CHUYÊN đề NĂNG LƯỢNG SINH học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
Tiểu luận
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
Nhóm thực hiện:
Lê Thị Quỳnh Trâm
Trần Minh Hương
Nguyễn Vũ Luân
Lớp cao học CNMT 2009

TP. HCM, 12/2010
Trang 1
MỤC LỤC
KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 3
TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 4
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 5
CÁC NGUỒN NGUYÊN LIỆU CHO NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 8
NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA 11
NHỮNG LỢI ÍCH CỦA NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 16
TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI 17
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ VIỆT NAM 21
TÀI LIỆU THAM KHẢO 24
Trang 2
KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
Năng lượng sinh học có thể hiểu nôm na là nguồn năng lượng được hình thành từ
nguyên liệu tự nhiên thông qua các chuyển biến sinh học nhờ các tác nhân sinh học.
Phân tích theo Sơ đồ năng lượng phía dưới, mọi nguồn năng lượng đều xuất
phát từ năng lượng mặt trời, sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng này – năng lượng vô
hạn – thì được xem là nguồn năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh. Năng lượng
sinh học chiếm ở nhánh thứ 3 – Photosynthesis- trong sơ đồ.
Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn

liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Nguyên tắc cơ bản của việc sử
dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên
tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật. Các quy trình này thường
được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời.
Trang 3
TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
Năng lượng hóa thạch là nguồn năng lượng có hạn và đang dần cạn kiệt
Sử dụng năng lượng là nhu cầu không thể thiếu của tất cả các ngành công
nghiệp, dịch vụ và hoạt động dân sinh. Hệ thống kinh tế hiện tại của chúng ta đang dựa
trên các nguồn năng lượng hóa thạch: dầu, than và khí đốt. Rất không may là các
nguồn tài nguyên hóa thạch này ngày càng khan hiếm. Một trong những biểu hiện của
nó giá thành ngày càng tăng (hình 1.1). Trong những năm gần đây, giá dầu đang tăng
rất mạnh. Chỉ trong 12 năm kể từ 1996, giá dầu tăng đến 500%.
Hình 1.1. Biểu đồ giá dầu thế giới trong khoảng 1006- 2008
Khai thác tài nguyên hóa thạch chính là khai thác các nguyên liệu mà sự hình
thành nên chúng phải mất đến hàng trăm triệu năm. Nếu chỉ khai thác sử dụng nguyên
liệu hóa thạch thì tất yếu sẽ dẫn đến một lúc nào đó không thể cân đối giữa cung và
cầu.
Năng lượng hóa thạch là nguồn gốc của hiệu ứng nhà kính
Một thách thức lớn cho nhân loại trong thế kỷ 21 là giảm phát thải khí nhà kính,
yếu tố quyết định gây ra biến đổi khí hậu. Vấn đề chính đặt ra là tìm được các nguồn
năng lượng sạch, rẻ, dồi dào để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, được coi là bẩn.
Để hướng tới một tương lai phát triển bền vững, năng lượng sinh học hiện là
hướng đi mà nhiều quốc gia lựa chọn.
Trang 4
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1 Năng lượng sinh học trên thế giới
Hàn Quốc đã xây dựng cho mình một Chiến lược tăng trưởng xanh, phát thải ít
cac-bon trong vòng 60 năm tới với các công cụ chính là công nghệ, chính sách và thay
đổi lối sống. Đối với lãnh đạo đất nước này, tăng trưởng xanh không phải là một sự

lựa chọn mà là sự lựa chọn duy nhất. Một trong những mục tiêu mà Chiến lược đề ra
là đến 2050, Hàn Quốc sẽ hoàn toàn không bị phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và
giải pháp chính là tăng cường năng lượng hạt nhân, phát triển năng lượng tái tạo. Năng
lượng sinh học đang được tích cực nghiên cứu, phát triển ở đất nước này với mục tiêu
đến năm 2030 năng lượng tái tạo sẽ đạt 11%, trong đó năng lượng từ sinh khối sẽ đạt
7,12%. Ngoài các công nghệ chế tạo bioga thông thường như từ sinh khối, từ chất thải
chăn nuôi, Hàn Quốc đang tích cực phát triển bioga từ bùn thải. Theo tính toán của các
nhà khoa học thì cứ 100kg COD bùn thải (từ hệ thống xử lý nước thải) khi đi vào bể
yếm khí sẽ cho ra 40-45m3 khí mê-tan, 5kg bùn và nước thải có chứa 10-20kg COD.
Ở Nhật Bản, Chính phủ đã ban hành Chiến lược năng lượng sinh khối (Nippon
Biomas Strategy) từ năm 2003 và hiện nay đang tích cực thực hiện Dự án phát triển
các đô thị sinh khối (biomass town) và đã có 208 đô thị đạt danh hiệu này, mục tiêu
đến 2010 sẽ đạt 300 thành phố/đô thị.
Ở Đức, Luật Năng lượng tái tạo có hiệu lực từ năm 2000, đã đưa ra cơ chế
khuyến khích ưu tiên phát lên lưới điện quốc gia những nguồn điện từ năng lượng tái
tạo (mặt trời, gió, thuỷ điện, sinh khối và địa nhiệt). Sản xuất điện từ bioga từ sinh
khối hiện nay đang rất phát triển với số lượng nhà máy đã đạt tới 4600 nhà máy với
tổng công suất 1700MW năm 2009, và dự kiến sẽ tăng lên 5400 nhà máy năm 2015.
Tương tự, ở Trung Quốc đã có Luật năng lượng tái tạo và hiện nay đã có hơn 80
nhà máy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy. Tiềm năng là
có thể đạt được 30GW điện từ loại hình năng lượng này và Chính phủ hiện đang thúc
đẩy hợp tác, mời gọi đầu tư. Việc nghiên cứu phát triển bioga để chạy máy phát điện
từ bùn thải từ các trạm xử lý nước thải cũng đang được thực hiện. Đây là một hoạt
động rất có tiềm năng vì hiện nay trên toàn Trung Quốc đã có đến 1521 nhà máy xử lý
Trang 5
nước thải được xây dựng tính đến năm 2008 và sẽ tiếp tục tăng, với tỷ lệ nước thải
được xử lý là 28% (1999), 63% (2008) và 70% (dự kiến 2010).
Ở Canada, trường đại học Lakehead hiện đang nghiên cứu chế tạo dầu sinh học
thông qua việc hoá lỏng các loại sinh khối, chất thải trong nông nghiệp như phần thải
từ cây lúa mì, ngô, v.v Theo đó, qua một quá trình thuỷ phân dưới điều kiện nhiệt độ

và áp suất cao từ các loại sinh khối này sẽ thu được dầu sinh học (bio-crude oil) có thể
dùng để phát triển biodiesel sau này. Một hướng nghiên cứu khác là thay thế ethanol
bằng butanol sinh học bởi nó cung cấp nhiều năng lượng hơn khi cùng một đơn vị thể
tích. Một số trường đại học, viện nghiên cứu ở Mỹ và Hàn Quốc đã nghiên cứu để chế
tạo butanol sinh học từ các loại sinh khối.
Chính phủ Thái Lan đề ra mục tiêu năng lượng tái tạo đạt 20% trên tổng năng
lượng tiêu thụ vào năm 2022. Thái Lan đã bãi bỏ việc sử dụng dầu diesel 100% từ
2008, thay vào đó là B2 và dự kiến đến năm 2011 sẽ chuyển sang B5. Biodiesel chủ
yếu được sản xuất từ dầu cọ (palm oil) với tổng khối lượng là 1,3 triệu tấn
biodiesel/ngày (2008) và dự kiến đến 2022, số lượng này sẽ là 4,5 triệu lít/ngày. Thái
Lan cũng tích cực thức đẩy việc thu mua, tái chế các loại dầu ăn thải bỏ sau sử dụng từ
các cơ sở công nghiệp thực phẩm, từ các nhà hàng, khách sạn, các hộ gia đình để sản
xuất thức ăn gia súc và chế biến biodiesel.
Ở Phillipine, Luật nhiên liệu sinh học (Biofuel Act) được ban hành từ năm 2006
với mục tiêu giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch. Hiện nay việc sản xuất B2
và E5 là bắt buộc đối với các nhà sản xuất, phân phối nhiên liệu ở Phillipine.
Trang 6
Hình 1.2. Các dự án nhiên liệu sinh học từ nguyên liệu cellulose trên thế giới đến đến
tháng 7 năm 2008
Malaysia và Indonesia là hai quốc gia sản xuất dầu cọ lớn nhất thế giới, riêng
sản lượng của Malaysia là 15,8 triệu tấn (2008) và việc sản xuất dầu biodiesel đã được
thực hiện từ 20 năm nay, mặc dù Luật công nghiệp nhiên liệu sinh học mới được ban
hành gần đây (2007). Indonesia, ngoài sản xuất biodiesel từ dầu cọ, hiện cũng đang
thúc đẩy thực hiện Dự án làng tự cung cấp về năng lượng theo đó khuyến khích phát
triển năng lượng từ sinh khối như chất thải vật nuôi, chất thải của sản xuất cacao,
v.v… Ngoài dầu cọ, Indonesia đang phát triển mạnh cây cọc rào (jatropha) để sản xuất
diesel sinh học.
1.2 Phát triển năng lượng sinh học ở Việt Nam
Năng lượng sinh học phải là một thế mạnh của Việt Nam khi mà nước ta chủ yếu
vẫn là một đất nước nông nghiệp, có nhiều lọai sinh khối, có điều kiện khí hậu để phát

triển nhiều loại cây làm nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học. Bioga đã được phát triển
từ lâu và hiện nay đã được phổ biến rộng rãi trên cả nước. Chương trình khí bioga do
Bộ NN&PTNT thực hiện đã đạt được số lượng hàng chục nghìn hầm, trong tương lai
Trang 7
gần số lượng này sẽ đạt đến hàng trăm nghìn hầm, và đã đạt giải thưởng về năng lượng
ở Bỉ năm 2006. Chương trình này đã và đang cải thiện chất lượng môi trường nông
thôn, đồng thời cung cấp năng lượng cho nhiều hộ gia đình. Vấn đề tiếp theo là phải
tăng cường, hoàn thiện kỹ thuật, nâng cấp qui mô, tận dụng hiệu quả nguồn bioga để
phát triển loại hình năng lượng này.
Về nhiên liệu sinh học, nước ta hiện nay mới đang ở giai đoạn đầu của sự phát
triển, cụ thể là mới chỉ dừng ở hoạt động nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm. Trên thị
trường Hà Nội và TP HCM hiện đang phân phối thí điểm loại xăng gasohol E5. Một
số cơ sở đã sản xuất ethanol sinh học để phục vụ việc chế tạo xăng sinh học song quy
mô còn nhỏ. Mới đây 2 nhà máy sản xuất ethanol sinh học ở Phú Thọ và Dung Quất,
công suất 100.000 tấn ethanol/năm đã được Petro Việt Nam (PVN) xây dựng, dự kiến
sẽ đi vào sản xuất từ năm 2010. PVN cũng đang xây dựng dự án nhà máy thứ 3, liên
doanh với công ty Itochu (Nhật Bản), dự kiến sẽ được khởi công xây dựng năm 2010
tại tỉnh Bình Thuận.
Về chính sách pháp luật, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chương trình phát
triển nhiên liệu sinh học đến 2015, tầm nhìn đến 2025 theo Quyết định số
177/2007/QĐ-TTg, theo đó: đến 2010 sẽ sản xuất được 100.000 tấn xăng E5, 50.000
tấn B5, đạt 0,4% nhu cầu; đến 2015 đạt 5 triệu tấn E5 và B5, đạt 1%; năm 2025 tổng
xăng và dầu sinh học sẽ đạt 5% nhu cầu xăng dầu cả nước. Thực hiện Quyết định này
hiện nay Bộ Công Thương đang trực tiếp thực hiện những đề tài, dự án cụ thể nhằm
thúc đẩy công nghệ nhiên liệu sinh học. Bộ NN&PTNT cũng đã xây dựng đề án phát
triển cây cọc rào (jatropha) để làm nguyên liệu cho phát triển nhiên liệu sinh học. Nhìn
ra các nước trong khu vực, nói chung, chúng ta đang đi sau với khoảng cách khá xa về
lĩnh vực này.
CÁC NGUỒN NGUYÊN LIỆU CHO NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
Năng lượng sinh học có thể lấy nguồn nguyên liệu từ nguồn thải từ các hoạt động

sản xuất công nghiệp nói chung trên thế giới như:
Whey có thành phần gồm đường đôi và protein (từ công nghiệp chế biến sữa)
Mật rỉ đường, bã mía có thành phần là các đường đôi và polysaccharides (từ công
nghiệp mía đường)
Trang 8
Mùn gỗ, bùn thải có thành phần là các loại cellulose, lignocellulose và lignin (từ công
nghiệp giấy và chế biến gỗ)
Rơm rạ và các nguồn thải khác chứa disaccharides, Polysaccharides, lipid (từ các
ngành nông nghiệp trồng lúa, sản xuất dầu cọ, dầu olive …)
Các chất béo: mỡ cá từ các nhà máy chế biến thủy sản
Các loại rượu (metanol, glycerol) và lipid (từ công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh
học)
Bột thịt, bột xương có thành phần là protein, lipid (từ công nghiệp giết mổ)
Ở Việt Nam, theo thống kê năm 2000, các nguồn sinh khối lớn nhất là rơm, gỗ đốt,
xơ và lá dừa, trấu, vỏ bắp, rác thải rắn, bã mía (Bảng 4.1).
Bảng 4.1. Các nguồn biomass chính ở Việt Nam năm 2000
STT Các nguồn sinh khối
Lượng
(triệu tấn)
Năng lượng
chứa đựng (GJ)
Tỉ trọng
1 Rơm 61.900 866.600 60.1%
2 Gỗ đốt 12.400 186.000 12.9%
3 Xơ và lá dừa 5.800 104.400 7.2%
4 Trấu 5.600 63.840 4.4%
5 Vỏ bắp 4.800 60.000 4.2%
6 Rác thải rắn 0.015 57.000 4.0%
7 Bã mía 5.000 36.050 2.5%
8 Gỗ từ nhà máy cưa 3.100 35.960 2.5%

9 Phế phẩm cây mía 1.500 18.750 1.3%
10 Bã khoai mì 0.600 7.500 0.5%
11 Vỏ hạt café 0.300 4.670 0.3%
12 Vỏ đậu 0.100 1.250 0.1%
Tổng cộng 101.115 1442.020 100.0%
Trang 9
Hình 4.1. Các loại biomass ở Việt Nam năm 2000
Các nguồn nguyên liệu cho năng lượng sinh học chính ở Việt Nam gồm:
Bã mía: hiện nay mỗi năm có khoảng 1,3 triệu tấn đường được sản xuất (quy mô công
nghiệp và dân tự chế biến), ứng với 3 triệu tấn bã mía thải/năm. Đây là nguồn nguyên
liệu rất tiềm năng cho sản xuất năng lượng sinh học.
Rơm rạ: Việt Nam tiêu thụ hàng năm khoảng 18 triệu tấn gạo, tương ứng với 18 triệu
tấn rơm rạ/năm.
Các nguồn biomass còn lại như trấu các loại nguồn thải có hàm lượng cellulose còn
chiếm một số lượng lớn
Ngoài ra, VN cũng là một nước xuất khẩu thủy sản, nhất là các loại phile cá tra,
basa đặc thù loại hình này thải ra một lượng lớn mỡ thải gây ảnh hưởng trong các
hệ thống xử lý nước thải. Việc tận dụng nguồn thải này để sản xuất năng lượng sinh
học như Biodiesel là điều hợp lý và nên làm, đem lại giá trị kinh tế và môi trường cao.
Trang 10
NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA
Hình 5.1. Sơ đồ chuyển hóa nguồn thải từ hoạt động sản xuất thành các dạng năng
lượng sinh học
5.1. Sản xuất ethanol từ các nguồn biomass khác nhau
Dưới đây là quy trình chung để sản xuất ethanol từ nguồn nguyên liệu chứa
cellulose. Vì bản chất thực vật hệ thống lignocelluloses liên kết chặt chẽ với nhau tạo
thành lớp vỏ của tế bào thực vật. Việc chúng ta chỉ tận dùng nguồn cellulose yêu cầu
một quá trình tiền xử lý hiệu quả.
Trang 11
Nguồn chứa

cellulose
Tiền xử lý
Thủy phân
cellulose
Hỗn hợp đường
Lên men
đường
Ethanol
thô
Chế phẩm
vi sinh
Xử lý
lignin
Hình 5.2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất ethanol từ các nguồn chứa cellulose
Thuyết minh quy trình:
Thành phần hữu ích nhất của nguyên liệu đối với mục đích sinh học là
cellulose. Hiệu quả của các quá trình thủy phân cellulose phụ thuộc nhiều vào độ mẫn
cảm của nó đối với tác nhân thủy phân. Trong tự nhiên cellulose rất khó phân hủy vì
phân tử của nó rất
lớn độ kết tinh cao và nó liên kết chặt chẽ với lignin vì vậy việc xử lý sơ bộ là cần
thiết.
Trang 12
Phương pháp cổ điển là xử lý bằng kiềm dựa trên tác dụng kiềm hòa tan Lignin,
kỹ thuật đơn giản chỉ việc ngâm bã mía trong dung dịch NaOH 1,5% ở nhiệt độ
thường sau 24h lọc rửa lấy cellulose. Na
2
CO
3
, NaOCl, acid peracetic… cũng là tác
nhân khử Lignin mạnh. Phương pháp cắt, nghiền … tuy không làm giảm lượng Lignin

nhưng sẽ làm tăng tiếp xúc bề mặt của cơ chất, góp phần làm yếu đi liên kết Lignin-
cellulose, giảm độ polyme hóa, độ kết tinh của của cellulose do đó làm tăng độ thủy
phân. Hiện nay phương pháp nổ hơi nước ở áp suất cao được áp dụng trong quá trình
tiền xử lý mang lại hiệu quả cao và có thể áp dụng ở quy mô công nghiệp.
Ngoài ra, phương pháp sinh học như sử dụng enzyme lignase cũng mang lại
hiệu quả cao, an toàn thân thiện với môi trường nhưng yêu cầu thời gian dài, chi phí
cao.
Sau khi xử lý sơ bộ lignin ta tiến hành
bổ sung chế phẩm vi sinh cellulase để
thủy phân cellulose, việc cắt nhỏ cellulose sẽ tạo ra sản phẩm chính là glucose, và
đó chính là nguồn cơ chất để vi sinh vật tiếp tục lên men tạo thành ethanol ở dạng
thô. Tiếp tục chưng cất ta sẽ thu được ethanol tinh.
5.2. Sản xuất biodiesel từ các nguồn mỡ cá
Biodiesel được sản xuất trên quy mô công nghiệp ở nhiều nước trên thế giới,
trong đó, một số nhà sản xuất quan tâm và thu hồi những sản phẩm phụ có ích trong
nước thải như glycerine, methanol dư, và muối. Nhìn chung, một quy trình công nghệ
sản xuất Biodiesel được mô tả như trong hình 5.3.
Trang 13
Hình 5.3. Quy trình công nghệ sản xuất Biodiesel
Thuyết minh:
- Dầu mỡ ĐTV được làm nóng dần lên đến 60
0
C, cho vào lò phản ứng. Alcohol
và xúc tác được trộn với nhau theo 1 tỷ lệ xác định (tính theo % lượng dầu mỡ
phản ứng), sau đó cho vào lò phản ứng.
- Tại lò phản ứng, hỗn hợp dầu mỡ, alcohol và xúc tác được khuấy trộn để phản
ứng chuyển hóa ester xảy ra, thời gian khuấy là 30 phút, sau đó để lắng trong
thời gian 1 – 2 ngày, để quá trình tách 2 pha ester và glycerine diễn ra, thời gian
lắng càng lâu càng cho sản phẩn ester có chất lượng tốt. Hoặc có thể bơm dung
dịch sau phản ứng sang 1 bể lắng khác, kết hợp với thiết bị ly tâm để tăng tốc

quá trình tách pha ester và glycerine.
- Sau khi tách, pha ester được trung hòa, rửa nước và chưng cất để loại bỏ
alcohol dư, glycerine lẫn và một số thành phần khác trong pha ester (nếu có).
Cuối cùng ester được làm khô thu được sản phẩm cuối cùng có tính chất tương
tự dầu Diesel và có thể sử dụng như một loại nhiên liệu thay cho dầu Diesel,
gọi là Biodiesel.
- Pha glycerine được phản ứng để thu hồi alcohol dư cấp lại cho quá trình phản
ứng và thu hồi glycerine ứng dụng cho các ngành công nghiệp khác.
Trong quy trình sản xuất trên, điều kiện của lò phản ứng là 60
0
C, áp suất khí
quyển; nhưng để thu được sản phẩm tinh khiết và hiệu suất cao thì cần chú ý đến
lượng chất phản ứng và xúc tác thêm vào.
 Đối với Dầu, mỡ (triglyceride):
- Nguồn nguyên liệu này có thể là dầu từ các loại thực vật (đậu nành, lạc, cọ,
nho, tảo…) hay mỡ động vật (mỡ cá, gia cầm, heo, bò…) hay dầu mỡ đã
qua sử dụng chiên xào, dầu mỡ thực phẩm dư thừa… Chúng bao gồm
triglyceride và lượng axit béo tự do.
- Cần xem xét hàm lượng axit béo có lẫn trong dầu mỡ ban đầu, vì chúng
quyết định đến quy trình công nghệ sản xuất biodiesel và chất lượng sản
phẩm. Nếu hàm lượng axit béo lớn (> 5% về khối lượng so với triglyceride)
thì khả năng xà phòng hóa xảy ra cao khi dùng xúc tác kiềm, khi đó làm
Trang 14
giảm hiệu xuất tạo sản phẩm Biodiesel và có tác động làm chậm quá trình
tách pha Biodiesel và glycerine do nhủ tương của xà phòng.
- Trong trường hợp này, cần xử lý mẫu dầu mỡ trước khi sản xuất theo quy
trình trên. Cách xử lý mẫu là axit hóa mẫu với Alcohol, chuyển toàn bộ axit
béo tự do về dạng ester với Alcohol, để giảm lượng axit béo xuống dưới
mức 2%, khi đó có thể áp dụng quy trình trên để thu được Biodiesel hiệu
suất cao.

 Đối với Alcohol:
- Ở một số công nghệ khác, có thể sử dụng Ethanol, Propanol thay cho
Methanol, tuy nhiên Methanol là lựa chọn tốt nhất cho quy trình sản xuất
biodiesel vì giá thành thấp và khả năng tạo ester với axit béo dễ hơn Ethanol
hay Propanol.
- Lượng Methanol cho vào thường được lấy dư để phản ứng xảy ra hoàn toàn
và cho sản phẩm Ester với hiệu quả cao. Lượng Methanol được tính dư như
sau:
 Theo phản ứng chuyển hóa ester trình bày ở hình 1.1, tỉ lệ Mole các
chất tham gia phản ứng là:
1Trigryceride + 3Methanol  3Ester + 1Glycerine
 Tuy nhiên, để đảm bảo phản ứng xảy ra hoàn toàn, Methanol được lấy
dư so với lượng cần phản ứng, thường là gấp đôi, nghĩa là
Triglyceride:Methanol là 1:6.
 Đối với xúc tác:
- Xúc tác thường dùng là kiềm NaOH hoặc KOH, tuy nhiên KOH có tính xúc
tác mạnh hơn NaOH. Xét trường hợp nước thải được tận dụng để thu hồi
các sản phẩm phụ có ích thì lượng muối Kali thu được có thể dùng làm phân
bón.
- Lượng xúc tác cần cho vào phản ứng được tính bằng 0,3 – 1,5% khối lượng
dầu mỡ nguyên liệu.
Trang 15
NHỮNG LỢI ÍCH CỦA NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
Các lợi ích khi phát triển năng lượng sinh học có thể tóm tắt như sau:
Giảm thiểu ô nhiễm và khí nhà kính: 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

o
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 21, nhiệt độ
trái đất nóng thêm 2-4
o
C, gây ra hậu quả khôn lường về môi trường sống. Sử dụng
năng lượng sinh học giảm được 70% khí CO
2
và 30% khí độc hại so với xăng dầu
khoáng, do năng lượng sinh học chứa một lượng cực nhỏ lưu huỳnh, chứa 11% oxy,
nên cháy sạch hơn. Ngoài ra, năng lượng sinh học có khả năng phân huỷ sinh học
nhanh, ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất.
Góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp: 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 hại. Đặc biệt, khi phát triển năng lượng sinh học có thể sử dụng các
giống cây có dầu, chẳng hạn như J. Curcas trồng trên các vùng đất hoang hoá hoặc
đang sử dụng kém hiệu quả, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng đất.
Đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia: Phát triển năng lượng sinh học dựa vào các
nguồn sinh khối trong nước, giúp giảm lệ thuộc vào các nguồn năng lượng nhập ngoại,
và là cơ sở để đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.
Đảm bảo sức khỏe cộng đồng: Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng sạch, thân
thiện với môi trường, do đó nó cũng là yếu tố đảm bảo sức khỏe cộng đồng.
Tăng khả năng cạnh tranh.
Giúp đa dạng hóa và phát triển bền vững các ngành nông nghiệp trong nước đồng thời
giảm phụ thuộc vào thị trường xuất khẩu
 Một số phân tích về kỹ thuật và kinh tế nhiên liệu sinh học như sau
Sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học đơn giản hơn so với các dạng nhiên
liệu hyđrô /pin nhiên liệu, LPG.
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.
Nhiên liệu sinh học và nhiên liệu khoáng có thể dùng lẫn với nhau được.
Trang 16
Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học 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.
Nhiều công trình nghiên cứu về cân bằng năng lượng đã cho thấy: Từ 1 đơn vị
năng lượng dầu mỏ sản xuất được 0, 87 đơn vị năng lượng xăng, hoặc 1, 02 đơn
vị năng lượng ETBE, hoặc 2, 05 đơn vị năng lượng ethanol. Từ 1 đơn vị năng
lượng dầu mỏ (dùng để cày bừa, trồng trọt, chăm sóc, vận chuyển đến chế biến)
sẽ tạo ra 1, 2 đơn vị năng lượng nhiên liệu sinh học. Nếu kể thêm các sản phẩm
phụ (bã thải, sản phẩm phụ) thì tạo ra 2-3 đơn vị năng lượng sinh học. Như vậy,
cân bằng năng lượng đầu ra so với đầu vào là dương.
Hiện tại, giá nhiên liệu sinh học còn cao do sản xuất nhỏ, giá nguyên liệu cao. Khi
sản xuất quy mô lớn với công nghệ mới sẽ giảm giá thành. Nếu xăng dầu không bù giá
thì nhiên liệu sinh học có giá thành thấp hơn.
TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI
Hiện nay có khoảng 50 nước ở khắp các châu lục khai thác và sử dụng năng
lượng sinh học ở các mức độ khác nhau. năng lượng sinh học được hiểu là nhiên liệu
tái tạo (Renewable Fuel) được sản xuất từ nguyên liệu sinh học - sinh khối. năng lượng
sinh học dùng làm nhiêu liệu cho ngành giao thông bao gồm: Dầu thực vật sạch,
ethanol, 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 ethanol (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.
Brasil là quốc gia
đầu tiên sử dụng ethanol
làm nhiên liệu ở quy mô
công nghiệp từ năm 1970.

Tất cả các loại xăng ở
quốc gia này đều pha
khoảng 25% ethanol
(E25), mỗi năm tiết kiệm
Trang 17
được trên 2 tỷ USD do không phải nhập dầu mỏ. Hiện tại, ở nước này có 3 triệu ôtô sử
dụng hoàn toàn ethanol và trên 17 triệu ôtô sử dụng E25. Thành công này bắt nguồn từ
chương trình Proalcool của Chính phủ được thực thi từ năm 1975, chương trình này đã
trở thành mẫu hình cho nhiều quốc gia khác tham khảo.
Mỹ hiện là quốc gia sản xuất ethanol lớn nhất thế giới (năm 2006 đạt gần 19 tỷ
lít, trong đó 15 tỷ lít dùng làm nhiên liệu - chiếm khoảng 3% thị trường xăng). Năm
2012 sẽ cung cấp trên 28 tỷ lít ethanol và diesel sinh học, chiếm 3,5% lượng xăng dầu
sử dụng. Để khuyến khích sử dụng nhiêu liệu sạch, Chính phủ đã thực hiện việc giảm
thuế 0,50 USD/gallon ethanol và 1 USD /gallon diesel sinh học, hỗ trợ các doanh
nghiệp nhỏ sản xuất năng lượng sinh học. Người đứng đầu Nhà trắng đã tuyên bố sẽ
đưa nước Mỹ thoát khỏi sự phụ thuộc dầu mỏ từ nước ngoài, bằng cách đầu tư lớn cho
R &D để tạo công nghệ mới sản xuất năng lượng sạch và năng lượng sinh học.
Trung Quốc mỗi ngày sử dụng 2,4-2, 5 triệu thùng dầu mỷ, trong số đó có tới
50% phải nhập khẩu. Để đối phó với sự thiếu hụt năng lượng, một mặt Trung Quốc
đầu tư lớn ra ngoài lãnh thổ để khai thác dầu mỏ, mặt khác tập trung khai thác, sử
dụng năng lượng tái tạo, đầu tư để nhiều cơ sở khoa học nghiên cứu về năng lượng
sinh học. Đầu năm 2003, xăng E10 (10% ethanol và 90% xăng) đã chính thức được sử
dụng ở 5 thành phố lớn và sắp tới sẽ mở rộng thêm tại 9 tỉnh đông dân cư khác. Dự
kiến, ethanol nhiêu liệu sẽ tăng trên 2 tỷ lít vào năm 2010, khoảng 10 tỷ lít vào năm
2020 (năm 2005 là 1, 2 tỷ lít). Cuối năm 2005, nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu
công suất 600.000 tấn /năm (lớn nhất thế giới) đã đi vào hoạt động tại Cát Lâm. Tháng
6.2006, Quốc hội Trung Quốc đã thông qua Chiến lược phát triển kinh tế - xã hội,
công nghiệp hoá thân thiện môi trường.
Ấn Độ hiện tiêu
thụ khoảng 2 triệu thùng

dầu mỏ /ngày nhưng có
tới 70% phải nhập khẩu.
Chính phủ đã có kế
hoạch đầu tư 4 tỷ USD
cho phát triển nhiên liệu
tái tạo, mỗi năm sản
Trang 18
xuất khoảng 3 tỷ lít ethanol. Từ tháng 1.2003, 9 bang và 4 tiểu vùng đã sử dụng xăng
E5, thời gian tới sẽ sử dụng ở các bang còn lại, sau đó sử dụng trong cả nước. Để phát
triển diesel sinh học dùng cho giao thông công cộng, Chính phủ có kế hoạch trồng các
cây có dầu, đặc biệt là dự án trồng 13 triệu hécta cây Jatropha curcas /physic nut (cây
cọc rào, cây dầu mè) để năm 2010 thay thế khoảng 10% diesel dầu mỏ.
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 ethanol và diesel sinh
học từ dầu cọ. Năm 2001, nước này đã thành lập ủy ban ethanol nhiên liệu quốc gia
(NEC) do Bộ trưởng Công nghiệp phụ trách để điều hành chương trình phát triển năng
lượng sinh học. Năm 2003, đã có hàng chục trạm phân phối xăng E10 ở Băngcốc và
vùng phụ cận. Chính phủ khẳng định E10 và B10 sẽ được sử dụng trong cả nước vào
đầu thập kỷ tới.
Ủy ban dầu cọ Malaixia (MPOB) cho biết, từ nay đến năm 2015 sẽ có 5 nhà máy
sản xuất diesel sinh học từ dầu cọ, với tổng công suất gần 1 triệu tấn để sử dụng trong
nước và xuất khẩu sang EU. Inđônêxia phấn đấu đến năm 2015 sẽ sử dụng B5 đại trà
trong cả nước. Ngoài dầu cọ, sẽ đầu tư trồng 10 triệu ha cây J.Curcas lấy dầu làm
diesel sinh học. Mêhicô có chiến lược phát triển cây dầu cọ và J.Curcas để cung cấp
diesel sinh học dùng cho vận tải công cộng ở thủ đô và vùng nông thôn. Côlômbia đã
ban hành đạo luật bắt buộc các đô thị trên 500 ngàn dân phải sử dụng E10. Achentina
đã phê duyệt Luật năng lượng sinh học (tháng 4.2006) quy định năm 2010 các nhà
máy lọc dầu pha 5% ethanol và 5% diesel sinh học trong xăng dầu để bán trên thị
trường. Costa Rica, Philipin đều có lộ trình sử dụng diesel sinh học từ dầu cọ, dầu
dừa. Các quốc gia thuộc châu âu đều có chương trình năng lượng sinh học như: Đức,

Anh, Pháp, Tây Ban Nha, Italia, Hà Lan, Thụy Điển, Bồ Đào Nha, Thụy Sĩ, áo,
Bungari, Ba Lan, Hungari, Ucraina, Belarus, Nga, Slôvakia Ngay tại Lào cũng
đang xây dựng nhà máy sản xuất diesel sinh học ở ngoại ô thủ đô Viên Chăn. Một số
nước châu Phi như Gana, Tanjania cũng đang tiếp cận đến năng lượng sinh học.
Trang 19
Hình 4.1 Nhà máy chế biến nhiên liệu sinh học của Nhật Bản
sử dụng nguồn sinh khối từ chất thải ngành Gỗ
Hình 4.1 Nhà máy sản xuất cồn ở New Zealand
Trang 20
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ VIỆT NAM
1.3 Tình hình nghiên cứu và phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam
Ngày 6/4/2005, Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM đã đồng ý hỗ trợ 30,000
USD như là kinh phí ban đầu cho nhóm nghiên cứu đề tài nghiên cứu khoa học trong
lĩnh vực Biomass giai đoạn 2005 - 2007.
Nhóm nghiên cứu đề tài Biomass, xử lý phế phẩm nông nghiệp, do TS. Phan
Đình Tuấn, trường đại học Bách khoa TP.HCM phụ trách. Biomass là đề tài của
nghiên cứu công nghệ xử lý các phế phẩm trong sản xuất nông nghiệp như rơm, rạ,
trấu… nhằm sản xuất bioethanol (cồn nguyên liệu), tiến tới xây dựng mô hình “Thị
trấn Biomass” tại xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi, TP.HCM.
Trung tâm khuyến công tỉnh Đồng Nai phối hợp với Đại học Nông Lâm TP.
HCM vừa chuyển giao công nghệ sản xuất bioethanol từ trái điều phế phẩm cho 120
hộ trồng điều ở huyện Cẩm Mỹ để sản xuất bioethanol. Theo công nghệ này, mỗi tấn
trái điều sau khi lấy hạt đưa vào xử lý chưng cất sẽ thu được 80 lít bioethanol 80 độ.
Trong khoảng thời gian tháng 04/2007 – tháng 12/2009, PGS.TS Vũ Nguyên
Thành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất
bioethanol nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp (biomass)” với mục tiêu thiết kế
được quy trình công nghệ sản xuất bioethanol nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp
(rơm rạ, lõi ngô, thân gỗ, bã mía…) và mô hình hệ thống thiết bị sản xuất bioethanol
nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp nhằm triển khai áp dụng tại các cơ sở sản
xuất.

Nhà máy sản xuất bioethanol đang xây dựng tại tỉnh Bình Phước với công suất
hàng năm khoảng 100,000 m
3
. Nguồn nguyên liệu sản xuất từ sắn lát và tinh bột. Sản
phẩm thu được với độ tinh khiết 99.8% (thể tích). Nhà máy được đầu tư bởi liên doanh
giữa PVOil và ITOCHU, hình thành Công ty TNHH Nhiên liệu Sinh học Phương
Đông (OBF). Hiện tại, nhà đầu tư đang tiến hành nghiên cứu tính khả thi của dự án.
Nhà máy sản xuất bioethanol tại khu kinh tế Dung Quất sẽ được đầu tư xây dựng
bởi Tổng công ty dịch vụ dầu khí (Petrosetco), BSR, PVFC hình thành Công ty cổ
phần Nhiên liệu sinh học Dầu khí Việt Nam (PCB). Nhà máy được xây dựng trên diện
tích từ 30 – 50 ha, sản xuất bioethanol 99.8% (thể tích), công suất 100,000 m
3
/năm với
nguồn nguyên liệu sắn lát. Nhà máy dự kiến xây dựng vào cuối năm 2010.
Trang 21
PVB (Công ty Cổ phần Hóa dầu và Nhiên liệu sinh học Dầu khí) đã đầu tư xây
dựng nhà máy sản xuất bioethanol tại tỉnh Phú Thọ (cách Hà Nội khoảng 80 Km).
Tổng vốn đầu tư khoảng 80 triệu USD. Công suất nhà máy khoảng 100,000 m
3
bioethanol/năm. Nguồn nguyên liệu nhà máy chủ yếu là từ sắn lát và cây mía. Dự án
mong chờ đi vào hoạt động khoảng giữa năm 2011
Công ty cổ phần Đồng Xanh (GFC) đã đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất
bioethanol tại xã Đại Tân, huyện Đại Lộc, Quảng Nam từ nguồn nguyên liệu chủ yếu
từ củ khoai mì (sắn) và tinh bột. Nhà máy sản xuất bioethanol với độ tinh khiết 99.8%
(thể tích), có công suất chạy thử khoảng 50 triệu lít/năm. Sau đó, tiến hành mở rộng và
dự kiến công suất đạt khoảng 100 triệu lít/năm. Sau hơn hai năm thi công, ngày
02/9/2009 Công ty cổ phần Đồng Xanh đã đi vào hoạt động
1.4 Những hạn chế trong việc phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam
Năng lượng sinh học chưa phát triển được ở nước ta do một số nguyên nhân sau:
Nguồn nguyên liệu còn hạn chế do phải dành đất đai để đảm bảo an ninh lương thực,

trồng rừng bảo hộ và nguyên liệu cho công nghiệp; công nghệ hiện tại chưa đảm bảo
năng suất cây trồng cao. Nếu phát triển ồ ạt, không tính toán sẽ ảnh hưởng đến an
ninh lương thực và diện tích rừng.
Công nghệ sản xuất năng lượng sinh học hiện tại (thế hệ thứ nhất) dùng nguyên liệu
là tinh bột ngũ cốc, mật rỉ đường để sản xuất ethanol và dùng dầu mỡ động thực vật
để sản xuất diesel sinh học, số lượng còn hạn chế và có giá thành cao. Công nghệ mới
(thế hệ thứ hai) để sản xuất ethanol, diesel sinh học từ phế thải công - nông - lâm
nghiệp (ligno-cellulosic bio mass) mới thành công ở mô hình trình diễn, quy mô nhỏ,
cần 5-7 năm nữa mới có thể áp dụng ở quy mô công nghiệp với giá thành hạ, sản
lượng lớn.
Năng lượng sinh học mới phát triển, chưa có đầu tư thích đáng, chưa sánh được với
lịch sử hàng trăm năm của công nghiệp dầu mỏ. Muốn khuyến cáo sử dụng NLSH cần
phải trợ giá, hoặc có chính sách khuyến khích ban đầu, hoặc bắt buộc như quy định
các đô thị trên 500 ngàn dân phải sử dụng nhiên liệu sạch.
Chưa có cơ chế, chính sách ưu đãi cho các nhà đầu tư phát triển vùng nguyên liệu,
sản xuất và phân phối năng lượng sinh học.
Trang 22
Trong thời gian tới, cần có những chính sách, biện pháp tháo bỏ rào cản:
Trước hết, cần có thể chế khung chính sách đầu tư năng lượng, nhất là năng lượng
sạch. Để có cơ sở pháp lý đầu tư cho năng lương lâu dài, Chính phủ cần sớm phê
duyệt “Chính sách an ninh năng lượng quốc gia”, “Đề án phát triển Năng lượng sinh
học” và lộ trình thực hiện. Quốc hội sớm ban hành Luật Năng lượng, trong đó đề cập
đến năng lượng tái tạo. Bộ KH &CN cần sớm xây dựng “Chương trình KH &CN quốc
gia về Năng lượng sinh học” để trình Chính phủ phê duyệt.
Sớm ban hành tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm để các doanh nghiệp ổn định sản xuất,
phân phối sản phẩm và giúp các cơ quan quản lý giám sát chất lượng sản phẩm trong
sản xuất và lưu thông trên thị trường. Ban hành cơ chế, chính sách hỗ trợ nhà đầu tư
phát triển vùng nguyên liệu, sản xuất, phân phối năng lượng sinh học (như ưu đãi tín
dụng, giảm thuế, hỗ trợ R &D, quảng bá ). Đặc biệt, có cơ chế hỗ trợ vay vốn, trợ
giá cho nông dân cung cấp nguyên liệu như các nước đã làm. Quy hoạch vùng nguyên

liệu, cây nguyên liệu chủ lực để đầu tư; xây dựng quy trình canh tác tiên tiến, áp dụng
công nghệ sản xuất mới để nâng cao công suất sản xuất, hạ giá thành năng lượng sinh
học
Xây dựng mô hình đầu tư thấp, phân phối năng lượng sinh học cho đô thị đông dân
cư. Xây dựng mô hình trồng trọt, chế biến, pha chế diesel sinh học cung cấp nhiên liệu
cho máy móc nông nghiệp ở địa phương.
Khi có chủ trương, chính sách, lộ trình cụ thể, với đội ngũ cán bộ KH &CN và trang
thiết bị hiện có, cùng với hợp tác quốc tế, chúng ta hoàn toàn có khả năng phát triển
Năng lượng sinh học trong thời gian tới, thực hiện Tuyên bố APEC 14 mà Việt Nam là
nước chủ nhà về hợp tác năng lượng và phát triển Năng lượng sinh học.
Trang 23
TÀI LIỆU THAM KHẢO
(1) Novel biotechnological processes for production of polymers, chemicals, and
biofuels from waste, Martin Koller, Aid Atlić, Miguel Dias, Angelika Reiterer
and Gerhart Braunegg, Institute of Biotechnology & Biochemical Engineering,
Graz University of Technology; Petersgasse 12, 8010 Graz, Austria
(2) From renewable resources to fine chemicals and bulk products. Brauegg, G.,
Koller, M., Miranda de Sousa Dias, M. Graz University of technology, Institute
of biotechnology and Bioprocess Engineering
(3) Advanced Biofuel Opportunities for Every State: Guidebook of State Policies
Carol Werner Environmental & Energy Study Institute
(4) Green Chemistry Concetto di Bioraffineria, Università degli studi di Modena e
Reggio Emilia Facoltà di Bioscienze e Biotecnologie, Dr. Luca Forti, Laboratorio
di Biocatalisi, Dipartimento di Chimica
(5) Tổng hợp từ Hội thảo về Năng lượng sinh học khu vực APEC, Seoul, Hàn
Quốc, tháng 9/2009
(6) www.eesi.org
(7) www.ecopanelsystems.com
(8) Energy and materials from renewable resources as a precondition for
Sustainable Development, Hans Schnitzer Graz University of Technology,

Joanneum Research
Trang 24