thạch
1.1.1. Nhiên liệu hóa thạch – những thách thức
Nhu cầu năng lượng thế kỷ 21 tăng rất nhanh do sự bùng nổ quy mô sản xuất trong thời đại toàn cầu hóa và hội nhập các nền kinh tế thế giới, cũng như do sự gia tăng dân số quá nhanh với mức sống nâng cao hơn nhiều so với thế kỷ trước. Nhu cầu tiêu thụ dầu của thế giới năm 2007 là 86,1 triệu thùng/ngày, năm 2008 là 88 triệu thùng/ngày, đến năm 2012 có thể tăng lên 95,8 triệu thùng/ngày và đến năm 2025 nhu cầu tiêu dùng của thế giới dự báo có thể sẽ lên đến 118 triệu thùng/ngày [23].
Theo đánh giá của Liên Hiệp Quốc trong World Energy Assessment Overview, tổng dự trữ năng lượng hóa thạch ước tính trên toàn thế giới hiện nay là 778 Gtoe (1 Gtoe ~ 7,4 tỷ thùng), trong đó dầu mỏ là 143 Gtoe, khí thiên nhiên 138 Gtoe, than 566 Gtoe [24]. Như vậy, nếu mức khai thác và sử dụng hàng năm như mức sử dụng của năm 2001 là dầu mỏ 3,51 Gtoe/năm, khí thiên nhiên 2,16 Gtoe/năm, than 2,26 Gtoe/năm thì lượng tài nguyên hóa thạch ước tính chỉ đủ dùng cho 41 năm đối với dầu mỏ, 64 năm
đối với khí thiên nhiên và 251 năm đối với than [25] và cung cầu về dầu khí bị đe dọa mất cân đốị Bước vào những năm đầu của thế kỷ 21, giá dầu có nhiều biến động bất thường. Tháng 9/2003, giá dầu còn dưới 25 USD/thùng, song tháng 8/2005 đã tăng lên gấp đôi trên 60 USD/thùng. Tháng 9/2007, giá dầu tăng trên 80 USD/thùng, đến tháng 10/2007, giá dầu tăng vọt lên 98,6 USD/thùng. Vào năm 2008, giá dầu đã đạt trên 100 USD/thùng ngay trong tháng 3/2008, đến đầu tháng 5/2008 giá dầu đã leo lên trên 120 USD/thùng. Đỉnh điểm của giá dầu đạt đến ~145 USD/thùng là vào tháng 7/2008, sau đó bắt đầu hạ nhiệt. Đến thời điểm tháng 12/2010 giá dầu khoảng 90 USD/thùng.
25
Nguy cơ mất an ninh năng lượng đe dọa đến sự phát triển ổn định của các nền kinh tế thế giới đang là mối lo của nhiều quốc giạ Đây chính là
động lực thúc đẩy sự tìm kiếm những nguồn năng lượng mới để thay thế
dần vai trò của năng lượng hóa thạch, không chỉ vì mối đe dọa khan hiếm nguồn tài nguyên hữu hạn mà còn vì để giảm bớt sự hủy hoại môi trường sống trước hiện tượng nóng lên của trái đất. Một trong những hướng đi thu hút được sự quan tâm lớn của nhiều nhà khoa học trên khắp thế giới là tìm kiếm nguồn năng lượng có thể tái tạo bảo đảm cho phát triển ổn định đồng thời còn là nguồn năng lượng xanh an toàn cho loài người để bảo đảm cho phát triển bền vững.
1.1.2. Nhiên liệu sinh học – tiềm năng thay thế cho nhiên liệu hóa thạch 1.1.2.1. Khái quát chung về nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học (NLSH) là khái niệm chung chỉ tất cả những dạng nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc sinh học ví dụ như nhiên liệu chế biến từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, dầu phụng…); ngũ cốc (sắn, bắp, lúa mì, đậu tương…); chất thải trong nông nghiệp (rơm, rạ,..), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…).
1.1.2.2. Ưu điểm của nhiên liệu sinh học [26]. (1) Về môi trường.
- Sử dụng NLSH giúp giảm lượng phát thải khí CO2, do đó giảm được lượng khí thải gây ra hiệu ứng nhà kính. Hiện nay, hàng năm toàn thế giới phát thải khoảng 25 tỷ tấn khí độc hại và khí gây hiệu ứng nhà kính. Nồng
độ khí CO2, loại khí gây hiệu ứng nhà kính chủ yếu, tăng trên 30% so với thời kỳ tiền công nghiệp (từ 280 ppm tăng lên 360 ppm), nhiệt độ trái đất tăng 0,2-0,40C. Nếu không có giải pháp tích cực, nồng độ khí gây hiệu ứng nhà kính có thể tăng đến 400 ppm vào năm 2050 và 500 ppm vào cuối thế
26
kỷ XXI, nhiệt độ trái đất nóng thêm 2-40C, gây ra hậu quả khôn lường về
môi trường sống. Sử dụng NLSH so với xăng dầu khoáng giảm được 70% khí CO2 và 30% khí độc hại, do NLSH chứa một lượng cực nhỏ lưu huỳnh, chứa 11% oxy, nên cháy sạch hơn. NLSH phân huỷ sinh học nhanh, ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất.
- NLSH không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% ít hơn rất nhiều so với dầu diesel là 0,2%).
- Hàm lượng các hợp chất khác trong khói thải của NLSH như: CO, SOX, HC chưa cháy, bồ hóng giảm đi đáng kể nên có lợi rất lớn đến môi trường và sức khoẻ con ngườị
(2) Về mặt kỹ thuật.
Sản xuất và sử dụng NLSH đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu hyđrô/pin nhiên liệụ Khi sử dụng E20, B20 không cần cải biến động cơ, sử
dụng được cho các loại ôtô hiện có, cũng không cần thay đổi hệ thống tồn chứa và phân phối hiện có. NLSH và nhiên liệu khoáng có thể dùng lẫn
được với nhaụ Công nghệ sản xuất NLSH không phức tạp, có thể sản xuất
ở quy mô nhỏ (hộ gia đình) đến quy mô lớn. Tiêu hao nhiên liệu, công suất
động cơ tương tự như dùng xăng dầu khoáng.
- Chỉ số xetan của diesel sinh học (66,14) cao hơn rất nhiều so với dầu diesel (48,47). Đối với diesel sinh học do có khả năng tự phân hủy khi nhiệt độ cao của những este mạch dài thành các hydrocacbon mạch ngắn hơn, làm tăng khả năng cháy kiệt của nhiên liệu cho động cơ diesel, giúp hoàn thiện khả năng cháy của nhiên liệụ Như vậy, cho dù diesel sinh học có chỉ số cetan cao nhưng sẽ không ảnh hưởng nhiều về mặt vận hành của
động cơ diesel.
- Độ nhớt của biodiesel (3,208 mm2/s) gần tương đương với diesel (3,651mm2/s).
27
- Lưu huỳnh là thành phần không mong muốn nhưng thường xuyên có mặt trong nhiên liệụ Trong quá trình cháy, lưu huỳnh sẽ bị oxy hóa thành SO2, SO3. Các oxit lưu huỳnh này kết hợp với hơi nước sẽ tạo thành axit có tính ăn mòn lớn. Do vậy, với hàm lượng lưu huỳnh rất thấp của biodiesel (0,01%) so với dầu diesel (0,43%) là ưu điểm rất lớn trong việc sử dụng biodiesel để hạn chế chất thải độc hại vào môi trường.
- Nhiệt độ chớp cháy cốc kín của biodiesel (1100C) khá cao so với diesel (650C). Với nhiệt độ chớp cháy cao biodiesel an toàn về mặt tồn trữ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
và vận chuyển so với nhiên liệu diesel.
- Biodiesel rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nàọ - Biodiesel có tính bôi trơn tốt. Ngày nay để hạn chế lượng SOx thải ra không khí, người ta hạn chế tối đa lượng lưu huỳnh trong dầu diesel. Nhưng chính những hợp chất lưu huỳnh lại là những tác nhân giảm ma sát của dầu diesel. Do vậy dầu diesel có tính bôi trơn không tốt và đòi hỏi việc sử dụng thêm các chất phụ gia để tăng tính bôi trơn. Trong thành phần của biodiesel có chứa oxi, cũng giống như lưu huỳnh, oxi có tác dụng giảm ma sát cho nên biodiesel có tính bôi trơn tốt.
(3) Về mặt kinh tế.
Sử dụng nhiên liệu sinh học ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường còn thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nông nghiệp như dầu phế thải, mỡđộng vật, các loại dầu khác ít có giá trị sử dụng trong thực phẩm.
Phát triển nhiên liệu sinh học góp phần đa dạng hoá nền nông nghiệp và tăng thu nhập ở vùng miền nông thôn. Ngành kinh tế nông nghiệp ngoài chức năng cung cấp lương thực thực phẩm, nguyên liệu công nghiệp, giờ đây có thêm chức năng cung cấp năng lượng sạch cho xã hội, đóng góp vào việc giảm thiểu khí nhà kính và khí độc hạị Đặc biệt, khi phát triển NLSH
28
có thể sử dụng các giống cây có dầu, ví dụ như Jatropha Curcas trồng trên các vùng đất hoang hoá hoặc đang sử dụng kém hiệu quả, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng đất.
Sử dụng NLSH giúp hạn chế nhập khẩu nhiên liệu diesel, góp phần tiết kiệm cho quốc gia một khoản ngoại tệ lớn.
(4) Về trữ lượng.
Nhiên liệu sinh học được sản xuất từ nguồn nguyên liệu có nguồn gốc động thực vật là những nguồn có thể tái tạo được, khắc phục được nhược điểm của nhiên liệu hoá thạch là gần như không thể tái tạọ
1.2. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học 1.2.1. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học
trên thế giới
Từ đầu những năm 80 của thế kỷ trước, các tổ chức của Liên hiệp quốc đã xây dựng Đề án nhiên liệu sinh học để tập trung sự quan tâm và nỗ
lực của cộng đồng thế giới vào phát triển lĩnh vực này vì mục tiêu “cho một thế giới xanh và sạch hơn”.
“Đề án nhiên liệu sinh học” của quỹ Liên hiệp quốc nhằm khuyến khích sản xuất và sử dụng NLSH, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Đề
án đã xác lập chiến lược sản xuất và sử dụng NLSH ở một số nước nhằm xây dựng mô hình điển hình để nhân rộng ra nhiều nước.
Tổ chức phát triển công nghiệp Liên hiệp quốc (UNIDO) đã triển khai chiến lược năng lượng sinh học với trọng tâm giảm nghèo cho khu vực nông thôn. UNIDO cũng cung cấp các dịch vụ nhằm giảm thiểu rủi ro cho các nhà đầu tư vào NLSH, xây dựng cầu nối về công nghệ và thị trường giữa các địa phương và các quốc giạ
29
Việc nghiên cứu, sản xuất và sử dụng NLSH trên thế giới được tập trung từ những năm đầu thế kỷ 20 và đã trở thành một ngành công nghiệp ngày càng phát triển ở quy mô lớn và rộng khắp các châu lục. Hiện nay có khoảng 50 nước ở khắp các châu lục sản xuất NLSH ở các mức độ khác nhaụ Năm 2006, toàn thế giới đã sản xuất khoảng 63 tỷ lít etanol (75% dùng làm nhiên liệu) so với năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến 2012 là 80 tỷ lít; diesel sinh học được sản xuất là 4 triệu tấn và đến 2010 là 20 triệu tấn [27].
EU đặt mục tiêu đến năm 2020 sản xuất 20% điện năng từ các nguồn năng lượng tái sinh. EU quy định các nước thành viên phải sử dụng ít nhất 10% nhiên liệu sinh học từ nay đến năm 2020. Mỹ đề ra đến năm 2020 sử
dụng 20% nhiên liệu sinh học trong giao thông. Đức là nước tiêu thụ xăng sinh học nhiều nhất trong cộng đồng châu Âu, khoảng 2,8 triệu tấn diesel sinh học, 0,71 triệu tấn dầu thực vật và 0,48 triệu tấn etanol. Công ty sản xuất diesel sinh học lớn nhất là ADM Oelmuhle Hamburg AG, kế đến là MUW (Mitteldeutsche Umesterungswerke GmbH & Co KG) và EOP Biodiesel AG. Ngoài ra các nước khác trong EU như Anh, Pháp, Bỉ cũng tích cực tham gia nghiên cứu và sử dụng diesel sinh học từ cây cải dầụ
Châu Á rất phong phú về loại nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học. Việc triển khai sản xuất, sử dụng nhiên liệu sinh học tập trung trong khoảng 20 năm gần đâỵ Hiện tại, Trung Quốc có 2 nhà máy lớn ở
tỉnh Fujian nam Trung Quốc và khoảng hơn 100 nhà máy quốc doanh nhỏ ở Guizhou, Guangxi, và Anhui, với khả năng sản xuất từ 300 đến 600.000 tấn diesel sinh học/năm chế biến từ dầu dừa (nhập từ cảng Mã Lai), từ dầu
ăn phế thải, dầu hạt cải (trồng ở thung lũng sông Hoàng Hà), dầu bông cải, dầu trẩu, hạt dầu gai (jatropha, trồng vùng đồi núi ở Guizhou, Sichuan, và Yunnan trong chương trình xóa đói giảm nghèo) và các phế thải hữu cơ
khác. Theo dự tính của các chuyên gia, đến năm 2010, Trung Quốc sẽ sản xuất khoảng 6 triệu tấn dầu nhiên liệu sinh học, trong đó có 5 triệu tấn
30
etanol và 1 triệu tấn dầu diesel sinh học; đến năm 2020, sản lượng dầu nhiên liệu sinh học sẽ đạt tới 19 triệu tấn, trong đó 10 triệu tấn etanol và 9 triệu tấn dầu diesel sinh học [28].
Ở Ấn Độ, chính phủ đã có kế hoạch đầu tư 4 tỉ USD cho phát triển nhiên liệu tái tạo, mỗi năm sản xuất khoảng 3 tỷ lít etanol. Để phát triển diesel sinh học, chính phủ Ấn Độ có kế hoạch trồng các cây có dầu, đặc biệt là dự án trồng 13 triệu hecta cây jatropha curcas (cây cọc rào, cây dầu mè) và diện tích trồng mía cho xăng – etanol để năm 2010 thay thế khoảng 10% diesel dầu mỏ.
Ủy ban dầu cọ Malaysia (MPOB) cho biết, từ nay đến năm 2015 sẽ
có 5 nhà máy sản xuất diesel sinh học từ dầu cọ, với tổng cộng công suất gần 1 triệu tấn để sử dụng trong nước và xuất khẩu sang EỤ Malaysia hiện có 3 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với công suất 276.000 tấn/năm. Hiện nay Malaysia đã trồng được 10 ngàn cây jatrophạ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ năm 1985, Thái Lan đã huy động hàng chục cơ quan khoa học
đầu ngành để thực thi dự án Hoàng gia phát triển công nghệ hiệu quả sản xuất etanol và diesel sinh học từ dầu cọ. Năm 2001, nước này đã thành lập
ủy ban etanol nhiên liệu quốc gia (NEC) do bộ trưởng Bộ Công nghiệp phụ
trách để điều hành chương trình phát triển NLSH. Năm 2003, đã có hàng chục trạm phân phối xăng E10 ở Băng cốc và vùng phụ cận. Chính phủ
khẳng định E10 và B10 sẽđược sử dụng trong cả nước vào đầu thập kỷ tớị Cây nguyên liệu chính của Thái Lan hiện nay là dầu cọ, jatropha cho diesel sinh học, sắn và mía cho etanol sinh học [29].
1.2.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng nhiên liệu sinh học trong nước
Việc nghiên cứu sản xuất và ứng dụng nhiên liệu sinh học ở VN
được bắt đầu từ những năm 90 của thế kỷ 20 với xuất phát điểm là tận dụng nguồn nông sản dồi dào và rẻ tiền để làm năng lượng, góp phần cải thiện
31
cuộc sống của người dân và cơ giới hóa sản xuất nông nghiệp. Trong khoảng 10 năm trở lại đây các nghiên cứu triển khai được tiến hành mạnh mẽ hơn với sự tham gia của nhiều nhà khoa học, doanh nghiệp và được sự
hỗ trợ bước đầu của chính phủ, các tổ chức trong và ngoài nước.
Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 Việt Nam đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo Quyết
định 177/2007/QĐ-TTg của ngày 20/11/2007. Mục tiêu cụ thể của Đề án là: đến năm 2010, xây dựng và phát triển được các mô hình sản xuất thử
nghiệm và sử dụng nhiên liệu sinh học quy mô 100 nghìn tấn E5 và 50 nghìn tấn B5/năm bảo đảm đáp ứng 0,4% nhu cầu xăng dầu của cả nước.
Đến năm 2015, sản lượng etanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn (pha
được 5 triệu tấn E5, B5) đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước. Đến năm 2025, sản lượng etanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước.
Dự án trồng thử cây cọc rào tại tỉnh Bình Phước, cho thấy cây dầu mè (jatropha curcas) là một loại cây năng lượng sinh học có triển vọng tại Việt Nam. Loài cây này chịu hạn tốt có thể trồng trên những vùng đất cằn cỗi, đất ven biển, ven đường, đất bờ kênh ven suốị Ngoài ra, cây dầu mè còn bảo vệ đất tốt, chống xói mòn trên đất dốc. Đây là loại cây lưu niên, trồng một lần có thể sống 30-40 năm. 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 phát triền nhanh và bắt đầu cho ra quả trong khoảng 6-12 tháng.
Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam đã đi tiên phong trong việc đầu tư xây dựng và phân phối nhiên liệu sinh học ở Việt Nam. Các công ty thành viên của Tập đoàn đã đầu tư ba nhà máy etanol tại ba miền Bắc (tỉnh Phú Thọ), Trung (tỉnh Quảng Ngãi), Nam (tỉnh Bình Phước) với công suất mỗi nhà máy 100 triệu lít/năm đủđể cung cấp cho nhu cầu etanol pha xăng
32
trong tương lại ở Việt Nam. Các nhà máy etanol của Tập đoàn sử dụng công nghệ tiên tiến của Mỹ và Ấn độ. Các công nghệ này đã được thực tế