KHÍA CẠNH KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC CÔNG NGHIỆP

Trước sự tăng mạnh của giá dầu cũng như các mục tiêu phát thải dài hạn, công nghiệp công nghệ sinh được áp dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học, vật liệu cơ bản hoặc nhiên liệu có thể góp phần đáng kể vào việc đạt được mục tiêu phát thải cũng như giảm sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên hóa thạch đắt tiền. Trong những năm gần đây đã có những bước quan trọng trong các viện nghiên cứu, công ty và chính sách, với mục tiêu phát triển và ứng dụng công nghiệp công nghệ sinh học trong sản xuất hóa chất và nhiên liệu, dẫn đến kỳ vọng cao trong lĩnh vực này.

KHÍA CẠNH KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC CÔNG NGHIỆP

Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh

Khoa Kỹ Thuật Hóa Học

Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học

GVHD: Huỳnh Ngọc Oanh Nhóm 13: Trần Thị Hạnh 1510959

Trần Thị Kim Dung 1510435 Hoàng Thị Huệ 1511200

Phạm Ngô Hoài Tiền 1513474 Nguyễn Hữu Tấn 1512977 Nguyễn Ngọc Phúc 1412965

I.Giới thiệu

• Hiện nay hóa chất và nhiên liệu hầu như được sản xuất chỉ từ các nguồn

nguyên liệu hóa dầu có nguồn gốc từ dầu thô và khí tự nhiên.

I.Giới thiệu

• Trước sự tăng mạnh của giá dầu cũng như các mục tiêu phát thải

dài hạn, công nghiệp công nghệ sinh được áp dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học, vật liệu cơ bản hoặc nhiên liệu có thể góp phần đáng kể vào việc đạt được mục tiêu phát thải cũng như giảm sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên hóa thạch đắt tiền.

• Trong những năm gần đây đã có những bước quan trọng trong các

viện nghiên cứu, công ty và chính sách, với mục tiêu phát triển và ứng dụng công nghiệp công nghệ sinh học trong sản xuất hóa chất

và nhiên liệu, dẫn đến kỳ vọng cao trong lĩnh vực này

• Cho đến nay có rất ít thông tin về những tác động về kinh tế,

môi trường và xã hội hiện tại từ những thành tựu của công nghiệp công nghệ sinh học ví dụ như nhiên liệu ethanol trình bày và áp dụng một cách tiếp cận chung cho phép đánh giá các tác động về môi trường và kinh tế dựa trên đầu vào của nguyên liệu và năng lượng cho quá trình

• Việc lựa chọn các sản phẩm trong chương này dựa trên các

tiêu chí:

 Tính khả thi của sản xuất bằng cách lên men

 Thông tin sẵn có về quá trình chế biến, năng suất và nồng độ nước lên men, cuối cùng là tiềm năng được bán với số lượng lớn trong trung hạn hoặc dài hạn.

II Phương pháp luận

1 Cách tiếp cận chung

1.1 Cơ sở phương pháp luận

- Phương pháp sử dụng các phép so sánh tiêu chuẩn giữa

các quy trình khác nhau dựa trên một số lượng hạn chế của các thành phần

- Cho phép ước lượng trước tính khả thi về kinh tế cũng

như các tác động môi trường của các quy trình CNSH

mà chưa có dữ liệu thí điểm hoặc những dữ liệu về quy trình không có sẵn

1.2 Thiết kế quy trình cho lộ trình CNSH CN

• Các sơ đồ quy trình riêng biệt được thực hiện

cho các công nghệ hiện tại và tương lai, cả về quá trình lên men và quá trình tách và tinh sạch sản phẩm

1.3 Giả định công nghệ cho các tuyến CNSH CN

Khối lượng của tất cả các hợp chất được ước tính dựa trên các thông số chính sau:

- Nồng độ dịch trong giai đoạn lên men: ảnh hưởng đến năng lượng cho quá trình downstream

- Năng suất thiết bị(g/(l*h)): ảnh hưởng thời gian lưu giữ, kích thước thiết bị lên men

- Năng suất (g sản phẩm/g glucose): ảnh hưởng đầu vào đường lên men, chất thải đầu ra

1.3 Giả định công nghệ cho các tuyến CNSH CN

• Là một phần của cách tiếp cận chung, các giả định đưa

ra các thông số chính của công nghệ hiện tại và tương lai về lên men và xử lý downstream

1.3 Giả định công nghệ cho các tuyến CNSH CN

- Công nghệ hiện tại sử dụng cả quá trình lên men liên tục và lên men gián đoạn

- Công nghệ tương lai sẽ dựa vào sự lên men liên tục tại điểm năng suất cực đại của vi sinh vật bằng việc loại bỏ sản phẩm tại chỗ

- Nhược điểm lớn nhất của lên men liên tục là chi phí đầu tư trang thiết bị lớn

- Năng suất tối đa cho các quy trình hiện tại xảy ra ở khoảng một nửa nồng độ cực đại

• Giả định qúa trình tách cho công nghệ tương lại dựa vào:

- Sự kết tinh không được coi là khả thi đối với sản xuất quy

1.4 Sử dụng năng lượng

- Năng lượng của quy trình được xác định bằng cách nhân khối lượng và thể tích thông qua lượng năng lượng sử dụng cho mỗi bước quy trình cụ thể

2 Phương pháp luận về tác động môi trường

Đánh giá môi trường được thực hiện bởi hệ thống cradle-to-factory gate and cradle-to-grave ( phạm vi/qui mô sản xuất đến người sử dụng và phạm vi sản xuất sản phẩm đến khi phân hủy).

2.1 Ranh giới hệ thống

Năm hệ thống con được đánh dấu khi lập mô hình vòng đời

2.2 Phân bổ và mở rộng hệ thống

phương pháp phù hợp đơn vị chức năng

Mở rộng hệ thống đặc trưng cho đồng sản phẩm

? Đồng sản phẩmViệc mở rộng hệ thống được sử dụng khi đồng sản phẩm (ví dụ, điện từ bã mía) cũng có thể được sản xuất theo một quá trình độc lập (ví dụ, điện tử từ than)

Giải quyết các đồng sản phẩm của quá trình lên men: Tất cả các đầu vào và tín dụng các sản phẩm cùng loại.

phẩm sản xuất từ hóa dầu và công nghiệp CNSH tương đương nhau

Tác động môi trường nói chung: Theo tỷ lệ khối lượng/ giá trị kinh tế của sản phẩm.

xuất đường lên men

Ví dụ: Năng lượng sinh ra từ việc đốt chất thải sinh

ra từ quá trình chế biến sinh học đã dẫn đến tín dụng năng lượng đã bị khấu trừ từ các đầu vào của năng lượng không tái tạo vì năng lượng này đã tiêu huỷ việc sử dụng năng lượng không tái tạo, ví dụ như điện

từ lưới điện

=> Tín dụng năng lượng = Năng lượng không tái tạo – Năng lượng từ đốt chất thải

Tín dụng năng

lượng

2.3 Sản xuất đường lên men

Phế phẩm

Bã mía

Ngô

thông qua việc phân bổ kinh tế:

Giá Ngô → Bột ngô + Phế phẩm từ ngô

4 : 1Các loại đường lên men từ tinh bột ngô là dextrin

được thủy phân từ tinh bột

Việc phân bổ đồng sản phẩm dựa trên khối lượng chi tiết có tính đến các quy trình con cho các sản phẩm cùng loại của đường lên men từ ngô

Đầu vào ròng : 1.06 kg ngô khô → 1 kg glucose

Mía

Mía Mía Surcose Bã Bã mía mía

Nghiền

Năng lượng

Đốt

Sử dụng tổng đầu vào của nhà máy đường mía làm điểm khởi đầu trong phân bổ mặc định và nguồn năng lượng được sản xuất từ bã mía

8,7 kg mía đường → 1 kg sucrose

Sinh khối từ gỗ

Các loại đường C5 / C6, thường là hỗn hợp glucose, xylose, và một lượng nhỏ các đường khác thu được

thông qua sự khử trùng hợp cellulose và hemicellulose

rơm khô ngô → ngô trồng với mục đích sản

xuất tinh bột từ hạt

Phân bổ đầu vào cho sản xuất nông nghiệp sang

ngô, thì một phân bổ kinh tế sử dụng một tỷ lệ giá trị của ngô 4: 1 so với rơm khô từ ngô

Sản xuất 1 tấn đường lên men cần 1,79 tấn

ngô

2.4 Kiểm kê vòng đời

Đầu vào

Đầu ra

Sản phẩm

Năng lượng (NREU) Nguyên liệu

Giá trị nhiệt (HHV trong

sản phẩm GJ / t)

Khí thải nhà kính (GHG)

2.5 Chỉ số môi trường

3 Kinh tế

Investment costs (EUR/t yr)

Inside battery limits (ISBL)

Outside battery limits (OSBL)

Production costs (EUR/t)

Operating supplies (10% of operating labor)

Maintenance supplies (1.5% of ISBL)

Operating labor

Maintenance labor (2.5% of ISBL)

Laboratory labor (13% of operating labor)

Taxes + insurance (2% of TFC)

Plant overhead (80% of labor costs)

Marketing, administration, R&D (6% of plant gate costs)

Capital charge (30% of TFC)

Total fixed capital (TFC)

Direct operating costs

 Một sản phẩm công nghệ sinh học được cho là có khả thi khi PCPP của nó thấp hơn so với giá thị trường hoặc thấp hơn PCPP của sản phẩm hóa dầu.

 Giá thực tế trên thị trường của sản phẩm công nghệ sinh học có thể thấp hơn hoặc cao hơn so với PCPP của nó phục thuộc vào cung và cầu:

 PCPP thấp hơn giá thị trường khi: là sản phẩm mới trên thị trường và được sử dụng cho một ứng dụng thích hợp.

 PCPP cao hơn giá thị trường khi: giống hệt với sản phẩm hóa học đã được sản xuất lâu trên thị trường và đem lại hiệu quả kinh tế cao.

3 Kinh tế

3.1 Giá của đường lên men

 Đường lên men là nguyên liệu của việc sản xuất các sản phẩm công nghiệp sinh học và giá của nó ảnh hưởng đến tính kinh tế của các sản phẩm công nghệ sinh học.

 Để xác định các sản phẩm công nghệ sinh học có tính khả thi trên các mức giá đường lên men khác nhau ở hiện tai và tương lai Người ta thực hiện khảo sát 4 mức giá của đường lên men: €70/t, €135/t,

€200/t, €400/t.

3.2 Giá của các tiện ích và phụ trợ

 Giá của dầu thô trên thị trường: US$70 /thùng (€12/GJ)

 Giá của khí tự nhiên (natural gas): €8.5/GJ.

III KẾT QUẢ

Kết quả

Phân tích

Môi Trường

Phân tích Kinh Tế

Kết quả phân

tích môi trường

Hạn chế sinh Khí nhà kính

(GHG)

Hóa chất – Lượng đất sử

dụng

Kết quả phân tích Kinh

Tế

Khả năng sản xuất toàn cầu Các SP hạn

chế GHG tối ưu

Chi phí sản xuất + lợi

nhuận (€ / t)

Tính khả thi

IV KẾT LUẬN

1 Các hóa chất từ CNCNSH cung cấp tiết kiệm và sạch

hơn so với sử dụng nguyên liệu không tái sinh và phát thải khí nhà kính (GHG) với công nghệ hiện tại so với sản xuất hóa dầu tập trung.

2 Trong các nguồn cung cấp, mía đường được ưa

chuộng hơn so với các nguồn lignocellulosesics Các sản phẩm với mức tiết kiệm cao: butanol, ethanol, ethylene, PDO,

3 Một số lượng lớn các hóa chất CNSHCN có tính khả thi về mặt kinh tế so với các hóa chất tương đương hóa dầu của chúng So sánh hiện tại với công nghệ trong tương lai, chi phí sản xuất cộng với lợi nhuận cho các sản phẩm thu được từ quá trình lên men thấp hơn 20-40% và đối với các sản phẩm đòi hỏi bước chuyển hóa sau khi lên men giảm 15-20%

4 Sản xuất hóa chất sản xuất bởi CNCNSH tiết kiệm hơn 100% lượng phát thải khí nhà kính, góp phần đáng kể trong việc giảm sự thay đổi khí hậu và sự suy giảm năng lượng hóa thạch Đây là một chiến lược quan trọng để phát triển bền vững ngành công nghiệp hoá chất.

 CNCNSH có thể trở thành trung tâm của sự chú ý đối với ngành công nghiệp hóa chất cũng như cho các nhà hoạch định chính sách.