NewYork Paris Hà Nội Khách thứ :

NIỀM TIN TƯƠNG LAI

     

Nhiên liệu sinh học Ethanol : hy vọng hay ảo vọng - TS Nguyễn Trọng Bình , Kiều bào Mỹ

Trong cuộc sống hiện đại, nhu cầu vận chuyển và giao thông ngày càng gia tăng. Hiện nay, năng lượng để chạy động cơ nổ chính vẫn là xăng/dầu lấy từ dầu mỏ (nhiên liệu hóa thạch không thể tái sinh). Nguồn nhiên liệu hóa thạch vì không thể tái sinh nên ngày càng cạn dần.

Nguồn nguyên liêu hoá thạch (dầu hỏa) được sử dụng như: (1) những hoá chất hữu cơ trong các công nghệ cao phân tử mà sản phẩm hợp chất hữu cơ cao phân tử (polymer) hiện hữu chung quanh ta trong đời sống hàng ngày, (2) những chất đốt như xăng/dầu, dầu diesel để lấy nhiệt năng và chạy máy động cơ nổ trong các phương tiện giao thông vận tải.

Trong bài này người viết chỉ nói đến nguồn nhiên liệu/năng lượng (2) mà thôi, còn về phần nguyên liệu (1) xin nói vào một dịp khác.

Hiện nay, để tìm nguồn nhiên liêu thay thế phần nào việc sử dụng xăng dầu trong việc vận chuyển, trong những năm gần đây người ta phải tìm kiếm những phương thức mới sử dụng các nguồn nhiên liệu khác. Trong những năm gần đây người ta đã sử dụng cồn đốt (Ethanol) pha vào xăng chạy máy để giảm phần nào sự sử dụng xăng. Ethanol được làm ra từ những nguồn nguyên liêu tái sinh như: Phế phẩm nông nghiệp (vật liệu phế thải sau gặt hái như lá, rơm, rạ, thân bắp, lõi bắp); phế phẩm lâm nghiệp (vụn gỗ, mạt cưa, vụn thân cây hoặc cành cây); các phế phẩm hữu cơ trong rác (rác trong nhà các loại giấy vụn); phế phẩm từ nhà máy thực phẩm gia công (phế phẩm của nhà máy rượu và nhà máy giấy); cây công nghiệp ( những loại thực vật lớn nhanh ) được gieo trồng cho mục đích làm nguyên liệu;.

Các thành phần chính trong các nguyên liệu trên như sau :

- Cellulose là thành phần chứa Carbon chính trong sinh khôi nói trên, có hàm lượng khỏang 40-60%. Nó là môt polymer đa đường (polysaccharide) cấu tạo bởi đường glucose (chứa 6 Carbon trong phân tử). Vì cellulose là một loại đa đường rất rắn chắc và rất khó bị thùy phân thành những đơn đường có thể lên men được.

- Hemicellulose củng là một thành phần có chứa Carbon trong sinh khối, khỏang 20-40% và là một đa đường phức hợp có chứa nhưng loai đường chứa đường 5 va 6 Carbon . Tương đối có thể thủy phân thành đơn đường, tuy nhiên nhưng đơn đường này khó lên men san xuất Ethanol .

- Lignin là một polymer phức tạp như giữ nhiêm vụ như những khung cấu tạo trong thực vật, chiếm khỏang 10-24% trọng lượng của sinh khối . Và là nhửng chất cặn sau khi chất đường được lên men và chuyển hoá sang dạng Ethanol .

Phương pháp được sử dụng hiên nay là sản xuất Ethanol từ bắp ngô hoặc đường mía làm nguyên liệu (dễ lên men, in màu đỏ) qua quá trình lên men vi sinh vật. Ngoài ra những nguyên liệu mang nhiều chất sợi cellulose (cao phân tử của đường glucose hoặc pentose, in màu xanh) tuy có nhiều Carbon nhung vì cần phải qua quá trình xử lý phân giải khó khăn nên hiện nay còn đang trong phạm vi nghiên cứu, hoặc giá xử lý thủy phân quá cao do đó chưa thể đưa vào sản xuất .

Sản lượng lý thuyết Ethanol sinh ra từ 1 tấn nguyên liệu khô đựơc tính theo sinh khối .

Trích dịch lại từ tài liệu của Bộ Năng Lượng Mỹ .

Nguyên liệu Sản lượng dự tính (theo lý thuyết) cho mỗi tấn nguyên liệu khô
Hạt bắp ngô 124,4 gallons (470,854 lít)
Thân và lá bắp ngô 113,0 gallons (427,705 lít)
Rơm rạ 109,9 gallons (415,971 lít)
Phế phẩm của bông sợi 56,8 gallons (214, 988 lít)
Phế phẩm lâm nghiệp 81,5 gallons (308,477 lít)
Mạt cưa 100.8 gallons (381,528 lít)
Bã mía 111.5 gallons (422,027 lít)
Giấy vụn 116.2 gallons (439,817 lít)

Sản lượng tối đa theo lý thuyết; tính toán dựa trên hàm lượng Carbon có trong phân tử của đường (trong nguyên liệu) và hàn lượng Carbon có trong phân tử của Ethanol . Theo phản ứng sinh hoá như sau :

C6H12O6 —> 2 CH3CH2OH + 2 CO2

glucose ---> ethanol + carbon dioxide

Vì những khó khăn nói trên, hiện nay nguồn nguyên liệu chính để làm ra nhiên liệu sinh học vẫn là nông sản, nó là thức ăn cho động vật trong các trại chăn nuôi hoặc hơn thế nữa, đó chính là nguồn thực phẩm của nhân loại. Do đó, việc sử dụng nông sản (ngũ cốc, mía....) để sản xuất Ethanol trở thành một đề tài thảo luận nóng hiện nay. Nông sản làm thực phẩm hay nông sản cho nhiên liệu chất đốt ?

Tại nhưng quốc gia có diện tích đất đai lớn, mật độ dân số không cao, có điều kiện thuận tiện cho gieo trồng cây lương thực và sản xuất đại trà sản phẩm nông nghiệp; như bắp, ngô tại Mỹ dùng cho nhà máy sản xuất Ethanol, hoặc miá đường tại Brazil ; và nhiên liệu sinh học Ethanol đã được pha (khoảng 10%) vào xăng .

Tuy nhiên, đối với đất nước ta, có diện tích đất nông nghiệp không nhiều (so với Mỹ hoặc Brazil..) và mật độ dân số lại khá cao mà dựa vào diện tích đất trồng cây lương thực để sản xuất nhiên liêu sinh học thì đâu là đất canh tác cho lương thực, đâu là đất canh tác cho nhiên liệu sinh học và những khu giải trí, công nghiệp? Nếu vì mục đích khai thác nguồn năng lượng mới (khác dầu hỏa) tại sao còn bao nhiêu nguồn năng lượng khác chưa được quan tâm đúng mức ?

Nhiên liệu sinh hoc, công nghệ lên men, công nghệ thu hoạch Ethanol quy mô lớn là một công nghiệp mới. Khi du nhập một kỹ thuật/công nghệ mới, phí tổn và thời gian đào tạo/học hỏi, chuyển giao công nghệ mất gần như nhau, tại sao ta lại chọn lựa những công nghiệp (như sản xuất nhiên liệu sinh học để lấy năng lượng) phải dựa vào diện tích có giới hạn của sản xuất nông nghiệp ?

Nói về năng lượng, còn các loại công nghệ khác như khai thác năng lượng gió bằng những Wind Farm hoặc năng lượng mặt trời như một số nước đang thực hiên (thí dụ như ở Mỹ và Bắc Âu). Tại Mỹ hiện nay công nhiên liệu sinh học (Ethanol) lấy ra từ công nghệ lên men ngô bắp đang đi vào ngõ cụt vì thiếu nguyên liệu (bắp ngô bị mất mùa) đồng thời làm tăng giá bắp ngô là một thành phần chính trong thực phẩm cho gia súc.

Hơn nữa, năng lượng từ nguồn gió và mặt trời không sinh ra khí thải CO2 mà các loại năng lượng sinh ra từ nhiên liệu (đốt cháy) do sự oxid hoá của Carbon với Oxy. Chúng ta đều biết khí thải CO2 là một nguyên nhân nhân lớn gây ra hiệu quả nhà kính (green house) và đưa đến tăng nhiệt bầu khí quyển (global warming).

Theo tôi, trong ngắn hạn (khoảng 20 năm) nguồn năng lượng của con người vẫn phải dựa phần lớn vào nhiên liệu (chất đốt có chứa carbon: xăng dầu, các chất hữu cơ) nhưng trong thời gian này công nghệ sẽ chuyển dần sang nhưng nguồn năng lượng sạch, không cần đến sự đốt cháy và sinh ra CO2. Đó là những nguồn năng lượng đang được truy cứu như các nguồn năng lượng: Năng lượng dung hợp nguyên tử (Atomic Fusion energy) năng lương mặt trời, năng lượng thủy lưu, sức nước.... đó là những nguồn năng lượng với nhưng tương lai nhiều hứa hẹn.