Năng lượng sinh học – sản xuất diezen từ phụ phẩm động, thực vật

Nội dung text: Năng lượng sinh học – sản xuất diezen từ phụ phẩm động, thực vật

1. Năng lượng sinh học DHSH6C TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM  TIỂU LUẬN NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỀ TÀI: “NĂNG LƯỢNG SINH HỌC – SẢN XUẤT DIEZEN TỪ PHỤ PHẨM ĐỘNG, THỰC VẬT” GVHD: TH: NHÓM 4 PGS.TS TRỊNH XUÂN NGỌ LỚP: ĐHSH6C 210517903 Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 1
2. Năng lượng sinh học DHSH6C LỜI CẢM ƠN Với nhu cầu tìm tòi, học hỏi và trao đổi kinh nghiệm, nhóm 4 chúng em đã cùng nhau thảo luận và hình thành nên một bài tiểu luận về đề tài thuộc Công nghệ sinh học năng lượng. Nhóm sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ cũng như sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ. Đồng thời toàn thể nhóm cũng muốn gửi lời cảm ơn về phía trường Đại học Công nghiệp TpHCM đã hỗ trợ cho chúng em trong quá trình hoàn thành bài tiểu luận bằng cách cung cấp những kiến thức cơ bản thông qua sự trao đổi trực tiếp giúp chúng em định hướng được mình nên làm những gì. Tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng em được tiếp cận với môn học này cho nên việc mắc phải sai sót là không sao tránh khỏi. Vì vậy chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp để dần hoàn thiện hơn những kiến thức của mình đã có. Xin chân thành cảm ơn! Đại diện nhóm 4 Nguyễn Quang Minh Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 2
3. Năng lượng sinh học DHSH6C DANH SÁCH NHÓM 4 • NGUYỄN QUANG MINH 10046201 • NGUYỄN KHÁNH VŨ 10024991 • BÙI THỊ THANH AN 10045821 • DƯƠNG NGỌC LAN ĐÀI 10043961 • ĐOÀN THỊ THÚY LIỄU 10045351 •HỒ VŨ LINH 10037371 • TRẦN THỊ THÙY HẠNH 10039821 • NGUYỄN THỊ THU HỒNG 10039641 Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 3
4. Năng lượng sinh học DHSH6C MỤC LỤC PHẦN I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 2 PHẦN II. NỘI DUNG 3 2.1. Vấn nạn toàn cầu 3 2.1.1. Thực trạng hiện nay về sử dụng các năng lượng truyền thống 4 2.1.2. Nguyên nhân 4 2.1.3. Hậu quả 5 2.2. Các khái niệm 9 2.2.1. Khái quát công nghệ sinh học là gì? 9 2.2.2. Khái quát năng lượng sinh học là gì? 9 2.3. Quy trình sản xuất diezen từ: 10 2.3.1. Phụ phẩm động vật 10 2.3.2. Thực vật – cây dầu mè 13 2.3.3. Các nguyên liệu chứa đường và tinh bột 15 2.3.4. VSV Cyanobacteria 16 2.4. Kết quả đạt được 17 2.5. Kết luận 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 4
5. Năng lượng sinh học DHSH6C PHẦN I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Như chúng ta đã biết, nhiệm vụ quan trọng nhất của 1 quốc gia trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa là phải xây dựng cơ sở vật chất và kỹ thuật công nghiệp cao, trong đó có công nghiệp và nông nghiệp hiện đại, có văn hoá và khoa học tiên tiến. Vậy, muốn thực hiện thành công nhiệm vụ quan trọng nói trên nhất thiết phải tiến hành công nghiệp hoá đặc biệt là các nghành công nghiệp nặng như ô tô, cơ khí, luyện kim, năng lượng Công cuộc cách mạng công nghiệp thế kỷ XVIII ở Châu Âu đã có sự tác động tới toàn cầu, với sự tiến bộ trong khoa học kỹ thuật đã đưa đến quá trình công nghiệp hoá trên toàn thế giới với các quá trình cơ khí hoá nông nghiệp, cơ giới hoá và đô thị hoá. Công nghiệp là động lực của sự phát triển nhanh chóng trên toàn thế giới. Những thành tựu của kỹ thuật mới như người máy, máy vi tính, ô tô, vi điện tử, laze, công nghệ thông tin, nguyên liệu mới và công nghệ sinh học đã cung cấp cơ sở và động lực cho sự hiện đại hoá nền công nghiệp truyền thống. Tái sử dụng chất thải công nghiệp, sử dụng hiệu quả năng lượng và thay thế một số loại nguyên vật liệu là xu hướng nổi bật trong lĩnh vụ công nghiệp hoá hiện đại hoá [1]. Mặc dù có các tiến bộ quan trọng như vậy nhưng công nghiệp hoá lại đưa đến những hậu quả khôn lường. CNH-HĐH đã phá hoại môi trường sống của chúng ta, nó làm ô nhiễm đất, nước, không khí, gây ra tiếng ồn, mưa axit, hoang mạc hoá, sự ấm lên toàn cầu và phá huỷ tầng ozôn Vậy làm thế nào vừa tiến hành công nghiệp hoá để phát triển kinh tế mà không gây những ảnh hưởng xấu đến môi trường, đó là một vấn đề được cả thế giới quan tâm nhằm tìm ra một câu trả lời thích hợp nhất. Một trong những câu trả lời của bài toán hóc búa này chính là “năng lượng sinh học”. Vậy năng lượng sinh học là gì? Nó có những ưu điểm gì? Việt Nam và các nước trên Thế giới đã thực hiện nó như thế nào ?Dựa trên những cơ sở đó tôi đã chọn đề tài: “năng lượng sinh học- sản xuất diezen từ động, thực vật” làm đề tài tiểu luận của mình. Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 5
6. Năng lượng sinh học DHSH6C PHẦN II. NỘI DUNG 2.1 Vấn nạn toàn cầu 2.1.1 Thực trạng hiện nay về sử dụng các năng lượng truyền thống Hiện nay Trung Quốc đã trở thành quốc gia sử dụng năng lượng lớn nhất thế giới, danh hiệu mà Mỹ đã nắm giữ từ đầu những năm 1900 đến nay. Cụ thể, theo IEA, tổng năng lượng tiêu thụ (gồm tất cả các loại năng lượng tiêu thụ như dầu, khí đốt thiên nhiên, than đá, hạt nhân, thuỷ điện ) của Trung Quốc trong năm qua tương đương 2,252 tỉ tấn dầu mỏ, cao hơn 4% so với 2,170 tỉ tấn dầu mỏ của Mỹ, nước có mức tiêu thụ năng lượng cao hơn Trung Quốc gấp hai lần cách đây 10 năm. Số liệu trên có lẽ không có gì quá bất ngờ, vì tỷ lệ tiêu thụ năng lượng hàng năm của Trung Quốc sau khi gia nhập Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO) năm 2001 luôn tăng ở mức hai con số, nhất là từ lúc nước này vượt qua Mỹ trở thành quốc gia tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính số một thế giới năm 2007. Tuy nhiên, các chuyên gia và nhà quản lý năng lượng của Trung Quốc cho rằng số liệu của IEA là thiếu chính xác, do cơ quan này sử dụng tiêu chí đánh giá khác so với các cơ quan chức năng của Trung Quốc. Chẳng hạn, số liệu của Văn phòng Thống kê Quốc gia của Trung Quốc hồi tháng 2-2010 cho biết tổng năng lượng tiêu thụ của nước này hồi năm ngoái tương đương 3,066 tỉ tấn than tiêu chuẩn, tức chỉ khoảng 2,146 tỉ tấn dầu mỏ, thấp hơn 1% so với Mỹ. Cơ quan Thông tin Năng lượng của Mỹ hồi tháng 4 vừa qua cũng đã dự đoán Trung Quốc chưa thể qua mặt Mỹ về mức tiêu thụ năng lượng từ nay cho đến ít nhất vào năm 2015. Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 6
7. Năng lượng sinh học DHSH6C Thế nhưng, ngay cả số liệu của Trung Quốc cũng cho thấy thời điểm nước này vượt qua Mỹ trở thành quốc gia tiêu thụ năng lượng lớn nhất hành tinh đang đến rất gần. Có điều, xét trong bối cảnh năm 2009, nền kinh tế Trung Quốc vẫn duy trì tốc độ tăng trưởng cao, trong khi nền kinh tế Mỹ lâm vào suy thoái nghiêm trọng nên mức tiêu thụ năng lượng giảm mạnh. Do vậy, theo các nhà phân tích, chính quyền Bắc Kinh đang phải dè dặt đón nhận thông tin nhạy cảm của IEA vào thời điểm hiện tại. Bởi cái danh hiệu này nói lên rằng nền kinh tế dựa vào ngành công nghiệp chế tạo của Trung Quốc sử dụng năng lượng rất thiếu hiệu quả. Nếu so sánh giá trị GDP thì chỉ số này của Trung Quốc chỉ bằng 1/3 của Mỹ, tức 5.000 tỉ USD so với hơn 14.000 tỉ USD. Hiệu quả sử dụng năng lượng tính trên đơn vị GDP của Trung Quốc năm 2003 thấp hơn 11,5 lần so với Nhật Bản, 4,3 lần so với Mỹ và gần 4 lần so với trung bình của thế giới. Hiện nay, theo IEA, Mỹ đã cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng thêm 2,5%/năm, trong khi Trung Quốc chỉ có 1,7%/năm. Báo cáo của IEA cũng sẽ tiếp tục gây áp lực lên Trung Quốc trong tiến trình đàm phán cắt giảm khí thải để chống biển đổi khí hậu toàn cầu. Khoảng 70% năng lượng tiêu thụ của nước này được sử dụng từ than đá, một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường lớn nhất. Tỷ lệ sử dụng than đá ở Mỹ chưa đầy 1/4 so với Trung Quốc. Ngược lại, mức tiêu thụ dầu mỏ ở Trung Quốc chưa tới 1/5 so với ở Mỹ, nước xài loại nhiên liệu hoá thạch này chiếm gần 50% trên tổng năng lượng tiêu thụ. Tuy nhiên, người Trung Quốc đang có nhu cầu dầu mỏ ngày càng lớn vì lượng xe hơi được tiêu thụ mạnh với đà cải thiện thu nhập. Số liệu của IEA đồng thời khiến Trung Quốc có thể gặp khó khăn trong quá trình tìm kiếm nguồn cung ứng trên thị trường năng lượng toàn cầu. Các nước phát triển sẽ nhìn Trung Quốc như là một mối đe doạ về an ninh năng lượng, vì thế việc ký hợp đồng năng lượng sẽ khó khăn và đắt đỏ hơn. 2.1.2 Nguyên nhân Do hiện nay thế giới đang có xu hướng toàn cầu hóa vì thế vấn đề sử dụng năng lượng là điều không thể tránh phải. Tuy nhiên việc khai thác và sử dụng năng lượng lại đang bị lãng phí Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 7
8. Năng lượng sinh học DHSH6C Biểu đồ thể hiện sản lượng khai thác dầu mở của trung quốc(1990- 2004) 2.1.3 Hậu quả Trong bầu khí quyển của trái đất, hiệu ứng nhà kính tức là hiện tượng trái đất nóng dần lên là một hiện tượng rõ ràng. Nếu không có hiệu ứng này, trái đất sẽ được bao bọc bởi băng. Hàng ngàn năm qua, một mức độ khí nhà kính tương đối ổn định đã tạo ra môi trường thuận lợi cho loài người tiến hóa, phát triển. Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 8
9. Năng lượng sinh học DHSH6C Trong thế kỷ 21, các hoạt động của con người có thể sẽ làm tăng gấp đôi lượng khí nhà kính, vốn là các loại khí giữ nhiệt. Nếu nhìn lại lịch sử của loài người thì sự gia tăng khí nhà kính riêng trong thế kỷ 21 là quá đột ngột, chưa từng có tiền lệ. Hầu hết các năng lượng ngày nay đều bắt nguồn từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, đây là những nhiên liệu để tạo ra điện, để vận hành các nhà máy, các phương tiện đi lại và để giúp sưởi ấm trong các hộ gia đình. Các nguồn nhiêu liệu hóa thạch như than, dầu và khí đốt tự nhiên đang được tiêu thụ nhanh tới mức chúng sẽ gần như cạn kiệt trong thế kỷ tới. Ðối với các loại nhiên liệu hóa thạch, các chất thải đều được thải trực tiếp vào trong không khí dẫn đến thủng tầng ô zôn Trong số này nhiều loại chất thải tồn tại đưới dạng khí nhà kính như đi-ô-xít các-bon. Mỗi năm các chất thải từ nhiên liệu hóa thạch đã đưa thêm 25 tỉ tấn đi-ô-xít các-bon vào khí quyển, như vậy là 70 triệu tấn mỗi ngày, hay 800 tấn mỗi giây. Các chuyên gia trên thế giới, thông qua Ủy ban nghiên cứu thay đổi khí hậu liên chính phủ của Liên hiệp quốc, đang cùng hợp tác để phân tích những ảnh hưởng của hiện tượng khí giữ nhiệt tăng nhanh chóng. Tác động của hiện tượng thay đổi khí hậu rất phức tạp và có rất nhiều lý thuyết trái ngược nhau về vấn đề này. Nhưng các nhà khoa học đều nhất trí rằng khí nhà kính tăng lên sẽ làm cho trái đất thu hút thêm nhiều nhiệt từ mặt trời. Hầu hết các nhà khoa học về khí hậu đều cho rằng khí nhà kính do con người tạo ra là nguyên nhân dẫn tới tình trạng trong 15 năm qua có 10 năm được coi là nóng nhất trong lịch sử. Nhìn chung, các chuyên gia về khí hậu đều cảnh báo rằng gia tăng khí nhà kính sẽ là một hiện tượng khủng khiếp trong thế kỷ tới. Nước biển dâng cao, nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, bão lớn, nạn hạn hán cùng hiện tượng lan tràn dịch bệnh có thể sẽ phá hoại sản xuất lương thực và nơi sinh sống của con người ở nhiều nơi. Các chuyên gia cảnh báo rằng thay đổi lớn về khí hậu có thể sẽ làm xáo trộn bầu sinh quyển. Tất cả các nước trên thế giới đều Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 9
10. Năng lượng sinh học DHSH6C có liên quan tới khí hậu thay đổi, cả về nguyên nhân lẫn hậu quả của nó. Trung bình mỗi người dân Bắc Mỹ mỗi ngày thải 54 ki lô gam chất đi-ô-xít các- bon vào không khí. Tại Châu Âu và Nhật Bản, mức chất thải này tính theo đầu nguời là hơn 23 ki lô gam. Tại Trung quốc, một nước đang phát triển rất nhanh với 1,3 tỉ dân, mức thải đi-ô-xít các-bon hàng ngày đã vượt quá 6 ki lô gam mỗi người. Người ta ví rằng, nếu lịch sử là dòng sông thì con người đã tiến tới sát đáy sông. Dân số thế giới ngày nay chiếm hơn một nửa dân số của nhân loại từ trước tới nay. Trong vòng 50 năm tới, con người trên toàn cầu sẽ dùng nhiều năng lượng hơn phần năng lượng mà con người đã từng sử dụng trong lịch sử. Loài người đang đối mặt với một tương lai có nhiều thay đổi lớn, cả trong cách thức tạo ra năng lượng cũng như tình trạng của hành tinh trái đất. Theo dự báo của các nhà khoa học, đến khoảng năm 2050-2060, nếu không tìm được những nguồn năng lượng mới thay thế, thế giới có thể lâm vào khủng hoảng năng lượng nghiêm trọng. Bởi vậy, nhiên liệu sinh học đã thu hút nhiều nhà khoa học, nhà đầu tư trên thế giới, đặc biệt là Mỹ, Đức, Trung Quốc, Ấn Độ. >>> Vậy chúng ta phải làm gì trức thực trạng này đây??? Câu trả lời đó là: Tiết kiệm Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 10
11. Năng lượng sinh học DHSH6C Ý thức, trách nhiệm Tích cực đi tìm nguồn năng lượng thay thế: “NĂNG LƯỢNG SINH HỌC” / 2.2 Các khái niệm Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 11
12. Năng lượng sinh học DHSH6C 2.2.1 Công nghệ sinh học là gì? Có nhiều định nghĩa và cách diễn đạt khác nhau về công nghệ sinh học tùy theo từng tác giả, nhưng tất cả đều thống nhất về khái niệm cơ bản sau đây: Công nghệ sinh học (CNSH) là quá trình sản xuất các sản phẩm trên quy mô công nghiệp, trong đó nhân tó tham gia trực tiếp và quyết định là các tế bào sống (VSV, thực vật, động vật). Mỗi tế bào sống của cơ thể sinh vật hoạt động tronh lĩnh vực sản xuất được xem là một lò phản ửng nhỏ nhằm tạo ra sản phảm phục vụ cho con người Ngoài ra còn có 2 cách định nghĩa CNSH một cách tổng quát nhất: -Do UNESCO (1985) định nghĩa: CNSH là công nghệ sử dụng một bộ phận hay tế bào riêng lẻ của cơ thể sinh vật vào viêc khai thác sản phẩm của chúng -Do trường luật (1995) định nghĩa: CNSH là công nghệ chuyển 1 hay nhiều gen vào sinh vật chủ nhằm mục đích khai thác sản phẩm và chức năng của gen đó 2.2.2 Năng lượng sinh học là gì? Năng lượng sinh học: NLSH là những nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khối như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật nhưng đây chỉ là những dạng nhiên liệu thô. NLSH dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); các loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật). Hay nói cách khác; NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học). Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ), Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá ): Tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống. Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống. Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật thì con người đã tìm ra được nguồn năng lượng mới thay thế các nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt đó là: Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 12
13. Năng lượng sinh học DHSH6C Phụ phẩm động vật Cây dầu mè Nguyên liệu chứa đường và tinh bột VSV Cyanobacteria 2.3 Các quy trình sản xuất diezen 2.3.1 Từ phụ phẩm động vật (mỡ cá tra và cá ba sa) Tại các nhà máy chế biến thủy sản, cá tươi được lóc hai miếng phi-lê để chế biến xuất khẩu. Phần còn lại chiếm khoảng 60% gồm da, xương, đầu, bụng, mỡ, ruột, kỳ vi Sau khi chiên, mỡ bụng của cá được loại nước để được mỡ chất lượng cao. Có thể tiếp tục tinh luyện loại mỡ này bằng phương pháp vật lý hoặc hóa học để sử dụng trong thực phẩm. Các phụ phẩm còn lại như da, đầu, xương, kỳ vi được chế biến thành bột hoặc mỡ cá sử dụng chủ yếu làm thức ăn gia súc. Hiện nay có hai phương pháp để sản xuất mỡ cá sau khi xuất khẩu philê cá hoặc từ cá tươi, đó là phương pháp truyền thống hoặc hiện đại. 1. Phương pháp truyền thống Quy trình sản xuất thủ công hiện nay ở hầu hết các nhà máy chế biến thủy sản ở các tỉnh ĐBSCL. Việc sản xuất mỡ và bột cá từ phế phẩm cá tra và cá basa hiện nay đang Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 13
14. Năng lượng sinh học DHSH6C diễn ra tự phát, quy mô nhỏ, phương pháp thủ công nên tỷ lệ thu hồi rất thấp, khoảng từ 10% - 16% so với 20% - 22% bằng phương pháp công nghiệp. Mỡ nấu từ phương pháp này thường có hàm lượng nước, axit tự do và cặn cao, màu sắc không đều, có mùi tanh. Việc áp dụng công nghệ thông thường để sản xuất biodiesel từ loại mỡ này với xúc tác kiềm không thu được hiệu quả cao. Nước là nguyên nhân tạo xà phòng trong quá trình sản xuất gây khó khăn và làm tăng chi phí cho quá trình tinh chế biodiesel. Ngoài ra, nước còn tạo môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển trong quá trình tồn trữ và lưu kho, làm cho mỡ dễ bị oxy hóa, ôi và có mùi khó chịu. Cặn làm tắc nghẽn đường ống khi bơm nguyên liệu vào bồn phản ứng, làm giảm hiệu suất của sản phẩm. Tỷ lệ thu hồi thấp còn làm tăng giá thành của mỡ và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Nguyên liệu mỡ cá được sản xuất bằng phương pháp này khi sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất biodiesel phải thực hiện qua hai giai đoạn. Ở giai đoạn đầu tiên, xúc tác axit được dùng để chuyển axit béo tự do có trong mỡ cá thành biodiesel, sau đó tiếp tục sử dụng xúc tác kiềm để chuyển hóa hoàn toàn mỡ cá thành biodiesel. Sản xuất hai giai đoạn sẽ không có tính kinh tế vì làm tăng giá thành của sản phẩm. Hiện nay, công nghệ chế biến mỡ cá được áp dụng rộng rãi trên thế giới không nấu trực tiếp mà chỉ gia nhiệt sau khi đã ép để loại trừ các phụ phẩm rắn (hình 4). Ưu điểm của quy trình này là không sử dụng trực tiếp nhiệt độ nên mỡ cá có màu sáng hơn, quá trình ly tâm và lọc cho mỡ có hàm lượng nước, axit béo tự do và cặn thấp hơn. Phương pháp này có hiệu suất thu hồi mỡ cao, thời gian sản xuất ngắn, nên giá thành của mỡ thấp, nhưng chi phí đầu tư thiết bị lại khá lớn. Để sử dụng hiệu quả nguyên liệu sản xuất biodiesel từ mỡ cá tra và basa, Nhà nước cần có chính sách khuyến khích các doanh nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu đầu tư thay đổi công nghệ chế biến mỡ và bột cá. 2. Phương pháp hiện đại Công nghệ HTPM là một quy trình liên tục diễn ra trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Điểm khác biệt so với các công nghệ đang thịnh hành ở chỗ công nghệ mới này không phải sử dụng chất xúc tác rất đắt tiền và cũng không sinh ra phế thải. Hơn nữa nó cũng không đòi hỏi công đoạn tiền xử lý nguyên liệu đầu vào có hàm lượng axit béo tự do cao (FFA- Free Fatty Acid). Sản phẩm của quy trình là glycerol có độ tinh khiết cao, có giá trị thương mại cao hơn đối với công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và hóa dược. Tất nhiên nó cũng có thể được dùng như dầu diesel sinh học chất lượng hoàn hảo. Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 14
15. Năng lượng sinh học DHSH6C Dầu, Van giảm áp mỡ lực Làm lạnh Bơm áp lực cao Lò phản ứng Làm nóng Phục hồi sản phẩm Bơm áp lực cao Phụ phẩm khác Quy trình sx diezen từ phụ phẩm động vật Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 15
16. Năng lượng sinh học DHSH6C 2.3.2 Chiết xuất thành công dầu diesel từ dầu mè Việc tiến sĩ Thái Xuân Du, Trưởng phòng Công nghệ tế bào thực vật, Viện Sinh học nhiệt đới, chiết xuất thành công dầu diesel từ hạt dầu mè (tỷ lệ dầu tới 32-37%) đã có thể mở ra một hướng đầu tư mới cho các doanh nghiệp Việt Nam Một trong các hướng quan trọng sản xuất diesel sinh học mà tiến sĩ Du quan tâm là chiết xuất từ hạt cây Jatropha curcas mà ở Việt Nam thường gọi là cây dầu mè, có nơi còn gọi là cây cọc rào (vì chúng thường được dùng để rào dậu). Loại cây này có nguồn gốc Ấn Độ, được trồng khá phổ biến, rất thích hợp điều kiện thổ nhưỡng Việt Nam. Ấn Độ cũng là nước đã nghiên Cây dầu mè thường được dùng để làm hàng cứu, chiết xuất thành công dầu rào. diesel từ loại cây này. Theo ông Thái Xuân Du, đây không phải là công nghệ mới, mà ông chỉ là người thừa kế và phát triển ở Việt Nam; và điều đáng nói nhất là ông dám bỏ tiền túi ra để đầu tư thử nghiệm việc này. Khi được hỏi về khả năng phát triển cây dầu mè để chiết xuất dầu diesel tại Việt Nam, ông Du tỏ ra khá lạc quan: Việc chiết xuất dầu diesel từ hạt mè không phải là khó, công nghệ cũng rất đơn giản. Vấn đề là việc tổ chức triển khai trên diện rộng như thế nào. Để có thể sản xuất quy mô lớn, cần có vùng nguyên liệu và có nhà đầu tư. Nếu có chính sách hợp lý và được đầu tư đúng mức, hoàn toàn có thể cạnh tranh được với sản phẩm dầu diesel hiện nay, thậm chí có thể tính đến phương án xuất khẩu. Tại Ấn Độ - cái nôi của công nghệ này, chính phủ đề ra mục tiêu sản xuất 40 triệu tấn dầu diesel từ cây dầu mè. Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 16
17. Năng lượng sinh học DHSH6C Sơ đồ sx diezen từ cây dầu mè Cây dầu mè có nhiều tác dụng. Các bộ phận của cây có thể dùng làm phân bón, lấy gỗ, đốt lấy than, làm thuốc. Bã hạt dầu mè sau khi ép chứa 20% protein có thể dùng làm phân hữu cơ phục vụ nông nghiệp rất tốt, mỗi tấn có thể bán với giá 1 triệu đồng. Trong Từ điển cây thuốc và động vật làm thuốc ở Việt Nam có viết: Nhựa mủ cây dầu mè được dùng ngoài để trị vết thương, cầm máu, chữa bỏng, bệnh ngoài da; dịch ép lá bôi ngoài chữa trĩ; dầu hạt trị bệnh da, thấp khớp, đau dây thần kinh hông, liệt Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 17
18. Năng lượng sinh học DHSH6C Lợi ích từ cây dầu mè rất lớn, tuy nhiên điều khó khăn hiện nay là phải thu hút sự quan tâm của các nhà đầu tư. Ông Du khẳng định: "Nếu được các doanh nghiệp đứng ra đầu tư, chúng tôi sẽ cho nhập thêm giống có năng suất cao hơn, và tất nhiên khi được đưa vào sản xuất quy mô lớn thì hiệu quả kinh tế cũng sẽ cao hơn". 2.3.3 Từ nguyên liệu chứa đường và tinh bột Ưu điểm của phương pháp này đó là: +không có sử dụng hóa chất trong toàn bộ quá trình sx +quy trình đơn giản +chất lượng sản phẩm tốt Sơ đồ sx diezen từ nguyên liệu chứa đường và tinh bột Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 18
19. Năng lượng sinh học DHSH6C 2.3.4 Từ VSV Cyanobacteria Vi khuẩn Cyanobacteria biến đổi gene có thể tạo ra một dạng diesel sinh học từ nhiên liệu thực vật. Chúng giúp con người cắt giảm lượng khí thải carbon dioxide, đồng thời làm giảm chi phí sản xuất nhiên liệu. các nhà khoa học khẳng định như vậy. Diesel sinh học, hay còn gọi là chất thay thế diesel có nguồn gốc thực vật, có thể được tạo ra từ các cây lấy dầu như đậu tương, cọ dầu, bằng cách đun nóng chúng với một chất xúc tác hóa học. Loại năng lượng này có thể giúp con người giảm được lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính vì những vi khuẩn tạo ra nó hấp thụ khí carbon dioxide, nhờ đó giảm được lượng khí này trong không khí. Tuy nhiên, để vi khuẩn biến đổi gene trở nên có ích, con người cần có một số lượng cực lớn cây nhiên liệu, tức là phải bỏ ra nhiều đất đai, đồng thời sử dụng nhiều hóa chất độc hại để xử lý chúng. Cyanobacteri a Sơ đồ sx diezen từ VSV Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 19
20. Năng lượng sinh học DHSH6C "Diesel sinh học là nguồn năng lượng thay thế tốt cho nhiên liệu diesel lấy ra từ dầu mỏ", Alexander Steinbüchel, người tạo ra dạng diesel sinh học mới cùng với các cộng sự tại Đại học Munster (Đức), phát biểu. "Tuy nhiên, biện pháp sản xuất diesel sinh học hiện nay vẫn khá tốn kém". Nhóm của Steinbüchel đã thành công trong việc biến đổi gene của một chủng vi khuẩn khá phổ biến có tên Cyanobacteria để biến chúng trở thành vi khuẩn có khả năng tạo ra diesel sinh học. Vi khuẩn Cyanobacteria biến đổi gene được nuôi trong hỗn hợp gồm đường glucose và dầu ô-liu, Chúng đã biến hỗn hợp này thành một loại acid béo có tên "microdiesel" - một dạng của diesel thực vật và có khả năng thay thế diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ. Nhóm chuyên gia Đức tiếp tục lấy hai gene từ vi khuẩn Zymomonas mobilis và đưa vào vi khuẩn Cyanobacteria để chúng có khả năng biến đường thành rượu. Một gene thứ ba, được lấy từ vi khuẩn Acinetobacter baylyi, cho phép Cyanobacteria tạo ra microdiesel từ rượu và dầu thực vật. Không giống như nhiều nhiên liệu sinh học khác, microdiesel được sản xuất ra mà không cần có sự tham gia của các hóa chất độc hại với vai trò xúc tác. Steinbüchel khẳng định rằng những thử nghiệm trong tương lai có thể cho phép các nhà khoa học tạo ra microdiesel từ các bộ phận khác của cây, thay vì chỉ sử dụng dầu thực vật như hiện nay. Do các phần khác của cây thường bị vứt đi sau khi quá trình ép dầu diễn ra, nên điều này sẽ giảm nhu cầu trồng cây để sản xuất diesel sinh học. "Do chi phí cho việc trồng cây nhiên liệu lấy dầu rất thấp, hơn nữa chúng lại rất sẵn trong tự nhiên nên trong tương lai, diesel sinh học có thể được sản xuất ra với chi phí thấp hơn nhiều so với diesel lấy từ dầu mỏ", Steinbüchel nhận định. 2.4 Kết quả đạt được NLSH có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ, đang cạn kiệt: Do NLSH có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong các phương tiện giao thông và các thiết bị năng lượng, triển vọng của loại nhiên liệu này là sáng sủa, đây là loại nhiên liệu bền vững thay cho các nguồn năng lượng hóa thạch đắt đỏ đang bị cạn kiệt. Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 20
21. Năng lượng sinh học DHSH6C Loại nhiên liệu này có thể xuất hiện trong một phạm vi nhất định, nhưng vẫn không khắc phục được tình trạng “đói nhiên liệu” đang gia tăng hiện nay trên thế giới. NLSH có thể giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu: Các cây trồng nông nghiệp và các nguyên liệu sinh khối khác được coi là các nguyên liệu góp phần làm trung hòa cácbon bởi chu kỳ sống thực tế của nó, thực vật thu cácbon điôxit thông qua quá trình quang hợp.Tuy nhiên, các nguyên liệu đầu vào sử dụng trong quá trình sản xuất NLSH được coi là nguyên liệu tái tạo và có khả năng làm giảm phát thải khí nhà kính (GHG). Tuy nhiên, cho dù các nhiên liệu đầu vào tự chúng có khả năng trung hòa cácbon, thì quá trình chuyển đổi các vật liệu thô thành NLSH có thể gây phát thải cácbon vào khí quyển. Vì vậy, NLSH phải góp phần vào giảm phát thải các bon, chúng phải được chứng minh giảm thải thực sự GHG trong tất cả chu trình sản xuất và sử dụng NLSH. NLSH có thể tăng cường an ninh năng lượng quốc gia: Sự phụ thuộc vào dầu nhập khẩu có thể không những làm suy kiệt dự trữ ngoại tệ của quốc gia, mà còn tạo ra sự mất ổn định về an ninh năng lượng của quốc gia đó. Từ khi NLSH được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu bản địa của nhiều nước châu Á, loại nhiên liệu này có vai trò là nhiên liệu thay thế cho các nhiên liệu hóa thạch có thể giảm sự phụ thuộc nhập khẩu dầu và tăng cường an ninh năng lượng quốc gia. Tuy nhiên, điều quan tâm là một số nước đang bị lôi cuốn bởi nhiều hứa hẹn về an ninh năng lượng hơn và họ tiếp tục bỏ chi phí để đảm bảo an ninh của các nhu cầu khác nữa như an ninh lương thực, an ninh về nguồn cung cấp nước và không quan tâm tới việc bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như rừng tự nhiên và sự đa dạng sinh học của chúng. NLSH có thể hình thành sự tham gia của các xí nghiệp nhỏ và vừa(SMEs): Khác với nhiên liệu dầu và khí, thậm chí là than cần phải xây dựng cơ sở hạ tầng lớn để khai thác và xử lý, với sự tham gia của các tập đoàn lớn và các công ty đa quốc gia, việc sản xuất NLSH sẽ không đòi hỏi đầu tư và xây dựng các nhà máy xử lý tổng hợp lớn. Vì vậy, đầu tư và quy trình sản xuất NLSH có thể nằm trong phạm vi SMEs có thể chấp nhận được. Dựa vào nguyên liệu đầu vào và khả năng đầu ra, công suất của các nhà máy sản xuất NLSH có thể thiết kế phù hợp với yêu cầu đặc thù. Các hoạt động sản xuất NLSH dựa vào các nguyên liệu nông nghiệp hoặc các hệ thống modul có thể được thực hiện để sản xuất NLSH phục vụ cho tiêu thụ cục bộ của các thiết bị có động cơ tại Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 21
22. Năng lượng sinh học DHSH6C các trang trại. Đầu tư cho NLSH có thể mở ra các cơ hội tham gia của các công ty trong nước. NLSH có thể đóng góp vào phát triển kinh tế- xã hội của các cộng đồng địa phương và các ngành kinh tế đang phát triển: Vai trò của ngành nông nghiệp trang trại trong dây chuyền sản xuất NLSH sẽ mở ra cơ hội cho các cộng đồng địa phương kết hợp hoạt động và thu được các lợi ích nhất định để có thể tạo ra phát triển kinh tế-xã hội. Việc trồng rừng, kích thích và thu hoạch nhiên liệu đầu vào như cây mía, ngô, sắn và dầu cọ đòi hỏi phải tăng lực lượng lao động và các công việc thủ công. Việc mở rộng sản xuất nông nghiệp do tăng nhu cầu các nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH có thể tạo ra việc làm mới và thu nhập nhiều hơn cho nông dân. Tạo cơ hội việc làm trong sản xuất NLSH là rất lớn. Ví dụ sản xuất NLSH từ cây Jatropha Curcas (cây dầu mè) làm nhiên liệu đầu vào được trồng như loại cây trồng chyên dụng để sản xuất diezel sinh học, một diện tích cây mè 10000 ha có thể thu được 30 triệu lít dầu diezel sinh học/năm có thể tạo ra 4000 việc làm trực tiếp. Xét về góc độ tạo việc làm trực tiếp của các thành viên trong hộ gia đình, cho thấy tác động của ngành công nghiệp này đối với cộng đồng địa phương là rất to lớn. Việc tạo ra việc làm mới và các doanh nghiệp có thể tạo ra các hoạt động khác đem lại các lợi ích kinh tế-xã hội khác nữa cho cộng đồng. Nhiều hoạt động kinh tế xuất hiện sẽ tạo ra lợi nhuận cho các chủ doanh nghiệp tại địa phương. Cơ sở hạ tầng hoàn chỉnh có thể tạo ra đường xá mới hoặc được nâng cấp, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển các nhiên liệu đầu vào phục vụ cho sản xuất. Kỹ năng làm việc của nhiều công nhân làm việc trong các dự án được nâng cao, tăng năng lực của các thành viên trong cộng đồng. Hơn nữa, lợi ích kinh tế mà các cộng đồng được hưởng có thể lan tỏa và tạo ra các lợi ích xã hội khác nữa, như các dịch vụ chăm sóc sức khỏe, giáo dục, phúc lợi xã hội và các dịch vụ công cộng . Bằng việc quản lý phù hợp, an toàn và linh hoạt trong các điều kiện văn hóa, nhân khẩu học và nhân chủng học tại địa phương, sản xuất NLSH có khả năng tạo ra phát triển kinh tế-xã hội tốt hơn đối với cộng đồng và đặc biệt là đóng góp vào công cuộc giảm đói nghèo. Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 22
23. Năng lượng sinh học DHSH6C Chúng ta đang trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa nên vấn để năng lượng là không thể tránh khỏi khủng hoảng nhưng CNSH đã giải quyết được vấn nạn đó và các mâu thuẫn phát sinh từ khủng hoảng năng lượng. Tuy nhiên viêc áp dụng các chính sách về năng lượng sinh học thì chua được rộng rãi và ưu tiên cho lắm. Vì thế các cơ quan có thẩm quyền nên có những chính sách tích cực thúc đẩy phát triển NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 23
24. Năng lượng sinh học DHSH6C 1. Sách “nhập môn công nghệ sinh học” – Phạm Thành Hổ 2. Sách “cơ sở công nghệ VSV và ứng dụng” – PGS.TS Lê Gia Hy 3. sách Công nghệ sinh học - Nguyễn Đức Lượng 4. Thư viện trường ĐH công nghiệp TP.HCM 5. Internet Nhập môn công nghệ sinh học GV: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ 24