رحلة الإيثانول من قصب السكر إلى إنقاذ الكوكب
أتدري أن التفل المتبقي بعد عصر قصب السكر يعَرف بالمولاس؟ حسنٌ إذًا، لدينا خلفية مشتركة للانطلاق في رحلتنا. يتكوّن المولاس نتيجة معالجة قصب السكر -كما تعرف بالفعل- ويتركّز السكروز في المولاس بنسبة 50- 55% تقريبًا، ويمكن الحصول على الكحول الإيثيلي / الإيثانول في صورته الخام والمكرَّرة من المولاس، فلإنتاج طن واحد من الكحول الإيثيلي / الإيثانول سيتطلب ذلك 5.6 طن من المولاس، بالإضافة إلى 27 كيلوجرام من حمض السلفات، و2.5 كيلوجرام من سلفات الأمونيوم. ويمكن إنتاج الكحول الإيثيلي C[sub]12[/sub]H[sub]22[/sub]O[sub]11[/sub] من المولاس من خلال عدد من التفاعلات الكيميائية، كالتالي:
-التفاعل الرئيسي:-
C[sub]12[/sub]H[sub]22[/sub]O[sub]11[/sub] + H[sub]2[/sub]O → 2C[sub]6[/sub]H[sub]12[/sub]O[sub]6 [/sub] , with enzyme invertase.
C[sub]6[/sub]H[sub]12[/sub]O[sub]6[/sub] → 2C[sub]2[/sub]H[sub]5[/sub]OH + 2CO[sub]2[/sub] -31.2 KCal ,with enzyme zymase.
-التفاعل الفرعي:-
2C[sub]6[/sub]H[sub]12[/sub]O[sub]6[/sub] + H[sub]2[/sub]O → ROH +RCHO (high molecular weight alcohols) C[sub]2[/sub]H[sub]5[/sub]OH
عملية إنتاج الإيثانول، ما هي؟!
يتم تخزين المولاس الطازج خلال مرحلة التخمير أثناء معالجة السكر، يُخزّن بكميات كبيرة في خزانات هائلة الحجم، ثم يُخفّف المولاس المُخزَّن بالماء لتكون نسبة تركيز السكر بين 10-15%، وللمولاس طبيعة حمضية تدعم نمو الخميرة خلال فترات انقطاع السكروز، وتتم إضافة الأحماض للحفاظ على الرقم الهيدروجيني بين 4 و5 مع استمرار عملية التخفيف، ويُستخدَم خليط مكوَّن من فوسفات الأمونيوم والماغنيسيوم أو كبريتات كمغذِّيات للخميرة، مع الحفاظ على الحالة الحمضية للخميرة لإنتاج الإنزيمات التحفيزية والإنفرتيز والزيماز. أمَّا المولاس المُخفَّف والمُعالَج والخميرة الناتجة عن المولاس المُخزَّن فيتم استخدامهم في غرفة التخمير.
وبالنسبة لخزانات التخمير الحديثة فتُصنَع من الفولاذ المقاوم للصدأ، مع توفير سترة أو لفائف للتدفئة، بالإضافة لوجود نظام للتدفئة والتبريد للحافظ على درجة حرارة الخزان من 20-30 درجة مئوية.
وتتم عملية التخمٌّر خلال 30-70 ساعة بناءً على درجة الحرارة وتركيز السكر المستخدَم في العملية، وخلال العملية تُنتِج كائنات الحميرة الحية الدقيقة ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي، وفي نهاية عملية التخمُّر تصل درجة الحرارة إلى 35 درجة مئوية.
وبعد انتهاء عملية التخمُّر يتم تغذية خليط السائل المنتََج بخميرة البيرة لبدء عملية التقطير، إذ يتم فصل الكتلة الصلبة والطينية عن السائل المكوّن من الكحول والماء، ويكون تركيز الكحول في السائل من 8-10% تقريبًا، وتقوم خميرة البيرة بالتفاعل لإنتاج نوعية مختلفة من منتجات البيرة، أمّا المادة الصلبة المترسّبة من عملية التقطير فتُعرَف بـ"slops" وتُستَخدَم بعد معالجتها كأسمدة أو أعلاف للماشية.
لكن لا يمكننا بأي حال السماح للألدهيدات بالتواجد مع خميرة البيرة، لذلك يُستَخدَم عمود الألدهيد لإزالة الألدهيدات الموجودة في المحلول، إذ تخرج التدفقات من أجزاء مختلفة من هذا العمود، فيخرج مزيج من زيت fusel 4 من الجزء العلوي، والإيثانول من الجزء الأوسط، ويخرج الماء من الجزء الأسفل. ولإنتاج الإيثانول تتم تغذية الجزء الأوسط من العمود ليكون المنتج سائلًا يحتوي على 95% من الإيثانول، وباستخدام البنزين كمكوِّن ثالث نصل للكحول المطلق بتركيز إيثانول يصل لنسبة 100% والذي يعد منتجًا قياسيًا يستخدم كوسيط لإنتاج منتجات كيميائية أخرى وعامل مزج في وقود الطاقة، ويمكن استخدام الإيثانول النهائي في المذيبات والأسيتالديهيد وحمض الخليك والبولي إيثيلين وإنتاج المطاط الصناعي.
وإن كنتَ تظن أن عصير قصب السكر يعد عصيرًا لذيذًا لك فقط، فإنه يمكن استخدامه لزيادة إنتاج الإيثانول أيضًا، إذ إن تخمير المولاس لا يتأثر بإضافة عصير قصب السكر المعالَج على فترات متكررة.
طرق أخرى لإنتاج الإيثانول:
-الطريقة المباشرة: تصنيع الإيثانول بالترطيب التحفيزي للإيثلين.
-الطريقة غير المباشرة: باستخدام حمض الكبريتيك.
كيف يمكن لقصب السكر إنقاذ الكوكب من الاحتباس الحراري؟
بعد إنتاج الإيثانول بيولوجيًا من مولاس قصب السكر، يمكن خلطه مع البنزين لإنتاج وقود للسيارات أو أي مركبة تسير على الطرق وتستخدم محرّكات البنزين، يدّعي العلماء أن استخدام هذا الوقود سيعمل على التقليل من انبعاث غازات الاحتباس الحراري. إذ تعتمد محركات البنزين الموجودة في السيارات على تكنولوجيا الاشتعال باستخدام شرارة الاشعال وأبخرة الوقود الناتجة عن حرقه في الأسطوانة. زادت معدلات اسنخدام الأوكتان مع البنزين مؤخّرًا، مع إضافة بعض المواد إليه، وبعض تلك المواد لها تأثير ذار على البيئة، مثل رباعي إيثيل الرصاص الذي يعدّ مركّبًا سُميًّا، وميثيل ثالثي بوتيل الإيثر أو MTBE اختصارًا، والذي يسبّب تلوث الماء، فضلًا عن التولوين والبنزين الذين يعدّا مسببان للسرطان. يُستخدَم الإيثانول كمادةٍ مضافة تحل محل جميع المركّبات الضارة الأخرى، نظرًا لاحتوائه على الأوكسجين كجزء من تركيبته؛ فيُحسّن الاحتراق ويقلِّل من انبعاث الهيدروكربونات غير المحترقة الضارة وأول أكسيد الكربون.
مراجعة: مي فؤاد
-التفاعل الرئيسي:-
C[sub]12[/sub]H[sub]22[/sub]O[sub]11[/sub] + H[sub]2[/sub]O → 2C[sub]6[/sub]H[sub]12[/sub]O[sub]6 [/sub] , with enzyme invertase.
C[sub]6[/sub]H[sub]12[/sub]O[sub]6[/sub] → 2C[sub]2[/sub]H[sub]5[/sub]OH + 2CO[sub]2[/sub] -31.2 KCal ,with enzyme zymase.
-التفاعل الفرعي:-
2C[sub]6[/sub]H[sub]12[/sub]O[sub]6[/sub] + H[sub]2[/sub]O → ROH +RCHO (high molecular weight alcohols) C[sub]2[/sub]H[sub]5[/sub]OH
عملية إنتاج الإيثانول، ما هي؟!
يتم تخزين المولاس الطازج خلال مرحلة التخمير أثناء معالجة السكر، يُخزّن بكميات كبيرة في خزانات هائلة الحجم، ثم يُخفّف المولاس المُخزَّن بالماء لتكون نسبة تركيز السكر بين 10-15%، وللمولاس طبيعة حمضية تدعم نمو الخميرة خلال فترات انقطاع السكروز، وتتم إضافة الأحماض للحفاظ على الرقم الهيدروجيني بين 4 و5 مع استمرار عملية التخفيف، ويُستخدَم خليط مكوَّن من فوسفات الأمونيوم والماغنيسيوم أو كبريتات كمغذِّيات للخميرة، مع الحفاظ على الحالة الحمضية للخميرة لإنتاج الإنزيمات التحفيزية والإنفرتيز والزيماز. أمَّا المولاس المُخفَّف والمُعالَج والخميرة الناتجة عن المولاس المُخزَّن فيتم استخدامهم في غرفة التخمير.
وبالنسبة لخزانات التخمير الحديثة فتُصنَع من الفولاذ المقاوم للصدأ، مع توفير سترة أو لفائف للتدفئة، بالإضافة لوجود نظام للتدفئة والتبريد للحافظ على درجة حرارة الخزان من 20-30 درجة مئوية.
وتتم عملية التخمٌّر خلال 30-70 ساعة بناءً على درجة الحرارة وتركيز السكر المستخدَم في العملية، وخلال العملية تُنتِج كائنات الحميرة الحية الدقيقة ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي، وفي نهاية عملية التخمُّر تصل درجة الحرارة إلى 35 درجة مئوية.
وبعد انتهاء عملية التخمُّر يتم تغذية خليط السائل المنتََج بخميرة البيرة لبدء عملية التقطير، إذ يتم فصل الكتلة الصلبة والطينية عن السائل المكوّن من الكحول والماء، ويكون تركيز الكحول في السائل من 8-10% تقريبًا، وتقوم خميرة البيرة بالتفاعل لإنتاج نوعية مختلفة من منتجات البيرة، أمّا المادة الصلبة المترسّبة من عملية التقطير فتُعرَف بـ"slops" وتُستَخدَم بعد معالجتها كأسمدة أو أعلاف للماشية.
لكن لا يمكننا بأي حال السماح للألدهيدات بالتواجد مع خميرة البيرة، لذلك يُستَخدَم عمود الألدهيد لإزالة الألدهيدات الموجودة في المحلول، إذ تخرج التدفقات من أجزاء مختلفة من هذا العمود، فيخرج مزيج من زيت fusel 4 من الجزء العلوي، والإيثانول من الجزء الأوسط، ويخرج الماء من الجزء الأسفل. ولإنتاج الإيثانول تتم تغذية الجزء الأوسط من العمود ليكون المنتج سائلًا يحتوي على 95% من الإيثانول، وباستخدام البنزين كمكوِّن ثالث نصل للكحول المطلق بتركيز إيثانول يصل لنسبة 100% والذي يعد منتجًا قياسيًا يستخدم كوسيط لإنتاج منتجات كيميائية أخرى وعامل مزج في وقود الطاقة، ويمكن استخدام الإيثانول النهائي في المذيبات والأسيتالديهيد وحمض الخليك والبولي إيثيلين وإنتاج المطاط الصناعي.
وإن كنتَ تظن أن عصير قصب السكر يعد عصيرًا لذيذًا لك فقط، فإنه يمكن استخدامه لزيادة إنتاج الإيثانول أيضًا، إذ إن تخمير المولاس لا يتأثر بإضافة عصير قصب السكر المعالَج على فترات متكررة.
طرق أخرى لإنتاج الإيثانول:
-الطريقة المباشرة: تصنيع الإيثانول بالترطيب التحفيزي للإيثلين.
-الطريقة غير المباشرة: باستخدام حمض الكبريتيك.
كيف يمكن لقصب السكر إنقاذ الكوكب من الاحتباس الحراري؟
بعد إنتاج الإيثانول بيولوجيًا من مولاس قصب السكر، يمكن خلطه مع البنزين لإنتاج وقود للسيارات أو أي مركبة تسير على الطرق وتستخدم محرّكات البنزين، يدّعي العلماء أن استخدام هذا الوقود سيعمل على التقليل من انبعاث غازات الاحتباس الحراري. إذ تعتمد محركات البنزين الموجودة في السيارات على تكنولوجيا الاشتعال باستخدام شرارة الاشعال وأبخرة الوقود الناتجة عن حرقه في الأسطوانة. زادت معدلات اسنخدام الأوكتان مع البنزين مؤخّرًا، مع إضافة بعض المواد إليه، وبعض تلك المواد لها تأثير ذار على البيئة، مثل رباعي إيثيل الرصاص الذي يعدّ مركّبًا سُميًّا، وميثيل ثالثي بوتيل الإيثر أو MTBE اختصارًا، والذي يسبّب تلوث الماء، فضلًا عن التولوين والبنزين الذين يعدّا مسببان للسرطان. يُستخدَم الإيثانول كمادةٍ مضافة تحل محل جميع المركّبات الضارة الأخرى، نظرًا لاحتوائه على الأوكسجين كجزء من تركيبته؛ فيُحسّن الاحتراق ويقلِّل من انبعاث الهيدروكربونات غير المحترقة الضارة وأول أكسيد الكربون.
مراجعة: مي فؤاد
الرابط مصدر المقال
