پایداری | متن کامل رایگان | تحقیقات علمی در مورد بیواتانول در برزیل: تاریخچه و چشم انداز سوخت زیستی پایدار - شهرساز | سایت تخصصی شهرسازی با هوش مصنوعی | شهرساز

بهترین آموزش های کاربردی در شهرسازی

بهترین آموزش های کاربردی در شهرسازی را از Urbanity.ir بخواهید

…

ادامه ...

خرید درب شیشه ای سکوریت با بهترین قیمت از تتراگلس

ادامه ...

Wednesday, 26 June , 2024
امروز : چهارشنبه, ۶ تیر , ۱۴۰۳

آخرین اخبار »

تشریح پرونده مرگ کودک رفسنجانی در بیمارستان تا تشکیل پرونده قضایی برای مسکن مهر
ضرورت همکاری کارخانجات برای افزایش سرانه فضای سبز اهواز
ببینید | افتتاح ۶۶۷۹۱ واحد مسکونی و واگذاری زمین رایگان به ۵۱۷۴۰ متقاضی واجد شرایط نهضت ملی مسکن در سراسر کشور

شناسه خبر : 14434

ارسال

پرینتخانه » مقالات تاریخ انتشار : 16 می 2024 - 3:30 | 13 بازدید | ارسال توسط : riazat

پایداری | متن کامل رایگان | تحقیقات علمی در مورد بیواتانول در برزیل: تاریخچه و چشم انداز سوخت زیستی پایدار

۱٫ معرفی بیوانرژی را می توان به عنوان تمام اشکال انرژی مرتبط با فتوسنتز تعریف کرد [۱,۲]از جمله زیست توده، که از دوران پارینه سنگی (۲۵۰۰۰۰۰ سال تا ۱۰۰۰۰ سال قبل از میلاد) برای پخت و پز، گرمایش و روشنایی شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. [۳,۴]. سوزاندن چوب برای تولید گرما و […]

۱٫ معرفی

بیوانرژی را می توان به عنوان تمام اشکال انرژی مرتبط با فتوسنتز تعریف کرد [۱,۲]از جمله زیست توده، که از دوران پارینه سنگی (۲۵۰۰۰۰۰ سال تا ۱۰۰۰۰ سال قبل از میلاد) برای پخت و پز، گرمایش و روشنایی شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. [۳,۴]. سوزاندن چوب برای تولید گرما و نور کافی بود تا انقلاب صنعتی (۱۷۶۰ AC)، زمانی که منابع انرژی فسیلی (به عنوان مثال، نفت، زغال سنگ معدنی و گاز طبیعی) ۸۰-۸۴٪ از کل انرژی جهان را تشکیل دادند. [۵,۶]. با این حال، این منابع انرژی تجدید ناپذیر کمیاب هستند و تخمین زده می شود که ۵۷ سال (نفت)، ۴۹ سال (گاز طبیعی) و ۱۳۹ سال (زغال سنگ) دوام بیاورند. [۷]. این سناریو نیاز به ماتریس های جدید و تبدیل زیست توده به الکتریسیته (گاز سازی و تجزیه در اثر حرارت) و سوخت های مایع (بیواتانول، بیودیزل و روغن زیستی حاصل از پیرولیز) را افزایش داد. [۸].

ذخیره سالانه زیست توده سه تا چهار برابر تقاضای جهانی انرژی فعلی است که جایگزینی پایدار برای مشتقات نفتی است. [۳]. محصولات انرژی زا تا سال ۲۰۵۰ مسئول ۳۰ درصد انرژی مورد نیاز در سراسر جهان خواهند بود [۳]. بنابراین، این محصولات باید دارای عملکرد بالا، مصرف انرژی کم، محتوای بالای ترکیبات مورد علاقه (نشاسته، قندها و لیپیدها)، مواد شیمیایی آلاینده کمی و نیازهای غذایی پایین باشند. [۹].

در این زمینه، سیستم تولید بیواتانول نیشکر برزیل کارآمدترین است [۵,۱۰]. برزیل بزرگترین تولید کننده نیشکر است (تقریباً ۴۶ درصد از تولید نیشکر در سراسر جهان را به خود اختصاص می دهد. [۱۱]با ۷۱۵٫۷ میلیون تن (برداشت ۲۰۲۰/۲۰۲۱)، تولید ۳۲ میلیارد لیتر اتانول (برداشت ۲۰۲۰/۲۰۲۱) [۱۲]. هند، چین و پاکستان به ترتیب در رتبه های دوم (۴۰۵ میلیون تن (۲۰۲۱)، سوم (۱۰۷ میلیون تن – ۲۰۲۱) و چهارم (۸۸ میلیون تن) در رتبه های تولید نیشکر قرار دارند. [۱۱]. در اینجا، ما تاریخچه تولید نیشکر و اتانول در برزیل را مرور می کنیم، با تمرکز بر زیست شناسی گیاهی به عنوان منبع زیست توده برای بهبود بیواتانول از ساکارز (۱G) و سلولز (۲G)، و از ابتدا پیشرفت های علمی، فناوری، صنعتی و زیست محیطی را بررسی می کنیم. در قرن بیستم، همراه با ارزیابی کتاب‌سنجی از سهم دانشگاه‌های برزیل در این فرآیند.

۲٫ تاریخچه تولید اتانول از نیشکر

اولین توصیف نیشکر به ۵۰۰ سال قبل از میلاد در دست نوشته های هندی برمی گردد [۱۳]، اما تنها در سال ۱۷۹۳ به عنوان طبقه بندی شد ساخاروم توسط لینه [۱۴]. تجمع نسبتاً زیاد شکر باعث گسترش علاقه جهانی به نیشکر شد. مسیر نیشکر از چین شروع شد و سپس وارد خاورمیانه شد، توسط جمعیت های عرب به مصر و یونان معرفی شد، از طریق سیسیل به امپراتوری روم رسید و سپس به قاره آمریکا رسید. [۱۳]. در ابتدا، نیشکر برای اهداف پزشکی در هند و چین به عنوان یک آب میوه طبیعی و شربت شیرین استفاده می شد. بعداً از شربت نیشکر به عنوان شیرین کننده در نوشیدنی ها استفاده شد. پرتغال و اسپانیا با مزارع در جزایر اقیانوس اطلس و آمریکای مرکزی و جنوبی بر فناوری شکر تسلط داشتند. کاچاچا، نوعی رام، در برزیل توسط افراد برده از طریق تخمیر آب نیشکر و به دنبال آن تقطیر ساخته شد و در سال ۱۷۷۶ رایج شد. [۱۳].

الکل به عنوان سوخت در سال ۱۸۲۶ توسط ساموئل موری آمریکایی در یک موتور احتراق داخلی آزمایش شد، جایی که با سقز ترکیب شد تا یک قایق را به کار ببرد. [۳]. نیکلاس آگوست اتو آلمانی موتور دیگری ساخت که با مخلوطی از اتانول و بنزین کار می کرد و هنری فورد تراکتورهایی ساخت که فقط با اتانول کار می کردند. [۱۵]. زمانی که بنزین در دهه ۱۹۱۰ بازار را به دست گرفت، بسیاری از دانشمندان از ظرفیت و پایداری الکل دفاع کردند. [۳]. در سال ۱۹۱۷، الکساندر گراهام بل، فراوانی مواد خام گیاهی را که می‌توان برای تولید اتانول استفاده کرد، برجسته کرد. در سال ۱۹۱۸ مقاله ای در علمی آمریکایی کارایی سوختی متشکل از ۲۵ درصد بنزین، ۲۵ درصد بنزول و ۵۰ درصد الکل را نشان داد و آن را به عنوان راه حلی برای مصرف بالای ذخایر نفتی پیشنهاد کرد. [۱۵].

در برزیل، زیرساخت های تولید الکل برای بخش های خودرو و سایر بخش های صنعت در اولین کنگره ملی کاربردهای صنعتی الکل در سال ۱۹۰۳ مورد بحث و برنامه ریزی قرار گرفت. [۱۶,۱۷]. در سال ۱۹۲۰، ایستگاه آزمایشی سوخت و مواد معدنی (ایستگاه آزمایشی سوخت و مواد معدنی) که بعداً به موسسه ملی فناوری تبدیل شد (موسسه ملی فناوری—INT)، برای آزمایش وسایل نقلیه الکلی (به نام موتور الکلی) ساخته شد و در سال ۱۹۳۱، ۵٪ اتانول بی آب به بنزین اضافه شد تا مصرف روغن کاهش یابد. [۱۶,۱۸].

هنری فورد در سال ۱۹۰۸ فناوری سوخت انعطاف پذیر را برای خودروها در ایالات متحده آمریکا (ایالات متحده آمریکا) توسعه داد و جنرال موتورز آن را به صورت تجاری در سال ۱۹۹۲ عرضه کرد. [۱۹]. این موتورها با بنزین یا E85 (اتانول با ۱۵ درصد بنزین) کار می کردند. [۲۰]، اما نه با اتانول خالص. برزیل در فروش وسایل نقلیه با اتانول پیشگام بود، ناوگان بزرگی از خودروهای سوخت انعطاف پذیر را توسعه داد، و دولت چندین دهه است که به طور فزاینده ای اتانول را به بنزین اضافه می کند و به ۲۷٪ رسیده است تا انتشار کربن در جو را به حداقل برساند. [۱۳]. تنها در سال ۲۰۰۳، کشورهای دیگر شروع به افزودن منظم اتانول به بنزین کردند، اما با نسبت‌های کمتر (۵ تا ۱۰%). [۲۱].

۳٫ بنیاد نهادها و اولین سرمایه گذاری در کشاورزی نیشکر در برزیل

از سال ۱۵۰۰ با ورود پرتغالی ها به برزیل، کشت گیاهان نیشکر عمدتاً در منطقه شمال شرقی آغاز شد، که تا قرن ۲۰ ادامه داشت. امپراتور Dom Pedro II دستور ایجاد چندین موسسه کشاورزی را صادر کرد [Instituto Imperial Bahiano de Agricultura (1859), Instituto de Pernambuco (1859), Instituto de Sergipe (1859), Instituto Fluminense (1860), and Instituto do Rio Grande do Sul (1861)] در سراسر کشور برای تقویت تولیدات ملی و ارتقای بهره وری نیشکر [۲۲]. با وجود سیستم کشت گسترده در مناطق حاصلخیز و جنگل زدایی، نیاز به انگیزه های تکنولوژیکی و اطلاعات در مورد مدیریت خاک برزیل محدودیت های اصلی تقاضای بازار شکر در آن زمان بود. [۲۳]. شکر اولین و تنها کالایی بود که بیش از ۳۰۰ سال در برزیل تولید شد [۲۲].

تولید نیشکر برزیل و سطح زیر کشت به طور قابل توجهی از سال ۱۹۰۰ تا ۱۹۸۰ افزایش یافت.شکل ۱آ). در آغاز قرن بیستم، کارخانه های مرکزی هنوز شکر را برای امرار معاش و/یا صادرات تولید می کردند [۲۴]. کاهش مکرر صادرات، همراه با رقابت در بازار خارجی (چغندر قند) و جنگ جهانی دوم، نیازمند صنعتی شدن نیشکر و حفظ داخلی اقتصاد برزیل بود. صنعت قند برای تولید الکل بدون آب با هدف افزودن آن به بنزین سازگار شده است. پس از دهه ۱۹۵۰، سطح کشت و تولید نیشکر تقریباً به صورت خطی افزایش یافت و به مساحتی تقریباً پنج برابر بیشتر از آن در آغاز قرن رسید.شکل ۱آ).

تنظیم، تجاری سازی، فناوری و پایگاه داده تولید نیشکر، شکر و الکل با رهبری نهادهای دولتی به دست آمد. مطالعات روی نیشکر در سال ۱۸۹۲ با فرانتس دفرت دفرت آغاز شد که ۴۲ نوع از نیشکر را آزمایش کرد. کارخانه قند تحت دو شرایط کشت در موسسه زراعی کمپیناس (IAC، مخفف برزیل) [۲۵]. گوموزیس و ویروس موزاییک در سراسر مزارع نیشکر پخش می شود و تولید را کاهش می دهد و مردم را در مورد لزوم اصلاح نژاد و توسعه سیستم های کشت مناسب تر آگاه می کند.شکل ۲).

۴٫ مرحله اول سرمایه گذاری برزیل در علم و فناوری در بخش نیشکر: تحلیلی از ۱۹۶۹ تا ۲۰۰۰

اگرچه سرمایه‌گذاری‌های دولتی در نیشکر از دهه ۱۵۰۰ آشکار بوده است، علم و فناوری از دهه ۱۹۳۰ به بعد، با علم (عمدتاً اصلاح نژاد) که توسط مؤسسات دولتی توسعه می‌یابد، یک مرحله گذار را نشان می‌دهد. ما به طور مصنوعی شروع فاز اول سرمایه گذاری در علم، فناوری و تامین مالی بخش نیشکر را در سال ۱۹۶۹ تنظیم کردیم، زیرا این سالی است که اولین رکورد یک انتشار علمی را در بانک اطلاعات علمی مورد استفاده در این بررسی شناسایی کردیم. .

سرمایه گذاری در تولید اتانول از نیشکر در برزیل را می توان به سال ۱۹۳۳ برمی گرداند، زمانی که موسسه الکل و شکر.موسسه الکل و قند-IAA) با مداخله دولت برزیل برای تنظیم فعالیت نیشکر تأسیس شد. این تا اواسط دهه ۱۹۸۰ ادامه داشت [۲۶]. IAA مسئول تعیین سهمیه های تولید نیشکر برای کارخانه ها و تامین کنندگان، مدیریت قیمت مواد خام و محصولات (شکر و الکل) و قوانین صادرات بود. در سال ۱۹۶۶، این موسسه و بخش تولیدی آلاگواس یک ایستگاه هیبریداسیون در سرا دو اورو (Murici، Alagoas)، جایی که اولین گونه های نیشکر برزیلی به نام RB (اشاره به جمهوری برزیل) توسعه یافتند [۲۷]. در ابتدا، اصلاح ژنتیکی ژنوتیپ های معرفی شده از کشورهای دیگر مانند هند، جاوه و ایالات متحده آمریکا را در اولویت قرار داد. [۲۵]. در سال ۱۹۷۱، IAA برنامه ملی اصلاح نیشکر را آغاز کرد.برنامه ملی بهبود نیشکر-PLANALSUCAR)، اساسی برای اجرای برنامه ملی الکل (برنامه ملی الکل—PROÁLCOOL) در سال ۱۹۷۵ (شکل ۲).

برنامه PRO-ÁLCOOL صنعت شکر و الکل را تقویت کرد و از سوخت اتانول (هیدراته) به عنوان ماتریس اصلی انرژی در کشور حمایت کرد.شکل ۱) برای رقابت با سوخت نفت. وابستگی برزیل به نفت به عنوان منبع انرژی اولیه از ۱۳٫۲ درصد در سال ۱۹۴۰ به ۴۱٫۷ درصد در سال ۱۹۷۷ افزایش یافت. [۲۸]. این برنامه تولید نیشکر را افزایش داد، مناطق کشت شده را با پشتیبانی فنی واجد شرایط برای تولید هیبریدهای کارآمدتر با محتوای قند بالا و مقاومت در برابر بیماری ها گسترش داد. [۲۸]. علاوه بر این، به لطف PRO-ÁLCOOL، سویه های مخمر جدیدی انتخاب شدند، فرآیندهای تخمیر بهینه شدند (پیوسته، نیمه پیوسته و ناپیوسته) و سایر زیست توده ها (مانند کاساوا، باباسو و سورگوم) مورد مطالعه قرار گرفتند که به افزایش بهره وری تخمیر [۲۸]. اثربخشی PRÓ-ÁLCOOL در سال ۱۹۷۸ امکان فروش خودروهایی را فراهم کرد که به طور انحصاری از الکل استفاده می کردند. در نتیجه بحران نفت دوم (۱۹۷۹)، دولت برزیل تصمیم گرفت روی اتانول به عنوان سوخت سرمایه گذاری کند. با این حال، استراتژی برزیل روی کاهش قیمت نفت حساب نمی کرد و تولید اتانول پاسخگوی تقاضای داخلی نبود. در همان زمان، افزایش تقاضا در بازار برای شکر، تولید صنعتی را تغییر داد و تولید اتانول را بیش از پیش کاهش داد. [۱۳].

در سال ۱۹۹۰، دولت IAA/PLANALSUCAR را بست. کل ساختار فیزیکی، منابع انسانی و فناوری آن به دانشگاه‌های فدرال منتقل شد: دانشگاه‌های فدرال آلاگواس، ماتو گروسو، پارانا، پیائو، سرگیپه، سائو کارلوس (در ایالت سائوپائولو)، ویچوسا (در ایالت میناس گرایس)، گویانیا. در ایالت گویاس) و دانشگاه‌های روستایی فدرال پرنامبوکو و ریودوژانیرو [۲۷]. این تغییر شبکه بین دانشگاهی برای توسعه صنعت نیشکر (RIDESA برای مخفف برزیل) ایجاد کرد (شکل ۲) که بخش شکر و اتانول را غیرمتمرکز کرد. در ایالت سائوپائولو، گروه فیتوتکنیکی نیشکر در سال ۱۹۹۲ در Ribeirão Preto ایجاد شد و برنامه نیشکر توسط مؤسسه کشاورزی Campinas (IAC) در سال ۱۹۹۴ راه اندازی شد و تحقیقات در زمینه ژنتیک، فیزیولوژی، آسیب شناسی گیاهی، حشره شناسی، پدولوژی، باروری و اقلیم شناسی تا به امروز، برنامه نیشکر IAC دانشی را در مورد نیشکر به محققان، شرکت ها، صنعت و کشاورزان تولید و منتشر کرده است. [۲۵].

تعاونی تولیدکنندگان شکر و الکل ایالت سائوپائولو (تعاونی مرکزی تولیدکنندگان شکر و الکل در ایالت سائوپائولو مرکزی—COPERSUCAR) در سال ۱۹۶۹ همراه با مرکز تحقیقاتی خود در Piracicaba، در ایالت سائوپائولو ایجاد شد. COPERSUCAR یک ایستگاه آزمایشی در Camamu در ایالت باهیا داشت که انواع نیشکر هیبریدی (به نام واریته SP) مناسب برای شرایط آب و هوایی این منطقه را توسعه داد.شکل ۲). در دهه ۱۹۷۰، IAC قراردادی را با COPERSUCAR امضا کرد که امکان معرفی ۶۷۸ ژنوتیپ از چندین کشور را در Camamu فراهم کرد. [۲۵]. COPERSUCAR در سال ۲۰۰۳ منقرض شد و تمام منابع ژنتیکی تولید شده توسط جایگزین آن، مرکز فناوری نیشکر به دست آمد.مرکز فناوری نیشکر-CTC)، که با انواع CTC که در آن زمان نامگذاری شد، به شرکت پیشرو در پرورش نیشکر برزیل تبدیل شد. [۲۷].

همه این برنامه‌ها برای تولید فن‌آوری‌ها و انواع جدید و همچنین توسعه نیشکر و جمع‌آوری داده‌ها ضروری بودند که بخش تولید را بهبود بخشید.شکل ۱). از سال ۱۹۸۰ پایگاه داده اتحادیه صنعت نیشکر (اتحادیه صنعت نیشکر-UNICA) شروع به جمع آوری داده ها در مورد تولید نیشکر و کل سطح زیر کشت نیشکر (شکل ۱آ). در سال ۲۰۰۵، یک موسسه فدرال به نام شرکت تامین ملی—(CONAB) تاسیس شد و نظارت بر توسعه کشاورزی در برزیل را آغاز کرد (شکل ۲). میانگین تولید نیشکر از ۵۰ به ۹۰ تن در هکتار با برنامه‌های اصلاحی و سرمایه‌گذاری در علم و فناوری برای بهره‌وری محصول افزایش یافت. [۲۸].

از سال ۱۹۸۰ تا ۱۹۹۸، استخراج آب میوه ۶٪ (از ۹۰ به ۹۶٪) و عملکرد تخمیر ۷٪ (از ۸۴٪ به ۹۱٪) افزایش یافت. [۱۶]در حالی که سطح زیر کشت و تولید نیشکر دو برابر شد (شکل ۱ب). تولید اتانول از ۶۶۴۰۰۰ متر افزایش یافت^۳ (سال برداشت ۱۹۷۷) به ۳٫۷ میلیون متر^۳ (سال برداشت ۱۹۸۱). تامین مالی کارخانه های تقطیر جدید نیز به رشد صنعت شکر و الکل کمک کرد و به ۱۱٫۵ میلیون متر رسید.^۳ در سال ۱۹۸۵ (شکل ۳آ). در همان دوره‌ای که تولید رکورد می‌شکست، افزایش قیمت نفت (دوم بحران نفت – ۱۹۷۹) منجر به بازار جدیدی برای خودروهایی شد که فقط با الکل کار می‌کردند. [۲۹]. دولت مشوق‌های مالیاتی، قیمت‌های الکل را کنترل کرده و شرکت‌ها را به ایجاد سیستم‌های لازم برای ذخیره‌سازی، حمل و نقل و توزیع الکل آبدار در خودروها هدایت کرده است. با هم، این اقدامات منجر به گسترش سریع وسایل نقلیه الکلی شد که ۹۰ درصد از نوسازی ناوگان را در دهه ۱۹۸۰ تشکیل می داد. [۳۰]. با این حال، بحران ناشی از کمبود الکل و بسته شدن IAA (در سال ۱۹۹۰) پایان برنامه تشویقی دولت را نشان داد.شکل ۲منعکس شده در نسبت بین تولید شکر و اتانول از سال ۱۹۹۴ تا ۲۰۰۰ (شکل ۳آ). تولید شکر پنج برابر افزایش یافت در حالی که تولید اتانول در ۱۲ میلیون متر حفظ شد^۳ سالانه تولید اتانول کاهش یافت و از سال ۲۰۰۸ به بعد شروع به بهبود کرد. با این حال، شکر بیشترین تولید را تا برداشت سال ۲۰۱۹ به خود اختصاص داد که شاهد سطوح متعادل تولید بین دو محصول اصلی نیشکر بودیم.

۵٫ مرحله دوم سرمایه گذاری برزیل در علم و فناوری در بخش نیشکر: تحلیلی از ۲۰۰۱ تا ۲۰۲۳

PRO-ÁLCOOL و ایجاد چندین مؤسسه تحقیقاتی باعث افزایش تولید شکر و اتانول شده است، اگرچه دانش اولیه در مورد زیست شناسی و توسعه نیشکر مانع دستکاری بیوتکنولوژیک برای گونه های مولدتر و مقاوم در برابر استرس شده است. [۳۱,۳۲,۳۳,۳۴].

در پایان دهه ۱۹۹۰، بنیاد تحقیقات سائوپائولو (بنیاد حمایت از تحقیقات ایالت سائوپائولو—FAPESP) به تلاش‌های خود با CTC برای توسعه تحقیقات نیشکر پیوست [۳۵]به خصوص در ژنومیک. برنامه SUCEST (SugarCane Expressed Sequence Tags) ژن های مرتبط با صفات زراعی مانند عملکرد قند، دیواره سلولی و مقاومت در برابر تنش های زیستی و غیر زنده را شناسایی کرد.شکل ۲) [۳۶,۳۷]. این برنامه و چندین برنامه دیگر آغاز مطالعات در زمینه زیست شناسی مولکولی نیشکر و بیوانفورماتیک بود.شکل ۲). آنها اجازه تاسیس شرکت های ژنومیک گیاهی Alellyx Applied Genomics (2002) و CanaVialis (2003) را دادند. [۳۸]. اگرچه Alellyx تکنولوژی را با چندین محصول (مرکبات، اکالیپتوس، انگور و سویا) توسعه داده است، اما بیشتر بودجه صرف توسعه نیشکر تراریخته شده است. [۳۹]. CanaVialis به عنوان جایگزینی برای تحول ژنتیکی، انواع نیشکر را با استفاده از اصلاح کلاسیک بهبود بخشیده و خدمات مشاوره ای را به کشاورزان ارائه کرده است. در سال ۲۰۰۸، هر دو شرکت توسط مونسانتو خریداری شدند.شکل ۲). BASF، Syngenta و DuPont مراکز تحقیقاتی مربوطه خود را برای توسعه انواع جدید نیشکر و فناوری های زراعی ایجاد کردند. [۳۴]، منجر به نهال های از قبل جوانه زده، “بذر” نیشکر و کشاورزی دقیق پس از یک دهه شد.

در سال ۲۰۰۳، فناوری سوخت انعطاف‌پذیر که از تزریق الکترونیکی کنترل‌شده توسط حسگرها برای تشخیص اتانول و بنزین استفاده می‌کند، امکان انتخاب بین این سوخت‌ها را برای کارکرد وسایل نقلیه فراهم کرد. [۴۰]. پس از راه اندازی خودروهای سوخت انعطاف پذیر در برزیل، سطح فروش خودروهای سوخت اتانول ۹۰ درصد افزایش یافت. [۳۱] که در نتیجه تولید اتانول را از ۱۰ میلیارد متر افزایش داد^۳ در سال ۲۰۰۱ به بیش از ۳۰ میلیارد متر رسید^۳ در سال ۲۰۱۹ (شکل ۳آ).

برای دستیابی به تقاضای جهانی برای اتانول با افزایش تعداد خودروها و نیاز به سوخت‌های تجدیدپذیر، فناوری‌های نسل دوم (۲G) ظهور کرده‌اند. این اتانول ۲G با هیدرولیز دیواره سلولی و به دنبال آن تخمیر و تقطیر مخمر، باقیمانده های لیگنوسلولزی کشاورزی صنعتی را به قندهای قابل تخمیر تبدیل می کند. در برزیل اتانول ۲G از باگاس نیشکر و کاه تولید می شود [۳۳,۴۱,۴۲]. این دومین انقلاب انرژی سبز در برزیل در سال ۲۰۰۶ ضروری شد. بار دیگر، محققان به دانش علمی و فنی برای حمایت از تقاضای صنعتی جدید نیاز داشتند. [۴۲]. حملات کاتالیزوری توسط نیروهای مکانیکی، فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی دیواره سلولی با وجود مقاومت ناپذیر پلی ساکاریدهای مونتاژ شده با لیگنین دشوار در نظر گرفته می شود. [۴۳]. لیگنین یک ترکیب فنلی است که باید از زیست توده حذف شود تا اتانول ۲G تولید شود که می تواند برای شیمی سبز و پالایشگاه زیستی برای تولید محصولات با ارزش افزوده مانند وانیلین ارسال شود. [۴۴]. تحقیق و توسعه بر روی اتانول ۲G بر توالی یابی ژنوم نیشکر، توسعه پروتکل های تبدیل ژنتیکی نیشکر، مشخص کردن معماری دیواره سلولی نیشکر، کشف و درک عملکرد آنزیم ها بر روی پلی ساکاریدها، و توسعه پیش تیمارها و فرآیندهای زیست توده برای تخمیر پنتوزها متمرکز شده است. -قندهای کربنی).

برای رویارویی با این چالش های بزرگ، برنامه تحقیقاتی انرژی زیستی FAPESP (BIOEN)، مؤسسه ملی علوم و فناوری بیواتانول (INCT of Bioethanol)، آزمایشگاه علم و فناوری بیواتانول برزیل (CTBE)، و مرکز فرآیندهای بیولوژیکی و صنعتی برای سوخت های زیستی (CeProBio) ایجاد شد. در میان آژانس های تأمین مالی تحقیقات برزیل، موارد زیر برجسته بودند: سرمایه گذار مطالعات و پروژه ها (FINEP) و شورای ملی توسعه علمی و فناوری (CNPq)، هر دو مرتبط با وزارت علوم، فناوری و اطلاعات، و FAPESP، دوست داشتند. به دولت ایالت سائوپائولو [۲۷].

برای اطمینان از حضور منابع تجدیدپذیر در تراز ملی انرژی، برنامه ها و موسسات جدیدی مانند Embrapa AgroEnergia، برنامه ملی تولید و استفاده از بیودیزل (برنامه ملی تولید و استفاده از بیودیزل-PNPB)، طرح ملی انرژی زراعی (برنامه ملی انرژی زراعی-PNA) و آزمایشگاه ملی علم و فناوری بیواتانول (آزمایشگاه ملی علم و فناوری بیواتانول-CTBE)، برای استفاده از زیست توده از محصولات مختلف به طور کامل در زنجیره تولید انرژی [۴۵]. CTBE توسط مرکز مطالعات مدیریت و استراتژیک (CGEE) برای تحقیقات اکتشافی توسط مرکز بین رشته ای برنامه ریزی انرژی (NIPE/UNICAMP) برای شناسایی عوامل محدود کننده تولید اتانول ایجاد شد. هدف CTBE ارزیابی تأثیر فناوری‌های جدید کشاورزی و صنعتی بر تولید اتانول و تغییرات زیست‌محیطی، اجتماعی، اقتصادی و لجستیکی در این بخش بود.شکل ۲). بعدها، CTBE به آزمایشگاه ملی انرژی‌های زیستی برزیل (LNBR) تغییر نام داد و به دیگر مراکز فناوری مجتمع مرکز ملی تحقیقات انرژی و مواد (CNPEM) اضافه شد. [۴۶].

شرکت Granbio در سال ۲۰۱۱ برای توسعه انواع نیشکر با هزینه تولید پایین، زیست توده بالا و کارایی انرژی که می تواند در مناطق محدود کشت شود تا از رقابت بین مواد اولیه سوخت زیستی و تولید مواد غذایی جلوگیری شود، تاسیس شد. [۴۷,۴۸]. آن گونه های نیشکر را نیشکر انرژی می نامیدند که ۱۱ مورد آن در برزیل به نام Vertix ثبت شده است. رایزن، شرکت دیگری که با سرمایه گذاری مشترک بین شل و کوسان تشکیل شده است، اکثر سیستم های تولید شکر، اتانول و انرژی برزیل را اداره می کند. Raízen همچنین یک فرآیند تولید صنعتی اتانول ۲G را اجرا می کند. بقیه در دست ساخت هستند. علاوه بر این، نی نیشکر و باگاس را می توان برای تولید همزمان بیوالکتریک سوزاند.شکل ۳ب).

در نتیجه این انگیزه ها و سرمایه گذاری ها در تحقیقات، فعالیت های بیوتکنولوژی صنعتی و شیمی سبز در برزیل گسترش یافت. [۴۵]. مطالعات در حال انجام بر اصلاح نیشکر برای بهبود کنترل آفات در کشاورزی و مقابله با چالش های گرمایش جهانی متمرکز است. در سال ۲۰۲۱، وزارت کشاورزی، دامداری و عرضه برزیل [۴۹] ثبت ۲۱۴ رقم جدید نیشکر (۶۸ RB، ۳۸ CTC، ۳۷ SP، ۳۳ IAC، و ۳۸ رقم دیگر).

تعادل انرژی زنجیره تولید اتانول برزیل تغییر کرده است. قبل از PROÁLCOOL، تعادل انرژی منفی بود، اما سوخت‌های فسیلی در کارخانه‌های نیشکر جایگزین شدند و انرژی مازاد باگاس به شبکه انرژی فروخته شد. [۵۰]. در نتیجه، اتانول زیستی برزیل هزینه تولید پایین‌تری دارد و آن را با سایر سوخت‌ها رقابت می‌کند و از مزیت کاهش ۸۰ درصدی انتشار گازهای گلخانه‌ای برخوردار است. [۵۱]. فاز جدیدی در حال حاضر با مشارکت شل و دانشگاه سائوپائولو شامل مرکز تحقیقات نوآوری گازهای خانه سبز (RCGI) و INCT do Bioethanol در حال اجرا است. برای اولین بار در جهان، واحد اصلاح اتانول برای تولید هیدروژن سبز در حال اجراست [۵۲].

۶٫ تولید دانش علمی در بخش قند-انرژی: تحلیل کتاب سنجی فازهای ۱ و ۲

کیفیت و تعداد مقالات و اسناد منتشر شده در مورد انرژی زیستی از طریق جستجوی کتاب سنجی در پایگاه داده Scopus/Elsevier برای ارزیابی تولید تحقیقات علمی مورد ارزیابی قرار گرفت. کتاب سنجی یک روش آماری است که برای ارزیابی و کمیت تعداد و تمایل رشد یک موضوع خاص (در مورد ما، تحقیقات انرژی زیستی و نیشکر) در ادبیات استفاده می شود. [۵۳].

کتاب سنجی علم نیشکر و اتانول تعداد نشریات مجلات را بر اساس کشور و دسته بندی های موضوعی برای حوزه های تحقیقاتی نشان داد. این تجزیه و تحلیل ها در دسامبر ۲۰۲۳ با استفاده از کلمات کلیدی زیر انجام شد: نیشکر و (اتانول یا بیواتانول یا انرژی زیستی یا الکل). جستجو برای اسناد منتشر شده بین سال های ۱۹۰۰ و ۲۰۲۳ انجام شد. ما ۶۴۵۶ مقاله از ۱۱۱ کشور را بازیابی کردیم (جدول تکمیلی S1با اولین انتشار از سال ۱۹۶۹ با عنوان “محصولات کاتابولیسم آرژنین در سلول های در حال رشد نیشکر” [۵۴]. تعداد انتشارات بین سال های ۱۹۶۹ و ۲۰۰۰ ثابت ماند و از سال ۲۰۰۵ به بعد به طور تصاعدی افزایش یافت. پربارترین سال ۲۰۱۷ با ۴۹۱ مقاله (شکل ۴). پس از تجزیه و تحلیل آن مقالات بر اساس حوزه های خاص، مانند کشاورزی و زیست شناسی، علوم محیطی ۶۵ درصد از انتشارات را به خود اختصاص داده است (به ترتیب ۲۰۷۷ و ۲۰۶۶ مقاله)شکل ۴در حالی که مهندسی ۲۲% (۱۴۵۷ مقاله) و سایرین ۱۳% (۸۶۴ مقاله) را به خود اختصاص داده است.شکل ۴). این داده ها نشان دهنده مشارکت علوم پایه در بهبود بهره وری نیشکر است که بیشتر در موسسات تحقیقاتی نهادینه شده است، در حالی که تحقیقات در بخش صنعتی اغلب منتشر نشده است، با تمام دانش متعلق به شرکت هایی است که تحقیقات را برای بهبود تولید اتانول و خودرو توسعه داده اند. صنایع

اولین مرحله تاریخی، با ایجاد PRO-ÁLCOOL و چندین گروه تحقیقاتی، پس از سال ۱۹۷۵ شاهد افزایش آثار منتشر شده بود.شکل ۴). قبل از این زمان، بیشتر تحقیقات مستقیماً توسط صنعت و بخش خصوصی انجام می شد که توانایی برآورد دانش تولید شده در این دوره را کاهش داد. سرعت پایین‌تر پردازش انتشارات قبل از سال ۲۰۰۰ ممکن است به تعداد کمتر انتشارات قبل و افزایش پس از آن مربوط باشد. فناوری‌های جدید، تجهیزات و سیستم‌های رایانه‌ای فرآیند انتشار را تسریع کردند، که منجر به افزایش سرگیجه‌آمیز نرخ انتشار دانش از طریق مجلات علمی شد. [۵۵].

اعداد استناد پارامتر دیگری است که می تواند نشان دهنده دیده شدن و ترجیح جامعه پژوهشی در یک دوره معین باشد. بیشترین استناد مقاله «سوخت‌های زیستی از ریزجلبک‌ها – مروری بر فناوری‌های تولید، پردازش و استخراج سوخت‌های زیستی و محصولات مشترک» با ۳۷۵۱ استناد بود. [۵۶]. در برزیل، “اتانول برای آینده انرژی پایدار” [۵]با توجه به اتانول نیشکر برزیلی به عنوان یک کالای انرژی کاملاً قابل رقابت با بنزین، تعداد زیادی استناد دریافت کرد (۱۰۸۸).

به نظر می رسد افزایش تعداد انتشارات در دو دهه اخیر به ارتباط بین گروه های تحقیقاتی مرتبط باشد.شکل ۵). این داده‌ها را می‌توان با تجزیه و تحلیل کتاب‌سنجی، که تعداد نویسندگان، انواع انتشارات، همکاران و مشارکت‌های علمی در انرژی زیستی و پیشرفت اتانول نیشکر را نشان می‌دهد، پارامترسازی کرد. در مرحله اول توسعه علم و فناوری نیشکر (۱۹۶۹-۲۰۰۰)، کشورهایی که بیشترین سهم را در انتشار دانش علمی داشتند عبارتند از: ایالات متحده آمریکا، برزیل، هند، بریتانیا، آرژانتین، کانادا، فرانسه، مکزیک، آفریقای جنوبی و استرالیا (میز ۱ و شکل ۵). همانطور که در بالا ذکر شد، مرحله دوم (۲۰۰۱-۲۰۲۳) بهره وری تحقیقات، بین المللی شدن تحقیقات برزیل و همکاری ها را افزایش داد.میز ۱ و شکل ۵). در این مدت، برزیل رهبری تعداد نشریات را داشت و پس از آن ایالات متحده آمریکا، هند، چین، استرالیا، تایلند، بریتانیا، ژاپن، مکزیک و هلند قرار گرفتند.میز ۱).

تجزیه و تحلیل کلمه مشترک ابزاری موثر برای تجزیه و تحلیل موضوعات داغ و روند جستجو بر اساس عنوان، کلمات کلیدی و چکیده از آثار منتشر شده است و بنابراین برای تجزیه و تحلیل محتوا مهم است. [۵۳]. با استفاده از بسته “bibliometrix” از R-4.0.0 [57]، شبکه ای با ۵۰ کلمه کلیدی متداول برای بررسی داده های بازیابی شده ساخته شد. اصطلاحات مورد مطالعه در دو مرحله نشان داد که تغییرات در تحقیقات علمی را می توان با فراوانی کلمات در کلمات کلیدی تجزیه و تحلیل کرد.شکل ۶). نیشکر، اتانول، باگاس و ملاس پرکاربردترین کلمات کلیدی از سال ۱۹۶۹ تا ۲۰۰۰ بودند.شکل ۶الف)، تمرکز بر اتانول زیستی ۱G (تخمیر ساکارز) را نشان می دهد. این کلمات کلیدی از سال ۲۰۰۱ به سال ۲۰۲۳ تغییر کردند، زمانی که باگاس نیشکر، اتانول زیستی، انرژی زیستی و سوخت زیستی همراه با فرآیندهای پیش تصفیه زیست توده (زیست توده لیگنوسلولز، پیش تصفیه، تصفیه زیستی، و هیدرولیز آنزیمی) برجسته شدند.شکل ۶ب) با تمرکز بر اتانول ۲G. پیشوند “زیست” اضافه شده به اصطلاحات پرکاربرد نشان می دهد که تحقیقات در مورد اتانول نیشکر با تکامل اخلاق اجتماعی-محیطی همراه بوده است و ایده های پایداری از دهه اخیر را در بر می گیرد. [۵۸].

برزیل به دلیل پیشرفت در سیاست های سرمایه گذاری در علم و فناوری کشاورزی و پالایشگاه ها به بزرگترین تولید کننده نیشکر تبدیل شده است. [۵۹,۶۰] (شکل ۱). این کشور رهبری را در تولید نیشکر و اتانول تثبیت می کند، همانطور که در این موارد دیده می شود شکل ۷. تحقیقات شبکه ای در مورد اتانول زیستی نیشکر ۴۹ کشور را نشان می دهد که به پیشرفت علمی در این زمینه کمک کرده اند.شکل ۷آ). برزیل عمدتاً با ایالات متحده آمریکا و کشورهای اروپایی همکاری می کند.میز ۱ و شکل ۵ و شکل ۷). علیرغم سرمایه گذاری دولتی در علم و فناوری که به معیاری در تولید نیشکر تبدیل شد [۶۱]، پس از دهه ۲۰۰۰، چین تنها در رتبه چهارم در فهرست کشورهایی با بیشترین انتشارات ظاهر شد.میز ۱).

برنامه های بین المللی سازی در برزیل که توسط CNPq و FAPESP تامین می شود، همکاری با ایالات متحده آمریکا، بریتانیا، هلند، کلمبیا، اسپانیا، پرتغال و آلمان را تحریک کرده است.شکل ۷آ). چین و هند یک شبکه همکاری با کانادا، ژاپن، تایلند و استرالیا داشتند اما همکاری قوی تری با برزیل نداشتند. تعاملات بین مؤسسات و دانشگاه های جهانی بر برزیل و به ویژه دانشگاه سائوپائولو (USP) (712 مقاله)، دانشگاه کامپیناس (UNICAMP) (416)، دانشگاه ایالتی سائوپائولو – (UNESP) (296)، دانشگاه فدرال برجسته می شود. سائو کارلوس (UFSCAR) (213)، و مرکز برزیل برای تحقیقات انرژی و مواد (۱۴۹). دانشگاه سائوپائولو با دانشگاه فدرال سائو کارلوس (بخشی از RIDESA) در زیرشبکه خود، بیشترین تعداد مقاله و تعامل با سایر گره های مرکزی را داشت. ایالت سائوپائولو از مزایای بودجه تحقیقاتی در کشاورزی توسعه یافته برخوردار بود زیرا ۵۵ درصد از مناطق زیر کشت نیشکر برزیل را تشکیل می دهد و ۴۸٫۵ درصد اتانول این کشور را تولید می کند. [۱۲,۶۲].

شکل ۷٫
شبکه همکاری تولیدات علمی مرتبط با نیشکر و اتانول از سال ۱۹۶۹ تا ۲۰۲۳٫آ) کشورهایی که مقالاتی با موضوع بیواتانول و/یا نیشکر منتشر کردند. (ب) گروه های تحقیقاتی جهانی در مورد انرژی زیستی نیشکر. جستجو تا دسامبر ۲۰۲۳ در پایگاه داده Scopus انجام شد. هر گره نشان دهنده یک کشور است و اندازه آن نشان دهنده مشارکت در تحقیق و تعداد همکاری با گروه های دیگر است. ضخامت خطوط نشان دهنده سختی همکاری بین کشورها است. برزیل دارای بالاترین درجه مرکزیت است و مرکز تحقیقات در مورد انرژی زیستی نیشکر است. گروه ها بر اساس روش لوون تشکیل شدند [۶۳]و هر رنگ نمایانگر گروه هایی بود که با آثار منتشر شده همکاری بیشتری داشتند. پارامترها: حداقل خوشه ۱، عبارت بزرگتر یا مساوی ۱۰، روش قدرت تداعی.

مهم است که تأکید کنیم کتاب سنجی ارائه شده در این کار منحصراً به علم تولید شده اشاره دارد و جنبه های سیاسی و اقتصادی را در نظر نمی گیرد که امکان ارزیابی جامع تری از سیستم تولید نیشکر-اتانول در برزیل را فراهم کند. مطالعه ما بر مهندسی (کشاورزی) خودروها یا خود صنعت اتانول متمرکز نبود، زیرا توسعه فناوری در داخل صنعت معمولاً توسط مالکیت معنوی محافظت می شود. از سوی دیگر، پیشرفت ظرفیت تولید علم به عنوان یک شاخص قابل اعتماد از آنچه ممکن است در صنعت و جامعه در آینده رخ دهد، عمل می کند.

۷٫ آینده اتانول برزیل و تغییرات آب و هوایی

از آنجایی که دمای کره زمین احتمالاً در دهه های بعدی به بالای ۱٫۵ درجه سانتیگراد افزایش می یابد، CO₂ انتشار گازهای گلخانه ای باید به صفر خالص برسد و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای باید موثرتر باشد [۶۲,۶۳]. برای دستیابی به این اهداف، هیئت بین دولتی تغییرات آب و هوایی (IPCC) گزارش داد که دولت ها باید از توافق نامه پاریس پیروی کنند. [۶۴,۶۵]و جهان درباره چگونگی جذب، استفاده و ذخیره کربن بحث کرده است. بیوانرژی با جذب و ذخیره کربن (BECCS) یک فناوری است که ممکن است به دستیابی به انتشار کربن منفی از طریق فتوسنتز گیاهان کمک کند. [۶۶]. زیست توده انباشته شده به سوخت مایع یا جامد تبدیل می شود که سوزانده می شود و CO₂ تولید شده در فرآیند صنعتی را می توان گرفت و در زیر زمین ذخیره کرد. بنابراین، نیشکر و مزایای اتانول دوباره به عنوان وعده های پایدار ظاهر می شوند. جذب کربن آزاد شده توسط زنجیره تولید اتانول می تواند از BECCS برای رسیدن به انتشار کربن منفی بهره مند شود. برنامه هایی مانند RenovaBio در برزیل، صنایع و تجارت کشاورزی را به سمت انتشار منفی و اقتصاد دایره ای اتانول هدایت کرده است. این رویکردهای جدید مرتبط با پایداری، فاز سوم علم و فناوری اتانول را مشخص می‌کند که شامل بسیاری از بخش‌های مدرن‌سازی صنعت، مانند حمل‌ونقل و لجستیک توزیع، و اصلاح عمیق‌تر اتانول به عنوان ماده خام برای تولید هیدروژن است.

سایر سیستم های تولید اتانول به چغندرقند (اروپا) یا ذرت (ایالات متحده آمریکا) متکی هستند، اما سیستم نیشکر برزیل کارآمدترین است. تولید ۱ لیتر اتانول ذرت به ۹ برابر انرژی بیشتر از تولید ۱ لیتر اتانول نیشکر نیاز دارد. [۶۷]. همانطور که در بالا ذکر شد، برزیل سابقه موفقی در علم، فناوری و توسعه نیشکر دارد.شکل ۲) و تدارکات، ساخت و تجاری سازی محصولات مشتقات آن (قند، بیواتانول و بیوالکتریکی). این امر با مشارکت بخش دولتی و خصوصی در کنار دانشگاه ها و موسسات تحقیقاتی امکان پذیر شد.

تولید اتانول زیستی از بقایای ویناس یک عمل امیدوارکننده است که می تواند اثرات زیست محیطی تولید اتانول را کاهش دهد. ویناس یک محصول جانبی تولید الکل است که حاوی غلظت بالایی از مواد آلی، مواد مغذی و پتانسیل آلاینده است. این محصول فرعی را می توان به صورت بی هوازی برای تولید بیوگاز (مخلوطی از متان، دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن) هضم کرد که برای انرژی الکتریکی و حرارتی یا به عنوان سوخت استفاده می شود. باقی مانده تولید بیوگاز می تواند به عنوان یک بستر تخمیر برای تولید اتانول استفاده شود [۶۸]. این رویکرد ارزش را برای باقیمانده ها جمع می کند و انتشار گازهای گلخانه ای و مصرف مواد خام را کاهش می دهد. [۶۹]. اقتصاد دایره ای در فرآیندهای صنعتی به کاهش تغییرات آب و هوایی و توسعه پایدار با مزایای اجتماعی کمک می کند.

نیشکر با بازار امیدوار کننده ای که می تواند در سراسر جهان گسترش یابد در خط مقدم قرار دارد. سرمایه گذاری در اتانول ۲G و بهره وری بالاتر نیشکر مسیرهایی است که برزیل برای افزایش تولید انرژی جهانی برای عرضه به بازارهای داخلی و بین المللی دنبال می کند. برای سودآوری اتانول ۲G، تحقیق و توسعه هنوز مورد نیاز است. بیشتر کاه نیشکر هنوز در مزرعه باقی می ماند و بیشتر باگاس برای تولید بیوالکتریک سوزانده می شود. استفاده از این زیست توده ها برای تولید اتانول اضافی از نظر انرژی کارآمدتر است اما همچنان گران است.

سومین فاز بیواتانول برزیل با اصلاح بخار اتانول برای تولید هیدروژن سبز به طور پایدار آغاز شد. [۷۰]. هیدروژن با وجود منبع انرژی کم یا صفر کربن، پس از سیاست‌های پس از همه‌گیری برای دولت‌ها و شرکت‌ها استراتژیک شد. [۷۱]. با این حال، این کشور در ۲۰ سال گذشته استراتژی تحقیق و توسعه هیدروژنی را با مسیرهای فناوری اتانول، هیدروژن، باد، و خورشیدی برای عرضه بالقوه بازارهای داخلی و بین المللی توسعه داده است. [۷۲]. در سال ۲۰۰۲، برنامه برزیل برای سیستم های هیدروژن و سلول سوختی (PROCaC) توسط وزارت علوم و فناوری (MCT) راه اندازی شد و در سال ۲۰۰۵، این برنامه به برنامه علم، فناوری و نوآوری برای اقتصاد هیدروژنی تغییر نام داد. PROH2). در همان سال، وزارت علوم و فناوری یک نقشه راه برای ساختار اقتصاد هیدروژنی در برزیل تهیه کرد. از سال ۲۰۰۵ تا ۲۰۱۵، با مشارکت MME (وزارت معادن و نیروEMTU/SP (شرکت حمل و نقل شهری سائوپائولو)، ABC/MRE (آژانس همکاری برزیل و وزارت امور خارجه، GEF (صندوق جهانی محیط زیست)، FINEP (تامین مالی مطالعات و پروژه هاو UNDP (برنامه توسعه ملل متحد)، ناوگانی از اتوبوس های پیل سوختی هیدروژنی توسعه یافت و سه نمونه اولیه در یک راهرو شهری شهر سائوپائولو به گردش درآمد. [۷۲]. در سال ۲۰۱۸، دولت برزیل طرحی برای انرژی‌های تجدیدپذیر و سوخت‌های زیستی ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۲ برای تشویق و توسعه فناوری‌های ذخیره‌سازی، سلول‌های سوختی، چرخ‌های طیار و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و سوخت برای تولید هیدروژن منتشر کرد. [۷۲]. در سال ۲۰۲۱، نوآوری در بردار انرژی هیدروژن گسترش یافت و چارچوب قانونی و مقررات برای بهبود بازار ادغام شد. [۷۲].

بیشتر زیرساخت‌های اصلاح اتانول در برزیل در دسترس است و سرمایه‌گذاری کمی برای بازسازی زیرساخت‌های تولید مورد نیاز است. [۷۲]. فرآیند گرماگیر می تواند هیدروژن را با اکسیدان هایی مانند اکسیژن، آب و دی اکسید کربن تولید کند. [۷۳]. CO₂ انتشار گازهای گلخانه ای در طول تولید هیدروژن توسط اتانول کمتر از جذب آنها در کشت نیشکر است، با فرض انتشار کربن منفی. [۷۴]. علاوه بر این، تولید هیدروژن از بیواتانول را می توان با سلول های سوختی غشای پروتون برای تولید همزمان گرما و نیرو جفت کرد. [۷۵]. امروزه، تولید هیدروژن تجدیدپذیر در برزیل به صورت تحقیق و توسعه عمومی یا تامین مالی عمومی است و هنوز در مرحله نمونه اولیه است. [۷۲]. ماشین‌های الکتریکی و هیبریدی، اتوبوس‌ها و کامیون‌ها جهت‌های آینده‌نگر برای انرژی‌های مشتق‌شده از BECCS هستند که به حمل‌ونقل با انتشار کربن منفی کمک می‌کنند.

امکان دیگر برای استفاده از اتانول نیشکر برای تولید سوخت هوانوردی پایدار (SAF) است [۷۶]. بخش هوانوردی مسئول ۲٫۵ درصد از انتشار گازهای گلخانه ای است. بنابراین، استراتژی ها و منابع جدیدی برای بهبود CO مورد نیاز است_۲ راندمان و کاهش انتشار کربن SAF را می توان از عملیات هیدرولیکی مواد اولیه نفتی (HEFA)، آبگیری و الیگومریزاسیون اتانول (الکل به جت، ATJ)، تبدیل مستقیم شکر به هیدروکربن (DCSH)، فیشر-تروپش (FT) تولید کرد. فرآیند مواد اولیه تجدیدپذیر یا فسیلی، FT همراه با آلکیلاسیون آروماتیک های سبک، هیدروترمولیز مواد اولیه نفتی (CH) و هیدروکربن های مشتق شده زیستی [۷۷,۷۸]. امکان استفاده از زیست توده یا حتی قندها و اتانول ۱G و ۲G برای تولید SAF، شاخه جدیدی را برای اقتصاد دایره ای نیشکر برزیل باز می کند. یک امکان جالب در مورد بیوتکنولوژی، تولید لیپیدها (به جای قندها) به نام “نیش روغن” در نیشکر است، به طوری که برای مثال می توان از این گیاه برای SAF استفاده کرد. [۷۹].

ایجاد و توسعه نیشکر و سیاست های دولتی، برزیل را به نمونه ای در تولید انرژی زیستی تبدیل کرده است. ایجاد چندین مؤسسه علمی، انتشار دانش به دست آمده، توسعه انواع سازگار، بهینه سازی فرآیند و تخمیر قندهای پیچیده، این کشور را به یکی از تولیدکنندگان اصلی اتانول در جهان تبدیل کرده است. توسعه مستمر تولید اتانول، کمک به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، منجر به فناوری های جدید و توسعه سوخت مانند هیدروژن سبز و SAF برای تکمیل چرخه تولید و تکمیل اقتصاد دایره ای شده است.

تحقیقات علمی عمدتاً به رفع تنگناها در توسعه فناوری‌ها، از بهره‌وری نیشکر تا بهبود ژنتیکی انواع نیشکر کمک کرده است. به موازات این، بخش های صنعت (تولید و وسایل نقلیه)، توزیع محصول و بازاریابی هستند که برای رساندن محصول به مصرف کننده ضروری هستند.

منبع:
۱- shahrsaz.ir , پایداری | متن کامل رایگان | تحقیقات علمی در مورد بیواتانول در برزیل: تاریخچه و چشم انداز سوخت زیستی پایدار
,۲۰۲۴-۰۵-۱۶ ۰۳:۳۰:۰۰
۲- https://www.mdpi.com/2071-1050/16/10/4167