زيت نباتي معالج بالهيدروجين

الزيت النباتي المعالج بالهيدروجين ( HVO ) هو وقود حيوي يُصنع عن طريق التكسير الهيدروجيني أو الهدرجة للزيوت النباتية أو الدهون الحيوانية . يعمل التكسير الهيدروجيني على تكسير الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر باستخدام الهيدروجين، بينما تعمل الهدرجة على إزالة الروابط المزدوجة بإضافة الهيدروجين إلى الجزيئات. يمكن استخدام هذه الطرق لإنتاج بدائل للبنزين والديزل والبروبان والكيروسين وغيرها من المواد الكيميائية الأولية . يُشار أحيانًا إلى وقود الديزل المُنتج من هذه المصادر باسم الديزل الأخضر أو ​​الديزل المتجدد .

يختلف وقود الديزل الناتج عن المعالجة الهيدروجينية عن وقود الديزل الحيوي المصنوع من خلال عملية الأسترة .

معظم الزيوت النباتية والحيوانية هي دهون ثلاثية ، مناسبة للتكرير. تشمل المواد الخام المستخدمة في التكرير " زيت الصنوبر ، [...] زيت النخيل المستخرج من الحمأة ، زيت الطهي المستعمل [[ 1 ] : 8​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​^{​​​​​}

ينتج نوع من الطحالب، وهو Botryococcus braunii ، نوعًا مختلفًا من الزيت، يُعرف باسم التريتربين ، والذي يتم تحويله إلى ألكانات من خلال عملية مختلفة.

يجري البحث في استخدام زيت الحشرات كمادة خام لإنتاج الزيوت النباتية المعالجة بالهيدروجين. يُستخلص هذا الزيت من يرقات الحشرات، وخاصة يرقات ذبابة الجندي الأسود ( Hermetia illucens )، عادةً بعد عملية تجفيف أولية. ثم تُخضع الدهون المستخلصة لعملية هدرجة تحفيزية لإنتاج وقود بارافيني بخصائص مشابهة لخصائص وقود الديزل الأحفوري. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

تُستخدم الدهون الحيوانية أيضًا كمواد خام لإنتاج الزيوت النباتية المعالجة بالهيدروجين. ويمكن استخلاص هذه الدهون من خلال ثلاث طرق صناعية رئيسية: التسييل الجاف، والتسييل الرطب، والتسييل الرطب بدرجة حرارة منخفضة. وتُنتج عملية التسييل الرطب بدرجة حرارة منخفضة، التي تتضمن تسييل الدهون عند درجة حرارة 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) أو أقل ، دهونًا حيوانية أكثر ملاءمة لإنتاج الوقود الحيوي. ومن خلال الحد من التحلل الحراري، تُقلل هذه العملية من تكوين المركبات النيتروجينية مثل الأميدات والأمينات والأمونيا، والتي عادةً ما تكون أكثر وفرة في الدهون المنتجة عن طريق التسييل الجاف. وتُعتبر هذه المركبات النيتروجينية غير مرغوب فيها لأنها قد تُسمم المحفزات المستخدمة خلال مرحلة المعالجة بالهيدروجين في تصنيع الوقود الحيوي. ^{[ 5 ]}  

قد تشمل المواد الأولية المستخدمة في المعالجة الهيدروجينية أيضًا الإسترات التي يتم الحصول عليها من عملية تبادل الإسترات لإسترات الأحماض الدهنية أو عملية أسترة الأحماض الدهنية الموجودة في الزيوت النباتية والدهون الحيوانية. ^{[ 6 ]}

يُصنع كل من وقود الديزل المُهدرج (الديزل الأخضر) والديزل الحيوي من نفس المواد الأولية، مثل الزيوت النباتية أو الدهون الحيوانية. ^{[ 8 ]} ومع ذلك، تختلف تقنيات المعالجة والتركيب الكيميائي لكل منهما. يُعرف التفاعل الكيميائي الشائع الاستخدام لإنتاج الديزل الحيوي باسم عملية الأسترة التبادلية . ^{[ 9 ]}

ينتج عن إنتاج وقود الديزل الحيوي أيضاً الجلسرين، لكن إنتاج زيت HVO لا ينتج عنه ذلك.

نشرت شركة نيستي الفروقات بين وقود الديزل الحيوي ووقود الديزل المتجدد (HVO)، والتي تم تلخيصها في الجدول أدناه. ^{[ 10 ]}

تُجرى مراحل مختلفة من تحويل الوقود الهيدروكربوني المتجدد المُنتَج عن طريق المعالجة الهيدروجينية في جميع أنحاء قطاع الطاقة. ومن الأمثلة التجارية على تكرير الزيوت النباتية ما يلي:

• ريبسول نيكسا قابلة للتجديد بنسبة 100% ^{[ 11 ]}
• نيست نيكست بي تي إل
• تقنية توبسو هيدروفليكس ^{[ 12 ]}
• تقنية أكسينز النباتية ^{[ 13 ]}
• H-Bio ، عملية ConocoPhilips ^{[ 14 ]}
• عملية التكرير البيئي UOP / Eni . ^{[ 15 ]}

تُعدّ نيستي أكبر مُصنِّع، إذ تُنتج حوالي 3.3 مليون طن سنويًا (2023). ^{[ 16 ]} أنجزت نيستي أول مصنع لها بتقنية NExBTL في صيف 2007، والثاني في عام 2009. وخططت بتروبراس لاستخدام 256 ميجالتر (1,610,000 برميل) من الزيوت النباتية في إنتاج وقود H-Bio في عام 2007. وتُعالج كونوكو فيليبس 42,000 جالون أمريكي يوميًا (1,000 برميل/يوم) من الزيوت النباتية. ومن بين الشركات الأخرى العاملة في مجال تسويق وتصنيع الهيدروكربونات المتجددة والوقود الحيوي: نيستي، وREG Synthetic Fuels، وENI، وUPM Biofuels، وDiamond Green Diesel، التي تُقيم شراكات مع دول في جميع أنحاء العالم. أفاد مصنّعو هذه الأنواع المتجددة من الديزل بانخفاض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنسبة تتراوح بين 60 و95% مقارنةً بالديزل الأحفوري، ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} فضلاً عن خصائص تدفق أفضل في درجات الحرارة المنخفضة للعمل في المناخات الباردة. ^{[ 17 ]} إضافةً إلى ذلك، يمكن استخدام جميع أنواع الديزل الصديقة للبيئة هذه في أي محرك ديزل أو بنية تحتية دون الحاجة إلى تعديلات ميكانيكية كبيرة ^{[ 20 ]} وبأي نسبة مع أنواع الديزل المشتقة من البترول. ^{[ 17 ]}  

يُعدّ الديزل المتجدد المُستخرج من الزيوت النباتية بديلاً متزايداً للبترول. ^{[ 21 ]} استهلكت أساطيل النقل في كاليفورنيا أكثر من 200 مليون جالون أمريكي (760,000 متر ^مكعب ) من الديزل المتجدد في عام 2017. ويتوقع مجلس موارد الهواء في كاليفورنيا أن يتجاوز استهلاك الوقود في الولاية ملياري جالون أمريكي (7,600,000 متر مكعب) خلال السنوات العشر القادمة، وذلك بموجب متطلبات معيار الوقود ^منخفض الكربون . وتشير التقارير إلى أن أساطيل النقل التي تعمل بالديزل المتجدد من مختلف المصافي ومصادر الوقود الخام تشهد انخفاضاً في الانبعاثات، وتخفيضاً في تكاليف الصيانة، وتجربة قيادة مماثلة تقريباً عند استخدام هذا الوقود. ^{[ 22 ]}    

أُثيرت عدة تساؤلات حول استدامة زيت الوقود الحيوي المهدرج (HVO)، لا سيما فيما يتعلق بمصادر المواد الدهنية الأولية. فالزيوت المستعملة، كزيت الطهي المستعمل ، مورد محدود، ولا يمكن زيادة استخدامها إلى ما بعد حد معين. علاوة على ذلك، فإن الغالبية العظمى من زيت الطهي المستعمل (UCO) تُجمع وتُستخدم بالفعل في سلسلة من العمليات الحرارية والكيميائية لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ^{[ 23 ].} لذا، فإن استبدال زيت الطهي المستعمل بالزيت الأحفوري قد لا يُسهم في خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

سيتطلب تلبية الطلب المتزايد على زيت HVO استخدام زيوت نباتية بكر مستخرجة من المحاصيل، إلا أن تحويل الزيوت النباتية من سوق الغذاء إلى قطاع الوقود الحيوي يرتبط بارتفاع أسعار الغذاء العالمية، والتوسع والتكثيف الزراعي العالمي . ويترتب على ذلك آثار بيئية وإيكولوجية متنوعة ؛ علاوة على ذلك، قد تؤدي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة عن تغيير استخدام الأراضي في بعض الحالات إلى إلغاء أو تجاوز أي فائدة متحققة من استبدال الوقود الأحفوري. ^{[ 24 ]}

أظهرت دراسة أجراها المجلس الدولي للنقل النظيف عام 2022 أن التوسع المتوقع في إنتاج الديزل المتجدد في الولايات المتحدة سيؤدي سريعاً إلى استنزاف المخزون المتاح من الزيوت المستعملة والمتبقية، والاعتماد بشكل متزايد على زيت الصويا المحلي والمستورد . ^{[ 25 ]} كما أشار التقرير إلى أن زيادة إنتاج الديزل المتجدد في الولايات المتحدة قد تدفع بشكل غير مباشر إلى توسيع زراعة زيت النخيل في جنوب شرق آسيا، حيث لا تزال صناعة زيت النخيل مرتبطة بشكل وثيق بإزالة الغابات وتدمير الخث.

تُستخدم وحدات المعالجة الهيدروجينية في مصافي النفط لمعالجة زيت الديزل الحيوي المُحَوَّل. إن إدخال حتى كميات ضئيلة من المواد الحيوية في وحدة المعالجة الهيدروجينية للديزل له آثار ومخاطر محتملة. ^{[ 26 ]} وتتمثل المشكلات الرئيسية في التآكل، وارتفاع استهلاك الهيدروجين، وتعطيل المحفز. ^{[ 27 ]}

وفقًا لتجربة شركة هالدور توبسو مع وحداتها المرخصة، فإن إنتاج زيت الوقود الحيوي المهدرج (HVO) يطرح تحديات معينة أمام شركات المعالجة الهيدروجينية، بما في ذلك:

التآكل - توجد عدة آليات للتآكل ناتجة عن المعالجة الهيدروجينية للزيوت النباتية والدهون الحيوانية. معظمها حمضي، وإن كان هذا التأثير يُخفف بربطها في ثلاثي وثنائي الجليسريدات. مع ذلك، قد تحتوي المواد الأولية الصعبة، مثل زيت الذرة المقطر، على 10-15% من الأحماض الدهنية الحرة . ^{[ 28 ]} يمكن لهذه الأحماض أن تُهاجم الفولاذ غير المقاوم للصدأ في وحدة التسخين المسبق، والسخان، والأنابيب، والصمامات، والمفاعلات. إضافةً إلى ذلك، يمكن أن تتحول الكلوريدات الملوثة للمواد الأولية إلى كلوريد الهيدروجين في المفاعل، مما قد يُسبب تآكلًا مُتسارعًا في خطوط الصرف وفي حالة المياه الحامضية. يُعد وجود الكلوريدات في بيئة رطبة مشكلةً أيضًا لأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الشائعة 304 و316 نظرًا لاحتمالية حدوث تشققات إجهادية بين الحبيبات. ^{[ 29 ]} علاوةً على ذلك، يمكن أن يُؤدي تكوّن ثاني أكسيد الكربون من تفاعلات إزالة الكربوكسيل أثناء المعالجة الهيدروجينية إلى تكوين حمض الكربونيك عند ملامسته للماء. ^{[ 27 ]}

يستهلك الهيدروجين - إزالة الأكسجين، وتكسير الجزيئات طويلة السلسلة، وتشبيع الروابط الأوليفينية - ما بين ضعفين إلى أربعة أضعاف كمية الهيدروجين التي يستهلكها معالج الهيدروجين التقليدي لوقود الديزل منخفض الكبريت (ULSD). ويتراوح استهلاك الهيدروجين الكيميائي في معالجة وقود الديزل منخفض الكبريت عادةً بين 300 و600 قدم مكعب قياسي لكل برميل من المادة الأولية، وذلك تبعًا لدرجة تشبع المركبات العطرية المطلوبة لزيوت الدورة وغيرها من المواد الأولية المتكسرة. ^{[ 30 ]} ويقارب الاستهلاك الكيميائي لإنتاج زيت الديزل الحيوي بالهيدروجين (HVO) 2500 قدم مكعب قياسي لكل برميل، وذلك تبعًا لمستوى تشبع المادة الأولية وطول سلاسل الكربون. ^{[ 27 ]} ويمكن أن يُمثل توفير الهيدروجين للاستهلاك، بالإضافة إلى التبريد السريع والهيدروجين الزائد المتداول، تحديات كبيرة لتصميم وتشغيل عملية تجديد الوحدة، حيث تُعد الأنظمة الهيدروليكية والتوزيع وطاقة الضاغط عوامل حاسمة. ^{[ 31 ]}

التلوث - يجب الحفاظ على مستويات منخفضة من المعادن القلوية، وخاصة الفوسفور، في المواد الأولية لعملية التحلل الحراري بالهيدروجين (HVO) لتقليل انخفاض الضغط الناتج عن التلوث وتعطيل المحفز بشكل عام. يُعدّ التزجيج الفوسفاتيدي آلية تسمم قوية للمحفز، لا تقتصر على سدّ مسام المفاعل مما يتسبب في انخفاض سريع في الضغط، بل تتداخل أيضًا مع المواقع الحمضية للمحفز من خلال تغطية سطحه الخارجي والالتصاق بجزيئات المحفز الأخرى. ^{[ 27 ]}

تُعدّ معالجة زيت الوقود الحيوي المهدرج (HVO) تقنية حديثة نسبياً مقارنةً بمعظم عمليات التكرير الأخرى. وقد بدأ تشغيل أول وحدة تجارية لإنتاج زيت الوقود الحيوي المهدرج في الولايات المتحدة في لويزيانا عام 2010 بطاقة إنتاجية تبلغ 100 مليون جالون أمريكي (380,000 متر ^مكعب ) سنوياً. ^{[ 32 ]}  

في عام 2010، شُيّد مصنع جديد في غايسمار، لويزيانا، من قِبل شركة سينتروليوم وشريكتها في المشروع المشترك، شركة تايسون للأغذية. ^{[ 33 ]} بدأ المصنع عملياته في الربع الثالث من العام، مستهدفًا إنتاج 75 مليون جالون أمريكي (280,000 متر ^مكعب ) سنويًا. ^{[ 34 ]} كانت المواد الخام المستخدمة في المصنع هي الزيوت النباتية ودهون الدواجن المُعالجة مسبقًا. حقق الموقع 87% من طاقته التصميمية في عام 2011. ^{[ 35 ]} تسبب التآكل، بما في ذلك تشقق التآكل الإجهادي المرتبط بالكلوريدات، في إغلاق المصنع في عام 2012 لأكثر من عام. ^{[ 36 ]} باعت تايسون حصتها البالغة 50% إلى مجموعة الطاقة المتجددة (التي أصبحت الآن شيفرون)، وأعلن نفس المشتري عن بيع أسهم سينتروليوم في عام 2013، على أن يتم إتمام الصفقة في عام 2014. ^{[ 37 ]} في عام 2015، تسبب حريقان في أضرار جسيمة للمصنع. ^{[ 38 ]}  

• الديزل الحيوي
• الآثار غير المباشرة لتغيير استخدام الأراضي الناتجة عن الوقود الحيوي
• وقود الطحالب
• وقود هيدروكربوني متجدد عبر عملية إزالة الكربوكسيل/إزالة الكربونيل
• زيوت مستدامة
• وقود الزيوت النباتية

• جامعة ويسكونسن / كلية الهندسة (6 يونيو 2005). الديزل الأخضر: عملية جديدة لإنتاج وقود سائل للنقل من النباتات. ساينس ديلي. تاريخ الاطلاع: 10 أغسطس 2010
• دليل أساسي عن الديزل المتجدد. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أغسطس 2010