اللغة
على الرغم من التقدم الكبير في وسائل النقل الصديقة للبيئة مثل السيارات الكهربائية ومركبات الهيدروجين، لا تزال هذه التقنيات تواجه مشكلات تتعلق بالبنية التحتية والدعم ما بعد البيع. في المدى القصير، يبدو أن الوقود الحيوي، ومنه الديزل الحيوي، يقدم حلاً واعدًا لتقليل التلوث الناتج عن المركبات. بخلاف الوقود الأحفوري، يُصنع الوقود الحيوي من مواد عضوية كانت حية مؤخرًا، مثل النباتات (قصب السكر، زيوت الطهي المستعملة) والدهون الحيوانية.
الديزل الحيوي هو فئة فرعية من الوقود الحيوي، ويمكن إنتاجه من أي زيت ثلاثي الجليسريد، بما في ذلك زيت عباد الشمس، زيت الكانولا، وحتى الدهون الحيوانية مثل الشحم. تتضمن عملية التصنيع ما يُعرف بـ «التحويل الأستري» (Transesterification)، والتي تحول المادة العضوية إلى ديزل صالح للاستخدام. يتوفر الديزل الحيوي على نطاق واسع في الولايات المتحدة، ويُشار إليه برقم «B» عند المضخات. على سبيل المثال، يحتوي B5 على 5% ديزل حيوي مخلوط بالديزل التقليدي، ويسمح القانون الفيدرالي ببيعه دون الكشف عنه للمستهلكين. يحتوي B20 على ما بين 6% و20% ديزل حيوي وهو أصعب في العثور عليه، بينما B100 هو ديزل حيوي نقي غير مخلوط ويستخدمه المشغلون التجاريون بشكل أساسي. يمكن استخدام خريطة محطات الوقود البديلة والشحن، التي تنشرها وزارة الطاقة الأمريكية، للعثور على مضخات الديزل الحيوي.
تبدأ عملية التصنيع التجارية للديزل الحيوي بزيت ثلاثي الجليسريد. خلال عملية التحويل الأستري، يُضاف كحول ومحفز إلى الزيت، مما ينتج عنه استرات ميثيل الأحماض الدهنية القابلة للاستخدام (FAME) والجليسرول. تُحوّل الـ FAME بعد ذلك إلى ديزل حيوي، ويُستخدم الجليسرول أيضًا لأغراض تجارية أخرى.
تتسم عملية إنتاج الديزل الحيوي بكونها أكثر تعقيدًا واستهلاكًا للوقت من إنتاج الديزل التقليدي، وتتطلب معدات متخصصة. كما أن تكلفة المواد الخام الأولية (المواد الوسيطة) باهظة. تُعد تكلفة هذه المواد الأولية، مثل زيت الكانولا وفول الصويا (التي يطلبها المستهلكون أيضًا)، السبب الرئيسي في أن الديزل الحيوي أغلى من الديزل التقليدي. لن يصبح الديزل الحيوي منافسًا من حيث السعر إلا إذا انخفضت تكلفة الحصول على هذه الزيوت بشكل كبير.
بينما يتمتع الديزل الحيوي بالعديد من المزايا على الديزل التقليدي، بما في ذلك احتراقه النظيف، وبصمته الكربونية الأقل، وقدرته على إطالة عمر مكونات نظام الوقود بفضل قدرته التزييتية الأفضل، إلا أنه لا يخلو من العيوب. فيما يلي ستة تحديات رئيسية تواجه اعتماده.
**1. السعر:** التكلفة هي القضية الأبرز. في حين أن سعر ديزل B20 لم يختلف كثيرًا تاريخيًا عن الديزل التقليدي (عادةً بضعة سنتات أعلى)، إلا أن الديزل الحيوي «النقي» B99 أو B100 كان دائمًا أغلى. تُظهر بيانات مركز بيانات الوقود البديل (AFDC) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية أن سعر ديزل B99 أو B100 لم ينخفض أبدًا عن سعر الديزل التقليدي. في أبريل 2022، كان سعر الديزل التقليدي 4.50 دولار للغالون، بينما وصل B100 إلى 4.96 دولار، أي أغلى بأكثر من 10%. تُعد هذه الزيادة البالغة 10% تكلفة كبيرة على مدار عمر المركبة، خاصة للمشغلين التجاريين الذين يستهلكون آلاف الغالونات سنويًا (على سبيل المثال، زيادة 580 دولارًا شهريًا لشاحنة نصف مقطورة تنفق 70 ألف دولار سنويًا على الديزل). على الرغم من أن التحول إلى الوقود الحيوي يمكن أن يقلل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنسبة تصل إلى 86%، إلا أنه لا يزال غير مجدٍ اقتصاديًا في الوقت الحالي، خاصة وأن الديزل يمثل 6% من إجمالي الطاقة المستهلكة في الولايات المتحدة و22% من طاقة صناعة النقل.
**2. محتوى الطاقة المنخفض:** يمتلك الديزل الحيوي طاقة أقل من الديزل التقليدي، ويُقاس ذلك بالوحدات الحرارية البريطانية (BTUs). بينما يحتوي الديزل التقليدي غير المخلوط على حوالي 129,000 BTU لكل غالون أمريكي، يحتوي B5 على حوالي 128,450 BTU (أقل بنسبة 0.4%)، ويحتوي B20 على 126,800 BTU (أقل بنسبة 1.7%)، بينما يحتوي B100 على ما يقرب من 119,500 BTU (أقل بنسبة 8.4%). على الرغم من أن هذا الفارق لا يؤثر كثيرًا على الخلطات المنخفضة مثل B5، إلا أنه في حالة فرض استخدام خلطات أعلى في المستقبل، فقد يؤدي ذلك إلى قطع المركبة لمسافات أقل بنفس كمية الوقود. هذا يتفاقم مع ارتفاع سعر B100 بنحو 10%، مما يعني الحاجة إلى شراء المزيد من الوقود لقطع نفس المسافة، مما يؤثر سلبًا على هوامش الربح، خاصة للشركات التجارية.
**3. الأداء في الطقس البارد:** لطالما كانت العمليات في الطقس البارد تمثل تحديًا للمركبات التي تعمل بالوقود التقليدي، ولكن الديزل التقليدي يصمد بشكل جيد. لفهم سبب ضعف الديزل الحيوي في هذا الجانب، يجب معرفة نقاط التعكر (Cloud Point) ونقاط التبلور (Gel Point). نقطة التعكر هي درجة الحرارة التي تبدأ عندها بلورات الشمع بالظهور في الوقود، مما يعيق أداء المحرك. نقطة التبلور هي درجة الحرارة التي يتصلب عندها الوقود لدرجة تعيق تدفقه. للحفاظ على أداء المحرك، يجب أن يظل الوقود سائلاً. يمتلك الديزل التقليدي الأمريكي نقطة تعكر حوالي 20 درجة فهرنهايت ونقطة تبلور حوالي 0 درجة فهرنهايت مع الإضافات، مما يجعله موثوقًا في معظم مناطق الولايات المتحدة القارية. على النقيض، يمتلك B20 نقطة تبلور 22 درجة فهرنهايت، ويمكن أن يبدأ B100 في التبلور عند 26 درجة فهرنهايت، مما يجعله غير مناسب للاستخدام في العديد من المناطق الباردة.
**4. الأكسدة والتخزين:** جميع أنواع الديزل معرضة للأكسدة، ولكن الديزل التقليدي أقل عرضة لها بشكل عام من الديزل الحيوي. تكمن المشكلة الرئيسية في سهولة أكسدة الديزل الحيوي عند تخزينه بشكل غير صحيح، غالبًا في غضون ستة أشهر، بينما يستغرق الديزل التقليدي وقتًا أطول بكثير. عندما يبدأ الديزل الحيوي النقي مثل B100 في الأكسدة، تزداد حموضة الوقود. الأحماض مسببة للتآكل للمعادن، مما يعني أن الوقود الحمضي سيتسبب في تآكل أجزاء نظام الوقود المعدنية. إذا استمر تفاعل الأكسدة، سيتفكك الوقود ليشكل مواد صمغية وبوليمرات تتراكم بمرور الوقت وتجعل الوقود غير صالح للاستخدام. تفاعلات الأكسدة هذه لا رجعة فيها، وهي في الواقع أسوأ في ديزل B20 منها في B100، حيث تتكتل المواد الصمغية في خلطات الوقود بدلاً من أن تظل مذابة كما في B100، مما قد يسد أجزاء مختلفة من نظام الوقود. ومع ذلك، تشترط المعايير مثل ASTM D6751 أن يجتاز أي ديزل حيوي تجاري اختبار أكسدة صارمًا قبل طرحه في السوق. كما يمكن لإضافات مثل البيروجالول أن تبطئ عملية الأكسدة، لكنها تظل مشكلة يتعين على مستخدمي الديزل الحيوي التعامل معها.
**5. اللزوجة:** يُعتبر ديزل B20 وقودًا «بديلًا مباشرًا»، مما يعني أنه لا توجد حاجة لتعديلات في المركبات الحديثة المستهلكة لتشغيله بأمان كبديل للديزل البترولي التقليدي. ومع ذلك، تنشأ المشكلة عند استخدام خلطات الديزل الحيوي العالية مثل B99 أو الديزل الحيوي النقي B100، وذلك لأن هذه الخلطات تتمتع بلزوجة أعلى بكثير مقارنة بـ B20 أو الديزل العادي. تُقاس لزوجة الوقود السائل بوحدات mm²/s (المعروفة أحيانًا بالسناتكس) عند درجة حرارة 104 درجة فهرنهايت. يبلغ الحد الأدنى للزوجة الديزل الأمريكي رقم 2 التقليدي حوالي 2.0 mm²/s، بينما يتراوح B20 بين 3.0 و5.8 mm²/s. يقع كلاهما ضمن حدود اللزوجة المسموح بها (4.1 mm²/s عند 104 درجة فهرنهايت)، على الرغم من أن بعض خلطات B20 قد تقترب من الحد الأقصى. يقع B100 عادةً ضمن هذا النطاق أيضًا، ولكنه يصبح أكثر لزوجة بشكل ملحوظ مع انخفاض درجات الحرارة. لا تستطيع أنظمة الوقود العادية التعامل مع الديزل الحيوي النقي أو الخلطات العالية بشكل صحيح، ومن غير العملي افتراض أن الجميع سيتمكنون من الحفاظ على خزاناتهم عند 104 درجة فهرنهايت في جميع الأوقات.
**6. المخاوف البيئية (تغير استخدام الأراضي غير المباشر):** الهدف الأساسي من تطوير واستخدام الديزل الحيوي هو تحقيق تأثير بيئي أفضل وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري. يُساهم الديزل الحيوي المصنوع من زيوت الطهي المستعملة والدهون الحيوانية في تقليل كبير لانبعاثات الكربون مقارنة بالديزل المشتق من البترول. ومع ذلك، تميل العمليات التجارية الكبرى إلى استخدام المواد الأولية المستندة إلى المحاصيل. فوائد توفير الكربون من استخدام المواد الأولية المستندة إلى المحاصيل مثيرة للجدل، ويُعتقد أنها ليست جيدة مثل تلك المستمدة من زيوت الطهي المستعملة أو الدهون الحيوانية. ينطوي استخدام المحاصيل (مثل بذور اللفت أو الصويا أو النخيل) لإنتاج الديزل الحيوي أيضًا على خطر تغير استخدام الأراضي غير المباشر، مثل إزالة الغابات. بالإضافة إلى ذلك، يثير هذا تساؤلاً حول أولوية الوقود على الغذاء؛ فمع احتمالية أن يصبح إنتاج الديزل الحيوي مربحًا في المستقبل، قد يختار المزارعون إنتاج مواد أولية للديزل بدلاً من المحاصيل الغذائية للاستهلاك البشري.
على الرغم من هذه التحديات، فإن مستقبل الديزل الحيوي وأنواع الوقود الحيوي الأخرى ليس قاتمًا. على الرغم من أن القدرة على إنتاج «الديزل اليدوي» (كما يوصف أحيانًا) موجودة منذ عقود، إلا أنها لا تزال تقنية ناشئة على نطاق تجاري. ومثل جميع التقنيات وعمليات الإنتاج الجديدة، ستواجه مشاكل في البداية. ومع ذلك، نشهد عامًا بعد عام تطورات جديدة في هذا المجال، ويتجه المنظمون حول العالم نحو دعم إنتاج الوقود الحيوي بشكل أكبر. على سبيل المثال، أحد أحدث التطورات هو الإنتاج التجاري للديزل الحيوي عبر التحويل الأستري بمساعدة البلازما، وهي عملية تُنجز في ثوانٍ معدودة. كما تجرب الشركات إضافة جسيمات نانوية (مثل أكسيد السيريوم) إلى خليط الوقود لزيادة أداء المحرك وتقليل الانبعاثات. بالإضافة إلى ذلك، تعني التطورات في الآلات الجديدة أنه يمكن تحويل منتجات الجليسرول الثانوية إلى مواد أكثر ربحية في الموقع، مما قد يزيد من إيرادات الشركات وربما يُنقل كتوفير للمستهلكين، مما يقلل من سعر الديزل الحيوي. مع مرور الوقت الكافي، قد يصبح الديزل الحيوي منافسًا من حيث السعر والطاقة للديزل التقليدي، ومع معالجة هذين التحديين الأكبر، تبدو الأمور مشرقة.