يعتقد كثيرون أن استخدام الإيثانول هو الطريقة المثلى لتصبح السيارات أقل إضرارا بالبيئة، ولكن يبدو أن اعتقادهم هذا ليس صحيحا.

فالمتعارف عليه بين الناس هو أن تلك المادة صديقة للبيئة، فقد عرف الناس منذ بزوغ فجر الحضارة كيفية تحضير الإيثانول. فما كان عليهم إلا وضع مقدار من المحلول السكرى ثم إضافة الخميرة والانتظار. كما عرفوا منذ آلاف السنين كيفية استخراج ذلك الإيثانول من المحلول السكرى بشكل أكثر أو أقل نقاء، حيث يتم تسخينه وحبس البخار المتصاعد وتبريده حتى يتحول إلى سائل.

فورد والإيثانول

ومنذ قرن مضى حينما كان هنري فورد يقوم بتجربة محركات السيارات استخدم الإيثانول كوقود، ولكنه استبعده لسبب وجيه ألا وهو أن كمية الحرارة الناتجة عن احتراق لتر من الإيثانول أقل بمقدار الثلث من كمية الحرارة الناتجة عن احتراق لتر من البنزين، هذا بالإضافة إلى خاصية امتصاصه للماء من الجو. ولاحظ أنه إن لم يخلط الإيثانول بأنواع أخرى من الوقود مثل البنزين فإن ذلك يؤدي إلى تآكل غطاء المحرك خلال بضعة أعوام.. فالسؤال هنا إذن هو: لماذا عاد الإيثانول فجأة ليساير العصر؟؟ سؤال طالما تردد مؤخرا في أذهان علماء التكنولوجيا الحيوية في أمريكا.

وكانت الإجابة المعروفة هي: بما أنه يستخرج من النبات فهو (أقل إضرارا بالبيئة)، وأن ثاني أكسيد الكربون الناتج عن احتراقه كان بالفعل في الجو. وبالتالي فإن إعادة ثاني أكسيد الكربون إلى الهواء لن يكون له أثار سلبية على المناخ. وعلى الرغم من صحة ما سبق، إلا أن السبب الحقيقي الذي يكمن وراء تفضيل الإيثانول كبديل أقل إضرارا بالبيئة من البنزين هو أن الناس تعرف كيفية تحضيره، وأن هناك دعما مقدما حاليا للمزارعين الأمريكيين لإنتاج ما يكفي منه لغذاء الحيوانات. وعلى الرغم من كل ما ذكر فهذا لا يمنع من اعتبار الإيثانول وقودا لا نفع منه. وقد أوضح علماء التكنولوجيا الحيوية أنه لإيجاد حل لهذه المشكلة فعلينا إيجاد وقود أفضل يضاهي الإيثانول في أنه أقل إضرارا بالبيئة، وهذا ما يحاولون القيام به.

حلول بديلة

- استخدام البيوتانول: لقد كان البيوتانول هو الخطوة الأولى على الطريق، حيث يعتبر البيوتانول أيضا أحد أنواع الكحول التي يمكن تحضيرها عن طريق تخمر السكر، إلا أن التخمر يتم بالاستعانة بأحد أنواع البكتيريا بدلا من الخميرة، كما أن له بعض المزايا التي تفوق الإيثانول، حيث تحتوى جزيئاته على عدد أكبر من ذرات الكربون (أربع ذرات من الكربون بدلا من ذرتين)؛ ما يعنى الحصول على طاقة أكبر للتر الواحد. وعلى الرغم من ذلك فمازال البيوتانول يحتوى على نسبة 85% من الطاقة وهى نسبة جيدة كالبنزين، وعلاوة على ذلك فإن له قدرة أقل على امتصاص الماء من الجو.

ولقد خططت DuPont، وهى شركة كيميائية أمريكية كبرى، بالتعاون مع شركة BP البريطانية للطاقة، لعملية تحضير البيوتانول الحيوي الذي غالبا ما عرف كناتج لعملية التخمر من خلال مشروع مشترك بينهما. إلا أن شركة BP خططت لبدء بيعه بخلطه مع البنزين في البداية وبدا أن البيوتانول ليس أفضل من الإيثانول على الإطلاق .

- البحث عن جزيئات أكبر للكحول: وبالتالي تصبح أغنى بالطاقة. فأي كحول بسيط من المعروف أنه يتكون من عدد من ذرات الكربون والهيدروجين فضلا عن ذرة أكسجين واحدة. وفي الواقع توقفت عملية رفع محتوى الكربون لجعله وقودا أفضل وذلك بالحصول على الأوكتانول (ثماني ذرات من الكربون)، فهو كأي شيء أكبر يميل إلى التجمد عند انخفاض درجات الحرارة في فصل الشتاء. ولكن الكائنات الحية اعتادت على الكحوليات فأصبحت إنزيماتها مستعدة للتكيف معها. وهذا ما جعل مهمة علماء التكنولوجيا الحيوية أيسر كثيرا.

وكانت فكرة هندسة الإنزيمات لتحضير الأوكتانول أول ما جعل شركة كوديكسز - وهى شركة صغيرة تعمل في مجال التكنولوجيا الحيوية ومقرها مدينة رود وود - تتميز في هذا المجال. وتعمل تقنية كوديكسز بالاستعانة بنفس الدقة المستخدمة في مجال الصيدلة، فيعد أحد منتجاتها التجارية الرئيسية هو نظام الإنزيم المستخدم في تحضير المادة الكيميائية التي سبقت عقار الليبيتور، وهو عقار خافض للكولسترول تقوم شركة بي فيتزر بتسويقه. وتعتمد على فكرة تطور الجزيء حيث تتطور الإنزيمات بنفس أسلوب التطور الطبيعي للكائنات الحية؛ ما يخلق تنوعات متعددة ويستبعد ما لا يريده ثم يخلط ما تبقى. ثم تكرر هذه العملية على المتبقى إلى أن يظهر شيء نافع. إلا أنه بخلاف التطور الطبيعي يوجد تطور يتسم ببعض الذكاء في العملية. وبالتالي كانت النتيجة الحصول على إنزيمات تستطيع القيام بتحولات كيميائية غير معروفة في الطبيعة.

بنزين حيوي

ولم يهتم الكثير من العلماء كثيرا بالأوكتانول كوقود حيوي بل يتحول الانتباه فى شركة كوديكسز بدلا من ذلك إلى الجزيئات التي تشبه البنزين كيميائيا إلى حد كبير. ويعتبر التحول الذي أحدثته شركة كوديكسز أن البنزين الحيوي - بخلاف البنزين العادي، الذي تختلف كل كمية مكررة منه عن الأخرى - يتحول ويعود لنفس حالته مرات عدة، وهكذا صمم ليتميز بالخصائص الملائمة لوقود السيارات.

وبخلاف شركة كوديكسز، التي ينصب اهتمامها على الإنزيمات المنقاة، فإن شركة أميريس تستخدم تقنية يطلق عليها اسم البيولوحية التركيبية، التي تحول الكائنات الحية إلى مفاعلات كيميائية من خلال دمج مجموعة من التفاعلات الكيميائية الحيوية الجديدة داخلها. وبحث العلماء عن الإنزيمات الملائمة وأجروا عليها تعديلات طفيفة لكي تصبح أكثر فاعلية، ثم ثبتوا جينات الإنزيمات المعدلة داخل البكتريا وبهذا أعطت المنتج المرغوب.

ويتميز الايزوبرنيود بأنه مثل الكحوليات، يعد جزءا من الكيمياء الحيوية الطبيعية للعديد من الكائنات الحية. وهكذا يسهل الحصول على الإنزيمات التي نسعى لتوظيفها توظيفا جيدا. كما أن لها ميزة إضافية وهى أن بعضها هيدروكربون نقى كالبنزين، وبالإضافة إلى ذلك تعتقد إحدى الشركات أنها بشيء من البحث الدقيق ستحصل على ايزوبرنيود له خصائص ملائمة تجعله بديلا للبنزين.

وسرعان ما بدأت الشركة الثالثة في هذا المجال بكاليفورنيا، وهى شركة LS9 بمدنية سان كارلوس، بالتعامل مع أهم جزء في الموضوع. فإذا كان البنزين هو المطلوب فسيمكن الحصول عليه، وينطبق ذلك على الديزل أيضا إلا أنه في هذه الحالة يكون المنتج بالفعل هو الديزل الحيوي الذي يفوق بطريقة أو بأخرى المنتجات المعتمدة على البترول.

أحماض وزيوت

كما تستخدم شركة LS9 البيولوجية التركيبية ولاسيما التحكم في مجموعة التفاعلات الخاصة بتحضير الأحماض الدهنية التى تعتبر مثل الكحوليات، جزيئات تحتوى على الكثير من ذرات الهيدروجين والكربون و كم ضئيل من الأكسجين (فهي تتكون من ذرتين أكسجين بدلا من ذرة واحدة). وتتكون الزيوت النباتية من الأحماض الدهنية الممزوجة بالجلسرين، وهذه الأحماض الدهنية (كالتي توجد في زيت النخيل) هي المادة الخام للديزل الحيوي الموجود بالسوق حاليا.

واستخدمت شركة LS9 تقنياتها لتحويل الميكروبات إلى مصانع للأحماض الدهنية؛ لأنها تحتوى على ما يتراوح بين ثماني ذرات كربون إلى عشرين ذرة- وهو العدد الأمثل لإنتاج الديزل الحيوي. كما تخطط لتحضير ما تطلق عليه اسم (النفط الخام الحيوي). وفى هذه الحالة تحتوى الأحماض الدهنية على ما يتراوح بين ثماني عشرة ذرة كربون إلى ثلاثين ذرة تقريبا. وتصبح المرحلة الأخيرة من مجموعة التفاعلات التركيبية هي اختزال عدد ذرات الكربون للحصول على هيدروكربون نقى وبهذا يمكن أن ينقل هذا النفط الخام الحيوي مباشرة إلى معامل تكرير النفط الموجودة دون الحاجة إلى تعديلها.