مواد اولیه:
اصطلاح ماده اولیه، مواد را در حالت های پردازش نشده یا با حداقل پردازش، نشان می دهد. به عنوان مثال، لاتکس خام، نفت خام، پنبه، زغال سنگ، زیست توده خام، سنگ آهن، هوا، آب یا هر محصول کشاورزی، جنگلداری، ماهیگیری یا مواد معدنی به شکل طبیعی. در واقع ماده اولیه یا ماده خام، به ماده‌ای گفته می‌شود که برای انسان یا در صنعت به‌عنوان ماده پایه جهت فرآوری محصولات به کار می‌رود. این واژه بیشتر به ماده‌ای دلالت می‌کند که از زیست بوم به دست می آید و فرآوری که پردازش نشده باشد. ماده‌هایی مانند شیرابه، سنگ‌آهن، تخته و نفت خام ماده اولیه نامیده می‌شوند.
مواد اولیه فلزی:
بسیاری از مواد خام فلزی که در مصارف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند، ابتدا باید به حالت قابل استفاده درآیند. سنگ معدن فلزی ابتدا از طریق ترکیبی از خرد کردن، بو دادن، جداسازی مغناطیسی، شناور سازی و آبشویی فرآوری می شود تا آن ها را برای استفاده در ریخته گری مناسب سازد. سپس ریخته گری ها، سنگ معدن را به فلز قابل استفاده که ممکن است با مواد دیگر آلیاژ شود، برای بهبود خواص تبدیل می کنند. یکی از مواد اولیه فلزی که معمولاً در سراسر جهان یافت می شود آهن است و در صورت ترکیب با نیکل، این ماده بیش از 35٪ مواد موجود در هسته داخلی و خارجی زمین را تشکیل می دهد. آهن که در ابتدا از اوایل 4000 سال قبل از میلاد استفاده می شد. آهن شهاب سنگی نامیده می شد و در سطح زمین یافت می شد، زیرا این نوع آهن از شهاب سنگ هایی آمده بود که قبل از ظهور انسان ها با زمین برخورد کرده بودند و از نظر عرضه بسیار محدود بود. این نوع آهن بر خلاف بیشتر آهن موجود در زمین نیس ، زیرا آهن موجود در زمین بسیار عمیق تر از آن بود که بشر در آن دوره زمانی قادر به حفاری باشد. محتوای نیکل آهن شهاب سنگ باعث شد که نیازی به گرم شدن نباشد و در عوض، چکش خورده و به شکل ابزار و سلاح درآمده است.
ماده اولیه سنگ آهن:
یکی از مواد اولیه شیمیایی سنگ آهن است که آن را می توان در بسیاری از اشکال و منابع یافت. اشکال اولیه سنگ آهن امروزه هماتیت و مگنتیت است. در حالی که سنگ آهن در سراسر جهان یافت می شود. آهن باتلاق به شکل گره هایی به اندازه نخود است که در زیر کوه های ذغال سنگ نارس در پایه کوه ایجاد می شود.
لاتکس خام:
از لاتکس طبیعی با محتوای جامد بالا برای ساخت قالب برای ریخته گری گچ، سیمان، موم، فلزات با درجه حرارت پایین و مواد پلی استر با محدودیت محدود نیز استفاده می شود. لاتکس طبیعی از درخت لاستیک Hevea brasilienesis تولید می شود و مایع محافظ موجود در زیر پوست آن است. شکل آن به صورت مایع سفید ابری است که از لحاظ ظاهری شبیه شیر گاو است. با برش یک نوار نازک پوست از درخت و اجازه دادن به بیرون آمدن لاتکس در یک ظرف جمع کننده در طی چند ساعت جمع آوری می شود.
مواد اولیه حاصل از نفت خام:
نفت خام مخلوطی از هیدروکربن های مایع (ترکیباتی که عمدتا از هیدروژن و کربن تشکیل شده اند) که نسبتاً فرار است، تشکیل شده است. هرچند که حاوی مقداری نیتروژن، گوگرد و اکسیژن است. این عناصر طیف گسترده ای از ساختارهای مولکولی پیچیده را تشکیل می دهند. فرآورده های نفتی موادی هستند که از نفت خام (نفت) به دست می آیند، زیرا در پالایشگاه های نفت فرآوری می شوند. پارافین ها متداول ترین هیدروکربن های موجود در نفت خام هستند.
ماده اولیه پنبه:
صنعت نساجی شامل بسیاری از مواد اولیه، یا موادی که هنوز به نخ نساجی تبدیل نشده اند، می باشد. منسوجات به موادی گفته می شود که از الیاف نازک یا رشته هایی ساخته می شوند که به نخ ریخته و در پارچه بافته می شوند. کلمه “نساجی” از لاتین texere به معنای بافتن است. بنابراین مواد اولیه نساجی موادی هستند، که می توانند به عنوان رشته هایی برای بافتن منسوجات ساخته شوند. مواد اولیه در یک حالت فرآوری نشده قرار دارند. ممکن است قبل از ایجاد نخ ها نیاز به تمیز کردن، خیساندن یا درمان با مواد خاصی باشد. صنعت نساجی از مواد اولیه از منابع طبیعی و مصنوعی (یا ساخته دست بشر) استفاده می کند. نوع ماده اولیه استفاده شده به نساجی ساخته شده و فرآیندی که یک کارخانه استفاده می کند بستگی دارد. مواد اولیه همچنین شامل موادی است که به رنگ ها افزوده می شوند تا رنگ و الگو به آن ها اضافه شود. الیاف منگنه الیافی با طول محدود هستند. آن ها کوتاه هستند و شامل مواد اولیه گیاهی مانند پنبه و الیاف حیوانی مانند پشم هستند. سپس الیاف رشته ای وجود دارد، الیاف نازک طولانی که طول محدودی ندارند. آن ها می توانند واقعاً طولانی باشند. ابریشم و نایلون نمونه هایی از الیاف رشته است. تمام مواد اولیه باید به شکل الیاف یا رشته باشند تا بتوانند نخ یا نخ برای منسوجات تولید کنند. اولین شواهد استفاده از پنبه در جهان قدیم، مربوط به 5500 سال قبل از میلاد مسیح و در مهره های مسی حفظ شده است، در دامنه گذرگاه بولان در بلوچستان، پاکستان یافت شده است.
ماده اولیه ذغال سنگ:
ذغال بخار که به آن زغال سنگ حرارتی نیز گفته می شود، عمدتا در تولید برق استفاده می شود.
ذغال کک که به آن زغال سنگ متالورژی نیز می گویند، عمدتا در تولید فولاد استفاده می شود.
از دیگر کاربران مهم زغال سنگ می توان به پالایشگاه های آلومینا، تولیدکنندگان کاغذ و صنایع شیمیایی و دارویی اشاره کرد. از محصولات جانبی ذغال سنگ می توان چندین محصول شیمیایی تولید کرد. قطران زغال سنگ تصفیه شده در ساخت مواد شیمیایی مانند روغن کرئوزوت، نفتالین، فنل و بنزن استفاده می شود. گاز آمونیاک بازیابی شده از کوره های کک برای تولید نمک آمونیاک، اسید نیتریک و کودهای کشاورزی استفاده می شود. ذغال سنگ در درجه اول به عنوان سوخت برای تولید انرژی الکتریکی در ایالات متحده استفاده می شود. زغال سنگ سوزانده می شود و از گرمای داده شده برای تبدیل آب به بخار که توربین را به حرکت در می آورد استفاده می شود. طبق اطلاعات اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده، در سال 2012، حدود 39 درصد از کل برق در ایالات متحده توسط نیروگاه های زغال سنگ تولید شده است.
انواع خاصی از زغال سنگ همچنین می تواند برای فرآیندهای متالورژی استفاده شود، مانند جعل فولاد، ذوب فلزات، و یا حتی در ذوب شن و ماسه، که برای ریخته گری فلز استفاده می شود. سرانجام، می توان زغال سنگ را سوزاند تا گرمای خانه های شخصی را تأمین کند. ذغال سنگ همچنین یک ماده اساسی در تولید محصولات تخصصی مانند: کربن فعال، فیبر کربن و فلز سیلیکون می باشد.
مواد اولیه زیست توده خام:
مواد زیست توده لیگنوسلولزی که یک بخش غیر قابل خوردن در گیاه است، به عنوان منابع انرژی پایدار و تجدیدپذیر، توجه را به سمت خود جلب می کند. از مواد زیست توده می توان برای تولید طیف وسیعی از محصولات با ارزش افزوده، از جمله سوخت های زیستی (اتانول، هیدروژن و غیره)، محصولات زیست زیستی (الکل های قند و شکر و غیره) و مواد شیمیایی مهم صنعتی (به عنوان مثال حلال ها) استفاده کرد. تبدیل را می توان با استفاده از روش های مختلف از جمله فرآیندهای شیمیایی، بیوشیمیایی و ترموشیمیایی انجام داد. زیست توده را می توان از مواد زائد جنگلی مانند بقایای درختان و بوته ها، محصولات انرژی زا مانند سورگوم، گیاه گوزن، کناف، گیاهان زراعی، ذرت، نیشکر و سایر مانده های کشاورزی از جمله ذخیره ذرت، کاه گندم و غیره تهیه کرد. تنوع موجود در مواد شیمیایی ترکیب زیست توده (سلولز، همی سلولز و ترکیبات لیگنین) می تواند بر فن آوری های تبدیل شده برای تولید محصولات با ارزش بالا تأثیر بگذارد.
مواد اولیه سوخت های زیستی:
اتانول سوخت تجدید پذیری است که از ذرت، نیشکر، سورگوم شیرین و سایر منابع حاوی کربوهیدرات ساخته می شود. بوتانول همچنین یک سوخت تجدید پذیر مبتنی بر زیست توده است که می تواند با تخمیر الکلی مواد خوراکی زیست توده تولید شود. متانول یکی دیگر از سوخت های الکلی است که دارای درجه اکتان بالا، به راحتی قابل توزیع و نوسانات کمی است. متانول دارای خصوصیات سوخت شیمیایی و فیزیکی مشابه اتانول است. بیودیزل یکی دیگر از سوخت های زیستی مایع است که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال ، تولید آن به کسر لیگنوسلولزی از توده متکی نیست. بیودیزل از طریق روغن ترشحی یا روغن حیوانی همراه با الکل و کاتالیزور از طریق واکنش ترانس استریشن تولید می شود.
گاز تولید کننده مخلوط گازهای تولید شده توسط گازدهی مواد زیست توده است. از هیدروکربن های CO، H2 ، CO2 و هیدروکربن های با وزن مولکولی کم مانند CH4 تشکیل شده است. از گاز تولید کننده می توان به عنوان گاز سوختی برای تولید گرما یا تولید برق استفاده کرد.
هیدروژن بالاترین میزان انرژی ویژه را در بین تمام سوخت های متداول دارد. کاربرد اصلی آن به عنوان سوخت در سلول های سوختی است. پیل های سوختی به دلیل بازده بالا و بدون آلودگی، گزینه جذابی برای تولید نیرو محسوب می شوند .
محصولات زیستی و مواد شیمیایی مهم صنعتی:
مواد زیست توده لیگنوسلولزی غیر قابل تمرکز به عنوان منابع تجدیدپذیر، اقتصادی و فراوان برای افزایش وابستگی به منابع نفتی و به حداقل رساندن هزینه های انرژی و مواد اولیه، توجه روزافزون را به خود جلب می کنند. علاوه بر انرژی و سوخت، از زیست توده می توان برای ایجاد مواد شیمیایی و مواد با ارزش کربن استفاده کرد، که به عنوان محصولات زیستی شناخته می شوند. این محصولات قندها و الکل های قندی، گلیسیرین، فورفورال ها، الیاف سلولز و مشتقات آن، مواد کربنی، رزین ها، پلاستیک های زیستی و غیره می باشد.
پیش تصفیه:
- با وجود پتانسیل بالقوه، ساختارهای پیچیده و سفت و سخت مواد زیست توده استفاده از آن ها را در بسیاری از برنامه ها محدود می کند. مواد زیست توده ابتدا باید به اجزایی با وزن مولکولی کوچک تر (به عنوان مثال، الیگوساکاریدها و مونوساکاریدها) تقسیم شوند تا بتوانند به طور موثر به طیف وسیعی از محصولات تبدیل شوند. هدف از پیش تصفیه این است که سلولز برای فرآیند تجزیه (هیدرولیز) برای تبدیل به سوخت یا محصولات با ارزش افزوده قابل دسترسی باشد.
- تکنیک های مختلف پیش تصفیه، ساختار فیزیکی و شیمیایی زیست توده لیگنوسلولزیک را تغییر می دهد و سرعت هیدرولیز را بهبود می بخشد.
- انفجار بخار یکی از رایج ترین و گسترده ترین پیش تصفیه های فیزیک وشیمیایی برای زیست توده لیگنوسلولزی است.
- پیش تصفیه قلیایی شامل استفاده از بازهایی مانند سدیم، پتاسیم، کلسیم و هیدروکسیدهای آمونیوم برای پیش تصفیه زیست توده است. هیدروکسید سدیم متداول ترین پایه ای است که در این کاربرد استفاده می شود. پیش تصفیه قلیایی را می توان در شرایط محیطی انجام داد، اما زمان های قبل از درمان چندین ساعت یا چند روز طول می کشد تا دقیقه یا ثانیه.
- پیش تصفیه اسیدی بر اساس مخلوط زیست توده با اسیدهای غلیظ یا رقیق در دمای بین 130 درجه سانتیگراد تا 210 درجه سانتی گراد است. استفاده از اسید غلیظ می تواند به عنوان یک روش درمانی به جای پیش تصفیه حساب شود.
آب:
آب یک دارایی حیاتی است و مهم ترین ماده اولیه برای تولید انواع محصولات شیمیایی می باشد. که طی تصفیه از منابع زیر زمینی و دریاچه ها، چشمه ها، دریاها، رودها و غیره… مورد مصرف قرار می گیرد.
ماده اولیه گاز طبیعی:
از گاز طبیعی به طرق شگفت انگیزی استفاده می شود. این ماده به عنوان یکی از مواد اولیه شیمیایی محسوب می شود. گاز طبیعی به عنوان سوخت وهمچنین برای تولید برق، گرمایش ساختمان ها، وسایل نقلیه سوختی، آب گرم کردن، پختن مواد غذایی، تولید کوره های صنعتی و حتی راه اندازی کولرهای گازی مورد استفاده قرار گرفت.
مواد معدنی:
ماده معدنی یک ترکیب شیمیایی است که دارای ترکیب شیمیایی مشخص، ماهیت غیر آلی و جامد است. این یک ترکیب طبیعی و غیر آلی است. سنگ های قیمتی مانند الماس، زمرد و یاقوت کبود که در صنایع تولید می شوند، یکسان هستند و از این رو مواد معدنی ساخته شده توسط بشر نامیده می شوند. از مواد معدنی مانند مس در تجهیزات الکتریکی استفاده می شود زیرا هادی الکتریکی مناسبی است. از خاک رس برای ساخت سیمان و غیره استفاده می شود که به ساخت جاده کمک می کند. فایبرگلاس، مواد تمیز کننده توسط بوراکس ساخته می شود.
موارد استفاده از مواد معدنی فلزی:
مواد معدنی که از یک یا چند عنصر فلزی تشکیل شده باشد، مواد معدنی فلزی نامیده می شوند. طلا، مس، نقره، آهن و غیره برخی از مواد معدنی فلزی هستند.
محصول کشاورزی:
کالاهای کشاورزی، به ویژه مواد اولیه، به تدریج در بخش هایی فراتر از صنایع غذایی و الیاف معمولی مورد استفاده قرار می گیرند. به طور دقیق تر، انرژی مبتنی بر زیست اولیه نسل اول به شکل اتانول از گندم، ذرت، نیشکر، یا چغندر قند و بیودیزل، از منابع مختلف مواد خام مختلف مانند سویا و روغن نخل یا کلزا، اکنون در بازار رایج است. سوخت های زیستی نسل دوم از مواد سلولزی در دست تولید است. این محصولات شامل پاک کننده ها، حلال ها، چسب ها، آدامس های صنعتی و رنگ ها هستند. همچنین نمونه هایی از پلیمرهای پایه زیستی شامل پلاستیک های نشاسته ذرت می باشد. اندازه بازار برای پلیمرهای قابل تجزیه زیست تولید شده از منابع تجدید پذیر طبیعی، مانند زیست توده گیاهی و حیوانی، به طور قابل توجهی در حال رشد است. سایر محصولات مبتنی بر زیست شامل آنزیم های صنعتی، اسیدهای آمینه، ویتامین ها، نرم کننده های غذایی، مواد مغذی، داروها و مواد شیمیایی. علاوه بر این، واکسن های خوراکی برای مقابله با بیماری های حیوانات اهلی تهیه و آزمایش می شوند.
کاربردهای مختلف منابع کشاورزی اهمیت صنعت را به عنوان تأمین کننده ورودی حداقل چهار صنعت مختلف برجسته می کند: محصولات غذایی و تغذیه ای، انرژی، محصولات شیمیایی صنعتی و محصولات بهداشتی و دارویی. کشاورزی بتدریج از صنعتی که محصولات کالایی را تولید و فرآوری می کند به صنعتی تبدیل می شود که از نظر بیولوژیکی مواد اولیه خاصی را برای مجموعه وسیع تری از مصارف نهایی تولید می کند.
جنگلداری:
محصول جنگلی هر ماده ای است که از جنگلداری برای مصرف مستقیم یا استفاده تجاری از آن گرفته می شود، مانند چوب، کاغذ یا علوفه برای دام.
