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 افزايش قيمت جهانى نفت ، در عمل تقاضا براى بازه گسترده اى از انرژى هاى تجديدپذير، از توربين هاى بادى تا خودروهاي الكل سوز ، افزايش يافته است. اگرچه روي آوردن به سوخت هاى جديد تنها هنگامي نمايان مى شود كه قيمت نفت در بازارهاى جهانى به يكباره اوج مى گيرد، اما جنبش انرژى هاى تجديد پذير به تدريج در حال وارد شدن به مرحله جديدى از پويايى است. رشد امروزه توليد و مصرف انرژى هاى جايگزين نه تنها واكنشى سريع و احساسى به تغيير كوتاه مدت قيمت هاى جهانى سوخت هاى فسيلى نيست، بلكه افراد با نگاهى سطحي به ميزان ذخاير موجود انرژى و تعدد مسائل زيست محيطى در مي يابند كه چاره اى جز روي آوردن به اقتصاد هاى مبتنى بر انرژى هاى جايگزين در شهرها و روستا هاى خود ندارند. تحقيقات روي سوخت هاي زيستي با سه هدف عمده انجام مي شود كه عبارتند از: تعيين تنوع منابع، پيدا كردن راه هاي بهره گيري و استفاده از آن و در نهايت توليد.

از منابع اوليه توليد اين سوخت ها مي توان به ضايعات چوبي، تفاله هاي محصولات كشاورزي، نيشكر، غلات، روغن هاي گياهي و سبزيجات اشاره كرد. امروزه بيشتر كشور ها در بخش انرژي، نياز و تقاضاي خود را به سوي استفاده از اين گونه سوخت ها سوق مي دهند، زيرا معضل هايي مانند آلودگي زياد محيط زيست سوخت هاي فسيلي كه به نوبه خود سبب برهم خوردن شرايط و تعادل اكولوژيك مي شوند و خطرهاي زيست محيطي را نيز به دنبال دارند، همچنين محدود بودن ذخاير سوخت فسيلي، موجب شده است تا به اين نوع انرژي بيش از پيش توجه شود.

 مواد فسيلي، جزء مهمي از اقتصاد و منابع عمده انرژي در دنياي امروز محسوب مي شوند. سوخت هاي ناشي از فرآورده هاي اين مواد در تنوع بسيار بالا از ديرباز منبع انرژي در موتورهاي احتراق داخلي بوده اند و وجود ذخاير فراوان زيرزميني به استفاده بيشتر اين سوخت ها كمك كرده است. اين در حاليست كه سوختن زغال سنگ، گاز طبيعي و نفت باعث توليد 2 COدر جو زمين مي گردد كه معادل 6/3  ميليون تن كربن در هر سال است.

متانول (Methanol) یا الكل چوب، الكل متيليك و متيل الكل كه دارای فرمول شيميايی CH3OH می‌باشد از ساده ترين 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 توليد آب و دی اکسید کربن می كند. البته در فرآیند سوختن متانول نيز همين مواد توليد می شوند. البته با سرعت بسيار بيشتر. در ضمن شعله سوختن متانول بی ‌رنگ است و باید مراقب باشیم تا با شعله آن دچار سوختگی نشویم. متانول دارای كاربرد های بسياری در صنايع شيميايی می باشد و مواد بسيار زيادی از آن ساخته و توليد می ‌شوند. همچنين به دليل كمبود منابع انرژی، مصرف مستقيم متانول به عنوان سوخت پاك يا در توليد هيدروژن مصرفی پيل های سوختی ، بسيار مورد توجه است. متانولی كه از چوب و سایر ترکیبات آلی توليد 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 حرارتي اتانول مد نظر باشد با توجه به اينکه حدود 35 درصد اين ماده را اکسيژن تشکيل مي دهد لذا  ارزش حرارتي آن به همين نسبت از بنزين کمتر است.

اما از سوي ديگر با توجه به نسبت استوکيومتري هواي مورد نياز جهت احتراق ملاحظه مي گردد که براي سوختن کامل يک کيلوگرم بنزين نياز به 15 کيلوگرم هوا هست. در حالي که براي همين مقدار هوا مقدار 1/6 کيلو اتانول لازم است. لذا راندمان موتور در حالت استفاده از الکل بالاتر است. ثانيا با مقايسه انرژي در واحد حجم مخلوط بنزين و اتانول با هوا، اعداد تقريبا مشابه 94/8 (بنزين) و 94/7 (اتانول) حاصل مي گردد. بنابر اين ارزش حرارتي هر دو تقريبا مشابه خواهد بود. نهايتاً با توجه به اينکه حرارت نهان تبخير الکل ها بيشتر از بنزين است که اين مسئله به نوبه خود منجر به سرد شدن بيشتر مخلوط (هوا- سوخت) و در نتيجه افزايش دانسيته مخلوط شده و قدرت بيشتري در موتور توليد مي گردد. تبخير مخلوط بنزين و هوا منجر به کاهش دماي 40 درجه فارنهايت مي شود و در شرايط مشابه اين کاهش دما براي اتانول بيش از دو برابر بيش از بنزين خواهد بود. اين کاهش شديد دما منجر به ورود بيشتر مخلوط سوخت و هوا به درون موتور مي گردد. بنابر اين راندمان حجمي اتانول بطور قابل ملاحظه اي افزايش مي يابد.

استفاده از اتانول با ترکيب 10% اتانول و 90% بنزين بيشتر رايج مي باشد که به نام سوخت E10  معروف گرديده است. در برزيل، اين ترکيب شامل 22% تا 24% اتانول است. اتانول بعنوان سوخت خالص، بعنوان جايگزين بنزين مصرف مي شود. در امريکا مخلوط هايي از 85% اتانول و 15% بنزين و 95% اتانول و 5% بنزين به عنوان سوخت هاي جايگزين مورد استفاده قرار مي گيرند.

افزودن مقدار جزئي بنزين به اتانول، از خوردگي قسمت هاي موتور جلوگيري نموده و به احتراق در هواي سرد کمک مي کند.
برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک کنید.

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