CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Tình hình sản xuất bioethanol
1.3.2. Nguồn sinh khối cho sản xuất bioethanol
Bioethanol chất lỏng thế hệ đầu tiên được làm từ các loại cây trồng có hàm lượng
đường và tinh bột cao, dầu thực vật hoặc mỡ động vật, quy trình khá đơn giản [80]. Tuy
nhiên, nguồn nhiên liệu này ảnh hưởng tiêu cực đến vấn đề an ninh lương thực, bên cạnh
đó cơng nghệ truyền thống sử dụng để chuyển đổi các nguồn nguyên liệu này thành nhiêu
liệu sinh học còn chưa hiệu quả và phương pháp xử lý còn nhiều hạn chế. Nhiên liệu sinh học chất lỏng thế hệ thứ hai được sản xuất bằng cách xử lý sinh học hoặc hóa nhiệt từ lignoxenluloza, có nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, chất thải rừng, chất thải rắn đô thị, các sản phẩm phụ từ quá trình chế biến thực phẩm hoặc loại cỏ sinh trưởng nhanh
như rơm, rạ, bã mía, vỏ trấu, cỏ… Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba được chế tạo từ các
loài vi tảo trong nước, trên đất ẩm, sinh ra nhiều năng lượng (7-30 lần) hơn nhiên liệu sinh học thế hệ trước trên cùng diện tích trồng. Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu này đòi hỏi quy trình hiện đại và một diện tích vơ cùng lớn [81]. Do đó, các nhà sản xuất quan tâm chủ yếu đến nguồn nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai, chính là nguồn phế liệu công - nông nghiệp và lâm nghiệp có bản chất là lignocellulose. Đó là một nguồn nguyên liệu dồi dào, không những giúp hạn chế được sự cạnh tranh nguồn đất dùng cho sản xuất thực phẩm mà còn giúp cho việc tái sử dụng các nguồn phế liệu một cách hiệu quả nhất.
Hiện nay, với nhu cầu giải quyết nạn khan hiếm năng lượng xăng dầu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bioethanol quả thật là một nhu cầu cấp bách cho thế giới. Ngoài ra, sự có mặt của bioethanol trong xăng không chỉ giảm thiểu được một phần
lượng xăng nhập khẩu mà cịn góp phần không nhỏ vào việc giảm thiểu lượng lớn khí thải độc hại ra mơi trường, hạn chế ơ nhiễm mơi trường, góp phần tăng khả năng đảm bảo
an ninh năng lượng của một quốc gia, nhất là các quốc gia khơng có nguồn dầu mỏ [82].
Dựa vào nguyên liệu sản xuất, người ta chia bioethanol gồm 3 thế hệ:
Thế hệ I: Được sản xuất từ các nguồn tinh bột như ngơ, sắn, mía đường trong đó chủ yếu
là tinh bột chứa amylose và một phần nhỏ là amylopectin. Tinh bột gồm amylose (10- 20%) và amylopectin (80-90%).
Hình 1.14. Cấu trúc amylose [83]
Bioethanol thế hệ đầu gặp một số khó khăn như khơng đủ đất nơng nghiệp để phục vụ cho cây trồng, việc sử dụng nhiên liệu sinh học cũng làm tăng giá thức ăn động vật,
làm tăng chi phí của thực phẩm do đó làm cho giá của nhiên liệu tăng cao và không thân
thiện với môi trường.
Thế hệ II: Được sản xuất từ sinh khối thực vật như các phế thải nông nghiệp của các loại
thân cây lúa, ngô, lúa mỳ. Lignocellulose là thành phần chính cấu tạo nên sinh khối thực vật, chủ yếu bao gồm cellulose, hemicellulose, lignin. Trong sinh khối của thực vật như gỗ, cellulose có từ 30-50%, hemicellulose 23- 32% và lignin 15-25%. Hemicellulose gồm có Xylan-polymer mạch thẳng của D-xylose với liên kết β-(1-4), Arabinoxylan (hemicellulose B) có mạch phân nhánh [84]. Ưu điểm của nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai là nguyên liệu phong phú và không can thiệp vào sản xuất thực phẩm.
Thế hệ thứ III: Được chế tạo từ các loài vi tảo, lồi tảo bị thối hóa sinh học khơng làm
hư hại môi trường xung quanh. Sinh khối và hàm lượng lipid có trong tế bào của vi tảo
khả năng quang hợp cao, sản xuất lượng sinh khối lớn và tăng trưởng nhanh hơn so với các loại cây trồng đã được dùng trong công nghiệp sản xuất năng lượng sinh học trước đây. Mặt khác, vi tảo có khả năng sử dụng khí CO2 trong q trình trao đổi chất, như vậy
có thể góp phần làm giảm hiệu ứng nhà kính. Theo ước tính của Bộ Năng Lượng Mỹ, nước này cần một diện tích đất đai lớn độ 38.849 km2 để trồng loại tảo thay thế tất cả nhu cầu dầu hỏa hiện nay trong nước.
Lựa chọn loại nguyên liệu nào phù hợp để sản xuất bioethanol tùy thuộc vào điều kiện đất đai, khí hậu, chính sách phát triển của mỗi quốc gia. Tuy nhiên, hiện nay các nhà sản xuất đang tập trung vào nghiên cứu và phát triển nguồn nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai, vì những lợi ích mà chúng đem lại rất thiết thực, đặc biệt là vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường và đảm bảo an ninh lương thực Quốc gia.