Tiểu luận: Ứng dụng của vi sinh vật trong sản xuất xăng sinh học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT TRONG SẢN XUẤT XĂNG SINH HỌC VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí Mở đầu Theo thống kê Vụ Môi trường - Bộ GTVT, nay, đô thị Việt Nam, phương tiện lại chủ yếu mô tô, xe gắn máy Riêng TP.HCM, số hộ gia đình có xe gắn máy chiếm đến 98% Hà Nội số 87% tổng lưu lượng xe hoạt động nội thành Tính chung nước có khoảng 27 triệu xe gắn máy, triệu ô tô cá nhân Hai loại phương tiện nói trên, gồm nhiều chủng loại qua nhiều năm sử dụng nên có chất lượng kỹ thuật thấp, mức tiêu hao nhiên liệu cao nồng độ chất độc hại khí xả cao Khói thải từ phương tiện góp đến 70% ô nhiễm thành phố Khi mà Hà Nội, TPHCM nhiều đô thị ngập khói xăng thải từ hàng chục triệu ô tô, xe máy xăng sinh học xuất với ưu điểm, tiện ích vượt trội so với loại xăng thường Chính yếu tố tiện ích thu hút quan tâm người tiêu dùng toàn xã hội I Sơ lược vi sinh vật Khái niệm: - Vi sinh vật sinh vật đơn bào có kích thước nhỏ, không quan sát mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi Nó bao gồm virus, vi khuẩn, archaea, vi nấm, vi tảo, động vật nguyên sinh Hình 1: Một số vi sinh vật Đặc điểm chung: 2.1 Kích thước nhỏ bé - Các Vi sinh vật có kích thước bé, đo đơn vị nanomét (1nm = 10-9 m) vi rút micromet (1μm = 10-6 m) vi khuẩn, vi nấm - Kích thước bé diện tích bề mặt vi sinh vật đơn vị thể tích lớn 2.2 Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh - Tuy vi sinh vật có kích thước nhỏ bé chúng lại có lực hấp thu chuyển hoá vượt xa sinh vật khác Chẳng hạn vi khuẩn lắctic (Lactobacillus) VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí phân giải lượng đường lactose lớn 100 - 10 000 lần so với khối lượng chúng, tốc độ tổng hợp protein nấm men cao gấp 1000 lần so với đậu tương gấp 100 000 lần so với trâu bò Hình 2: Lactobacillus qua kính hiển vi điện tử 2.3 Khả sinh sản nhanh - So với sinh vật khác vi sinh vật có tốc độ sinh trưởng sinh sôi nảy nở lớn VD: Trong nồi lên men với điều kiện nuôi cấy thích hợp từ tế bào tạo sau 24 khoảng 100 000 000 - 000 000 000 tế bào - Đây đặc điểm quan trọng người lợi dụng để sản xuất nhiều sản phẩm hữu ích rượu, bia, tương chao, mỳ chính, chất kháng sinh 2.4 Năng lực thích ứng mạnh dễ phát sinh biến dị - Năng lực thích ứng vi sinh vật vượt xa so với động vật thực vật Trong trình tiến hoá lâu dài vi sinh vật tạo cho chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng với điều kiện sống bất lợi Người ta nhận thấy số lượng enzim thích ứng chiếm tới 10% lượng chứa protein tế bào vi sinh vật - Phần lớn vi sinh vật giữ nguyên sức sống nhiệt độ nitơ lỏng o (-196 C), chí nhiệt độ hydro lỏng (- 253oC) Một số vi sinh vật sinh trưởng nhiệt độ 250oC, lạnh đến 0-5oC, mặn với nồng độ 32% NaCl (muối ăn), đến nồng độ mật ong, pH thấp đến 0,5 (vi khuẩn Thiobacillus thioxydans) cao đến 10,7 (vi khuẩn Thiobacillus denitrificans), áp suất cao đến 1103 atm - Ở nơi sâu đại dương (11034 m) nơi có áp lực tới 1103,4 atm thấy có vi sinh vật sinh sống Nhiều vi sinh vật thích nghi với điều kiện sống hoàn toàn thiếu oxy (vi sinh vật kị khí bắt buộc - Obligate anaerobes) - Vi sinh vật đa số đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống dễ dàng phát sinh biến dị Tần số biến dị -5 -10 thường mức 10 -10 Chỉ sau thời gian ngắn tạo số lượng lớn cá thể biến dị hệ sau Những biến dị có ích đưa lại hiệu lớn sản xuất 2.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều - Vi sinh vật phân bố khắp nơi trái đất Chúng có mặt thể người, động vật, thực vật, đất, nước, không khí, đồ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước ngọt, nước ngầm nước biển VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí - Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc thực vòng tuần hoàn sinh - địa - hoá học (biogeochemical cycles) vòng tuần hoàn Cacbon, vòng tuần hoàn Nitơ, vòng tuần hoàn Photpho, vòng tuần hoàn Lưu huỳnh, - Trong đường ruột người thường có không 100 - 400 loài sinh vật khác nhau, chúng chiếm tới 1/3 khối lượng khô phân Chiếm số lượng cao đường ruột người vi khuẩn Bacteroides fragilis, chúng đạt tới số lượng 1010 - 1011/g phân (gấp 100 - 1000 lần số lượng vi khuẩn Escherichia coli) - Ở độ sâu 10.000 m Đông Thái Bình Dương, nơi hoàn toàn tối tăm, lạnh lẽo chí nơi có áp suất cao người ta phát thấy có khoảng triệu - 10 tỉ vi khuẩn/ml (chủ yếu vi khuẩn lưu huỳnh) - Hầu hợp chất cacbon (trừ kim cương, đá graphít ) mà không thức ăn nhóm vi sinh vật (kể dầu mỏ, khí thiên nhiên, formol ) Vi sinh vật có phong phú kiểu dinh dưỡng khác 2.6 Là sinh vật xuất trái đất - Trái đất hình thành cách 4,6 tỷ năm tìm thấy dấu vết sống từ cách 3,5 tỷ năm Đó vi sinh vật hoá thạch để lại vết tích tầng đá cổ Vi sinh vật hoá thạch cổ xưa phát dạng giống với Vi khuẩn lam ngày Chúng có dạng đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục mm với đường kính khoảng 1-2 mm có thành tế bào dày - Dựa vào đặc điểm cấu tạo tế bào, người ta chia làm nhóm lớn: + Nhóm chưa có cấu tạo tế bào bao gồm loại virus + Nhóm có cấu tạo tế bào chưa có cấu trúc nhân rõ ràng (cấu trúc nhân nguyên thủy) gọi nhóm Procaryotes, bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn tảo lam +Nhóm có cấu tạo tế bào, có cấu trúc nhân phức tạp gọi Eukaryotes bao gồm nấm men, nấm sợi (gọi chung vi nấm) số động vật nguyên sinh tảo đơn bào Vai trò vi sinh vật: - Trong tự nhiên: Tích cực: + Vi sinh vật mắt xích quan trọng chu trình chuyển hóa vật chất lượng tự nhiên + Tham gia vào việc gìn giữ tính bền vững hệ sinh thái bảo vệ môi trường Tiêu cực: + Gây bệnh cho người, động – thực vật + Là nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm - Trong nghiên cứu di truyền: Là đối tượng lí tưởng công nghệ di truyền, công nghệ sinh học… - Bảo vệ môi trường: Vi sinh vật tham gia tích cực vào trình phân giải phế thải nông nghiệp, phế thải công nghiệp, rác sinh hoạt … Tầm quan trọng: - Vi sinh vật sống đất nước tham gia tích cực vào trình phân giải xác hữu biến chúng thành CO2 hợp chất vô khác dùng làm thức ăn cho trồng Các vi sinh vật cố định nitơ thực việc biến khí nitơ (N2) không khí thành hợp chất nitơ (NH3, NH4+) cung cấp cho cối Vi sinh vật có khả VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí phân giải hợp chất khó tan chứa P, K, S tạo vòng tuần hoàn tự nhiên Vi sinh vật tham gia vào trình hình thành chất mùn - Vi sinh vật có vai trò quan trọng lượng (sinh khối hoá thạch dầu hoả, khí đốt, than đá) Trong nguồn lượng mà người hy vọng khai thác mạnh mẽ tương lai có lượng thu từ sinh khối Sinh khối khối lượng chất sống sinh vật - Vi sinh vật lực lượng sản xuất trực tiếp ngành công nghiệp lên men chúng sản sinh nhiều sản phẩm trao đổi chất khác (các loại axit, enzim, rượu, chất kháng sinh, axit amin, vitamin ) - Trong công nghiệp tuyển khoáng, nhiều chủng vi sinh vật sử dụng để hoà tan kim loại quý từ quặng nghèo từ bãi chứa xỉ quặng - Vi sinh vật có hại thường gây bệnh cho người, cho gia súc, gia cầm, tôm cá trồng Chúng làm hư hao biến chất lương thực, thực phẩm, vật liệu, hàng hoá Chúng sản sinh độc tố có độc tố nguy hiễm Chỉ riêng công virut HIV đủ gây 50 triệu người nhiễm HIV Cuối kỷ XX khoảng 30 triệu người nhiễm  Các loại vi sinh vật - Các VSV hiếu khí: Bacillus mycoides – loại trực khuẩn có kích thước lớn; Bacillus mensentericus Bacillus megatherium – có khả tạo protease mạnh, phân giải tạo nhiều H2S; Bacillus subtilis – có khả phân giải protein mạnh, phân bố rộng tự nhiên; Bacillus cereus – tạo bào tử, có khả phát triển nhiệt độ cao; Psedudomonas fluorescens – trực khuẩn tạo bào tử, có khả di động nhờ chùm tiêm mao, có khả tạo sắc tố màu lục… - Các VSV yếm khí: Clostridium putrifidicum – có khả tạo bào tử, bào tử bền nhiệt; Clostridium sporogenses – có khả chuyển động vào tạo bào tử… - Các VSV tùy nghi: Proteus vulgaris – loại trực khuẩn có kích thước nhỏ, chúng có tiêm mao nên có khả vận chuyển, có khả sinh tổng hợp proteas cao; Bacillus coli – khả tạo bào tử, phân giải protein nguyên thể mà có khả phân giải peptit ngắn sản phẩm trung gian trình phân giải protein… II Tổng quan xăng sinh học 1.Khái niệm lịch sử xăng sinh học Xăng sinh học - Nhiên liệu sinh học (Biofuel hay Agrofuel) loại chất đốt tái tạo sản xuất từ nguyên liệu động thực vật gọi sinh khối (biomass) Gọi “tái tạo” (renewable) chất đốt Carbon (C) nằm chu trình lục hoá (photosynthesis) ngắn hạn, đốt nhiên liệu sinh học phát thải khí CO2, thực vật canh tác hấp thụ lại CO2 đó, để tạo thành sinh khối chế biến nhiên liệu sinh học, lý thuyết coi không làm gia tăng CO2 khí Nhiên liệu sinh học thể rắn củi, than củi (than đá thuộc loại cổ sinh, không tái tạo); thể lỏng (như xăng-sinh học, diesel-sinh học); hay thể khí khí methane-sinh học (sản xuất từ lò ủ chất phế thải) Nhiên liệu thể lỏng ưa chuộng có độ tinh khiết cao, chứa nhiều lượng, dễ dàng chuyên chở, dễ tồn trữ bơm vào bình nhiên liệu xe Xăng sinh học đề cập gồm VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí xăng-ethanol (E) diesel-sinh học (ở Việt nam gọi B), tương ứng với xăng cổ sinh biến chế từ dầu mỏ xăng (gasoline) diesel - Khuynh hướng sản xuất xăng sinh học đà phát triển, nhiều lý do:  giá xăng cổ sinh ngày mắc;  trữ lượng dầu hoả mỏ dầu có giới hạn kiệt quệ tương lai (khoảng năm 2100);  nhiều quốc gia muốn tuỳ thuộc vào việc nhập cảng nhiên liệu cổ sinh quốc gia họ có khả sản xuất nhiên liệu thay thế,  bị áp lực trị phải giảm lượng khí CO2 sa thải để phù hợp với Thoả hiệp Kyoto (1997) quy định Nhưng sản xuất sử dụng xăng sinh học có phải biện pháp hữu hiệu để cứu vãn tai hoạ khí hậu toàn cầu không? Lịch sử - Nhiên liệu sinh học thể rắn (gỗ, củi, than củi, phế thải thực động vật, v.v.) loài người sử dụng từ khám phá lửa Khi phát minh động nước (steam engine) máy phát điện, nhiên liệu sinh học thể rắn (gỗ) sử dụng thời để phát triển kỹ nghệ kỷ 18 19, gây nhiều ô nhiễm Ở Việt Nam, xe lưả chạy việc đốt gỗ khoảng 1956 thay động diesel Ngày có khoảng tỷ dân đốt nhiên liệu sinh học thể rắn gỗ, củi, trấu, mạt cưa, rơm rạ, khô, v.v Mặc dầu chứa carbon tái tạo, cho nhiều khói, tro bụi, bù hóng nên làm ô nhiễm môi trường - Động nổ giới Nikolaus August Otto (người Đức) thiết kế sử dụng nhiên liệu sinh học thể lỏng rượu cồn – ethanol, Rudolf Diesel (người Đức) phát minh động Diesel thiết kế chạy dầu đậu phộng (groundnut oil), Henry Ford (Mỹ) thiết kế xe chạy dầu thực vật (từ 1903 đến 1926) chế biến từ dầu chứa hạt thân cần sa (hemp - Cannabis sativa) - Từ khám phá nhiên liệu cổ sinh (than đá, dầu hoả, khí đốt) ngành kỹ nghệ sử dụng nhiên liệu cổ sinh, có hiệu kinh tế Tuy nhiên có chiến tranh, bị địch phong toả khó chuyển vận dầu, hay giới có khủng hoảng trị, kinh tế, để không tuỳ thuộc vào dầu hoả nhập cảng (từ Trung Đông), khuynh huớng sử dụng xăng sinh học lại bộc phát thời kỳ Chẳng hạn, Đức Anh Quốc sản xuất xăng sinh học từ khoai tây lúa mì thời kỳ Đệ nhị Thế Chiến Khủng hoảng xăng dầu năm 1972 khối OPEC gây ra, làm số quốc gia có chủ trương tự túc nhiên liệu cách sản xuất xăng sinh học từ tiềm nông nghiệp đồ sộ Brazil tiêu biểu cho sách - Kể từ 2000, quốc gia giới thật tuân thủ Thoả hiệp Rio de Janeiro (1992), Kyoto (1997), tìm kỹ thuật hạn chế phát thải khí nhà kính (CO2, methane, N2O, v.v.) nhiên liệu cổ sinh, thay lượng xanh (green energy lượng mặt trời, gió, thuỷ điện, v.v.), nên nhiên liệu sinh học đà bộc phát Các loại xăng sinh học thông dụng Xăng-Ethanol (E) thông dụng giới dễ dàng biến chế từ đường (mía, củ cải đường, sorgho-đường) tinh bột ( ngũ cốc, khoai tây, khoai mì) - Ethanol (C2H5OH) 99.9% chạy động xe chạy xăng Khi cháy, phân tử ethanol sinh nhiệt lượng 1409 kJ Tuy nhiên, Ethanol chứa 33% VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí lượng xăng cổ sinh, nên cần nhiều ethanol để xe chạy đoạn đường Vì vậy, xe phải có bình chứa nhiên liệu lớn Thông thường, máy xe chạy hiệu nghiệm với E15 (xăng pha 15% ethanol) Xăng chứa ethanol chứa nhiều octane xăng thường nên động mau nóng hơn, máy mau hao mòn hơn, vòng đệm cao su Bất lợi Ethanol hút ẩm nên xăng-ethanol có chứa nhiều nước, làm máy khó “đề”, làm rỉ sét kim loại, hư mòn chất nhựa (plastic), nên đòi hỏi phải thay đổi vật liệu làm động cơ, phải bảo trì xe thường xuyên Bồn chứa ethanol phải làm từ kim loại đặc biệt, việc chuyên chở khó khăn xăng thường (bồn đặc biệt, đắt hơn, khoảng £120,000/xe bồn xăng Anh – USD 200,000), nên cuối tổn phí cao (tại Anh, tổn phí sản xuất khoảng 35 pence/lít – 60 cents/lít) Nói tóm lại, tính từ lúc canh tác cây, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, thu hoạch, lên men, chưng cất sử dụng, biến cải xe hơi, v.v chạy xe xăng-ethanol tốn chạy xăng thường - Ngày hiệu xe chạy xăng-ethanol E10 (xăng thường pha 10% ethanol), nhiên để bảo đảm máy móc, khuyến cáo nên dùng xăng-ethanol E5 (Xăng pha 5% ethanol) Một vài loại động xe cải biến sử dụng xăng-ethanol E85 Brazil Cách năm (2007), trạm bán xăng thuộc hệ thống siêu thị lớn Anh lầm lẫn bơm xăng-ethanol E85 vào trạm bán xăng thông thường, làm cháy hỏng máy ngàn xe phải bồi thường cho khách hàng - Xăng pha với ethanol thải khí nhà kính xăng thường Chẳng hạng E85 phát thải ppm khí NO2 xăng cổ sinh thải ppm Nguy bị ung thư hít phải khí thải xăng cổ sinh Butanol (C4H10O) cho nhiều lượng ethanol đổ thẳng vào bình xăng xe mà không cần biến chế thêm Chế biến từ dầu mỏ, hay từ lên men nguyên liệu sinh khối vi khuẩn Clostridium acetobutylicum Methanol (CH3OH), gọi methyl-alcohol điều chế từ khí methane (CH4) khí đốt mỏ dầu Methanol biến chế từ chất hữu động thực vật qua phương pháp đun bình kín (không có oxy nước) nhiệt độ cao (pyrolysis) Diesel sinh học: - Theo phòng thí nghiệm Năng Lượng Tái Tạo Hoa Kỳ (U.S National Renewable Energy), đốt diesel-sinh học thải 50% carbon monoxide (CO) 78% carbon dioxide (CO2) diesel Cũng sa thải Sulphur SO2 Diesel-sinh học có đặc tính vật lý tương tự diesel, thành phần hoá học chánh acít béo - Fatty acid methyl (hay ethyl) ester Diesel-sinh học chứa lượng hơn, nhiệt độ bắt cháy 150°C, diesel 70°C - Dầu thực vật hun nóng trở nên lỏng, nhờn hơn, nên chạy máy diesel Dầu thực vật trích từ thực vật chứa nhiều dầu hột cải dầu (Oil seed rape), dừa dầu (oil palm), dừa (coconut), đậu nành (soyabean), đậu phộng (groundnut), vải (cotton), hạt cao su (rubber), hướng dương (sunflower), hột cần sa (hemp, Cannabis sativa), v.v Tảo trái dầu lai (Jatropha curcas) nguồn dầu thực vật quan trọng ngày VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí - Thông thường, động an toàn, diesel-sinh học pha với diesel Tuy nhiên, loại dầu ăn tinh khiết bán thị trường, hay sử dụng, thay diesel để chạy động diesel loại củ (chỉ cần thay phận bơm injection) Hiện nhiều loại xe đại có động chạy với dầu ăn nguyên chất, hay diesel-sinh học 100% Chẳng hạn, động xe MAN B &W Diesel, Wartsila Deutz AG chạy từ dầu ăn nguyên chất Dầu sử dụng (từ tiệm Fast Food) cần lọc cặn loại phần nước (do thức ăn chiên xâm nhập) chạy xe Xe Đức Volkswagen chạy với diesel-sinh học 100% Tuy nhiên, hãng làm xe khuyến cáo nên pha 15% diesel-sinh học với 85% diesel để xe bị hao mòn Các nước Âu Châu bán diesel pha 5% diesel-sinh học trạm xăng - Ở Hoa Kỳ, 80% xe vận tải xe bus chạy diesel-sinh học, ngày sử dụng diesel-sinh học gia tăng, 25 triệu gallons năm 2004, 78 triệu gallons năm 2005, khoảng tỷ gallons vào 2007 Xe chở hàng xe bus Âu châu chạy diesel-sinh học Nguồn nguyên liệu chế biến xăng sinh học - Tất thực vật lục hoá biến chế thành xăng sinh học Cây nông phẩm chứa đường gồm mía, củ cải đường; nông phẩm chứa tinh bột gồm hạt ngũ cốc lúa mì, lúa, bắp, sorgho, v.v.; củ khoai tây, khoai mì, khoai lang Mía có hiệu kinh tế cho suất thân (khoảng 170-200 t/ha Brazil, 80100 t/ha Úc, Việt Nam khoảng 35-50 t/ha), biến chế ethanol thẳng từ nước ép, bã mía dùng làm lượng chạy máy ép chưng cất ethanol Mía sản xuất trung bình 15,500 lít ethanol/ha/năm, chất khô mía sản xuất 438 lít ethanol Brazil sản xuất ethanol từ mía  Nông phẩm chứa dầu đậu nành (sản xuất 379 kg dầu/ha/năm, hay 450 lít dầu/ha/năm), đậu phộng (sản xuất 887 kg dầu/ha/năm), hột-cải-dầu (hột chứa 55% dầu; sản xuất 999 kg dầu/ ha/năm, hay 1,188 lít/ha/năm), hạt bắp (140 lít dầu/ha/năm), v.v  Cây kỹ nghệ cho dầu dừa dầu (oil palm, sản xuất 7,061 kg dầu/ha/năm), dừa (coconut, sản xuất 2,260 kg dầu/ha/năm), dầu lai (Jatropha curcas, sản xuất 1,588 kg dầu/ha/năm), thầu dầu (castor bean, sản xuất 1,188 kg dầu/ha/năm), hướng dương (sunflower, sản xuất 801 kg dầu/ha/năm, hay 954 l/ha/năm), safflower (556 l/ha/năm), v.v  Thực vật hoang dại: tảo (algae) nước ngọt, tảo biển, lục bình (Eichornia crassipes), cỏ Vetiver, cỏ voi (elephant grass, Pennisetum purpureum, sản xuất 13,700 lít ethanol/ha/năm), lác (Cyperus), cỏ tranh (Imperata cylindrica), v.v  Phó sản thực vật từ sản xuất nông phẩm kỹ nghệ: rơm rạ, bã mía, thân, gỗ, mạt cưa, trấu, hột cao su (sản xuất 217 kg dầu/ha/năm), hạt vải (sản xuất 273 kg dầu/ha/năm  Giấy phế thải: giấy cũ sản xuất khoảng 416 lít ethanol  Rác thành phố: rác sản xuất khoảng 227 lít ethanol  Uế thải chuồng trại gia súc: phân chuồng (tạo methane-sinh học chế methanol) Ưu nhược điểm xăng sinh học VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí  Ưu điểm: * NLSH giảm thiểu phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ, cạn kiệt: - Do NLSH thay nhiên liệu hóa thạch sử dụng phương tiện giao thông thiết bị lượng, triển vọng loại nhiên liệu sáng sủa, loại nhiên liệu bền vững thay cho nguồn lượng hóa thạch đắt đỏ bị cạn kiệt - Loại nhiên liệu xuất phạm vi định, không khắc phục tình trạng “đói nhiên liệu” gia tăng giới * NLSH giải vấn đề biến đổi khí hậu: - Các trồng nông nghiệp nguyên liệu sinh khối khác coi nguyên liệu góp phần làm trung hòa cácbon chu kỳ sống thực tế nó, thực vật thu cácbon điôxit thông qua trình quang hợp.Tuy nhiên, nguyên liệu đầu vào sử dụng trình sản xuất NLSH coi nguyên liệu tái tạo có khả làm giảm phát thải khí nhà kính (GHG) - Tuy nhiên, cho dù nhiên liệu đầu vào tự chúng có khả trung hòa cácbon, trình chuyển đổi vật liệu thô thành NLSH gây phát thải cácbon vào khí Vì vậy, NLSH phải góp phần vào giảm phát thải bon, chúng phải chứng minh giảm thải thực GHG tất chu trình sản xuất sử dụng NLSH * NLSH tăng cường an ninh lượng quốc gia: - Sự phụ thuộc vào dầu nhập làm suy kiệt dự trữ ngoại tệ quốc gia, mà tạo ổn định an ninh lượng quốc gia Từ NLSH sản xuất từ nguồn nguyên liệu địa nhiều nước châu Á, loại nhiên liệu có vai trò nhiên liệu thay cho nhiên liệu hóa thạch giảm phụ thuộc nhập dầu tăng cường an ninh lượng quốc gia - Tuy nhiên, điều quan tâm số nước bị lôi nhiều hứa hẹn an ninh lượng họ tiếp tục bỏ chi phí để đảm bảo an ninh nhu cầu khác an ninh lương thực, an ninh nguồn cung cấp nước không quan tâm tới việc bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên rừng tự nhiên đa dạng sinh học chúng * NLSH hình thành tham gia xí nghiệp nhỏ vừa(SMEs): - Khác với nhiên liệu dầu khí, chí than cần phải xây dựng sở hạ tầng lớn để khai thác xử lý, với tham gia tập đoàn lớn công ty đa quốc gia, việc sản xuất NLSH không đòi hỏi đầu tư xây dựng nhà máy xử lý tổng hợp lớn Vì vậy, đầu tư quy trình sản xuất NLSH nằm phạm vi SMEs chấp nhận Dựa vào nguyên liệu đầu vào khả đầu ra, công suất nhà máy sản xuất NLSH thiết kế phù hợp với yêu cầu đặc thù Các hoạt động sản xuất NLSH dựa vào nguyên liệu nông nghiệp hệ thống modul VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí thực để sản xuất NLSH phục vụ cho tiêu thụ cục thiết bị có động trang trại Đầu tư cho NLSH mở hội tham gia công ty nước * NLSH đóng góp vào phát triển kinh tế- xã hội cộng đồng địa phương ngành kinh tế phát triển: - Vai trò ngành nông nghiệp trang trại dây chuyền sản xuất NLSH mở hội cho cộng đồng địa phương kết hợp hoạt động thu lợi ích định để tạo phát triển kinh tế-xã hội Việc trồng rừng, kích thích thu hoạch nhiên liệu đầu vào mía, ngô, sắn dầu cọ đòi hỏi phải tăng lực lượng lao động công việc thủ công Việc mở rộng sản xuất nông nghiệp tăng nhu cầu nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH tạo việc làm thu nhập nhiều cho nông dân Tạo hội việc làm sản xuất NLSH lớn Ví dụ sản xuất NLSH từ Jatropha Curcas (cây dầu mè) làm nhiên liệu đầu vào trồng loại trồng chyên dụng để sản xuất diezel sinh học, diện tích mè 10000 thu 30 triệu lít dầu diezel sinh học/năm tạo 4000 việc làm trực tiếp - Xét góc độ tạo việc làm trực tiếp thành viên hộ gia đình, cho thấy tác động ngành công nghiệp cộng đồng địa phương to lớn - Việc tạo việc làm doanh nghiệp tạo hoạt động khác đem lại lợi ích kinh tế-xã hội khác cho cộng đồng Nhiều hoạt động kinh tế xuất tạo lợi nhuận cho chủ doanh nghiệp địa phương Cơ sở hạ tầng hoàn chỉnh tạo đường xá nâng cấp, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển nhiên liệu đầu vào phục vụ cho sản xuất Kỹ làm việc nhiều công nhân làm việc dự án nâng cao, tăng lực thành viên cộng đồng Hơn nữa, lợi ích kinh tế mà cộng đồng hưởng lan tỏa tạo lợi ích xã hội khác nữa, dịch vụ chăm sóc sức khỏe, giáo dục, phúc lợi xã hội dịch vụ công cộng… - Bằng việc quản lý phù hợp, an toàn linh hoạt điều kiện văn hóa, nhân học nhân chủng học địa phương, sản xuất NLSH có khả tạo phát triển kinh tế-xã hội tốt cộng đồng đặc biệt đóng góp vào công giảm đói nghèo  Nhược điểm: - Mặc dù xăng sinh học thải khí nhà kính xăng cổ sinh, tường trình Viện Nghiên Cứu EMPA Thuỵ Sĩ cho biết có 12 loại xăng sinh học có ảnh hưởng xấu trầm trọng vào môi sinh giới xăng cổ sinh, số ethanol biến chế từ bắp Hoa Kỳ, từ mía Brazil, diesel sinh học từ đậu nành Brazil từ dừa dầu Mã Lai Indonesia - Nhà khoa học giải thưởng Nobel Paul Crutzen cho biết lượng khí N2O thải từ đốt xăng sinh học chế từ dầu cải, dừa dầu bắp góp phần vào gia tăng nhiệt toàn cầu mãnh liệt đốt nhiên liệu cổ sinh, xăng sinh học thật thải vào VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí không khí nhiều khí nhà kiếng xăng cổ sinh Nếu tính từ việc đốt xăng xăng sinh học thật cho khí nhà kiếng, tính từ lúc sửa soạn đất đai, canh tác, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, thâu hoạch, chế biến v.v để thành xăng sinh học, tất khâu cần nhiều lượng lấy từ nhiên liệu cổ sinh, sử dụng xăng sinh học, vừa đắt tiền hơn, vừa sa thải nhiều khí nhà kính xăng cổ sinh, chưa kể tai hại thảm khốc vào môi sinh phá thêm rừng Amazon Nam Mỷ (để trồng thêm mía đậu nành), rừng nhiệt đới Đông Nam Á (để trồng dừa dầu) Phi châu (bắp, sorgho), khai khẩn đất than bùn Âu Châu (củ cải đường) Chẳng hạn, để sản xuất ethanol từ bắp Hoa Kỳ, người ta tính cần tới 35 % lượng nhiều (kể từ gieo đến thành ethanol) số lượng mà ethanol cho đốt Trung bình, để sản xuất lít ethanol 95% từ bắp cần 1.1 lít xăng cổ sinh để canh tác biến chế Tuy nhiên, số lượng để sản xuất ethanol từ bắp này, thay lấy từ nhiên liệu cổ sinh, lấy từ nguồn lượng tái tạo khác mặt trời, gió, hay sinh khối v.v Ngoài ra, hiệu lượng chạy động diesel sinh học biến chế từ hạt hướng dương 46% tổng lượng để tạo (kể từ lúc gieo trồng) Năng lượng chế tạo diesel sinh học từ đậu nành (kể từ gieo trồng) cao gấp 3.2 lần lượng cần để khai thác xăng cổ sinh Đại học Princeton (Hoa Kỳ) cho biết thay tiết kiệm 20% khí CO2 thải vào khí quyển, canh tác bắp phương pháp biến chế xăng-ethanol thật làm gia tăng gấp đôi khí nhà kính (Science, 2008, Vol 319, No 5867, trang 1238-1240) - Xăng sinh học cạnh tranh với nông phẩm người gia súc, làm giá nông phẩm gia tăng thị trường giới (khoảng 50% so với năm trước đây), làm ảnh hưởng đến chăn nuôi gia súc tôm cá, làm cạn kiệt kho thực phẩm an toàn giới Để có lợi nhuận nhiều, nông dân Hoa Kỳ Âu châu chuyển hướng giảm diện tích lúa mạch (barley, làm rượu bia, không lợi để làm ethanol), đồng cỏ để trồng bắp, lúa mì, củ cải đường Ngoài ra, để sản xuất xăng sinh học quốc gia giàu giảm viện trợ nông phẩm thặng dư cho nước nghèo đói Chẳng hạn, trung bình hàng năm Anh quốc sản xuất thặng dư 3.5 triệu lúa mì, số lượng đủ tạo xăngethanol cung ứng 3.5% xăng tiêu thụ Anh quốc Thay số lúa mì bán cho phủ chương trình viện trợ dân nghèo Phi Châu trước kia, nông dân bán cho công ty sản xuất xăng-ethanol Chương trình viện trợ nông phẩm thặng dư Hoa Kỳ PL 480 (Thực phẩm cho Hoà bình, Food for Peace) cho quốc gia nghèo bị ảnh hưởng tương tự - Gia tăng phá rừng Hiện nay, khoảng 12 triệu – tức khoảng 1% diện tích canh tác toàn giới – dùng sản xuất xăng-sinh học: mía bắp để biến chế ethanol; dầu hạt cải (oil seed rape) dừa dầu (oil palm) để biến chế diesel-sinh học Năng lượng dùng canh tác phải tính từ lúc cày xới, máy gieo hạt, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, máy thâu hoạch, phơi sấy khô, lên men, chưng cất v.v Tổng số lượng cao lượng sinh từ xăng-sinh học Ngoài ra, phá rừng, cày xới đất, chất hữu đất bị thiêu huỷ lượng CO2 thải vào khí lớn - Nghiên cứu Đại Học Minnesota (Hoa Kỳ) cho biết phá rừng nhiệt đới (như Brazil, Malaysia, Indonesia nay), biến cải đất than bùn đồng cỏ (như Hoa Kỳ Âu Châu nay) để canh tác cho mục tiêu xăng sinh học tai hoạ cho VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí giới, sa thải CO2 vào khí từ 17 đến 420 lần nhiều số lượng số xăng cổ sinh tương đương sa thải Các nghiên cứu gần cho biết rừng nhiệt đới bị phá huỷ để trồng dừa dầu hay bắp hay đậu nành, khoảng 700 CO2 phóng thích vào không khí, lượng CO2 tiết kiệm từ sử dụng xăng sinh học phần nhỏ, phải 300 đến 400 năm huề vốn CO2 (Science, 2008, Vol 319, No 5867, trang 1235-1238) - Thế giới không đất để sản xuất nông phẩm, vì, giả sử Hoa Kỳ muốn tự túc sử dụng hoàn toàn xăng-sinh học, cần phải sử dụng 75% diện tích canh tác toàn giới để canh tác đủ xăng sinh học cho Hoa Kỳ - Vì vậy, sản xuất xăng sinh học từ sản phẩm lương thực người gia súc, chuyển hướng lấy đất màu mỡ vốn trồng lương thực, việc phá rừng, phá đồng cỏ, cải tạo đất than bùn để canh tác sản xuất nguyên liệu biến chế xăng-sinh học, dùng nhiên liệu cổ sinh để canh tác biến chế xăng sinh học tai hoạ cho nhân loại vị cứu tinh để thoát khỏi ám ảnh hâm nóng toàn cầu - Xăng sinh học thật vị cứu tinh biến chế từ phế thải rác rến thành phố, dư thừa thực vật (rơm, rạ, ), phó sản nhà máy (mạt cưa, trấu, bã mía ), từ thực vật hoang dại, hay thực vật canh tác vùng đất biên tế không thích ứng cho lương thực Năng lượng để sản xuất biến chế xăng sinh học phải “xanh” III Các phương pháp chế biến xăng sinh học - Trên nguyên tắc, chất vật liệu sinh học chứa nhiều Carbon, dạng đường, tinh bột, cellulose chế biến thành ethanol, chứa nhiều acid béo chế biến diesel-sinh học Thông thường từ thực vật có khả lục hoá – biến CO2 khí thành chất đường, tinh bột, cellulose, protides, lipids, v.v Trung bình phân tử CO2 hấp thụ biến chế qua lục hoá thành sinh khối chứa 114 kilocalories Khó khăn kỹ thuật biến toàn thể lượng C chứa sinh khối thành xăng-sinh học Với kỹ thuật (cổ điển), có phương thức hữu hiệu:  Cho lên men (nhờ men enzymes điều kiện yếm khí) chất đường (từ mía, củ cải đường, v.v.), tinh bột [từ hạt ngũ cốc (bắp, lúa, lúa mì, v.v.) củ (khoai tây, khoai mì, v.v.)], hay cellulose để tạo rượu Ethanol (C2H5OH), Propanol [CH3CH2CH2OH; (CH3)2CHOH] Butanol (C4H10O)  Trích dầu từ thực vật giàu chất dầu, hay mở từ động vật (ép với áp suất cao nhiệt, hay dung môi, hay phối hợp hai) - Về phương diện kỹ thuật (và kinh tế), chia làm loại nguyên liệu:  Công nghệ xăng sinh học hệ 1: chế biến từ đường (mía, củ cải đường, sorgho-đường) tinh bột nông phẩm (từ hạt bắp, lúa mì, lúa, v.v., hay từ củ khoai tây, khoai mì, v.v.) để tạo ethanol; hay từ dầu (của hạt dừa dầu, đậu nành, đậu phộng, v.v.) để biến chế diesel-sinh học Kỹ thuật đơn giản kinh tế  Công nghệ xăng sinh học hệ 2: từ cellulose, chất xơ dư thừa thực vật (rơm, rạ, thân bắp, gỗ, mạt cưa, bã mía, v.v.), hay thực vật hoang (non-crop) (như cỏ voi, vetiver, lục bình) Chẳng hạn, mía cho khoảng 25 bã mía (bagasse, xác mía sau ép), bã mía sản xuất 285 lít ethanol VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí Kỹ thuật chưa hoàn hảo, hiệu kém, men chưa hữu hiệu giá đắt, phần cellulose lignin biến thành ethanol, nên giá thành sản xuất cao  Công nghệ xăng sinh học hệ 3: từ tảo (algae), kỹ thuật phát triển Biến chế từ đường - Kỹ thuật dễ dàng, hiệu cao, tổn phí cho lên men (yếm khí) từ đường, hay nước mật (molasse), hay trực tiếp từ nước mía ép, hay nước củ cải đường ép, theo lối thủ công hay công nghiệp xưa Ngày tuyển chọn nhiều dòng men hữu hiệu, biến đường thành nhiều rượu Mặc dù tổn phí biến chế thấp, đường phụ phẩm nước mật thức ăn người gia súc, có giá cao, nên ethanol biến chế từ đường có giá thành cao ethanol sản xuất từ tinh bột Theo lý thuyết, đường sucrose sản xuất 678 lít ethanol, nhiên hiệu cao 587 lít đường đen cho 562 lít ethanol, đường cát cho 587 lít Thân mía chứa khoảng 10-15% đường sucrose, thân sorgho-đường khoảng 15-23% sucrose, củ cải đường khoảng 16-18% sucrose Trung bình, nhà máy đường Hoa Kỳ, sản xuất 100 kg đường cho 25 lít nước mật (molasse), nước mật có độ đường 49.2% - Tại Hoa Kỳ, trung bình mía (thân) sản xuất 81 lít ethanol, nước mật (molasse) cho 289 lít ethanol Năng suất mía trung bình toàn quốc Hoa Kỳ 65 tấn/ha, cho khoảng 3.90 đường Riêng Hawaii suất tới 170 thân mía/ha (vì mùa trồng dài hơn) Với giống mía “cải biến di truyền” (GM, genetically modified) Brazil, suất tới 240 mía/ha, với độ đường 14.6% Năng suất mía Việt Nam khoảng 35 đến 50 mía/ha Trung bình mía Brazil sản xuất 5,600 lít ethanol, củ cải đường Pháp sản xuất 6,700 lít ethanol, bắp Hoa Kỳ sản xuất 3,000 lít ethanol Năng suất mía đường Brazil tăng gấp đôi thời gian 30 năm 1975-2005, nhờ trồng giống cải thiện, giống mía “cải biến di truyền” ngày - VD: Sản xuất ethanol từ rỉ đường bao gồm công đoạn sau: • Chuẩn bị dịch đường lên men • Gây men giống • Lên men • Chưng cất tinh chế + Rỉ đường nguyên với hàm lượng chất khô hòa tan 55÷80% khối lượng (tương đương 80 ÷ 900 Bx) Khi nồng Bx cao độ nhớt lớn, xử lý không tốt, trình lên men hiệu cần tiến hành pha loãng Tuy nhiên pha loãng nhiều, nồng độ Bx thấp tốn nhiều lượng Do trước tiên rỉ đường pha loãng đến độ Brix thích hợp (khoảng 45-500 Bx) điều chỉnh pH Sau tiến hành lên men, chuyển hóa đường thành cồn Dịch khỏi thùng lên men gọi dấm chín có nồng độ cồn thấp chuyển qua khu chưng cất bao gồm chưng cất thô chưng cất tinh để nâng độ cồn lên thu cồn thành phẩm Nếu sản xuất cồn nhiên liệu phải có thêm công đoạn tách nước làm khan cồn VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí Biến chế từ tinh bột - Để biến chế ethanol từ tinh bột, tinh bột trước hết phải điều chế thành đường, từ lên men rượu Hạt bắp chứa khoảng 70-72% tinh bột, hạt sorgho khoảng 68-70%, gạo 70-80% Muốn vậy, hạt ngũ cốc xay nghiền thành bột, pha với nước, nấu 70°C (để biến thành đường) nấu chín 100-110°C (vừa diệt trùng vừa thêm đường), để nguội trộn men, cho lên men 48 nhiệt độ 36°C Men dùng thường vi nấm Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus oryzae, Mucor, Rhizopus, vi khuẩn Zymomonas mobilis Sau đó, dùng máy ly tâm tách rời chất hèm để làm thức ăn gia súc Phần chất lỏng, có độ cồn (rượu) 5-15%, chưng cất lò chưng nhiều tầng để tăng độ cồn Để đạt độ cồn 99.9%, trước dùng benzene cyclohexane (đắt tiền, không tái sử dụng được, độc gây bệnh) để loại nước Kỹ thuật ngày dùng “chất sàng phân tử” (molecular sieve silica gel, zeolite, hút thấm nước không hút rượu, rượu có phân tử lớn hơn) thay thế, rẻ tiền hiệu Việt nam có mỏ Zeolite (một loại sét) vùng Lâm Đồng - Một kỹ thuật áp dụng hiệu hơn, không cần phải nấu tinh bột (tiết kiệm lượng) sử dụng loại men (yeast) mới, giúp lên men biến tinh bột thành đường nhiệt độ 32°C - Trung bình, bắp sản xuất 409 lít ethanol Hình 3: Một số vi sinh vật phân giải tinh bột VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí Biến chế từ chất xơ - Nói chung cellulose, hemicellulose, lignin thân lá, rơm rạ, trấu, gỗ, v.v Cellulose đường polysaccharide, có công thức (C6H10O5)n, mà số n biến thiên từ 7,000 đến 15,000 phân tử glucose Hemicellulose đường polysaccharides chứa khoảng 200 đơn vị đường, thành phần màng tế bào thực vật Cây thực vật chứa khoảng 33% cellulose, gỗ khoảng 50%, riêng sợi vải (cotton) 90% Động vật ăn cỏ, mối (termite) tiêu hoá cellulose nhờ vi sinh vật sống cọng sinh bao tử (như Cellulomonas), số vi khuẩn có khả biến cellulose đường, nhờ chúng sản xuất enzyme cellulase biến cellulose đường - Vì vậy, để biến cellulose thành rượu, bắt chước theo tiêu hoá động vật ăn cỏ mối, trước hết phải biến hoá cellulose đường đơn giản hexose, pentose, thuỷ phân (hydrolysis) nhờ số acid (như dịch vị) enzyme cellulase Hemicellulose tương đối dễ dàng biến thành đường chứa 5C Xylose (C5H10O5), xylose không biến chế thành ethanol Cũng vậy, với kỹ thuật tại, chưa có cách biến lignin ethanol Vì trước tiên phải loại lignin hemicellulose, lại thành phần cellulose Loại lignin sulfuric acid đậm đặc, hay đun sôi nước với sodium carbonate, hay butanol Cellulose sau cho lên men với cellulase nhiệt độ khoảng 71°C vài ngày để biến thành đường - Hiện tại, sản xuất enzyme cellulase để biến cellulose thành đường phức tạp, tốn kém, chiếm khoảng 40% chi phí sản xuất rượu gồm loại cellulases: VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí  Endo-p-glucanase, 1,4-ß-D-glucan glucanohydrolase, CMCase, phá huỷ cầu chuỗi cellulose để biến thành đường glucose oligo-saccharide  Exo-P-glucanase, 1,4-ß - D-glucan cellobiohydrolase, Avicelase, C1: biến thành đường cellobiose (C12)  ß-glucosidase, cellobiase: thuỷ phân đường cellobiose thành glucose - Vi nấm Trichoderma sản xuất nhiều endo-ß-glucanase exo-ß-glucanase, ß-glucosidase, ngược lại Aspergillus sản xuất nhiều endo-ß-glucanase ßglucosidase, exo-ß- glucanase Vì vậy, muốn có nhiều hiệu phải tuyển chọn nhiều dòng nấm Kết cho biết dòng nấm Trichoderma reesei QM-9414 có hiệu tốt việc biến cellulose thành đường Trong số dòng này, tuyển chon lại thành dòng KY-746 Phương pháp sản xuất enzyme cellulase từ men Trichoderma reesei dòng KY-746 hữu hiệu tương đối rẻ tiền sử dụng Ngày nhiều công ty sản xuất men rượu dùng kỹ thuật “cải biến di truyền” tạo nhiều dòng men sản xuất enzyme cellulase, xylanase hemicellulase - Nguyên liệu chứa nhiều thành phần cellulose bã mía (41% cellulose), rơm lúa (35%), gỗ (40-50%) thái nhỏ trước khử với NaOH (nồng độ khoảng – 1.2 N) nhiệt độ 45°C 24 giờ, rửa nước ấm để loại chất lignin Dung dịch cellulose cho lên men với Trichoderma reesei để biến cellulose thành đường - Hiệu biến chế thành rượu ethanol từ chất xơ kém, chưa có hiệu kinh tế nhiều kỹ thuật nay, sản xuất cellulase mắc, thời gian lên men lâu nên dễ bị nhiễm trùng làm hư bồn lên men - Để tăng hiệu lên men biến thành phần cellulose, lignin nguyên liệu thực vật thành xăng-sinh học, nhà vi sinh học thành công cấy vào máy di truyền (genome) vi khuẩn Escherichia coli thêm gen vi khuẩn Zymomonas mobilis để giúp lên men chất đường tinh bột thành ethanol, gen vi khuẩn Acinetobacter baylyi để biến chất dầu thực vật thành diesel-sinh học - Với kỹ thuật tại, biến rơm rạ lúa ngũ cốc xăng sinh học chưa kinh tế Các nhà khoa học Đài Loan thành công phòng thí nghiệm biến chế ethanol từ rơm lúa, 10 kg rơm rạ lúa biến chế lít alcohol 99.5% để pha làm xăng sinh học (Taipei Times, 19/2/2008), phải vài năm sản xuất thương mại quy mô Các nghiên cứu Trung quốc cho thấy xăng sinh học sản xuất từ rơm rạ mắc xăng cổ sinh khoảng 250 USD/tấn Ngày 14/1/2008, hãng General Motors Hoa Kỳ tuyên bố hợp tác với đại công ty sản xuất ethanol Coskata để bắt đầu sản xuất quy mô ethanol từ thân bắp vào cuối năm 2008, kể từ 2011 sản xuất 50 – 100 triệu gallons/năm, với giá USD/gallon - VD: QT biến rơm rạ lúa ngũ cốc xăng sinh học VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí Escherichia coli Acinetobacter baumannii Hình 4: Một số vi sinh vật phân giải chất xơ Trichoderma.reesei VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí Biến chế diesel-sinh học - Diesel-sinh học chế chế biến từ dầu thực vật hay từ mỡ động vật phương pháp ester hoá Dầu thực vật (hay mở) trộn với sodium hydroxide (NaOH) methanol (hay ethanol), chất xúc tác (catalyst), phản ứng hoá học xảy ra, cho diesel-sinh học glycerol phần glycerol sinh tạo 10 phần dieselsinh học Trước đây, chất xúc tác lấy từ hoá chất kỹ nghệ lọc dầu hoả, hay Acid sulphuric (đắt tiền không tái tạo được) Ngày nay, khám phá thêm nhiều chất xúc tác hữu hiệu, rẻ tiền biến dầu thành nhiều diesel-sinh học Điều chế Methanol - Điều chế rượu methanol từ khí methane (CH4) khí đốt dầu hoả hay methane-sinh học Một cách tổng quát, tất nguyên liệu sinh khối (biomas) chứa nguyên tố Carbon (C), Hydrogen (H), Oxy (O), Nitrogen (N), Sulfur (S) - Lên men yếm khí lò ủ, chất hữu huỷ hoại thành khí methane (CH4): CHONS + H2O  CH4 + CO2 + H2 + H2O + NH4 + HS + Khí methane sản xuất từ lò ủ yếm khí chiếm khoảng 65% CO2 khoảng 35% thể tích Sau đó, methane tổng hợp thành ethanol, hay methanol - Trong sản xuất kỹ nghệ, khí methane phản ứng với nước áp suất 10-20 atmospheres (1-2 MPa) 850°C với Nickel làm chất xúc tác cho Hydrogen Carbon monoxide: CH4+ H2O → CO + H2 VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí + Với chất xúc tác khác (gồm hợp chất đồng, oxyd kẽm nhôm), áp suất 50100 atmospheres (5-10 MPa) 250°C, tổng hợp Hydrogen Carbon monoxide tạo thành methanol: CO + H2 → CH3OH Với kỹ thuật sản xuất khí Hydrogen rẻ tiền, nhiên liệu thể khí - Một phương pháp khác công nghệ khí hoá (gasification), phân hủy nhiệt nhiên liệu khối rắn để tạo nhiên liệu khí, dựa biến đổi plasma Đun chất hữu nhiệt độ cao, điều kiện oxy, để phá huỷ “cầu nối” (bond) phân tử hữu thành “khí tổng hợp” (synthesis gas, syngas), dùng khí biến chế ethanol hay diesel-sinh học Trong trường hợp rác gia cư, dùng nhiệt độ cao (250°C) với áp suất thật cao (40 MPa hay 400 atmospheres) đủ để sản xuất khí tổng hợp Chẳng hạn, 10 kg vỏ bánh xe cũ tạo 15.4 lít ethanol - Một khám phá Đại học Arkansas (Hoa Kỳ) cho biết vi khuẩn kỵ khí Clostridium ljungdahlii bao tử gà biến khí chứa 1C methane (CH4), Carbon monoxide (CO) lò ủ yếm khí thành methanol Clostridium IV VIỆT NAM VÀ XĂNG SINH HỌC - Trong thời kỳ Đệ nhị chiến, xe Việt Nam chạy ethanol chế biến từ gạo Mặc dầu có nhiều mỏ dầu với trữ lượng khổng lồ (khoảng 600 triệu barrel ước tính năm 2006, barrel » 159 lít), Việt Nam phải nhập cảng xăng diesel cho xe cộ kỹ nghệ phôi thai Chẳng hạn năm 2005, Việt Nam khai thác 32,4 triệu than 18,5 triệu dầu thô, phải nhập 11,45 triệu xăng diesel - Trước trào lưu sử dụng xăng sinh họccủa giới, Việt nam bị lôi theo trào lưu Từ chục năm nay, báo chí nước thường đề cập đến việc phát triển xăng sinh họctrên giới, giá xăng dầu tăng vọt Tháng 7/2006 Sài Gòn, tháng 10/2007 Hà Nội, hàng trăm nhà khoa học kinh doanh Việt Nam hội thảo chung quanh vấn đề xăng-sinh học Qua hội thảo báo chí nước vào thời điểm phủ Việt Nam chưa chuẩn bị cho chiến lược, số cá nhân chuyên gia nhà kinh doanh có tầm nhìn xa, chạy trước thời Chẳng hạn, nguyên liệu bàn sử dụng lúa gạo, mía VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí đường, để tạo ethanol; dầu lai (miền Bắc gọi dầu mè – Jatropha curcas), mở cá ba sa (khoảng 40,000 tấn/năm) - Hội thảo cho biết lý chưa phát triển ngành xăng sinh họclà:  Số lượng nguyên liệu sản xuất xăng sinh họclà tinh bột ngũ cốc, mật rỉ đường mở cá ba sa hạn chế  Chưa có đầu tư thích đáng chưa có hổ trợ phủ  Chính phủ chưa có sách Chung qui, nhà khoa học nhà kinh doanh mong chờ phủ ban hành sách luật lệ rõ ràng Các công ty mía đường (như Lam Sơn Thanh Hoá), Sài Gòn Petro, Công ty Rượu Bình Tây, Công ty Chí Hùng, v.v có dự án sản xuất ethanol làm nhiên liệu, chánh phủ phất cờ cho phép Tuy nhiên, chưa có nhà kinh doanh dám bỏ tiền vào nghiên cứu đầu tư phủ chưa có sách quy định, chưa có phối hợp ăn khớp giữ Bộ, thủ tục nhiêu khê: thủ tục đất đai canh tác quản lý Bộ Nông nghiệp; quy định tiêu chuẩn sản xuất pha chế xăng sinh họcthì quản lý Bộ Khoa học-Công nghệ; sử dụng xăng dầu phải có ý kiếng Bộ Giao thông-Vận tải, v.v Theo báo “Khoa Học Phổ Thông” ngày 14/12/2006, “Bộ Công nghiệp VN xây dựng đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020”, theo “Giai đoạn 2011-2015, phát triển mạnh sản xuất sử dụng nhiên liệu sinh học thay nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất mạng lưới phân phối phục vụ cho giao thông ngành sản xuất công nghiệp khác Đến năm 2020, công nghệ sản xuất sinh học VN đạt trình độ tiên tiến giới, với sản lượng đạt khoảng tỷ lít xăng E10 500 triệu lít dầu biodiesel B10/năm” Ngày 20/11/2007, Thủ tướng phủ ký phê duyệt “Đề án phát triển nhiên-liệusinh-học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” đặt mục tiêu đến năm 2015, sản lượng ethanol dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 20% nhu cầu xăng dầu nước xăng E5 (pha 5% cồn) dầu B5 (Diesel pha 5% dầu sinh học), đến năm 2025, đạt 1.8 triệu tấn, đáp ứng 100% nhu cầu nước xăng dầu pha nhiên liệu sinh học Và khoảng thời gian từ đến 2010 nghiên cứu ban hành luật lệ liên quan đến sản xuất sử dụng xăng-sinh học Việt Nam với đất hẹp (diện tích canh tác khoảng 9.3 triệu ha), dân đông (85 triệu năm 2007, trung bình đầu người 0.11 ha), lại nghèo (GDP trung bình toàn dân US$726/đầu người năm 2006, nông dân khoảng 1/2), vùng sản xuất nông nghiệp đồng Cửu Long Sông Hồng tải Đất canh tác phải tiếp tục sản xuất nông phẩm thiết yếu cho đời sống người dân (chánh yếu lúa, hoa màu phụ, kỹ nghệ) để tự túc xuất cảng - Vì Việt Nam phải tìm nguồn nguyên liệu thực vật để sản xuất xăng sinh học mà:  Không tranh giành đất đai với canh tác hoa màu, chăn nuôi gia súc, nuôi cá tôm tại,  Không phá thêm rừng,  Thích hợp diện tích đất bỏ hoang cằn cổi, sa mạc hoá, tổng cộng khoảng 10 triệu ha, gồm đất đồi trọc Miền Bắc (4.77 triệu ha), Bắc Trung Việt (1.9 triệu ha), phía Nam Trung Việt (1.63 triệu ha), Tây nguyên (1.05 triệu ha),  Có hiệu kinh tế cao  Tăng lợi tức, giúp xoá đói giảm nghèo cho nông dân VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí V TỔNG KẾT - Xăng sinh học dạng nhiên liệu có nhiều lợi điểm như: Thứ nhất, dạng lượng đóng góp vào cấu lượng đất nước bên cạnh nhiều nguồn khác xăng dầu khí Thứ hai, tính chất đặc thù,xăng sinh học góp phần giảm ô nhiễm môi trường giảm tính xúc căng thẳng biến đổi khí hậu - Mặt khác, việc sản xuất nhiên liệu sinh học quốc gia nông nghiệp góp phần cải thiện đời sống kinh tế nông thôn Xét tình hình thực tế Việt Nam, bên cạnh lợi ích môi trường, việc có hay nhiều vùng trồng nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học góp phần tạo hàng triệu việc làm cho người nông dân, góp phần phủ xanh đất trống, đồi núi trọc khu vực miền núi, trung du bị xói mòn VI TÀI LIỆU THAM KHẢO - Trần Đăng Hồng, xăng sinh học, 2008 http://www.hcmbiotech.com.vn/technology_detail.php?cateid=8&id=87 http://vietsciences.free.fr/ http://www.volkswagenag.com/vwag/vwcorp/content/en/innovation/fuel_and_ propulsion/production/Cellulose_ethanol.html http://tailieudientu.net/showthread.php?13112-c%F4ng-ngh%26%237879%3Bs%26%237843%3Bn-xu%26%237845%3Bt-bio-ethanolph%26%237847%3Bn-1&p=16224 http://hoahocngaynay.com/vi/nghien-cuu-giang-day/bai-nghien-cuu/172-tongquan-ve-nhien-lieu-sinh-hoc.html VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí [...]... sử dụng hoàn toàn xăng -sinh học, thì cần phải sử dụng 75% diện tích canh tác của toàn thế giới để canh tác mới đủ xăng sinh học cho Hoa Kỳ - Vì vậy, sản xuất xăng sinh học từ sản phẩm lương thực của con người và gia súc, chuyển hướng lấy đất màu mỡ vốn trồng cây lương thực, vi c phá rừng, phá đồng cỏ, cải tạo đất than bùn để canh tác sản xuất nguyên liệu biến chế xăng -sinh học, dùng nhiên liệu cổ sinh. .. trong nguyên liệu thực vật thành xăng -sinh học, các nhà vi sinh học đã thành công cấy vào bộ máy di truyền (genome) của vi khuẩn Escherichia coli thêm 2 gen của vi khuẩn Zymomonas mobilis để giúp lên men chất đường và tinh bột thành ethanol, và một gen của vi khuẩn Acinetobacter baylyi để biến chất dầu trong thực vật thành diesel -sinh học - Với kỹ thuật hiện tại, biến rơm rạ của lúa và ngũ cốc ra xăng. .. tấn xăng và diesel - Trước trào lưu sử dụng xăng sinh họccủa thế giới, Vi t nam cũng đã bị lôi cuốn theo trào lưu này Từ cả chục năm nay, báo chí trong nước cũng thường đề cập đến vi c phát triển xăng sinh họctrên thế giới, nhất là khi giá cả xăng dầu tăng vọt Tháng 7/2006 tại Sài Gòn, và tháng 10/2007 tại Hà Nội, hàng trăm nhà khoa học và kinh doanh ở Vi t Nam hội thảo chung quanh vấn đề xăng -sinh học. .. dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 20% nhu cầu xăng dầu của cả nước bằng xăng E5 (pha 5% cồn) và dầu B5 (Diesel pha 5% dầu sinh học) , và đến năm 2025, đạt 1.8 triệu tấn, đáp ứng 100% nhu cầu của cả nước bằng xăng dầu pha nhiên liệu sinh học trên Và khoảng thời gian từ nay đến 2010 là nghiên cứu và ban hành luật lệ liên quan đến sản xuất và sử dụng xăng -sinh học Vi t Nam với đất hẹp (diện tích canh... hơn xăng cổ sinh Nếu chỉ tính từ vi c đốt xăng thì xăng sinh học quả thật cho ít khí nhà kiếng, nhưng nếu tính từ lúc sửa soạn đất đai, canh tác, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, thâu hoạch, chế biến v.v để thành xăng sinh học, tất cả các khâu này đều cần rất nhiều năng lượng lấy từ nhiên liệu cổ sinh, thì sử dụng xăng sinh học, vừa đắt tiền hơn, vừa sa thải nhiều khí nhà kính hơn xăng cổ sinh, ... ngũ cốc ra xăng sinh học chưa kinh tế Các nhà khoa học Đài Loan thành công trong phòng thí nghiệm biến chế ethanol từ rơm lúa, cứ mỗi 10 kg rơm rạ lúa biến chế được 2 lít alcohol 99.5% để pha làm xăng sinh học (Taipei Times, 19/2/2008), nhưng phải mất vài năm nữa mới có thể sản xuất thương mại quy mô Các nghiên cứu ở Trung quốc cho thấy xăng sinh học sản xuất từ rơm rạ mắc hơn xăng cổ sinh khoảng 250... diesel -sinh học - Diesel -sinh học được chế chế biến từ dầu thực vật hay từ mỡ động vật bằng phương pháp ester hoá Dầu thực vật (hay mở) được trộn với sodium hydroxide (NaOH) và methanol (hay ethanol), cùng chất xúc tác (catalyst), phản ứng hoá học xảy ra, cho diesel -sinh học và glycerol 1 phần glycerol được sinh ra khi tạo được 10 phần dieselsinh học Trước đây, chất xúc tác lấy từ hoá chất của kỹ nghệ... Motors của Hoa Kỳ tuyên bố hợp tác với đại công ty sản xuất ethanol Coskata để bắt đầu sản xuất quy mô ethanol từ thân bắp vào cuối năm 2008, và kể từ 2011 sẽ sản xuất 50 – 100 triệu gallons/năm, với giá 1 USD/gallon - VD: QT biến rơm rạ của lúa và ngũ cốc ra xăng sinh học VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí Escherichia coli Acinetobacter baumannii Hình 4: Một số vi sinh vật phân... thực Năng lượng để sản xuất và biến chế xăng sinh học cũng phải “xanh” III Các phương pháp chế biến xăng sinh học - Trên nguyên tắc, bất cứ chất vật liệu sinh học nào chứa nhiều Carbon, hoặc dưới dạng đường, tinh bột, cellulose đều có thể chế biến thành ethanol, hoặc chứa nhiều acid béo thì chế biến diesel -sinh học được Thông thường nhất là từ thực vật có khả năng lục hoá – biến CO2 của khí quyển thành... Khoa học- Công nghệ; và sử dụng xăng dầu phải có ý kiếng của Bộ Giao thông-Vận tải, v.v Theo báo “Khoa Học Phổ Thông” ngày 14/12/2006, thì “Bộ Công nghiệp VN đang xây dựng đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020”, theo đó “Giai đoạn 2011-2015, sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học thay thế nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất và mạng lưới phân ... lược vi sinh vật Khái niệm: - Vi sinh vật sinh vật đơn bào có kích thước nhỏ, không quan sát mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi Nó bao gồm virus, vi khuẩn, archaea, vi nấm, vi tảo, động vật. .. tự túc sử dụng hoàn toàn xăng -sinh học, cần phải sử dụng 75% diện tích canh tác toàn giới để canh tác đủ xăng sinh học cho Hoa Kỳ - Vì vậy, sản xuất xăng sinh học từ sản phẩm lương thực người... chung vi nấm) số động vật nguyên sinh tảo đơn bào Vai trò vi sinh vật: - Trong tự nhiên: Tích cực: + Vi sinh vật mắt xích quan trọng chu trình chuyển hóa vật chất lượng tự nhiên + Tham gia vào vi c