TÌM HIỂU VỀ VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU VỀ VIỆC SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Ở VIỆT
NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
GVHD: Vũ Thùy Anh
Môn: Công nghệ hóa sinh và ứng dụng
NHÓM 10
15139146 Trần Phương Uyên
15139057

Nguyễn Thị Kim

15139060

Luyện Thanh Lan

1


15139054

Dương Thụy Kim Khánh

15139077

Huỳnh Ngọc Kim Ngân

Mục Lục

Mở đầu
Môi trường hiện nay đã và đang bị ô nhiễm với mức độ ngày càng tăng, đe doạ
trực tiếp đến sự sống của tất cả các loại sinh vật trong đó có con người. Nhiệt độ ngày
càng tăng lên, hàng loạt các thiên tai như động đất, sóng thần, lũ lụt tàn phá các nước
Nhật Bản, Trung Quốc, Myanmar, đó là cảnh báo đối với con người chúng ta về một
thảm cảnh không xa khi mà môi trường sống bị tàn phá tới mức không còn cứu chữa
được nữa.
Vấn đề cấp thiết hiện nay là cần tìm cách khắc phục những nguyên nhân gây ra ô
nhiễm môi trường. Thủ phạm chính gây ô nhiễm môi trường đó là các khí nhà kính
cacbon điôxít, mêtan, nitơ oxít, được thải ra chủ yếu trong các quá trình đốt nhiên
liệu như xăng dầu, than đá, để thu năng lượng và năng lượng ấy gọi là năng lượng
bẩn.
Vậy làm thế nào để có năng lượng để sử dụng mà không làm ô nhiễm môi
trường?
Một loạt các loại năng lượng sạch đã được thế giới nghiên cứu và đưa vào sử
dụng. Trong đó có năng lượng sinh học. Năng lượng sinh học mới được nghiên cứu
gần đây và thực sự là niềm hy vọng mới cho con người về vấn đề bảo vệ môi trường
và là một phương hướng giải quyết cho vấn đề nhiên liệu hoá thạch hiện nay đang
dần trở nên cạn kiệt. Vậy năng lượng sinh học là gì?
2


1.KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG SINH HỌC:
Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng tái tạo được sinh ra từ các nguyên liệu
có nguồn gốc tự nhiên thông qua các chuyển biến sinh học nhờ các tác nhân sinh học.

Năng lượng sinh học: sử dụng những nguyên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu
sinh khối như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật,.. nhưng đây chỉ là những dạng
nguyên liệu thô.
Năng lượng sinh học dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản
xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol,
nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); các loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh
học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật). Hay nói cách khác; Năng
lượng sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động
thực vật (sinh học).
Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu
dừa,...), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương...), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ,
phân,...), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải...), Loại nhiên
liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí,
than đá...): Tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây
hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm
môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống. Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên

3


liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự
lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống
2.TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC:
Con người đang ngày tím các nguồn năng lượng thay thế, trong đó có năng lượng
sinh học vì các lý do sau:


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 đại của chúng ta đang dựa trên các

nguồn năng lượng hóa thạch: dầu, than và khí dốt. Rất không may là các nguồn
tài nguyên hóa thạch ngày nay ngày càng khan hiếm. Một trong những biểu hiển
của nó là giá thành ngày càng tăng.

Biểu đồ giá dầu thế giới từ năm 1996-2008
Trong những năm gần đây, giá dầu đang tăng rất mạnh. Chỉ trong 12 năm kể từ
năm 1996 giá dầu tăng đến 500%.
4


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.

o

o

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.

3. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở
VIỆT NAM:
3.1. 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.

5


Hình 1:Công nghệ Bioga
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.

Hình 2:Các đô thị lớn tiêu biểu trong dự án phát triểncác đô thị sinh khối ở Nhật
Bản

6

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.

Hình 3:Sản xuất điện từ bioga từ sinh khối
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 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).

7


Hình 4:Nhà máy xử lý nước thải để chạy phát điện

Hình 5:Phát triển bioga để chạy máy phát điện
Ở Canada, trường đại học Lakehead hiện đangnghiên 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.
8


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.

Hình 6: 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).
9

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.
3.2. 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 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.

Hình 7 : Các hầm Bioga ở Việt Nam




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
10


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
số177/2007/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.
4.Các nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học
Năng lượng sinh học có thể lấy từ nguồn hoạt động sản xuất công nghiệp:









whey gồm đường đôi và protein (các nghành sữa).
Mật rỉ đường gồm các đường đôi và polysaccharides (các nghành mía đường).
Mùn gỗ, bùn thải có thành phần cellulose, lignocellulose, lignin (các nghành chế
biến gỗ, giấy).
Rơm rạ và các nguồn chất thải khác chứa disaccharides, polysaccharides, lipid
(các nghành nông nghiệp trồng lúa, sản xuất dầu cọ, dầu olive,..).
Các chất béo: mỡ từ các nhà máy chế biến thủy sản.
Các loại rượu (metanol.glycerol), lipid (các nghành sản xuất nhiên liệu sinh học).
Bột xương, bột thịt có thành phần protein, lipid (các nghành giết mỗ).

Ở Việt Nam nguồn sinh khối lớn nhất là rơm, gỗ đốt, vỏ bắp, chất thải rắn, trấu,bã
mía.
Các nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học Việt Nam chính hiện nay là




Bã mía: mỗi năm có khoảng 1.3 triệu tấn đường được sản xuất ứng với 3 triệu tấn
bã mía , là nguồn nguyên liệu tiềm năng.
Rơm rạ: Việt Nam tiêu thụ hằng năm khoảng 18 triệu tán gạo tương đương với 18
triệu tấn rơm rạ/năm.
Các nguồn biomass còn lại như trấu các nguồn thải có chứa cellulosse chiếm một
lượng lớn.

11



Nước ta là một nước xuấtt khẩu thủy sản nên lượng mỡ cá thải ra rất lớn, iệc sử
dụng chúng cho nguồn nguyên liệu sinh học được đánh giá rất cao về mặt kinh tế
và môi trường.

5/ CHUYỂN HÓA ETANOL, XĂNG E5
5.1Sản xuất etanol, biodiesel
Bản chất của biodiesel là sản phẩm ester hóa của methanol hay ethanol với acid béo
có trong mỡ cá:
100kg mỡ cá + 10kg methanol -----> 100kg biodiesel + 10kg glycerin
Quy trình sản xuất biodiesel từ mỡ cá basa:
Nguyên liệu

Xử lý
Methanol
Khuấy trộn

Gia nhiệt 1
H2SO4 95%
Khuấy trộn

Để yên

Trung hòa bằng methoxide

Gia nhiệt 2
Methoxide

Khuấy trộn

Để yên

Dung dịch tách lớp

12

Biodiesel thô
Glycerin

KiểmBiodiesel
traRửa
chất lượng


Thuyết minh quy trình:
Nguyên liệu (dầu thực vật hay mỡ động vật) được đem đem xử lí. Sau đó nguyên
liệu trải qua 2 giai đoạn của quá trình điều chế biodiesel.
* Giai đoạn một: Xúc tác acid.





Nguyên liệu và methanol được cho vào bình phản ứng với tỷ lệ tương ứng 1:
0,08
Khuấy trộn hỗn hợp trong khoảng 5 phút.
Tiến hành gia nhiệt lần 1 để hỗn hợp phản ứng đạt 35°C, giữ gia nhiệt trong 1
giờ

Bổ sung xúc tác H2SO4 95% và khuấy trộn liên tục với tốc độ 500 – 600
vòng/phút trong 2 giờ, nhiệt độ được duy trì ở 35°C. Khuấy và gia nhiệt diễn ra
đồng bộ. Mục đích của giai đoạn này là để thực hiện phản ứng ester hóa các acid
béo tự do trong dầu thực vật hay mỡ động vật. Phương trình chuyển hoá như
sau:
RCOOH + CH3OH R1COOCH3 + H20




Sau đó ngừng gia nhiệt, để yên hỗn hợp trong 8 giờ hoặc qua đêm.
Hỗn hợp sau khi để yên được trung hòa bằng lượng methoxide vừa đủ để loại
H2SO4 nhằm kết thúc giai đoạn xúc tác acid, tạo điều kiện thực hiện giai đoạn
xúc tác base:
2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O

* Giai đoạn 2: Xúc tác base


Gia nhiệt hỗn hợp vừa trung hòa đến nhiệt độ phản ứng thích hợp.

13






Cho lượng methoxide còn lại vào và khuấy trộn với tốc độ 500 – 600 vòng/phút
khoảng 1 giờ 30 phút thì ngừng khuấy và ngừng gia nhiệt. Ở giai đoạn này xảy

ra phản ứng chuyển ester hóa giữa triglyceride và methanol tạo methylester. Quá
trình khuấy sẽ giúp các tác chất tiếp xúc tốt với nhau làm tăng hiệu suất phản
ứng.
Để yên trong vòng một giờ dung dịch tách thành 2 lớp rõ rệt
Hình 8: Phễu chiết chứa
sản phẩm sau khi tách lớp

• Lớp dưới đáy là glycerin và tạp chất rắn được rút khỏi dung dịch, sau 20 phút chiết
rút một lần.
• Lớp trên là biodiesel thô.
* Chuẩn bị methoxide: Hợp chất kiềm dùng làm xúc tác được hòa tan với methanol.
Lượng methanol sử dụng cho mỗi thí nghiệm được tính toán sao cho tổng thể tích
methanol dùng theo đúng tỉ lệ đã chọn lựa..
- Rửa biodiesel: Biodiesel tạo thành còn lẫn xúc tác
kiềm do đó cần
tiến hành rửa để loại kiềm, đưa pH của dung dịch về
môi trường
trung tính. Biodiesel thường được rửa bằng phương
pháp tạo bọt.
Thêm một ít axít H3PO4 10% vào nước trước khi
rửa. Thực hiện
thổi bọt trong 24 giờ, để yên 30 phút. Thu được sản phẩm biodiesel có pH trung tính
và màu sắc sáng đẹp hơn.
Hình 9: Rửa sản phẩm
Quy trình sản xuất etanol
Nguyên liệu tinh
bột

Nấm mốc

Nấu nguyên liệu

enzim
Nhân giống
amylaza

Đường hóa
nguyên liệu

14

Nấm men


Lên men dịch
đường

Nhân men

Chưng cất và tinh
chế

ethanol

Nguyên liệu:được sử dụng chủ yếu là bã sắn, khoai, tấm gạo, ngô,…
-

-

Nấu nguyên liệu để phá vỡ màng tế bào tinh bột và biến tinh bột thành trạng thái

hòa tan trong nước. Nhiệt độ nấu là 145-1550C trong thời gian dài, hoặc 1701800C trong thời gian ngắn.
Nguyên liệu tinh bột sau khi được hồ hóa được làm nguội về nhiệt độ 600C để
thực hiện quá trình đường hóa.

Đường hóa tinh bột:là quá trình dùng enzyme amylase để chuyển hóa tinh bột
thành đường dễ lên men. Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi ethanol.


Đường hóa bằng chế phẩm amylase của nấm mốc: tùy theo cách sử dụng nấm
mốc mà phương pháp sản xuất ethanol có thể chia làm 2 cách:
- Phương pháp amylo: thủy phân bằng Mucor rouxxi.

- Phương pháp Mucomalt: thủy phân bằng một lượng amylase đã chuẩn bị đủ
từ các loại nấm Aspergillus niger hoặc A. oryzae.
Nhược điểm của pp này là dễ nhiễm trùng và chu kì sản xuất quá dài.


Đường hóa bằng acid: có thể đường hóa các nguyên liệu bọt bằng H2SO4 hay
HCl.
- Nguyên liệu được tán nhỏ và trộn với một lượng nhất định acid đã pha loãng
và nung bằng hơi dưới áp suất. Sauk hi thủy phân xong người ta thường điều
chỉnh Ph = 4-4,5 bằng dung dịch NH3, NaOH, Na2CO3 hay CaCO3. Trong đó
NH3 ưa được dùng hơn cả, vì nó còn là nguồn nito tốt đối với nấm men.
- Nếu thủy phân bằng H2SO4, thì trung hòa bằng CaCO3, cặn CaSO4tách ra
bằng cách lọc hay để đứng cặn rồi lọc.

Lên men dịch đường: có thể được thực hiện bằng phương pháp lên men gián đoạn
hoặc lien tục.


Phương pháp lên men gián đoạn:là cả quá trình lên men từ đầu đến cuối được
thực hện trong cùng một thiệt bị, thời gian lên men khoảng 68-80 giờ ở nhiệt
15




độ 36-370C. Đặc điểm của phương pháp lên men bán liên tục là gián đoạn lên
men chính thực hiện liên tục và xảy ra trong nhiều thùng lên men (thường là 6
thùng) và thời gian này kéo dài 60-62 giờ, giai đoạn cuối thực hiện gián đoạn.
Phương pháp lên men lien tục: là rải đều các giai đoạn lên men mà mỗi giai
đoạn đó được thực hiện trong một hoặc nhiều thiết bị lên men có liên hệ với
nhau. Hệ thống lên men liên tục

5.2 Xăng E5
Xăng sinh học trong tiếng Anh được gọi là gasohol hoặc biogasoline để phân biệt
với gasoline (xăng thông thường), được tạo ra bằng cách phối trộn cồn sinh học
ethanol khan (anhydrous ethanol) với xăng thông thường theo một tỉ lệ nhất định,
trong đó xăng E5 gồm 5% ethanol và 95% xăng thông thường, còn xăng E10 có 10%
ethanol. Xăng sinh học từ E5 đến E25 được gọi là hỗn hợp ethanol thấp, từ E30 đến
E85 là hỗn hợp ethanol cao. E100 là Ethanol nguyên chất sau khi sản xuất.
Cồn sinh học ethanol (còn gọi là rượu ngũ cốc hay rượu ethyl, rượu êtylic, công
thức hóa học là C2H5OH) dùng để phối trộn xăng được chế biến thông qua quá trình
lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, cellulose, lignocellulose, thường là từ các
loại ngũ cốc như ngô, lúa mì, đậu tương hoặc từ vỏ cây, bã mía,... Ethanol thật ra
không xa lạ gì với con người vì nó là một loại rượu trong nhóm rượu ethyl, khi chưng
cất và pha loãng với nồng độ cồn thấp thì có thể uống được. Ethanol thu được sau quá
trình chưng cất ngũ cốc lên men có dạng hỗn hợp gồm nước và ethanol, cần phải tách
nước để lấy ethanol khan trước khi trộn với xăng. Cũng có thể dùng ethanol chưa
khan nước (hydrous ethanol) nhưng chỉ cho các loại động cơ xe có chế tạo tương

thích.
Công nghệ xăng-sinh-học thế hệ 1: chế biến từ đường (mía, củ cải đường, sorghođường) và tinh bột của nông phẩm (từ hạt của bắp, lúa mì, lúa, v.v., hay từ củ như
khoai tây, khoai mì, v.v.) để tạo ethanol; hay từ dầu (của hạt dừa-dầu, đậu nành, đậu
phộng, v.v.) để biến chế diesel-sinh-học. Kỹ thuật đơn giản và kinh tế nhất.
Công nghệ xăng-sinh-học thế hệ 2: từ cellulose, chất xơ của dư thừa thực vật
(rơm, rạ, thân bắp, gỗ, mạt cưa, bã mía, v.v.), hay thực-vật-hoang (non-crop) (như cỏ
voi, vetiver, lục bình). Chẳng hạn, một ha mía cho khoảng 25 tấn bã mía (bagasse,
xác mía sau khi ép), và mỗi tấn bã mía sản xuất 285 lít ethanol. Kỹ thuật hiện nay
chưa hoàn hảo, hiệu năng còn kém, con men chưa hữu hiệu và giá đắt, chỉ một phần
cellulose và lignin biến thành ethanol, nên giá thành sản xuất còn cao.
Công nghệ xăng sinh-học thế hệ 3: từ tảo (algae), kỹ thuật đang phát triển.

16


6/ ƯU VÀ NHƯỢC DIỂM CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI.
6.1. Lợi ích của việc sản xuất năng lượng sinh khối:
Năng lượng sinh học có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt
đỏ, đang cạn kiệt. Do năng lượng sinh học có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch sử
dụng trong các phương tiện giao thông và các thiết bị năng lượng, triển vọng của loại
nhiên liệu này là sáng sủa, đây là loại nhiên liệu bền vững thay cho các nguồn năng
lượng hóa thạch đắt đỏ đang bị cạn kiệt.
a. Giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu:
Các cây trồng nông nghiệp và các nguyên liệu sinh khối khác được coi là các
nguyên liệu góp phần làm trung hòa cácbon bởi chu kỳ sống thực tế của nó, thực vật
thu cacbon dioxit thông qua quá trình quang hợp. Tuy nhiên, các nguyên liệu đầu vào
sử dụng trong quá trình sản xuất năng lượng sinh học được coi là nguyên liệu tái tạo
và có khả năng làm giảm phát thải khí nhà kính (GHG).
Tuy nhiên, cho dù các nhiên liệu đầu vào tự chúng có khả năng trung hòa cácbon,
thì quá trình chuyển đổi các vật liệu thô thành năng lương sinh học có thể gây phát

thải cacbon vào khí quyển. Vì vậy, năng lương sinh học phải góp phần vào giảm phát
thải cacbon, chúng phải được chứng minh giảm thải thực sự GHG trong tất cả chu
trình sản xuất và sử dụng năng lượng sinh học.
17


b. Tăng cường an ninh năng lượng quốc gia:
Sự phụ thuộc vào dầu nhập khẩu có thể không những làm suy kiệt dự trữ ngoại tệ
của quốc gia, mà còn tạo ra sự mất ổn định về an ninh năng lượng của quốc gia đó.
Từ khi năng lượng sinh học được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu bản địa của
nhiều nước châu Á, loại nhiên liệu này có vai trò là nhiên liệu thay thế cho các nhiên
liệu hóa thạch có thể giảm sự phụ thuộc nhập khẩu dầu và tăng cường an ninh năng
lượng quốc gia.
Tuy nhiên, điều quan tâm là một số nước đang bị lôi cuốn bởi nhiều hứa hẹn về
an ninh năng lượng hơn và họ tiếp tục bỏ chi phí để đảm bảo an ninh của các nhu cầu
khác nữa như an ninh lương thực, an ninh về nguồn cung cấp nước và không quan
tâm tới việc bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như rừng tự nhiên và sự đa dạng
sinh học của chúng.
c. Hình thành sự tham gia của các xí nghiệp nhỏ và vừa (SMEs):
Khác với nhiên liệu dầu và khí, thậm chí là than cần phải xây dựng cơ sở hạ tầng
lớn để khai thác và xử lý, với sự tham gia của các tập đoàn lớn và các công ty đa
quốc gia, việc sản xuất năng lượng sinh học sẽ không đòi hỏi đầu tư và xây dựng các
nhà máy xử lý tổng hợp lớn. Vì vậy, đầu tư và quy trình sản xuất năng lượng sinh học
có thể nằm trong phạm vi SMEs có thể chấp nhận được.
Dựa vào nguyên liệu đầu vào và khả năng đầu ra, công suất của các nhà máy sản
xuất năng lượng sinh học có thể thiết kế phù hợp với yêu cầu đặc thù. Các hoạt động
sản xuất năng lượng sinh học dựa vào các nguyên liệu nông nghiệp hoặc các hệ thống
modul có thể được thực hiện để sản xuất năng lượng sinh học phục vụ cho tiêu thụ
cục bộ của các thiết bị có động cơ tại các trang trại. Đầu tư cho năng lượng sinh học
có thể mở ra các cơ hội tham gia của các công ty trong nước.

d. Đóng góp vào phát triển kinh tế- xã hội của các cộng đồng địa phương và các
ngành kinh tế đang phát triển:
Vai trò của ngành nông nghiệp trang trại trong dây chuyền sản xuất năng lượng
sinh học sẽ mở ra cơ hội cho các cộng đồng địa phương kết hợp hoạt động và thu
được các lợi ích nhất định để có thể tạo ra phát triển kinh tế - xã hội.
Việc trồng rừng, kích thích và thu hoạch nhiên liệu đầu vào như cây mía, ngô, sắn
và dầu cọ đòi hỏi phải tăng lực lượng lao động và các công việc thủ công. Việc mở
rộng sản xuất nông nghiệp do tăng nhu cầu các nguyên liệu thô cho sản xuất năng
lượng sinh học có thể tạo ra việc làm mới và thu nhập nhiều hơn cho nông dân. Tạo
cơ hội việc làm trong sản xuất năng lượng sinh học là rất lớn.
Ví dụ sản xuất năng lượng sinh học từ cây Jatropha Curcas (cây dầu mè) làm
nhiên liệu đầu vào được trồng như loại cây trồng chyên dụng để sản xuất diezel sinh
18


học, một diện tích cây mè 10000 ha có thể thu được 30 triệu lít dầu diezel sinh
học/năm có thể tạo ra 4000 việc làm trực tiếp.
6.2. Nhược điểm của năng lượng sinh khối:




Một ít gây khó khăn cho các nước có nhiệt độ vào mùa trong năm. Tuy nhiên nếu
sử dụng luân phiên với các nguồn năng lượng khác thì sẽ tiết kiệm rất nhiều.
Sự cạnh tranh với nguồn lương thực của người dân ở các nước nghèo và đang phát
triển.
Chi phí sản suất cao. Do đó làm cho giá thành khá cao. Nhưng với sự leo thang
giá cả nhiêu liệu như hiện nay thì vấn đề này không còn là rào cản nữa.

7.THUẬN LỢI VẦ KHÓ KHĂN CỦA VIỆC SẢN XUẤT NANG2 LƯỢNG

SINH HỌC Ở VIỆC NAM
1. Thuận lợi:
Việt Nam là một nước nhiệt đới nhiều nắng và mưa nên sinh khối phát triển
nhanh. Ba phần tư lãnh thổ là đất rừng nên tiềm năng phát triển gỗ lớn. Là một nước
nông nghiệp nên nguồn thụ phẩm nông nghiệp phong phú. Nguồn này ngày càng tăng
trưởng cùng với việc phát triển nông nghiệp và lâm nghiệp.
Bảng 1 : Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp.

Nguồn cung cấp Tiềm năng
(triệu tấn
Rơm rạ
Trấu
Bã mía
Các loại khác
Tổng

32.52
6.50
4.45
9.00
53.43

Quy dầu tương
đương (triệu
TOE)
7.30
2.16
0.82
1.80
12.08

Tỷ lệ (%)
60.4
17.9
6.8
14.9
100.0

Bảng 2: Tiềm năng sản xuất ethanol.
Nguồn cung cấp Tiềm năng
(triệu tấn
Tinh bột
Rỉ đường
Tổng

17
70
87

Quy dầu tương
đương (triệu
TOE)
10.56
46.20
56.76
19

Tỷ lệ (%)
19.5
80.5

100.0


2. Khó khăn:
a. Sự cạnh tranh về nhu cầu nguyên liệu sinh khối:
Một trong những điều không biết chắc được khi phát triển năng lượng sinh khối là
sự canh tranh về nguyên liệu. Ví dụ: rơm rạ còn làm thức ăn cho trâu bò; giấy phế
liệu có thể tái chế, gỗ phế liệu và mùn cưa có thể làm gỗ ép; ngô khoai, sắn để sản
xuất ethanol và đậu tương, lạc, vừng để sản xuất bio – dizen còn dùng làm lương
thực, thực phẩm cho người và gia súc.
b. Sự canh tranh về chi phí các công nghệ:
Hiện nay nhiều công nghệ sinh khối còn đắt hơn công nghệ truyền thống sử dụng
nhiên liệu hóa thạch cả về trang thiết bị lẫn nhiên liệu nên việc đưa công nghệ mới
vào Việt Nam còn gặp nhiều trở ngại lớn. Việt Nam còn là một nước nghèo nên thiếu
kinh phí đầu tư phát triển công nghệ mới là một rào cản rất lớn.
c. Trở ngại về môi trường:
Năng lượng sinh khối có một số tác động môi trường:
- Khi đốt, các ngồn sinh khối phát thải vào không khí bụi và khí sulfuro (SO2). Mức
độ phát thải tùy thuộc vào nguyên liệu sinh khối, công nghệ và biện pháp kiểm soát ô
nhiễm.
- Việc phát triển quy mô lớn các cây năng lượng để sản xuất nhiên liệu sinh học
(biofuel) có thể dẫn tới gia tăng sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón, gây tác hại đối
với hệ sinh thái và môi trường sống.
- Sản xuất năng lượng từ gỗ có thể gây áp lực cho rừng.
8/ SỰ CHUYỂN HÓA SINH KHỐI SANG NĂNG LƯỢNG HỮU ÍCH
8.1. Chuyển hóa năng lượng từ biogas sang điện năng:
a. Nguyên tắc sản xuất điện năng từ biogas:
Việc sản xuất điện năng từ sinh khối chủ yếu nhờ vào sự biến đổi khí sinh học
(biogas), trong đó chủ yếu là khí methane (CH4). Trong quá trình phân hủy các chất
thải methane bị lẫn với các chất khí khác như H2S,CO2… Do đó, trước khi được đưa

vào sản xuất điện năng. methane phải được làm sạch.Quá trình làm sạch methane có
tên gọi là quá trình nâng cấp biogas (Biogas Upgrades). Theo đó, các biogas tự nhiên
được đứa qua một lò làm sạch,lò làm sạch này có tác dụng khử CO2, H2S, H2O và các
chất bẩn khác bằng phương pháp gọi là xử lý amin (Amine Gas treating). Quá trình
xử lý amin được thực hiên theo sơ đồ sau:
20


lò hấp thụ: nhiệt độ từ 35 – 50oC, áp suất từ 5 – 205 atm.
lò tái tạo: nhiệt độ từ 115 – 125oC, áp suất từ 1.4 – 1.7 atm.
Sơ đồ xử làm sạch Methane.
Hệ thống làm sạch gồm hai bộ phận: lò hấp thụ và lò tái tạo. Khí biogas cần được
làm sạch được dẫn vào ngăn dưới của lò hấp thụ. Chất làm sạch amin đậm đặc và
nước được dẫn vào ngăn trên của lò hấp thụ. Bên trong lò hấp thụ, sẽ xảy ra phản ứng
giữa H2S, CO2 với dung dịch amin tạo thành dung dịch muối amin.
RNH2 + H2S → RNH3HS.
RNH2 + CO2 + H2O → RNH3HCO3.
Khí methane không phản ứng được dẫn ra ngoài theo ngăn trên của lò hấp thụ.
Dung dịch muối amin được dẫn ra từ ngăn dưới của lò đến ngăn trên của lò tái tạo.
Tại đây chúng được làm đông đặc lại và tách ra trở lại thành H2S, CO2 và dung dịch
amin. H2S và CO2 được dẫn ra ngoài, còn dung dịch amin được bơm trờ lại vào ngăn
trên, đi xuống ngăn dưới của lò. Từ ngăn dưới, dung dịch amin được đưa vào lò đun
để làm hóa hơi nước trờ thành amin đậm đặc như ban đầu.
Sau khi được làm sạch thì khí methane lúc này được gọi là methane sinh học
(biomethane) hay còn gọi là methane sạch. Từ đây, methane sạch sẽ được dẫn vào
một hệ thống khác để tạo ra điện năng. Quá trình tạo ra điện năng được thực hiện
theo sơ đồ sau:
21

Sơ đồ sản xuất điện năng từ biogas
Methane sinh học được bơm lên cho vào 3 lò nung để đốt cháy. Đồng thời, nước
từ bộ trích nhiệt cũng được dẫn vào bên trong lò để làm tăng thêm lượng hơi nước.
Trong lò sẽ xảy ra phản ứng đốt cháy methane tạo CO2 và hơi nước cùng một nhiệt
lượng cực lớn.
CH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O + Q

với Q = 891 kJ/mol CH4.

Nhiệt lượng tỏa ra sẽ làm các phân tử hơi nước chuyển động mạnh gọi là hơi siêu
nóng. Hơi siêu nóng sẽ được dẫn qua bộ máy phát điện. Tại đó, hơi này sẽ làm quay
tuabin máy phát điện với tốc độ khoảng 7500 vòng/phút, tua bin quay sẽ sản sinh ra
một hiệu điện thế vào khoảng 20 000 vôn. Sau khi làm quay tuabin, hơi nước lúc này
không còn nóng nữa sẽ được dẫn qua bộ phận làm sạch để làm ngưng tụ hơi nước
thành nước để rồi từ đây, lại cung cấp nước cho bộ phận trích nhiệt đưa nước vào lò.

22


Một số nhà máy sử dụng năng lượng sinh khối sản xuất điện.
b. Những lợi ích của biogas:
* Lợi ích của biogas về môi trường:
- Chuồng trại chăn nuôi trở nên sạch sẽ
- Chất thải được xử lý nên làm giảm một số bệnh tật như giun sán, truyền nhiễm
- Xử lý được phân và nước thải làm giảm đi mùi hôi, thối
- Hạn chế được tình trạng phá rừng lấy củi đốt
- Giảm được thiên tai và hiệu ứng nhà kính (vì khí metan và khí cacbonic là một
trong những nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính)
* Lợi ích của biogas về nguồn năng lượng:
Biogas là một nguồn năng lượng sạch và có giá trị cao có thể dùng để phục vụ

nhiều mục đích như:
- Đun nấu: nấu ăn bằng bếp sử dụng khí biogas
- Thắp sáng: đèn chiếu sáng bằng biogas

23


- Chạy động cơ đốt trong: dùng thay thế cho xăng và dầu diesel, vì theo ước tính thì 1
m3 biogas có giá trị năng lượng tương đương với 0,4 kg dầu diesel, 0,6 kg dầu hỏa,
0,8 kg than, 0,8 lít xăng
- Dùng chuyển hoá thành điện năng sử dụng cho sinh hoạt.
Tính ra, để đủ lượng khí đốt và điện năng thắp sáng dùng cho sinh hoạt, mỗi hộ
gia đình chỉ cần chăn nuôi thường xuyên từ 4 – 10 con lợn thịt. Nhờ đó có thể tiết
kiệm được từ 4 – 5 triệu đồng mỗi năm cho gia đình. Với 1 m3 biogas có thể sản xuất
tương đương 1,25 kWh điện sử dụng cho gia đình 5 người và thắp sáng bóng đèn
60W trong 6 giờ.
* Lợi ích của biogas trong nông nghiệp:
Chất thải từ chuồng trại khi được cho vào hầm biogas sẽ bị biến đổi và một phần
được chuyển hoá thành khí biogas. Phần còn lại là nước thải và các chất cặn bã có thể
được sử dụng vào nhiều mục đích khác, như:
- Làm phân bón: bã thải ra được dùng để ủ thành phân hữu cơ sinh học, dùng để bón
cho cây cối, hoa màu, giúp tăng năng suất, hạn chế được sâu bệnh, nâng cao độ dinh
dưỡng của đất.
- Nước thải có thể dùng để tưới trực tiếp cho rau và hoa màu xanh tốt hơn.
- Ngoài ra cặn bã và nước thải biogas còn có thể dùng vào việc nuôi cá theo mô hình
vườn – ao – chuồng, hoặc dùng để nuôi trùn quế,... làm tăng thêm nguồn thu nhập
cho gia đình.
* Lợi ích khác từ biogas:
- Làm hiện đại hoá nông thôn, góp phần trong mô hình xây dựng nông thôn mới
- Chị em phụ nữ sẽ dễ dàng hơn trong việc nấu ăn phục vụ gia đình

- Đời sống người dân được cải thiện nên xã hội cũng ngày càng phát triển hơn.
8.2. Nguyên tắc sản xuất và sử dụng ethanol:
a. Quy trình sản xuất ethanol:
- Quá trình sản xuất ethanol gồm 3 bước cơ bản:
+ Phân hủy xenlulo thành đường đơn.
+ Lên men đường đơn để thu ethanol.
+ Chưng cất và đề hydrat hóa ethanol.

24


- Đầu tiên, đề tạo ra được ethanol, người ta cần phân hủy xenlulo thành các phân tử
đường đơn C6H12O6. Đối với các cây hoa màu thì đường đơn được tạo thành trong
quá trình quang hợp:
6 CO2 + 6 H2O + ánh sáng mặt trời → C6H12O6 + 6 O2.
Đối với các sinh khối thì đường đơn được tạo bằng cách thủy phân xenlulo
(C6H12O6)n +toC → n C6H12O6.
- Sau đó, người ta tiến hành lên men đường đơn để tạo thành ethanol theo phản ứng:
C6H12O6→ 2 C2H5OH + 2 CO2 + Q với nhiệt lượng Q vào khoảng 227kCal.
Đây là quá trình lên men được gây bởi vi khuẩn lên men. Loại vi khuẩn lên men này
chỉ tương tác và làm lên men tinh thể đường đơn.
- Cuối cùng là công đoạn chưng cất và đề hydrat hóa ethanol. Ethanol muốn được sử
dụng để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong thì nước phải được loại bỏ hoàn toàn.
Quá trình chưng cất chẳng qua chỉ là quá trình đun nóng hỗn hợp dung dịch ethanol
hòa tan. Ethanol bay hơi nhanh hơn nước nên sẽ bốc hơi ở nhiệt độ từ 80 -90OC. Hơi
ethanol được dẫn qua bộ phận làm lạnh để hóa lỏng ethanol thu được ethanol tinh
khiết.

Sơ đồ chưng cất ethanol.
b. Ưu và nhược điểm sử dụng ethanol sinh học:

* Lợi ích sử dụng ethanol:
Ethanol được nghiên cứu để làm nhiên liệu thay cho xăng dầu là vì xăng dầu khi
bị đốt, ngoài việc thải ra lượng khí nhà kính CO2, còn thải ra nhiều chất khí độc hại
chứa lưu huỳnh. Tính toán cho thấy ethanol khi bị đốt cháy cũng thải CO2 nhưng ít
hơn nhiều so với xăng. Cụ thể là khi đốt xăng thì cứ một lít xăng sẽ giải phóng 2.44
25