Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu khoa học thế giới đã chứng minh được rằng nhiên liệu sinh học gần như ưu điểm tuyệt đối so với nhiên liệu hóa thạch về vấn đề khí thải. Trên lý thuyết là vậy nhưng thực tế khi sản xuất thì các chỉ số, tiêu chí kỹ thuật, các vấn đề ô nhiễm quanh quá trình công nghệ sản xuất tạo ra nhiên liệu sinh học còn đang bỏ ngỏ, chưa được lưu tâm. Chỉ lưu tâm vấn đề khí thải không thôi thì chưa đủ để đánh giá, lựa chọn nhiên liệu sinh học.
Nhiên liệu sinh học vấn đề trái chiều bỏ ngỏ ThS BÙI THỊ NAM TRÂN Trường Cao Đẳng Sư Phạm Gia Lai Nhiên liệu, xét an ninh kinh tế khơng phải quốc gia có trữ lượng dầu thơ lớn Việc phải nhập dầu tạo vết lõm lớn kinh tế Nếu nhiều công dân bắt đầu chuyển sang sử dụng nhiên liệu sinh học, quốc gia giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch Nhiều việc làm tạo với ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học ngày tăng, điều giữ cho kinh tế quốc gia an tồn Giảm phụ thuộc vào dầu mỏ nước ngoài, sản xuất nhiên liệu từ trồng trồng địa phương giảm phụ thuộc quốc gia vào nhiên liệu hóa thạch, nhiều chuyên gia tin nhiều thời gian để giải nhu cầu lượng giá dầu thô chạm đỉnh, cần thêm số giải pháp lượng thay để giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch Thật khơng may, nhiên liệu sinh học cịn nhiều cạm bẫy Q trình sản xuất tạo nhiên liệu sinh học không đơn giản Quá trình trồng trọt, làm phân bón thuốc trừ sâu, chế biến thành nhiên liệu tiêu tốn nhiều lượng mà tranh luận việc liệu ethanol từ ngô thực cung cấp nhiều lượng mức cần thiết để phát triển xử lý Ngồi ra, phần lớn lượng sử dụng sản xuất đến từ than đá khí đốt tự nhiên, nhiên liệu sinh học không thay nhiều nhiên liệu tạo chúng Nghiên cứu khoa học giới chứng minh nhiên liệu sinh học gần ưu điểm tuyệt đối so với nhiên liệu hóa thạch vấn đề khí thải Trên lý thuyết thực tế sản xuất số, tiêu chí kỹ thuật, vấn đề nhiễm quanh q trình cơng nghệ sản xuất tạo nhiên liệu sinh học bỏ ngỏ, chưa lưu tâm Chỉ lưu tâm vấn đề khí thải khơng thơi chưa đủ để đánh giá, lựa chọn nhiên liệu sinh học Từ khóa: Nhiên liệu sinh học, vấn đề trái chiều, bỏ ngỏ Đặt vấn đề Cơn sốt nhiên liệu sinh học lượng sinh học vấn đề trội “Hội nghị quốc tế lần thứ nhiên liệu sinh học lượng sinh học” Sự gặp gỡ tất nhà lãnh đạo toàn cầu nhiên liệu sinh học lượng sinh học lĩnh vực liên quan để chia sẻ quan điểm họ chương trình khoa học độc quyền vào ngày 27-28/3/2019 Paris, Pháp; kết hợp chương trình phát 37 SỐ 02 NĂM 2019 KHOA HỌC KỸ THUẬT TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ VÀ MƠI TRƯỜNG 38 KHOA HỌC KỸ THUẬT biểu quan trọng, diễn đàn phân tích trẻ, hội thảo kỹ thuật, triển lãm poster triển lãm Trong hội nghị này, ban tổ chức mời người tham gia từ khắp nơi giới yêu cầu tham gia hội nghị với chủ đề "Nhiên liệu sinh học lượng sinh học" nhằm chia sẻ ý tưởng công nghệ chuyên gia, nhà công nghiệp sinh viên phân tích lĩnh vực nhiên liệu sinh học, lượng sinh học, kỹ thuật hóa học, hóa lý để chia sẻ đổi ứng dụng gần họ lĩnh vực khác đắm thảo luận phiên kỹ thuật kiện Nhiên liệu sinh học lượng sinh học liên quan đến sinh khối, khí sinh học, lượng sinh học, Biorefineries, Bioethanol, Diesel sinh học, nhiên liệu sinh học hàng không, nhiên liệu sinh học tảo Nhiên liệu sinh học trở thành điểm gây tranh cãi cho nhóm bảo tồn, cho trồng sử dụng tốt nguồn thực phẩm thay nhiên liệu Nhà tiên tri tiếng Jane Goodall xa đến mức cảnh báo việc thu hoạch mía dầu cọ cho nhiên liệu sinh học có tác động tàn phá rừng mưa nhiệt đới Bên cạnh ô nhiễm đất nước phân bón, ô nhiễm cơng nghiệp: Khí thải carbon nhiên liệu sinh học dạng nhiên liệu truyền thống bị cháy Tuy nhiên, trình mà chúng sản xuất tạo nên cho điều Sản xuất phần lớn phụ thuộc vào nhiều nước dầu Các ngành công nghiệp quy mơ lớn có nghĩa để loại bỏ nhiên liệu sinh học biết phát lượng lớn khí thải gây nhiễm nước quy mô nhỏ Trừ phương tiện sản xuất hiệu đưa vào vị trí, phát thải carbon tổng thể không nhận vết lõm lớn Nhưng khám phá trữ lượng xăng dầu khổng lồ khiến xăng dầu diesel giảm giá rẻ nhiều thập kỷ nhiên liệu sinh học phần lớn bị lãng quên Tuy nhiên, với gia tăng gần giá dầu, với mối lo ngại ngày tăng nóng lên tồn cầu khí thải carbon dioxide, nhiên liệu sinh học lấy lại phổ biến Xăng dầu diesel thực nhiên liệu sinh học cổ đại Nhưng chúng gọi nhiên liệu hóa thạch chúng tạo từ thực vật động vật bị phân hủy bị chơn vùi lịng đất hàng triệu năm Nhiên liệu sinh học tương tự, ngoại trừ việc chúng làm từ thực vật trồng ngày Hội nghị Triển lãm Thế giới Tái chế lần thứ 12, ngày 01 tháng 02 năm 2019, Paris, Pháp; Hội nghị quốc tế lần thứ 13 Nhiên liệu sinh học lượng sinh học, ngày 18 đến 19 tháng năm 2019, Amsterdam, Hà Lan; Hội nghị quốc tế; Hội nghị quốc tế Bộ gen thực vật, 01/02, 2019, Rotterdam, Hà Lan; Hội nghị quốc tế lượng xanh, ngày 01 tháng 02 năm 2019, Amsterdam, Hà Lan Hội nghị quốc tế lần thứ 21 sản xuất lượng sinh học nhiên liệu sinh học, ngày - 10 tháng 12 năm 2019, New York, Hoa Kỳ; Hội nghị quốc tế lần thứ 21 nhiên liệu sinh học lượng sinh học, 30 - 31 tháng 12 năm 2019, Paris, Pháp; Hội nghị quốc tế lần thứ 21 sản xuất lượng sinh học nhiên liệu sinh học, 30 - 31 tháng 10 năm 2019, Los Angeles, Hoa Kỳ; Hội nghị quốc tế lần thứ 21 khí sinh học lượng sinh học, 24 - 25 tháng năm 2019, Oslo, Na Uy; Hội nghị quốc tế lần thứ 21 sản xuất lượng sinh học diesel sinh học, 16 - 17 tháng năm 2019, Paris, Pháp Nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học không giống nguồn lượng tái tạo thay thế, sinh khối thường tái sinh trực tiếp thành nhiên liệu lỏng - nhiên liệu sinh học - cho nhu cầu vận chuyển (ô tô, xe tải, xe buýt, máy bay xe lửa) Hai dạng nhiên liệu sinh học điển hình rượu dầu diesel sinh học Ethanol loại cồn, giống hệt tìm thấy bia rượu vang Nó tạo cách lên men sinh khối chứa nhiều carbohydrate (tinh bột, đường cellulose) thông qua phương pháp gần giống sản xuất bia Nguyên liệu rượu ethyl thường sử dụng làm phụ gia nhiên liệu, giúp trình cháy nhiên liệu, để cắt giảm khí carbon monoxide khí thải gây khói khác Tuy nhiên phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt, chạy hỗn hợp khí Từ E5 lên đến tám mươi lăm phần trăm rượu ethylic(E85) Diesel sinh học hình thành cách kết hợp rượu (thường metanol) với dầu, mỡ động vật mỡ bơi trơn tái chế Nó sử dụng làm chất phụ gia để cắt giảm lượng khí thải xe (thường 20%) dạng nguyên chất làm nhiên liệu khác cho động diesel Các nhiên liệu sinh học khác có nguồn gốc cồn methyl thành phần xăng điều chỉnh lại Methanol, thường gọi rượu methyl, tạo từ khí, chí, sản xuất từ sinh khối Có nhiều cách để chuyển đổi sinh khối thành rượu methyl; nhiên cách tiếp cận quan trọng có lẽ thay đổi hóa học Q trình hóa học bao gồm làm bay sinh khối nhiệt độ cao, sau loại bỏ tạp chất từ khí gần tiêu thơng qua chất xúc tác chuyển đổi thành rượu methyl Cho đến nay, nhiên liệu sinh học trải qua bốn Thế hệ nhiên liệu sinh học sau: Nhiên liệu sinh học hệ thứ Nhiên liệu sinh học hệ thứ sản xuất trực tiếp từ lương thực loại dầu sử dụng dầu diesel sinh học sản xuất ethanol sinh học thơng qua q trình lên men [1] Các loại trồng lúa mì đường nguyên liệu sử dụng rộng rãi cho ethanol sinh học hạt cải dầu chứng minh loại trồng hiệu để sử dụng dầu diesel sinh học Tuy nhiên, nhiên liệu sinh học hệ có số vấn đề liên quan Có nhiều tranh luận lợi ích thực chúng việc giảm khí thải nhà kính khí thải CO2 thực tế số nhiên liệu sinh học tạo mức tăng lượng âm, giải phóng nhiều Carbon sản xuất so với tăng trưởng nguyên liệu chúng Tuy nhiên, vấn đề gây tranh cãi với nhiên liệu sinh học hệ thứ ‘nhiên liệu so với thực phẩm’ Do phần lớn nhiên liệu sinh học sản xuất trực tiếp từ lương thực, nhu cầu nhiên liệu sinh học tăng lên dẫn đến gia tăng khối lượng trồng bị chuyển hướng khỏi thị trường thực phẩm toàn cầu Điều bị đổ lỗi cho gia tăng toàn cầu giá lương thực vài năm qua Nhiên liệu sinh học hệ thứ hai Nhiên liệu sinh học hệ thứ hai phát triển để khắc phục hạn chế nhiên liệu sinh học hệ thứ Chúng sản xuất từ cây trồng phi thực phẩm gỗ, chất thải hữu cơ, chất thải lương thực trồng sinh khối cụ thể, loại bỏ vấn đề với nhiên liệu sinh học hệ Nhiên liệu sinh học hệ thứ hai nhằm mục đích cạnh tranh chi phí liên quan đến nhiên liệu hóa thạch có Đánh giá vịng đời nhiên liệu sinh học hệ thứ hai chúng tăng mức tăng lượng ròng qua việc đưa hạn chế nhiên liệu sinh học hệ thứ Nhiên liệu sinh học hệ thứ ba Thế hệ thứ ba nhiên liệu sinh học dựa cải tiến sản xuất sinh khối Nó tận dụng loại lượng thiết kế đặc biệt tảo làm nguồn lượng 39 SỐ 02 NĂM 2019 KHOA HOÏC KỸ THUẬT TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ VÀ MƠI TRƯỜNG 40 KHOA HỌC KỸ THUẬT Tảo ni cấy để hoạt động nguyên liệu thô chi phí thấp, lượng cao hồn tồn tái tạo Người ta dự đốn tảo có khả tạo nhiều lượng mẫu Anh so với trồng thông thường Tảo trồng đất nước khơng phù hợp cho sản xuất thực phẩm, làm giảm căng thẳng nguồn nước cạn kiệt Một lợi ích nhiên liệu sinh học dựa tảo nhiên liệu sản xuất thành nhiều loại nhiên liệu diesel, xăng nhiên liệu máy bay Xét trình cháy Methane: _CH4 + _O2à _CO2 + _H2O Tác chất Nhiên liệu sinh học hệ thứ tư không nhằm tạo lượng bền vững mà cách thu giữ lưu trữ CO2 Các vật liệu sinh khối, hấp thụ CO2 phát triển, chuyển đổi thành nhiên liệu cách sử dụng quy trình tương tự nhiên liệu sinh học hệ thứ hai Quá trình khác với sản xuất hệ thứ hai thứ ba tất giai đoạn sản xuất, Carbon dioxide thu lại cách sử dụng trình đốt cháy nhiên liệu oxy Carbon dioxide sau kiểm tra địa lý cách lưu trữ mỏ dầu khí cũ tầng chứa nước mặn Việc thu giữ carbon làm cho carbon sản xuất nhiên liệu sinh học hệ thứ tư âm tính thay đơn giản carbon trung tính, khóa cách xa nhiều carbon so với sản xuất Hệ thống không thu giữ lưu trữ carbon dioxide từ khí mà cịn giảm lượng khí thải CO2 cách thay nhiên liệu hóa thạch Phân tích ưu nhược từ hướng nhìn khoa học Giới khoa học cho nên suy nghĩ lại lượng sinh học nguồn nhiên liệu khơng thể ngăn chặn tình trạng biến đổi khí hậu Nhìn bề nổi, nhiên liệu sinh học cháy sạch, khí thải CO2 thấp, phân tích sau: Năng lượng liên kết (kJ/mol) Methane 1656 Carbon dioxide 1606.6 O2 (x2) 996 H2O (x2) Tổ n g N ă n g 2652 lượng tác chất 1856 Tổ n g n ă n g 3462.6 lượng sản phẩm Năng lượng ròng giải phóng = Tổng lượng sản phẩm - Tổng Năng lượng tác chất METHANE 810.6 Nhiên liệu sinh học hệ thứ tư Thu hồi lưu trữ carbon Năng lượng Sản phẩm liên kết (kJ/mol) Nghiên cứu trình cháy Ethanol _C2H6O + _7 O2à _CO2 + _H2O Tác chất Năng lượng Sản phẩm liên kết (kJ/mol) Năng lượng liên kết (kJ/mol) Ethanol 6482 Carbon dioxide 6426.4 O2 3486 H2O Tổ n g N ă n g 9968 lượng tác chất 5568 Tổ n g n ă n g 11994.4 lượng sản phẩm Năng lượng rịng giải phóng = Tổng lượng sản phẩm - Tổng Năng lượng tác chất ETHANOL 2026.4 Khi octan (C8H18) cháy động xe hơi, trải qua phản ứng tương tự metan ethanol Chỉ số octan phản ứng với oxy tạo thành carbon dioxide nước 2C8H18 + 25O2à 16 CO2 + 18 H2O Tác chất Năng lượng Sản phẩm liên kết (kJ/mol) Năng lượng liên kết (kJ/mol) Octane 19762 Carbon dioxide 25705.6 O2 12450 H2O Tổ n g N ă n g 32212 lượng tác chất 16704 Tổ n g n ă n g 42409.6 lượng sản phẩm Năng lượng rịng giải phóng = Tổng lượng sản phẩm - Tổng Năng lượng tác chất OCTANE 10197.6 Nghiên cứu diesel sinh học điều chế phòng thí nghiệm Giả sử diesel sinh học cấu tạo từ este metyl axit linoleic (C19H34O2) Hàm lượng nhiệt diesel sinh học 21979,94 kJ / mol Phân tử oxy có 498 kJ / mol CO2 có 1606,6 kJ / mol nước có lượng liên kết 928 kJ / mol Phương trình hóa học cân 2C19H34O2 + 53O238CO2 + 34H2O Tác chất Biodiesel O2 Năng lượng Sản phẩm liên kết (kJ/mol) Năng lượng liên kết (kJ/mol) 43959.88 Carbon dioxide 61050.8 26394 H2O Tổ n g N ă n g 70353.88 lượng tác chất 31552 Tổ n g n ă n g 92602.8 lượng sản phẩm Năng lượng rịng giải phóng = Tổng lượng sản phẩm - Tổng Năng lượng tác chất BIODIESEL 22248.92 Sử dụng tính tốn, liệt kê nhiên liệu theo thứ tự giảm dần (lớn đến nhất) theo lượng rịng giải phóng trình đốt cháy Biodiesel Octane Ethanol Methane mol fuel mol mol mol 2026.4 kJ 810.6 kJ 22248.92 kJ 10197.6 kJ Năng lượng lớn Năng lượng thấp Sử dụng phương trình cân bằng, liệt kê nhiên liệu theo thứ tự giảm dần lượng carbon dioxide giải phóng q trình đốt cháy mol biodiesel mol octane mol ethanol mol methane 38 CO2 CO2 Khí thải nhiều 16 CO2 CO2 Khí thải thấp Khí thải nhiều Cơ quan Thơng tin Năng lượng Hoa Kỳ ước tính tiêu thụ nhiên liệu xăng dầu diesel Hoa Kỳ cho giao thông vận tải năm 2012 dẫn đến việc phát thải khoảng 1.089 422 triệu CO2, tương ứng Tính số pound CO2 sinh từ nhiên liệu (1 = 1000 kg = 2204,6 pound) 2204.6 pounds 1089000000 metric tons x = 2.4 x 1012 pounds CO2 /Năm metric ton 2204.6 pounds 422000000 metric tons x = 9.3 x 1011 pounds CO2 /Năm metric ton Khoảng 22,38 pound CO2 tạo cách đốt gallon nhiên liệu diesel Đốt gallon B10 (nhiên liệu diesel chứa 10% diesel sinh học theo thể tích) dẫn đến phát thải khoảng 20 pound CO2 Nếu Mỹ sử dụng triệu thùng dầu diesel ngày, loại bỏ pound CO2 năm chuyển đổi sang B10? (1 thùng = 42 gallon) Phần trăm tổng sản lượng CO2 diesel tính sau: Mức độ chênh lệch khí thải = 22.38 lb - 20 lb = 2.38 lb Ít CO2 gallon biodiesel B10 4000000 barrels diesel 365 ngày 42 gallons 2.38 lb x x x = 1.46 x 1011 lbs/năm, giảm CO2 ngày năm barrel gallon 1.46 x 1011 Phần trăm CO2 sinh = = 15.7% 9.3 x 1011 Nhiều nỗ lực vào việc ước tính lượng khí thải từ nhiên liệu sinh học, tập trung hẹp lại bỏ lỡ lượng phát thải nơi khác vòng đời Tầm quan trọng việc xem xét phát thải chất gây nhiễm khơng khí chuỗi cung ứng đánh giá lựa chọn vận chuyển nhiên liệu sinh học TÀI LIỆU THAM KHẢO Betts wb, dart rk, ball as, pedlar sl (1991) biosynthesis and structure of lignocellulose in: betts wb (ed) biodegradation: natural and synthetic materials springer, berlin, germany Dien bs, iten lb, skory cd (2005) converting herbaceous energy crops to bioethanol; a review with emphasis on pretreatment processes in: hou ct (ed) handbook of industrial biocatalysis, chapter 23 taylor and francis, boca raton Environmental Effects and Tradeoffs of Biofuels, page 181 of 394 41 SỐ 02 NĂM 2019 KHOA HỌC KỸ THUẬT ... Nhiên liệu sinh học lượng sinh học liên quan đến sinh khối, khí sinh học, lượng sinh học, Biorefineries, Bioethanol, Diesel sinh học, nhiên liệu sinh học hàng không, nhiên liệu sinh học tảo Nhiên. .. nay, nhiên liệu sinh học trải qua bốn Thế hệ nhiên liệu sinh học sau: Nhiên liệu sinh học hệ thứ Nhiên liệu sinh học hệ thứ sản xuất trực tiếp từ lương thực loại dầu sử dụng dầu diesel sinh học. .. nguyên liệu chúng Tuy nhiên, vấn đề gây tranh cãi với nhiên liệu sinh học hệ thứ ? ?nhiên liệu so với thực phẩm’ Do phần lớn nhiên liệu sinh học sản xuất trực tiếp từ lương thực, nhu cầu nhiên liệu sinh