البنزين الحيوي

الديزل الحيوي وقود سائل يتكون من زيوت نباتية أو دهون حيوانية. ولإنتاج البنزين، تُخلط هذه السوائل مع الكحول. يُستخدم الديزل الحيوي لتشغيل محركات الاحتراق بالضغط، والمعروفة أيضًا بمحركات الديزل. المنتج الأكثر شيوعًا للديزل الحيوي هو B20، وهو مزيج بنسبة 20:80: 20% ديزل حيوي إلى 80% ديزل بترولي. مع ذلك، يتميز الديزل الحيوي بمرونته، إذ يمكن مزجه مع الديزل البترولي بنسب متفاوتة. اعتبارًا من عام 2021، يُعد الديزل الحيوي ثاني أكبر مصدر لاستهلاك وإنتاج الوقود الحيوي، بنسبة 23% من الإجمالي. ^{[ 3 ]}

يُصنع وقود الإيثانول من نباتات عديدة ومشتقاتها الحيوية، ويُستخدم بشكل أساسي كمزيج كحولي. عند مزج هذه المواد، يرتفع ضغط احتراق الوقود، المعروف أيضًا باسم الأوكتان. ^{[ 4 ]} يُساهم الإيثانول في الحد من الانبعاثات الناتجة عن العديد من المركبات الحديثة، مثل أول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين والمركبات العضوية المتطايرة . ^{[ 4 ]} معظم أنواع بنزين الإيثانول هي E10 أو E15؛ ومع ذلك، تسمح بعض المركبات باستخدام تركيبات مختلفة من الإيثانول. ^{[ 4 ]}

نظراً لتكوينه وتعدد استخداماته، شكل الإيثانول ما يقرب من 83٪ من معدلات استهلاك وإنتاج الوقود الحيوي في الولايات المتحدة في عام 2021.

على غرار أنواع البنزين الأخرى، يُصنع الديزل الحيوي من أساس هيدروكربوني. يُصنع BG100، أو البنزين الحيوي النقي بنسبة 100%، بحيث يمكن استخدامه مباشرةً كبديل للبنزين المشتق من البترول في أي محرك بنزين تقليدي ، على عكس الإيثانول. إضافةً إلى ذلك، تسمح الخصائص الكيميائية للبنزين الحيوي بامتزاجه التام مع البنزين العادي، ويمكن توزيعه عبر نفس شبكة التزود بالوقود، حيث تتطابق خصائصه مع خصائص البنزين التقليدي المشتق من البترول. ^{[ 5 ]} يعمل الديزل الحيوي في محركات السيارات وأنظمة السيارات والمنتجات ذات الصلة، ويتطلب نسبة ضئيلة من مُحسِّن الأوكتان ليُضاهي البنزين.

لإنتاج الإيثانول، من المرجح أن يخضع لعملية تخمير. تتكون معظم أنواع الإيثانول الموجودة في الولايات المتحدة من نشا الذرة أو النشا النباتي والسكريات، والتي تحتاج إلى أن تُستقلب بواسطة الكائنات الدقيقة لإنتاج الإيثانول. ^{[ 6 ]} تشمل هذه الكائنات الدقيقة أنواعًا مختلفة من البكتيريا والخميرة. يتطلب وقود الإيثانول ( E85 ) أنظمة وقود متخصصة، ويتميز بانخفاض طاقة الاحتراق، وبالتالي انخفاض كفاءة استهلاك الوقود . ^{[ 4 ]}

في أواخر مارس 2010، افتتحت شركة فيرنت لأنظمة الطاقة أول محطة تجريبية لإنتاج البنزين الحيوي في العالم في ماديسون، ويسكونسن. ^{[ 8 ]} في عام 2001، اكتشفت فيرنت وطورت تقنية تُعرف باسم إعادة التشكيل في الطور المائي (APR). تشمل هذه التقنية عمليات مثل إعادة التشكيل لإنتاج الهيدروجين، ونزع الهيدروجين من الكحولات/هدرجة الكربونيل، وتفاعلات إزالة الأكسجين، والتحلل الهيدروجيني، والتكوير الحلقي. ^{[ 9 ]}

تُصنع مادة APR من محلول كربوهيدراتي مُستخلص من مواد نباتية، والمنتج النهائي عبارة عن مزيج من المواد الكيميائية والهيدروكربونات المؤكسجة . بعد ذلك، تخضع هذه المواد لمزيد من المعالجة الكيميائية التقليدية للحصول على النتيجة النهائية: مزيج من الهيدروكربونات غير المؤكسجة. هذه الهيدروكربونات هي نفسها الموجودة في وقود البترول، ولذلك لا تحتاج السيارات الحديثة إلى أي تعديلات لتشغيلها بالوقود الحيوي. الفرق الوحيد يكمن في المصدر.

يتكون وقود الديزل من هيدروكربونات خطية. وهي عبارة عن سلاسل طويلة مستقيمة من ذرات الكربون، وتختلف عن الهيدروكربونات المتفرعة الأقصر التي تشكل البنزين الشائع.

في تجربة أُجريت عام ٢٠١٤ في جامعة كاليفورنيا، ديفيس، استخدم الباحثون حمض الليفولينيك كمادة أولية لإنتاج البنزين الحيوي. ^{[ ١٠ ]} يُستخلص حمض الليفولينيك من مواد السليلوز ، مثل سيقان الذرة أو القش أو غيرها من مخلفات النباتات، ولا يحتاج إلى تخمير. وتُعدّ عملية إنتاج هذا الوقود غير مكلفة، وتُحقق إنتاجية تتجاوز ٦٠ بالمئة. ^{[ ١٠ ]}

يُجري معهد فرجينيا للفنون التطبيقية وجامعة ولاية فرجينيا أبحاثًا حول إنتاج وقود حيوي مستقر في مصافي النفط الحالية. وينصبّ تركيزهم على مدة صلاحية الزيت الحيوي. وقد استُخدمت المحفزات لإزالة الشوائب من السكريات النباتية المُعالجة. وقد مدّد الباحثون مدة الصلاحية من ثلاثة أشهر إلى أكثر من عام. ^{[ 11 ]}

يستخدم باحثون من جامعة ولاية آيوا نوعًا من التخمير في ممارساتهم. في البداية، يقومون بتكوين خليط غازي ثم يقومون بتحليله حراريًا. ينتج عن التحليل الحراري زيت حيوي، حيث يتم تخمير الجزء الغني بالسكريات وتقطيره لإنتاج الماء والإيثانول، بينما يتم فصل الجزء الغني بالأسيتات إلى بنزين حيوي وماء وكتلة حيوية. ^{[ 12 ]}

قدّم باحثون من جامعة برينستون في مختبر خوسيه أفالوس وقودًا حيويًا متوهجًا جديدًا في يناير 2022. تُقدّم هذه العملية أداةً فعّالة وقوية في فصل سلالات الخميرة؛ فبدلاً من تخمير ومعالجة عدد قليل من المزارع على مدى فترة تتراوح بين 24 و48 ساعة، يتم إنتاج آلاف سلالات الخميرة كل دقيقة. ^{[ 13 ]}

طورت شركة Virent Energy Systems، بالتعاون مع شركة Marathon Petroleum ، تقنية لتحويل السكريات النباتية من قش القمح وسيقان الذرة ولب قصب السكر إلى وقود حيوي. ويتم تحويل هذه السكريات إلى هيدروكربونات مشابهة لتلك الموجودة في البنزين العادي باستخدام عوامل محفزة. ^{[ 14 ]}

• كسر الحواجز الكيميائية والهندسية أمام الوقود الحيوي الليغنوسليلوزي ( مؤرشف بتاريخ ٢٨ ديسمبر ٢٠١٩ في أرشيف الإنترنت : قائمة المشاركين في ورشة العمل)