Nang luong sinh hoc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

TIỂU LUẬN

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
Nhóm thực hiện:
Lê Thị Quỳnh Trâm
Trần Minh Hương
Nguyễn Vũ Luân

Tp. HCM, 11/2010


MỤC TIÊU
 Tính cấp thiết cần phải sử dụng nguồn NLSH
 Các nguyên lý chuyển hóa thành nguồn

nguyên liệu sinh học từ các chất thải
 Hướng đến một mơ hình cơng nghiệp “tích
hợp”– tận thu nguồn NLSH


Tài liệu tham khảo
1.

2.

3.
4.
5.

6.
7.
8.

Novel biotechnological processes for production of polymers, chemicals,
and biofuels from waste, Martin Koller, Aid Atlić, Miguel Dias, Angelika
Reiterer and Gerhart Braunegg, Institute of Biotechnology & Biochemical
Engineering, Graz University of Technology; Petersgasse 12, 8010 Graz,
Austria
From renewable resources to fine chemicals and bulk products. Brauegg,
G., Koller, M., Miranda de Sousa Dias, M. Graz University of technology,
Institute of biotechnology and Bioprocess Engineering
Advanced Biofuel Opportunities for Every State: Guidebook of State
Policies Carol Werner Environmental & Energy Study Institute
Green Chemistry Concetto di Bioraffineria, Università degli studi di
Modena e Reggio Emilia Facoltà di Bioscienze e Biotecnologie, Dr. Luca
Forti, Laboratorio di Biocatalisi, Dipartimento di Chimica
Tổng hợp từ Hội thảo về Năng lượng sinh học khu vực APEC, Seoul,
Hàn Quốc, tháng 9/2009
www.eesi.org
www.ecopanelsystems.com
Energy and materials from renewable resources as a precondition for
Sustainable Development, Hans Schnitzer Graz University of
Technology,Joanneum Research


Nội dung
Tính cấp thiết
NLSH trên thế giới, VN
Nguồn nguyên liệu

Nguyên lý chuyển hóa
Tình hình sử dụng NLSH trên thế giới
Một số công nghệ sản xuất thử nghiệm ở VN
Hạn chế trong việc sử dụng NLSH ở VN


Hệ thống kinh tế hiện nay dựa trên nguồn
nguyên liệu hóa thạch[8]


Chu trình chuyển hóa Cacbon[8]


BIẾN ĐỘNG GIÁ DẦU TỪ THÁNG 5/1994 ĐẾN 7/2008[1]
Có cần nguồn nhiên liệu sinh học thay thế!!!

140
130

June 2008: Price surmounted 130

US-$ per barrel

July 2008: Price surmounted 140

US-$ per barrel


NLSH- Cuộc cách mạng xanh thế kỷ XXI
 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 được đặt ra là tìm
được một nguồn năng lượng
sạch, rẻ, dồi dào để thay thế cho
nguồn nhiên liệu hóa thạch,
được coi là bẩn và đang được dự
báo là sẽ cạn kiệt trong nay mai

 Năng lượng sinh học hiện

đang là một hướng đi mà
nhiều quốc gia đã lựa chọn


Cellulosic Biofuel Projects as of July 2008 [3]

11/24/21
Environmental and Energy Study Institute


Năng lượng sinh học (NLSH) trên thế giới [5]
 Hàn Quốc: Chiến lược tăng trưởng xanh, phát thải ít cac-bon (Green, low
carbon growth strategy) trong vòng 60 năm tới với các cơng cụ chính là
cơng 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
 Mục tiêu mà Chiến lược đề ra là đến 2050, Hàn Quốc sẽ hoàn tồn khơng

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%
 Ngồi các cơng nghệ chế tạo bioga thơng thường như từ sinh khối, từ chất
thải chăn nuôi, Hàn Quốc đang tích cực phát triển bioga từ bùn thải. Theo
tính tốn 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


Năng lượng sinh học (NLSH) trên thế giới [5]
 Nhật Bản: 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 đơ thị đạt danh hiệu này, mục tiêu đến
2010 sẽ đạt 300 thành phố/đô thị
 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
 Trung Quốc: 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.

Năng lượng sinh học (NLSH) trên thế giới [5]
 Canada: trường đại học Lakehead hiện đang nghiên cứu chế tạo dầu sinh
học thơng qua việc hố lỏng các loại sinh khối, chất thải trong nông nghiệp
như phần thải từ cây lúa mì, ngơ, v.v... Theo đó, qua một q 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
 Thái Lan: Chính phủ 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


Năng lượng sinh học (NLSH) trên thế giới [5]

 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
 Malaysia và Indonesia: là hai quốc gia sản xuất dầu cọ lớn nhất thế
giới, riêng sản lượng của Malaysia là 15,8 triệu tấn (2008) và việc sản
xuất dầu biodiesel đã được thực hiện từ 20 năm nay, mặc dù Luật công
nghiệp nhiên liệu sinh học mới được ban hành gần đây (2007)
 Indonesia, ngoài sản xuất biodiesel từ dầu cọ, hiện cũng đang thúc đẩy

thực hiện Dự án làng tự cung cấp về năng lượng theo đó khuyến khích
phát triển năng lượng từ sinh khối như chất thải vật nuôi, chất thải của sản
xuất cacao, v.v… Ngoài dầu cọ, Indonesia đang phát triển mạnh cây cọc
rào (jatropha) để sản xuất diesel sinh học


Năng lượng sinh học (NLSH) VIỆT NAM
 NLSH phải là một thế mạnh của Việt Nam vì:
 Chủ yếu vẫn là một đất nước nơng 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, hồn thiện kỹ thuật, nâng cấp
qui mơ, tận dụng hiệu quả nguồn bioga để phát triển loại hình năng
lượng này


Năng lượng sinh học (NLSH) 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 mơ cịn nhỏ
 Mới đây 2 nhà máy sản xuất ethanol sinh học ở Phú Thọ và Dung
Quất, công suất 100.000 tấn ethanol/năm đã được Petro Việt Nam
(PVN) xây dựng, dự kiến sẽ đi vào sản xuất từ năm 2010
 PVN cũng đang xây dựng dự án nhà máy thứ 3, liên doanh với
công ty Itochu (Nhật Bản), dự kiến sẽ được khởi cơng xây dựng
năm 2010 tại tỉnh Bình Thuận.


Năng lượng sinh học (NLSH) VIỆT NAM
 Về chính sách pháp luật, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt

Chương trình phát triển nhiên liệu sinh học đến 2015, tầm nhìn đến
2025 theo Quyết định số 177/2007/QĐ-TTg, theo đó:
 Đến 2010 sẽ sản xuất được 100.000 tấn xăng E5, 50.000 tấn B5,
đạt 0,4% nhu cầu; đến 2015 đạt 5 triệu tấn E5 và B5, đạt 1%
 Năm 2025 tổng xăng và dầu sinh học sẽ đạt 5% nhu cầu xăng dầu
cả nước. Thực hiện Quyết định này hiện nay Bộ Công Thương
đang trực tiếp thực hiện những đề tài, dự án cụ thể nhằm thúc đẩy
công nghệ nhiên liệu sinh học. Bộ NN&PTNT cũng đã xây dựng
đề án phát triển cây cọc rào (jatropha) để làm nguyên liệu cho phát
triển nhiên liệu sinh học
 Nhìn ra các nước trong khu vực, nói chung, chúng ta đang đi sau
với khoảng cách khá xa về lĩnh vực này


Những lợi ích khi sử dụng NLSH[3]
 Climate Change – biến đổi khí hậu
 Environmental Stewardship – bảo vệ mơi






11/24/21

trường
National Energy and Security – an ninh năng
lượng quốc gia
Public Health – sức khỏe cộng đồng
International Competitiveness – khả năng
cạnh tranh
Economic Development through Local
Ownership – phát triển kinh tế
Diversify and Sustainably Grow the
Domestic Agriculture Portfolio while
Decreasing Dependence on Export Markets –
phát triển bền vững và đa dạng hóa, giảm17
phụ thuộc vào các thị trường xuất khẩu


Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên
tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Nguyên tắc cơ bản của việc sử
dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến
liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật. Các quy trình
này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời

Nguồn : [8]

Làm thế nào để có năng lượng sinh học
 Bao gồm những nguồn nguyên liệu nào?
 Cơ chế chuyển hóa của nó ra sao?
 Phương pháp tiến hành ntn?


MỤC TIÊU: Chuyển từ những chất thải bỏ cuối
cùng của các quá trình sản xuất[1]
Nguồn thải từ hoạt động
sản xuất cơng nghiệp:

Những nguồn cơ chất chính để sản xuất:
Biopolymers, biofuels and biochemicals
Biopolymers
(PHA, PLA)

Biofuels
(Bioethanol,
Biodiesel)

Biochemicals
(Fine chemicals,
Organic acids,
Antibiotics, Aromatics,
Surfactants, Solvents,
Chiral Synthons)

Catalytically active
Biomass for Production

of Biopolymers, Biofuels
and Biochemicals

Dairy Industry: Whey

Monosaccharides: Glucose,
Galactose, Fructose, Xylose,
Arabinose

Sugar cane industry: Molasses, Bagasse
Disaccharides: Sucrose,
Lactose, Maltose, Cellobiose

Wood processing industry,
Paper Industry

Polysaccharides: Starch,
Cellulose, Lignocellulose

Additional agricultural
branches (e.g. straw from rice,
mais etc., olive oil production, palm
oil industry, sugar beet industry)

Organic acids
Alkohols: Glycerol, Methanol

Biodiesel production: raw
glycerol phase, low-quality biodiesel
fractions

Lipids
Proteinaceous
materials (Peptides)

Slaughterhouses and Rendering
20
Industry: Meat- and Bone Meal, slaughter
wastes


Nguồn nguyên liệu[1]
 Các nguồn nguyên liệu thải sẵn có cho mục đích sản xuất theo cơng nghệ sinh

học (q trình chuyển hóa và thách thức trong việc sử dụng chúng)

 Meat and Bone Meal (MBM) (Slaughterhouses and Rendering industry) – bột thịt











và bột xương (lò mổ và các sản phẩm gia tăng)
Sugar Cane industry – Integration of Biofuel and Biopolymer Production – ngành

cơng nghiệp mía đường –tích hợp sản xuất nhiên liệu sinh học và polymer sinh học
Wood processing industry, Paper Industry: công nghiệp gỗ và giấy (mùn gỗ, bùn
thải nhà máy giấy)
Additional agricultural branches: phế phẩm từ nông nghiệp như: rơm rạ, lõi bắp, các
loại hạt cây chứa dẫu
Whey (Dairy Industry) – whey (ngành
công nghiệp sản xuất sữa)
Raw Glycerol Liquid Phase (from
Biodiesel Production) – nước thải từ
quá trình sản xuất diesel sinh học
Waste Lipids – chất thải chứa lipid
Cellulosic
and
Lignocellulosic
Feedstocks – nguồn cellulose và
lignocellulose
Follow-up Products of PHAs: Chiral
Synthons for Organic Synthesis – quá
trình tạo PHAs: Chiral Synthons từ quá
trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ


Biowaste[7]


Bột thịt , bột xương (MBM) từ ngành công nghiệp
giết mổ – nguồn Nito quý cho công nghệ sinh học
 Sản phẩm truyền thống: thức ăn gia súc
 Vấn đề: xuất hiện bệnh xốp não ở bò (Bovine

Spongiform Encephalopathy -BSE- bệnh bò điên)
 Lây nhiễm trên diện rộng ở Anh, phát hiện năm 1986
 Đem đốt  không tạo nên giá trị
 2001: Graz University of Technology đặt ra mục tiêu
sử dụng MBM một cách an toàn để tạo nên các sản
phẩm giá trị gia tăng


Thủy phân MBM
 Điều kiện đầu tiên để sử dụng an toàn MBM: thủy

phân MBM để phá hủy prions

Structure of a
Prion
Causing BSE

Hydrolysis time [h]

SDS-Gel-Electrophoresis of alkaline Hydrolysis of MBM
(PhD thesis José Neto, Graz University of Technology, 2006)


Production of Meat- and Bone Meal

Possible: Removal of Lipids prior to
hydrolysis („Degreasing step“)
Application of lipids for Biodiesel
Production or as carbon source for
fermentative Production of e.g.

Biopolymers

Application of
hydrolyzed MBM for
Biomass production