báo cáo toàn văn: Tìm hiểu các quá trình nâng cấp sản phẩm nhiệt phân Biomass thành nhiên liệu sử dụng nhiệt

Tìm hiểu các thực trạng trên, nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài này nhằm đóng góp một cách tổng quan về các phương pháp nâng cấp sản phẩm nhiệt phân biomass thành nhiên liệu (xăng sinh học và diesel sinh học...) góp phần định hướng lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
báo cáo toàn văn: Tìm hiểu các quá trình nâng cấp sản phẩm nhiệt phân Biomass thành nhiên liệu sử dụng nhiệt MỞ ĐẦU Hiện nay nhu cầu sử dụng nhiên liệu của con người ngày càng tăng trong khi nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, nếu như với tốc độ phát triển như hiện nay thì nguồn nhiên liệu hóa thạch sẽ hết trong vài chục năm nữa. Nguồn nhiên liệu hóa thạch đó không tạo ra ngay được mà phải trải qua quá trình tích tụ hàng triệu năm. Như vậy cần phải tìm nguồn nhiên liệu thay thế nhiên liệu hóa thạch để phục vụ nhu cầu sử dụng của con người. Vì vậy, nhiên liệu hóa thạch cần phải được khai thác và sử dụng một cách hợp lý. Mặt khác việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch sinh ra các khí như CO2, SO2, NOx gây ra hiệu ứng nhà kính làm cho trái đất ngày càng nóng lên gây ra nhưng hệ quả nghiêm trọng về biến đổi khí hậu. Vì vậy việc tìm nguồn nhiên liệu mới thay thế nhiên liệu hóa thạch, có thể tái sinh và thân thiện môi trường ngày càng thu hút được sự quan tâm nghiên cứu. Nhiên liệu sinh học là nguồn nhiên liệu đầu hứa hẹn để thay thế nhiên liệu hóa thạch, có thể tái sinh và khi sử dụng không thải ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính, mưa axit, là nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường. Cho đến nay nhiên liệu sinh học đã được nghiên cứu và ứng dụng trải qua 3 thế hệ: NLSH thế hệ thứ nhất: Sử dụng tinh bột thủy phân thành đường để lên men thành etanol. Quá trình sử dụng tinh bột nên gây ảnh hưởng tới nguồn lương thực của thế giới, gây mất an ninh lương thực. Nên có nhiều hạn chế trong việc sử dụng nguyên liệu này. NLSH thế hệ thứ 2: sử dụng các phụ phẩm, phế thải trong sản xuất, sinh hoạt có nguồn gốc hữu cơ. Ví dụ như rơm, rạ, mùn cưa, bã mía... Về cơ bản các nguồn nguyên liệu đó không có giá trị nhiều, việc sử dụng nguồn nguyên liệu đó không những không ảnh hưởng tới an ninh lương thực mà còn giảm tải được ô nhiễm môi trường vì hầu hết chúng được đốt bỏ ở các làng quê Việt Nam. NLSH thế hệ thứ 3: từ tảo (nước ngọt và nước biển), cây jatropha curcas (cây cộc rào hay cây dầu mè), cỏ switchgrass, cây halophyte, có ưu đi ểm v ượt trội là dựa vào nguồn sinh khối phong phú của các loại cây không thuộc cây lương thực, có thể sinh trưởng hoang dại ở cả những nơi đ ất c ằn cỗi với hàm lượng dầu cao. Tuy nhiên đó mới chỉ là nghiên cứu thăm dò ban đ ầu còn nhiều vấn đề khoa học và công nghệ liên quan đến canh tác, khai thác, chế biến các tài nguyên sinh khối này cần phải giải quyết trước khi nhiên liệu sinh h ọc thế hệ ba xuất hiện trên thị trường. 1 Những nước phát triển tỏng nhiều năm qua đã và đang thực hiện những chương trình rộng lớn về lĩnh vực phát triển các nguồn năng lượng tái tạo. Theo dự báo c ủa c ơ quan năng lượng thế giới đến năm 220 tỷ lệ các nguồn năng lượng tái tạo trong cân bằng năng lượng thế giới sẽ đat khoảng 20% trong đó tỷ lệ sinh khối là trên một phần ba. Việt Nam đã và đang thực hiện sản xuất nhiên liệu sinh học. Biểu hiện đó là trong những năm gần đây, Việt Nam đã có những ban hành luật pháp, hay hỗ trợ về nguồn vốn cho nhiều dự án sản xuất nhiên liệu sinh học. Như năm 2007, bộ tiêu chuẩn về xăng sinh học và dầu nhờn sinh học được ban hành. 10/2008 bộ công thương phê duyệt dự án trồng cây để phục vụ cho sản xuất nhiên liệu sinh học. năm 2007 và 2008 bộ tài chính đã ban hành hai thông tư về hỗ trợ ngân sách cho sản xuất xăng sinh học Việt Nam…Tiềm năng sinh khối của Việt Nam là khá lớn nhưng lại chưa có ý thức sử dụng các sinh khối bị bỏ đi, hầu hết là đốt bỏ (vỏ trấu, mùn cưa, rơm, rạ...) hay sử dụng kém hiệu quả (dùng rơm làm thức ăn chăn nuôi, phân bón). Ngoài việc làm mất đi một nguồn năng lượng đáng kể thì nó còn làm ô nhiễm môi trường. Nguồn phụ phẩm, phế thải nông nghiệp như rơm rạ…. đang được xử lý đốt bỏ là chủ yếu ở các vùng nông thôn, gây nên một lãng phí lớn, đồng thời còn gây ô nhiễm môi trường không đáng có. Nên Việt Nam hiện đang có nhiều đề tài đã và đang nghiên cứu nhiên liệu sinh học từ nguồn nguyên liệu thế hệ thứ hai này. Tìm hiểu các thực trạng trên, nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài này nhằm đóng góp một cách tổng quan về các phương pháp nâng cấp sản phẩm nhiệt phân biomass thành nhiên liệu (xăng sinh học và diesel sinh học...) góp phần định hướng l ựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo. * Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:Tìm hiểu các quá trình nâng cấp sản phẩm nhiêt phân biomass thành nhiên liệu sử dụng nhiệt. * Nội dung nghiên cứu: - Tìm hiểu quá trình chuyển biomass - Tìm hiểu các phương pháp nâng cấp sản phẩm nhiêt phân biomass thành nhiên liệu. - Đánh giá một số khó khăn và thuận lợi đối với sản xuất nhiên liệu sinh học từ những nguồn nguyên liệu trên. 2 CHƯƠNG 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN HÓA BIOMASS THÀNH NHIÊN LIỆU Nguyên liệu biomass thường được chuyển hóa bằng phương pháp sinh hóa và phương pháp nhiệt hóa. 1.1.Phương pháp sinh hóa (lên men) Phương pháp này chuyển đổi biomass như cellulose, hemixeluloza hay lingin (chất gỗ) sang ethanol nhờ tác dụng của xúc tác enzim. Phương pháp này rất có lợi về phương diện giảm khí nhà kính. Ưu điểm quan trọng nữa là kỹ thuật dễ dàng và có tính kinh tế cao cho phép áp dụng ở qui mô công nghiệp nhưng nhược điểm là khó tạo ra và nuôi sống chủng enzym thích hợp. Khi thủy phân biomass, xenlulo và hemixenlulo có thể bị thủy phân tương đối hoàn toàn nhưng lignin gần như không bị thủy phân. Nếu có thì phải đòi hỏi công nghệ phức tạp và điều kiện thủy phân khắc nghiệt nên ta không tìm hiểu trong đề tài này. 1.2.Phương pháp nhiệt hoá Dưới tác dụng nhiệt, có ba phương pháp để biến dổi các phân tử gỗ thành nhiên liệu : sự đốt cháy, sự khí hoá, và sự nhiệt phân. Phương pháp đ ốt cháy tr ực ti ếp chỉ sinh ra nhiệt, không sinh ra sản phẩm hữu cơ nên không có giá trị về mặt nhiên liệu đồng thời hiệu quả nhiệt thấp, gây ô nhiễm môi trường. Để tạo ra nhiên liệu sinh học, người ta sử dụ ...