tình hình sử dụng năng lượng sinh học trên thế giới và ở việt nam

Để giải quyết những thách thức này, thực tế đòi hỏi phải áp dụng rất nhiều giảipháp khác nhau: từ phòng ngừa ô nhiễm cổ điển, tìm kiếm các nguồn năng lượng thaythế, áp dụng các phương ph

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

  

Tiểu luận môn học:

TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

GVGD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP HVTH: NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO

TP HCM, 06/2011

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU -1

1 KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC -2

2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC -3

3 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM -4

3.1 Năng lượng sinh học trên thế giới -4

3.2 Phát triển năng lượng sinh học ở Việt Nam -6

4 CÁC NGUỒN NGUYÊN LIỆU CHO NĂNG LƯỢNG SINH HỌC -7

5 NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA -10

6 NHỮNG LỢI ÍCH CỦA NĂNG LƯỢNG SINH HỌC -15

7 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI -17

8 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Ở VIỆT NAM -21

8.1 Tình hình nghiên cứu và phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam 21

8.2 Những hạn chế trong việc phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam- -22 8.3 Đề xuất những biện pháp để tháo bỏ rào cản trong việc khuyến khích sử dụng năng lượng sinh học ở Việt Nam -23

TÀI LIỆU THAM KHẢO -24

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1-1: Sơ đồ năng lương tái sinh 2Hình 2-1: Biểu đồ giá dầu thế giới trong khoảng 1006- 2008 3Hình 3-1: Các dự án nhiên liệu sinh học từ nguyên liệu cellulose trên thế giới đến đến

tháng 7 năm 2008 6Hình 4-1 Các loại biomass ở Việt Nam năm 2000 9Hình 5-1: Sơ đồ chuyển hóa nguồn thải từ hoạt động sản xuất thành các dạng năng

lượng sinh học 10Hình 5-2: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất ethanol từ các nguồn chứa cellulose 11Hình 5-3: Quy trình công nghệ sản xuất Biodiesel 13Hình 7-1: Nhà máy chế biến nhiên liệu sinh học của Nhật Bản sử dụng nguồn sinh

khối từ chất thải ngành Gỗ 20Hình 7-2: Nhà máy sản xuất cồn ở New Zealand 20

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm vừa qua, vấn đề biến đổi khí hậu đã và đang nhận được sựquan tâm sâu sắc từ phía các cơ quan truyền thông, các nhà chính trị và người dân trêntoàn thế giới Rõ ràng rằng các hình thái tiêu thụ và sản xuất hiện nay là chưa bền vững

và mang nhiều hiểm họa đến với môi trường

Bên cạnh đó, phát triển bền vững không chỉ dừng lại ở việc quan tâm bảo vệ môitrường mà các khía cạnh xã hội cũng ngày càng trở nên quan trọng hơn khi nhiều vấn

đề tiêu cực trong xã hội dần bị công khai hóa như vấn đề lao động trẻ em, điều kiện laođộng thấp kém và quyền lợi của đồng bào thiểu số những vấn đề này khiến người dân

và khách hàng, cụ thể là các nước đang phát triển càng phải đặt ra nhiều yêu cầu hơntrước

Nền kinh tế thế giới cũng đang phải đối diện với những chuyển biến sâu sắc,trong đó có vấn đề toàn cầu hóa Vấn đề này khiến cho mối quan hệ hữu cơ giữa cácnền kinh tế thế giới đang ngày càng trở nên chặt chẽ hơn Các công ty lớn nhỏ cũngnhư nền kinh tế quốc dân cũng đều đang phải đối diện với những thách thức mới

Để giải quyết những thách thức này, thực tế đòi hỏi phải áp dụng rất nhiều giảipháp khác nhau: từ phòng ngừa ô nhiễm cổ điển, tìm kiếm các nguồn năng lượng thaythế, áp dụng các phương pháp sản xuất sạch hơn để thiết kế lại sản phẩm và thay đổimạnh mẽ toàn bộ hệ thống thông qua các cấp độ đổi mới,… Trong đó, giải pháp tìmkiếm nguồn năng lượng thay thế là một trong những giải pháp được ưu tiên hàng đầunhằm làm giảm các tác động tiêu cực đến môi trường, đồng thời giảm bớt sự phụ thuộcvào nhiên liệu hóa thạch khi mà nguồn này đang ngày càng cạn kiệt và khan hiếm.Một trong những nguồn năng lượng tái tạo được quan tâm đó là nguồn nănglượng sinh học Nguồn năng lượng sinh học được nhiều quốc gia trên thế giới nghiêncứu và ứng dụng vì nó là nguồn năng lượng có sẵn trong thiên nhiên và không gây ônhiễm môi trường Việc sử dụng năng lượng sinh học sẽ góp phần làm giảm lượng ônhiễm và khí thải từ các hệ thống năng lượng truyền thống, làm giảm hiệu ứng nhàkính, góp phần vào việc giải quyết vấn đề năng lượng thiếu hụt như hiện nay

1 KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên

tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụngnăng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tụctrong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật Các quy trình này thườngđược thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời

Phân tích theo Sơ đồ năng lượng phía dưới, mọi nguồn năng lượng đều xuấtphát từ năng lượng mặt trời, sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng này – năng lượng vôhạn – thì được xem là nguồn năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh Năng lượngsinh học chiếm ở nhánh thứ 3 – Photosynthesis- trong sơ đồ

Như vậy, năng lượng sinh học có thể hiểu nôm na là nguồn năng lượng được

hình thành từ nguyên liệu tự nhiên thông qua các chuyển biến sinh học nhờ các tácnhân sinh học

Hình 1-1: Sơ đồ năng lương tái sinh

2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

Con người đang ngày càng tìm các nguồn năng lượng thay thế, trong đó có năng lượngsinh học vì các lý do sau:

- Năng lượng hóa thạch là nguồn năng lượng có hạn và đang dần cạn kiệt

Sử dụng năng lượng là nhu cầu không thể thiếu của tất cả các ngành côngnghiệp, dịch vụ và hoạt động dân sinh Hệ thống kinh tế hiện tại của chúng ta đang dựatrên các nguồn năng lượng hóa thạch: dầu, than và khí đốt Rất không may là cácnguồn tài nguyên hóa thạch này ngày càng khan hiếm Một trong những biểu hiện của

nó giá thành ngày càng tăng (hình 1.1) Trong những năm gần đây, giá dầu đang tăngrất mạnh Chỉ trong 12 năm kể từ 1996, giá dầu tăng đến 500%

Hình 2-2: Biểu đồ giá dầu thế giới trong khoảng 1006- 2008

Khai thác tài nguyên hóa thạch chính là khai thác các nguyên liệu mà sự hìnhthành nên chúng phải mất đến hàng trăm triệu năm Nếu chỉ khai thác sử dụng nguyênliệu hóa thạch thì tất yếu sẽ dẫn đến một lúc nào đó không thể cân đối giữa cung vàcầu

- Năng lượng hóa thạch là nguồn gốc của hiệu ứng nhà kính

Một thách thức lớn cho nhân loại trong thế kỷ 21 là giảm phát thải khí nhà kính,yếu tố quyết định gây ra biến đổi khí hậu Vấn đề chính đặt ra là tìm được các nguồnnăng lượng sạch, rẻ, dồi dào để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, được coi là bẩn

Để hướng tới một tương lai phát triển bền vững, năng lượng sinh học hiện làhướng đi mà nhiều quốc gia lựa chọn

3 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

3.1 Năng lượng sinh học trên thế giới

Hàn Quốc đã xây dựng cho mình một Chiến lược tăng trưởng xanh, phát thải ít

cac-bon trong vòng 60 năm tới với các công cụ chính là công nghệ, chính sách và thayđổi lối sống Đối với lãnh đạo đất nước này, tăng trưởng xanh không phải là một sự lựachọn mà là sự lựa chọn duy nhất Một trong những mục tiêu mà Chiến lược đề ra làđến 2050, Hàn Quốc sẽ hoàn toàn không bị phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảipháp chính là tăng cường năng lượng hạt nhân, phát triển năng lượng tái tạo Nănglượng sinh học đang được tích cực nghiên cứu, phát triển ở đất nước này với mục tiêuđến năm 2030 năng lượng tái tạo sẽ đạt 11%, trong đó năng lượng từ sinh khối sẽ đạt 7,12% Ngoài các công nghệ chế tạo bioga thông thường như từ sinh khối, từ chất thảichăn nuôi, Hàn Quốc đang tích cực phát triển bioga từ bùn thải Theo tính toán của cácnhà khoa học thì cứ 100kg COD bùn thải (từ hệ thống xử lý nước thải) khi đi vào bểyếm khí sẽ cho ra 40-45m3 khí mê-tan, 5kg bùn và nước thải có chứa 10-20kg COD

Ở Nhật Bản, Chính phủ đã ban hành Chiến lược năng lượng sinh khối (Nippon

Biomas Strategy) từ năm 2003 và hiện nay đang tích cực thực hiện Dự án phát triểncác đô thị sinh khối (biomass town) và đã có 208 đô thị đạt danh hiệu này, mục tiêuđến 2010 sẽ đạt 300 thành phố/đô thị

Ở Đức, Luật Năng lượng tái tạo có hiệu lực từ năm 2000, đã đưa ra cơ chế

khuyến khích ưu tiên phát lên lưới điện quốc gia những nguồn điện từ năng lượng táitạo (mặt trời, gió, thuỷ điện, sinh khối và địa nhiệt) Sản xuất điện từ bioga từ sinh khốihiện nay đang rất phát triển với số lượng nhà máy đã đạt tới 4600 nhà máy với tổngcông suất 1700MW năm 2009, và dự kiến sẽ tăng lên 5400 nhà máy năm 2015

Tương tự, ở Trung Quốc đã có Luật năng lượng tái tạo và hiện nay đã có hơn 80

nhà máy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy Tiềm năng là

có thể đạt được 30GW điện từ loại hình năng lượng này và Chính phủ hiện đang thúcđẩy hợp tác, mời gọi đầu tư Việc nghiên cứu phát triển bioga để chạy máy phát điện từbùn thải từ các trạm xử lý nước thải cũng đang được thực hiện Đây là một hoạt độngrất có tiềm năng vì hiện nay trên toàn Trung Quốc đã có đến 1521 nhà máy xử lý nước

thải được xây dựng tính đến năm 2008 và sẽ tiếp tục tăng, với tỷ lệ nước thải được xử

lý là 28% (1999), 63% (2008) và 70% (dự kiến 2010)

Ở Canada, trường đại học Lakehead hiện đang nghiên cứu chế tạo dầu sinh học

thông qua việc hoá lỏng các loại sinh khối, chất thải trong nông nghiệp như phần thải

từ cây lúa mì, ngô, v.v Theo đó, qua một quá trình thuỷ phân dưới điều kiện nhiệt độ

và áp suất cao từ các loại sinh khối này sẽ thu được dầu sinh học (bio-crude oil) có thểdùng để phát triển biodiesel sau này Một hướng nghiên cứu khác là thay thế ethanolbằng butanol sinh học bởi nó cung cấp nhiều năng lượng hơn khi cùng một đơn vị thểtích Một số trường đại học, viện nghiên cứu ở Mỹ và Hàn Quốc đã nghiên cứu để chếtạo butanol sinh học từ các loại sinh khối

Chính phủ Thái Lan đề ra mục tiêu năng lượng tái tạo đạt 20% trên tổng năng

lượng tiêu thụ vào năm 2022 Thái Lan đã bãi bỏ việc sử dụng dầu diesel 100% từ

2008, thay vào đó là B2 và dự kiến đến năm 2011 sẽ chuyển sang B5 Biodiesel chủyếu được sản xuất từ dầu cọ (palm oil) với tổng khối lượng là 1,3 triệu tấnbiodiesel/ngày (2008) và dự kiến đến 2022, số lượng này sẽ là 4,5 triệu lít/ngày TháiLan cũng tích cực thức đẩy việc thu mua, tái chế các loại dầu ăn thải bỏ sau sử dụng từcác cơ sở công nghiệp thực phẩm, từ các nhà hàng, khách sạn, các hộ gia đình để sảnxuất thức ăn gia súc và chế biến biodiesel

Ở Phillipine, Luật nhiên liệu sinh học (Biofuel Act) được ban hành từ năm 2006

với mục tiêu giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch Hiện nay việc sản xuất B2 vàE5 là bắt buộc đối với các nhà sản xuất, phân phối nhiên liệu ở Phillipine

Hình 3-3: Các dự án nhiên liệu sinh học từ nguyên liệu cellulose trên thế giới đến đến

tháng 7 năm 2008

Malaysia và Indonesia là hai quốc gia sản xuất dầu cọ lớn nhất thế giới, riêng

sản lượng của Malaysia là 15,8 triệu tấn (2008) và việc sản xuất dầu biodiesel đã đượcthực hiện từ 20 năm nay, mặc dù Luật công nghiệp nhiên liệu sinh học mới được banhành gần đây (2007) Indonesia, ngoài sản xuất biodiesel từ dầu cọ, hiện cũng đangthúc đẩy thực hiện Dự án làng tự cung cấp về năng lượng theo đó khuyến khích pháttriển năng lượng từ sinh khối như chất thải vật nuôi, chất thải của sản xuất cacao, v.v…Ngoài dầu cọ, Indonesia đang phát triển mạnh cây cọc rào (jatropha) để sản xuất dieselsinh học

3.2 Phát triển năng lượng sinh học ở Việt Nam

Năng lượng sinh học phải là một thế mạnh của Việt Nam khi mà nước ta chủ yếuvẫn là một đất nước nông nghiệp, có nhiều lọai sinh khối, có điều kiện khí hậu để pháttriển nhiều loại cây làm nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học Bioga đã được phát triển

từ lâu và hiện nay đã được phổ biến rộng rãi trên cả nước Chương trình khí bioga do

Bộ NN&PTNT thực hiện đã đạt được số lượng hàng chục nghìn hầm, trong tương laigần số lượng này sẽ đạt đến hàng trăm nghìn hầm, và đã đạt giải thưởng về năng lượng

ở Bỉ năm 2006 Chương trình này đã và đang cải thiện chất lượng môi trường nôngthôn, đồng thời cung cấp năng lượng cho nhiều hộ gia đình Vấn đề tiếp theo là phảităng cường, hoàn thiện kỹ thuật, nâng cấp qui mô, tận dụng hiệu quả nguồn bioga đểphát triển loại hình năng lượng này.

Về nhiên liệu sinh học, nước ta hiện nay mới đang ở giai đoạn đầu của sự pháttriển, cụ thể là mới chỉ dừng ở hoạt động nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm Trên thịtrường Hà Nội và TP HCM hiện đang phân phối thí điểm loại xăng gasohol E5 Một số

cơ sở đã sản xuất ethanol sinh học để phục vụ việc chế tạo xăng sinh học song quy môcòn nhỏ Mới đây 2 nhà máy sản xuất ethanol sinh học ở Phú Thọ và Dung Quất, côngsuất 100.000 tấn ethanol/năm đã được Petro Việt Nam (PVN) xây dựng, dự kiến sẽ đivào sản xuất từ năm 2010 PVN cũng đang xây dựng dự án nhà máy thứ 3, liên doanhvới công ty Itochu (Nhật Bản), dự kiến sẽ được khởi công xây dựng năm 2010 tại tỉnhBình Thuận

Về chính sách pháp luật, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chương trình pháttriển nhiên liệu sinh học đến 2015, tầm nhìn đến 2025 theo Quyết định số177/2007/QĐ-TTg, theo đó: đến 2010 sẽ sản xuất được 100.000 tấn xăng E5, 50.000tấn B5, đạt 0,4% nhu cầu; đến 2015 đạt 5 triệu tấn E5 và B5, đạt 1%; năm 2025 tổngxăng và dầu sinh học sẽ đạt 5% nhu cầu xăng dầu cả nước Thực hiện Quyết định nàyhiện nay Bộ Công Thương đang trực tiếp thực hiện những đề tài, dự án cụ thể nhằmthúc đẩy công nghệ nhiên liệu sinh học Bộ NN&PTNT cũng đã xây dựng đề án pháttriển cây cọc rào (jatropha) để làm nguyên liệu cho phát triển nhiên liệu sinh học Nhìn

ra các nước trong khu vực, nói chung, chúng ta đang đi sau với khoảng cách khá xa vềlĩnh vực này

4 CÁC NGUỒN NGUYÊN LIỆU CHO NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

Năng lượng sinh học có thể lấy nguồn nguyên liệu từ nguồn thải từ các hoạt độngsản xuất công nghiệp nói chung trên thế giới như:

- Whey có thành phần gồm đường đôi và protein (từ công nghiệp chế biến sữa)

- Mật rỉ đường, bã mía có thành phần là các đường đôi và polysaccharides (từ

công nghiệp mía đường)

- Mùn gỗ, bùn thải có thành phần là các loại cellulose, lignocellulose và lignin

(từ công nghiệp giấy và chế biến gỗ)

- Rơm rạ và các nguồn thải khác chứa disaccharides, Polysaccharides, lipid (từ

các ngành nông nghiệp trồng lúa, sản xuất dầu cọ, dầu olive …)

- Các chất béo: mỡ cá từ các nhà máy chế biến thủy sản

- Các loại rượu (metanol, glycerol) và lipid (từ công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học)

- Bột thịt, bột xương có thành phần là protein, lipid (từ công nghiệp giết mổ)

Ở Việt Nam, theo thống kê năm 2000, các nguồn sinh khối lớn nhất là rơm, gỗ đốt,

xơ và lá dừa, trấu, vỏ bắp, rác thải rắn, bã mía (Bảng 4.1)

Bảng 4.1 Các nguồn biomass chính ở Việt Nam năm 2000

STT Các nguồn sinh khối Lượng

(triệu tấn)

Năng lượng chứa đựng (GJ) Tỉ trọng

Hình 4-4 Các loại biomass ở Việt Nam năm 2000

Các nguồn nguyên liệu cho năng lượng sinh học chính ở Việt Nam gồm:

- Bã mía: hiện nay mỗi năm có khoảng 1,3 triệu tấn đường được sản xuất (quy

mô công nghiệp và dân tự chế biến), ứng với 3 triệu tấn bã mía thải/năm Đây

là nguồn nguyên liệu rất tiềm năng cho sản xuất năng lượng sinh học

- Rơm rạ: Việt Nam tiêu thụ hàng năm khoảng 18 triệu tấn gạo, tương ứng với 18

triệu tấn rơm rạ/năm

- Các nguồn biomass còn lại như trấu các loại nguồn thải có hàm lượng

cellulose còn chiếm một số lượng lớn

- Ngoài ra, VN cũng là một nước xuất khẩu thủy sản, nhất là các loại phile cá

tra, basa đặc thù loại hình này thải ra một lượng lớn mỡ thải gây ảnh hưởng trong các hệ thống xử lý nước thải Việc tận dụng nguồn thải này để sản xuất năng lượng sinh học như Biodiesel là điều hợp lý và nên làm, đem lại giá trị kinh tế và môi trường cao.

5 NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA

Hình 5-5: Sơ đồ chuyển hóa nguồn thải từ hoạt động sản xuất thành các dạng năng

lượng sinh học 5.1 Sản xuất ethanol từ các nguồn biomass khác nhau

Dưới đây là quy trình chung để sản xuất ethanol từ nguồn nguyên liệu chứacellulose Vì bản chất thực vật hệ thống lignocelluloses liên kết chặt chẽ với nhau tạothành lớp vỏ của tế bào thực vật Việc chúng ta chỉ tận dùng nguồn cellulose yêu cầumột quá trình tiền xử lý hiệu quả