Chương 7 Nhiên liệu sinh học

1

ươ ượ ằ ấ ạ Ch ng này đ c biên so n nh m cung c p cho sinh viên:

ệ ệ ọ

o Khái ni m nhiên li u sinh h c.

ệ ạ ọ

o Các lo i nhiên li u sinh h c.

ấ ồ ệ ả ầ ọ

o Công ngh  s n xu t c n, d u sinh h c.

ươ ỏ Câu h i ch ng 7:

ệ ọ

1. Nhiên li u sinh h c là gì?

ệ ạ ọ

2. Các lo i nhiên li u sinh h c?

ư ế ấ ồ ả ọ

3. Cách s n xu t c n, d u sinh h c nh  th  nào? ầ

ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 7 Nhiên liệu sinh học

2

ươ

Ch

ng 7

ệ Nhiên li u sinh

h cọ

ọ ệ 7.1 Nhiên li u sinh h c là gì?

ộ ạ ượ ạ ượ ừ ấ ữ ợ ơ Là m t d ng năng l ng tái t o, đ c hình thành t ồ    các h p ch t h u c  có ngu n

ư ậ ạ ậ ậ ộ ộ ố ố ừ ự g c   t th c  v t,   đ ng  v t  (sinh v t)  nh :  tinh  b t  ngũ  c c  (g o,  mì,  ngô,  khoai,

ế ả ế ả ỡ ộ ự ệ ạ ầ ậ ơ ắ s n…), d u m  đ ng th c v t, ph  th i nông nghi p (r m, r , phân), ph  th i công

ư ệ ỏ ượ ữ ệ ở nghi p (mùn c a, v  bào…). Nó đ ấ   c tôn vinh là nhiên li u xanh, b i nh ng tính ch t

ư ệ ệ ớ ườ ệ ề ậ ồ u vi t: thân thi n v i môi tr ớ   ng và là ngu n nhiên li u vô t n. Đi u này khác v i

ệ ề ạ ầ ố ỏ ố ử ụ   nhiên li u truy n th ng (d u m , khí thiên nhiên, than đá) v n có h n, khi s  d ng

ệ ứ ấ ả ế   phát th i ra khí dioxyt cacbon (CO2) gây hi u  ng nhà kính, làm trái đ t nóng lên, bi n

ậ ổ đ i khí h u.

ơ ả ể ả ệ ầ ả ấ ọ ệ Đ  s n xu t nhiên li u sinh h c, nguyên li u c  b n đ u tiên ph i có là ethanol sinh

ế ỉ ữ ố ấ ả ướ ế ớ ồ ạ ử ụ ọ h c. Nh ng năm cu i th  k  XX, t t c  các n c trên th  gi i đã t s  d ng các

ạ ươ ể ả ự ự ấ ẩ Ở lo i l ng th c th c ph m đ  s n xu t ethanol. Brazin, ethanol sinh h c đ ọ ượ ả   c s n

ấ ừ ở ỹ ừ ở ừ ắ ừ xu t t mía; M  và Nam Phi là t ngô; Thái Lan, Philippin là t ơ  s n, c m d a…

ợ ấ ậ ệ ử ụ ạ ươ ể ả ự ự ẩ ấ Tuy nhiên, l i b t c p h i. Vi c s  d ng l ng th c, th c ph m đ  s n xu t nhiên

ệ ẩ ọ ươ ự ự ế ẩ ạ li u sinh h c đã đ y giá l ụ   ng th c, th c ph m lên cao, gây ra tình tr ng thi u h t

ự ự ụ ụ ườ ờ ả ưở ươ l ẩ ng th c, th c ph m ph c v  con ng ồ i và gia súc, đ ng th i  nh h ế ng đ n an

ươ ế ớ ự ở ậ ề ướ ninh l ng th c trên toàn th  gi ệ i. B i v y hi n nay, nhi u n ỉ ệ ả   c đã đình ch  vi c s n

ọ ừ ươ ấ ệ ạ ự ự ẩ ỹ ướ xu t Ethanol sinh h c t l ng th c, th c ph m. Hi n t i, M  và các n c châu Âu

ỉ ả ấ ư ượ ế ổ ch  s n xu t diesel sinh h c t ọ ừ ạ ậ ươ  lo i đ u t ng bi n đ i gen, ch a đ c phép dùng cho

ườ ng i và gia súc.

ế ỷ ướ ừ ậ ủ ỷ ườ ầ ỳ T  th p k  70 c a th  k  tr c, ng ắ i dân Thái Lan đã coi s n là “cây th n k ”, “cây

ThS. Nguyễn Bá Thành

ả ở ướ ẩ ắ ứ ế ớ ớ ấ ầ gi m nghèo”. Thái Lan đã tr  thành n c xu t kh u s n đ ng đ u th  gi ệ   i v i 7 tri u

Chương 7 Nhiên liệu sinh học

ế ế ừ ắ ả ẩ ướ ế ớ

3 ấ ắ t n s n lát/năm và các s n ph m ch  bi n t

s n ra 100 n c trên th  gi i. Tuy nhiên

ở ạ ấ ư ả ượ ấ ắ ở ả m y năm tr  l i đây, năng su t cũng nh  s n l ng s n ấ    Thái lan đã gi m sút r t

ậ ợ ề ề ệ ậ ệ ấ ắ ồ ị nhi u vì đi u ki n khí h u không thu n l i, d ch b nh hoành hành, đ t tr ng s n b ị

Ở ề ể ồ ữ ắ ỏ ạ tàn phá b c màu. nhi u vùng quê, nông dân đã b  cây s n đ  tr ng nh ng cây có giá

ị ế ế ớ ề ắ ầ ầ ơ tr  kinh t ụ  cao h n (mía, cao su, măng c t…). G n đây, nhu c u th  gi ể ả   i v  s n đ  s n

ủ ệ ắ ấ ọ ồ ạ ị ả xu t nhiên li u sinh h c tăng cao nên ngu n s n c a Thái Lan l i càng b  gi m sút

ả ọ ướ ế ắ ế ế nghiêm tr ng. Ngay c  trong n c, các nhà máy ch  bi n liên quan đ n s n cũng đang

ệ ấ ế ệ ả ả ậ ẩ ạ ờ trong tình tr ng thi u nguyên li u kho ng 10 tri u t n/năm, ph i ch  nh p kh u. Thái

ể ả ấ ạ ừ ắ ư Lan đã phát tri n hàng lo t nhà máy s n xu t ethanol t ế    s n nh ng cũng vì thi u

ạ ộ ệ ể ấ ớ nguyên li u nên không th  ho t đ ng. Nhà máy ethanol NPK l n nh t Thái Lan đ t t ặ ạ   i

ứ ở ướ ả ấ ơ NaKhon Ratche Sima kh i công đã 3 năm đang đ ng tr ừ c nguy c  ng ng s n xu t vì

ế ệ thi u nguyên li u.

ế ớ ủ ế ớ ề ể ả ệ ệ ậ ọ Vì v y, xu th  m i c a th  gi ấ i v  nguyên li u đ  s n xu t nhiên li u sinh h c là xóa

ệ ươ ử ụ ự ự ể ệ ẩ ỏ b  nguyên li u l ng th c, th c ph m chuy n sang s  d ng nguyên li u phi l ươ   ng

ấ ơ ủ ự ế ạ ẩ ồ ơ th c là ch t x  xenlulo g m: xác thân cây mía, r m r  lúa mì, các ph  ph m c a nông

ạ ạ ệ ệ ầ ả ả ợ lâm nghi p, chăn nuôi, công nghi p v i s i, các lo i h t có d u (không ph i là l ươ   ng

ự ự ữ ạ ạ ẩ ồ ờ ọ ồ   ồ th c, th c ph m). Đ ng th i, chú tr ng tr ng nh ng lo i cây hoang d i, chi phí tr ng

ả ượ ư ể ấ ọ ớ ấ ạ ớ tr t th p nh ng phát tri n nhanh chóng, s n l ng l n, không c nh tranh v i đ t đai

ể ấ ư ệ ậ ầ ấ ọ ả s n xu t nông nghi p nh  cây c c rào (cây bã đ u Jatropha) đ  l y d u, cây nho

ậ ừ ạ ạ ậ ả ộ Kudzu (nh p t Nh t B n), cây Purple loosestrigle (m t lo i cây hoang d i nh p t ậ ừ

ả ấ ủ ầ ầ ọ châu Âu ) sinh s n r t nhanh, đã m c tràn lan, ph  kín các đ m l y mênh mông ở ỹ   M

ế ớ ơ ọ ứ ả ấ và Canada. Đi xa h n, các nhà khoa h c đã và đang ti n t i nghiên c u s n xu t (đã có

ữ ướ ầ ệ ế ọ nh ng thành công b c đ u) nhiên li u sinh h c tiên ti n (advanced ­ biofueles), trong

ọ ừ ố ả ể ệ ệ đó có nhiên li u sinh h c t sinh kh i t o bi n và nhiên li u xanh trong không trung.

ệ ạ ọ 7.2 Phân lo i nhiên li u sinh h c

ế ệ ầ ủ ứ ứ ệ ạ ạ ọ Có 3 lo i phân lo i nhiên li u sinh h c. Th  h  đ u tiên, th  hai và th  ba c a các

ThS. Nguyễn Bá Thành

ệ ượ ử ụ ể ả ệ ấ ạ lo i nguyên li u đ c s  d ng đ  s n xu t nhiên li u.

Chương 7 Nhiên liệu sinh học

ủ ả ườ ộ ủ ẩ ả ế ệ : s n xu t t ấ ừ ườ  đ ng (mía, c  c i đ ạ   ng) và tinh b t c a nông ph m (h t

4 Th  h  1

ừ ủ ể ạ ồ ọ ừ ầ ắ b p, lúa mì, lúa, hay t c  khoai tây, khoai mì,…) đ  t o c n sinh h c; hay t ạ    d u (h t

ậ ơ ể ạ ầ ả ầ ậ ậ ộ ọ ỹ ừ d a­d u, đ u nành, đ u ph ng, …) đ  t o d u sinh h c. K  thu t đ n gi n và kinh t ế

nh t.ấ

ấ ừ ấ ơ ủ ư ừ ự ậ ơ ạ ắ ả ế ệ : s n xu t t ỗ    cellulose, ch t x  c a d  th a th c v t (r m, r , thân b p, g , Th  h  2

ạ ư ự ụ ư ệ ậ ậ ỏ ỹ m t c a, bã mía,…), hay th c­v t (c  voi, l c bình).   K  thu t hi n nay ch a hoàn

ư ữ ỉ ộ ệ ệ ầ ắ ả h o, hi u năng còn kém, con men ch a h u hi u và giá đ t, ch  m t ph n cellulose và

ế ả ấ lignin bi n thành ethanol, nên giá thành s n xu t còn cao.

ấ ừ ả ể ậ ỹ ả ế ệ : s n xu t t t o, k  thu t này đang phát tri n. Th  h  3

ồ ọ 7.3 C n sinh h c (bio­ethanol)

ế ạ ệ ạ ọ ộ ồ ồ ượ ả ấ ằ ươ C n sinh h c là m t lo i nhiên li u thay th  d ng c n, đ c s n xu t b ng ph ng

ư ắ ứ ư ạ ạ ấ ộ ố pháp lên men và ch ng c t các lo i ngũ c c ch a tinh b t  nh  b p, lúa mì, lúa m ch.

ặ ả ấ ừ ứ ỏ Ho c s n xu t t cây, c  có ch a cellulose.

ị ố ụ ể ả ấ ọ ồ ổ ị ố C n sinh h c là ch t ph  gia đ  tăng tr  s  Octane (tr  s  đo kh  năng kích n ) và

ả ộ ạ ủ ả gi m khí th i đ c h i c a xăng.

ượ ủ ừ ố ế ố ỹ Trong chính sách năng l ng c a mình, t kh i EU đ n M , Trung Qu c, Australia,

ậ ả ế ứ ụ ề ọ Nh t B n… đ u chú tr ng đ n  ng d ng ethanol.

Ư ượ ủ ồ ể ọ u nh c đi m c a c n sinh h c:

Ư ể :  u đi m

ỉ ố ạ ả ả ơ ơ ơ ể

• Ch  s  Octan cao h n xăng, cháy s ch h n, phát th i ít CO h n và gi m đáng k

ộ ượ l ng bu i than, SOx.

ệ ẩ ệ ượ ơ ề t  n hóa h i cao nên có hi n t ng làm mát bên trong và đi u này cho phép

• Nhi

ạ ầ ơ xylanh n p đ y h n.

ế ấ ủ ề ầ ươ ệ ồ ệ ng ti n khi dùng nhiên li u c n.

• Không c n thay đ i nhi u k t c u c a ph ổ

ử ụ ộ ơ ỗ ợ ồ ớ ượ ỏ ơ ng nh  h n 20%, thì

• Đ ng c  xăng khi s  d ng h n h p xăng _c n v i hàm l

ThS. Nguyễn Bá Thành

ầ ế ả ạ ạ ộ ơ không c n thi t c i t o l i đ ng c  cũ.

Chương 7 Nhiên liệu sinh học

5

ể ế ợ ồ ứ ộ ệ ả ớ  10% nhiên li u diesel. M c đ  phát th i ô nhi mễ  NOx,

• C n có th  k t h p v i

ể ệ ả ồ HC gi m đáng k  khi dùng nhiên li u diesel pha c n.

ượ Nh c đi m ể :

ứ ạ ồ ế ộ t máy đ ng c ơ

• C n có ch a axít axêtic gây ăn mòn kim lo i, ăn mòn các chi ti

ử ụ ả ờ ộ ơ làm gi m th i gian s  d ng đ ng c .

ệ ị ồ ệ ớ ấ t tr  c n th p, thùng nhiên li u l n.

• Nhi

ầ ư ầ  ban đ u cao.

• Đ u t

ọ ử ủ ệ ồ

• Ng n   l a   c a   nhiên  li u   c n   cháy   không  có   màu,   gây   khó  khăn   trong  vi c ệ

ệ ồ ứ ủ nghiên c u quá trình cháy c a nhiên li u c n.

ấ ề ẩ ứ ẫ ộ

• Các đ c ch t ti m  n trong nhiên li u c n v n đang trong quá trình nghiên c u. ệ ồ

ầ ọ 7.4 D u sinh h c (bio­diesel)

ấ ươ ệ ầ ọ ộ ươ ệ ớ ạ D u sinh h c là m t lo i nhiên li u có tính ch t t ng đ ầ   ng v i nhiên li u d u

ả ượ ả ấ ừ ầ ư ừ ầ ự ậ diesel nh ng không ph i đ c s n xu t t ỏ  d u m  mà t ỡ ộ    d u th c v t hay m  đ ng

v t.ậ

ệ ạ ọ ọ ộ ượ D uầ  sinh h c nói riêng, hay nhiên li u sinh h c nói chung, là m t lo i năng l ng tái

ươ ệ ọ ữ ủ ọ ạ t o. Nhìn theo ph ng di n hóa h c thì d uầ   sinh h c là methyl este c a nh ng axít

béo.

Ư ượ ủ ầ ể ọ u nh c đi m c a d u sinh h c:

Ư ể ­  u đi m:

ỉ ố ơ

o Có ch  s  cetan cao h n diesel.

ể ớ ơ

o Có đi m ch p cháy cao h n diesel.

ơ ố t.

o Có tính bôi tr n t

ử ụ ệ ấ ế ơ ủ ộ t nào c a đ ng c . ầ ả o S  d ng không c n c i thi n b t kì chi ti

ả ế ễ ườ i quy t ô nhi m môi tr ng.

o Gi

ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 7 Nhiên liệu sinh học

6

ậ ở ệ ề ạ ồ ờ ề  vùng mi n nông

o Đ ng th i đa d ng hoá n n nông nghi p và tăng thu nh p

thôn.

ế ệ ạ ậ ẩ o H n ch  nh p kh u nhiên li u diesel.

ượ ­ Nh ể c đi m:

ả ồ ệ ả ấ ồ ộ ệ   o Ph i tr ng các cây tr ng luân canh, do đó tăng s n xu t nguyên li u là m t vi c

khó khăn.

ệ ả ọ ừ ậ ầ ự ề ấ cây th c v t c n dùng r t nhi u năng l ượ   ng ấ o Vi c s n xu t diesel sinh h c t

ầ ớ ủ ử ề ế ế ộ cho phân bón và x  lý ti p theo và vì th  tiêu h y m t ph n l n ti m năng ti ế   t

ệ ượ ki m năng l ng.

ồ ọ ầ ả 7.5 Công ngh  ệ s n xu t ọ ấ  c n sinh h c và d u sinh h c

ấ ồ ệ ả ọ 7.5.1 Công ngh  s n xu t c n sinh h c

ấ ồ ệ ả ư ệ ọ ồ Công ngh  s n xu t c n sinh h c g m 3 công ngh  chính nh  sau:

ệ ế ế ồ ừ ứ ệ ộ ọ  t nhiên li u ch a tinh b t.

• Công ngh  ch  bi n c n sinh h c

ả ấ ừ Hình 7.1 Quy trình s n xu t ethanol t ộ  tinh b t

ọ ừ ứ ỉ ườ ệ nhiên li u ch a r  đ ng.

• Công ngh  ch  bi n c n sinh h c t ệ ế ế ồ

ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 7 Nhiên liệu sinh học

7

ấ ồ ừ ỉ ườ ả Hình 7.2 Quy trình s n xu t c n t r  đ ng

ệ ế ế ồ ừ ứ ệ ọ  t ấ ơ  nhiên li u ch a ch t x .

• Công ngh  ch  bi n c n sinh h c

ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 7 Nhiên liệu sinh học

8

ấ ả ừ ấ ơ Hình 7.3 Quy trình s n xu t ethanol t các ch t x

ThS. Nguyễn Bá Thành

ấ ầ ệ ả ọ 7.5.1 Công ngh  s n xu t d u sinh h c

Chương 7 Nhiên liệu sinh học

9

ThS. Nguyễn Bá Thành

ấ ầ ọ ả Hình 7.5 Quy trình s n xu t d u sinh h c