تولید سوخت پاک زیستی، دستاورد تقدیری دوره دوم دبیرستان مهرنامی نوین در بخش غرفه
بیواتانول با توجه به وضعیت مناسب كشور ما در تولید چغندرقند و وجود زیرساخت های مورد نیاز بررسی شده است.
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 161 گروه در بخش های سمینار های علمی، غرفه های نمایشگاهی و مسابقات به عنوان گروه های تقدیری، برگزیده و معرفی شدند.
بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های تقدیری علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.
مقطع: دوره دوم دبیرستان
موضوع: تولیدسوخت پاک زیستی (بیواتانول) با استفاده از چغندرقند، هویج وضایعات قندی
نام مدرسه: دبیرستان مهرنامی نوین
نام استاد: آقای دکتر یوسف ناصرزاده
دانش آموزان: نیلوفر حسین پور، مریم مهدی پور گنجی، زهرا ابوالقاسمی، مهسا ستاری نایینی
استفاده از اتانول به عنوان سوخت مزیت های بسیاری دارد. حتی اگر هزینه تولید اتانول از بنزین بیشتر باشد. مزایای استفاده از بیواتانول در مخلوط 5% شامل بهبود اقتصاد روستایی، كاهش وابستگی به واردات سوخت و كاهش تشعشعات اتمسفری و استفاده از ضایعات است. در این تحقیق استفاده از ضایعات و محصولات جانبی صنایع قند جهت تولید بیواتانول با توجه به وضعیت مناسب كشور ما در تولید چغندرقند و وجود زیرساخت های مورد نیاز بررسی شده است. هم چنین جهت رسیدن به بالاترین بازده و حداقل هزینه، نوآوری های تكنولوژیكی مانند استفاده از سوبستراهای مختلف به غیر از ملاس كه منبع متداول جهت تخمیر است پرداخته و بررسی انواع مخمرها، استفاده از مخلوط شربت غلیظ و آب پنیر، تثبیت كردن سلول های مخمر با استفاده از ضایعات چغندر قند مانند پالپ خام و خشك شده آن نیز بررسی گردیده است.
مقدمه:
انواع بیو انرژی ها، انرژی تولید شده از زیست تودهی حاصل از گیاهان جنگلی و كشاورزی هستند كه به صورتهای جامد، مایع و گاز استفاده می شوند. بیش ترین علت علاقه به تولید بیو سوخت ها جایگزین كردن آن ها با سوخت های فسیلی است. زیرا سوخت های فسیلی باعث انتشار گازهای گلخانه ای مانند NOX, CH4, CO, CO2 و در نتیجه تغییر در آب و هوایی شده اند. بیو سوخت ها بخش مهمی از انرژی زیست توده ها هستند .استفاده از بیو سوخت ها در موتورهای دیزل و اتومبیل ها جدید نیست. رادولف دیزل از بیودیزل تولید شده از روغن نارگیل در سال 1989 استفاده نمود. هنری فورد اتومبیل خود را با استفاده از اتانول به راه انداخت. استفاده از اتانول در اتومبیل ها تا سال 1940 ادامه داشت اما بعد از آن متوقف شد زیرا سوخت های ارزان دیگری در دسترس بود. اما امروزه با توجه به تغییر شرایط بیو انرژی ها دارای مزیت های بسیاری شده اند كه از مهم ترین مزایای آن ها، كاهش تشعشعات گازهای عامل گرم شدن زمین، سبب بهبود توسعه روستایی، منبعی تجدید پذیر، كاهش آلودگی، تامین امنیت نیاز به سوخت كشور ها و امكان استفاده در موتور ها بدون ایجاد تغییر اساسی. یكی از مهم ترین بیو سوخت ها است كه می توان آن را به صورت خالص به عنوان سوخت وسایل نقلیه استفاده نمود، ولی معمولاً به گازوئیل اضافه می شود تا عدد اكتان را افزایش دهد تا انتشار گازهای حاصل را بهبود بخشد .بنابراین ضروری است كه جنبه های مختلف فرآیند تولید بیواتانول را بررسی نمود و به راهكاری با حداكثر بازده و حداقل هزینه رسید.
بیواتانول الكلی است كه با فرآیند تخمیر به دست میآید و بیشتر از كربوهیدرات های موجود در گیاهان نشاسته ای و قندی مانند ذرت، چغندرقند و نیشكر و كمتر از سیب زمینی، دانه غلات (گندم، جو و چاودار (كاساوا و از منابع غیر خوراكی مانند درختان و علف ها تولید میشود. بیو اتانول بهطور گسترده در آمریكا و برزیل استفاده می شود.
استفاده از بیواتانول یكی از راه های كاهش استفاده از سوخت های فسیلی و در نتیجه كاهش انتشار گازهای گلخانه ای است. بیو اتانول سوختی با عدد اكتان بالاست و همان طور كه گفته شد معمولاً در بخش حمل و نقل با مخلوط كردن با گازوئیل در نسبتی مشخص یا با افزایش اكتان استفاده می شود. استفاده از MTEB نیز باعث افزایش عدد اکتان می شود اما استفاده از آن در آمریكا و كانادا ممنوع شده است زیرا باعث انتشار مواد سرطان زا می گردد، در نتیجه تقاضا برای استفاده از بیو اتانول افزایش یافته است.
نتایج و بحث
در این پژوهش از دو نوع مخمر الکلی ساکارومایس سرویزیه برای تخمیر شربت جغندر قند با غلظت های قند 14، ۱۷ و ۲۰ حاوی مواد مغذی و یا بدون مواد مغذی استفاده شد تا شرایط مناسب برای تولید اتانول از شربت چغندر قند بدست آید. تاثیر غلظت شربت جغندر قند بر بازده الکلی، درجه الکلی و میزان قند باقی مانده در محیط کشت در سطح احتمال یک درصد معنی دار می باشد. مواد مغذی نیز اثر معنی داری را در بازده الکلی، درجه الکلی، میزان قند باقیمانده و سرعت تخمیر نشان دادند.
هم چنین اثر نوع مخمر بر بازده الکلی و میزان قند باقیمانده در سطح احتمال ۵ درصد معنی دار بوده است. استفاده از مواد مغذی در کاهش میزان قند باقی مانده در محیط کشست تخمیر موثر بود بطوری که مخمر ها با مصرف قند بیشتر بطور معنی داری باعث افزایش بازده الکلی و درجه الکلی محیط کشت شدند. استفاده از پودر خمیر مایه خارجی در محیط کشت حاوی مواد مغذی تولید اتانول را بطور معنی داری افزایش داد و بازده الکلی در چنین محیطی افزایش یافت ولی از نظر آماری اختلاف معنی داری در مقایسه با تیمارهای دیگر نشان نداد. از نظر بازده الکلی، شربت های چغندر قند با بریکس ۱۷ و ۲۰ در یک سطح قرار داشته و بازده الکلی آن ها بطور معنی داری بیش از شربت جغندر قند با بریکس 14 می باشد.
منابع:
1) Ghobadian, B. (2012). Liquid biofuels potential and outlook in Iran. Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 4373-4384.
2) Icoz, Er., Mehmet Tugrul, K., Saral, A., & Icoz Eb. (2009). Research on ethanol production and use from sugar beet in Turkey. Journal of Biomass And Bioenergy, 33, 1-7.
برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک کنید.
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: نگار تجملیان - تنظیم: زینب شاه مرادی
در این دوره از جشنواره تعداد 161 گروه در بخش های سمینار های علمی، غرفه های نمایشگاهی و مسابقات به عنوان گروه های تقدیری، برگزیده و معرفی شدند.
بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های تقدیری علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.
موضوع: تولیدسوخت پاک زیستی (بیواتانول) با استفاده از چغندرقند، هویج وضایعات قندی
نام مدرسه: دبیرستان مهرنامی نوین
نام استاد: آقای دکتر یوسف ناصرزاده
دانش آموزان: نیلوفر حسین پور، مریم مهدی پور گنجی، زهرا ابوالقاسمی، مهسا ستاری نایینی
چکیده:
ذخایر انرژی فسیلی جهان، با روند فزاینده مصرف كنونی، تا چندین سال دیگر به اتمام خواهد رسید و هر كشوری كه به فكر تامین منابع انرژی خود نباشد، با مشكلات فراوان روبرو خواهد شد. بیواتانول كه از زیست توده ها تولید می شود، سوختی مناسب با عدد اكتان بالاست كه معمولاً در بخش حمل و نقل با مخلوط كردن در نسبتی مشخص با گازوئیل یا با افزایش اكتان تا حدی خاص استفاده می شود كه نتیجه آن كاهش استفاده از سوخت های فسیلی و در نتیجه كاهش انتشار گازهای گلخانه ای است.
مقدمه:
انواع بیو انرژی ها، انرژی تولید شده از زیست تودهی حاصل از گیاهان جنگلی و كشاورزی هستند كه به صورتهای جامد، مایع و گاز استفاده می شوند. بیش ترین علت علاقه به تولید بیو سوخت ها جایگزین كردن آن ها با سوخت های فسیلی است. زیرا سوخت های فسیلی باعث انتشار گازهای گلخانه ای مانند NOX, CH4, CO, CO2 و در نتیجه تغییر در آب و هوایی شده اند. بیو سوخت ها بخش مهمی از انرژی زیست توده ها هستند .استفاده از بیو سوخت ها در موتورهای دیزل و اتومبیل ها جدید نیست. رادولف دیزل از بیودیزل تولید شده از روغن نارگیل در سال 1989 استفاده نمود. هنری فورد اتومبیل خود را با استفاده از اتانول به راه انداخت. استفاده از اتانول در اتومبیل ها تا سال 1940 ادامه داشت اما بعد از آن متوقف شد زیرا سوخت های ارزان دیگری در دسترس بود. اما امروزه با توجه به تغییر شرایط بیو انرژی ها دارای مزیت های بسیاری شده اند كه از مهم ترین مزایای آن ها، كاهش تشعشعات گازهای عامل گرم شدن زمین، سبب بهبود توسعه روستایی، منبعی تجدید پذیر، كاهش آلودگی، تامین امنیت نیاز به سوخت كشور ها و امكان استفاده در موتور ها بدون ایجاد تغییر اساسی. یكی از مهم ترین بیو سوخت ها است كه می توان آن را به صورت خالص به عنوان سوخت وسایل نقلیه استفاده نمود، ولی معمولاً به گازوئیل اضافه می شود تا عدد اكتان را افزایش دهد تا انتشار گازهای حاصل را بهبود بخشد .بنابراین ضروری است كه جنبه های مختلف فرآیند تولید بیواتانول را بررسی نمود و به راهكاری با حداكثر بازده و حداقل هزینه رسید.
بیواتانول الكلی است كه با فرآیند تخمیر به دست میآید و بیشتر از كربوهیدرات های موجود در گیاهان نشاسته ای و قندی مانند ذرت، چغندرقند و نیشكر و كمتر از سیب زمینی، دانه غلات (گندم، جو و چاودار (كاساوا و از منابع غیر خوراكی مانند درختان و علف ها تولید میشود. بیو اتانول بهطور گسترده در آمریكا و برزیل استفاده می شود.
بیو دیزل ها از روغن های گیاهی و چربی های حیوانی مانند روغن ماهی، روغن های گیاهی مانند پالم، كرچك، جاتروفا، مواد سلولزی و جلبك ها و حتی ضایعات روغن های خوراكی مصرف شده تولید می شوند.
نتایج و بحث
در این پژوهش از دو نوع مخمر الکلی ساکارومایس سرویزیه برای تخمیر شربت جغندر قند با غلظت های قند 14، ۱۷ و ۲۰ حاوی مواد مغذی و یا بدون مواد مغذی استفاده شد تا شرایط مناسب برای تولید اتانول از شربت چغندر قند بدست آید. تاثیر غلظت شربت جغندر قند بر بازده الکلی، درجه الکلی و میزان قند باقی مانده در محیط کشت در سطح احتمال یک درصد معنی دار می باشد. مواد مغذی نیز اثر معنی داری را در بازده الکلی، درجه الکلی، میزان قند باقیمانده و سرعت تخمیر نشان دادند.
هم چنین اثر نوع مخمر بر بازده الکلی و میزان قند باقیمانده در سطح احتمال ۵ درصد معنی دار بوده است. استفاده از مواد مغذی در کاهش میزان قند باقی مانده در محیط کشست تخمیر موثر بود بطوری که مخمر ها با مصرف قند بیشتر بطور معنی داری باعث افزایش بازده الکلی و درجه الکلی محیط کشت شدند. استفاده از پودر خمیر مایه خارجی در محیط کشت حاوی مواد مغذی تولید اتانول را بطور معنی داری افزایش داد و بازده الکلی در چنین محیطی افزایش یافت ولی از نظر آماری اختلاف معنی داری در مقایسه با تیمارهای دیگر نشان نداد. از نظر بازده الکلی، شربت های چغندر قند با بریکس ۱۷ و ۲۰ در یک سطح قرار داشته و بازده الکلی آن ها بطور معنی داری بیش از شربت جغندر قند با بریکس 14 می باشد.
منابع:
1) Ghobadian, B. (2012). Liquid biofuels potential and outlook in Iran. Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 4373-4384.
2) Icoz, Er., Mehmet Tugrul, K., Saral, A., & Icoz Eb. (2009). Research on ethanol production and use from sugar beet in Turkey. Journal of Biomass And Bioenergy, 33, 1-7.
برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک کنید.
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: نگار تجملیان - تنظیم: زینب شاه مرادی
