فصل اول
مقدمه و کلیات
مقدمه
با رشد روز افزون جمعيت جهان و بالا رفتن سطح زندگی و تمایل به سمت مصرف بیشتر، نیاز به مواد غذایی در حال افزایش است. نقش و اهمیت بخش کشاورزی به عنوان مهمترین بخش در تامین مواد غذایی به خوبی روشن می‌باشد. تامین نیاز غذایی و سایر احتیاجات این جمعیت در حال رشد سریع، فقط از طریق افزایش تولید محصولات در واحد سطح و واحد زمان امکان‌پذیر خواهد بود و رسیدن به این هدف نیاز به مدیریت و برنامه ریزی دقیق دارد.
امروزه بخش کشاورزی به منظور پاسخ‏گویی به نیاز غذا برای جمعیت رو به رشد کره زمین و فراهم کردن مواد غذایی کافی و مناسب، به میزان زیادی وابسته به مصرف انرژی1 می‏باشد. توجه به منابع طبیعی محدود و اثرات سوء ناشی از عدم استفاده نامناسب از منابع مختلف انرژی روی سلامتی انسان و محیط زیست، لزوم بررسی الگوهای مصرف انرژی را در بخش کشاورزی حیاتی ساخته است (هاتریلی2 و همکاران 2005). با توجه به بحران انرژی و انتشار گازهای گلخانه‎ای ناشی از مصرف بی‏‏‏‏‏رویه سوخت‏های فسیلی تمام تلاش‏ها بر آن است که مصرف انرژی تا حد امکان کاهش یابد. بخش کشاورزی نیز از این موضوع مستثنی نیست. اکثر کشورهای پیشرفته و در حال توسعه، انرژی وارد شده در واحد سطح برای تولید محصولات مختلف کشاورزی را بررسی و با محاسبه شاخص کارایی انرژی سعی کرده‏اند سیستم کشاورزی خود را از نظر مصرف انرژی بهینه کنند (نصیری و همکاران، 1387). بخش کشاورزی هر چند در مقایسه با صنعت به لحاظ مصرف انرژی سهم کمتری در کل انرژی کشور دارد، ولی با اندکی تامل و دقت مشخص می‏شود که میزان انرژی‏های ورودی در آن بسیار بالا و چشمگیر بوده و به دلیل فراوانی و ارزان بودن نسبی انرژی در ایران متاسفانه توجه چندانی به استفاده بهینه از آن نمی‎شود (محمدیان‏صبور، 1386؛ قاسمی کردخیلی و همکاران، 1392).
نظر به اینکه بخش کشاورزی از یک طرف با محدودیت منابع تولید روبرو بوده و از سوی دیگر تامین کننده امنیت غذایی جمعیت در حال رشد می‏باشد، باید تعادل و توازنی بین جریان برداشت و بهره‏برداری از منابع تولید و مقدار تولید محصولات کشاورزی ایجاد شود. در واقع روند استفاده از منابع تولید باید به گونه‏ای باشد که علاوه بر رفع نیازهای غذایی نسل کنونی، امنیت غذایی نسل آینده نیز تهدید نشود. این مسئله مبنای آنچه را امروزه به آن کشاورزی پایدار گفته می‏شود، تشکیل می‏دهد.
افزایش انتشار گازهای گلخانه‏ای در جهان ناشی از مصرف بی‏رویه انواع مختلف حامل‏های انرژی است. این مسئله سبب بروز پیامدهای منفی برای محیط زیست از جمله گرمایش جهانی شده و اثرات زیست محیطی زیادی بر مناطق مختلف داشته است. آثار سوء این پدیده به ویژه در نواحی گرمسیر و نیمه گرمسیر، نظیر ایران نمود بیشتری دارد، مواردی چون گسترش نواحی بیابانی، افزایش نیاز به آب برای کشاورزی و افزونی برخی بیماری‏ها، از جمله پیامدهای زیست‏محیطی آن است (شاه‏حسینی، 1389). اکسیدهای‏گوگرد (SOx)،‏ اکسیدهای‏نیتروژن (NOx)،‏‏‏ مونواکسیدکربن ‏(CO)، ذرات‏معلق ‏(PM)،‏ هیدروکربن‏ها (HC) و دی‌اکسیدکربن (CO2) از جمله گازهای آلاینده و گلخانه‏ای هستند که در اثر فعالیت‏های بخش انرژی به‏ویژه احتراق سوخت‏های هیدروکربنی به جو راه می‏یابند. گازهای گلخانه‏ای مانند CO2 سبب بروز پدیده تغییر آب و هوا و گرمایش جهانی شده و از بعد جهانی حائز اهمیت می‏باشند. در صورتی که گازهای آلاینده‏ای مانند NOx، SOx و COسبب بارش باران‏های اسیدی، بروز مخاطرات بهداشتی و سلامتی برای انسان و سایر موجودات گردیده و عمدتا از دیدگاه منطقه‏ای و ملی مورد توجه قرار می‏گیرند (بی‏نام، 1391).
کشاورزی بزرگترین و قدیمی‏ترین صنعت جهان است. تولید، فرآوری و توزیع مواد غذایی همگی محیط زیست را تغییر می‏دهند. به دلیل عظمت و وسعت این صنعت اثرات آن بر محیط زیست غیر قابل اجتناب بوده و می‏تواند جنبه‏های مثبت و یا منفی داشته باشد. برای مثال علف‌کش‏ها و آفت‏کش‏های جدید در کوتاه مدت انقلابی در کشاورزی بوجود آورده‏اند. اما در دوره‏های طولانی اثرات نامطلوب بر محیط زیست ثابت شده است. کشاورزی دارای اثرات اولیه و ثانویه بر محیط زیست بوده که اثرات اولیه آن تاثیراتی است که در محل کشاورزی به‏وقوع می‏پیوندد و اثرات ثانویه در محل صورت نگرفته بلکه توسط باد و جریان‏های سطحی یا زیرزمینی آب بر محیط وارد می‏گردد که اثرات کشاورزی شامل سه گروه محلی، منطقه‏ای و جهانی است. اثرات محلی در مکان‏هایی که کشاورزی انجام می‏گیرد، بوجود می‏آید و شامل فرسایش، از دست رفتن خاک و افزایش رسوبات در رودخانه‏های محلی می‏باشند. اثرات منطقه‏ای از ترکیبی عملیات کشاورزی در مناطق بزرگ ناشی می‏شود که شامل به‏وجود آمدن بیابان‏ها، آلودگی در مقیاس زیاد، افزایش رسوبات در رودخانه‏های اصلی و دهانه رودخانه‏ها و تغییرات در حاصلخیزی شیمیایی خاک‏ها در مناطق بزرگ می‏باشند. اثرات جهانی آنهایی‏اند که باعث تغییرات اقلیمی و نیز تغییرات وسیع بالقوه در چرخه‏های شیمیایی می‏گردند. مشکلات اصلی ناشی از کشاورزی در زمینه مسائل زیست‏محیطی شامل جنگل‏زدایی، کویرزدایی، فرسایش خاک، چرای مفرط، تخریب منابع آبی، تجمع فلزات سنگین، ترکیبات آلی سمی، آلودگی آب و رشد بیش از حد جلبک‏ها می‏باشند (پاینده،1380).
اهمیت شکر
نیشکر از مهمترین گیاهان قندی جهان بوده که از پتانسیل تولید شکر بالا و به مقدار زیاد در واحد سطح زمین را داراست و با داشتن مسیر فتوسنتزی C4، سرعت رشد بیشتر از 40 گرم در مترمربع در روز را دارد (خواجه پور، 1377). نیشکر خاص مناطق گرمسیری بوده که مقدار قند نیشکر اغلب در حد 12-10 درصد و در مواردی تا 17 درصد می‏باشد (مصباحی، 1385).
شکر به عنوان ماده غذایی انرژی‌زا تنها ماده غذایی است که به طور خالص می‌توان آن‏را تولید کرد و با توجه به ارزانی این منبع تامین انرژی در مقایسه با سایر مواد غذایی، تقاضا برای مصرف آن در ایران و سایر کشورهای در حال توسعه روبه افزایش است و در زمره یکی از کالاهای استراتژیک همواره مورد توجه و حمایت دولت‌ها می‏باشد. قیمت بسیار ارزان شکر در مقایسه با مقدار کالری که ایجاد می‏نماید این کالا را به منبع اساسی تأمین انرژی جامعه‏های فقیر مبدل ساخته است. از طرفی دیگر شکر برای بعضی از کشورهای صادر کننده مانند کشور کوبا به عنوان مهم‏ترین منبع تامین درآمد ارزی محسوب می‏گردد (سیفی‏پور، 1390). حدود 60 درصد قند تولیدی جهان از نیشکر و مابقی از چغندرقند تامین می‌شود. تولید جهانی شکر در سال 1984 معادل 1320 هزار تن بوده و در سال 2000 به 6767 هزار تن افزایش یافت که از این میزان 3945 هزار تن آن مربوط به چغندر و2822 هزار تن دیگر از نیشکر استخراج شده بود و در سال 2013 تولید جهانی شکر به 181000 هزار تن شکر خام رسید (بی‏نام، ب، 1392). نقش شکر به‌عنوان یکی از عمده‌ترین محصولات کشاورزی در تجارت جهانی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این محصول در 69 کشور گرم استوایی و نیمه گرم تا مدار 32 درجه زیر کشت قرار دارد (بهادری و کلاه‌چی، 1388).
عملیات مختلف سیستم تولید شکر در استان خوزستان
این عملیات‏ شامل عملیات آب‏شویی، عملیات قبل از تسطیح، عملیات تسطیح و خاک‏ورزی، عملیات کاشت، عملیات داشت مزارع و عملیات برداشت مزارع و انتقال به کارخانه و مراحل آسیاب و عصاره‏گیری و سیستم پالایش در کارخانه تولید شکر می‏باشد در عملیات آب‏شویی توسط بیل مکانیکی یا بلدوزر 6D و یا گریدر 16G اقدام به حوضچه‏سازی مزارع می‏کنند. پس از حوضچه‏سازی عملیات آب‏شویی به دو صورت پیوسته و منقطع انجام می‏شود. عملیات قبل از تسطیح شامل تخریب برم با بلدوزر یا گریدر، دیسک‏زنی اولیه با دیسک 24پره در دو نوبت و ماله اولیه 5/3 متری با تراکتور 110 اسب بخار در دو مرحله انجام می‏شود و زمین برای تسطیح با اسکریپر آماده می‏شود (راهدار، 1383). عملیات تسطیح با استفاده از اسکریپرهای لیزری ونگارد3 با ظرفیت مزرعه‏ای 5/0 هکتار در ساعت انجام می‏شود. پس از تسطیح عملیات خاک‏ورزی با گاوآهن برگردان‏دار انجام می‏شود. سپس عملیات شیارزنی با استفاده از بلدوزر 8 Dیا تراکتور 200 اسب بخار و زیرشکن سه شاخه انجام می‏گیرد. پس از آن عملیات دیسک ثانویه در عمق 30 سانتی‏متری خاک سطحی با استفاده از دیسک‏های 24 یا 36 یا 44 پره 28 اینچ با تراکتور 200 اسب بخار یا بلدوزر 6 Dدر دو نوبت انجام می‏شود. ماله ثانویه آخرین عملیات بعد از تسطیح بوده که این عملیات در دو نوبت با ماله 5 متری و تراکتور 200 اسب بخار با ظرفیت مزرعه‏ای 2/1 تا 5/1 هکتار در ساعت انجام می‏شود (زارعی‏شهامت، 1389). در عملیات کاشت جویچه‏هایی به فاصله 183 سانتی‏متری از هم و عمق 10 الی 15 سانتی‏متری ایجاد می‏گردد. در کف جویچه‏ها دو جویچه کوچک به فاصله 40 تا 45 سانتی متر از هم جهت قرار گرفتن قلمه‏ها ایجاد می‏شود. این عملیات با استفاده از بلدوزر 6 Dیا تراکتورهایی با قدرت 110 اسب بخار با فاروئرهایی دو ردیفه انجام می‏گردد. ظرفیت مزرعه‏ای این عملیات بسته به نوع دستگاه از 8/0 تا 4/1 هکتار در ساعت می‏باشد. ‏آخرین عملیات تهیه زمین قبل از کاشت عملیات کودپاشی است. پس از کودپاشی عملیات کشت صورت می‏گیرد. میزان قلمه‏ریزی در کشت دستی حدود 5/6 تا 7 تن در هکتار و میزان ریزش در کشت ماشینی 5/8 تا 9 تن در هکتار است (سراغی، 1385). بعد از کشت مزرعه باید روی قلمه پوشانده شود. در این مرحله 3 تا 5 سانتی‏متر خاک روی قلمه ریخته می‏شود. پس از پوشش قلمه‏ها باید سمپاشی پیش رویشی صورت گیرد. سمی که در این مرحله انجام می‏گیرد آترازین با ماده مؤثر 80 درصد به مقدار 5 کیلوگرم در هکتار بوده که در 200 لیتر آب محلول می‏گردد (پورآذر و همکاران، 1385). بعد از سمپاشی پیش رویشی بلافاصله آبیاری اولیه صورت می‏گیرد. دومین آبیاری نیز به‏دلیل ارتباط نحوه و زمان آن با سله بستن خاک از حساسیتی ویژه برخوردار است. از دیگر عملیات زمان داشت عملیات واکاری است. روی پشته بردن مزارع یا هیلینگ آپ4 عملیات بعدی است. پس از آن دفع علف‏های هرز به صورت اعمال سم در آب آبیاری یا هربیگیشن5 با سمپاشی در 4 تا 5 هفته پس از کشت با مخلوطی از آمیترین + توفوردی یا آترازین + توفوردی انجام می‏شود و بر حسب وضعیت رشد علف‏ها از غلظت (دز)6 1 تا 2 درصد آن استفاده می‏شود. چنانچه تراکم علف‏های هزر زیاد نباشد سمپاشی دستی به صورت موضعی انجام می‏گیرد که ظرفیت کاری یک کارگر سمپاش به طور متوسط 56/0 هکتار در روز است. یکی دیگر از عملیات داشت وجین است که مبادرت به علف کنی می‏کنند. معمولا هر کارگر در روز می‏تواند 13/0 هکتار علف هرز باریک برگ یا 18/0 هکتار علف هرز پهن برگ و به طور متوسط 16/0 هکتار علف مخلوط را وجین کند (راهدار، 1383).
گیاه نیشکر هنگامی رسیده و آماده برداشت می‏باشد که درصد قند آن (عیار قند) به حدود 12 درصد و درصد خلوص شربت آن به حدود 90 درصد رسیده باشد. برداشت نیشکر ممکن است به دو روش نیمه ماشینی و یا کاملا ماشینی انجام شود. در روش برداشت نیمه ماشینی ابتدا مزرعه را آتش زده تا برگ‏ها بسوزند که این امر آلودگی زیادی به همراه دارد. کارگران نی‏بر ساقه‏ها را حتی‏الامکان از نزدیکی سطح خاک قطع می‏کنند و سپس میانگره‏های رأسی که رشد نکرده‏اند (به طول حدود 25 الی 35 سانتیمتر) حذف می‏نمایند. ساقه‏های نیشکر با استفاده دستگاه گراب لودر در سبدهای حمل نی (ونگارد) بارگیری و به کارخانه حمل می‏گردد. در برداشت با ماشین، ممکن است ابتدا مزرعه را آتش زده و بعد ساقه‏ها توسط ماشین برداشت نیشکر از نزدیکی سطح خاک قطع و قطعه‏قطعه شده و در سبدهای حمل نی بارگیری و آنگاه به کارخانه حمل شود و یا اینکه مزرعه را آتش نزده و آنگاه اقدام به برداشت ماشینی کنند. ماشین‏های جدید برداشت نیشکر ابتدا قسمت انتهایی بوته (بطور میانگین 25 تا 30 سانتیمتر) زیر مجتمع برگ‏ها را قطعه‏قطعه می‏نمایند. قطعاتی از برگ و غلاف که در اثر قطعه شدن از ساقه آزاد شده‏اند، تا حدی توسط جریان شدید هوا از محصول حذف شده و در سطح مزرعه پخش می‏گردند. ساقه‏های قطعه شده جهت فرایند قند‏گیری توسط تریلر به کارخانه انتقال داده می‏شوند (احمدی، 1388).
در صنعت قند هدف از فرایند تولید، استخراج و تغلیظ کربوهیدرات‏های موجود در بافت گیاه می‏باشد. نیشکرهای حمل شده به کارخانه جهت حذف خاکستر و باقیمانده برگ‏ها نیاز به شست‏و‏شو دارند. بطور کلی عملیات مختلفی که در کارخانه برای تولید شکر انجام می‏شوند شامل عصاره‏گیری، تصفیه شربت، فیلترهای‏خلاء، تبخیر، تبلور و تصفیه شکر می‏باشند که در مرحله عصاره‏گیری7 نیشکرها پس از خرد شدن توسط یکسری چاقوهای مخصوص از بین غلتک‏های آسیاب عبور داده می‏شود. در این مرحله 3 تا 16 آسیاب سه غلتکی وجود دارد. تفاله خروجی از آسیاب آخر باگاس8 نامیده می‏شود که حدود 2 تا 3 درصد قند دارد. شربت خروجی پس از عبور از صافی‏ها به قسمت خام کارخانه فرستاده می‏شود. در مرحله تصفیه شربت9عصاره نیشکر تیره رنگ و اسیدی می‏باشد و علاوه بر آن دارای مقدار زیادی ذرات نی و ذرات ریز خاک بوده که بهترین روش صاف کردن شربت استفاده از حرارت و افزودن آهک می‏باشد به این طریق اسیدهای آلی موجود در شربت خنثی شده و لخته‏هایی به‏وجود می‏آید. این مواد معلق در کلاریفایرها رسوب می‏کنند. این رسوبات گل نامیده می‏شوند که شربت صاف شده به دستگاه‏های تبخیر فرستاده می‏شود. در فیلترهای خلاء10 رسوبات حاصله از دستگاه‏های ته‏نشین کننده به فیلترهای خلاء فرستاده شده که در آنجا توسط نازل‏های مخصوص به روی لایه گل اسپری شده و تحت تاثیر خلاء در ضمن عبور از گل ذرات قندی را با خود حمل می‏کند. در مرحله تبخیر11، شربت حاصله از ته‏نشین کننده‏ها12مخلوطی از ساکارز، آب، گلوکز و مواد معدنی و آلی بوده که در حین ته‏نشین شدن از بین نرفته‏اند. برای اینکه ساکارز را بتوان متبلور کرد بایستی آب‏های اضافی شربت خارج می‏شوند و در این مرحله شربت غلیظی به نام سیروپ13 تولید می‏شود. در مرحله تبلور14 ساکارز به‏وسیله روش بلورسازی در دستگاه‏های طبخ شکر، تبلور می‏شود که هدف از طبخ شربت کسب حداکثر ساکارز از سیروپ به صورت دانه‏های بلور با شرایط معینی می‏باشد. در این مرحله سه مرحله پخت انجام شده که پخت هر مرحله پس از عبور از دستگاه گریزازمرکز15دانه‏های شکر آن از ملاس جدا می‏شود. ملاس باقی مانده حاوی 15 الی 20 درصد قند بوده و شکر بدست آمده زرد رنگ می‏باشد و در آخرین مرحله یعنی تصفیه شکر جهت از بین بردن رنگ زرد شکر در این مرحله مجددا حل شده، طباخی و آهک‏زنی شده و سپس SO2 و کربن اکتیو اضافه شده و کریستالیزه و سانتریفیوژ می‏گردد (رضایی، 1387).
نمودار 1-1 فرایند تولید شکر در کارخانه استحصال شکر را نشان می‏دهد.
نمودار1-1 فرآیند تولید شکر در کشت و صنعت
اهمیت موضوع
برای تولید شکر، انرژی به طور مستقیم در عملیات خاك‌ورزي، کاشت، داشت و برداشت و فرآوری در کارخانه به طور غیر مستقیم در تولید نهاده‌هایی از قبیل آفت‌کش‌ها، کود شیمیایی و ماشین‌ها، ذخیره‌سازی و حمل و نقل محصول، احداث زهكش و تسطيح اراضي و سایر نهاده‌هايی که در ارتباط با تولید محصول می‌باشند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اين در حالي است كه کاهش ذخایر فرآورده‌های نفتی و بالطبع افزایش قیمت آن و برنامه‌هاي اقتصادي دولت مبني بر واقعي ساختن قيمت‌ حامل‌هاي انرژي زمينه افزايش هزينه توليد در بخش كشاورزي به طور اعم و توليد شكر به طور اخص فراهم خواهد كرد. تامین مداوم و پایدار نیازها و خواسته‌های نامحدود مرتبط با بخش کشاورزی با استفاده از منابع محدود در اختیار در گرو بکارگیری اصولی، منطقی و بهینه عوامل متعدد تولید است. این مهم مستلزم تلاش‌های گسترده تحقیقاتی چند جانبه نگر و نظام‌مند است (زارعی شهامت، 1389). مطالعات انجام گرفته در خصوص میزان انرژی مصرفی در تولید شکر عمدتا محدود به مرحله خاک‌ورزی تا تولید نیشکر و بررسی‌ها صرفا محدود به یک واحد کشت و صنعت می‌باشد (نصیریان، 1383؛ احمدی، 1388؛ زارعی شهامت، 1389) و انرژی مصرفی تولید شکر و فرآوری شکر در کارخانه بررسی نشده است. بنابراين مطالعه کامل ميزان انرژي در بخش‌های مختلف تولید شکر از ابتدای مراحل فرآوری در کارخانه می‌تواند زمینه‏ساز شناسایی گلوگاه‌های هدر‌رفت انرژی و تشخيص ميزان آن به منظور استفاده بهتر از انرژی در تولید شكر باشد. در این تحقیق تلاش بر آن است که انرژی مصرفی در دوواحد تولیدی شکر مربوط به کشت و صنعت‌های کارون و میرزا کوچک‏خان مورد بررسی قرار گیرد. در کشت و صنعت میرزا کوچک‏خان مراحل خاک‌ورزی، تهیه زمین و کاشت قلمه نیشکر تا مراحل برداشت نیشکر با ماشین‌ بوده و از نیروی انسانی کمتر استفاده می‌گردد. این کشت و صنعت جزء شرکت‌های هفت‏گانه توسعه نیشکر و صنایع جانبی بوده که از لحاظ مدیریتی و نحوه اجرای عملیات دارای چرخه کاری، میزان انرژی مصرفی و پیامدهای زیست محیطی مشابه با سایر کشت و صنعت‌های هفت‏گانه توسعه نیشکر و صنایع جانبی می‌باشد. این کشت و صنعت در جنوب رودخانه کارون واقع شده و به عنوان نماینده‌ای از شرکت‌های هفت‌گانه توسعه نیشکر لحاظ شده است. در کشت و صنعت کارون عملیات تولید نیشکر به‌صورت نیمه مکانیزه و ترکیبی از ماشین و نیروی کار مورد استفاده قرار می‌گیرد که از نظر نحوه اجرای عملیات (بخصوص عملیات کشت و برداشت نیشکر که از نیروی انسانی زیادی برای این عملیات استفاده می‏گردد)، چرخه کاری و میزان انرژی مصرفی وضعیت متفاوتی با شرکت‌های هفت‌گانه توسعه نیشکر دارد. این واحد در شمال رودخانه کارون واقع شده و به لحاظ وسعت عملیاتی ومدیریتی و قدمتی متفاوت از شرکت‌های هفت‌گانه می‌باشد. هر دو واحد کارون و میرزا کوچک‏خان دارای کارخانه فرآوری شکر می‌باشند.
از آنجا که تولید کشاورزی بر پایه محیط‏زیست بنا شده است همواره بین کشاورزی و محیط زیست رابطه دو طرفه‌ای وجود دارد که حامل اثرات و پیامدهای منفی و مثبت متعددی می‌باشد. از جمله اقدامات تخریبی كه نقش به‌سزايي در آسيب رساندن به ساختمان خاك، منابع آبي، محيط زيست، ميكروارگانيسم‌ها و مواد آلي و معدني خاك دارد آتش زدن مزارع به منظور نابودی بقایای گیاهی، مبارزه با علف‌های هرز، آفات و صرف هزینه به ظاهر کمتر اقتصادی و زمانی زمین جهت کشت بعدی می‌باشد. همه ساله هزاران تن بقایای کشاورزی در ایران سوزانده و یا دور ریخته می‌شود. ضایعات اجباری و بقایای كشاورزي و صنعتی که ‌در اکثر نقاط کشور به وفور یافت می‌شود شامل بقایای غلات، دانه‌های روغنی، حبوبات، سرشاخه‌های درختان، مواد زائد کارخانجات صنایع تبدیلی نظیر چای، قند، نیشکر و… می‌باشد. آلایندگی ناشی از کودها و سموم شیمیایی که به‏عنوان یک عامل کمکی توسط بشر وارد اکوسیستم‌ها گردیده است همیشه به‌عنوان یک موضوع مورد بحث مطرح بوده است. تاثیر این عوامل را می‏توان از سه بعد تاثیر بر روی هوا و اقلیم، تاثیر بر روی خاک و موجودات آن و تاثیر بر روی آب‌های زیرزمینی و سطحی و در نتیجه موجودات مصرف‌کننده آن بررسی کرد (ماکدو16 و همکاران، 2008). حجم عمده‌ای از کودها و سموم مصرف گردیده وارد آب می‌گردد که این آب‌ها مجددا وارد چرخه گردش آب گردیده و از این طریق وارد آب آشامیدنی انسان، دام و موجودات مخصوصا موجودات آبزی گشته کیفیت زندگی آن‌ها را تغییر می‌دهد (ماکدو و همکاران، 2008).
در تولید شکر در استان خوزستان تاکنون در زمینه بررسی آلودگی‌های زیست محیطی تولید شکر در طی مراحل اولیه تولید در مزرعه و فرآوری آن در کارخانه تحقیق جامعی صورت نگرفته است. بررسي سیستم توليدی شکر از ديدگاه‌هاي انرژی و آلایندگی‌های زیست محیطی در راستای ارائه تصویر شفاف از وضعیت موجود و تعيين شكاف بين وضعيت موجود و مطلوب و همچنین مقایسه بین واحدهای مختلف تولیدی از اهمیت بسیاری برخوردار است و مي‌تواند زمينه بهبود وضعیت نظام تولید را فراهم آورد. با توجه به دامنه گسترده اجتماعی و اقتصادی، این محصول می‌تواند به عنوان یکی از عوامل اصلی رشد، پیشرفت و اشتغال‌زايي در استان خوزستان ایفای نقش نماید. از این رو در این تحقیق به منظور بررسی میزان انرژی مصرفی و آلودگی‌های زیست محیطی نظام توليد شكر در استان خوزستان در طی عملیات تولید مزرعه‏ای و فرآوری در‌ کارخانه، تحقیقی با فرضيه‌ها و اهداف زير انجام گرفت.
فرضیه‌ها:
واحدهای تولیدی شکر علی‏رغم یکسان بودن مراحل تولید از نظر مصرف انرژی در واحد تولید یکسان نمی‌باشند.
واحدهای تولیدی شکر مطالعه شده از نظر میزان آلودگی زیست محیطی متفاوت می‌باشند.

اهداف اصلی:
بررسی برخی آلودگی‌های زیست‏محیطی درتولید شکر استان خوزستان
شناخت چگونگی مصرف انرژی و تعیین متوسط انرژی مصرفی فرایند تولید شکر در استان خوزستان
مقایسه واحدهای تولیدی از دیدگاه مصرف انرژی و آلایندگی‌های زیست محیطی

اهداف فرعی:
تعیین شاخص‌های انرژی تولید شکر
ارزیابی میزان برخی آلودگی‌های زیست‏محیطی در سیستم‌های مختلف تولید شکر از مزرعه تا تولید شکر درکارخانه
نوآوري:
ارزیابی برخی آلودگی‌های زیست‌محیطی در تولید شکر.
برآورد شاخص‌های انرژی در تولید شکر
مقایسه واحدهای مختلف تولید شکر در استان خوزستان
فصل دوم:
مروري بر منابع
توليد جهاني شكر در سال 2007 برابر 166 ميليون تن و مصرف جهاني آن 154 ميليون تن بوده است (باقرزاده، 1387). براساس آمار منتشره از سازمان خوار و بار جهاني شكر توليدي كشور‌هاي عمده توليدكننده بر حسب ميليون تن به شرح زیر است: برزیل 5/39، هند 5/26، اتحادیه اروپا 1/16، چین 4/11، تایلند 3/10، ایالات متحده آمریکا 1/7، مکزیک 5/5، پاکستان 5/4، استرالیا 4 و کلمبیا 5/2 (بی نام،2012). در سال 1385 در کشورمان جمعا 4756800 تن نيشكر به كارخانجات توليد شكر تحويل كه حاصل آن 421 هزار تن شكر خام و 1813 هزار تن باگاس و 217 هزار تن ملاس بوده است که در سال 90 به 570 هزار تن شکر رسیده است (اشرف، 1387). طبق گزارشات انجمن صنفی کارخانه‏‏های قند و شکر ایران توليد نيشکر کشور در سال92 برابر 6 ميليون و 800 هزار تن بود که بيشترين ميزان توليد طي 10 سال اخير است و در مقايسه با سال 91 افزايش يک ميليون و 200 هزار تني داشته است و گزارش دادند که در سال 2013 تولید جهانی شکر به 181 هزار تن شکر خام رسید که می‏توان با استفاده بهتر از نهاده‏ها به تولیدی بیشتر از این مقدار نیز دست یافت (بی‏نام، ب، 1392).
مفاهیم و تعاریف
انرژی
انرژی توانایی انجام کار است. جابجایی نیرو در طی یک مسیر را کار گویند و انرژی در حقیقت کار ذخیره شده است. واحد اصلی انرژی در سیستم بین المللی ژول(J) است. یکاهای دیگر نظیر کالری، BTU17 و وات ساعت نیز بکار می‏برند. مبحث انرژی در کشاورزی بدلیل ایفای نقش مهمش از اهمیت خاصی برخوردار است. کشاورزی فرایند تبدیل انرژی است که انرژی نور خورشید، فرآورده‏های سوخت‏های فسیلی و برق، به غذا و الیاف مورد نیاز انسان تبدیل می‏گردد. متوسط کارایی انرژی خورشید در اکوسیستم‏های مختلف جهان کمتر از 1 درصد و برای اکوسیستم‏های کشاورزی بیشتر گزارش شده است ولی در بالاترین شرایط بیش از 5 درصد نیست. انرژی نقش مهمی در توسعه و تمدن ملت‏ها ایفا می‏کند که می‏توان گفت در صورت نبودن آن شکل‏گیری تمدن‏ها به صورت امروزی محال به نظر می‏رسید. در هر جامعه‏ای از سنتی گرفته تا صنعتی نه هزینه‏های انرژی، بلکه قابلیت دسترسی به انرژی است که ایجاد بحران می‏کند و مدیریت انرژی تنها و نزدیک‏ترین راه برای بهره برداری بیشتری از سوخت‏های موجود و منابع انرژی است (کوچکی و همکاران، 1377). انرژی توانایی انجام کار است که در کشاورزی به صورت مستقیم و غیر مستقیم ‌استفاده می‌شود. از آن‌جایی که انرژی نقش محوری در فرآیندهای توسعه ملی دارد (سینگ18، 2002) و یکی از منابع استراتژی و پایه اصلی برای توسعه اقتصادی و اجتماعی می‌باشد (شائو و چو19، 2008)، استفاده از آن اجتناب ناپذیر است. بنابراین بهترین راه برای کاهش آسیب‌های زیست‌محیطی و بحران ناشی از مصرف انرژی، افزایش کارایی انرژی است (اسنگان 20و همکاران، 2007).

‌پیامدهای زیست‏محیطی تولید مزرعه‌ای نیشکر
کشت و صنعت شامل واحدهای صنعتی، زراعی و مسکونی و خدماتی می‏باشند که هر یک به خودی خود باعث آلودگی محیط زیست می‏شوند که این آلودگی‏ها می‏توانند در آب، خاک و یا هوا نمایان شوند. باتوجه به مراحل مختلف کاشت، داشت و برداشت در کشاورزی نیشکر و همچنین در کارخانه اثرات و پیامدهای اولیه و ثانویه‏ای در محیط رخ می‏دهد که عمدتا جدا از برخی فعالیت‏های زراعی و صنعتی در کارخانه تولید شکر نیست.
عمده‌ترین پیامدهای زیست محیطی در تولید شکر در مرحله زراعی تولید شکر شامل: تسطیح و آماده سازی زمین، آبیاری اراضی تحت کشت، کاربرد سموم شیمیایی و کود و سوزاندن مزارع جهت برداشت نیشکر از مزارع می‏باشد که در مرحله خاک‌برداری و جابجایی مقدار زیادی خاک زراعی، احداث کانال‏های آبرسانی، کانال‏های روباز زهکشی و شستشوی خاک سبب از بین رفتن پوشش گیاهی و فرسایش خاک شده و سبب افزایش مواد معلق در جریان‏های آب منطقه می‏شود. مصرف انواع کودها جهت جبران مواد شسته شده از خاک ضروری می‏باشد. کودهای اوره و نیترات آمونیوم دارای قابلیت انحلال زیاد در آب هستند و باعث افزایش هدایت الکتریکی، PH و کل جامدات محلول در زهاب‏ها می‏شوند. کودهای فسفره مانند فسفات آمونیوم (با 46 درصد P2O5) به کندی در آب حل می‏شوند ولی توسط کلوئیدهای خاک به خوبی جذب می‏گردد. افزایش ازت و فسفر در محیط‏های اکوسیستم‏های آبی به تسریع رشد گیاهان آبزی به ویژه پلانکتون‏های گیاهی در رودخانه منجر می‏شود. علاوه بر تغییرات اکولوژیک رودخانه و افزایش گیاهان آبزی در حاشیه رودخانه، کاهش اکسیژن‏محلول نیز پدید می‏آید. در کاربرد سموم، چنانچه از ترکیبات کلره نظیر دی‏آلدرین، انورین و تیودان که از بادوام‏ترین حشره‏کش‏ها به شمار می‏روند، استفاده شود به دلیل خاصیت تجمعی در نسوج چربی بدن انسان و جانوران می‏تواند باعث ایجاد مسمومیت مزمن و نیز سرطان و مرگ شود. سم‏های مورد استفاده شامل توفوردی، لاسویا آلاکلر، ارادیکان (8 لیتر در هکتار)، گزاپریم (5 کیلوگرم در هکتار) و رانداپ می‏باشد. کودها، اغلب کودهای اوره 46 درصد و فسفات آمونیوم (46درصد فسفر و 18درصد ازت) استفاده می‏شود (پاینده، 1380). از دیگر منابع آلایندگی مزرعه‏ای، دود ناشی از سوزاندن مزارع نیشکر در هوا است که تاکنون تحقیق جامعی در این مورد انجام نشده است که در مجموع خسارات اکولوژیکی، زیباشناسی، بهداشتی و آلودگی هوا را در بر می‏گیرد و منبع دیگر آلودگی رودخانه‏های منطقه، فاضلاب‏های صنعتی تخلیه شده به رودخانه کارون است. کارخانجات قند و شکر، کاغذسازی تولید الکل، تولید خوراک دام و دیگر صنایع وابسته به نیشکر در فرایند تولید، به دلیل استفاده از آب دارای فاضلاب می‏باشند، حجم خروجی فاضلاب کارخانجات نیشکر حدود 70 درصد آب مصرفی است. در این فاضلاب‏ها خرده‏های برگ و ساقه نیشکر، گل و لای حاصل از شستشو، لکه‏های روغنی، مواد شیمیایی و مواد معدنی وجود دارد. فاضلاب‏های صنعتی شامل: فاضلاب‏های فرآیند تولید که حاوی آلاینده‏های مختلف بوده، فاضلاب‏های ناشی از دیگ بخار و کندانسور، فاضلاب‏های عمومی ناشی از شستشو، تعمیر و نگهداری و فاضلاب انسانی می‏باشد. تنوع فاضلاب در مواقع مختلف فرق می‏کند در شروع کار کارخانه جهت ضد عفونی کردن تجهیزات با کمک مواد شیمیایی مثل ترکیبات کلر باعث تولید فاضلاب شدیدا سمی و معدنی می‏گردد. در حین تعمیر و نگهداری (در فصل غیر کار کارخانه) فاضلاب با مقدار زیادی روغن و گریس و حلال‏ها همراه است. در دوره کار مواقعی که مجبور شوند ملاس را به فاضلاب تخلیه نمایند (به‏علت نشت و یا خرابی تجهیزات و…) بار آلی فاضلاب به سرعت افزایش پیدا می‏کند. (جزایری، 1383).
فاکتور‌های زیست‌محیطی
شاخص‏های زیست محیطی، معیارهای کلی برای حفاظت از محیط زیست و جلوگیری از آلودگی و تخریب آن به شمار می‏روند و نیز برای تشخیص نوع آلودگی می‏توانند بکار روند. از آنجا که میزان آلاینده‏های خروجی از منابع مختلف هیچ‏گاه به صفر نمی‏رسد، برای تعیین آنکه آیا مواد خروجی باعث آلودگی محیط زیست می‏شوند یا نه، نیاز به استانداردهای زیست محیطی ضرورت بیشتری می‏یابد. استانداردها بسیار متنوع و پویا هستند و تنوع آنها به دلیل تنوع منابع آلاینده‏ها است و با پیشرفت روش‏های تصفیه و تصحیح فرآیندهای تولید، مقادیر آن‏ها نیز تغییر می‏کند. در زمینه فاکتورهای فیزیکی شیمیایی آب، کشورها و سازمان‏های مربوطه استاندارد‏ها و معیارهای متفاوتی را ارائه داده‏اند که مقایسه نتایج بدست آمده از آزمایش‏های متفاوت کیفی آب با استانداردها شناخت دقیق‌تری از وضعیت منبع آب مورد بررسی در اختیار ما قرار می‏دهد. در این قسمت به معرفی معیارها و استانداردهای موجود پرداخته می‌شود.
در مورد استاندارد کلی خروجی فاضلاب‏ها، ضوابط و استاندارد زیست سازمان حفاظت محیط زیست (1383) کشور ضمن بیان 16 مورد کلی که در مورد تخلیه هر نوع فاضلاب بایستی رعایت گردد و به طور کلی شامل نظارت بر رعایت استانداردها توسط سازمان حفاظت محیط زیست، لزوم تصفیه فاضلاب‏ها، اندازه‏گیری غلظت مواد آلاینده و مقدار آلاینده و مقدار جریان در فاضلاب بلافاصله پس از آخرین واحد تصفیه‏ای هر تصفیه خانه و قبل از ورود به محیط، اندازه‏گیری جهت تطبیق با استانداردهای اعلام شده قبل از تأسیسات تصفیه فاضلاب بر مبنای نمونه مرکب، تصفیه لجن و سایر مواد جامد تولید شده در تأسیسات تصفیه فاضلاب پیش از دفع، ایجاد حداکثر اختلاط در فاضلاب خروجی، عدم وجود بوی نامطبوع و کف و اجسام شناور در فاضلاب خروجی، عدم تغییر رنگ و کدورت آب‏های پذیرنده در محل تخلیه و … می‏باشد.
فاکتورهای آلوده‏کننده هوا
از دهه 1930، در کشور استرالیا برای جلوگیری از شیوع بیماری ویل21 در میان نی‏برها، محصول پیش از برداشت سوزانده می‏شد. در دیگر مناطق کشت نیشکر روشی سنتی برای مدیریت برداشت نیشکر داشتند، که گفته می‏شود این روش به منظور پاک‏سازی زمین‏ها از مارها و جلوگیری از گزش کارگران در برداشت دستی است. به هر حال سوزاندن پیش از برداشت در عمل تحت تأثیر هزینه نیروی کار و اندازه زمین کشت شده می‏باشد (در زمین‏های بزرگ‏تر تمایل به سوزاندن بیش‏تر است)، البته سابقه طولانی‏تری از این سوزاندن در کشورهایی چون برزیل، استرالیا و هاوایی در مقایسه با کشورهایی مانند موریس، هند، فیلیپین، تایلند و تایوان و ایران وجود دارد. روشن است که سوزاندن پیش از برداشت مقدار توده زیستی برای استفاده به‏عنوان ماده سوختی یا سایر استفاده‏ها را کاهش می‏دهد. حدود نیمی از فیبر در قسمت‏هایی بالایی و بقایای گیاه می‏باشد. سوزاندن نیشکر در بسیاری از مناطق تولید نیشکر در حال کاهش می‏باشد، تا از مزایای بالقوه برداشت نیشکر سبز و باقی‏ماندن بقایای گیاه به‏طور فزاینده‏ای استفاده شود. گرد و غبار و ذرات معلق حاصل از سوزاندن نیشکر که قبل از برداشت منتشر می‏شوند، تنها برای یک دوره کوتاه می‏باشد و در صورتی‏که تحت کنترل باشد، مشکلی ایجاد نمی‏کند (یونیپ22، 1982). با این حال، برخی محققین معتقدند که سوزاندن نیشکر آلوده‏کننده است (سزمریک سانی23، 1994 ؛ ریپولی24 و همکاران، 2000). منبع اصلی ترکیباتی سمی همچون هیدروکربن‏های آروماتیک چند حلقه‏ای که در سوزاندن نیشکر نمی‏باشد (PAHها، مانند بنزواپیرین)، عمدتا از اگزوز وسایل نقلیه موتوری منتشر می‏شود. اگرچه این روند، سطح ترکیبات دیگر مثل لائوگلوکازوم25 را به‏ویژه در مناطقی که توسط مزارع نیشکر احاطه شده‏اند، افزایش می‏دهد. همچنین شواهدی وجود دارد که سوزاندن نیشکر می‏تواند کیفیت باران را نیز تحت تأثیر خود قرار دهد و نشان داده است که این عمل باعث یک آلودگی جزئی (2درصد) جیوه در جو در محدوده زمین‏های باتلاقی شده است (پاتریک26 و همکاران، 1994). همچنین نشانه‏هایی وجود دارد که سوزاندن نیشکر می‏تواند باعث کاهش کیفیت خاک شود و نیز باعث کاهش قابلیت بازیافت شکر و کیفیت آن می‏گردد. اثرات سوزاندن نیشکر قبل از برداشت را می‏توان با تغییر به برداشت نیشکر سبز و باقی گذاردن بقایای گیاه، حذف نمود. همچنین این کار مزایای زیست‏محیطی بسیاری دارد، می‏تواند به جلوگیری از انتشار آمونیاک در شرایط خاص کمک کند. اگر نیشکر پیش از برداشت سوزانده شود، باید یکسری از اقدامات انجام گیرد تا اثرات منفی محیطی کاهش یابد. از جمله اطمینان از این‏که آتش غیر قابل کنترل نگردد، سرعت و جهت باد نیز باید بازبینی شود تا دود و خاکستر آن در مناطق حساس وارد نشوند (مانند مناطق مسکونی، صنعتی، جاده‏ها، پارک‏ها و مسیرهای خطوط برق). انتشار مواد نیتروژنی از خاک تحت کشت نیشکر، می‏تواند با اقدامات بهبود دهنده مدیریت استفاده از کودها کاهش یابد. کنترل سطوح نیترات خاک می‏تواند برای کاهش انتشار N2O به‏دلیل دی‏نیتراته شدن مفید باشد. افزون بر فاضلاب، گازهای گلخانه‏ای از دیگ‏های بخار، یکی از منابع اصلی آلودگی محیطی از کارخانجات نیشکر می‏باشد (آمیتاباه27 و همکاران، 1999).
سوزاندن باگاس در کوره‏های بخار، گاز CO2تولید می‏کند، اما می‏توان به آن به‏عنوان یک تعادل کلی در سیستم انرژی زیستی نیشکر نگاه کرد و آن‏را با تولید گازهای گلخانه‏ای حاصل از سوخت‏های غیر قابل بازیافت فسیلی مقایسه نمود (بی‏هاری28، 2001). بویلرها اغلب NOX و SOX نیز منتشر می‏کنند (چانگ و لی29، 1989). اگرچه این انتشار ممکن است در محدوده مجاز باشد (رائز و دیکسون30، 1998). SO2، هنگامی که از نفت به‏عنوان سوخت استفاده می‏شود، می‏تواند نگرانی ویژه‏ای ایجاد کند (یونیپ، 1982). در مقابل، یکی از مزایای زیست محیطی سوزاندن باگاس در بویلرهای کارخانه، میزان کم سولفور در این منبع سوختی می‏باشد. اگرچه انتظار می‏رود غلظت آن‏ها نسبتا کم باشد، اما لازم است گسترش آتش بویلرها مثل NOX و PAHs در ارزیابی‏های محیطی مورد توجه قرار گیرند. افزون بر انتشار بالقوه از دیگ‏های بخار، ممکن است در فرآوری شکر از سولفیتاسیون استفاده شود که می‏تواند منجر به آزادشدن SO2 شود. رطوبت نسبتا بالای (90درصد) دود خروجی بویلرها می‏تواند باعث ایجاد رسوبی شیری رنگ شود، که می‏تواند از حدود استانداردهای کنترلی آلودگی فراتر رود. با استفاده از مبدل‏های حرارتی می‏توان گازهای خروجی اگزوز را دوباره گرم کرد و از کدورت و رطوبت نسبی آن کاست (چانگ و لی، 1991).
گازهای گلخانه‏ای
یکی از نگرانی‏های عمده زیست‏محیطی، انتشار دی‏اکسید‏کربن و سایر گازهای گلخانه‏ای می‏باشد. مهمترین گازهای گلخانه‏ای عبارت است از: دی‏اکسید‏کربن، متان، اکسید نیتروژن.
دی‏اکسیدکربن
این گاز در دما و فشار استاندارد گازی است بی‏بو، بی‏رنگ و حالت جامد آن‏ها همان یخ خشک است. مقدار دی‏اکسید کربن منتشر شده از سوخت‏های فسیلی رقم بسیار بزرگ 2/6-2/5 گیگاتن در سال است. این گاز به طور یکنواخت به‏وسیله تمام سوخت‏ها و بخش‏های مختلف پراکنده می‏شود و به همین علت کاهش آن بسیار مشکل است. چرخه تولید دی‏اکسیدکربن موجود در تولید شکر پیچیده بوده که شامل تولید گازهای گلخانه‏ای از عملیات فرآوری (مانند سوزاندن باگاس) و همچنین تعادل میان تولید گازهای گلخانه‏ای توسط خاک، دیگر منابع کشت (مثل سوزاندن پیش از برداشت نیشکر و وسایل نقلیه و ماشین‏ها) و دی‏اکسیدکربن جذب شده توسط محصول می‏باشد (شفیعی‏بافتی و همکاران، 1391). به طور کلی مواد سوختی‏ای که در آن‏ها نسبت هیدروژن به کربن بیشتر باشد، CO2 کمتری تولید می‏کنند. منابع انرژی‏های نو مثل انرژی هسته‏ای، باد، خورشید و … به طور مستقیم گاز گلخانه‏ای وارد هوا نمی‏کنند ولی در کارخانه‏ای که تجهیزات لازم برای این قبیل نیروگاه‏ها می‏سازند مقداری گاز CO2 تولید و انتشار می‏دهد که در عمل قابل مقایسه با مصرف مستقیم سوخت‏های فسیلی نیست (غیاث‏الدین، 1385).
متان
تا سال 1991 مقدار متان (CH4) در دنیا به میزان سالانه 1درصد در حال افزایش بود. چنین تصور می‏شود که 2 تا 12 درصد از گازهای گلخانه‏ای انسان منشأ به متان تعلق داشته باشد. در شناخت ما از منابع و چال‏های متان در اتمسفر نیز، عدم قطعیت‏هایی وجود دارد. محیط‏های طبیعی، گاز متان به هوا آزاد می‏کنند. سهم عمده در این رهاسازی با موریانه‏ها و تالاب‏های آب شیرین است. موریانه‏ها طی مراحل فرآوری چوب، و نیز با تجزیه‏ی مواد گیاهی در محیط‏های آبی کم‏اکسیژن تالاب‏های آب شیرین گاز متان تولید و آزاد می‏نمایند. از جمله این، چندین منبع متان انسان-منشا می‏توان از سوزانیدن زیست توده، تولید زغال و گاز طبیعی و فعالیت‏های کشاورزی نظیر شالیکاری و پرورش گاو نام برد (متان از طریق فعالیت‏های بی‏هوازی شالیزارهای غرقاب آزاد می‏شود و گاو نیز متان را به عنوان بخشی از فرآیندهای هضمی خود رها می‏کند). گاز متان در سیستم تولید شکر در مزرعه از سوزاندن مزارع پیش از برداشت و در کارخانه فرآوری شکر تولید می‏گردد که باعث آلودگی هوا می‏گردد.
اکسید نیتروژن
اکسید نیترو از مهمترین انواع اکسیدهای ازت است که در ترکیب طبیعی هوا وجود دارد و منشا تولید آن در طبیعت فعالیت باکتری‏ها در خاک‏هایی است که به خوبی تهویه نمی‏شوند. این گاز به شدت سمی بوده و بخصوص در اثر احتراق سوخت‏های فسیلی بویژه بنزین و محصولات نفتی در درجه حرارت‏های بالا و در گاز خارج شده از اگزوز اتومبیل‏ها وجود دارد. این گاز در مقابل نور و با حضور هیدروکربورها به سرعت تبدیل به دی‎‏اکسید ازت می‏شود. این گاز به مدت چند روز در هوا می‏ماند زیرا در اثر تماس با بخار آب هوا تبدیل به اسیدنیتریک شده و سپس تبدیل به نیترات‏ها بخصوص نیترات آمونیوم گردیده و همراه با آب باران وارد خاک می‏شود. آثار زیست‏محیطی اکسیدهای ازت بر روی انسان متغییر است و از جمله آن‏ها می‏توان از تحریک چشم، گلو، بینی و شش‏ها و افزایش آسیب‏پذیری در مقابل عفونت‏های ویروسی نظیر آنفلوآنزا نام برد. اکسیدهای نیترو رشد گیاهان را مختل کرده و به بافت‏های برگ آسیب می‏رساند (اردکانی، 1383).
ذرات
نگرانی اصلی درباره انتشار ذرات در فرآوری نیشکر، مربوط به ذراتی است که از سوختن باگاس در دیگ‏های بخار آزاد می‏شوند. دیگر ذرات معلق آلودگی (گرد و غبار) می‏تواند نتیجه استفاده از باگاس، آهک و زغال سنگ (که به‏عنوان یک منبع سوخت مورد استفاده قرار می‏گیرند) و نیز به‏عنوان نتیجه ترافیک سنگین حمل و نقل باشد. دود خارج شده از دودکش بویلرهای معمول و تجاری با سوخت باگاس که تصفیه نشده است، حاوی ذراتی با غلظت mg/Nm3 5000- 3000 می‏باشد (لرا و جاویتا31، 1999)، اگرچه غلظت‏های بالاتر نیز توسط چانگ و لی، به مقدار mg/Nm3 1000-6000 و نیز mg/Nm3 12000-8000 ثبت شده است.

مطالعات انجام شده در زمینه‌ی مصرف انرژی در کشاورزی جهان
انرژی و شاخص‏های آن به عنوان یکی از مهمترین عوامل و نشانگرهای پایداری تلقی می‏گردند و در بسیاری از مطالعات به عنوان مهم‏ترین عامل محیط زیستی پایداری در نظر گرفته می‏شود. اصولا هدف از محاسبه انرژی و شاخص‏های آن تجزیه و تحلیل روند آن، افزایش بازدهی در مراحل مرتبط با آن و بررسی تاثیرات زیست محیطی کشاورزی می‏باشد. روش بررسی جریان و شاخص‏های انرژی به شکل گسترده‏ای برای تحلیل مسائل مختلف کشاورزی پایدار استفاده می‏گردد و تجزیه و تحلیل آن به عنوان شاخص پیش‏بینی پایداری کشاورزی به کار می‏رود. می‏توان گفت که کارایی انرژی برای بیان بسیاری از اهداف کشاورزی پایدار مناسب است و استفاده مـؤثریکی از نیازهای اساسی کشاورزی پایدار مناسب است (منگ32 و همکاران، 2010؛ وان‏کانبرگ33 و همکاران، 2007).
دی‏سیکویرا فرییرا34 و همکاران (2013) با بررسی انرژی اتانول تولیدی از نیشکر در برزیل بیان کردند بهتر است تولید نیشکر در برزیل در راستای تولید بیشتر اتانول و با مصرف انرژی کمتر با کنترل مصرف نهاده‏ها جهت کنترل بازار جهانی اتانول برنامه‏ریزی گردد.
واک‏لاووسکی35و همکاران (2010) با بررسی توان تولید بیوانرژی نیشکر در برزیل بیان کردند کشت هدفمند گیاه نیشکر جهت تولید بیوانرژی علاوه بر ارزیابی عملکرد محصول و توان انرژی ساکارز تولیدی، به دلیل پتانسیل بالای انرژی این گیاه امری ضروری بوده و می‏تواند برزیل را به جایگاه ممهی در تولید بیوانرژی تبدیل نماید.
کیزیلسلان36(2009) انرژی نهاده‌های مصرفی در تولید گیلاس در ترکیه را مورد بررسی قرار داد. اطلاعات از منطقه ترکات، که مهم‌ترین منطقه تولید گیلاس در ترکیه است، جمع‌آوری شد و نتایج زیر در پایان مطالعه به‌دست آمد: 42% انرژی ورودی مربوط به کود است که بیشترین سهم در انرژی‌های ورودی است. انرژی الکتریکی و سوخت به ترتیب 22% و 21% از انرژی‌های ورودی را شامل می‌شوند. نسبت انرژی 96/0به‌دست آمد که نشان داد استفاده از نهاده‌ها به طور مؤثر انجام نمی‌شود.
اسنگان37و همکاران (2007) میزان انرژی نهاده-ستانده در تولید زردآلوی خشک را برای دو دسته از مزارع در ترکیهبه‌دست آوردند. دسته اول 66 مزرعه را شامل می‌شد که دارای مساحت 1 تا 3 هکتار بودند و دسته دوم 31 مزرعه که دارای مساحت بالاتر از 1/3 هکتار بودند. بررسی نتایج نشان داد میزان انرژي ورودی برای مزارع دسته اولGJ/ha 64/28 و براي مزارع دسته دوم GJ/ha 88/17 است. همچنین برای دسته اول نسبت انرژی 24/1 و بهره‌وری برابر 24/0 و برای دسته دوم نسبت انرژي برابر 31/1 و بهره‌وری 25/0 بهدست آمد.
ییلماز38 و همکاران (2005) میزان انرژی مستقیم و غیرمستقیم مصرفی برای تولید پنبه را محاسبه کرده و تأثیر اندازه مزارع را در مصرف انرژی در ترکیه مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که برای تولید پنبه به GJ/ha 73/49 انرژی نیاز است. نسبت انرژی برای پنبه 74/0 و بهره‌وری انرژی برابر Kg/Mj 06/0 بود. مهم‌ترین بخش هزینه‌ها مربوط به نیروی انسانی، هزینه‌های ماشین، اجاره زمین و هزینه آفت‌کش‌ها بود. با وجود اینکه نیروی انسانی کمتر از 3 درصد از کل انرژی مصرفی در کشت پنبه را تشکیل می‌دهد، بیش از 24 درصد هزینه‌های تولید را به خود اختصاص داده است و در مقابل، کودهای شیمیایی که سهم آن‌ها از بودجه انرژی 9/28 درصد می‌باشد تنها 5/5 درصد از هزینه‌های تولید را به خود اختصاص می‌دهند. همچنین مزارع بزرگتر در بهره‌وری انرژی، بازده مصرف انرژی و عملکرد اقتصادی موفق‌تر بودند.
کنک سی39و همکاران (2005) اعلام کردند که آماده سازی بستر و آبیاری، دو عملیات عمده انرژی‏خواه در کشت گندم، پنبه، ذرت، کنجد، گوجه‏فرنگی، هندوانه و خربزه در ترکیه به شمار می‏روند و به طور متوسط نیمی از انرژی ورودی مربوط به کود (به‌ویژه کودهای ازت) بوده است.
سینگ و همکاران (2004) ضمن بررسی مقدار تأثیر نهاده‏های مصرفی در کشت گندم بر روی عملکرد دریافتند که 1 مگاژول افزایش در مصرف انرژی با مصرف کود، سوخت دیزل و آفت‏کش‏ها در مناطق بررسی شده، می‏توان عملکرد گندم را به ترتیب 7/1، 2/3 و 9 تن در هکتار افزایش دهد. بدین ترتیب با استفاده از مقدار متداول مصرف انرژی در این مناطق می‏توان عملکرد گندم را بین 2/4 تا 3/22 درصد افزایش داد. همچنین اعلام کردند عواملی مانند استفاده از واریته‏های پر محصول، سامانه‏های کشت فشرده، افزایش مصرف کودها و سموم شیمیایی و سطح بالای مکانیزاسیون کشاورزی، افزایش مصرف انرژی در کشاورزی مدرن را سبب شده است.
در بررسی‏هایی که دورینگ40 (2001) در خصوص تولید گندم و استفاده بهینه از انرژی نشان داده شد که فقط انرژی و تثبیت آن توسط کودهای نیتروژنی به مقدار 55 درصد، کار ماشین‏ها و سوخت تراکتورها 14 درصد، خشک کردن 11 درصد، کودهای فسفات پتاسیم 9 درصد، سم‏ها 6 درصد، بذرافشانی 6/1 درصد، کار نیروی انسانی 2/1 درصد و انرژی ماشین‏ها افزایش بشیار مهمی در کارایی انرژی دارد.
طبق تحقیقی که توسط پروانچون41 و همکاران (2002) بر روی کشت یک هکتار سیب زمینی صورت گرفته بود کودها 33 درصد، ماشین‏ها 48 درصد، بذر 6 درصد، آفت‏کش‏ها 3 درصد و سایر منابع 10 درصد از حجم انرژی ورودی را تشکیل می‏دهند.
سينگ و همکاران (2000) طي تحقيقي به بررسی روند مصرف انرژی و رابطه بين انرژي نهاده‌ها و عملكرد پنبه در هند پرداختند. نتایج نشان داد آماده کردن زمین، آبیاری و وجین کردن علف‌های هرز 70% از انرژی مصرفی را به خود اختصاص داده بودند. آن‌ها از توابع مختلفي برای برقراری رابطه بین نهاده‌ها و عملکرد استفاده كردند و گزارش كردند كه با افزايش 1 تا 3 درصدي در انرژي مصرفي، به‌خصوص انرژي مصرفي خاك‌ورزي، آبياري و سمپاشي مقدار عملكرد پنبه مي‌تواند 6 تا 8% افزايش يابد. آن‌هااعلام کردند ميزان انرژي انساني و دام در مزارع متوسط به 76/0 مزارع كوچك كاهش مي‌يابد. البته اين امر با 2/3 برابر شدن مصرف انرژي سوخت ميسر مي‌شود. ميزان انرژي ورودي از GJ/ha9/8 در مزارع بسيار كوچك به GJ/ha 3/11 براي مزارع متوسط افزايش مي‌يافت كه با وجود عملكرد يكسان (ميزان انرژي خروجي)،‌ نسبت انرژي از 12 به 2/10 كاهش مي‌يافت.
كاليوروسيس42و همکاران (2002) روند مصرف انرژی در تولید آفتابگردان به منظور تولید بیودیزل در یونان را بررسی کردند. آن‌ها كود ازته را بزرگترين منبع انرژي ورودي در كشت آفتابگردان اعلام كردند و نسبت انرژی را 5/4 به‌دست آوردند.
مطالعات انجام شده در زمینه مصرف انرژی درکشاورزی ایران
محمدشیرازی و همکاران (2012) انرژی و هزینه‌های صرف شده در تولید نارنگی در استان مازندران را بررسی کردند و نشان دادند کل انرژی ورودی برای تولید نارنگی MJ/ha 9/62260 می‌باشد. انرژی کودهای شیمیایی با 4/52 درصد بیشترین سهم از کل انرژی ورودی را داشت. نسبت انرژی در تولید این محصول 87/0 بدست آمد که نشان داد تولید این محصول فرایندی مصرف کننده انرژی است. نتایج مدلسازی انرژی نهاده‌ها نشان داد



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید