ترجمه تخصصی شیمی

انرژی زیستی یکی از امیدبخش ترین منابع انرژی موجود به عنوان جایگزین سوخت های فسیلی است. بیودیزل، بیوهیدروژن، بیومتان، بیواتانول و نفت زیستی مهمترین منابع انرژی زیستی هستند که بطور عمده از موادی نظیر دانه های روغنی، پسماندهای کشاورزی و میکروارگانیسم ها مانند جلبک ها بدست می آیند[1,2]. اگرچه میکروارگانیسم ها بدلیل سازگاری بالا با شرایط مختلف زیستی و بهره وری بیشتر تولید، نسبت به سایر منابع تولید انرژی زیستی بیشتر مورد توجه هستند اما همواره چالش های مربوط یه برداشت و تبدیل آنها به سوخت زیستی به عنوان چالش های جدی در مسیر تجاری سازی این فرآورده ارزشمند مطرح بوده است. یافتن منبع زیستی با قابلیت برداشت و روش تبدیل تاحد امکان آسان و ارزان، کلید تجاری سازی انرژی زیستی است[3,4]. نفت زیستی، فرآورده ای است که از توده های زیستی طی فرآیندی به نام پیرولیز تولید می شود. پیرولیز، یک واکنش کراکینگ حرارتی در غیاب اکسیژن است که محصولات آن بصورت مایع (نفت زیستی)، گازی (بیوگاز) و جامد (بیوچار) بدست می آید[5]. عواملی همچون درصد بالای اکسیژن و نیتروژن، محتوای بالای آب و اسیدیته بالا موجب کاهش کیفیت نفت زیستی تولید شده از فرآیند پیرولیز می شوند. بمنظور افزایش کیفیت فرآورده تولید شده، از کاتالیست استفاده می شود. نوع و مقدار کاتالیست مورد استفاده از اهمیت بالایی برخوردار است[6,7]. بر این اساس فرآیند پیرولیز به دو نوع پیرولیز مستقیم و پیرولیز کاتالیستی تقسیم می شود. تا کنون مکانیسم واحدی برای واکنش های پیرولیز کاتالیستی ارائه نشده است[8]. برخی از محققان بر این باورند که پیرولیز کاتالیستی هیدروکربن ها از مکانیسم رادیکال های آزاد پیروی می کند در حالی که عده ای دیگر معتقدند این واکنش ها از مکانیسم یون کربونیوم که ناشی از مبادلات اسید و بازی بر اساس مدل لوری-برونستد است پیروی می کند اما از آنجا که پیرولیز کاتالیستی شامل واکنش های کراکینگ کاتالیستی و کراکینگ گرمایی است که هر دو از مکانیسم یون کربونیوم و مکانیسم رادیکال آزاد پیروی می‌کنند می توان گفت واکنش های پیرولیز کاتالیستی تابع هر دو نوع مکانیسم هستند[9].اغلب، کاتالیست ها را از ترکیب دو ماده شامل پایه و ارتقادهنده سنتز می کنند. این امر بطور محسوسی موجب بهبود عملکرد کاتالیست ها می شود. ترکیبات زئولیت، بیشترین کاربرد را به عنوان ماده پایه داشته و اکسیدهای فلزی نظیر اکسید مولیبدن، اکسید نیکل و اکسید کبالت از مهمترین مواد ارتقادهنده محسوب می شوند[10]. Jones و همکاران در سال 2009 مطالعه ای را بر روی تولید نفت زیستی از سه نوع توده زیستی ریزجلبک کلرلا با استفاده از کاتالیست زئولیت ترتیب دادند. آنان ادعا کردند استفاده از زئولیت موجب اکسیژن زدایی از ترکیبات آلی تولید شده در مرحله اول و تبدیل بهتر آنها به هیدروکربن های با ارزش حرارتی بالاتر می‌شود[11].

Bioenergy is one of the most promising energy sources that is expected to replace fossil fuels. Biodiesel, biohydrogen, biomethane, bioethanol, and biooil are the main sources of bioenergy that are mass extracted from oil seeds, agricultural wastes, and microorganisms like algae [1, 2]. While microorganisms receive more attention than other bioenergy sources thanks to their higher adaptability to different biological conditions and higher production performance, there are unsolved challenges in the way of harvesting and processing them and producing biofuel at a commercial level. The key to have a commercially viable bioenergy source is to find bio-sources with easy and inexpensive harvesting and processing methods [3, 4]. Biooil is a product that is obtained from biomasses and through a process called pyrolysis. Pyrolysis is a thermal cracking reaction without oxygen and the products are in liquid (biooil), gas (biogas), and solid (biochar) phases [5]. Factors such as high oxygen and nitrogen content, high water content, and high acidity decrease the quality of produced biooil through pyrolysis process. To improve the quality of the obtained product, catalysts are used. The Type and amount of a catalyst are two key factors [6, 7]. In this regard, pyrolysis process is categorized into direct pyrolysis and catalytic pyrolysis. No generally accepted mechanism has been introduced for catalytic pyrolysis reactions yet [8]. Some researchers believe that catalytic pyrolysis of hydrocarbon follows free radical mechanism; while some believe that these reactions follow carbonium ion mechanism in acid and alkali exchanges based on Bronsted-Lowry model. However, since catalytic pyrolysis includes catalytic cracking and thermal cracking, it follows both carbonium ion mechanism and free radical mechanism. One may say that catalytic pyrolysis reactions are functions of the both mechanisms [9]. In general, catalysts are synthesized based on the combination of two agents including the base and synthesis enhancer agents. This makes a notable improvement in catalysts’ performance. Zeolite compounds are the most common base agents and metallic oxides like molybdenum oxide, nickel oxide, and cobalt oxide are the main enhancers [10]. Jones et al. (2009) studied biooil production from three biomasses including chlorella micro-algae using zeolite catalyst. They found that zeolite deoxygenated the bio-compounds obtained in the first stage and converted them into hydrocarbons with a higher thermal value [11].