you're reading...
Nhiên liệu xanh

Công nghệ sinh học cho nhiên liệu xanh

Những vấn đề nhiên liệu sinh học đặt ra cho môi trường và nhất là cho việc giảm nhẹ các tranh chấp đất trồng giữa cây lương thực và cây nguyên liệu đang trở thành yếu tố định hướng phát triển dòng nhiên liệu xanh. Theo đó, ethanol cellulosic và biodiesel rong tảo sẽ trở thành các nhiên liệu chính thay thế dầu mỏ.

Trong đạo luật mới về an toàn năng lượng, chính phủ Hoa Kỳ cũng đặt mục tiêu nhiên liệu cellulosic lên hàng đầu, đạt mức 1.044 ngàn thùng mỗi ngày trong tổng số 2.348 ngàn thùng các nhiên liệu tái tạo vào năm 2022.

Ưu điểm của ethanol cellulosic so với ethanol tinh bột (mà nay sản xuất từ hạt bắp hay củ khoai mì) là sử dụng được tất cả bộ phận của hầu hết các loài thực vật có thừa trong mỗi vùng, dựa trên cơ chế phân hóa các thể sợi cellulose và hemicellulose thành loại đường thô như thể xi rô, rồi cho chúng lên men thành rượu và chưng cất để lấy cồn. Từ khoảng 5 năm trở lại đây số lượng các nghiên cứu loại nhiên liệu mới này tăng lên rất nhanh, trong số đó có các tác giả người Việt được công bố trên tạp chí khoa học Nature nổi tiếng.

Bình quân mỗi tấn sinh khối có đến 70% được chuyển hóa rồi chưng cất thành nhiên liệu, 30% lily.jpgcòn lại chủ yếu là protein ở dạng nước được cô đặc chế biến làm thức ăn chăn nuôi, và lignin ở dạng bã được ép thành bánh để làm chất đốt cho việc chưng cất. Sản lượng ethanol cellulosic cao hơn nhiều lần so với các biodiesel và ethanol tinh bột trên cùng diện tích đất trồng trên cạn (hình 1a và 1b). Những sản xuất thử nghiệm cho thấy 1 tấn rơm khô cho ra 75 gallon ethanol (1 gallon = 3,78 lít), mỗi tấn khô cỏ switchgrass (Panicum virgatum) cho ra từ 50 đến 117 gallon. Việc tận thu dưới dạng ethanol cellulosic từ quy trình sản xuất ethanol bột bắp và biodiesel rong tảo còn cho khối lượng nhiên liệu nhiều hơn cả sản phẩm ban đầu. Nhìn chung các phế phẩm nông nghiệp và nhiều loài cỏ dại ở nước ta đều có thể trở thành nguyên liệu sản xuất loại nhiên liệu xanh này.

Chỉ cách nay vài năm chi phí cho việc sản xuất ethanol cellulosic còn rất cao so với các nhiên liệu sinh học truyền thống (hình 2). Khâu tốn kém nhất là làm sao chuyển hóa hết các thể sợi cellulose thành đường làm cơ sở cho việc lên men rượu. Ban đầu người ta sản xuất theo phép thủy phân acid, sau đó phát triển phương pháp thủy phân ammonia gọi là AFEX hay AMFE, cuối cùng người ta triển khai kỹ thuật phân hủy thể sợi thực vật bằng enzym thành dạng đường thô glucose rồi lên men và chưng cất. Quy trình thứ ba này, một quy trình công nghệ sinh học, đạt được những thành công vượt bậc làm cho ethanol cellulosic trở thành tâm điểm chú ý của các nhà đầu tư cũng như nhà hoạch định chính sách, và được gọi trân trọng dưới tên nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai.

top10_poison_Ficus.jpgThực ra đây là một cuộc cách mạng sinh học trong sản xuất nhiên liệu xanh theo định hướng thay thế dầu mỏ, nghĩa là không chỉ cung cấp nhiên liệu mà còn cả các nguyên liệu công nghiệp vốn lâu nay lấy từ dầu khí. Ban đầu giá sản xuất các loại enzym dùng cho giai đoạn phân hủy cellulose và phân lập thuần chủng vi khuẩn cho giai đoạn lên men đường thô còn rất cao, các công ty và nhiều chính phủ đã phải bơm nhiều khoản tiền lớn cho nghiên cứu. Kết quả là đến nay chi phí enzym trên mỗi gallon sản phẩm đã giảm đáng kể: Genencor giảm hơn 30 lần xuống còn 0,1 – 0,2 USD, Novozymes Biotech từ 5 USD xuống còn 0,3 rồi 0,1 USD cho mỗi gallon ethanol cellulosic. Do chi phí enzym chiếm đến 40% giá thành sản phẩm nên đây hẳn là một cắt giảm đáng kể. Vì vậy mà một số nhà sản xuất đã mạnh dạn công bố giá thành của họ sẽ dưới mức 1 USD mỗi gallon ethanol, nhất là từ các nguồn nguyên liệu dễ kiếm như cỏ dại hay rác thải hữu cơ.

Một dự án như thế, tổ chức tại Idaho, cho biết họ sản xuất mỗi năm 50 đến 60 triệu gallon, cần tới trên dưới 1 triệu tấn sinh khối khô, và người nông dân trong vùng được hưởng lợi khoảng 25 triệu USD nhờ bán phế phẩm nông nghiệp cho nhà máy. Hiện nay mô hình các nhà máy ethanol cellulosic thường chia làm 3 phần: Thứ nhất, các nông dân thu gom, phơi khô và chuyên chở phế phẩm (bao gồm cả cỏ dại và rác thải đã phân lập) đến bán cho trạm chế biến. Thứ hai,các trạm chế biến nằm rải rác giữ vùng nguyên liệu sẽ cho mối ăn vụn cây cỏ rồi thủy phân enzym trong các bồn chứa để chuyển chúng thành đường thô. Cuối cùng, đường thô hay bio-crude được chuyển đến nhà máy, bắt đầu tiến trình lên men để sản xuất ethanol nhiên liệu và protein thức ăn chăn nuôi.

Hoàng Xuân Phương | http://www.saga.vn

Thảo luận

Chưa có phản hồi.

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s