توليد سوخت پاک زیستی، دستاورد تقدیری دوره دوم دبیرستان مهرنامی نوین 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 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: توليدسوخت پاک زیستی (بيواتانول) 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 مزيت هاي بسياري دارد. حتي اگر هزينه توليد اتانول از بنزين بيشتر باشد. مزاياي استفاده از بيواتانول در مخلوط 5% شامل بهبود اقتصاد روستايي، كاهش وابستگي به واردات سوخت و كاهش تشعشعات اتمسفري و استفاده از ضايعات است. در اين تحقيق استفاده از ضايعات و محصولات جانبي صنايع قند جهت توليد بيواتانول با توجه به وضعيت مناسب كشور ما در توليد چغندرقند و وجود زيرساخت­ هاي مورد نياز بررسي شده است. هم چنين جهت رسيدن به بالاترين بازده و حداقل هزينه، نوآوري ­هاي تكنولوژيكي مانند استفاده از سوبستراهاي مختلف به غير از ملاس كه منبع متداول جهت تخمير است پرداخته و بررسي انواع مخمرها، استفاده از مخلوط شربت غليظ و آب پنير، تثبيت كردن سلول ­هاي مخمر با استفاده از ضايعات چغندر قند مانند پالپ خام و خشك شده آن نيز بررسي گرديده است.

مقدمه:
انواع بيو انرژي ها، انرژي توليد شده از زيست توده­ي حاصل از گياهان جنگلي و كشاورزي هستند كه به صورت­هاي جامد، مايع و گاز استفاده مي ­شوند. بيش ترين علت علاقه به توليد بيو سوخت ها جايگزين كردن آن ها با سوخت هاي فسيلي است. زيرا سوخت ­هاي فسيلي باعث انتشار گازهاي گلخانه­ اي مانند NOX, CH4, CO, CO2 و در نتیجه تغییر در آب و هوایی شده­ اند. بيو سوخت ها بخش مهمي از انرژي زيست توده­ ها هستند .استفاده از بيو سوخت ها در موتورهاي ديزل و اتومبيل ­ها جديد نيست. رادولف ديزل از بيوديزل توليد شده از روغن نارگيل در سال 1989 استفاده نمود. هنري فورد اتومبيل خود را با استفاده از اتانول به راه انداخت. استفاده از اتانول در اتومبيل ­ها تا سال 1940 ادامه داشت اما بعد از آن متوقف شد زيرا سوخت­ هاي ارزان ديگري در دسترس بود. اما امروزه با توجه به تغيير شرايط بيو انرژي ها داراي مزيت ­هاي بسياري شده­ اند كه از مهم ­ترين مزاياي آن ها، كاهش تشعشعات گازهاي عامل گرم شدن زمين، سبب بهبود توسعه روستايي، منبعي تجديد پذير، كاهش آلودگي، تامين امنيت نياز به سوخت كشور ها و امكان استفاده در موتور ها بدون ايجاد تغيير اساسي. يكي از مهم ­ترين بيو سوخت ها است كه مي ­توان آن را به صورت خالص به عنوان سوخت وسايل نقليه استفاده نمود، ولي معمولاً به گازوئيل اضافه مي­ شود تا عدد اكتان را افزايش دهد تا انتشار گازهاي حاصل را بهبود بخشد .بنابراين ضروري است كه جنبه هاي مختلف فرآيند توليد بيواتانول را بررسي نمود و به راهكاري با حداكثر بازده و حداقل هزينه رسيد.
بيواتانول الكلي است كه با فرآيند تخمير به دست مي­آيد و بيشتر از كربوهيدرات­ هاي موجود در گياهان نشاسته­ اي و قندي مانند ذرت، چغندرقند و نيشكر و كمتر از سيب زميني، دانه غلات (گندم، جو و چاودار (كاساوا و از منابع غير خوراكي مانند درختان و علف ­ها توليد مي­شود. بيو اتانول به­طور گسترده در آمريكا و برزيل استفاده مي شود.

استفاده از بيواتانول يكي از راه­ هاي كاهش استفاده از سوخت ­هاي فسيلي و در نتيجه كاهش انتشار گازهاي گلخانه ­اي است. بيو اتانول سوختي با عدد اكتان بالاست و همان طور كه گفته شد معمولاً در بخش حمل و نقل با مخلوط كردن با گازوئيل در نسبتي مشخص يا با افزايش اكتان استفاده مي ­شود. استفاده از MTEB نیز باعث افزایش عدد اکتان مي ­شود اما استفاده از آن در آمريكا و كانادا ممنوع شده است زيرا باعث انتشار مواد سرطان ­زا مي گردد، در نتيجه تقاضا براي 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