افزایش بازده تولید بیوگاز از پسماندهای کشاورزی با فناوری نانو

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، امید جعفری کارشناس ارشد مهندسی شیمی از دانشگاه صنعتی اصفهان درباره این طرح گفت: یکی از مسائل مهم در تولید سوخت‌های تجدیدپذیر، افزایش بازده تولید است به همین دلیل در این طرح تلاش شد تا با کاربرد نانوذرات دی اکسید تیتانیوم، بازده فرایند تولید بیوگاز از پسماند کشاورزی باگاس (پسماندهای نیشکر) افزایش یابد.

به گفته‌ این محقق، استفاده از نانوذرات سبب افزایش بازده تولید بیوهیدروژن و بیوگاز شده است. این دو سوخت به عنوان یکی از مهم‌ترین سوخت‌های مورد استفاده در پیل‌های سوختی‌ اتومبیل‌های گاز سوز به شمار می‌روند.

وی افزود:صرف نظر از کاربردهای بیان شده، می‌توان از دیگر پیامدهای مثبت این طرح را کاهش بازمانده‌های کشاورزی از جمله باگاس دانست؛ امروزه باگاس در کارخانه‌های قند به صورت سیلو انبار و سوزانده می‌شود که علاوه بر مشکلاتی که به صورت دوده و غبار برای محیط زیست ایجاد می‌کند، باعث اتلاف هزینه و زمان نیز می شود.

جعفری مزیت‌های کاربرد نانوذرات انتخاب شده در فرایند تولید سوخت را بدین شرح بیان کرد: استفاده از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم، ساختار به شدت بلوری و سلولزی جامد باگاس، در کنار یک پیش فرآوری متداول ( همانند اسیدی- بازی) باعث شد تا دمای فرایند کاهش یابد. همچنین غلظت اسید یا باز مصرفی نیز، که عمدتاً باعث تخریب دستگاه‌ها و افزایش هزینه‌ها می‌شود، در حضور نانوذرات کاهش یافت.

وی ادامه داد: از طرفی زمانی که در تولید بیوگاز از پیش فرآوری‌های متداول استفاده می‌شود، ترکیبات جانبی تولید می‌شود که در مراحل بعدی باعث تخریب زیست توده‌ها شده و به شدت بازده نهایی تولید پیوسته‌ بیوگاز و بیوهیدروژن را کاهش می‌دهد. این در حالی است که وجود نانوذرات دی اکسید تیتانیوم باعث تخریب فرآورده‌های جانبی از جمله فنول‌ها می‌شود که باعث افزایش بازده تولید بیوگاز و بیوهیدروژن نهایی می‌ شود.

به گفته‌ جعفری، در این طرح از آزمون‌های TS و VS به عنوان سنجش جامدات کل و جامدات فرار، آزمون NREL برای تعیین میزان ترکیب درصد کربوهیدارت و ویژگی‌های شیمیایی خوراک و محصول و همچنین از آزمون‌های کیفی XRD و FTIR جهت تعیین اثرات پیش فرآوری توسط نانوذرات دی اکسید تیتانیوم- اسیدی بر روی کریستالینیتی جامدات خوراک اولیه استفاده شده است.

این محقق خاطر نشان کرد: از دستگاه سنجش گازی GC به عنوان یک آنالیزور گازی برای ارزیابی‌ گازهای تولیدی هر مرحله و درصد کیفیت آن‌ها نسبت به محصولات جانبی و از میکروسکوپ SEM برای بررسی ویژگی‌های نانوذرات و جامدات پیش فراوری شده‌ی نهایی استفاده شده است.

وی با بیان اینکه همانطور که در ابتدا اشاره شد، از روش‌های جدید تولید انرژی، استفاده از زیست توده‌هاست، عنوان کرد: این روش به چند روش اصلی مانند سوزاندن، تولید بیو اتانول، تولید گاز مصنوعی ترمو شیمیایی و بیوگاز تقسیم می‎شود. بیوگاز، که از روش تخمیر بی‌هوازی زیست توده به دست می‎آید، به مجموع گازهای دی اکسید کربن (۴۵-۳۵) ، متان (۵۶-۵۵) و مقدار جزئی از گازهای دیگر نظیر سولفید هیدروژن و بیوهیدروژن اطلاق می‌شود.

وی افزود: ارزش حرارتی بیوگاز از متان خالص بیشتر است و دارای ارزش حرارتی معادل ۶ کیلووات ساعت بر مترمکعب است. از طرفی بیوگاز دارای اثرات مثبت زیست‌محیطی، اقتصادی و اجتماعی فراوانی است که می‌توان به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، حفظ جنگل‌ها و مراتع با جلوگیری از توسعه محل دفع زباله، تولید کودهای آلی و اصلاح خاک اشاره کرد.

جعفری خاطر نشان کرد: این سوخت‌ها می‌توانند جایگزین سوخت‌های فسیلی شده و برای تأمین انرژی اتومبیل‌های گازسوز به کار گرفته شوند. در حال حاضر این تحقیقات در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفته است.

این تحقیقات از همکاری مهندس امید جعفری- کارشناس ارشد مهندسی شیمی از دانشگاه صنعتی اصفهان- و دکتر حمید زیلویی- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان- به دست آمده است. نتایج این کار در مجله‌ Bioresource Technology با ضریب تأثیر ۵/۶۵۱ (جلد ۲۱۴، سال ۲۰۱۶، صفحات ۶۷۰ تا ۶۷۸) به چاپ رسیده است.