Hiện nay, an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường đang là vấn đề bức thiết. Nguồn năng lượng chính vẫn là xăng,dầu lấy từ dầu mỏ (nhiên liệu hóa thạch không thể tái sinh). Nguồn nhiên liệu hóa thạch vì không thể tái sinh nên ngày càng cạn dần. Do đó,giá xăng dầu tăng vọt, không khí đô thị ngày một ô nhiễm. Theo các điều tra quốc tế thì nếu không tìm kiếm thêm được các nguồn dự trữ mới thì với lượng khai thác như hiện nay, khoảng 85,9 triệu thùng mỗi ngày, thì dầu mỏ sẽ cạn kiệt sau 43 năm nữa, với lượng khai thác 19 BBOE (tương đương triệu thùng dầu mỏ) mỗi ngày thì khí thiên nhiên cũng sẽ cạn kiệt sau 60 năm nữa. Lượng khai thác khoảng 29,85 BBOE mỗi ngày thì than đá nhiều nhất là 148 năm nữa cũng sẽ cạn kiệt. Điều đó khiến các nhà chức trách phải xem xét và tìm tòi một nguồn nhiên liệu mới, nguồn nhiên liệu có thể tái sinh và giảm thiểu ô nhiễm, là chìa khóa của tương lai đó chính là nhiên liệu sinh học. Đây là lĩnh vực đặc biệt quan trọng với chúng em sinh viên nghành công nghệ sinh học, đây là động lực để chúng em thực hiện đề tài tiểu luận này.
Nhiên liệu sinh học GVHD: PHẠM MINH TUẤN Nhóm : 11 Nhiên liệu sinh học Nhóm : 11 ĐỀ TÀI NHIÊN LIỆU SINH HỌC GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PHẠM MINH TUẤN NHĨM THỰC HIỆN: NHĨM 11 NGUYỄN QUANG HỊA 2008100071 TRẦN HOÀNG NAM 2008100130 MAN ĐỨC HÀ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯƠNG THỊ HÀ PHẠM MINH TUẤN LÊ HỒ THẢO NGUYÊN NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 12 2008100199 20008100181 2008100132 NGUYỄN QUANG HỊA 2008100071 TRẦN HỒNG NAM 2008100130 MAN ĐỨC HÀ 2008100199 TRƯƠNG THỊ HÀ 2008100181 LÊ HỒ THẢO NGUYÊN 2008100132 THCM, 12-2012 GVHD: PHẠM MINH TUẤN Nhiên liệu sinh học Nhóm : 11 LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, an ninh lượng bảo vệ môi trường vấn đề thiết Nguồn lượng xăng,dầu lấy từ dầu mỏ (nhiên liệu hóa thạch khơng thể tái sinh) Nguồn nhiên liệu hóa thạch tái sinh nên ngày cạn dần Do đó,giá xăng dầu tăng vọt, khơng khí thị ngày nhiễm Theo điều tra quốc tế khơng tìm kiếm thêm nguồn dự trữ với lượng khai thác nay, khoảng 85,9 triệu thùng ngày, dầu mỏ cạn kiệt sau 43 năm nữa, với lượng khai thác 19 BBOE (tương đương triệu thùng dầu mỏ) ngày khí thiên nhiên cạn kiệt sau 60 năm Lượng khai thác khoảng 29,85 BBOE ngày than đá nhiều 148 năm cạn kiệt Điều khiến nhà chức trách phải xem xét tìm tịi nguồn nhiên liệu mới, nguồn nhiên liệu tái sinh giảm thiểu nhiễm, chìa khóa tương lai nhiên liệu sinh học Đây lĩnh vực đặc biệt quan trọng với chúng em- sinh viên nghành công nghệ sinh học, động lực để chúng em thực đề tài tiểu luận Chúng em xin gửi lời cám ơn đến thầy Phạm Minh Tuấn giúp chúng em hoàn thành tiểu luận GVHD: PHẠM MINH TUẤN Nhiên liệu sinh học Nhóm : 11 MỤC LỤC GVHD: PHẠM MINH TUẤN Nhiên liệu sinh học Nhóm : 11 I.TỔNG QUAN NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.Khái niệm nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học (Tiếng Anh: Biofuels, tiếng Pháp: biocarburant, viết tắt NLSH) loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) nhiên liệu chế xuất từ chất béo động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ), Hình trình sản xuất sử dụng nhiên liệu sinh học GVHD: PHẠM MINH TUẤN Nhiên liệu sinh học Nhóm : 11 2.Nhiên Liệu Sinh Học – Xu Hướng Năng Lượng Tất Yếu Nhu cầu lượng loài người diện cách hàng trăm ngàn năm, người biết dùng lửa hoạt động hàng ngày để nướng thịt, đuổi thú dữ, đốt rừng làm rẫy Kể từ đó, nguồn lượng từ vật rắn gỗ ngày trở nên quan trọng, có hai tỉ người giới dùng chất đốt rắn gia đình để nấu nướng sưởi ấm mùa đơng Năng lượng có vai trị quan trọng phát triển kinh tế - xã hội An ninh quốc gia, an ninh kinh tế gắn liền với an ninh lượng quốc gia Vì sách phát triển kinh tế, xã hội bền vững, sách lượng nên đặt lên hàng đầu Vào kỷ 19, gỗ nguồn lượng làm máy chạy nước phổ thông ngành chuyên chở, giúp phát triển mạnh cơng nghiệp giới Sau đó, người chế tạo máy phát điện cung cấp nguồn điện có nhiều công dụng cho đời sống hàng ngày thay dần máy chạy nước Khi tìm thấy nguồn nhiên liệu trầm tích than đá, dầu hỏa khí đốt, người tăng tốc sử dụng loại lượng không tái tạo để chạy máy nổ, chủ yếu ngành vận tải, nhiệt điện Loại nhiên liệu thể lỏng (xăng dầu) trở nên thơng dụng ngành chuyển vận có tỉ trọng lượng cao, dễ sử dụng loại nhiên liệu khí rắn, từ nguồn lượng rắn sử dụng giảm dần Theo tính tốn chuyên gia kinh tế lượng, dầu mỏ khí đốt chiếm khoảng 60-80% cán cân lượng giới Với tốc độ tiêu thụ trữ lượng dầu mỏ có, nguồn lượng nhanh chóng bị cạn kiệt vịng 40-50 năm Diễn biến phức tạp giá xăng dầu gần nhu cầu dầu thô ngày lớn bất ổn trị nước sản xuất dầu mỏ Để đối phó tình hình đó, cần tìm nguồn lượng thay thế, ưu tiên hàng đầu cho nguồn lượng tái sinh thân thiện với môi trường GVHD: PHẠM MINH TUẤN Nhiên liệu sinh học Nhóm : 11 Trong số nguồn lượng thay dầu mỏ sử dụng (năng lượng gió, lượng mặt trời, lượng hạt nhân,…), lượng sinh học xu phát triển tất yếu, nước nông nghiệp nhập nhiên liệu, lợi ích như: cơng nghệ sản xuất khơng phức tạp, tận dụng nguồn nguyên liệu chỗ, tăng hiệu kinh tế nông nghiệp, không cần thay đổi cấu trúc động sở hạ tầng có giá thành cạnh tranh so với xăng dầu 3.Nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học Nguyên liệu để sản xuất Nhiên liệu sinh học đa dạng, phong phú, bao gồm: • Nơng sản: sắn, ngơ, mía, củ cải đường… • Cây có dầu: lạc, đậu tương, hướng dương, dừa, cọ dầu, jatropha… • Chất thải dư thừa: sinh khối phế thải, rơm rạ, thân bắp, gỗ, bã mía, vỏ trấu… • Mỡ cá • Tảo Tùy theo lợi nguồn nguyên liệu quốc gia, người ta lại chọn loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất NLSH Ví dụ Brasil sản xuất ethanol chủ yếu từ mía, Mỹ từ ngô 4.Các loại nhiên liệu sinh học NLSH có nguồn gốc từ vật liệu sinh khối củi, gỗ, rơm, trấu, phân mỡ động vật dạng nhiên liệu thô NLSH dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: loại cồn sản xuất công nghệ sinh học để sản xuất Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); 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; NLSH loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) Ví dụ nhiên liệu GVHD: PHẠM MINH TUẤN Nhiên liệu sinh học Nhóm : 11 chế xuất từ chất béo động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ), NLSH dựa vào nguồn nguyên liệu tạm chia làm nhóm sau: Nhiên liệu lỏng: Bao gồm Bio-metanol, Bio-ethanol, Bio-butanol, Biodiesel… Trong số dạng NLSH này, Bio-ethanol loại nhiên liệu thông dụng giới có khả sản xuất quy mô công nghiệp từ nguyên liệu chứa đường mía, củ cải đường nguyên liệu chứa tinh bột ngũ cốc, khoai tây, sắn… Gas sinh học (Biogas) loại khí hữu gồm Methane đồng đẳng khác Biogas tạo sau trình ủ lên men sinh khối hữu phế thải nông nghiệp, chủ yếu cellulose, tạo thành sản phẩm dạng khí Biogas dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí gas từ sản phẩm dầu mỏ Nhiên liệu sinh học rắn: Một số loại nhiên liệu sinh học rắn mà nước phát triển sử dụng hàng ngày công việc nấu nướng hay sưởi ấm gỗ, loại phân thú khô 5.Ưu, nhược điểm nhiên liệu sinh học 5.1.Ưu điểm Loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm bật so với loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá ): Tính chất thân thiện với mơi trường: chúng sinh hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) gây ô nhiễm môi trường loại nhiên liệu truyền thống GVHD: PHẠM MINH TUẤN Nhiên liệu sinh học Nhóm : 11 Nguồn nhiên liệu tái sinh: nhiên liệu lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp tái sinh Chúng giúp giảm lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống 5.2.Hạn chế Tuy nhiên vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống nhiều hạn chế chưa hạ giá thành sản xuất xuống thấp so với nhiên liệu truyền thống Trong tương lai, nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, NLSH có khả nguồn thay Ngồi NLSH ảnh hưởng với vấn đề gây tranh cãi tác động lớn đến an ninh lương thực, hạn chế coi nhẹ mà an ninh lương thực vấn đề trọng tâm giới GVHD: PHẠM MINH TUẤN Nhiên liệu sinh học Nhóm : 11 II.GIỚI THIỆU CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.Biogas 1.1.Khái niệm Biogas hay khí sinh học hỗn hợp khí methane (CH4) số khí khác phát sinh từ phân huỷ vật chất hữu mơi trường yếm khí Thành phần Biogas CH4 (50-60%) CO2 (>30%) lại chất khác nước N2, O2, H2S, CO, … thuỷ phân mơi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20-40ºC 1.2.Lịch sử phát triển Các hệ thống nghiên cứu sản xuất Biogas bắt đầu nhà khoa học Ý Allesandro Volta, người số người tham gia vào nghiên cứu điện nay, tên đơn vị điện áp đo gọi “V” Vào năm 1770 Volta để ý đến khí đầm lầy trầm tích hồ miền bắc Italy, sau ơng bắt đầu tiến hành thí nghiệm cháy khí Faraday, nhà vật lý người Anh thử nghiệm với khí đầm lầy xác định hydrocarbon Chỉ năm 1821, nhà nghiên cứu Avogadro thiết lập cơng thức hóa học khí mêtan (CH4) Nhà vi khuẩn học tiếng Pháp, Pasteur vào năm 1884 tiến hành thử nghiệm với phân rắn Ông người đề xuất việc sử dụng phân từ chuồng nuôi gia súc Paris để sản xuất khí đốt giúp chiếu sáng đường phố Cùng với phát triển công nghệ, năm 1897 bệnh viện cho bệnh nhân phong Bombay, Ấn Độ xây dựng nhà máy đầu tiên, khí đốt sử GVHD: PHẠM MINH TUẤN 10 Nhiên liệu sinh học Nhóm : 11 3.Bio-ethanol 3.1.Khái niệm Bioethanol cồn lỏng sản xuất từ loại nông nghiệp thông dụng mía ngơ Nó xem sản phẩm thay cho xăng dầu diezel biết đến nhiều nhiên liệu cho ô tô Nó đặc biệt sử dụng nhiều Brazil Bioethanol tạo thành từ hai phản ứng sau: Phản ứng thủy phân tinh bột: (C6H10O5)n + n H2O = n C6H12O6 Phản ứng tạo ethanol từ đường: C6H12O6 = C2H5OH + CO2 + Q 3.2 Tính chất hóa lý ethanol biến tính (TCVN 7716 : 2007) Tiêu chuẩn Đơn vị Hàm lượng ethanol % thể tích Hàm lượng methanol % thể tích Hàm lượng nhựa rửa qua dung môi mg/100 Ml Giới hạn >92,1 < 0,5 < 5,0 Hàm lượng nước % thể tích 1,96 5.2 % thể tích < 5,0 mg/L( ppm khối Hàm lượng clorua vô lượng) < 32 (40) Hàm lượng đồng mg/kg