1.4. Tiềm năng tái sử dụng và thu hồi năng lƣợng từ bùn thải
1.4.2. Sản xuất nhiên liệu sinh học từ bùn thải
Nhiều tài liệu sẵn có liên quan đến q trình chuyển hố sinh học có thể được sử dụng để sản xuất chất lỏng hoặc năng lượng khí từ sinh khối. Sơ đồ tổng thể của một quá trình chuyển hố vi sinh vật, thơng thường tập trung vào sản xuất các chất mang năng lượng bao gồm 3 bước chính. Bước đầu tiên là bước tiền xử lý làm cho bề mặt tiếp cận dễ dàng với bước chuyển hoá sinh học (bước lên men). Nhìn chung, các thành phần sinh khối như đường và tinh bột rất dễ bị phân huỷ sinh học. Tuy nhiên, các vật chất của cây, đặc biệt là các thành phần thành tế bào của cây thường chứa một lượng lớn lignocellulose. Thành phần lignocellulose này bao gồm 3 polyme phức tạp là: xenlulozơ, hemixenlulozơ và lignin. Để các polysaccarit trong lignocellulose dễ phân huỷ bởi vi sinh vật thì quá trình tiền xử lý là cần thiết.
Các hệ thống tiền xử lý có thể là xử lý bằng hơi, axit hoặc thuỷ phân kiềm, xử lý với sự có mặt của các enzym, xử lý siêu âm, oxy hoá ướt, xử lý ở nhiệt độ cao, chiết rút bằng dung mơi, giảm kích thước hạt, ép khn, xử lý bằng ozơn hoặc kết hợp một số phương pháp trên. Trong bước lên men, q trình chuyển hố sinh học xảy ra. Kiểu chất mang năng lượng (như: metan, etanol, axeton, butanol hay hiđro) được sản sinh phụ thuộc mạnh vào các loại vi sinh vật và các điều kiện quá trình áp dụng.
Hầu như khơng có bất kì nghiên cứu nào về quá trình sản xuất etanol, butanol hay axeton từ bùn thải. Một lý do được đưa ra là sản xuất etanol, butanol hay axeton từ bùn thải kém hấp dẫn vì sự phức tạp của hệ thống tách (cần phải tách các thành phần này một cách có chọn lọc). Một vài nghiên cứu đã tập trung vào sản
xuất hiđrô từ bùn thải. Tuy nhiên, các kết quả thu được không như mong đợi và do vậy sản xuất metan là cách đơn giản, cùng với đó cũng có rất nhiều kinh nghiệm sẵn có cho q trình này.
Nhìn chung, có thể kết luận rằng từ trước tới nay việc nghiên cứu sản xuất các nhiêu liệu lỏng hoặc khí từ chất thải so với sản xuất metan không thu được nhiều thành quả. Cơ hội sản xuất các nhiên liệu khí và lỏng khác từ bùn thải sẽ phù hợp trong tương lai và là một sự thay thế quan trọng cho việc sản xuất khí sinh học. Một sự thay thế khác là sản xuất các nhiên liệu sinh học này từ hỗn hợp của bùn thải và các tàn dư có nguồn gốc sinh học, như các chất thải từ thực phẩm hoặc sinh khối. Tuy nhiên, sự kết hợp này cần tính đến sự có mặt của các thành phần độc hại và các hợp chất vơ cơ trong bùn thải (có thể ảnh hưởng tiêu cực tới chất lượng cũng như quá trình xử lý bổ sung cho các tàn dư này).
Trên thế giới, rất nhiều nỗ lực nghiên cứu nhằm phát triển các quá trình chuyển hố sinh học mới của sinh khối và cải tiến các q trình chuyển hố sinh học hiện tại. Trọng tâm của các nghiên cứu này là để cải thiện hiệu suất kỹ thuật và giảm tổng chi phí của các q trình chuyển hố sinh học, cũng như chi phí trước và sau xử lý. Hiệu suất tổng thể của q trình có thể đạt được tốt hơn bằng cách cải thiện quá trình tiền xử lý, tập trung vào khả năng tiếp cận thành phần chất nền cho sự chuyển hoá của vi sinh vật, ứng dụng các chủng vi sinh vật mới, chẳng hạn như các vi sinh vật ưa nhiệt cao hoặc các vi sinh vật biến đổi gen, nâng cao hiểu biết về thiết bị phản ứng và kiểm sốt q trình tốt hơn.