NHIÊN LIỆU SINH HỌC – HIỆN TRẠNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO THỰC TẾ VIỆT NAM

Khuynh hướng sản xuấtxăng sinh học đang trên đà phát triển, vì nhiều lý do: i giá xăng cổ sinh ngày càng mắc; ii trữ lượng dầu hoả ở các mỏ dầu có giới hạn và sẽ kiệt quệ trong tương lai

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2011

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH…….……….2

DANH SÁCH BẢNG……….2

I SƠ LƯỢC VỀ NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH 3

I.1 Than đá 3

I.2 Dầu mỏ 3

I.3 Khí tự nhiên 4

II NHIÊN LIỆU SINH HỌC – KHÁI NIỆM, LỊCH SỬ VÀ ĐIỀU KIỆN PHÁT TRIỂN 5

III BIOFUEL – CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 8

III.1 Metan - biogas 10

III.2 Hydro (H2) 10

III.3 Methanol (rượu metylic, cồn gỗ, cacbinon) 11

III.4 Dimetylete 13

III.5 Ethanol 15

III.6 Biodiezel (metyleste của một số loại dầu, mỡ động thực vật) 19

III.7 Dầu thô sinh học bio-crude HTU - diezel chiết suất tương ứng 22

III.8 Diezel Fischer - Tropsch 24

IV HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN BIOFUEL TRÊN THỚI GIỚI 27

IV.1 Châu Âu 28

IV.2 Châu Mỹ 34

IV.3 Châu Á 37

V VIỆT NAM – HIỆN TRẠNG VÀ ĐIỀU KIỆN PHÁT TRIỂN NHIÊN LIỆU SINH HỌC 40

VI NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ 49

VII TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Quy trình sản xuất ethanol từ tinh bột 17

Hình 2 Nguyên liệu hạt cao su 42

Hình 3 Nguyên liệu Sorgho-đường 43

Hình 4 Nguyên liệu dầu lai 44

Hình 5 Nguyên liệu lục bình 45

Hình 6 Nguyên liệu tảo 46

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Bảng so sánh tính chất vật lý của DME và một số nhiên liệu khác 15

Bảng 2 Tính chất hóa lý của ethanol biến tính 19

Bảng 3 Tính chất hóa lý của dầu Diesel sinh học gốc B100 20

I SƠ LƯỢC VỀ NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH

I.1 Than đá

Hàng nghìn năm trước đây nguồn năng lượng được con người sử dụng chocuộc sống chủ yếu lấy từ củi gỗ, rơm, rạ, cỏ, lá cây, v.v Than đá được khai thác sớmnhất vào thế kỷ thứ X ở Đức nhưng không được con người ưa chuộng vì khó cháy vàlại tỏa nhiều khí độc khi đốt

Đến thế kỷ XV, ngành công nghiệp luyện kim ra đời và ngày càng phát triển,nhất là đến đầu thế kỷ XIX, với sự ra đời của các nhà máy nhiệt điện, thì nhu cầu sửdụng than đá mới chiếm tỷ trọng ngày một lớn Tuy nhiên, cho đến những năm 60 củathế kỷ XX, lượng than đá khai thác và sử dụng mới chỉ chiếm dưới 27% tổng nănglượng sử dụng, còn khí đốt và dầu mỏ thì vẫn coi như không đáng kể

Từ đầu thế kỷ XX, cơ cấu thành phần nhiên liệu sử dụng có sự thay đổi lớn Tỷ

lệ dùng than đá, dầu mỏ và khí đốt tăng cao Theo số liệu năm 1965, tỷ lệ đó là 40%,33,5% và 16,3% tương ứng Song đối với từng khu vực và từng quốc gia, cơ cấu nănglượng sử dụng phụ thuộc vào trình độ phát triển của nền kinh tế - xã hội của mỗinước, Chẳng hạn Ấn Độ vào năm 1965, năng lượng do than đá cung cấp chiếm 40%,trong khi đó năng lượng cung cấp từ điện năng (trừ nhiệt điện), dầu mỏ, khí đốt chỉ

là 7% Tuy nhiên trong thời gian qua, xu hướng sử dụng năng lượng từ than đá có sựgiảm sút rõ rệt vì dầu mỏ và khí đốt được khai thác ngày càng nhiều nên giá thành hạ.Gần đây, một xu hướng mới lại xuất hiện ở nhiều nước, trước tình hình nguồn dầu mỏ

và khí đốt thiếu hụt, giá tăng nhanh Người ta đang quay trở lại sử dụng than đá, đồngthời cải tiến kỹ thuật đốt than để dễ điều khiển quá trình cháy và giảm thiểu ô nhiễmmôi trường

Trữ lượng than đá thế giới được đánh giá là 23.000 tỷ tấn, trong đó khoảng30% tập trung ở Liên Xô (cũ), Hoa Kỳ và Trung Quốc Các nước có trữ lượng than đálớn hơn 20 tỉ tấn là: Liên Xô (4.122 tỉ tấn), Hoa Kỳ (1.100 tỉ tấn), Trung Quốc (1.011

tỉ tấn), Đức (70 tỉ tấn), Canađa (61 tỉ tấn), Ba Lan (46 tỉ tấn), Nam Phi (26 tỉ tấn),Nhật Bản (20 tỉ tấn) Với nhịp độ khai thác hiện nay thì việc khai thác than đá có thểtiếp tục chừng 250 năm nữa

Nhu cầu sử dụng than đá ở một số nước vẫn tăng cao, tuy nhiên số lượng thankhai thác thì lại có nguy cơ giảm xuống Thực trạng thị trường than đá thế giới đangtrong giai đoạn cung thấp hơn cầu Hiện tại Trung Quốc và Nhật Bản là hai nước nhậpkhẩu than đá lớn nhất thế giới

Từ nửa sau thế kỷ XX, nhu cầu về dầu mỏ ngày càng tăng và lượng dầu khai

thác cũng tăng lên gấp đôi Lượng dầu khai thác hàng năm vào cuối thế kỷ XX gấp

150 lần lượng khai thác hàng năm vào đầu thế kỷ Theo ước tính, với nhịp độ khaithác hiện nay thì trữ lượng dầu mỏ sẽ cạn trong vòng 30 - 35 năm nữa

Có tồn tại mâu thuẫn là khu vực sản xuất dầu mỏ nhiều nhất lại là nơi khôngtiêu thụ nhiều dầu, nên phần lớn dầu mỏ khai thác được xuất sang các nước phát triển

Do nhu cầu tiêu thụ năng lượng trên toàn cầu tăng cao, trong khi nguồn nhiênliệu than đá và dầu mỏ cạn dần, đã khiến giá nhiên liệu nói chung, nhất là dầu mỏ,tăng cao Giá dầu mỏ tăng đang làm chao đảo nền kinh tế nhiều khu vực và thế giới.Hoa Kỳ là nước tiêu thụ dầu mỏ lớn nhất thế giới (khoảng 1 tỷ tấn năm) và phải nhậpkhẩu 70% nhu cầu sử dụng, ước 20 - 25 triệu thùng/ngày Trung Quốc (TQ) hiện đang

là nước tiêu thụ dầu mỏ đứng thứ 2 sau Hoa Kỳ, vượt cả Nhật Bản Theo số liệu của

cơ quan Năng lượng Quốc tế, năm 2003 tổng khối lượng dầu mỏ tiêu thụ của TQ là252,3 triệu tấn Theo số liệu của Bộ Thương mại TQ, nước này đang nhập khẩu dầu

mỏ với khối lượng ngày càng tăng và chiếm 1/3 lượng dầu mỏ tiêu thụ ở TQ Năm

2004, TQ nhập khẩu 110 triệu tấn dầu thô, vượt 21% so với năm 2003 Dự báo đếnnăm 2020, sự thâm hụt dầu mỏ ở TQ sẽ đạt tới 250 triệu tấn/ năm Các nguồn dầu mỏ

mà TQ đang hướng tới là Nga, Arập Xeut, Iran, Kazacstan, Tuôcmenistan, Kirgistan,Xyri Ngoài ra TQ cũng đang tìm cách tăng cường thăm dò và khai thác dầu khí trongnước Khu vực lãnh hải giàu tiềm năng khí đốt đang là chủ đề tranh cãi gay gắt giữaNhật Bản và TQ Ngoài ra, Chính phủ TQ đang tổ chức các đề án quy mô lớn nhằmkhai thác dầu mỏ và khí đốt trên đại lục

Nước đông dân thứ hai trên thế giới, đồng thời sử dụng dầu mỏ lớn thứ 3 châu

Á bên cạnh TQ, là Ấn Độ Ấn Độ là nước đang phải nhập khẩu tới hơn 2/3 nhu cầudầu thô trong nước Từ lâu các công ty dầu khí của Ấn Độ đang tìm kiếm cơ hội đầu

tư ở Iran, mua dầu thô và khí đốt tại Angola, I rắc, Myanma, Xuđăng, Xyri và ViệtNam

II NHIÊN LIỆU SINH HỌC – KHÁI NIỆM, LỊCH SỬ VÀ ĐIỀU KIỆN PHÁT TRIỂN

Nhiên liệu sinh học (Biofuel hay Agrofuel) là loại chất đốt tái tạo sản xuất từnguyên liệu động thực vật gọi là sinh khối (biomass) Gọi là “tái tạo” (renewable) vìchất đốt cơ bản Carbon (C) nằm trong chu trình lục hoá (photosynthesis) ngắn hạn -đốt nhiên liệu sinh học sẽ thải khí CO2, rồi thực vật canh tác hấp thụ lại CO2 đó, để tạothành sinh khối Chế biến nhiên liệu sinh học, trên lý thuyết, coi như không làm giatăng CO2 trong khí quyển Nhiên liệu sinh học có thể ở thể rắn như củi, than củi (than

đá thuộc loại cổ sinh, không tái tạo); thể lỏng (như xăng sinh học, diesel sinh học);hay thể khí như khí methane sinh học (sản xuất từ lò ủ chất phế thải) Nhiên liệu ở thểlỏng được ưa chuộng hơn vì có độ tinh khiết cao, chứa nhiều năng lượng, dễ dàngchuyên chở, dễ tồn trữ và bơm vào bình nhiên liệu của xe Nhiên liệu sinh học đề cậpbao gồm xăng ethanol (E) và diesel sinh-học (ở Việt nam gọi là B), tương ứng vớixăng cổ sinh biến chế từ dầu mỏ là xăng (gasoline) và diesel Khuynh hướng sản xuấtxăng sinh học đang trên đà phát triển, vì nhiều lý do:

(i) giá xăng cổ sinh ngày càng mắc;

(ii) trữ lượng dầu hoả ở các mỏ dầu có giới hạn và sẽ kiệt quệ trong tương lai (khoảngnăm 2100);

(iii) nhiều quốc gia muốn phụ thuộc ít vào việc nhập cảng nhiên liệu cổ sinh trong khiquốc gia họ có khả năng sản xuất nhiên liệu thay thế;

(iv) bị áp lực chính trị phải giảm lượng khí CO2 xả thải để phù hợp với Thoả hiệpKyoto (1997) quy định

Nhiên liệu sinh học ở thể rắn (gỗ, củi, than củi, phế thải thực và động vật, v.v.)

đã được loài người sử dụng từ khi khám phá ra lửa Khi phát minh ra động cơ hơinước (steam engine) và máy phát điện, nhiên liệu sinh học thể rắn (gỗ) được sử dụngmột thời để phát triển kỹ thuật ở thế kỷ 18 và 19, và gây nhiều ô nhiễm Ở Việt Nam,

xe lửa chạy bằng năng lượng từ đốt gỗ được sử dụng cho tới khoảng 1956 mới thaythế bằng động cơ diesel Ngày nay có khoảng 2 tỷ dân đốt nhiên liệu sinh học ở thểrắn như gỗ, củi, trấu, mạt cưa, rơm rạ, lá khô, v.v Mặc dầu chứa carbon tái tạo, nhưngcho nhiều khói, tro bụi, bù hóng nên làm ô nhiễm môi trường

Động cơ nổ đầu tiên trên thế giới do Nikolaus August Otto (người Đức) thiết

kế sử dụng nhiên liệu sinh học thể lỏng là rượu cồn ethanol, Rudolf Diesel (ngườiĐức) phát minh động cơ Diesel thiết kế chạy bằng dầu đậu phộng (groundnut oil), vàHenry Ford (Hoa Kỳ) thiết kế xe hơi chạy bằng dầu thực vật (từ 1903 đến 1926) chếbiến từ dầu chứa trong hạt và thân cây cần sa (hemp - Cannabis sativa)

Từ khi khám phá ra nhiên liệu cổ sinh (than đá, dầu hoả, khí đốt) các ngành kỹthuật bắt đầu chuyển sang sử dụng nhiên liệu này do hiệu quả kinh tế cao hơn Tuynhiên, trong giai đoạn chiến tranh, hay thế giới có khủng hoảng chính trị, kinh tế, và

để không tuỳ thuộc vào dầu hoả nhập cảng (từ Trung Đông), khuynh hướng sử dụngxăng sinh học lại được ưa chuộng Chẳng hạn, Đức và Anh Quốc sản xuất xăng sinhhọc từ khoai tây và lúa mì trong thời kỳ Đệ nhị Thế Chiến Khủng hoảng xăng dầu

năm 1972 do khối OPEC gây ra, làm một số quốc gia có chủ trương tự túc nhiên liệubằng cách sản xuất xăng sinh học từ tiềm năng nông nghiệp đồ sộ của mình Braziltiêu biểu cho chính sách này Kể từ 2000, các quốc gia trên thế giới lần lượt thật sựtuân thủ Thoả hiệp Rio de Janeiro (1992), rồi Kyoto (1997), đã nghiên cứu các kỹthuật hạn chế xả thải khí nhà kính (CO2, methane, N2O, v.v.) khi sử dụng nhiên liệu cổsinh bằng cách sử dụng năng lượng xanh (năng lượng mặt trời, gió, thuỷ điện, v.v.),cũng như nhiên liệu sinh học.

Trong các loại nhiên liệu sinh học, xăng ethanol (E) là loại thông dụng nhấthiện nay trên thế giới vì dễ dàng biến chế từ đường (đường mía, củ cải đường, sorghođường) và tinh bột (ngũ cốc, khoai tây, khoai mì)

Khi cháy, một phân tử ethanol sinh một nhiệt lượng 1409 kJ Tuy nhiên,ethanol chứa 33% năng lượng ít hơn xăng cổ sinh, nên cần nhiều ethanol hơn để xechạy cùng một đoạn đường Vì vậy, xe phải có bình chứa nhiên liệu lớn hơn Thôngthường, máy xe hơi chạy hiệu nghiệm với E15 (xăng pha 15% ethanol) Xăng chứaethanol có mức octane hơn xăng thường nên động cơ mau nóng hơn, máy cũng mauhao mòn hơn, nhất là các vòng đệm cao su Bất lợi khác của ethanol là hút ẩm nênxăng ethanol có chứa nhiều nước, làm máy khó khởi động, làm rỉ sét kim loại, hư mònchất nhựa (plastic), nên đòi hỏi phải thay đổi vật liệu làm động cơ, phải bảo trì xethường xuyên Bồn chứa ethanol cũng phải làm từ kim loại đặc biệt, việc chuyên chởcũng khó khăn hơn xăng thường (bồn đặc biệt, đắt hơn, khoảng £120,000/xe bồn xăng

ở Anh – USD 200,000), nên cuối cùng tổn phí cao (tại Anh, tổn phí sản xuất khoảng

35 pence/lít – 60 cents/lít) Nói tóm lại, nếu tính từ lúc canh tác cây, phân bón, thuốcsát trùng, tưới nước, thu hoạch, lên men, chưng cất cho tới khi sử dụng, biến cải xehơi, v.v thì chạy xe bằng xăng-ethanol tốn kém hơn chạy bằng xăng thường

Ngày nay mọi hiệu xe hơi đều có thể chạy xăng ethanol E10 (xăng thường pha10% ethanol), tuy nhiên để bảo đảm máy móc, khuyến cáo nên dùng xăng ethanol E5(Xăng pha 5% ethanol) Một vài loại động cơ xe hơi cải biến sử dụng xăng ethanolE85 như ở Brazil

Xăng pha với ethanol thải ít khí nhà kính hơn xăng thường Chẳng hạng E85thải 1 ppm khí NO2 trong khi xăng cổ sinh thải 9 ppm Nguy cơ bị ung thư ít hơn khihít phải khí thải của xăng sinh học Methanol (CH3OH), còn gọi methyl- alcohol đượcđiều chế từ khí methane (CH4) của khí đốt của mỏ dầu Methanol cũng được biến chế

từ chất hữu cơ động thực vật qua phương pháp đun trong bình kín (không có oxy vàhơi nước) ở nhiệt độ cao (pyrolysis)

Diesel sinh học: Theo phòng thí nghiệm Năng Lượng Tái Tạo Hoa Kỳ (U.S.National Renewable Energy), đốt diesel sinh học giảm thải 50% carbon monoxide(CO) và 78% carbon dioxide (CO2) so với diesel truyền thống Ngoài ra, sử dụngnhiên liệu này không thải Sulphur SO2 Diesel sinh học có những đặc tính vật lý tương

tự diesel, thành phần hoá học chính là acid béo - Fatty acid methyl (hay ethyl) ester.Diesel sinh học chứa ít năng lượng hơn, nhiệt độ bắt cháy khoảng 150°C, trong khidiesel là 70°C

Diesel sinh học khi đun nóng thì trở nên lỏng, nhờn hơn, nên có thể chạy máydiesel Nguyên liệu sản xuất diesel sinh học là thực vật chứa nhiều dầu như hạt cải dầu(Oil seed rape), dừa dầu (oil palm), dừa (coconut), đậu nành (soyabean), đậu phộng(groundnut), bông vải (cotton), hạt cao su (rubber), hướng dương (sunflower), cây vàhạt cần sa (hemp,Cannabis sativa), v.v Trong các nguyên liệu, tảo và trái dầu lai(Jatropha curcas) là những nguồn dầu thực vật quan trọng mới ngày nay.

Thông thường, để cho động cơ an toàn, diesel sinh học được pha với dieseltruyền thống Tuy nhiên, các loại dầu ăn tinh khiết bán trên thị trường, hay đã sửdụng, đều có thể thay thế diesel để chạy động cơ diesel loại cũ (chỉ cần thay thế bộphận bơm injection) Hiện nay nhiều loại xe hơi hiện đại có động cơ chạy được vớidầu ăn nguyên chất, hay diesel sinh học 100% Chẳng hạn, động cơ xe hơi MANB&W Diesel, Wartsila và Deutz AG có thể chạy từ dầu ăn nguyên chất Dầu đã sửdụng (từ trong các tiệm Fast Food) chỉ cần lọc cặn và loại phần nước thì chạy được xehơi Xe Đức Volkswagen cũng chạy được với diesel sinh học 100% Tuy nhiên, cáchãng làm xe hơi khuyến cáo là nên pha 15% diesel sinh học với 85% diesel để xe ít bịhao mòn Các nước Âu Châu hiện nay bán diesel pha 5% diesel sinh học ở mọi trạmxăng Ở Hoa Kỳ, hơn 80% xe vận tải và xe bus đều chạy bằng diesel sinh học, và càngngày mức sử dụng diesel sinh học càng gia tăng, 25 triệu gallons năm 2004, 78 triệugallons năm 2005, và khoảng 1 tỷ gallons vào 2007 Xe chở hàng và xe bus ở Âu châuđều chạy bằng diesel sinh học

III BIOFUEL – CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

Trên nguyên tắc, bất cứ chất vật liệu sinh học nào chứa nhiều carbon, hoặcdưới dạng đường, tinh bột, cellulose đều có thể chế biến thành ethanol, hoặc chứanhiều acid béo thì có thể chế biến thành diesel sinh học Thông thường nhất là từ thựcvật có khả năng lục hoá – biến CO2 của khí quyển thành chất đường, tinh bột,cellulose, protides, lipids, v.v Trung bình cứ mỗi phân tử CO2 cây hấp thụ và chế biếnqua lục hoá thành sinh khối chứa 114 kilocalories Khó khăn kỹ thuật hiện tại là làmsao biến toàn thể năng lượng C chứa trong sinh khối thành xăng sinh học Với kỹthuật hiện nay, có 2 phương thức hữu hiệu:

(i) Cho lên men (nhờ men và enzymes trong điều kiện yếm khí) chất đường (từ mía,

củ cải đường, v.v.), tinh bột [từ hạt ngũ cốc (bắp, lúa, lúa mì, v.v.) và củ (khoai tây,khoai mì, v.v.)], hay cellulose để tạo ra rượu Ethanol (C2H5OH), Propanol[CH3CH2CH2OH; (CH3)2CHOH] và Butanol (C4H10O)

(ii) Trích dầu từ thực vật giàu chất dầu, hay mỡ từ động vật (ép với áp suất cao vànhiệt, hay bằng dung môi, hay phối hợp cả hai).Về phương diện kỹ thuật (và kinh tế),chia làm 3 loại như sau:

 Công nghệ nhiên liệu sinh học thế hệ 1: chế biến từ đường (mía, củ cải đường,sorgho- đường) và tinh bột của nông phẩm (từ hạt của bắp, lúa mì, lúa, v.v.,hay từ củ như khoai tây, khoai mì, v.v.) để tạo ethanol; hay từ dầu (của hạt dừa-dầu, đậu nành, đậu phộng, v.v.) để biến chế diesel sinh học Kỹ thuật đơn giản

và kinh tế nhất

 Công nghệ nhiên liệu sinh học thế hệ 2: từ cellulose, chất xơ của phần thực vậtthải bỏ (rơm, rạ, thân bắp, gỗ, mạt cưa, bã mía, v.v.), hay thực vật hoang dã(non-crop) (như cỏ voi, vetiver, lục bình) Chẳng hạn, một ha mía cho khoảng

25 tấn bã mía (bagasse, xác mía sau khi ép), và mỗi tấn bã mía sản xuất 285 lítethanol Kỹ thuật hiện nay chưa hoàn hảo, hiệu năng còn kém, con men chưahữu hiệu và giá đắt, chỉ một phần cellulose và lignin biến thành ethanol, nêngiá thành sản xuất còn cao

 Công nghệ nhiên liệu sinh học thế hệ 3: từ tảo (algae), kỹ thuật đang phát triển.Hiện nay tảo nổi lên như một nguyên liệu có triển vọng nhất để sản xuất nhiênliệu sinh học vì không xâm phạm vào nguồn thực phẩm như ethanol, khôngtranh chấp đất đai với cây nông nghiệp, lớn rất nhanh và năng suất chế biếnthành dầu cao Tập đoàn dầu mỏ Shell đang thực hiện một dự án trồng tảo lớn,song song với việc tìm kiếm công nghệ chế biến Họ sẽ xây dựng một khu vực(mặt biển) rộng 1.000ha để đánh giá kinh tế trước khi triển khai trên quy môthương mại với 20.000ha Ngoài ra, một số công ty tư nhân như SapphireEnergy cũng đang tìm kiếm một công nghệ gen để tạo ra dòng tảo có thể trồng

và thu hoạch trên quy mô lớn

Sản xuất nhiên liệu qua con đường khí hóa

Sinh khối có thể chuyển hóa nhờ sử dụng công nghệ khí hóa Bất kỳ loại sinhkhối nào cũng có thể sử dụng làm nguyên liệu khí hóa, kể từ hỗn hợp cenlulose đến

phụ phẩm và chất thải nông nghiệp (rơm, bã mía), cỏ, các phế phẩm của công nghiệp

và phức tạp hơn Ngoài ra, nó tạo ra hai dòng khí cần phải khử, làm sạch Các kiểu lòthích hợp với quá trình khí hóa sinh khối hiện nay gồm có: lò khí hóa cố định; lò khíhóa tầng sôi và lò khí hóa dòng cuốn Lò khí hóa cố định hoạt động ở nhiệt độ giữa

700 và 1200 oC Chúng được phân loại dựa theo hướng đi của luồng khí qua lò (ví dụ

từ dưới lên, trên xuống, hoặc ngang qua) hoặc theo hướng dòng chất rắn và dòng khí(cùng chiều, ngược chiều hoặc chéo chiều) Lò phản ứng cùng chiều có ưu điểm là cóthể cho sản phẩm syngas sạch (ngược lại với lò phản ứng khác chiều) Tuy nhiên lòphản ứng ngược chiều lại ít khắt khe đối với nguyên liệu sinh khối và có sức chứarộng hơn Lò phản ứng tầng sôi cho phép chứa hỗn hợp sinh khối với chất liệu nóng,

ví dụ như cát nóng chẳng hạn, và phản ứng sẽ xảy ra trong toàn bộ dung tích lò Nhiệt

độ đồng nhất trong lò có thể được điều khiển thông qua việc thay đổi tỉ lệ không khí/sinh khối Lò tầng sôi "dễ tính" đối với sinh khối hơn là lò cố định, nhưng syngas sảnphẩm luôn có hắc ín đi kèm (nhiều hơn so với lò khí hóa cố định cùng chiều) và cầnphải khử bỏ Lò khí hóa dòng cuốn hoạt động ở nhiệt độ rất cao (1500 oC) và tạo rasyngas sạch không có tạp hắc ín Tuy quá trình khí hóa khó điều khiển nhưng hiện tailại đang được sử dụng rộng rãi nhất Đây là kiểu lò thể tích lớn, nhiên liệu cung cấpcho hoạt động dễ điều chỉnh, có thể áp dụng tùy từng mức từ 1 đến vài trăm megawat.Các lò khí hóa nói chung đều hoạt động ở điều kiện áp suất gần áp suất thường và sửdụng không khí làm tác nhân khí hóa Syngas sản phẩm của quá trình khí hóa chủ yếu

là hỗn hợp CO, CO2, H2, metan, nước và nitơ Thành phần khí tổng hợp thay đổi tùythuộc vào thành phần nguyên liệu sinh khối và điều kiện hoạt động Các tạp chất trongsyngas thu được có thể là các bụi than nhỏ, xỉ lò chứa clorua, lưu huỳnh, kim loạikiềm, hợp chất nitơ và hắc ín Các tạp chất này có thể sẽ làm giảm tác dụng của chất

xúc tác trong lò reforming khí, lò trung chuyển, lò tổng hợp và gây ra ăn mòn các bộphận trao đổi nhiệt trong turbin khí Hắc ín có thể gây tác hại cho hệ thống khí hóa.Các tạp chất có thể được khử bỏ nhờ sử dụng cyclone hoặc màng lọc gốm.

Sau khi được làm sạch, syngas trải qua các bước khử CO2 và reforming Tùy theomục đích sử dụng tiếp theo mà khí tổng hợp được điều chỉnh cho phù hợp

III.1 Metan - Biogas

Metan là hydrocacbon đơn giản nhất, có công thức hóa học là CH4, dạng khí.Ngoài tên gọi metan, người ta còn gọi chúng là khí Marsh; hydrua metyl 80% lượngphát tán metan toàn cầu là từ nguồn hoạt động sản xuất nông nghiệp và các hoạt độngkhác của con người sinh ra Trong suốt 200 năm qua, mật độ của khí này trong bầukhí quyển tăng gấp đôi, vượt từ con số 0,8 lên đến 1,7 ppm

Metan là thành phần chính của khí tự nhiên, là nhiên liệu có vai trò quan trọng

Vì là hydrocacbon có liên kết đồng hóa trị nên metan rất bền, rất hạn chế khi sử dụnglàm nguyên liệu sản xuất các loại hóa chất khác

Metan không mùi, nhưng khi dùng làm nhiên liệu, người ta trộn vào nó mộtlượng nhỏ hợp chất chứa lưu huỳnh có mùi mạnh là etylmercaptan để dễ phát hiện khixảy ra sự rò rỉ khí Metan là chất gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 21 lần so với CO2

Sản phẩm khí từ quá trình phân hủy sinh khối, phân gia súc và phân người, bùncống nhờ vi khuẩn lên men kỵ khí (trong điều kiện không có oxy không khí) đượcgọi là biogas Biogas chứa nhiều metan

Quá trình phân hủy nhờ vi sinh vật trong các hầm ủ biogas trải qua ba giaiđoạn Giai đoạn thứ nhất là sinh khối bị thủy phân, phá vỡ mạch phân tử lớn tạo thànhđường, axit amin, axit béo nhờ lên men vi sinh vật kỵ khí Giai đoạn 2 là quá trìnhaxetic hóa, trong đó các vi khuẩn lên men axetic sẽ đồng hóa từng sản phẩm của giaiđoạn đầu và biến chúng thành các axit mạch ngắn, chủ yếu là axit axetic Giai đoạn 3

là giai đoạn metan hóa, được thực hiện bởi các vi khuẩn kỵ khí, ở đây các axit sẽ đượcchuyển hóa thành metan

Bể ủ biogas phải hoàn toàn kín đảm bảo môi trường kỵ khí tốt, đồng thời phảithiết kế để chịu được áp suất, và nhiệt độ tối ưu

III.2 Hydro (H2)

Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, dễ cháy (phản ứng với oxy) vàsản phẩm của phản ứng chỉ là nước Ở nhiệt độ thông thường, hydro tồn tại dưới dạngkhí, có thể bay hơi xuyên qua cả thành bình đựng (kể cả bằng thép mỏng) nên rất khóbảo quản và vận chuyển Giải pháp bảo quản và và vận chuyển hydro là dùng bình ápsuất hoặc chuyển nó sang dạng lỏng, chứa trong bình chứa đặc biệt chịu áp và giữ chonhiệt độ bên trong luôn thấp Hiện tại đã có một trạm nhiên liệu bán hydro do công tyShell đặt tại Washington (Hoa Kỳ) vào tháng 11/2004 và đây được coi là trung tâmnhiên liệu hydro điều tiên trên thế giới Hydro lỏng tại trạm này được chứa trong hệthống nhiệt độ -97 oC Từ đây hydro dạng khí sẽ được nạp vào bình nén chứa làm

nhiên liệu bơm cho các xe ô tô Hãng Daimler Chrysler đang nghiên cứu chế tạo raloại hình có cấu trúc tổ ong để lưu trữ khí hyđro Tuy nhiên, hạn chế của loại hình này

là giá thành cao

Khí hydro không mùi vị có thể cháy hoàn toàn, có đặc tính dễ nổ hơn nhiều sovới xăng Cùng một khối lượng tương đương, hydro sản sinh nhiều năng lượng hơnxăng Hydro là nhiên liệu dễ cháy nhất trong các loại nhiên liệu hiện nay Động cơ xechạy hydro thường có công suất yếu hơn động cơ chạy xăng cùng dung tích

Tuy có một số nhược điểm nhưng hydro có thể trở thành nguồn nhiên liệu hấpdẫn thay thế xăng, vì chúng có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khácnhau và khi cháy chất thải duy nhất của nó là nước Xe chạy bằng khí hydro khôngthải ra các chất gây ô nhiễm như xăng

Một trở ngại đối với việc phân phối hydro là phải lập ra mạng lưới cung ứnghoàn toàn mới Nhiên liệu hydro không cần phải sản xuất tập trung như xăng (dầu),rồi vận chuyển đi khắp nơi, mà có thể sản xuất tại chỗ cần sử dụng khí này

Phương pháp sản xuất hydro đơn giản nhất hiện nay là điện phân nước (H2O).Hydro có thể sản xuất với khối lượng nhỏ ở bất cứ đâu, thậm chí ngay trong gara ô tô.Tuy nhiên, hiện nay người ta đang còn băn khoăn về giá hydro cũng như giá ô tô chạybằng nhiên liệu này (hàng tỷ USD đang được các công ty sản xuất ô tô và công tynăng lượng các nước trên thế giới đầu tư để nghiên cứu chế tạo các kiểu xe chạy bằnghydro) Giá hydro hiện nay là 2 USD/kg, 1kg hydro cho lượng năng lượng tươngđương năng lượng của 1 galon (3,8 lít) xăng thông thường; còn xe ô tô chạy hydro(như chiếc Opel Zafira) hiện có giá rất cao, đến 1 triệu USD (tất nhiên trong tương lai

xe sản xuất nhiều thì giá thành của xe sẽ giảm)

Ba lý do khiến người ta chuyển sang sử dụng hydro làm nhiên liệu là: nguồnnăng lượng nguồn gốc hóa thạch đang giảm nhanh và nếu tự túc được nhiên liệu sẽgiúp giảm nhẹ sự lệ thuộc vào nguồn nhập khẩu Ngoài ra, sử dụng hydro làm nhiênliệu góp phần bảo vệ được sự bền vững môi trường Vì vậy, mặc dù còn nhiều trở ngạitrên con đường tiến tới việc sử dụng hydro phổ biến như nhiên liệu hóa thạch, người

ta vẫn tin rằng đó là xu thế tất yếu của tương lai và không thấy lý do nào có thể cản trở

sự thành công của nhiên liệu hydro

Có thể trong nhiều năm nữa, xe ôtô chạy bằng hydro sẽ được sản xuất hàngloạt, thay thế các xe sử dụng xăng và diezel hiện thời Tuy nhiên, các chuyên gia dựđoán còn cần ít nhất một thập kỷ nữa mới giải quyết được về cơ bản các vấn đề đặt rakhi sử dụng hydro làm nhiên liệu

III.3 Methanol (rượu metylic, cồn gỗ, cacbinon)

Cũng như ethanol, methanol được sử dụng làm nhiên liệu cho xe ô tô từ lâu,đặc biệt là ở Hoa Kỳ Methanol có thể sản xuất từ khí tổng hợp - sản phẩm khí hóasinh khối và các nguồn khác đồng thời cũng có thể đi từ khí tự nhiên Methanol đượcsản xuất từ nguồn nguyên liệu đi từ sinh vật đang được khuyến khích phát triển sử

dụng làm nguyên liệu tái tạo thay thế nhiên liệu dầu mỏ.

Methanol có thể được sản xuất từ sinh khối, thường là củi gỗ Để sản xuất 1 tấnmethanol cần gần 2 tấn gỗ khô, có nghĩa năng suất sẽ là 550 lít methanol/1 tấn gỗ.Năng suất methanol từ nguyên liệu thân thảo khô (cỏ khô) còn thấp hơn, đạt khoảng

450 lít/tấn

Điều chế rượu methanol từ khí methane (CH4) của khí đốt dầu hoả hay methanesinh học Lên men yếm khí trong lò ủ, chất hữu cơ phân hủy thành khí methane (CH4)

Khí methane sản xuất từ lò ủ yếm khí chiếm khoảng 65% và CO2 khoảng 35%thể tích Sau đó, methane được tổng hợp thành ethanol, hay methanol

Trong sản xuất công nghiệp, khí methane phản ứng với hơi nước ở áp suất

10-20 atmospheres (1-2 MPa) và 850°C với Nickel làm chất xúc tác sẽ cho ra Hydrogen

và Carbon monoxide:

CH4+ H2O → CO + 3H2

Với một chất xúc tác khác (gồm hợp chất đồng, oxyd kẽm và nhôm), ở áp suất

50 - 100 atmospheres (5-10 MPa) và 250°C, tổng hợp Hydrogen và Carbon monoxidetạo thành methanol:

Một khám phá mới của Đại học Arkansas (Hoa Kỳ) cho biết vi khuẩn kỵ khíClostridium ljungdahlii trong bao tử gà có thể biến khí chứa 1 C như methane (CH4),Carbon monoxide (CO) của lò ủ yếm khí thành methanol

Hiện tại, chi phí đầu tư ngắn hạn cho một cơ sở sản xuất methanol từ sinh khối,công suất 400 MW nhiệt, vào khoảng 700 euro/ kW nhiệt Đầu tư lâu dài vào cơ sởlớn hơn chi phí giảm 25 - 30% Hiệu suất ngắn hạn có thể đạt 50 - 55% Đối với cơ sởsản xuất dài hạn lớn hơn (1000 MW nhiệt) con số này có thể còn 60 - 65% so với đầu

tư nhỏ Chi phí đầu tư cho công nghệ tổng hợp methanol trong pha lỏng thấp hơn côngnghệ tổng hợp trong pha khí là 5 - 23%

Chi phí sản xuất methanol ngắn hạn hiện khoảng 0,14 - 0,20 euro/ lit (9 - 13euro/ GJ) Trong tương lai, chi phí này có thể giảm xuống còn 0,1 euro/ lít (7 euro/GJ) Cũng như ethanol, methanol có nhiệt lượng thấp hơn xăng nên chi phí sử dụngcũng cao hơn xăng

Methanol có thể ứng dụng trong hầu hết loại xe cộ và có thể được sử dụng như

là nhiên liệu riêng hoặc pha trộn với xăng Methanol có chỉ số xetan thấp (5 so với 50

ở diezel dầu mỏ) nên tinh chất đánh lửa kém, rất khó thích hợp với động cơ diezel, tuynhiên nhờ chỉ số octan cao nên sử dụng thay thế xăng ở động cơ xe ô tô lại cho kếtquả tốt Hầu như 1,2 tỉ galon methanol được sản xuất tại Hoa Kỳ hiện nay được sửdụng làm nguyên liệu sản xuất MTBE (metylterbutyleter) một phụ gia xăng Để làmnhiên liệu trực tiếp, methanol chỉ phù hợp cho một số loại xe có động cơ hoạt độngvới tỷ số nén cao

Methanol còn được sử dụng làm chất chống đông đường ống dẫn dầu, làmdung môi, làm nguyên liệu sản xuất các hóa chất và vật liệu khác (chất dẻo, gỗ dán,sơn, chất nổ, Methanol có tính độc cao và dễ cháy, khi cháy không thành ngọn lửanên cần hết sức cẩn thận khi tiếp xúc và sử dụng

III.4 Dimetylete

Dimetylete (DME) hiện đang được sử dụng chủ yếu làm tác nhân khí phuntrong các hộp phun Nghiên cứu sử dụng DME làm nhiên liệu cho xe cộ mới chỉ đượcbắt đầu gần đây Lý do khiến người ta quan tâm tới điều này là vào những năm 1990,

có một nhóm các nhà nghiên cứu trong khi tìm phương pháp sản xuất xăng tổng hợp

đi từ syngas, thì họ đã ngẫu nhiên phát hiện ra một phương pháp sản xuất DME từ khínày Trước đó DME mới chỉ được sử dụng trong công nghiệp mỹ phẩm và chưa aithành công trong việc thử dùng nó làm nhiên liệu cho động cơ diezel Điều nổi trộicủa DME để nó có thể trở thành nhiên liệu hấp dẫn thay thế diezel là khả năng chấtnày giảm phát thải NOx khi sử dụng làm nhiên liệu Hơn nữa, chất này có thể đượcsản xuất từ các nguồn nguyên liệu đa dạng, như sinh khối và khí tự nhiên

Cũng như methanol, bio-DME được sản xuất thông qua con đường khí hóasinh khối thu syngas làm nguyên liệu

Cứ 3 tấn gỗ hoặc chất liệu có nguồn gốc từ gỗ sẽ sản xuất được 1 tấn DME.Điều này có nghĩa là năng suất chuyển hóa đạt 500 lít DME/1 tấn gỗ

DME là ete đơn giản nhất có thể sản xuất trực tiếp từ nguồn syngas chứa CO

và H2 Các phương pháp mới được nghiên cứu trong vòng hơn chục năm trở lại đây đãcho phép điều chế DME trực tiếp từ CO và H2 trên những xúc tác đặc biệt Hiện có 2hãng của châu Âu là Air Product và Topsoe Haldor và một hãng của Nhật Bản là JFE

sở hữu hai bí quyết công nghệ đang đi đầu trong phương pháp tổng hợp này:

CO + H2 ‒› CH3 - O - CH3 + H2O (Topsoe Haldor)

CO + H2 ‒› CH3 - O - CH3 + CO2 (JFE)

Giai đoạn đầu tiên nghiên cứu về chất xúc tác cho phản ứng tổng hợp DMEtrực tiếp được tiến hành trong khoảng thời gian từ 1989 - 1995 Việc nghiên cứu vàsản xuất thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm khoảng 5 tấn/ ngày được thực hiện từnhững năm 1995 - 2001 Những cơ sở đầu tiên trên thế giới sản xuất thử DME ở quy

mô công nghiệp mới chỉ được thực hiện từ năm 2002 với công suất 100 tấn/ ngày

So với các loại xăng truyền thống thì nhiên liệu mới DME có nhiều ưu việt như

giảm thiểu được lượng CO2 và NOx phát thải, không sinh ra SO2 Song điều quantrọng là đầu vào để sản xuất DME là CO và H2 tương đối dễ kiếm, có thể đi từ nhiềunguồn nguyên liệu khác nhau như khí tự nhiên, than đá, dầu nặng phế thải, khí metantận thu từ các quá trình xử lý chất thải hông qua quá trình khí hóa Hạn chế của dạngnhiên liệu này là việc sử dụng chúng khá phức tạp.

Công nghệ sản xuất DME giống với công nghệ sản xuất methanol nói trên.DME cũng có thể sản xuất từ nguồn methanol tinh khiết Việc sản xuất nàyđược thực hiện nhờ quá trình khử nước nhờ xúc tác:

2CH3OH ‒› CH3 - O - CH3 + H2O

Trước tiên, methanol được gia nhiệt lên tới nhiệt độ 250 oC bằng hệ thống traođổi nhiệt rồi mới đưa vào lò phản ứng Phản ứng phát nhiệt xảy ra trong lò và DMEhình thành Các sản phẩm phản ứng có nhiệt độ 365 oC trước khi rời khỏi lò Sau khilàm nguội, DME được tách khỏi nước, methanol và các thành phần khác Sản phẩmcuối được tinh chế Người ta thường kết hợp sản xuất methanol và DME trong cùngmột quá trình

Như trên đã nói, trước khi được dùng làm nhiên liệu, DME chủ yếu được sửdụng làm vật liệu khí phun thay thế CFCs trong hộp phun Hiện DME vẫn giữ vai tròchủ yếu trong ứng dụng này, chiếm tới 90% lượng DME sản xuất toàn cầu

DME cũng được sử dụng làm chất cải thiện khả năng đánh lửa ở động cơ chạybằng methanol Ngoài ra DME còn được sử dụng làm nhiên liệu cho nhà máy phátđiện và phục vụ các nhu cầu dân dụng (nấu ăn và sưởi ấm), tuy nhiên thị trường nàyhiện chưa phát triển

Trên toàn cầu hiện mới có một số nhà máy quy mô nhỏ sản xuất DME từmethanol Công nghệ tổng hợp DME trực tiếp từ syngas hiện vẫn đang tiếp tục nghiêncứu Một số nhà máy pilot đang được xây dựng để thực hiện điều này Công nghệ sảnxuất DME từ nguyên liệu sinh khối cũng mới trong giai đoạn phát triển Về nguyêntắc, công nghệ tổng hợp và xử lý các sản phẩm khí hóa từ sinh khối để sản xuất DMEcũng giống như công nghệ đi từ khí tự nhiên

Giá thành sản xuất DME từ sinh khối chủ yếu được xác định thông qua chi phínguyên liệu và đầu tư Theo dự án Bio-DME của Bộ Năng lượng Thụy Điển (2002),chi phí đầu tư cho một nhà máy quy mô thương mại với công suất 200.000 tấn DME /năm dự tính cần 390 triệu euro hoặc tỷ suất đầu tư khoảng 2.000 euro/ tấn

Hiệp hội DME quốc tế cho rằng DME đi từ khí tự nhiên có thể đưa ra thịtrường với giá cạnh tranh được với giá diezel truyền thống nguồn gốc dầu mỏ, nếu dầu

mỏ với giá 23 USD/ thùng

DME sản xuất từ sinh khối sẽ đắt hơn vì chi phí nguyên liệu và vốn cao gấpđôi, còn chi phí sản xuất và bảo dưỡng cũng cao hơn 75% Bộ Năng lượng Thụy Điển

dự tính rằng giá thành sản xuất DME từ sinh khối sẽ vào khoảng 0,27 euro/ lít (14euro/ GJ) Vì năng lượng của DME thấp hơn diezel nên chi phí để tương đương 1 lítdiezel sẽ vào khoảng 0,5 euro Nhờ công nghệ mới của các hãng nói trên, giá thànhDME trong tương lai sẽ đủ sức cạnh tranh với các loại nhiên liệu truyền thống Theo

số liệu của JFE thì với quy mô sản xuất 100 tấn/ ngày, giá thành DME tính theo đơn vịnăng lượng cũng chỉ tương đương so với gas hóa lỏng LNG và thấp hơn dầu diezel,gas LPG.

Bảng 1 Bảng so sánh tính chất vật lý của DME và một số nhiên liệu khác

Thông số DME Methane (LNG) Propane Methanol Gas oil

Chỉ số xetan của DME cao hơn diezel dầu mỏ nên thời gian đánh lửa ngắn hơn

và vì thế cháy sạch hơn, không tạo ra bồ hóng trong động cơ diezel Đây cũng là một

ưu thế của DME Ngoài ra động cơ diezel chạy bằng DME giảm tiếng ồn Nhượcđiểm ở nhiên liệu này là nhiệt lượng thấp hơn diezel

Các tính chất lý học của DME khá giống với LPG DME là chất khí ở nhiệt độ

và áp suất không khí, nhưng ở 20 C và áp suất 5 bar, nó là chất lỏng Điểm sôi ở ápsuất thường là -25 oC DME có thể trộn với nhiều dung môi hữu cơ và hòa tan tốttrong nước DME rất sạch, không chứa lưu huỳnh, nitơ và kim loại nặng

DME không trộn lẫn với diezel nhưng lắp thêm bộ phận phụ trợ vào động cơdiezel là có thể sử dụng được DME Vì là chất khí ở điều kiện áp suất nhiệt độ thườngnên phải dùng bình áp suất để chứa DME lỏng Điều này cũng có nghĩa là trên xe vàtrạm phân phối nhiên liệu cần phải trang bị loại bình chịu áp suất Cần lưu ý là áp suấtbơm DME từ thùng vào động cơ phải được nâng cao hơn, từ 12 - 30 bar, để tránhchúng bị tạo thành hơi DME an toàn hơn methanol, cháy với ngọn lửa có thể nhìnthấy và đặc biệt là chúng ít độc

2005, nhờ trồng giống cải thiện, nhất là các giống mía mới ngày nay.

 Chế biến từ tinh bột.

Để biến chế ethanol từ tinh bột, tinh bột trước hết phải được điều chế thànhđường, rồi từ đó mới lên men rượu Hạt bắp chứa khoảng 70-72% tinh bột, hạt sorghokhoảng 68-70%, gạo 70-80% Trong quá trình chế biến, hạt ngũ cốc được xay nghiềnthành bột, pha với nước, nấu ở 70°C (để biến thành đường) rồi nấu chín ở 100-110°C(vừa diệt trùng vừa thêm đường), để nguội rồi trộn men, cho lên men 48 giờ ở nhiệt độ36°C Men thường dùng là vi nấm Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus oryzae,Mucor, Rhizopus, vi khuẩn Zymomonas mobilis Sau đó, dùng máy ly tâm tách rờichất hèm để làm thức ăn gia súc Phần chất lỏng, có độ cồn (rượu) 5-15%, được chưngcất ở lò chưng nhiều tầng để tăng độ cồn Để đạt độ cồn 99,9%, trước đây dùngbenzene và cyclohexane (đắt tiền, không tái sử dụng được, và độc tính cao) để loạinước Kỹ thuật ngày nay dùng “chất sàng phân tử” (molecular sieve, như silica gel,zeolite, hút thấm nước nhưng không hút rượu, vì rượu có phân tử lớn hơn) thay thế, rẻtiền và hiệu quả hơn

Một kỹ thuật mới được áp dụng hiệu quả hơn, không cần phải nấu tinh bột (tiếtkiệm năng lượng) là sử dụng một loại men (yeast) mới, giúp lên men biến tinh bộtthành đường ở nhiệt độ 32°C Trung bình, cứ 1 tấn bắp sản xuất được 409 lít ethanol

Hình 1 Quy trình sản xuất ethanol biến tính từ tinh bột

 Chế biến từ chất xơ.

Chất xơ nói chung bao gồm cellulose, hemicellulose, lignin trong thân lá, rơm

rạ, trấu, gỗ, v.v Cellulose là đường polysaccharide, có công thức (C6H10O5)n, mà số nbiến thiên từ 7.000 đến trên 15.000 phân tử glucose Hemicellulose cũng là đườngpolysaccharides chứa khoảng 200 đơn vị đường, là thành phần của màng tế bào thựcvật Gỗ chứa khoảng 50%, riêng sợi bông vải (cotton) 90% Động vật ăn cỏ, mối(termite) tiêu hoá được cellulose nhờ vi sinh vật sống cộng sinh trong bao tử (nhưCellulomonas), một số vi khuẩn có khả năng biến cellulose ra đường, nhờ chúng sảnxuất enzyme cellulase biến cellulose ra đường

Vì vậy, để biến cellulose thành rượu, mô phỏng theo bộ tiêu hoá của động vật

ăn cỏ và mối, trước hết phải biến hoá cellulose ra đường đơn giản như hexose,pentose, bằng thuỷ phân (hydrolysis) nhờ một số acid (như trong dịch vị) và enzymecellulase Hemicellulose tương đối dễ dàng biến thành đường chứa 5C như Xylose(C5H10O5), nhưng xylose không biến chế thành ethanol được Tương tự, với kỹ thuậthiện tại, chưa có cách biến lignin ra ethanol Vì vậy trước tiên phải loại lignin vàhemicellulose, chỉ còn lại thành phần cellulose Loại lignin bằng acid sulfuric đậmđặc, hay bằng đun sôi trong nước với sodium carbonate, hay butanol Cellulose sau đócho lên men với cellulase ở nhiệt độ khoảng 71°C trong vài ngày để biến thành đường

Hiện tại, sản xuất enzyme cellulase để biến cellulose thành đường khá phứctạp, tốn kém, chiếm khoảng 40% chi phí sản xuất rượu vì gồm 3 loại cellulases:

(i) Endo-p-glucanase, 1,4-ß-D-glucan glucanohydrolase, CMCase, phá huỷ các cầucủa chuỗi cellulose để biến thành đường glucose và oligo-saccharide

(ii) Exo-P-glucanase, 1,4-ß - D-glucan cellobiohydrolase, Avicelase, C1: biến thànhđường cellobiose (C12)

(iii) ß-glucosidase, cellobiase: thuỷ phân đường cellobiose thành glucose

Vi nấm Trichoderma sản xuất nhiều endo-ß-glucanase và exo-ß-glucanase,nhưng rất ít ß-glucosidase, ngược lại Aspergillus sản xuất nhiều endo-ß- glucanase vàß-glucosidase, nhưng ít exo- ß- glucanase Vì vậy, muốn có nhiều hiệu quả phải tuyểnchọn nhiều dòng nấm Kết quả cho biết dòng nấm Trichoderma reesei QM-9414 cóhiệu quả tốt nhất trong việc biến cellulose thành đường Trong số dòng này, tuyểnchọn lại thành dòng KY- 746 Phương pháp sản xuất enzyme cellulase từ menTrichoderma reeseidòng KY-746 hữu hiệu và tương đối rẻ tiền và được sử dụng hiệnnay Ngày nay nhiều công ty sản xuất men rượu dùng kỹ thuật biến đổi gien tạo đượcnhiều dòng men sản xuất enzyme cellulase, xylanase và hemicellulase

Nguyên liệu chứa nhiều thành phần cellulose như bã mía (41% là cellulose),rơm lúa (35%), gỗ (40-50%) được thái nhỏ trước khi khử với NaOH (nồng độ khoảng

1 – 1,2 N) ở nhiệt độ 45°C trong 24 giờ, tiếp theo là rửa trong nước ấm để loại chấtlignin Dung dịch cellulose được cho lên men với Trichoderma reesei để biếncellulose thành đường

Hiệu năng biến chế thành rượu ethanol từ chất xơ còn kém, chưa có hiệu quảkinh tế nhiều ở kỹ thuật hiện nay, vì sản xuất cellulase còn rất đắt, thời gian lên menlâu nên dễ bị nhiễm trùng làm hư cả bồn lên men

Để tăng hiệu quả lên men biến các thành phần cellulose, lignin trong nguyênliệu thực vật thành xăng sinh học, các nhà vi sinh học đã thành công cấy vào bộ máy

di truyền (genome) của vi khuẩn Escherichia coli thêm 2 gen của vi khuẩnZymomonas mobilis để giúp lên men chất đường và tinh bột thành ethanol, và mộtgen của vi khuẩn Acinetobacter baylyi để biến chất dầu trong thực vật thành dieselsinh học Với kỹ thuật hiện tại, biến rơm rạ của lúa và ngũ cốc ra xăng sinh học chưakinh tế Các nhà khoa học Đài Loan thành công trong phòng thí nghiệm khi chế biếnethanol từ rơm lúa, cứ mỗi 10 kg rơm rạ lúa biến chế được 2 lít alcohol 99,5% để phalàm xăng sinh học (Taipei Times, 19/2/2008), nhưng phải mất vài năm nữa mới có thểsản xuất thương mại quy mô Các nghiên cứu ở Trung quốc cho thấy xăng sinh họcsản xuất từ rơm rạ đắt hơn xăng cổ sinh khoảng 250 USD/tấn Ngày 14/1/2008, hãngGeneral Motors của Hoa Kỳ tuyên bố hợp tác với đại công ty sản xuất ethanol Coskata

để bắt đầu sản xuất quy mô ethanol từ thân bắp vào cuối năm 2008, và kể từ 2011 sẽsản xuất 50 – 100 triệu gallons/năm, với giá 1 USD/gallon

Bảng 2 Tính chất hóa lý của ethanol biến tính

Tiêu chuẩn Đơn vị Giới hạn

kết tủa (trong và sáng)

Ethanol có thể được sử dụng dưới dạng nguyên chất (E100) hoặc pha với xăng

có nguồn gốc dầu mỏ ở bất kì tỷ lệ nào để chạy động cơ xăng Nếu tỷ lệ pha trộn dưới10% ethanol thì không cần thay đổi các động cơ xe thông thường

III.6 Biodiezel (metyleste của một số loại dầu, mỡ động thực vật)

Dầu diezel có nguồn gốc hữu cơ được gọi là biodiezel phân biệt với diezelnguồn gốc dầu mỏ được gọi là petrodiezel

Biodiezel được sản xuất từ dầu thực vật và mỡ động vật Dầu thực vật ép từ cácloại quả hạch và hạt chứa dầu từ lâu đã được sử dụng làm nhiên liệu Việc sản xuấtdầu thực vật làm nhiên liệu chạy xe cộ cũng giống như sản xuất dầu ăn Hiện nay ởchâu Âu, dầu thực vật làm nguyên liệu sản xuất biodiezel chủ yếu có nguồn gốc từ hạtcây cải dầu và biodiezel ở đây được mang tên este metylic (hay metyleste) hạt cải dầu(còn được gọi là RME - rapeseed metylester)

Dầu thực vật được sử dụng sản xuất biodiezel thường được chiết tách từ cácloại hạt một số cây có dầu hoặc mỡ động vật như hạt cải dầu, đậu tương, cọ, hướngdương, cải hoa vàng, tảo, dầu thực vật thải của công nghệ sản xuất dầu ăn, mỡ lò mổ

Ở châu Âu để sản xuất được 1 tấn RME, cần khoảng 2,5 tấn dầu hạt cải dầu,với diện tích đất trồng 0,77 ha (1,3 tấn/ha)

Năng suất dầu (m3 /ha đất trồng trọt) đối với một số loại cây như sau: đậutương 0,40 - 0,50; cải vàng 1,3; cải dầu 1,0 - 1,4; cọ dầu 6,1 Một số loại rêu tảo đặcbiệt có năng suất sinh dầu rất cao 100-200 m3 /ha

Người ta cho rằng dầu thực vật là nguồn sản xuất biodiezel chất lượng cao nhất

nhưng nguồn nguyên liệu này khá khan hiếm, chính vì vậy mà các nguồn dầu thực vậtthải, mỡ động vật (biolipid) thậm chí cả rêu, tảo cũng đang là nguồn nguyên liệu bổsung đầy hứa hẹn, mặc dù quá trình tiền xử lý sẽ phức tạp hơn.

Bảng 3 Tính chất hóa lý của dầu Diesel sinh học gốc B100

Tiêu chuẩn Đơn vị Giới hạn

lơ lửng

 Công nghệ sản xuất methanol biodiezel

Hạt hoặc sinh khối chứa dầu thực vật được sử dụng trong sản xuất biodiezel sẽđược ép hoặc chiết bằng dung môi (như hexan) để tách dầu Phương pháp sau chonăng suất dầu hiệu quả cao hơn

Dầu thực vật có thể sử dụng thẳng làm nhiên liệu diezel cho động cơ diezel vớiđiều kiện phải cải tiến động cơ thích hợp vì loại dầu này có một số đặc tính bất lợi đốivới động cơ bình thường (độ nhớt cao, không ổn định về nhiệt, có chứa nước và chỉ sốxetan thấp) Người ta đã khắc phục các nhược điểm trên của dầu thực vật bằngphương pháp este hóa nó để biến các phân tử cấu trúc mạch nhánh của dầu(triglyxerit) thành phân tử cấu trúc mạch thẳng nhỏ hơn (metyleste), phù hợp vớithành phần diezel dầu mỏ Metyleste của dầu thực vật chính là biodiezel Phần lớn cácmetyleste được sản xuất thông qua quá trình este hóa dầu thực vật với xúc tác vàmethanol Triglixerit dầu thực vật sẽ tác dụng với methanol với sự có mặt của xúc tác

Quá trình este hóa xảy ra ở nhiệt độ từ 50 - 66 C, áp suất 1,4 bar, trong hệ thống lòkín Bước đầu tiên trong quá trình sản xuất biodiezel là trộn methanol với chất xúc tác

- thường là NaOH (hoặc KOH) để tạo ra natri (hoặc kali) metoxit Lượng methanolcần dư để đảm bảo chuyển hóa hoàn toàn triglyxerit dầu thực vật thành este, bởi vì cácphản ứng đầu tiên xảy ra với axit béo tự do trong dầu sẽ xà phòng hóa Hỗn hợp xúctác/ methanol được rót vào bình phản ứng kín để tránh bay hơi methanol Sau đó dầuthực vật được bổ sung Khuấy đều hỗn hợp, để yên từ 1 - 8 giờ Nồng độ của axit béo

tự do và nước phải được xử lý hợp lý, bởi vì nếu nồng độ này quá cao sẽ gây khó khăntrong quá trình xà phòng hóa và khó tách glyxerin phụ phẩm Sau khi dầu thực vậtđược este hóa, hỗn hợp được trung hòa bằng axit Methanol được thu hồi và tái sửdụng.Trong hỗn hợp còn lại hai sản phẩm chính là biodiezel và glixerin, nên hìnhthành 2 lớp trong bình phản ứng Glyxerin nặng hơn ở bên dưới được tách khỏi bìnhcùng với xà phòng và sẽ được trung hòa Muối kali thu được từ quá trình trung hòanày có thể thu hồi để làm phân bón Glyxerin tinh khiết còn lại có thể sử dụng làmnguyên liệu cho công nghiệp hoặc dược phẩm Sau khi tách glyxerin, dung dịch màuvàng hổ phách là metyleste Metyleste được rửa bằng nước để khử tạp chất còn lại Độtinh khiết của metyleste thu được đạt khoảng 98% Có thể thu được metyleste tinhkhiết hơn nữa nếu xử lý bằng phương pháp chưng cất Biodiezel có thể bảo quản lâudài hơn dầu thực vật và có thể sử dụng cho các động cơ diezel Về nguyên tắc sản xuấtbiodiezel từ dầu ăn thải và mỡ động vật cũng tương tự như với dầu thực vật ép thẳng.Tuy nhiên do dầu ăn thải thường không ổn định về cả hàm lượng nước lẫn axit béo tự

do trong dầu, vì vậy trước khi este hóa cần xác định rõ hàm lượng từng thành phần để

xử lý và bổ sung xúc tác và methanol cho hợp lý

Mỡ động vật cũng là các triglyxerin với hàm lượng khác dầu thực vật nên cầnđiều chỉnh trước khi este hóa Quá trình este hóa để sản xuất biodiezel có thể sử dụngxúc tác là axit nhưng hầu hết biodiezel ngày nay được sản xuất với xúc tác kiềm vìnhiệt độ phản ứng thấp, hiệu suất thu hồi sản phẩm cao, thời gian phản ứng và phảnứng phụ ở mức thấp

Giá thành sản xuất metyleste từ dầu hạt cải ở châu Âu hiện vào khoảng 0,5euro/ lít (15 euro/GJ), chi phí này phụ thuộc vào giá sinh khối sử dụng và công suấtnhà máy Chi phí đầu tư ngắn hạn cho một nhà máy 400 MW nhiệt khoảng 150euro/kW nhiệt Chi phí đầu tư dài hạn cho nhà máy lớn hơn, năng suất nhiệt 1000

MW có thể giảm xuống 30% Các yếu tố quan trọng khác quyết định giá RME là năngsuất và giá trị sản phẩm phụ sau quá trình sản xuất như là bánh ép bã hạt giầu đạm làmthức ăn gia súc và glyxerin tinh khiết thu hồi được Các dự án dài hạn ở châu Âu hiệnnay cho thấy trong tương lai giá RME sẽ giảm xuống 50%, chỉ còn khoảng 0,2 euro/lít Nhưng do nhiệt năng của RME thấp nên giá của nó sẽ cao hơn so với 1 lít diezel

Biodiezel phù hợp với động cơ diezel, cả về độ nhớt, khối lượng riêng lẫn chỉ

số xetan vì nó giống với diezel dầu mỏ

Các loại xe chạy động cơ diezel thông thường cần phải cải tiến khi sử dụng

biodiezel làm nhiên liệu Biodiezel cho chất lượng đánh lửa tốt, hiệu suất động cơ caohơn, phát thải giảm nhưng mùi của nó khi chạy xe có thể gây khó chịu cho một sốngười.

Các tiêu chuẩn đảm bảo biodiezel có thể sử dụng tốt trong động cơ diezel là:

- Biodiezel phải có độ tinh khiết cao

- Khử bỏ hết glyxerin

- Khử bỏ hết cồn

- Khử bỏ hết xúc tác

- Không còn axit béo tự do

Các thông số này hiện nay đã được quy định trong tiêu chuẩn ASTM D 7651.Biodiezel tinh khiết (B100) hiện đang được sử dụng pha trộn với diezel dầu mỏ Bảnthân biodiezel là dung môi nên nếu sử dụng loại B100 nhiều có thể gây hại cho động

cơ xe Thông thường các xe cộ ở Hoa Kỳ áp dụng tỷ lệ pha trộn B20 (20% biodiezel

và 80% diezel dầu mỏ) Các tỉ lệ pha chế khác có thể là B2, B5

* Lợi ích khi sử dụng biodiezel:

- Có thể sản xuất ở trong nước, giảm lệ thuộc vào dầu nhập ngoại, tăng việc làm

- Có thể sản xuất rẻ từ các nguồn phế thải

- Sử dụng thẳng hoặc pha trộn bất cứ tỉ lệ nào với diezel dầu mỏ một cách thuận lợiđem lại hiệu suất động cơ cao

- Có thể phân phối trên diện rộng nhờ hạ tầng cơ sở phân phối nhiên liệu sẵn có

- Tiềm năng trở thành nhiên liệu thay thế lớn

- Có thể làm dung môi cho các công việc khác hoặc tẩy rửa

- Dễ bảo quản

- Ít độc hơn diezel dầu mỏ 10 lần

III.7 Dầu thô sinh học Bio-crude HTU - diezel chiết suất tương ứng

Từ những năm 1980, cơ sở nghiên cứu của Công ty Shell ở Hà Lan đã thựchiện nghiên cứu công nghệ nâng cao hiệu quả nhiệt hydro (Hydro Thermal Upgrading

- HTU) Với công nghệ này, sinh khối sẽ được phân hủy trong nước để thu chất lỏnggiống như dầu thô, được gọi là bio-crude - dầu thô sinh học Mục tiêu của công nghệnày là thu năng lượng từ sinh khối, biến nó thành nhiên liệu (chạy xe cộ) có nhiệtlượng cao hơn Tuy nhiên, vì điều kiện kinh tế không đáp ứng được nên thực nghiệmphải bỏ dở Sau đó nhiên liệu sinh học được quan tâm trở lại vào những năm 1990,nên công nghệ nói trên đã được Công ty Dutch Biofuel sau này do các cựu nhân viênShell thành lập tiếp tục nghiên cứu phát triển

Công nghệ HTU có thể được sử dụng để chuyển hóa hàng loạt nguyên liệu sinhkhối khác nhau Các nguyên liệu thích hợp, khả thi có thể là cả rác thải rắn đô thị vàchất thải nông nghiệp Thiết bị công nghệ này được thiết kế đặc biệt dành cho các sinhkhối ướt như bã củ cải, bùn nhớt, quặng dầu, hoặc rác thải hữu cơ Sinh khối khôngcần phải sấy khô, hỗn hợp nước chứa 10 - 30% chất liệu hữu cơ được coi là thích hợp

Trong công nghệ HTU, sinh khối khô (hoặc ướt) tham gia phản ứng trong môi

trường lỏng là nước ở áp suất cao và nhiệt độ khá thấp Sản phẩm chính của côngnghệ chuyển hóa HTU là bio-crude giống như dầu thô nguồn gốc dầu mỏ.

Bước đầu tiên trong quá trình chuyển hóa là xử lý sơ bộ nguyên liệu sinh khối

Vì thiết bị của công nghệ HTU được thiết kế đặc biệt cho nguyên liệu ướt, nên sinhkhối khô trước tiên phải được ngâm trong môi trường nước Quá trình này được thựchiện ở nhiệt độ 200 - 250oC và áp suất 30 bar (30,4 atm) Sự có mặt của nước ảnhhưởng rất lớn tới tính chất của nguyên liệu sinh khối và sản phẩm cuối cùng thu được

Khi sinh khối ướt được chuyển liên tục vào vùng phản ứng nóng, quá trìnhchuyển hóa xảy ra ở áp suất 120 - 180 bar ( 121,6-182,4 atm) và nhiệt độ 300 - 350

0C Trong một thử nghiệm pilot tại Hà Lan, thời gian để phản ứng chuyển hóa HTUthử nghiệm xảy ra hoàn toàn chỉ từ 5 đến 10 phút Tuy nhiên năng lượng tiêu thụtrong quá trình này rất cao

Ngoài sản phẩm chính là bio-crude (50%), công nghệ HTU còn tạo ra khí(30%); trong đó 70 - 90% lượng khí là CO2 và 20 - 30% là H2 Ngoài ra còn có metan

và CO Sản phẩm phụ thu được là dung dịch nước, chứa 5% hợp chất hữu cơ Nướcthải có thể sử dụng làm môi trường lên men kỵ khí tạo ra biogas Cả biogas lẫn gas thuđược từ quá trình HTU có thể dùng làm nhiên liệu đốt lò

Bio-crude là chất lỏng hữu cơ nhớt, màu đen, là hỗn hợp của nhiều loạihydrocacbon Nó không trộn lẫn với nước và vì có hàm lượng oxy thấp (10 - 15% oxyliên kết) nên chúng bền hơn so với bio-oil phân hủy nhiệt Bio-crude có hàm lượngnitơ và lưu huỳnh rất thấp và giá trị nhiệt năng thấp (30 - 36 MJ/kg) Bio-crude có thểtách thành 2 thể nặng và nhẹ, đều có thể là nguyên - nhiên liệu phục vụ nhiều mụcđích khác nhau Phần nặng hơn chứa tất cả chất thành phần của bio -crude và khoáng,

có thể sử dụng làm chất trợ cháy trong nhà máy điện chạy than Chúng cũng có thểđược sử dụng làm xăng dung môi (nafta) để sản xuất các hóa chất Phần nhẹ và tinhkhiết hơn có thể sử dụng để tạo thành phần nhiên liệu diezel Để chuyển hóa bio-crudethành nhiên liệu diezel đủ chất lượng cho xe vận tải truyền thống, thì cần nâng caochất lượng của phân đoạn này nhờ kỹ thuật hydro hóa xúc tác Trong quá trình này,oxy bị khử nhờ bổ sung hydro Vì phải bổ sung một lượng lớn hydro nên về mặt kinh

tế vấn đề này không hấp dẫn

Các nghiên cứu về công nghệ chuyển hóa HTU đang tập trung vào xác định cáctính chất hóa học của sản phẩm phức tạp thu được, đồng thời thử nghiệm với cácnguồn sinh khối khác nhau Các vấn đề kỹ thuật như tinh chế sản phẩm, xử lý nguyênliệu, các điều kiện phản ứng, xử lý nước thải, công nghệ hyđro hóa,…¦ cần phải đượcnghiên cứu tiếp tục Chính công nghệ lọc dầu là công nghệ đã biết nhưng khi áp dụngtrong điều kiện công nghệ HTU vẫn là chủ đề cần nghiên cứu Hiệu suất nhiệt trongcông nghệ HTU chuyển hóa sinh khối thành bio-crude đã đạt mức dự tính 80% Hiệuquả nâng cấp chất lượng bio- crude nhờ kỹ thuật hydro hóa có thể đạt mức 60%

Theo các chuyên gia, chi phí đầu tư ngắn hạn dự tính cho một nhà máy sảnxuất bio-crude bằng công nghệ HTU 400 MW nhiệt có thể vào khoảng 95 euro/ kWnhiệt Với nhà máy lớn hơn (1000 MW nhiệt) chi phí đầu tư dài hạn có thể giảm 25%

Nếu nhà máy được trang bị áp dụng kỹ thuật hydro hóa, chi phí đầu tư ngắn hạn chonhà máy 400 MW nhiệt sẽ tăng gấp hơn 5 lần, vào khoảng trên 500 euro/ kW nhiệt vàcũng giảm 25% chi phí nếu dài hạn.

Giá thành sản xuất diezel theo công nghệ HTU phụ thuộc vào chi phí đầu tưnhưng hết sức nhạy cảm đối với giá nguyên liệu Dựa vào loại sinh khối sử dụng,Công ty Dutch Biofuel đưa ra con số giá thành dự tính sản phẩm diezel HTU vàokhoảng 5 - 7 euro/GJ (0,16 - 0,24 euro/ lít) đối với nhà máy quy mô lớn

Diezel HTU được sản xuất để đáp ứng quy cách phẩm chất diezel dầu mỏ nên

có thể dùng để pha trộn với diezel thông thường ở bất cứ tỉ lệ nào Nhiên liệu nàycũng có thể đem bán tại mạng lưới phân phối diezel cơ sở đã sẵn có Diezel HTU cótriển vọng sánh ngang với các chất liệu diezel truyền thống

III.8 Diezel Fischer - Tropsch

Công nghệ Fischer - Tropsch được đưa ra ở Đức từ những năm 1920 và được

áp dụng để sản xuất được nhiên liệu tổng hợp vào những năm 1930 Về cơ bản, đếnnay nhiên liệu hóa thạch thường được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình này Cácphát triển hiện nay tập trung vào việc sản xuất nhiên liệu Fischer - Tropsch trên cơ sởsinh khối Cũng giống như quá trình chuyển hóa methanol và DME, công nghệFischer - Tropsch cũng bắt đầu bằng khí hóa sinh khối lấy sản phẩm để tổng hợp tiếptục

Nhiên liệu lỏng Fischer - Tropsch có thể thu được từ một vài loại sinh khối Đểsản xuất được 1 tấn diezel Fischer - Tropsch cần khoảng 8,5 tấn gỗ (năng suất thuđược sẽ vào khoảng 150 lít/ tấn gỗ) Một giải pháp sản xuất khác là sử dụng dầu nhiệtphân (bio-oil) làm nguyên liệu để chuyển hóa

 Công nghệ sản xuất diezel Fischer – Tropsch

Người ta thường dùng lò phản ứng có pha tạo vữa hoặc lò cố định làm lò tổnghợp để sản xuất diezel Fischer - Tropsch dạng lỏng Dùng các chất xúc tác sắt vàcoban: xúc tác coban cho tốc độ chuyển hóa cao, bền và dễ tái sinh, trong khi xúc tácsắt có độ chịu tải cao đối với tạp chất và rẻ hơn Hơn nữa xúc tác chứa sắt còn gópphần làm tăng khả năng chuyển pha nước - khí và dễ điều chỉnh tỉ lệ H2/CO trong lòphản ứng Trong lò tổng hợp, syngas được chuyển hóa thành nhiều phân đoạnhydrocacbon: hydrocacbon (C1 - C2); nafta (C5 - C11); diezel (C9 - C20) và sáp (>C20)

Thành phần sản phẩm thu được phụ thuộc vào điều kiện quá trình xử lý: nhiệt

độ, áp suất, chất xúc tác và kiểu lò phản ứng Điều kiện cơ bản để quá trình tổng hợpFischer - Tropsch thu được sản phẩm mạch dài (sáp) là nhiệt độ thấp (200 - 250 oC ápsuất 25 - 60 bar) Nếu quá trình phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao hơn thì sản phẩm chủyếu thu được sẽ là các hydrocacbon nhẹ, có thể lọc để thu xăng và diezel, dung môi vàolefin Tiến hành hydrocraking có chọn lọc sản phẩm sáp thu được sẽ cho năng suấtcao hơn so với sản xuất diezel phân đoạn trực tiếp từ syngas.

Khí thừa không chuyển hóa hết sau phản ứng tổng hợp có thể được đưa trở lại

lò phản ứng để tăng năng suất sản phẩm nhiên liệu thu được Khí sản phẩm phụ có thểđưa vào chạy tổ hợp phát điện để tận dụng năng lượng

Diezel Fischer - Tropsch là nhiên liệu phù hợp để chạy xe hoặc dành cho nhiềumục đích khác

Xăng Fischer - Tropsch không thể sử dụng cho động cơ ô tô vì khác với xăngnguồn gốc dầu mỏ chứa các chất thơm, ở đây nó chủ yếu chứa hydrocacbon mạchthẳng, với chỉ số octan quá thấp Vì vậy xăng Fischer - Tropsch chỉ có thể sử dụng với

tỉ lệ pha trộn nhỏ hơn 15% với xăng nguồn gốc dầu mỏ

Từ trước đến nay, các trạm chuyển hóa Fischer - Tropsch chỉ sử dụng nhiênliệu hóa thạch để sản xuất khí tổng hợp, ví dụ như Công ty Shell xây dựng ở Malaysiamột nhà máy sản xuất nhiên liệu lỏng Fischer - Tropsch từ khí tự nhiên Tại Nam Phi -Công ty Sasol cũng có một nhà máy sản xuất sử dụng than làm nguyên liệu Dùngsinh khối làm nguyên liệu cho quá trình Fischer - Tropsch còn đang trong giai đoạnnghiên cứu phát triển Khả năng khí hóa sinh khối hoặc nhiệt phân sinh khối (cùng vớitạo ra bio-oil) để sản xuất khí tổng hợp cũng đang trong giai đoạn nghiên cứu

Các nghiên cứu và phát triển hiện nay đang tập trung vào tinh chế và làm ổnđịnh syngas, tìm kiếm các xúc tác mới, giảm thiểu các thành phần tạp chất và mởhướng tận dụng sản phẩm phụ Sản xuất nhiên liệu lỏng Fischer - Tropsch kết hợp vớinhà máy điện là một lựa chọn đầy triển vọng

Về mặt kinh tế, chi phí đầu tư ngắn hạn cho một nhà máy sản xuất nhiên liệulỏng Fischer - Tropsch công suất 400 MW nhiệt có thể vào khoảng 720 euro/ kWnhiệt Chi phí đầu tư dài hạn đối với nhà máy quy mô 1000 MW nhiệt có thể giảm 25

- 35%

Các nghiên cứu khác nhau đã đưa ra giá thành sản xuất hydrocacbon Fischer Tropsch chung tương đối thấp từ 11 - 13 euro/GJ thậm chí có thể thấp hơn, từ 8 - 11euro/GJ đối với nhà máy lớn đa hệ thống Về lâu dài, giá thành có thể giảm xuốngthấp hơn 9 euro/GJ Hiện tại giá thành nhiên liệu Fischer - Tropsch cao hơn so vớinhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ Sản phẩm nhiên liệu Fischer - Tropsch có thể đượcchấp nhận giá cao hơn vì ưu thế sạch với môi trường hơn và một số tính chất vượt trộikhác Trong tương lai, việc hạn chế sử dụng xăng và diezel nguồn gốc dầu mỏ do ônhiễm có thể sẽ tạo điều kiện để thị trường nhiên liệu Fischer - Tropsch phát triển

-Hiện thời nếu giá dầu thô ổn định và chưa quá cao, việc sản xuất và tinh chếnhiên liệu từ dầu mỏ dùng cho xe cộ sẽ còn rẻ hơn so với sản xuất nhiên liệu 100%bằng phương pháp Fischer - Tropsch

Một ưu điểm nữa của diezel Fischer-Tropsch là thành phần hóa học của chúng

có thể điều chỉnh để phù hợp với hầu hết yêu cầu mà các nhà sản xuất động cơ đặt ravới chất lượng diezel nhiên liệu

Diezel Fischer-Tropsch có thể đem trộn với diezel thông thường đồng thời cóthể sử dụng nó cho động cơ hiện tại và sử dụng các trạm phân phối có sẵn mà khôngcần phải điều chỉnh gì