نوع مقاله: مقاله پژوهشی
نویسنده
استادیار گروه صنایع غذایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نیشابور، نیشابور، ایران. *(مسوول مکاتبات)
چکیده
کلیدواژهها
فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 44، بهار 97
تولید انرژی های تجدیدپذیر از پسماندهای ناشی از تولید و فرآوری مواد غذایی
زهرهدیدار[1]*
تاریخ دریافت: 31/06/1395 |
تاریخ پذیرش:08/10/1395 |
چکیده
خطوط فرآوری مواد غذایی برای تبدیل مواد خام به فرآورده نهایی، انرژی زیادی مصرف میکنند به طوری که صنعت مواد غذایی یکی از هفت صنعت پرمصرف انرژی محسوب میشود. در این صنعت علاوه بر مصرف بالای انرژی، میزان زیادی ضایعات جامد و مایع نیز تولید میگردد. این ضایعات اساساً شامل مواد آلی بیولوژیک تجزیهپذیر هستند که تخلیه آنها در محیط، مشکلات محیط زیستی قابل توجهی ایجاد میکند. به طور معمول میزان زیادی از ضایعات مواد غذایی در محل تخلیه زباله، مدفون می شوند ولی ضایعات مایع به رودخانه ها، دریاچهها یا اقیانوس ریخته شده و یا داخل فاضلاب تخلیه میگردند.
اخیراً، قوانین سختگیرانه محیط زیستی تخلیه ضایعات جامد و مایع ناشی از فرآوری مواد غذایی به محیط زیست را به شدت محدود نموده است و لذا دفع این ضایعات از جمله معضلات بزرگ در صنعت مواد غذایی به حساب میآید (افزایش قیمت سوخت و هزینه بالای مصرف انرژی در صنعت مواد غذایی، استفاده از پسماندهای حاصل از این صنایع را جهت تولید انرژی ارزان قیمت و پاک به صورت بیودیزل، بیوگاز، روغنهای بیو و گازهای سنتزی قوت بخشیده است). این مقاله، مروری بر مهمترین روشهای تبدیل پسماندها و ضایعات غذایی به اشکال مختلف انرژی ( تولید بیودیزل، گازیفیکاسیون، هضم بیهوازی، مایع سازی ترموشیمیایی و تولید بیواتانل) دارد.
کلمات کلیدی: پسماندهای فرآوری و تولید غذایی، تکنیک های مدرن، تولید انرژی.
مقدمه
تولید و فرآوری مواد غذایی سالیانه حجم بالایی از پسماند بهصورت جامد و مایع تولید میکند. این ضایعات اساساً شامل مواد آلی بیولوژیکی تجزیهپذیرند که تخلیه آنها در محیط، مشکلات محیط زیستی قابل توجهی ایجاد میکند. به طور معمول میزان زیادی از ضایعات جامد مواد غذایی در محل تخلیه زباله، مدفون میشوند ولی ضایعات مایع به رودخانهها، دریاچهها یا اقیانوس ریخته میشوند یا بدون هیچ عملیاتی در فاضلاب عمومی تخلیه میگردند. قوانین دولتی محافظت محیط زیست و افکار عمومی، تخلیه ضایعات به محیط را بسیار محدود نموده است. برای تصفیه ضایعات مواد غذایی روشهای مختلفی از جمله سوزاندن، دفع و تجزیه کامل به کار برده میشود. برای فرآوری ضایعات فاکتورهایی مانند ویژگی ضایعات، قوانین دولتی و هزینه تخلیه مواد اولیه مورد توجه قرار میگیرد. استفاده از روش سوزاندن به دلیل هزینه بالای عملیات با محدودیت مواجه است. تبدیل ضایعات مواد غذایی به انرژیهای قابل استفاده مانند بیواتانول، بیودیزل، روغن بیو، بیوگاز، گاز سنتزی، بخار و الکتریسیته باعث کاهش هزینههای خرید انرژی و هزینه تخلیه ضایعات میشود. جدول1 حجم ضایعات کارخانجات تولید مواد غذایی در برخی کشورها را نشان میدهد.
جدول 1- ضایعات میوه و سبزیجات در برخی کشورها
کشور |
سال |
نوع ضایعات |
منبع |
فرانسه |
2014 |
3300 هزار تن، ضایعات کشاورزی |
|
600 هزار تن ضایعات تولید مواد غذایی |
|
||
3540 هزار تن ضایعات خانگی مواد غذایی |
(1) |
||
750 هزار تن ضایعات خرده و عمده فروشی مواد غذایی 400 هزار تن ضایعات فروشگاههای عرضه مواد غذایی 1080 هزار تن ضایعات غذا مکانهای عرضه غذا و بیمارستان ها |
|
||
آلمان |
2012 |
4580-210 هزار تن ضایعات تولید مواد غذایی 7450-5800 هزار تن ضایعات خانگی مواد غذایی 570-530 هزار تن ضایعات خرده و عمده فروشی مواد غذایی 2300-1500 هزار تن ضایعات غذا مکانهای عرضه غذا و بیمارستان ها |
(2) |
مجارستان |
2006 |
157/1 هزار تن ضایعات تولید مواد غذایی |
|
395 هزار تن ضایعات خانگی مواد غذایی |
(3) |
||
90 هزار تن ضایعات در محل خرده و عمده فروشی مواد غذایی |
|
||
121 هزار تن ضایعات غذا مکانهای عرضه غذا و بیمارستان ها |
|
||
نروژ |
2012 |
60 هزار تن ضایعات تولید مواد غذایی 231هزار تن ضایعات خانگی مواد غذایی 70 هزار تن ضایعات خرده و عمده فروشی مواد غذایی 140 هزار تن ضایعات غذا مکانهای عرضه غذا و بیمارستان ها |
(4) |
انگلستان |
2013 |
3920 هزار تن ضایعات تولید مواد غذایی 7000 هزار تن ضایعات خانگی مواد غذایی 250 هزار تن ضایعات خرده و عمده فروشی مواد غذایی 920 هزار تن ضایعات محل توزیع مواد غذایی 3000 هزار تن سایر ضایعات تولیدی |
(5) |
تکنولوژیهای تبدیل ضایعات مواد غذایی به انرژی
همانطور که در شکل1 نشان داده شده است، برخی فرآیندها تبدیل شامل تبدیل بیولوژیکی، ترموشیمیایی و شیمیایی میتوانند انواع مختلف ضایعات فرآوری مواد غذایی را به اشکال مختلف انرژی شامل گرما، انرژی و گاز شامل بیوگاز و گاز سنتزی، و سوخت مایع مانند بیواتانول، بیودیزل و روغن بیو تبدیل کنند.
شکل 1- تکنولوژیهای تبدیل انرژی برای ضایعات ناشی از فرآوریهای غذایی (6)
تبدیل ترموشیمیایی شامل تجزیه مواد توسط گرما[2]، تبدیل مواد به گاز[3]، سوزاندن[4] و مایعسازی با آب و تحت فشار بالا[5] است. طی تبدیل ترموشیمیایی در دمای بالا و در حضور اکسیژن یا هوا، ضایعات آلی فرآوری مواد غذایی به مولکولهای کوچک مایع یا گاز شکسته میشوند. در صورتی که هوای مورد نیاز برای سوزاندن (یا اکسیژن) کافی نبوده یا وجود نداشته باشد، از ضایعات آلی سوختهای گازی یا مایع تولید میشود. گازیفیکاسیون یک فرآیند با اکسیژن ناکافی برای تولید گاز سوختی است که عمدتاً مخلوطی از گازها شامل مونوکسید کربن، دی اکسید کربن، متان و هیدروژن میباشد. پیرولیز یک فرآیند در غیاب اکسیژن است که قیر مایع[6] و زغال جامد[7] تولید میکند. تبدیل ترموشیمیایی انواع مختلف ضایعات فرآوری مواد غذایی را میتواند به انرژی قابل استفاده مانند بخار و الکتریسیته تبدیل کند. هضم بیهوازی و تخمیر دو روش مهم تبدیل بیولوژیکی برای تبدیل ضایعات به انرژی هستند. در طی هضم بیهوازی، میکروارگانیسمها ضایعات آلی را شکسته و بیوگاز تولید میکنند که یک مخلوط گازی است که عمدتاً شامل متان و دیاکسیدکربن میباشد. در طی زمان تخمیر، میکروارگانیسمهایی مانند مخمرها، قندهای ساده را تخمیر کرده و به اتانول تبدیل میکنند.
هضم بیهوازی ضایعات فرآوری موادغذایی
هضم بیهوازی از جمله روشهای کاهش دهندۀ آلودگی و کاهش دهنده خطر بیماری زایی و نیز روشی برای بازیابی مواد با ارزش از انواع ضایعات مواد غذایی مانند ضایعات فرآوری میوه و سبزیجات، ضایعات فرآوری گوشت و ضایعات کشتارگاهها میباشند. هضم بیهوازی یک فرآیند بیولوژیک است که مواد آلی در غیاب اکسیژن تجزیه شده و بیوگاز تولید میکنند. بیوگاز که اساساً از متان و دی اکسید کربن تشکیل شده است، میتواند بهعنوان منبع انرژی، جایگزین گاز طبیعی فسیلی باشد. متان 50 تا 60% حجمی بیوگاز را تشکیل میدهد. در صورتی که بیوگاز تولیدی با هضم بیهوازی برای تولید الکتریسیته استفاده شود، راندمان تبدیل کلی به الکتریسیته حدود10% تا 16% است.
یکی از مهمترین مزایای هضم بیهوازی این است که میتواند برای ضایعات آلی با حالت خمیری[8] و همچنین ضایعات با رطوبت بالا یا مایع نیز استفاده شود. هضم بیهوازی یک تکنولوژی تجاری است و به طور گستردهای برای عمل آوری ضایعات آلی با رطوبت بالا (بیش از 90-80%) استفاده میشود. برای عمل آوری ضایعات حاصل از فرآوری مواد غذایی با روش
هضم بیهوازی علاوه بر اینکه برای تولید انرژی، متان تولید میکند، باعث تخریب باکتریهای بیماری زای موجود در ضایعات و کاهش نشر آلودگی نیز میگردد. هضم بیهوازی با هیدرولیز ترکیبات موجود در ضایعات آلی شروع میشود. پروتئینها به اسیدهای آمینه هیدرولیز میشوند. لیپیدها از طریق بتا اکسیداسیون[9] به اسیدهای چرب با زنجیره بلند و گلیسرول تجزیه میشوند. کربوهیدراتها نیز به قندها هیدرولیز میشوند. پس از هیدرولیز، واسطههای اسیدهای چرب با زنجیره بلند، اسیدهای آمینه و قندها توسط باکتریهای تخمیر کننده به اسیدهای چرب فرّار با سه کربن یا بیشتر، هیدروژن و دی اکسید کربن تبدیل میشوند. از تخمیر اسیدهای آمینه، آمونیاک و سولفیدها به وجود میآیند. قسمتی از اسیدهای چرب بلند زنجیره، اسیدهای چرب فرّار و ترکیبات خنثی مانند قندها توسط باکتریهای استوژن[10] تولید کننده هیدروژن به استات، هیدروژن و دی اکسید کربن تبدیل میشوند. استات، هیدروژن و دیاکسیدکربن به طور کامل توسط باکتریهای متانوژن[11] تبدیل به گاز متان و دی اکسید کربن میشوند (شکل2).
شکل2- مسیرهضم بیهوازی ترکیبات مختلف موجوددرضایعات آلی (6)
زمان باقیماندن ضایعات در داخل هضم کننده[12] در طی زمان هضم بیهوازی میتواند چندین روز تا یکماه باشد. گاز تولیدی را میتوان برای تولید الکتریسیته استفاده نمود و حرارت جانبی تولیدی نیز بازیابیشده و به عنوان منبع حرارت
در سیستم هضم بیهوازی یا خطوط فرآوری استفاده گردد. هضم بیهوازی را میتوان برای عمل آوری ضایعات ماهی، ضایعات کشتارگاه، ضایعات فرآوری میوه و سبزیجات و فاضلاب حاصل از فرآوری مواد غذایی به کار برد (جدول 2).
جدول 2-کاربرد هضم بیهوازی ضایعات فرآوردههای غذایی
ضایعات ماده غذایی |
نوع هضم کننده |
دماC)°) |
زمان ماند هیدرولیک (روز) |
راندمان |
منبع |
هضم همزمان ضایعات ماهی و ضایعات توت فرنگی |
تانک هم زن مداوم |
35 |
- |
120 میلی لیتر متان به ازای هر گرم مواد جامد فرّار |
(7) |
هضم بیهوازی ضایعات کشتارگاه مرغ |
تانک هم زن مداوم |
35 |
60 |
215 لیتر متان به ازای هر کیلوگرم COD |
(8) |
ضایعات جامد کشتارگاه مرغ |
تانک هم زن مداوم |
20 |
38-26 |
162/0-147/0 لیتر متان در هر گرم مواد جامد فرار |
(9) |
ضایعات ذرت |
فیلتر بی- هوازی |
35 |
50 |
201-84 میلی لیتر متان به ازای هر گرم ماده جامد فرّار |
(10) |
پالپ سیب5% ، ضایعات زیتون 10%و کود حیوانی 85% |
تانک هم زن مداوم |
33 |
40 |
400 لیتر بیوگاز به ازای هر کیلوگرم ماده جامد فرّار |
(11) |
ضایعات گوجه فرنگی |
تانک هم زن مداوم |
33 |
30 |
320 میلی لیتر متان در هر گرم ماده جامد فرّار |
(12) |
ضایعات پالم |
تانک هم زن مداوم |
37-35 |
- |
358 متر مکعب متان به ازای هر تن ماده جامد فرار |
(13) |
ضایعات سبزیجات |
تانک هم زن مداوم |
37-35 |
- |
889/0-86/0 متر مکعب بیوگاز به ازای هر کیلوگرم ماده جامد فرار |
(14) |
آب پنیر همراه با ضایعات میوه و سبزیجات |
تانک هم زن مداوم |
37 |
24 |
84/449 میلی لیتر هیدروژن به ازای هر گرم COD |
(15) |
ضایعات پرتغال، میوه آلوریتس[13]، موز، گیاه رامبوتن (مژکی) |
- |
35 |
60 |
58/63±89/657 میلی لیتر متان به ازای هر گرم ماده جامد فرّار |
(16) |
تخمیرضایعات فرآوری موادغذایی به الکل مصرفی در وسایل نقلیه
سالیان زیادی است که اتانول به عنوان سوخت مورد استفاده قرار میگیرد این ماده شیمیایی دارای خواصی نظیرگرمای نهان تبخیر بالا، عدد اکتان بالا، نشر مواد سمی پایین آن و سازگاری با محیط زیست و کاهش تولید گازهای گلخانهای[14] است.
با وجود اینکه ارزش گرمایی اتانول 60% گازوییل است ولی در مقابل، اتانول دو برابر گازوئیل گرمای نهان تبخیر دارد (در مورد الکل و گازوییل به ترتیب 686/839 و 64/325 کیلوژول در کیلوگرم)؛ بنابراین هر دو سوخت مقدار راندمان گرمایشی یکسانی دارند. علاوه بر این، با سوختن گازوییل، آب، دیاکسیدکربن، مونوکسیدکربن، ناخالصیهایی مانند سولفور و نیتروژن و فلزات سنگین تولید میشود در حالی که با سوختن اتانول، آب، دیاکسیدکربن و میزان کمی مونوکسید کربن تولید میشود. اتانول یک سوخت غیر وابسته به فرآوردههای نفتی و مناسب جهت وسایل نقلیه است. این ویژگیها اتانول را جایگزین مناسبی برای گازوییل نموده است. اتانول به تنهایی یا به صورت مخلوط با گازوئیل به عنوان سوخت اتومبیل به کار برده میشود. اتانول را میتوان بدون تغییر یا با کمی تغییرات در وسایل نقلیه به کار برد.
سوخت اتانول از سه ماده خام اصلی تولید میشود: قندها، نشاستهها و مواد لیگنوسلولزی. در حال حاضر بیشتر اتانول تولیدی از ساکارز و نشاسته است. از جمله مشکلات صنعت تولید اتانول ناکافی بودن منابع نشاسته و ساکارز به عنوان ماده خام است. ضایعات فرآوری مواد غذایی میتواند به عنوان یک ماده خام ارزان قیمت برای تولید اتانول به کار برده شود. برخی ضایعات فرآوری مواد غذایی مانند ضایعات فرآوری میوه و سبزیجات، ضایعات فرآوری دانهها و ملاس تولیدی در صنعت قند، غنی از کربوهیدرات هستند و این ضایعات میتوانند به عنوان ماده خام برای تولید قندهای قابل تخمیر به الکل مورد استفاده قرار گیرند. در مقایسه با قندها و نشاسته، ضایعات با منشا گیاهی مانند ضایعات میوه و سبزیجات غنی از سلولز هستند که در برابر شکستن و تجزیه شدن مقاوم هستند.
تخمیر اتانول از ضایعات فرآوری میوه و سبزیجات
بیشتر کربوهیدراتهای موجود در ضایعات مایع و جامد میوهها و سبزیجات شامل قندهای محلول و پلیساکاریدهایی هستند که به آسانی قابل هیدرولیز هستند. ضایعات جامد و فاضلاب حاصل از خطوط فرآوری میوه و سبزیجات، میتوانند برای تخمیر قندها استفاده شوند. تفاله سیب[15] یکی از مهمترین محصولات جانبی سرکه سیب و صنعت فرآوری آب میوه جات است و حدود 25% توده میوه اصلی را تشکیل میدهد. تفاله سیب عمدتاً 2/78-4/66% رطوبت و 0/22-5/9% کربوهیدرات دارد. قندهای قابل تخمیر در تفاله سیب مانند گلوکز، فروکتوز و ساکارز میتوانند به اتانول تبدیل شوند. راندمان تولید اتانول 37/0 -33/0 گرم اتانول به ازای هر گرم گلوکز میباشد. در طی زمان فرآوری مرکبات، حدود نیمی از میوه به عنوان آب میوه و باقیمانده شامل پوست، هسته و... بهصورت ضایعات است. سلولز، پکتین و همی سلولز در ضایعات پوست مرکبات میتوانند توسط آنزیم های پکتیناز یا سلولاز به قندهای ساده تبدیل شوند که میتوانند توسط میکروارگانیسمها برای تولید اتانول و دیگر محصولات تخمیری مصرف شوند.
امکان تولید اتانول از تفاله سیب توسط اوکان[16] و همکاران (2015) بررسی شد. در این روش، میزان تولید اتانول 747/8 گرم در لیتر و میزان راندمان تولید اتانول در این تحقیق به ازای هر گرم تفاله سیب 945/0 گرم گزارش شد (17).
تخمیر اتانول از ضایعات فرآوری قند
ملاس محصول فرعی صنعت قند است. ملاس چغندرقند و نیشکر برای تولید اتانول استفاده میشوند. ساریس[17] و همکاران (2014) امکان تبدیل همزمان ملاس چغندر قند و ضایعات روغن زیتون به اتانول را مورد بررسی قرار دادند . مطابق این تحقیق به ازای هر لیتر ماده، 3/34 گرم اتانول تولید شد. مطابق این تحقیق، این روش ازلحاظ اقتصادی برای تولید محصول نهایی، مقرون به صرفه است (18).
تخمیر اتانول از آب پنیر
در میان ضایعات مواد غذایی، آب پنیر میتواند بزرگترین منبع برای تولید الکل باشد. آب پنیر یکی از محصولات فرعی و مشکلساز صنعت لبنیات است. آب پنیر حدوداً حاوی 5/6-6% ماده جامد است. مخمر ساکارومایسس سرویسیه که در حال حاضر برای تولید اتانول استفاده میشود، نمی تواند لاکتوز را تجزیه کند لذا همزمان آنزیم بتاگالاکتوزیداز و مخمر برای تولید اتانول از آب پنیر به کار برده میشود.
سایر منابع
دورریزهای خوراکی از دیگر منابعی است که توسط محققین مختلف جهت تولید اتانول بررسی شده است. تولید اتانول از ضایعات مواد غذایی با پیش فرآیند اسیدی و آنزیمی توسط آکپان[18] و همکاران (2008) بررسی شد. در این فرایند اتانول با راندمان95% تولید گردید و میزان تولید اتانول 86/0 لیتر به ازای هر 500/2 گرم ضایعات مواد غذایی بود (19).
تولید سوخت ازضایعات روغن وچربیها
اتمام سوختهای فسیلی و بروز معضلات محیط زیستی در اثر مصرف اینگونه سوختها دو چالش مهمی است که جهان با آن روبروست. محدودیت این منابع به دلیل استخراج و استفاده بیرویه از سوختهای فسیلی همچنین دسترسی کشورهای محدودی به اینگونه سوختها همراه با مشکلات محیط زیستی (افزایش میزان دیاکسیدکربن در اتمسفر و در نتیجه پدیده گرمشدن گلخانهای در اثر استفاده از سوختهای فسیلی) دانشمندان را به مطالعه بر روی سایر منابع تولید انرژی واداشته است. متیل استرهای اسیدهای چرب آزاد که به آنها بیودیزل نیز گفته می شود، ترکیباتی هستند که بیشتر در این زمینه مورد توجه قرار گرفتهاند و از واکنش تری گلیسریدهای روغنهای گیاهی، چربی حیوانی با متانول تولید شده و میتوانند جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی باشند. این ترکیبات بیودیزل نامیده میشوند. مهمترین مزیت استفاده از بیودیزلها، خاصیت تجدیدپذیری، کیفیت بهتر گاز[19] و قابلیت تجزیه میکروبی آنهاست. همچنین این سوختها سبب افزایش میزان دی اکسید کربن در اتمسفر در نتیجه پدیده گرم شدن گلخانهای نمیشوند.
چالش اصلی برای تولید معمول بیودیزل از روغنها و چربیهای خوراکی، هزینه بالا و دسترسی محدود به این منابع است. هزینه مواد خام روغنها و چربیهای خوراکی 75-60% کل هزینه بیودیزل را دربر میگیرد. ضایعات روغن پخت، پسماند روغن رستوران ها و چربیهای حیوانی میتوانند مواد خام برای تولید بیودیزل باشند. استفاده از ضایعات روغنها و چربیها علاوه بر اینکه راه مناسبی جهت حل مشکل دفع این ضایعات است، سبب کاهش قابل توجهی در هزینه تولید بیودیزل میگردد. علاوه بر این استفاده از روغنهای ضایعات ممکن است سبب بهبود میزان پایداری اکسایشی و عدد ستان[20] نسبت به روغنهای گیاهی اولیه گردد. از جمله مشکلات استفاده از این منابع جهت تولید بیودیزل، غلظت بالای اسیدهای چرب آزاد و رطوبت بالا است که مانع استفاده از روش استریفیکاسیون قلیایی میشود. در این شرایط می توان به منظور کاهش میزان اسیدهای چرب آزاد، از پیش فرآیندهای اسیدی استفاده کرد.
روغنهای ضایعات و چربی حیوانی ذوب شده[21] به عنوان ماده خام برای تولید بیودیزلها استفاده میشوند. مشکل روغنها و چربی ضایعاتی این است که معمولاً حاوی میزان زیادی اسیدهای چرب آزاد هستند که در حضور کاتالیزور قلیایی، تبدیل به صابون شده و سبب تداخل در تولید بیودیزل میشود. میزان اسیدهای چرب در ضایعات روغنهای خوراکی معمولاً بیشتر از 2% وزنی است. میزان رطوبت و اسیدهای چرب آزاد در روغنهای جمعآوری شده رستورانی و چربیهای حیوانی
به میزان زیادی متفاوت بوده و به ترتیب 18% و 8/41% است. آب و اسید چرب آزاد میتوانند سبب کند شدن سرعت واکنش ترانس استریفیکاسیون با کاتالیزور قلیایی شوند. صابون تشکیل شده همچنین مانع از جداشدن بیودیزل از گلیسرول میشود. در صورتیکه روغنها یا چربی ضایعاتی دارای اسیدهای چرب آزاد و رطوبت کمی باشند، میتوانند به عنوان ماده خام در فرآیند متداول کاتالیزور قلیایی برای تولید بیودیزل مورد استفاده قرار گیرند.
بررسیهای پردویک[22] (2008) نشان میدهد امکان تولید بیودیزل با ویژگیهای مناسب جهت جایگزینی به عنوان سوخت از ضایعات روغن آفتابگردان در طی واکنش ترانس استریفیکاسیون قلیایی با حضور متانول وجود دارد. مطابق این تحقیق بیودیزل حاصله تمامی ویژگیهای استاندارد به عنوان جایگزین سوخت اعم از دانسیته در دمای C°15، ویسکوزیته سینماتیک در دمایC°40، عدد اسیدی، میزان استرمتیل لینولئیک اسید و خلوص مناسب را دارا میباشد فقط عدد اسیدی بیودیزل حاصله بیش از 3 میلیگرم در گرم هیدروکسید پتاسیم گزارش شده است (20). بررسی صورت گرفته توسط گیراکول[23] و همکاران (2011) در منطقه کامپانیا[24] برزیل نشان داده است در صورتی که از ضایعات دورریز روغنهای خوراکی برای تولید بیودیزل استفاده شود، علاوه بر کاهش مشکلات محیط زیستی ناشی از ریختن این روغنها به فاضلابها و خاک، به دلیل ارزان قیمت بودن ماده تولید بیودیزل و همچنین مطابقت بیودیزل تولیدی با استانداردهای سوخت برزیل و در نتیجه امکان استفاده از آن به عنوان جایگزین سوخت، حدود 8/0 تا 5/4 میلیون دلار صرفه جویی اقتصادی حاصل خواهد شد (21).
تبدیل ترموشیمیایی ضایعات فرآوری موادغذایی
باقیمانده جنگلها، محصولات کشاورزی و ضایعات آلی فرآوری مواد غذایی به عنوان منابع زیست توده هستند که میتوان آنها را از طریق فرآیندهای بیولوژیکی و یا ترموشیمیایی به محصولات شیمیایی و انرژی تبدیل نمود. فرآیندهای ترموشیمیایی شامل سوزاندن، تجزیه مواد توسط گرما، گازیفیکاسیون و مایع سازی ترموشیمیایی است.
سوزاندن ضایعات فرآوری های غذایی
سوزاندن مستقیم زیست توده در حضور هوای کافی باعث تبدیل انرژی شیمیایی ذخیره شده در زیست توده به حرارت میشود که حرارت حاصله میتواند برای تولید انرژی مکانیکی و الکتریسیته مورد استفاده قرار گیرد. در طی سوزاندن، ضایعات آلی در دمای بالاتر از دمای سوزاندن خود با اکسیژن اکسیده میشوند. ضایعات مواد غذایی آلی خشک با رطوبت کمتر از50% وزن خشک، برای سوزاندن مناسب هستند. ضایعات جامد فرآوریهای غذایی میتوانند هم به صورت مستقیم احتراق شوند یا اینکه ابتدا به سوختهای مایع یا گاز تبدیل گردند، سپس عمل سوزاندن صورت گیرد به عنوان مثال راندمان احتراق بیودیزل حاصل از ضایعات روغن پالم، 66-56% است(22). لاپیراتاناکان[25] و همکاران (2017) از یک سیستم جدید جهت سوزاندن روغنهای ضایعات گیاهی استفاده کردند که دارای یک بستر متخلخل از توپ های کوچک سرامیکی بود. میزان راندمان گرمایشی این سیستم، %42 - 28% و راندمان احتراق تقریباً 5/99% گزارش شد. در این سیستم، میزان نشر گازهای مونوکسید کربن و اکسید نیتروژن به ترتیب ppm 171 و 40 است (23).
پیرولیز ضایعات فرآوری مواد غذایی
پیرولیز، تبدیل زیست توده جامد در دمای C°500 یا بالاتر و درغیاب اکسیژن و هوا به بخشهای مایع، جامد و گاز میباشد. پیرولیز برای تبدیل زیست توده خشک مناسب است. پیرولیز زیست توده، سه محصول اصلی تولید میکند: زغال[26] جامد، روغن مایع بیو[27] و گاز. گاز پیرولیز که حاوی دی اکسید کربن و متان است میتواند به عنوان سوخت برای تولید گرما و انرژی استفاده شود. بخش جامد، ماده متخلخلی است که میتوان به منظور بهبود ویژگیهای فیزیکی خاک مانند بافت خاک، نفوذپذیری و ظرفیت نگهداری آب به کار برد. زغال هممیتواند به طور مستقیم به عنوان یک سوخت جامد یا پس از گاززایی به عنوان سوخت گازی استفاده شود یا به منظور تبدیل به مواد شیمیایی با ارزش مانند کربن فعال فرآوری شود.
روغن پیرولیتیک حاصل از پیرولیز زیست توده، امکان ذخیرهسازی و انتقال بهتری نسبت به ماده اولیه دارد.
با این حال، روغن پیرولیتیک حاوی نسبت بیشتری از ترکیبات اکسیژندار است در نتیجه ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آنها به سرعت تحت شرایط ذخیره سازی تغییر میکند. بنابراین در صورتی که روغن پیرولیتیک به عنوان سوخت یا به عنوان ماده خام شیمیایی استفاده گردد باید فرآوری شود[28] تا پایداری و ارزش گرمایی[29] آن بهبود یابد.
پیرولیز برای تبدیل ضایعات جامد فرآوری های غذایی مانند نواله دانههای روغنی به سوخت مایع استفاده میشود. با این حال مواد خام مختلف و شرایط عملیات منجر به تفاوتهای زیادی در راندمان و ترکیب روغن بیو میشود.
کاتالیزورهای مختلف زئولیت برای تبدیل همزمان نواله کلزا و روغن گلرنگ به سوخت بیو توسط گیانوکوپائولو [30]و همکاران (2010) بررسی گردید. فرآیندها با فشار پایین در دمای 350 و400 درجه سانتیگراد صورت گرفت. راندمان و ترکیب محصول حاصله بسته به ماهیت کاتالیزور و دمای فرآیند، متغیر گزارش شد. فاز آلی عمدتاً شامل هیدروکربنها، اسیدهای چرب و نیتریلها بود. این مخلوط دارای ویژگیهای مناسبی از نظر ارزش گرمایی، میزان آب، دانسیته، ویسکوزیته و pH در مقایسه با روغنهای بیو است و قابلیت استفاده به عنوان سوخت بیو را دارد. فاز آبی در این واکنش شامل اسیدهای کربوکسیلیک محلول در آب، فنلها و ترکیبات هتروسیکلیک میباشد (24).
گازیفیکاسیون ضایعات مواد غذایی
گازیفیکاسیون شامل اکسیداسیون جزئی[31] مواد آلی در دمای بالا (C°800) و تولید مخلوطی از گازهای قابل احتراق (گاز سنتزی[32]) است. گاز سنتزی عمدتاً حاوی مونوکسید کربن، هیدروژن، متان و دیاکسیدکربن میباشد.
در طی زمان گازیفیکاسیون قسمتی از