مقدمه:
بنزین, سوخت برتر موتورهای پیستونی است که در طی سالهای کوتاهی از یک محصول جانبی ناخواسته به یک پشتوانه ضروری زندگی مدرن در عصر حاضر تبدیل شده است , این فاصله زمانی به قدری کوتاه بودکه تا پیش از سال 1900 بنزین بیش از یک مسئله مصرفی برای صنعت نوپای نفت خام در تولید روغن چراغ و اجاق , روغن موتور و گریس نبود .شکل اولیه موتورها که موتورهای اشتعال داخلی چهار ضربه ای بود و توسط جرقه اشتعال صورت می گرفت توسط نیکولاس اتو در سال 1876 در آلمان ساخته شد . این موتور که بر پایه بنزین حرکت می کرد مزیت های زیادی را نسبت به موتورهای سوخت داخلی قدیمی تر ، از نظر وزن , قدرت و بازدهی فراهم کرد . تا سال 1980 حدود 50000 عدد از این موتورها به فروش رسید و به دلیل محبوبیت و عوام پسندی این موتورها درخواست برای تولید بنزین نیز افزایش یافت.نیاز به بنزین در جهت صنعتی شدن در سایر مناطق هم از الگویی شبیه آنچه در امریکا اتفاق افتاد پیروی می کرد. مثلا در اروپای غربی مصرف بنزین 1/1 و در کشورهای غیر صنعتی حدود4/3 افزایش پیدا کرد.بنزین در الایشگاههای نفت تولید می شود . ماده ای که توسط تقطیر از نفت خام جدا می شود بنزین طبیعی نام دارد که ویژگیهای مورد نیاز برای موتورهای پیشرفته را نداشته اما بخشی از مخلوط را تشکیل می دهد . فرآورده های پالایشگاههای مختلف با هم آمیخته می شود و بنزین را با خواص مختلف می سازد که برخی از این فرآیندهای مهم عبارتند از :
v رفرمات که در اصلاح کننده کاتالیزوری با عدد اکتان بالا شامل مقدار زیادی ماده آروماتیک و مقدار بسیار کم آلکن ها است .
v بنزینی که توسط کاتالیزور شکسته شده وگازوییل یا مولکول نفتا نیز نامیده می شود و از فرآیند کراکینگ شیمی تجزیه کننده کاتالیزوری با عدد اکتان مناسب ، حاوی آلکن اولفین های بالا و سطح بالای ماده آروماتیک تهیه می شود .
v بنزین طبیعی مستقیما از نفت خام با عدد اکتان پایین ماده , آروماتیک پایین , مقداری از نفتن ها و ... تهیه می شود .
بطور کلی بنزین معمولی عمدتا مخلوطی از پارافین ها ( آلکان ها ) , نفتن ها ( سیکلو آلکانها ) , آروماتیک ها که نسبت های دقیق آن به عوامل زیر بستگی دارد :
1) پالایشگاههای نفت که سازنده بنزین است
2) نفت خام مورد استفاده پالایشگاه در یک روز خاص
3) درجه بنزین و عدد اکتان آن
امروزه بسیاری از کشورها در مورد ترکیبات آروماتیک بنزین بطور عام , و بنزین بطور خاص و ترکیب اولفین محدودیت هایی را اعمال می کنند . تقاضای اجزای تشکیل دهنده پارافین خالص با عدد اکتان بالا از قبیل آلکیلات در حال افزایش است بنزین همچنین شامل مواد آلی دیگری نیز می باشد از قبیل اترهای آلی , اختصاصا ترکیبات گوگرد از قبیل دی سولفیدها و تیوفین ها و برخی ناخالصی ها مثل تیول ها و سولفید هیدروژن که به علت خوردگی در موتورها باید حذف شوند .
برای کارکرد هر چه بهتر موتور خودرو بنزین باید از مشخصات دقیقی برخوردار باشد که برخی از این ویژگیها بر اساس موقعیت محلی و ارتفاع متغیر هستند . سوخت در موتور باید به آسانی تبخیر شود تا وقتی که شمع در داخل سیلندر جرقه می زند کاملا بسوزد و همچنین نباید به سرعت منفجر شود چرا که موجب ضربه های مخربی برای موتور می گردد .
مشخصه های مهم سوخت ها که در هنگام استفاده باید مورد توجه قرار بگیرند عبارتند از :
1. اکتان
2. فراریت
3. پاکیزگی
MTBE چیست ؟
MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether) متیل ترشری بوتیل اتر ترکیب شیمیایی است که از طریق واکنش شیمیایی بین متانول و ایزوبوتیلن methanol and isobutylene تهیه می شود.
MTBE در مقیاس خیلی بالا ( بیش از 200 هزار بشکه در روز) در ایالات متحده و در سال 1999 تولید می شد . و تقریباً همه آن بعنوان افزودنی به بنزین مورد استفاده در موتورهای بنزینی بکار می رفت . MTBE مایعی فرار ؛ قابل اشتعال و بدون رنگ است که بسادگی در آب حل می شود .
MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether)) متیل ترشری بوتیل اتر ترکیب شیمیایی است که از طریق واکنش شیمیایی بین متانول و ایزوبوتیلن methanol and isobutylene تهیه می شود .
MTBE در مقیاس خیلی بالا ( بیش از 200 هزار بشکه در روز) در ایالات متحده و در سال 1999 تولید می شد . و تقریباً همه آن بعنوان افزودنی به بنزین مورد استفاده در موتورهای بنزینی بکار می رفت . MTBE مایعی فرار ؛ قابل اشتعال و بدون رنگ است که بسادگی در آب حل می شود .
کاربردهای MTBE چیست ؟
استفاده از MTBE بعنوان ماده افزودنی در سوخت موتورهای بنزینی از 1949 شروع شد تا جایگزینی برای سرب باشد که به منظور بالا بردن عدد اکتان بنزین octane enhancer به آن اضافه می شد . استفاده از MTBE در بنزین های آمریکا تا سال 1979 به میزان کمی بود ( جانشینی بود برای سرب که جهت بالا بردن عدد اکتان octane enhancer ( از ضربه زدن موتور"knocking"). جلوگیری می کند ) اغلب پالایشگاه MTBE را بعلت خاصیت ترکیب شدن آن و با صرفه بودنش بعنوان ماده اکسیژن دهنده بر مواد دیگر ترجیح می دهند .
آیا MTBE برای انسان زیان آور است ؟
در تحقیقات متعددی که در این زمینه بر روی سلامتی انسان انجام گرفته است بر روی اثری که استنشاق این ماده شیمایی دارد متمرکز شده است بررسی که بر روی حیواناتی که این ماده را استنشاق کرده اند نشان می دهد که باعث بروز سرطان و نیز برخی مشکلات دیگر در انسان می شود . کارهایی که اخیراً توسط موسسه حفاظت از محیط زیست آمریکا EPA و سایر محققان انجام گرفته است سعی شده است که بر روی اثرات نامطلوبی که نوشیدن آبهای آلوده به MTBE دارد مطالعه شود .
EPA اثرات موجود ناشی از ؛آلودگی MTBE را بر روی آب آشامیدنی در سال 1997 مورد بررسی قرار داده است و مشاوران آب ابراز داشته اند که اطلاعات کافی در این مورد وجود ندارد که به EPA کمک کند که بتواند خطر کمی ناشی از ام تی بی ایی را محاسبه و محدودیتهای لازم را ابلاغ نماید . مدارکی که کارشناسان آب آشامیدنی ارائه داده اند نشان می دهد وجود مقادیر کمی MTBE در آب آشامیدنی با غلظت حدود 20 تا 40 قسمت در میلیارد 20 and 40 ppb با کمتر می تواند باعث بروز اثرات منفی بر روی سلامت انسان می شود.
MTBE چگونه وارد منابع آب آشامیدنی می شود ؟
این امکان وجود دارد که MTBE بدرون محیط زیست نشت پیدا کرده و رسوخ کند ( و بطور بالقوه وارد آب آشامیدنی شود ) هر موقع بنزین را ذخیره می کنید و این احتمال وجود دارد که به هنگام انتقال و جابجایی نشت دهد. و این در حالی است که برنامه های دولت فدرال به گونه ای است که میزان نشتی و پاشش مواد حاوی MTBE به حداقل مقدار ممکن کاهش پیدا کند . با این وجود هیچ سیستمی کاملاً ایمن و خطا ناپذیر Foolproof نیست .
MTBE چگونه منتشر می شود و تا چه سطحی باعث آلودگی آبهای آشامیدنی می شود ؟
هر چند داده های زیادی در این زمینه وجود ندارد که مشخصه کامل آلایندگی آب توسط MTBE چگونه است ولی مطالعات روزافزونی وجود دارند که آشکار کرده اند که مقدار MTBE در آب آشامیدنی موجود در کشور بالا رفته است . داده های کنونی در مورد آیهایی سطحی و زیر زمینی نشان از گسترش روز افزون و گسترده MTBE دارد و برخی بررسی ها هم مقدار آن را کمتر نشان داده است . .
هنگامی که MTBE وارد محیط می شود چه اتفاقی می افتد ؟
بعلت آنکه MTBE براحتی درآب محلول می شود ولی براحتی به خاک نمی چسبد does not "cling" to soil very well این امر باعث می شود که خیلی سریع تر وعمیق تر از ترکیبات بنزین در خاک نفوذکند و به همین جهت قابلیت بالایی را برای آلودگی سیستم های عمومی آب و چاههای آب خانگی را دارد . MTBE براحتی تجزیه و جدا degrade (breakdown) نمی شود و حذف آن از جریان آبهای زیر زمینی کاری بسیار پرهزینه و سخت است.
چگونه مردم در معرض MTBE قرار می گیرند؟
مردم ممکن است از طرق مختلف با این ماده مواجهه داشته باشند :
Ø از طریق آبهای آلوده با MTBE ( نوشیدن آب، استنشاق بخارات حاوی آن،یا بواسطه تماس با پوست هنگام دوش گرفتن،شستشو یا شنا کردن)
Ø یا از طریق استنشاق هوا در پمپ بنزین های حاوی MTBE یا در زمان ریختن آن در ماشین های بنزینی
Ø یا استنشاق دود خروجی از اگزوز وسایل نقلیه
قرار گرفتن در معرض فاز گازی می تواند باعث التهابات پوستی و ناراحتی های چشمی شود.
آیا MTBE می تواند باعث سرطان شود؟
دانشمندان از دو نوع از مطالعات استفاده میکنند تا سرطانزا بودن یک ماده را تشخیص دهند. (موادی که باعث سرطان یا کمک به سرطان شوند، سرطان زا نامیده می شوند.)
1) مطالعات انجام شده آزمایشگاهی:
مطالعات متعددی برای بررسی اثرات بهداشتی در حیوانات آزمایشگاهی در معرض استنشاق یا مصرف “ام تی بی ای”انجام شده است که اغلب در دوز های بسیار بالایی در طول عمر خود قرار گرفته اند.برخی از این مطالعات نشان داده اند که قرار گرفتن در این سطوح مواجهه بالا باعث ایجاد تومورهای کلیه،کبد و بیضه ها و برخی اندام های دیگر می شود.سطوح MTBE که در این مطالعات مورد استفاده قرار گرفته است عموما بسیار بالاتر از آستانه تحمل انسان می باشد.
2) مطالعات روی مردم:
اگرچه از سال ۱۹۷۹ ،MTBE بعنوان یک افزودنی سوخت مورد استفاده قرار گرفته است .اما مطالعات دراز مدتی درباره توانایی آن برای ایجاد سرطان در کارگران و افرادی که در معرض غلظت بالایی قرار دارند وجود نداشته است.از طرفی افرادی که در تماس با “ام تی بی ای” قرار گرفته اند ممکن است که با سایر مواد شیمیایی نیز مواجهه داشته اند .لذا این مسئله باعث می شود مطالعه در این زمینه قدری دشوار شود.
نتایج تحقیقات برخی سازمان ها چه می گوید؟
سازمان های ملی و بین المللی هستند که برخی مواد در محیط را از نظر قدرت سرطانزایی آن ها بررسی می کنند.برخی از نظرات این سازمان ها را از نظر سرطان زا بودن MTBE باهم بررسی می کنیم.
Ø NTP:
برنامه ملی سم شناسی (NTP) از چندین بخش مختلف از چند سازمان دولتی آمریکا از جمله انستیتو ملی بهداشت (NIH) ، مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری ها (CDC) و اداره غذا و دارو (FDA) تشکیل شده است.NTP در سال ۱۹۹۸ MTBE را بررسی کرد. و آنرا در لیست موادی که بعنوان ماده سرطانزا در انسان شناخته شده اند قرار ندادند چرا که به عقیده آنها شواهد موجود در حیوانات آزمایشگاهی کافی و قانع کننده نبود.
Ø آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (IARC):
IARC بخش از سازمان بهداشت جهانی WHO است. هدف اصلی این سازمان شناسایی علل سرطان است.این سازمان در آخرین گزارش خود درباره MTBE (منتشر شده در سال ۱۹۹۹) به این نتیجه رسید که شواهد ناکافی در انسان و شواهد محدود در حیوانات در جهت سرطانزایی MTBE وجود دارد. که منجر به ارزیابی کلی MTBE بعنوان ” طبقه بندی نشده به عنوان سرطانزا در انسان ( not classifiable as to its carcinogenicity to human)” شد.
Ø آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا EPA:
EPA سیستم اطلاعات جامع ریسک (IRIS) را نگهداری می کند که یک پایگاه داده الکترونیکی است حاوی اطلاعاتی درباره اثرات بهداشتی روی انسان از طریق مواجهه با مواد مختلف در محیط است. اداره آب EPA نیز بیان میکند که شواهدی کافی برای برآورد خطرات بالقوه MTBE در دوزهای پایین در آب آشامیدنی وجود ندارد. اما شواهد نشان می دهد که MTBE در دوز های بالا یک سرطانزای بالقوه انسانی است.
آیا MTBE سبب سایر مشکلات بهداشتی می شود؟
برخی از افراد پس از تنفس بخارات ناشی از گازهای حاوی MTBE از علائمی نظیر تهوع،سرگیجه،سردرد،سوزش گلو و بینی شکایت دارند.اما مشخص نیست که این علائم توسط MTBE ایجاد می شود یا سایر اجزای بنزین. در مطالعات مختلف نیز هیچ علائم خاص مرتبط با مواجهه MTBE یافت نشد. همچنین مشخص نیست که تماس طولانی مدت با سطح پایینتری از MTBE اثرات بهداشتی خاصی داشته باشد مانند وجود در آب آشامیدنی.تحقیق بر روی حیوانات با سطح بسیار بالاتری از MTBE نسبت به سطوح معمولی مواحهه انسان ، اثراتی را بر سیستم عصبی ازجمله بیش فعالی، تشنج ، از دست دادن هوشیاری نشان داده است. مطالعات دیگر آسیب به کلیه ها ، اثر بر رشد جنین را نیز علاوه بر سرطانهایی که در بالا بدان ها اشاره شد ، نشان می دهد.
حداکثر مجاز MTBE در آب آشامیدنی:
آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا EPA مسئول ایمنی آب آشامیدنی در ایالات متحده آمریکاست حداکثر میزان آلودگی MTBE در آب آشامیدنی را تا این لحظه مشخص نکرده است. اما بیش تر از ۲۰ الی ۴۰ PPb را جهت جلوگیری از ایجاد بوی بد و طعم و مزه در آب توصیه نمیکند. این سطح تضمین کننده ایمنی نیست و ایمنی انرا تایید نمی کند اما EPA معتقد است که باید سطح MTBE در پایین تر این مقدار نگهداشته شود تا از هر گونه اثرات بهداشتی منفی جلوگیری کند
نتیجه گیری:
بنزین علیرغم فراهم آوری امکان جابجایی و در نتیجه پیشرفت های اقتصادی و اجتماعی به عنوان یکی از برگترین منابع آلوده کننده محیط زیست چه در سطح جهانی و چه در سطح ملی مطرح است. مدت زمان زیادی از حذف سرب از بنزین و جایگزینی MTBE بجای سرب نمی گذرد اما مصرف این ماده نیز خود مسائل چندی را به دنبال دارد. شاید بزرگترین مسأله پایداری این ماده سمی در چرخه حیات بشری باشد. اتانول به عنوان جایگزین MTBE اثرات منفی زیست محیطی ناشی از آن را ندارد، در نوشتار حاضر موضوع جایگزینی بررسی و مشخص شد که با کارآیی یکسان که با عدد اکتان سوخت حاصل سنجیده شد، در شرایط فعلی 6 درصد به قیمت بنزین افزوده می شود. انتظار می رود با افزایش مصرف این افزون قیمت کاهش یابد.
منابع:
Ø مهدیزاده, نیما؛ محمدعلی سدهی؛ افشین نعیمی و امید پورعلی، ۱۳۹۵، بررسی تاثیربهینه سازی واحد تولید متیل ترشیو بوتیل اتر (MTBE)در کاهش آلاینده های زیست محیطی، هشتمین همایش ملی و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست، تهران، انجمن مهندسی محیط زیست ایران.
Ø حسینی صفت, سیده الهام و رضا صمصامی، ۱۳۹۵، کاهش میزان MTBE موجود در فاضلاب صنعتی به وسیله ی واکنشگرفنتون، هشتمین همایش ملی و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست، تهران، انجمن مهندسی محیط زیست ایران.
Ø بابایی, مسعود و مهران کیانفر، ۱۳۹۴، شبیه سازی تولید صنعتی MTBE پتروشیمی شیمی بافت به روش واکنش در فاز مایع بین ایزوبوتیلن و متانول با استفاده از نرم افزار HYSYS، دومین همایش ملی تکنولوژی های نوین در شیمی و پتروشیمی، تهران، مرکز پژوهشهای صنعتی و معدنی هم اندیشان چرخه علم و صنعت.
Ø تابع بردبار, علی؛ علی رئیسی استبرق و فاطمه غازیانی، ۱۳۹۴، استفاده از روش الکتروکینتیک در پاکسازی یک خاک رسی آلوده به MTBE، فصلنامه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز 45 (79).
Ø خوش سیما, سوسن و مجتبی هادوی فر، ۱۳۹۴، بررسی متیل ترشیاری بوتیل اتر MTBE در آب های زیرزمینی و راه های حذف آن، چهارمین همایش ملی فن آوری های نوین شیمی و مهندسی شیمی، قوچان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قوچان.
Ø درویشی, غلامرضا؛ سید جواد نوربخش و محمودعلی رکنی، ۱۳۹۴، بررسی تاثیر MTBE بر محیط زیست و منابع آب و نحوه اندازه گیری آن، کنفرانس ملی مهندسی و مدیریت محیط زیست، تهران، مرکز تحقیقات مهندسی محیط زیست مازند آب.
