انرژی های تجدیدپذیر چوب و تبدیل آن به سوخت های زیست محیطی

سوخت‌های زیستی

سوخت های زیستی نوعی از سوخت هستند که انرژی آنها ناشی از تثبیت بیولوژیکی کربن است. سوخت‌های زیستی شامل سوخت‌هایی که از تبدیل بیومس، و همچنین بیومس جامد، سوخت مایع و بیوگازهای مختلف بدست می‌آیند می‌شود. اگر چه منشاء باستانی سوخت‌های فسیلی، تثبیت کربن است، به طور کلی به عنوان سوخت‌های زیستی پذیرفته نمی‌شود زیرا آنها حاوی کربنی هستند که برای مدتی بسیار طولانی از چرخه ی کربن «بیرون» بوده است. سوخت‌های زیستی توسط عواملی چون افزایش قیمت نفت، نیاز به افزایش امنیت انرژی، نگرانی از گازهای گلخانه‌ای منتشر شده از سوخت‌های فسیلی، و حمایت از یارانه‌های دولتی، توجه عمومی و علمی بیشتری را به خود معطوف کرده‌اند.

بیو اتانول، نوعی از الکل است که با تخمیر (عمدتا از کربوهیدرات‌هایی که در شکر یا محصولات زراعی نشاسته‌ای مثل ذرت یا نیشکر) ایجاد می‌شود. بیومس سلولزیک، بدست آمده از منابع غیر غذایی چون درختان و چمن، نیز به عنوان یک ماده خام برای تولید اتانول توسعه یافته است. می‌توان اتانول را در حالت خالص خود به عنوان سوختی برای وسایل نقلیه استفاده کرد، اما معمولاً اتانول به عنوان یک افزودنی بنزین برای افزایش اکتان و بهبود انتشار گازهای خودرو استفاده می‌شود. بیو اتانول به طور گسترده‌ای در ایالات متحده آمریکا و برزیل استفاده می‌شود.

سوخت زیستی از روغن‌های گیاهی و چربی‌های حیوانی بدست می‌آید. می‌توان اتانول را در حالت خالص خود به عنوان سوختی برای وسایل نقلیه استفاده کرد، اما معمولاً به عنوان یک افزودنی دیزلی برای کاهش سطوح ذرات ریز، مونو اکسید کربن، و هیدروکربن‌های وسایل نقلیه ی دیزلی بکار می‌رود. بیودیزل از روغن‌ها یا چربی‌ها با استفاده از ترانس استریفیکاسیون تولید می‌شود و رایج‌ترین بیودیزل در اروپا است.

در سال ۲۰۱۰ تولید سوخت‌های زیستی در سراسر جهان به ۱۰۵ میلیارد لیتر (۲۸ میلیارد گالن ایالات متحده)، نسبت به سال ۲۰۰۹ ۱۷٪ افزایش تولید داشت، و ۲٫۷ درصد از سوخت‌های جهان را برای حمل و نقل در جاده را به خود اختصاص داده‌اند، که این سهم تا حد زیادی به اتانول و بیودیزل تعلق دارد. تولید جهانی سوخت اتانول در سال ۲۰۱۰ به ۸۶ میلیارد لیتر (۲۳ میلیارد گالن ایالات متحده) رسید که ایالات متحده و برزیل به عنوان برترین تولید کننده‌های جهان بودند، این دو کشور با هم، ۹۰ درصد از تولید جهانی را به انجام رسانیده‌اند. بزرگترین تولید کننده بیودیزل در جهان اتحادیه اروپاست، ۵۳٪ از تمام تولید بیودیزل در سال ۲۰۱۰ توسط اتحادیه اروپا صورت پذیرفته است. در سال ۲۰۱۱، حکم ترکیب سوخت‌های زیستی در ۳۱ کشور در سطح ملی و در ۲۹ ایالت/ استان صادر شده است. با توجه به گفته‌های آژانس بین‌المللی، انرژی، سوخت‌های زیستی این پتانسیل را دارند که تا سال ۲۰۵۰ پاسخگوی بیش از یک چهارم تقاضای جهانی برای سوخت مورد نیاز حمل و نقل باشند.

انرژی های تجدیدپذیر چوب و تبدیل آن به سوخت های زیست محیطی

محققان کلیدی برای چالش علمی، چگونگی تبدیل چوب به سوخت های زیست محیطی به روش زیست محیطی و مقرون به صرفه یافته اند.

یک تیم بین المللی محققان، از جمله دانشمندان دانشگاه یورک، مجموعه ای از آنزیم های موجود در قارچ ها را کشف کرده اند که می تواند یکی از اجزای اصلی چوب را تجزیه کند. اکنون آنزیم ها به طور بالقوه می توانند به طور پایدار بیوماس چوب را به کالاهای شیمیایی با ارزش و سوخت های زیستی  تبدیل کند.

چوب به عنوان یک جایگزین برای زغال سنگ و روغن و به طور فزاینده یکی از منابع امیدوارکننده پیشرفت در سوخت های زیستی است. با این حال، علیرغم توان بالقوه آن، یک ماده دشوار برای تجزیه و تفکیک است.

پالایشگاههای زیستی فعلی باید از فرآیندهای پیش پردازش استفاده کنند تا چوب را به سوخت و محصولات انرژی گران قیمت تبدیل کنند. قارچ ها  در اکوسیستم، نقش مهمی در تجزیه ی چوب در چرخه کربن دارند و مواد مغذی را به خاک باز می گردانند. این ویژگی قارچها باعث شد، محققان به بررسی مکانیزمهایی که باعث این فرایند می شوند، بپردازند.

پروفسور پل والتون، دانشیار شیمی دانشگاه یورک در این مقاله می نویسد: “در سال 2010 ما نکته ی کلیدی را کشف کردیم که گروهی از آنزیم های موجود در قارچ ها، حاوی مس هستند. در حال حاضر این آنزیم ها به عنوان یکی از مولفه های مهم در تجزیه زیست توده، توسط زیست شناسان شناخته شده است. این تحقیق با شناسایی آنزیم های بیشتری که توانایی شکستن و تجزیه ی ساختار مولکولی چوب را دارد، استوار است.

“این آنزیم ها ممکن است توسعه آنزیم های اصلاح شده برای کاربردهای بیورفینشن  با استفاده از چوب را تقویت کند و آن را به یک کالای ارزشمند سوختی به شیوه ای پایدار تبدیل کند.”

این تحقیق که در Biology of Chemical Biology منتشر شده است، نشان داده است که خانواده آنزیم هایی که مونوکسینژازهای پلی ساکارید (LPMOs) نامیده می شوند، قادر به تجزیه زایلان ها هستند – معمولا مولکول های کربوهیدرات که در زیست توده ی چوب یافت می شوند به طور خاص در برابر تخریب مقاوم هستند.

این محققان با همکاری محققان فرانسه از مرکز ملی تحقیقات علوم و فناوری (CNRS) مارسی، آنزیم هایی را از قارچ ها جدا کردند که نقش حیاتی در چرخه کربن زمین را دارد و نقش اصلی تجزیه چوب در جنگل ها را ایفا می کنند.

به گفته ی گایدون دیویس از گروه شیمی در دانشگاه York «یافته ها، دانش ما را در مورد نحوه کاهش زیست توده چوب در طبیعت و تبدیل آن به یک سوخت زیستی پیش می برد.

“این کشف، کلید چالش اصلی علمی چگونگی تبدیل چوب به سوخت های زیستی را با روش زیست محیطی و مقرون به صرفه باز می کند، و ما را یک قدم به قرن 21 پایدار نزدیک تر می کند.”

                                                                                                                                 :Source

Materials provided by University of York. Note: Content may be edited for style and length.

                                                                                                               :Journal Reference

Marie Couturier, Simon Ladevèze, Gerlind Sulzenbacher, Luisa Ciano, Mathieu Fanuel, Céline Moreau, Ana Villares, Bernard Cathala, Florence Chaspoul, Kristian E Frandsen, Aurore Labourel, Isabelle Herpoël-Gimbert, Sacha Grisel, Mireille Haon, Nicolas Lenfant, Hélène Rogniaux, David Ropartz, Gideon J Davies, Marie-Noëlle Rosso, Paul H Walton, Bernard Henrissat, Jean-Guy Berrin. Lytic xylan oxidases from wood-decay fungi unlock biomass degradation. Nature Chemical Biology, 2018; 14 (3): 306 DOI: 10.1038/nchembio.2558