Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành ethanol sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------------

Phạm Công Minh

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHUYỂN ĐỔI BÈO TÂY
THÀNH ETHANOL SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - Năm 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------

Phạm Công Minh

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHUYỂN ĐỔI BÈO TÂY
THÀNH ETHANOL SINH HỌC
Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng
Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Nguyễn Mạnh Khải

Hà Nội - Năm 2012

Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 7
1.1 Sinh khối và nhiên liệu sinh học ..................................................................... 7
1.1.1 Khái niệm ............................................................................................ 7
1.1.2. Các dạng nhiên liệu sinh học ............................................................... 7
1.1.3. Những lợi ích khi sử dụng nhiên liệu sinh học..................................... 8
1.2. Etanol sinh học............................................................................................ 10
1.2.1. Tính chất lý hoá học của Etanol ........................................................ 10
1.2.2. Phƣơng pháp sản xuất Etanol sinh học .............................................. 10
1.2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng Etanol sinh học .................................. 20
1.4. Vai trò của vi sinh vật trong việc phân giải hợp chất hữu cơ........................ 28
1.4.1. Cellulosese và vi sinh vật phân giải cellulosese ................................. 28
1.4.2. Hemicellulosese và vi sinh vật phân giải hemicellulosese ................. 30
1.5. Vai trò của vi sinh vật trong quá trình lên men rƣợu .................................... 32
1.5.1. Quá trình lên men rƣợu ..................................................................... 32
1.5.2. Nấm men dùng trong sản xuất rƣợu etylic ......................................... 33
1.6. Bèo tây và thực trạng sử dụng bèo tây ở Việt Nam ...................................... 34
1.6.1. Đặc điểm của bèo tây ........................................................................ 34
1.6.2. Sự phân bố bèo tây ở Việt Nam......................................................... 34
1.6.3. Thực trạng sử dụng bèo tây ở Việt Nam ............................................ 35
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 37
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu.................................................................................. 37
2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................ 37
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................. 37
2.2.1. Phƣơng pháp tiền xử lý ..................................................................... 37

2.2.2. Phƣơng pháp thủy phân ..................................................................... 37
2.2.3. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng đƣờng khử ................................... 37
2.2.4. Phƣơng pháp lên men ........................................................................ 38
2.2.5. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Etanol .......................................... 39
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 1


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................ 40
3.1. Thành phần và khả năng phát triển của bèo tây ........................................... 40
3.1.1. Thành phần lý hóa học của bèo tây.................................................... 40
3.1.2. Khả năng phát triển của bèo tây ........................................................ 41
3.2. Kết quả thí nghiệm thủy phân chuyển hóa bèo tây thành đƣờng .................. 42
3.2.1. Ảnh hƣởng của thời gian ................................................................... 42
3.2.2. Ảnh hƣởng của nồng độ axit ............................................................. 43
3.2.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ rắn/lỏng ............................................................ 44
3.2.4. Thành phần của bã bèo sau quá trình thuỷ phân ................................ 46
3.3. Khả năng chuyển hóa sản phẩm thủy phân thành Etanol ............................. 47
3.3.1. Xây dựng đƣờng chuẩn Etanol .......................................................... 47
3.3.2. Phân tích nồng độ Etanol trong các mẫu ............................................ 48
3.3.3. So sánh với các nghiên cứu trƣớc đây ............................................... 51
3.4. Đề xuất quy trình sản xuất Etanol từ bèo tây ............................................... 53
3.5. Đánh giá về khả năng phát triển sản xuất Etanol sinh học từ bèo tây ........... 53
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ........................................................................ 55
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 55
KHUYẾN NGHỊ ............................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 57

K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 2


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Thành phần cellulose, hemicellulose và lignin trong SK [42] ................... 11
Bảng 2: Thành phần đƣờng và tro trong các nguyên liệu SK [43] .......................... 12
Bảng 3: Các phƣơng pháp xử lý sơ bộ [26] ............................................................ 15
Bảng 4: Tổng sản lƣợng Etanol hàng năm ở một số nƣớc [28] ............................... 22
Bảng 5: So sánh một số chỉ tiêu giữa Etanol, xăng và ETBE ................................. 24
Bảng 6: Sản lƣợng lý thuyết Etanol sinh ra từ 1 tấn nguyên liệu khô [20] .............. 26
Bảng 7. Thành phần khối lƣợng bèo tây ................................................................ 40
Bảng 8. Sản lƣợng và độ che phủ của bèo tây ........................................................ 41
Bảng 9. Ảnh hƣởng của yếu tố thời gian đến khả năng thủy phân .......................... 42
Bảng 10. Ảnh hƣởng của nồng độ axit đến khả năng thủy phân ............................. 43
Bảng 11. Ảnh hƣởng của tỷ lệ rắn/lỏng đến khả năng thủy phân............................ 44
Bảng 12. Thành phần chất rắn cịn lại sau q trình thuỷ phân ............................... 46
Bảng 13. Khả năng chuyển hoá hydratcacbon trong quá trình thuỷ phân ............... 47
Bảng 14. Hàm lƣợng Etanol tạo ra sau quá trình lên men ...................................... 49
Bảng 15. Hàm lƣợng Etanol và đƣờng khử trong quá trình lên men ....................... 50
Bảng 16 . Dự kiến sản lƣợng Etanol ứng với diện tích mặt nƣớc của thành phố ..... 54

K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh

Trang 3


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Q trình thủy phân và lên men để sản xuất Etanol sinh học [35] ............. 13
Hình 2: Thủy phân bằng axit sunfuric lỗng [39] ................................................... 16
Hình 3: Thủy phân bằng axit sunfuric đặc [38] ...................................................... 17
Hình 4. Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân và lên men tách riêng ............... 19
Hình 5. Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân và lên men đồng thời ............... 20
Hình 6. Cấu trúc cellulose ..................................................................................... 28
Hình 7. Cấu trúc phân tử Hemicellulose ................................................................ 31
Hình 8. Ảnh hƣởng của yếu tố thời gian đến khả năng thủy phân .......................... 43
Hình 9. Ảnh hƣởng của nồng độ axit đến khả năng thủy phân .............................. 44
Hình 10. Ảnh hƣởng của tỷ lệ rắn/lỏng đến khả năng thủy phân ............................ 45
Hình 11. Đƣờng chuẩn Etanol .............................................................................. 48
Hình 12. Sắc ký đồ mẫu phân tích Etanol qua các ngày ......................................... 49
Hình 13. Hàm lƣợng Etanol tạo ra sau quá trình lên men ...................................... 50
Hình 14. Mối quan hệ giữa hàm lƣợng Etanol và đƣờng khử trong quá trình lên
men ....................................................................................................................... 51
Hình 15. Quy trình sản xuất Etanol từ bèo tây ....................................................... 53

K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 4


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

MỞ ĐẦU
Ngày nay, thế giới đang đứng trƣớc nguy cơ khủng hoảng năng lƣợng
trầm trọng. Theo dự báo của các nhà khoa học trên thế giới, nguồn năng
lƣợng từ các sản phẩm hoá thạch dầu mỏ sẽ bị cạn kiệt trong vòng 40- 50
năm nữa. Để ổn định và đảm bảo an ninh năng lƣợng đáp ứng cho nhu cầu
con ngƣời cũng nhƣ các ngành công nghiệp, các nhà khoa học đang tập trung
nghiên cứu tìm ra những nguồn nhiên liệu mới, trong đó nghiên cứu phát
triển nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ sinh khối động, thực vật là một
hƣớng 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 lƣợng cho từng quốc gia.
Sử dụng nhiên liệu sinh học có những ƣu điểm nhƣ giảm thiểu ơ nhiễm
khí thải độc hại từ động cơ, tiết kiệm nguồn nhiên liệu hóa thạch dầu mỏ,
tăng hiệu suất của động cơ, mặt khác nhiên liệu sinh học khi thải vào đất có
tốc độ phân hủy sinh học cao nhanh hơn gấp 4 lần so với nhiên liệu hóa thạch.
Etanol sinh học (Bio-Etanol) là một loại nhiên liệu sinh học, đƣợc sản
xuất chủ yếu bằng phƣơng pháp lên men và chƣng cất các loại ngũ cốc chứa
tinh bột có thể chuyển hóa thành đƣờng đơn, thƣờng đƣợc sản xuất từ các
loại cây nông nghiệp hàm lƣợng đƣờng cao nhƣ ngơ (ở Mỹ), lúa mì, lúa mạch,
mía (ở Brazil). Ngồi ra, Etanol sinh học cịn đƣợc sản xuất từ cây cỏ có chứa
hợp chất cellulose. Etanol từ cellulose đã đƣợc sản xuất thành công và đƣa
vào sử dụng làm nhiên liệu ở nhiều nƣớc trên thế giới. Hiện nay, việc sản
xuất Etanol từ các loại cây lƣơng thực đang gây ra sự lo ngại về vấn đề an
ninh lƣơng thực trên thế giới. Chính vì vậy, thế giới đang đi theo hƣớng sản
xuất Etanol từ các nguyên liệu chứa hợp chất cellulose.
Việt Nam là một quốc gia nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm,
điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các loài tảo, bèo tây. Trên thế giới đã
có những cơng trình nghiên cứu ứng dụng khả năng hấp thụ kim loại nặng
của bèo tây để làm sạch môi trƣờng nƣớc mặt. Bên cạnh đó, bèo tây cũng đã
K15 Cao học Mơi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 5


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

đƣợc nghiên cứu trong lĩnh vực sản xuất Etanol sinh học. Dựa vào thành
phần hóa học của bèo tây chủ yếu là cellulose và hemicellulose, qua quá trình
thủy phân và lên men nhờ vi sinh vật, chuyển hoá cellulose trong bèo tây
thành Etanol sinh học. Với những ƣu điểm nhƣ rẻ tiền, phổ biến và có khả
năng phát triển rất nhanh, bèo tây sẽ là một nguồn nguyên liệu tiềm năng
trong quá trình nghiên cứu sản xuất Etanol sinh học. Chính vì ý nghĩa thiết
thực đó, luận văn đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu khả năng
chuyển đổi bèo tây (Eichnoria) thành Etanol sinh ho ̣c”
Để đạt đƣợc mục tiêu nêu trên, đề tài đã tiến hành các nội dung nghiên
cứu sau:
- Nghiên cứu một số điều kiện tối ƣu trong quá trình thủy phân bèo
tây thành đƣờng đơn bằng tác nhân hóa học.
- Xác định hàm lƣợng Etanol tạo ra sau quá trình lên men bởi vi
khuẩn Klebsiella oxytoca THLC0109, phân lập từ quá trình ủ phân
cừu và cỏ Napiergrass khơ.
- Đề xuất quy trình sản xuất Etanol từ bèo tây và xây dựng kịch bản
áp dụng cho một thủy vực thiên nhiên.

K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 6

Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Sinh khối và nhiên liệu sinh học
1.1.1 Khái niệm
Sinh khối (SK) là các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả
năng tái tạo nhƣ cây cối, phân gia súc… SK đƣợc xem là một phần của chu
trình cacbon trong tự nhiên. Cacbon từ khí quyển đƣợc biến đổi thành vật chất
sinh học qua quá trình quang hợp của thực vật. Khi phân giải hoặc đốt cháy,
cacbon quay trở lại khí quyển hoặc đất. Vì vậy cacbon khí quyển đƣợc giữ ở
mức tƣơng đối ổn định.
Các vật liệu hữu cơ đƣợc tạo thành bởi các quá trình địa chất tạo than
đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên khơng đƣợc gọi là SK. Nhiên liệu hố thạch có
nguồn gốc SK trong thời cổ xƣa đƣợc xem là đã nằm ngồi chu trình cacbon
từ rất lâu.Việc đốt cháy chúng làm hàm lƣợng CO2 trong khí quyển mất ổn
định.
Nhiên liệu sinh học (NLSH) là loại nhiên liệu có nguồn gốc từ SK - có
thể là từ các sinh vật sống hoặc sản phẩm phụ từ q trình chuyển hóa của
chúng (ví dụ nhƣ phân gia súc). Chúng thuộc loại năng lƣợng tái tạo hoàn
toàn khác với các loại năng lƣợng khác nhƣ hóa thạch, hạt nhân.
1.1.2. Các dạng nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học đƣợc sử dụng ở 03 dạng chính sau [40]:
- Dạng rắn (SK rắn dễ cháy): củi, gỗ và than bùn.
- Dạng lỏng: Các chế phẩm dạng lỏng nhận đƣợc trong quá trình chế
biến vật liệu nguồn gốc sinh học nhƣ:
+ Cồn sinh học - các loại cồn có nguồn gốc sinh học, ví dụ: Etanol
sinh học từ đƣờng mía, ngô đang đƣợc sử dụng làm nhiên liệu hoặc phụ
gia pha xăng tại Braxin, Mỹ và một vài nƣớc khác; mEtanol sinh học (hiện
đang đƣợc sản xuất chủ yếu từ khí tự nhiên, song có thể đi từ SK).

K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 7


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

+ Dầu mỡ các loại nguồn gốc sinh học: diezel sinh học (Biodiezel) sản phẩm chuyển hóa ester từ mỡ động vật hoặc dầu thực vật; Phenol và các
loại dung mơi, dầu nhựa thu đƣợc trong q trình nhiệt phân gỗ, v.v…
- Dạng khí: Metan thu đƣợc từ quá trình phân hủy tự nhiên các loại
phân, chất thải nơng nghiệp hoặc rác thải - Biogas; Hydro thu đƣợc nhờ
cracking hyđrocacbon, khí hóa các hợp chất chứa cacbon hoặc phân ly nƣớc
bằng dịng điện hay thơng qua q trình quang hóa dƣới tác dụng của một số
vi sinh vật; các sản phẩm khí khác từ q trình nhiệt phân và khí hóa SK (các
loại khí cháy thu đƣợc trong q trình nhiệt phân gỗ).
1.1.3. Những lợi ích khi sử dụng nhiên liệu sinh học
Sử dụng NLSH sẽ giảm thiểu ô nhiễm và khí nhà kính
NLSH đƣợc sản xuất từ SK, là loại vật liệu xuất phát từ sinh vật (chủ
yếu là thực vật) và là một phần trong chu trình cacbon ngắn. CO2 mà cây hấp
thụ từ khơng khí qua q trình quang hợp sẽ quay trở lại bầu khí quyển khi
chúng đã bị chuyển hóa thành năng lƣợng. Để có thể coi đó là nguồn năng
lƣợng tái tạo thì ít nhất kho sinh khối đó phải đƣợc duy trì khơng thay đổi.
Bởi vì trong chu trình khơng có lƣợng CO2 thừa và NLSH chạy xe phát tán
ngƣợc trở lại nên NLSH có thể đƣợc coi là yếu tố "cân bằng về mặt mơi
trƣờng" thuộc chu trình.
Hiện nay, hàng năm tồn thế giới phát thải khoảng 25 tỷ tấn khí độc
hại và khí nhà kính. Nồng độ khí CO2, loại khí nhà kính chủ yếu, tăng trên
30% so với thời kỳ tiền công nghiệp (từ 280 ppm tăng lên 360 ppm), nhiệt độ

trái đất tăng 0,2- 0,40C. Nếu khơng có giải pháp tích cực, nồng độ khí nhà
kính có thể tăng đến 400 ppm vào năm 2050 và 500 ppm vào cuối thế kỷ XXI,
nhiệt độ trái đất tăng thêm 2-40C, gây ra hậu quả khôn lƣờng về môi trƣờng
sống. Sử dụng NLSH so với xăng dầu khoáng giảm đƣợc 70% khí CO2 và
30% khí độc hại, do NLSH chứa một lƣợng cực nhỏ lƣu huỳnh, chứa 11%
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 8


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

oxy, nên cháy sạch hơn. NLSH phân huỷ sinh học nhanh, ít gây ơ nhiễm
nguồn nƣớc và đất.
Sử dụng NLSH sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nơng nghiệp
Ngành kinh tế nơng nghiệp ngồi chức năng cung cấp lƣơng thực thực
phẩm, nguyên liệu công nghiệp, giờ đây có thêm chức năng cung cấp năng
lƣợng sạch cho xã hội, đóng góp vào việc giảm thiểu khí nhà kính và khí độc
hại. Đặc biệt, khi phát triển NLSH có thể sử dụng các giống cây có dầu,
chẳng hạn nhƣ J. Curcas trồng trên các vùng đất hoang hoá hoặc đang sử
dụng kém hiệu quả, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng đất.[18]
Kỹ thuật và kinh tế năng lượng
Sản xuất và sử dụng NLSH đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu
hyđrô /pin nhiên liệu. Khi sử dụng E20, B20 không cần cải biến động cơ, sử
dụng đƣợc cho các loại ơtơ hiện có, cũng khơng cần thay đổi hệ thống tồn
chứa và phân phối hiện có. NLSH và nhiên liệu khống có thể dùng lẫn với
nhau đƣợc. Cơng nghệ sản xuất NLSH khơng phức tạp, có thể sản xuất ở quy
mơ nhỏ (hộ gia đình) đến quy mơ lớn. Sự tiêu hao nhiên liệu, công suất động
cơ tƣơng tự nhƣ dùng xăng dầu khống. Nhiều cơng trình nghiên cứu về cân

bằng năng lƣợng đã cho thấy: Từ 1 đơn vị năng lƣợng dầu mỏ sản xuất đƣợc
0,87 đơn vị năng lƣợng xăng, hoặc 1,02 đơn vị năng lƣợng ETBE, hoặc 2,05
đơn vị năng lƣợng Etanol. Từ 1 đơn vị năng lƣợng dầu mỏ (dùng để cày bừa,
trồng trọt, chăm sóc, vận chuyển đến chế biến) sẽ tạo ra 1,2 đơn vị năng
lƣợng NLSH. Nếu kể thêm các sản phẩm phụ (bã thải, sản phẩm phụ) thì tạo
ra 2-3 đơn vị NLSH. Nhƣ vậy, cân bằng năng lƣợng đầu ra so với đầu vào là
dƣơng. Hiện tại, giá NLSH còn cao do sản xuất nhỏ, giá nguyên liệu cao. Khi
sản xuất quy mô lớn với công nghệ mới sẽ giảm giá thành. Nếu xăng dầu
khơng bù giá thì NLSH có giá thành thấp hơn. Có thể khẳng định, NLSH sẽ
đem đến đa lợi ích.
K15 Cao học Mơi trƣờng

Phạm Cơng Minh
Trang 9


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

1.2. Etanol sinh học
1.2.1. Tính chất lý hố học của Etanol
a. Tính chất lý học
Etanol hay rƣợu Etylic là một chất lỏng, không màu, mùi thơm dễ chịu,
vị cay, nhẹ hơn nƣớc (khối lƣợng riêng 0,7936 g/ml ở 150C), sơi ở nhiệt độ
78,390C, hóa rắn ở -114,150C, tan trong nƣớc vô hạn.
Độ nhớt của Etanol là 1,200 cP ở 20°C
b. Tính chất hóa học
Etanol là rƣợu no, đơn chức, có cơng thức C2H5OH. Etanol mang đầy
đủ tính chất của một rƣợu đơn chức nhƣ phản ứng thế với kim loại kiềm,
phản ứng este hóa, phản ứng loại nƣớc hay phản ứng tách nƣớc, phản ứng oxi
hóa thành andehyt, axit hay CO2 tùy theo điều kiện phản ứng. Ngoài ra

Etanol cịn có một số phản ứng riêng nhƣ sau:
- Phản ứng tạo ra Butadien-1,3: Cho hơi rƣợu đi qua chất xúc tác hỗn hợp
Cu + Al2O3 ở 380 - 4000C , lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nƣớc
2C2H5OH  CH2=CH-CH2=CH + 2 H2O + H2
- Phản ứng lên men giấm: Oxi hóa rƣợu Etylic 10 độ bằng khí O2 có mặt
men giấm ở nhiệt độ khoảng 250C.
CH3-CH2-OH + O2  CH3-COOH + H2O
1.2.2. Phương pháp sản xuất Etanol sinh học
Etanol có thể đƣợc sản xuất theo phƣơng pháp hóa học từ nguyên liệu
Etan hoặc Etylen bằng phƣơng pháp hydrat hóa Etylen. Trên thực tế, Etanol
thƣờng đƣợc sản xuất bằng con đƣờng sinh học. Khi đó sản phẩm Etanol
đƣợc gọi là cồn sinh học hay Bio- Etanol. Công nghệ chiếm ƣu thế hiện nay
là chuyển hóa SK thành Etanol thơng qua lên men rƣợu rồi chƣng cất. Q
trình lên men rƣợu này là q trình chuyển hóa sinh hóa học. SK sẽ bị men
của vi khuẩn hoặc nấm men phân hủy. Phƣơng pháp lên men có thể áp dụng
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 10


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

đối với nhiều nguồn nguyên liệu SK khác nhau.
a. Nguyên liệu SK [28]
Nguyên liệu sản xuất Etanol thích hợp nhất là đƣờng (từ củ cải đƣờng,
mía), rỉ đƣờng và cây lúa miến ngọt, tinh bột (khoai tây, các loại hạt lúa, lúa
mỳ, ngô, đại mạch…). Năng suất Etanol trung bình dao động từ 2.100 đến
5.600 lít/ ha đất trồng trọt tùy thuộc vào từng loại cây trồng. Đối với các loại
hạt, năng suất Etanol thu đƣợc vào khoảng 2.800 lít/ha, tức là vào khoảng 3

tấn nguyên liệu hạt sẽ thu đƣợc 1 tấn Etanol.
Hiện nay, các hoạt động nghiên cứu và phát triển ở châu Âu về lĩnh
vực Etanol sinh học chủ yếu tập trung vào sử dụng các nguồn nguyên liệu
cellulose (từ gỗ). Các loại cây trồng quay vịng ngắn (liễu, bạch dƣơng, bạch
đàn), các chất thải nơng nghiệp (rơm, bã mía), các phế thải của cơng nghiệp
gỗ, gỗ thải... đều thích hợp để làm nguyên liệu sản xuất Etanol. Cứ khoảng 2
- 4 tấn vật liệu gỗ khơ hoặc cỏ khơ đã có thể cho 1 tấn Etanol. Nguyên nhân
khiến các nhà nghiên cứu chuyển sang sản xuất Etanol từ SK cellulose (gỗ,
thân thảo) là vì các loại này sẵn có và rẻ tiền hơn so với các loại tinh bột ngũ
cốc hoặc cây trồng khác, đặc biệt là với những nguồn chất thải hầu nhƣ
khơng có giá trị kinh tế thì vấn đề càng có ý nghĩa. Tuy nhiên, q trình
chuyển hóa các vật liệu này sẽ khó khăn hơn. Hàm lƣợng cellulose,
hemicellulose, lignin, đƣờng và tro trong các nguyên liệu SK đƣợc biểu hiện
trong Bảng 1 và Bảng 2.
Bảng 1: Thành phần cellulose, hemicellulose và lignin trong SK [42]
Thành phần

Phần trăm trọng lƣợng khô

Cellulose

40 – 60

Hemicellulose

20 – 40

Lignin

10 – 25

K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 11


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

Bảng 2: Thành phần đường và tro trong các nguyên liệu SK [43]
Đƣờng 6

Đƣờng 5

Lignin

Tro

Cacbon (%)

Cacbon (%)

(%)

(%)

Gỗ cứng

39 – 50

18 – 28

15 – 28

0,3 – 1,0

Gỗ mềm

41 – 57

8 – 12

24 – 27

0,1 – 0,4

30 – 42

12 – 39

11 – 29

2 – 18

Nguyên liệu

Phụ phẩm
nông nghiệp

b. Công nghệ chuyển hóa Etanol

- Q trình chuyển hóa từ ngun liệu chứa đƣờng
Etanol có thể sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu SK khác nhau, nhƣng
chỉ có một vài loại cây trồng chứa nhiều loại đƣờng đơn giản, dễ tách nên
thuận lợi cho q trình xử lý và lên men. Thơng thƣờng để tách đƣờng hồn
tồn, q trình tách (chiết hoặc nghiền nhỏ) cần đƣợc thực hiện lặp đi lặp lại
nhiều lần.
- Q tình chuyển hóa từ các ngun liệu chứa tinh bột
Các loại tinh bột ngũ cốc là các vật liệu gồm các phân tử cacbonhydrat
phức tạp hơn nên phải phân hủy chúng thành đƣờng đơn nhờ quá trình thủy
phân.
Hạt đƣợc xay, nghiền ƣớt thành dạng bột nhão. Trong quá trình này đã
có một lƣợng đƣờng đƣợc giải phóng. Nhƣng để chuyển hóa tối đa lƣợng tinh
bột thành đƣờng, tạo điều kiện lên men rƣợu, bột nhão đƣợc nấu và cho thủy
phân bằng enzym (ví dụ amylaza). Trong trƣờng hợp thủy phân bằng axit thì
cần rót axit lỗng vào khối bột nhão trƣớc khi đem nấu. Quá trình lên men
đƣợc xúc tiến mạnh khi có mặt một số chủng men rƣợu. Để thuận lợi cho quá
trình lên men, pH của dịch thủy phân cần điều chỉnh ở mức 4,8 - 5,0. Etanol
sinh ra trong q trình lên men sẽ hịa tan trong nƣớc. Q trình lên men rƣợu
này sinh ra khí CO2. Sau một chuỗi các bƣớc chƣng cất và tinh cất để loại
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 12


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

nƣớc, nồng độ Etanol sẽ đƣợc tăng cao tối đa (có thể đạt mức cồn tuyệt đối Etanol khan).
- Q trình chuyển hóa từ ngun liệu chứa cellulose [28]
Ngun liệu sinh

khối ligno-cellulose

Etanol

Nƣớc

Thủy phân
giải phóng xylose từ
hemicellulose

Đƣờng
xylose
và nƣớc

Cột

Bánh lignin/
cellulose rắn

Thủy phân cellulose
giải phóng glucose
Đƣờng glucose
Và lignin rắn

cất

Lên
men
cả hai
loại

Nhiệt

Nồi hơi

chƣng

Lên men xylose
thành Etanol

Phân loại

thu
hồi
Etanol

Lên men
glucose

Ligin làm nhiên liệu
cung cấp nhiệt
cho quá trình

Hình 1: Quá trình thủy phân và lên men để sản xuất Etanol sinh học [35]
Q trình chuyển hóa SK là hỗn hợp cellulose thành Etanol chỉ khác
với quá trình lên men tinh bột ở chỗ xử lý nguyên liệu thành đƣờng đơn sẵn
sàng cho quá trình lên men. Thủy phân hỗn hợp cellulose khó hơn thủy phân
tinh bột vì hỗn hợp cellulose là tập hợp các phân tử đƣờng liên kết với nhau
thành mạch dài (polymer cacbonhydrat) gồm khoảng 40 – 60% cellulose và
20 – 40% hemicellulose, có cấu trúc tinh thể, bền. Hemicellulose chứa hỗn

hợp các polymer có nguồn gốc từ xylo, mano, galaeto hoặc arabino kém bền
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 13


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

hơn cellulose. Nói chung hỗn hợp cellulose khó hịa tan trong nƣớc.
Phức polyme thơm có trong gỗ là lignin (10 - 25%) khơng thể lên men
vì khó phân hủy sinh học, nhƣng có thể tận dụng vào việc khác.
c. Các giai đoạn trong sản xuất Etanol sinh học
(i) Quá trình xử lý sơ bộ:
Một số phƣơng pháp xử lý sơ bộ đƣợc trình bày trong Bảng 3 sau đây:
Phƣơng pháp

Ƣu điểm

Nhƣợc điểm

tiền xử lý
Bằng hơi (xúc tác,

Hiệu quả đối với gỗ cứng

H2SO4, SO2, CO2)
AFEX

- Phân huỷ xylan

- Ức chế vi sinh vật

- Đƣờng hoá nhanh đối với

Hiệu quả thấp đối với SK

cây trồng thảo mộc

chứa lignin cao

- Xylan mất ít hơn cách xử

- Thu hồi amoniac

lý bằng hơi axit
- Khơng hình thành sự ức
chế
Ozone

- Hiệu quả đối với lignin

- Địi hỏi lƣợng Ozone lớn

- Khơng hình thành sự ức

- Đắt đỏ

chế
- Nhiệt độ và áp suất trung
bình

Thuỷ phân bằng

- Thuỷ phân bằng axit

- Ăn mịn và độc tố

axit

lỗng

- Thu hồi axit

- Điều kiện trung bình

- Khá đắt đỏ

- Năng suất cao khi chuyển
hố xylan thành xylose

K15 Cao học Mơi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 14


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học
Thuỷ phân bằng

- Loại bỏ este hiệu quả

- Thu hồi kiềm

kiềm

- Tăng diện tích bề mặt

- Khá đắt đỏ

Organo-solvolysis

Năng suất xylose cao

- Thu hồi dung môi
- Đắt đỏ

Sinh học

- Phân huỷ lignin hiệu quả

- Ức chế vi sinh vật

- Yêu cầu năng lƣợng thấp

- Mất cellulose và năng suất
thấp

Bảng 3: Các phương pháp xử lý sơ bộ [26]
(ii) Quá trình thủy phân:
* Thủy phân bằng axit
Trong ngành cơng nghiệp sản xuất Etanol, ngƣời ta ƣu tiên sử dụng

công nghệ thuỷ phân bằng axit vì giá thành của enzyme cellulase quá cao.
Theo nguyên tắc, bất cứ axit nào cũng có thể sử dụng cho quá trình thuỷ phân,
nhƣng trên thực tế, axit sunfuric vẫn đƣợc dùng phổ biến nhất vì giá thành
của nó rẻ và cho hiệu quả thuỷ phân tƣơng đối cao. Axit sunfuric sử dụng có
thể là axit đặc hoặc axit lỗng.
Thủy phân bằng axit lỗng
Q trình thủy phân nguyên liệu thành đƣờng tự do sẵn sàng lên men
bằng axit sunfuric loãng phải trải qua 2 bƣớc:
- Bƣớc 1: Thủy phân bằng axit loãng nồng độ 0,5% để phá vỡ liên kết
hyđro giữa các mạch cellulose và phá vỡ cấu trúc tinh thể của chúng thực
hiện ở nhiệt độ 2000C. Kết quả thủy phân bƣớc 1 sẽ chuyển hóa
hemicellulose thành đƣờng 5 Cacbon và 6 Cacbon (chủ yếu xylo và mano)
dễ lên men tạo thành Etanol đồng thời bẻ gãy cấu trúc cellulose.
- Bƣớc 2: Để chuyển hóa hoàn toàn cấu trúc cellulose đã gãy thành
đƣờng Gluco Cacbon, bƣớc thủy phân thứ 2 sử dụng axit nồng độ 2% đƣợc
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 15


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

thực hiện ở nhiệt độ 2400C.
Tiền xử lý bằng
axit lỗng (0,5%)

Ngun liệu

Thuỷ phân bằng

axit lỗng (2%)

Tận dụng
chất rắn

Trung hồ

Lên men

Thu hồi
ethanol

Thạch cao

Hình 2: Thủy phân bằng axit sunfuric lỗng [39]
Quá trình thủy phân nguyên liệu thành đƣờng tự do sẵn sàng lên men
bằng axit sunfuric loãng phải trải qua 2 bƣớc:
- Bƣớc 1: Thủy phân bằng axit loãng nồng độ 0,5% để phá vỡ liên kết
hyđro giữa các mạch cellulose và phá vỡ cấu trúc tinh thể của chúng thực
hiện ở nhiệt độ 2000C. Kết quả thủy phân bƣớc 1 sẽ chuyển hóa
hemicellulose thành đƣờng 5 Cacbon và 6 Cacbon (chủ yếu xylo và mano)
dễ lên men tạo thành Etanol đồng thời bẻ gãy cấu trúc cellulose.
- Bƣớc 2: Để chuyển hóa hồn tồn cấu trúc cellulose đã gãy thành
đƣờng Gluco Cacbon, bƣớc thủy phân thứ 2 sử dụng axit nồng độ 2% đƣợc
thực hiện ở nhiệt độ 240oC.
Thủy phân bằng axit đặc
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 16

Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

Nƣớc
Nguyên
liệu

Thuỷ phân
giai đoạn 1

Phân tách
đƣờng và axit

Cô
đặc
axit

Nƣớc

Dung dịch
đƣờng đã
phân tách

Thuỷ phân
giai đoạn 2

Tận
dụng
lignin

Trung hồ

Lên men

Thạch cao

Thu hồi
Etanol

Hình 3: Thủy phân bằng axit sunfuric đặc [38]
Quá trình thuỷ phân vẫn đƣợc tiến hành qua hai bƣớc, bƣớc thứ nhất để
thuỷ phân hemicelulose, đƣợc tiến hành ở 100oC, trong thời gian từ 2 – 6h,
nồng độ axit cho vào là 10%. Ở giai đoạn thuỷ phân thứ nhất, sau khi axit
phân huỷ hemicellulose, hỗn hợp sẽ đƣợc pha loãng bằng nƣớc, sự thuỷ phân
xảy ra trong bƣớc pha loãng thu đƣợc phần lớn đƣờng. Sau đó, hỗn hợp đƣợc
lọc để thu hồi dung dịch, phần chất rắn còn lại đƣợc đem thủy phân tiếp. Tại
đây. axit đặc phá vỡ liên kết hydro giữa các chuỗi cellulose, biến đổi chúng
thành dạng vô định hình hồn tồn. Khi cellulose đƣợc decrystallization,
chúng tạo thành một dạng chất lỏng dễ bị thuỷ phân. Chính vì vậy, pha loãng
dung dịch bằng nƣớc ở nhiệt độ thƣờng sẽ làm cho sự thuỷ phân glucose diễn
ra nhanh chóng và hồn tồn, với ít sự thất thốt nhất. Lignin đƣợc thu hồi để
tận dụng làm các sản phẩm khác (thức ăn gia súc). Trong quy trình này,
ngƣời ta sử dụng màng lọc để phân tách đƣờng và axit, hệ thống thu hồi và cô
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 17

Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

đặc axit nhằm tận dụng quay vòng lại lƣợng axit sunfuric trong dung dịch.
Tuy nhiên, hệ thống này có giá thành rất cao, do vậy ngƣời ta thƣờng sử dụng
một lƣợng lớn vơi để trung hồ axit trong dung dịch trƣớc khi tiến hành lên
men. Sự trung hoà này tạo ra một lƣợng lớn thạch cao CaSO4. Ƣu điểm của
quy trình là hiệu quả thuỷ phân cao, có thể thu hồi đƣợc 90% lƣợng đƣờng
của cellulose và đƣờng của hemicellulose. Q trình thủy phân cellulose
thành gluco bằng axit có thể thay thế bằng men phân hủy cellulose [26].
* Thủy phân bằng enzyme [39]
Quá trình thủy phân bằng enzyme và q trình lên men có thế đƣợc
diễn ra đồng thời với nhau hoặc tách riêng.
Thuỷ phân và lên men tách riêng: Vật liệu sau khi đƣợc nghiền mịn
(giảm kích thƣớc) sẽ đƣợc xử lý sơ bộ bằng axit loãng để thuỷ phân
hemicellulose, chất rắn còn lại (cellulose, lignin) sẽ đƣợc thuỷ phân bằng
enzyme. Trong bƣớc xử lý sơ bộ, chuỗi liên kết các loại đƣờng cấu thành
nên hemicellulose bị phá vỡ, các phân tử hemicellulose sẽ bị phân huỷ
thành các đƣờng đơn. Cụ thể là các đƣờng 5 Cacbon có thể hoà tan nhƣ
xylose, araibinose và các đƣờng 6 Cacbon có thể hồ tan nhƣ mannose và
galactose. Một lƣợng nhỏ cellulose cũng đƣợc chuyển hoá thành glucose
trong bƣớc này. Tiếp đến cần nuôi dƣỡng enzyme để thuỷ phân cellulose,
enzyme cellulase đƣợc sử dụng để thuỷ phân các phân tử cellulose thành
đƣờng glucose. Trong phản ứng thuỷ phân cellulose, enzyme cellulase đƣợc
sử dụng để phá vỡ chuỗi liên kết glucan của cellulose, giải phóng ra glucose.
Q trình thuỷ phân cellulose cịn đƣợc gọi là sự hoá đƣờng cellulose. Dung
dịch thu đƣợc sau giai đoạn xử lý sơ bộ và giai đoạn thuỷ phân cellulose đƣợc
lên men bằng vi sinh vật. Sau đó ngƣời ta chƣng cất để thu hồi Etanol tinh
khiết. Trong quy trình này quá trình thuỷ phân và quá trình lên men đƣợc tiến
hành tách rời.
K15 Cao học Mơi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 18


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

Sản xuấtenzyme

Xử lý sơ bộ
bằng axit lỗng

Giảm kích thƣớc
ngun liệu

Thủy phân cellulose
bằng enzyme

Chế biến chất
thải rắn

Lên men

Thu hồi etanol

Hình 4. Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân và lên men tách riêng
(SCF: separate hydrolysis and fermentation)
Thuỷ phân và lên men đồng thời: Khác với quy trình thủy phân và lên
men đồng thời, ở quy trình này quá trình thuỷ phân cellulose và quá trình lên
men đƣợc tiến hành đồng thời. Quy trình này tuy khơng phải thực hiện sự

thủy phân trƣớc nhƣng hạn chế của nó là làm xuất hiện các phản ứng lên men
đồng thời phức tạp, và làm phát sinh các sản phẩm của sản xuất Etanol sinh
học ức chế hoạt động của enzyme. Quy trình này đƣợc biểu diễn ở Hình 5.
Giảm kích thƣớc
ngun liệu

Tiền xử lý
bằng axit
loãng

Thủy phân lấy
đƣờng từ
hemicellulose
e

Sản xuất
enzyme

Chế biến
chất thải rắn

Đƣờng hóa
và lên men
đồng thời

Thu hồi
Etanol

K15 Cao học Mơi trƣờng

Phạm Cơng Minh
Trang 19


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

Hình 5. Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân và lên men đồng thời
(SSCF: simultaneous saccharification and cofermentation)
d. Thực trạng cơng nghệ và tính kinh tế [28]
Trên thế giới, sản xuất Etanol đã đƣợc các nƣớc tiên tiến đầu tƣ và phát
triển từ thập niên 70 của thế kỷ 20. Để giảm chi phí sản xuất và hạ giá thành
sản phẩm hơn nữa thì cần cải tiến cơng nghệ và tìm kiếm các nguồn SK rẻ
hơn (giá nguyên liệu chiếm 55 - 80% giá sản phẩm cuối). Các công ty của
Mỹ và Canađa hiện đang tiếp tục nghiên cứu tận dụng nguồn SK, là hỗn hợp
cellulose và các nguồn phế thải khác.
Ngoài ra, các nhà khoa học trên thế giới cũng tìm ra một cơng nghệ sản
xuất Etanol khác là thơng qua con đƣờng khí hóa ngun liệu, xong rất phức
tạp và không kinh tế.
Để dùng làm nhiên liệu, Etanol phải ở dạng cồn tuyệt đối (xấp xỉ
100%), hiện nay ngƣời ta đang tiếp tục cải tiến khâu loại bỏ triệt để nƣớc từ
sản phẩm bằng cách sử dụng phƣơng pháp lọc màng phân tử.
Chi phí đầu tƣ ngắn hạn cho một cơ sở sản xuất Etanol từ hạt ngũ cốc
tại châu Âu, dự tính 290 euro/kW nhiệt (đối với nhà máy 400 MW nhiệt), nếu
đầu tƣ dài hạn chi phí có thể giảm 40%. Nếu nhà máy sản xuất Etanol từ
nguồn gỗ, chi phí đầu tƣ ngắn hạn khoảng 350 euro/ kW nhiệt, nếu đầu tƣ dài
hạn chi phí giảm 50%.
Chi phí sản xuất Etanol từ đƣờng và ngũ cốc tại châu Âu và Mỹ hiện
khá cao: 15 – 25 euro/ GJ (1Giga Jun = 109 Jun) đi từ củ cải ngọt và 20 euro/
GJ đi từ ngơ, tức là Etanol có giá 0,32 – 0,54 euro/ lít (tƣơng đƣơng với 8.640
– 14.580 VNĐ,1 euro = 27.000 VNĐ). Nếu sản xuất từ nguồn cellulose, giá

Etanol còn 0,11 - 0,32 euro/ lít (tƣơng đƣơng với 2.970 – 8.640VNĐ).
1.2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng Etanol sinh học
a. Sản xuất và sử dụng Etanol sinh học trên thế giới [24]
Hiện nay có khoảng 50 nƣớc trên thế giới khai thác và sử dụng NLSH
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 20


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

ở các mức độ khác nhau. NLSH đƣợc dùng làm nhiêu liệu cho ngành giao
thông bao gồm: Dầu thực vật sạch, Etanol, diesel sinh học, dimetyl ether
(DME), etyl tertiary butyl ether (ETBE) và các sản phẩm từ chúng. Năm
2006, tồn thế giới đã sản xuất khoảng 50 tỷ lít Etanol (75% dùng làm nhiên
liệu) so với năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến năm 2012 là khoảng 80 tỷ lít; năm
2005 sản xuất 4 triệu tấn diesel sinh học (B100), năm 2010 sẽ tăng lên
khoảng trên 20 triệu tấn. Sản lƣợng Etanol ở một số nƣớc đứng đầu trên thế
giới đƣợc chỉ ra ở Bảng 4.
Tổng sản lƣợng Etanol của 15 nƣớc

Tổng sản lƣợng Etanol của 15

đứng đầu (2004 – 2006)

nƣớc đứng đầu (2007)

(Triệu tấn gallon Mỹ)

(Triệu tấn gallon Mỹ)

Xếp
hạng
Thế

Xếp
Quốc gia

2004

2005

2006

giới

hạng
Thế

Quốc gia

2007

giới

1

Mỹ

4.855

4.264

3.535

1

Mỹ

6.498

2

Brazil

4.491

4.227

3.989

2

Brazil

5.019

3

Trung Quốc

1.017

1.004

964

3

4

Ấn Độ

502

449

462

4

Trung Quốc

486,0

5

Pháp

251

240

219

5

Canada

211,3

6

Đức

202

114

71

6

Thái Lan

79,2

7

Nga

171

198

198

7

Campuchia

74,9

8

Canada

153

61

61

8

Ấn độ

52,8

9

Tây Ban Nha

122

93

79

9

Trung Mỹ

39,6

10

Nam Phi

102

103

110

10

Australia

26,4

11

Thái Lan

93

79

74

11

Thổ Nhĩ Kỳ

15,8

12

Anh Quốc

74

92

106

12

Pakistan

9,2

Liên minh
Châu Âu

570,3

K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 21


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học
13

Ukraine

71

65

66

13

Peru

7,9

14

Ba Lan

66

58

53

14

Argentina

5,2

15

Saudi Arabia

52

32

79

15

Paraguay

4,7

13.489

12.150

10.770

Tổng số

Tổng số

13.101,7

Bảng 4: Tổng sản lượng Etanol hàng năm ở một số nước [28]
(Ghi chú: 1 gallon Mỹ = 3,785 lít)
Năm 2005, Brazil sản xuất 16 tỷ lít Etanol, chiếm 1/3 sản xuất tồn cầu.
Năm 2006, Brazil đã có trên 325 nhà máy Etanol và khoảng 60 nhà máy khác
đang xây dựng, để sản xuất xăng Etanol từ mía (đƣờng, nƣớc mật, bả mía), và
bắp; đã sản xuất 17,8 tỷ lít Etanol, dự trù sẽ sản xuất 38 tỷ lít vào năm 2013.
Hiện tại, diện tích trồng mía ở Brazil là 10,3 triệu ha, một nửa sản
lƣợng mía dùng sản xuất xăng – Etanol, nửa kia dùng sản xuất đƣờng. Dự
đoán là Brazil sẽ trồng 30 triệu ha mía vào năm 2020. Các cơng ty tiếp tục
mở rộng diện tích canh tác mía, bắp, đậu nành cho mục tiêu sản xuất xăng
sinh học vừa tiêu thụ trong nƣớc vừa xuất khẩu. Giá xăng Etanol đƣợc bán
bằng nửa giá xăng thƣờng tại Brazil.
Hoa kỳ sản xuất Etanol chủ yếu từ hạt bắp, hạt cao lƣơng và thân cây
cao lƣơng ngọt, và củ cải đƣờng. Khoảng 17% sản lƣợng bắp sản xuất hàng

năm ở Hoa Kỳ dùng để sản xuất Etanol. Hoa Kỳ đặt chỉ tiêu sản xuất E10 để
cung cấp 46% nhiên liệu cho xe hơi năm 2010, và 100% vào 2012. Hãng
General Motor đang thực hiện dự án sản xuất E85 từ cellulose (thân bắp), và
hiện có khoảng hơn 4 triệu xe hơi chạy bằng E85. Hảng Coskata đang có 2
nhà máy lớn sản xuất xăng Etanol. Hiện tại nông dân Hoa Kỳ chuyển hƣớng
sản xuất lúa mì và bắp cho xăng sinh học, vì vậy, số lƣợng xuất khẩu hạt ngũ
cốc giảm từ nhiều năm nay, làm giá nơng sản thế giới gia tăng. Vì giá cả xăng
sinh học còn cao hơn xăng thƣờng nên 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.
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 22


Nghiên cứu khả năng chuyển đổi bèo tây thành cồn sinh học

Đức là nƣớc tiêu thụ nhiều nhất xăng sinh học trong cộng đồng EU,
trong đó có khoảng 0,48 triệu tấn Etanol. Nguyên liệu chính sản xuất Etanol
là củ cải đƣờng.
Pháp là nƣớc thứ hai tiêu thụ nhiều Etanol sinh học trong cộng đồng
châu Âu với mức khoảng 1,07 triệu tấn Etanol và diesel sinh học năm 2006.
Công ty Diester sản xuất diesel sinh học và Téréos sản xuất Etanol là 2 đại
công ty của Pháp trong lĩnh vực sản xuất nhiên liệu sinh học.
Thuỵ Điển có chƣơng trình chấm dứt hoàn toàn nhập khẩu xăng cho xe
hơi vào năm 2020, thay vào đó là tự túc bằng xăng sinh học. Hiện nay, 20%
xe ở Thuỵ Điển chạy bằng xăng sinh học, nhất là xăng Etanol. Thuỵ Điển
đang chế tạo xe hơi vừa có khả năng chạy bằng Etanol vừa có khả năng chạy
bằng điện. Để khuyến khích sử dụng xăng sinh học, chính phủ Thuỵ Điển

khơng đánh thuế xăng sinh học, và trợ cấp xăng sinh học rẻ hơn 20% so với
xăng thông thƣờng, không phải trả tiền đậu xe ở thủ đô và một số thành phố
lớn, bảo hiểm xe cũng rẻ hơn.
Vƣơng quốc Anh đặt chỉ tiêu 5% xe giao thông sử dụng xăng sinh học
vào 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 đã sản xuất 920.000 tấn Etanol. Chỉ tiêu sản xuất 6 triệu
tấn Etanol vào năm 2013, và 300 triệu tấn Etanol vào 2020. Hiện nay Trung
quốc chỉ cho phép trồng sắn, lúa miến ngọt và một số hoa màu không quan
trọng khác trên các loại đất nghèo dinh dƣỡng, không thích ứng sản xuất
nơng nghiệp nhƣ ở Shangdong và Xinjiang Uygur.
Ở Ấn Độ, Chính phủ đã có chính sách sử dụng xăng Etanol E5 hiện
nay, và E10 và E20 trong những năm tới. Ấn Độ gia tăng diện tích trồng cây
dầu lai để sản xuất diesel sinh học, và diện tích mía cho sản xuất xăng Etanol.
Thái Lan bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng sinh học từ năm 1985. Năm
2001, Thái Lan thành lập Uỷ ban NLSH để điều hành và phát triển nghiên
K15 Cao học Môi trƣờng

Phạm Công Minh
Trang 23