مزیت های پالایشگاه زیستی در مقایسه با پالایشگاه سنتی؟

تولید محصولات پتروشیمی دوستدار محیط زیست می تواند 15-10 میلیارد دلار آمریکا برای صنعت مواد شیمیایی جهان درآمد تولید کند.[1] پتانسیل تولید انواع مواد شیمیایی و پلیمری از بیوماس در گزارش ها و مقالات مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است. در سال 2004، دپارتمان انرژی ایالات متحده آمریکا[2] گزارشی منتشر کرد که در آن 12 ماده شیمیایی معرفی شده بود که به عنوان پایه گذاران صنعت پتروشیمی در آینده معرفی شده بودند.[3] این فهرست در سال 2010 مورد تجدیدنظر قرار گرفت و به روزرسانی شد.[4] تولید اقتصادی سوخت های زیستی که در حمل و نقل مورد استفاده قرار می گیرند معمولا چالش بزرگی برای یک کشور ایجاد می کند. تولید همزمان مواد شیمیایی، مواد اولیه، مواد غذایی و خوراک می تواند ارزش افزوده بسیار بالایی را ایجاد کند. اخیرا تحقیقی انجام شده است که نشان می دهد همه مواد شیمیایی با پایه سوخت زیستی می توانند به عنوان محصولات بالقوه یک پالایشگاه زیستی با ارزش افزوده بسیار بالا در نظر گرفته شوند. این محصولات انتخابی یا رشد سهم بازار بسیار بالایی دارند یا اینکه سرمایه گذاری عمده صنعتی در طرح های توسعه خواهند داشت.

معمولا پالایشگاه های سنتی تولید محصولات پتروشیمی با پالایشگاه های زیستی مقایسه می شوند. جدول شماره 1 خلاصه ای از تشابهات و تمایزهای اصلی پالایشگاه های محصولات پتروشیمی و پالایشگاه های زیستی را نشان می دهد. جدول 1 به خوبی نشان می دهد که مواد اولیه آغازین، فرآیندها و محصولات تولیدی به شدت متفاوت هستند.

جدول 1- مقایسه پالایشگاه های سنتی و پالایشگاه های زیستی، ترکیبات ساختاری، فرآیندها و مواد واسطه شیمیایی که در سطوح تجاری تولید شده اند

یک مجتمع بیوپالایشیمی‌‌تواند از انواع منابع زیستی شامل منابع جنگلی، کشاورزی، دریایی و زباله‌های صنعتی و خانگی مانند چوب، محصولات کشاورزی و ارگانیک استفاده کند. محصولاتی هم که توسط بیوپالایش تولید می‌شود شامل محصولات نهایی و واسطه‌ای مانند غذا، خوراک دامی، مواد شیمیایی و انرژی شامل سوخت، برق و گرما می‌شود. اکنون تمرکز اصلی سیستم‌هایبیوپالایش، بر تولید سوخت‌های زیستی برای حمل و نقل است. مساله انتخاب بهترین سوخت‌های زیستی برای ترکیب با بنزین، گازوئیل و CNG است.

انتظار می‌رود تا سهم بیوپالایش در یک فضای رقابتی همزمان با دیگر حامل‌های انرژی افزایش یافته و ثروت کشورها با عرضه محصولات متنوع و انرژی زیستی افزایش یابد که در عین حال از منظر محیط زیست این محصولات و انرژی پایدار باشد. بیوپالایش هم برای کشورهای صنعتی مفید است و هم برای کشورهای در حال توسعه. آری رقابت جدید، فرصت‌های شغلی و بازارهای جدید از پی آن سر بر می‌آورد.

ویژگی‌های یک مجتمع بیوپالایشگاهی موفق

به منظور ایجاد مجتمع‌های بیوپالایشگاهی موفق دو شرط اساسی وجود دارد:

1.      حداکثر استفاده از محصولات واسطه و محصولات جانبی برای تولید مواد شیمیایی و مواد اولیه بیشتر

2.      برقراری تعادل میان مواد بیوشیمیایی پرحجم و با ارزش و مواد اولیه با بیوسوخت‌های پرحجم و باارزش

یک مجتمع بیوپالایشگاهی ممکن است یک یا چند محصولات شیمیایی با حجم اندک ولی ارزش خیلی بالا تولید کند، اما در عین حال مایعاتی با حجم بسیار زیاد را حمل کند که بتواند برق و انرژی حرارتی موردنیاز خود را تولید کند. محصولاتی که ارزش زیادی دارند، سودآوری را افزایش می‌دهند در حالی که محصولاتی که دارای حجم زیادی هستند باعث برآورده شدن نیازهای مربوط به انرژی در سطح ملی می‌شود، ضمن اینکه تولید برق هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و باعث کاهش گازهای آلاینده می‌شود.

در حال حاضر در هر پالایشگاهی، تعداد بسیار زیادی محصولات شیمیایی تولید می‌شوند، اما نهایتا این بازار داخلی یک کشور است که تعیین می‌کند کدام محصولات باید تولید شوند. تولید محصولات شیمیایی یک از مهم ترین بخش‌های اقتصادی یک مجتمع بیوپالایشگاهی است (چرا که انعطاف‌پذیری لازم برای تولید به‌موقع نیازهای بازار را دارد). از آنجایی که ترکیب مواد اولیه در کارخانه باعث استخراج آسان مواد شیمیایی اولیه می‌شود، پروسه تولید این محصولات با پروسه تولید آنها از نفت کاملا متفاوت است. در نتیجه، یک صنعت تولید محصولات بیوشیمیایی در مقایسه با صنعت پتروشیمی، بر اساس انتخاب‌های مختلف از پلتفورم‌ها ساخته می‌شود.

در حال حاضر هیچ پاسخ قطعی برای این سوال وجود ندارد که یک «مجتمع بیوپالایشگاهی بهینه» دارای چه ویژگی‌هایی است. اگرچه، یک مجتمع بیوپالایشگاهی که کارایی بالایی دارد و از نظر اقتصادی پایدار و به صرفه است، مجتمعی است که در آن فرآیندهای تبدیل مواد اولیه به محصولات نهایی بهینه‌تر باشند، انعطاف‌پذیری لازم را داشته باشند، باعث استخراج حداکثری انرژی‌های شیمیایی از خوراک شوند و توانایی استخراج محصولاتی را داشته باشند که وابستگی کمتری به سوخت، مواد شیمیایی و مواد اولیه‌ دارد. نمودار زیر یک مفهوم ساده از سه پلت‌فورم مربوط به مدل طراحی شده توسط لابراتوار ملی انرژی‌هایتجدیدپذیر را نشان می‌دهد که شامل پلت‌فورممیکرارگانیسم نیز هست. این مفهوم نشان می‌دهد که در یک مجتمع بیوپالایشگاهی، چگونه هر یک از فرآیندهای تبدیل شکل می‌گیرند.

جایگاه صنعت بیوپالایشگاهی در مناطق مختلف دنیا

انتظار آن است که صنعت بیوپالایشگاهی در چندسال آتی برای تولید محصولات تجاری در مقیاس بزرگ آمادگی داشته باشد. از سوی دیگر یکی از بازیگران مهم این عرصه، شرکت‌های کوچک با تکنولوژی‌های برتر در کنار کمپانی‌های بزرگ چندملیتی خواهند بود که تمایل دارند بر روی انرژی‌های پایدار سرمایه‌گذاری کنند. از سوی دیگر سیاست‌های کشورها در این زمینه می‌‌تواند نقش اساسی را ایفا کند. به طور کلی، همه کشورهای تولیدکننده سوخت‌های زیستی، سیاست‌های مختلف یارانه‌ای و غیریارانه‌ای را برای حمایت از صنایع بیوسوختی خود، کاهش CO2 و افزایش درآمد کشاورزی به کار می گیرند. تولید برق با منابع زیستی نیز مانند موارد قبلی مورد حمایت آنان است.

در ایالات متحده، صنعت بیوسوخت در سال‌های اخیر پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته است. تمرکز اصلی در این کشور افزایش کارایی تولید بیوسوخت‌ها است. در حال حاضر متوسط کارایی کارخانه های ایالات متحده 60 درصد است. از سوی دیگر این کشور در خط مقدم افزایش استانداردها برای بیوسوخت‌ها قرار دارد و این کشور سعی دارد تا این صنعت را متحول نماید. آمریکا با مشوق های مختلف نه تنها برای کمپانی‌های داخلی بلکه همچنین برای شرکت‌های بین‌المللی، در تلاش است تا صنعت بیوسوخت‌ها را به پیش برد. هدف این کشور آن است که در سال 2022، 36 میلیارد گالن بیوسوخت تولید کند.

در برزیل، این کشور توانسته از صنعت نیشکر برای سوخت استفاده کند و اکنون ترکیب بنزین و بیواتانول در خودروها استفاده می شود اما این موفقیت داخلی به دلیل تعرفه های بالا به دیگر کشورها سرایت نکرده است، زیرا صادرات نیشکر و اتانول از برزیل بسیار محدود است. صنعت اتانول و نیشکر، امروز بیش از گذشته به خصوص برای تولید بیوپلاستیک مورد توجه سرمایه گذاران است. برزیل سیاست افزایش تولید نیشکر و مکانیزه کردن کلیه پروسه برداشت را به پیش می برد. صنعت بیوانرژی برزیل تحت موافقتنامه‌ای با ایالت سائوپائولو برزیل که بیشترین حجم نیشکر را در خود جای داده است، سعی دارد این هدف را محقق کند. تاکنون 55 درصد برداشت نیشکر در این كشور مکانیزه بوده است.

اتحادیه اروپا برخلاف ایالات متحده و برزیل، نتوانسته نقشی چشمگیر را در انرژی های تجدیدپذیر و سوخت حمل و نقل داشته باشد، هر چند مشوق‌های تحقیقاتی، سرمایه‌گذاری‌های مستقیم  و سیاست‌های عمومی‌ در این حوزه نیز برای ارتقا استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در حال اجراست. با وجود این اقدامات عدم رهبری اتحادیه اروپا در این صنعت بدین موضوع برمی‌گردد که بیوپالایشگاه‌ها در این منطقه به مراتب کمتر از ایالات متحده است، ضمن آن که بودحه تحقیقاتی در این منطقه نیز بسیار ناکافی است. به همین خاطر است که محققان بیوپالایشگاهی از این اتحادیه به دیگر کشورها مهاجرت می‌کنند. با وجود این، تا سال 2020 اتحادیه اروپا انتظار دارد که 20 درصد انرژی برق آن از منابع تجدیدپذیر باشد. از سوی دیگر قرار است تا 10 درصد سوخت حمل و نقل نیز از این منابع باشد. 

در چین نیز، بر روی بیوپالایشگاه‌ها سرمایه‌گذاری می‌شود و در برنامه پنج ساله ‌این کشور تولید انرژی از منابع زیستی مورد توجه قرار گرفته است. تاکنون چین مجوز چندین کارخانه تولید اتانول از محصولات کشاورزی را داده است. البته باید گفت که به دلیل سیاست امنیت غذایی در این کشور، چین اجازه استفاده از غلات در تولید اتانول را نمی‌دهد.