ở các mức độ khác nhau. NLSH đƣợc dùng làm nhiêu liệu cho ngành giao thông bao gồm: Dầu thực vật sạch, Etanol, diesel sinh học, dimetyl ether (DME), etyl tertiary butyl ether (ETBE) và các sản phẩm từ chúng. Năm 2006, toàn thế giới đã sản xuất khoảng 50 tỷ lít Etanol (75% dùng làm nhiên liệu) so với năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến năm 2012 là khoảng 80 tỷ lít; năm 2005 sản xuất 4 triệu tấn diesel sinh học (B100), năm 2010 sẽ tăng lên khoảng trên 20 triệu tấn. Sản lượng Etanol ở một số nước đứng đầu trên thế giới đƣợc chỉ ra ở Bảng 4.
Tổng sản lượng Etanol của 15 nước đứng đầu (2004 – 2006)
(Triệu tấn gallon Mỹ)
Tổng sản lƣợng Etanol của 15 nước đứng đầu (2007) (Triệu tấn gallon Mỹ) Xếp
hạng Thế giới
Quốc gia 2004 2005 2006
Xếp hạng
Thế giới
Quốc gia 2007
1 Mỹ 4.855 4.264 3.535 1 Mỹ 6.498
2 Brazil 4.491 4.227 3.989 2 Brazil 5.019
3 Trung Quốc 1.017 1.004 964 3 Liên minh
Châu Âu 570,3
4 Ấn Độ 502 449 462 4 Trung Quốc 486,0
5 Pháp 251 240 219 5 Canada 211,3
6 Đức 202 114 71 6 Thái Lan 79,2
7 Nga 171 198 198 7 Campuchia 74,9
8 Canada 153 61 61 8 Ấn độ 52,8
9 Tây Ban Nha 122 93 79 9 Trung Mỹ 39,6
10 Nam Phi 102 103 110 10 Australia 26,4
11 Thái Lan 93 79 74 11 Thổ Nhĩ Kỳ 15,8
12 Anh Quốc 74 92 106 12 Pakistan 9,2
13 Ukraine 71 65 66 13 Peru 7,9
14 Ba Lan 66 58 53 14 Argentina 5,2
15 Saudi Arabia 52 32 79 15 Paraguay 4,7
Tổng số 13.489 12.150 10.770 Tổng số 13.101,7
Bảng 4: Tổng sản lượng Etanol hàng năm ở một số nước [28]
(Ghi chú: 1 gallon Mỹ = 3,785 lít) Năm 2005, Brazil sản xuất 16 tỷ lít Etanol, chiếm 1/3 sản xuất toàn cầu.
Năm 2006, Brazil đã có trên 325 nhà máy Etanol và khoảng 60 nhà máy khác đang xây dựng, để sản xuất xăng Etanol từ mía (đường, nước mật, bả mía), và bắp; đã sản xuất 17,8 tỷ lít Etanol, dự trù sẽ sản xuất 38 tỷ lít vào năm 2013.
Hiện tại, diện tích trồng mía ở Brazil là 10,3 triệu ha, một nửa sản lượng mía dùng sản xuất xăng – Etanol, nửa kia dùng sản xuất đường. Dự đoán là Brazil sẽ trồng 30 triệu ha mía vào năm 2020. Các công ty tiếp tục mở rộng diện tích canh tác mía, bắp, đậu nành cho mục tiêu sản xuất xăng sinh học vừa tiêu thụ trong nước vừa xuất khẩu. Giá xăng Etanol được bán bằng nửa giá xăng thường tại Brazil.
Hoa kỳ sản xuất Etanol chủ yếu từ hạt bắp, hạt cao lương và thân cây cao lương ngọt, và củ cải đường. Khoảng 17% sản lượng bắp sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ dùng để sản xuất Etanol. Hoa Kỳ đặt chỉ tiêu sản xuất E10 để cung cấp 46% nhiên liệu cho xe hơi năm 2010, và 100% vào 2012. Hãng General Motor đang thực hiện dự án sản xuất E85 từ cellulose (thân bắp), và hiện có khoảng hơn 4 triệu xe hơi chạy bằng E85. Hảng Coskata đang có 2 nhà máy lớn sản xuất xăng Etanol. Hiện tại nông dân Hoa Kỳ chuyển hướng sản xuất lúa mì và bắp cho xăng sinh học, vì vậy, số lƣợng xuất khẩu hạt ngũ cốc giảm từ nhiều năm nay, làm giá nông sản thế giới gia tăng. Vì giá cả xăng sinh học còn cao hơn xăng thường nên chính phủ Mỹ phải trợ cấp, khoảng 1,9 USD cho mỗi gallon (=3,78 lít) xăng sinh học, trợ cấp tổng cộng khoảng
Đức là nước tiêu thụ nhiều nhất xăng sinh học trong cộng đồng EU, trong đó có khoảng 0,48 triệu tấn Etanol. Nguyên liệu chính sản xuất Etanol là củ cải đường.
Pháp là nước thứ hai tiêu thụ nhiều Etanol sinh học trong cộng đồng châu Âu với mức khoảng 1,07 triệu tấn Etanol và diesel sinh học năm 2006.
Công ty Diester sản xuất diesel sinh học và Téréos sản xuất Etanol là 2 đại công ty của Pháp trong lĩnh vực sản xuất nhiên liệu sinh học.
Thuỵ Điển có chương trình chấm dứt hoàn toàn nhập khẩu xăng cho xe hơi vào năm 2020, thay vào đó là tự túc bằng xăng sinh học. Hiện nay, 20%
xe ở Thuỵ Điển chạy bằng xăng sinh học, nhất là xăng Etanol. Thuỵ Điển đang chế tạo xe hơi vừa có khả năng chạy bằng Etanol vừa có khả năng chạy bằng điện. Để khuyến khích sử dụng xăng sinh học, chính phủ Thuỵ Điển không đánh thuế xăng sinh học, và trợ cấp xăng sinh học rẻ hơn 20% so với xăng thông thường, không phải trả tiền đậu xe ở thủ đô và một số thành phố lớn, bảo hiểm xe cũng rẻ hơn.
Vương quốc Anh đặt chỉ tiêu 5% xe giao thông sử dụng xăng sinh học vào năm 2010. Hiện tại các xe bus đều chạy xăng sinh học. Hãng hàng không Virgin (Anh quốc) bắt đầu sử dụng xăng sinh học cho máy bay liên lục địa.
Trung quốc đã sản xuất 920.000 tấn Etanol. Chỉ tiêu sản xuất 6 triệu tấn Etanol vào năm 2013, và 300 triệu tấn Etanol vào 2020. Hiện nay Trung quốc chỉ cho phép trồng sắn, lúa miến ngọt và một số hoa màu không quan trọng khác trên các loại đất nghèo dinh dƣỡng, không thích ứng sản xuất nông nghiệp nhƣ ở Shangdong và Xinjiang Uygur.
Ở Ấn Độ, Chính phủ đã có chính sách sử dụng xăng Etanol E5 hiện nay, và E10 và E20 trong những năm tới. Ấn Độ gia tăng diện tích trồng cây dầu lai để sản xuất diesel sinh học, và diện tích mía cho sản xuất xăng Etanol.
Thái Lan bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng sinh học từ năm 1985. Năm 2001, Thái Lan thành lập Uỷ ban NLSH để điều hành và phát triển nghiên
cứu NLSH. Xăng E10 đã bắt đầu bán ở các trạm xăng từ 2003.
Sử dụng Etanol sinh học: Etanol sinh học chủ yếu đƣợc nghiên cứu sử dụng làm nhiên liệu [28]: Etanol có thể làm phụ gia cấp oxy cho xăng (nồng độ 3%) giảm phát thải khí CO đồng thời làm phụ gia thay thế chì tetraetyl, hoặc cũng có thể thành nguyên liệu sản xuất etyl ter-butyl eter (ETBE) – một phụ gia cho xăng. Etanol còn đƣợc dùng làm yếu tố tăng chỉ số octan cho xăng và qua đó giảm nổ và cải thiện tiếng ồn động cơ.
Chỉ số octan ở Etanol cao nên rất thích hợp với hệ đánh lửa động cơ đốt trong của ô tô, song chỉ số xetan thấp nên không thích hợp lắm với động cơ diezel. Giải pháp kỹ thuật đối với điều này là người ta sẽ đưa vào nhiên liệu một lƣợng nhỏ dầu diezel hoặc là sử dụng phụ gia.
TT Đặc tính nhiên liệu Etanol ETBE Xăng (Quy ƣớc) 1 Công thức hóa học C2H5OH C4H9-OC2H5 C8H15
2 Khối lƣợng phân tử (kg/kmol) 46 102 111
3 Chỉ số octan (RON) 109 118 97
4 Chỉ số octan (MON) 92 105 86
5 Chỉ số xetan 11 - 8
6 Áp lực bay hơi Reid là chỉ số đo độ bay hơi của nhiên liệu (kPa) ở 150C
16,5 28 0
7 Khối lƣợng riêng (kg/l) ở 150C 0,80 0,74 75 8 Giá trị calo thấp hơn (MJ/kg) ở
150C
26,4 36 0,75
Bảng 5: So sánh một số chỉ tiêu giữa Etanol, xăng và ETBE
Chỉ số octan của Etanol cao hơn xăng nên có tác dụng giảm tiếng ồn động cơ tốt hơn, hơn nữa Etanol chứa oxy nên hiệu quả nhiên liệu ở động cơ đƣợc cải thiện hơn. Pha trộn với tỉ lệ hợp lý giữa Etanol và xăng sẽ làm tăng
xe chạy nhiên liệu gasohol. Thông thường gasohol có tỉ lệ pha trộn 10%
Etanol và 90% xăng không pha chì (E10). Nếu xe đƣợc cải thiện bộ phận đánh lửa ở động cơ, có thể chạy với nhiên liệu gasohol E85 (85% Etanol và 15% xăng). Đa số các loại xe thiết kế ở Mỹ hiện nay có thể chạy nhiên liệu tùy ý cả E85 lẫn chạy hoàn toàn xăng (E0). Dùng gasohol có tỷ lệ pha trộn từ 10 – 30% Etanol vào xăng thì không cần cải tiến động cơ xe.
b. Xu hướng sản xuất Etanol từ nguyên liệu SK
Theo nhận định của ông Donald Coxe, nhà chiến lƣợc hàng đầu, của tập đoàn tài chính BMO Canada, một cuộc khủng hoảng lương thực mới đang xuất hiện và sẽ trở nên trầm trọng hơn bất kỳ cuộc khủng hoảng lương thực nào trước đây thế giới từng chứng kiến. Việc sử dụng đất để trồng cây nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học có thể ảnh hưởng đến nguồn cung cấp lương thực, hoặc làm tăng giá lương thực, đặc biệt đối với các nước đang phát triển. Khi nông dân trồng cây nguyên liệu có lợi hơn trồng cây lương thực sẽ làm giảm sản lượng lương thực. Để giải quyết nguồn nguyên liệu SK sản xuất năng lượng sinh học, ngoài cây lương thực, các quốc gia có nguy cơ thiếu nhiều năng lƣợng đang tìm kiếm các nguồn cây trồng khác có thể canh tác trên đất hoang hóa, trên cạn, dưới nước, đồng thời, tích cực tìm kiếm công nghệ mới thu hiệu suất cao, tiết kiệm nguyên liệu, hạ giá thành.
Tính toán sản lƣợng lý thuyết Etanol từ 1 tấn nguyên liệu khô nhƣ Bảng 6.
Nguyên liệu
Sản lƣợng dự tính (theo lý thuyết) cho mỗi tấn nguyên liệu khô
Gallon Lít
Hạt bắp ngô 124,4 470,854
Thân và lá bắp ngô 113,0 427,705
Rơm rạ 109,9 415,971
Phế phẩm của bong sợi 56,8 214,988
Phế phẩm nông nghiệp 81,5 308,477
Mạt cƣa 100,8 381,528
Bã mía 111,5 422,027
Giấy vụn 116,5 439.817
Bảng 6: Sản lượng lý thuyết Etanol sinh ra từ 1 tấn nguyên liệu khô [20]
c. Tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam [23]
Đứng trước cuộc khủng hoảng năng lượng trên, Việt nam cũng đã tiến hành nghiên cứu sử dụng các dạng năng lƣợng tái tạo. Trong đó năng lƣợng sinh học rất đƣợc chú ý. Các cuộc hội thảo diễn ra vào tháng 7/2006 tại Tp.
Hồ Chí Minh và tháng 10/2007 tại Hà Nội đã thu hút sự chú ý của hàng trăm nhà khoa học và kinh doanh chung quanh vấn đề xăng sinhhọc. Qua các cuộc hội thảo này, một số chuyên gia và nhà kinh doanh đã đề cập đến việc sử dụng lúa gạo, mía đường, để sản xuất Etanol; cây dầu lai (miền Bắc gọi là cây dầu mè – Jatropha curcas), mỡ cá ba sa (khoảng 40.000 tấn/năm). Hội thảo cũng đề cập đến 3 lý do chính hạn chế phát triển xăng sinh học là: (i) số lượng nguyên liệu sản xuất xăng sinh học là tinh bột ngũ cốc, mật rỉ đường và mỡ cá ba sa còn hạn chế; (ii) chƣa có đầu tƣ thích đáng vì chƣa có hỗ trợ của Chính phủ, (iii) Chính phủ chƣa có chính sách, chiến lƣợc phát triển NLSH.
Các nhà khoa học và kinh doanh đang mong chờ Chính phủ ban hành chính sách và luật lệ rõ ràng. Nhiều công ty đã sẵn sàng đầu tƣ nghiên cứu phát triển NLSH như mía đường Lam Sơn ở Thanh Hoá, Sài Gòn Petro, Công ty Rƣợu Bình Tây, Công ty Chí Hùng, v.v. Tuy nhiên chƣa có một nhà kinh doanh nào dám mạnh dạn đầu tƣ nghiên cứu khi chính phủ chƣa có chính sách quy định cụ thể.
“Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” đã đƣợc Chính phủ phê duyệt vào ngày 20/11/2007 theo đó “Giai đoạn
2011-2015, sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học thay thế nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất và mạng lưới phân phối phục vụ cho giao thông và các ngành sản xuất công nghiệp khác. Đến năm 2020, công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam sẽ đạt trình độ tiên tiến trên thế giới, với sản lƣợng đạt khoảng 5 tỷ lít xăng E10 và 500 triệu lít dầu Biodiesel B10/năm”.
Việt Nam với đất hẹp (diện tích canh tác khoảng 9,3 triệu ha), dân đông (85 triệu năm 2007, trung bình mỗi đầu người 0,11 ha), lại nghèo (GDP trung bình là US$726/đầu người năm 2006), vùng sản xuất nông nghiệp chính là đồng bằng Cửu Long và Sông Hồng đã quá tải. Đất canh tác hiện nay phải tiếp tục sản xuất lương thực thiết yếu cho đời sống người dân. Vì vậy, Việt Nam phải tìm nguồn nguyên liệu thực vật nào để sản xuất xăng sinh học mà không ảnh hưởng đến sản xuất và cung cấp lương thực. Cụ thể là: (i) không ảnh hưởng đến diện tích đất trồng cây lương thực, chăn nuôi gia súc, nuôi cá tôm hiện tại; (ii) không đƣợc phá thêm rừng; (iii) thích hợp trên diện tích đất bỏ hoang cằn cổi, sa mạc hoá, tổng cộng khoảng 10 triệu ha, gồm đất đồi trọc ở Miền Bắc (4,77 triệu ha), Bắc Trung Bộ (1,9 triệu ha), phía Nam Trung Bộ (1,63 triệu ha), và Tây nguyên (1,05 triệu ha, (iv) có hiệu quả kinh tế cao; (v) tăng lợi nhuận, giúp xoá đói giảm nghèo cho nông dân.
Hiện nay, cây lúa miến ngọt (sweet sorghum) là một cây trồng đƣợc quan tâm trrong nghiên cứu sản xuất Etanol sinh học: Trồng cây lúa miến ngọt trong mùa hạn trên vùng ruộng sạ ở đồng bằng Cửu Long. Trước 1960, sau khi gặt lúa sạ, tại An Giang Châu Đốc đất bỏ hoang từ tháng 1 đến tháng 5 dương lịch là lúc mùa khô, thiếu nước canh tác. Bắt đầu khoảng sau 1965, nông dân trồng cây lúa miến trong các tháng mùa khô trên đất thiếu nước để làm thức ăn cho gia súc và cá, và lúa thuần nông trên một số ruộng đất dọc sông rạch có khả năng bơm nước. Hiện nay, đa số đất còn bỏ hoang trong mùa khô vì thiếu nước, hay không có lợi khi canh tác lúa (vì giá xăng, phân,
thuốc quá cao).
Lúa miến chịu hạn hán, chịu đƣợc đất phèn, đất mặn, đất kiềm, chịu được nước ngập, ít sâu bọ bệnh tật, ít đòi hỏi phân bón, ít tốn nước tưới (chỉ bằng 1/4 nhu cầu nước của mía). Đây là loại cây trồng phù phợp với đất vùng Tứ Giác Long Xuyên.