Mỗi năm đồng bằng sông Cửu Long thải ra khoảng hơn 30.000 tấn mỡ cá tra, cá ba sa. Mỡ cá này thường được tận dụng bán cho cơ sở sản xuất mỡ bôi trơn, thức ăn chăn nuôi nhưng đầu ra, giá cả còn khá bấp bênh nên lượng mỡ dư thừa không được tận dụng hết, gây ô nhiễm. Trong khi đó, theo các nhà khoa học, mỡ cá basa, cá tra có thể sản xuất thành dầu biodiesel - một dạng dầu diesel sạch, thân thiện với môi trường. Vì thế mỡ cá tra, cá ba sa đang được chú ý như là một nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel. Một số công ty đã sản xuất thành công và đưa ra thị trường sản phẩm dầu Basa Bio được làm từ mỡ cá basa.
Basa Bio có khả năng thay thế dầu DO cho tất cả các động cơ. Người sử dụng có thể pha trộn loại dầu này với dầu DO ở mọi tỷ lệ, có thể chuyển từ dầu Basa Bio sang DO trong trường hợp chưa tìm được nguồn nhiên liệu bổ sung.
Sản xuất biodiesel từ mỡ cá tra và basa là một hướng đi có triển vọng của ĐBSCL và có nhiều khả năng sản xuất quy mô lớn vì ở đây có nguồn nguyên liệu dồi dào, ổn định, giá rẻ và có tiềm năng phát triển. Việc đầu tư sản xuất biodiesel tại chỗ từ phụ phẩm của cá sau khi xuất khẩu philê sẽ mở ra một ngành công nghiệp mới cho vùng này, tạo ra một nguồn nhiên liệu mới không ô nhiễm và có thể tái tạo được phục vụ sản xuất, đời sống cư dân trong vùng.
Ngành nuôi cá tra và basa phát triển rất nhanh trong những năm vừa qua do có thị trường xuất khẩu. Vì điều kiện chế độ nuôi dễ dàng, giá trị xuất khẩu cao, nên dù giá thấp hơn, cá tra vẫn chiếm tỷ trọng chủ yếu trong xuất khẩu cá da trơn ở Việt Nam (theo VASEP, khoảng 90%). Nếu năm 2004, tổng sản lượng cá tra, ba sa của các tỉnh ĐBSCL là 264.436 tấn, thì năm 2006 là 825.000 tấn và dự báo đến cuối năm 2007 sẽ lên đến khoảng một triệu tấn, bằng sản lượng quy hoạch cho đến năm 2010 theo dự đoán của ngành Thủy sản. Như vậy, sẽ có khoảng 600.000 tấn phụ phẩm sau xuất khẩu cần được nghiên cứu ứng dụng để làm tăng hiệu quả sử dụng từ nguồn lợi thủy sản này.
Đặc điểm sinh học cá tra và cá ba sa
Cá basa (tên tiếng Anh: Yellowtail catfish) là loài được nuôi truyền thống trong bè trên sông Mekong ở Việt Nam, Lào, Thái Lan và Campuchia.
Cá tra (tên tiếng Anh: Shutchi catfish) trước đây được nuôi nhiều trong ao, ở đồng bằng Nam Bộ Việt Nam.
Về mặt phân loại, 2 loài này thuộc bộ cá nheo (Siluriformes), họ cá tra (Pangasidae), loài Pangasius. Cá tra (Pangasius hypophthalmus) và cá basa (Pangasius bocourti) đều là cá da trơn (không vẩy). Cá sống chủ yếu ở nước ngọt, chịu được nước lợ nhẹ (độ muối dưới 10%) và nước phèn (pH>4). Cá tra có cơ quan hô hấp phụ, có thể hô hấp bằng bóng khí và da, nên chịu đựng được môi trường nước thiếu oxy hòa tan.
Ngược lại, cá basa còn gọi là cá bụng vì có lá mỡ rất lớn, không có cơ quan hô hấp phụ, chịu đựng kém ở môi trườnlg nước có hàm lượng oxy hòa tan thấp. Ngoài ra, cá tra có khả năng thích nghi với nhiều loại thức ăn như mùn bã hữu cơ, cám, rau, động vật đáy,
thức ăn hỗn hợp. Thức ăn cho cá basa thường là hỗn hợp tấm, cám, rau và cá vụn (nấu chín) nên phù hợp với nuôi dưỡng trong bè trên sông nước chảy mạnh. Cá tra có thể nuôi trong môi trường chật hẹp với mật độ cao (50 con/m2) như bè, ao hầm, gần đây là nuôi cồn và đăng quần cũng cho hiệu quả cao.
3.3.2. Quy trình sản xuất mỡ từ cá tra và cá ba sa
Một kg mỡ cá có thể sản xuất được 1,13 lít Basa Bio. Sau khi phân tích thành phần hóa học của mỡ cá, hàm lượng axit béo không no chủ yếu là axit oleic trong mỡ cá tra chiếm 55,5% và mỡ cá basa chiếm 62%. Kết quả này cho thấy nên sử dụng mỡ cá tra và cá basa làm nguyên liệu để sản xuất biodiesel. Tuy nhiên, mỡ cá basa làm nguyên liệu sản xuất biodiesel có nhiều ưu điểm hơn so với mỡ cá tra, do có hàm lượng axit oleic cao hơn nên biodiesel đi từ mỡ cá basa sử dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp.
Tại các nhà máy chế biến thủy sản, cá tươi được lóc hai miếng phi-lê để chế biến xuất khẩu. Phần còn lại chiếm khoảng 60% gồm da, xương, đầu, bụng, mỡ, ruột, kỳ vi.... Sau khi chiên, mỡ bụng của cá được loại nước để được mỡ chất lượng cao. Có thể tiếp tục tinh luyện loại mỡ này bằng phương pháp vật lý hoặc hóa học để sử dụng trong thực phẩm. Các phụ phẩm còn lại như da, đầu, xương, kỳ vi… được chế biến thành bột hoặc mỡ cá sử dụng chủ yếu làm thức ăn gia súc. Hiện nay có hai phương pháp để sản xuất mỡ cá sau khi xuất khẩu philê cá hoặc từ cá tươi, đó là phương pháp truyền thống hoặc hiện đại.
Phương pháp truyền thống
Quy trình sản xuất thủ công hiện nay ở hầu hết các nhà máy chế biến thủy sản ở các tỉnh ĐBSCL. Việc sản xuất mỡ và bột cá từ phế phẩm cá tra và cá basa hiện nay đang diễn ra tự phát, quy mô nhỏ, phương pháp thủ công nên tỷ lệ thu hồi rất thấp, khoảng từ 10% - 16% so với 20% - 22% bằng phương pháp công nghiệp. Mỡ nấu từ phương pháp này thường có hàm lượng nước, axit tự do và cặn cao, màu sắc không đều, có mùi tanh. Việc áp dụng công nghệ thông thường để sản xuất biodiesel từ loại mỡ này với xúc tác kiềm không thu được hiệu quả cao. Nước là nguyên nhân tạo xà phòng trong quá trình sản xuất gây khó khăn và làm tăng chi phí cho quá trình tinh chế biodiesel. Ngoài ra, nước còn tạo môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển trong quá trình tồn trữ và lưu kho, làm cho mỡ dễ bị oxy hóa, ôi và có mùi khó chịu. Cặn làm tắc nghẽn đường ống khi bơm nguyên liệu vào bồn phản ứng, làm giảm hiệu suất của sản phẩm. Tỷ lệ thu hồi thấp còn làm tăng giá thành của mỡ và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Nguyên liệu mỡ cá được sản xuất bằng phương pháp này khi sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất biodiesel phải thực hiện qua hai giai đoạn. Ở giai đoạn đầu tiên, xúc tác axit được dùng để chuyển axit béo tự do có trong mỡ cá thành biodiesel, sau đó tiếp tục sử dụng xúc tác kiềm để chuyển hóa hoàn toàn mỡ cá thành biodiesel. Sản xuất hai giai đoạn sẽ không có tính kinh tế vì làm tăng giá thành của sản phẩm. Hiện nay, công nghệ chế biến mỡ cá được áp dụng rộng rãi trên thế giới không nấu trực tiếp mà chỉ gia nhiệt sau khi đã ép để loại trừ các phụ phẩm rắn. Ưu điểm của quy trình này là không sử dụng trực tiếp nhiệt độ nên mỡ cá có màu sáng hơn, quá trình ly tâm và lọc cho mỡ có hàm lượng nước, axit béo tự do và cặn thấp
hơn. Phương pháp này có hiệu suất thu hồi mỡ cao, thời gian sản xuất ngắn, nên giá thành của mỡ thấp, nhưng chi phí đầu tư thiết bị lại khá lớn.
Phương pháp hiện đại
Công nghệ ly tâm ba pha là phương pháp hiện đại nhất hiện nay trong sản xuất mỡ cá. Phương pháp này ly tâm cho ra mỡ, nước và bột cá sau khi ép, nên tỷ lệ thu hồi mỡ cao, sản phẩm có độ nhớt, hàm lượng nước, cặn và axit béo tự do thấp, màu sáng, ít tốn kém năng lượng và lao động, giảm tối thiểu lượng nước sử dụng nên không gây ảnh hưởng đến môi trường. Tuy nhiên, kinh phí đầu tư thiết bị khá cao là một bài toán khó ngay cả đối với các doanh nghiệp xuất nhập khẩu thủy sản lớn muốn thay đổi công nghệ để tăng giá trị phụ phẩm của cá tra và basa sau khi xuất khẩu philê. Mỡ cá được sản xuất từ phương pháp này sẽ thuận lợi và hiệu quả cao khi sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất biodiesel với công nghệ đơn giản, một giai đoạn với xúc tác kiềm như NaOH hoặc KOH.
3.3.3. Qui trình sản xuất Biodiesel từ mỡ cá
Phương trình chuyển hóa
Phương trình chuyển hóa biodiesel cơ bản như sau:
100 kg dầu mỡ + 10 kg methanol -> 100 kg biodiesel + 10 kg glycerol
Phản ứng chuyển ester hóa mỡ, dầu
Trong đó R1, R2, R3 là các acid béo no hoặc không no chứa trong mỡ cá tra, chiếm chủ yếu trong mỡ động vật như:
Trong đó palmitic acid chứa 16 C, stearic acid có 18 C, oleic acid 18 C và có nối đôi. Để thực hiện phản ứng chuyển hóa này cần có chất xúc tác như NaOH, hoặc KOH. Vai trò của các chất xúc tác này rất quan trọng vì nó phản ứng với Methanol trước để tạo tiền chất cho phản ứng.
Phản ứng 1: Tạo Alkoxide
CH3OH + NaOH → CH3O-Na + H2O (Eq. 1)
Trong môi trường có nước alkoxide phân ly tạo CH3O- và Na+, CH3O- tiếp tục thực hiện phản ứng tiếp theo.
Phản ứng 2: Tạo Triglyceride amion
Phản ứng 3: Tạo diglyceride và CH3O- tiếp tục cho các phản ứng dây chuyền tiếp theo để tạo ra monoglyceride, methyl ester và cuối cùng tạo glycerol methyl ester
Như vậy: trong quá trình này cứ 01 phân tử Triglyceride tác dụng với 03 phân tử CH3OH tạo ra 01 phân tử glycerol và 03 phân tử methyl ester (2)
Công đoạn 1
Mỡ và dầu sau khi đã loại nước
Công đoạn 2
Huyền phù sau khi trộn methanol
Công đoạn 3
Kết thúc quá trình acid hóa
Công đoạn 4
Mỡ tan chảy hoàn toàn
Công đoạn 5
Huyền phù sau khi trộn methanoxide
Công đoạn 6
Giai đoạn 1 phản ứng tạo glycerol lớp đáy và methyl ester
Công đoạn 7
Giai đoạn 2 phản ứng tạo glycerol lớp đáy và methyl ester
Công đoạn 8
Hoàn tất phản ứng lượng glycerol lắng hoàn toàn dưới lớp đáy
Lợi ích môi trường
− Việc tận dụng mỡ các loại cá này để sản xuất dầu sinh học đã giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường rất nhiều. Đây là một loại nhiên liêu sạch vì qua kiểm nghiệm, so với dầu DO, tỷ lệ khí thải CO2, CO, hạt khói … đều thấp hơn từ 45 –78,75%. Đặc biệt, Basa Bio không có lưu huỳnh và có mùi vị giống dầu ăn.
− Hơn nữa, một số người dân sử dụng dầu biodiesel do các công ty của Việt Nam sản xuất cho biết, nếu sử dụng liên tục, máy móc chạy êm, mát máy, khói thải ít, có mùi dễ chịu.
− Một đặc điểm nổi bật là dầu biodiesel có khả năng cháy sạch và thải ra rất ít khí độc hại cho môi trường như oxit lưu huỳnh, hydrocacbon... Nghiên cứu đã chứng minh, dùng biodiesel giảm 1/3 lần muội than so với nhiên liệu diesel truyền thống. Đồng thời không cần thêm phụ gia để tăng chỉ số octan và nhiệt độ sôi cao cũng là yếu tố thuận lợi cho việc tồn trữ lâu dài.
− Ưu điểm của biodiesel so với nhiên liệu diesel truyền thống là nguồn năng lượng có thể tái tạo được, giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường, giảm hiệu ứng nhà kính. Biodiesel là chất không độc, dễ bị phân hủy sinh học, có nhiệt độ chớp nháy cao nên tính an toàn trong tồn trữ cao. Biodiesel có thể sử dụng trực tiếp với động cơ diesel mà không cần bất cứ sự biến đổi động cơ nào, có thể phối trộn với nhiên liệu truyền thống ở bất kỳ tỷ lệ nào, giúp kéo dài tuổi thọ động cơ.
CHƯƠNG 4
QUAN ĐIỂM CÁ NHÂN
Có thể nói thế kỷ 21 là thế kỷ có nhiều vấn đề thách thức của nhân loại, trong đó vấn đề năng lượng là một vấn đề nóng bỏng. Chiến tranh ở một số nước bắc phi như Libya và một số nước trung đông và cận trung đông như Iran, Irag,… suy cho cùng thì cũng chỉ vì năng lượng. Sự kiện động đất ngày 11/3/2011 ở Nhật Bản dẫn đến các nhà máy điện hạt nhân bị nổ đến nay vẫn còn là nỗi kinh hoàng cho cả thế giới và con số thiệt hại có thể thấy được cũng như những nguy cơ còn tiềm ẩn của tác động phóng xạ đến nay đã là một con số khổng lồ mà chưa thể thống kê được. Thảm hoạ nguyên tử Chernobyl xảy ra vào ngày 26 tháng 4 năm 1986 khi nhà máy điện nguyên tử Chernobyl ở Pripyat, Ukraina (khi ấy còn là một phần của Liên bang Xô viết) bị nổ. Đây được coi là vụ tai nạn hạt nhân trầm trọng nhất trong lịch sử năng lượng hạt nhân. Do không có tường chắn, đám mây bụi
phóng xạ tung lên từ nhà máy lan rộng ra nhiều vùng phía tây Liên bang Xô viết, Đông và Tây Âu, Scandinav, Anh quốc, và đông Hoa Kỳ. Nhiều vùng rộng lớn thuộc Ukraina, Belarus và Nga bị ô nhiễm nghiêm trọng, dẫn tới việc phải sơ tán và tái định cư cho hơn 336.000 người. Khoảng 60% đám mây phóng xạ đã rơi xuống Belarus. Tất cả các vấn đề trên đều xuất phát từ vấn đề năng lượng.
Các nguồn nhiên liệu hóa thạch thì ngày càng cạn kiện trong khi nhu cầu sử dụng ngày càng tăng cao khiến cho đường “CUNG – CẦU” phát triển không cân đối dẫn đến giá thành leo thang của các loại nhiên liệu hóa thạch.
Ô nhiễm môi trường ngày càng tăng lên, con người vừa phải đối mặt với các vấn đề môi trường vừa phải đối mặt với nhu cầu sử dụng nhiên liệu. Trong bối cảnh này, quan điểm cá nhân Tôi nhận thấy rất cần thiết phải có các nguồn năng lượng thay thế trong đó năng lượng tái tạo như năng lượng sinh khối là một ví dụ điển hình. Với các ưu điểm như đã trình bày trình bày trong chương 3, năng lượng sinh khối có thể giải quyết được các vấn đề cấp bách mà còn mang lại nhiều ý nghĩa môi trường sâu sắc.
Việt Nam là một nước nhiệt đới nhiều nắng và mưa nên sinh khối phát triển nhanh. Là một nước nông nghiệp nên nguồn phụ phẩm nông nghiệp phong phú. Nguồn này ngày càng tăng trưởng cùng với việc phát triển nông nghiệp và lâm nghiệp. Cùng với sự tăng trưởng kinh tế , xã hội của đất nước, nhu cầu ứng dụng các công nghệ năng lượng sinh học ngày càng phát triển. Việc phát triển chăn nuôi đã tạo ra nhu cầu xử lý chất thải vật nuôi, thúc đẩy công nghệ khí sinh học phát triển mạnh mẽ.
Mặc dù chưa có chính sách năng lượng nói chung và năng lượng tái tạo nói riêng nhưng từng bước năng lượng tái tạo đã được đề cập đến trong các văn bản nhà nước như: Quyết định của Thủ tướng chính phủ số 176/2004/QĐ-TTg ban hành ngày 05 tháng 10 năm 2004 về việc phê duyệt chiến lược phát triển ngành Điện Việt Nam giai đoạn 2004 – 2010, định hướng đến năm 2020 và Luật Điện lực được Quốc hội thông qua ngày 03 tháng 12 năm 2004 đều có ghi sử dụng nguồn năng lượng mới, tái tạo để cung cấp điện
cho vùng nông thôn, miền núi hay hải đảo hoặc Chỉ thị của Thủ tướng chính phủ số 35/2005/CT-TTg ban hành ngày 17 tháng 10 năm 2005 về việc tổ chức thực hiện nghị định thư Kyoto thuộc công ước khung của Liên Hợp Quốc về biến đổi khí hậu cũng là một cơ sở pháp lý thuận lợi cho năng lượng tái tạo. Tất cả các vấn đề dẫn dắt trên cho thấy sự quan tâm của đảng và nhà nước Việt Nam đối với năng lượng tái tạo tạo điều kiện thuận lợi để phát triển năng lượng sinh học ở nước ta.
Tuy nhiên, khi năng lượng sinh học được phát triển, một trong những điều không biết chắc được khi là sự cạnh tranh về nguyên liệu như ngô khoai, sắn để sản xuất etanol, đậu tương, lạc, vừng, dừa... để sản xuất biodiezen còn dùng làm lương thực, thực phẩm cho người và gia súc. Hoặc sự cạnh tranh về chi phí của các công nghệ vì thực tế cho thấy có nhiều công nghệ sinh khối còn đắt hơn công nghệ truyền thống sử dụng nhiên liệu hoá