Trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt cũng như các mối lo ngại về môi trường (đặc biệt là hiệu ứng nhà kính) do các loại động cơ sử dụng các nhiên liệu từ các nguồn năng lượng này gây nên, nhiên liệu sinh học đang ngày càng thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học cũng như được phổ biến rộng rãi trên các phương tiện thông tin đại chúng. Bài viết này sẽ cung cấp những nét chung về định nghĩa, phân loại cũng như các công nghệ để sản xuất các loại nhiên liệu sinh học. Ngoài ra, bài viết sẽ trình bày về tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam, đặc biệt là ethanol sinh học được sử dụng để pha trộn với xăng truyền thống.
1. Định nghĩa và phân loại [1]
Nhiên liệu sinh học (tiếng Anh: biofuel, tiếng Pháp: biocarburant) là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa…), ngũ cốc (lúa, mỳ, ngô, đậu tương…), chấtthải trong nông nghiệp(rơm rạ, phân…), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…).
Nhiên liệu sinh học có thể được phân loại thành các nhóm chính như sau:
– Diesel sinh học (biodiesel) là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tự và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống. Biodiesel được điều chế từ dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật) thông qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổ biến nhất, ví dụ: methanol, ethanol.
– Xăng sinh học (biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì. Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, xen-lu-lô, lignocellulose. Ethanol được pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống.
– Khí sinh học (biogas) có thành phần chính là CH4 (50-60%) và CO2 (>30%) còn lại là các chất khác như hơi nước, N2, O2, H2S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 – 40ºC, nhiệt trị thấp của CH4 là 37,71.103 KJ/m3, do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí. Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí từ sản phẩm dầu mỏ.
– Nhiên liệu rắn: gỗ, than và các loại phân thú khô.
2. Nguyên liệu [1, 2]
Nguyên liệu để sản xuất NLSH rất đa dạng, phong phú, bao gồm:
– Nông sản: sắn, ngô, mía, củ cải đường…
– Cây có dầu: lạc, đậu tương, cây hướng dương, dừa, cọ dầu, jatropha…
– Chất thải dư thừa: sinh khối phế thải, rơm rạ, thân cây bắp, gỗ, bã mía, vỏ trấu…
– Mỡ cá
– Tảo
Tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta lại chọn những loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất NLSH. Ví dụ như Brazil sản xuất ethanol chủ yếu từ mía, ở Mỹ là từ ngô, ở Việt Nam sắn là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất NLSH.
3. Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học [3, 6]
Tuỳ thuộc vào ngyên liệu và loại nhiên liệu cần có, có thể sử dụng các quá trình chuyển hoá theo phuơng pháp sinh học, hoá học hoặc nhiệt. Phương pháp sinh học chậm nhưng sản phẩm có độ tinh khiết cao. Phương pháp nhiệt nhanh nhưng sản phẩm tạo ra phức tạp và khó có thể thu đuợc sản phẩm mong muốn với độ tinh khiết cao.
Các sản phẩm nhiêu liệu sinh học đã trải qua nhiều giai đoan phát triển và có thể chia thành 3 thế hệ, tùy thuộc vào công nghệ và nguyên liệu.
3.1 Thế hệ thứ 1
Nhiên liệu sinh học thế hệ đầu tiên được làm từ các loại cây trồng có hàm lượng đường và tinh bột cao (sản xuất gasohol), dầu thực vật hoặc mỡ động vật (sản xuất Biodiesel). Tinh bột từ các loại ngũ cốc được chuyển hóa thành đường rồi lên men thành Bioethanol. Trong khi đó, dầu thực vật (được ép từ các loại cây có dầu ) hoặc mỡ động vật được trộn với ethanol (hoặc methanol) có sự hiện diện của chất xúc tác sẽ sinh ra Biodiesel và glycerine bằng phản ứng chuyển hóa este.
3.1.1 Sản xuất biodiesel
Biodiesel là hỗn hợp các ester của axit béo được tạo ra từ phản ứng transester hóa của dầu thực vật hoặc mỡ động vật với rượu (ethanol hoặc methanol), trong đo methanol được sử dụng phổ biến nhất. Hiện nay có nhiều công nghệ sản xuất khác nhau sử dụng xúc tác đồng thể, dị thể hoặc các loại xúc tác sinh học.
Có 3 phương pháp cơ bản để sản xuất các methyl ester:
– Sử dụng xúc tác bazo cho phản ứng transeter hóa của dầu (triglyceride) với methanol;
– Sử dụng xúc tác axit cho phản ứng transeter hóa trực tiếp axit béo tự do (FFA) với methanol;
– Chuyển hóa dầu thành FFA rồi transeter hóa với methanol.
Phương pháp chủ yếu để sản xuất các methyl ester là sử dụng xúc tác bazo vì đấy là phương pháp có tính kinh tế và hiệu quả cao nhất:
– Nhiệt độ và áp suất thấp;
– Hiệu suất cao và thời gian phản ứng ngắn’;
– Quá trình chuyển hóa trực tiếp;
– Vận hành đơn giản và thân thiện với môi trường.
Transester hóa là phản ứng của một triglyceride (dầu) với một rượu (ethanol hoặc methanol) với sự có mặt của chất xúc tác (NaOH hoặc KOH). Sản phẩm phụ của phản ứng là glyxerin:
Một chuỗi hoàn thiện của quá trình sản xuất biodiesel bao gồm nhiều giai đoạn như hình 3:
3.1.2 Sản xuất bioethanol
Ethanol sinh học (bio-ethanol) là ethanol có được từ quá trình chuyển hóa các nguyên liệu có chứa cacbon. Bioethanol thế hệ thứ nhất được sản xuất qua quá trình lên men đường. Giai đoạn chuyển hóa cơ bản của quá trình này là sự phân hủy sacarozo với sự có mặt của xúc tác sinh học là enzyme invertase:
Sản phẩm fructozo và glucozo phản ứng với enzyme zymase để tạo thành ethanol và CO2:
Quá trình lên men thường xảy ra trong 3 ngày và nhiệt độ phản ứng thường là 250 – 300oC. Trong trường hợp sản xuất ethanol từ các nguồn hydrocacbonat phức tạp hơn thì cần phải qua nhiều bước xử lý trước khi lên men:
Sản xuất bio-ethanol từ đường
Đầu tiên, các hạt tinh bột được nghiền thành bột, sau đó trộn với nước để tạo dịch ngâm. Dịch ngâm phản ứng với các enzyme để chuyển hóa tinh bột thành detrozo, một loại đường đơn giản. Sử dụng ammoniac để điều khiển pH của quá trình. Dịch ngâm được xử lý ở nhiệt độ cao trong một thiết bị nấu để giảm lượng vi khuẩn trước khi lên men. Sau đó, làm lạnh và chuyển sang thiết bị lên men. Thêm men vào để chuyển hóa đường thành ethanol và CO2. Thời gian cho phản ứng lên men là khoảng 40 – 50 giờ. Sau quá trình lên men, ethanol được chuyển qua thiết bị chưng cất để tách ra khỏi các tạp chất còn lại.
Để sử dụng ethanol làm nguyên liệu thì hạn chế hàm lượng nước đến mức tối thiểu. Nước được tách ra ở giai đoạn chưng cất, nhưng độ tinh khiết chỉ giới hạn trong khoảng 95 – 96% do sự tạo thành hỗn hợp đẳng phí nước – ethanol có nhiệt độ sôi thấp. Hỗn hợp gồm 96% ethanol và 4% nước có thể sử dụng làm nhiên liệu. Tuy nhiên, khi trộn với xăng thì ethanol cần có độ tinh khiết từ 99,5 đến 99,9%, để tránh sự phân tách. Hiện nay, phương pháp sử dụng phổ biến để có độ tinh khiết của ethanol cao là hấp thụ vật lý dùng rây phân tử. Một phương pháp khác là chưng cất đẳng phí với benzene nhưng lại làm biến tính ethanol thu được. Và benzene cũng một chất gây ưng thư, đo đó phương pháp này cũng bị hạn chế sử dụng.
1.1.3 Sản xuất biogas [6, 7]
Sự tạo thành khí sinh vật là một quá trình lên men phức tạp bao gồm rất nhiều phản ứng, cuối cùng tạo ra khí CH4 và CO2 và một số chất khác. Quá trình này được thực hiện theo nguyên tác phân hủy kị khí, dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí đã phân hủy từ những chất hữu cơ dạng phức tạp chuyển thành dạng đơn giản, một lượng đáng kể chuyển thành khí và dạng chất hòa tan.
Sự phân hủy kỵ khí xảy ra nhiều giai đoạn với hàng ngàn sản phẩm trung gian với sự tham gia giữa các chủng loại vi sinh vật đa dạng. Đó là sự phân hủy protein, tinh bột, lipit để tạo thành axit amin, glyxerin, axit béo, methylamine, cùng các chất độc hại như: tomain, indol, scatol. Và cuối cùng là liên kết cao phân tử mà nó không phân hủy được dễ dàng bởi vi khuẩn yếm khí như lignin, cellulose:
Phản ứng tổng quát như sau:
Một phần CO2 đã bị giữ lại trông một số sản phẩm quá trình lên men như những ion K+, Ca++, NH3+, Na+. Do đó, hỗn hợp khí sinh ra có từ 60 – 70% CH4 và khoảng 30 – 40% CO2.
Những chất hữu cơ liên kết phân tử thấp như: đường, protein, tinh bột và ngay cả cellulose có thể phân hủy nhanh tạo ra axit hữu cơ. Các axit hữu cơ này tích tụ nhanh sẽ gây giảm sự phân hủy. Ngược lại, lignin, cellulose được phân hủy từ từ nên khí sinh ra một cách liên tục. Tóm lại, quá trình tạo khí methane có thể diễn ra theo hai một trong hai phương pháp sau:
1. Phương pháp thứ nhất
a. Giai đoạn 1
– Axit hóa cellulose:
Tạo muối:
Các bazơ có trong môi trường (đặc biệt là NH4OH) sẽ kết hợp với axit hữu cơ:
a. Giai đoạn 2
Lên men methane do sự phân hủy của muối hữu cơ:
1. Phương pháp thứ hai
a. Giai đoạn 1
– Axit hóa:
– Thủy phân axit tạo CO2 và H2:
b. Giai đoạn 2
Methane được tổng hợp từ một số trực khuẩn khi sử dụng CO2 và H2:
Như vậy, cả hai cách để tạo khí methane phụ thuộc vào quá trình axit hóa. Nếu quá trình lên men quá nhanh hoặc dịch phân có nhiều liên kết phân tử thấp sẽ dễ dàng bị thủy phân nhanh chóng đưa đến tình trạng axit hóa và ngưng trệ quá trình lên men methane.
Mặt khác, vi sinh vật tham gia trong giai đoạn một của quá trình phân hủy kỵ khí đều thuộc nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose. Nhóm vi khuẩn này hầu hết có enzyme cellulosase và nằm rải rác trong các hệ khác nhau. Hầu hết là các trực trùng có bào tử.
Các vi sinh vật sinh methane theo nhiều cơ chế phản ứng khác nhau như sau:
Methylamin thủy phân tạo methane:
Cơ chế lên men của vi sinh vật yếm khí được tóm tắt như sau:
3.2 Thế hệ thứ 2:
Nhiên liệu sinh học thế hệ 1 bị hạn chế bởi khả năng mở rộng diện tích đất trồng trọt hiện nay để trồng các loại cây thích hợp là có hạn và các công nghệ truyền thống sử dụng để chuyển đổi các nguồn nguyên liệu này thành NLSH còn bị hạn chế bởi hiệu quả và phương pháp xử lý. Vì vậy người ta đã hướng tới nhiên liệu sinh học thế hệ 2. Loại NLSH này được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối, qua nghiền sấy rồi lên men thành nhiên liệu sinh học. Các nguyên liệu này được gọi là “sinh khối xenluloza” có nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, chất thải rừng, chất thải rắn đô thị, các sản phẩm phụ từ quá trình chế biến thực phẩm hoặc loại cỏ sinh trưởng nhanh như rơm, rạ, bã mía, vỏ trấu, cỏ…
NLSH thế hệ 2 được phân loại dựa trên bản chất quá trình chuyển hóa sinh khối: sinh hóa hoặc nhiệt hóa. Quá trình sinh hóa được dùng để sản xuất ethanol hay butanol thế hệ 2 và các nhiên liệu còn lại được tạo ra cùng với quá trình nhiệt hóa. Một số loại nhiên liệu thế hệ 2 (được tạo ra từ quá trình nhiệt hóa) tương tự như các sản phẩm được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch (hình 5), ví dụ như: methanol, nhiên liệu lỏng từ quá trình Fischer – Tropsch và đimethylete.
3.3 Thế hệ thứ 3:
NLSH thế hệ 3 được sinh ra từ những cải tiến về công nghệ sinh học thực hiện trên các nguồn nguyên liệu. Các loại nguyên liệu được cấy ghép và nuôi trồng theo cách mà các khối cấu trúc của tế bào (lignin, cellulose, hemicellulose) có thể được điều chỉnh theo các cách khác nhau. NLSH thế hệ 3 được chế tạo từ các loài vi tảo trong nước, trên đất ẩm, sinh ra nhiều năng lượng (7-30 lần) hơn nhiên liệu sinh học thế hệ trước trên cùng diện tích trồng. Sản lượng dầu trên một diện tích 0,4 ha tảo là từ 20.000 lít/năm đến 80.000 lít/năm. Ngoài ra, loài tảo bị thoái hóa sinh học không làm hư hại môi trường xung quanh. Theo ước tính của Bộ Năng Lượng Mỹ, nước này cần một diện tích đất đai lớn độ 38.849 km2 để trồng loại tảo thay thế tất cả nhu cầu dầu hỏa hiện nay trong nước.
4. Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học của thế giới và Việt Nam
4.1 Thế giới [8]
NLSH sẽ góp phần đa dạng hóa nguồn năng lượng, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm nhà kính. Vì vậy nhiều quốc gia, trước hết là Mỹ có kế hoạch đầu tư lớn vào lĩnh vực này. Ngày 8-1-2010 Chính phủ Mỹ phê chuẩn 2,3 tỷ USD để hỗ trợ cho các nguồn năng lượng xanh. Ngày 3-2-2010 Chính quyền Obama và Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đã cùng công bố Tiêu chuẩn nhiên liệu tái tạo (RFS) để thúc đẩy việc phát triển nhiên liệu sinh học. Theo kế hoạch thì đến năm 2022 nhiên liệu tái tạo phục vụ giao thông ở Mỹ mỗi năm phải đạt tới 36 tỷ gallon (1 gallon=3,785 lít). Tháng 11-2010, EPA xác định cuối năm 2011 phần nhiên liệu sinh học từ chất xơ (cellulose) phải đạt tới 6,6 triệu gallon (nên lưu ý là từ chất xơ chứ không phải từ tinh bột sắn như dự án ở nước ta!), phần diesel sinh học phải đạt, 800 triệu gallon, phần nhiên liệu sinh học tiên tiến (advanced biofuel) phải đạt 1,35 tỷ gallon, phần nhiên liệu có thể tái sinh phải đạt 13,95 tỷ gallon. Hiện nay xăng E15 (15% ethanol) được coi là sử dụng an toàn cho ô tô ở Mỹ. Các nguồn nhiên liệu mới được khuyến khích cụ thể bằng chính sách miễn giảm thuế. Nhờ sự hỗ trợ 80 triệu USD từ Bộ Nông nghiệp Mỹ mà Công ty nhiên liệu Range sẽ nâng sản lượng hàng năm của ethanol (cồn) từ cellulose (chất xơ) lên đến 20 triệu gallon. Ngày 2-6-2010 Bộ năng lượng Mỹ (DOE) đã hỗ trợ 5 triệu USD để phát triển nguồn năng lượng sinh học phi lương thực. Chính phủ và Bộ Hải quân Mỹ (DON) rất quan tâm đến các nhiên liệu sinh học tiên tiến và hệ thống các nhiên liệu tái sinh khác.
Dự kiến đến năm 2020 toàn bộ thiết bị quân sự trên bờ và dưới biển của Mỹ đều được thay thế 50% năng lượng tiêu dùng bằng các nguồn năng lượng thay thế. Đến năm 2020 hải quân Mỹ sẽ được cung cấp khoảng 330 triệu gallon nhiên liệu sinh học. Dự toán của Bộ năng lượng Mỹ cho năm 2011 là 28,4 tỷ USD, trong đó dành cho các nghiên cứu về năng lượng sinh học là 220 triệu USD (về năng lượng mặt trời là 302 triệu USD, năng lượng gió là 123 triệu USD, kỹ thuật địa nhiệt là 55 triệu USD). Về nhiên liệu sinh học tiên tiến DOE dành ra 80 triệu USD để hỗ trợ nghiên cứu, trong đó có phần nghiên cứu nhiên liệu từ sinh khối tảo, nhiên liệu xanh trong không trung…DOE cũng dành 21 triệu USD giúp cho Công ty RW Beck để xúc tiến nghiên cứu về nhiên liệu sinh học tiên tiến. Ngày 31-3-2010 DOE lại hỗ trợ 18 triệu USD để giúp Phong thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley thành lập đơn vị phát triển quá trình nhiên liệu sinh học tiên tiến (PDU). Chương trình Sinh khối (Biomass Program) cũng được hỗ trợ 718 triệu USD để thương mại hóa các nhiên liệu sinh học tiên tiến, mục tiêu là phải đạt tới 950 triệu gallon vào năm 2020. Ngày 28-6-2010 DOE đã quyết định hỗ trợ 24 triệu USD cho 3 dự án nghiên cứu nhiên liệu sinh học từ tảo.
Liên minh Châu Âu (EU) quyết định giảm thiểu phát tán khí nhà kính và giảm nhu cầu nhập khẩu xăng dầu bằng cách thực hiện mục tiêu thay thế 10% nhiên liệu dùng trong vận tải bằng các nhiên liệu tái tạo. Hội đồng EU đề nghị xác nhận việc ứng dụng các nguồn nhiên liệu sinh học. Có 14 quốc gia trong EU thỏa thuận hợp tác nghiên cứu và triển khai sản xuất nhiên liệu sinh học. EU dành ra 37 triệu Euro (trong đó 23 triệu Euro lấy từ FP7) để hỗ trợ sự nghiệp này. Chính phủ Đức xác định đến năm 2020 ở nước này nguồn năng lượng có thể tái sinh ít nhất cũng phải đạt 30% tỷ lệ điện năng được sử dụng. Chính phủ Pháp huy động 1,35 tỷ Euro để hỗ trợ cho sự phát triển nhiêu liệu sinh học và các nguồn năng lượng tái sinh. Pháp còn huy động thêm 2 tỷ Euro từ tư nhân để hỗ trợ cho các dự án quan trọng này. Phần Lan quyết định trong 10 năm tới, mỗi năm huy động 327 triệu Euro để dành cho các nguồn năng lượng tái sinh. Nhờ phát triển các nguồn năng lượng tái sinh mà Phần Lan đến năm 2020 sẽ giảm thiểu mỗi năm được đến 7 triệu tấn CO2 thải loại vào không khí.
Chính phủ Canada đã yêu cầu từ ngày 15-12-2010 trở đi trong xăng phải có 5% các nhiên liệu có thể tái tạo. Ngày 5-6-010 Chính phủ Canada quyết định hỗ trợ khoảng 4,7 triệu USD để giúp tỉnh Nova Scotia nuôi cấy tảo biển trên quy mô lớn để sản xuất nhiên liệu sinh học. Ngày 9-4-2010 Chính phủ Canada cũng quyết định đầu tư 4 triệu đôla Canada để giúp Công ty Woodland phát triển ethanol sinh học từ cellulose ở các nguồn phụ phẩm nông lâm nghiệp. Công nghệ này không tạo ra các chất thải độc hại và không sử dụng tới lương thực.
Hiện nay Brazil đang là nước mà 90% các ô tô mới đã được lắp thiết bị sử dụng xăng ethanol. Năm 2010 Brazil mở rộng quy mô sản xuất nhiên liệu sinh học bao gồm xăng ethanol và diesel sinh học theo tinh thần nâng cao sản lượng, thúc đẩy tiêu thụ, đa dạng hóa nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm. Từ 2010 đến 2019 Brazil sẽ đầu tư ít nhất là 540 tỷ USD để phát triển nguồn năng lượng, 70% để phát triển dầu mỏ và khí đốt (để đạt tới 5,1 triệu thùng/ngày vào năm 2019). Nguồn nhiên liệu xanh sẽ được đầu tư 38 tỷ USD để phát triển diesel sinh học và ethanol từ mía (sao cho có sản lượng 64 tỷ lít vào năm 2019). Công ty Petrobas và Công ty Galp cùng đầu tư 530 triệu USD để sản xuất diesel sinh học. Brazil hy vọng hợp tác với Nam Phi để phát triển nhiên liệu sinh học, vì nam Phi và nhiều quốc gia Châu Phi có tiềm lực lớn về nhiên liệu sinh học.
Cuối năm 2009 Ấn Độ phê chuẩn chính sách về nhiên liệu sinh học và quyết định thành lập Ủy ban quốc gia về nhiên liệu sinh học. Mục tiêu đề ra là đến năm 2017 việc phối hợp sử dụng nhiên liệu sinh học đạt đến chỉ tiêu 20%, bao gồm diesel sinh học và ethanol sinh học. Sẽ định kỳ công bố giá cả thấp nhất của dầu các loại hạt phi thực phẩm, ethanol sinh học và diesel sinh học. Dự kiến lượng tiêu dùng ethanol trong thời gian 2010-2013 sẽ tăng khoảng 4,5% mỗi năm.
Năm 2010 sản lượng diesel sinh học của Argentina đạt tới 1,9 triệu lít, tăng 51% so với năm 2009. Hiện đang có tới 23 nhà máy sản xuất diesel sinh học. Khoảng 68% diesel sinh học của nước này được xuất khẩu sang EU.
Từ năm 2010 đã có 3 nhà máy ở Nhật Bản sản xuất xăng sinh học và cả nước có trên 2000 trạm bán xăng sinh học. Các nhà máy này đã chuyển hóa thân mía và rơm rạ lúa mỳ thành ethanol (càng thấy việc sản xuất từ sắn ở nước ta là không hợp lý). Trộn 43% cồn sinh học với 57% khí thiên nhiên để tạo thành Ethyl tert-butyl ether (ETBE), lại trộn với 99% xăng để tạo thành xăng sinh học. Nhờ đó mà CO2 thải ra rất ít, có lợi lớn cho môi trường.
Từ năm 2012 Hàn Quốc xác định sẽ yêu cầu phối trộn với 2% diesel sinh học nhằm nâng cao tính độc lập về nguồn năng lượng ở Hàn Quốc.
Trung Quốc, nước có dân số đứng đầu thế giới cũng đã xác định tạo ra chính sách ưu tiên sản xuất và sử dụng diesel sản xuất từ mỡ động vật và dầu thực vật. Các sản phẩm này được miễn thuế nếu lượng dầu hay mỡ chiếm không dưới 70%. Ngoài ra Trung Quốc chủ trương phát triển các nguồn điện năng từ sinh khối phụ phẩm nông lâm nghiệp để hạ giá thành từng đơn vị tiêu thụ điện.
4.2 Việt Nam [3, 5]
Việt Nam có nhiều tiềm năng về NLSH xăng dầu có nguồn gốc dầu mỏ. Nhiều loại cây như sắn, ngô, mía,… có thể sản xuất cồn sinh học mà ở Việt Nam lại có nhiều vùng đất rất thích hợp với các loại cây trồng này. Sản lượng sắn cả nước năm 2007 là hơn 7 triệu tấn, mía đường hơn 14 triệu tấn và ngô gần 4 triệu tấn. Với sản lượng này có thể đáp ứng được cho nhu cầu sản xuất cồn sinh học ở quy mô vừa và nhỏ. Ước tính Việt Nam có thể sản xuất 5 triệu lít cồn sinh học mỗi năm nếu như có sự điều chỉnh về sản lượng và diện tích cây trồng. Về sản xuất điêzen sinh học có thể đi từ các loại dầu thực vật và mỡ động vật. Ở Việt Nam, các loại cây trồng tiềm năng cung cấp nguyên liệu cho sản xuất điêzen sinh học như cây cọc rào, dầu cọ, hạt bông…
Điều kiện đất đai và khí hậu Việt Nam cho phép hình thành những vùng nguyên liệu tập trung. Mỡ cá, dầu thực phẩm thải được sử dụng cho sản xuất điêzen sinh học có thể giúp giải quyết được các vấn đề về môi trường trong chế biến thủy sản. Ước tính Việt Nam có thể sản xuất khoảng 500 triệu lít điêzen sinh học mỗi năm nếu như tổ chức quy hoạch và thực hiện vùng nguyên liệu theo hướng sử dụng đất triệt để, tạo ra nhiều loại giống có sản lượng cao và sở hữu các công nghệ tách dầu từ nguyên liệu.
Mặt khác, NLSH là một loại nhiên liệu tái tạo được coi là một trong những nhiên liệu thân thiện với môi trường. Do đó việc nghiên cứu phát triển nguồn năng lượng sinh học có ý nghĩa hết sức to lớn đối với vấn đềan ninh năng lượng thếgiới nói chung và VN nói riêng.
Xuất phát từxu hướng đó, ngày 20/11/2007, Thủtướng Chính phủđã ký quyết định số177/2007/QĐ-TTg vềviệc phê duyệt “Đềán phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” tại Việt Nam với mục tiêu tổng quát là Phát triển NLSH, một dạng năng lượng mới, tái tạo được đểthay thếmột phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệmôi trường.
Nhận thức tầm quan trọng của NLSH đối với vấn đềan ninh năng lượng và với sức mạnh của một tập đoàn kinh tếhàng đầu, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam PVN đã xây dựng một chiến lược mang tính “đi trước, đón đầu”. Việc phát triển NLSH là một trong các mục tiêu nằm trong Quy hoạch phát triển ngành dầu khí và là một hướng phát triển đặc ưu tiên đặc biệt. Mục đích của Chiến lược phát triển NLSH của PVN đến năm 2015 và tầm nhìn đến năm 2025 là phát triển nhiên liệu sinh học đảm bảo an ninh năng lượng, cải thiện môi trường và nâng cao thu nhập của nông dân, đồng thời khẳng định vai trò chủđạo của PVN trong việc thúc đẩy nhanh chóng sựra đời và phát triển của ngành công nghiệp mới mẻvà đầy triển vọng này, đồng thời xây dựng một khuôn khổchung, kết nối các hoạt động riêng lẻhiện tại của các đơn vịthành viên, đảm bảo sựchỉđạo tập trung thống nhất của Tập đoàn.
Hiện nay, PVN đang xây dựng các nhà máy sản xuất bioethanol đặt ở 3 miền:
Nhà máy Nhiên liệu sinh học Phú Thọ
Địa điểm: Huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ
Công suất khoảng 100 triệu lít sản phẩm Ethanol nhiên liệu/năm
Dựkiến hoạt động 2011-2012
Nhà máy Nhiên liệu sinh học Quảng Ngãi
Địa điểm: Khu Kinh tếDung Quất, tỉnh Quảng Ngãi
Công suất khoảng 100 triệu lít sản phẩm Ethanol nhiên liệu/năm
Dựkiến hoạt động 2011-2012
Nhà máy Nhiên liệu sinh học Bình Phước
Địa điểm: Huyện Bù Đăng, tỉnh Bình Phước
Công suất khoảng 100 triệu lít sản phẩm Ethanol nhiên liệu/năm
Dựkiến hoạt động 2012
Từ1.8.2010 đến nay, Tổng công ty dầu Việt Nam (PV OIL) đã chính thức đưa sản phẩm xăng E5 (95% xăng và 5% ethanol) đến với 12 điểm bán đầu tiên và đến nay đã phát triển mạng lưới cung cấp lên 50 cửa hàng tại 6 tỉnh, thành phốlớn. Trong 5 tháng đầu năm 2011, lượng xăng E5 bán ra đạt trên 4 nghìn m3 nâng tổng lượng xăng E5 bán ra là trên 8 nghìn m3.
Bên cạnh các dự án của PVN còn có một các dự án sản xuất NLSH của các công ty khác đã được triển khai thực hiện:
– Nhà máy ethanol Đại Tân được khánh thành và chính thức cung cấp xăng cho thị trường tháng 8/2010. Nhà máy có tổng vốn đầu tư khoảng 900 tỉ đồng đặt tại xã Đại Tân, huyện Đại Lộc, Quảng Nam do Công ty CP Đồng Xanh đầu tư. Tháng 9/2009, nhà máy Ethanol Đại Tân đã sản xuất thử mẻ sản phẩm đầu tiên, từ tháng 4-6/2010 sản xuất 50% công xuất và từ tháng 7/2010 nhà máy đã chạy từ 60-70% công suất.
– Dự án Sản xuất điêzen sinh học bằng cách trộn lẫn mỡ cá da trơn với điêzen để chạy động cơ điêzen (máy bơm nước, máy phát điện…) (2005-2007): Công ty xuất khẩu cá da trơn Agifish đã được chính phủ phê duyệt xây dựng 1 nhà máy ở An Giang năm 2007 và sản xuất khoảng 10 triệu lít nhiên liệu 1 năm. Công ty đã tiến hành các thử nghiệm từ 2006 trong phòng thí nghiệm ở thành phố Hồ Chí Minh và chứng minh rằng NLSH từ cá da trơn là rất tốt. Nhiên liệu này sẽ được sử dụng cho động cơ điêzen ở thị trường trong nước.
– Dự án “Sử dụng gasohol cho các xe cơ giới trong thành phố” (2005-2007). Dự án nhằm khởi đầu một chương trình sử dụng gasohol cho các xe cơ giới ở thành phố Hồ Chí Minh, là một dự án thành phần của dự án “giảm thiểu ô nhiễm không khí thành phố”.
– “Trộn lẫn dầu ăn với điêzen để tạo ra loại nhiên liệu rẻ hơn” (2005-2007). Dự án thử nghiệm 2 năm, dầu ăn được thu gom từ các nhà hàng, khách sạn và các nhà máy thực phẩm ở thành phố lớn nhất của Việt Nam, giúp giảm lượng ô nhiễm đi vào khu vực sông suối.
NLSH là một hướng nghiên cứu cần được ưu tiên ở nước ta. Tuy nhiên nên tham khảo kinh nghiệm quốc tế để tránh việc xây dựng một lúc nhiều nhà máy sản xuất cồn sinh học từ sắn. Chúng ta biết rằng có cầu thì lập tức có cung. Càng tranh nhau thu mua sắn thì nông dân càng đua nhau phá rừng, phá đồi để trồng sắn. Việc trồng sắn theo kiểu quảng canh (không bón phân, không tưới nước) là con đường ngắn nhất khiến cho đất đai nhanh chóng bạc màu và sau này rất khó khăn để khắc phục [8].
ThS. Hoàng Anh Việt Dũng, KS. Phạm Hữu Tài
Nguồn: Trường Đại học Dầu khí Việt Nam
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] www.wikipedia
[2] Sustainable biofuels: prospects and challenges, The Royal Society, 2008.
[3] www.pvoil.com.vn
[4] www.devi-renewable.com
[5] www.pvn.vn
[6] Sergey Zinoviev, Sivasamy Arumugam, and Stanislav Miertus, 2007.Background paper on biofuel production technologies, Area of Chemistry, ICS-UNIDO.
[7] www.agriviet.com
[8] www.nhienlieusinhhoc.blogspot.com
