البيوإيثانول طاقة جديدة ومتجددة صديقة للبيئة من قش الأرز

كما نعلم أن قش الأرز يمثل مشكلة كبيرة لكثير من المزارعين ، مما يضطرهم الى حرقة مما يزيد من حجم التلوث فى الجو وبالتالى التسبب فى السحابة السوداء. ولقد سمعت عن إختراع جديد وهام قام بة أحد العلماء المصريين وهو الأستاذ الدكتور بهاء الدين طلعت شوقى الأستاذ الباحث بقسم كيمياء الكائنات الدقيقة ، شعبة بحوث الهندسة الوراثية والبيوتكنولوجى بالمركز القومى للبحوث بالقاهرة . والذى حصل على براءة الإختراع رقم 24507 لسنة 2009 عن إختراع وإبتكار: « طريقة وجهاز مُتَعَدد الإستعمالات للمُعَاملة الأولية للمواد اللجنوسليلوزية لتشجيع التحلل الإنزيمى اللاحق لإنتاج سكريات قابلة للتخمر إلى بيوإيثانول» ولقد أشرف سيادتة على حوالى 25 رسالة ماجستير ودكتوراة. وقام بنشر حوالى 75 بحث فى المجلات العلمية العالمية المتخصصة . وهوعضو فى العديد من الجمعيات والإتحادات و المنظمات العلمية الدولية مثل الإتحادالأمريكى للعلوم المتقدمة والجمعية الألمانية لعلوم الميكرو بيولوجى . وهو أيضا أستاذ زائر فى جامعة مارتن لوثر وجامعة هومبولدت وأكاديمية العلوم بالمانيا. وحاصل على منحة الفولبرايت كأستاذ زائر فى قسم الهندسة الكيميائية بجامعة إية آند إم بتكساس بالولايات المتحدة الامريكية. كما حصل على جائزة تنمية الإبتكار والإختراع فى مجال الطاقة الجديدة والمتجددة لعام 2009.
يقول د. بهاء :
تعتبر المخلفات الزراعية ثروة قومية مهدرة و التخلص منها بالحرق هو خطأ كبير . حيث أن هذا إهدار لطاقة متجددة يمكن التعامل معها بطريقة أفضل لو تم إستخدام التكنولوجيا الحيوية صديقة البيئة فى تحويلها إلى صورة أخرى للطاقة النظيفة الجديدة والمتجددة ألا وهى البيوإيثانول . و حيث أن هذة المخلفات الزراعية تقدر بنحو 35 مليون طن سنويا منها حوالى 4 مليون طن قش الأرز يشكل تراكمها مشكلة كبيرة فى تلوث البيئة خاصة السحابة السوداء التى تزورنا بإنتظام منذ عام 1999 خلال أكتوبر ونوفمبر . وأيا كان أسبابها سواء حرق مكشوف للمخلفات الزراعية والقمامة أو عادم السيارات أو الأنشطة الصناعية وغيرها فإن الحقيقة التى لا يمكن إنكارها هى أنة لا يوجد إستراتيجية علمية لإدارة المخلفات الزراعية فى مصر .
ويجب أن نعلم أن أكبر مخزون من المواد السكرية القابلة للتخمرفى الكرة الأرضية يوجد فى هذة المواد النباتية السليلوزية وبذلك فإن إنتاج البيوإيثانول هو تدوير للمواد الكربوهيدراتية الموجودة فى هذة المخلفات . لكن هناك عقبة رئيسية أمام الحصول على السكر من المخلفات الزراعية وهى أن هذة المخلفات مقاومة بدرجة كبيرة جدا للتحلل الإنزيمى . حيث أن تركيب الجدار الخلوى فى هذة المخلفات اللجنو سليلوزية يشبة الخرسانة المسلحة . وتمثل فية ألياف السليلوز أسياخ الحديد واللجنين الأسمنت الطبيعى . وعلية يكون التحلل الإنزيمى لهذة المواد بطيئ جدا . ومن ثم يكون من الضرورى تعريض هذة المخلفات اللجنو سليلوزية إلى معاملة أولية تعمل على زيادة قابليتها للتحلل الإنزيمى مما يؤدى إلى تحللها إلى مواد سكرية (جلوكوز وزيلوز ) وبعد ذلك يتم تخمرها بميكروبات خاصة تتحول على أثرها إلى بيوإيثانول.
وحتى الآن لا توجد طريقة معاملة أولية مؤثرة وكفء وإقتصادية يمكن تطبيقها على نطاق تجارى . بمعنى أن كل طرق المعاملات الأولية سواء كانت معاملات فيزيائية أوكيميائية أوفيزيائية كيميائية تعانى مشكلات أو قصور . فهى إما أن تكون مؤثرة ولكن غير إقتصادية أو تتم تحت ظروف قاسية تعمل على فقد جزء كبير من السكريات . بالإضافة إلى إنتاج مثبطات تعوق عملية التخمر
ولقد توصلت إلى إختراع وإبتكار طريقة جديدة فعالة وإقتصادية كمعاملة أولية للمخلفات اللجنو سليلوزية تسمى « طريقة إنفجار الألياف متعدد الإستعمالات » . وهى طريقة واعدة بالنسبة لإنتاجية السكر . حيث يمكن تحويل 90 % من السليلوز والهيميسليلوز فى هذة المخلفات إلى سكريات بسيطة قابلة للتخمر بالإضافة إلى أنها طريقة سهلة ونظيفة وصديقة للبيئة .
و هذا الإختراع عبارة عن جهاز متعدد الإستعمالات لجعل المخلفات الزراعية أكثر قابلية للتحلل الإنزيمى بحيث تتحول إلى سكريات بسيطة يمكن تخميرها إلى بيوإيثانول . وبذلك نحصل على وقود حيوى نظيف متجدد بديل للجازولين . وتعتمد الفكرة على معاملة قش الأرز معاملة فيزيائية كيميائية معا باستخدام عوامل انتفاخ وخفض بلورة السليلوز تكون مناسبة للتركيب البنائى للمادة اللجنوسليلوزية خاصة نسبة اللجنين بها وذلك بشكل متتابع على نفس الجهاز ونفس المادة اللجنوسليلوزية وفى نفس الوقت مما يؤدى الى الحصول على نسبة عالية من السكريات القابلة للتخمر تصل إلى حوالى 90 % من الجلوكوز النظرى مع تلافى تكوين مواد سامة أو مثبطة. وهذا ما يميزها عن الطرق السابقة من حيث الكفاءة والفاعلية والإقتصادية والنظافة وسهولة الإستخدام . ومن ثم يمكن تخمير هذة السكريات لتنتج حوالى 300 لتر بيوإيثانول لكل طن قش أرز جاف . وهذا الجهاز اسمة « جهاز إنفجار الألياف متعدد الإستخدامات» . ويتكون الجهاز من 4 وحدات رئيسية هى : 1 وحدة المفاعل وملحقاتة .
2 وحدة عوامل الانتفاخ وخفض بلورة السليلوز .
3 وحدة الصمامات .
4 وحدة الفلتر وخزان تخفيض الضغط ومن ثم يمكن استخدام هذا الإختراع فى تدوير المواد الكربوهيدراتية الموجودة فى هذة المخلفات النباتية . وذلك بإستغلالها فى إنتاج السكريات البسيطة التى يمكن تخميرها لإنتاج البيوإيثانول كوقود حيوى جديد و متجدد و نظيف وصديق للبيئة .
و الخطوة الأساسية ومفتاح العملية فى إنتاج الوقود الحيوى هى الحصول على السكر الذى يتم تخميرة بواسطة الكائنات الدقيقة إلى بيوإيثانول . والجديد والمهم إقتصاديا وبيئيا فى هذا الموضوع أننا لسنا بحاجة إلى إستخدام المحاصيل الزراعية مثل قصب السكر كما فى البرازيل أو الذرة كما فى الولايات المتحدة لإنتاج السكر وإنما تستخدم المخلفات الزراعية مثل قش الأرز لإنتاج السكر الذى يتم تخميرة إلى إيثانول كوقود حيوى (بيو إيثانول ) . وبذلك لا يكون هناك تنافس بين غذاء الإنسان والوقود . ولقد أصبح ما يسمى بمحاصيل الطاقة من مفردات اللغة فى هذا العصر وهى المحاصيل الغنية بالسليلوز والذى يقابلها لدينا بقايا وليس مخلفات المحاصيل الزراعية والتى تعتبر ذات قيمة إقتصادية عالية .
وبذلك يعتبر إنتاج البيوإيثانول كوقود نظيف جديد متجدد من المخلفات الزراعية حلا مثاليا لمشكلة الإستنزاف الجائر لإحتياطى البترول العالمى وذلك عن طريق إستبدال البترول تماما بالإيثانول كما فى البرازيل او خلط الإثنين معا بنسبة 15 % إيثانول ، 85 % بنزين كما فى أمريكا وأوروبا . وهذا يحل كثيرا من مشكلات تلوث البيئة التى يسببها الجازولين . ألا وهى عوادم السيارات (أكاسيد الكربون والنيتروجين والكبريت بالإضافة إلى الرصاص ومعادن ثقيلة أخرى تسبب أضرار بالغة بالجهاز التنفسى خاصة للأطفال وكبار السن .
وجدير بالذكر أن مشكلة السحابة السوداء فى مصر التى تزورنا بإنتظام منذ عام 1999 خلال أكتوبر ونوفمبر دون علاج ملموس سببها : 30 % من الحرق المكشوف لقش الأرز و 50 % من عادم السيارات و 20 % من الأنشطة الصناعية . وعلية فإننا نقدم العلاج العلمى والعملى للقضاء على السحابة السوداء بنسبة 80 % على الأقل وذلك عند إستخدام قش الأرز فى إنتاج البيوإيثانول وخلطة بنسبة 15 % مع البنزين . لذلك يجب على وزارة البيئة أن تقوم بمسؤلياتها فى هذا الخصوص فلم يعد الحفاظ على البيئة من التلوث ترفاً ، لما لة من مردود مباشر على صحة الإنسان وإنعكاس ذلك على قدرتة على العمل والتنمية.
ويضيف سيادتة :
يجب أن نسمى البيوايثانول (الإيثانول النباتى / السليلوزى) بالذهب الأخضر ، حيث يعتبر أهم وقود حيوى يسعى العالم كلة لإنتاجة من البقايا الزراعية للأسباب الآتية :
(1) البيوايثانول طاقة متجددة لا تفنى مثل البترول ، حيث ان البترول طاقة غير متجددة وسينضب رصيدة فى غضون 50 عام على أكثر تقدير . وقد يكون هناك بدائل مثل الطاقة الشمسية والرياح ولكن طاقة الكتلة الحية التى من ضمنها مخلفات المحاصيل الزراعية تكفى لإمداد العالم بالطاقة 10 مرات .
وتعتبر طاقة الكتلة الحية صورة من صور الطاقة الشمسية لإن النباتات تقوم بإمتصاص ضوء الشمس عن طريق الكلوروفيل وتقوم بإمتصاص الإملاح المعدنية من التربة ويتم تحويل ذلك فى النباتات الى مواد لجنوسليلوزية والتى عند تحللها تعطى مواد سكرية .
(2) يعتبر البيوإيثانول حل مثالى لمشكلة الإستنزاف الجائر لإحتياطى البترول العالمى ، لاننا سنستبدل البترول بالإيثانول أو نخلطهما معا بنسب معينة .
(3) البيوإيثانول هو صديق للبيئة ، حيث خلط الإيثانول مع الجازولين بنسبة 15 % سيؤدى الى خفض إنبعاثات عادم السيارات المتهم الأول فى ظاهرة الإحتباس الحرارى ، وبالتالى الحد من التغيرات المناخية خاصة إرتفاع درجة حرارة الكون ، والتى يمكن أن تؤدى الى ذوبان الجليد فى القطبين مما يهدد لإرتفاع مستويات المياة فى البحار والمحيطات وتعرض بعض المناطق الساحلية لطغيان مياة البحار .
(4) يقضى البيوايثانول على مشكلة السحابة السوداء وذلك يرجع لإشتعالة دون إنبعاثات ضارة ، حيث ان 50 % من ملوثات البيئة فى القاهرة الكبرى تنتج عن عادم السيارات الذى يتكون من غازات كربونية ونيتروجينية وكبريتية وأبخرة المواد الهيدروكربونية وأكاسيد الرصاص وغيرها ، وذلك كلة يؤدى إلى ظاهرة الإحتباس الحرارى و من ثم ظهور السحابة السوداء .
(5) وقود البيوإيثانول لة رقم أوكتين أعلى قوة من الجازولين ، ومعدل التحويل فى 1 لتر إيثانول يعطى طاقة مضافة تعادل 7 لتر جازولين ، كما أن لة سعة حرارية عالية تزيد من كفاءة موتور السيارة ، لذلك يستخدم كإضافة للجازولين لزيادة رقم الأوكتين .
(6) إنتاج البيوإيثانول من المخلفات الزراعية خاصة قش الأرز يقضى على حمى تحويل محاصيل الغذاء مثل الذرة والقمح وقصب السكر والبطاطا والبطاطس وغيرة إلى وقود حيوى وبذلك يفض الإشتباك بين الغذاء والوقود أو بين أمن الغذاء وأمن الطاقة . وعلية لن يكون تنافس بين غذاء الإنسان والوقود أى لا يكون أمن الطاقة على حساب أمن الغذاء وما يتبع ذلك من مردود سلبى على دول العالم الثالث ، حيث قالت الدول المتقدمة أننا لسنا مسؤولين عن إطعام شعوب كسالى .
ويوضح سيادتة:
لقد حان الوقت للمطالبة بإستراتيجية جديدة لإدارة المخلفات الزراعية فى مصر وإنتاج طاقة نظيفة جديدة متجددة. لذا نحن نطالب بمشروع قومى يشترك فية كل علماء مصر المتخصصين فى هذا المجال فى منظومة متكاملة ،كما يجب على رجال الاعمال أن يوجهوا إستثماراتهم لتبنى المساهمة الفعالة فى هذا المشروع القومى .
لذلك نرى أن الأمر يحتاج الى :
(1) الدعوة لتقليل الإعتماد على مصادر الطاقة التقليدية مثل البترول والغاز الطبيعى والفحم لا سيما بعد ارتفاع أسعارها واستبدالها بمصادر الطاقة المتجددة خاصة الوقود الحيوى لكى تقل إنبعاثات الغازات التى تعمل على رفع درجة الحرارة فى الكون وما ينتج عن ذلك من تغير المناخ وذوبان جليد القطبين وإرتفاع مناسيب المياة فى البحار والمحيطات وغمر العديد من الأراضى وخروجها من الخدمة الزراعية وتهجير أهلها وتلوث تربتها وتلوث خزانات المياة الجوفية بها . بمعنى ضرورة توطين تكنولوجيا الطاقة الجديدة والمتجددة الرخيصة الآمنة .
(2) النهوض بتكنولوجيا توليد الوقود الحيوى ( البيوايثانول ) من المخلفات الزراعية مع عدم المساس بالمحاصيل الزراعية حتى لا تتفاقم مشكلة الأمن الغذائى . ومن هنا أقترح أن يكون إنتاج البيوايثانول من المخلفات الزراعية مشروع قومى تشترك فية جهات عديدة مثل المركز القومى للبحوث ، الجامعات ، وزارة الدفاع ، وزارة الزراعة ، وزارة البيئة ، وزارة البترول ، وزارة الكهرباء والطاقة فى منظومة متكاملة . حيث يتم إنشاء مصنع عملاق يتكون من : أولا : قسم جمع وتجهيز المخلفات الزراعية ثانيا : قسم المعاملة الأولية حيث يتم فية إستغلال والإستفادة من جهاز إم إف إى إكس الذى قمت بإختراعة ثالثا :قسم التحلل الانزيمى رابعا :قسم التخمر خامسا : قسم المنتج النهائى البيوايثانول وذلك فى منظومة متكاملة يشترك فيها علماء مصر المتخصصون فى هذة المجالات من خلال إستراتيجية واضحة يلتزم بها الجميع وستكون النتيجة رائعة .
(3) يجب على رجال الأعمال أن يوجهوا استثماراتهم لتبنى البحوث الخاصة بهذا المجال الحيوى والإنفاق عليها إلى جانب ما يمكن أن تخصصة ميزانية الدولة من تمويل ملائم درءا لأخطارلم تعد بعيدة .
(4)أن يكون للعلم كلمة عليا فى حل مشاكلنا . ولابد من تضييق الفجوة بين البحث العلمى وصانعى القرار . فهو الطريق الصحيح لكى نجتاز المخاطر والمصاعب المقبلة .
(5 ) أن تكون هناك خطة قومية بقرار سياسى وتزامن جدولى على أعلى مستوى بالإعتماد على أنفسنا فى حل مشاكلنا المصيرية .