TÌM HIỂU VỀ VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

Mục Lục Mở đầu 3 1.Khái niệm NLSH: 4 2.Tính cấp thiết của việc sử dụng NLSH: 4 3. Tổng quan về NLSH trên thế giới và Việt Nam: 5 3.1. Năng lượng sinh học trên thế giới 5 3.2. Phát triển năng lượng sinh học ở Việt Nam 10 4. Các nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học 11 5. Huyền hóa Ethanol, xăng Ẹ5: 11 5.1Sản xuất etanol, biodiesel 11 5.2 Xăng E5 15 6. Ưu và nhược điểm của việc sản xuất NLSH: 16 6.1. Lợi ích của việc sản xuất năng lượng sinh khối: 17 6.2. Nhược điểm của năng lượng sinh khối: 18 7. Thuận lợi và khó khăn cho việc sản xuất NLSH ở Việt Nam: 18 1. Thuận lợi: 18 2. Khó khăn: 17 8. Sự chuyển NLSH sang năng lượng hữu ích: 19 8.1. Chuyển hóa năng lượng từ biogas sang điện năng: 20 8.2. Nguyên tắc sản xuất và sử dụng ethanol: 23 9. Tình hình sử dụng NLSH trên thế giới: 25 10. Tình hình sử dụng NLSH ở Việt Nam: 29 10.1. Tình hình nghiên cứu và phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam. 29 10.2. Những hạn chế trong việc phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam 31 10.3 Chính sách, biện pháp tháo gỡ những rào cản trong việc sản xuất và sử dụng năng lượng sinh học. 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 Mở đầu Môi trường hiện nay đã và đang bị ô nhiễm với mức độ ngày càng tăng, đe doạ trực tiếp đến sự sống của tất cả các loại sinh vật trong đó có con người. Nhiệt độ ngày càng tăng lên, hàng loạt các thiên tai như động đất, sóng thần, lũ lụt tàn phá các nước Nhật Bản, Trung Quốc, Myanmar, đó là cảnh báo đối với con người chúng ta về một thảm cảnh không xa khi mà môi trường sống bị tàn phá tới mức không còn cứu chữa được nữa. Vấn đề cấp thiết hiện nay là cần tìm cách khắc phục những nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường. Thủ phạm chính gây ô nhiễm môi trường đó là các khí nhà kính cacbon điôxít, mêtan, nitơ oxít, được thải ra chủ yếu trong các quá trình đốt nhiên liệu như xăng dầu, than đá, để thu năng lượng và năng lượng ấy gọi là năng lượng bẩn. Vậy làm thế nào để có năng lượng để sử dụng mà không làm ô nhiễm môi trường? Một loạt các loại năng lượng sạch đã được thế giới nghiên cứu và đưa vào sử dụng. Trong đó có năng lượng sinh học. Năng lượng sinh học mới được nghiên cứu gần đây và thực sự là niềm hy vọng mới cho con người về vấn đề bảo vệ môi trường và là một phương hướng giải quyết cho vấn đề nhiên liệu hoá thạch hiện nay đang dần trở nên cạn kiệt. Vậy năng lượng sinh học là gì? 1.KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC: Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng tái tạo được sinh ra từ các nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên thông qua các chuyển biến sinh học nhờ các tác nhân sinh học. Năng lượng sinh học: sử dụng những nguyên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khối như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật,.. nhưng đây chỉ là những dạng nguyên liệu thô. Năng lượng sinh học dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); các loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật). Hay nói cách khác; Năng lượng sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học). Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa,...), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương...), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân,...), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải...), Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá...): Tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống. Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống 2.TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC: Con người đang ngày tím các nguồn năng lượng thay thế, trong đó có năng lượng sinh học vì các lý do sau:  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 đại của chúng ta đang dựa trên các nguồn năng lượng hóa thạch: dầu, than và khí dốt. Rất không may là các nguồn tài nguyên hóa thạch ngày nay ngày càng khan hiếm. Một trong những biểu hiển của nó là giá thành ngày càng tăng.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HÓA HỌC  ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI GVHD: Vũ Thùy Anh Môn: Công nghệ hóa sinh và ứng dụng NHÓM 10 15139146 Trần Phương Uyên 15139057 Nguyễn Thị Kim 15139060 Luyện Thanh Lan 15139054 Dương Thụy Kim Khánh 15139077 Huỳnh Ngọc Kim Ngân Mục Lục Mở đầu Môi trường hiện và bị ô nhiễm với mức độ ngày càng tăng, đe doạ trực tiếp đến sống tất loại sinh vật đó có người Nhiệt độ ngày càng tăng lên, hàng loạt thiên tai động đất, sóng thần, lũ lụt tàn phá nước Nhật Bản, Trung Quốc, Myanmar, đó là cảnh báo người thảm cảnh không xa mà môi trường sống bị tàn phá tới mức khơng cứu chữa Vấn đề cấp thiết hiện là cần tìm cách khắc phục nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường Thủ phạm gây nhiễm mơi trường đó là khí nhà kính cacbon điơxít, mêtan, nitơ oxít, thải chủ yếu trình đốt nhiên liệu xăng dầu, than đá, để thu lượng và lượng gọi là lượng bẩn Vậy làm nào để có lượng để sử dụng mà không làm ô nhiễm môi trường? Một loạt loại lượng giới nghiên cứu và đưa vào sử dụng Trong đó có lượng sinh học Năng lượng sinh học nghiên cứu gần và thực là niềm hy vọng cho người vấn đề bảo vệ môi trường và là phương hướng giải cho vấn đề nhiên liệu hoá thạch hiện dần trở nên cạn kiệt Vậy lượng sinh học là gì? 1.KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC: Năng lượng sinh học là nguồn lượng tái tạo sinh từ nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên thông qua chuyển biến sinh học nhờ tác nhân sinh học Năng lượng sinh học: sử dụng nguyên liệu có nguồn gốc từ vật liệu sinh khối củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật, chỉ là dạng nguyên liệu thô Năng lượng sinh học dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: loại cồn sản xuất công nghệ sinh học để sản xuất Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật) Hay nói cách khác; Năng lượng sinh học là loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) Ví dụ nhiên liệu chế xuất từ chất béo động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ), Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm bật so với loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá ): Tính chất thân thiện với mơi trường: chúng sinh hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) và gây nhiễm mơi trường loại nhiên liệu truyền thống Nguồn nhiên liệu tái sinh: nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh Chúng giúp giảm lệ thuộc vào nguồn tài ngun nhiên liệu khơng tái sinh truyền thống 2.TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC: Con người ngày tím ng̀n lượng thay thế, đó có lượng sinh học lý sau:  Năng lượng hóa thạch là nguồn lượng có hạn và dần cạn kiệt Sử dụng lượng là nhu cầu thiếu tất ngành công nghiệp, dịch vụ và hoạt động dân sinh Hệ thống kinh tế hiện đại dựa nguồn lượng hóa thạch: dầu, than và khí dốt Rất khơng may là nguồn tài nguyên hóa thạch ngày ngày càng khan Một biểu hiển nó là giá thành ngày càng tăng Biểu đồ giá dầu thế giới từ năm 1996-2008 Trong năm gần đây, giá dầu tăng mạnh Chỉ 12 năm kể từ năm 1996 giá dầu tăng đến 500% Khai thác tài nguyên hóa thạch là khai thác nguyên liệu mà hình thành nên chúng phải đến hàng trăm triệu năm Nếu chỉ khai thác sử dụng nguyên liệu hóa thạch tất yếu sẽ dẫn đến lúc nào đó cân đối cung và cầu  o o Năng lượng hóa thạch là ng̀n gốc hiệu ứng nhà kính: Một thách thức lớn cho nhân loại kỷ 21 là giảm phát thải khí nhà kính, yếu tố định gây biến đổi khí hậu Vấn đề đặt là tìm ng̀n lượng sạch, rẻ, dời dào để thay cho nhiên liệu hóa thạch, coi là bẩn Để hướng tới tương lai phát triển bền vững, lượng sinh học hiện là hướng mà nhiều quốc gia lựa chọn TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM: 3.1 Năng lượng sinh học thế giới Hàn Quốc xây dựng cho Chiến lược tăng trưởng xanh, phát thải cac-bon vòng 60 năm tới với cơng cụ là cơng nghệ, sách và thay đổi lối sống Đối với lãnh đạo đất nước này, tăng trưởng xanh là lựa chọn mà là lựa chọn Một mục tiêu mà chiến lược đề là đến 2050, Hàn Quốc sẽ hoàn toàn không bị phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giải pháp là tăng cường lượng hạt nhân, phát triển lượng tái tạo Năng lượng sinh học tích cực nghiên cứu, phát triển đất nước này với mục tiêu đến năm 2030 lượng tái tạo sẽ đạt 11%, đó lượng từ sinh khối sẽ đạt 7,12% Ngoài công nghệ chế tạo bioga thông thường từ sinh khối, từ chất thải chăn ni, Hàn Quốc tích cực phát triển bioga từ bùn thải Theo tính tốn nhà khoa học cứ 100kg COD bùn thải (từ hệ thống xử lý nước thải) vào bể yếm khí sẽ cho 40-45m3 khí mê-tan, 5kg bùn và nước thải có chứa 10-20kg COD Hình 1:Cơng nghệ Bioga Ở Nhật Bản, Chính phủ ban hành Chiến lược lượng sinh khối (Nippon Biomas Strategy) từ năm 2003 và hiện tích cực thực hiện Dự án phát triển đô thị sinh khối (biomass town) và có 208 đô thị đạt danh hiệu này, mục tiêu đến 2010 sẽ đạt 300 thành phố/đơ thị Hình 2:Các đô thị lớn tiêu biểu dự án phát triểncác đô thị sinh khối Nhật Bản Ở Đức, Luật Năng lượng tái tạo có hiệu lực từ năm 2000, đưa chế khuyến khích ưu tiên phát lên lưới điện quốc gia nguồn điện từ lượng tái tạo (mặt trời, gió, thuỷ điện, sinh khối và địa nhiệt) Sản xuất điện từ bioga từ sinh khối hiện phát triển với số lượng nhà máy đạt tới 4600 nhà máy với tổng công suất 1700MW năm 2009, và dự kiến sẽ tăng lên 5400 nhà máy năm 2015 Hình 3:Sản xuất điện từ bioga từ sinh khối Tương tự, ở Trung Quốc có Luật lượng tái tạo và hiện có 80 nhà máy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy Tiềm là có thể đạt 30GW điện từ loại hình lượng này và Chính phủ hiện thúc đẩy hợp tác, mời gọi đầu tư Việc nghiên cứu phát triển bioga để chạy máy phát điện từ bùn thải từ trạm xử lý nước thải cũng thực hiện Đây là hoạt động có tiềm hiện toàn Trung Quốc có đến 1521 nhà máy xử lý nước thải xây dựng tính đến năm 2008 và sẽ tiếp tục tăng, với tỷ lệ nước thải xử lý là 28% (1999), 63% (2008) và 70% (dự kiến 2010) Hình 4:Nhà máy xử lý nước thải để chạy phát điện Hình 5:Phát triển bioga để chạy máy phát điện Ở Canada, trường đại học Lakehead hiện đangnghiên cứu chế tạo dầu sinh học thơng qua việc hố lỏng loại sinh khối, chất thải nông nghiệp phần thải từ lúa mì, ngơ, v.v Theo đó, qua trình thuỷ phân điều kiện nhiệt độ và áp suất cao từ loại sinh khối này sẽ thu dầu sinh học (bio-crude oil) có thể dùng để phát triển biodiesel sau này Một hướng nghiên cứu khác là thay ethanol butanol sinh học nó cung cấp nhiều lượng cùng đơn vị thể tích Một số trường đại học, viện nghiên cứu Mỹ và Hàn Quốc nghiên cứu để chế tạo butanol sinh học từ loại sinh khối Chính phủ Thái Lan đề mục tiêu lượng tái tạo đạt 20% tổng lượng tiêu thụ vào năm 2022 Thái Lan 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 sản xuất từ dầu cọ (palm oil) với tổng khối lượng là 1,3 triệu 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 loại dầu ăn thải bỏ sau sử dụng từ sở công nghiệp thực phẩm, từ nhà hàng, khách sạn, hộ gia đình để sản xuất thức ăn gia súc và chế biến biodiesel Ở Phillipine, Luật nhiên liệu sinh học (Biofuel Act) ban hành từ năm 2006 với mục tiêu giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch Hiện việc sản xuất B2 và E5 là bắt buộc nhà sản xuất, phân phối nhiên liệu Phillipine Hình 6: Các dự án nhiên liệu sinh học từ nguyên liệu cellulose giới đến đến tháng năm 2008 Malaysia Indonesia là hai quốc gia sản xuất dầu cọ lớn giới, riêng sản lượng Malaysia là 15,8 triệu (2008) và việc sản xuất dầu biodiesel thực hiện từ 20 năm nay, mặc dù Luật công nghiệp nhiên liệu sinh học ban hành gần (2007) Indonesia, ngoài sản xuất biodiesel từ dầu cọ, hiện cũng thúc đẩy thực hiện Dự án làng tự cung cấp lượng theo đó khuyến khích phát triển lượng từ sinh khối chất thải vật nuôi, chất thải sản xuất cacao, v.v… Ngoài dầu cọ, Indonesia phát triển mạnh cọc rào (jatropha) để sản xuất diesel sinh học 3.2 Phát triển lượng sinh học Việt Nam     Năng lượng sinh học phải là mạnh Việt Nam mà nước ta chủ yếu vẫn là đất nước nông nghiệp, có nhiều lọai sinh khối, có điều kiện khí hậu để phát triển nhiều loại làm nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học Bioga phát triển từ lâu và hiện phổ biến rộng rãi nước Chương trình khí bioga Bộ NN&PTNT thực hiện đạt số lượng hàng chục nghìn hầm, tương lai gần số lượng này sẽ đạt đến hàng trăm nghìn hầm, và đạt giải thưởng lượng Bỉ năm 2006 Chương trình này và cải thiện chất lượng môi trường nông thôn, đồng thời cung cấp lượng cho nhiều hộ gia đình Vấn đề là phải tăng cường, hoàn thiện kỹ thuật, nâng cấp qui mô, tận dụng hiệu ng̀n bioga để phát triển loại hình lượng này Hình : Các hầm Bioga ở Việt Nam   Về nhiên liệu sinh học, nước ta hiện giai đoạn đầu phát triển, cụ thể là chỉ dừng hoạt động nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm Trên thị trường Hà Nội và TP HCM hiện phân phối thí điểm loại xăng gasohol E5 Một số sở sản xuất ethanol sinh học để phục vụ việc chế tạo xăng sinh học song quy mơ nhỏ Mới nhà máy sản xuất ethanol sinh học Phú Thọ và Dung Quất, công suất 100.000 ethanol/năm Petro Việt Nam (PVN) xây dựng, dự kiến sẽ vào sản xuất từ năm 2010 PVN cũng xây dựng dự án nhà máy thứ 3, liên 10 lò hấp thụ: nhiệt độ từ 35 – 50oC, áp suất từ – 205 atm lò tái tạo: nhiệt độ từ 115 – 125oC, áp suất từ 1.4 – 1.7 atm Sơ đồ xử làm Methane Hệ thống làm gờm hai phận: lò hấp thụ và lò tái tạo Khí biogas cần làm dẫn vào ngăn lò hấp thụ Chất làm amin đậm đặc và nước dẫn vào ngăn lò hấp thụ Bên lò hấp thụ, sẽ xảy phản ứng H2S, CO2 với dung dịch amin tạo thành dung dịch muối amin RNH2 + H2S → RNH3HS RNH2 + CO2 + H2O → RNH3HCO3 Khí methane khơng phản ứng dẫn ngoài theo ngăn lò hấp thụ Dung dịch muối amin dẫn từ ngăn lò đến ngăn lò tái tạo Tại chúng làm đông đặc lại và tách trở lại thành H2S, CO2 và dung dịch amin H2S và CO2 dẫn ngoài, dung dịch amin bơm trờ lại vào ngăn trên, xuống ngăn lò Từ ngăn dưới, dung dịch amin đưa vào lò đun để làm hóa nước trờ thành amin đậm đặc ban đầu Sau làm khí methane lúc này gọi là methane sinh học (biomethane) hay gọi là methane Từ đây, methane sẽ dẫn vào hệ thống khác để tạo điện Quá trình tạo điện thực hiện theo sơ đồ sau: 21 Sơ đồ sản xuất điện từ biogas Methane sinh học bơm lên cho vào lò nung để đốt cháy Đờng thời, nước từ trích nhiệt cũng dẫn vào bên lò để làm tăng thêm lượng nước Trong lò sẽ xảy phản ứng đốt cháy methane tạo CO2 và nước cùng nhiệt lượng cực lớn CH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O + Q với Q = 891 kJ/mol CH4 Nhiệt lượng tỏa sẽ làm phân tử nước chuyển động mạnh gọi là siêu nóng Hơi siêu nóng sẽ dẫn qua máy phát điện Tại đó, này sẽ làm quay tuabin máy phát điện với tốc độ khoảng 7500 vòng/phút, tua bin quay sẽ sản sinh hiệu điện vào khoảng 20 000 vôn Sau làm quay tuabin, nước lúc này không nóng sẽ dẫn qua phận làm để làm ngưng tụ nước thành nước để rồi từ đây, lại cung cấp nước cho phận trích nhiệt đưa nước vào lò 22 Một số nhà máy sử dụng lượng sinh khối sản xuất điện b Những lợi ích biogas: * Lợi ích biogas môi trường: - Chuồng trại chăn nuôi trở nên sẽ - Chất thải xử lý nên làm giảm số bệnh tật giun sán, truyền nhiễm - Xử lý phân và nước thải làm giảm mùi hơi, thối - Hạn chế tình trạng phá rừng lấy củi đốt - Giảm thiên tai và hiệu ứng nhà kính (vì khí metan và khí cacbonic là nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính) * Lợi ích biogas ng̀n lượng: Biogas là nguồn lượng và có giá trị cao có thể dùng để phục vụ nhiều mục đích như: - Đun nấu: nấu ăn bếp sử dụng khí biogas - Thắp sáng: đèn chiếu sáng biogas 23 - Chạy động đốt trong: dùng thay cho xăng và dầu diesel, theo ước tính m3 biogas có giá trị lượng tương đương với 0,4 kg dầu diesel, 0,6 kg dầu hỏa, 0,8 kg than, 0,8 lít xăng - Dùng chuyển hoá thành điện sử dụng cho sinh hoạt Tính ra, để đủ lượng khí đốt và điện thắp sáng dùng cho sinh hoạt, mỡi hộ gia đình chỉ cần chăn nuôi thường xuyên từ – 10 lợn thịt Nhờ đó có thể tiết kiệm từ – triệu đồng mỗi năm cho gia đình Với m3 biogas có thể sản xuất tương đương 1,25 kWh điện sử dụng cho gia đình người và thắp sáng bóng đèn 60W * Lợi ích biogas nơng nghiệp: Chất thải từ chuồng trại cho vào hầm biogas sẽ bị biến đổi và phần chuyển hoá thành khí biogas Phần lại là nước thải và chất cặn bã có thể sử dụng vào nhiều mục đích khác, như: - Làm phân bón: bã thải dùng để ủ thành phân hữu sinh học, dùng để bón cho cối, hoa màu, giúp tăng suất, hạn chế sâu bệnh, nâng cao độ dinh dưỡng đất - Nước thải có thể dùng để tưới trực tiếp cho rau và hoa màu xanh tốt - Ngoài cặn bã và nước thải biogas có thể dùng vào việc ni cá theo mơ hình vườn – ao – ch̀ng, hoặc dùng để nuôi trùn quế, làm tăng thêm nguồn thu nhập cho gia đình * Lợi ích khác từ biogas: - Làm hiện đại hố nơng thơn, góp phần mơ hình xây dựng nơng thơn - Chị em phụ nữ sẽ dễ dàng việc nấu ăn phục vụ gia đình - Đời sống người dân cải thiện nên xã hội cũng ngày càng phát triển 8.2 Nguyên tắc sản xuất sử dụng ethanol: a Quy trình sản xuất ethanol: - Quá trình sản xuất ethanol gồm bước bản: + Phân hủy xenlulo thành đường đơn + Lên men đường đơn để thu ethanol + Chưng cất và đề hydrat hóa ethanol 24 - Đầu tiên, đề tạo ethanol, người ta cần phân hủy xenlulo thành phân tử đường đơn C6H12O6 Đối với hoa màu đường đơn tạo thành trình quang hợp: CO2 + H2O + ánh sáng mặt trời → C6H12O6 + O2 Đối với sinh khối đường đơn tạo cách thủy phân xenlulo (C6H12O6)n +toC → n C6H12O6 - Sau đó, người ta tiến hành lên men đường đơn để tạo thành ethanol theo phản ứng: C6H12O6→ C2H5OH + CO2 + Q với nhiệt lượng Q vào khoảng 227kCal Đây là trình lên men gây vi khuẩn lên men Loại vi khuẩn lên men này chỉ tương tác và làm lên men tinh thể đường đơn - Cuối cùng là công đoạn chưng cất và đề hydrat hóa ethanol Ethanol muốn sử dụng để làm nhiên liệu cho động đốt nước phải loại bỏ hoàn toàn Quá trình chưng cất chẳng qua chỉ là q trình đun nóng hỡn hợp dung dịch ethanol hòa tan Ethanol bay nhanh nước nên sẽ bốc nhiệt độ từ 80 -90OC Hơi ethanol dẫn qua phận làm lạnh để hóa lỏng ethanol thu ethanol tinh khiết Sơ đồ chưng cất ethanol b Ưu nhược điểm sử dụng ethanol sinh học: * Lợi ích sử dụng ethanol: Ethanol nghiên cứu để làm nhiên liệu thay cho xăng dầu là xăng dầu bị đốt, ngoài việc thải lượng khí nhà kính CO2, thải nhiều chất khí độc hại chứa lưu huỳnh Tính tốn cho thấy ethanol bị đốt cháy cũng thải CO2 nhiều so với xăng Cụ thể là đốt xăng cứ lít xăng sẽ giải phóng 2.44 25 kg khí CO2 lít khí ethanol chỉ sản sinh 1.94 kg CO2 Dĩ nhiên công đoạn lên men đường và đốt ethanol cũng sẽ sinh khí CO2 khơng q lớn, lượng khí CO2 này sẽ trờng hấp thụ q trình sinh trưởng và tạo sinh khối * Nhược điểm việc sử dụng ethanol: Nhược điểm nhiên liệu ethanol đó là bay khó xăng động khó khởi động mùa lạnh Do đó, để khắc chế tình trạng này, ethanol thường trộn chung với xăng dầu theo số tỉ lệ định E10 (10% ethanol, 90% xăng), E85 ( 85% ethanol, 15% xăng) TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI Xu thế phát triển lượng tái tạo Hiện có khoảng 50 nước khắp châu lục khai thác và sử dụng lượng sinh học mức độ khác Năng lượng sinh học hiểu là nhiên liệu tái tạo (Renewable Fuel) 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 sản phẩm từ chúng 26 Một số thông tin liên quan : -Năm 2006, toàn giới sản xuất khoảng 50 tỷ lít ethanol (75% dùng làm nhiên liệu) so với năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến năm 2012 là khoảng 80 tỷlít; năm 2005 sản xuất triệu diesel sinh học (B100), năm 2010 sẽ tăng lên khoảng 20 triệu -Brasil là quốc gia sử dụng ethanol làm nhiên liệu quy mô công nghiệp từ năm 1970 Tất loại xăng quốc gia này pha khoảng 25% ethanol (E25), mỗi năm tiết kiệm tỷ USD nhập dầu mỏ Hiện tại, nước này có triệu ôtô sử dụng hoàn toàn ethanol và 17 triệu ôtô sử dụng E25 Thành công này bắt nguồn từ chương trình Proalcool Chính phủ thực thi từ năm 1975, chương trình này trở thành mẫu hình cho nhiều quốc gia khác tham khảo Hình 10: Nhà máy etanol Brazil - Mỹ hiện là quốc gia sản xuất ethanol lớn giới (năm 2006 đạt gần 19 tỷ lít, đó 15 tỷ lít dùng làm nhiên liệu - chiếm khoảng 3% thị trường xăng) Năm 2012 sẽ cung cấp 28 tỷ lít ethanol và diesel sinh học, chiếm 3,5% lượng xăng dầu sử dụng Để khuyến khích sử dụng nhiêu liệu sạch, Chính phủ thực hiện việc giảm thuế 0,50 USD/gallon ethanol và USD /gallon diesel sinh học, hỗ trợ doanh nghiệp nhỏ sản xuất lượng sinh học Người đứng đầu Nhà trắng tuyên bố sẽ đưa nước Mỹ thoát khỏi phụ thuộc dầu mỏ từ nước ngoài, cách đầu tư lớn cho R &D để tạo công nghệ sản xuất lượng và lượng sinh học - Sử dụng lượng sinh khối Đức Ở Đức, Luật Năng lượng tái tạo có hiệu lực từ năm 2000, đưa chế khuyến khích ưu tiên phát lên lưới điện quốc gia nguồn điện từ lượng tái tạo (mặt trời, gió, thuỷ điện, sinh khối và địa nhiệt) Sản xuất điện từ biogas từ sinh khối hiện phát triển với số lượng 27 nhà máy đạt tới 4600 nhà máy với tổng công suất 1700MW/năm (năm 2009), và dự kiến sẽ tăng lên 5400 nhà máy năm 2015 - Sử dụng lượng sinh khối Nhật Bản Ở Nhật Bản, Chính phủ ban hành Chiến lược lượng sinh khối (Nippon Biomas Strategy) từ năm 2003 và hiện tích cực thực hiện Dự án phát triển đô thị sinh khối (biomass town) và có 208 đô thị đạt danh hiệu này, mục tiêu đến 2010 sẽ đạt 300 thành phố/đô thị - Sử dụng lượng sinh khối Hàn Quốc Hàn Quốc xây dựng cho Chiến lược tăng trưởng xanh, phát thải cac-bon (Green, low carbon growth strategy) vòng 60 năm tới với cơng cụ là cơng nghệ, sách và thay đổi lối sống Đối với lãnh đạo đất nước này, tăng trưởng xanh là lựa chọn mà là lựa chọn Một mục tiêu mà Chiến lược đề là đến 2050, Hàn Quốc sẽ hoàn toàn không bị phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giải pháp là tăng cường lượng hạt nhân, phát triển lượng tái tạo Năng lượng sinh học tích cực nghiên cứu, phát triển đất nước này với mục tiêu đến năm 2030 lượng tái tạo sẽ đạt 11%, đó lượng từ sinh khối sẽ đạt 7,12% Ngoài công nghệ chế tạo biogas thông thường từ sinh khối, từ chất thải chăn ni, Hàn Quốc tích cực phát triển bioga từ bùn thải Theo tính tốn nhà khoa học cứ 100kg COD bùn thải (từ hệ thống xử lý nước thải) vào bể yếm khí sẽ cho 40-45m3 khí mê-tan, 5kg bùn và nước thải có chứa 10-20kg COD[1] - Trung Quốc mỗi ngày sử dụng 2,4-2, triệu thùng dầu mỷ, số đó có tới 50% phải nhập Để đối phó với thiếu hụt lượng, mặt Trung Quốc đầu tư lớn ngoài lãnh thổ để khai thác dầu mỏ, mặt khác tập trung khai thác, sử dụng lượng tái tạo, đầu tư để nhiều sở khoa học nghiên cứu lượng sinh học Đầu năm 2003, xăng E10 (10% ethanol và 90% xăng) thức sử dụng thành phố lớn và tới sẽ mở rộng thêm tỉnh đông dân cư khác Dự kiến, ethanol nhiêu liệu sẽ tăng tỷ lít vào năm 2010, khoảng 10 tỷ lít vào năm 2020 (năm 2005 là 1, tỷ lít) Cuối năm 2005, nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu công suất 600.000tấn /năm (lớn giới) vào hoạt động Cát Lâm Tháng 6.2006, Quốc hộiTrung Quốc thông qua Chiến lược phát triển kinh tế - xã hội, cơng nghiệp hố thân thiện mơi trường -Thành phố Leeds (Anh) sẽ sớm trở thành trung tâm sản xuất lượng từ chất thải lớn nhờ vào cơng trình tái chế và thu hồi lượng sở xây dựng Veolia khu cơng nghiệp Cross Green 28 Hình 11: Nhà máy lương sinh học Leeds (Anh) - Ấn Độ hiện tiêu thụ khoảng triệu thùng dầu mỏ /ngày có tới 70% phải nhập Chính phủ có kế hoạch đầu tư tỷ USD cho phát triển nhiên liệu tái tạo, mỗi năm sản xuất khoảng tỷ lít ethanol Từ tháng 1- 2003, bang và tiểu vùng sử dụng xăng E5, thời gian tới sẽ sử dụng bang lại, sau đó sử dụng nước Để phát triển diesel sinh học dùng cho giao thông công cộng, Chính phủcó kế hoạch trờng có dầu, đặc biệt là dự án trồng 13 triệu hécta Jatropha curcas /physic nut (cây cọc rào, dầu mè) để năm 2010 thay khoảng 10% diesel dầu mỏ -_Từ năm 1985, Thái Lan huy động hàng chục quan khoa học đầu ngành để thực thi dự án Hoàng gia phát triển công nghệ hiệu sản xuất ethanol và diesel sinh học từ dầu cọ Năm 2001, nước này thành lập ủy ban ethanol nhiên liệu quốc gia (NEC) Bộ trưởng Công nghiệp phụ trách để điều hành chương trình phát triển lượng sinh học Năm 2003, có hàng chục trạm phân phối xăng E10 Băngcốc và vùng phụ cận Chính phủ khẳng định E10 và B10 sẽ sử dụng nước vào đầu thập kỷ tới - Ủy ban dầu cọ Malayxia (MPOB) cho biết, từ đến năm 2015 sẽ có nhà máy sản xuất diesel sinh học từ dầu cọvới tổng công suất gần triệu để sử dụng nước và xuất sang EU - Inđônêxia phấn đấu đến năm 2015 sẽ sử dụng B5 đại trà nước Ngoài dầu cọ, sẽ đầu tư trồng 10 triệu J.Curcas lấy dầu làm diesel sinh học - Achentina phê duyệt Luật lượng sinh học (tháng 4.2006) quy định năm 2010 nhà máy lọc dầu pha 5% ethanol và 5% diesel sinh học xăng dầu để bán thị trường -Ở California có nhà máy điện Biomass, công suất 50MW Nhà máy này sử dụng phụ phẩm gỗ nhà máy cưa để làm nhiên liệu 29 Qua đó cho thấy việc sử dụng lượng sinh học phổ biến giới Ở số nước tiên tiến và cải tiến quy trình tạo lượng sinh học thay cho dầu mỏ, than đá tương lai 10.TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Ở VIỆT NAM 10.1/ Tình hình nghiên cứu phát triển lượng sinh học tại Việt Nam Thực trạng lượng tái tạo Việt Nam 30 Ngày 6/4/2005, Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM đồng ý hỗ trợ 30,000USD là kinh phí ban đầu cho nhóm nghiên cứu đề tài nghiên cứu khoa học lĩnh vực Biomass giai đoạn 2005 - 2007 -Nhóm nghiên cứu đề tài Biomass, xử lý phế phẩm nơng nghiệp TS Phan Đình Tuấn, trường đại học Bách khoa TP.HCM phụ trách Biomass là đề tài nghiên cứu công nghệ xử lý phế phẩm sản xuất nông nghiệp rơm, rạ, trấu… nhằm sản xuất bioethanol (cồn nguyên liệu), tiến tới xây dựng mơ hình “Thị trấn Biomass” xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi,TP.HCM -Trung tâm khuyến công tỉnh Đồng Nai phối hợp với Đại học Nông Lâm TP.HCM vừa chuyển giao công nghệ sản xuất bioethanol từ trái Điều phế phẩm cho 120hộ trồng Điều huyện Cẩm Mỹ để sản xuấtbioethanol Theo công nghệ này, mỗi trái Điều sau lấy hạt đưa vào xử lý chưng cất sẽ thu 80 lít bioethanol 80 độ -Trong khoảng thời gian tháng 04/2007 – tháng 12/2009, PGS.TS Vũ Nguyên Thành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất bioethanol nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp (biomass)” với mục tiêu thiết kế quy trình cơng nghệ sản xuất bioethanol nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, lõi ngơ, thân gỡ, bã mía…) và mơ hình hệ thống thiết bị sản xuất bioethanol nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp nhằm triển khai áp dụng sở sản xuất -Nhà máy sản xuất bioethanol xây dựng tỉnh Bình Phước với cơng suất hàng năm khoảng 100,000m3 Nguồn nguyên liệu sản xuất từ sắn lát và tinh bột Sản phẩm thu với độ tinh khiết 99.8% (thể tích) Nhà máy đầu tư liên doanh PVOil và ITOCHU, hình thành Cơng ty TNHH Nhiên liệu Sinh học Phương Đơng (OBF) Hình 12: Nhà máy sản xuất bioethanol Bình Dương 31 - Nhà máy sản xuất bioethanol khu kinh tế Dung Quất sẽ đầu tư xây dựng Tổng cơng ty dịch vụ dầu khí (Petrosetco), BSR, PVFC hình thành Công ty cổ phần Nhiên liệu sinh học Dầu khí Việt Nam (PCB).Nhà máy xây dựng diện tích từ 30 – 50 ha, sản xuất bioethanol 99.8% (thể tích), cơng suất 100,000 m3/năm với ng̀n ngun liệu sắn lát Hình 13: Nhà máy sản xuất bioethanol khu kinh tế Dung Quất - PVB (Công ty Cổ phần Hóa dầu và Nhiên liệu sinh học Dầu khí) đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất bioethanol tỉnh Phú Thọ (cách Hà Nội khoảng 80 Km) Tổng vốn đầu tư khoảng 80 triệu USD Công suất nhà máy khoảng 100,000 m3 bioethanol/năm Nguồn nguyên liệu nhà máy chủ yếu là từ sắn lát và mía - Công ty cổ phần Đồng Xanh (GFC) đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất bioethanol xã Đại Tân,huyện Đại Lộc, Quảng Nam từ nguồn nguyên liệu chủ yếutừ củ khoai mì (sắn) và tinh bột Nhà máy sản xuất bioethanol với độ tinh khiết 99.8% (thể tích), có cơng suất chạy thử khoảng 50 triệu lít/năm Sau đó, tiến hành mở rộng và dự kiến công suất đạt khoảng 100 triệu lít/năm Sau hai năm thi công, ngày 02/9/2009 Công ty cổ phần Đồng Xanh vào hoạt động 10.2 Những hạn chế việc phát triển lượng sinh học tại Việt Nam Năng lượng sinh học chưa phát triển nước ta số nguyên nhân sau: - Nguồn nguyên liệu hạn chế phải dành đất đai để đảm bảo an ninh lương thực, trồng rừng bảo hộ và nguyên liệu cho công nghiệp; công nghệ hiện chưa đảm bảo suất trồng cao Nếu phát triển ờ ạt, khơng tính tốn sẽ ảnh hưởng đến an ninh lương thực và diện tích rừng 32 - Công nghệ sản xuất lượng sinh học hiện (thế hệ thứ nhất) dùng nguyên liệu là tinh bột ngũ cốc, mật rỉ đường để sản xuất ethanol và dùng dầu mỡđộng thực vật để sản xuất diesel sinh học, số lượng hạn chế và có giá thành cao - Công nghệ (thế hệ thứ hai) để sản xuất ethanol, diesel sinh học từ phế thải công - nông - lâm nghiệp (ligno-cellulosic bio mass) thành cơng mơ hình trình diễn, quy mơ nhỏ, cần 5-7 năm có thể áp dụng quy mô công nghiệp với giá thành hạ, sản lượng lớn - Năng lượng sinh học phát triển, chưa có đầu tưthích đáng, chưa sánh với lịch sử hàng trăm năm công nghiệp dầu mỏ Muốn khuyến cáo sử dụng Năng lượng sinh học cần phải trợ giá, hoặc có sách khuyến khích ban đầu, hoặc bắt buộc quy định đô thị 500 ngàn dân phải sử dụng nhiên liệu 10.3/ Chính sách, biện pháp tháo gỡ rào cản việc sản xuất sử dụng lượng sinh học Có thể thấy rằng, việc sản xuất biodiesel nước sẽ gặp nhiều khó khăn và khó nhân rộng, đầu tư thỏa đáng không có hỗ trợ Nhà nước Điều đó đòi hỏi cần có sách, biện pháp tháo gỡ rào cản việc sản xuất và sử dụng lượng sinh học - Trước mắt là có sách khuyến khích doanh nghiệp đầu tư vào lĩnh vực này và có sách ưu đãi thuế phù hợp để hỗ trợ việc phát triển nghiên cứu và sử dụng biodiesel - Bên cạnh đó, Nhà nước cũng cần sớm ban hành tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm để doanh nghiệp ổn định sản xuất, phân phối sản phẩm và giúp quan quản lý giám sát chất lượng sản phẩm biodiesel sản xuất và lưu thông thị trường - Hơn nữa, cũng cần xây dựng mơ hình đầu tư thấp, phân phối nhiên liệu biodiesel cho khu vực đông dân cư Đồng thời cần xây dựng mơ hình trờng trọt, chế biến, pha chế biodiesel cung cấp nhiên liệu cho máy móc nông nghiệp địa phương 33 Phụ lục Biểu đồ Biểu đồ giá dầu giới từ năm 1996-2008 Biểu đồ xu phát triển lượng tái tạo 25 Hình Bảng Hình : Công nghệ Bioga Hình 2:Các thị lớn tiêu biểu dự án phát triểncác đô thị sinh khối Nhật Bản Hình 4:Nhà máy xử lý nước thải để chạy phát điện .8 Hình 5:Phát triển bioga để chạy máy phát điện Hình 6: Các dự án nhiên liệu sinh học từ nguyên liệu cellulose giới đến đến tháng năm 2008 Hình : Các hầm Bioga Việt Nam 10 Hình 8: Phễu chiết chứa sản phẩm sau tách lớp .13 Hình 9: Rửa sản phẩm 14 Hình 10: Nhà máy etanol Brazil 26 Hình 11: Nhà máy lương sinh học Leeds (Anh) .28 Hình 12: Nhà máy sản xuất bioethanol Bình Dương 30 Hình 13: Nhà máy sản xuất bioethanol khu kinh tế Dung Quất 31 34 Tài liệu tam khảo http://luanvan.net.vn/luan-van/tieu-luan-tim-hieu-ve-nang-luong-sinh-hoc-va-ung-dung-oviet-nam-va-the-gioi-37634/ http://e5.nhienlieusinhhoc.com.vn/san-xuat-diesel-sinh-hoc http://doc.edu.vn/tai-lieu/luan-van-su-dung-nuoc-thai-tu-ham-u-biogas-de-nuoi-taochlorella-10214/ http://luanvan.co/luan-van/ung-dung-cua-vi-sinh-vat-cong-nghe-biogas-2069/ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ khóa 28- 2007: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BIODIESEL TỪ MỠ CÁ BASA Trường Đại học Cần Thơ 35 ... triển bền vững, lượng sinh học hiện là hướng mà nhiều quốc gia lựa chọn TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM: 3.1 Năng lượng sinh học thế giới Hàn Quốc xây dựng... HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI Xu thế phát triển lượng tái tạo Hiện có khoảng 50 nước khắp châu lục khai thác và sử dụng lượng sinh học mức độ khác Năng lượng sinh. .. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC: Năng lượng sinh học là nguồn lượng tái tạo sinh từ nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên thông qua chuyển biến sinh học nhờ tác nhân sinh học Năng lượng sinh học: sử dụng