استخراج اسید پیرولیگنیوس چوب، دستاورد برتر دوره دوم دبیرستان کوشش ورامین در بخش غرفه

دوازدهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید.
در این دوره از جشنواره تعداد 126 گروه در بخش های سمینار های علمی، غرفه های نمایشگاهی و مسابقات به عنوان گروه های برتر، برگزیده و معرفی شدند.
بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های برتر علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.
  
مقطع: دوره دوم متوسطه
موضوع: استخراج اسید پیرولیگنیوس چوب های مختلف و تولید سوخت پاک زیستی از آن
نام مدرسه: دبیرستان کوشش ورامین
نام استاد: آقای یوسف ناصر زاده
دانش آموزان: محمد زاهدی، سجاد پهلوان، ابوالفضل سیلسپور، محمد قاسم آغازحصارلو

چکیده:
به عنوان چکیده ای از کار می توانیم بگوییم ما با انجام این آزمایش و پژوهش در حیطه چنین مبحثی قصد کمک به شرایط اکنون سوخت های مصرفی برای اتومبیل ها را داریم.

متانول حاصل از عرق چوب انقلابی شکوهمند در صنعت سوخت ها ایجاد می کند. تمام سوخت های الکلی متانولی طبیعی و بازگشت پذیر هستند. هدف ما از انجام این آزمایش استخراج همین سوخت های بهینه و کاربرد است.

مقدمه:
با افزایش قیمت جهانى نفت ، در عمل تقاضا براى بازه گسترده اى از انرژى هاى تجدیدپذیر، از توربین هاى بادى تا خودروهای الكل سوز ، افزایش یافته است. اگرچه روی آوردن به سوخت هاى جدید تنها هنگامی نمایان مى شود كه قیمت نفت در بازارهاى جهانى به یكباره اوج مى گیرد، اما جنبش انرژى هاى تجدید پذیر به تدریج در حال وارد شدن به مرحله جدیدى از پویایى است. رشد امروزه تولید و مصرف انرژى هاى جایگزین نه تنها واكنشى سریع و احساسى به تغییر كوتاه مدت قیمت هاى جهانى سوخت هاى فسیلى نیست، بلكه افراد با نگاهى سطحی به میزان ذخایر موجود انرژى و تعدد مسائل زیست محیطى در می یابند كه چاره اى جز روی آوردن به اقتصاد هاى مبتنى بر انرژى هاى جایگزین در شهرها و روستا هاى خود ندارند. تحقیقات روی سوخت های زیستی با سه هدف عمده انجام می شود كه عبارتند از: تعیین تنوع منابع، پیدا كردن راه های بهره گیری و استفاده از آن و در نهایت تولید.

از منابع اولیه تولید این سوخت ها می توان به ضایعات چوبی، تفاله های محصولات كشاورزی، نیشكر، غلات، روغن های گیاهی و سبزیجات اشاره كرد. امروزه بیشتر كشور ها در بخش انرژی، نیاز و تقاضای خود را به سوی استفاده از این گونه سوخت ها سوق می دهند، زیرا معضل هایی مانند آلودگی زیاد محیط زیست سوخت های فسیلی كه به نوبه خود سبب برهم خوردن شرایط و تعادل اكولوژیك می شوند و خطرهای زیست محیطی را نیز به دنبال دارند، همچنین محدود بودن ذخایر سوخت فسیلی، موجب شده است تا به این نوع انرژی بیش از پیش توجه شود.

 مواد فسیلی، جزء مهمی از اقتصاد و منابع عمده انرژی در دنیای امروز محسوب می شوند. سوخت های ناشی از فرآورده های این مواد در تنوع بسیار بالا از دیرباز منبع انرژی در موتورهای احتراق داخلی بوده اند و وجود ذخایر فراوان زیرزمینی به استفاده بیشتر این سوخت ها كمك كرده است. این در حالیست كه سوختن زغال سنگ، گاز طبیعی و نفت باعث تولید 2 COدر جو زمین می گردد كه معادل 6/3  میلیون تن كربن در هر سال است.

متانول (Methanol) یا الكل چوب، الكل متیلیك و متیل الكل كه دارای فرمول شیمیایی CH3OH می‌باشد از ساده ترین نوع الكل هاست. متانول از فعالیت برخی باکتری‌ ها تولید می‌شود، همواره مقداری از بخار متانول وارد جو می ‌شود و پس از چندین روز‌ توسط اکسیژن و با کمک نور خورشید اکسید شده و تولید آب و دی اکسید کربن می كند. البته در فرآیند سوختن متانول نیز همین مواد تولید می شوند. البته با سرعت بسیار بیشتر. در ضمن شعله سوختن متانول بی ‌رنگ است و باید مراقب باشیم تا با شعله آن دچار سوختگی نشویم. متانول دارای كاربرد های بسیاری در صنایع شیمیایی می باشد و مواد بسیار زیادی از آن ساخته و تولید می ‌شوند. همچنین به دلیل كمبود منابع انرژی، مصرف مستقیم متانول به عنوان سوخت پاك یا در تولید هیدروژن مصرفی پیل های سوختی ، بسیار مورد توجه است. متانولی كه از چوب و سایر ترکیبات آلی تولید می شود را متانول آلی یا بیو الکل می‌نامند که یک منبع تجدید شدنی برای سوخت است كه می ‌توان آن را جایگزین مشتقات نفت خام كرد.

جنگل ها و ضایعات جنگلی
چوب، خرده ‌های چوب و خاک اره، از منابع جنگلی زیست توده به شمار می ‌روند. این منبع انرژی از قرن ها پیش برای مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌ گرفته است. حدود صد و پنجاه سال پیش، 75 درصد از انرژی مورد نیاز بشر از زیست توده (عمدتا از جنگل ها و ضایعات جنگلی) تأمین می‌ شد. در حال حاضر، سالانه در جهان بیش از 2/1 گیگاتن چوب به مصرف تولید انرژی می‌ رسد.

بسیاری از صنایع کشورهای در حال توسعه، مانند صنایع پخت نان، فرآوری محصولاتی مانند شکر، چای، قهوه، نارگیل، کاکائو و کارخانه ‌های آجرپزی و آهک پزی، از این ضایعات به عنوان سوخت استفاده می‌ کنند.

   اگر فقط ارزش حرارتی اتانول مد نظر باشد با توجه به اینکه حدود 35 درصد این ماده را اکسیژن تشکیل می دهد لذا  ارزش حرارتی آن به همین نسبت از بنزین کمتر است.

اما از سوی دیگر با توجه به نسبت استوکیومتری هوای مورد نیاز جهت احتراق ملاحظه می گردد که برای سوختن کامل یک کیلوگرم بنزین نیاز به 15 کیلوگرم هوا هست. در حالی که برای همین مقدار هوا مقدار 1/6 کیلو اتانول لازم است. لذا راندمان موتور در حالت استفاده از الکل بالاتر است. ثانیا با مقایسه انرژی در واحد حجم مخلوط بنزین و اتانول با هوا، اعداد تقریبا مشابه 94/8 (بنزین) و 94/7 (اتانول) حاصل می گردد. بنابر این ارزش حرارتی هر دو تقریبا مشابه خواهد بود. نهایتاً با توجه به اینکه حرارت نهان تبخیر الکل ها بیشتر از بنزین است که این مسئله به نوبه خود منجر به سرد شدن بیشتر مخلوط (هوا- سوخت) و در نتیجه افزایش دانسیته مخلوط شده و قدرت بیشتری در موتور تولید می گردد. تبخیر مخلوط بنزین و هوا منجر به کاهش دمای 40 درجه فارنهایت می شود و در شرایط مشابه این کاهش دما برای اتانول بیش از دو برابر بیش از بنزین خواهد بود. این کاهش شدید دما منجر به ورود بیشتر مخلوط سوخت و هوا به درون موتور می گردد. بنابر این راندمان حجمی اتانول بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.

استفاده از اتانول با ترکیب 10% اتانول و 90% بنزین بیشتر رایج می باشد که به نام سوخت E10  معروف گردیده است. در برزیل، این ترکیب شامل 22% تا 24% اتانول است. اتانول بعنوان سوخت خالص، بعنوان جایگزین بنزین مصرف می شود. در امریکا مخلوط هایی از 85% اتانول و 15% بنزین و 95% اتانول و 5% بنزین به عنوان سوخت های جایگزین مورد استفاده قرار می گیرند.

افزودن مقدار جزئی بنزین به اتانول، از خوردگی قسمت های موتور جلوگیری نموده و به احتراق در هوای سرد کمک می کند.
برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک کنید.

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: نگار تجملیان-  تنظیم: نسرین صادقی