ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC potx

- Ngo ài công dụng làm thực phẩm, ngô còn được dùng để sản xuất ra Ethanol sinh học... Cây cải dầuVới lượng dầu từ 40% đến 50% là cây thích hợp để dùng làm nguyên liệu sản xuất diesel si

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nhiên liệu sinh học đang là vấn đề hết sức nóng bỏng không chỉ ở nước ta mà trên toàn thế giới Chính phủ đã kêu gọi nghiên cứu vấn đề này vì nhiên liệu tự nhiên không có khả năng tái sinh, mà đất nước thì ngày càng phát triển dẫn đến nhu cầu sử dụng nhiên liệu cũng gia tăng Trong khi đó con người chỉ biết khai thác mà không biết tái tạo làm cho nguồn nhiên liệu bị cạn kiệt.

I Khái niệm

Nhiên liệu sinh học(NLSH, biofuel) là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc sinh học Tức là từ thực vật, động vật và các sản phẩm phụ của chúng.

II Phân loại nhiên liệu sinh học

NLSH thành 3 loại :

- NLSH làm từ sản phẩm nông - lâm nghiệp,

vốn là lương thực thực phẩm (edible energy crops)

- NLSH làm từ sản phẩm nông - lâm nghiệp

không phải lương thực thực phẩm (non-food energy crops).

- NLSH làm từ phế thải phân huỷ được từ

sản xuất công nghiệp, nông lâm nghiệp, nhà

A NLSH làm từ sản phẩm nông - lâm nghiệp, vốn là lương thực thực phẩm (edible energy crops).

1 Cây ngô

- Ngô là cây trồng của miền nhiệt đới, nhưng hiện nay ngô còn được trồng phổ biến ở miền cận nhiệt đới và một phần ôn đới

- Ngo ài công dụng làm thực phẩm, ngô còn được dùng để sản xuất ra Ethanol sinh học

1 Cây ngô

1 Cây ngô

-Việc biến các phế thải của cây ngô thành nhiên liệu không phải là việc dễ dàng Xenluloza trong cây kết lại thành một mạng mắc xít chặt, điều này gây khó khăn và tốn kém trong việc chiết tách glucoza cần thiết để chế tạo ethanol

- Tại Mỹ, phần lớn ethanol được làm

2 Đậu tương

2 Đậu tương

2 Đậu tương

Đậu tương vốn là loại thực phẩm quan trọng, đồng thời cũng là thành phần không thể thiếu trong một số dược phẩm Đậu tương cũng là thành phần tạo nên xà phòng, mỹ phẩm, nhựa, quần áo và dầu diesel sinh học

3 Khoai sắn

3 Khoai sắn

3 Khoai sắn

Thân sắn dùng để làm giống, làm nấm, làm củi đun, nguyên liệu cho công nghiệp xenlulô Lá sắn ngọt là loại rau xanh giàu đạm rất bổ dưỡng

và để nuôi cá, nuôi tằm Lá sắn đắng ủ chua hoặc phơi khô để làm bột lá sắn dùng chăn nuôi lợn…, tinh bột trong

củ sắn người ta có thể sản xuất ra Ethanol sinh học

3 Khoai sắn

4 Lúa mì

4 Lúa mì

4 Lúa mì

Lúa mì hay tiểu mạch (Triticum spp.) là một nhóm các loài cỏ đã thuần dưỡng từ khu vực Levant và được gieo trồng rộng khắp thế giới( Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ, ) Về tổng thể, lúa mì là thực phẩm quan trọng cho loài người, sản lượng của nó chỉ đứng sau ngô và lúa gạo trong số các loài cây lương thực

4 Lúa mì

Hạt lúa mì là một loại lương thực chúng được sử dụng để làm bột mì trong sản xuất các loại bánh mì, mì sợi, bánh, kẹo… cũng như được lên men để sản xuất bia rươu Này nay, lúa

mì còn là một nguồn nguyên liệu có khả năng rất lớn để sản xuất NLSH.

5 Cây cải dầu

5 Cây cải dầu

Với lượng dầu từ 40% đến 50% là cây thích hợp để dùng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học Dầu được ép ra từ cây cải dầu, phần còn lại được dùng trong công nghiệp sản xuất thức ăn cho gia súc Trong một phản ứng hóa học đơn giản giữa dầu cải và mêtanol có sự hiện diện của một chất xúc tác, glyxêrin và mêtanol trao đổi vị trí cho nhau, tạo thành methyl este của axít béo và

6 Mía đường

6 Mía đường

Mía là một loại nguyên liệu thô có hiệu quả nhất để sản xuất ethanol

7 Dầu cọ

7 Dầu cọ

7 Dầu cọ

Cho đến nay, dầu cọ – với 83% sản xuất ở Indonesia và Malaysia – chủ yếu được dùng làm thực phẩm Ngày nay còn được dùng để sản xuất nhiên liệu sinh học

8 Cây lúa miến ngọt

8 Cây lúa miến ngọt

Ngọt như mía, trông giống như bắp, cực

kỳ dễ trồng, không những có thể làm thực phẩm cho người, thức ăn cho gia súc, mà còn có thể làm nguyên liệu điều chế nhiên liệu sinh học, trong khi phần xác bỏ đi có thể dùng trong quá trình sản xuất điện, đó là cây lúa miến ngọt (sweet sorghum hay sorghum bicolor)

8.Cây lúa miến ngọt

Việc sử dụng nó làm nguyên liệu sản xuất ethanol, một loại nhiên liệu sinh học “thời thượng” hiện nay, không tác động đến giá lương thực cũng không ảnh hưởng an ninh lương thực toàn cầu như bắp, đồng thời không gây hại cho môi trường như nhiên liệu hóa thạch (xăng, dầu, khí đốt).

8.Cây lúa miến ngọt

Để làm nguyên liệu chế biến ethanol (hoặc diesel sinh học), cây sẽ được thu hoạch trước khi ra hạt, phần thân vốn giàu thành phần đường được ép lấy nước sau đó lên men và chưng cất tạo

ra ethanol Quá trình sản xuất ethanol

từ lúa miến ngọt ít hao tốn điện hơn so với khi dùng bắp hoặc mía

8 Cây lúa miến ngọt

Đó là chưa nói lúa miến ngọt có hàm lượng năng lượng khá cao, tương đương với mía và gần gấp 4 lần so với bắp mà không có phế phẩm Thân cây sau khi được ép lấy nước có thể phơi khô dùng làm chất đốt để sản xuất điện Và cũng như các loại nhiên liệu sinh học khác, ethanol điều chế từ lúa miến ngọt không phát thải CO2 như nhiên liệu hóa thạch

8 Cây lúa miến ngọt

B NLSH làm từ sản phẩm

nông - lâm nghiệp không phải

lương thực thực phẩm

1 Cây Jatropha

1 Cây Jatropha

1 Cây Jatropha

1 Cây Jatropha

Hiện nay, ở nước ta cũng như nhiều nước trên thế giới đang dấy lên “cơn sốt” trồng Jatropha để sản xuất biodiesel Đó là một

xu thế tốt, nhằm tìm kiếm một nguồn nhiên liệu tái tạo, thân thiện với môi trường, lại có hiệu quả sinh thái cao, rất đáng khích lệ.

1 Cây Jatropha

- Cây Jatropha thuộc họ Euphorbiaceae Ở nước ta còn gọi là cây dầu mè (không phải vừng) hay cây cọc rào Về nguồn gốc của cây, có thể nói từ nguyên thuỷ cây được tìm thấy ở Mexico và Trung Mỹ Cây Jatropha có đặc điểm phát triển nhanh mà không mất nhiều công chăm sóc, có thể cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến tạo ra nhiên liệu sinh học đang phát triển Loại cây này chịu hạn rất tốt, sống được ở những vùng đất cằn nên

1 Cây Jatropha

Cây Jatropha cao từ 3 đến 5 mét, thường được trồng xen kẽ với những loại cây cao hơn Tán lá rộng Cây cho hoa nhiều đợt trong suốt mùa nơi có đất ẩm ướt Quả có thể thu hoạch sau mùa hoa 3 tháng Trung bình một cây Jatropha cho 3,5 Kg hạt một năm tuỳ theo khí hậu từng vùng trồng cây Trung bình, cây cho năng suất từ 3-12 tấn hạt/ha (ép hạt tương đương sẽ thu được từ

1 Cây Jatropha

- Những tư liệu nghiên cứu đã chứng minh biodiesel sản xuất từ Jatropha pha chế với diesel hóa thạch theo tỉ lệ nhất định đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật của nhiên liệu, mà động cơ không cần cải hoán nhiều Không những vậy, diesel từ Jatropha là dầu sạch, thân thiện với môi trường, xứng đáng là loại dầu cần khuyến khích phát triển.

Chuyến bay của Air New Zealand mới diễn ra hôm 30-12-2008 trên bầu trời Vịnh Hauraki ở Auckland Chiếc Boeing

747 bay thử nghiệm đã sử dụng loại nhiên liệu gồm xăng máy bay pha với dầu chiết xuất từ hạt jatropha theo tỷ lệ 50/50 Chuyến bay dài 2 giờ đã kết thúc thành công, đánh dấu một cột mốc mới của nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai

Ứng dụng của hạt Jatropha

Chiếc máy bay chở khách Boeing 747-400 của

2 Cỏ kê Mỹ (Switchgrass hay

Panicum virgatum )

2 Cỏ kê Mỹ (Switchgrass hay

Panicum virgatum )

-Ethanol từ loài cỏ có tên là switch-grass

(giống như cỏ may ở Việt Nam), được trồng ở khắp các đồng cỏ ở Midwestern nước Mỹ, mà cần rất ít công sức và phân bón.

- Thay cho việc sản xuất từ lương thực, ethanol từ switchgrass hứa hẹn sẽ là loại nhiên liệu được sản xuất ra từ loài cây

2 Cỏ kê Mỹ (Switchgrass hay

Panicum virgatum )

- Switchgrass đã đem lại lượng NLSH nhiều

hơn 540% so với tổng số năng lượng được sử dụng để canh tác, thu hoạch và chế biến dầu

- Khí nhà kính của nhiên liệu chế từ

switchgrass cũng thấp hơn 94% so với phát thải khi đốt xăng - nghĩa là hầu như trung tính

- Chiết suất dầu từ các phân tử cellulose của switchgrass khó hơn nhiều so với từ ngô hoặc

3 Tảo

3 Tảo

3 Tảo

- Mỗi cá thể tảo là một nhà máy sinh học nhỏ

xíu sử dụng quá trình quang hợp để chuyển hóa CO2 và ánh nắng thành năng lượng.

- Trong quá trình quang hợp, tảo còn sản xuất ra dầu Trên cùng một đơn vị diện tích, lượng dầu mà tảo tạo ra nhiều gấp 30 lần đậu nành Các động cơ diesel có thể đốt cháy trực tiếp dầu tảo Các nhà khoa học cũng có tinh chế thứ dầu này thành diesel sinh học.

3 Tảo

Tảo có ưu thế là có khả năng quang hợp

tự nhiên và quá trình này sản sinh ra nguồn cung cấp nhiên liệu sinh học dồi dào Ngoài ra, hoạt động địa nhiệt ở vùng sa mạc có khả năng cung cấp miễn phí nguồn khí các-bon đi-ô-xít tạo bọt giúp tảo hấp thụ và chuyển hóa thành chất hữu cơ để tái chế thành nhiên liệu.

3 Tảo

Đây là lợi điểm không nhỏ khi người

ta biết rằng, một trong những hạn chế lớn nhất của việc sản xuất NLSH từ sản phẩm nông nghiệp là việc này đòi hỏi một diện tích cây trồng rất cao Trong khi đó phát triển tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học lại không chiếm diện tích đất nông nghiệp.

3 Tảo

Về mặt môi trường, tác động của việc nuôi các loài vi tảo này là không đáng kể, trong khi việc trồng các loài cây có dầu hoặc cây lương thực để làm NLSH không thể không sử dụng tới phân bón, thuốc trừ sâu…

3 Tảo

Các loài vi tảo được nuôi dưỡng bằng azote, phosphate và khí carbonic, nên người có thể dễ dàng hình dung rằng chúng rất thích hợp

để được nuôi trồng gần các nhà máy, khu công nghiệp gây ô nhiễm, sử dụng nước thải sinh hoạt hay nước thải nông nghiệp…

3 Tảo

Mỹ vận dụng công nghệ sinh học hiện đại như nghiên cứu gien đã thực hiện tại phòng thí nghiệm năng lượng tái sinh quốc gia tạo được một giống tảo mới có hàm lượng dầu trên 60%, một mẫu có thể sản xuất được trên 2 tấn dầu diesel sinh học

3 Tảo

Đại học hải dương Thanh Đảo - TQ cũng

đã nhận trách nhiệm nghiên cứu công nghệ nhân giống và trồng tảo biển, họ cũng đã có kinh nghiệm phát triển nguồn nguyên liệu tảo nước ngọt và tảo nước mặn Nếu có thể kết hợp công nghệ sinh học hiện đại và kỹ thuật nuôi trồng truyền thống thì sẽ có thể nuôi trồng giống tảo lấy dầu sản lượng cao trên quy mô lớn

C NLSH làm từ phế thải phân huỷ được từ sản xuất công nghiệp, nông lâm nghiệp, nhà hàng ăn uống, khu dân cư

Trong tình hình hiện nay, giá cả dầu mỏ thế giới luôn biến động bất thường cùng với tình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải của các phương tiện giao thông Việt Nam một đất nước nông nghiệp là chủ yếu, mỗi năm nước ta xuất khẩu hàng triệu tấn luơng thực, cùng với việc loại bỏ hàng chục triệu tấn rác hữu cơ, rơm, trấu, mùn cưa… Việc triển khai dự án vào thực tế rất được mong chờ Cây xanh lúc đó sẽ trở thành nguồn vàng thực sự.

Chuyển mùn cưa

thành NLSH

Đây là một bước đột phá trong ngành hoá chất biến mùn cưa thành ancan và cồn cần thiết cho nhiên liệu sinh học.

Chuyển mùn cưa thành

NLSH

Công đoạn mang tính quyết định trong quá trình này là phản ứng phân hoá gỗ Liên kết gỗ theo dạng cácbon – ôxi – cácbon có liên quan đến các chuỗi hyđrôcácbon nhỏ hơn Việc phá gẫy liên kết C – O – C là mấu chốt để giải mã các chuỗi hyđrôcácbon nhỏ hơn Phát hiện này

có thể giúp lập nên thế hệ thứ hai của nhiên liệu sinh học bằng cách phá vỡ các phân tử lớn hơn Phát hiện này cũng giúp là giảm phụ thuộc vào việc sản xuất năng lượng sinh học từ

Biến đũa thành nhiên liệu sinh học

- Với dân số 127 triệu người, Nhật mất đi hàng năm 90.000 tấn gỗ để sản xuất các đôi đũa

Biến đũa thành NLSH

Một hướng khác trong việc sản xuất nhiên liệu sinh học được Nhật Bản đang nghiên cứu và phát triển hiện nay là nghiên cứu chế tạo ethanol từ rơm rạ

Ở Việt Nam, việc sử dụng nhiên liệu sinh khối trên quy mô công nghiệp có lẽ chỉ phổ biến ở các nhà máy đường, nơi sản phẩm phế thải bã mía được sử dụng làm nhiên liệu cho việc phát nhiệt và điện tại nhà máy, hoặc ở một số nhà máy giấy khi phế thải dịch đen trong quá trình sản xuất cũng được sử dụng làm nhiên liệu cho lò hơi thu hồi nhiệt Là một nước nông nghiệp, tất nhiên tiềm năng của nhiên liệu sinh học ở Việt Nam rất lớn, song đến nay các hoạt động sản xuất cồn từ mía, tổng hợp diesel từ dầu cây công nghiệp vẫn chỉ dừng ở

- Braxin và Mỹ, sản lượng ethanol sản xuất chiếm 90% sản lượng cồn sinh học thế giới, từ mía đường và ngô

- Châu Âu là những nhà sản xuất dầu diesel sinh học từ hạt có dầu, sản xuất nhiên liệu sinh học từ ngô và củ cải đường, ước tính chiếm 10% sản lượng

III Những nguyên liệu thực vật dùng

sản xuất NLSH ở một số nước

- Malaisia và Indonesia đang đầu tư trồng cây cọ dầu phục vụ cho sản xuất dầu diesel sinh học

- Thái Lan sản xuất ethanol từ mật rỉ đường

và sắn.

- Phippines ngoài mía đường, đang nghiên cứu phát triển lúa miến làm nguyên liệu sản xuất ethanol

- Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Mianma, Việt Nam: trồng và phát triển cây Jatropha

III Những nguyên liệu thực vật chính dùng sản xuất NLSH ở một số nước

IV Công nghệ sản

xuất NLSH từ

thực vật

1 Công nghệ sản xuất Biodiesel từ cây có dầu

Công nghệ sản xuất Biodiesel được bắt đầu bằng công đoạn bơm dầu thực vật vào nồi tham gia phản ứng este hóa Sau đó, dầu được lắng, làm sạch bằng nước muối, nước sạch rồi chưng cất chân không

1 Công nghệ sản xuất

Biodiesel từ cây có dầu

Kết quả cuối cùng là cho ra thành phẩm có màu vàng sáng có độ nhớt và hàm lượng este đáp ứng tiêu chuẩn về nhiên liệu Có thể sản xuất ra biodiesel từ rất nhiều loại dầu khác nhau cho ra cùng tính chất, chất lượng và có thể trữ được lâu Thêm nữa, tốc độ phản ứng nhanh, ít phản ứng phụ gây độc hại cho môi trường

Dây chuyền chế biến dầu jatropha (Thiết bị sản

Bằng cách sử dụng thành phần cấu tạo chính của thực vật là xenlulozo (chiếm trên 90% khối lượng khô trong tế bào), các nhà khoa học thuộc viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia Pháp (INRA) dự định lấy thân và lá cây làm nguồn nguyên liệu chính thay vì hạt và củ như hiện nay, để sản xuất xăng và dầu diesel Phương pháp này sẽ được ứng dụng vào nghành công nghiệp chất đốt sinh học trong

2 Công nghệ sản xuất

Biodiesle từ xenluloze

Hiện có hai phương pháp khác nhau để chế biến chất đốt từ thân và lá cây.

- Phương pháp hóa nhiệt

- Phương pháp hữu cơ.

Phương pháp hóa nhiệt

Thân cây và lá cây được làm nóng bằng hơi nước ở nhiệt độ 8000C, lúc này các phân tử xenlulzo bị biến đổi thành các thành phần tương tự như trong thành phần dầu mỏ Sau đó bằng các phản ứng hóa học, các phân tử này

sẽ tự kết hợp lại tạo ra chất đốt (xăng, diesel )