منابع تجدید پذیر شیمیایی به‌تدریج جایگزین مواد شیمیایی مشتق از فسیل می‌شوند. تقاضای مصرف‌کنندگان برای محصولات سازگار با محیط‌زیست و محدودیت‌های طولانی‌مدت برای تأمین منابع فسیلی، فرصت‌های جدیدی را برای منابع شیمیایی تجدیدپذیر بازکرده است. به همین دلیل است که امکان استفاده از زیستتوده به‌عنوان یک ماده اولیه شیمیایی به طور فعال در حال بررسی است.
در این مطلب موضوعات زیر را مطالعه خواهید کرد:
چه منابعی تجدید بپذیرند؟
منابع تجدیدپذیر شیمیایی منابعی هستند که می‌توانند به طور طبیعی در طول زمان دوباره ذخیره شوند. منابع تجدیدپذیر شیمیایی یا مواد شیمیایی مبتنی بر زیست مواد هستند. این مواد از منابع تجدیدپذیر مانند خوراک کشاورزی، ضایعات کشاورزی، محصولات زائد آلی، زیستتوده و میکروارگانیسم‌ها به دست می‌آیند. آنها در مقایسه با مواد شیمیایی مبتنی بر پترو معمولی، کربن کمتری بر جای می‌گذارند. این منابع به طور گسترده به‌عنوان یک جایگزین مستقیم استفاده می‌شوند. الکل اتیل (اتانول، الکل غلات، الکل نوشیدنی) از منابع تجدیدپذیر مانند غلات، رازک، ملاس و نشاسته برای مصرف هزاران ساله انسان به روش تخمیر تولید می‌شود. در اواسط قرن بیستم، با افزایش کراکینگ نفت برای ساخت بنزین و سوخت دیزل (اتیلن را به‌عنوان یک محصول جانبی تولید می‌کرد)، صنعت روش‌هایی را برای ساخت اتانول از اتیلن بکار برد.
این اتانول مصنوعی یا صنعتی به زودی جایگزین اتانول تجدید پذیر می شود. این محصول برای پردازش شیمیایی، به عنوان یک حلال و واسطه در تولید مواد دیگر استفاده می شود. به دلیل اینکه اتانول شناخته شده ترین و گرانترین سوخت تجدیدپذیر است، سایر مواد شیمیایی حاصل از نفت جایگزین این منابع می شوند. از برجسته ترین و امیدوارکننده ترین آنها می توان به ایزوبوتانول، 1،4-بوتاندیول، PET (پلی اتیلن ترفتالات) و PEF (پلی اتیلن فورانوات) اشاره کرد. برای برخی از این مواد جایگزینی جزئی از واحدهای مبتنی بر پترو حاصل شده است. به عنوان مثال اتیلن گلیکول از منابع تجدید پذیر، جایگزین اسید ترفتالیک مبتنی بر پترو می شود. توسعه فرآیندهای تجدیدپذیر نیاز به تخصص و صبر قابل توجهی دارد. تحقیقات مواد شیمیایی تجدیدپذیر بر روی روشهای تبدیل زیست توده متمرکز هستند که شامل روشهای شیمیایی و بیوشیمیایی می شوند.
منابع تجدیدپذیر چه اهمیتی دارند؟
منابع تجدید پذیر شیمیایی از زیست توده به دست می آیند. این منابع نقشی اساسی در جایگزینی منابع تجدید ناپذیر در بخشهای مختلف صنعتی را ایفا می کنند. نمونه های قابل‌توجهی از این مواد شامل سوختهای زیستی، پلیمرها و پلاستیکهای زیستی است. برخی از متداول ترین این منابع عبارتند از: لیگنین، همی سلولز، سلولز، نشاسته، کیتین و پروتئین، کربوهیدراتها، روغنها، عصاره های گیاهی و اسیدهای آمینه. بر اساس خواص، مواد شیمیایی تجدیدپذیر را می توان به پنج گروه مختلف الکلها (مانند متانول و اتانول)، پلیمرها (مانند پلی لاکتیک اسید یا PLA، پلی اتیلن پایه زیستی و پلی هیدروکسی آلکانوات یا PHA)، اسیدهای آلی (مانند اسید فرمیک، اسید استیک و اسید گلیکولیک)، کتونها (مانند استون و متیل اتیل کتون) و سایر مواد مانند 1، 4-بوتاندیول، 1، 3-پروپاندیول، و Bio-BDO تقسیم کرد.
این مواد نوآورانه به طور قابل‌توجهی به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کنند کارایی منابع را ارتقا می‌دهند و راه را برای توسعه یک اقتصاد قوی مبتنی بر زیست هموار خواهند کرد. آنها از مواد اولیه تجدیدپذیر مانند زباله‌های کشاورزی، جلبک‌ها و روغن‌های گیاهی استفاده می‌کنند و جایگزینی سبزتر و پایدارتر برای مواد شیمیایی مبتنی بر نفت هستند. منابع تجدید پذیر شیمیایی ردپای زیستمحیطی کمتری نسبت به پتروشیمی‌های سنتی باقی می‌گذارند. این مواد از مواد اولیه تجدید پذیر تولید می‌شوند و می‌توان از آنها برای تولید محصولات جدید استفاده کرد.
کاربرد منابع تجدید پذیر برای تولید مواد شیمیایی
تولید بیوتکنولوژیکی سوخت و مواد شیمیایی از منابع تجدیدپذیر راهی جذاب برای حرکت از اقتصاد مبتنی بر نفت فعلی به اقتصاد سبز مبتنی بر زیستتوده است. اخیراً مواد اولیه‌ای که می‌توانند برای تبدیل زیستی یا تخمیر استفاده شوند به زیستتوده گیاهی، زیستتوده میکروبی و ضایعات صنعتی گسترش یافتند. چندین میکروب برای تولید مواد شیمیایی از منابع تجدیدپذیر (منابع تجدیدپذیر شیمیایی) مهندسی شدند که در میان آنها اشریشیا کلی یکی از بهترین موارد موردمطالعه است. تلاش زیادی برای مهندسی E. coli برای تولید سوخت و مواد شیمیایی از منابع مختلف تجدید پذیر انجام گرفت. گرمایش جهانی ناشی از انتشار گازهای گلخانه‌ای از صنعت پتروشیمی و سوزاندن سوختهای فسیلی به یک مشکل جدی برای بشریت تبدیل شد. تولید بیوتکنولوژیکی سوخت‌ها و مواد شیمیایی در دهه‌های اخیر به دلیل شرایط واکنش ملایم موردنیاز و ویژگیهای سازگار با محیط‌زیست فرایندهای تولید، توجه فزاینده‌ای را به خود جلب کرد.
سوالات متداول منابع تجدید پذیر در تولید مواد شیمیایی
۱- نقش بیودیزل در تولید مواد شیمیایی چیست؟
بیودیزل جزو منابع تجدید پذیر شیمیایی و جایگزین بالقوه برای سوخت دیزل مبتنی بر نفت است. این ماده زیستتوده تجدیدپذیر عمدتاً از طریق ترانس استریفیکاسیون تری اسیل گلیسرول (TAGs) با کاتالیز قلیایی از روغن‌های گیاهی به دست می‌آید.
۲- نقش محصولات طبیعی به‌عنوان منابع تجدیدپذیر شیمیایی چیست؟
محصولات طبیعی از متابولیسم ثانویه باکتریها، قارچها و گیاهان به دست می‌آیند. این محصولات توجه زیادی را در تولید منابع تجدید پذیر شیمیایی به خود جلب کردند. کاربردهای مهم آنها در صنعت و کشف دارو، محصولات طبیعی را به منبعی ارزشمند برای انسان تبدیل می‌کند.
۳- فواید میکروبها در تولید منابع تجدیدپذیر شیمیایی چیست؟
باتوجه‌به ویژگیهای کشت ساده، رشد سریع، ابزارهای ژنتیکی و دانش بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی، E. coli برای تولید الکلها (منابع تجدیدپذیر شیمیایی)، اسیدهای آلی، بیودیزل و هیدروژن با استفاده از مواد اولیه ارزان‌قیمت مهندسی شده است.
۴- نقش مصرف‌کنندگان در تولید منابع تجدید پذیر شیمیایی چیست؟
تقاضای مصرفکننده برای محصولات از منابع تجدیدپذیر می‌تواند باعث رشد بازار مواد شیمیایی تجدیدپذیر و کاهش استفاده از سوختهای فسیلی شود. نگرانیهای زیستمحیطی، استفاده از محصولات مبتنی بر زیستتوده را تسریع می‌کند
۵- تعریف کلی منابع تجدید پذیر شیمیایی چگونه است؟
منابع تجدید پذیر شیمیایی، مواد شیمیایی مشتق از مواد اولیه تجدیدپذیر مانند زیستتوده (گیاهی، حیوانی و دریایی)، مواد خام کشاورزی و میکروارگانیسم‌ها هستند. انتظار می‌رود بازار جهانی مواد شیمیایی تجدیدپذیر تا سال ۲۰۲۴ به میلیاردها دلار برسد.
