Các công nghệ chuyển đổi năng lượng sinh khối - Phần 2

Chuyển đổi hoá - sinh Hai phương pháp thường được sử dụng trong quá trình chuyển đổi hóa sinh là lên men và kỵ khí, cùng với đó có một cách khác nhưng ít được sử dụng hơn đó là chuyển đổi sinh khối bằng quá trình cơ học. 4.1. Lên men Lên men là phương pháp được sử dụng rộng rãi để sản xuất ethanol từ những cây trồng có lượng đường cao như mía đường, củ cải đường hay các loại cây trồng tinh bột như ngô, lúa, mì. Sinh khối và tinh bột được chuyển đổi...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các công nghệ chuyển đổi năng lượng sinh khối - Phần 2 Các công nghệ chuyển đổi năng lượng sinh khối Phần 24. Chuyển đổi hoá - sinh Hai phương pháp thường được sử dụng trong quá trình chuyển đổi hóa sinh là lênmen và kỵ khí, cùng với đó có một cách khác nhưng ít được sử dụng hơn đó là chuyểnđổi sinh khối bằng quá trình cơ học.4.1. Lên men Lên men là phương pháp được sử dụng rộng rãi để sản xuất ethanol từ những câytrồng có lượng đường cao như mía đường, củ cải đường hay các loại cây trồng tinhbột như ngô, lúa, mì. Sinh khối và tinh bột được chuyển đổi bởi các enzyme thànhđường, lên men rồi chuyển đổi đường thành ethanol. Theo ước tính mỗi tấn ngô khôsẽ sản xuất được khoảng 450 lít ethanol. Các sản phẩm phụ từ quá trình lên men đượcsử dụng như thức ăn cho gia súc. Và trong trường hợp chuyển đổi từ cây mía, bã míacó thể được sử dụng như một loại nhiên liệu cho nồi hơi hoặc cho quá trình khí hóatiếp theo. Việc chuyển đổi các loại sinh khối như gỗ và các loại cỏ bằng phương pháp lênmen sẽ phức tạp hơn, do sự có các phân tử polysaccharide theo chuỗi dài hơn và đòihỏi phải có sự thủy phân của acid hoặc enzyme trước khi đường được lên men thànhethanol. Tuy nhiên kỹ thuật thủy phân này hiện vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm.4.2. Kỵ khí Quá trình kỵ khí chuyển đổi trực tiếp các chất hữu cơ thành khí hay còn gọi làkhí sinh học. Đây là một hỗn hợp chủ yếu gồm khí methane và carbon dioxide vớimột lượng nhỏ các khí khác như hydro, sunfua. Trong quá trình này, sinh khối đượcbiến đổi bởi vi khuẩn trong môi trường yếm khí, sản phẩm là một hỗn hợp khí vớihàm lượng năng lượng từ 20-40% nhiệt trị thấp của nguyên liệu. Kỵ khí là một côngnghệ đã được chứng minh và được sử dụng rộng rãi để xử lý các chất thải hữu cơ cóđộ ẩm cao từ 80-90%. Khí sinh học sản xuất từ quá trình kỵ khí có thể được sử dụng trực tiếp cho độngcơ và tua bin khí. Tuy nhiên chúng được nâng cấp lên chất lượng cao hơn như chấtlượng của khí gas tự nhiên bằng việc loại loại bỏ bớt CO 2. Một quá trình điển hìnhcho xử lý sinh khối sử dụng quá trình kỵ khí được thể hiện trong Hình 6. Hình 6. Quá trình kỵ khí của sinh khối4.3. Xử lý sinh khối bằng quá trình cơ học Đây là một quá trình chuyển đổi sinh khối sử dụng cơ học để sản xuất dầu,chẳng hạn như ép các hạt có dầu, ép thân cây bông và vỏ lạc. Quá trình sản xuấtkhông chỉ thu được dầu mà các phụ phẩm còn được sử dụng làm thức ăn cho độngvật. Theo thực tế, ba tấn hạt cải dầu sẽ sản xuất được một tấn dầu. Tuy nhiên, hạt cảidầu có thể được xử lý tốt hơn bằng cách phản ứng với rượu bằng cách sử dụng mộtquá trình gọi là este hóa để thu được Diesel sinh học. Loại nhiên liệu này đang đượcsử dụng ở một số nước châu Âu như là một loại bổ sung nhiên liệu cho hoạt động giaothông vận tải .Hình 7 mô tả một quá trình chung cho sản xuất dầu diesel sinh học vàsản phẩm glycerin. Hình 7: Quá trình sản xuất của diesel sinh học và glycerin5. Các hệ thống năng lượng sinh học, các chỉ số năng lượng và sản lượng nănglượng Để đánh giá hiệu suất của một hệ thống chuyển đổi năng lượng sinh học, cầnnghiên cứu toàn bộ quá trình từ sản xuất sinh khối đến sản phẩm cuối cùng. Một tiêuchí quan trọng để so sánh các hệ thống năng lượng sinh học là tổng sản lượng nănglượng sản xuất ra trên mỗi ha. Tầm quan trọng của năng suất năng lượng và tác độngmôi trường của một loại sinh khối cụ thể sẽ khác nhau tùy thuộc vào các yếu tố kinh tế- xã hội và chính trị của mỗi vùng và mỗi nước.5.1. Các tỷ số Năng lượng Cơ quan Năng lượng Quốc tế IEA đã làm một so sánh toàn diện các quá trìnhsản xuất năng lượng sinh học cho sản xuất ethanol từ ngô và củ cải đường; Diesel sinhhọc từ hạt cải dầu; methanol và điện từ gỗ. Trong đó, tỷ lệ năng lượng của một hệ thống năng lượng sinh học được thể hiệnnhư tỷ lệ giữa sản lượng năng lượng đầu ra và năng lượng đầu vào trong chu kỳ củachuyển đổi nhiên liệu. Do đó, tỷ lệ năng lượng dưới 1 ngụ ý rằng các đầu vào nănglượng cao hơn sản lượng năng lượng đầu ra. Ethanol sản xuất từ lúa mì, ngô và củ cải,cho tỷ lệ năng lượng giữa 0,9 và 1,5, cho thấy rằng có thể không nên sản xuất nănglượng sinh khối trong một số tình huống nhất định, nếu năng lượng đầu vào yêu cầuđược cung cấp bởi nhiên liệu hóa thạch. Do đó, hiện nay nếu công nghệ cải tiến vàđầu vào thấp, cây trồng năng suất cao, tỷ lệ năng lượng có thể đạt tới từ 2 đến 3. Việcsản xuất dầu Diesel sinh học từ hạt cải dầu hiện nay có tỷ lệ năng lượng của khoảng1,5 và giả định hệ thống sản xuất được cải tiến thì tỉ số này có thể lên đến 3. Việc sảnxuất điện từ gỗ có tỷ lệ năng lượng là 6-7 và có thể đạt tới 10 đến 15 nếu công nghệđược cải tiến. Đối với methanol, dự kiến tỷ lệ năng lượng từ 6-12 có thể đạt đượctrong tương lai.5.2. Sản lượng năng lượng Sản xuất điện từ gỗ là một lựa chọn trong nghiên cứu của IEA, mặc dù trongnghiên cứu sản xuất ethanol với nguyên liệu từ củ cải đường ...