Là cặn dầu thực vật của các nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy tinh chế dầu ăn, các nhà hàng khách sạn, hay ở hộ gia đình… Một lượng lớn dầu ăn đã qua sử dụng được thải ra trên thế giới đặc biệt là các nước đang phát triển. Tại các nhà hàng lớn trên thế giới, lượng dầu thải có thể lên đến 90 tấn/ một ngày. Một phần ba trong số đó dùng để chế biến thức ăn cho động vật, phần còn lại để sản xuất nhiên liệu sinh học- biodiesel. Vào năm 2000 ở Mỹ đã tạo ra 11 tỷ lít dầu thải từ các công ty chế biến thức ăn và các cửa hàng ăn nhanh. Theo thống kê ở Canada thải ra gần 135. 000 tấn /năm. Tại các nước Châu Âu thì tổng lượng dầu ăn đã qua sử dụng khoảng 70000-1000000 tấn/năm. Tại nước Anh lượng dầu ăn thải là 200000 tấn/ năm. Ở Việt Nam, theo khảo sát sơ bộ nguồn dầu ăn phế thải được thu gom từ các nhà máy tinh luyện dầu ăn (Nhà máy tinh luyện dầu ăn Nhà Bè, Tân Bình: khoảng 50 tấn/ tháng), các nhà máy chế biến thực phẩm có sử dụng dầu ăn (Công ty Masan-Chinsu: 8-10 tấn/ tháng, và một số nhà hàng quán ăn cơ sở chế biến thực phẩm nhỏ. Theo ước tính lượng dầu ăn thải từ những khu vực này có thể lên đến 4-5 tấn/ ngày. Với một lượng lớn dầu thương phẩm thải ra hằng ngày như vậy, việc nghiên cứu các công nghệ tái sử dụng nguồn dầu thải này đang được nhà nước ta qua tâm đầu tư. Thành phần chính của dầu thực vật thải là triglyceride hay nó còn tên gọi là triacylglyceride (TAG) là một ester có nguồn gốc từ 1 phân tử glycerol và 3 phân tử acid béo (có thể no hoặc không no). Dầu thực vật thải chỉ chứa khoảng 60% TAG, khoảng 37% các acid béo tự do và khoảng 2% tạp chất. Chiều dài chuỗi các acid béo trong triglyceride khác nhau, chủ yếu tạo thành từ hidrocacbon C16 (30%) và C18 (36%) còn lại là hydrocacbon từ C12 đến C17.
31
Tính chất của nguồn dầu thực vật thải này rất phức tạp. Tuy nhiên, nhìn chung nguồn dầu thải này có một số tính chất như sau: có màu đen, độ nhớt tăng, nhiệt dung riêng tăng, nhiệt độ đông đặc thấp, khối lượng riêng nhẹ, dễ tạo thành các hợp chất dễ bay hơi, lượng acid béo tự do tăng, chỉ số iod giảm. Trong dầu thải luôn có chứa một lượng tạp chất cơ học nhất định, cặn cacbon nước lẫn vào khi thu gom. Dầu ăn khi đun ở nhiệt độ cáo sẽ bị oxy hóa và polime hóa nên mất chất dinh dưỡng, khi thức ăn bị cháy đen trong môi trường dầu sẽ trở thành chất cacbon đây là nguyên nhân gây ung thư. Bên cạnh đó theo giáo sư Saari Csallany- chuyên gia về hóa học thực phẩm - dinh dưỡng Đại học Minesota thì dầu ăn trong các thực phẩm chiên rán nhiều lần có thể là nguyên nhân gây ra một số bệnh liên quan đến tim mạch, bệnh Parkinson, bệnh gan… và những rủi ro này có thể tăng cao nếu tái sử dụng lại dầu ăn vì lượng độc tố HNE (4-hydroxynonenal) phát sinh từ các loại dầu thực vật sẽ tăng lên sau mỗi lần được đun nóng đây chính là nhược điểm lớn của dầu phế thải được tái sử dụng làm thực phẩm cho con người. Ngoài ra một nhược điểm nữa là dầu ăn được chiên nhiều lần đến mức vàng chuyển sang đen, thậm chí vón cục, sau đó thải xuống cống rãnh làm thành những mảng bám lớn tại đây gây ô nhiễm môi trường nước.
1.6.2. Mỡđộng vật thải
Trên thế giới, ngành sản xuất thịt phát triển khá nhanh và đã đạt tới 237,7 triệu tấn trong năm 2010, chủ yếu về thịt lợn, thịt gà, và thịt bò. Vì vậy lượng mỡ từ quá trình chế biến vô cùng lớn. Tại Việt Nam theo thống kê của sở công thương Hà Nội có 8 nhà máy giết mổ gia súc, gia cầm, 17 cơ sở giết mổ thủ công, 3725 cơ sở giết mổ nhỏ lẻ phân tán trong khu vực dân cư. Từ các số liệu thực tế có thể tính được lượng mỡ động vật thải ra vào khoảng 50000 tấn/ năm.
32
1.6.3. Mỡ cá thải
Công nghệ sử dụng mỡ cá đã được thực tế hóa ở nhiều nơi trên thế giới như Châu Phi, châu Á và Châu Mỹ La Tinh, nơi có ngành thủ sản phát triển. Một số nơi đã sản xuất biodiesel từ mỡ cá thải như Honducas, trung tâm nghiên cứu khoa học ở Phần Lan. Trung tâm biodiesel công nghệ quốc gia về sản phẩm dầu mỡ cá tại Nhật Bản (Anfaco-Cecopesca) cũng đi theo hướng nghiên cứu này. Tại Việt Nam, nguồn mỡ cá thải chủ yếu lấy từ mỡ cá tra, cá basa tại các tỉnh An Giang, Cần Thơ…Theo số liệu thống kê của Tổng cục thủy hải sản lượng mỡ cá thải khoảng
300.000 - 400.000 tấn/ năm cần được nghiên cứu ứng dụng làm tăng hiệu quả sử dụng nguồn lợi thủy sản.
ð Công nghệ ester hóa chéo sử dụng dầu ăn và mỡ động vật thải phức tạp hơn so với nguyên liệu là dầu thực vật sạch. Các acid béo tự do (FFAs) có trong dầu thải có thể phản ứng với xúc tác kiềm làm mất hoạt tính xúc tác và xảy ra phản ứng xà phòng hóa không thuận lợi. Các loại dầu chất lượng thấp, hàm lượng acid tự do cao là kết quả của việc tiếp xúc với nhiệt, với oxy và với hơi nước. Sau đó là nguyên nhân thủy phân, crackinh, oxi hóa và phân hủy sinh học cũng tạo ra acid tự do. Thông thường các loại dầu ăn đã qua sử dụng, dầu ăn sản xuất vào mùa hè, và các loại dầu ăn được lưu trữ trong một thời gian dài có hàm lượng acid béo tự do cao hơn.
1.7. CÂY JATROPHA
Cây Jatropha curcas L. , thuộc chi Jatropha, họ Thầu dầu. Chi Jatropha có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, ghép từ hai chữ Iatrós (bác sĩ) và trophé (thức ăn), ám chỉ công dụng làm thuốc của cây này. Curcas là tên gọi thông thường của cây Physicnut ở Malabar, Ấn Độ. Tên thông dụng ở các nước hiện nay là Jatropha, ở Việt Nam gọi là cây Cọc giậu, Cọc rào, Cây li, Ba đậu nam, Dầu mè. . .
33
Hình 1.13. Cây Jatropha và quả của nó qua từng thời kì
1.7.1. Nguồn gốc và sự phân bố
Jatropha còn gọi là cây dầu mè hay cây cọc rào là một loài cây có lịch sử 70 triệu năm, nguồn gốc từ Mexico (nơi duy nhất có hóa thạch của cây này) và Trung Mỹ, được người Bồ Đào Nha đưa qua Cape Verde, rồi lan truyền sang châu Phi, châu Á, sau đó được trồng ở nhiều nước, trở thành cây bản địa ở khắp các nước nhiệt đới, cận nhiệt đới trên toàn thế giới.
Loài Jatropha curcas Lđại phân bố nhiều ở vùng thung lũng á nhiệt đới khô nóng và vùng mưa nhiệt đới ẩm, thường ở vùng đồi núi, đất dốc thung lũng có độ cao 700-1. 600m so với mực nước biển.
Từ năm 1991, Giáo sư người Đức là Klause Becker của Trường Đại học Stuttgart đã nhận đơn đặt hàng của Tập đoàn Daimler Chrysler hợp tác với hãng tư vấn của Áo tiến hành nghiên cứu cây Jatropha ở Nicaragua để làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học, từđó dấy lên cơn sốt Jatropha trên phạm vi toàn cầu. Hiện nay nhiều nước trên thế giới đang chạy đua phát triển cây này, nhất là các nước Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Malaixia, Indonexia, Philippin, Mianma và nhiều nước Châu Phi, nhằm phục vụ nhu cầu năng lượng tại chỗ và xuất khẩu.
34
Có tên khoa học là Jatropha curcas, có nguồn gốc từ châu Phi, Bắc Mỹ và vùng biển Caribê. Ở nhiều nước trên thế giới đặc biệt các nước ở Châu Á như Ấn Độ Thái Lan, Trung Quốc những năm qua đã được nghiên cứu và phát triển nhớ các dự án lớn.
1.7.2. Đặc điểm
Cây cọc rào có dạng thân bụi, sống lưu niên, có thể cao tới 5m, nhưng trong sản xuất thường để chiều cao không quá 2m cho tiện việc thu hái. Cây xòe, có nhựa mủ, trên cành có những vết sẹo. Thân, vỏ, lá có nhựa nhớt, không màu. Lá mọc so le, hình trái xoan, hơi tròn, chia 5-7 thùy nông với chiều dài và rộng khoảng 6-15 cm. Phiến lá dạng giấy lụa, cụm hoa tận cùng có màu vàng. Hoa đơn tính, cùng gốc, đôi khi cũng có hoa lưỡng tính. Quả non hình trứng lúc chín màu vàng sau nâu xám chứa hạt màu đen. Thông thường có 5 rễ được tạo thành khi hạt nảy mầm, một rễ chính và 4 rễ phụ. Cây ưa ánh sáng, ưa khí hậu ấm áp, chịu khô hạn. Cây có thể sinh trưởng và phát triển ở nơi có độ cao 0–500 m so với mặt biển, trên các vùng đất xấu, khô hạn với lượng mưa từ 300 mm/năm trở lên. Quả chín có ba ngăn trong chứa hạt hình bầu dục, màu đen, kích thước 2×1 cm, khi phơi khô có thể lấy hạt ra dễ dàng. Việt Nam đã đáp ứng được nhiều điều kiện để có thể phát triển cây dầu mè. Trong điều kiện đất đai, khí hậu nhiệt đới, cây dầu mè có thể sinh trưởng nhanh và bắt đầu cho ra quả sau khi trồng từ 6 - 12 tháng. Hàm lượng dầu của hạt dầu mè khoảng 35 - 40%, nên năng suất cho dầu của cây rất cao, từ 2,500 - 3,000 lít dầu /ha/năm.
1.7.3. Giá trị sử dụng
Jatropha vốn dĩ là một cây dại, bán hoang dại mà người dân các nước trồng chỉ để làm bờ rào và làm thuốc, nhưng với những phát hiện mới của khoa học, đã cho thấy Jatropha có tiềm lực giá trị cực kỳ to lớn, được đánh
35
giá rất cao, thậm chí đã có những lời ca ngợi có phần quá đáng, nhưng dù sao, Jatropha vẫn là một loại cây hết sức quý giá mà loài người phải quan tâm khai thác tốt những giá trị sinh học của cây này.
a.Về kinh tế, xã hội
Phát hiện quan trọng nhất từ Jatropha là lấy hạt làm nguyên liệu sản xuất dầu diesel sinh học. Hạt Jatropha có hàm lượng dầu trên 30%, từ hạt ép ra dầu thô, từ dầu thô tinh luyện được diesel sinh học và glycerol. Mặc dầu diesel sinh học được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu: cải dầu, hướng dương, đậu tương, dầu cọ, mỡ động vật…, nhưng sản xuất từ Jatropha vẫn có giá thành rẻ nhất, chất lượng tốt, tương đương với dầu diesel hóa thạch truyền thống. Nếu 1 ha Jatropha đạt năng suất 8-10 tấn hạt/ha/năm có thể sản xuất được 3 tấn diesel sinh học. Loại dầu này sẽ thay thế được 1 phần dầu diesel truyền thống đang cạn kiệt, giảm thiểu được lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính, là loại dầu cháy hết và không có lưu huỳnh, là dầu sạch, thân thiện với môi trường. Hạt Jatropha sau khi ép dầu, 30% là sản phẩm dầu, 70% là khô dầu, có hàm lượng protein khoảng 30%, dùng làm phân hữu cơ quý, nếu khử hết độc tố có thể làm thức ăn gia súc cao đạm.
1 ha Jatropha, giả thiết đạt 10 tấn hạt/ha/năm sẽ thu được các loại sản phẩm chủ yếu có giá trị cao như sau: dầu diesel sinh học: 3 tấn x 700 USD/tấn = 2. 100 USD bã khô dầu: 7 tấn x 300 USD/tấn = 2. 100 USD
Như vậy 1 ha Jatropha tạo ra giá trị khoảng 4. 200 USD/năm (hơn 60 triệu đồng/ha/năm), lợi nhuận thu được sẽ phân phối cho nông dân sản xuất nguyên liệu và nhà đầu tư công nghiệp chế biến dầu.
Jatropha còn tạo ra hiệu ứng xã hội cực kỳ to lớn. Do trồng ở các vùng miền núi nghèo, cây Jatropha sẽ tạo nhiều việc làm và thu nhập khả quan cho
36
đồng bào các dân tộc, trong khi cho đến nay, trên đất dốc còn lại của các vùng này vẫn chưa tìm kiếm được bất cứ cây gì khả dĩ trồng được trên diện tích lớn, có thu nhập cao, lại có thị trường ổn định.
b. Về môi trường
Jatropha là cây lâu năm, phủđất cực kỳ tốt, tuổi thọ 50 năm, sinh trưởng phát triển được ở hầu hết các loại đất xấu, nghèo kiệt, đất dốc, đất trơ sỏi đá, không cháy, gia súc không ăn. Bởi vậy cây Jatropha trồng trên các vùng đất dốc sẽ được coi là cây "lấp đầy" lỗ hổng sinh thái ở các vùng sinh thái xung yếu miền núi, sớm tạo ra thảm thực bì dày đặc chống xói mòn, chống cháy, nâng cao độ phì của đất. Không những vậy, Jatropha còn có thể trồng ở các vùng đất sa mạc hóa, bãi thải khai thác khoáng sản, góp phần phục hồi hệ sinh thái các vùng này. Vì vậy cây Jatropha được đánh giá là "vệ sĩ sinh thái", tạo ra hiệu ứng to lớn về bảo vệ môi trường.
c. Nông nghiệp
Sau khi ép dầu, bã khô dầu có hàm lượng N4,14-4,78%, P2O5 0,5-0,66%, CaO 0,60-0,65%, MgO 0,17-0,21% được sử dụng làm phân hữu cơ rất tốt để bón cho các loại cây trồng, nhất là cho vùng sản xuất nông nghiệp hữu cơ, nông nghiệp sạch, vừa góp phần sản xuất sản phẩm sạch, vừa nâng cao độ phì của đất.
Trong thành phần hạt Jatropha có độc tố curcin, có thể gây tử vong cho người và gây hại cho vật nuôi. Phân tích 2 giống được sử dụng trong vườn giống của Trường Đại học Thành Tây, hàm lượng dinh dưỡng trong bã khô dầu: protein đạt 25,87-29,91%, xơ đạt 21,41-29,77%, tro đạt 4,86-5,11%, chất béo đạt 28,61-31,67%, sắt đạt 177,89-177,94 mg/kg và nhiều chất khoáng khác. Nếu khử hết độc tố thì bã khô dầu Jatropha trở thành một loại thức ăn giàu đạm cho các loài gia súc, gia cầm, tạo ra nguồn thức ăn chăn nuôi quý,
37
góp phần giải quyết nhu cầu thức ăn công nghiệp sẽ thiếu hụt trầm trọng đối với ngành chăn nuôi nước nhà trong tương lai gần.
d. Y học
Trong thành phần cây Jatropha, đã chiết xuất được những hợp chất chủ yếu như tecpen, flavon, coumarin, lipit, sterol và alkaloit. Nhiều bộ phận của cây này có thể chữa bệnh như lá, vỏ cây, hạt và rễ. Rễ trị tiêu viêm, cầm máu, trị ngứa; dầu của hạt có thể nhuận tràng; dịch nhựa trắng tiết ra từ vết thương của cành có thể trị viêm lợi, làm lành vết thương, chữa trị bệnh trĩ và mụn cơm; nước sắc từ lá dùng để chữa trị bệnh phong thấp, đau răng…
Trong cây Jatropha có nhiều thành phần độc tố, nhất là phytotoxin (curcin) trong hạt, nếu được nghiên cứu sâu hơn rất có thể tạo ra hợp chất mới về nguồn dược, từ đó độc tố thực vật có thể trở thành một loại tài nguyên về nguồn dược liệu mới.
1.7.4. Tình hình trồng Jatropha
a. Thế giới
Tháng 6/2003, Hội nghị thượng đỉnh EU về năng lượng đã kêu gọi cộng đồng EU tăn cường sử dụng bio- fuels, đến năm 2005 chiếm 2-3%, năm 2010 tăng lên 5,75% và 2020 là 20%.
Việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học giờđã trở thành xu thế phát triển tất yếu của nhiều quốc gia trên thế giới. Tại Châu Âu, nhiều công ty đã nghiên cứu sản xuất diesel sinh học từ dầu đậu nành, dầu hạt cải,dầu hướng dương. . . Các nước như Anh, Pháp, Đức, Tây Ban Nha, Áo . . . đã đầu tư rất nhiều vào các chương trình Năng lượng sinh học. Giáo sư Klause Berker ở Đại học Stuttgart đã nhận đơn đặt hàng của tập đoàn ô tô Daimler Chrysler của Đức nghiên cứu về cây Jatropha. Giáo sư cho biết cách đây 15 năm ông là
38
một trong những người đầu tiên ở Châu Âu cùng một hãng tư vấn ở Áo đã tiến hành nghiên cứu cây Jatropha ở Nicaragoa. Loài cây này đã có cách đây 70 triệu năm nhưng chẳng được ai quan tâm. Sau khi có dự án của Daimler Chrysler dấy lên cơn sốt Jatropha toàn cầu.
Dầu diesel sinh học từ Jatropha đã được sử dụng vào các loại xe thông thường. Là loại dầu cháy một cách sạch sẽ và sạch hơn bất kì một loại chất đốt diesel nào khác. Dầu diesel sinh học nói chung và dầu biodiesel từ cây Jatropha nói riêng đã bắt đầu được sử dụng khá phổ biến ở các dạng B5, B10, B20, B30 và thậm chí B100 tại các nước như Đức, Anh, Tây Ban Nha, Mỹ,