năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học – tiềm năng phát triển ở việt nam

Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN LỚP: QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG KHÓA: 2010 oo000oo BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC: QUẢN LÝ BỀN VỮNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI VÀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC – TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN Ở VIỆT NAM GV : GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP HV : NGUYỄN THỊ VINH MSHV : 1080100070 HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 1 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học TPHCM, THÁNG 5/2011 MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG……………………………………………………………………3 DANH SÁCH HÌNH……………………………………………………………………4 MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………….5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI VÀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC………………………………………………………………………………6 1.1CÁC KHÁI NIỆM……………………………………………………………………6 1.1.1. Năng lượng sinh khối………………………………………………………………6 1.1.2. Nhiên liệu sinh học………………………………………………………………7 1.2. NGUỒN GỐC…………………………………………………………………….8 1.2.1. Từ các cây trồng năng lượng 8 1.2.2.Từ các chất bã của sinh khối đã qua xử lý…………………………………… … 9 1.2.3. Chất thải từ gia súc 10 1.2.4. Các loại chất thải khác……………………………………………………………10 1.3. CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RA NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI VÀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC………………………………………………………12 1.3.1. Các công nghệ chung………………………………………………………………12 1.3.2. Sản xuất điện từ năng lượng sinh khối 13 1.4. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI…… ….15 1.4.1. Ưu điểm………………………………………………………………………….15 1.4.1.1. Kinh tế-xã hội………………………………………………………………… 15 1.4.1.2. Lợi ích về mặt môi trường……………………………………………………….17 1.4.1.3. Nhiên liệu sinh học và vấn đề phát triển bền vững…………………………… 18 1.4.2. Nhược điểm………………………………………………………………………19 CHƯƠNG 2 : TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI VÀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI…………………………………………………20 2.1 CÁC NƯỚC KHU VỰC TRÊN THẾ GIỚI………………………………… … 20 HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 2 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học 2.2. CÁC NƯỚC KHU VỰC LÂN CẬN…………………………………………… 22 CHƯƠNG 3 : TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI VÀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC TẠI VIỆT NAM………………………………………………… 24 3.1. TIỀM NĂNG SINH KHỐI Ở VIỆT NAM………………………………… … 24 3.2. TIỀM NĂNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC…………………………………… ….26 3.3. VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI TẠI VIỆT NAM - SẢN XUẤT BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRA VÀ CÁ BA SA……… ………28 3.3.1. Nguồn nguyên liệu cá tra và cá basa 28 3.3.2. Quy trình sản xuất mỡ từ cá tra và cá ba sa………………………………………29 3.3.3. Qui trình sản xuất Biodiesel từ mỡ cá…………………………………………… 30 CHƯƠNG 4: QUAN ĐIỂM CÁ NHÂN………………………………………………35 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN………………………………………………………………36 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………37 HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 3 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1 Tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng…………………………………………24 Bảng 3.2 Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp…………………………………25 Bảng 3.3 Tiềm năng lý thuyết khí sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp…………… …25 Bảng 3.4 Tiềm năng etanol……………………………………………………………26 Bảng 3.5 Các nhà máy năng lượng sinh khối trong tương lai…………………………27 HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 4 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Chu trình chuyển hóa sinh khối trong thiên nhiên………………………………6 Hình 1.2 Quy trình sản xuất ethanol……………………………………………… ……8 Hình 1.3 Các sản phẩm tạo nên năng lượng sinh khối …………………………….……11 Hình 1.3 Các sản phẩm tạo nên năng lượng sinh khối (tiếp theo)……………… ……12 Hình 1.4 Sơ đồ phân loại các dạng xử lý và chuyển hóa sinh khối……………….……13 Hình 1.5. Sơ đồ mô tả quá trình đốt liên kết 14 HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 5 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học MỞ ĐẦU Như chúng ta đều biết, nền kinh tế thế giới cho đến nay phụ thuộc rất nhiều vào nhiên liệu hóa thạch mặc dù nguồn tài nguyên này đang ngày càng cạn kiệt, đồng thời chúng cũng là tác nhân gây ô nhiễm môi trường rất lớn. Bên cạnh đó nhu cầu bảo vệ môi trường sống trên trái đất cũng như cần phát triển kinh tế với một tốc độ cao và trên quy mô rộng làm cho an ninh năng lượng toàn cầu ngày càng bị đe dọa nghiêm trọng. Do đó nhiệm vụ tìm kiếm nguồn thay thế cho nhiên liệu hóa thạch đã được đặt ra trong gần nửa thế kỷ qua và ngày càng trở nên cấp thiết. Một trong những hướng đi để giải quyết nhiệm vụ này là sử dụng sinh khối, tức là các vật liệu có nguồn gốc hữu cơ để đốt trực tiếp nhằm tạo ra nhiệt năng hoặc điện năng hoặc chuyển hóa sang các chất mang năng lượng dạng khí hoặc nhiên liệu lỏng. Năng lượng sinh học đang là xu thế phát triển tất yếu, nhất là ở các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu, do các lợi ích của nó như: công nghệ sản xuất không qua phức tạp, tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp, không cần thay đổi cấu trúc động cơ cũng như cơ sở hạ tầng hiện có và giá thành cạnh tranh so với xăng dầu. Do vậy, nội dung của bài tiểu luận này muốn trình bày quan điểm của cá nhân đối tiềm năng phát triển năng lượng sinh khối tại Việt Nam bao gồm các chương cụ thể như sau: − Chương 1: Trình bày tổng quan các khái niệm, nguồn gốc, phân loại năng lượng sinh khối, các công nghệ đang được sử dụng để sản xuất năng lượng sinh khối, ưu và nhược điểm khi sử dụng năng lượng sinh khối − Chương 2: Trình bày tình hình sử dụng năng lượng sinh khối tại một số nước trên thế giới và một số nước lân cận châu á − Chương 3: Trình bày tình hình sử dụng năng lượng sinh khối ở Việt Nam, các tiềm năng hiện tại của Việt Nam có thể phát triển năng lượng sinh khối cũng như những mặt khó khăn và thuận lợi khi Việt Nam sử dụng năng lượng sinh khối − Chương 4: Trình bày quan điểm cá nhân của tác giả về khả năng áp dụng năng lượng sinh khối tại Việt Nam và các giải pháp khắc phục những vấn đề về năng lượng khi sử dụng năng lượng sinh khối HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 6 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học − Chương 5: Một số kết luận CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI VÀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1CÁC KHÁI NIỆM 1.1.1 Năng lượng sinh khối Sinh khối là một thuật ngữ có ý nghĩa bao hàm rất rộng dùng để mô tả các vật chất có nguồn gốc sinh học vốn có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng do các thành phần hóa học của nó. Sinh khối bao gồm cây cối tự nhiên, cây trồng công nghiệp, tảo và các loài thực vật khác, hoặc là những bã nông nghiệp và lâm nghiệp. Sinh khối cũng bao gồm cả những vật chất được xem nhưng chất thải từ các xã hội con người như chất thải từ quá trình sản xuất thức ăn nước uống, bùn từ các hệ thống xử lý nước thải, phân bón, sản phẩm phụ gia (hữu cơ) trong công nghiệp và các thành phần hữu cơ của chất thải sinh hoạt Sinh khối còn có thể được xem như một dạng tích trữ năng lượng mặt Trời. Năng lượng từ mặt Trời được "giữ" lại bởi cây cối qua quá trình quang hợp trong giai đoạn phát triển của chúng. Từ các nguồn sinh khối được chuyển thành các dạng năng lượng khác như: điện năng, nhiệt năng, hơi nước và nhiên liệu thông qua các phương pháp chuyển hóa như đốt trực tiếp và turbin hơi, phân hủy kị khí, khí hóa và nhiệt phân, Các dạng năng lượng này gọi là năng lượng sinh khối. Năng lượng sinh khối được xem là tái tạo vì nó được bổ sung nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ bổ sung của năng lượng hóa thạch vốn đòi hỏi hàng triệu năm HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 7 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học Hình 1.1 Chu trình chuyển hóa sinh khối trong thiên nhiên 1.1.2 Nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học là các dạng nhiên liệu có nguồn gốc động thực vật nhưng khác với các dạng nhiên liệu hóa thạch được hình thành do quá trình phân hủy xác sinh vật trong hàng triệu năm. Hiện nay trên thế giới phổ biến nhất là dầu điesel sinh học, methanol và ethanol. 1 Methanol Methanol là cồn được sản xuất từ gỗ. Methanol không có hiệu suất nhiên liệu cao như xăng nên chỉ được dùng chủ yếu như tác chất chống đông hoặc được sử dụng trong quá trình sản xuất một số hóa chất khác, như formaldehyde 2 . Ethanol và bioesel có thể được trộn lẫn với hoặc được dùng thay thế trực tiếp cho các dạng nhiên liệu từ nhiên liệu hóa thạch như xăng và dầu diesel. Sử dụng nhiên liệu sinh học giúp giảm các chất khí thải độc hại, từ đó hạn chế hiệu ứng nhà kính, tăng khả năng độc lập năng lượng của quốc gia và đồng thời hỗ trợ phát triển nông nghiệp và kinh tế nông thôn. Ethanol (hoặc là cồn ethyl) Ethanol là nhiên liệu dạng lỏng, không màu, trong suốt, dễ cháy. Ethanol được dùng như phụ gia cho xăng, với mục đích tăng chỉ số octane và giảm khí thải hiệu ứng nhà kính. 1 http://www.orientbiofuels.com.vn 2 Báo cáo tại Hội thảo Phát triển năng lượng bền vững ở Việt Nam HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 8 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học Ethanol tan trong nước và phân hủy sinh học được. Ethanol được sản xuất từ sinh khối có thành phần cellulose cao (như bắp), qua quá trình lên men. Dầu diesel sinh học (biodiesel) Biodiesel là sản phẩm của quá trình kết hợp cồn (trong đó có ethanol) với dầu chiết ra từ đậu nành, hạt nho, mỡ động vật, hoặc từ các nguồn sinh khối khác 3 . Hình 1.2 Quy trình sản xuất ethanol 4 1.2. NGUỒN GỐC 3 http://tailieu.vn 4 Theo tài liệu Hội thảo của Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 9 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học 1.2.1. Từ các cây trồng năng lượng Các giống cây năng lượng là các giống cây, cây cỏ được xử lý bằng công nghệ sinh học để trở thành các giống cây tăng trưởng nhanh, được thu hoạch cho mục đích sản xuất năng lượng. Các giống cây này có thể được trồng, thu hoạch và thay thế nhanh chóng. Cây trồng năng lượng có thể được sản xuất bằng 2 cách: (1) Các giống cây năng lượng chuyên biệt trồng ở những vùng đất dành đặc biệt cho mục đích năng lượng và (2) trồng xen kẽ và các cây trồng bình thường khác. Các giống cây cỏ (thảo mộc) năng lượng Đây là các giống cây lâu năm được thu hoạch hằng năm sau 2-3 năm gieo trồng để đạt tới hiệu suất tối đa. Các giống cây này bao gồm các loại cỏ như cỏ mềm xuất xứ từ Bắc Mỹ, cỏ voi Miscanthus, cây tre, cây lúa, cỏ đuôi trâu, lúa mì, kochia Các giống cây này thường được trồng cho việc sản xuất năng lượng. Các giống cây gỗ năng lượng Các giống cây gỗ có vòng đời ngắn là các giống cây phát triển nhanh và có thể thu hoạch sau 5-8 năm gieo trồng. Các giống cây này bao gồm cây dương ghép lai, cây liễu ghép lai, cây thích bạc, cây bông gòn đông phương, cây tần bì xanh, cây óc chó đen và cây sung. Các giống cây công nghiệp Các giống cây này đang được phát triển và gieo trồng nhằm sản xuất các hóa chất và vật liệu đặc trưng nhất định. Ví dụ như cây dâm bụt và rơm dùng trong sản xuất sợi, castor cho acid ricinoleic. Các giống cây chuyển gen đang được phát triển nhằm sản xuất các hóa chất mong muốn giống như một thành phần của cây, chỉ đòi hỏi sự chiết xuất và tinh lọc sản phẩm. Các giống cây nông nghiệp Các giống cây nông nghiệp bao gồm các sản phẩm sẵn có hiện tại như bột bắp và dầu bắp, dầu đậu nành, bột xay thô, bột mì, các loại dầu thực vật khác và các thành phần đang được phát triển cho các giống cây tương lai. Mặc dù các giống này thường được dùng để sản xuất nhựa, các chất hóa học và các loại sản phẩm, chúng thường cung cấp đường, dầu và các chất chiết xuất khác. Các giống cây thủy sinh Nguồn sinh khối đa dạng dưới nước bao gồm tảo, tảo bẹ, rong biển, và các loại vi thực vật biển. Các giống dùng trong thương mại bao gồm chiết xuất của tảo bẹ dùng cho các chất HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 10 [...]... LƯỢNG SINH KHỐI VÀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC TẠI VIỆT NAM 3.1 TIỀM NĂNG SINH KHỐI Ở VIỆT NAM Ở Việt Nam, việc sử dụng năng lượng sinh khối có từ lâu nhưng mới chỉ ở quy mô nhỏ mang tính chất gia đình cho việc đun nấu hoặc sản xuất nhỏ Ðó là những nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khối (biomass) như củi, gỗ, rơm, trấu, phân nhưng đây chỉ là dạng nhiên liệu thô Việc sử dụng vật liệu sinh khối dạng thô... 16 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học Do năng lượng sinh khối có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong các phương tiện giao thông và các thiết bị năng lượng và đây còn là loại nhiên liệu bền vững nên có thể thay cho các nguồn năng lượng hóa thạch đắt đỏ đang bị cạn kiệt Năng lượng sinh khối có thể tăng cường an ninh năng lượng quốc gia Sự phụ thuộc vào dầu nhập khẩu... thối và giúp cho việc quản lý chất thải một cách hiệu quả HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 12 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học Hình 1.3 Các sản phẩm tạo nên năng lượng sinh khối Hình 1.3 Các sản phẩm tạo nên năng lượng sinh khối (tiếp theo) HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 13 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học 1.5 CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RA NĂNG... nguyên liệu đầu vào sử dụng trong quá trình sản xuất năng lượng sinh khối được coi là nguyên liệu tái tạo và có khả năng làm giảm phát thải khí nhà kính 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 lượng sinh khối có thể gây phát thải cácbon vào khí quyển Vì vậy, năng lượng sinh khối phải góp phần vào giảm phát thải... xuất và sử dụng năng lượng sinh khối Bên cạnh đó, năng lượng sinh khối khi thải vào đất bị phân hủy sinh học cao gấp 4 lần so với nhiên liệu dầu mỏ và do đó giảm được rất nhiều tình trạng ô nhiễm đất và nước ngầm Vì vậy, việc sử dụng năng lượng sinh khối giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm thiểu khí nhà kính giúp ngăn chặn vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu 1.4.1.3 Nhiên liệu sinh học và vấn đề phát. .. ninh năng lượng của quốc gia đó Từ khi năng lượng sinh khối 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 hóa thạch có thể giảm sự phụ thuộc nhập khẩu dầu và tăng cường an ninh năng lượng quốc gia Kỹ thuật và kinh tế năng lượng Sản xuất và sử dụng năng lượng sinh khối đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu. .. nhiên về mặt phát triển lâu dài thì hoàn toàn khả thi Chỉ phù hợp với các nước phát triển khi đời sống đã được nâng cao CHƯƠNG 2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI VÀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI 2.1 CÁC NƯỚC KHU VỰC TRÊN THẾ GIỚI Hiện nay trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư, chiếm tới 1415% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới Ở các nước đang phát triển, sinh khối. ..Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học làm đặc và các chất phụ gia thực phẩm, chất nhuộm từ tảo, chất xúc tác sinh học được dùng trong các quá trình xử lý sinh học ở các môi trường khắc nghiệt 1.2.2.Từ các chất bã của sinh khối đã qua xử lý Các quá trình xử lý sinh khối đều sinh ra các sản phẩm phụ và các dòng chất thải gọi là chất bã Cac chất bã này có một lượng thế năng nhất định... NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI VÀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.3.1 Các công nghệ chung5 Sinh khối có thể được xử lý ở nhiều dạng chuyển đổi khác nhau để tạo ra năng lượng, nhiệt lượng, hơi và nhiên liệu Hầu hết các quá trình chuyển đổi sinh khối có thể được chia ra làm hai loại như sau: − Chuyển đổi nhiệt hóa: bao gồm đốt nhiệt, khí hóa và nhiệt phân − Chuyển đổi sinh hóa: bao gồm phân hủy yếm khí (sản phẩm sinh khối và. .. tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học Tiềm năng các nguồn này theo đánh giá của Viện Năng lượng được trình bày ở các bảng sau: Bảng 3.1 Tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng Nguồn cung cấp Tiềm năng (Triệu tấn/năm) 6,842 Quy dầu (Triệu tấn/năm) 2,390 Tỷ lệ (%) 27,2 Rừng trồng 3,718 1,300 14,8 Đất không rừng 3,850 1,350 15,4 Cây trồng phân tán 6,050 2,120 24,1 Cây công nghiệp và ăn quả . điểm 1.4.1.1. Kinh tế-xã hội Năng lượng sinh khối có thể giảm thi u sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ, đang cạn kiệt 6 http://www.mengr.tamu.edu/REL/cofiring.htm HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070. lai…………………………27 HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 4 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Chu trình chuyển hóa sinh khối trong thi n nhiên………………………………6 Hình. hàng triệu năm HV: Nguyễn Thị Vinh - 1080100070 Page 7 Bài tiểu luận – Năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học Hình 1.1 Chu trình chuyển hóa sinh khối trong thi n nhiên 1.1.2 Nhiên liệu sinh