آینده بیودیزل

***

 جناب دکتر اگر موفق باشید برای اینکه بیشتر با سوابق شما آشنا شویم، از زمینه‌های اصلی فعالیت علمی شما شروع کنیم.

تحقیقات من در زمان آغاز تحصیل در مقطع دکترا، در زمینه احتراق گازها بوده است؛ این مساله که در زمان سوختن گازها، در فرآیند احتراق دقیقاً چه اتفاقی می‌افتد تحقیقاتی

Fundamental (بنیادی)‌ محسوب می‌شود. این بحث، برای فهمیدن پدیده‌های طبیعی لازم است و بعد از آن به سراغ تحقیقات Applied (کاربردی) باید رفت. به تدریج این تحقیقات من، به سمت مدل‌سازی فعل و انفعالات شیمیایی پیش رفت؛ اینکه ببینیم فعل و انفعالات شیمیایی در زمان احتراق به چه شکل صورت می‌گیرد. البته باید توجه داشته در زمان سوختن، سوخت‌های مایع مثل بنزین و گازوئیل نیز به حالت گاز تبدیل می‌شوند و در مجاورت اکسیژن با بالا رفتن درجه حرارت، فعل و انفعالات شیمیایی انجام می‌شود. اگر هر کدام از این مراحل به خوبی صورت نگیرد، راندمان کاهش می‌یابد و موجب آلودگی هوا می‌شود؛ به عبارت دیگر هر چیزی که باعث سوختن ناقص شود.

اعطای نشان‌های شوالیه و آفیسر به شما به چه دلیل بوده است؟

شرط اول برای شوالیه شدن، فعالیت‌های فرد در زمینه‌های تحقیقاتی و آموزشی است. کیفیت فعالیت‌ها، تعداد مقالات و انتشارات علمی، شناخته و ارجاعات بررسی می‌شود. مسوولیت‌های مدیریتی و اجرایی فرد و کارهای او نیز در این زمینه موثر است. بعد از این، رئیس دانشگاه به وزارت علوم پیشنهاد اعطای مدال می‌کند و وزارت نیز تمامی پیشنهادها را بررسی می‌کند. پیشنهاد، توسط یک هیات بررسی می‌شود که اعضای آن باید حداقل دارای نشان آفیسر باشند و البته اغلب هم دارای نشان کماندر هستند. بعد از تایید هیات، به وزیر پیشنهاد داده می‌شود و او نیز بایستی دریافت نشان را تایید کند. سپس به نخست‌وزیر پیشنهاد داده می‌شود که البته این مرحله معمولاً تشریفاتی است. شوالیه مدال نسبتاً کمیابی است، ولی باز هم به نسبت مدال آفیسر شرایط اعطای آن آسان‌تر است. برای نشان آفیسر،‌ فعالیت‌های فرد بعد از دریافت نشان شوالیه درنظر گرفته می‌شود. چرا که برخی بعد از شوالیه شدن ممکن است فعالیت‌هایشان کاهش یابد، یا بازنشسته شوند. اگر تشخیص داده شود که فعالیت‌های علمی و مسوولیت‌ها ادامه یافته است، دوباره فرد معرفی می‌شود تا نشان را دریافت کند. فاصله دریافت دو نشان معمولاً کمتر از پنج سال نیست و به هر صورت، شرایط دشوارتری برای دریافت آن وجود دارد. من در سال 2005 نشان شوالیه را دریافت کردم و سال گذشته میلادی هم نشان آفیسر را به دست آوردم. علاوه بر فعالیت‌های متداول علمی،‌ مسوولیت‌های اجرایی نیز در این زمینه دخیل بوده است. مسوولیت‌های من در سال‌های دور، از مدیریت گروه شروع شد و بعد از آن مدیر لابراتوار شدم. که البته این مسوولیت برای یک دوره هم تمدید شد و در مجموع هشت سال در این سمت بودم. در ضمن آن، رئیس دپارتمان انرژی دانشگاه شدم و همزمان نیز مسوولیت پروژه‌های اصلاحات آموزشی دانشگاه به من واگذار شد. بعد از آن، از سال گذشته رئیس اداره دکترا شدم. علاوه بر مسوولیت‌های دانشگاهی، عضو هیات‌های امنای سازمان‌های مختلف بوده و ‌هستم.

خب اگر موافق باشید، وارد جزییات زمینه تحقیقاتی شما شویم. شما در زمینه سوخت‌های زیستی و به‌طور خاص بیودیزل پژوهش‌های متعددی را انجام داده‌اید. سهم سوخت‌های زیستی در تامین انرژی، به ویژه در آمریکا و اروپا رو به افزایش است. این سوخت‌ها به چه دلیل اهمیت دارند؟

اهمیت اصلی این سوخت‌ها، لزوم یافتن جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی است. سوخت‌هایی مثل نفت، بنزین و زغال‌سنگ که پایان‌پذیر هستند. نفت به زودی پایان خواهد یافت. البته گاز برای 100 تا 150 سال آینده و زغال سنگ برای 600 تا 700 سال آینده در دسترس خواهد بود. اما مساله اصلی، مساله نفت و لزوم وجود سوخت مایع است. چرا که سوخت مایع بیشترین میزان انرژی را در یک کیلوگرم وزن فراهم می‌کند، البته به استثنای انرژی هسته‌ای. یعنی با حجم کم، می‌توان انرژی زیادی تولید کرد که برای اتومبیل و هواپیما بسیار مهم است. برای مثال وزن هواپیما در طراحی و کاربرد آن اهمیت زیادی دارد. لذا اگر بخواهیم جایگزینی برای سوخت‌های مایع بیابیم، در مرتبه اول باید برای سوخت‌های مایع جایگزینی پیدا کنیم. یکی از این راه‌های جایگزین، سوخت‌های زیستی است که منشاء آن تقریباً هر چیزی می‌تواند باشد. در ابتدا، بیشتر منشاء گیاهی مطرح بود و اولین کشوری که چند‌دهه قبل به صورت گسترده وارد بحث آن شد، برزیل بود. در این کشور، سوخت‌های اغلب الکلی به کار گرفته شد و چون الکل خالص مناسب نبود، تغییراتی در آن داده شد. اما الان سوخت‌های زیستی تقریباً با هر منشایی تولید می‌شود، از جمله چربی‌ها و حتی بافت‌های مازاد مرغ و دام که از آنها بیودیزل تولید می‌شود. اما مشکل اصلی این است که به‌رغم جوابگو بودن این سوخت‌ها، تحقیقات بنیادی در مورد این سوخت‌ها انجام نشده است. هر چند در عمل، سال‌هاست به کار می‌رود و این‌طور نیست که بگوییم کشف تازه‌ای صورت گرفته است. تکنولوژی و صنعت آن سال‌هاست وجود دارد و هم‌اکنون در اروپا در ماشین‌های گازوئیلی و بنزینی، درصدی از حجم سوخت معمول، بیودیزل است. اما این درصد به سادگی افزایش نمی‌یابد، چرا که هنوز به صورت دقیق مشخص نیست به لحاظ آلودگی چه مشکلاتی ممکن است دربرداشته باشد. ممکن است چند سال بعد آلودگی خاصی به دلیل سوختن بد این نوع سوخت‌ها ایجاد شود. همچنین اشکالات فنی ممکن است در برخی ماشین‌ها به وجود آید. مثلاً در برزیل سال‌ها سوخت‌های زیستی را به جای بنزین معمولی استفاده می‌کردند و این مساله موجب ایجاد خرابی و خوردگی در ماشین‌ها شد.

عمده سوخت‌های زیستی را دو نوع بیودیزل و الکل تشکیل می‌دهد که شما به‌طور تخصصی در زمینه بیودیزل پژوهش می‌کنید. منشاء بیودیزل چیست و این سوخت تا چه میزان می‌تواند جایگزین سوخت‌های مایع متداول شود؟

قسمت اعظم آن از مواد گیاهی به دست می‌آید که هسته‌های روغنی دارند، مثل کلزا و گل آفتابگردان. وقتی از گیاهی بتوان روغن تهیه کرد، مواد مشابهی می‌توان تهیه کرد که این مساله به دو شکل انجام می‌شود: یا مواد گیاهی به‌طور مستقیم می‌تواند به مولکول‌های استر (اسیدهای چرب) تبدیل شود یا اینکه مواد گیاهی را تخمیر می‌کنند و گازهای حاصل را از طریق یک پروسه شیمیایی، تبدیل به سوخت می‌کنند. لذا مبنای بیودیزل عموماً گیاهی است. اما از منشاء حیوانی نیز بیودیزل تهیه می‌شود و از بافت‌های مازاد مرغ و دیگر حیوانات که تا پیش از این برای کاربردهای صنعتی به کار می‌رفت، استفاده می‌کنند. یعنی اسیدهای چرب را از این مواد گرفته و تبدیل به سوخت می‌کنند. اشکال اصلی هم دقیقاً همین است که مولکول‌های نهایی سوخت، نسبت به منشاء ابتدایی آن متفاوت است. اینکه آن را از مازاد مرغ تولید کرده باشند یا از یک نوع خاص گیاه، در فرآورده نهایی تغییر ایجاد می‌کند.

عامل اصلی گسترش استفاده از بیودیزل چه بوده است و هم‌اکنون تا چه میزان از این سوخت استفاده می‌شود؟

بیودیزل، سوختی renewable (تجدیدپذیر) است، بر خلاف سوخت‌های فسیلی. لذا به لحاظ اقتصادی و اجتماعی اثرات بهتری دارد. البته به تنهایی نمی‌تواند استفاده شود، چنان که استفاده از آن در برزیل ایرادات زیادی در ماشین‌ها ایجاد کرد. دیگر اینکه ممکن است یک نوع سوخت در ماشین‌ها به تنهایی به کار رود، اما تضمینی نیست دیگر سوخت‌ها با همان منشأ تولید شده باشند و اشکالی در ماشین ایجاد نکنند. هم‌اکنون، بیودیزل به مواد سوختی اضافه می‌شود. مثلاً الان در اروپا برخی سوخت‌ها از 85 درصد گازوئیل و 15 درصد بیودیزل تشکیل شده‌اند. اما مصرف‌کننده حتی نمی‌داند این‌گونه است، چرا که سوخت کاملاً آمیخته شده است. دولت‌ها هم تشویق می‌کنند که استفاده از بیودیزل گسترش یابد و درصد به‌کارگیری آن در سوخت افزایش یابد. در بسیاری موارد در بنزین از سوخت‌های طبیعی استفاده می‌شود که البته درصد آن کمتر است. چرا که پالایش و تکنولوژی بنزین با گازوئیل متفاوت است.

در ایران هم چند ماه قبل خط تولید بیودیزل راه‌اندازی شد و ایران نیز وارد عرصه تولید این محصول شد. ضمن اینکه اعلام شد تکنولوژی آن در انحصار آمریکایی‌‌ها بوده است که با این راه‌اندازی، به انحصار آنها پایان داده شده است.

تکنولوژی مختص آمریکا نیست. اولین بار در حجم بالا، این سوخت‌ها در دهه 80 میلادی در برزیل به کار گرفته شده است. البته ممکن است تکنولوژی مدرن و جدید، در آمریکا به صورت گسترده‌تری وجود داشته باشد. اما در آمریکای جنوبی و فرانسه نیز از این سوخت استفاده می‌شود، هر چند تکنولوژی خاصی به لحاظ صنعتی برای تولید آن مورد نیاز است. در آمریکای جنوبی، هر کسی می‌تواند گوشه خانه‌اش این سوخت را تولید کند و از آن بیزینس راه بیندازد. ضمن آنکه نیاز به سرمایه و نیروی انسانی زیادی ندارد. اما سوختی که در این سطح و مقیاس تولید شود، به لحاظ کیفیت هیچ کنترلی روی آن وجود ندارد و ممکن است از نظر راندمان مشکلاتی داشته باشد.

کشورهایی مثل فرانسه و آمریکا به واردات نفت متکی هستند. این مساله در مورد ایران صدق نمی‌کند. نظر شما در مورد ورود کشورهای نفت‌خیزی مثل ایران به عرصه سوخت‌های زیستی چیست؟

نفت در هر حال، نایاب خواهد بود و قیمت آن افزایش خواهد یافت. هر کشوری که وارد عرصه سوخت‌های زیستی شود و بتواند بخشی از نفت خود را جایگزین کند، قطعاً نفت بیشتری برای فروش خواهد داشت. بخشی از محصولات نفتی با کاربری‌های خاص، هنوز جایگزین ندارند. لذا هر قدر فرآورده‌های نفتی که امکان جایگزینی دارند کمتر مصرف شوند، امکان تولید محصولات نفتی دیگر بیشتر وجود خواهد داشت. مسائل مربوط به آلودگی نیز کماکان پابرجا هستند و با مصرف سوخت‌های زیستی آلودگی نیز کاهش خواهد یافت.

همان‌طور که شما هم اشاره کردید، مسائل زیادی در تولید بیودیزل وجود دارد که باید بیشتر بررسی شود. چه موانعی در زمینه گسترش استفاده از بیودیزل وجود دارد؟

یکی از مشکلات این است که وقتی بیودیزل در موتور می‌سوزد، شناسایی کاملی از نحوه احتراق آن وجود ندارد. یعنی مراحلی که باید صورت گیرد تا بیودیزل تبخیر و به گاز تبدیل شود، با اکسیژن هوا مخلوط شود و واکنش‌های شیمیایی رخ دهد، با بنزین یا گازوئیل معمولی متفاوت است و شناخت کاملی از مکانیسم واکنش وجود ندارد. دلیل این نیز آن است که مولکول‌های اولیه را به‌طور دقیق نمی‌شناسیم. مبداء بیودیزل بسته به زمان و مکان و منطقه تولید و شرکت متفاوت است، و مثلاً بیودیزل تولید‌شده در برزیل، با آمریکا یا آسیا متفاوت است و هنوز یک استاندارد جهانی در مورد مولکول‌های بیودیزل وجود ندارد. در مورد بنزین یا گازوئیل برای مولکول‌ها و درصدها وجود دارد، اما برای بیودیزل هنوز این مساله سخت است و حتی در یک کشور هم بسته به منشاء تولید، بیودیزل‌های متفاوتی وجود دارد. ما منشاء آنها را به‌طور دقیق نمی‌دانیم و حتی اگر بدانیم، مولکول‌های بیودیزل نسبت به بنزین یا گازوئیل معمولی بسیار پیچیده‌تر هستند؛ مثلاً ویسکوزیته و درجه تبخیر آنها متفاوت است. در هوای سرد ممکن است استفاده از برخی انواع بیودیزل مشکل باشد، در حالی که برخی دیگر این‌گونه نیست. اگر از نظر علمی بخواهیم بگوییم، هنوز راه درازی در تحقیقات در پیش است؛ هر چند در عمل بیودیزل مورد استفاده قرار می‌گیرد. هزینه‌های تولید بیودیزل نیز بالاتر از سوخت‌های معمولی است. چرا که پالایش، دستگاه‌های مربوطه و تکنولوژی آن به کلی متفاوت است. مسائلی مثل خوردگی نیز در این میان وجود دارد که ممکن است ایراداتی در ماشین ایجاد کند. در مورد انواع دیگر سوخت‌های زیستی به غیر از بیودیزل نیز مشکلات وجود دارد. مثلاً در مورد الکل‌ها، اشکال اساسی این است که بسیار سریع تبخیر می‌شوند و می‌سوزند. لذا نگهداری و انتقال آنها نیز با دشواری‌هایی همراه است.

مطلب نهایی که باید عرض کنم، مربوط به آلودگی بیودیزل است. گازهایی هستند که مقدار کمی از آنها وجود دارد، ولی ایجاد آلودگی می‌کنند؛ مثل اکسیدهای نیتروژن و کربن. این گازها برای سلامتی مضرند و موجب تشدید اثر گلخانه‌ای می‌شوند. در مورد گازوئیل و بنزین، تا حدودی آگاهی و شناخت در مورد میزان آلودگی این گازها وجود دارد، ولی در مورد بیودیزل و سوخت‌های زیستی، هنوز چیز زیادی نمی‌دانیم. به عنوان مثال، در واکنش‌های شیمیایی احتراق سوخت‌های معمولی، میزان بسیار ناچیزی سیانور ممکن است تولید شود. اما اگر در بیودیزل، میزان سیانور بیشتری تولید شود کسی ممکن است نداند و در درازمدت اثر منفی داشته باشد. البته این یک مثال کاملاً فرضی است و اصلاً هیچ مدرکی در مورد آن وجود ندارد. به‌طور کلی مولکول‌هایی که در احتراق سوخت‌های زیستی به میزان ناچیزی تولید می‌شوند، ممکن است در سوخت‌های زیستی بیشتر تولید شود.