Việc nghiên cứu các nguồn năng lượng thân thiện với môi trường thay thế các nguồn năng lượng truyền thống gây ô nhiễm đang rất được quan tâm trên toàn thế giới. Chúng ta đã tìm ra các dạng năng lượng mới như: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước, năng lượng thủy triều, nhiên liệu sinh học... Trong số các dạng năng lượng mới này thì nhiên liệu sinh học đang được quan tâm nhiều nhất vì nó thải ra rất ít khí thải gây ô nhiễm môi trường.Ethanol sinh học được chế biến thông qua các quá trình lên men tinh bột, cellulose, Lignocellulose… là chủ yếu.Ethanol được pha chế ở tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng truyền thống.Hiện nay, 95% ethanol được sản xuất bằng cách lên men từ ngũ cốc, mật mía, đường, gỗ, trái cây… (trong đó lên men từ đường chiếm 61%) và 5% ethano được tổng hợp được từ dầu mỏ, gas, than … Ethanol đang được xem là nguồn nhiên liệu thay thế quan trọng và được quan tâm đặc biệt trong chiến lược phát triển nguồn năng lượng của nhiều quốc gia. Lựa chọn loại nguyên liệu nào phù hợp để sản xuất ethanol tùy thuộc vào điều kiện đất đai, khí hậu, chính sách phát triển của mỗi quốc gia. Các nguyên liệu chủ lực để sản xuất ethanol ở các nước như sau: Mỹ: bắp, Brazil: mía, Pháp: củ cải đường, Ấn độ: mía, Việt Nam: sắn…
CHUYÊN ĐỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC ETHANOL SINH HỌC TỪ XƠ DỪA GIỚI THIỆU 1.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu giới Vào năm đầu kỉ 21, giới đối mặt với nhiều vấn đề vấn đề xem nóng bỏng khủng hoảng lượng Cụ thể vòng 24 năm kể từ năm 2001 đến năm 2025, mức tiêu thụ lượng toàn giới tăng thêm 54% mà nhu cầu chủ yếu rơi vào quốc gia có kinh tế phát triển mạnh mẽ, ví dụ Trung Quốc hay Ấn Độ châu Á Các nguồn lượng hóa thạch dần cạn kiệt nhu cầu sử dụng ngày tăng, 80% lượng mà giới sử dụng hơm đến từ nhiên liệu hóa thạch-một nguồn tài nguyên có giá trị, nguồn khơng tái tạo Nói cách khác, nhiên liệu hóa thạch sử dụng lần Bên cạnh đó, sản phẩm phụ loại nguyên liệu chuyển hóa thành lượng gây ô nhiễm môi trường toàn trái đất làm suy giảm hệ sinh thái, gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên, thủng tầng zơn, khí thải H2S, SOX… gây mưa axit[1] Hình 1.1 : Các nguồn lượng sơ cấp sử dụng giới Tổng số khai thác năm 2009 = 12 150 Mtoe (triệu dầu tương đương) (Nguồn liệu: International Energy Administration 2011 (Quản lý Năng lượng Quốc tế 2011)) Vì mà việc nghiên cứu nguồn lượng thân thiện với môi trường thay nguồn lượng truyền thống gây ô nhiễm quan tâm toàn giới Chúng ta tìm dạng lượng như: lượng mặt trời, lượng gió, lượng nước, lượng thủy triều, nhiên liệu sinh học Trong số dạng lượng nhiên liệu sinh học quan tâm nhiều thải khí thải gây nhiễm môi trường[1] 1.2 Ethanol sinh học Ethanol sinh học chế biến thơng qua q trình lên men tinh bột, cellulose, Lignocellulose… chủ yếu Ethanol pha chế tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học thay hồn tồn cho loại xăng truyền thống Hiện nay, 95% ethanol sản xuất cách lên men từ ngũ cốc, mật mía, đường, gỗ, trái cây… (trong lên men từ đường chiếm 61%) 5% ethano tổng hợp từ dầu mỏ, gas, than … Ethanol xem nguồn nhiên liệu thay quan trọng quan tâm đặc biệt chiến lược phát triển nguồn lượng nhiều quốc gia Lựa chọn loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất ethanol tùy thuộc vào điều kiện đất đai, khí hậu, sách phát triển quốc gia Các nguyên liệu chủ lực để sản xuất ethanol nước sau: Mỹ: bắp, Brazil: mía, Pháp: củ cải đường, Ấn độ: mía, Việt Nam: sắn…[2] Hình 1.2: Sản lượng ethanol tối đa theo tính tốn dựa hàm lượng Carbon Hơn 30 năm qua, lượng ethanol dùng công nghiệp gần khơng đổi, dùng cho giải khát có tăng nhẹ, dùng làm nhiên liệu tăng phi mã, trước năm 1975 gần không thấy ethanol dùng làm nhiên liệu, đến 2010 có đến 60 tỷ lít ethanol dùng làm nhiên liệu giới[2] Hình 1.3: Sản lượng ethanol giới theo lĩnh vực sử dụng Việt Nam, tính đến tháng 4/2012, có 13 dự án sản xuất ethanol nhiên liệu, nhà máy vào hoạt động với công suất thiết kế 490 triệu lít/năm Với hy vọng ethanol thay phần xăng sử dụng nước, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cải thiện tình trạng phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, tạo công ăn việc làm cho nông dân vùng nhiên liệu… việc đưa xăng E5 thị trường nhiều trở ngại, lượng tiêu thụ thời gian qua mức thấp Để trì hoạt động, doanh nghiệp sản xuất ethanol Việt Nam phải tìm đường xuất [2] Về kĩ thuật kinh tế, nguyên liệu sản xuất xăng sinh học chia làm loại: Thế hệ 1: đường tinh bột nông phẩm (kỹ thuật đơn giản kinh tế nhất) Thế hệ 2: Cellulose, chất xơ dư thừa thực vật, thực vật hoang…(kỹ thuật chưa hoàn hảo, giá thành sản xuất cao) Thế hệ 3: Tảo (vẫn nghiên cứu phát triển) 1.3 Ethanol sinh học từ xơ dừa Theo số liệu FAO (2011), giới có khoảng 11,86 triệu đất canh tác dừa Cây dừa phân bố rộng khắp khu vực nhiệt đới cận xích đạo, trải dài từ Đông bán cầu sang Tây bán cầu Tuy nhiên, dừa tập trung nhiều khu vực Châu Á – Thái Bình Dương Cây dừa phân bố nhiều vùng Đơng Nam Á 60,89%; kế vùng Nam Á (19,74%); vùng Châu Đại Dương (4,6%) Sau vùng Châu Mỹ La Tinh, mà chủ yếu Brazil (2,79%) Các đảo quốc vùng biển Caribbean đóng góp 0,97%; Trung Quốc, mà chủ yếu đảo Hải Nam, chiếm tỷ trọng 0,24% Các vùng lại đóng góp 10,75% diện tích Ở khu vực Đơng Nam Á, quốc gia có diện tích dừa đáng kể Philippines, Indonesia, Thái Lan, Malaysia Việt Nam [7] Hình 1.4: Cây dừa Bến Tre Dừa trồng nông nghiệp truyền thống Việt Nam Là đất nước nhiệt đới, Việt Nam có đủ điều kiện khí hậu, thủy văn thổ nhưỡng phù hợp cho dừa sinh trưởng phát triển tốt, khu vực duyên hải miền Trung đến Đồng Bằng Sông Cửu Long Đồng Bằng Sông Cửu Long chiếm 78,6% diện tích dừa nước, với quy mô khoảng xấp xỉ 110 ngàn Trong đó, Bến Tre tỉnh có quy mơ dừa lớn nước (xấp xỉ 50 ngàn ha) [7] Hình 1.5: Xơ dừa cấu tạo trái dừa Hiện nay, sản lượng xơ dừa toàn cầu hàng năm vào khoảng 723 ngàn năm 2010, có tốc độ tăng trưởng trung bình 6,7 %/năm giai đoạn 2006-2010 [3] Xơ dừa chủ yếu làm thành vật liệu bền cho cơng nghiệp có tiềm lớn việc sản xuất ethanol sinh học Xơ dừa cho tỷ lệ cao cấu trúc polyme cellulose, hemicellulose lignin với 28, 38 32,8% [7] Cellulose có nguồn gốc từ dừa coi nguồn tái tạo cho sản xuất bioethanol thân thiện với mơi trường QUI TRÌNH SẢN XUẤT Qui trình sản xuất ethanol từ gồm bước: TIỀN XỬ LÝ THỦY PHÂN LÊN MEN ETHANOL Hình 2.1: Qui trình sản xuất ethanol 2.1 Tiền xử lý Chuẩn bị vỏ dừa: Vỏ dừa non sử dụng trình Sau sấy, chúng cắt thành miếng xấp xỉ 25 x 25 x mm phòng thí nghiệm máy nghiền Các thí nghiệm sử dụng thiết kế giai thừa hoàn toàn ngẫu nhiên với hai yếu tố nồng độ NaOH (20, 25 30% dựa trọng lượng khô nguyên liệu) thời gian sôi (2 giờ), thể Bảng 2.1 Tất phương pháp thực 100°C với hai lần lặp Sau đó, sợi xử lý 25% (dựa trọng lượng sợi khô) dung dịch NaOH 170°C áp suất cao để đạt bột giấy dừa Hóa chất dư thừa loại bỏ kỹ lưỡng rửa nước, bột giấy sấy khô sử dụng làm chất để lên men ethanol tiếp theo[4] Bảng 2.1: Năng suất bột giấy thu với nồng độ NaOH khác thời gian sôi Run NaOH (%) Time(h) Năng suất sợi (%) C (%) Đặc tính sợi 20 46.06a 4.04a Poor fiber separation 20 45.98a 5.90a Poor fiber separation b a 25 40.98 6.68 Good fiber separation 25 40.50b 5.96a Good fiber separation 30 39.46b 5.90a Good fiber separation b a 30 38.26 5.08 Good fiber separation SD 1.414 Good fiber separation Các phương tiện hàng có chữ khác có ý nghĩa khác mức 95% (P