روابط عمومي دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم وتحقیقات

توسط دانشجوی واحد علوم و تحقیقات صورت گرفت:

تولید انرژی از آب پنیر // تولید انرژی از ضایعات صنایع لبنی در پیلهای سوختی

پیک علوم در ادامه گفتگوهای خود در این شماره با آقای ساسان نصیراحمدی محقق و پژوهشگر واحد علوم و تحقیقات و دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی – بیوتکنولوژی این واحد گفتگویی داشته که از نظر علاقمندان می گذرد.

ساسان نصیراحمدی متولد 1363 ساکن روستای احمدکلا از توابع بخش بندپی شرقی شهرستان بابل است. وی در سال 1382 در مقطع کارشناسی مهندسی شیمی-صنایع غذایی دانشگاه آزاد اسلامی واحد آیت الله آملی پذیرفته و در تابستان 1386 فارغ التحصیل شد.به دنبال انگیزه های قوی علمی و علاقه وافرم به تحقیقات بنیادی و کاربردی اقدام به ادامه تحصیل در مقطع کارشناسی ارشد نموده که حاصل آن تحصیل وی در دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران است.هم اکنون نیز در حال آماده سازی پروژه کارشناسی ارشد خود جهت دفاع می باشد .

عنوان کار شما چیست و علت انتخاب آن را ذکر نمایید؟

عنوان کار بنده که در قالب پروژه کارشناسی ارشد صورت گرفته و در حال آماده سازی جهت دفاع است "آب پنیر سوبسترای مناسب در پیل سوختی میکروبی به منظور تولید توان الکتریکی" می باشد. در حالیکه میزان مصرف سوخت های فسیلی مانند نفت،گاز و ذغال سنگ به عنوان اولین منبع انرژی در جهان،کماکان در حال افزایش است.ماهیت پایان پذیری و تجدید ناپذیری این منابع و کاهش آن،حرکت به سمت انرژی های جایگزین را سرعت می بخشد.در این بین پیل سوختی فناوری است که در عین بازدهی بسیار بالا نسبت به فناوری های رقیب در تبدیل سوخت های فسیلی به انرژی،این قابلیت را دارد که از منابع انرژی تجدید پذیر و نو مانند آب،زیست توده و هر ماده ای که دارای عنصر هیدروژن و یا ترکیبات آن باشد استفاده و تولید انرژی کند.در این بین اثرات نامطلوب زیست محیطی انرژی های فسیلی موجود در وسایل حمل و نقل (بویژه خودرو) و نیروگاه های برق،معضلات فراوانی را برای جوامع ایجاد نموده است.به همین منظور هر روز فضای استفاده از این منابع انرژی و فناوری های تبدیل آنها در دنیا کاهش یافته و استفاده از فناوری های سبز مانند پیل سوختی به عنوان یکی از گزینه های تولید انرژی پاک و حرکت به سمت توسعه پایدار بیشتر مطرح می شود. شایان ذکر است که این طرح جزو اولویت های تحقیقاتی وزارتخانه هایی چون وزارت نیرو به استناد سایت باشگاه پژوهشگران جوان دانشگاه آزاد اسلامی است.

پیل سوختی چه وسیله ای است و چه مزایایی دارد؟

پیل سوختی،وسیله ای است که انرژی شیمیایی سوخت را به صورت مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و از سه قسمت الکترولیت،آند و کاتد تشکیل شده است.در این بین پیل سوختی میکروبی وسیله است که در ان انرژی بیوشیمیایی ذخیره شده در پیوند های مولکولی در اثر فعالیت میکروب به عنوان کاتالیست و ضایعات صنایع مثل آب پنیر به عنوان سوخت عمل کرده و از آن در طی فرایند اکسیداسیون این انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.اگر چه پیل سوختی به تازگی به عنوان یکی از راهکار های تولید انرژی الکتریکی مطرح شده است ولی تاریخچه آن به قرن نوزدهم و فعالیت های تحقیقاتی آقای سرویلیام گرو انگلیسی باز می گردد.وی اولین پیل سوختی را در سال 1839 با الگو برداری از واکنش الکترولیز آب ساخت و اما پیل سوختی میکروبی یکی از راهکار های تولید انرژی است که در این نوع از پیل ها میکروارگانیزم ها فرآیند اکسایش و کاهش را انجام می دهند. پیل‌هاي سوختي زيستي نوع جديدي از پيل‌هاي سوختي هستند كه توانايي تبديل مستقيم انرژي بيوشيميايي را به انرژي الكتريكي دارند. نيروي محرك در اين پيل‌ها، واكنش‌هاي اكسيداسيون و احياء يك مادة اوليه (سوبسترا)كه همراه با استفاده از ميكروارگانيزم يا آنزيم به‌عنوان كاتاليزور زيستي ايجاد مي‌شود.

اهمیت و ضرورت انجام تحقیق با این فناوری چیست ؟

این پیل ها دارای مزایای بسیار زیادی است بطوریکه می توان از آن در سیستم های مختلف استفاده کرد. بعنوان نمونه از آن می توان در سیستمهای نظامی بهره برد. به‌عنوان مثال، ساخت " پيل بدون صداي قابل شارژ " كه در دماي محيط كار مي‌كند. اين پيل در موتور‌هاي ديزل و يا در مخلوط سوخت ضد‌يخ متانول- آب، قابل استفاده است. در آينده، پيل‌هاي سوختي زيستي جديد با اندازة كوچك و سبك، حاوي آنزيم‌هاي تثبيت‌شده به‌عنوان كاتاليست و متانول یا کربوهیدرات ها به‌عنوان مادة اوليه، در دسترس خواهند بود.در این پروژه ما به بررسی مواردی چون استفاده از یک سوبسترای طبیعی،ارزان و در دسترس و تولید جریان الکتریکی(انرژی زیستی) و در نگاه هوشمندانه تر بومی سازی این فناوری در کشور عزیزمان پرداخته ایم.

اصول کار این پیل ها به چه شکل است؟

اصول كار اين پيل‌ها همانند پيل‌هاي سوختي شيميايي می باشد. اختلاف اصلي بين آنها، در نوع كاتاليزور و شرايط كار است. كاتاليزور به‌كار رفته در پيل‌هاي سوختي میکروبی، يك ميكروارگانيزم و يا يك آنزيم است كه جايگزين فلز در پيل‌هاي سوختي شيميايي متداول مي‌شود. به‌طور كلي دو نوع پيل سوختي زيستي مستقیم و غیر مستقیم وجود دارد . در نوع مستقيم، پيل شامل الكترودهايي است كه در تماس مستقيم با عوامل بيوشيميايي هستند و در واكنش‌هاي اكسيداسيون و احيا مشاركت مي‌كنند. توان واقعي خروجي از اين پيل‌ها بين يك‌دهم تا يك‌صدم پيل‌هاي غيرمستقيم است. كار اين نوع پيل‌ها به فرآيندهايي شامل واكنش‌هاي بين بيوكاتاليست و الكترود، محدود است. در اين نوع پيل‌ها(غیر مستقیم)، از ميكروب‌ها و يا آنزيم‌ها براي تبديل سوخت بيولوژيكي به تركيبات با وزن مولكولي بالا و يا وزن‌ مولكولي پايين (گاز يا مايع) استفاده مي‌شود. اين مواد بيولوژيكي، در يك فرآيند معمول الكتروشيميايي شركت مي‌كنند. محصولات به‌دست آمده از يك راكتور ميكروبيولوژيكي ممكن است هيدروژن، آمونياك و يا اكسيژن است.

زيست توده(بيوماس) چيست؟

زيست توده يكي از منابع مهم انرژيهاي تجديدشونده محسوب مي شود و به هر موجود زنده كه قابليت رشد و نمو داشته و بر مبناي قوانين طبيعي تقسيم شوند اطلاق مي شود و شامل جنگلها، اجزاء گياهان، برگها، موجودات زنده اقيانوسها، زائدات حيواني، پسماندهاي شهري و غذايي و ... مي شوند. اين مواد قابليت ذخيره انرژي در خود را دارا هستند. در واقع در خلال پديده فتوسنتز، دي اكسيد كربن از طريق آب و خاك و هوا توسط انرژي خورشيدي در گياهان ذخيره مي شود و باعث رشد و نمو آنها مي شود اين انرژي خورشيدي در مواقع مصرف، قابليت تبديل به انرژي را دارا است. زيست توده قابليت توليد برق، حرارت، سوختهاي مايع، سوختهاي گازي و انواع كاربردهاي مفيد شيميايي را دارا است.همچنین زيست توده سهم بزرگي در ميان ديگر انواع منابع انرژيهاي نو دارا است.

منابع زيست توده (بيوماس) كدامند؟

منابع زيست توده كه براي توليد انرژي مناسب هستند، طيف وسيعي از مواد را شامل مي شوند كه بصورت عمده به شش گروه سوختهاي چوبي ، زائدات جنگلي، كشاورزي، باغداري و صنايع غذايي ، زائدات جامد شهري (زباله ها)، فضولات دامي، فاضلابهاي شهري و فاضلابها، پسماندها و زائدات آلي صنعتي(مثل آب پنیر)تقسيم مي شوند ·

مزاياي بهره گيري از منابع زيست توده مثل آب پنیر چيست؟

اين منابع جزء منابع تجديدشوند هستند چرا كه با بهره گيري از اين منابع مجدداً بطور طبيعي رشد و نمو پيدا مي كنند ضمن اينكه توليد دی اکسید کربن یا) CO2) اين منابع در صورت بهره گيري از آنها بطور طبيعي بوده و توليد گازهاي گلخانه اي نمي كند. از ديگر سو بعنوان يك منبع ذخيره انرژي خورشيدي عمل مي كنند كه مي توان در مواقع لزوم از آن بهره گيري کرد.در ميان ساير منابع تجديدشونده تنها منبعي هستند كه قابليت توليد سوختهاي مايع، جامد و گازي را دارا مي باشند و اين به معناي كاربرد گسترده آن است.

علت استفاده از ضایعات صنایع لبنی خصوصا آب پنیر چه بوده است؟

پساب كارخانه پنير سازي، داراي رنگي سبز مايل به زرد است که حاويCOD با غلظتی حدود mg/L76000 و BOD در حدود mg/L 40000 است. در ايران سالانه حدود 180000 تن آب پنير توليد مي‏شود كه به دليل آلودگي بالا، دفع محصول جانبی کارخانه های پنير سازی دارای مشکلات فراوانی است. دفع اين ماده به زمين، سبب شوره زار شدن اراضی کشاورزی و از بين رفتن گياهان شده و همچنين تخليه آن در رودخانه ها بدون انجام تصفيه مناسب، به دليل ميزان آلودگي بالا و حضور منابع غني از نيتروژن و مصرف اکسيژن محلول موجب از بين رفتن آبزيان می شود. از سويی ديگر آب پنير نيز منبع غني از لاکتوز و مواد معدنی مفيد جهت رشد ميکروارگانيزم ها است كه اين ويژگي ها، آب پنير را به يک سوبسترای قوی برای توليد محصولات جانبی از طريق فرايندهاي بيوشيميايی تبديل کرده است که یکی از این کاربرد ها و محصولات می تواند در تولید توان الکتریکی با استفاده از پیل سوختی میکروبی باشد.

مزایای پیل های سوختی میکروبی چیست؟

1- احتیاج به کاتالیزور شبیه آن چیزی که در نمونه های شیمیایی استفاده می گردد،ندارد.

2-در زمان های طولانی کاری دارای پایداری خوبی است.

3-واکنش خود به خود تنظیم شده و نیازی به شارژ مجدد نیست .

4-برای انجام واکنش نیاز به مبدل یا سرد کننده نیست.

5-بیوکاتالیست به کار رفته در آن میکروب است که به وفور و با قیمت پایین در دسترس است.

6-سازگاری با محیط زیست و بازدهی نسبتا بالای آن.

جنبه جديد بودن و نوآوري در این تحقيق چیست؟

این کار برای اولین بار در دانشگاه آزاد اسلامی و ایران اجرا می شود. گواه این امر اسناد ضمیمه مربوط به کتابخانه مرکزی واحد علوم وتحقیقات تهران و پایگاه اطلاعات علمی و پژوهشی ایران موسوم به (IRANDOC) است . البته محقق با جستجو در سایت های علمی و مکاتبه با محققین خارج از کشور اعم از ایرانی و خارجی نیز نمونه کار پژوهشی که دقیقا مرتبط با موضوع باشد را مشاهده نکرد لذا به جهت احتیاط حداکثری در بحث جدید بودن موضوع پروژه در سطح جهانی، جنبه جديد بودن و نوآوري در تحقيق فقط به سطح کشور بسنده شده است.

در صورت داشتن هدف كاربردي، نام بهره‏وران (سازمان‏ها، صنايع و يا گروه ذينفعان) را ذكر کنید ؟

صنایع پزشکی،نظامی،وزارت نیرو و همچنین صنایع تصفیه فاضلاب و سازمان حفاظت محیط زیست می توانند بهره مند شوند.

آیا این طرح قابلیت تجاری سازی دارد؟

در جواب سوال شما باید عرض کنم با کاهش مسایل و مشکلات فنی و جایگزینی مواد ارزان قیمت،کاهش قیمت تمام شده این گونه پیل ها و به طور کل پیل های سوختی را به دنبال داشته و زمینه تجاری سازی این فناوری را مهیا کرده است.به عنوان مثال پیشرفت های فناوری های بالا مثل نانوفناوری،باعث کاهش میزان استفاده از فلزات گران بها در ساختار الکترود پیل های سوختی شده است.نقشه راه کشور های پیشرو در توسعه این فناوری در ده سال آینده،بیانگر رقابتی شدن پیل سوختی با فناوری های رقیب است.به همین جهت،در حال حاضر بسیاری از کشور های توسعه یافته و در حال توسعه،این فناوری را به صورت جدی مورد بررسی قرار داده و بودجه های دولتی و خصوصی قابل توجهی به امر تحقیق و توسعه انواع پیل سوختی و تجاری سازی آن اختصاص می دهند.البته توسعه این فناوری ها در کشور های مختلف با توجه به شرایط محیطی و درونی متفاوت است.

انتظار شما از مسئولان مربوطه در این زمینه چیست؟

انتظار یک محقق و پژوهشگر چیزی جز حمایت هوشمندان نظام جهت ادامه تحصیل و کارهای تحقیقاتی نیست .لذا بسیار علاقمندم تا با عضویت در بنیاد ملی نخبگان(استعداد های برتر) و ادامه تحصیل در مقطع دکتری به صورت بورسیه فعالیت های علمی خویش را ادامه دهم و این امر در سایه عنایت خدمتگزاران پر تلاش نظام میسر است که بنده به عنوان یک بسیجی که تشنه علم آموزی و اعتلای ایران و اسلام است بدان امیدوارم.

E-Commiunication Center