Sử dụng phụ phẩm động vật trong công nghiệp và tạo năng lượng – Quá khứ và tương lai

Bài viết đề cập đến việc ứng dụng các sản phẩm chế biến để sản xuất năng lượng và để dùng cho các ngành công nghiệp khác. Sản lượng cao của các sản phẩm chế biến được sản xuất ra đã cản trở việc nghiên cứu sâu vào những thị trường có giá trị cao nhất nhưng chỉ sử dụng lượng sản phẩm nhỏ. Luật lệ trong tương lai liên quan đến an toàn sinh học và bảo vệ môi trường có thể sẽ cản trở các thị trường truyền thống tiếp cận với các sản phẩm chế biến từ phụ phẩm giết mổ. Việc phát triển các ứng dụng mới sử dụng các nguyên liệu thô với số lượng lớn để đảm bảo sự tồn tại của ngành công nghiệp chế biến phụ phẩm giết mổ là rất cần thiết.

SỬ DỤNG PHỤ PHẨM ĐỘNG VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ TẠO NĂNG LƯỢNG – QUÁ KHỨ VÀ TƯƠNG LAI S.A McGlashan, Ph.D Giám đốc, Bộ phận Môi trường Phụ phẩm Công ty trách nhiệm hữu hạn Thịt gia súc Australia Tóm tắt Chương đề cập đến việc ứng dụng sản phẩm chế biến để sản xuất lượng để dùng cho ngành công nghiệp khác Sản lượng cao sản phẩm chế biến sản xuất cản trở việc nghiên cứu sâu vào thị trường có giá trị cao sử dụng lượng sản phẩm nhỏ Luật lệ tương lai liên quan đến an toàn sinh học bảo vệ mơi trường cản trở thị trường truyền thống tiếp cận với sản phẩm chế biến từ phụ phẩm giết mổ Việc phát triển ứng dụng sử dụng nguyên liệu thô với số lượng lớn để đảm bảo tồn ngành công nghiệp chế biến phụ phẩm giết mổ cần thiết Về mặt lịch sử, mỡ động vật nhai lại có tính ứng dụng cơng nghiệp lượng rộng rãi so với loại bột protein Phụ phẩm động vật dùng sản xuất phân bón chất cải tạo đất khác chiếm phần nhỏ, loại bột protein sử dụng rộng rãi mang lại lợi nhuận lớn cho ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi Các sản phẩm chế biến có truyền thống sử dụng làm nguồn protein, chất dinh dưỡng lượng tiêu hóa ngành sản xuất thức ăn chăn ni Có nhiều phương pháp lý học hóa học để chuyển giá trị lượng bên thành nguồn chất đốt thương mại Diesel sinh học có nguồn gốc từ mỡ động vật nhai lại thay rõ ràng sử dụng phụ phẩm động vật Về mặt kỹ thuật, sử dụng loại bột protein làm nguồn lượng thông qua q trình nhiệt phân, tiêu hóa yếm khí thiêu/đốt có hạn chế mặt kinh tế Tiềm sử dụng loại bột protein cho ứng dụng cơng nghiệp có giới hạn Protein nguồn nguyên liệu thô tiềm cho việc sản xuất loại chất dẻo có nguồn gốc sinh học loại keo dán giấy Các cấu trúc tự nhiên hydroxyapatiter tìm thấy nhiều xương chân bị, cừu dê dùng làm chất hấp phụ, chất xúc tác, chất dùng nha khoa chất thay xương Để ứng dụng cơng nghiệp trở thành thực số trở ngại kinh tế kỹ cần phải khắc phục Sử dụng sản phẩm chế biến từ phụ phẩm động vật lịch sử Trong lịch sử, ứng dụng phụ phẩm động vật chế biến với mục đích khơng dùng làm thức ăn thực phẩm ngoại trừ mỡ động vật nhai lại dường bị giới hạn thị trường hẹp (Pearl, 2003) Nhìn chung, thị trường nhỏ để hỗ trợ việc tiêu thụ với số lượng lớn loại bột thịt xương bột gia cầm Hàng trăm ứng dụng hóa học cơng nghiệp sử dụng mỡ a xít béo làm nguyên liệu thức ăn chăn nuôi, tương đối ứng dụng phát triển đối tượng bột thịt xương việc sử dụng làm keo dán, loại phân bón chất xử lý đất Trong chiến tranh giới I II nhu cầu glycerin chiết tách từ phụ phẩm giết mổ dùng để sản xuất thuốc nổ, đặc biệt trinitroglycerin hay TNT cao Nhu cầu sử dụng sản phẩm chế biến từ phụ phẩm động vật 216 cho ứng dụng (xem Bảng để thấy nhiều ví dụ hơn) giảm mạnh việc sử dụng sản phẩm ngành cơng nghiệp hóa dầu sẵn có với giá rẻ tăng lên Bảng Các ứng dụng công nghiệp mỡ a xít béo Chất nổ Xà phòng làm da thuộc Bơ chất làm giòn xốp Đất sét Mỹ phẩm Gốm Kem chất dưỡng da Mỡ động vật nhai lại dùng thuộc da Dầu xả tóc Trang điểm Các chất dung mơi hịa tan Sơn Dầu nhớt cơng nghiệp Hóa chất Thuốc trừ sâu Paraffin Xà phòng rửa tay bát đĩa Dầu chồn vizon Kem cạo râu Sản phẩm cao su Sáp đánh bóng nhà Thuốc diệt cỏ Thuốc chữa bệnh Chống lạnh Các chất tẩy tự hủy Chất đốt có nguồn gốc từ Sứ làm đất sét trộn xương để lọc tẩy mầu với tro xương dung dịch đường Nguồn: Phịng Thực phẩm Nơng nghiệp California, www.cdfa.ca.gov/ahfss/mpi/by_products.mtm Quá trình chế biến phần khác thể động vật ghi chép lại từ 2000 năm trước (Grummer, 1992) Mục đích trình chế biến sản xuất mỡ động vật nhai lại loại mỡ động vật chế biến khác dùng để sản xuất nến xà phòng Sản xuất lượng Mỡ động vật nhai lại sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho nồi để sản xuất diesel sinh học Một số hệ thống yêu cầu phải lọc mỡ trước sử dụng làm nhiên liệu nồi Nhiên liệu sinh học khơng lọc đủ dẫn đến rắc rối việc sử dụng nhiên liệu tăng lượng khí thải Các ứng dụng nơng nghiệp công nghiệp Mỡ động vật nhai lại chủ yếu dùng làm xà phòng Vào kỷ 19, cách mạng cơng nghiệp có tác động ghê gớm làm biến dạng ngành chăn nuôi Sự phát triển hệ thống chăn nuôi thâm canh dẫn đến vấn đề khó khăn việc loại bỏ chất thải Các hoạt động chế biến phụ phẩm giết mổ trở thành giải pháp hấp dẫn Các quy trình đầu kỷ 20 tách mỡ nước khỏi protein, chất gọi cặn lắng dùng làm phân bón Các dịng sản phẩm protein chế biến từ phụ phẩm động vật phù hợp ứng dụng làm keo dán chúng có nhiều chức hố học đáp ứng cho việc tạo mối liên kết Các chất keo có nguồn gốc từ động vật sử dụng từ đầu năm 1800 mức tiêu thụ cao lên tới 70 triệu kg vào năm 1948 (tương đương khoảng 2% mức tiêu thụ chất keo dán có nguồn gốc từ dầu mỏ nay) Các chất keo dán tổng hợp giá rẻ nhanh chóng thâm nhập thị trường sau Thế chiến II, làm cho loại keo có nguồn gốc động vật, lại thua mặt kỹ thuật, khơng có khả cạnh tranh mặt kinh tế Các ứng dụng sản phẩm chế biến tương lai 217 Sản lượng sản phẩm chế biến từ phụ phẩm giết mổ lớn cản trở việc nghiên cứu sâu vào thị thị trường có giá trị cao đòi hỏi lượng cung thấp Việc phát triển ứng dụng sử dụng nguyên liệu thô với số lượng lớn để đảm bảo tồn ngành công nghiệp chế biến phụ phẩm giết mổ cần thiết Khi nói ứng dụng tương lai, khơng có khác biệt hai loại sản phẩm mỡ động vật nhai lại protein Năng lượng Các sản phẩm chế biến từ phụ phẩm giết mổ sử dụng cách truyền thống làm nguồn protein, dinh dưỡng lượng hốn đổi cho ngành sản xuất thức ăn thực phẩm Có nhiều phương pháp lý học hố học dùng để chuyển giá trị lượng bên thành nhiên liệu thương phẩm Diesel sinh học Năm 1898, Rudolph Diesel người đưa trình diễn động đốt sức nén Triển lãm quốc tế Paris Nguồn nhiên liệu cho động làm từ dầu lạc, loại diesel sinh học Diesel tin nhiên liệu sinh học nguồn thay sống cho nguồn nhiêu liệu sử dụng cho động nước Dầu thực vật sử dụng động diesel tận năm 1920 động thay đổi để sử dụng phần thừa dầu mỏ - thứ mà ngày gọi dầu diesel Số Diesel sinh học nhiên liệu diesel thay tạo từ nguồn nguyên liệu bền vững dầu thực vật, mỡ động vật loại dầu ăn tái chế Diesel sinh học tự hủy, khơng độc đốt tạo mùi so với diesel làm từ dầu mỏ Diesel sinh học làm cho loại động diesel hoạt động ứng cử viên thay cho nhiên liệu hoá thạch làm nguồn cung cấp lượng đáng kể cho ngành vận chuyển hàng hóa giới Diesel sinh học tạo từ việc ester hoá loại mỡ động vật mỡ động vật nhai lại; triglycerit phản ứng với methanol tạo methyl ester glyceride Quá trình xúc tác NaOH KOH có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng Sản phẩm trình nhiên liệu lỏng tương tự với diesel thơng thường Diesel sinh học có hàm lượng lượng cao, xấp xỉ 33,3 MJ/l có mật độ 0,88 kg/l (Khan, 2002) Một ưu điểm diesel sinh học so với nguồn lượng khác (chẳng hạn metan) lượng nhiên liệu tạo dạng lỏng dễ bảo quản vận chuyển Diesel sinh học sử dụng rộng rãi tồn giới Nó pha với diesel giống cách ethanol pha vào xăng Tuy nhiên, diesel sinh học pha với nồng độ cao nhiều so với ethanol mà không đòi hỏi phải thay đổi động Tỷ lệ pha trộn tiêu chuẩn 20% diesel sinh học 80% diesel dầu mỏ (Paisley, 2003) Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào cách thức sử dụng mà trình sản xuất diesel sinh học từ mỡ động vật nhai lại tạo thách thức mà trình sản xuất diesel sinh học từ loại dầu thực vật truyền thống đối mặt Một nhược điểm mà diesel sinh học tạo từ mỡ động vật nhai lại dạng nhiêu liệu lỏng mắc phải có liên quan đến thuộc tính dịng chảy lạnh (cold flow properties) Hiện tượng tinh thể hố ester mỡ động vật nhai lại (diesel sinh học) thường xuất điểm đông tụ ester a xít béo no diện diesel sinh học cao (Papadopoulos, 2005) Các diesel sinh học methyl tallowate nguyên chất (100%) tinh thể hoá nhiệt độ cao hẳn so với loại diesel thông thường (có thể cao tới 150C) Có tượng hàm 218 lượng a xít béo no mỡ bò cao dẫn đến việc tạo methyl stearate thơng qua q trình ester hố (điểm tan chảy methyl stearate 39,10C) Một vài lựa chọn sẵn có sử dụng để cải thiện thuộc tính dịng chảy lạnh hạn trộn lẫn với diesel thông thường Đây phương pháp dùng phổ biến tính đơn giản thực tiễn (National Biodiesel Board, 2005) Sử dụng alcohol mạch nhánh phản ứng ester hoá (isopropyl alcohol thay cho methanol) cho thấy cải thiện thuộc tính dịng chảy lạnh Diesel tạo có thành phần isopropyl tallowate thay methyl tallowate Điều cho thấy ester isopropyl có điểm tạo tinh thể thấp từ 70C đến 110C so với ester methyl tạo từ nguồn (Wang, 2003) Vấn đề vướng mắc phương pháp sử dụng alcohol mạch nhánh làm tăng giá thành sản xuất Sử dụng chất phụ gia tương tự chất dùng diesel thông thường lý tưởng Tuy nhiên, chưa có chất phụ gia tìm Một phương pháp khác để cải thiện thuộc tính dịng chảy lạnh diesel sinh học “mùa đơng hố – winterization” Q trình liên quan đến việc diesel sinh học di chuyển qua giai đoạn làm lạnh lọc riêng thành phần bị tinh thể hố Q trình làm giảm ester methyl no (có điểm tan chảy cao hơn) cải thiện thuộc tính dịng chảy lạnh Tuy nhiên, phương pháp khó áp dụng sản xuất đại trà lượng lớn sản phẩm bị trình lọc trình địi hỏi phải cung cấp lượng cho giai đoạn làm lạnh lặp lại nhiều lần Hiển nhiên là, phương pháp cải tiến thuộc tính dịng chảy lạnh tương lai phương pháp nhằm ngăn cản việc tạo phát triển tinh thể từ phương pháp nhằm loại bỏ thành phần có điểm tan chảy thấp Phế phụ phẩm trình sản xuất diesel sinh học Diesel sinh học tạo từ mỡ động vật chiết tách trình chế biến phụ phẩm giết mổ Các chất béo tạo từ trình chế biến phụ phẩm chia thành hai nhóm ăn khơng ăn Các chất béo ăn bán cho ngành công nghiệp thực phẩm với giá cao Các sản phẩm chế biến khơng ăn thường có giá thấp phù hợp với ngành công nghiệp sản xuất diesel sinh học Số lượng a xít béo tự (Free Fatty Acid - FFA) cao thường đồng nghĩa với việc chất lượng giá trị mỡ động vật nhai lại thấp Một hỗn hợp FFA cao thường địi hỏi nhiều cơng đoạn xử lý trước sản xuất diesel sinh học tạo phụ phẩm glycerin chất lượng thấp Hiện có qui trình sản xuất nhằm chuyển FFA thành diesel sinh học có mặt chất xúc tác gốc a xít, áp dụng cho nguyên liệu có thành phần FFA