مدل جدید مزارع خورشیدی که گیاهان سوخت زیستی و پنل های خورشیدی به طور مشترک در آن محل قرار گرفته اند می تواند به برداشت گیاهان با ارزش به موازات استفاده از انرژی خورشیدی منجر شود.
با توجه به مدل های کامپیوتری جدید دانشمندان دانشگاه استنفورد، رشد گیاه آگاوه و دیگر گیاهان سوخت زیستی که به دقت انتخاب شده اند در میان پنل های فتوولتائیک، این امکان را بوجود می آورد که این نوع مزارع خورشیدی نه تنها به جمع آوری نور خورشید به صورت الکتریسیته بلکه به تولید گیاهان سوخت زیستی کمک نماید.
بنابر اظهارات سوجیث راوی، محقق دانشگاه استنفورد، روش قرارگیری گیاهان سوخت زیستی و پانل های خورشیدی در یک مکان مشترک، می تواند فواید استفاده از آن را به ویژه در مناطق آفتابی و خشک اثبات نماید مانند منطقه جنوب غربی امریکا که آب در آنجا کمیاب می باشد. این سیستم های خورشیدی و سوخت های زیستی مشترک می تواند یک استراتژی جدید در تولید دو شکل از انرژی از زمین های غیرقابل کشت باشد: برق از زیرساخت های خورشیدی و سوخت مایع قابل حمل و نقل از کشت سوخت های زیستی.
مزارع خورشیدی فتوولتائیک در نور خورشید کار می کنند اما برای حذف گرد و خاک و آلودگی از روی پانل ها به منظور حصول اطمینان از بهره وری حداکثری آن ها، آب مورد نیاز است.هم چنین برای مرطوب کردن زمین به منظور جلوگیری از ایجاد و گسترش گرد و غبار، آب استفاده می گردد.محصولات کشت شده در زیر پنل های خورشیدی آب مورد استفاده برای تمیز کردن پنل ها را می گیرند، بنابراین به بهینه سازی زمین کمک می کنند. هم چنین ریشه گیاهان به محکم شدن خاک و شاخ و برگ آن ها به کاهش توانایی باد در بلند کردن گرد و غبار کمک می نمایند.
شبیه سازی های رایانه ای یک مزرعه خورشیدی مشترک با گیاهان سوخت زیستی فرضی در سان برناردینو شهر کالیفرنیای جنوبی توسط راوی و همکارانش نشان می دهد که این دو عامل در کنار هم می تواند منجر به کاهش مقدار کلی آب مورد نیاز برای بهره برداری از مزارع خورشیدی گردد.
راوی اظهار داشت: آب در حال حاضر در بسیاری از مناطق محدود بوده و می تواند یک محدودیت عمده در آینده باشد. لذااین روش به ما اجازه تولید انرژی و کشاورزی از همان آب رامی دهد.
چه گیاهانی باید استفاده کرد؟
بسیاری از مزارع خورشیدی در مناطق آفتابی به کار گرفته می شوند اما این مناطق خشک با اکثر محصولات غذایی نامهربان می باشند. اما یک گیاه با ارزش وجود دارد که در دمای بالا و در خاک های فقیر رشد و نمو می کند: آگاوه.
این گیاه بومی شمال و جنوب امریکا و دارای بوته های خاردار می باشد که می توان برای تولید اتانول مایع استفاده کرد، این نوع سوخت زیستی می تواند با بنزین مخلوط شده و یا در وسایل نقلیه ای که منبع قدرت آن ها اتانول می باشد مورد استفاده قرار گیرد. بر خلاف ذرت یا سایر غلات، بیش ترین میزان گیاه آگاوه را می توان به اتانول تبدیل نمود.
هم چنین یکی از راهکارهایی که برای کاهش مصرف یا از دور خارج کردن سوختهای فسیلی مطرح میشود جایگزینی انرژیهای تجدیدپذیر است. یکی از انواع انرژیهای تجدیدپذیر نیز سوخت زیستی است. از منابع اولیه سوختهای زیستی میتوان به ضایعات چوبی، تفالههای محصولات کشاورزی، نیشکر، غلات، روغن گیاهان و سبزیجات اشاره کرد.
تولید سوختهای زیستی
سوختهای زیستی از موجودات زنده یا از سوختوساز محصولات فرعی (مواد زائد آلی یا مواد غذایی) تولید میشود. این سوخت از فرآیند فتوسنتز مشتق شده و در نتیجه اغلب به عنوان یک منبع انرژی خورشیدی درنظر گرفته میشود. این سوخت با تبدیل زیستتوده ساخته شده است (منظور از زیستتوده اشاره به موجودات زنده، مانند گیاهان است). این زیستتوده میتواند به انرژی مناسب به ۳ روش مختلف تبدیل شود: حرارتی، شیمیایی و بیوشیمیایی. فرآیند تبدیل زیستتوده به تولید سوخت در ۳ حالت جامد، مایع و گاز منجر میشود. زیستتوده جدید را میتوان برای سوختهای زیستی استفاده کرد. امروزه محبوبیت سوختهای زیستی به دلیل افزایش نرخ نفت و نیاز به امنیت انرژی افزایش یافته است. البته جوانب مثبت و منفی زیادی درباره بهرهگیری از سوختهای زیستی به عنوان یک منبع انرژی وجود دارد. سوخت زیستی را میتوان به عنوان سوخت برای وسایل نقلیه در حالت خالص استفاده کرد اما به طور معمول به عنوان یک مکمل گازوئیل برای کاهش سطح ذرات، مونوکسید کربن و هیدروکربنها از وسایل نقلیه دیزلی استفاده میشود.
راهکاری برای مصرف بهینه انرژی
رئیس کمیته سوختهای زیستی کارگروه بیوفناوری محیطزیست ستاد توسعه زیستفناوری گفته است که بهرهگیری از سوختهای زیستی کمک موثری به کنترل میزان مصرف سوختهای فسیلی دارد.
به عبارتی، سوخت زیستی و روشهای نو در تولید سوختهای زیستی میتواند جایگزین مناسبی برای انرژیهای فسیلی باشد. این درحالی است که از ۷۰سال قبل سوختهای زیستی در دنیا مصرف میشده ولی در ایران هنوز زمینه استفاده از این نوع سوختها چندان فراهم نشده است.
رئیس انجمن مدیریت مصرف انرژی ایران در این زمینه به گسترش صنعت میگوید: استفاده از انرژیهای نو در تمامی کشورهای دنیا مطرح است. یکی از اولویتهای بهرهگیری از منابع تجدیدپذیر در قالب زیستتوده است که میتواند ترکیبات زیستی را به انرژی برق تبدیل کند به ویژه اگر در محلهای شهرداری این امکان وجود داشته باشد بهتر است.
وی میافزاید: سوخت زیستی میتواند هزینههای سرمایهگذاری و مصرف انرژی را کاهش دهد. هم چنین در مباحث بهرهوری و تولید منابع انرژی این دسته از انرژیهای غیرفسیلی دارای اهمیت هستند. از اینرو، در اولویتبندی انرژی سعی بر این است که از انرژیهای جایگزین استفاده شود.
ابداع روشهای نو در استحصال سوخت پاک میتواند گام موثری در کاهش سهم سوختهای فسیلی و بهینهسازی مصرف باشد. با وجود این، همواره موانعی برای سوختهای زیستی وجود دارد. از جمله این که تولید نسل نخست سوختهای زیستی به میزان کافی، تولیدات غذا و گونههای زیستی را تهدید میکند. هم چنین برای بسیاری از سوختهای زیستی نسل اول به کمکهای مالی و یارانه نیاز است و نمیتوانند با سوختهای فسیلی مانند نفت رقابت کنند. برخی از متخصصان میگویند ادامه روند تغییر کاربری زمینها و استفاده از دانههای خوراکی برای تولید سوخت زیستی، تا سال ۱۳۹۹ (۲۰۲۰میلادی) جمعیت بیشتری از انسانها را به مشکلات فقر غذایی و گرسنگی دچار میکند.
علاوهبر این، این ادعا وجود دارد که تغییر کاربری زمینها نیز بر تولید کربن تاثیر غیرمستقیم دارد و به همین دلیل با احتساب این تاثیر غیرمستقیم بر تولید کربن، در مجموع میزان تولید این عنصر آسیبزننده به محیطزیست با برخی سوختهای زیستی، بیش تر از میزان تولید آن از سوختهای فسیلی است.
فناوریهای نوین در تولید سوخت زیستی
اگرچه ممکن است سوختهای زیستی هرگز به طور کلی جایگزین محصولات نفتی نشوند، برخی تخمینها زده میشود که این سوخت در نهایت جایگزین حدود ۳۰درصد تمام سوختی خواهد شد که در حملونقل بازارهای اصلی جهانی مصرف میشود. ثابت شده است که سوختهای زیستی میتوانند به کاهش تولید گازهای گلخانهای منجر شده و مصرف انرژیهای تجدیدناپذیر را کاهش دهند.
پیشبینی میشود نسل دوم فناوریهای سوخت زیستی، بر پایه مواد سلولزی که از پسماندهای چوب و غلات و علف بهدست میآیند، تا دهه آینده در دسترس قرار گیرد. به عنوان نمونه، پژوهش گران طی انجام یک پژوهش جدید دریافتند که با اعمال تغییرات ژنتیکی در نیشکر میتوان در برگ و ساقه آن روغن و سوخت زیستی تولید کرد یا تولید سوخت جت از گونهای قارچ سیاه رنگ موجود در برگهای درحال فرسایش مدتی است که مورد استفاده قرار میگیرد.
هم چنین فناوری جدیدی وجود دارد که گیاهان سوخت زیستی را میتوان در مزارع خورشیدی کشت کرد. این سیستمهای خورشیدی و سوختهای زیستی مشترک میتواند یک استراتژی جدید در تولید دو شکل از انرژی از زمینهای غیرقابل کشت باشد: برق از زیرساختهای خورشیدی و سوخت مایع قابل حملونقل از کشت سوختهای زیستی. البته این فناوری در سطح یک مدلسازی است اما میتواند به رشد گیاهانی منجر شود که بتوان از آن ها در تولید سوخت زیستی بهره برد.
سوخت زیستی در دیگر کشورها برزیل با داشتن ۳۹درصد حجم بازار بیشترین حجم تولید سوختهای زیستی را نیز به خود اختصاص داده است. سپس امریکا با حجم۲۰درصدی تولید در رتبه بعدی قرار دارد. در این کشور یک سوم کشت ذرت به مخازن بنزین وارد میشود. بعد از این کشورها چین در رتبه سوم قرار دارد. جالب است بدانید شرکتهای خودروسازی در چین اتومبیلهایی را به بازار عرضه میکنند که از سوخت زیستی، فناوریهای هیدروژنی یا الکتریسیته استفاده میکنند.
انواع سوخت زیستی
درحالحاضر سوخت زیستی از گیاهان و هم چنین میکروب تولید میشود. روغن، کربوهیدرات یا چربی تولیدی از میکروبها یا گیاهان برای تولید سوختهای زیستی تصفیه میشود. این انرژی، سبز و تجدیدپذیر است که به حفظ سوخت فسیلی کمک میکند. سوختهای زیستی از طیف گستردهای از منابع بهدست میآید و میتوان آن را به ۴دسته یا نسل تقسیمبندی کرد؛ نسل نخست سوختهای زیستی از قندها، نشاسته، روغن و چربیهای حیوانی هستند که با استفاده از فرآیندها یا فناوریهایی که درحالحاضر شناخته شده، ساخته شدهاند.
این سوختها شامل بیودیزل، بیوالکل، اتانول و بیوگازها مانند متان گرفته شده از تجزیه زبالههای دفن شده است. نسل دوم سوختهای زیستی از محصولات غیرغذایی یا ضایعات کشاورزی، به ویژه زیستتوده لیگنو سلولزی مانند بید یا تراشههای چوب ساخته شده است. نسل سوم سوختهای زیستی از جلبک یا دیگر منابع زیستتوده ساخته شده است. نسل چهارم سوختهای زیستی از گیاهان مهندسی شده یا زیستتوده که عملکرد انرژی بیشتر یا موانع کمتر به شکست سلولزی دارند یا قادر به رشد در زمینهای غیرکشاورزی یا آب هستند، ساخته شده است. در کشور ما نیز باید زمینه استفاده از سوخت زیستی با بهرهگیری از روشهای فناورانه ایجاد شود به ویژه از منابعی که کمترین آلودگی را در پی داشته باشد. آن روز غیرقابل تصور نیست که به جای منابع فسیلی از منابع زیستتوده استفاده شود.