Đồ án chuyên ngành hóa dầu

Đồ án chuyên ngành hóa dầu

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn khoa Công nghệ, tổ Hóa môi trường Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt chochúng em thực hiện bài đồ án này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Sơn bằng nghiệp

vụ sư phạm và lòng nhiệt tình đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thờigian học tập cũng như thời gian thực hiện làm bài đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa đã tận tình giảngdậy, trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu trong thời gian học vừa qua

Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành bài đồ án trong phạm vi và khả năngcho phép nhưng chắn không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong nhận đượcsự thông cảm và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và các bạn

Sinh Viên thực hiện

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 8

I.1 Nhiên liệu sinh học – xu hướng năng lượng tất yếu 8

I.1.1.Vài nét về lịch sử, sử dụng nhiên liệu ethanol 9

I.1.2 Một số ứng dụng 9

I.1.3 Tính chất 11

I.1.4 Lợi ích và hạn chế khi sử dụng nhiên liệu Ethanol 13

I.1.5 Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu ethanol trên thế giới 14

I.2 Các loại nhiên liệu sinh học 20

I.3 Phân loại nhiên liệu sinh học 21

I.3.1 Nhiên liệu lỏng 21

I.3.2 Khí sinh học (Biogas) 22

I.3.3 Nhiên liệu sinh học rắn 22

I.4 Nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học 22

I.5 Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học 22

I.6 Lợi ích của việc sản xuất nhiên liệu sinh học 23

CHƯƠNG II: NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIOETHANOL 27

II.1 Nguyên liệu tổng hợp bioethanol 27

II.1.1 Thế hệ 1: Từ tinh bột và rỉ đường 27

II.1.2 Thế hệ 2: Từ xelulo 34

II.1.3 Thế hệ 3: Từ rong tảo 37

CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT CỦA XĂNG SINH HỌC

III.1 Công nghệ sản xuất ethanol

III.1.1 Quy trình sản xuất ethanol thế hệ thứ 1 - Nguyên liệu chứa tinh bột

III.1.2 Quy trình sản xuất ethanol thế hệ thứ 2 - Từ xenlulo

III.2 Các chỉ tiêu chất lượng của bioethanol

III.2.1 Chỉ tiêu chất lượng dùng để pha vào xăng

III.2.2 Chỉ tiêu chất lượng của xăng

II.3 Các phương pháp pha cồn vào xăng

II.4 Ưu nhược điểm của xăng pha cồn với xăng truyền thống

II.5 Chất xúc tác dùng pha chế ethanol

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa tinh bột

Hình 3.2 Qúa trình chuẩn bị nguyên liệu sản xuất ethanol từ cellulose

Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ quá trình tiền xử lý ( sản xuất ethanol từ cellulose)

Hình 3.4 Sơ đồ công nghệ quá trình đường hóa và lên men .

Hình 3.5 Sơ đồ quá trình tinh chế sản phẩm

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Một số tính chất của ethanol

Bảng 3.1 Điều kiện trong thiết bị phản ứng tiền thuỷ

Bảng 3.2: Điều kiện của quá trình lên men

Bảng 3.3 Các phản ứng không mong muốn xảy ra trong quá trình lên men

Bảng 3.4 Các chỉ tiêu chất lượng của ethanol liên quan đến sức khỏe và an toàn môi trường

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong thời đại hoà nhập và phát triển nền kinh tế của đất nước, hoà chungvới nhịp cầu phát triển của thế giới Đất nước Việt Nam đang không ngừng đổimới và vươn lên trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá Đảng và nhà nướcta đang coi trọng rất nhiều về xăng dầu cũng như là dầu mỏ, nó góp phần thúc đẩysự phát triển kinh tế nước nhà Hiện nay xăng dầu là một loại hàng hoá hết sứcquan trọng và không thể thiếu được trong tất cả các quốc gia, đã và đang trên conđường phát triển sự phồn vinh của đất nước Như vậy có thể khẳng định rằng trongnhững thập kỷ gần đây, xăng dầu đã là nguồn nhiên liệu vô giá và đặc biệt quantrọng mà ta cần phải chú trọng và đầu tư Vì chính xăng dầu là nghành kinh tế mũinhọn, khẳng định sự phồn vinh và đi lên của mỗi quốc gia

Đối với mỗi quốc gia, tuy khác nhau về điều kiện khí hậu, trang thiết bị,nhưng nhu cầu sử dụng nhiên liệu lỏng ngày càng tăng Song nhìn chung xuhướng sử dụng xăng không chì, xăng sạch trên mỗi quốc gia ngày càng tăng Đặcbiệt là các quốc gia điển hình như ở mỹ hiện sử dụng xăng không chì đã lớn hơn40%- 50% khối lượng nhiên liệu, ở Đức, ý, Pháp,Nhật khối lượng dầu Diezen dựbáo tới năm 2005 là 48%, nhiên liệu phản lực hàng năm trên thế giớ sản xuất 90 -100 triệu tấn nhiên liệu cho nghành hàng không Trước những năm 1990 xăngđộng cơ chiếm ưu thế Nhưng gần đây xu hướng sử dụng dầu do có chiều hướnggia tăng Tuy nhiên xăng vẫn giữ vị trí quan trọng vì là nhiên liệu cho những loạiđộng cơ hiện đại có tỷ số nén cao và tốc độ lớn Xu thế chuyển xăng thông dụngsang xăng sạch không chì, Việt Nam đã sử dụng hết xăng không chì vì trong xănghàm lượng khí CO2 trong khí thải giảm, hàm lượng begen trong xăng không chìxuống còn < 1% thể tích, xăng không chì có hàm lượng chì nhất định nhưngkhông được vượt quá 0,013g/lit, ngoài ra việc cho thêm một số phụ gia không chìnhư Metanol, MTBE (Metyl tert-butyl ete) ta còn phải sử dụng một số côngnghệ sản xuất có trị số Octan cao như quá trình Ankyl hoá, đồng phân hoá.

Đấy là xu thế sử dụng xăng sạch- xăng không chì nói chung, sử dụng xăngkhông chì có một ưu điểm nổi bật đó là vấn đề môi trường - con người được cải

thiện hơn rất nhiều so với việc sử dụng xăng chì Vào khoảng 2005 toàn thế giớicó xu hướng sử dụng hoàn toàn xăng không chì.

Đây là tin đáng chú ý vì nó không những giúp cho chúng ta giải quyết vấnđề nan giải hiện nay, sự ô nhiễm môi trường rất có thể chấm dứt khi ta sử dụnghoàn toàn xăng không chì, mà còn hường cho ta một cách cụ thể cần phải cố gắngnhiều hơn nữa trong mọi lĩnh vực khoa học-kỹ thuật để làm sao chúng ta tự hoànthiện mình hơn và không ngần ngại cốt để xăng thương phẩm Việt Nam có đầyđủ các chỉ tiêu kỹ thuật thế giới đứng ngang với các nước phát triển.

Từ những lý do trên nên chúng tôi chọn đề tài: Nghiên cứu quá trình tổng

hợp Bioethanol để là xang sinh học Nghiên cứu đề tài này cho chúng ta hiểu sâu

sắc hơn quá trình tổng hợp ethanol ở nước ta cung như trên thế giới hiện nay và xu hướng phát triển hiện nay.

2 Mục đích của đề tài

- Tổng quan về nhiên liệu sinh học

- Tổng quan về các phương pháp tổng hợp Bioethanol- Các yêu cầu kỹ thuật của Ethanol để pha xăng sinh học

3 Giới hạn của đề tài

- Đề tài đi sâu nghiên cứu các quy trình tổng hợp ethanol để pha xăng sinhhọc

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆUSINH HỌC

I.1 NHIÊN LIỆU SINH HỌC – XU HƯỚNG NĂNG LƯỢNG TẤT YẾU

Nhu cầu năng lượng của loài người đã hiện diện cách nay hàng trăm ngànnăm, khi con người biết dùng lửa trong hoạt động hàng ngày để nướng thịt, đuổithú dữ, đốt rừng làm rẫy Kể từ đó, nguồn năng lượng từ vật rắn như gỗ cây ngàycàng trở nên quan trọng, có hơn hai tỉ người trên thế giới đang dùng chất rắn tronggia đình để nấu nướng và sưởi ấm mùa đông Năng lượng có vai trò quan trọng đốivới sự phát triển kinh tế - xã hội An ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liềnvới an ninh năng lượng của một quốc gia Vì vậy trong chính sách phát triển kinhtế, xã hội bền vững, chính sách năng lượng nên được đặt lên hàng đầu.

Vào thế kỷ 19, gỗ là nguồn năng lượng làm máy chạy bằng hơi nước phổthông trong ngành chuyên chở, giúp phát triển mạnh công nghiệp cơ giới Sau đó,con người chế tạo máy phát điện cung cấp nguồn điện năng mới có nhiều côngdụng cho đời sống hàng ngày và thay thế dần những máy chạy bằng hơi nước Khitìm thấy nguồn nhiên liệu trầm tích như than đá, dầu hỏa và khí đốt, con ngườităng tốc sử dụng loại năng lượng không tái tạo này để chạy máy nổ, chủ yếu trongngành vận tải, nhiệt và điện năng Loại nhiên liệu thể lỏng (xăng dầu) trở nênthông dụng hơn trong ngành chuyển vận vì có tỉ trọng năng lượng cao, dễ sử dụnghơn loại nhiên liệu khí và rắn, và từ đó nguồn năng lượng rắn được sử dụng giảmdần

Theo tính toán của các chuyên gia kinh tế năng lượng, dầu mỏ và khí đốt hiệnchiếm khoảng 60-80% cán cân năng lượng thế giới Với tốc độ tiêu thụ như hiệnnay và trữ lượng dầu mỏ hiện có, nguồn năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạnkiệt trong vòng 40-50 năm nữa Diễn biến phức tạp của giá xăng dầu gần đây là donhu cầu dầu thô ngày càng lớn và những bất ổn chính trị tại những nước sản xuấtdầu mỏ Để đối phó tình hình đó, cần tìm ra các nguồn năng lương thay thế, ưu tiênhàng đầu cho các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường.

Trong số các nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ đang sử dụng hiện nay (nănglượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân,…), năng lượng sinh học

nhiên liệu, do các lợi ích của nó như: công nghệ sản xuất không qua phức tạp, tậndụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp, không cần thayđổi cấu trúc động cơ cũng như cơ sở hạ tầng hiện có và giá thành cạnh tranh so vớixăng dầu.

I.1.1 Vài nét về lịch sử, sử dụng nhiên liệu ethanol

Thời gian đầu ethanol được dùng trong y tế, trong mỹ phẩm, dùng làm dung môi và sau này nó được biết đến như nguồn nhiên liệu cho động cơ đốt trong được ứng dụng ở nhiều nước như Anh, Pháp, Mĩ, Canada, Brazil…

Ethanol là cấu tử phối trộn làm tăng chỉ số octane của xăng:

Để tăng công suất của động cơ, ta phải tăng chỉ số nén Khi tăng chỉ số nén ta cần phải tăng chỉ số octane của xăng để tránh hiện tượng cháy kích nổ của nhiên liệu Trước đây để tăng chỉ số octane người ta thường dùng Tetra etyl chì nhưng hiện nay nó đã bị cấm sử dụng vì chì rất độc, gây tổn thương cho hệ thần kinh trung ương, gây ô nhiễm môi trường Nghiên cứu cho chúng ta thấy dùng nhóm phụ gia là hợp chất hữu cơ chứa oxy như: mety lter butyl ete (MTBE), etyl ter butyl ete (ETBE), methanol, ethanol khi pha xăng sẽ làm tăng chỉ số octane của xăng, làm xăng cháy tốt hơn, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm

Ngày nay có thể thấy ethanol hoàn toàn có khả năng dùng làm nhiên liệu chođộng cơ đốt trong, thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch Ethanol đựơc dùng ở 2dạng cụ thể sau:

- Ethanol được pha vào xăng với tỉ lệ nhỏ hơn 15% Với tỉ lệ này thì khôngcần thay đổi hay hiệu chỉnh gì động cơ xăng Tuổi thọ, độ bền của động cơ khônghề thay đổi.

- Ethanol là nhiên liệu thay thế hoàn toàn cho xăng dùng cho những động cơđốt trong cải tiến

I.1.2 Một số ứng dụng

Ethanol là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng, dễ hút ẩm, tạo hỗn hợpđẳng phí với nước, nồng độ ethanol ở điểm đẳng phí là 89%, ethanol trộn với nướccó nhiệt độ sôi là 78,150C Ethanol là chất phân cực mạnh Nó có thể trộn lẫn vớiete và nhiều dung môi khác; hoà tan nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ Ethanol dễ

cháy và tạo hỗn hợp nổ với không khí Ethanol có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnhvực của đời sống xã hội.

Ethanol được dùng nhiều trong đời sống: ethanol sản xuất từ ngũ cốc đượcdùng để bảo quản thực phẩm, pha chế các loại rượu uống khác nhau, có tác dụngkích thích dịch vị trong ăn uống nhưng nếu uống quá nhiều sẽ dẫn tới viêm dạdày, có thể mắt bênh suy dinh dưỡng, giảm thị lực…

Trong y tế ethanol (hay gọi là cồn) được dùng để sát trùng vết thương, sátkhuẩn, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh,

Ethanol còn là một sản phẩm hoá học: vì ethanol được dùng để điều chế dungmôi etylacetat (dùng cho công nghiệp sơn, dùng để chiết thuốc kháng sinh ),etylclorua(dùng để tinh chế tetraetyl chì, làm chất chống nổ cho xăng nhưng hiệnnay đang hạn chế xăng pha chì), dietylete, etylamin Ethanol là nguyên liệu quantrọng để điều chế 1,3-butadien cho công nghệ sản xuất cao su…

Ngoài ra ethanol còn được dùng trong công nghiệp để làm chất đốt, làm dungmôi hoà tan các hợp chất vô cơ cũng như hữu cơ.

Ethanol dùng để pha dung môi pha vecni, dược phẩm, nước hoa Năm 1985Mỹ sử dụng 5% sản lượng ethanol để pha vào xăng làm nhiên liệu chạy động cơ,đến năm 1985 đã sử dụng 73%, Tây Âu là 28%.

Ngày nay, người ta còn dùng cồn tuyệt đối (trên 99,5%V) để thay thế mộtphần nhiên liệu cho động cơ ô tô Cồn có thể thay thế 20% - 22% trong tổng lượngxăng thành "gasohol" để sử dụng trong ôtô và các phương tiện khác dùng động cơxăng Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành công nghiệp vìviệc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự ô nhiễm môitrường, để tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ Nó làm tăng chỉ số octan củaxăng, ngăn cản sự cháy kích nổ và dẫn đến có thể thay thế tetra etyl chì là một chấtđộc.

Ethanol là một trong những sản phẩm hoá học đầu tiên mà loài người biết đến, nhưng các phương pháp rượu sản xuất với quy mô công nghiệp chỉ mới biết đến từ những năm 1930.

Ethanol có rất nhiều ứng dụng, chính vì vậy việc tạo ethanol tuyệt đối là công việc cần thiết và được quan tâm phát triển.

I.1.3 Tính chất

a Tính chất vật lý:

Rượu eylic là một chất lỏng, không màu, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15oC), sôi ở nhiệt độ 78,39o C, hóa rắn ở -114,15 độ C, tan trong nước vô hạn Sở dĩ rượu etylic tan trong nước vô hạn và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyde có khối lượng phân tử xấp xỉ là do sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rượu với nhau và với nước.

b Tính chất hóa học:

Tính chất của một rượu đơn chức:

Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ 2 C2H5OH + 2 Na -> 2 C2H5ONa + H2Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và acid vớimôi trường là acid sulfuric đặc nóng tạo ra este

C2H5OH + CH3COOH -> CH3COOC2H5 + H2O

Phản ứng loại nước như tách nước trong một phân tử để tạo thành olefin, trong môi trường acid sulfuric đặc ở 170 độ C.

C2H5OH -> C2H4 + H2OHay tách nước giữa 2 phân tử rượu thành ether

C2H5OH + C2H5OH -> C2H5-O-C2H5 + H2O

Phản ứng oxi hóa, trong đó rượu bị oxi hóa theo 3 mức: oxi hóa không hoàn toàn (hữu hạn) thành aldehyde, acid hữu cơ và oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy) thành CO2 và H2O

+ Mức 1: trong môi trường nhiệt độ cao

CH3-CH2-OH + CuO -> CH3-CHO + Cu + H2O+ Mức 2: có xúc tác

CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2O+ Mức 3:

C2H5OH + 3 O2 -> 2 CO2 + 3 H2O Phản ứng riêng:

+ Phản ứng tạo ra butadien-1,3 : cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, Cu + Al2O3 ở 380-400oC, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước

2C2H5OH -> CH2=CH-CH2=CH + 2 H2O + H2

+ Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượu etylic 10oC bằng oxi không khí có mặt men giấm ở nhiệt độ khoảng 25oC.

CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2OMột số tính chất khác:

Tính chất khác (tiếng Anh) NIST WebBook

I.1.4 Lợi ích và hạn chế khi sử dụng nhiên liệu Ethanol

I.1.4.1 Lợi ích

Sử dụng ethanol làm nhiên liệu không chỉ là một biện pháp tình thế nhằm làmtăng chỉ số octane của xăng, thay thế cho những phụ gia gây ô nhiễm môi trườngsinh thái mà còn đảm bảo an toàn năng lượng cho mỗi quốc gia vì đây là nguồnnăng lượng có khả năng tái tạo được

a Lợi ích về kinh tế

Sản xuất ethanol làm nhiên liệu góp phần thúc đẩy nền nông nghiệp phát triểnvì ethanol được sản xuất theo dây chuyền công nghệ sinh học Nguyên liệu sảnxuất ethanol là tinh bột của các loại củ hạt như: sắn, khoai, ngô, lúa, gạo, trái cây…Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào trong tự nhiên Tạo ra nhiều công ăn việc làmcho nhiều lao động ở nông thôn, giải quyết được lượng lương thực bị tồn đọng vàđặc biệt khuyến khích được tinh thần lao động sản xuất của người dân

Ngoài ra việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung cũng như gasohol nóiriêng giúp cho các quốc gia chủ động trong chính sách năng lượng của mình Nướcnào càng có nhiều xăng sinh học thì càng ít phụ thuộc vào nước khác và từ đó cóthể phát triển nền kinh tế của mình một cách bền vững.

b Lợi ích về môi trường

Dùng ethanol làm nhiên liệu sẽ giảm được một lượng lớn các chất gây ô

nhiễm môi trường Vì vậy nó được mệnh danh là “xăng xanh” Theo các tính toán

cho thấy nếu thay thế việc đốt một lít xăng bằng một lít ethanol thì sẽ giảm 40%lượng phát sinh khí CO2 vào khí quyển Khi đốt ethanol sự cháy xảy ra hoàn toànhơn so với khi đốt xăng Ta thấy trong các động cơ xăng thường xuất hiện các bụibẩn chính là do các hydrocacbon cháy không hết Điều đó phải tốn thời gian lauchùi, sửa chữa động cơ Khi pha ethanol vào xăng làm cho xăng cháy hoàn toànhơn, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm môi trường Hơn nữa ethanol được điềuchế từ các sản phẩm nông nghiệp vì thế sẽ làm tăng diện tích đất trồng Điều nàycó nghĩa là làm tăng diện tích lá phổi của trái đất lên

I.1.4.2 Hạn chế khi sử dụng nhiên liệu Ethanol

Hạn chế cơ bản của ethanol nhiên liệu là tính hút nước của nó Ethanol có khảnăng hút ẩm và hoà tan vô hạn trong nước Do đó gasohol phải được tồn trữ và bảoquản trong hệ thống bồn chứa đặt biệt

Về hiện tượng gây ô nhiễm: tuy giảm được hàm luợng các chất gây ô nhiễmnhư CO nhưng lại gây ra một số chất như các andehyt, NOx Đây là những chất gâyô nhiễm

Do nhiệt trị của ethanol nói riêng (PCIethanol=26,8 MJ/kg) và các loại ancolkhác nói chung đều thấp hơn so với xăng (PCIxăng =42,5 MJ/kg) nên khi dùng

ethanol để pha trộn vào xăng sẽ làm giảm công suất động cơ so với khi dùng xăng.Tuy nhiên sự giảm công suất này là không đáng kể nếu ta pha với số lượng ít

Tóm lại việc sử dụng gasohol có nhiều ưu điểm nhưng cũng có những mặthạn chế Tuy nhiên khi phân tích tương quan giữa các mặt lợi và hại ta vẫn thấymặt lợi lớn hơn, mang ý nghĩa chiến lược hơn

I.1.5 Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu ethanol trên thế giới

Hiện nay trên thế giới có khoảng 50 nước sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinhhọc ở các mức độ khác nhau ( E5, E10 và thậm chí là E20 như Brazil ) Năm 2003toàn thế giới đã sản xuất khoảng 38 tỷ lít ethanol thì đến năm 2005 đã sản xuấtđược 50 tỷ lít ethanol (trong đó 75% la nhiên liệu sinh học), và dự kiến đến 2012 làkhoảng 80 tỷ lít ethanol

Mặc dầu xăng-sinh-học đắt hơn xăng-cổ-sinh, mọi quốc gia trên thế giới đềudần dần chuyển hướng đến sử dụng xăng-sinh-học, vì lý do chính trị muốn ít tuỳthuộc vào Trung Đông, vì tuân thủ theo quy ước Kyoto giảm sa thải khí nhàkiếngg và sức ép của giới môi sinh, đồng thời phát triển nông nghiệp tạo công ănviệc làm cho vùng thôn quê

Brazil: Bắt nguồn từ khủng hoảng dầu hoả 1972, Brazil có kế hoạch sản xuấtxăng-sinh-học, và hiện nay dẫn đầu thế giới về sản xuất và sử dụng xăng-ethanolvà diesel-sinh-học Hiện tại (2006) Brazil đã có trên 325 nhà máy ethanol, vàkhoảng 60 nhà máy khác đang xây cất, để sản xuất xăng-ethanol từ mía (đường,nước mật, bã mía), và bắp Để sản xuất diesel-sinh-học từ hạt cải-dầu và đậu nành,hiện có 10 nhà máy, và 40 nhà máy khác đang xây cất

Năm 2005, Brazil sản xuất 16 tỷ lít ethanol, chiếm 1/3 sản xuất toàn cầu.Năm 2006, Brazil sản xuất được 17.8 tỷ lít ethanol, dự trù sẽ sản xuất 38 tỷ lít vàonăm 2013 Chính phủ Brazil mới đây ra chỉ tiêu 2% diesel-sinh-học cho 2008, và5% cho năm 2013

Ngày nay, diện tích trồng mía ở Brazil là 10.3 triệu ha, một nửa sản lượngmía dùng sản xuất xăng-ethanol, nửa kia dùng sản xuất đường Tiên đoán là Brazilsẽ canh tác 30 triệu ha mía năm 2020 Vì lợi nhuận khổng lồ, các công ty tiếp tụcphá rừng Amazon để canh tác mía, bắp, đậu nành cho mục tiêu xăng-sinh-học vừa

tiêu thụ trong nước vừa xuất cảng Giá xăng-ethanol được bán bằng nửa giá xăngthường tại Brazil

Hoa Kỳ: Hoa kỳ sản xuất Ethanol từ hạt bắp, hạt sorgho và thân cây đường, và củ cải-đường Khoảng 17% sản lượng bắp sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳdùng để sản xuất ethanol Hoa Kỳ đặt chỉ tiêu sản xuất E10 để cung cấp 46% nhiênliệu cho xe hơi năm 2010, và 100% xe hơi vào 2012 hãng General Motor đangthực hiện dự án sản xuất E85 từ cellulose (thân bắp), và hiện có khoảng hơn 4 triệuxe hơi chạy bằng E85 hãng Coskata đang có 2 nhà máy lớn sản xuất xăng-ethanol.Hiện tại nông dân Hoa Kỳ chuyển hướng sản xuất lúa mì và bắp cho xăng-sinh-học, vì vậy số lượng xuất cảng hạt ngũ cốc giảm từ nhiều năm nay, làm giá nôngphẩm thế giới gia tăng Vì giá cả xăng-sinh-học còn cao hơn xăng thường, chínhphủ Mỹ phải trợ cấp, khoảng 1.9 USD cho mỗi gallon (=3.78 lít) xăng-sinh-học,trợ cấp tổng cộng khoảng 7 tỷ USD/năm

Canada: Chỉ tiêu cho năm 2010 là 45% toàn quốc tiêu thụ xăng E10 Âu Châu: Cộng-đồng Âu châu (EU) ra biểu quyết chung là mỗi quốc gia phảisản xuất cung cấp 5.75% xăng-sinh-học vào năm 2010, và 10% năm 2020 chonước mình

Đức là nước tiêu thụ nhiều nhất xăng-sinh-học trong cộng đồng Âu châu,khoảng 2.8 triệu tấn diesel-sinh-học, 0.71 triệu tấn dầu-thực-vật (tinh khiết) và0.48 triệu tấn ethanol Công ty sản xuất diesel-sinh-học lớn nhất là ADMOelmühle Hamburg AG (của Hoa Kỳ), kế đến là MUW (MitteldeutscheUmesterungswerke GmbH & Co KG) và EOP Biodiesel AG Nguyên liệu chánh làcủ cải-đường để sản xuất ethanol, và dầu-cải và dừa-dầu (nhập cảng từ Mã Lai,Indonesia) cho diesel-sinh-học

Pháp là nước thứ hai tiêu thụ nhiều ethanol-sinh-học trong cộng đồng Âuchâu năm 2006, khoảng 1.07 triệu tấn ethanol và diesel-sinh-học Công ty Diestersản xuất diesel-sinh-học và Téréos sản xuất ethanol là 2 đại công ty của Pháp

Thuỵ Điển có chương trình chấm dứt hoàn toàn nhập cảng xăng cho xe hơivào năm 2020, thay vào đó là tự túc bằng xăng-sinh-học Hiện nay, 20% xe ở ThuỵĐiển chạy bằng xăng-sinh-học, nhất là xăng-ethanol Thuỵ Điển đang chế tạo xe-hơi-lai vừa chạy bằng ethanol vừa bằng điện Để khuyến khích sử dụng xăng-sinh-

học, chính phủ Thuỵ Điển không đánh thuế lên học, trợ cấp học rẻ hơn 20% so với xăng cổ sinh, không phải trả tiền đậu xe ở thủ đô và một sốthành phố lớn, bảo hiểm xe cũng rẻ hơn

xăng-sinh-Vương quốc Anh: chỉ tiêu 5% xe giao thông sử dụng xăng-sinh-học năm2010

Hiện tại các xe bus đều chạy xăng-sinh-học hãng Hàng Không Virgin (Anhquốc) bắt đầu sử dụng xăng-sinh-học cho máy bay liên lục địa Các nước Âu châunhập cảng dừa-dầu (oil palm) từ Mã Lai và Indonesia để chế diesel-sinh-học

Á Châu

Trung quốc: Năm 2005, Trung quốc sản xuất 920,000 tấn ethanol và khoảng200,000 tấn diesel-sinh-học Chỉ tiêu sản xuất 4 triệu tấn ethanol và 2 triệu tấndiesel-sinh-học vào năm 2010, và 300 triệu tấn ethanol vào 2020 Hiện tại sản xuấtxăng E10 ở 5 tỉnh phía nam, cung cấp 16% nhiên liệu cho toàn xe hơi ở Trungquốc Trung quốc cũng trợ cấp khoảng 163 USD cho mỗi tấn xăng-ethanol (nhưngkhông trợ cấp diesel-sinh-học) Vì giá cả nông phẩm gia tăng, và sợ thiếu thựcphẩm, hiện nay Trung quốc chỉ cho phép canh tác khoai mì, sorgho-đường và mộtsố hoa màu không quan trọng khác trên đất biên tế (nghèo), không thích ứng sảnxuất nông phẩm như ở Shangdong và Xinjiang Uygur

Hiện tại, Trung quốc có 2 nhà máy lớn là Longyan Zhuoyue New EnergyDevelopment (thiết lập năm 2001) và Xiamen Zhuoyue Biomass Energy Co (thiếtlập năm 2006), cả 2 đều ở tỉnh Fujian nam Trung quốc Ngoài ra còn khoảng hơn100 nhà máy quốc doanh nhỏ ở Guizhou, Guangxi, Shandong, và Anhui, với khảnăng sản xuất từ 300 đến 600,000 tấn diesel-sinh-học/năm, biến chế từ dừa-dầu(nhập cảng từ Mã Lai), hay từ dầu-ăn-phế-thải, dầu hạt-cải (trồng ở thung lủngsông Hoàng Hà), dầu bông vải, dầu trẩu (Aleurites moluccana), hạt dầu-lai(jatropha, trồng vùng đồi núi ở Guizhou, Sichuan, và Yunnan trong chương trìnhxoá đói giảm nghèo) và các phế thải hữu cơ khác

Hàng năm, Trung quốc tiêu thụ khoảng 22 triệu tấn dầu ăn trong kỹ nghệ thựcphẩm, sa thải khoảng 4.5 triệu tấn dầu đã-sử-dụng (sau khi chiên xào rồi) để chạyvào dây chuyền sản xuất diesel-sinh-học Để tìm nguồn nguyên liệu khác, các nhàkhoa học Trung quốc nghiên cứu cho biết có 1553 loài cây rừng chứa nhiều dầu có

khả năng khai thác sản xuất diesel-sinh-học, trong đó là Pistacia chinensis Bungochứa 40% dầu trong thân mọc trên đồi núi Trung quốc cũng dự trù trồng 670,000ha cây dầu-lai (jatropha) để sản xuất diesel-sinh-học

Ấn Độ: Chính phủ có chính sách sử dụng xăng-ethanol E5 hiện nay, sẽ tănglên E10 và E20 trong những năm tới Ần Độ gia tăng diện tích trồng cây dầu-lai đểsản xuất diesel-sinh-học, và diện tích canh tác mía cho xăng-ethanol

Mã Lai và Indonesia đã phá rừng canh tác thêm dừa-dầu (oil palm) để xuấtcảng dầu cho thị trường Âu châu, Hoa Kỳ và Trung quốc cho mục tiêu sản xuấtdiesel-sinh-học Hai quốc gia này dự trù cung cấp 20% nhu cầu dầu cho kỹ nghệdiesel-sinh-học của Âu châu vào 2009 Chẳng hạn, tại Tây Kalimantan thuộcIndonesia trong thập niên 1990s có nửa triệu ha cây dừa-dầu, nay (2006) diện tíchdừa dầu tăng lên hơn 3.2 triệu ha, và sẽ gia năng lên nữa trong tương lai Indonesiacó chương trình phá rừng để gia tăng diện tích dừa-dầu toàn quốc lên 20 triệu ha.Liên Hiệp Quốc đã cảnh cáo Indonesia về việc phá rừng quy mô này, và tiên đoánrằng 98% rừng Indonesia sẽ bị phá huỷ vào 2022 với đà phá rừng trồng dừa-dầuhiện nay Thái Lan Từ năm 1985, Thái Lan đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng-sinh-học

Uỷ ban Nhiên-liệu-sinh-học được thành lập năm 2001 để điều hành, và xăngE10 đã bắt đầu bán ở các trạm xăng từ 2003

Các nước trên thế giới sử dụng Ethanol: châu Âu và Ân Độ sử dụng tối đa 5%Ethanol (E5), Mỹ sử dụng 10% Ethanol E10, Brazil bắt buộc sử dụng 22%-25% Ethanol,Thái Lan bắt buộc sử dụng E5, E20, E85 được giới thiệu từ 2008

I.1.6 Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol làm nhiên liệu ở Việt Nam

Ở nước ta công nghệ sản xuất ethanol còn rất nhỏ bé và lạc hậu Chỉ có nhàmáy sản xuất ethanol mà nguồn nguyên liệu chủ yếu từ tinh bột (sắn, ngô,khoai…) và từ rỉ đường Hoàn toàn chưa có nhà máy sản xuất ethanol từ các nguồnnguyên liệu chứa cellulose (rơm rạ, mùn cưa, cây cỏ…) Sản phẩm chủ yếu làethanol thương phẩm (nồng độ 40% đến 45%) và cồn công nghiệp (nồng độ từ95,57% đến 96%), một lượng nhỏ được làm khan thành ethanol tuyệt đối (nồng độ99,5%)

Nước ta có nhà máy sản xuất ethanol đầu tiên là nhà máy ethanol Đại Tân.Nhà máy có công suất 100.000 tấn/năm (tương đương với 125 triệu lít/năm) Cótổng vốn đầu tư khoảng 900 tỉ đồng, được đặt tại xã Đại Tân, huyện Đại Lộc,Quảng Nam do Công ty CP Đồng Xanh đầu tư Mỗi năm nhà máy cần 300.000 tấnsắn (mì) khô để sản xuất ra 100 ngàn tấn ethanol

Trong thời kỳ Đệ nhị thế chiến, xe hơi ở Việt Nam chạy ethanol chế biến từgạo

Mặc dầu có nhiều mỏ dầu với trữ lượng rất khổng lồ (khoảng 600 triệu barrelước tính năm 2006, 1 barrel » 159 lít), nhưng Việt Nam phải nhập cảng xăng vàdiesel cho xe cộ và kỹ nghệ còn phôi thai của mình

Chẳng hạn năm 2005, Việt Nam khai thác được 32,4 triệu tấn than và 18,5triệu tấn dầu thô, nhưng đã phải nhập 11,45 triệu tấn xăng và diesel

Trước trào lưu sử dụng xăng-sinh-học của thế giới, Việt nam cũng đã bị lôicuốn theo trào lưu này Từ cả chục năm nay, báo chí trong nước cũng thường đềcập đến việc phát triển xăng-sinh-học trên thế giới, nhất là khi giá cả xăng dầu tăngvọt Tháng 7/2006 tại Sài Gòn, và tháng 10/2007 tại Hà Nội, hàng trăm nhà khoahọc và kinh doanh ở Việt Nam hội thảo chung quanh vấn đề xăng-sinh-học Quacác cuộc hội thảo này và báo chí trong nước vào thời điểm này thì chính phủ ViệtNam chưa chuẩn bị gì cho chiến lược, ngoài một số cá nhân chuyên gia và nhàkinh doanh có tầm nhìn xa, chạy trước thời cuộc Chẳng hạn, về nguyên liệu thìbàn về sử dụng lúa gạo, mía đường, để tạo ethanol; cây dầu-lai (miền Bắc gọi làcây dầu-mè – Jatropha curcas), mở cá ba-sa (khoảng 40,000 tấn/năm)

Việt Nam với đất hẹp (diện tích canh tác khoảng 9.3 triệu ha), dân đông (85triệu năm 2007, trung bình mỗi đầu người 0.11 ha), lại nghèo (GDP trung bìnhtoàn dân là US$726/đầu người năm 2006, của nông dân chỉ khoảng 1/2), vùng sảnxuất nông nghiệp chính là đồng bằng Cửu Long và Sông Hồng đã quá tải Đất canhtác hiện nay phải tiếp tục sản xuất nông phẩm thiết yếu cho đời sống người dân(chánh yếu là lúa, hoa màu phụ, cây kỹ nghệ) để tự túc và xuất cảng

Tại Việt Nam, vừa qua Bộ Công nghiệp đã xay dựng Đề án phát triển nhiênliệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến 2020 và được Thủ trướng chính phủ phêduyệt đề án này vào ngày 20/11/2007 Theo đề án đề ra nhiên liệu sinh học, xây

dựng mạng lưới thí điểm phân phối nhiên liệu sinh học tại một số tỉnh thành, quihoạch vùng trồng cây nguyên liệu cho năng suất cao, đào tạo cán bội chuyên sâuvề kỹ thuật Giai đoạn 2011 – 2015 sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiênliệu sinh học thay thế môt phần nhiên liệu truyền thống Mở rộng quy mô sản xuấtvà mạng lưới phân phối phục vụ giao thông và các ngành sản xuất công nghiệpkhác; Đến năm 2020 công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam sẽ đạt đếntrình độ tiên tiến trên thế giới và sản lượng khoảng 5 tỷ lít xăng E10 và 500 triệu lítdầu diezel B10 trong 1 năm Từ tháng 8 – 2007, một hệ thống đã triển khai tạiCông ty Phú Xương TP Hồ Chí inh Việt Nam có nguồn nguyên liệu dồi dào đó làmỡ cá tra và cá basa, dầu hạt cao su, dầu dừa… để sản xuất bidiezel Sắp tới mộtdây truyền công nghệ cao sẽ hình thành tại tỉnh Long An để sản xuất và pha chếnhiên liệu B5 đạt tiêu chuẩn để chạy động cơ diezel.

Cũng theo đề án trên, từ nay đến năm 2015, ngân sách nhà nước sẽ chikhoảng 260tỷ VN đồng để nghiên cứu, mua công nghệ, máy móc thiết bị, sản xuấtthử nhiên liệu sinh học Đề án đạt mục tiêu quy hoạch vung nguyên liệu để sảnxuất nhiên liệu sinh học như cồn, dầu mỡ động thực vật Đến năm 2010 nhiên liệusinh học sẽ thay thế 0,4% xăng dầu Đến năm 2015 sẽ thay thế 1% năng lượngxăng dầu tiêu thụ.

Tại Việt Nam có một số nhà máy như Ethanol Đại Tân (125tr.lít/năm), EthanolDung Quất – Bình Phước – Tam Nông (100tr.lít/năm), Ethanol Tùng Lâm (70tr.lít/năm)…

Tênnhà máy

Công suất Ngày hoạtđộng dự kiến

Chủ đầu tư Tiến độ

Nhà máy ĐạiLộc Quảng

lít/năm Tháng 3/2009

Công tyđông xanh

Đang hoànthành lắp đặt

máyNhà máy

Cư-Dút ĐắcNông

50 triệulít/năm

Công ty ĐạiViệt

Đang chạy thử

Nhà máy TamNông Phú Thọ

100 triệu

lít/ năm Tháng 6/2011

Công ty PVBThuộc PV OIL

Đả động thổkhởi công ký

hợp đồng EPCNhà máy

Dung Quất

100 triệu

lit / năm Tháng 7/2011

Đả động thổkhởi công kýhợp đồng EPC

Nhà máy BìnhPhước

100 triệu lit / năm

Tháng 7/2011

LiêndoanhITOCHU Nhật Bản và

PV OIL

Dự kiến quý1/2010 ký hợp

đồng EPC vàkhởi công

I.2 CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU SINH HỌC

Nhiên liệu sinh học là những nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khốinhư củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật nhưng đây chỉ là những dạng nhiênliệu thô NLSH dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuấtbằng 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 sinhhọc (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật) Hay nói cách khác NLSHlà 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 độngvật, 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 truyềnthống (dầu khí, than đá ):

Tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệuứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môitrường hơn các loại nhiên liệu truyền thống.

Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nôngnghiệp và có thể tái sinh Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiênliệu không tái sinh truyền thống.

Tuy nhiên hiện nay vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống còn nhiều hạn chế dochưa hạ được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền thống.Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, NLSH có khả năng lànguồn thay thế.

I.3 PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU SINH HỌC

NLSH là khái niệm chung chỉ tất cả những dạng nhiên liệu có nguồn gốc sinhhọc, có thể tạm chia làm mấy nhóm sau:

I.3.1 Nhiên liệu lỏng

Xăng sinh học (Gasohol): Bao gồm Bio-metanol, Bio-ethanol, Bio-butanol…Trong số các dạng xăng sinh học này, Bio-ethanol là loại nhiên liệu sinh học thôngdụng nhất hiện nay trên thế giới vì có khả năng sản xuất ở quy mô công nghiệp từnguyên liệu chứa đường như mía, củ cải đường và nguyên liệu chứa tinh bột nhưngũ cốc, khoai tây, sắn…

Xăng chứa ethanol có trị số octane cao hơn xăng thường nên động cơ maunóng hơn, máy cũng mau hao mòn hơn, nhất là các vòng đệm cao su Bất lợi củaEthanol là hút ẩm nên xăng-ethanol có chứa nhiều nước, làm máy khó “đề”, làm rỉsét kim loại, hư mòn chất nhựa (plastic), nên đòi hỏi phải thay đổi vật liệu làmđộng cơ, phải bảo trì xe thường xuyên Bồn chứa ethanol cũng phải làm từ kim loạiđặc biệt, việc chuyên chở cũng khó khăn hơn xăng thường.

Diesel sinh học (biodiesel): Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chấttương đương với nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏmà được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật bằng phản ứng chuyển hóa este(transesterification) Các chất dầu [còn gọi là fatty acid methyl (hay ethyl) ester(FARME)] trộn với sodium hydroxide và methanol (hay ethanol) tạo ra dầu dieselsinh học và glycerine bằng phản ứng chuyển hóa este.

I.3.2 Khí sinh học (Biogas)

Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khácphát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ trong môi trường yếm khí Thànhphần chính của Biogas là CH4 (50-60%) và CO2 (>30%) còn lại là các chất khácnhư hơi nước N2, O2, H2S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúctác nhờ nhiệt độ từ 20-40ºC, nhiệt trị thấp của CH4 là 37,71.103 KJ/m3, do đó cóthể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong Để sử dụng biogas làmnhiên liệu thì phải xử lý biogas trước khi sử dụng tạo nên hỗn hợp nổ với khôngkhí Khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sản phẩm của nó là SOxcũng là một khí rất độc Hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kể

đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệucủa biogas.

I.3.3 Nhiên liệu sinh học rắn

Một số loại nhiên liệu sinh học rắn mà các nước đang phát triển sử dụng hàngngày trong công việc nấu nướng hay sưởi ấm là gỗ, than và các loại phân thú khô.

I.4 NGUYÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC

Nguyên liệu để sản xuất Nhiên liệu sinh học rất đa dạng, phong phú, baogồm:

Nông sản: sắn, ngô, mía, củ cải đường…

Cây có dầu: lạc, đậu tương, cây hướng dương, dừa, cọ dầu, jatropha…

Chất thải dư thừa: sinh khối phế thải, rơm rạ, thân cây bắp, gỗ, bã mía, vỏtrấu…

Mỡ cáTảo

Tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta lại chọnnhững loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất NLSH Ví dụ như Brasil sản xuấtethanol chủ yếu từ mía, ở Mỹ là từ ngô.

I.5 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌCThế hệ thứ 1

Nhiên liệu sinh học thế hệ đầu tiên được làm từ các loại cây trồng có hàmlượng đường và tinh bột cao (sản xuất gasohol), dầu thực vật hoặc mỡ động vật(sản xuất Biodiesel) Tinh bột từ các loại ngũ cốc được chuyển hóa thành đườngrồi lên men thành Bioethanol Trong khi đó, dầu thực vật (được ép từ các loại câycó dầu ) hoặc mỡ động vật được trộn với ethanol (hoặc methanol) có sự hiện diệncủa chất xúc tác sẽ sinh ra Biodiesel và glycerine bằng phản ứng chuyển hóa este.

Thế hệ thứ 2

Nhiên liệu sinh học thế hệ 1 bị hạn chế bởi khả năng mở rộng diện tích đấttrồng trọt hiện nay để trồng các loại cây thích hợp là có hạn và các công nghệtruyền thống sử dụng để chuyển đổi các nguồn nguyên liệu này thành NLSH cònbị hạn chế bởi hiệu quả và phương pháp xử lý.

Vì vậy người ta đã hướng tới nhiên liệu sinh học thế hệ 2 Loại NLSH nàyđược sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối, qua nghiền sấy rồi lên men thànhnhiên liệu sinh học Các nguyên liệu này được gọi là “sinh khối xenluloza” cónguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, chất thải rừng, chất thải rắn đô thị, các sảnphẩm phụ từ quá trình chế biến thực phẩm hoặc loại cỏ sinh trưởng nhanh nhưrơm, rạ, bã mía, vỏ trấu, cỏ…

Thế hệ thứ 3

Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba được chế tạo từ các loài vi tảo trong nước,trên đất ẩm, sinh ra nhiều năng lượng (7-30 lần) hơn nhiên liệu sinh học thế hệtrước trên cùng diện tích trồng Sản lượng dầu trên một diện tích 0,4 ha tảo là từ20.000 lít/năm đến 80.000 lít/năm Ngoài ra, loài tảo bị thoái hóa sinh học khônglàm hư hại môi trường xung quanh Theo ước tính của Bộ Năng Lượng Mỹ, nướcnày cần một diện tích đất đai lớn độ 38.849 km2 để trồng loại tảo thay thế tất cảnhu cầu dầu hỏa hiện nay trong nước.

I.6 LỢI ÍCH CỦA VIỆC SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC

NLSH có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ,đang cạn kiệt:

Do NLSH có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong các phương tiệngiao thông và các thiết bị năng lượng, triển vọng của loại nhiên liệu này là sángsủa, đây là loại nhiên liệu bền vững thay cho các nguồn năng lượng hóa thạch đắtđỏ đang bị cạn kiệt.

Loại nhiên liệu này có thể xuất hiện trong một phạm vi nhất định, nhưng vẫnkhông khắc phục được tình trạng “đói nhiên liệu” đang gia tăng hiện nay trên thếgiới.

NLSH có thể giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu:

Các cây trồng nông nghiệp và các nguyên liệu sinh khối khác được coi là cácnguyên liệu góp phần làm trung hòa cácbon bởi chu kỳ sống thực tế của nó, thựcvật thu cácbon điôxit thông qua quá trình quang hợp.Tuy nhiên, các nguyên liệuđầu vào sử dụng trong quá trình sản xuất NLSH được coi là nguyên liệu tái tạo vàcó khả năng làm giảm phát thải khí nhà kính (GHG).

Tuy nhiên, cho dù các nhiên liệu đầu vào tự chúng có khả năng trung hòacácbon, thì quá trình chuyển đổi các vật liệu thô thành NLSH có thể gây phát thảicácbon vào khí quyển Vì vậy, NLSH phải góp phần vào giảm phát thải các bon,chúng phải được chứng minh giảm thải thực sự GHG trong tất cả chu trình sảnxuất và sử dụng NLSH.

NLSH có thể tăng cường an ninh năng lượng quốc gia:

Sự phụ thuộc vào dầu nhập khẩu có thể không những làm suy kiệt dự trữngoại tệ của quốc gia, mà còn tạo ra sự mất ổn định về an ninh năng lượng củaquốc gia đó Từ khi NLSH được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu bản địa củanhiều nước châu Á, loại nhiên liệu này có vai trò là nhiên liệu thay thế cho cácnhiên liệu hóa thạch có thể giảm sự phụ thuộc nhập khẩu dầu và tăng cường anninh năng lượng quốc gia.

Tuy nhiên, điều quan tâm là một số nước đang bị lôi cuốn bởi nhiều hứa hẹnvề an ninh năng lượng hơn và họ tiếp tục bỏ chi phí để đảm bảo an ninh của cácnhu cầu khác nữa như an ninh lương thực, an ninh về nguồn cung cấp nước vàkhông quan tâm tới việc bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như rừng tựnhiên và sự đa dạng sinh học của chúng.

NLSH có thể hình thành sự tham gia của các xí nghiệp nhỏ và vừa(SMEs):

Khác với nhiên liệu dầu và khí, thậm chí là than cần phải xây dựng cơ sở hạtầng lớn để khai thác và xử lý, với sự tham gia của các tập đoàn lớn và các công tyđa quốc gia, việc sản xuất NLSH sẽ không đòi hỏi đầu tư và xây dựng các nhà máyxử lý tổng hợp lớn Vì vậy, đầu tư và quy trình sản xuất NLSH có thể nằm trongphạm vi SMEs có thể chấp nhận được Dựa vào nguyên liệu đầu vào và khả năngđầu ra, công suất của các nhà máy sản xuất NLSH có thể thiết kế phù hợp với yêucầu đặc thù Các hoạt động sản xuất NLSH dựa vào các nguyên liệu nông nghiệphoặc các hệ thống modul có thể được thực hiện để sản xuất NLSH phục vụ chotiêu thụ cục bộ của các thiết bị có động cơ tại các trang trại Đầu tư cho NLSH cóthể mở ra các cơ hội tham gia của các công ty trong nước

NLSH có thể đóng góp vào phát triển kinh tế- xã hội của các cộngđồng địa phương và các ngành kinh tế đang phát triển:

Vai trò của ngành nông nghiệp trang trại trong dây chuyền sản xuất NLSH sẽmở ra cơ hội cho các cộng đồng địa phương kết hợp hoạt động và thu được các lợiích nhất định để có thể tạo ra phát triển kinh tế-xã hội Việc trồng rừng, kích thíchvà thu hoạch nhiên liệu đầu vào như cây mía, ngô, sắn và dầu cọ đòi hỏi phải tănglực lượng lao động và các công việc thủ công Việc mở rộng sản xuất nông nghiệpdo tăng nhu cầu các nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH có thể tạo ra việc làm mớivà thu nhập nhiều hơn cho nông dân Tạo cơ hội việc làm trong sản xuất NLSH làrất lớn Ví dụ sản xuất NLSH từ cây Jatropha Curcas (cây dầu mè) làm nhiên liệuđầu vào được trồng như loại cây trồng chyên dụng để sản xuất diezel sinh học, mộtdiện tích cây mè 10000 ha có thể thu được 30 triệu lít dầu diezel sinh học/năm cóthể tạo ra 4000 việc làm trực tiếp.

Xét về góc độ tạo việc làm trực tiếp của các thành viên trong hộ gia đình, chothấy tác động của ngành công nghiệp này đối với cộng đồng địa phương là rất tolớn.

Việc tạo ra việc làm mới và các doanh nghiệp có thể tạo ra các hoạt độngkhác đem lại các lợi ích kinh tế-xã hội khác nữa cho cộng đồng Nhiều hoạt độngkinh tế xuất hiện sẽ tạo ra lợi nhuận cho các chủ doanh nghiệp tại địa phương Cơsở hạ tầng hoàn chỉnh có thể tạo ra đường xá mới hoặc được nâng cấp, tạo điềukiện thuận lợi cho việc vận chuyển các nhiên liệu đầu vào phục vụ cho sản xuất.Kỹ năng làm việc của nhiều công nhân làm việc trong các dự án được nâng cao,tăng năng lực của các thành viên trong cộng đồng Hơn nữa, lợi ích kinh tế mà cáccộng đồng được hưởng có thể lan tỏa và tạo ra các lợi ích xã hội khác nữa, như cácdịch vụ chăm sóc sức khỏe, giáo dục, phúc lợi xã hội và các dịch vụ công cộng….

Bằng việc quản lý phù hợp, an toàn và linh hoạt trong các điều kiện văn hóa,nhân khẩu học và nhân chủng học tại địa phương, sản xuất NLSH có khả năng tạora phát triển kinh tế-xã hội tốt hơn đối với cộng đồng và đặc biệt là đóng góp vàocông cuộc giảm đói nghèo.

NỘI DUNG

CHƯƠNG II: NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIOETHANOLII.1 NGUYÊN LIỆU TỔNG HỢP BIOETHANOL

II.1.1 Thế hệ 1: Từ tinh bột và rỉ đường

II.1.1.1 Nguyên liệu từ tinh bột

a Thành phần quan trọng và chủ yếu đối với nguyên liệu chứa tinh bột để sảnxuất ethanol

Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là gluxit lên men được,gồm tinh bột và một số đường Trong đa số gluxit nói chung thì tỷ lệ giữa H và Ođều tương tự như trong nước Cn(H2O)m Tuy nhiên cũng có những gluxit tỷ lệ giữaH và O không giống như trong nước chẳng hạn như ramnoza

Gluxit trong tự nhiên chia làm ba nhóm chính là mono, oligo, polysaccarittrong đó

 Monosaccarit là những gluxit đơn giản không thể thủy phân được Trongtự nhiên phổ biến nhất là hai loại hexoza và pentoza Hexoza là guluxit lên menđược, dưới tác dụng của nấm men đa số hexoza biến thành rượu và CO2 Pentozathuộc gluxit không lên men được gồm arabinoza, riboza…không có khả năngchuyển hóa thành rượu bằng nấm men.

 Oligosaccarit là những gluxit chứa từ 2 đến 10 gốc monosaccarit Trongthiên nhiên phổ biến nhất là oligo chứa 2 hoặc 3 mono và còn gọi là disaccarit haytrisaccarit Đại diện cho disaccarit là mantoza và saccaroza còn đại diện chotrisaccarit là rafinoza Mantoza và saccaroza dễ dàng chuyển hóa thành rượu vàCO2dưới tác dụng của nấm men, còn rafinoza chỉ lên men được 1/3.

 Polysaccarit là những gluxit chứa từ 10 gốc mono trở lên cấu tạo từ nhiềugốc mono mạch thẳng hay mạch nhánh Dưới tác dụng của acide, nhiệt độ hoặcenzyme chúng sẽ bị thủy phân và tạo thành các phân tử thấp hơn là oligo hay cuốicùng là monosaccarit Những polysaccarit điển hình.

- Tinh bột: là gluxit dự trữ phổ biến nhất trong thực vật Tinh bột là chất keoháo nước, cấu tạo từ amyloza mạch thẳng và amylopectin Ngoài ra trong tinh bộtcòn chứa một lượng nhỏ các chất khác như muối khoáng, chất béo, protit… Hàm

amylaza tinh bột sẽ bị thủy phân Khi đun với acide tinh bột sẽ biến thành glucosecòn dưới tác dụng của amylaza thì dịch thủy phân gồm 70 đến 80% mantoza và 20đến 30% dextrin Nếu dùng amylaza của một số nấm mốc hay nấm men thì dịchthủy phân chứa tới 80 đến 90% là glucose.

- Cellulose (chất xơ) là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật Dướitác dụng của acide vô cơ loãng ở nhiệt độ và áp suất cao cellulose sẽ biến thànhglucose.

- Hemicellulose (chất bán xơ) cũng chứa nhiều trong thành tế bào thực vật.Trong hemicellulose có chứa hexozan và pentozan, dễ bị thủy phân hơn so vớicellulose

b Nguyên liệu chứa tinh bột để sản xuất ethanol

* Sắn

Là một loại cây lương thực phổ biến của các nước ở vùng nhiệt đới Sắn làcây dễ trồng, có thể thích hợp với đất đồi, gò Sản lượng sắn tương đối ổn định vàcao Củ sắn nhiều tinh bột Sản lượng tinh bột trên một đơn vị diện tích canh táckhá hơn so với nhiều loại cây trồng khác

Ở Việt Nam sắn được trồng từ Bắc tới Nam, được trồng ở nhiều vùng trungdu Hàng năm với 1,2 triệu tấn sắn lát xuất khẩu, chúng ta có thể sản xuất được ítnhất 400 triệu lít ethanol/năm và với tỷ lệ 10% ethanol pha vào xăng thì lượngethanol nói trên đủ để đáp ứng 50% nhu cầu ethanol sinh học hiện tại của thịtrường xăng.

Thành phần hoá học của sắn

Thành phần của sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20÷34%,protein 0,8÷1,2%, chất béo 0,3÷0,4%, cellulose 1÷3,1%, chất tro 0,54%,polyphenol 0,1÷0,3% và nước 60,0÷74,2%

Thành phần sắn khô bao gồm: nước 13,12%, protit 0,2%, gluxit 74,7%,cellulose 11,1%, tro 1,69%

Ngoài các chất kể trên trong sắn còn có một lượng vitamin và độc tố Vitamintrong sắn là vitamin nhóm B Trong đó B1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03%, còn B6chiếm 0,06% Các vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến, nhất là khi nấutrong quy trình sản xuất rượu Hàm lượng HCN trong sắn tươi nhỏ hơn 50mg/kg

thì chưa gây độc hại cho con người, từ 50 ÷ 100mg sẽ gây ngộ độc và lớn hơn100mg/kg, người ăn sẽ bị tử vong Do đó sắn trước khi luộc cần ngâm và bỏ vỏcùi Sắn tươi đã thái lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể lượng độc tố nói trên Trongsản xuất rượu khi nấu lâu ở nhiệt độ cao đã pha loãng nước nên hàm lượng độc tốtrên là rất bé chưa ảnh hưởng tới nấm men Hơn nữa các muối xyanat (CN-) khichưng cất không bay hơi nên bị loại cùng bã rượu

Sắn dùng trong sản xuất rượu chủ yếu là sắn lát khô

* Ngô

Ngô được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Ở nước ta ngô làmột trong những nông sản chính, là loại cây lương thực quan trọng sau lúa

Thành phần hoá học của ngô

Thành phần hoá học của ngô hạt khác nhau tuỳ theo giống ngô, phương phápvà kỹ thuật trồng trọt, khí hậu Nước chiếm 14%, protit 10%, chất béo 4,6%, gluxit67,9%, cellulose 2,2%, tro 1,3% Phần dưới cùng của hạt là cuống có tác dụngdính hạt với cùi Cuống rất giầu cellulose, lignin và hemicellulose, cuống chiếm tới1,5% trọng lượng hạt

c Ưu và nhược điểm

II.1.1.2 Nguyên liệu từ rỉ đường

Rỉ đường là nguyên liệu chứa các loại đường không tinh khiết thu được trongquá trình sản xuất đường, tỷ lệ rỉ đường chiếm 3÷3,5% trọng lượng nước mía

Rỉ đường được dùng làm thức ăn gia súc, dùng trong các ngành công nghiệp.Hiện nay rỉ đường của nhà máy đường chủ yếu dùng để sản xuất ethanol

- Trong rỉ đường lượng P2O5 chiếm 0,02 - 0,05% P2O5 rất cần cho sự pháttriển của nấm men