bài giảng công nghệ xanh

Hay hóa học bền vững là khái niệm chỉ ngành khoa học khuyến khích việc thiết kế, phát triển và ứng dụng các sản phẩm hóa chất cũng như quá trình sản xuất, tổng hợp hóa chất nhằm giảm th

LOGO CÔNG NGHỆ XANH

Biến đổi khí hậu

2

Ô nhiễm môi trường

3

Xu hướng phát triển hiện nay trên thế giới:

- Phát triển bền vững: đáp ứng nhu cầu hiện tại mà không ảnh

hưởng đến nhu cầu của thế hệ sau

- Giảm thiểu chất thải và chất ô nhiễm môi trường bằng cách thay

đổi mô hình sản xuất và tiêu dùng

- Đổi mới, cải tiến công nghệ

Phát triển theo xu hướng đó, xuất hiện một khái niệm mới

4

Công nghệ xanh (công nghệ thân thiện với môi trường) là công nghệ giúp tiết kiệm nhiên liệu và ít gây tác hại đến môi trường nhất trong quá trình hoạt động, sản xuất

Năng lượng xanh

Hóa học xanh

Công trình xanh

Công nghệ thông tin xanh

Công nghệ nano xanh

Công nghệ xanh

5

I Hóa học xanh – Green Chemistry

- Lượng chất thải ít hơn

- Nguyên liệu và xúc tác ít hơn

Hay hóa học bền vững là khái niệm chỉ ngành khoa học khuyến khích việc thiết kế, phát triển và ứng dụng các sản phẩm hóa chất cũng như quá trình sản xuất, tổng hợp hóa chất nhằm giảm thiểu hoặc loại trừ việc sử dụng các chất gây nguy hại tới sức khỏe và môi trường

I Hóa học xanh – Green Chemistry

8

Hóa học xanh:

- Giảm chất thải ngay tại nguồn

- Sử dụng chất xúc tác thay cho thuốc thử

- Sử dụng các chất phản ứng không độc hại

- Sử dụng nguồn nguyên liệu có thể tái tạo được

- Sử dụng dung môi thân thiện với môi trường và có thể tái sử dụng được

Tại sao cần phải phát triển Hóa học xanh?

- Không thể phủ nhận hóa học là một phần nổi bật trong cuộc sống hằng ngày

 Sự phát triển của hóa học cũng mang theo nhiều vấn đề mới và các ảnh hưởng phụ có hại Do đó thúc đẩy nhu cầu về các sản phẩm hóa học “xanh hơn”

 Ví dụ nổi bật là thuốc trừ sâu DDT đã gây nên những tác hại nghiêm trọng

9

I Hóa học xanh – Green Chemistry

10

Mục tiêu của Hóa học xanh:

Năng lƣợng Chi phí

Rủi ro Mối nguy hiểm Nguyên liệu

Chất thải

11

Ngăn chặn sự hình thành của chất thải thì sẽ tốt hơn là xử lý hoặc làm sạch chất thải sau khi nó đã được hình thành

Chemical

Process

12

I Hóa học xanh – Green Chemistry

 Hạt nhân của hóa học xanh là 12 nguyên tắc hóa học xanh:

1. Ngăn ngừa phát sinh chất thải tốt hơn là làm sạch, xử lý hay tái

chế chất thải đó

2. Kinh tế hóa quy trình ngay ở mức nguyên tử: các phương pháp

tổng hợp hóa chất phải được thiết kế sao cho phần lớn các nguyên

tử của các chấ được tìm thấy trong sản phẩm cuối cùng

3. Phương pháp tổng hợp ít nguy hại: phương pháp tổng hợp được

thiết kế để tạo ra các sản phẩm có độc tính rất ít hoặc không độc với sức khỏe con người và môi trường

4 Hóa chất an toàn hơn: hóa chất đáp ứng nhu cầu sử dụng như có độc

tính rất ít

5 Dung môi và các chất phụ trợ an toàn hơn: cần lựa chọn kỹ càng để

tránh tác động bất lợi phát sinh

6 Thiết kế nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng: lý tưởng nhất là thực

hiện ở nhiệt độ và áp suất phòng

7 Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh: các vật liệu và chất phản ứng lấy

từ nguồn tái tạo, sử dụng nguồn năng lượng sinh khối

I Hóa học xanh – Green Chemistry

13

8 Giảm thiểu dẫn xuất: vi quá trình đó đòi hỏi phải bổ sung chất thử

và tăng chất thải

9 Xúc tác: nên sử dụng chất xúc thay vì tăng nồng độ chất phản

ứng để dịch chuyển cân bằng về phía tạo sản phẩm

10 Tính toán, thiết kế để sản phẩm có thể phân hủy sau sử dụng:

tránh tích tụ các chất hóa học thải ra môi trường

11 Phân tích thời gian thực của các chất ô nhiễm: xác định mục đích,

định lượng và kiểm soát lượng khí thải

12 Hóa học an toàn hơn để đề phòng các sự cố; lựa chọn hóa chất

cẩn thận để tránh tai nạn như cháy nỏ, lan rộng của hóa chất nguy hiểm

I Hóa học xanh – Green Chemistry

14

 Năng lượng

 Thay đổi toàn cầu

 Cạn kiệt nguồn tài nguyên

 Cung cấp sản phẩm tiêu dùng

 Độc tố trong môi trường

Hóa học xanh liên quan đến những vấn

đề chính:

17

Năng lượng

Hóa học xanh cần thiết để:

 Phát triển các giải pháp năng lượng thay thế: quang điện, hydro, pin nhiên liệu, nhiên liệu sinh học…

 Tiếp tục trên con đường nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, thông qua cải tiến chất xúc tác và công nghệ sử dụng

Thải CO2

ra môi trường GLOBAL WARMING

Thông qua hóa học xanh, nguyên liệu tái tạo có thể được áp dụng

dễ dàng mà không chịu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ và kinh tế

19

Cạn kiệt tài nguyên

Biomass

Nanoscience Solar

Carbondioxide

Waste utilization

20 Sản phẩm tiêu dùng

Sản xuất nhựa từ poly lactic acid

 Suy giảm lớp ozon

 Ô nhiễm từ quá trình khai thác mỏ, khoan

 Phát sinh nhiều chất thải nguy hại

Sản xuât năng lượng bằng con đường hóa học xanh có thể hạn

chế được phần nào những ảnh hưởng không tốt nói trên

22

Kết luận

Hóa học xanh KHÔNG phải là giải pháp cho tất cả các

vấn đề môi trường NHƯNG đây là phương pháp tiếp cận cơ

bản nhất để ngăn ngừa ô nhiễm

23

Lý do để phát triển năng lượng xanh:

- Tài nguyên thiên nhiên sử dụng trong quá trình sản xuất năng lượng đang dần cạn kiệt

- Sử dụng các nguồn năng lượng không tái tạo nên làm tăng chất ô nhiễm

II Năng lượng xanh – Green Energy

Năng lượng xanh là lĩnh vực nghiên cứu biện pháp sản xuất năng lượng theo hướng giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường

24

- Môi trường trong sạch hơn

- Sử dụng các nguồn tài nguyên vô hạn và giàu tiềm năng

II Năng lượng xanh – Green Energy

25

Một số nguồn năng lượng xanh đã được phát triển để thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch truyền thồng như năng lượng mặt trời, gió, địa nhiệt, thủy điện…

II Năng lượng xanh – Green Energy

26

II Năng lượng xanh – Green Energy

1 Năng lượng mặt trời

27

- Năng lượng mặt trời không sản xuất bất kỳ loại khí thải nào, phù hợp đối với các thiết bị cung cấp năng lượng di động và ở quy mô hộ gia đình: hệ thống cung cấp nước nóng, điều hòa nhiệt độ…

- Nhược điểm: khi sản xuất với quy mô lớn đòi hỏi diện tích lớn để lắp đặt các tấm pin và thiết bị lưu trữ năng lượng

- Gió được sử dụng để tạo ra năng lượng nhờ hệ thống tuabin kết hợp với thiết bị lưu trữ và hệ thống phân phối

- Trong một số trường hợp, sản xuất năng lượng gió được ưu tiên hơn so với năng lượng mặt trời vì yêu cầu diện tích đất nhỏ hơn

- Hệ thống quạt gió lắp đặt ngoài biển có chi phí lắp đặt và chi phí vận hành cao hơn, nhưng cho hiệu quả khai thác lớn

- Nhược điểm: kích thước tuabin khá lớn nên ảnh hưởng đến cảnh quan

II Năng lượng xanh – Green Energy

2 Năng lượng gió

28

Hệ thống quạt gió

II Năng lượng xanh – Green Energy

2 Năng lượng gió

29

- Công nghệ này sử dụng chuyển động của nước để quay các tuabin của máy phát điện

- Ít phát thải chất gây ô nhiễm, được sử dụng phổ biến hơn so với các nguồn năng lượng xanh khác

- Ngoài vấn đề cung cấp năng lượng, các hồ thủy điện còn có vai trò trong sản xuất nông nghiệp

- Nhược điểm: ảnh hưởng đến chế độ chảy của các dòng sông, giảm số lượng của một số sinh vật, ảnh hưởng sinh hoạt của người dân trong khu vực xây hồ thủy điện

II Năng lượng xanh – Green Energy

3 Thủy điện

30

II Năng lượng xanh – Green Energy

3 Thủy điện

31

 Năng lượng địa nhiệt được tận dụng từ bên dưới bề mặt trái đất, sản xuất một lượng nhỏ chất thải so với nhiên liệu hóa thạch

 Mặc dù tiềm năng còn rất lớn nhưng năng lượng địa nhiệt vẫn chưa được khai thác nhiều

 Các nhà máy được lắp đặt tại nơi tiếp giáp của các mảng kiến tạo

để có thể thu năng lượng dễ dàng hơn

 Nhược điểm: yêu cầu cao về kỹ thuật và chi phí

II Năng lượng xanh – Green Energy

4 Năng lượng địa nhiệt

32

33

II Năng lượng xanh – Green Energy

4 Năng lượng địa nhiệt

34

- Một số loại năng lượng hạt nhân được xếp vào loại năng lượng xanh vì chúng phát sinh rất ít chất thải Một lò phản ứng hạt nhân

có thể đốt cháy chất thải hạt nhân của chính mình để sản xuất

năng lượng, dựa trên một quá trình được gọi là chuyển hóa hạt nhân

- Khả năng cung cấp năng lượng rất lớn và số lượng các sự cố hạt nhân rất ít nhưng con người vẫn còn lo sợ trước những nguy cơ

mà năng lượng hạt nhân mang đến: tai nạn tại nhà máy điện

Fukushima - Nhật Bản, nhà máy Chernobyl – Ukraine …

II Năng lượng xanh – Green Energy

5 Năng lượng hạt nhân

35

II Năng lượng xanh – Green Energy

5 Năng lượng hạt nhân

36

- Bên cạnh việc phát triển các nguồn năng lượng mới thì mục tiêu của

chương trình năng lượng xanh là phát triển các công nghệ sử dụng nhiên liệu hóa thạch để nó trở nên thân thiện với môi trường hơn

- Công nghệ than sạch: chuyển đổi than thành khí, sau đó đốt khí để thu năng lượng Công nghệ này cho phép giảm phát thải khí hơn so với đốt than

Nhược điểm:

- Chi phí xử lý môi trường vẫn còn quá cao

- Than đá vẫn là nhiên liệu không thể tái tạo được

II Năng lượng xanh – Green Energy

6 Nhiên liệu hóa thạch sạch hơn

37

Biogasoline Biogas

Biodiesel

II Năng lượng xanh – Green Energy

7 Nhiên liệu sinh học

38

II Năng lượng xanh – Green Energy

7 Nhiên liệu sinh học

biến (methanol, ethanol)

- Một số nguyên liệu để sản xuất biodiesel: mỡ cá, hướng dương, cải dầu,

cọ, dầu mè, tảo…

- Nhược điểm:

 Có thể gây ăn mòn chi tiết động cơ

 Tạo cặn trong bình nhiên liệu do đặc tính dễ bị oxy hóa

 Cần quy hoạch vùng nguyên liệu nếu sản xuất quy mô lớn … 39

 Có thành phần chính là CH 4 (50-60%) và CO 2 (>30%) còn lại là các chất khác như hơi nước, N 2 , O 2 , H 2 S, CO …

 Các chất hữu cơ được phân hủy trong môi trường yếm khí, xúc tác ở nhiệt độ từ 20 - 40ºC, nhiệt trị thấp của

CH 4 là 37,71.10 3 KJ/m 3 , do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí

 Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí từ sản phẩm dầu mỏ

II Năng lượng xanh – Green Energy

7 Nhiên liệu sinh học

Biogas

40

 Là loại nhiên liệu lỏng, sử dụng ethanol làm phụ gia

 Phụ thuộc và lượng ethanol sử dụng mà có nhiều loại xăng sinh học: E5, E10, E85…

 Ethanol được sản xuất từ quá trình thủy phân và lên men các sản phẩm hữu cơ: cellulose, lignocellulose, tinh bột

 Nguyên liệu phổ biến để sản xuất ethanol: sắn, mật mía, ngô…

 Nhược điểm:

- Ảnh hưởng đến một số chi tiết kim loại, cao su, polymer của động

cơ khi dùng xăng có hàm lượng ethanol lớn hơn 5%

- Xem xét giữa vấn đề an ninh năng lượng và an ninh lương thực

- Giá thành cao

II Năng lượng xanh – Green Energy

7 Nhiên liệu sinh học

Biogasoline

41

Đồng thời giải quyết 2 vấn đề:

- Giảm đáng kể chất thải gây ô nhiễm môi trường

- Sản xuất nhiên liệu đáp ứng tiêu chuẩn

Khó khăn: lựa chọn công nghệ thích hợp để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và kinh tế

Nguyên liệu: rác thải, lốp xe, dầu ăn phế thải…

Sản phẩm nhiên liệu tái chế:

- Dầu FO-R

- Dầu diesel sinh học

II Năng lượng xanh – Green Energy

8 Nhiên liệu tái chế

42

Là lĩnh vực nghiên cứu để giảm sự ảnh hưởng của các công trình xây dựng đối với môi trường và sức khỏe con người, bằng cách:

 Tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và các nguồn tài nguyên khác

 Cải thiện môi trường làm việc cả trong và ngoài trời

 Giảm chất thải và chất ô nhiễm phát thải vào môi trường

 Sử dụng các thiết bị tiết kiệm điện

 Lựa chọn vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường

III Công trình xanh – Green Building

44

Quy tắc đánh giá công trình xanh tại Thái Lan:

1 Vị trí xây dựng: không ảnh hưởng đến hệ sinh thái và khuyến

khích sử dụng phương tiện công cộng

2 Hiệu quả sử dụng năng lượng: liên quan đến hiệu quả sử dụng

năng lượng cao và ưu tiên sử dụng năng lượng tái tạo, không sử dụng CFC trong chu trình lạnh

3 Hiệu quả sử dụng nước: xem xét việc sử dụng nước thấp hơn so

với tiêu chuẩn

4 Vật liệu xây dựng: lựa chọn vật liệu thân thiện với môi trường,

có thể tái tạo được và có sẵn tại địa phương để giảm tiêu thụ năng lượng cho quá trình vận chuyển

III Công trình xanh – Green Building

45

5 Môi trường bên trong công trình xây dựng: liên quan đến chất

lượng không khí, không có khí gas, mùi, bụi, lựa chọn vật liệu trang trí/nội thất không phát sinh chất dễ bay hơi, có nhiệt độ,

độ ẩm thích hợp

6 Cải tiến/Đổi mới: áp dụng các sản phẩm xây dựng mới hoặc

hệ thống kỹ thuật xây dựng hiện đại

III Công trình xanh – Green Building

46

III Công trình xanh – Green Building

47

Là lĩnh vực sử dụng tối ưu CNTT để quản lý sự bền vững của môi trường, hoạt động của sản xuất doanh nghiệp và chuỗi cung ứng các sản phẩm, dịch vụ và nguồn tài nguyên trong suốt vòng đời của chúng

IV.Công nghệ thông tin xanh – Green IT

49

Lý do để phát triển công nghệ thông tin xanh:

- Tăng hiệu quả sử dụng năng lượng để giảm chi phí hoạt động

- Phù hợp với các cơ quan quản lý và giảm phát thải carbon

- Nâng cao hiệu quả sử dụng của tài nguyên máy tính để giảm ảnh hưởng của việc sử dụng CNTT đến môi trường

IV.Công nghệ thông tin xanh – Green IT

50

- Giảm đáng kể chi phí hoạt động

- Để lại ấn tượng tốt với khách hàng và các bên liên quan

IV.Công nghệ thông tin xanh – Green IT

51

- Vỏ nhựa: Min 10% tái chế

- 95% linh kiện dễ dàng tái chế

- Tiết kiệm 15% năng lượng

Điện thoại lắp ghép, có thể thay thế linh kiện dễ dàng, giảm đáng kể lượng rác thải điện tử

52

Công nghệ nano xanh có 2 mục tiêu:

 Sản xuất vật liệu nano và các sản phẩm khác mà không gây nguy hại đến môi trường và sức khỏe con người

 Sản xuất các sản phẩm nano góp phần giải quyết các vấn đề môi trường

V.Công nghệ nano xanh

Green Nanotechnology

Công nghệ nano xanh là nghiên cứu về công nghệ nano như thế nào để

có lợi cho môi trường

54

Một số ứng dụng của công nghệ nano xanh:

 Màng nano có thể giúp tách riêng sản phẩm phản ứng ra khỏi các chất thải

 Chất xúc tác kích thước nano giúp phản ứng hóa học diễn ra hiệu quả hơn, ít lãng phí hơn

 Vật liệu nano hoặc sản phẩm từ công nghệ nano giúp làm sạch các khu vực có rác thải nguy hại, khử muối trong nước, xử lý chất gây ô nhiễm, phát hiện và giám sát ô nhiễm môi trường

 Chất phủ bề mặt nano có khả năng tự làm sạch có thể làm giảm hoặc loại bỏ các chất làm sạch truyền thống

V.Công nghệ nano xanh

Green Nanotechnology

55

Sản phẩm từ công nghệ nano

1 Nano TiO 2

 Nano TiO 2 kháng khuẩn bằng cơ chế phân huỷ, tác động vào vi sinh vật

 Nano TiO 2 hoạt động theo cơ chế xúc tác nên không bị tiêu hao

 Nano TiO 2 không độc hại, sản phẩm của sự phân huỷ chất này

Một số ứng dụng của TiO2

hại dễ dàng được nước mưa rửa sạch

vật liệu

57

• Pin mặt trời quang điện hoá (PQĐH)

Là một loại dụng cụ điện tử có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện Các hạt nano tinh thể TiO2 được sử dụng để chế tạo màng điện cực phát Cấu trúc xốp và thời gian sống của hạt tải cao tạo

ra ưu điểm nổi bật của nano TiO2 trong việc chế tạo PQĐH Cấu tạo của PQĐH đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp, dễ phổ cập rộng rãi

58

Sản phẩm từ công nghệ nano

2. Nano Bạc

Nhờ tính chất kháng khuẩn, Nano bạc được ứng dụng:

- Thiết bị gia dụng: điều hòa nhiệt độ, máy giặt

- Dụng cụ đựng thực phẩm: bình sữa trẻ em, máy khử độc hoa quả…

- Chế phẩm xử lý nước nuôi trồng thủy sản

- Y tế: hạt nano bạc tiêu diệt tất cả các bệnh nhiễm nấm, vi khuẩn và

vi rút

V.Công nghệ nano xanh

Green Nanotechnology

59