Nghiên cứu đề xuất quy trình công nghệ sản xuất ethanol sinh học từ cây ngô

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI
HỌC
KHOA HỌC
T ự• NHIÊN
•
•
•
*********

BÁO CÁO TỎNG KÉT ĐÈ TÀI

NGHIÊN CỬU ĐÈ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ CÂY NGÔ

MÃ SỐ: QGTĐ 09.06

Chủ trì đề tài: PGS.TS. Nguyễn Xuân Cự

HÀ N Ộ I -2011


ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
ic

BÁO CÁO TỎNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ĐÈ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ CÂY NGÔ
MÃ SỐ: QGTĐ 09.06

Chủ trì đề tài: PGS.TS. Nguyễn Xuân Cự

CÁC CÁN B ộ THAM GIA CHÍNH
TS. Trần Văn Quy, PGS.TS. Lun Đức Hải
TS. Nguyễn Mạnh Khải; TS. Dương Văn Hợp;
PGS.TS. Nguyễn Văn Quảng; CN. Nguyễn Xuân Huân
ThS. Nguyễn Thị Hằng Nga

HÀ N Ộ I - 2 0 1 1


CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt
CFU

Chữ viết đầy đủ
Colony Forming Unit
(Đơn vị hình thành khuẩn lạc)

CMC

Cacbon Methyl Cellulose

CT

Công thức thí nghiệm

ĐBSH

Đồng bằng sông Hồng

ETBE

Ethyl Tertiary Butyl Ether

LM

Lên men

NLSH

Nhiên liệu sinh học

PPNN

Phụ phẩm nông nghiệp

SK

Sinh khối

USD

Đô la Mỹ

VNĐ

Việt Nam đồng

v sv

Vi sinh vật


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC B Ả N G ......................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC HÌNH........................................................................................... 5
BÁO CÁO TÓM TẮT BẰNG TIẾNG V IỆ T ......................................................... 6
ABSTRACT.................................................................................................................. 9
MỞ Đ Ầ U .....................................................................................................................12
1. Chương 1. TỔNG QUAN TÀI L IỆ U ................................................................17
1.1. Năng lượng sinh h ọ c...........................................................................................17
1.1.1. Khái niệm và các dạng năng lượng sinh h ọ c ...............................................17
1.1.2. Ethanol sinh học...............................................................................................19
1.1.3. Sản xuất và sử dụng ethanol sinh học........................................................... 19
1.2. Nguyên lý công nghệ sản xuất ethanol sinh học............................................ 27
1.2.1. Nguyên liệu sản xuất ethanol sinh h ọ c .........................................................27
1.2.2. Nguyên lý công nghệ sản xuất ethanol từ nguyên liệu giàu cellulose... 33
1.2.3. Tiềm năng sản xuất ethanol sinh học từ nguyên liệu giàu cellulose.... 41
Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u ............... 45
2.1. Lựa chọn nguyên liệu......................................................................................... 45
2.2. Phương pháp nghiên c ứ u ................................................................................... 45
2.2.1. Nghiên cứu thực địa.........................................................................................45
2.2.2. Nghiên cứu công nghệ xử lý nguyên liệu và sản xuất ethanol................. 45
2.2.3. Một số phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ............................ 46
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u VÀ THẢO L U Ậ N ..................................50
3.1. Sản xuất và sử dụng cây ngô ở Đ BSH ............................................................. 50

3.1.1. Tình hình sản xuất và phát thải nông nghiệp............................................... 50
3.1.2. Sản xuất ngô ở Đ BSH ......................................................................................52
3.1.3. Hiện trạng thu gom và sử dụng các phụ phẩm từ cây neô......................... 53
3.1.4. Tiêm năng sản xuất ethanol sinh học từ phụ phẩm cây n e ô ......................55
3.2. Y nghĩa của sử dụng ethanol sinh h ọ c ........................................................... 57
3.2.1. Y nghĩa kinh tê, xã hội và môi trường của sử dụng ethanol sinh học ... 57

1


3.2.2. Cơ hội và thách thức đối với phát triển nhiên liệu sinh học ở V N ........62
3.3. Nghiên cứu công nghệ sản xuất ethanol từ cây n g ô ..................................... 6 6
3.3.1. Thành phần của cây n g ô ................................................................................ 6 6
3.3.2. Ảnh hưởng của các điều kiện môi trường đến quá trình thủy p h â n ........67
3.4. Lựa chọn chủng vi sinh vật phân huỷ hydratcacbon và lên men đường .. 77
3.4.1. Lựa chọn chủng vi sinh vật phân huỷ hydratcacbon................................. 77
3.4.2. Xác định điều kiện thủy phân bằng vi sinh vật........................................... 81
3.4.3. Lựa chọn chủng vi sinh vật cho quá trình lên m en..................................... 81
3.5. Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất ethanol từ cây ngô trong phòng
thí nghiệm ................................................................................................................... 83
3.5.1. Tiền xử lý nguyên liệu bằng axit lo ãn g ........................................................83
3.5.2. Thuỷ phân chất rắn sau tiền xử lý (CR1) bàng axit loãng.........................85
3.5.3. Thuỷ phân chất rắn sau tiền xử lý (CR1) bằng vi sinh v ậ t........................87
3.5.4. Đánh giá khả năng chuyển hóa hợp chất cacbonhyđrat trong thân cây
ngô thành đường đ ơ n ................................................................................................. 89
3.5.5. Hiệu quả của quá trình lên m e n .....................................................................90
3.6. Đe xuất quy trình công nghệ sản xuất ethanol từ thân cây n g ô ................... 93
3.6.1. Quy trình công nghệ sản xuất ethanol với sự thuỷ phân bang enzim.... 94
3.6.2. Quy trình công nghệ sản xuất ethanol với sự thuỷ phân bằng a x it .......96
3.6.3. Tóm tắt quy trình công nghệ sản xuất ethanol từ thân cây n g ô ................ 98

3.6.4. Sơ bộ tính toán giá thành sản xuất ethanol từ thân cây n g ô ......................98
KẾT LUẬN VÀ KIẾN N G H Ị................................................................................ 101
TÀI LIỆU THAM K H Ả O .......................................................................................103
PHỤ LỤ C................................................................................................................... 108
PHOTOCOPY CÁC BÀI BÁO...............................................................................118
PHOTOCOPY BÌA CÁC LUẬN VĂN, KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

15 7

BẢN PHOTOCOPY ĐÈ CƯƠNG ĐỀ T À I.......................................................... 166
TÓM TẮT CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN

cứ u CÁ NH ÂN...........................192

SCIENTIFIC PROJECT.......................................................................................... 200
PHIẾU ĐẢNG KÝ KÉT QUẢ NGHIÊN

2

cứ u ................................................... 2 0 2


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1. Các dự án xây dựng Nhà máy ethanol nhiên liệu tại Việt Nam

26

Bảng 2. Thành phần đường và tro trong các nguyên liệu sinh khối

30

Bảng 3. Điều kiện để lên men đồng thời cả đường 5 và

37

6

cac bon (SSCF)

Bảng 4. Các điều kiện cho phản ứng tiền xử lý nguyên liệu gỗ

38

Bảng 5. Quan hệ áp suất, nhiệt độ và nồng độ cồn

40

Bảng 6 . Sản lượng lý thuyết sản xuất ethanol từ 1 tấn chất khô

41

Bảng 7. Thành phần các chất trong cây ngô (% chất khô)

42

Bảng 8 . Sản xuất ngô và các nước có sản lượng cao trên thế giới

44

Bảng 9. Diện tích gieo trồng và sản lượng một số cây trồng năm 2008

50

Bảng 10. Khối lượng các phụ phẩm từ lúa, ngô, lạc ở ĐBSH

51

Bảng 11. Diện tích trồng ngô từ năm 2000 đến 2008 ở nước ta

52

Bảng 12. Tỷ lệ sử dụng phụ phẩm cây ngô ở Phúc Thọ (Hà Nội)

55

Bảng 13. Tỷ lệ các phụ phẩm so với chính phẩm từ cây lúa, ngô, lạc

56

Bảng 14. Khối lượng trung bình các phụ phẩm từ cây ngô

56

Bảng 15. Sản lượng ethanol thu được từ thân lá cây ngô

57

Bảng 16. So sánh năng lượng trong sản xuất ethanol từ switchgrass và ngô 59
Bảng 17. So sánh tiềm năng năng lượng của một số nguyên liệu khác nhau 60

Bảng 18. So sánh một số chỉ tiêu giữa ethanol, xăng và ETBE

61

Bảng 19. Thành phần các chất trong cây ngô

67

Bảng 20. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hàm lượng đường khử (g/1)

67

Bảng 21. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thuỷ phân

69

Bảng 22. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng đường khử (g/1)

70

Bảng 23. Ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ axit đến lượng đường khử

71

Bảng 24. Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và thời gian đến đường khử

73

Bảng 25. Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và nồng độ axit tới đường khử

75

Bảng 26. Thành phần các chất trong nguyên liệu trước và sau khi thủy phân 76
Bảng 27. Hiệu quả chuyển hóa các chất sau thủy phân bàng axit loãng

3

77


Bảng 28. Mật độ tế bào và hoạt tính sinh học CMC chủng

v s v nghiên cứu 78

Bảng 29. Hoạt tính sinh học CMC của chủng xạ khuẩn ACT 06

79

Bảng 30. Ảnh hượng của nhiệt độ tới sự sinh trưởng của chủng ACT 06

80

Bảng 31. Ảnh hưởng của pH tới sự sinh trưởng và phát triển chủng ACT 06 80
Bảng 32. Mật độ xạ khuẩn và hàm lượng đường khử theo thời gian

81

Bảng 33. Khả năng chuyển hóa chất trong quá trình xử lý sơ bộ

84

Bảng 34. Khả năng chuyển hydratcacbon trong quá trình thủy phân axit

87

Bảng 35. Mật độ vi sinh vật và hàm lượng đường khử theo thời gian

88

Bảng 36. Khả năng chuyển hoá hydratcacbon sau thủy phân bằng ACT 06

88

Bảng 37. Thành phần các chất trong nguyên liệu sau tiền xử lý và thủy phân89
Bảng 38. Ket quả theo dõi sự thay đổi pH của dịch lên men

92

Bảng 39. Hiệu suất chuyển hóa đường khử trong quá trình lên men

92

Bảng 40. Hàm lượng ethanol trong dịch sau lên men

93

4


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1. Sử dụng năng lượng trên thế giới............................................................. 18
Hình 2. Cấu trúc phân tử của một số loại đường

28

Hình 3. Cấu trúc phân tử tinh bột

29

Hình 4. Cấu trúc phân tử cellulose

31

Hình 5. Cấu trúc phân tò hemicellulose

32

Hình 6 . Cấu trúc phân tử lignin

33

Hình 7. Cây ngô là nguyên liệu tiềm năng để sản xuất ethanol sinh học

43

Hình 8 . Thân cây ngô sau phơi khô tự nhiên

45

Hình 9. Ruộng ngô lúc trổ cờ và khi thu hoạch ở ĐBSH

53

Hình 10. Sản phẩm thu hoạch từ cây ngô và các hình thức sử dụng

54

Hình 11. Sử dụng cây ngô ở đồng bằng sông Hồng

55

Hình 12. Lượng khí nhà kính phát thải từ các nguồn nhiên liệu khác nhau

62

Hình 13. Ảnh hưởng của nồng độ axit đển lượng đường khử

68

Hình 14. Ảnh hưởng của thời gian thuỷ phân đến lượng đường khử

69

Hình 15. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đường khử

70

Hình 16. Ảnh hưỏng của nhiệt độ và nồng độ axit đến lượng đường khử

72

Hình 17. Ảnh hưởng của thời gian và áp suất đến lượng đường khử

74

Hình 18. Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và nồng độ axit dến đường khử

75

Hình 19. Đường kính vòng phân giải CMC của chủng ACT06 sau 3 ngày
Hình 20. Ket quả hinh thành khí C 0 2 trong ống Durham

79
82

Hình 21. Mô tả tác động của tiền xử lý đến cấu trúc của chất lignocellulose 83
Hình 22. Lượng đường khử tạo thành sau tiền xử lý mẫu

85

Hình 23. Lưọng đưòng khử tạo thành sau thuỷ phân bàng axit loãng

86

Hình 24. Quy trình sản xuất ethanol từ nguyên liệu giàu hydratcacbon

94

Hỉnh 25. Quy trình sản xuất ethanol với sự thuỷ phân bàng enzim

95

Hình 26. Quy trình sản xuất ethanol với sự thuỷ phân bằng axit loãng

97

5


BÁO CÁO TÓM TẤT BẰNG TIẾNG VIỆT
1. Tên đề tài: N ghiên cửu đề xuất quy trình công nghệ sản xuất
ethanol sinh học từ cây ngô
M ã sổ:

QGTĐ.09.06

2. Chủ trì đề tài: PGS.TS. Nguyễn Xuân Cự
3. Các cán bộ tham gia chính:
TS. Trần Văn Quy; PGS.TS. Lưu Đức Hải; TS. Nguyễn mạnh Khải;
TS. Dương Văn Hợp; PGS.TS. Nguyễn Văn Quảng; ThS. Nguyễn Thị
Hằng Nga; CN. Nguyễn Xuân Huân
4. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu tiềm năng sử dụng cây ngô để sản xuất ethanol sinh học, góp
phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất nông
nghiệp ở vùng đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH).
- Đe xuất qui trình công nghệ sản xuất ethanol sinh học từ cây ngô trong
phòng thí nghiệm.
Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu đánh giá tình hình sản xuất ngô và tiềm năng sản xuất ethanol
sinh học từ cây ngô ở vùng ĐBSH.
- Nghiên cứu đề xuất quy trình công nghệ sản xuất ethanol sinh học từ cây ngô
trong phòng thí nghiệm:
- Phân tích hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường của việc sản xuất ethanol từ
cây ngô.
5. Các kết quả đạt được
+ Ket quả khoa học:
Nhu cầu sử dụng năng lượng của con người cho các quá trình sản xuất
và đời sống ngày càng gia tăng mạnh mẽ. Nguồn năng lượng cơ bản hiện nay
cung cấp cho nhu cầu của con người vẫn là nguồn năng lượng hóa thạch đang

6


dần bị cạn kiệt. Sản xuất ethanol từ các nguyên liệu giàu lignocellulose là vấn
đề đang được quan tâm trên thế giới. Những kết quả nghiên cứu chính của đề

- Cây ngô có hàm lượng cellulose, hemicellulose và lignin khá cao, tương
ứng 37,19%; 24,07% và 17,82% tổng khối lượng chất khô được xem là
nguồn nguyên liệu có tiềm năng lớn để sản xuất ethanol sinh học. v ề tiềm
năng từ phụ phẩm cây ngô trong cả nước có thể sản xuất được khoảng 4,6 tỷ
lít cồn nhiên liệu/năm; nếu chỉ tính riêng vùng đồng bàng sông Hồng cũng
vào khoảng 0,4 tỷ lít.
- Nồng độ axit, nhiệt độ và thời gian là những yếu tố có ảnh hưởng mạnh đến
phản ứng thủy phân các hợp chất hydratcacbon. Hiệu quả cao của quá trình
thủy phân tạo đường từ các nguồn nguyên liệu giàu lignocellulose như thân
cây ngô có thể đạt được ở điều kiện nhiệt độ 132 °c, nồng độ H 2SO 4 2%
trong thời gian 60 phút. Ở điều kiện này có thể thủy phân được 36,7% hợp
chất cellulose; 70,7% hemicellulose; 39,7% lignin.

- Quá trình tiền xử lý mẫu bang H 2SO 4 0,5% kết hợp với thuỷ phân bằng axit
H 2SO 4 2% đã thủy phân được 52,49%; còn tiền xử lý mẫu bằng axit H 2SO 4
0,5% kết họp với thuỷ phân bàng vi sinh vật đã chuyển hóa được 68,33%
tông các hợp chat cellulose và hemicellulose trong nguyên liệu ban đầu. Sử
dụng Saccharomyces Cerevisiae lên men có thể chuyển hóa khoảng 70%
lượng đường khử trong dung dịch thành ethanol.
- Với kết quả nghiên cứu này cho thấy để sản xuất 1 lit ethanol cần khoảng
7,8-12.7 kg thân cây ngô sau khi thu hoạch (độ ẩm 70%), tương ứng với
2,3-3 ,8 kg nguyên liệu khô.
- Đã đề xuất 2 quy trình công nghệ sản xuất ethanol sinh học từ cây ngô với
quá trình thuỷ phân bằng axit loãng và thuỷ phân bằng axit loãng kết họp
với vi sinh vật áp dụng với quy mô phòng thí nghiệm.
+ Kết quả ứng dụng (nếu có): Phưong án công nghệ sản xuất ethanol từ
cây ngô trong phòng thí nghiệm, đây được xem như cơ sở quan trọng cho các
nghiên cứu mở rộng trong sản xuất.

7


+ Kết quả công bố: 3 bài báo tại Hội nghị Khoa học quốc tế về năng lượng
tái tạo; 2 bài báo đăng trong tạp chí Khoa học, Đại học Quốc gia Hà Nội.
+ Kết quả đào tạo: Hướng dẫn 3 học viên cao học; dẫn 4 khoá luận tốt
nghiệp; hỗ trợ cho 1 NCS làm luận án về phụ phẩm nông nghiệp ở Hà Nội
6. Tinh hình kinh p h í của đề tài: đã sử dụng hết số kinh phí được phân bổ.

KHOA QUẢN LÝ

CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI
(Ký và ghi rõ họ tên)

PGS.TS. Nguyên Xuân Cự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

yiỆ» T» ƯÓNG
6 s.rsKli.jf* m tũ 'M in e -iS ti ,,,3
đ ể
J
7

8


ABSTRACT
1. Project Title: S tu dy on p ro p o sa l o f tech n ological p ro c e ss f o r bio­
eth an ol produ ction fr o m corn p la n t
Code Number: QGTĐ.09.
2. Project Manager: Assoc. Prof. Dr. Nguyen Xuan Cu
3. Key implementors:
Dr. Tran Văn Quy; Assoc.Prof.Dr. Luu Due Hai; Dr. Nguyen Manh Khai;
Dr. Duong Van Hop; Assoc.Prof.Dr. Nguyen Van Quang; MSc. Nguyen
Thi Hang Nga; BSc. Nguyen Xuan Huan
4. Objective and research content
Objectives
- Investigate the potential use of com residue for ethanol production to
minimize the environmental pollution in the Red River Delta.
- Study on proposal technological process for bio-ethanol production from
com plant
Research Contents
- Study and evaluation on maize production and potential for ethanol

production in the Red River Delta.
- Study and proposal o f technological process for bio-ethanol production from
com plant in laboratory scale.
- Analysis o f eco-social and environmental effectiveness of ethanol production
from com plant.
5. Main results
+ Scientific results:
This study focused on evaluating the ability to converse lignocelluloses
compounds from com stover by the hydrolysis with other agents for bio­
ethanol from agricultural byproducts. Com stover is rich in cellulose and
hemicelluloses content and likely to be hydrolyzed by dilute acids and

9


microorganisms. So it should be considered as potential materials for bio­
ethanol production. The main results from the study are:
- Com stover after harvest contains about 37.19% o f cellulose; 24.07% of
hemicelluloses, 17.82% o f lignin so that it is abundant promising raw
materials for ethanol production. The potential country com stover can
produce up to 4.6 billion litter o f ethanol per year, and about 0.4 billion litter
of ethanol in the Red river Delta only.
- Acid concentration, temperature and time have strong effects on the
hydrolytic processes o f com stover. However, the most effective o f this
process maybe achieved at the conditions o f 132 °c, concentration o f 2 %
H 2SO4 and resident time o f 60 minutes. In this condition, there is about 31.3
% of cellulose; 70.7 % of hemicellulose and 39.7 % o f lignin hydrolyzed.
- The separation treatment o f com stover by 0.5% H 2SO 4 and microorganisms
can hydrolyze about 68,33%; but treatment by 0,5% and 2% H 2SO 4 only
hydrolyze 52,49% total amount of cellulose and hemicellulose substances in

com stover. The Saccharomyces Cerevisiae can convert about 70% o f total
reducing sugar to produce ethanol.
- The research results showed that to produce 1 liter o f ethanol weight about
7.8-12.7 kg o f com stover after corncob harvested (70% o f moisture)
coưespondence to 2.3-3 .8 kg of dried biomass.
- Proposed two technology processes for bio-ethanol production from com
stover with hydrolyses by dilute acid and by microorganisms applied in
laboratorial scale.
+ Applied outcomes: The technological process for bio-ethanol production
from com stover applied laboratory scale, and considered as basic result for
further research to extend to the practice.
+ Publication: 5 articles (3 articles which in the Proceedings o f
International Workshop o f Renewable Energy; 2 articles in the Science
Journal of Vietnam National University o f Hanoi)

10


+ Training: 3 master theses; 4 bachelor theses; support one graduate
student to investigate agricultural by-products in Hanoi
6.

Financial situation o f the Project: the total amount o f finance is expensed

Project Manager

Assoc. Prof. Dr. Nguyen Xuan Cu

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE

11


MỞ ĐẦU

Ngày nay do thế giới phụ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ và giá dâu biên
động liên tục theo chiều tăng và sự cạn kiệt dần nguồn năng lượng hoá thạch
và khí đốt nên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế là việc làm có
tính sống còn trong những thập kỷ tới. Trong thời gian gần đây giá dầu thế
giới tăng nhanh vượt ngưỡng 100 USD/thùng và với nhu cầu tiêu thụ khoảng
82,5triệu thùng/ngày. Theo ủ y ban quốc gia các chính sách năng lượng của
Mỹ nếu chỉ 4% năng lượng thế giới bị ngừng trệ bởi thiên tai thì giá dầu thô có
thể lên đến 160USD/thùng.
Sử dụng năng lượng trên thế giói hiện nay phụ thuộc chủ yếu vào các
dạng năng luọng hóa thạch, trong khi nguồn dụ trữ không còn nhiều: dầu mỏ
còn 39 năm, khí thiên nhiên 60 năm, than đá 111 năm. Ở khu vực các nước
ASEAN, nhu cầu tiêu thụ năng lượng của khu vực năm 2002 là 280 triệu tấn
than và dự đoán sẽ tăng lên 583 triệu tấn và năm 2020 (Nguyễn Công Tạn,
2007). Indonesia là nước có nguồn năng lượng hoá thạch lớn nhất trong các
nước ASEAN, tuy nhiên hiện nay dầu mỏ dự trữ của Indonesia cũng chỉ còn
sử dụng trong khoảng 25 năm nữa, khí đốt 60 năm và than đá 150 năm.
Mặt khác, trên thế giói hiện nay ô tô luôn là phương tiện giao thông
được ưa chuộng hơn cả mà nhiên liệu cho ộ tô là xăng và dầu diesel. Tỷ lệ sử
dụng ô tô trên thế giới là
2

8 /1 0 0 0

người và dự báo là sẽ tăng lên đáng kể trong

thập kỷ tới, điều đó đòi hỏi một khối lượng nhiên liệu xăng dầu tăng thêm

cũng rất lớn.
Một thách thức khác đối với nhân loại trong thế kỷ 21 là giảm phát thải
khí nhà kính, yếu tố quyết định gây ra biến đổi khí hậu. v ấ n đề chính được đặt
ra là tìm được các nguồn năng lượng sạch để thay thế cho nguồn nhiên liệu
hóa thạch được coi là nguồn gây ô nhiễm môi trường và có nguy cơ cạn kiệt
trong tuong lai không xa. Trong đó, năng lượng sinh học đang là một hướng đi
quan trọng mà nhiều quốc gia đã lựa chọn.

12


Thế kỷ 19 và 20 được xem là thời kỳ của khoa học và kỹ thuật với
những thành tựu đã mang lại sự phát triển vượt bậc của các nước phát triển ở
Tây Âu, Nhật Bản và Mỹ. Từ cuối thế kỷ 20 là thời kỳ của cuộc cách mạng
công nghệ thông tin và những cơ hội cho sự hội nhập quốc tế, tạo ra sự phát
triển mạnh mẽ của Trung Quốc, Ấn Độ và các nền kinh tế mới nổi khác. Thể
kỷ

21,

với thách thức về biến đổi khí hậu, sự suy giảm tài nguyên sẽ là thời đại

của nền công nghiệp xanh, với mục tiêu là sự tăng trưởng ít cac bon, trong đó
năng lượng xanh sẽ đóng vai trò chủ chốt. Cho dù vẫn còn đó những tranh cãi
về tác động tiêu cực và lợi ích của việc phát triển nhiên liêu sinh học, nhưng
đây vẫn sẽ là một hướng đi của thế giới trong việc giải quyết nhu cầu năng
lượng cho sự phát trienr bền vững của loài người.
Thế giới đang đứng trước nguy cơ khủng hoảng năng lượng trầm trọng.

Theo dự báo của các nhà khoa học trên thế giới, nguồn năng lượng từ các sản
phẩm hoá thạch dầu mỏ sẽ bị cạn kiệt trong vòng 40- 50 năm nữa [8 ]. Đe ổn
định và đảm bảo an ninh năng lượng đáp ứng cho nhu cầu con người cũng như
các ngành công nghiệp, các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu tìm ra
những nguồn năng lượng mới, trong đó nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh
học có nguồn gốc từ động, thực vật là một hướng đi có thể tạo ra nguồn nhiên
liệu thay thế phần nào nguồn nhiên liệu hoá thạch đang cạn kiệt, đảm bảo an
ninh năng lượng cho từng quốc gia.
Năm 2007, thế giới đã sản xuất khoảng trên 52 tỷ lít ethanol (chủ yếu ở
Mỹ và Brasil), trong đó 75% dùng làm nhiên liệu. Theo dự báo của các tập
đoàn năng lượng trên thế giới, đến năm

2012,

lượng ethanol nhiên liệu sẽ tăng

lên 79,3 tỷ lít và tỷ lệ sử dụng làm nhiên liệu tăng lên tới 85% so với hiện nay.
Tiêu thụ nhiên liệu sinh học trên thế giới sẽ tăng lên gấp đôi từ 10 tỷ tấn qui ra
dầu/năm (2007) lên 22 tỷ tấn qui dầu vào năm 2050. Theo tính toán của
Zimmy Grine về nhiệt lượng thì 1,5 lít ethanol có thể thay thế 1 lít xăng. Sử
dụng xăng sinh học (pha ethanol với xăng thông thường) có thể giảm lượng

13


xăng từ dầu mỏ

10

đến 15% mà công suất và hiệu suất mài mòn động cơ

không đổi.
Sử dụng nhiên liệu sinh học mang lại các lợi ích như giảm thiểu ô
nhiễm môi trường vì nguyên liệu sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học từ
động thực vật, không chứa các họp chất thơm, hàm lượng lưu huỳnh thấp,
không chứa chất độc hại. Mặt khác nhiên liệu sinh học khi thải vào đất có tốc
độ phân hủy nhanh hơn gấp 4 lần so với nhiên liệu dầu mỏ, do đó giảm được
rất nhiều tình trạng ô nhiễm nước ngầm [8 ].
Ethanol sinh học (bio-ethanol) là một loại nhiên liệu sinh học dạng cồn,
được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa
tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn. Do vậy chúng thường được sản
xuất từ các loại cây nông nghiệp có hàm lượng đường cao như hạt ngô (ở Mỹ),
lúa mì, lúa mạch, mía (ở Brasil). Ngoài ra, ethanol sinh học còn được sản xuất
từ cây cỏ có chứa nhiều cellulose. Hiện nay, việc sản xuất ethanol từ các loại
cây nông nghiệp có thể ăn được đang gây ra sự lo lang về an ninh lương thực,
dẫn đến sự cạnh tranh giữa cây trồng làm nhiên liệu và cây lương thực, làm
suy thoái đất. Chính vì vậy, thế giới đang đi theo hướng sản xuất ethanol sinh
học từ các nguyên liệu giàu họp chat cellulose.
Một số công trình nghiên cứu trên thế giới cho thấy, các loại phụ phẩm
nông nghiệp giàu hydratcacbon có thể sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất
ethanol sinh học. như rơm rạ, thân cây ngô...Việc nghiên cứu sử dụng phụ
phẩm nông nghiệp giàu hợp chất cacbonhydrat làm nguyên liệu sản xuất
ethanol nhiên liệu có sử dụng sự trợ giúp của vi sinh vật đang là một trong
những giải pháp đầy hứa hẹn cho việc tạo ra nguông nhiên liệu thay thế một
phần các nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, góp phần giảm thiểu các tác
động xấu đến môi trường. Đây là một hướng nghiên cứu đúng đắn thu hút
được sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước.
Việt Nam là một quốc gia có hon 70% dân sổ làm nông nghiệp. Do
vậy, phụ phẩm sau thu hoạch rất lớn. Theo số liệu thống kê sơ bộ năm 2008

14


[5], tổng diện tích cây lúa trong cả nước khoảng 7,4 triệu ha; diện tích trồng
ngô cả nước là 1,13 triệu ha, như vậy lượng phụ phẩm từ cây lúa và ngô hanhg
năm sẽ rất lớn. Theo phương thức sản xuất nông nghiệp truyền thống, phụ
phẩm nông sau khi thu hoạch (rơm rạ, thân cây ngô) được sử dụng như một
nguồn chất đốt quan trọng để đun nấu trong các gia đình hoặc làm thức ăn
chăn nuôi. Tuy nhiên, hiện nay với sự phát triển của xã hội, nhu cầu đời sống
ngày một nâng cao, hầu hết các hộ nông dân đã sử dụng các nguồn nguyên
liệu khác như than, gas, điện,... cho việc nấu nướng nên phần lớn lượng phế
phụ phẩm nông nghiệp này được người nông dân đốt ngay trên đồng ruộng tạo
ra những chất độc hại như CH4, C 0 2, bụi,... Việc đốt lượng phụ phẩm nông
nghiệp trên đồng ruộng đang dần hình thành một thói quen xấu, không những
gây ảnh hưởng xấu tới môi trường mà còn rất lãng phí nguồn nguyên liệu có
nguồn gốc thực vật này.
Ở nước ta, nhu cầu sử dụng năng lượng đang gia tăng ngày càng nhanh
chóng do tốc độ phát triển kinh tế và tăng dân số. Nếu năm 2000, nhu cầu tiêu
thụ năng lượng tính bình quân trên đầu người là 155kg dầu tương đương thì
đến năm 2010 là 354-377 kg dầu tương đương (tăng khoảng 2 lần) và đến năm
2020 nhu cầu năng lượng bình quân sẽ gấp khoảng 4 lần so với năm 2000. Để
đáp ứng nhu cầu đó, nguông mhiên liệu xăng dầu ở nước ta chủ yếu phải nhập
khẩu tò bên ngoài. Mặc dù năm 2005, Việt Nam đã khai thác 32,4 triệu tấn
than và 18,5 triệu tấn dầu thô song cũng không đủ cung cấp cho nhu cầu sử
dụng trong nước, do đó vẫn phải dựa vào nhập khẩu các sản phẩm dầu mỏ để
đáp ứng nhu cầu năng lượng. Chỉ riêng năm 2005 chúng ta đã phải nhập 11,45
triệu tấn sản phẩm dầu mỏ vẫn liên tục tăng nhanh.
Nhằm giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu nhập khẩu và tiến tới
bảo đảm nhu cầu năng lượng cho đất nước, ngày 20/11/2007, Thủ tướng chính
phủ đã ký phê duyệt Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm

nhìn đến năm 2025. Mục tiêu tổng quát của đề án là “Phát triển nhiên liệu
sinh học, một dạng năng lượng mới, tái tạo được để thay thế một phần nhiên

15


liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ
môi trường”. Mục tiêu đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt
250 nghìn tấn (pha được 5 triệu tấn E5, B5), đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu
của cả nước và đến năm 2025, đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng 5% nhu cầu xăng dầu
của cả nước.
Đề tài “Nghiên cứu khả năng sản xuất ethanol sinh học từ cây ngô”
nhằm xác định được khả năng sản xuất ethanol sinh học từ thân cây ngô nhờ
tác nhân sinh học là vi sinh vật.
Mục tiêu của đề tài:
- Nghiên cứu tiềm năng sử dụng cây ngô để sản xuất ethanol sinh học, góp
phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất nông
nghiệp ở vùng đồng bằng sông Hồng.
- Đe xuất quy trình công nghệ sản xuất ethanol sinh học từ cây ngô trong
phòng thí nghiệm.

16


Chương 1. TỎNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Năng lượng sinh học
1.1.1. Khái niệm và các dạng năng lưọng sinh học
Năng lượng sinh học (bio-energy) là tất cả các dạng năng lượng có
nguồn gốc từ sinh khối. Chúng bao gồm các nguồn năng lượng được sản xuất

từ nhiều loại sản phẩm nông nghiệp khác nhau như thân, cành, vỏ, quả cây,
các sản phẩm dư thừa khi chế biến nông, lâm sản, gỗ củi, phân gia súc, nước
thải và bã phế thải hửu cơ công nghiệp, rác thải... Không giống các dạng năng
lượng hóa thạch, năng lượng sinh học là nguồn năng lượng tái tạo. Hơn nữa
khi sử dụng chúng không làm tăng thêm lượng C 0 2 trong khí quyển Trái đất
mà chỉ khép kín chu trình các bon trong tự nhiên.
Năng lượng sinh học là dạng năng lượng được tích lũy từ năng lượng
mặt trời thông qua quá trình quang hợp. Năng lượng mặt trời sẽ được chuyển
hóa thành dạng năng lượng hóa học tích lũy trong các chất hữu cơ. Vì vậy,
năng lượng sinh học là nguồn năng lượng tái sinh và có khả điều chỉnh theo ý
muốn của con người.
Hiện nay chúng ta thường sử dụng năng lưọng sinh học dưới 3 dạng
chủ yếu: năng lượng sinh khối, khí sinh học và nhiên liệu sinh học. Năng
lượng sinh khối (biomass energy) bao gồm bất kỳ một dạng chất hữu cơ nào
được đốt cháy để cung cấp năng lượng như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ
động vật... Do vậy năng lượng sinh khối thường được hiểu đon giản như
những dạng năng lượng thô. Năng lượng sinh khối được sử dụng ở Việt Nam
và các nước khác trên thế giới từ ngàn xưa nhưng chỉ với quy mô nhỏ, mang
tính chât gia đình cho các hoạt động đun nấu hoặc cũng có thể có trong sản
xuât nhỏ. Việc sử dụng nhiên liệu sinh khối dạng thô trong quy mô công
nghiệp là khó khăn và ít hiệu quả kinh tế do nhiệt trị nhiên liệu thấp (15-18
MJ/kg đối với củi, gỗ và 12-15MJ/kg đối với rơm, trấu). Khí sinh học (bio- -

h o

- pƯN G

: S IA HA N ÔI

T Ẩ M T H O N G TIN T H l ' 7 1Ẻ N

L c c c ilC C iV -jj-


gases) bao gồm các chất khí (chủ yếu là CH4) được tạo thành do quá trình
phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí. Nhiên liệu sinh học
(bio-fuel) là nhiên liệu dạng lỏng được tạo ra từ các sinh vật.
Hiện có 2 dạng nhiên liệu sinh học chủ yếu là ethanol sinh học (bioethanol) và diesel sinh học (bio-diesel). Ethanol sinh học được sản xuất trước
hết từ các loại nguyên liệu giàu tinh bột và đường, chẳng hạn như hạt ngũ cốc,
mía, củ cải đường... nhờ quá trình thủy phân và lên men ethanol. Ngược lại,
diesel sinh học được chế biến chủ yếu từ các nguồn nguyên liệu chứa dầu và
chất béo như hạt đậu tương, cọ dầu, hạt cây cải dầu, mỡ động vật...

về phương

diện hoá học diesel sinh học là methyl este của axit béo. Hiện nay, để không
ảnh hưởng đến khả năng cung cấp lương thực cho con người, các công nghệ
mới sản xuất ethanol sinh học từ các nguồn nguyên liệu giàu cellulose là sản
phẩm phụ của nông nghiệp như rơm rạ rất được chú ý nghiên cứu.
Sử dụng ethanol sinh học như một giải pháp thay thế một phần nhiên
liệu cho động cơ ngày càng gia tăng trên thế giới. Nó giảm sự phụ thuộc vào
nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, giảm sự phụ thuộc vào nguồn
năng lượng phải nhập khẩu, tạo thêm việc làm, giảm lượng phát thải khí nhà
kính nhất là C 0 2 và NOx. Hiện nay, năng lượng sinh học chiếm khoảng 11 %
tổng năng lượng cung cấp cho con người (Hình 1).

0.4 %
2.

■■

■■
■■

Than
Khí tự nhiên
Dầu mó
NL nguyên từ
Thuý điện
NL sinh học
Các dạng khác

Hình 1. S ử dụng năng lượng trên thế giới

18


1.1.2. Ethanol sinh học
Ethanol được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp và thông thường
được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp
hyđrat hóa etylen bằng xúc tác axít. Cho etylen hợp nước ở 300 độ c , áp suất
70-80 atm với chất xúc tác là acid vvolữamic hoặc acid phosphoric. Ngày nay
etylen được hyđrat hóa gián tiếp bằng phản ứng của nó với axít sulfuric đậm
đặc để tạo ra ethyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành ethanol
và tái tạo axít sulfuric.
Ethanol để sử dụng công nghiệp không phù họp với mục đích làm đồ
uống cho con người do có chứa một lượng nhỏ các chất độc hại (ví dụ như
methanol) hay khó chịu (ví dụ như denatonium- C 2 iH 29N 2 0 *C7H 5 0 2 -là một
chất rất đắng, gây tê).
Ethanol sinh học hay còn gọi là cồn sinh học được sản xuất từ các
nguyên liệu như sắn, ngô, mía, gỗ... là chất lỏng có thể hòa tan vô hạn trong

nước. Ethanol nguyên chất (cồn khan 99,5%) có tỷ trọng khoảng 0,7917 kg/lít
ở nhiệt độ 20 °c, so với tỷ trọng 0,7291 kg/lít của xăng RON 92. Sự chênh
lệch tỷ trọng không đáng kể này cho phép ethanol có thể hòa tan một cách dễ
dàng trong xăng thông dụng.
Ethanol sinh học có thể phân làm 2 loại: Ethanol khan (nồng độ trên
99%) và ethanol ngậm nước (nồng độ dưới 96%). Ethanol ngậm nước được sử
dụng ở dạng nguyên chất cho động cơ đốt trong (thay thế

100%

nhiên liệu hóa

thạch), trong khi ethanol khan có thể sử dụng trên động cơ dưới dạng hỗn hợp
ethanol - nhiên liệu hóa thạch (xăng sinh học).
1.1.3. Sản xuất và sử dụng ethanol sinh học
1.1.3.1. Sản xuất và sử dụng ethanol sinh học trên thế giới
Năm 1983, Gruham Quick (Mỹ) là người đầu tiên sử dụng dầu từ hạt
lanh để chạy động cơ. Năm 1990 Mỹ đã ban hành “Luật không khí sạch” trong

19


đó ethanol được sử dụng làm chất phụ gia trong xăng thay thế MTBE, chất có
thể gây ung thư cho con người đã mở đầu cho nhũng nghiên cúu quy mô lớn
về sản xuất và sử dụng ethanol sinh học. Năm 2005 Mỹ có Luật năng lượng đề
ra tiêu chuẩn bắt buộc trong xăng tiêu dùng phải pha nhiên liệu sinh học với tỷ
lệ tăng dần hàng năm. Năm 2007, Mỹ sản xuất khoảng 26 giga lít ethanol từ
hạt ngũ cốc.
Hiện nay Mỹ có trên 200 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học. Hãng
dầu mỏ lớn thứ 3 nước Mỹ là Conoco Phillips sẽ đầu tư 22,5 triệu USD cho

đại học Iowa State University (ISU, Mỹ) trong

8

năm để phát triển các công

nghệ sinh học mới. Theo Berger (2002), hiện nay có nhiều công ty đang sản
xuất thương mại ethanol sinh học từ gỗ hoặc các nguyên liệu giàu cellulose,
đặc biệt ở các nước Bắc Mỹ.
Nước sử dụng ethanol cho nhiên liệu nhiều nhất trên thế giới là Brasil.
Từ năm 1975 Brasil đã có kế hoạch dùng mía làm nguyên liệu sản xuất cồn
thay thế xăng và khuyến khích sử dụng nhiên liệu sinh học bàng các biện pháp
như các loại xăng để chạy xe đều phải pha một tỷ lệ ethanol nhiên liệu, đầu tư
trồng và cải tạo giống mía để sản xuất nhiên liệu sinh học, cải tiến công nghệ
sản xuất ethanol, nghiên cứu sản xuất ô tô chạy bàng ethanol, miễn giảm thuế
sản xuất và tiêu thụ ethanol. Hiện nay toàn bộ xăng chạy ô tô của Brasil đều
pha 20-25% ethanol sinh học và đã có loại ô tô chạy hoàn toàn bằng ethanol
sinh học. Ethanol khan (95% ethanol và 5% nước) có thể được sử dụng làm
nhiên liệu cho trên 90% xe ôtô thế hệ mới ở Brasil. Ở Mỹ, thường dùng tỷ lệ
pha trộn ethanol trong xăng là 15% (xăng E85); hoặc sử dụng tỷ lệ pha trộn
15% xăng với 85% ethanol (xăng E85).
Năm 2005 đã có 70% số ôtô ở Brasil sử dụng nhiên liệu sinh học.
Lượng tiêu thụ ethnol sinh học ở Brasil đạt 12 triệu tấn năm 2005, thay thế
45% lượng tiêu thụ xăng và chiểm 1/3 tổng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho các
loại xe, tạo công ăn việc làm cho 700.000 người. Brasil có thể sán xuất được

20


lượng ethanol thay thế

10%

nhu cầu xăng dầu của thế giới trong vòng

20

năm

tới với lượng xuất khẩu khoảng 200 tỷ liưnăm so với mức 3 tỷ lít hiện nay.
Brasil là nước đi đầu thế giới trong việc chiết xuất ethanol sinh học từ
mía với giá rẻ, trong khi Mỹ là nước sản xuất bio-ethanol lớn nhất thế giới với
công nghệ từ cây ngô. Theo đó, việc thống nhất được các tiêu chuân chât
lượng giữa hai nước đang sản xuất tới 70% lượng ethanol sinh học toàn cầu sẽ
giúp loại nhiên liệu này có thể giao dịch trên thị trường quốc tế như xăng dầu
thông thường với giá thành ngày càng giảm. Trên 20% xe ôtô ở Brasil có khả
năng sử dụng nhiên liệu

100%

ethanol, bao gồm các động cơ chỉ chạy bằng

ethanol và động cơ hỗn hợp. Các động cơ hỗn hợp ỏ Brasil có khả năng sử
dụng nhiên liệu ethanol thuần khiết, xăng thông thường hoặc pha trộn theo bất
kỳ tỷ lệ nào. [ 1 0 ]
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, ... Theo đó, qua một quá trình thuỷ
phân dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao các loại sinh khối này sẽ thu được
dầu thô sinh học (bio-crude oil) có thể dùng để phát triển biodiesel sau này.

Một hướng nghiên cứu khác là thay thế ethanol bang 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 khôi.
Các nước EU sử dụng đậu tương, hạt cải dầu (Brassica napus) và dầu
mỡ phế thải từ động để sản xuất nhiên liệu sinh học. Thuỵ Điển dự kiến sau
2020

ethanol sinh học từ cellulose sẽ thay thế toàn bộ nhiên liệu hoá thạch

nhằm chấm dứt phụ thuộc vào dầu mỏ. Trong khối EU nhiên liệu sinh học là
một ưu tiên trong chính sách môi trường và giao thông. Theo ước tính của các
nhà kinh tế sử dụng nhiên liệu sinh học trong các loại hình vận tải ở châu Âu
có thể tiết kiệm được 120 triệu thùng dầu thô vào năm 2010. EU đặt mục tiêu
đến 2020 sản xuất 20% điện năng từ các nguồn năng lượng tái sinh. EU qui

21


định các nước thành viên phải sử dụng ít nhất

10%

nhiên liệu sinh học từ nay

đến 2020. Mỹ đề ra đến 2020 sừ dụng 20% nhiên liệu sinh học trong giao
thông.
ở các tỉnh Hà Nam, An Huy, Cát Lâm, Hắc Long Giang (Trung Quốc)
đã sản xuất ethanol tò lương thực tồn kho với sản lượng hàng năm đạt

1 ,0 2

triệu tấn. Hắc Long Giang đã sản xuất thử ethanol đạt khối lượng 5000
tấn/năm. Trung Quốc đang nghiên cửu công nghệ sản xuất ethanol tò cellulose
và hiện đã có cơ sở đạt sản lượng 600 tấn/năm. Theo kế hoach đến 2010 sản
lượng nhiên liệu sinh học của Trung Quốc vào khoảng

6

triệu tấn. Đen năm

2020 là 19 triệu tấn, trong đó ethanol là 10 triệu tấn và diesel 9 triệu tấn.
Trong báo cáo năm 2003 của Uỷ ban phát triển nhiên liệu sinh học của
Ấn Độ cho rằng khả năng sản xuất 29 triệu lít con ethanol đủ tạo ra hỗn họp
nhiên liệu 5% ethanol. Ấn Độ Độ chủ truong phát triển trồng cây cọ dầu
(Elaeis guineennsis) và cây cọc rào Ụatropha curcas L.) đe sản xuất diesel
sinh học. Uỷ ban phát triển nhiên liệu sinh học của ấn Độ đề nghị trồng cọ dầu
trên diện tích

1 1 ,2

triệu ha đất thoái hoá, đất bỏ hoang và các loại đất có độ phì

thấp.
Hàn Quốc đã xây dựng "Chiến lược tăng trưởng xanh, ít phát thải cac
bon" (Green, low carbon growth strategy) trong vòng 60 năm tới nhằm thay
đôi công nghệ, chính sách và lối sống. 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 Hàn Quốc với mục tiêu đến năm 2030 năng lượng tái tạo sẽ đạt
11%, trong đó năng lượng sinh học chiếm 7,12%. Ngoài ra, hàn Quốc còn tập
trung phát triển các công nghệ sản xuất khí sinh học từ sinh khối, từ chất thải
chăn nuôi và 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 bê yếm khí sẽ cho ra
40-45m3 khí CH4, 5kg bùn và nước thải có chứa 10-20kg COD.

22