Lợi ích và rủi ro của sản xuất và sử dụng năng lượng sinh học

Năng lượng sinh học: loại năng lượng có thể tái tạo; được sản xuất từ nguồn sinh khối (biomass) dưới dạng nhiên liệu lỏng, khí, rắn; nhiệt lượng; điện năng; và những vật dụng khác. Có tiềm năng lớn và có sẵn trong tự nhiên. Được coi là một nguồn năng lượng sạch

Báo cáo Lợi ích và rủi ro của sản xuất và sử dụng

năng lượng sinh học

Nhóm 12 Nguyễn Thị Hường Trần Thị Sắc

Phạm Thị Minh Vân

Nội dung

1 Tổng quan về năng lượng sinh học.

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng sinh học.

2.1 Trên thế giới.

2.2 Ở Việt Nam.

3 Tiềm năng sử dụng năng lượng sinh học.

4 Lợi ích của sản xuất và sử dụng.

5 Hạn chế và những rủi ro.

6 Tài liệu tham khảo

1 Tổng quan về năng lượng sinh học

• Năng lượng sinh học: loại năng lượng có thể tái tạo ; được sản xuất

từ nguồn sinh khối ( biomass ) dưới dạng nhiên liệu lỏng, khí, rắn; nhiệt lượng; điện năng; và những vật dụng khác

• Có tiềm năng lớn và có sẵn trong tự nhiên

• Được coi là một nguồn năng lượng sạch

Các nguồn sinh khối

1 Tổng quan về năng lượng sinh học

• Thường được sản xuất từ:

 Sản phẩm nông nghiệp: hạt, củ, dầu, mỡ động vật

 Các chất thải dư thừa khi chế biến nông - lâm sản, gỗ củi, rác thải, phân gia súc, bã phế thải hữu cơ công nghiệp

 Các loại bèo, rong rêu

 Về mặt nhiệt lượng: 1,5 lít ethanol có thể thay cho 1 lít xăng.

 Trên thị trường ta thường gặp các loại xăng sinh học như E5, E10, E20, E95… tức là xăng sinh học chứa 5%, 10%, 20%, 95% ethanol

 E5, E10 phù hợp với động cơ đốt trong đang sử dụng E15, E20 chỉ cần thêm

bộ điều chỉnh đơn giản cho động cơ Các động cơ đặc biệt có thể dụng tỷ lệ cồn cao hơn.

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1 Trên thế giới

Quá trình sản xuất ethanol làm NLSH:

3 Làm khô: Sản xuất ethanol tuyệt đối bằng cách dùng sàng phân tử ZEOCHEM Z3-03; thêm chất hydrocarbon benzene hoặc dùng chất calcium oxide như là chất làm khô để khử nước trong rượu

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1.Trên Thế giới

 Ethanol

America 16,969 20,275 24,456 24,275 25,964 21,637 21,335Asia /

Pacific 1,940 2,142 2,753 2,927 3,115 3,520 3,965World 39,252 49,625 66,075 73,088 85,047 84,501 85,088

Source:

F.O.Licht

Lượng ethnol sản xuất trên thế giới theo các năm

 Diesel sinh học :

 Tính chất tương đương nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải sản xuất

từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật

 Nguyên liệu chính sản xuất: hạt đậu tương, hạt dầu mè, dầu dừa, dầu cọ,

củ cải đường, mía và một số loại mỡ động vật: cá tra, cá basa,

 Thường được trộn lẫn với xăng theo tỉ lệ khoảng 20-25% gọi là B20 Hiện nay ở Mỹ đã sử dụng B20 cho các ô tô.

 Ở dạng thuần khiết, cũng được sử dụng làm nhiên liệu cho các động cơ diesel

 Gần như không có chứa lưu huỳnh nên hạn chế sự hình thải của khí thải độc hại

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1 Trên thế giới

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1 Trên thế giới

Một số hình ảnh Biodiesel

 Sản xuất Diesel sinh học từ cây dầu mè (Jatropha, cọc rào):

• Cây chịu được khô hạn cao: thậm chí sống được ở hoang mạc.

• Thích ứng được với nhiều loại đất khác nhau, ngay cả đất xấu: đất cát, đất sỏi, đất nhiễm mặn.

• Thời gian sinh trưởng nhanh, ít sâu bệnh, sau 5 năm có thể cho năng suất cao ( ≈ 12 tấn quả/ha), sống tới 50 - 60 năm.

• Vỏ quả, thân lá có thể sử dụng để sản xuất biogas, phân hữu cơ cho gia súc, tôm, cá

• Cây còn tác dụng làm thuốc: rễ trị tiêu viêm, cầm máu, trị ngứa, làm lành vết thương; nước sắc từ lá chữa trị phong thấp, đau răng.

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1.Trên Thế giới

 Diesel

• Hạt có tỷ lệ dầu 30%, nếu năng

suất 8-10 tấn hạt/ha/năm thì có

thể sản xuất được 3 tấn diesel

• Dầu diesle này có chất lượng cao,

có thể sử dụng trực tiếp cho các

động cơ diesel tiêu chuẩn

• Về mặt kinh tế, 1 ha trồng cây,

giả thiết đạt 10 tấn hạt/ha/năm

sẽ thu được: 3 tấn dầu diesel sinh

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1.Trên Thế giới

 Diesel

 Sản xuất diesel sinh học từ cây cải dầu:

• Cây chứa lượng dầu khá cao: 40 - 50 %.

• Quy trình sản xuất cây cải dầu được xem là

không có chất thải vì sản phẩm phụ trực

tiếp được sử dụng:

 Bã cây cải dầu được làm thức ăn cho gia súc.

 Glyxerin có thể được tiếp tục dùng trong

công nghiệp hóa chất, mỹ phẩm.

2.1.Trên Thế giới

 Diesel

 Diesel từ mỡ cá tra, cá basa:

Ở Việt Nam, ông Hồ Xuân Thiên, Công ty Agifish (An Giang), đã nghiên

cứu sản xuất thành công dầu biodiesel từ mỡ cá tra, cá basa; giá thành chỉ

6.500đồng/lít.

Một cánh đồng cải dầu ở Đức

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1 Trên thế giới

 Buthanol sinh học:

 Chủ yếu được sản xuất từ sinh khối thực vật: gỗ, rơm rạ, xơ bắp, vỏ trấu

 Có nhiều ưu điểm hơn ethanol sinh học:

• Dễ tan lẫn vào xăng, máy móc ít nguy cơ bị ăn mòn do tính không háo nước; khả năng hòa tan vào nước khó nhỏ nên dễ chưng cất đạt độ tinh khiết tuyệt đối

• Mật độ năng lượng cao hơn ethanol sinh học 25%, gần bằng mật độ năng lượng của xăng chế từ dầu mỏ

• Có áp suất hơi thấp hơn nhiều so với xăng và ethanol sinh học nên ít bị hao hụt do bay hơi trong quá trình vận chuyển và an toàn khi sử dụng

 Tuy nhiên, giá thành sản xuất còn cao

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1 Trên thế giới

 Các nước sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học:

• Brasil là nước sử dụng rộng rãi nhiên liệu sinh học từ các cây trồng nông nghiệp với hơn 60000 trang trại trồng mía Trên 300 nhà máy sản xuất đường, cồn

• Năm 2004, Trung Quốc vận hành nhà máy sản xuất cồn sinh học lớn nhất thế giới với công suất 600.000 tấn/năm từ chỗ chỉ có 5 thành phố sử dụng E10 (2002) đến 27 thành phố sử dụng xăng này (năm 2007)

• Trong năm 2007, 5 nước đứng đầu sản xuất ethanol trên thế giới là Mỹ (26,5 tỷ lít), Brazil (19 tỷ lít), Trung Quốc (1,84 tỷ lít), Canada (1 tỷ lít) và Ấn

 Khí sinh học (biogas)

• Quá trình sản xuất biogas: tiến

hành gây lên men sinh học các chất

hữu cơ như: chất thải nông nghiệp,

phân gia súc, gia cầm, các chất thải

công nghiệp… phân hủy trong môi

trường yếm khí để sinh ra khí mêtan

(CH4), cacbon điôxít (CO2) và khí

• Hiện nay, xu hướng ở các nước công nghiệp phát triển phần lớn các cơ sở sản xuất biogas triển khai trên quy mô công nghiệp với nguồn chính là chất thải từ thành phố cũng như các phụ phẩm.

• Theo các nhà khoa học thì nhiệt trị của Biogas từ 4500 - 6300kCal/m3, suy

ra 1m3 Biogas có giá trị năng lượng tương đương 0.6lít dầu hỏa; 1,4kg than(1,2kWh điện năng) thắp sáng bóng đèn 60W trong 6 giờ

• Biogas dùng để đun nấu, phát điện, thắp sáng ở quy mô nhỏ hộ gia đình

• Ở quy mô lớn, đang được nghiên cứu sử dụng trong sản xuất năng lượng điện sinh học của các quốc gia trên thế giới

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1 Trên thế giới

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1 Trên thế giới

 Sản xuất điện từ năng lượng sinh học:

• Mỹ là nước sản xuất điện biomass lớn nhất thế giới (hơn 350 nhà máy điện sinh học, sản xuất trên 7.500MW điện mỗi năm) Những nhà máy này

sử dụng chất thải từ nhà máy: giấy, cưa; sản phẩm phụ nông nghiệp…

• Ở Trung Quốc, 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

• Sản xuất điện từ biogas sinh khối hiện rất phát triển với số lượng nhà máy

đã đạt khoảng 4600 nhà máy với tổng công suất 1700MW (năm 2009), dự kiến sẽ tăng lên 5400 nhà máy (năm 2015)

• Nghiên cứu và sử dụng Hệ thống đốt rơm rạ: quá trình đốt cháy trong nồi hơi tạo ra hơi nước ở áp suất 112 bar, 540°C -> hơi nước từ lò qua tua bin

để tạo ra điện và nhiệt.(Đức đang nghiên cứu và phát triển hệ thống này)

• Nghiên cứu sản xuất điện từ chất thải, nước thải:

 Chế tạo “bộ pin” đặc biệt hoạt động nhờ vi khuẩn và sản sinh ra điện khi chúng tiêu hóa vật liệu sinh học (ĐH Stanford – Mỹ)

 Bồn vệ sinh có khả năng tạo điện từ chất thải (ĐH công nghệ Nanyang- Singapore)

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.1 Trên thế giới

…Sản xuất điện từ NLSH

2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng NLSH

2.2 Ở Việt Nam:

 Thường tập trung vào việc sản xuất cồn từ các sản phẩm giàu tinh bột và đường: sắn, mía, Đặc biệt là các quy trình công nghệ nhằm nâng cao tỷ lệ của ethanol trong sản xuất cồn.

 Các nghiên cứu của Vũ Đào Thắng( ĐHBKHN) về chưng cất trích ly để sản xuất cồn tuyệt đối và cồn làm khô nguyên liệu.

 Nghiên cứu các giống vi sinh vật xử lý chất thải hữu cơ chứa lignocellulose (Nguyễn Đình Lượng ).

 Lên men cồn từ tinh bột sắn sống (Dương Văn Hợp).

 Sản xuất cồn từ rỉ đường (Nguyễn Công Hào)

 Thử nghiệm chiết xuất dầu diesel sinh học từ cây dầu mè, sản xuất diesel từ thực vật,…

 Thử nghiệm chiết xuất dầu diesel sinh học từ cây dầu mè, sản xuất diesel

3 Tiềm năng sử dụng năng lượng sinh học

• Tiềm năng cho sản xuất nhiên liệu từ các loại hạt cây dầu khá cao

Hàm lượng dầu có trong một số loại hạt và cây trồng

3 Tiềm năng sử dụng năng lượng sinh học

 Ở Việt Nam:

• Sinh khối phát triển nhanh

• Có nguồn phụ phẩm nông nghiệp phong phú và ngày càng tăng trưởng cùng với việc phát triển nông - lâm nghiệp

 Theo FAO, nếu tính tỷ lệ thóc/rơm rạ là 1:1 thì mỗi năm nước ta có ≈

36 triệu tấn rơm rạ; ≈3,5 triệu tấn trấu; ≈ 2,6 triệu tấn bã mía; 3,4 triệu tấn thân ngô

 Ước tính sơ bộ, ≈ 45 triệu tấn sản phẩm phụ nông nghiệp hàng năm

• Nếu chỉ tính riêng từ phụ phẩm nông nghiệp và chất thải chăn nuôi thì hàng năm nước ta có thể sản xuất 4.844 triệu m3 khí sinh học

…3 Tiềm năng sử dụng năng lượng sinh học

Nguồn nguyên liệu Tiềm năng

(triệu m 3 ) Dầu tương đương (triệu tấn) Tỷ lệ (%) Phụ phẩm cây trồng 1788,973 0,894 36,7

4 Lợi ích của sản xuất và sử dụng

4.1 An ninh năng lượng:

• Phát triển năng lượng sinh học trên cơ sở tận dụng các nguồn nhiên liệu sinh khối, phụ phẩm nông nghiệp sẽ là một đảm bảo an ninh năng lượng cho các quốc gia

• Giảm thiểu việc sử dụng nhiều năng lượng hóa thạch

• Kiềm chế việc phụ thuộc vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt

• Kiềm chế sự gia tăng giá dầu, ổn định tình hình năng lượng thế giới

4.2 Kinh tế - xã hội

 Tạo thị trường mới cho cây trồng sinh học truyền thống

 Đa dạng hóa thu nhập nông thôn bằng cách phát triển các loại cây trồng mới cho thị trường sinh khối

 Giảm thiểu chi phí đất thanh toán bù trừ cho các mục đích phát triển hoặc tái trồng rừng

 Thúc đẩy kinh tế nông nghiệp, tạo việc làm cho người dân

 Ngành công nghiệp mía - đường - cồn ở Brazil có doanh thu hàng năm 8,3 tỷ USD, giải quyết việc làm trên 1 triệu lao động.

 Tính đến năm 2010, ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu ethanol đã

hỗ trợ gần 1,4 triệu việc làm và đóng góp 277,3 tỉ USD cho nền kinh tế toàn cầu.

4 Lợi ích của sản xuất và sử dụng

 Tiết kiệm chi phí xử lý chất thải:

 Trong quá trình sản xuất còn tận dụng nhiều chất thải phụ, phế phẩm

từ ngành nông nghiệp và các ngành khác (rơm rạ, vỏ trấu, chất thải từ nhà máy giấy, rác sinh hoạt, )

 Các bã nhiên liệu sinh học có thể làm thức ăn cho gia súc, phân bón

4.2 Kinh tế - xã hội

 Giá thành tùy vào từng kiểu loại hầm, dung tích: từ 2-13 triệu VNĐ.

Xây bể hầm biogas Thu hồi khí biogas để chạy máy

4.2 Kinh tế - xã

hội

 Bếp đốt trấu hóa khí.

• Sử dụng nguyên liệu : Vỏ trấu, dăm bào, củi vụn, cành cây, lá cây, bã mía, củi vụn, vỏ cafe

• Dùng trong nấu ăn gia đình, nấu rượu, nấu công nghiệp

• Sử dụng dễ dàng, gọn gàng, thân thiện môi trường

• Có nhiều loại sản phẩm kích thước và giá thành khác nhau Dao động

200-350 nghìnVNĐ

4.2 Kinh tế - xã hội

4.3 Lợi ích môi trường

 Tạo ra một nguồn năng lượng sạch và hiệu quả

4 Lợi ích của sản xuất và sử dụng

 Nguồn biochar từ chất thải nông nghiệp được coi như một nguồn phân bón trong cải tạo và bảo vệ đất

 Vai trò quan trọng nhất là cô lập CO2, tăng khả năng trao đổi định mức

CO2 ( xấp xỉ 20% tổng lượng C từ thực vật)

 Giúp cải thiện những vùng đất nghèo chất dinh dưỡng, cải thiện tính chất

lý hóa của đất, giữ nước rất tốt từ đó có khả năng tích lũy 1-2 mm nước, gia tăng pH và các chất dinh dưỡng

 Giúp tăng khả năng cố định của vi khuẩn cố định đạm, duy trì và phát triển thảm thực vật, cải thiện và nâng cao chất lượng đất nông nghiệp bị

sa mạc hóa và nghèo chất dinh dưỡng

5 Hạn chế và những rủi ro.

5.1 Về kinh tế - xã hội:

 Chi phí đầu tư tốn kém, phụ thuộc vào trình độ phát triển khoa học công nghệ, các

• Nhiều công nghệ để sản xuất NLSH còn đắt hơn công nghệ truyền thống sử dụng nhiên liệu hoá thạch nên việc đưa công nghệ mới vào còn gặp trở ngại lớn

• Tiền đầu tư để nghiên cứu các công nghệ sản xuất điện từ chất thải cũng cần một khoản lớn.

• Ở quy mô lớn ( đốt và chuyển thành điện), chi phí ban đầu tốn kém Khó đủ nguồn cung cấp và khó tận thu được nguồn nguyên liệu, chi phí vận chuyển tăng

• Việt Nam còn là một nước nghèo nên thiếu kinh phí đầu tư phát triển công nghệ mới là một rào cản rất lớn.

5 Hạn chế và những rủi ro 5.1 Về kinh tế - xã hội

 Việc vận chuyển khai thác, công nghệ khó khăn:

• Nguồn cung cấp thiếu tập trung, không ổn định dẫn đến việc vận chuyển khai thác, nghiên cứu đưa vào ứng dụng quy mô lớn khó khăn

 Một số vấn đề trong kỹ thuật khi sử dụng:

• Dùng diesel sinh học cho xe cơ giới không phù hợp có nguy cơ gây hỏng hóc, phá hủy các ống dẫn nhiên liệu, các vòng đệm cao su, động cơ bị hao mòn nhiều hơn

• Sử dụng diesel sinh học nhiều năm có thể dẫn đến hư hỏng bơm phun nhiên liệu, đặc biệt là những động cơ có bộ phận bơm phun nhiên liệu trực tiếp

 Hiệp hội ôtô và du lịch Mỹ (AAA) đã yêu cầu chính phủ Mỹ ngăn cấm việc bán xăng E15 (xăng chứa 15% cồn) Họ lo sợ những hỏng hóc chưa được biết tới khi xe ôtô

sử dụng nhiên liệu này.

 Thời điểm năm 2008, khi xăng E5 được bán thí điểm ở Hà Nội, Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam - VAMA đã bày tỏ lo ngại về chất lượng dẫn đến quyết định tạm dừng bán nhiên liệu này một thời gian ngắn sau đó.

5 Hạn chế và những rủi ro 5.1 Về kinh tế - xã hội

 Vấn đề lương thực, gia tăng đói nghèo, bệnh tật, bất bình đẳng và bất công bằng xã hội.

• Phát triển trồng cây sinh học dẫn đến chuyển đổi trồng các cây nông nghiệp sang cây sinh học Cạnh tranh việc sản xuất các nguyên liệu khác, nguy cơ thiếu lương thực toàn cầu và làm giá lương thực tăng

• Các sản phẩm nông sản hay phế li u nông sản có thể dùng cho mục đích ệkhác: một nguồn lớn rơm rạ làm thức ăn cho trâu bò Gây thiếu hụt nguồn lương thực cho hoạt động sản xuất chăn nuôi

 Báo cáo của Ngân hàng thế giới cho thấy do sản xuất nhiên liệu đã đẩy giá lương thực, thực phẩm tăng đến 75%

 Khoảng 10% lượng đường thế giới được chuyển thành ethanol khiến giá đường tăng gấp đôi; giá dầu cọ tăng 15% so với năm trước và dự kiến tăng hơn 25% những năm tiếp theo

 Theo dự báo của IFPRI: giá ngô sẽ tăng 20% vào trước năm 2010, các loại hạt đậu tăng 26% vào năm 2010 và lua mỳ là 11%

• Bản thân người trồng cây NLSH cũng bị tác động bởi giá lương thực cũng như các nhu yếu phẩm khác

5 Hạn chế và những rủi ro 5.1 Về kinh tế - xã hội

• Người sử dụng các công nghệ mới gặp rất nhiều khó khăn trong việc mua sắm trang thiết bị, tìm kiếm dịch vụ hỗ trợ

 Dự án Khí sinh học xây dựng 18.000 công trình nhưng không có màng lưới cung cấp các dụng cụ sử dụng khí như bếp, đèn

• Nhiều người dân không có kỹ thuật canh tác trồng cây trên diện tích lớn nên phải bán đất cho các công ty sẩn xuất NLSH Gia tăng tình trạng thất nghiệp trong một số bộ phận nông dân => Gia tăng số người nghèo trên thế giới

• Tạo ra những rào cản và thách thức đối với vấn đề xuất khẩu nguyên liệu thô từ các nước nghèo sang nước giàu và chấp nhận phân bón từ nước giàu sang nước nghèo

• Tác động đến kinh tế và tài nguyên của các nước nghèo, đi ngược với chiến lược phát triển bền vững