CHUYÊN đề NĂNG LƯỢNG SINH học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN Tiểu luận NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Nhóm thực hiện: Lê Thị Quỳnh Trâm Trần Minh Hương Nguyễn Vũ Luân Lớp cao học CNMT 2009 TP. HCM, 12/2010 Trang 1 MỤC LỤC KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 4 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 5 CÁC NGUỒN NGUYÊN LIỆU CHO NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 8 NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA 11 NHỮNG LỢI ÍCH CỦA NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 16 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI 17 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ VIỆT NAM 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 Trang 2 KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Năng lượng sinh học có thể hiểu nôm na là nguồn năng lượng được hình thành từ nguyên liệu tự nhiên thông qua các chuyển biến sinh học nhờ các tác nhân sinh học. Phân tích theo Sơ đồ năng lượng phía dưới, mọi nguồn năng lượng đều xuất phát từ năng lượng mặt trời, sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng này – năng lượng vô hạn – thì được xem là nguồn năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh. Năng lượng sinh học chiếm ở nhánh thứ 3 – Photosynthesis- trong sơ đồ. Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật. Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời. Trang 3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Năng lượng hóa thạch là nguồn năng lượng có hạn và đang dần cạn kiệt Sử dụng năng lượng là nhu cầu không thể thiếu của tất cả các ngành công nghiệp, dịch vụ và hoạt động dân sinh. Hệ thống kinh tế hiện tại của chúng ta đang dựa trên các nguồn năng lượng hóa thạch: dầu, than và khí đốt. Rất không may là các nguồn tài nguyên hóa thạch này ngày càng khan hiếm. Một trong những biểu hiện của nó giá thành ngày càng tăng (hình 1.1). Trong những năm gần đây, giá dầu đang tăng rất mạnh. Chỉ trong 12 năm kể từ 1996, giá dầu tăng đến 500%. Hình 1.1. Biểu đồ giá dầu thế giới trong khoảng 1006- 2008 Khai thác tài nguyên hóa thạch chính là khai thác các nguyên liệu mà sự hình thành nên chúng phải mất đến hàng trăm triệu năm. Nếu chỉ khai thác sử dụng nguyên liệu hóa thạch thì tất yếu sẽ dẫn đến một lúc nào đó không thể cân đối giữa cung và cầu. Năng lượng hóa thạch là nguồn gốc của hiệu ứng nhà kính Một thách thức lớn cho nhân loại trong thế kỷ 21 là giảm phát thải khí nhà kính, yếu tố quyết định gây ra biến đổi khí hậu. Vấn đề chính đặt ra là tìm được các nguồn năng lượng sạch, rẻ, dồi dào để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, được coi là bẩn. Để hướng tới một tương lai phát triển bền vững, năng lượng sinh học hiện là hướng đi mà nhiều quốc gia lựa chọn. Trang 4 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Năng lượng sinh học trên thế giới Hàn Quốc đã xây dựng cho mình một Chiến lược tăng trưởng xanh, phát thải ít cac-bon trong vòng 60 năm tới với các công cụ chính là công nghệ, chính sách và thay đổi lối sống. Đối với lãnh đạo đất nước này, tăng trưởng xanh không phải là một sự lựa chọn mà là sự lựa chọn duy nhất. Một trong những mục tiêu mà Chiến lược đề ra là đến 2050, Hàn Quốc sẽ hoàn toàn không bị phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giải pháp chính là tăng cường năng lượng hạt nhân, phát triển năng lượng tái tạo. Năng lượng sinh học đang được tích cực nghiên cứu, phát triển ở đất nước này với mục tiêu đến năm 2030 năng lượng tái tạo sẽ đạt 11%, trong đó năng lượng từ sinh khối sẽ đạt 7,12%. Ngoài các công nghệ chế tạo bioga thông thường như từ sinh khối, từ chất thải chăn nuôi, Hàn Quốc đang tích cực phát triển bioga từ bùn thải. Theo tính toán của các nhà khoa học thì cứ 100kg COD bùn thải (từ hệ thống xử lý nước thải) khi đi vào bể yếm khí sẽ cho ra 40-45m3 khí mê-tan, 5kg bùn và nước thải có chứa 10-20kg COD. Ở Nhật Bản, Chính phủ đã ban hành Chiến lược năng lượng sinh khối (Nippon Biomas Strategy) từ năm 2003 và hiện nay đang tích cực thực hiện Dự án phát triển các đô thị sinh khối (biomass town) và đã có 208 đô thị đạt danh hiệu này, mục tiêu đến 2010 sẽ đạt 300 thành phố/đô thị. Ở Đức, Luật Năng lượng tái tạo có hiệu lực từ năm 2000, đã đưa ra cơ chế khuyến khích ưu tiên phát lên lưới điện quốc gia những nguồn điện từ năng lượng tái tạo (mặt trời, gió, thuỷ điện, sinh khối và địa nhiệt). Sản xuất điện từ bioga từ sinh khối hiện nay đang rất phát triển với số lượng nhà máy đã đạt tới 4600 nhà máy với tổng công suất 1700MW năm 2009, và dự kiến sẽ tăng lên 5400 nhà máy năm 2015. Tương tự, ở Trung Quốc đã có Luật năng lượng tái tạo và hiện nay đã có hơn 80 nhà máy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy. Tiềm năng là có thể đạt được 30GW điện từ loại hình năng lượng này và Chính phủ hiện đang thúc đẩy hợp tác, mời gọi đầu tư. Việc nghiên cứu phát triển bioga để chạy máy phát điện từ bùn thải từ các trạm xử lý nước thải cũng đang được thực hiện. Đây là một hoạt động rất có tiềm năng vì hiện nay trên toàn Trung Quốc đã có đến 1521 nhà máy xử lý Trang 5 nước thải được xây dựng tính đến năm 2008 và sẽ tiếp tục tăng, với tỷ lệ nước thải được xử lý là 28% (1999), 63% (2008) và 70% (dự kiến 2010). Ở Canada, trường đại học Lakehead hiện đang nghiên cứu chế tạo dầu sinh học thông qua việc hoá lỏng các loại sinh khối, chất thải trong nông nghiệp như phần thải từ cây lúa mì, ngô, v.v Theo đó, qua một quá trình thuỷ phân dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao từ các loại sinh khối này sẽ thu được dầu sinh học (bio-crude oil) có thể dùng để phát triển biodiesel sau này. Một hướng nghiên cứu khác là thay thế ethanol bằng butanol sinh học bởi nó cung cấp nhiều năng lượng hơn khi cùng một đơn vị thể tích. Một số trường đại học, viện nghiên cứu ở Mỹ và Hàn Quốc đã nghiên cứu để chế tạo butanol sinh học từ các loại sinh khối. Chính phủ Thái Lan đề ra mục tiêu năng lượng tái tạo đạt 20% trên tổng năng lượng tiêu thụ vào năm 2022. Thái Lan đã bãi bỏ việc sử dụng dầu diesel 100% từ 2008, thay vào đó là B2 và dự kiến đến năm 2011 sẽ chuyển sang B5. Biodiesel chủ yếu được sản xuất từ dầu cọ (palm oil) với tổng khối lượng là 1,3 triệu tấn biodiesel/ngày (2008) và dự kiến đến 2022, số lượng này sẽ là 4,5 triệu lít/ngày. Thái Lan cũng tích cực thức đẩy việc thu mua, tái chế các loại dầu ăn thải bỏ sau sử dụng từ các cơ sở công nghiệp thực phẩm, từ các nhà hàng, khách sạn, các hộ gia đình để sản xuất thức ăn gia súc và chế biến biodiesel. Ở Phillipine, Luật nhiên liệu sinh học (Biofuel Act) được ban hành từ năm 2006 với mục tiêu giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch. Hiện nay việc sản xuất B2 và E5 là bắt buộc đối với các nhà sản xuất, phân phối nhiên liệu ở Phillipine. Trang 6 Hình 1.2. Các dự án nhiên liệu sinh học từ nguyên liệu cellulose trên thế giới đến đến tháng 7 năm 2008 Malaysia và Indonesia là hai quốc gia sản xuất dầu cọ lớn nhất thế giới, riêng sản lượng của Malaysia là 15,8 triệu tấn (2008) và việc sản xuất dầu biodiesel đã được thực hiện từ 20 năm nay, mặc dù Luật công nghiệp nhiên liệu sinh học mới được ban hành gần đây (2007). Indonesia, ngoài sản xuất biodiesel từ dầu cọ, hiện cũng đang thúc đẩy thực hiện Dự án làng tự cung cấp về năng lượng theo đó khuyến khích phát triển năng lượng từ sinh khối như chất thải vật nuôi, chất thải của sản xuất cacao, v.v… Ngoài dầu cọ, Indonesia đang phát triển mạnh cây cọc rào (jatropha) để sản xuất diesel sinh học. 1.2 Phát triển năng lượng sinh học ở Việt Nam Năng lượng sinh học phải là một thế mạnh của Việt Nam khi mà nước ta chủ yếu vẫn là một đất nước nông nghiệp, có nhiều lọai sinh khối, có điều kiện khí hậu để phát triển nhiều loại cây làm nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học. Bioga đã được phát triển từ lâu và hiện nay đã được phổ biến rộng rãi trên cả nước. Chương trình khí bioga do Bộ NN&PTNT thực hiện đã đạt được số lượng hàng chục nghìn hầm, trong tương lai Trang 7 gần số lượng này sẽ đạt đến hàng trăm nghìn hầm, và đã đạt giải thưởng về năng lượng ở Bỉ năm 2006. Chương trình này đã và đang cải thiện chất lượng môi trường nông thôn, đồng thời cung cấp năng lượng cho nhiều hộ gia đình. Vấn đề tiếp theo là phải tăng cường, hoàn thiện kỹ thuật, nâng cấp qui mô, tận dụng hiệu quả nguồn bioga để phát triển loại hình năng lượng này. Về nhiên liệu sinh học, nước ta hiện nay mới đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển, cụ thể là mới chỉ dừng ở hoạt động nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm. Trên thị trường Hà Nội và TP HCM hiện đang phân phối thí điểm loại xăng gasohol E5. Một số cơ sở đã sản xuất ethanol sinh học để phục vụ việc chế tạo xăng sinh học song quy mô còn nhỏ. Mới đây 2 nhà máy sản xuất ethanol sinh học ở Phú Thọ và Dung Quất, công suất 100.000 tấn ethanol/năm đã được Petro Việt Nam (PVN) xây dựng, dự kiến sẽ đi vào sản xuất từ năm 2010. PVN cũng đang xây dựng dự án nhà máy thứ 3, liên doanh với công ty Itochu (Nhật Bản), dự kiến sẽ được khởi công xây dựng năm 2010 tại tỉnh Bình Thuận. Về chính sách pháp luật, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chương trình phát triển nhiên liệu sinh học đến 2015, tầm nhìn đến 2025 theo Quyết định số 177/2007/QĐ-TTg, theo đó: đến 2010 sẽ sản xuất được 100.000 tấn xăng E5, 50.000 tấn B5, đạt 0,4% nhu cầu; đến 2015 đạt 5 triệu tấn E5 và B5, đạt 1%; năm 2025 tổng xăng và dầu sinh học sẽ đạt 5% nhu cầu xăng dầu cả nước. Thực hiện Quyết định này hiện nay Bộ Công Thương đang trực tiếp thực hiện những đề tài, dự án cụ thể nhằm thúc đẩy công nghệ nhiên liệu sinh học. Bộ NN&PTNT cũng đã xây dựng đề án phát triển cây cọc rào (jatropha) để làm nguyên liệu cho phát triển nhiên liệu sinh học. Nhìn ra các nước trong khu vực, nói chung, chúng ta đang đi sau với khoảng cách khá xa về lĩnh vực này. CÁC NGUỒN NGUYÊN LIỆU CHO NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Năng lượng sinh học có thể lấy nguồn nguyên liệu từ nguồn thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp nói chung trên thế giới như: Whey có thành phần gồm đường đôi và protein (từ công nghiệp chế biến sữa) Mật rỉ đường, bã mía có thành phần là các đường đôi và polysaccharides (từ công nghiệp mía đường) Trang 8 Mùn gỗ, bùn thải có thành phần là các loại cellulose, lignocellulose và lignin (từ công nghiệp giấy và chế biến gỗ) Rơm rạ và các nguồn thải khác chứa disaccharides, Polysaccharides, lipid (từ các ngành nông nghiệp trồng lúa, sản xuất dầu cọ, dầu olive …) Các chất béo: mỡ cá từ các nhà máy chế biến thủy sản Các loại rượu (metanol, glycerol) và lipid (từ công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học) Bột thịt, bột xương có thành phần là protein, lipid (từ công nghiệp giết mổ) Ở Việt Nam, theo thống kê năm 2000, các nguồn sinh khối lớn nhất là rơm, gỗ đốt, xơ và lá dừa, trấu, vỏ bắp, rác thải rắn, bã mía (Bảng 4.1). Bảng 4.1. Các nguồn biomass chính ở Việt Nam năm 2000 STT Các nguồn sinh khối Lượng (triệu tấn) Năng lượng chứa đựng (GJ) Tỉ trọng 1 Rơm 61.900 866.600 60.1% 2 Gỗ đốt 12.400 186.000 12.9% 3 Xơ và lá dừa 5.800 104.400 7.2% 4 Trấu 5.600 63.840 4.4% 5 Vỏ bắp 4.800 60.000 4.2% 6 Rác thải rắn 0.015 57.000 4.0% 7 Bã mía 5.000 36.050 2.5% 8 Gỗ từ nhà máy cưa 3.100 35.960 2.5% 9 Phế phẩm cây mía 1.500 18.750 1.3% 10 Bã khoai mì 0.600 7.500 0.5% 11 Vỏ hạt café 0.300 4.670 0.3% 12 Vỏ đậu 0.100 1.250 0.1% Tổng cộng 101.115 1442.020 100.0% Trang 9 Hình 4.1. Các loại biomass ở Việt Nam năm 2000 Các nguồn nguyên liệu cho năng lượng sinh học chính ở Việt Nam gồm: Bã mía: hiện nay mỗi năm có khoảng 1,3 triệu tấn đường được sản xuất (quy mô công nghiệp và dân tự chế biến), ứng với 3 triệu tấn bã mía thải/năm. Đây là nguồn nguyên liệu rất tiềm năng cho sản xuất năng lượng sinh học. Rơm rạ: Việt Nam tiêu thụ hàng năm khoảng 18 triệu tấn gạo, tương ứng với 18 triệu tấn rơm rạ/năm. Các nguồn biomass còn lại như trấu các loại nguồn thải có hàm lượng cellulose còn chiếm một số lượng lớn Ngoài ra, VN cũng là một nước xuất khẩu thủy sản, nhất là các loại phile cá tra, basa đặc thù loại hình này thải ra một lượng lớn mỡ thải gây ảnh hưởng trong các hệ thống xử lý nước thải. Việc tận dụng nguồn thải này để sản xuất năng lượng sinh học như Biodiesel là điều hợp lý và nên làm, đem lại giá trị kinh tế và môi trường cao. Trang 10 [...]... bằng năng lượng đã cho thấy: Từ 1 đơn vị năng lượng dầu mỏ sản xuất được 0, 87 đơn vị năng lượng xăng, hoặc 1, 02 đơn vị năng lượng ETBE, hoặc 2, 05 đơn vị năng lượng ethanol Từ 1 đơn vị năng lượng dầu mỏ (dùng để cày bừa, trồng trọt, chăm sóc, vận chuyển đến chế biến) sẽ tạo ra 1, 2 đơn vị năng lượng nhiên liệu sinh học Nếu kể thêm các sản phẩm phụ (bã thải, sản phẩm phụ) thì tạo ra 2-3 đơn vị năng lượng. .. trường sống Sử dụng năng lượng sinh học giảm được 70% khí CO 2 và 30% khí độc hại so với xăng dầu khoáng, do năng lượng sinh học chứa một lượng cực nhỏ lưu huỳnh, chứa 11% oxy, nên cháy sạch hơn Ngoài ra, năng lượng sinh học có khả năng phân huỷ sinh học nhanh, ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất Góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp: Ngành kinh tế nông nghiệp ngoài chức năng cung cấp lương thực... phối năng lượng sinh học Trang 22 Trong thời gian tới, cần có những chính sách, biện pháp tháo bỏ rào cản: Trước hết, cần có thể chế khung chính sách đầu tư năng lượng, nhất là năng lượng sạch Để có cơ sở pháp lý đầu tư cho năng lương lâu dài, Chính phủ cần sớm phê duyệt “Chính sách an ninh năng lượng quốc gia”, Đề án phát triển Năng lượng sinh học và lộ trình thực hiện Quốc hội sớm ban hành Luật Năng. .. như Gana, Tanjania cũng đang tiếp cận đến năng lượng sinh học Trang 19 Hình 4.1 Nhà máy chế biến nhiên liệu sinh học của Nhật Bản sử dụng nguồn sinh khối từ chất thải ngành Gỗ Hình 4.1 Nhà máy sản xuất cồn ở New Zealand Trang 20 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ VIỆT NAM 1.3 Tình hình nghiên cứu và phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam Ngày 6/4/2005, Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM đã đồng ý hỗ trợ 30,000... nay có khoảng 50 nước ở khắp các châu lục khai thác và sử dụng năng lượng sinh học ở các mức độ khác nhau năng lượng sinh học được hiểu là nhiên liệu tái tạo (Renewable Fuel) được sản xuất từ nguyên liệu sinh học - sinh khối năng lượng sinh học dùng làm nhiêu liệu cho ngành giao thông bao gồm: Dầu thực vật sạch, ethanol, diesel sinh học, dimetyl ether (DME), ethyl tertiary butyl ether (ETBE) và các... chức năng cung cấp năng lượng sạch cho xã hội, đóng góp vào việc giảm thiểu khí nhà kính và khí độc hại Đặc biệt, khi phát triển năng lượng sinh học có thể sử dụng các giống cây có dầu, chẳng hạn như J Curcas trồng trên các vùng đất hoang hoá hoặc đang sử dụng kém hiệu quả, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng đất Đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia: Phát triển năng lượng sinh học dựa vào các nguồn sinh. .. nghệ mới sản xuất năng lượng sạch và năng lượng sinh học Trung Quốc mỗi ngày sử dụng 2,4-2, 5 triệu thùng dầu mỷ, trong số đó có tới 50% phải nhập khẩu Để đối phó với sự thiếu hụt năng lượng, một mặt Trung Quốc đầu tư lớn ra ngoài lãnh thổ để khai thác dầu mỏ, mặt khác tập trung khai thác, sử dụng năng lượng tái tạo, đầu tư để nhiều cơ sở khoa học nghiên cứu về năng lượng sinh học Đầu năm 2003, xăng... sinh học Như vậy, cân bằng năng lượng đầu ra so với đầu vào là dương Hiện tại, giá nhiên liệu sinh học còn cao do sản xuất nhỏ, giá nguyên liệu cao Khi sản xuất quy mô lớn với công nghệ mới sẽ giảm giá thành Nếu xăng dầu không bù giá thì nhiên liệu sinh học có giá thành thấp hơn TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI Hiện nay có khoảng 50 nước ở khắp các châu lục khai thác và sử dụng năng. .. hơn NaOH Xét trường hợp nước thải được tận dụng để thu hồi các sản phẩm phụ có ích thì lượng muối Kali thu được có thể dùng làm phân bón - Lượng xúc tác cần cho vào phản ứng được tính bằng 0,3 – 1,5% khối lượng dầu mỡ nguyên liệu Trang 15 NHỮNG LỢI ÍCH CỦA NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Các lợi ích khi phát triển năng lượng sinh học có thể tóm tắt như sau: Giảm thiểu ô nhiễm và khí nhà kính: Hiện nay, hàng năm toàn... lượng sinh học dựa vào các nguồn sinh khối trong nước, giúp giảm lệ thuộc vào các nguồn năng lượng nhập ngoại, và là cơ sở để đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia Đảm bảo sức khỏe cộng đồng: Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, do đó nó cũng là yếu tố đảm bảo sức khỏe cộng đồng Tăng khả năng cạnh tranh Giúp đa dạng hóa và phát triển bền vững các ngành nông nghiệp trong . NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 16 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI 17 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ VIỆT NAM 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 Trang 2 KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Năng lượng sinh học. LỤC KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 4 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 5 CÁC NGUỒN NGUYÊN LIỆU CHO NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 8 NGUYÊN. đều xuất phát từ năng lượng mặt trời, sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng này – năng lượng vô hạn – thì được xem là nguồn năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh. Năng lượng sinh học chiếm ở nhánh