جایگزینی بیواتانول با متیل ترشیو بوتیل اتر در بنزین جهت دستیابی به سوخت پاک
در حدود نیم قرن است که در دنیا از ماده شیمیایی متیل ترشیو بوتیل اتر (MTBE ) به جای تترا اتیل سرب برای افزایش عدد اکتان بنزین استفاده میشود. MTBE دارای فرمول شیمیایی C5H12O و از خانواده گروه اتری می باشد. استفاده از MTBE از دهه 70 میلادی در اروپا آغاز و پس از آن در آمریکای شمالی مرسوم گردید. اما این ماده توانایی آلود کردن آب، خاک و هوا را دارد.
این ماده به سادگی جذب خاک نمیشود، اما به راحتی به آبهای سطحی راه یافته و در آن انتشار می یابد. موجودات زنده از راههای گوناگون مثل پوست، گوش و استنشاق در معرض MTBE هستند. این ماده میتواند سبب اختلال در سیستم عصب مرکزی، کلیه ها و دستگاه تنفس گردد و نهایتا بیماریهای گوناگونی را در انسان و حیوانات ایجاد کند.بیو اتانول به عنوان یک سوخت با منشا گیاهی میتواند به عنوان یک جایگزین مناسب برای MTBE جهت بهبود خواص بهسوزی بنزین و کاهش آلاینده های خروجی موتور به کار گرفته شود.
در ایران این ماده به عنوان یک افزودنی مناسب به بنزین کمتر مورد توجه قرار گرفته است ولی با توجه به بحثهای زیست محیطی به نظر میرسد که در کشورمان به زودی ناچار به استفاده از این سوخت حداقل به عنوان یک افزودنی باشیم.
با توجه به گزارشهای مرکز پژوهشهای مجلس شورای اسلامی، بنزین به عنوان یکی از حاملهای اصلی انرژی به رغم کاربرد در جهت افزایش سطح رفاه جامعه، به عنوان یکی از بزرگترین منابع آلوده کننده محیط زیست چه در سطح جهانی و چه در سطح ملی به شمار می رود. کشورهای بزرگ صنعتی جهان، کاربرد اتانول در سوخت خودروها را گام نخست برای کاهش وابستگی به منابع پایان پذیر سوختهای فسیلی می دانند و این اقدام را مانند سکوی پرشی برای حرکت به سمت استفاده از سوختهای فسیلی به عنوان منابع انرژی تجدید پذیر و دوستدار محیط زیست در نظر می گیرند.
استفاده از بیواتانول به عنوان سوخت تجدیدپذیر و دوستدار محیط زیست نتایج مثبتی دارد که در ذیل به اختصار به آنها اشاره می گردد:
- تولید بیواتانول می تواند با جذب مقادیر قابل توجهی از ضایعات کشاورزی ، کمک بزرگی به اقتصاد این بخش داشته باشد.
- تولید این ماده می تواند با بهره گیری از بسیاری از مواد اولیه دارای ارزش اقتصادی منفی از قبیل پسابها و ضایعات کارخانجات تولیدی علاوه بر ایجاد ارزش افزوده بالا به حفاظت از محیط زیست نیز یاری می رساند.
- گسترش صنعت اتانول با داشتن چندین صنعت جانبی در کنار خود و صنایع و مصارف پایین دستی متعدد، تاثیر قابل توجهی بر توسعه صنعتی کشور بطور مستقیم و غیر مستقیم خواهد داشت.
استفاده از اتانول به جای متیل ترشیوبوتیل اتر از نظر اقتصادی نیز توجیه پذیر است زیرا قیمت تمام شده اتانول+ بنزین در مقایسه باقیمت بنزین+ متیل ترشیوبوتیل اتر کمتر می باشد، ضمن اینکه در صورت استفاده از اتانول هزینه ای اجتماعی ناشی از مصرف بنزین سالیانه به میزان 80 میلیارد تومان کاهش می یابد.
ویژگیهای سوخت تاثیر بسیار مهمی بر عملکرد آن دارد. وقتی سوختی مانند اتانول به بنزین اضافه می شود رفتارهای ترمودینامیکی منحصر بفردی ایجاد می کند. نتایج تحقیقات مختلف نشان داده است که اتانول می تواند تاثیر بسیار زیادی بر عدد اکتان، بالا رفتن فشار بخار سوخت و تغییر در نمودار تقطیر سوخت بگذارد.
عمدتا اتانول را در درصدهای وزنی 5، 10، 15 و 20 می توان به بنزین اضافه نمود. تحقیقات نشان میدهد که برای سوختهای با درصدهای پایین تر از اتانول، مقدار فشار بخار برای آمیزه ها افزایش پیدا می کند که این امر ناشی از وجود اکسیژن در مولکولهای بیواتانول و نقش آن در سرعت شعله وری می باشد که میتواند احتراق را تقویت نموده و بازدهی موتور را بهبود بخشد.
در مخلوط بنزین-اتانول میزان انتشار مونوکسیدکربن و هیدروکربنها کمتر می شود. البته برای این مخلوطها، میزان انتشار ترکیبات اکسید نیتروژن افزایش می یابدکه این امر ناشی از گرمای نهان تبخیر بالا و درصد اکسیژن سوخت می باشد. تحقیقات بعمل آمده نشان میدهد که بهترین درصد اتانول در سوخت 20 درصد وزنی می باشدکه در این حالت یک بهبود قابل ملاحظه ای در عملیات موتور سوختهای احتراق داخلی و انتشار گازهای خروجی از اگزوز را شاهد هستیم.
البته پاسخ عدد اکتان مخلوط اتانول – بنزین براحتی قابل درک نیست زیرا فعل و انفعالات ناشناخته بین مولکولی در چنین مخلوطهایی وجود دارد. در حالت کلی وقتی اتانول به بنزین اضافه می گردد اعداد Research Octane Number و Motor Octane Numberبطور غیر خطی کاهش یا افزایش پیدا می کنند که این امر بستگی به درصد ترکیب بنزین مورد مطالعه و مقدار اتانول افزوده شده دارد. اضافه کردن اتانول به بنزین سبب مشکلاتی از قبیل فراریت و پایداری فازی در سوخت می گردد. از آنجاییکه اتانول با آب کاملا امتزاج پذیر است و آب در تانکهای ذخیره بلعت رطوبت هوا وجود دارد، کاهش در دمای محیط باعث تاثیر بر روی پایداری بنزین-اتانول شده و نهایتا باعث جداسازی فازی مخلوط می گردد.
این جداسازی فازی سبب مشکلاتی از قبیل کاهش کیفیت سوخت، افزایش هزینه ها و زیان به تانکهای ذخیره و و موتور ماشین بعلت خوردگی می گردد. جهت جلوگیری از این امر از افزودنیهایی از قبیل اتیل استات استفاده می گردد که اضافه کردن آن به مخلوط بنزین-اتانول فواید زیادی از قبیل افزایش پایداری مخلوط سوختها و بهبود عدد اکتان بنزین دارد بدون اینکه تاثیر منفی بر روی شاخص فراریت سوخت بگذارد.