانی اتانول در ایالات متحده آمریکا انجام می‌شود. در سال 2017، به‌طور میانگین، 211 کارخانه در آمریکا حدود 290,000 مترمکعب اتانول در سال از ذرت (که 95.8% از تولید را شامل می‌شود) و سایر منابع نشاسته‌ای تولید کردند.

اختلاف عمده بین فرآیندهای استفاده از منابع اولیه مختلف، مانند نشاسته و قند، در مرحله هیدرولیز نشاسته به گلوکز برای میکروارگانیسم‌ها است. زیرا معمولاً میکروارگانیسم‌ها قادر به جذب مستقیم نشاسته پلیمری نیستند. به عنوان مثال، مخمر ساکارومایسس سرویزیه نمی‌تواند نشاسته را به طور مستقیم مصرف کند، اما می‌تواند دی‌ساکارید ساکارز را با کمک آنزیم جذب نماید. از سوی دیگر، مخمرهای آمیلاتیک وجود دارند که قادر به مصرف مستقیم نشاسته هستند، اما این روش به‌طور اقتصادی مقرون به‌صرفه نیست و این مخمرها قدرت تحمل کمتری در مواجهه با نشاسته در محیط کشت دارند.

بیواتانول نسل دوم:

نسل دوم سوخت‌های زیستی عمدتاً از زیست‌توده‌های لیگنوسلولزی که به‌طور گسترده و ارزان در طبیعت یافت می‌شوند، تولید می‌شود. این زیست‌توده‌ها شامل منابعی چون علف، پسماندهای جنگلی و ضایعات کشاورزی (مانند باگاس، ضایعات محصولات دانه‌دار، پوست و ساقه برنج و غیره) هستند و با منابع غذایی تداخلی ندارند. چالش‌هایی در مراحل مختلف تولید این نسل از سوخت، از جمله پیش‌تیمار و تخمیر، برای دستیابی به تولیدی مقرون‌به‌صرفه و پایدار وجود دارد. با این حال، نسل دوم سوخت‌های زیستی پتانسیل بالایی برای تولید دارد و پیش‌بینی می‌شود که تنها 10 درصد از پسماندهای جهانی قادر باشد حدود 50 درصد از نیاز کل سوخت‌های زیستی را تأمین کند.

ویژگی‌های نسل دوم: نسل دوم سوخت‌های زیستی بر خلاف نسل اول، از منابع غیرخوراکی مانند زیست‌توده‌های لیگنوسلولزی تولید می‌شود و محدودیتی در مصرف مواد غذایی ندارد. با این حال، استفاده از ضایعات کشاورزی در تولید این نسل هنوز با چالش‌هایی در تجاری‌سازی روبرو است. ساختار بلوری سلولز و ترکیبات غیرهمگن همی‌سلولز در این زیست‌توده‌ها نیازمند پیش‌تیمار شیمیایی یا فیزیکی و فرآیندهای آنزیمی است که این امر می‌تواند هزینه‌های کلی را افزایش دهد و مانعی برای توسعه این نسل از سوخت باشد. استفاده از این منابع برای محیط زیست کمترین ضرر را داشته و با تأمین مواد غذایی در رقابت نیست، اما تولید انبوه این نسل با مشکلاتی مواجه است، از جمله هزینه‌های بالا و بازده پایین تبدیل مواد اولیه به اتانول که عمدتاً به‌دلیل وجود لیگنین در ترکیبات این منابع است. علاوه بر این، نیاز به فناوری و امکانات پیشرفته برای حمایت از فرآیند تولید نیز وجود دارد.

به‌طور کلی، تبدیل منابع لیگنوسلولزی به اتانول می‌تواند به دو روش بیوشیمیایی و ترموشیمیایی انجام شود. در روش بیوشیمیایی، با استفاده از آنزیم‌ها، زیست‌توده سلولی به اتانول تبدیل می‌شود و این فرآیند شامل چهار مرحله است: پیش‌تیمار فیزیکی-شیمیایی، هیدرولیز آنزیمی پلیمرهای قندی به واحدهای سازنده، تخمیر این واحدها با استفاده از میکروارگانیسم‌هایی مانند ساکارومایسس سرویزیه، زایموموناس موبیلیس یا Clostridium ljungdahlii، و در نهایت تقطیر. در روش ترموشیمیایی، ماده اولیه تحت حرارت بالا قرار می‌گیرد تا گازهای کربن مونوکسید، هیدروژن و کربن دی‌اکسید تولید شود و سپس این گازها با استفاده از کاتالیزورهای شیمیایی مانند مولیبدنیم دی‌سولفید به محصول نهایی تبدیل می‌شوند.

بیواتانول نسل سوم:

نسل سوم بیواتانول بر اساس استفاده از ارگانیسم‌های دریایی مانند جلبک‌ها به عنوان منبع توده سلولی متمرکز شده است. جلبک‌ها به دلیل دارا بودن میزان بالای چربی و کربوهیدرات، قابلیت کشت آسان در محیط‌های آبی، و نیاز کمتر به محیط نسبت به مصرف بیشتر کربن دی‌اکسید، گزینه مناسبی برای این منظور به حساب می‌آیند. تولید توده سلولی جلبک‌ها می‌تواند تا 365 تن وزن خشک به ازای هر هکتار در سال برسد. یکی از مهم‌ترین مزایای جلبک‌ها در تولید اتانول، کم بودن میزان لیگنین و همی‌سلولز در آنهاست.

در حال حاضر، استفاده از این نسل هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد. جلبک‌ها با پتانسیل بالا می‌توانند به‌عنوان منبع توده سلولی برای تولید نسل سوم بیواتانول، به‌طور مستقیم به انرژی تبدیل شوند. به‌طور کلی، استفاده از این منابع برای تولید بیواتانول به عواملی مانند فناوری‌های مورد استفاده و شرایط محیطی برای پرورش جلبک‌ها بستگی دارد. از مزایای این روش می‌توان به عدم تداخل با منابع غذایی، رشد آسان، هزینه کم، محتوای بالا از چربی و کربوهیدرات و همچنین تأمین انرژی اشاره کرد. برخی از انواع جلبک‌هایی که به‌عنوان مواد اولیه برای تولید سوخت به شمار می‌روند، شامل Chaetocero scalcitrans، Isochrysis galbana، Nanochloropsis sp.، Schizochytrium limacinum، Chlorella species، Scenedesmus و Botryococcus braunii هستند.

بیواتانول نسل چهارم:

نسل چهارم سوخت‌های زیستی به‌عنوان یک حوزه نوین در تولید سوخت‌های زیستی به شمار می‌رود و از برخی جنبه‌ها نسبت به نسل‌های قبلی برتری دارد. در این فناوری، مواد اولیه به همراه جذب دی‌اکسید کربن (CO₂) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فرآیند شامل طراحی و مهندسی مواد اولیه، دستگاه‌ها و سیستم‌های بیولوژیکی است. هدف اصلی این نسل، تولید انرژی پایدار همراه با جذب CO₂ می‌باشد.

در این نسل، از مواد اولیه‌ای که به طور ژنتیکی اصلاح شده‌اند و قابلیت مصرف بالای دی‌اکسید کربن را دارند، استفاده می‌شود. برخی از جلبک‌های مناسب برای این کاربرد شامل Botryococcus braunii، Schizochytrium، Chlorella و Scenedesmus هستند. همچنین، میکروارگانیسم‌های ژنتیکی اصلاح شده که تولید بالایی از سوخت‌های زیستی دارند، مانند Bacillus subtilis، Acinetobacter calcoaceticus و Arthrobacter sp، نیز به عنوان گزینه‌های مناسب برای تولید بیواتانول نسل چهارم مطرح می‌شوند.

استفاده از بیواتانول به عنوان سوخت

امروزه منابع تأمین انرژی بشر عمدتاً از سه منبع فسیلی، هسته‌ای و تجدیدپذیر تشکیل شده‌اند. در سال‌های اخیر، عمده استفاده از منابع فسیلی باعث بروز آسیب‌های زیست‌محیطی، تولید گازهای گلخانه‌ای و گرمایش روزافزون زمین شده است. افزون بر این، این منابع تجدیدناپذیر هستند و در آینده‌ای نزدیک به پایان خواهند رسید. منابع هسته‌ای نیز با وجود مزایای خود، معایبی همچون تولید زباله‌های هسته‌ای که هزاران سال در طبیعت باقی می‌مانند و بسیار پرتوزا و خطرناک هستند، به همراه دارند. علاوه بر این، هزینه‌های بالای تاسیس نیروگاه‌های هسته‌ای و محدودیت منابع اورانیوم که غیرقابل بازیافت هستند، از دیگر معایب این منابع به شمار می‌آید.

از دیگر مشکلات این منابع انرژی، هزینه‌های مربوط به دفن زباله‌های هسته‌ای و خطر نشت مواد رادیواکتیو در حمل و نقل آن‌ها است. لذا، یافتن منابع پایدار و اقتصادی به‌عنوان جایگزین امری ضروری است. منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، انرژی زمین‌گرمایی، باد، انرژی دریا، هیدروژن و زیست‌توده، پتانسیل بالایی برای جایگزینی دارند. یکی از این سوخت‌های جایگزین می‌تواند اتانول باشد.

سوختن اتانول در هوا منجر به تولید دی‌اکسیدکربن و آب می‌شود و می‌توان آن را با بنزین مخلوط کرده و بنزول تولید نمود.

CH3CH2OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

اتانول عمدتاً به‌عنوان سوخت موتور و افزودنی‌های سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرد و همچنین در سوخت موشک‌ها به کار می‌رود. اخیراً از آن در سوخت هواپیماهای مسابقه‌ای سبک وزن نیز استفاده می‌شود.

فواید استفاده از بیواتانول

مزایای تولید و مصرف بیواتانول (اتانول زیستی) برای محیط زیست و سلامت عمومی را می‌توان به طور کلی در دو دسته اصلی قرار داد: اول، مزایای استفاده از بیواتانول به عنوان مکمل یا جایگزین بنزین؛ و دوم، مزایای کاهش یا حذف مصرف بنزین و محصولات پتروشیمیایی با استفاده از بیواتانول. در ادامه به برخی از این مزایا به تفکیک اشاره خواهیم کرد:

مزایای مرتبط با تولید بیواتانول

توسعه کشت گیاهان انرژی‌زا
کشت گیاهان انرژی‌زا برای تولید بیواتانول به افزایش سطح سبز کشور کمک می‌کند و می‌تواند به استفاده از ضایعات و پسماندهای کشاورزی نیز کمک کند.
جذب کربن اضافی از جو
استفاده از منابع آب نامناسب برای کشاورزی سنتی، مانند آب‌های شور، و همچنین پساب‌های تصفیه شده یا تصفیه نشده در کشت گیاهان انرژی‌زا، به تعادل کربن در جو کمک می‌کند.
مقابله با بیابان‌زایی
کشت گیاهان انرژی‌زا در مناطق بیابانی به جای گیاهان غیرمثمر، می‌تواند از پیشروی بیابان‌ها جلوگیری کند و فعالیت‌های بیابان‌زدایی را بهبود بخشد.
کنترل ریزگردها
کشت گیاهان انرژی‌زا در مناطق بیابانی به کاهش پدیده ریزگردها کمک می‌کند.
افزایش بهره‌وری و سودآوری
توسعه گیاهان انرژی‌زا اصلاح‌شده ژنتیکی که به مصرف خوراک انسان و دام نمی‌رسند، می‌تواند بهره‌وری و سودآوری را افزایش دهد و مصرف آب، کود و سموم دفع آفات را بهینه سازد.
تولید انرژی الکتریکی و حرارتی
استفاده از زائدات گیاهان انرژی‌زا و سایر محصولات کشاورزی برای تولید انرژی الکتریکی و حرارتی، و فروش مازاد تولید انرژی به شبکه برق، منجر به کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی می‌شود.
کاهش استفاده از فرآورده‌های زیان‌آور کشاورزی
تولید DDGS به عنوان محصول جانبی بیواتانول، پروتئین مورد نیاز دام را تأمین می‌کند و مصرف کودهای شیمیایی و سموم را کاهش می‌دهد.
بهره‌برداری از پسماندهای صنعتی
استفاده از پسماندهای صنعتی و زباله‌های شهری در تولید بیواتانول می‌تواند مزایای زیست‌محیطی زیادی داشته باشد و به تأمین سلامت عمومی کمک کند.
جایگزینی MTBE
استفاده از بیواتانول به جای MTBE در بنزین می‌تواند به کاهش آلودگی منابع آب و خاک کمک کند و مشکلات آلودگی ناشی از MTBE را که در کشورهای مختلف، از جمله ایران، به‌ویژه در مناطق دوردست، شایع است، کاهش دهد.

به طور کلی، جایگزینی بیواتانول با سوخت‌های سنتی و پتروشیمیایی می‌تواند به بهبود وضعیت زیست‌محیطی و سلامت عمومی کمک کند و مشکلات ناشی از استفاده از مواد شیمیایی مضر را کاهش دهد.

مشکلات ناشی از فرار بودن بیواتانول

برای روشن کردن اهمیت کنترل ویژگی‌های سوخت، می‌توان به فشار بخار سوخت اشاره کرد که یکی از ویژگی‌های فراریت سوخت محسوب می‌شود. به‌عنوان مثال، در مخازن سوخت، فشار بخارات بنزین از طریق شیرآلات مخصوص کنترل بخار تخلیه می‌شود یا توسط دستگاه‌های بازیافت بخارات (Vapor Recovery Unit) بازیافت می‌گردد. در ایالات متحده، محدوده مجاز این ویژگی سوخت در ایالت‌های مختلف و در فصول گوناگون سال متفاوت است. در برخی ایالت‌ها، افزودن اتانول به بنزین به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود که فشار بخار سوخت مخلوط تا یک واحد بالاتر از بنزین خالص مجاز باشد.

فراریت سوخت یکی از ویژگی‌های کلیدی بنزین است که تأثیر زیادی بر عملکرد آن دارد. این ویژگی به توانایی سوخت در تبدیل شدن از حالت مایع به بخار مربوط می‌شود. بنزین و سایر سوخت‌های مایع مانند الکل‌ها در انواع موتورهای مختلف با شرایط عملکردی متنوع استفاده می‌شوند.

موتورها و خودروها در شرایط آب و هوایی متفاوتی کار می‌کنند که در نقاط مختلف از نظر دما و فشار محیط نیز شرایط کاری آنها بسیار متغیر است. بنابراین، ویژگی‌های فراریت سوخت موتورهای اشتعال جرقه‌ای از جمله ویژگی‌های حیاتی به شمار می‌آید. چندین پارامتر برای سنجش فراریت سوخت وجود دارد، از جمله فشار بخار، نمودار تقطیر، نسبت بخار به مایع و شاخص قفل بخار.

سوخت‌هایی که به‌راحتی تبخیر نمی‌شوند ممکن است مشکلاتی در روشن شدن موتور در هوای سرد ایجاد کنند. موتورهای مجهز به سوخت‌هایی که به‌راحتی تبخیر نمی‌شوند، چابکی کافی نخواهند داشت و به‌موقع گرم نمی‌شوند. برعکس، سوخت‌هایی که به‌طور بیش از حد تبخیر می‌شوند، در دماهای بالا مشکلاتی ایجاد خواهند کرد، به‌طوری که ممکن است مخلوط سوخت غنی شده و در زمان احتراق به سیلندر و پیستون آسیب وارد کند.

گاهی اوقات، بخارات سوخت در لوله‌های سوخت جمع شده و حرکت سوخت به سمت موتور را مختل می‌کند. تبخیر بیش از حد منجر به ایجاد قفل گازی یا قفل بخار می‌شود. با تنظیم ویژگی‌های فراریت سوخت در فصول مختلف سال و در مناطق آب و هوایی متفاوت، می‌توان از این مشکلات جلوگیری کرده و عملکرد موتور را بهبود بخشید. بنابراین، استاندارد بودن سوخت از نظر تمایل به تبخیر از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

بررسی دقیق خواص بیواتانول سوختی

برای اینکه اتانول به‌طور مؤثر به همراه بنزین یا دیزل استفاده شود، باید ویژگی‌های سوخت ترکیبی مورد بررسی قرار گیرد تا با استانداردهای مربوطه هم‌خوانی داشته باشد. ویژگی‌های اصلی که باید ارزیابی شوند عبارتند از: فشار بخار، قفل بخار، نسبت هوا به سوخت، عدد اکتان و خصوصیات تقطیر. در ادامه به بررسی تأثیر افزودن بیواتانول به بنزین بر این ویژگی‌ها خواهیم پرداخت.

1.فشار بخار

فشار بخار سوخت، یکی از ویژگی‌های کلیدی است که بر عملکرد موتور و میزان آلودگی‌های تبخیری قبل از احتراق تأثیر زیادی دارد. نمودار زیر نشان می‌دهد که افزودن اتانول به بنزین موجب افزایش فشار بخار می‌شود. حداکثر میزان فشار بخار در مخلوطی با 10% اتانول مشاهده شده و با افزایش مقدار اتانول، فشار بخار کاهش می‌یابد. تأثیر افزودن اتانول بر فشار بخار سوخت واضح است؛ لذا برای کاهش آلودگی‌ها، بهبود عملکرد سوخت و افزایش بهره‌وری انرژی، توجه به این پارامتر ضروری است. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که برای استفاده از اتانول در بنزین، به‌ویژه در مقادیر کم (زیر 20%)، تولیدکنندگان باید تدابیری در اجزای سوخت خود در نظر گیرند.

نکته دیگر این است که ویژگی‌هایی مانند فشار بخار ممکن است در فصول مختلف سال و بسته به شرایط محیطی تغییر کنند. با مدیریت صحیح، استفاده از اتانول در ایران که دارای تنوع آب و هوایی گسترده‌ای است، امکان‌پذیر است. همچنین، تأثیر فشار بخار سوخت بر آلودگی‌ها، جامعه و مسئولان را به سمت استانداردسازی سوخت و توجه به ویژگی‌های متفاوت سوخت در مناطق مختلف و فصول مختلف کشور ترغیب می‌کند.

نمودار زیر تأثیر اتانول بر شاخص قفل بخار سوخت را نشان می‌دهد. کاهش شاخص قفل بخار، به معنای کاهش خطرات حمل و نقل، بهبود روشن شدن موتور در هوای گرم و کاهش آلودگی‌های تبخیری است. این نمودار نشان می‌دهد که با افزودن اتانول به بنزین، ابتدا شاخص قفل بخار افزایش می‌یابد و سپس کاهش می‌یابد.

2. چابکی

نمودار زیر تأثیر اتانول بر شاخص چابکی بنزین را به تصویر می‌کشد. شاخص چابکی بنزین نشان‌دهنده توانایی بنزین در روشن شدن سریع و گرم کردن مؤثر موتور است. کاهش شاخص چابکی به معنای گرم شدن سریع‌تر موتور و رسیدن به دمای مطلوب است که با افزودن اتانول به بنزین این ویژگی بهبود می‌یابد. با این حال، نمودار نشان می‌دهد که با افزایش درصد اتانول، تأثیر این تغییرات کاهش می‌یابد و در نهایت شاخص چابکی دوباره افزایش می‌یابد.

3. نسبت استوکیومتری

نمودارهای زیر به ترتیب تأثیر اتانول بر میزان اکسیژن موجود در سوخت و نسبت استوکیومتری هوا به سوخت را نشان می‌دهند. این ویژگی‌ها نقش مهمی در عملکرد موتور ایفا می‌کنند و با افزودن اتانول تغییر می‌کنند. برای بهینه‌سازی عملکرد موتور و دستیابی به احتراق بهینه، نیاز است که تغییرات لازم در سیستم کنترل هوشمند موتور اعمال شود.

سوالات متداول

چرخه عمر بیواتانول سوختی به چه صورت است؟

تأثیرات مثبت تولید و مصرف بیواتانول (اتانول زیستی) بر محیط زیست و سلامت عمومی به چرخه عمر این سوخت مربوط می‌شود. بررسی چرخه عمر بیواتانول نسبت به سوخت‌های فسیلی نشان می‌دهد که استفاده از سوخت‌های زیستی باعث افزایش میزان کربن در جو نمی‌شود، بر خلاف سوخت‌های فسیلی. این امر به تولیدکنندگان بیواتانول این امکان را می‌دهد که از مزایای توافق‌نامه‌هایی همچون پروتکل کیوتو و سایر توافق‌های زیست‌محیطی برخوردار شوند، مشروط به رعایت اصول زیست‌محیطی و تعادل در مصرف و تولید انرژی.

چرخه عمر بیواتانول، که از منابع آبی و محصولات کشاورزی در مزرعه آغاز شده و به خروجی اگزوز خودرو ختم می‌شود، به دو بخش اصلی تقسیم می‌شود. بخش اول شامل مراحل تأمین مواد اولیه، تولید و لجستیک بیواتانول از مزرعه تا باک خودرو است. بخش دوم از باک خودرو تا حرکت چرخ‌ها و خروج گازهای حاصل از احتراق اتانول (بخار آب و دی‌اکسید کربن) از اگزوز خودرو را شامل می‌شود.

هر یک از این مراحل دارای مزایای خاصی برای محیط زیست و سلامت عمومی است. به همین دلیل، کشورهایی که تنها به واردات و مصرف بیواتانول در سیستم حمل‌ونقل خود پرداخته و از مرحله تولید غافل هستند، تنها بخشی از مزایای این سوخت دوستدار محیط زیست را تجربه می‌کنند.

نکته دیگر این است که استفاده از ضایعات و پسماندهای گیاهی (کشاورزی و جنگلی)، صنعتی و شهری برای تولید بیواتانول می‌تواند مزایای زیست‌محیطی بیشتری را به همراه داشته باشد و چرخه عمر این محصول را به شکل متفاوتی ارزیابی کند. این موضوع نیازمند بررسی و بحث مفصل‌تر است.

کاربرد اتانول چیست؟

کاربرد در صنایع بهداشتی و آرایشی
کاربرد در داروسازی
کاربرد در صنایع غذایی
استفاده در تمیز سازی سطوح
استفاده به عنوان سوخت
استفاده به عنوان حلال

جایگزینی بخشی از بنزین مصرفی با بیو اتانول

جایگزینی بخشی از بنزین مصرفی خودروها، به ویژه در شهرهای بزرگ، می‌تواند در سه سطح مختلف انجام گیرد:

1. جایگزینی کم: در این حالت، بنزین با درصدهای پایین‌تری از اتانول ترکیب می‌شود، به طور معمول ۵، ۱۰ یا ۱۵ درصد. این روش مشابه با روشی است که در بسیاری از کشورها به کار می‌رود.

2. جایگزینی متوسط: در این سطح، میزان اتانول در بنزین به ۵ تا ۳۵ درصد می‌رسد. این شیوه در برخی کشورها، مانند برزیل، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

3. جایگزینی بالا: در این رویکرد، اتانول به میزان ۸۵ درصد یا حتی ۱۰۰ درصد به کار می‌رود. برای استفاده از این نوع سوخت، نیاز به خودروهای ویژه‌ای به نام خودروهای FFV (Flex-Fuel Vehicles) است. این نوع خودروها قادر به استفاده از بنزین، اتانول یا ترکیبی از هر دو به هر نسبتی هستند. کشورهایی همچون برزیل، ایالات متحده آمریکا و اتحادیه اروپا به تدریج در حال پیاده‌سازی این روش هستند. در برزیل، تقریباً تمام خودروهای جدید از نوع FFV هستند و می‌توانند از بنزین، اتانول یا مخلوطی از آن‌ها استفاده کنند.

این جایگزینی‌ها منجر به کاهش آلاینده‌های خروجی از اگزوز خودروها، که ناشی از احتراق و گاهی احتراق ناقص سوخت‌های فسیلی است، می‌شود.

در مورد بنزین‌های با کیفیت بالاتر که حاوی آروماتیک‌ها، به ویژه بنزن هستند، مصرف این نوع بنزین می‌تواند به میزان کمتری آلاینده‌های خروجی اگزوز را کاهش دهد، ولی به طور کامل حذف نمی‌کند. از سوی دیگر، احتراق بیواتانول در خودروها، علاوه بر کمک به بهسوزی بنزین، آلاینده‌های معمول سوخت‌های فسیلی مانند مونوکسیدکربن، اکسیدهای نیتروژن و گوگرد را به همراه ندارد.