1 TỔNG QUAN Sự cân bằng năng lượng và phát thải khí nhà kính của nhiên liệu sinh học vẫn là một chủ đề gây tranh cãi hiện nay, với các nhà hoạch định chính sách của chính phủ, và trong cộng đồng khoa học. Hầu hết các cuộc thảo luận đều dựa trên năng suất hiện tại (hoặc trong quá khứ) của công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học và do đó không thể là đại diện cho sự phát triển tương lai trong công nghiệp. Sự cân bằng năng lượng và vòng đời khí nhà kính phát thải (greenhouse gas – GHG) của các nhà máy sản xuất ethanol từ ngô đã được nghiên cứu và báo cáo và có nhiều kết quả đã được công bố. Ngành công nghiệp ethanol thế hệ 1 đã thực hiện một số tiến bộ đáng kể trong việc giảm chi phí đầu vào và năng lượng vào quá trình, nhưng những thay đổi và cải thiến đó không được xem là kết quả của cân bằng năng lượng hoặc chu trình khí nhà kính. Các nhà máy ethanol từ tinh bột hiện nay hay trước đây đều được đánh giá dựa trên hiệu quả năng lượng và môi trường (đặc biệt là khí nhà kính). Suốt 2 thập kỷ qua, nhiều tiến bộ đã được thực hiện để có đựơc công nghệ sản xuất hiện tại. Tiềm năng cho việc phát triển trong tương lai cho quy trình và công nghệ đã và đang được nghiên cứu. Điều này dẫn đến việc xác định nhu cầu năng lượng cơ bản hiện tại cho quá trình và các phương tiện để giảm thiểu năng lượng thông qua việc áp dụng kỹ thuật từ những ngành công nghiệp khác, thông qua những đột phá công nghệ, những tiến bộ trong loại nấm hoặc enzymes. Các tác động của những cải tiến này đến sự cân bằng năng lượng và phát thải khí nhà kính trong hiệu quả sản xuất nhiên liệu sinh học đã được ghi nhận. Khi nhận thức về môi trường được nâng cao, chính phủ, các ngành công nghiệp và các doanh nghiệp đã bắt đầu đánh giá hoạt động của họ ảnh hưởng như thế nào đến môi trường. Xã hội cũng dần quan tâm đến các vấn đề của sự suy giảm tài nguyên thiên nhiên và suy thoái môi trường. Các hiệu quả môi trường của sản phẩm hay quy trình đã trở nên một yếu tố quan trọng. Nhiều doanh nghiệp đã nhận thấy rằng việc ứng dụng những phương pháp để nâng cao hiệu quả môi trường đồng thời vẫn nâng cao hiệu suất, giảm chi phí và phát triển lợi thế của “green marketing”. Và để đánh giá vòng đời của sản phẩm, một công cụ hữu ích được dùng là life cycle assessment (LCA).
1- TỔNG QUAN Sự cân lượng phát thải khí nhà kính nhiên liệu sinh học chủ đề gây tranh cãi nay, với nhà hoạch định sách phủ, cộng đồng khoa học Hầu hết thảo luận dựa suất (hoặc khứ) công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học khơng thể đại diện cho phát triển tương lai công nghiệp Sự cân lượng vịng đời khí nhà kính phát thải (greenhouse gas – GHG) nhà máy sản xuất ethanol từ ngô nghiên cứu báo cáo có nhiều kết cơng bố Ngành công nghiệp ethanol hệ thực số tiến đáng kể việc giảm chi phí đầu vào lượng vào q trình, thay đổi cải thiến khơng xem kết cân lượng chu trình khí nhà kính Các nhà máy ethanol từ tinh bột hay trước đánh giá dựa hiệu lượng môi trường (đặc biệt khí nhà kính) Suốt thập kỷ qua, nhiều tiến thực để có đựơc công nghệ sản xuất Tiềm cho việc phát triển tương lai cho quy trình cơng nghệ nghiên cứu Điều dẫn đến việc xác định nhu cầu lượng cho trình phương tiện để giảm thiểu lượng thông qua việc áp dụng kỹ thuật từ ngành công nghiệp khác, thông qua đột phá công nghệ, tiến loại nấm enzymes Các tác động cải tiến đến cân lượng phát thải khí nhà kính hiệu sản xuất nhiên liệu sinh học ghi nhận Khi nhận thức môi trường nâng cao, phủ, ngành cơng nghiệp doanh nghiệp bắt đầu đánh giá hoạt động họ ảnh hưởng đến môi trường Xã hội dần quan tâm đến vấn đề suy giảm tài nguyên thiên nhiên suy thối mơi trường Các hiệu mơi trường sản phẩm hay quy trình trở nên yếu tố quan trọng Nhiều doanh nghiệp nhận thấy việc ứng dụng phương pháp để nâng cao hiệu môi trường đồng thời nâng cao hiệu suất, giảm chi phí phát triển lợi “green marketing” Và để đánh giá vòng đời sản phẩm, cơng cụ hữu ích dùng life cycle assessment (LCA) Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO 2- LIFE CYCLE ASSESSMENT 2.1- Khái niệm: LCA - life cycle assessment, hay gọi life cycle analysis, life cycle inventory, ecobalance, cradle-to-grave-analysis, well-to-wheel analysis dustto-dust energy cost, phương pháp đánh giá tác động đến môi trường sản phẩm hay dịch vụ đưa thơng qua vịng đời nó, xem xét từ việc chiết xuất nguyên liệu thô, sản xuất, phân phối, sử dụng, sửa chữa, bảo trì, tiêu huỷ hay tái chế LCA dựa trên: • Compiling – sưu tập tài liệu nhu cầu lượng, nguyên liệu đầu vào phát thải mơi trường • Evaluating – đánh giá tác động đến môi trường từ nguồn liệu đầu vào phát thải • Interpreting – giải thích kết để giúp đưa định dựa sở hiểu biết Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO Quy trình LCA quy trình có hệ thống, lặp lặp lại, tiếp cận bao gồm thành phần: • Goal Definition and Scoping – Xác định mục tiêu phạm vi giới hạn: Định nghĩa mô tả sản phẩm, quy trình hay hoạt động; thành lập nội dung cần đánh giá, xác định điều kiện biên tác động đến môi trường cần xem xét q trình đánh giá • Inventory Analysis – Phân tích kê tài nguyên: xác định định lượng nguồn lượng, nước nguyên liệu cần sử dụng nguồn phát thải mơi trường (khí thải, chất thải rắn, nước thải…) • Impact Assessment – Đánh giá tác động: anh hưởng đến người hệ sinh thái việc sử dụng lượng, nước nguyên liệu, nguổn phát thải môi trường dựa phân tích tài ngun • Interpretation – Giải thích: Đánh giá kết kê tài nguyên đánh giá tác động để chọn sản phẩm, quy trình hay dịch vụ Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO 2.2- Ứng dụng LCA Ngày nay, LCA sử dụng để đánh giá hiệu mặt môi trường việc lựa chọn nhiên liệu sinh học thay thế, với mục tiêu ngành cơng nghiệp, quyền, tổ chức mơi trường phi phủ (Environmental Non-governmental Organizations – ENGOs), người tiêu dùng • Trong cơng nghiệp: thơng qua kết đánh giá từ LCA quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học, nhà sản xuất định phát triển sử dụng quy trình hay nguồn cung ứng để tối thiểu hoá việc sử dụng ngun liệu phát thải mơi trường • Chính quyền: LCA nhiên liệu sinh học cơng cụ tiện ích giúp xây dựng phương thức sản xuất tối ưu để nhận tài trợ từ phủ thơng qua chương trình mở rộng nguồn nhiên liệu sinh học • ENGOs: sử dụng LCA sở để kêu gọi ý chiến dịch phục vụ cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học • Người sử dụng: kết LCA nhiên liệu sinh học nhiều tổ chức khác sử dụng gián tiếp chiến dịch quảng cáo với hy vọng gây ảnh hưởng đến xu hướng lựa chọn người tiêu dùng nguồn nhiêu liệu phương tiện giao thông Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO 2.3- GHGenius Cơng việc LCA liên quan đến việc thu thập sử dụng lượng lớn liệu, việc sử dụng máy tính để mơ hình hố, giúp ích cho việc kiểm kê phân tích liệu Ở Bắc Mỹ, để phân tích nguồn nhiên liệu, có mơ hình sử dụng rộng rãi: • GREET: mơ hình phát triển Argonne National Laboratory Mỹ • GHGenius: mơ hình phát triển Natural Resources Canada, bao gồm nguồn liệu cho Canada US GHGenius có khả ước lượng phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính chủ yếu chất gây ô nhiểm từ trình cháy, bao gồm: Carbon dioxide (CO2), Methane (CH4), Nitrous oxide (N2O), Chlorofluorocarbons (CFC-12), Hydro fluorocarbons (HFC-134a), The CO2-equivalent of all of the contaminants above Carbon monoxide (CO), Nitrogen oxides (NOx), Non-methane organic compounds (NMOCs), weighted by their ozone forming potential, o Sulphur dioxide (SO2), o Total particulate matter o o o o o o o o o 2.4- Ưu điểm – khuyết điểm LCA LCA công cụ hữu ích việc so sánh tảng đơn vị chức năng, hiệu mặt môi trường tương đối (dựa đơn vị tính) nguồn nhập liệu phương thức sản xuất khác Tuy nhiên, LCA cần phải sử dụng kèm theo thông tin khác để đưa định sách liên quan đến nhiên liệu vận chuyển Những người đưa định cần phải nhận thức ưu khuyết điểm LCA Để hiểu rõ tác động môi trường (và kinh tế) việc sản xuất nhiên liệu, kết LCA cần phải bổ sung thêm hệ thống mơ hình khác, phân tích kính tế thị trường hệ thống mơ hình tích hợp Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO phát triển tương lai phán đoán người định Do phức tạp hệ thống cần mơ hình hố, khơng có mẫu LCA mơ hồn chỉnh loại nhiên liệu dùng cho vận chuyển GHGenius có tính giúp trở thành cơng cụ lý tưởng để thực việc mơ hình hố, ví dụ tính toán chi tiết thay đổi việc sử dụng mặt đất, độ nhạy mơ hình, khả thay đổi phát thải dự án theo thời gian LCA có giới hạn Điểm tập trung LCA phải theo dõi thay đồi hiệu hệ thống đơn theo thời gian Ta đưa LCA cuối cho ethanol từ bắp ngơ khía cạnh cần xem xét hệ thống đơn giản hoá giữ không đổi suốt thời gian khảo sát để tập trung tốt vào điều cần quan tâm 3- LCA OF BIO-ETHANOL Nhiên liệu ethanol loại nhiên liệu có số octane cao, sản xuất chủ yếu từ trình lên men đường Hiện nay, đứng đầu giới sản xuất ethanol Mỹ Brazil, tỷ trọng 53% 34% Trong biểu đồ sản lượng ethanol giới từ năm 1998 đến 2008, Mỹ đứng đầu với sản lượng tăng từ 2.64 Mtoe năm 1998 lên 17.46 Mtoe vào năm 2008, Brazil tăng từ 7.05 Mtoe năm 1998 lên 13.55 Mtoe năm 2008 (nguồn: BP) Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO 3.1- Ranh giới LCA Những ranh giới hệ thống khía cạnh quan trọng LCA Các ranh giới hoàn thiện tốt phải quán hệ thống tham chiếu hệ thống cần nghiên cứu Một cách lý tưởng hoá, LCA bao gồm giai đoạn vòng đời sản phẩm hay quy trình: • Thu thập ngun liệu thơ • Sản xuất: gồm sản xuất nguyên liệu thô bác quy trình nhập liệu, đóng gói, phân phối • Sử dụng, tái sử dụng, bảo trì • Xử lý chất thải / tái chế 3.2- Hệ thống tham chiếu cho ethanol Hệ thống tham chiếu cho nhiên liệu ethanol việc sản xuất sử dụng gasoline thu sau trình chưng cất dầu thơ Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO Việc phát thải liên quan đến việc xây dựng nhà máy lọc dầu khơng tính đến xét ranh giới hệ thống, phát thải từ việc sản xuất hệ thống vận chuyển đường ống, xe tải, xe lửa, bồn chứa phải xét đến phân tích 3.3- Hệ thống ethanol Theo lý thuyết, hệ thống ethanol tương tự với gasoline phức tạp nhiều Sự phát thải liên quan đến việc sản xuất hay phát thải phát sinh từ ứng dụng phân bón thay đổi việc sử dụng đất xét đến phân tích LCA Việc sản xuất loại hạt cốc xay lên men (distillers’ grains) sản phẩm phụ hệ thống Sự phát thải liên quan đến sản phẩm phụ tính tuỳ thuộc vào phát thải liên quan đến thay nguồn nhập liệu Tương tự với hệ thống gasoline, phát thải sinh từ việc xây dựng nhà máy ethanol không xét đến Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO 3.4- Quy trình sản xuất ethanol Quy trình thuỷ phân tinh bột có có mặt enzym để tạo đường q trình lên men đường thành ethanol thơng qua nấm men Một quy trình thể hình bên dưới: Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO Năng lượng nhiệt thêm vào hệ thống phục vụ cho bước gia nhiệt, chưng cất, bay hơi, làm khô Và nhiệt lấy khỏi hệ thống giai đoạn tiền lên men, trình lên men, sau chưng cất, làm khô sản phẩm phụ Việc tối ưu hoá việc thêm hay lấy nhiệt khỏi hệ thống giúp giảm mức lượng cần cho trình 3.5- Hiệu ngành công nghiệp sản xuất ethanol Một thách thức việc thu thập liệu cho công việc LCA nguồn liệu lý tưởng phải tập hợp lại thời điểm, không so sánh hệ thống trở nên khập khiễng so sánh dựa hai sản phẩm tạo hai thời điểm khác Mọi công nghệ có xu hướng phát triển hiệu suất theo thời gian Đã có loạt chứng từ thực nghiệm cho thấy việc triển khai công nghệ thị trường có tính cạnh tranh dẫn đến học hỏi kinh nghiệm nhau, dẫn đến chi phí cho việc áp dụng cơng nghệ giảm, hiệu mặt kỹ thuật mặt kinh doanh kinh nghiệm tích luỹ phát triển đáng kể 3.6- Kết thực nghiệm từ việc khảo sát số yếu tố LCA Một số thông số cần khảo sát để xây dựng sở liệu: * Sản xuất nguyên liệu: Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO - Sản lượng bắp - Khả sử dụng Nitơ - Tỷ lệ phân P K … Có điều quan trọng cần lưu ý xây dựng LCA: - Tất liệu dùng cho mô phải thu thập thời gian - Kết phải xác định phải có xu hướng định Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO * Sản xuất ethanol Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO * Sản phẩm phụ: Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO * Dữ liệu mô phỏng: * Cân lượng carbon Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO ... định Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO * Sản xuất ethanol Life cycle assessment. .. cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO * Sản phẩm phụ: Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO * Dữ liệu mô phỏng: * Cân lượng carbon Life cycle assessment of Bioethanol PHAN...2- LIFE CYCLE ASSESSMENT 2.1- Khái niệm: LCA - life cycle assessment, hay gọi life cycle analysis, life cycle inventory, ecobalance, cradle-to-grave-analysis,