Sử dụng các loài cây nông, lâm nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học

1. Sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới.
Theo thông tin của EU tháng1/2007 tiêu thụ năng lượng toàn cầu đã tăng
lên gấp đôi từ 10 tỷ tấn qui ra dầu/năm tăng lên 22 tỷ tấn qui dầu/năm
vào năm 2050.
Giáo sư Nghê Duy Đấu,Viện sĩ công trình Đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh)
cho biết theo Bộ Năng lượng Mỹ và Uỷ ban năng lượng thế giới dự báo
nguồn năng lượng hoá thạch không còn nhiều: dầu mỏ còn 39 năm, khí
thiên nhiên 60 năm, than đá111 năm. Theo Bộ Năng lượng Mỹ nhu cầu dầu
mỏ thế giới ngày càng tăng.
Theo Trung tâm năng lượng ASEAN nhu cầu tiêu thụ năng ượng của khu vực
này năm 2002 là 280 triệu tấn và tăng lên 583 triệu tấn vào năm 2020 .
Indonesia là nước có nguồn năng lương hoá thạch lớn nhất trong các nước
ASEAN, tuy nhiên hiện nay dầu mỏ dự trữ của họ chỉ còn trong 25 năm,
khí đốt 60 năm và than đá150 năm.
Trong những tháng gần đây giá dầu thế giới đạt ngưỡng 70 USD/thùng và
với nhu cầu tiêu thụ khỏang 82,5triệu thùng/ngày trong lúc đó số lượng
dầu thừa chỉ 1-2 triệu thùng/ngày, vì vậy theo Uỷ ban quốc gia các
chính sách năng lượng của Mỹ nếu chỉ 4% năng lượng thế giới bị ngừng
trệ bởi thiên tai thì giá dầu thô có thể lên đến 160USD/thùng.
Mặt khác, theo dự báo của các chuyên gia thì sắp tới ô tô sẽ là phương
tiện giao thông được ưa chuộng hơn cả mà nhiên liệu cho ô tô là xăng và
dầu diesel. Ở Mỹ đã quảng cáo bán trả góp ô tô không phải trả lãi năm
đầu. Hiện nay tỷ lệ sử dụng ô tô trên thế giới là 8/1000 người và dự
báo là sẽ tăng lên đáng kể trong 2 thập kỷ tới, điều đó đòi hỏi một
khối lượng nhiên liệu xăng dầu lớn.
Ngày nay do thế giới phụ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ và giá dầu biến
động liên tục theo chiều tăng và sự cạn kiệt dần nguồn năng lượng hoá
thạch và khí đốt nên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế là
việc làm có tính sống còn trong những thập kỷ tới, trong đó có năng
lượng sinh học. Vậy năng lượng sinh học là gì?
Năng lượng sinh học bao gồm các nguồn năng lượng được sản xuất từ nhiều
loại sản phẩm nông nghiệp khác nhau như thân, cành, vỏ, quả cây, các
sản phẩm dư thừa khi chế biến nông, lâm sản, gỗ củi, phân gia súc, nước
thải và bã phế thải hửu cơ công nghiệp, rác thải….Vì vậy, năng lượng
sinh học là nguồn năng lượng thay thế có thể tồn tại, tái sinh và điều
chỉnh theo ý muốn của con người.
Hiên có 2 dạng năng lượng sinh học chủ yếu là ethanol sinh học và
diesel sinh học Với nguyên liệu là tinh bột và đường nhờ quá trình phân
giải của vi sinh vật có thể sản xuất ra ethanol, sau đó tách nước bổ
sung các chất phụ gia thành ethanol biến tính gọi là ethanol nhiên liệu
biến tính hay cồn nhiên liệu. Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu
sinh học nói chung là một loại năng lượng tái tạo.Về phương diện hoá
học diesel sinh học là methyl este của axit béo.
Dầu diesel sinh học được chế biến từ dầu thực vật và mỡ động vật. Vì
vậy trên thế giới nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu trồng các loài cây
nông, lâm nghiệp để cung cấp nguyên liệu sinh học cho chế biến năng
lượng sinh học.
Nghiên cứu về dầu diesel sinh học bắt đầu được thực hiện từ những năm
1990. Năm 1983, ngưòi Mỹ có tên là Gruham Quick đã sử dụng dầu từ hạt
lanh chạy máy động cơ. Năm 1990 Mỹ đề ra “Luật không khí sạch” trong đó
ethnol được sử dung thay thế chất MTBE là chất phụ gia vào xăng đựoc
coi là chất ngấm vào nước ngầm có thể gây ung thư. Năm 2005 Mỹ có Luật
năng lượng đề ra tiêu chuẩn bắt buộc trong xăng tiêu dùng phải pha
nhiên liệu sinh học với tỷ lệ tăng dần hàng năm. Dự kiến đến 2017 hàng
năm sản xuất 132 tỷ lít nhiên liệu sinh học, giảm 20% lượng xăng. Hiện
nay Mỹ có 114 nhà máy đang sản xuất ethnol sinh học,79 nhà máy đang xây
dựng, mở rộng 11 nhà máy và 200 nhà máy sẽ hoạt động vào tháng 9 năm
2008. Hãng dầu mỏ lớn thứ 3 nước Mỹ là Conoco Phillips sẽ đầu tư 22,5
triệu USD cho đại học Iowa State University (ISU, Mỹ) trong 8 năm để
phát triển các công nghệ sinh học mới.
Mới đây tại Hội nghị năng lượng sinh học Trường đại học Georgia (Mỹ),
giáo sư vật lý đã nghỉ hưu 70 tuổi - hiện là lão lão nông – Zimmy Grine
đã giới thiệu một loại ethanol nhiên liệu được chưng cất từ lúa mì và
lạc. Theo tính toán về nhiệt lượng thì 1,5 lít ethanol có thể thay thế
1 lít xăng. Nếu pha ethanol với xăng thì tuỳ theo độ tinh khiết của
chúng có thể giảm lượng xăng từ 10 đến 15% mà công suất và hiệu suất
mài mòn động cơ không đổi.
Ấn Độ dự kiến số ô tô của quốc gia này vào năm 2007 là 10 triệu chiếc
và hàng năm nhu cầu nhập dầu mỏ của họ tăng khoảng 10%. Năm 2004 trong
tổng số 114 triệu tấn dầu của quốc gia này có đến 75 % là nhập từ nước
ngoài với số tiền là 26 tỷ USD. Trong báo cáo năm 2003 của Uỷ ban phát
triển nhiên liệu sinh học của Ấn Độ cho rằng khả năng sản xuất 29 triệu
lít cồn ethanol của họ đủ tạo ra hỗn hợp nhiên liệu 5% cồn cho đến kế
hoạch lần thứ 12.
Braxin sản xuất 14 tỷ lít cồn (tương đương 20 vạn thùng) từ cây mía.
Luật pháp nước này qui định tất cả các loại xe phải sử dụng xăng pha
với 22% cồn ethanol và nước này đã có 20% số lượng xe chỉ dùmg cồn
ethanol. Chương trình sản xuất cồn này của họ tạo việc làm cho 1 triệu
người và tiết kiệm được 60 tỷ USD tiền nhập dầu trong 3 thập kỷ qua. Số
tiền này lớn gấp 10 lần chi cho chương trình trên và gấp 50 lần số tiền
trợ cấp ban đầu.Từ sau 1985 sản lượng ethanol nhiên liệu đạt bình quân
10 triệu tấn/năm, thay thế luỹ kế 200 tấn dầu mỏ. Hiện nay toàn bộ xăng
chạy ô tô của Braxin đều pha 20-25% ethanol sinh học và đã có loại ô tô
chạy hoàn toàn bằng ethanol sinh học. Năm 2005 có 70% số ôtô đã sử dụng
nhiên liệu sinh học. Lượng tiêu thụ ethnol sinh học ở quốc gia này đạt
12 triệu tấn năm 2005, thay thế 45% lượng tiêu thụ xăng và chiểm 1/3
tổng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho các loại xe, tạo công ăn việc làm
cho 700.000 người. Braxin có thể sản xuất được lượng ethanol thay thế
10% nhu cầu xăng dầu của thế giới trong vòng 20 năm tới với lượng xuất
khẩu khoảng 200 tỷ lit, so với mức 3 tỷ lít hiện nay.
Trong khối EU nhiên liệu sinh học là một ưu tiên trong chính sách môi
trường và giao thông. Theo ước tính của các nhà kinh tế sử dụng nhiên
liệu sinh học trong các loại hình vận tải ở châu Âu có thể tiết kiệm
được 120 triệu thùng dầu thô vào năm 2010.Từ đầu năm 2004 các trạm xăng
ARAL và Sell ở Đức bắt đầu thực hiện chỉ thị 2003/30/EU mà theo đó từ
31/12/2005 ít nhất 2% và đến 31/12/2010 ít nhất 5,75% các nhiên liệu
dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo.Tại Áo một phần chỉ thị
của EU đã đựơc thực hiện sớm hơn và từ 1/11/2005 chỉ có dầu diesel với
5% nguồn gốc sinh học được bán.
EU đặt mục tiêu đến 2020 sản xuất 20% điện năng từ các nguồn năng lượng
tái sinh. EU qui định các nước thành viên phải sử dụng ít nhất 10%
nhiên liệu sinh học từ nay đến 2020. Mỹ đề ra đến 2020 sử dụng 20%
nhiên liệu sinh học trong giao thông
Indonesia đã phải trợ cấp khoảng 7 tỷ USD cho năng lượng. Nước này đặt
mục tiêu đến năn 2010 nhiên liệu sinh học đáp ứng 10% nhu cầu cho ngành
điện và giao thông. Hiện nay ở đây phần lớn xe buýt và xe tải chạy bằng
dầu diesel sinh học- một hỗn hợp dầu cọ với nhiên liệu hoá thạch - do
Công ty dầu khí quốc doanh Pertamina cung cấp. Công ty điện lực PLN
đang sử dụng dầu cọ trong dự án thí điểm nhằm hướng tới chuyển tất cả
các nhà máy điện trong nước dùng dầu diesel sinh học và năm 2010.
Ở Trung Quốc các tỉnh Hà Nam, An Huy, Cát Lâm, Hắc Long Giang…đã sản
xuất ethanol từ lương thực tồn kho với sản lượng hàng năm đạt 1,02
triệu tấn. Hắc Long Giang đã sản xuất thử ethanol đạt khối lượng 5000
tấn/năm. Nước này đang nghiên cứu công nghệ sản xuất ethanol từ
xenlulose và hiện đã có cơ sở đạt 600 tấn/năm. Theo kế hoach đến 2010
sản lượng nhiên liệu sinh học của Trung Quốc khoảng 6 triệu tấn. Đến
năm 2020 là 19 triệu tấn, trong đó ethanol 10 triệu tấn và diesel 9
triệu tấn.
Malaysia hiện có 3 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với công suất
276.000 tấn /năm. Chính phủ nước này đặt chỉ tiêu sản xuất 1 triệu tấn
dầu diesel sinh học xuất khẩu vào năm 2007-2008. Hiện nay Malaysia đã
trồng được 10 ngàn cây Jatropha.
Thái Lan đã xây dựng chương trình phát triển năng lượng thay thế các nguồn nhiên liệu hoá thạch.
Năm 2001, Nhật đã dùng tế bào Rhizopus oryzae cố định để sản suất
diesel sinh học với tỷ lệ chuyển hoá đạt 80%. Với công nghệ nêu trên tỷ
lệ chuyển hoá có thể đạt trên 95%, cao hơn phương pháp hoá học, giá
thành giảm từ 15-20%.
2. Sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam
Gây trồng cây cung cấp nguyên liệu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh
học là một vấn đề mới đối với Việt Nam. Vừa qua Bộ Công nghiệp đã xây
dựng đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020,
với mục tiêu sản xuất xăng E10 và dầu sinh học nhằm thay thế một phần
nhiên liệu truyền thống hiện nay. Theo đề án, trong giai đoạn
2006-2010, Việt Nam sẽ tiếp cận công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học,
xây dựng mạng lưới thí điểm phân phối nhiên liệu sinh học tại một số
tỉnh, thành, quy hoạch vùng trồng cây nguyên liệu cho năng suất cao,
đào tạo cán bộ chuyên sâu vê kỹ thuật.
Giai đoạn 2011-2015, sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu
sinh học thay thế một phần nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản
xuất và mạng lưới phân phối phục vụ cho giao thông và các ngành sản
xuất công nghiệp khác, đa dạng hóa nguồn nguyên liệu. Đến năm 2020,
công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam sẽ đạt trình độ tiên
tiến trên thế giới, với sản lượng đạt khoảng 5 tỷ lít xăng E10 và 500
triệu lít dầu diesel sinh học B10/năm.Theo các chuyên gia, xăng E10 là
xăng pha cồn với hàm lượng cồn tối đa là 10%, đáp ứng hoàn toàn mọi
hoạt động binh thường của ô tô, xe máy. Dầu diesel sinh học luôn được
pha trộn vào dầu DO, với tỷ lệ phổ biến 5-30%, để giảm bớt ô nhiễm môi
trường.
Từ tháng 8/2007 một hệ thống sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu ăn phế
thải với công suất 2 tấn/ ngày sẽ được triển khai tại Công ty Phú Xương
thành phố Hồ Chí Minh. Dự án được triển khai với nguyên liệu đầu vào từ
4-5 tấn/ngày.Theo ước tính giá dầu là 7,500đ/lít thấp hơn giá giá bán
diesel trên thị trường khoảng 400đ/lít.
Bộ Công nghiệp đang triển khai công nghệ sản xuất các loại hoá chất,
phụ gia cần thiết để pha chế nhiên liệu sinh học với xăng. Các đơn vị
thuộc Bộ sẽ ứng dụng và làm chủ công nghệ sản xuất các chất phụ gia,
chất xúc tác để pha chế xăng với ethanol và diesel sinh học và diesel
khoáng, triển khai sản xuất các hoá chất, phụ gia cung cấp cho các cơ
sở pha chế. Dự kiến năm 2007 làm chủ công nghệ này và sản xuất với qui
mô nhỏ. Năm 2011-2015 mở rộng cơ sở sản xuất phụ gia và bảo đảm cho nhu
cầu trộn xăng E5/E10, dầu B5/B10. Tổng kinh phí dự kiến cho dự án này
là 20 tỷ đồng Việt Nam.
3. Các loài cây nông, lâm nghiệp cung cấp nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học
Dầu diesel sinh học được chế biến từ dầu thực vật và mỡ động vật.Vì
vậy, nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu trồng các loài cây nông, lâm
nghiệp để cung cấp nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học.
Các loài cây sau đây đang được sử dụng để cung cấp nguyên liệu sản xuất
nhiên liệu sinh học. Với ưu thế về diện tích canh tác, Mỹ sử dụng ngô
để sản xuất ethanol. Ấn Độ dùng cây Cọ dầu (Elaeis guineennsis) và
Jatropha curcas L để sản xuất diesel sinh học. Uỷ ban phát triển nhiên
liệu sinh học của Ấn Độ đề nghị trồng Cọ dầu trên diện tích 11,2 triệu
ha đất thoái hoá, đất bỏ hoang và các loại đất khác.
Từ năm 1975 Braxin đã có kế hoạch dùng mía làm nguyên liệu sản xuất cồn
thay thế xăng và khuyến khích sử dụng nhiên liệu sinh học bằng các biện
pháp như: sử dụng xăng để chạy xe phải pha một tỷ lệ ethanol nhiên
liệu, đầu tư trồng và cải tạo giống mía để sản xuất nhiên liệu sinh
học, cải tiến công nghệ sản xuất ethanol, nghiên cứu sản xuất ô tô chạy
bằng ethanol, miễn giảm thuế sản xuất và tiêu thụ ethanol.
Các nước EU sử dụng đậu tương, hạt cải dầu (Brassica napus) và dầu mỡ
phế thải từ động, thực vật để sản xuất nhiên liệu sinh học.
Thuỵ Điển dự kiến sau 2020 ethanol sinh học từ xenlulose sẽ thay thế
toàn bộ nhiên liệu hoá thạch nhằm chấm dứt phụ thuộc vào dầu mỏ.
Cách đây không lâu tại Indonesia chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng 100%
nhiên liệu sinh học chế biến từ hạt cây Jatropha đã hoàn tất cuộc chạy
thử 3200 km ở tỉnh Tây Timor. Ngoài Cọ dầu họ còn chú ý tới cây
Jatropha vì Cọ dầu phải trồng trên đất màu mỡ nên đã chiếm dụng một
phần không nhỏ diện tích đất canh tác trong lúc đó Jatropha có thể
trồng được ở những vùng đất khô cằn. Kinh phí lập một đồn điền Jatropha
chỉ bằng 1/10 đồn điền Cọ dầu. Mặt khác trồng Cọ dầu phải mất 4 năm mới
cho thu hoạch trong lúc đó Jatropha chỉ mất 1 năm, vì vậy Manurung và
nhiều nhà khoa học cho rằng Jatropha sẽ sớm choán ngôi Cọ dầu. Mới đây
1 công ty của Hà Lan đã đặt mua 1 triệu tấn dầu Jatropha nguyên chất
của Indonesia. Uỷ ban Quốc gia về nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh
học của nước này đã trình Chính phủ dành 5 triệu ha đồi trọc để trồng
Jatropha, mía và sắn để sản xuất nhiên liệu sinh học. Hiện nay nước này
đã trồng được 20 ngàn ha cây Jatropha
Malaysia sử dụng Jatropha để sản xuất diesel sinh học, hiện nay nước này đã trồng được 10 ngàn ha cây Jatropha.
Trung Quốc đang triển khai sản xuất dầu ethanol sinh học từ cây
Jatropha, Hòang liên mộc (Pistacia chinensis Bunge),Văn quan
(Xanthoceras sorbifolia Bunge). Hiện nay quốc gia này đã có 9 tỉnh có
trạm xăng ethanol và đã trồng được 40 ngàn ha cây Jatropha.
Bộ Nông nghiệp và hợp tác Thái đã có chính sách khuyến khích nông dân
trồng sắn để sản xuất năng lượng mới. Dự án trồng sắn để sản xuất
ethanol đã được ký giữa 3 tập đoàn kinh tế lớn với nông dân. Dự kiến
quý 1/2008 có khoảng 2 triệu tấn sắn nguyên liệu phục vụ các nhà máy.
Như vậy, hiện nay trên thế giới cũng như trong khu vực các loài cây
mía, sắn thường được dùng để sản xuất ethanol sinh học còn Cọ dầu và
Jatropha dùng để sản xuất diesel sinh học, trong đó Jatropha đang được
quan tâm ở nhiều nước.
TS. Phạm Văn Tuấn