TÌM HIỂU VỀ VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

Mục Lục Mở đầu 3 1.Khái niệm NLSH: 4 2.Tính cấp thiết của việc sử dụng NLSH: 4 3. Tổng quan về NLSH trên thế giới và Việt Nam: 5 3.1. Năng lượng sinh học trên thế giới 5 3.2. Phát triển năng lượng sinh học ở Việt Nam 10 4. Các nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học 11 5. Huyền hóa Ethanol, xăng Ẹ5: 11 5.1Sản xuất etanol, biodiesel 11 5.2 Xăng E5 15 6. Ưu và nhược điểm của việc sản xuất NLSH: 16 6.1. Lợi ích của việc sản xuất năng lượng sinh khối: 17 6.2. Nhược điểm của năng lượng sinh khối: 18 7. Thuận lợi và khó khăn cho việc sản xuất NLSH ở Việt Nam: 18 1. Thuận lợi: 18 2. Khó khăn: 17 8. Sự chuyển NLSH sang năng lượng hữu ích: 19 8.1. Chuyển hóa năng lượng từ biogas sang điện năng: 20 8.2. Nguyên tắc sản xuất và sử dụng ethanol: 23 9. Tình hình sử dụng NLSH trên thế giới: 25 10. Tình hình sử dụng NLSH ở Việt Nam: 29 10.1. Tình hình nghiên cứu và phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam. 29 10.2. Những hạn chế trong việc phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam 31 10.3 Chính sách, biện pháp tháo gỡ những rào cản trong việc sản xuất và sử dụng năng lượng sinh học. 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 Mở đầu Môi trường hiện nay đã và đang bị ô nhiễm với mức độ ngày càng tăng, đe doạ trực tiếp đến sự sống của tất cả các loại sinh vật trong đó có con người. Nhiệt độ ngày càng tăng lên, hàng loạt các thiên tai như động đất, sóng thần, lũ lụt tàn phá các nước Nhật Bản, Trung Quốc, Myanmar, đó là cảnh báo đối với con người chúng ta về một thảm cảnh không xa khi mà môi trường sống bị tàn phá tới mức không còn cứu chữa được nữa. Vấn đề cấp thiết hiện nay là cần tìm cách khắc phục những nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường. Thủ phạm chính gây ô nhiễm môi trường đó là các khí nhà kính cacbon điôxít, mêtan, nitơ oxít, được thải ra chủ yếu trong các quá trình đốt nhiên liệu như xăng dầu, than đá, để thu năng lượng và năng lượng ấy gọi là năng lượng bẩn. Vậy làm thế nào để có năng lượng để sử dụng mà không làm ô nhiễm môi trường? Một loạt các loại năng lượng sạch đã được thế giới nghiên cứu và đưa vào sử dụng. Trong đó có năng lượng sinh học. Năng lượng sinh học mới được nghiên cứu gần đây và thực sự là niềm hy vọng mới cho con người về vấn đề bảo vệ môi trường và là một phương hướng giải quyết cho vấn đề nhiên liệu hoá thạch hiện nay đang dần trở nên cạn kiệt. Vậy năng lượng sinh học là gì? 1.KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC: Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng tái tạo được sinh ra từ các nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên thông qua các chuyển biến sinh học nhờ các tác nhân sinh học. Năng lượng sinh học: sử dụng những nguyên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khối như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật,.. nhưng đây chỉ là những dạng nguyên liệu thô. Năng lượng sinh học dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); các loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật). Hay nói cách khác; Năng lượng sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học). Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa,...), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương...), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân,...), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải...), Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá...): Tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống. Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống 2.TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC: Con người đang ngày tím các nguồn năng lượng thay thế, trong đó có năng lượng sinh 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 công nghiệp, dịch vụ và hoạt động dân sinh. Hệ thống kinh tế hiện đại của chúng ta đang dựa trên các nguồn năng lượng hóa thạch: dầu, than và khí dốt. Rất không may là các nguồn tài nguyên hóa thạch ngày nay ngày càng khan hiếm. Một trong những biểu hiển của nó là giá thành ngày càng tăng.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU VỀ VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Ở VIỆT

NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

GVHD: Vũ Thùy Anh Môn: Công nghệ hóa sinh và ứng dụng

NHÓM 10

15139146 Trần Phương Uyên

15139057 Nguyễn Thị Kim

15139060 Luyện Thanh Lan

15139054 Dương Thụy Kim Khánh

15139077 Huỳnh Ngọc Kim Ngân

Mục Lục

Mở đầu 3

1.Khái niệm NLSH: 4

2.Tính cấp thiết của việc sử dụng NLSH: 4

3 Tổng quan về NLSH trên thế giới và Việt Nam: 5

3.1 Năng lượng sinh học trên thế giới 5

3.2 Phát triển năng lượng sinh học ở Việt Nam 10

4 Các nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học 11

5 Huyền hóa Ethanol, xăng Ẹ5: 11

5.1Sản xuất etanol, biodiesel 11

5.2 Xăng E5 15

6 Ưu và nhược điểm của việc sản xuất NLSH: 16

6.1 Lợi ích của việc sản xuất năng lượng sinh khối: 17

6.2 Nhược điểm của năng lượng sinh khối: 18

7 Thuận lợi và khó khăn cho việc sản xuất NLSH ở Việt Nam: 18

1 Thuận lợi: 18

2 Khó khăn: 17

8 Sự chuyển NLSH sang năng lượng hữu ích: 19

8.1 Chuyển hóa năng lượng từ biogas sang điện năng: 20

8.2 Nguyên tắc sản xuất và sử dụng ethanol: 23

9 Tình hình sử dụng NLSH trên thế giới: 25

10 Tình hình sử dụng NLSH ở Việt Nam: 29

10.1 Tình hình nghiên cứu và phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam 29 10.2 Những hạn chế trong việc phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam31 10.3 Chính sách, biện pháp tháo gỡ những rào cản trong việc sản xuất và sử dụng năng lượng sinh học 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

2

Mở đầu

Môi trường hiện nay đã và đang bị ô nhiễm với mức độ ngày càng tăng, đe doạ trực tiếp đến sự sống của tất cả các loại sinh vật trong đó có con người Nhiệt độ ngày càng tăng lên, hàng loạt các thiên tai như động đất, sóng thần, lũ lụt tàn phá các nước Nhật Bản, Trung Quốc, Myanmar, đó là cảnh báo đối với con người chúng ta về một thảm cảnh không xa khi mà môi trường sống bị tàn phá tới mức không còn cứu chữa được nữa

Vấn đề cấp thiết hiện nay là cần tìm cách khắc phục những nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường Thủ phạm chính gây ô nhiễm môi trường đó là các khí nhà kính cacbon điôxít, mêtan, nitơ oxít, được thải ra chủ yếu trong các quá trình đốt nhiên liệu như xăng dầu, than đá, để thu năng lượng và năng lượng ấy gọi là năng lượng bẩn Vậy làm thế nào để có năng lượng để sử dụng mà không làm ô nhiễm môi trường?Một loạt các loại năng lượng sạch đã được thế giới nghiên cứu và đưa vào sử dụng Trong đó có năng lượng sinh học Năng lượng sinh học mới được nghiên cứu gần đây và thực sự là niềm hy vọng mới cho con người về vấn đề bảo vệ môi trường vàlà một phương hướng giải quyết cho vấn đề nhiên liệu hoá thạch hiện nay đang dần trở nên cạn kiệt Vậy năng lượng sinh học là gì?

1.KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC:

Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng tái tạo được sinh ra từ các nguyên liệu

có nguồn gốc tự nhiên thông qua các chuyển biến sinh học nhờ các tác nhân sinh học

Năng lượng sinh học: sử dụng những nguyên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu

sinh khối như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật, nhưng đây chỉ là những dạng nguyên liệu thô

Năng lượng sinh học dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản

xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); các loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học

(dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật) Hay nói cách khác; Năng lượng sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật

(sinh học)

Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ), Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá ): Tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống

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

Con người đang ngày tím các nguồn năng lượng thay thế, trong đó có năng lượng sinh 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 công nghiệp, dịch vụ và hoạt động dân sinh Hệ thống kinh tế hiện đại của chúng ta đang dựa trên các nguồn năng lượng hóa thạch: dầu, than và khí dốt Rất không may là các nguồn tài nguyên hóa thạch ngày nay ngày càng khan hiếm Một trong những biểu hiển của nó là giá thành ngày càng tăng

4

Biểu đồ giá dầu thế giới từ năm 1996-2008

Trong những năm gần đây, giá dầu đang tăng rất mạnh Chỉ trong 12 năm kể từ năm 1996 giá dầu tăng đến 500%

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

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

o 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 nguồn năng lượng sạch, rẻ, dồi dào để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, được coi là bẩn

o Để hướng tới một tương lai phát triển bền vững, năng lượng sinh học hiện là hướng 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 thay đổi lối sống

Đối với lãnh đạo đất nước này, tăng trưởng xanh không phải là một sự lựa chọn màlà sự lựa chọn duy nhất Một trong những mục tiêu mà chiến lược đề ra là đến 2050, Hàn Quốc sẽ hoàn toàn không bị phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giải pháp chínhlà tăng cường năng lượng hạt nhân, phát triển năng lượng tái tạo Năng lượng sinh học đang được tích cực nghiên cứu, phát triển ở đất nước này với mục tiêu đến 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

thải chăn nuôi, Hàn Quốc đang tích cực phát triển bioga từ bùn thải Theo tính toán củacác nhà khoa học thì cứ 100kg COD bùn thải (từ hệ thống xử lý nước thải) khi đi vào

bể yếm khí sẽ cho ra 40-45m3 khí mê-tan, 5kg bùn và nước thải có chứa 10-20kg COD

Hình 1:Công nghệ Bioga

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 triển các đô thị sinh khối (biomass town) và đã có 208 đô thị đạt danh hiệu này, mục tiêu đến 2010 sẽ đạt 300 thành phố/đô thị

6

Hình 2:Các đô thị lớn tiêu biểu trong dự án phát triểncác đô thị sinh khối ở Nhật Bản

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 tái

tạo (mặt trời, gió, thuỷ điện, sinh khối và địa nhiệt) Sản xuất điện từ bioga từ sinh khối hiện nay đang rất phát triển với số lượng nhà máy đã đạt tới 4600 nhà máy với tổng công suất 1700MW năm 2009, và dự kiến sẽ tăng lên 5400 nhà máy năm 2015

Hình 3:Sản xuất điện từ bioga từ sinh khối

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 thúc đẩy hợp tác, mời gọi đầu tư

Việc nghiên cứu phát triển bioga để chạy máy phát điện từ bùn thải từ các trạm xử

lý nước thải cũng đang được thực hiện Đây là một hoạt động rất 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)

Hình 4:Nhà máy xử lý nước thải để chạy phát điện

Hình 5:Phát triển bioga để chạy máy phát điện

Ở Canada, trường đại học Lakehead hiện đangnghiên 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 thể dùng để phát triển biodiesel sau này

8

Một hướng nghiên cứu khác là thay thế ethanol bằng butanol sinh học bởi nó cung cấp nhiều năng lượng hơn khi cùng một đơn vị thể tích Một số trường đại học, viện nghiên cứu ở Mỹ và Hàn Quốc đã nghiên cứu để chế tạo 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 chủ yếu được sản xuất từ dầu cọ (palm oil) với tổng khối lượng là 1,3 triệu tấn biodiesel/ngày (2008) và dự kiến đến 2022, số lượng này sẽ là 4,5 triệu

lít/ngày

Thái Lan cũng tích cực thức đẩy việc thu mua, tái chế các loại dầu ăn thải bỏ sau

sử dụng từ các cơ sở công nghiệp thực phẩm, từ các nhà hàng, khách sạn, các hộ gia đình để sản xuất 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 và E5 là bắt buộc đối với các nhà sản xuất, phân phối nhiên liệu ở Phillipine

Hình 6: 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 được

thực hiện từ 20 năm nay, mặc dù Luật công nghiệp nhiên liệu sinh học mới được

ban hành gần đây (2007)

Indonesia, ngoài sản xuất biodiesel từ dầu cọ, hiện cũng đang thúc đẩy thực hiện

Dự án làng tự cung cấp về năng lượng theo đó khuyến khích phát triển 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 diesel

sinh 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 yếu vẫn là một đất nước nông nghiệp, có nhiều lọai sinh khối, có điều kiện khí hậu

để phát triển 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 lai gần 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 nông thôn, đồng thời cung cấp năng lượng cho nhiều hộ gia đình

 Vấn đề tiếp theo là phải tăng cường, hoàn thiện kỹ thuật, nâng cấp qui mô, tận dụng hiệu quả nguồn bioga để phát triển loại hình năng lượng này

Hình 7 : Các hầm Bioga ở Việt Nam

Về nhiên liệu sinh học, nước ta hiện nay mới đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển, cụ thể là mới chỉ dừng ở hoạt động nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm Trên thị trường 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 mô còn nhỏ

Mới đây 2 nhà máy sản xuất ethanol sinh học ở Phú Thọ và Dung Quất, công suất 100.000 tấn ethanol/năm đã được Petro Việt Nam (PVN) xây dựng, dự kiến sẽ

đi vào sản xuất từ năm 2010 PVN cũng đang xây dựng dự án nhà máy thứ 3, liên

10

doanh với công ty Itochu (Nhật Bản), dự kiến sẽ được khởi công xây dựng năm 2010tại tỉnh Bình Thuận.

Về chính sách pháp luật, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chương trình

phát triển 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,

50.000 tấn B5, đạt 0,4% nhu cầu; đến 2015 đạt 5 triệu tấn E5 và B5, đạt 1%; năm 2025tổng xăng và dầu sinh học sẽ đạt 5% nhu cầu xăng dầu cả nước

Thực hiện Quyết định này hiện nay Bộ Công Thương đang trực tiếp thực hiện những đề tài, dự án cụ thể nhằm thúc đẩy công nghệ nhiên liệu sinh học Bộ

NN&PTNT cũng đã xây dựng đề án phát triển 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 về lĩnh vực này

4.Các nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học

Năng lượng sinh học có thể lấy từ nguồn hoạt động sản xuất công nghiệp:

 whey gồm đường đôi và protein (các nghành sữa)

 Mật rỉ đường gồm các đường đôi và polysaccharides (các nghành mía đường)

 Mùn gỗ, bùn thải có thành phần cellulose, lignocellulose, lignin (các nghành chế biến gỗ, giấy)

 Rơm rạ và các nguồn chất thải khác chứa disaccharides, polysaccharides, lipid (cácnghành nông nghiệp trồng lúa, sản xuất dầu cọ, dầu olive, )

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

 Các loại rượu (metanol.glycerol), lipid (các nghành sản xuất nhiên liệu sinh học)

 Bột xương, bột thịt có thành phần protein, lipid (các nghành giết mỗ)

Ở Việt Nam nguồn sinh khối lớn nhất là rơm, gỗ đốt, vỏ bắp, chất thải rắn, trấu,bã mía.Các nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học Việt Nam chính hiện nay là

 Bã mía: mỗi năm có khoảng 1.3 triệu tấn đường được sản xuất ứng với 3 triệu tấn

bã mía , là nguồn nguyên liệu tiềm năng

 Rơm rạ: Việt Nam tiêu thụ hằng năm khoảng 18 triệu tán gạo tương đương với 18 triệu tấn rơm rạ/năm

 Các nguồn biomass còn lại như trấu các nguồn thải có chứa cellulosse chiếm một lượng lớn

 Nước ta là một nước xuấtt khẩu thủy sản nên lượng mỡ cá thải ra rất lớn, iệc sử dụng chúng cho nguồn nguyên liệu sinh học được đánh giá rất cao về mặt kinh tế và môi trường

5/ CHUYỂN HÓA ETANOL, XĂNG E5

5.1Sản xuất etanol, biodiesel

Bản chất của biodiesel là sản phẩm ester hóa của methanol hay ethanol với acid béo có trong mỡ cá:

100kg mỡ cá + 10kg methanol -> 100kg biodiesel + 10kg glycerin

Quy trình sản xuất biodiesel từ mỡ cá basa:

Thuyết minh quy trình:

Nguyên liệu (dầu thực vật hay mỡ động vật) được đem đem xử lí Sau đó nguyên liệu trải qua 2 giai đoạn của quá trình điều chế biodiesel

* Giai đoạn một: Xúc tác acid.

 Nguyên liệu và methanol được cho vào bình phản ứng với tỷ lệ tương ứng 1: 0,08

 Khuấy trộn hỗn hợp trong khoảng 5 phút

 Tiến hành gia nhiệt lần 1 để hỗn hợp phản ứng đạt 35°C, giữ gia nhiệt trong 1 giờ

 Bổ sung xúc tác H2SO4 95% và khuấy trộn liên tục với tốc độ 500 – 600

vòng/phút trong 2 giờ, nhiệt độ được duy trì ở 35°C Khuấy và gia nhiệt diễn ra đồng bộ Mục đích của giai đoạn này là để thực hiện phản ứng ester hóa các acid béo tự do trong dầu thực vật hay mỡ động vật Phương trình chuyển hoá như sau:

RCOOH + CH 3 OH H 2 SO 4 dd ⇔ R 1 COOCH 3 + H 2 0

 Sau đó ngừng gia nhiệt, để yên hỗn hợp trong 8 giờ hoặc qua đêm

 Hỗn hợp sau khi để yên được trung hòa bằng lượng methoxide vừa đủ để loại H2SO4 nhằm kết thúc giai đoạn xúc tác acid, tạo điều kiện thực hiện giai đoạn xúc tác base:

2NaOH + H 2 SO 4→Na 2 SO 4 + 2H 2 O

* Giai đoạn 2: Xúc tác base

 Gia nhiệt hỗn hợp vừa trung hòa đến nhiệt độ

phản ứng thích hợp

 Cho lượng methoxide còn lại vào và khuấy trộn

với tốc độ 500 – 600 vòng/phút khoảng 1 giờ 30

phút thì ngừng khuấy và ngừng gia nhiệt Ở giai

đoạn này xảy ra phản ứng chuyển ester hóa giữa

triglyceride và methanol tạo methylester Quá

trình khuấy sẽ giúp các tác chất tiếp xúc tốt với

nhau làm tăng hiệu suất phản ứng

 Để yên trong vòng một giờ dung dịch tách thành

2 lớp rõ rệt

Hình 8: Phễu chiết chứa sản phẩm sau khi tách lớp

• Lớp dưới đáy là glycerin và tạp chất rắn được rút khỏi dung dịch, sau 20 phút chiết rút một lần.

• Lớp trên là biodiesel thô

* Chuẩn bị methoxide: Hợp chất kiềm dùng làm xúc tác được hòa tan với methanol

Lượng methanol sử dụng cho mỗi thí nghiệm được tính toán sao cho tổng thể tích methanol dùng theo đúng tỉ lệ đã chọn lựa

- Rửa biodiesel: Biodiesel tạo thành còn lẫn xúc tác

kiềm do đó cần tiến hành rửa để loại kiềm, đưa pH

của dung dịch về môi trường trung tính Biodiesel

thường được rửa bằng phương pháp tạo bọt Thêm

một ít axít H3PO4 10% vào nước trước khi rửa

Thực hiện thổi bọt trong 24 giờ, để yên 30 phút

Thu được sản phẩm biodiesel có pH trung tính và

Lên men dịchđường

Chưng cất và tinh

Nguyên liệu:được sử dụng chủ yếu là bã sắn, khoai, tấm gạo, ngô,…

- Nấu nguyên liệu để phá vỡ màng tế bào tinh bột và biến tinh bột thành trạng thái hòa tan trong nước Nhiệt độ nấu là 145-1550C trong thời gian dài, hoặc 170-1800Ctrong thời gian ngắn

- Nguyên liệu tinh bột sau khi được hồ hóa được làm nguội về nhiệt độ 600C để thựchiện quá trình đường hóa

Đường hóa tinh bột:là quá trình dùng enzyme amylase để chuyển hóa tinh bột

thành đường dễ lên men Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi ethanol

 Đường hóa bằng chế phẩm amylase của nấm mốc: tùy theo cách sử dụng nấm mốc mà phương pháp sản xuất ethanol có thể chia làm 2 cách:

- Phương pháp amylo: thủy phân bằng Mucor rouxxi

- Phương pháp Mucomalt: thủy phân bằng một lượng amylase đã chuẩn bị đủ từ các loại nấm Aspergillus niger hoặc A oryzae

Nhược điểm của pp này là dễ nhiễm trùng và chu kì sản xuất quá dài.

 Đường hóa bằng acid: có thể đường hóa các nguyên liệu bọt bằng H2SO4 hay HCl

- Nguyên liệu được tán nhỏ và trộn với một lượng nhất định acid đã pha loãng và nung bằng hơi dưới áp suất Sauk hi thủy phân xong người ta thường điều chỉnh Ph = 4-4,5 bằng dung dịch NH3, NaOH, Na2CO3 hay CaCO3 Trong đó

NH3 ưa được dùng hơn cả, vì nó còn là nguồn nito tốt đối với nấm men

- Nếu thủy phân bằng H2SO4, thì trung hòa bằng CaCO3, cặn CaSO4tách ra bằng cách lọc hay để đứng cặn rồi lọc

Lên men dịch đường: có thể được thực hiện bằng phương pháp lên men gián đoạn

hoặc lien tục

 Phương pháp lên men gián đoạn:là cả quá trình lên men từ đầu đến cuối được thực hện trong cùng một thiệt bị, thời gian lên men khoảng 68-80 giờ ở nhiệt độ 36-370C Đặc điểm của phương pháp lên men bán liên tục là gián đoạn lên men chính thực hiện liên tục và xảy ra trong nhiều thùng lên men (thường là 6 thùng) và thời gian này kéo dài 60-62 giờ, giai đoạn cuối thực hiện gián đoạn

 Phương pháp lên men lien tục: là rải đều các giai đoạn lên men mà mỗi giai đoạnđó được thực hiện trong một hoặc nhiều thiết bị lên men có liên hệ với nhau Hệ thống lên men liên tục

đó xăng E5 gồm 5% ethanol và 95% xăng thông thường, còn xăng E10 có 10%

ethanol Xăng sinh học từ E5 đến E25 được gọi là hỗn hợp ethanol thấp, từ E30 đến E85 là hỗn hợp ethanol cao E100 là Ethanol nguyên chất sau khi sản xuất

Cồn sinh học ethanol (còn gọi là rượu ngũ cốc hay rượu ethyl, rượu êtylic, công thức hóa học là C2H5OH) dùng để phối trộn xăng được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, cellulose, lignocellulose, thường là từ các loại ngũ cốc như ngô, lúa mì, đậu tương hoặc từ vỏ cây, bã mía, Ethanol thật ra không xa lạ gì với con người vì nó là một loại rượu trong nhóm rượu ethyl, khi chưng cất và pha loãng với nồng độ cồn thấp thì có thể uống được Ethanol thu được sau quá trình chưng cất ngũ cốc lên men có dạng hỗn hợp gồm nước và ethanol, cần phải tách nước để lấy ethanol khan trước khi trộn với xăng Cũng có thể dùng ethanol chưa khan nước (hydrous ethanol) nhưng chỉ cho các loại động cơ xe có chế tạo tương thích.Công nghệ xăng-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 xăng-sinh-học thế hệ 2: từ cellulose, chất xơ của dư thừa thực vật (rơm,

rạ, thân bắp, gỗ, mạt cưa, bã mía, v.v.), hay thực-vật-hoang (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 lít ethanol Kỹ thuật hiện nay chưa hoàn hảo, hiệu năng còn kém, con men chưa hữu hiệu và giá đắt, chỉ một phần cellulose và lignin biến thành ethanol, nên giá thành sản xuất còn cao

Công nghệ xăng sinh-học thế hệ 3: từ tảo (algae), kỹ thuật đang phát triển

16

6/ ƯU VÀ NHƯỢC DIỂM CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI.

6.1 Lợi ích của việc sản xuất năng lượng sinh khối:

Năng lượng sinh học có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt

đỏ, đang cạn kiệt Do năng lượng sinh học có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch sử dụngtrong các phương tiện giao thông và các thiết bị năng lượng, triển vọng của loại nhiên liệu này là sáng sủa, đây là loại nhiên liệu bền vững thay cho các nguồn năng lượng hóa thạch đắt đỏ đang bị cạn kiệt

a Giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu:

Các cây trồng nông nghiệp và các nguyên liệu sinh khối khác được coi là các nguyên liệu góp phần làm trung hòa cácbon bởi chu kỳ sống thực tế của nó, thực vật thu cacbon dioxit thông qua quá trình quang hợp Tuy nhiên, các nguyên liệu đầu vào

sử dụng trong quá trình sản xuất năng lượng sinh học được coi là nguyên liệu tái tạo vàcó khả năng làm giảm phát thải khí nhà kính (GHG)

Tuy nhiên, cho dù các nhiên liệu đầu vào tự chúng có khả năng trung hòa cácbon, thì quá trình chuyển đổi các vật liệu thô thành năng lương sinh học có thể gây phát thảicacbon vào khí quyển Vì vậy, năng lương sinh học phải góp phần vào giảm phát thải cacbon, chúng phải được chứng minh giảm thải thực sự GHG trong tất cả chu trình sảnxuất và sử dụng năng lượng sinh học

b Tăng cường an ninh năng lượng quốc gia:

Sự phụ thuộc vào dầu nhập khẩu có thể không những làm suy kiệt dự trữ ngoại tệ của quốc gia, mà còn tạo ra sự mất ổn định về an ninh năng lượng của quốc gia đó Từ khi năng lượng sinh học được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu bản địa của nhiều nước châu Á, loại nhiên liệu này có vai trò là nhiên liệu thay thế cho các nhiên liệu hóathạch có thể giảm sự phụ thuộc nhập khẩu dầu và tăng cường an ninh năng lượng quốc gia

Tuy nhiên, điều quan tâm là một số nước đang bị lôi cuốn bởi nhiều hứa hẹn về an ninh năng lượng hơn và họ tiếp tục bỏ chi phí để đảm bảo an ninh của các nhu cầu khác nữa như an ninh lương thực, an ninh về nguồn cung cấp nước và không quan tâm tới việc bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như rừng tự nhiên và sự đa dạng sinh học của chúng

c Hình thành sự tham gia của các xí nghiệp nhỏ và vừa (SMEs):

Khác với nhiên liệu dầu và khí, thậm chí là than cần phải xây dựng cơ sở hạ tầng lớn để khai thác và xử lý, với sự tham gia của các tập đoàn lớn và các công ty đa quốc gia, việc sản xuất năng lượng sinh học sẽ không đòi hỏi đầu tư và xây dựng các nhà