IV. NHIÊN LIỆU SINH HỌC (BIOFUEL ) CÔNG NGHỆ VÀ ỨNG DỤNG
3. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp sản xuất nhiên liệu 4 Sản xuất biofuel
4.9. Nhận xét chung
Hầu hết biofuel trên thế giới hiện nay và cả trong giai đoạn trước mắt
chưa phát triển được trên quy mô thương mại. Mặc dù về tầm nhìn
cơng nghệ, chi phí phát triển và khả năng triển khai sản xuất kinh doanh của các loại biofuel này đang có nhiều diễn biến hàng ngày,
nhưng có lẽ cũng chưa thể kịp để triển khai sản xuất chúng ở quy mô
kinh doanh lớn trước năm 2010.
Hiện tại mới chỉ có bioetanol và dẫn xuất của nó (ETBE) được sản xuất từ ngũ cốc, sinh khối và biodiezel (chủ yếu là RME) được triển khai trên quy mô kinh doanh trên thị trường châu Âu và một số nước. Trong thập kỷ tới chúng vẫn là các biofuel chiếm ưu thế, cịn cơng nghệ sản xuất biofuel thay thế nhiên liệu vẫn trong giai đoạn phát triển.
Bảng 10 dưới đây trình bày tổng thể chi phí đầu tư và sản xuất các loại biofuel.
Bảng 10. Tổng thể chi phí đầu tư các loại biofuel
Biofuel Chi phí đầu
tư ngắn hạn (euro/kW nhiệt)
Chi phí đầu tư dài hạn (euro/kW nhiệt) Chi phí sản xuất ngắn hạn (euro/ lít) RME 150 110 0,5
Etanol (cây cho
đường)
Etanol (gỗ) 350 180 Metanol 700 530 DME 0,27 Diezel Fischer - Tropsch 720 - 770 500 - 540 Bio - Oil 1000 790 HTU diezel 535 400 5. Sản xuất biofuel dạng khí 5.1. Metan - Biogas
5.1.1. Giới thiệu chung
Metan là hydrocacbon đơn giản nhất, có cơng thức hóa học là CH4,
dạng khí. Ngồi tên gọi metan, người ta còn gọi chúng là khí Marsh; hydrua metyl.
80% lượng phát tán metan toàn cầu là từ nguồn hoạt động sản xuất
nông nghiệp và các hoạt động khác của con người sinh ra. Trong suốt 200 năm qua, mật độ của khí này trong bầu khí quyển tăng gấp đôi, vượt từ con số 0,8 lên đến 1,7 ppm (phần triệu).
Metan là thành phần chính của khí tự nhiên, là nhiên liệu có vai trị quan trọng. Vì là hydrocacbon có liên kết đồng hóa trị nên metan rất
bền, rất hạn chế khi sử dụng làm nguyên liệu sản xuất các loại hóa chất khác.
Metan khơng mùi, nhưng khi dùng làm nhiên liệu, người ta trộn vào nó
một lượng nhỏ hợp chất chứa lưu huỳnh có mùi mạnh là etylmercaptan
để dễ phát hiện khi xảy ra sự rị rỉ khí. Metan là chất gây hiệu ứng nhà
kính cao gấp 21 lần so với CO2.
Sản phẩm khí từ q trình phân hủy sinh khối, phân gia súc và phân
người, bùn cống, v.v… nhờ vi khuẩn lên men kỵ khí (trong điều kiện khơng có oxy khơng khí) và được gọi là biogas. Biogas chứa nhiều
metan.
5.1.2. Công nghệ sản xuất biogas
Quá trình phân hủy nhờ vi sinh vật trong các hầm ủ biogas trải qua ba giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất là sinh khối bị thủy phân, phá vỡ mạch
phân tử lớn tạo thành đường, axit amin, axit béo nhờ lên men vi sinh vật kỵ khí. Giai đoạn 2 là q trình axetic hóa, trong đó các vi khuẩn
lên men axetic sẽ đồng hóa từng sản phẩm của giai đoạn đầu và biến chúng thành các axit mạch ngắn, chủ yếu là axit axetic. Giai đoạn 3 là
giai đoạn metan hóa, được thực hiện bởi các vi khuẩn kỵ khí, ở đây các
axit sẽ được chuyển hóa thành metan.
Bể ủ biogas phải hồn tồn kín đảm bảo mơi trường kỵ khí tốt, đồng
thời phải thiết kế để chịu được áp suất, và nhiệt độ tối ưu.
5.2. Hydro (H2)
Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, dễ cháy (phản ứng với oxy) và sản phẩm của phản ứng chỉ là nước. Ở nhiệt độ thông thường,
hydro tồn tại dưới dạng khí, có thể bay hơi xuyên qua cả thành bình
đựng ( kể cả bằng thép mỏng) nên rất khó bảo quản và vận chuyển.
Giải pháp bảo quản và và vận chuyển hydro là dùng bình áp suất hoặc chuyển nó sang dạng lỏng, chứa trong bình chứa đặc biệt chịu áp và giữ cho nhiệt độ bên trong luôn thấp. Hiện tại đã có một trạm nhiên liệu
bán hydro do công ty Shell đặt tại Washington ( Mỹ) vào tháng 11/2004 và đây được coi là trung tâm nhiên liệu hydro điều tiên trên thế
giới. Hydro lỏng tại trạm này được chứa trong hệ thống nhiệt độ -97oC . Từ đây hydro dạng khí sẽ được nạp vào bình nén chứa làm nhiên liệu
bơm cho các xe ô tô. Hãng Daimler Chrysler đang nghiên cứu chế tạo ra loại hình có cấu trúc tổ ong để lưu trữ khí hyđro. Tuy nhiên, hạn chế của loại hình này là giá thành cao.
Khí hydro khơng mùi vị có thể cháy hồn tồn, có đặc tính dễ nổ hơn nhiều so với xăng. Cùng một khối lượng tương đương, hydro sản sinh nhiều năng lượng hơn xăng. Hydro là nhiên liệu dễ cháy nhất trong các loại nhiên liệu hiện nay. Động cơ xe chạy hydro thường có cơng suất yếu hơn động cơ chạy xăng cùng dung tích.
Tuy có một số nhược điểm nhưng hydro có thể trở thành nguồn nhiên liệu hấp dẫn thay thế xăng, vì chúng có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau và khi cháy chất thải duy nhất của nó là
nước. Xe chạy bằng khí hydro khơng thải ra các chất gây ô nhiễm như xăng.
Một trở ngại đối với việc phân phối hydro là phải lập ra mạng lưới cung ứng hoàn toàn mới. Nhiên liệu hydro không cần phải sản xuất tập
trung như xăng (dầu), rồi vận chuyển đi khắp nơi, mà có thể sản xuất
tại chỗ cần sử dụng khí này.
5.2.2. Cơng nghệ sản xuất và khả năng phát triển
Phương pháp sản xuất hydro đơn giản nhất hiện nay là điện phân nước
(H2O). Hydro có thể sản xuất với khối lượng nhỏ ở bất cứ đâu, thậm chí ngay trong gara ơ tơ.
Tuy nhiên, hiện nay người ta đang còn băn khoăn về giá hydro cũng
như giá ô tô chạy bằng nhiên liệu này (hàng tỷ USD đang được các
công ty sản xuất ô tô và công ty năng lượng các nước trên thế giới đầu
tư để nghiên cứu chế tạo các kiểu xe chạy bằng hydro). Giá hydro hiện nay là 2 USD/kg, 1kg hydro cho lượng năng lượng tương đương năng lượng của 1 galon (3,8 lít) xăng thơng thường; cịn xe ơ tơ chạy hydro (như chiếc Opel Zafira) hiện có giá rất cao, đến 1 triệu USD (tất nhiên trong tương lai xe sản xuất nhiều thì giá thành của xe sẽ giảm).
Ba lý do khiến người ta chuyển sang sử dụng hydro làm nhiên liệu là: nguồn năng lượng nguồn gốc hóa thạch đang giảm nhanh và nếu tự túc
được nhiên liệu sẽ giúp giảm nhẹ sự lệ thuộc vào nguồn nhập khẩu.
Ngoài ra, sử dụng hydro làm nhiên liệu góp phần bảo vệ được sự bền vững mơi trường. Vì vậy, mặc dù còn nhiều trở ngại trên con đường tiến tới nền “Kinh tế hydro†, người ta vẫn tin rằng đó là xu thế tất yếu của tương lai và khơng thấy lý do nào có thể cản trở sự thành cơng của nhiên liệu hydro.
Có thể trong nhiều năm nữa, xe ô tô chạy bằng hydro sẽ được sản xuất hàng loạt, thay thế các xe sử dụng xăng và diezel hiện thời. Tuy nhiên, các chun gia dự đốn cịn cần ít nhất một thập kỷ nữa mới giải quyết
được về cơ bản các vấn đề đặt ra khi sử dụng hydro làm nhiên liệu.