Nghiên cứu thủy phân bã mía đã qua tiền xử lý nhằm mục tiêu sản xuất cồn nhiên liệu

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo
Tiến sĩ Phạm Tuấn Anh – ngƣời đã định hƣớng nghiên cứu, tận tình giúp đỡ em
trong quá trình thực hiện đề tài này, cùng các ban lãnh đạo Viện công nghệ sinh học
và Công nghệ thực phẩm, Trung tâm nghiên cứu và phát triển sinh học, Bộ môn
Công nghệ Sinh học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong quá trình học
tập và hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn Phó giáo sƣ – Tiến sĩ Tô Kim Anh, ngƣời đã hỗ
trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình tiến hành thí nghiệm.
Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới anh Ngô Duy Sạ, ngƣời đang
làm nghiên cứu sinh đã hỗ trợ và hƣớng dẫn em trong quá trình tiến hành thí
nghiệm, thạc sĩ Cao Xuân Bách, ngƣời đã chỉ bảo tận tình, giúp đỡ và hỗ trợ nhiều
về phƣơng pháp thí nghiệm. Và cùng tất cả các thầy cô và cán bộ môn Trung tâm
nghiên cứu và phát triển Công nghệ Sinh học đã tạo mọi điều kiện cho em tiến hành
thí nghiệm và hoàn thành luận văn này.
Em cũng chân thành cảm ơn tới ngƣời thân và bạn bè đã đông viên, giúp đỡ
em rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này.
Hà Nội, tháng 11 năm 2015

PHẠM THỊ PHÚC

i


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Kết quả của luận văn này là kết quả nghiên cứu của tôi được
thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phạm Tuấn Anh, NCS Ngô Duy Sạ
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng sự giúp đỡ của tập thể các cán bộ nghiên
cứu, học viên, sinh viên đang làm việc tại phòng thí nghiệm lên men 309 b1- Trung
tâm nghiên cứu và phát triển sinh học, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ
Thực phẩm
Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải
trên các tác phẩm, tạp chí và trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận
văn.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với sự cam đoan trên.

Hà Nội, ngày 01 tháng 11 năm 2015

Phạm Thị Phúc

PHẠM THỊ PHÚC

ii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... ii
PH L C B NG ............................................................................................... vii

PH L C H NH ................................................................................................. viii
GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 10
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 11
1.1 Giới thiệu về nhiên liệu sinh học .................................................................. 11
1.1.1 Nhiên liệu sinh học............................................................................. 11
1.1.2 Tình hình sản xuất và sử dụng Bioethanol trên thế giới [26] ............ 12
1.1.3 Tình hình sản xuất cồn nhiên liệu tại Việt Nam ................................ 15
1.2 Nguyên liệu lignocelluloses .................................................................. 17
1.2.1 Cấu trúc lignocelluloses ..................................................................... 18
1.2.2. Cellulose ............................................................................................ 18
1.2.3. Hemicellulose .................................................................................... 19
1.2.4. Lignin ................................................................................................ 20
1.2.5. Tro ..................................................................................................... 20
1.2.6. Các yếu tố ảnh hƣởng đến vận tốc phản ứng enzyme ...................... 21
1.3. Bã mía, hiện trạng bã mía tại Việt Nam và ethanol nhiên liệu .................... 23
1.4. Quá trình sản xuất ethanol từ bã mía ........................................................... 26
1.4.1. Tiền xử lý .......................................................................................... 26
1.4.3. Quá trình thủy phân........................................................................... 27
1.4.4. Quá trình lên men. ............................................................................. 34
1.4.5. Quá trình thủy phân và lên men đồng thời........................................ 36
CHƢƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP .............................................. 37
2.1. Vật liệu ......................................................................................................... 37
2.1.1. Bã mía ............................................................................................... 37
2.1.2. Enzyme .............................................................................................. 37

PHẠM THỊ PHÚC

iii

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

2.1.3. Giống nấm men ................................................................................. 37
2.2. Thiết bị và hóa chất thí nghiệm .................................................................... 38
2.2.1. Thiết bị thí nghiệm ............................................................................ 38
2.2.2. Hóa chất thí nghiệm .......................................................................... 39
2.3. Các phƣơng pháp phân tích .......................................................................... 39
2.3.1. Xác định độ ẩm mẫu b ng phƣơng pháp sấy đến trọng lƣợng
không đổi ..................................................................................................... 39
2.3.2. Xác định hàm lƣợng tro b ng phƣơng pháp đốt [6].......................... 39
2.3.3. Phân tích hàm đƣờng trong dung dịch .............................................. 40
2.3.3.1. Phân tích glucose theo phƣơng pháp sử dụng kit Hexokinase ...... 40
2.3.4. Phƣơng pháp đo hoạt độ enzyme ..................................................... 41
2.3.5. Xác định hàm lƣợng ethanol ............................................................. 44
2.4. Trình tự nghiên cứu sản xuất ethanol từ bã mía .......................................... 45
2.4.1. Sơ đồ sản xuất ethanol ................... 45
2.4. 2. Quá trình thủy phân bằng enzyme .......... 45
CHƢƠNG III: KẾT QU VÀ BÀN LUẬN ...................................................... 48
3.1. Phân tích các thành phần lignocellulose ...................................................... 48
3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng bã rắn trong quá trình thủy phân .......... 48
3.3. Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ tới quá trình thủy phân .................................. 50
3.4. Khảo sát quá trình thủy phân b ng phƣơng pháp Fedbatch ở nhiệt độ 50
o

C, 37oC .......................................................................................................... 51

3.5. Khảo sát khả năng lên men của đƣờng thu từ dịch thủy phân ..................... 53
3.7. Khảo sát quá trình thủy phân và lên men đồng thời b ng enzyme và nấm

men ................................................................................................................. 55
CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 58
4.1. Kết luận ........................................................................................................ 58
4.2. Kiến nghị ...................................................................................................... 58

PHẠM THỊ PHÚC

iv


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TÀI LIỆU THAM KH O ................................................................................... 59
PH L C ............................................................................................................ 62

PHẠM THỊ PHÚC

v


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết
tắt
NLSH

FFV

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

Biofuel

Nhiên liệu sinh học

Flex Fuel Vehicles
Tổng công ty dầu

PVT

Việt Nam

EtOH

Ethanol

Etanol

MeOH

Methanol

Metanol

Catalytic domain

Trung tâm xúc tác

Simultaneous hydrolysis and

Thủy phân và lên

fermentation

men đồng thời

CD
SSF

SHF

G6PDH
DNS
NREL

Separate

hydrolysis

and

fermentation

Thủy phân và lên
men riêng lẻ

Glucose-6-phosphate dehydro
genase
Dinitro salycilic
National Renewable Energy
laboratory

ATP

Adenosine triphosphate

CBD

Cellulose binding domain

PHẠM THỊ PHÚC

Trung tâm tạo liên
kết với cellulose

vi


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHỤ LỤC BẢNG

Bảng 1: Thành phần của lignocellulose .................................................................... 17

Bảng 2: Môi trƣờng dinh dƣỡng bổ sung cho nấm nem Saccharomyces cerevisiae
phát triển:................................................................................................................... 37
Bảng 3: Bố trí thí nghiệm .......................................................................................... 46

Bảng 4: Hoạt lực của từng enzyme chính trong chế phẩm NS-22192Error! Bookmark not def

PHẠM THỊ PHÚC

vii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHỤ LỤC H NH
Hình 1: Cấu trúc của lignocelluose ........................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2: Cấu tạo phân tử cellulose (theo J.W.Lengeler và cộng sự) ......................... 19
Hình 3: Cấu trúc của Hemicellulose ......................................................................... 20
Hình 4: nh hƣởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng ............................................. 22
Hình 5:

nh hƣởng của quá trình tiền xử lý đến quy trình biến đổi lignocellulose

thành ethanol ............................................................................................................. 27
Hình 6: Biểu diễn vị trí cắt cellulose của hệ enzyme cellulose ................................ 28
Hình 7: Quá trình tác động của cellobiohydrolase lên đầu vùng liên kết của
cellulose. .................................................................................................................... 31
Hình 8: Quá trình hấp phụ của CBH I không bị ảnh hƣởng của liên kết tĩnh điện
giữa bề mặt cơ chất và enzyme. Ngƣợc lại, CBH II có chịu ảnh hƣởng của lực tĩnh

điện. ........................................................................................................................... 32
Hình 9: Cơ chế tác động hiệp đồng của enzyme exo-endo và endo-endo. Enzyme
endoglucanase tấn công ngẫu nhiên vào cellulose và tạo cơ chất thích hợp cho
enzyme exoglucanase và sau đó khuếch tán nhanh ra khỏi bề mặt. exoglucanse có
thể tấn công từ đầu đƣờng khử và không khử. .......................................................... 33
Hình 10: Quá trình chuyển hóa glucose thàng ethanol ............................................. 34
Hình 11: Giống nấm men Pichia stiptis và Saccharomyces cerevisiae .................... 35
Hình 13: a) Thành phần có trong bã mía trƣớc tiền xử lý ......................................... 48
Hình 14: Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của phần trăm bã rắn trong quá trình thủy
phân ........................................................................................................................... 49
Hình 15: nh hƣởng nhiệt độ tới quá trình thủy phân .............................................. 50
Hình 16: Kết qủa thủy phân sử dụng phƣơng pháp Fedbatch ở 50oC; 37oC ............ 52
Hình 17: Hiệu suất quá trình thủy phân ................................................................... 52

PHẠM THỊ PHÚC

viii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hình 18: So sánh quá trình thủy phân fed-batch và bath .......................................... 53
Hình 19: Mật độ tế bào trong quá trình lên men ....................................................... 54
Hình 20: Hàm lƣợng glucose tiêu thụ trong quá trình lên men ................................ 54
Hình 21: Nồng độ ethanol thu đƣợc trong quá trình lên men ................................... 55
Hình 22 : Kết quả quá trình thủy phân và lên men đồng thời ................................... 56
Hình 23: Nồng độ ethanol thu đƣợc trong quá trình lên men ................................... 57

PHẠM THỊ PHÚC

ix


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

GIỚI THIỆU
Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp truyền thống với nhiều mặt hàng nhƣ lúa,
ngô, khoai, sắn, mía... Bên cạnh lƣợng nông sản đƣợc tạo ra để phục vụ đời sống và
xuất khẩu cùng với đó là các nguồn phế phụ phẩm nhƣ rơm rạ, vỏ trấu, lõi ngô, bã mía,
vỏ dừa, bã dứa. Trong số các loại phế phụ phẩm nông nghiệp, bã mía là loại nguyên
liệu dễ thu gom và hàm lƣợng cellulose cao hơn cả (40 - 50%). Theo tài liệu của Hiệp
hội Mía đƣờng Việt Nam, niên vụ 2009/2010 cả nƣớc có khoảng 40 nhà máy đƣờng
hoạt động với tổng công suất thiết kế là 105.750 tấn mía/ ngày. Tùy thuộc vào từng
giống mía, tỷ lệ bã mía có khác nhau và thƣờng chiếm 20 - 30% khối lƣợng mía, h ng
năm nƣớc thải ra trung bình từ 3,5 - 4,5 triệu tấn bã mía. Hiện nay, bã mía thải ra từ các
nhà máy đƣờng chỉ đƣợc sử dụng một phần nhỏ trong sản xuất bột giấy, làm cơ chất để
trồng nấm... Một số nhà máy sử dụng bã mía làm nhiên liệu cho nồi hơi. Việc tận dụng
nguồn phế phẩm này nh m tạo ra các sản phẩm có giá trị nhƣ bioethanol đang đƣợc
quan tâm.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhƣng việc sản xuất bioethanol từ lignocellulose ở
quy mô công nghiệp vẫn gặp khó khăn. Lignocellulose đƣợc cấu tạo từ cellulose,
hemicellulose, lignin gắn kết chặt chẽ với nhau bởi những liên kết hydro và liên kết
đồng hóa trị. Để sản xuất cồn, cellulose và hemicelulose trong thành phần
lignocellulose phải đƣợc thủy phân thành đƣờng đơn và sau đó hỗn hợp đƣờng hexose
(chủ yếu là glucose) và pentose (chủ yếu là xylose) sẽ đƣợc lên men thành cồn.
Có hai hƣớng tiếp cận vấn đề này, đó là thông qua thủy phân b ng acid hoặc

thủy phân b ng enzym. Hiện nay, công nghệ thủy phân b ng acid không đƣợc nghiên
cứu nhiều do sử dụng nhiệt độ cao, tạo ra nhiều sản phẩm phụ và không thân thiện với
môi trƣờng. Hƣớng ứng dụng hệ các enzyme bao gồm exo-glucanase, endo-glucanase,
β-glucosidase, xylanase, mannanase…để chuyển hóa các polysaccharide b ng con
đƣờng sinh học cho phép quá trình diễn ra tại các điều kiện êm dịu, ít sản phẩm phụ và
thân thiện với môi trƣờng.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn trên, tôi lựa chọn đề tài luận án: '' Nghiên
cứu thủy phân bã mía đã qua tiền xử lý cho mục tiêu sản xuất cồn nhiên liệu"

PHẠM THỊ PHÚC

10


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Giới thiệu về nhiên liệu sinh học
1.1.1 Nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học (còn đƣợc gọi là nhiên liệu nông nghiệp – agrofuel) là
những nhiên liệu rắn, lỏng hay khí đƣợc chuyển hóa từ sinh khối.
Nhiên liệu sinh học (NLSH) có thể đƣợc phân loại thành các nhóm chính nhƣ:
xăng sinh học, dầu sinh học, khí sinh học và nhiên liệu rắn (gỗ, than và các loại phân
thú khô) hiện đang đƣợc xem là nguồn nhiên liệu quan trọng thay thế một phần nguồn
nhiên liệu hóa thạch truyền thống vốn đang trên đà cạn kiệt và gây nhiều ô nhiễm cho
môi trƣờng. Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu sạch, tái tạo đƣợc, có thể bị phân hủy
bởi tác nhân sinh học và không gây hại môi trƣờng. Xăng sinh học đƣợc sản xuất b ng
cách thủy phân chất xanh (cellulose) sau đó đƣợc lên men và chƣng cất. Sử dụng xăng

sinh học giúp giảm lƣợng dầu nhập khẩu, tiết kiệm ngoại tệ và giúp ổn định an ninh
năng lƣợng. Hơn nữa, xăng sinh học là nguồn nhiên liệu rẻ tiền giúp giảm chi tiêu cho
ngƣời tiêu dùng. Sản xuất và sử dụng xăng sinh học tạo công ăn việc làm cho nông
dân, ngƣời trồng và cung cấp nguyên liệu thô cho ngành công nghiệp sản xuất xăng
sinh học.
Nhiên liệu sinh học và những dạng nhiên liệu tái tạo khác nh m đến tính chất
trung tính về carbon. Điều này có nghĩa là carbon đƣợc thải ra trong quá trình đốt cháy
nhiên liệu để cung cấp năng lƣợng vận chuyển hay sinh điện năng đƣợc tái hấp thụ và
cân b ng với lƣợng carbon hấp thụ bởi cây cối. Những cây này sau đó lại đƣợc thu
hoạch để tiếp tục sản xuất nhiên liệu. Những nhiên liệu trung tính về carbon không gây
ra sự tăng carbon trong khí quyển, vì thế không góp phần vào hiệu ứng trái đất nóng
lên.
Nguyên liệu để sản xuất NLSH rất đa dạng phong phú, bao gồm:
-

Nông sản: sắn, ngô, mía, củ cải đƣờng…

PHẠM THỊ PHÚC

11


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Cây có dầu: lạc, đậu tƣơng, cây hƣớng dƣơng, dừa, cọ dầu…

-

Chất thải dƣ thừa: sinh khối phế thải, rơm rạ, thân cây bắp, gỗ, bã mía, vỏ
trấu…

-

Mỡ cá

-

tảo

Tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, ngƣời ta lại chọn
những nguyên liệu phù hợp để sản xuất NLSH. Ví dụ nhƣ Brazil sản xuất ethanol chủ
yếu từ mía, ở Mỹ là từ ngô, ở Việt Nam sắn là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất
NLSH.
1.1.2 Tình hình sản xuất và sử dụng Bioethanol trên thế giới [26]
Bioethanol sẽ góp phần đa dạng hóa nguồn năng lƣợng, thúc đẩy tăng trƣởng
kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm nhà kính. Bắt nguồn từ khủng hoảng dầu hỏa 1972 ở
Brazil, và Brazil có kế hoạch sản xuất xăng sinh học, hiện nay dẫn đầu thế giới về sản
xuất và sử dụng xăng ethanol và diesel sinh học. Vào năm 2006 Brazil đã có 325 nhà
máy ethanol, khoảng 60 nhà máy khác đang xây cất để sản xuất xăng ethanol từ mía
(đƣờng, nƣớc mật, bã mía), và bắp. Để sản xuất diesel sinh học từ cải-dầu và đậu nành,
hiện có 10 nhà máy và 40 nhà máy khác đang xây. Năm 2005 Brazil sản xuất 16 tỷ lít
ethanol, dự trù sẽ sản xuất 38 tỷ lít vào năm 2013. Ngày nay, diện tích trồng mía ở
Brazil là 10.3 triệu ha, một nửa sản lƣợng mía dùng sản xuất xăng ethanol, nửa kia
dùng sản xuất đƣờng. Dự đoán là Brazil sẽ canh tác 30 triệu ha mía năm 2010. Vì lợi
nhuận khổng lồ, các công ty tiếp tục phá rừng Amazon để canh tác mía, bắp, đậu nành
cho mục tiêu xăng sinh ọc vừa tiêu thụ trong nƣớc vừa xuất cảng. Giá xăng ethanol

đƣợc bán b ng nửa xăng thƣờng tại Brazil.
Hoa Kỳ: Hoa Kỳ sản xuất ethanol từ hạt bắp, hạt sorgho và than cây sorghođƣờng và củ cải đƣờng. Khoảng 17% sản lƣợng 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

PHẠM THỊ PHÚC

12


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

xe hơi năm 2010, và 100% xe hơi vào năm 2012. Hãng General Motor đang thực hiện
dự án sản xuất E85 từ cellulose (than bắp), hiện có khoảng hơn 4 triệu xe hơi chạy
b ng E85. Hãng Coskata đang có 2 nhà máy lớn sản xuất xăng ethanol. Hiện tại nông
dân Hoa Kỳ chuyển hƣớng sản xuất lúa mì và bắp cho xăng sinh học, vì vậy số lƣợng
xuất cảng hạt ngũ cốc giảm từ nhiều năm nay, làm giá nông phẩm thế giới gia tăng vì
giá cả xăng sinh học còn cao hơn xăng thƣờng, 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.
Canada: Chỉ tiêu cho năm 2010 là 45% toàn quốc tiêu thụ xăng E10
Âu Châu: Liên minh Châu Âu (EU) quyết định giảm thiểu phát tán khí nhà kính
và giảm nhu cầu nhập khẩu xăng dầu b ng cách thực hiện mục tiêu thay thế 10% nhiên
liệu dùng trong vận tải b ng các nhiên liệu tái tạo. Hội đồng EU đề nghị xác nhận việc
ứng dụng các nguồn nhiên liệu sinh học. Có 14 quốc gia trong EU thỏa thuận hợp tác
nghiên cứu và triển khai sản xuất nhiên liệu sinh học. EU dành ra 37 triệu Euro (trong
đó 23 triệu Euro lấy từ FP7) để hỗ trợ sự nghiệp này. EU ra biểu quyết chung là mỗi
quốc gia phải sản xuất cung cấp 5.75% xăng sinh học vào năm 2010, và 10% năm 2020
cho nƣớc mình.

Đức: là nƣớc tiêu thụ nhiều xăng sinh học trong cộng đồng Âu châu, khoảng 2.8
triệu tấn diesel sinh học, 0.71 triệu tấn dầu thực vật (tinh khiết) và 0.48 triệu tấn
ethanol. Nguyên liệu chính là củ cải đƣờng để sản xuất ethanol, dầu cải và dầu dừa
(nhập cảng từ Mã Lai, Indonesia) cho diesel sinh học.
Pháp: là nƣớc thứ hai tiêu thụ nhiều ethanol sinh học trong cộng đồng Âu châu
năm 2006, khoảng 1.07 triệu tấn ethanol và diesel sinh học. Công ty Diester sản xuất
diesel sinh học và Téreos sản xuất ethanol là 2 đại công ty của Pháp.
Thụy Điển: có chƣơng trình chấm dứt hoàn toàn nhập cảng xăng cho xe hơi vào
năm 2020, thay vào đó là tự túc b ng xăng sinh học. Hiện nay, 20% xe ở Thụy Điển
chạy b ng xăng sinh học, nhất là xăng ethanol. Thụy Điển đang chế tạo xe hơi lai vừa
chạy b ng ethanol vừa b ng điện. Để khuyến khích sử dụng xăng sinh hoc, chính phủ
PHẠM THỊ PHÚC

13


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Thụy Điển không đánh thuế lên xăng sinh học, trợ cấp xăng sinh học rẻ hơn 20% so
với xăng cổ sinh, không phải trả tiền đậu xe ở thủ đô và một số thành phố lớn, bảo
hiểm xe cũng rẻ hơn.
Vƣơng quốc Anh: chỉ tiêu 5% xe giao thông sử dụng xăng sinh học 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: năm 2005, Trung Quốc sản xuất 920,000 tấn ethanol và khoảng
200,000 tấn diesel sinh học. Chỉ tiêu sản xuất 4 triệu tấn ethanol và 2 triệu tấn diesel
sinh học vào năm 2010 và 300 triệu tấn ethanol vào 2020. Hiện tại sản xuất E10 ở 5
tỉnh phía nam, cung cấp 16% nhiên liệu cho toàn xe hơi ở Trung Quốc. Trung Quốc

cũng trợ cấp khoảng 163 USD cho mỗi tấn xăng ethanol (nhƣng không trợ cấp diesel
sinh học)
Phần Lan quyết định trong 10 năm tới, mỗi năm huy động 327 triệu Euro để
dành cho các nguồn năng lƣợng tái sinh. Nhờ phát triển các nguồn năng lƣợng tái sinh
mà Phần Lan đến năm 2020 sẽ giảm thiểu mỗi năm đƣợc đến 7 triệu tấn CO2 thải loại
vào không khí.
Cuối năm 2009 Ấn Độ phê chuẩn chính sách về nhiên liệu sinh học và quyết
định thành lập Ủy ban quốc gia về nhiên liệu sinh học. Mục tiêu đề ra là đến năm 2017
việc phối hợp sử dụng nhiên liệu sinh học đạt đến chỉ tiêu 20%, bao gồm diesel sinh
học và ethanol sinh học. Sẽ định kỳ công bố giá cả thấp nhất của dầu các loại hạt phi
thực phẩm, ethanol sinh học và diesel sinh học. Dự kiến lƣợng tiêu dùng ethanol trong
thời gian 2010-2013 sẽ tăng khoảng 4,5% mỗi năm.
Năm 2010 sản lƣợng diesel sinh học của Argentina đạt tới 1,9 triệu lít, tăng 51%
so với năm 2009. Hiện đang có tới 23 nhà máy sản xuất diesel sinh học. Khoảng 68%
diesel sinh học của nƣớc này đƣợc xuất khẩu sang EU.
Từ năm 2010 đã có 3 nhà máy ở Nhật Bản sản xuất xăng sinh học và cả nƣớc có
trên 2000 trạm bán xăng sinh học. Các nhà máy này đã chuyển hóa thân mía và rơm rạ
lúa mỳ thành ethanol (càng thấy việc sản xuất từ sắn ở nƣớc ta là không hợp lý). Trộn
PHẠM THỊ PHÚC

14


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

43% cồn sinh học với 57% khí thiên nhiên để tạo thành Ethyl tert-butyl ether (ETBE),
lại trộn với 99% xăng để tạo thành xăng sinh học. Nhờ đó mà CO2 thải ra rất ít, có lợi
lớn cho môi trƣờng.

Từ năm 2012 Hàn Quốc xác định sẽ yêu cầu phối trộn với 2% diesel sinh học
nh m nâng cao tính độc lập về nguồn năng lƣợng ở Hàn Quốc.
1.1.3 Tình hình sản xuất cồn nhiên liệu tại Việt Nam
Việt Nam có nhiều tiềm năng về NLSH xăng dầu có nguồn gốc dầu mỏ. Nhiều
loại cây nhƣ sắn, ngô, mía…có thể sản xuất cồn sinh học mà ở Việt Nam lại có nhiều
vùng đất rất thích hợp với các loại cây trồng này. Sản lƣợng sắn cả nƣớc năm 2007 là
hơn 7 triệu tấn, mía đƣờng hơn 14 triệu tấn và ngô gần 4 triệu tấn. Với sản lƣợng này
có thể đáp ứng đƣợc cho nhu cầu sản xuất cồn sinh học ở quy mô vừa và nhỏ. Ƣớc tính
Việt Nam có thể sản xuất 5 triệu lít cồn sinh học mỗi năm nếu nhƣ có sự điều chỉnh về
sản lƣợng và diện tích cây trồng. Về sản xuất diesel sinh học có thể đi từ các loại dầu
thực vật và mỡ động vật. Ở Việt Nam, các loại cây trồng tiềm năng cung cấp nguyên
liệu cho sản xuất diesel sinh học nhƣ cây cọc rào, dầu cọ, hạt bông…
Mặt khác, NLSH là một loại nhiên liệu tái tạo đƣợc coi là một trong những
nhiên liệu thân thiện với môi trƣờng. Do đó việc nghiên cứu phát triển nguồn năng
lƣợng sinh học có ý nghĩa hết sức to lớn đối với vấn đề an ninh năng lƣợng thế giới nói
chung và VN nói riêng.
Xuất phát từ xu hƣớng đó, ngày 20/11/2007, Thủ tƣớng Chính phủ đã ký quyết
định số 177/2007/QĐ-TTg vềviệc phê duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến
năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" tại Việt Nam với mục tiêu tổng quát là phát triển
NLSH, một dạng năng lƣợng mới, tái tạo đƣợc để thay thế một phần nhiên liệu hóa
thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lƣợng và bảo vệ môi trƣờng.
Việc phát triển NLSH là một trong các mục tiêu n m trong quy hoạch phát triển
ngành dầu khí và là một hƣớng phát triển ƣu tiên đặc biệt. Mục đích của Chiến lƣợc
phát triển NLSH của PVN đến năm 2015 và tầm nhìn đến năm 2025 là phát triển nhiên

PHẠM THỊ PHÚC

15

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

liệu sinh học đảm bảo an ninh năng lƣợng, cải thiện môi trƣờng và nâng cao thu nhập
của nông dân, đồng thời khẳng định vai trò chủ đạo của PVN trong việc thúc đẩy
nhanh chóng sự ra đời và phát triển của ngành công nghiệp mới mẻ và đầy triển vọng
này, đồng thời xây dựng một khuôn khổ chung, kết nối các hoạt động riêng lẻ hiện tại
của các đơn vị thành viên, đảm bảo sự chỉ đạo tập trung thống nhất của Tập đoàn.
Hiện nay, PVN đang xây dựng các nhà máy sản xuất bioethanol đặt ở 3 miền:
Nhà máy Nhiên liệu sinh học Phú Thọ (Công suất khoảng 100 triệu lít sản phẩm
Ethanol nhiên liệu/năm), Nhà máy Nhiên liệu sinh học Quảng Ngãi (Công suất khoảng
100 triệu lít sản phẩm Ethanol nhiên liệu/năm), Nhà máy Nhiên liệu sinh học Bình
Phƣớc (Công suất khoảng 100 triệu lít sản phẩm Ethanol nhiên liệu/năm)
Từ 01/08/2010 đến nay, Tổng công ty dầu Việt Nam (PV OIL) đã chính thức
đƣa sản phẩm xăng E5 (95% xăng và 5% ethanol) đến với 12 điểm bán đầu tiên và đến
nay đã phát triển mạng lƣới cung cấp lên 50 cửa hàng tại 6 tỉnh, thành phố lớn. Trong 5
tháng đầu năm 2011, lƣợng xăng E5 bán ra đạt trên 4 nghìn m3 nâng tổng lƣợng xăng
E5 bán ra là trên 8 nghìn m3. Những tháng cuối năm 2014, ở Việt Nam đã bán xăng
sinh học rộng rãi trên khắp cả nƣớc, giá thành thấp so với giá xăng truyền thống.
Bên cạnh các dự án của PVN còn có các dự án sản xuất NLSH của các công ty
khác đã đƣợc triển khai thực hiện:
-

Nhà máy ethanol Đại Tân đƣợc khánh thành và chính thức cung cấp xăng

cho thị trƣờng tháng 8/2010. Nhà máy có tổng vốn đầu tƣ khoảng 900 tỉ đồng đặt tại xã
Đại Tân, huyện Đại Lộc, Quảng Nam do Công ty CP Đồng Xanh đầu tƣ. Tháng
9/2009, nhà máy Ethanol Đại Tân đã sản xuất thử mẻ sản phẩm đầu tiên, từ tháng 46/2010 sản xuất 50% công xuất và từ tháng 7/2010 nhà máy đã chạy từ 60-70% công
suất.

-

Dự án Sản xuất diesel sinh học b ng cách trộn lẫn mỡ cá da trơn với diesel

để chạy động cơ diesel (máy bơm nƣớc, máy phát điện…) (2005-2007): Công ty xuất
khẩu cá da trơn Agifish đã đƣợc chính phủ phê duyệt xây dựng 1 nhà máy ở An Giang
năm 2007 và sản xuất khoảng 10 triệu lít nhiên liệu 1 năm. Công ty đã tiến hành các
PHẠM THỊ PHÚC

16


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

thử nghiệm từ 2006 trong phòng thí nghiệm ở thành phố Hồ Chí Minh và chứng minh
r ng NLSH từ cá da trơn là rất tốt. Nhiên liệu này sẽ đƣợc sử dụng cho động cơ diesel
ở thị trƣờng trong nƣớc.
1.2 Nguyên liệu lignocelluloses
Lignocelluloses là vật liệu biomass phổ biến nhất trên trái đất. Lignocellulose có
trong phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu ở dạng phế phẩm của các vụ mùa; trong sản
phẩm phụ của công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy; phế phẩm của nhà máy mía
đƣờng; trong rác thải rắn của thành phố…Chất thải lignocellulose đƣợc tích lũy mỗi
năm với số lƣợng lớn, gây ra vấn đề môi trƣờng. Tuy nhiên thành phần hóa học của
chúng cơ bản là các loại đƣờng và các hợp chất quan tâm khác, chúng có thể đƣợc sử
dụng để sản xuất một số sản phẩm giá trị gia tăng, chẳng hạn nhƣ ethanol, phụ gia thực
phẩm, acid hữu cơ và các sản phẩm khác. Với thành phần chính là cellulose,
lignocelluloses là một nguyên liệu to lớn cho việc sản xuất bioethanol. Bã mía là một
dạng vật liệu lignocellulose.[34]

Bảng 1: Thành phần của lignocellulose
Hemicellulose
Nguồn gốc

Cellulose

Lignin
Xylane

Mannan

Galactan

Arabianan

Chất
trích ly

Gỗ vân sam

41,9

6,1

14,3

-

1,2

27,1

9,6

Gỗ Thông

37,7

4,6

7,0

-

-

27,5

10.8

Gỗ cây bulo

38,2

18,5

1,2

-

-

22,8

4,8

Gỗ dƣơng

49,9

17,4

4,7

1,2

1,8

18,1

-

Rơm lúa mì

38,2

21,2

0,3

2,5

23,4

13,0

-

Bã mía(*)

45 - 55

-

-

25

-

13,52

-

[2] *Nguồn: Huỳnh Thanh Nông, “Nghiên cứu các
biện pháp bảo quản để nâng cao chất lượng bã mía làm thức ăn tăng trưởng”, 2005.

PHẠM THỊ PHÚC

17

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

1.2.1 Cấu trúc lignocelluloses
Thành phần chính của vật liệu lignocelluloses là cellulose, hemicelluloses,
lignin, các chất trích ly và tro.
Trong lignocelluloses, cellulose tạo thành khung chính và đƣợc bao bọc bởi
những chất có chức năng tạo mạng lƣới nhƣ hemicelluloses và kết dính nhƣ lignin.
Cellulose, hemicelluloses và lignin sắp xếp gần nhau và liên kết cộng hóa trị với nhau.
Các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản. Các sợi này đƣợc gắn lại với nhau
nhờ hemicelluloses tạo thành cấu trúc vi sợi, với chiều rộng khoảng 25nm. Các vi sợi
này đƣợc bao bọc bởi hemicelluloses và lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi sự tấn công
của enzyme cũng nhƣ các hóa chất trong quá trình thủy phân.
1.2.2. Cellulose
Cellulose chiếm 40 - 50% trong thành phần bã mía. Cellulose là một polymer
mạch thẳng, mỗi phân tử cellulose thƣờng chứa từ 1.400 đến 10.000 gốc β-D glucose
liên kết với nhau b ng liên kết β - 1,4 - glucoside tạo thành dạng chuỗi. Liên kết
glucoside giúp sợi khó cắt, và vì phân tử định hƣớng thành dạng trans với phân tử
glucose bên cạnh nên không tạo liên kết với nƣớc, không tan trong nƣớc.
Ngoài ra, có sự hình thành liên kết hydro nội phân tử, làm cellulose cứng và dai.
Và chính liên kết hydro giữa các mạch cellulose cạnh nhau giúp định hình thành bó sợi
song song.
Cấu trúc cellulose không đồng nhất, bao gồm hai vùng chính là vùng kết tinh và
vùng vô định hình. Vùng kết tinh có cấu trúc trật tự rất cao, cấu trúc sợi đậm đặc và
chặt chẽ nhƣ tinh thể, chiếm khoảng ¾ cấu trúc cellulose. Do có mạng lƣới liên kết
hydrogen dày đặc ngăn cản sự hấp thụ nƣớc và trƣơng lên nên vùng kết tinh rất khó bị
tác dụng ngay cả với cellulase; ở điều kiện bình thƣờng cellulase chỉ có thể tác động

lên bề mặt các sợi. Vùng vô định hình có cấu trúc kém chặt chẽ hơn vùng kết tinh nên
dễ bị tác động hơn [15, 17]. Vùng này có thể hấp thụ nƣớc và trƣơng lên tạo điều kiện
thuận lợi giúp cho cellulase tấn công dễ dàng. Tuy vậy, việc thủy phân cellulose chỉ có

PHẠM THỊ PHÚC

18


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

thể đạt đƣợc khi tách cellulose khỏi các thành phần cùng cấu thành nên màng tế bào
thực vật.

Hình 1: Cấu tạo phân tử cellulose (theo J.W.Lengeler và cộng sự)
1.2.3. Hemicellulose
Trong tế bào thực vật, hemicellulose đứng thứ hai về khối lƣợng (sau cellulose),
thành phần có chứa khoảng 150 gốc đƣờng đơn. Một số các đơn phân cơ bản của
hemicellulose là D-xylose, D-mannose, D-glucose, D-galactose, Larabinose, Dglucuronic acid, 4-O-methyl-D-glucuronic acid, axit D-galacturonic, L-rhamnose, Lfucose, và các dạng thƣờng đƣợc O-methylat hóa (các dạng này thƣờng ít gặp). Các
gốc đƣờng đƣợc nối với nhau b ng các liên kết β - 1,4; β - 1,3; β - 1,6 glucozit.
Hemicellulose là một polymer phân nhánh với cấu trúc ngẫu nhiên, vô định hình, cấu
trúc không chặt chẽ, dễ bị phân hủy bởi axit yếu và kiềm yếu, đôi khi còn bị phân giải
trong nƣớc nóng. Mạch nhánh có cấu trúc đơn giản là disaccharide hoặc trisaccharide.
Hemicellulose liên kết với các polysaccharide khác và lignin nhờ các nhánh này.
Tùy thuộc vào tỉ lệ của các thành phần đơn phân, hemicellulose còn đƣợc gọi là
mannan (chứa mannose), xylan (chứa xylose) hoặc galactan (chứa galactose) [15].
Xylan, polymer của xylose, là thành phần chiếm tỷ trọng lớn cấu tạo nên hemicelulose
trong các vật liệu lignocellulose. Xylan đa dạng về cấu trúc và khối lƣợng phân tử tùy

thuộc vào loài thực vật, vị trí của nó ở các mô và tế bào. Tất cả các xylan đều có mạch

PHẠM THỊ PHÚC

19


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

chính do các đơn phân xylopyranose(C5 H10O5) nối với nhau bởi liên kết β-1,4glycoside.

Hình 2: Cấu trúc của Hemicellulose
1.2.4. Lignin
Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở. Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng
vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và
hemicellulose. Rất khó có thể tách lignin ra hoàn toàn.
Lignin là polyme, đƣợc cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu
trúc điển hình là guaiacyl (G), chất gốc là rƣợu trans-conifery, syringly (S), chất gốc là
rƣợu trans-sinalpyl, p-hydroxylphenyl (H), chất gốc là rƣợu trans-p-courmary.
Lignin rất bền vững với tác dụng của enzyme do vậy trong cây lignin chỉ đƣợc
tạo ra mà không tham gia vào quá trình trao đổi chất.
1.2.5. Tro
Trong các loại gỗ của xứ ôn đới, các nguyên tố khác so với carbon, hydro, oxy
và nitơ - chiếm khoảng 0,1÷0,5% (so với lƣợng rắn khô trong gỗ). Với loại gỗ xứ nhiệt
đới con số này có thể là 5%. Hàm lƣợng chất vô cơ đƣợc b ng hàm lƣợng tro của mẫu
và nó khoảng 0,3÷1,5% cho hai loại gỗ mềm và gỗ cứng. Hàm lƣợng tro phụ thuộc
nhiều vào điều kiện môi trƣờng tăng trƣởng của cây và vào vị trí trong cây.

PHẠM THỊ PHÚC

20


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Tƣơng tự chất trích ly, thành phần vô cơ của biomass thƣờng thực hiện chức
năng trong một vài con đƣờng sinh học ở thực vật. Kim loại vết thƣờng tồn tại ở dạng
phức hợp nhƣ magnesium trong chlorophyll. Một số chất vô cơ từ muối kim loại tồn tại
trong vách tế bào thực vật. Calcium thƣờng là kim loại phong phú nhất, sau đó là kali
và magnesium.
1.2.6. Các yếu tố ảnh hƣởng đến vận tốc phản ứng enzyme
1.2.6.1. Ảnh hƣởng của cấu trúc nguyên liệu
Cấu trúc tự nhiên của lignocelluloses tạo ra nhiều cản trở đến quá trình tấn công
của các tác nhân thủy phân. Ngay cả quá trình thủy phân cellulose tinh khiết, tốc độ
thủy phân cũng giảm theo thời gian. Tốc độ phản ứng giảm dần theo thời gian vì sự ức
chế enzyme do sản phẩm, sự giảm của các phần cơ chất dễ thủy phân, enzyme bị bất
hoạt hoặc bị giữ lại trong các lỗ xốp của cellulose.
Hiệu suất quá trình thủy phân bị ảnh hƣởng mạnh bởi tính chất của nguồn
nguyên liệu. Một cách tổng quát, gỗ mềm thƣờng khó thủy phân hơn gỗ cứng. Cấu trúc
nguyên liệu và cơ chế tác động của enzyme và cơ chất là yếu tố chính làm hạn chế hiệu
suất quá trình thủy phân.
Khả năng tiếp cận vật liệu lignocelluloses của cellulose đóng vai trò quan trọng
trong quá trình thủy phân. Cellulose có bề mặt trong và ngoài, bề mặt ngoài bao gồm
bề mặt bao quanh các xơ sợi, bề mặt trong là bề mặt do các mao quản bên trong xơ sợi
tạo thành. Nếu cellulose không đƣợc tiền xử lý, hiệu quả thủy phân thấp. Xử lý loại bỏ
hemicelluloses sẽ làm tăng khả năng thủy phân cellulose. Nhiều nghiên cứu đã giải

thích r ng loại bỏ hemicelluloses sẽ làm tăng cấu trúc xốp đồng thời tăng bề mặt
cellulose, làm cho enzyme dễ tấn công hơn. Kích thƣớc của các lỗ xốp lại liên quan
đến độ trƣơng nở của vật liệu. Vì vậy, mà khi làm khô vật liệu lignocelluloses, các mao
quản sẽ bị mất đi, điều này làm giảm kích thƣớc lỗ xốp và vì vậy hiệu suất quá trình
giảm rõ rệt. Hàm lƣợng và sự phân bố của lignin trong cấu trúc vật liệu có ảnh hƣởng

PHẠM THỊ PHÚC

21


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

tới khả năng thủy phân của vật liệu đó. Hiệu suất thủy phân thu đƣợc khá cao đối với
các nguyên liệu đã đƣợc loại bỏ gần hết lignin.
1.2.6.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ
Do bản chất hóa học của enzyme là protein nên khác với các phản ứng hóa học.
Tốc độ phản ứng thủy phân tăng khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng của enzyme không
phải lúc nào cũng tỉ lệ thuận với phản ứng. Tốc độ chỉ tăng đến một nhiệt độ nhất định,
vƣợt quá giới hạn đó, tốc độ phản ứng sẽ giảm dần và đến mức triệt tiêu. Phần lớn
enzyme hoạt động mạnh nhất ở nhiệt độ 40oC ÷ 50oC, đối với enzyme cellulase nhiệt
độ tối ƣu là 50oC.Nếu đƣa nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tối ƣu, hoạt động tính enzyme sẽ
bị giảm, khi đó enzyme không có khả năng phục hồi hoạt tính.
Ngƣợc lại khi ở nhiệt độ 0oC, enzyme bị hạn chế hoạt động rất mạnh, nhƣng khi
đƣa nhiệt độ lên từ từ, hoạt tính của enzyme sẽ tăng dần đều đến mức tối ƣu. Vận tốc
phản ứng tăng từ 1,4 ÷ 2 lần khi nhiệt độ tăng 10oC.

Hình 3: nh hƣởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

1.2.7.3. Ảnh hƣởng của nồng độ cơ chất
Khi nồng độ cơ chất tăng, tốc độ phản ứng enzyme tăng, vì có nhiều cơ chất tiếp
xúc với enzyme tiến hành phản ứng. Khi nồng độ cơ chất đủ lớn các enzyme bị bão hòa cơ
chất. Vì vậy, tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng sẽ không thay đổi đáng kể.

PHẠM THỊ PHÚC

22


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

1.2.6.4. Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme
Khi nồng độ enzyme tăng, tốc độ phản ứng tăng theo đƣờng thẳng. Tuy nhiên,
khi nồng độ enzyme đạt đến một ngƣỡng nào đó, nồng độ cơ chất sẽ trở thành yếu tố
hạn chế tốc độ phản ứng. Khi đó, tốc độ phản ứng sẽ không tăng nữa mà là một đƣờng
n m ngang.
1.3. Bã mía, hiện trạng bã mía tại Việt Nam và ethanol nhiên liệu
Mía là tên gọi chung của một số loài chi Mía (Saccharum). Chúng là các loại cỏ
sống lâu năm. Thân mía chứa khoảng 80 - 90% nƣớc dịch, trong dịch đó chứa khoảng
16 - 18% đƣờng. Vào thời kỳ mía chín già ngƣời ta thu hoạch mía rồi đem ép lấy nƣớc.
Từ nƣớc dịch mía đƣợc chế lọc và cô đặc thành đƣờng. Còn phần thân mía sau khi bị
ép lấy nƣớc còn lại chất xơ và đƣợc gọi là bã mía.
Bã mía công nghiệp sản xuất đƣờng đã tạo ra một lƣợng lớn phế phẩm từ cây
mía(bã mía). Bã mía chiếm 25 – 30% trọng lƣợng mía đem ép. Trong bã mía chứa
trung bình 49% là nƣớc, 48% là xơ (trong đó chứa 45 – 55% cellulose) 2.5% là chất
hòa tan (đƣờng). Bã mía là một trong số nhiều nguồn biomass phổ biến và có nhiều
tiềm năng ở Việt Nam.

Mía là trong số những cây công nghiệp ngắn ngày, diện tích trồng mía năm
2010 đạt 300.000 ha, sản lƣợng đạt gần 564.300 tấn. Bã mía chiếm 29% khối lƣợng
cây mía, cũng có nghĩa là một năm cả nƣớc sẽ thải ra 163.674 tấn bã mía. Khối lƣợng

PHẠM THỊ PHÚC

23


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

lớn nhƣ thế rất khó có thể giải quyết sớm đƣợc. Và sẽ gây ô nhiễm môi trƣờng do bã
mía ở nƣớc ta ngày càng diễn ra phổ biến hơn và mức độ càng ngày càng nghiêm trọng
hơn nếu không đƣa ra hƣớng giải quyết và xử lý kịp thời. Khu vực thƣờng xuyên bị ô
nhiễm là xung quanh khu vực nhà máy đƣờng. Công suất của các nhà máy mía đƣờng
hiện nay từ vài chục tấn cho tới trăm tấn thì lƣợng bã mía thải ra cũng tƣơng đƣơng.
Diện tích các nhà máy đa số ít dành chỗ khu vực chứa bã mía chỉ là với một diện tích
khiêm tốn, các chủ nhà máy thƣờng xuyên lén đem bã mía bỏ ngoài sông, kênh rạch,
hoặc thuê ngƣời đem đổ ở ngoài sông lớn.
Nhà máy đƣờng Phụng Hiệp thuộc tỉnh Hậu Giang không có cách để giải quyết
bã mía sau khi ép lấy nƣớc nên đã ép các chủ mía chở mía cây đến bán phải chở ngƣợc
bã mía về nếu muốn bán mía nhanh. Muốn nhanh chóng bán đƣợc mía nên các chủ mía
đành chấp nhận nhƣng khi lấy về họ không biết làm gì nên đã lén vứt xuống sông.
H ng ngày có không biết bao nhiêu chủ mía đến bán mía cho nhà máy và phải chở bã
mía về đem đỗ xuống sông. Làm thay đổi dòng chảy của con sông, và quan trọng hơn
là gây ô nhiễm nguồn nƣớc gây ảnh hƣởng đến sinh hoạt và hoạt động nuôi trồng thủy
sản của ngƣời dân trên sông.

Nhà máy Đƣờng Bourbon (Tây Ninh), với công suất chế biến 8.000 tấn
mía/ngày, nhà máy thải ra lƣợng bã mía khoảng 2.800 tấn/ngày. Trong khi đó, Công ty
Đƣờng Biên Hòa (Đồng Nai) có 3 nhà máy, trong đó 2 nhà máy sử dụng mía làm
nguyên liệu với tổng công suất 5.000 tấn mía/ngày. Mỗi năm, sản lƣợng mía cây là
600.000 - 750.000 tấn, tƣơng đƣơng 174.000 - 217.500 tấn bã (bã mía chiếm khoảng
29% khối lƣợng mía cây). Theo ông Phạm Hồng Dƣơng, Giám đốc Nhà máy Đƣờng
Bourbon, một phần bã mía mang đốt tạo điện cho hoạt động của nhà máy, phần còn lại
vẫn không sử dụng hết. Nếu tính tổng thể hơn 40 nhà máy đƣờng hiện có ở cả nƣớc,
việc sử dụng toàn bộ lƣợng bã mía thải bỏ sẽ góp phần giảm bớt áp lực cho các loại
nguồn nguyên liệu sinh học từ ngô, sắn, khoai mì...

PHẠM THỊ PHÚC

24


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hiện nay, Việt Nam đã bắt đầu thực hiện Đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học
đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”. Theo đề án này, trong giai đoạn 2011 - 2015,
Việt Nam sẽ xây dựng và phát triển các cơ sở sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học
trên phạm vi cả nƣớc. Đến năm 2025, sản lƣợng ethanol và dầu thực vật đạt 250.000
tấn, đủ sức pha trộn 5 triệu tấn xăng, dầu E5, B5, đáp ứng 1% xăng dầu cả nƣớc… Đây
là hƣớng nghiên cứu phù hợp với tình hình sản xuất nông nghiệp Việt Nam, nhất là
lƣợng bã mía hiện thải bỏ khá lớn.
Ethanol thƣờng đƣợc dùng trong y tế, trong mỹ phẩm, dùng làm dung môi và
sau này nó đƣợc biết đến nhƣ nguồn nhiên liệu cho động cơ đốt trong đƣợc ứng dụng
nhiều nƣớc nhƣ Anh, Pháp, Mỹ, Canada, Brazil…

Nguyên mẫu đầu tiên của động cơ đốt trong đƣợc đƣa ra bởi Samuel Morey tại
Mỹ năm 1826. Điều này đƣợc xem là sự bắt đầu của động cơ gasoline nhƣng thực tế
ông sử dụng ethanol để cấp nguồn năng lƣợng cho động cơ. Năm 1880, Herry Ford xây
dựng mô hình nổi tiếng về xe ô tô (Ford Model) chạy b ng ethanol. Sự thúc đẩy
“thƣơng mại hóa” bioethanol trong giao thông vận tải phát triển trong suốt thập niên
1970. Cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973 và cuộc cách mạng của ngƣời Iran vào
năm 1978 làm cho giá của dầu gia tăng một cách mạng nhanh chóng ảnh hƣởng lớn
đến vấn đề an ninh năng lƣợng quốc gia. Bioethanol nhiên liệu trở nên có giá trị [1].
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 đƣợc dùng 2 dạng
cụ thể sau:
-

Ethanol đƣợc 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 lƣợng cồn trong bình nhiên liệu để tự điều chỉnh góc
đánh lửa sớm và thay đổi lƣợng phun nhiên liệu. Dùng xe FFV có tính kinh tế nhiên
PHẠM THỊ PHÚC

25