đề tài nghiên cứu tổng hợp ethanol từ cây lúa miến (sorghum hay sweet sorghum)


Đã từ rất lâu, dầu mỏ luôn giữ một vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển
kinh tế của mỗi quốc gia. Hơn 90% lượng dầu mỏ khai thác được phục vụ cho nhu
cầu năng lượng như xăng nhiên liệu, nhiên liệu phản lực, diesel, nhiên liệu đốt lò.
Có thể nói dầu mỏ là nền tảng của sự tăng trưởng và phát triển kinh tế của bất kì
một quốc gia nào.
Trong những năm gần đây, với sự leo thang của giá xăng dầu gây nhiều tác
động tiêu cực đến nền kinh tế thế giới. Vì vậy việc tìm kiếm những nguồn năng
lượng sạch, có khả năng tái tạo để thay thế một phần xăng dầu trở thành một vấn đề
cấp thiết và được nhiều quốc gia quan tâm. Một trong những hướng đi hiệu quả là
sử dụng ethanol để pha vào xăng vừa làm tăng chỉ số octane, vừa làm giảm ô nhiễm
môi trường nên xăng pha cồn ngày càng trở nên phổ biến trên toàn thế giới.
Hơn nữa, nước ta là một nước nông nghiệp có nguồn nguyên liệu để sản xuất
ethanol là rất phong phú. Việt Nam sở hữu hai đồng bằng rộng lớn là đồng bằng
Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long. Đây là vùng nguyên liệu lí tưởng, là tiền
đề cho sự ra đời của nhà máy sản xuất ethanol từ rỉ đường ( sweet sorghum).
Với những lí do như trên, đề tài "
 là một bước đi ban đầu cho việc sản xuất ethanol
nhiên liệu phục vụ cho nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng ở nước ta.

 !"#$%&%&'()*$+,!%$$-#
Thời gian đầu ethanol được dùng trong y tế, trong mỹ phẩm, dùng làm dung
môi và sau này nó được biết đến như nguồn nhiên liệu cho động cơ đốt trong được
ứng dụng ở nhiều nước như Anh, Pháp, Mĩ, Canada, Brazil
Ethanol là cấu tử phối trộn làm tăng chỉ số octane của xăng:
Để tăng công suất của động cơ, ta phải tăng chỉ số nén. Khi tăng chỉ số nén ta
cần phải tăng chỉ số octane của xăng để tránh hiện tượng cháy kích nổ của nhiên
liệu. Trước đây, để tăng chỉ số octane, người ta thường dùng Tetra etyl chì nhưng
hiện nay nó đã bị cấm sử dụng vì chì rất độc, gây tổn thương cho hệ thần kinh trung
ương, gây ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu cho chúng ta thấy dùng nhóm phụ gia
là hợp chất hữu cơ chứa oxy như: metyl ter butyl ete (MTBE), etyl ter butyl ete

(ETBE), methanol, ethanol, khi pha xăng sẽ làm tăng chỉ số octane của xăng, làm
xăng cháy tốt hơn, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm. Mặt khác, công nghệ sản
xuất cũng không phức tạp, giá thành tương đối rẻ, thị trường dễ chấp nhận.
Ngày nay có thể thấy ethanol hoàn toàn có khả năng dùng làm nhiên liệu cho
động cơ đốt trong, thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch. Ethanol đựơc dùng 2
dạng cụ thể sau:
 Ethanol được pha vào xăng với tỉ lệ nhỏ hơn 15%. Với tỉ lệ này thì không
cần thay đổi hay hiệu chỉnh gì động cơ xăng. Tuổi thọ, độ bền của động cơ
không hề thay đổi
 Ethanol là nhiên liệu thay thế hoàn toàn cho xăng dùng cho những động cơ
đốt trong có cải tiến. Dùng xe FFV (Flex-Fuel Vehicles- ô-tô nhiên liệu linh
hoạt). Xe FFV có thể tự động nhận biết hàm lượng cồn trong bình nhiên liệu
để tự điều chỉnh góc đánh lửa sớm và thay đổi lượng phun nhiên liệu. Dùng
xe FFV có tính kinh tế nhiên liệu cao hơn các xe không FFV, vì xe đã được
thiết kế tối ưu về vật liệu, về kết cấu buồng cháy và hệ thống nhiên liệu.
Nhiên liệu E85 (có 85% ethanol trong xăng) là loại nhiên liệu tốt nhất cho xe
FFV. Riêng trong năm 2000 Mỹ đã sản xuất 750.000 chiếc FFV. Hiện nay
Mỹ có khoảng 5 triệu xe FFV cùng với 169.000 trạm bán lẻ E85. Hãng GM
trong năm 2005 đã cho ra đời hàng loạt mác xe chạy bằng nhiên liệu E85
như xe Chevrolet Avalanche, Suburban và GMC Yukon XL, Chevrolet
Silverado và GMC, Chevrolet Tahoe cho cảnh sát. Các nước khác cũng có xe
FFV như BMW E85 Z4 3.0 của Đức. Xe FFV hiệu Falcon và Taurus của Mỹ
tại châu Âu.[1]
./$$/$%&'()%0123*$+,!%$$-#
.0123%&'()*$+,!45$6)7[2]
Hiện nay có khoảng 50 nước trên thế giới khai thác và sử dụng NLSH ở các
mức độ khác nhau. NLSH được dùng làm nhiêu liệu cho ngành giao thông bao
gồm: Dầu thực vật sạch, etanol, diesel sinh học, dimetyl ether (DME), ethyl 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 được chỉ ra ở bảng I.1
(Ghi chú: 1 gallon Mỹ = 3,785 lít)

 !"#$ %&'()*%+.[3]
8)%0!9:)+,!$);<#=+>
97#?@)?A2B.CCDE.CCFG
B4H23)+!!,IG
8)  %0  !9:)  +,!  $)
;<>97#?@)?A2B.CCJG
B4H23)+!!,IG
K6L
$M)
$6
)7
3
97#
.CCF .CC> .CCD K6L
$M)
$6
)7
3  97#N
O)
.CCJ
1 Mỹ 4.855 4.264 3.535 1 Mỹ 6,498,6
2 Brazil 4.491 4.227 3.989 2 Brazil 5,019,2
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 Canad
a
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 Thỗ Nhĩ Kỳ 15,8
12 Anh
Quốc
74 92 106 12 Pakistan 9,2
13 Ukrain
e
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 13.48

9
12.15
0
10.770 Tổng số 13.101,7
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
cất, 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. Vì lợi nhuận khổng lồ, các công ty tiếp tục phá
rừng Amazon để 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 Ethanol 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 ethanol. 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 ethanol.
Hiện tại nông dân Hoa Kỳ chuyển hướng sản xuất lúa mì và bắp cho xăng sinh học,
vì vậy số lượng 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, chính phủ Mỹ phải
trợ cấp khoảng 1,9 USD cho mỗi gallon (=3,78 lít) xăng sinh học, trợ cấp tổng cộng
khoảng 7 tỷ USD/năm.
Đức là nước tiêu thụ nhiều nhất xăng sinh học trong cộng đồng EU, trong đó có
khoảng 0,48 triệu tấn ethanol. Nguyên liệu chính sản xuất etanol là củ cải đường.
Pháp là nước thứ hai tiêu thụ nhiều ethanol sinh học trong cộng đồng Âu châu
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.

Thụy 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 Thụy
Điển chạy bằng xăng sinh học, nhất là xăng ethanol. Thụy Điển đang chế tạo xe hơi
vừa có khả năng chạy bằng ethanol vừa có khả năng chạy bằng điện. Để khuyến
khích sử dụng xăng sinh học, chính phủ Thụy 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 năm
2010. Hiện tại các xe bus đều chạy xăng sinh học. Hảng hàng không Virgin (Anh
quốc) bắt đầu sử dụng xăng sinh học cho máy bay liên lục địa.
Ở Ân Độ, Chính phủ đã có chính sách sử dụng xăng etanol E5 hiện nay, và E10
và E20 trong những năm tới. Ần Độ gia tăng diện tích trồng cây dầu lai để sản xuất
diesel sinh học, và diện tích mía cho sản xuất xăng ethanol.
Thái Lan bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng sinh học từ năm 1985. Năm 2001,
Thái Lan thành lập Uỷ ban năng lượng sinh học (NLSH) để điều hành và phát triển
nghiên cứu NLSH. Xăng E10 đã bắt đầu bán ở các trạm xăng từ 2003.
Sử dụng ethanol sinh học: ethanol sinh học chủ yếu được nghiên cứu sử dụng
làm nhiên liệu:
Ethanol 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 etylterbutyleter (ETBE)- một phụ gia cho xăng. Ethanol còn được 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 ethanol 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 lượng nhỏ dầu
diezel hoặc là sử dụng phụ gia.
 !,#-.)*/012'3&4$4
 P#Q$$5!H2 $+,! R K;)B2S97#G
1 Công thức hóa học C

2
H
5
OH C
4
H
9
-OC
2
H
5
C
8
H
15
2 Khối lượng 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
15
0
C
16,5 28 0
7 Khối lượng riêng (kg/l) ở 15
0
C 0,80 0,74 75
8

Giá trị calo thấp hơn (MJ/kg) ở
15
0
C
26,4 36 0,75
Chỉ số octan của ethanol cao hơn xăng nên có tác dụng giảm tiếng ồn động cơ
tốt hơn, hơn nữa ethanol chứa oxy nên hiệu quả nhiên liệu ở động cơ được cải thiện
hơn. Pha trộn với tỉ lệ hợp lý giữa etanol và xăng sẽ làm tăng hiệu quả động cơ xe.
Các loại xe chạy nhiên liệu xăng pha ethanol được gọi là xe chạy nhiên liệu
gasohol. Thông thường gasohol có tỉ lệ pha trộn 10% etanol 90% xăng không pha
chì (E10). Nếu xe được 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.
Xu hướng sản xuất etanol từ nguyên liệu SK (sinh khối).
Theo nhận định của ông Donald Coxe, nhà chiến lược 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 lượng 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 lượng lý thuyết ethanol từ 1 tấn nguyên liệu khô như bảng I.3
 !5#- %64"789:.[4]
)2S5!H2

0!9:)'TQ$B$*,!U$2S6G#$,
<V3)2S5!H2W$X
Gallons Lít
Hạt bắp ngô 124,4 470,854
Thân và lá bắp ngô 113,0 427,705
Rơm rạ 109,9 415,971
Phế phẩm của bông sợi 56,8 214,988
Phế phẩm lâm nghiệp 81,5 308,477
Mạt cưa 100,8 381,528
Bã mía 111,5 422,027
Giấy vụn 116,5 439,817
../$$/$)$5#@2@)'()$5!H2%$$-#MH+<[5]
Đứng trước cuộc khủng hoảng năng lượng trên, Việt Nam cũng đã tiến hành
nghiên cứu sử dụng các dạng năng lượng tái tạo. Trong đó năng lượng sinh học rất
được 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 sinh học. Qua các cuộc hội thảo này một số
chuyên gia và nhà kinh doanh đã đề cập tới vấn đề sử dụng lúa gạo, mía đường,
soughum, 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
ngủ cốc, mật rỉ đường và mỡ cá ba sa còn hạn chế; (ii) chưa có đầu tư thích đáng vì
chưa có hỗ trợ của Chính phủ, (iii) Chính phủ chưa có chính sách, chiến lược 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 tư nghiên cứu phát
triển NLSH như mía đường Lam Sơn ở Thanh Hoá, Sài Gòn Petro, Công ty Rượu
Bình Tây, Công ty Chí Hùng, v.v Tuy nhiên chưa có một nhà kinh doanh nào
dám mạnh dạn đầu tư nghiên cứu khi chính phủ chưa có chính sách quy định cụ
thể.
“Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025"

đã được 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 lượng
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 số 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 được phá thêm rừng;
(iii) thích hợp trên diện tích đất bỏ hoang cằn cỗi, 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 được quan tâm
trrong nghiên cứu sản xuất ethanol 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 được 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.

Y$+,!%$$-#
YZ$[H<
Ethanol sinh học (Bio-ethanol) được sản xuất từ các loại nguyên liệu thực vật
chứa đường bằng phương pháp lên men vi sinh hoặc từ các loại nguyên liệu chứa
tinh bột và cellulose thông qua phản ứng trung gian thủy phân thành đường. hiện
nay trên thế giới, nguyên liệu chứa đường và tinh bột được sử dụng phổ biến do chi
phí sản xuất thấp.
Y.Q$#$3!U$\+$-##=+*$+,!
Tính chất lý học: Ethanol hay Rượu etylic là một chất lỏng, không màu, mùi
thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15
o
C), sôi ở
nhiệt độ 78,39
o
C, hóa rắn ở -114,15
o
C, tan trong nước vô hạn. Độ nhớt của etanol
là 1,200 cP ở 20
o
C
Tính chất hóa học: Ethanol là rượu no, đơn chức, có công thức C
2
H
5
OH.
Ethanol mang đầy đủ tính chất của một rượu đơn chức như phản ứng thể với kim
loại kiềm, phản ứng este hóa, phản ứng loại nước hay phản ứng tách nước, phản
ứng oxi hóa thành andehyt, axit hay CO
2
tùy theo điều kiện phản ứng. Ngoài ra

etanol còn có một số phản ứng riêng như sau:
Phản ứng tạo ra butadien -1,3: cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, ví dụ
Cu + Al
2
O
3
ở 380-400
0
C, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước
.
.

>

.
]E
.
]^.
.
^
.
Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượu etylic 10 độ bằng oxi không khí có mặt
men giấm ở nhiệt độ khoảng 25
0
C.

Y
E
.
E^

.

Y
E^
.

YY$_)!:Q#$W$%&'()*$+,!%$$-#
YY&'()%`)0<$a2X$b<W$Q$WQ$
Năng lượng sinh học (NLSH) được sản xuất từ sinh khối (SK), là loại vật liệu
xuất phát từ sinh vật (chủ yếu là thực vật) và là một phần trong chu trình cacbon
ngắn. CO
2
mà cây hấp thụ từ không khí qua quá trình quang hợp sẽ quay trở lại bầu
khí quyển khi chúng đã bị chuyển hóa thành năng lượng. Để có thể coi đó là nguồn
năng lượng tái tạo thì ít nhất kho sinh khối đó phải được duy trì không thay đổi.
Bởi vì trong chu trình không có lượng CO
2
thừa và NLSH chạy xe phát tán ngược
trở lại nên NLSH có thể được coi là yếu tố "cân bằng về mặt môi trường" thuộc chu
trình.
YY.&'())\LL$Ac)#+,$H2d20W$6X))$HL
Hiện nay, hàng năm toàn thế giới phát thải khoảng 25 tỷ tấn khí độc hại và khí
nhà kính. Nồng độ khí CO
2
, loại khí 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- 0,4
0
C.
Nếu không có giải pháp tích cực, nồng độ khí nhà kính có thể tăng đến 400 ppm
vào năm 2050 và 500 ppm vào cuối thế kỷ XXI, nhiệt độ trái đất tăng thêm 2-4

0
C,
gây ra hậu quả khôn lường về môi trường sống. Sử dụng NLSH so với xăng dầu
khoáng giảm được 70% khí CO
2
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.[6]
D[#L$9e)L$[L%0123*$+,!
DX))$H%0123*$+,!8)$:L
Tổng hợp ethanol có nghĩa là sản xuất ethanol bằng phương pháp hoá học, trên
thế giới người ta sản xuất ethanol bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong công
nghệ tổng hợp hoá dầu ethanol được sản xuất bằng dây chuyền công nghệ hydrat
hoá đối với khí etylen hoặc công nghệ cacbonyl hoá với methanol.
-;<=!"#- 27
Hydrat hoá: 
.
]
.
^
.

.

>

Cacbonyl: 
Y
^^.
.


.

>
^
.

D.X))$H%0123*$+,!%$$-#
Công nghệ này dựa trên quá trình lên men các nguồn hydratcacbon có trong tự
nhiên như: nước ép củ cải đường, mía , ngô hạt, sắn, rơm dạ
B
F

C

>
G

^
.

F

.

F
.
.

>

^.
.
^
e?f8)d2[g
>?!,-;<= 27@
Trong quá trình sản xuất ethanol sinh học có thể phân thành 2 công đoạn là công
đoạn lên men nhằm sản xuất ethanol có nồng độ thấp và công đoạn làm khan để sản
xuất ethanol có nồng độ cao để phối trộn vào xăng.
>[#)2f)2S5!H2?a%0123*$+,!%$$-#
Nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol sinh học chủ yếu từ:
 Các loại nguyên liệu chứa đường: mía, củ cải đường, lúa miến…
 Các loại nguyên liệu chứa tinh bột: sắn, ngô, gạo, lúa mạch, lúa mì…
 Các loại nguyên liệu chứa cellulose
>0123*$+,!%$$-#h)2S5!H2#$@+$ij
>Z$0;)%0123R,E$+,!h)2S5!H2#$@+$ij
 kg
• Hiện nay, diện tích trồng sắn ở nước ta khoảng gần 500.000 ha và được phân bố
chủ yếu ở Tây Nguyên và Đông Nam bộ. Năng suất thu hoạch sắn tại nước ta
trung bình là 15-20 tấn/ha và tăng đều qua các năm.
• Hàm lượng tinh bột trong sắn tươi ở nước ta khoảng 25-35%. Cứ 2,3 kg sắn tươi
thì có thể thu được 1kg sắn lát.
• Vùng nguyên liệu sắn chủ yếu của Việt Nam tập trung tại 2 khu vực: Tây
Nguyên và Đông Nam Bộ. Nhà máy sản xuất Bio-Ethanol Miền Trung sẽ sử
dụng nguồn sắn lát của khu vực Tây Nguyên và Đông Nam Bộ.
 )Xg
• Năng suất ngô của nước ta thấp, chỉ đạt ở mức 3.7 – 3.8 tấn/ha. Để sản xuất 1 lít
Bio-Ethanol, chúng ta cần 2,4 đến 2,6 kg ngô và giá ngô hiện nay là 4.100
đồng/kg, đồng thời hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu khoảng 400 – 500 nghìn
tấn ngô Chính vì vậy, việc sản xuất Bio-Ethanol từ ngô trong giai đoạn hiện nay
là không khả thi vì giá ngô quá cao so với sắn lát, mặc dù hàm lượng tinh bột thấp

hơn.
>.2S4/$#X))$H%0123#f?a$/$h)2S5!H2#$@+$
ij
-;<=:8#
Dịch ngọt
-;<=!5#- 278A)
$;<=:8#
Nguyên liệu được đưa đi xử lý bởi các công đoạn như làm sạch sơ bộ để tách
các tạp chất, nghiền mịn thành bột, hòa trộn với nước tạo thành dung dịch bột. Tiếp
theo là quá trình nấu có thể sử dụng hơi trực tiếp hoặc gián tiếp, ở đây tinh bột sẽ
được chuyển hóa bởi ezyme Alpha amylaza. Dòng dịch sau khi nấu được đưa qua
công đoạn đường hóa với sự có mặt của enzyme đường hóa (enzyme Gluco
Amylaza) nhằm mục đích chuyển hóa tinh bột thành đường lên men. Sau khi
đường hóa, dịch này được đưa vào thùng lên men chuyển hóa thành rượu và CO
2
với nhiều sản phẩm phụ khác.
Dịch ra khỏi thùng lên men gọi là giấm chín. Giấm chín sẽ được chuyển đến
khu vực chưng cất bao gồm chưng cất thô và chưng cất tinh. Ở tháp chưng cất thô,
Tách tạp chất - nghiền
Hồ hóa/ đường hóa
Lên men
Chưng cất
Biến tính
Tách nước
Cồn tinh
Bio-Ethanol được tách ra khỏi giấm chín, nâng nồng độ lên khoảng 40-70%v/v, sản
phẩm đáy là dịch hèm được đưa qua tách bã và xử lý nước. Bio-Ethanol sau cất thô
sẽ được đưa qua tháp cất tinh để tách tạp chất và nâng nồng độ cồn lên khoảng 95%
v/v.
Để sản xuất Bio-Ethanol nhiên liệu, sau khi chưng cất Bio-Ethanol được đưa qua

tách nước và tách axit để nâng nồng độ cồn lên khoảng 99,8% và được đưa đi lưu
trữ.
>.0123*$+,!h)2f)2S5!H2#$@+#*!!2!,%*
>.[#)2f)2S5!H2#$@+#*!!2!,%*
Về nguyên tắc ta có thể sản xuất Bio-Ethanol từ bất cứ nguồn nguyên liệu
nào có chứa cellulose. Tuy nhiên để phù hợp tính kinh tế và điều kiện ở Việt Nam,
ta có thể sử dụng các nguồn nguyên liệu sau: rơm, trấu, bả mía, lõi ngô, vỏ ngô, cỏ
dại…
 !B#- %=8
)2f
)2S5
!H2
0  !9:)
B4H2
3N;<G
&'()#$,#[#<(#?Q#$
$HM
0  !9:)  #l
!M  B4H2
3N;<G
Rơm rạ 15
Nguyên liệu, làm giấy, nấm
rơm, thức ăn gia súc…
6,6-7,8
Trấu 6,7
Nhiên liệu rắn, đóng gói và
xây dựng, chất độn, đốt lò…
1,8-2,2
Bã mía 3,17
Đốt lò, điện, chế biến giấy,

ván ép
0,087
Lõi ngô 3,1 Chủ yếu đốt bỏ
Bã ngô 0,67 Thức ăn gia súc, đốt bỏ
Tuy nhiên các sản phẩm này tập trung chủ yếu ở hai đồng bằng lớn là đồng bằng
Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long. Đây là vùng nguyên liệu lí tưởng để xây
dựng nhà máy. Nhưng việc thu mua và việc chuyển hóa còn gặp nhiều khó khăn,
hiệu suất chưa cao.
>..2S4/$#X))$H%0123*$+,!h)2S5!H2#$@+#*!!2!,%*
Về nguyên tắc, quá trình sản xuất ethanol từ các nguồn nguyên liệu chứa cellulose
cũng giống như từ tinh bột hay rỉ đường. Nó bao gồm ba bước cơ bản:
 Xử lý nguyên liệu
 Đường hóa và lên men
 Tinh chế sản phẩm (chưng cất, tách nước, bốc hơi, tách lỏng rắn).
H
2
O
-;<=!B# 278
Nguyên liệu từ kho chứa được đưa đến nhà máy. Sau đó, nguyên liệu được
băm nghiền nhằm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện thuận lợi để
quá trình thủy phân diễn ra tốt hơn, tăng hiệu suất quá trình. Sau đó nguyên liệu
được đưa đến vùng tiền xử lí. Đầu tiên nó được xử lí bằng dung dịch H
2
SO
4
loãng ở
nhiệt độ cao trong thời gian ngắn, giải phóng hemicellulose và các hỗn hợp khác,
tạo điều kiện tốt cho quá trình đường hoá và lên men. Lượng acide dư được trung
ethanol
Rơm rạ

enzyme
enzyme
Nấm men
H
2
O
Thủy phân và lên
men đồng thời
Chưng cất
Thủy phân
Rửa bã sau nổ hơi
Tiền xử lý - nổ hơi
hoà bằng dung dịch Ca(OH)
2
loại bỏ kết tủa CaSO
4
. Nguyên liệu tiếp tục được đưa
đến giai đoạn đường hoá bằng enzyme để biến cellulose thành glucose rồi đến công
đoạn lên men glucose và các đường khác thành ethanol bằng chủng men
Zymomonas mobils.
Quá trình này được duy trì ở một điều kiện thích hợp (nhiệt độ, áp suất, pH,
dinh dưỡng) để đảm bảo nấm men hoạt động tốt nhất. Sau vài ngày, hầu hết
cellulose và xylose chuyển thành ethanol.
Hỗn hợp sau khi lên men gọi là giấm chín được đưa đến giai đoạn tinh chế
sản phẩm bao gồm chưng cất và tách nước. Sản phẩm là ethanol 99,5%v/v được
đưa đến bể chứa. Nước thải từ giai đoạn này sau khi xử lí ở các bước tiếp theo.
>Y0123*$+,!%$$-#h)2f)2S5!H2#$@+?9m)
Sản xuất ethanol từ rỉ đường bao gồm các công đoạn sau:
 Chuẩn bị dịch đường lên men
 Gây men giống

 Lên men
 Chưng cất và tinh chế



-;<=!C#- 278<%D
Rỉ đường nguyên với hàm lượng chất khô hòa tan 55÷80% khối lượng (tương
đương 80 ÷ 90 Brix). Khi nồng Brix quá cao thì độ nhớt lớn, xử lý không tốt, quá
trình lên men kém hiệu quả do đó cần tiến hành pha loãng. Tuy nhiên nếu pha
loãng quá nhiều, nồng độ Brix thấp sẽ tốn nhiều năng lượng. Do đó trước tiên rỉ
đường sẽ được pha loãng đến độ Brix thích hợp (khoảng 45-50 Brix) và điều chỉnh
pH. Sau đó tiến hành lên men, chuyển hóa đường thành cồn. Dịch đi ra khỏi thùng
lên men gọi là dấm chín có nồng độ cồn thấp được chuyển qua khu chưng cất bao
gồm chưng cất thô và chưng cất tinh để nâng độ cồn lên và thu cồn thành phẩm.
Nếu sản xuất cồn nhiên liệu thì phải có thêm công đoạn tách nước làm khan cồn.
>Y Z$0;)%0123*$+,!%$$-#h#cS!n+<6 )-B%o**
%,4)$2<G
-;%3E@#
Nguyên liệu chứa đường
Dịch đường
Chuẩn bị dịch đường
Men giống
Lên men
Chưng cất
Tách nước
Cồn tinh
Lúa miến hay Cao lương (danh pháp khoa học: Sorghum) là một chi của khoảng 30
loài thực vật trong họ Hòa thảo (Poaceae).
>?!"#F
Lúa miến ngọt như mía, trông giống như bắp, cực kỳ dễ trồng, không những có thể

làm thức ăn chính cho hàng triệu người vùng nhiệt đới bán khô hạn của châu Phi và
châu Á, thức ăn cho gia súc, mà còn có thể làm nguyên liệu điều chế nhiên liệu sinh
học, trong khi phần xác bỏ đi có thể dùng trong quá trình sản xuất điện.
Lúa miến ngọt hiện đang được trồng trên diện tích 42 triệu héc-ta ở 99 quốc gia và
vùng lãnh thổ, trong đó nhiều nhất ở Ấn Độ,Mỹ, Nigeria,Trung Quốc, Mexico,
Sudan, Argentina.
 !C#G8H1'71 %.I.
&+',JJK
$c2!(# pH  Q#$
B)$/$+G
;)  %23
B3N$+G
0  !9:)
B)$/3G
Châu Á 8910,47 1,10 9768,97
Châu Âu 151,53 4,45 674,50
Châu Mỹ 5912,83 3,56 21056,19
Châu Phi 24226,76 0,90 21903,22
Châu Úc 768,04 3,51 2695,38

q2?a<#=+#cS!n+<6g
Lúa miến ngọt có thể trồng trong điều kiện khô hạn, khí hậu nóng, chịu được
mặn và ngập úng. Do cây thân thiện với những vùng đất khô cằn, đất trống đồi trọc
ở các quốc gia nghèo nên nông dân không cần phải chặt phá rừng để lấy đất trồng
như đối với cây dầu cọ hay mía.
Trồng lúa miến ngọt không đòi hỏi nhiều nước nên hạn chế tối đa việc sử
dụng hệ thống máy bơm tưới chạy bằng xăng dầu vốn giải phóng carbon dioxide
(CO
2
), loại khí thải gây hiệu ứng nhà kính hàng đầu góp phần dẫn đến biến đổi khí

hậu.
So với bắp và mía đường (nguyên liệu sản xuất ethanol hiện nay), lúa miến
ngọt chỉ “uống” 1/2 lượng nước và chỉ “ăn” 1/2 lượng phân bón.Nông dân có thể
thu hoạch lúa miến ngọt làm thực phẩm hoặc trồng lấy thân để bán làm thức ăn cho
gia súc hoặc cung cấp cho các nhà máy sản xuất ethanol.
 !L#F.M*NO8H.7+?

2r#)+ ss> .CCC .CC> .CCt .CCs
Ấn Độ 11.326,00 9.865,400 9.092,300 7.764,00 7530
Burkinafaso 1.445,69 1.225,223 1.422,27 1.901,77 1653,12
Ethiopia 919,83 1.011,15 1.512,18 1.533,54 1618,68
Mali 852,73 674,77 744,17 986,37 1091,04
Mê hi cô 1.372,35 1.899,20 1.599,24 1.838,13 1690,52
Mỹ 3.340,00 3.126,63 2.321,30 2.942,17 2233,89
Niger 1.934,93 2.155,56 2.476,60 3.055,25 2544,72
Nigeria 6.095,00 6.885,00 7.284,00 7.617,00 4736,73
Sudan 5.045,00 4.195,00 9.864,96 6.619,33 6652,50
[$)[!T+#$-)2S5!H2g
Qua tổng hợp, phân tích và đánh giá sơ bộ các loại nguyên liệu đầu vào nói
trên, chúng ta thấy rằng việc sản xuất Bio-Ethanol từ nông sản có tiềm năng rất lớn
ở nước ta. Đặc biệt lúa miến ngọt là một nguồn nguyên liệu có ưu thế: khả năng
canh tác dễ dàng, quy hoạch vùng nguyên liệu thuận lợi, hàm lượng đường cao và
hệ số chuyển đổi thấp, chi phí nguyên liệu đầu vào thấp nên giá Bio-ethanol có khả
năng cạnh tranh tốt hơn so với các dạng nguyên liệu khác.
Do đó, dự án lựa chọn lúa miến ngọt (sweet sorghum) để nghiên cứu quá
trình tổng hợp ethanol sinh học (Bio-Ethanol) vì những tính chất ưu việt của nó.
8)d2+ )2S5!H2
Lúa miến ngọt (Sorghum) là loại cây có tỷ lệ đường và protein cao, chất béo thấp,
sinh khối cao so với các loại cây trồng khác như: ngô, lúa. Phần lớn sinh khối cây
lúa miến dùng để sản xuất ethanol sinh học (thân), một số dùng làm thức ăn cho

người (hạt), và chăn nuôi gia súc (thân, lá). Tuy nhiên, trong chăn nuôi cần lưu ý là
sorghum có chứa một hợp chất được gọi là dhurrin mà nó khi bị phá vỡ sẽ phóng
thích acid prussic (hydroxyanua, HCN). Sorghum thường có chứa dhurrin ở nồng
độ thấp, nhưng có thể gây chết cho động vật nuôi nếu ăn phải một lượng lớn.
Về thành phần hóa học trong thân lá tươi của sorghgum có: 65-75% nước, 2,4%
protein, 0,7% lipid, 12% glucid, và xenlulô 6,6%.
Theo Nguyễn Văn Thưởng (2003) trong 1 kg thức ăn rơm sorghum có năng lượng
trao đổi là 1426 kcal, protein tiêu hóa là 17 gram; hàm lượng các chất dinh dưỡng
(g/kg): chất khô 800g, protein thô 46g, lipit 18g, xơ 247g, dẫn xuất không đạm
409g, Canxi 3,00g, Phôtpho 1,200g.
Giá trị dinh dưỡng và thành phần hóa học chính trong hạt sorghum có 10 – 13%
nước; 70 – 75% gluxid; 8 – 10% protid; 2,6 – 3,9% lipid.[7]
So sánh giá trị dinh dưỡng và thành phần hóa học của lúa miến với một số loại ngũ
cốc khác được trình bày trong bảng II.1[8]
 !!"#$&P.@Q193&R*9."JJ1<)
S",T
Loại Protei
n
1(g)
Chất
béo
(g)
Ash
(g)
Chất
xơ
thô
(g)
Carho
hydra

te (g)
Năng
lượng
(kcal)
Ca
(mg)
Fe
(mg)
Thia
min
(mg)
Ribof
lavin
(mg)
Niaci
n
(mg)
Gạo
(màu
nâu)
7.9 2.7 1.3 1.0 76,0 362 33 1.8 0,41 0.04 4.3
Lúa
mì
11.6 2.0 1.6 2.0 71.0 348 30 3.5 0,41 0.10 5.1
Ngô 9.2 4.6 1.2 2.8 73.0 358 26 2.7 0,38 0.20 3.6
Cao
lương
10.4 3.1 1.6 2.0 70,7 329 25 5.4 0,38 0.15 4.3
Ngọc
trai

kê
11.8 4.8 2.2 2.3 67,0 363 42 11.0 0,38 0.21 2.8
Finge
r kê
7.7 1.5 2.6 3.6 72,6 336 350 3.9 0,42 0.19 1.1
Setari
a
italica
11.2 4.0 3.3 6.7 63,2 351 31 2.8 0.59 0.11 3.2
Kê
chung
12.5 3.5 3.1 5.2 63,8 364 8 2.9 0,41 0,28 4.5
Ít kê 9,7 5.2 5.4 7.6 60,9 329 17 9.3 0.30 0.09 3.2
Barny
ard kê
11.0 3.9 4.5 13,6 55,0 300 22 18.6 0.33 0.10 4.2
Kodo
kê
9.8 3.6 3.3 5.2 66,6 353 35 1.7 0.15 0.09 2.0
 !!,#$&PN@.3+.U8OV 
27"JJ1",TS<)
Loại Protein
(g)
Fat
(g)
Ash
(g)
Xơ
(g)
Carbohy

drate
(g)
Energ
y
(kcal)
Ca
(mg)
Fe
(mg)
Gạo 7,9 2,7 1,3 1,0 76,0 362 33 1,8
Lúa mì 11,6 2,0 1,6 2,0 71,0 348 30 3,5
Ngô 9,2 4,6 1,2 2,8 73,0 358 26 2,7
Lúa miến 10,4 3,1 1,6 2,0 70,7 329 25 5,4
Qua bảng II.2, có thể thấy lúa miến có nhiều đặc điểm nổi bật không thua kém với
các nguyên liệu khác. Mặt khác hạn chế việc sử dụng các loại lương thực chứa tinh
bột để sản xuất ethanol như: Sắn, ngô, gạo gây thiếu hụt lương thực.
qu.vKwxyz{|
.K2$97)%0123*$+,!h#cS!n+<6$H+S
Theo nghiên cứu Almodares và Hadi (2009), lúa miến ngọt có 2 bộ phận sử dụng
để sản xuất ethanol là dịch đường và bã thân cây. Kết quả nghiên cứu dựa trên
những tổng hợp và đánh giá của các công ty tại Ấn Độ như sau: [13]
!!"-;<=9*3&&S<%"7WHW
Thân cây được ép bởi một chuỗi máy nghiền. Kết quả thu được dịch đường và bã.
Bã được xử lý để sản xuất enzym đồng thời hóa đường và lên men tiếp tục chưng
cất, khử nước thu được ethanol lignin và chất rắn.
Dịch đường thu được đưa qua sàng lọc, tiệt trùng bằng cách đốt nóng lên đến
100
0
C, sau đó được lọc sạch bằng cách đưa qua máy lọc chân không. Sau đó dịch
được cho bay cô đặc từ 16-18 Brix đến mức tối thiểu ở 65 Brix đem đi lưu trữ.

Hoặc dịch cũng có thể cho lên men ngay. Quá trình lên men dựa vào hóa học, sinh
hóa và vi sinh học. Dịch ép được chuyển thành ethanol nhờ men -
3. Công đoạn tiếp theo là chưng cất và khử nước. Trong quá trình chưng