الزيت الحيوي هو منتج سائل معقد يتكون في المقام الأول من الماء ومجموعة متنوعة من المركبات العضوية المشتقة من الكتلة الحيوية، بما في ذلك الكربوهيدرات واللجنين. وتتألف المركبات العضوية في الزيت الحيوي من الكحوليات والألدهيدات والأحماض الكربوكسيلية والإسترات والفيوران والبيران والكيتونات والسكريات الأحادية والسكريات الأحادية والسكريات المائية والمركبات الفينولية. تجعل هذه التركيبة من الزيت الحيوي بديلاً محتملاً للوقود الأحفوري في تطبيقات مختلفة مثل التدفئة وتوليد الكهرباء والنقل.
التركيب التفصيلي:
-
المركبات العضوية من الكربوهيدرات: يحتوي الزيت الحيوي على مجموعة من المركبات العضوية المشتقة من الكربوهيدرات الموجودة في الكتلة الحيوية. وتشمل هذه المركبات الكحوليات والألدهيدات والأحماض الكربوكسيلية والإسترات والفيوران والبيران والكيتونات والسكريات الأحادية والسكريات الأحادية والسكريات المائية. تتشكل هذه المركبات أثناء عملية الانحلال الحراري، حيث يتم تسخين الكتلة الحيوية في غياب الأكسجين، مما يؤدي إلى تكسير هياكل الكربوهيدرات المعقدة إلى جزيئات عضوية أبسط.
-
المركبات العضوية من اللجنين: يساهم اللجنين، وهو بوليمر عضوي معقد موجود في جدران خلايا النباتات، في المركبات الفينولية في الزيت الحيوي. وهذه المركبات مهمة لأنه يمكن معالجتها بشكل أكبر لتحويلها إلى مواد كيميائية ووقود قيّمة. ويؤثر وجود مركبات الفينول أيضًا على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للزيت الحيوي، مثل اللزوجة والثبات.
الخصائص والتحديات:
-
المحتوى المائي العالي: يحتوي الزيت الحيوي عادةً على نسبة 20-30% من الماء، مما يؤثر على تخزينه ومعالجته وتجهيزه. يمكن أن يؤدي ارتفاع محتوى الماء إلى فصل الطور وزيادة اللزوجة، مما يعقد استخدامه في التطبيقات القياسية.
-
ارتفاع محتوى الأكسجين والحموضة: بمحتواه من الأكسجين بنسبة 35-50%، يكون الزيت الحيوي عالي الحموضة (درجة الحموضة منخفضة تصل إلى 2 تقريبًا)، مما يجعله متآكلاً للمعادن. ترجع هذه الحموضة إلى وجود الأحماض الكربوكسيلية والمركبات المؤكسدة الأخرى، والتي تساهم أيضًا في انخفاض قيمة تسخينه مقارنةً بزيت الوقود التقليدي.
-
اللزوجة والاستقرار: يتسم الزيت الحيوي باللزوجة، حيث تتراوح لزوجته بين 20 و1000 سنتبويز عند درجة حرارة 40 درجة مئوية. يمكن أن يؤدي عدم استقراره التأكسدي إلى البلمرة والتكتل، مما يزيد من اللزوجة والتقلب.
-
المخلفات الصلبة والملوثات: يمكن أن يحتوي الزيت الحيوي على ما يصل إلى 40% من المخلفات الصلبة والملوثات المختلفة، والتي يمكن أن تؤثر على جودته وقابليته للاستخدام. يجب إدارة هذه المواد الصلبة والشوائب لضمان الاستخدام الفعال للزيت الحيوي في مختلف التطبيقات.
التطبيقات والتحسين:
الزيت الحيوي غير مناسب مباشرة للاستخدام في محركات الاحتراق الداخلي القياسية بسبب محتواه العالي من الماء والحموضة واللزوجة. ومع ذلك، يمكن ترقيته من خلال عمليات مختلفة مثل التغويز لإنتاج الغاز التخليقي أو تكريره إلى وقود خاص للمحركات. وتعتبر إمكانية استخدامه في الحرق المشترك في محطات توليد الطاقة جذابة بشكل خاص بسبب شكله السائل الذي يسهل التعامل معه ونقله وتخزينه مقارنة بالكتلة الحيوية الصلبة.
وباختصار، يعد الزيت الحيوي وقودًا حيويًا واعدًا ولكنه معقد مشتق من الكتلة الحيوية، ويتميز بمحتواه العالي من الماء والمركبات العضوية. وتتطلب تركيبته وخصائصه الفريدة من نوعها معالجة ومعالجة دقيقة لتعظيم إمكاناته كبديل مستدام للوقود الأحفوري.
