Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 7: Nhiên liệu sinh học - ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương này được biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên: Khái niệm nhiên liệu sinh học, các loại nhiên liệu sinh học, công nghệ sản xuất cồn, dầu sinh học. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 7: Nhiên liệu sinh học - ThS. Nguyễn Bá Thành Chương 7 Nhiên liệu sinh học 1 Chương này được biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên: o Khái niệm nhiên liệu sinh học. o Các loại nhiên liệu sinh học. o Công nghệ sản xuất cồn, dầu sinh học. Câu hỏi chương 7: 1. Nhiên liệu sinh học là gì? 2. Các loại nhiên liệu sinh học? 3. Cách sản xuất cồn, dầu sinh học như thế nào? ThS. Nguyễn Bá Thành Chương 7 Nhiên liệu sinh học 2 Chương 7 Nhiên liệu sinh học 7.1 Nhiên liệu sinh học là gì? Là một dạng năng lượng tái tạo, được hình thành từ  các hợp chất hữu cơ  có nguồn  gốc   từ   thực  vật,   động  vật  (sinh vật)  như:  tinh  bột  ngũ   cốc  (gạo,  mì,  ngô,  khoai,  sắn…), dầu mỡ  động thực vật, phế thải nông nghiệp (rơm, rạ, phân), phế  thải công  nghiệp (mùn cưa, vỏ bào…). Nó được tôn vinh là nhiên liệu xanh, bởi những tính chất  ưu việt: thân thiện với môi trường và là nguồn nhiên liệu vô tận. Điều này khác với   nhiên liệu truyền thống (dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá) vốn có hạn, khi sử  dụng   phát thải ra khí dioxyt cacbon (CO2) gây hiệu ứng nhà kính, làm trái đất nóng lên, biến   đổi khí hậu. Để  sản xuất nhiên liệu sinh học, nguyên liệu cơ  bản đầu tiên phải có là ethanol sinh  học. Những năm cuối thế  kỉ  XX, tất cả  các nước trên thế  giới đã  ồ   ạt sử  dụng các  loại lương thực thực phẩm để sản xuất ethanol. Ở Brazin, ethanol sinh học được sản  xuất từ  mía; ở  Mỹ và Nam Phi là từ  ngô; ở  Thái Lan, Philippin là từ  sắn, cơm dừa…   Tuy nhiên, lợi bất cập hại. Việc sử dụng lương thực, thực phẩm để  sản xuất nhiên  liệu sinh học đã đẩy giá lương thực, thực phẩm lên cao, gây ra tình trạng thiếu hụt   lương thực, thực phẩm phục vụ  con người và gia súc, đồng thời  ảnh hưởng đến an   ninh lương thực trên toàn thế giới. Bởi vậy hiện nay, nhiều nước đã đình chỉ việc sản  xuất Ethanol sinh học từ lương thực, thực phẩm. Hiện tại, Mỹ và các nước châu Âu  chỉ sản xuất diesel sinh học từ loại đậu tương biến đổi gen, chưa được phép dùng cho   người và gia súc. Từ thập kỷ 70 của thế kỷ trước, người dân Thái Lan đã coi sắn là “cây thần kỳ”, “cây   giảm nghèo”. Thái Lan đã trở thành nước xuất khẩu sắn đứng đầu thế giới với 7 triệu   ThS. Nguyễn Bá Thành Chương 7 Nhiên liệu sinh học 3 tấn sắn lát/năm và các sản phẩm chế biến từ sắn ra 100 nước trên thế giới. Tuy nhiên  mấy năm trở  lại đây, năng suất cũng như  sản lượng sắn  ở  Thái lan đã giảm sút rất   nhiều vì điều kiện khí hậu không thuận lợi, dịch bệnh hoành hành, đất trồng sắn bị  tàn phá bạc màu. Ở nhiều vùng quê, nông dân đã bỏ cây sắn để trồng những cây có giá   trị kinh tế cao hơn (mía, cao su, măng cụt…). Gần đây, nhu cầu thế giới về sắn để sản  xuất nhiên liệu sinh học tăng cao nên nguồn sắn của Thái Lan lại càng bị  giảm sút  nghiêm trọng. Ngay cả trong nước, các nhà máy chế biến liên quan đến sắn cũng đang  trong tình trạng thiếu nguyên liệu khoảng 10 triệu tấn/năm, phải chờ nhập khẩu. Thái  Lan đã phát triển hàng loạt nhà máy sản xuất ethanol từ  sắn nhưng cũng vì thiếu   nguyên liệu nên không thể hoạt động. Nhà máy ethanol NPK lớn nhất Thái Lan đặt tại  NaKhon Ratche Sima khởi công đã 3 năm đang đứng trước nguy cơ ngừng sản xuất vì  thiếu nguyên liệu. Vì vậy, xu thế mới của thế giới về nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học là xóa   bỏ  nguyên liệu lương thực, thực phẩm chuyển sang sử  dụng nguyên liệu phi lương  thực là chất xơ xenlulo gồm: xác thân cây mía, rơm rạ lúa mì, các phế phẩm của nông   lâm nghiệp, chăn nuôi, công nghiệp vải sợi, các loại hạt có dầu (không phải là lương  thực, thực phẩm). Đồng thời, chú trọng trồng những loại cây hoang dại, chi phí trồng  trọt thấp nhưng phát triển nhanh chóng, sản lượng lớn, không cạnh tranh với đất đai  sản xuất nông nghiệp như  cây cọc rào (cây bã đậu Jatropha) để  lấy dầu, cây nho   Kudzu (nhập từ  Nhật Bản), cây Purple loosestrigle (một loại cây hoang dại nhập từ  châu Âu ) sinh sản rất nhanh, đã mọc tràn lan, phủ kín các đầm lầy mênh mông ở Mỹ  và Canada. Đi xa hơn, các nhà khoa học đã và đang tiến tới nghiên cứu sản xuất (đã có  những thành công bước đầu) nhiên liệu sinh học tiên tiến (advanced ­ biofueles), trong   đó có nhiên liệu sinh học từ sinh khối tảo biển và nhiên liệu xanh trong không trung. 7.2 Phân loại nhiên liệu sinh học Có 3 loại phân loại nhiên liệu sinh học. Thế  hệ  đầu tiên, thứ  hai và thứ  ba của các  loại nguyên liệu được sử dụng để sản xuất nhiên liệu. ThS. Nguyễn Bá Thành Chương 7 Nhiên liệu sinh học 4 Thế  hệ  1: sản xuất từ  đường (mía, củ  cải đường) và tinh bột của nông phẩm (hạt  bắp, lúa mì, lúa, hay từ củ khoai tây, khoai mì,…) để tạo cồn sinh học; hay từ dầu (hạt   dừa­dầu, đậu nành, đậu phộng, …) để tạo dầu sinh học. Kỹ thuật đơn giản và kinh tế  nhất. Thế hệ 2: sản xuất từ cellulose, chất xơ của dư thừa thực vật (rơm, rạ, thân bắp, gỗ,  mạt cưa, bã mía,…), hay thực­vật (cỏ  voi, lục bình).   Kỹ  thuật hiện nay chưa hoàn   hảo, hiệu năng còn kém, con men chưa hữu hiệu và giá đắt, chỉ một phần cellulose và   lignin biến thành ethanol, nên giá thành sản xuất còn cao. Thế hệ 3: sản xuất từ tảo, kỹ thuật này đang phát triển. 7.3 Cồn sinh học (bio­ethanol) Cồn sinh học là một loại nhiên liệu thay thế dạng cồn, được sản xuất bằng phương  pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột  như bắp, lúa mì, lúa mạch.  Hoặc sản xuất từ cây, cỏ có chứa cellulose. ...