بسبب عدم استدامة مصادر الوقود المستخرجة من النفط وضررها على البيئة وغلائها المتزايد مع تناقص مواردها، ومع تزايد التحذيرات من خطر استخراج الوقود الحيوي من النباتات التي تشكل بالأساس مصدر الغذاء، وعدم قدرة مصادر الطاقة المتجددة (الشمس والرياح والأمواج و...) على التعويض عن الوقود الأحفوري (بسبب وجود المحركات التي تعمل على هذا النوع من الوقود)، بدأ البحث عن مصادر أخرى أكثر دواماً وأقل ضرراً للبيئة وأقل تكلفة.

بعد أن تقرأ هذا المقال ستجد أنه من السهل أن تحول كمية قليلة من الزيت إلى ديزل حيوي قابل لتشغيل أي محرك ديزل، وذلك بمعدات بسيطة كزجاجة العصير التي يمكن أن تعمل كوعاء تفاعل مثلا، وبهذه الكميات البسيطة يمكنك صقل أسلوبك الخاص وإجراء تجارب عديدة على أنواع من الزيوت، وبعد أن تكتسب الخبرة يمكنك الانتقال إلى كميات أكبر وأنواع متعددة من الزيت.

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

الديزل الحيوي

Biodiesel

Biodiesel

الغليسرين

Glycerin

Glycérine

جليسيريدات أحادية

Mono-glycerides

Mono-glycérides

جليسيريدات ثنائية

Di-glycerides

Di-glycérides

جليسيريدات ثلاثية

Triglycerides

Tri-glycérides

القطرونة (هيدروكسيد الصوديوم)

Lye (Sodium hydroxide)

Soude (hydroxyde de sodium)

الميثانول

Methanol

الكحول الآيزوبروبيلي

Isopropyl alcohol

alcool isopropylique

محلول الفينول

Phenolphthalein solution

المعايرة

Titration

الميثوكسيد

 Methoxide solution

Methoxide

متعدد ايثيلين عالي الكثافة

High-density polyethylene (HDPE)

المبدأ هو معالجة الزيت النباتي (سواء كان جديداً أو مستعملاً) كيميائياً ليتحول إلى وقود ديزل حيوي رقيق (قليل اللزوجة) بشكل كاف ليعمل ضمن نظام حقن الوقود في محركات الديزل العادية. هذه المعالجة تحول الزيت إلى نوعين من المركبات:

·        الديزل الحيوي والذي يشارك الزيت في قابليته للاحتراق،

·        الغليسرين الذي يعطي للزيت سماكته ولزوجته.

بعد فصل الغليسرين عن الديزل الحيوي يمكنك استخدام هذا الوقود في أي محرك ديزل بدون أي تعديل.

عندما تصنع عدة دفعات من الديزل الحيوي وتكتسب الخبرة في عمله فيمكنك الانتقال إلى عمل منشأة صغيرة ثم إلى كبيرة من أجل معالجة كميات أكبر من الزيت، ومبدأ عمل هذه المنشآت لا يختلف عن صنع كمية قليلة كما في مقالنا هذا.

الزيوت النباتية عبارة عن جليسيريدات ثلاثية، بمعنى أن جزيء الزيت مؤلف من الغليسرين بشكل أساسي مع  ثلاث أحماض دهنية متصلة معه مشكلة ما يشبه حرف E.

لصنع الديزل الحيوي نضيف القطرونة (هيدروكسيد الصوديوم) والميثانول. تحطم القطرونة الكاوية الروابط بين الأحماض الدهنية والغليسرين، بعد ذلك تتحد هذه الأحماض الدهنية مع الميثانول مشكلة استرات حمضية دهنية أو ما يسمى بـالديزل الحيوي، أما الغليسرين الحر فهو أثقل لذلك يستقر في الأسفل تاركاً الديزل الحيوي مع القطرونة في الأعلى.

بعد غسل الطبقة العلوية للتخلص من القطرونة نحصل على الديزل الحيوي الصافي. بيد أن الأمر ليس بهذه السهولة دائماً، فبعض جزيئات الجلسريدات الثلاثية قد لا تتفكك بشكل كامل، ويتشكل عندئذ جلسيريدات أحادية أو ثنائية عوضاً عن الغليسرين الحر، بالإضافة إلى أن القطرونة قد تتحد مع الماء والزيت مشكلة الصابون. قد تمنع كل هذه المركبات تشكل الديزل الحيوي الصافي، وبالتالي عدم إمكانية استخدامه في المحركات. تحدث هذه المشكلة بشكل أوضح عند معالجة الزيت المستخدم الذي قد يضم أيضاً الدهون الحرة وفتات الطعام وغيرها...

يمكن حل هذه المشكلة بإعادة معالجة الكمية مرة أخرى بنفس الخطوات، وفي بعض الحالات قد تفسد الخلطة تماماً (هذا لا يعني أن نرمي الخلطة ولكن يمكن تحويلها إلى صابون)، ولكن مع اكتساب الخبرة بطريقة الإعداد وبأنواع الزيوت فإن هذه الحالات سوف تختفي.

المادة

الكمية

الدور

زيت نباتي

لتر واحد او أكثر ويمكنك مضاعفة الكمية ولكن باستخدام وعاء أكبر

(جديد أو مستعمل)، وإذا اخترت المستعمل فحاول أن تحصل على كميات من أنواع زيوت مختلفة من مصادر مختلفة.

ميثانول

زجاجة واحدة

 يمكنك الحصول عليه من متجر المواد الكيميائية أو من محطات وقود السيارات.

قماش قطني

للتصفية

كحول ايزوبروبيلي

10 مليلتر

لعمل محلول معايرة.

هيدروكسيد الصوديوم

Lye

5 إلى 10غرام

أو هيدروكسيد البوتاسيوم وهو أسهل في الاستخدام.

ورق عباد الشمس الخاص بمعايرة درجة الحموضة pH أو مقياس الكتروني لدرجة الحموضة.

محلول الـفينول

وهو متوفر في متاجر الكيميائيات أو في مواد المخابر المدرسية

شريط ورق لاصق

لوضع التسميات

ماء مقطر

4 إلى 8 لتر

خل

الأداة

العدد

الدور

زجاجة 2 لتر

2

بلاستيكية أو زجاجية ذات فتحة كافية للصب ولإدخال المواد.

سطل

1

مقياس درجة حرارة

1

سخان كهربائي

1

قمع

1

جرة زجاجية

3 أو أكثر

قطرميز أو مرطبان

قفازات

1

قلم للتعليم

1

وعاء قياس حجمي مرقم

1

(قادر على قياس 220 مليلتر) و1 لتر من الزيت

ميزان غرامي

1

قِدر

1

خِرق قماشية

نظارات حماية

1

ملعقة

1

محاقن

Syringes

2

أو قطارة عين ذات مقياس 10 مليلتر وبتقاسيم لا تتجاوز 0.2 مليلتر

بالرغم من أن التعامل مع الديزل الحيوي وتخزينه آمن، لكن المشكلة ومصدر الخطر يكمن في عملية التخمير المنزلي لهذا الوقود التي تتضمن مواداً كيميائية سامة وحارقة وقابلة للاشتعال، بالإضافة إلى استخدام الكحول والصودا الكاوية أو القطرونة (هيدروكسيد الصوديوم NaOH) وغيرها... يجب التعامل مع هذه المواد بحذر شديد ومن أجل الحماية تتبع النصائح التالية:

·       لا تستخدم الموقد الغازي في مراحل هذا المشروع. استخدم موقد كهربائي فقط.

·       ضع لصاقات بأسماء المركبات الكيميائية على العبوات التي تحتويها وأغلقها بشكل جيد، وأبقها بعيداً عن متناول الأطفال. وعند التعامل مع الميثانول والقطرونة استخدم القفازات المصنوعة من النتريل أو الـ PVC  ونظارات السلامة والبس أكماما طويلة.

·       اغسل القفازات بعد كل استعمال، وحاذر أن تلامس المواد الكيميائية الجلد أو العينين، وأبق خرطوم مياه قريباً منك لتغسل به نفسك عند حدوث ذلك.

·       الميثانول قد يمتص من طرف الجلد، لذلك اغسله بالماء فوراً وبشكل جيد في حال حدوث أي تلامس مع الجلد.

·       في حال حدوث تلامس القطرونة مع العين فاغسلها فوراً وبغزارة بالماء أو بالخل.

·       أبخرة الميثانول سامة لذلك ارتدي قناعاً أو احبس أنفاسك أثناء التعامل معها، واعمل خارج المنزل أو في مكان مهوى.

إذا كنت تستخدم زيتاً جديداً فتجاهل هذه المرحلة وانتقل مباشرة إلى المرحلة رقم 2. أما إن كنت تستخدم زيتاً مستعملاً من مطعم مثلاً فقد يحتوي على فتات طعام وماءاً وأحماضاً دهنية حرة وملوثات بحاجة إلى إزالة وضبط، كما أن الأحماض الدهنية تجعل الزيت حمضياً (أو زنخاً) مما يخفض التأثير القلوي للقطرونة.

يمكن تعويض ذلك عن طريق إضافة المزيد من القطرونة أثناء التفاعل لاحقاً، ولكن هذا يحتاج إلى إجراء اختبار معايرة للزيت مسبقاً لمعرفة مقدار القطرونة الواجب إضافتها.

* نبدأ بلتر واحد من الزيت أو أكثر (الخطوات التالية ستقلل حجم الزيت المطلوب).

* سخن الزيت للدرجة 35 مئوية (95 فهرنهايت) بواسطة لوح سخان كهربائي (لا تستخدم الموقد الغازي هنا أو في أي مكان آخر في هذا المشروع).

* بعد ذلك قم بتصفية الزيت عن طريق عدة طبقات من قماش قطني موضوعة في قمع (ويمكنك استخدام مصفاة القهوة أيضا).

·       سخن الزيت للدرجة 60 مئوية (140 فهرنهايت) وحافظ على هذه الدرجة لمدة 15 دقيقة.

·       بسبب اختلاف نسبة الكثافة بين الماء والزيت فإن الماء سيكون في أسفل الوعاء والزيت في أعلاه، هذا سيسبب خطر انفجار بخار الماء في حال زادت درجة الحرارة بشكل كبير.

·       صب الزيت في وعاء آخر واتركه ليستقر لمدة 24 ساعة. هذا سيزيل الماء من الزيت الذي قد يؤدي إلى إنتاج الصابون.

·       الماء في الأسفل سيكون وسخاً وغير صاف، لذلك عند صب الزيت في وعاء آخر كن حذراً أن لا تصب الماء معه.

نصنع محلول اختبار عياري وهو محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 0.1%، وذلك بخلط غرام واحد من القطرونة بلتر واحد من الماء المقطر أو بأي نسب مماثلة.

ملاحظة: يمكن استخدام هذا المحلول في الاختبار لكميات أخرى أيضا.

في وعاء صغير حل 1 مليلتر من الزيت الدافئ في 10 مليلتر من الكحول الآيزوبروبيلي .

حرك المزيج حتى يصبح صافياً، ثم ضع قطرتين من محلول الفينول.

·       باستخدام حقنة مرقمة أو قطارة ضع محلول الاختبار العياري قطرة قطرة في محلول الزيت والكحول مع مراقبة الكمية المضافة، وكلما كان الزيت حامضياً كلما زاد مقدار القطرات الواجب إضافتها.

·       حرك بثبات مع الاستمرار في إضافة محلول الاختبار (المعايرة) حتى يصبح لون المزيج زهرياً ويبقى زهرياً لعشر ثوان.

ملاحظة: هذه العملية تسمى المعايرة وهي العملية القياسية لتحديد مقدار الحموضة في محلول.

قم أولاً بحساب مقدار القطرونة الذي ستحتاجه:

·        إذا كنت تستعمل زيتاً جديداً فإنك ستحتاج 5 مليغرام من القطرونة (أي هيدروكسيد الصوديوم) أو 7 ميلغرام من هيدروكسيد البوتاسيوم لكل لتر من الزيت.

·        أما إن كنت تستعمل زيتاً مستعملاً فأضف للكمية السابقة غراماً واحداً لكل مليلتر من المحلول الذي استخدمته في المعايرة في الخطوة ج.

كمثال على ذلك:

إذا احتجت 1.5 مليلتر من محلول المعايرة ليصبح المزيج زهرياً فـاستخدم 6.5 غرام من القطرونة (هيدروكسيد الصوديوم) أو 8.5 غرام من هيدروكسيد البوتاسيوم.

·       ضع القطرونة بعد حساب الكمية اللازمة في وعاء زجاجي (مرطبان) نظيف وشفاف.

·       أضف 220 مليلتر من الميثانول وغط الوعاء بإحكام لمنع أي تسرب.

·       رج الوعاء بلطف ليتم حل القطرونة بشكل كامل، هذه العملية قد تحتاج عدة دقائق وقد يصبح الوعاء أثناء ذلك دافئاً قليلاً.

ملاحظة 1: هذا الخليط يسمى ميثوكسيد وهو مركب خطر لذلك يجب غسل غطاء الوعاء بشكل جيد بعد الانتهاء من العمل لأن الميثوكسيد قد يخرب ختم الغطاء.

ملاحظة 2: بعض الأشخاص يقومون بتحضير الميثوكسيد مسبقاً ويخزنونه في أوعية بلاستيكية من النوع #2HDPE (متعدد ايثيلين عالي الكثافة القابل لإعادة التدوير).

·       سخن الزيت إلى الدرجة 55 مئوية (130 فهرنهايت تقريباً) واتركه ليبرد قليلاً إذا ارتفعت درجة الحرارة أكثر من ذلك.

·       صب الزيت في وعاء أكبر وأضف محلول الميثوكسيد عليه.

·       قم بتغطية الوعاء بإحكام وقم برجه بقوة لخمس دقائق تقريباً.

·       قد يتغير لون المزيج عدة مرات أثناء ذلك.

·       ضع المزيج جانباً وانتظر.

·       خلال نصف ساعة تقريباً سوف تلاحظ تكون طبقة داكنة ووسخة من الغليسرين قد بدأت تترسب أسفل الوعاء، وطبقة أكبر وأخف هي طبقة  الديزل الحيوي ارتفعت إلى أعلى.

·       ضع الوعاء بوضعية تسهل عليك فصل الديزل عن الغليسرين أثناء صبه فيما بعد.

·       اترك المزيج ليستقر طوال الليل.

يحوي الوعاء الآن: الديزل الحيوي، والغليسرين، وجليسريدات أحادية وثنائية، وصابون، وميثانول، وقطرونة، ويحتمل وجود بعض الجليسريدات الثلاثية المتبقية أيضا.

·       الجليسريدات كلها قابلة للذوبان في الزيت لذلك ستكون غالباً أعلى طبقة الديزل الحيوي، أما الغليسرين فقابل للذوبان في الماء وسوف يترسب أسفل الوعاء.

·       اعتماداً على نوع الزيت الذي تستخدمه والمادة المحفزة (القطرونة أو هيدروكسيد البوتاسيوم) والتي قد تكون سائلة أو صلبة فإن الصابون والميثانول والقطرونة والتي هي أيضاً قابلة للذوبان في الماء سوف تختلط عبر كافة الطبقات، كما أن الصابون قد يشكل طبقة خاصة بين الديزل الحيوي والغليسرين.

·       إذا نتج لديك أكثر من طبقتين أو طبقة واحدة فقط فإن هناك خطأ ما، ربما بسبب الصابون الزائد أو تشكل الجليسريدات الأحادية، وكلاهما من المستحلبات، وقد يؤديان إلى منع انفصال الديزل الحيوي. وفي حال حدوث ذلك قم بمراجعة مقاييسك وحساباتك ودرجة الحرارة، ويمكنك إعادة العملية بإضافة المزيد من الميثوكسيد، أو قم بتغير الزيت ورج العبوة بقوة أكبر هذه المرة.

·       قطرات الغليسرين في الديزل الحيوي قد تسبب انسداد مصافي الوقود في المحرك، كما أن وجود الصابون يمكن أن يشكل الرماد الذي من شأنه أن يلحق الضرر بالحاقن، كما يمكن أن تخرش القطرونة معدن الحاقن أيضا. وفي الوقت نفسه، فإن أبخرة الميثانول السامة والقابلة للاشتعال تجعل تخزين وقود الديزل الحيوي خطيراً. لذلك يجب إزالة هذه الملوثات من الديزل الحيوي قبل استخدامه.

·       إذا تركت الديزل الحيوي ليستقر دون عوائق لعدة أسابيع فإن هذه الشوائب القابلة للذوبان في الماء سوف تنفصل ببطء عن الديزل الحيوي (باستثناء الميثانول). غسل الديزل الحيوي بالماء يزيل الشوائب الضارة، بما في ذلك الميثانول بسرعة أكبر بكثير.

·       للأسف فإن الغسيل لا يزيل المواد المنحلة بالزيت. تحدث هذه المشكلة في حالات نادرة عندما تتبلور أنواع محددة من الجليسريدات الأحادية، وعند استخدامها في المحركات قد تسبب انسداداً في مصافي الوقود والمحاقن وتؤدي إلى صعوبة إقلاع المحرك خصوصاً في الطقس البارد.

·       يحوي الديزل الحيوي التجاري العالي النوعية على نسب منخفضة من الجليسريدات الأحادية والمركبة، وكلما زادت خبرتك في صناعة هذا الوقود استطعت الاقتراب من مواصفات الديزل الحيوي التجاري.

·       يمكنك اختبار وقودك بإعادة المرحلة رقم 1 مرة ثانية، فإذا ترسب الغليسرين فإن عملك يحتاج إلى المزيد من الإتقان.

صب طبقة الوقود الحيوي من الأعلى في وعاء آخر مع الحذر من صب أي كمية من الغليسرين التي قد تؤدي إلى صعوبات في الغسيل حتى لو تركت بعض الديزل في الوعاء مع الغليسرين.

أضف كمية قليلة من الماء المقطر الدافئ بلطف إلى الديزل الحيوي.

اقلب الوعاء رأساً على عقب مرات عدة حتى يبدأ الماء بسحب القليل من الصابون الأبيض، وهذه العملية تستغرق عدة دقائق.

لا تهز الوعاء بقوة فنحن نريد أن يتلامس الماء مع الوقود بدون أن يختلطا، فالمبالغة بالهز قد تشكل مستحلباً مستقراً غير قابل للفصل.

·       اقلب الوعاء رأساً على عقب وافتح الغطاء قليلاً فاتحاً المجال أمام الماء والصابون للخروج من الوعاء.

·       أضف قليلا من الماء الدافئ مرة أخرى وكرر عملية الخض والتفريغ، في كل مرة سيكون الصابون أقل وبإمكانك الخض بقوة أكبر.

·       إذا ظهرت طبقة شاحبة اللون من المستحلب فلا تهدرها لأنها غالباً تحوي الديزل واستمر بعملية الغسيل والتفريغ حتى يصبح الماء صافياً وينفصل بسهولة.

·       هذه العملية تستهلك الكثير من الماء، ولكن إذا لم تحصل على نتيجة جيدة فحاول زيادة درجة الحرارة قليلاً ثم أضف الملح والخل بالترتيب.

·       عندما تنتهي من عملية الغسيل اترك الديزل ليجف في الهواء حتى يصبح صافياً تماماً، تستغرق هذه العملية يومين تقريباً، وكلما كانت عملية الغسيل متقنة كلما كان الديزل صافياً.

·       أما إن كنت مستعجلاً فيمكنك تسريع العملية بتسخين الديزل قليلاً ليتبخر الماء الذي فيه وتستمر بالتسخين حتى يصبح صافياً.

·       عندما يصبح الديزل صافياً بحيث يمكنك قراءة الجريدة من خلال الوعاء فهو بذلك أصبح جاهزاً للاستخدام.