Phần mềm

Các loại nhiên liệu sinh học tốt nhất

Từ cách đây hàng trăm ngàn năm, nhu cầu năng lượng đã xuất hiện kể từ khi con người biết dùng lửa. Kể từ đó, nguồn năng lượng từ các vật rắn như gỗ cây ngày càng quan trọng. Và các loại nhiên liệu sinh học, được làm bằng các hợp chất có nguồn gốc từ động thực vật, được xem như là nguồn năng lượng sạch và an toàn. Thế nhưng, chúng có thật sự đem lại lợi ích hoàn toàn? Hãy cùng tìm hiểu về những loại nhiên liệu sinh học đó qua bài viết này.

Cây mía – một trong những loại nhiên liệu sinh học được ứng dụng nhiều nhất

Sử dụng xenlulozơ để sản xuất nhiên liệu sinh học không chỉ nâng cao giá trị của quy trình sản xuất nông nghiệp mà còn giúp bảo vệ môi trường. Theo nhiều chuyên gia, ngoài các nguyên liệu rắn phổ biến như rơm, rạ, gỗ. Thì bã mía cũng là sự lựa chọn tối ưu để sản xuất nhiên liệu sinh học, thích hợp với khí hậu và nền nông nghiệp Việt Nam.

Đặc điểm chung của nhiên liệu sinh học từ mía

Cây mía được trồng chủ yếu ở vùng nhiệt đới và là nguồn nguyên liệu sản xuất cho các nhà máy đường. Chưng cất nước đường từ cây mía có thể tạo ra ethanol sinh học, được dùng để cung cấp nhiên liệu cho xe. Bằng cách cho mía vào một chiếc máy ép, cùng một lúc chiết xuất được 90% đường và 60% dầu. Lên men hỗn hợp bằng kỹ thuật hiện đại để sản xuất ethanol, sau đó xử lý với các dung môi hữu cơ để lấy dầu.

su-dung-ba-mia-san-xuat-butanol-dem-lai-hieu-qua-nang-luong-cao_compressed
Sử dụng bã mía sản xuất butanol đem lại hiệu quả năng lượng cao

Không chỉ vậy, người ta còn dùng bã mía đem đốt để sản xuất ra điện sinh học. Lần đầu tiên tại Việt Nam, các nhà khoa học đã xây dựng được quy trình công nghệ tổng hợp nhiên liệu butanol từ bã mía. Hiện nay, Brazil là nước xuất khẩu mía lớn nhất trên thế giới. Tại đây, việc sản xuất xăng dầu bắt buộc phải chứa ít nhất 22% lượng ethanol sinh học. Từ đó khuyến khích việc sử dụng điện sinh học nhiều hơn.

Ưu điểm

  • Sử dụng butanol từ bã mía làm nhiên liệu sinh học đem lại giá trị cao nhất. Cụ thể, so với ethanol thì butanol sinh ra lượng nhiệt cao gấp 1.5 lần khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu rắn.
  • Butanol cho chỉ số RON và MON (đặc trưng cho tính chống kích nổ) của nhiên liệu cao và tiêu thụ khí oxy khi cháy thấp. Khi dùng bã mía hoặc đường mía làm phụ gia pha xăng sẽ làm tăng chỉ số octan, giúp cải thiện kỹ năng đốt cháy của nhiên liệu.
  • Sử dụng mía làm nhiên liệu sinh học là cơ sở tận dụng khối lượng lớn bã mía được thải ra từ các nhà máy đường hiện nay.

Nhược điểm

  • Việc sản xuất nhiên liệu từ cây mía có thể ảnh hưởng đến an ninh lương thực. Bởi việc tạo ra các giống mía mới chứa nhiều dầu trong thân để sử dụng trong sản xuất diesel sinh học. Khả năng sinh dầu tăng có thể làm ảnh hưởng đến việc sản sinh ít đường hơn.
  • Khả năng sản xuất ethanol và butanol từ cây mía cũng hạn chế vì nguồn cung không ổn định, phải phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và nông nghiệp.
  • Giá thành cao hơn nhiều so với các loại nhiên liệu truyền thống.

Cây cọ dầu

Nếu Brazil nổi tiếng với việc sản xuất mía tạo nhiên liệu thì Indonesia và Malaysia đã tạo bước tiến từ cây cọ dầu. Chỉ riêng hai quốc gia này đã sản xuất hơn 85% sản lượng dầu cọ trên thế giới.

Đặc điểm chung

Đây là loại cây nhiệt đới mọc ở các vùng khí hậu ấm áp, có ánh sáng mặt trời và lượng mưa lớn. Cây được trồng chủ yếu ở các nước Đông Nam Á, Nam Mỹ và cả Châu Phi. Trái của cây cọ dầu có thể được dùng để chiết xuất dầu cọ và chế biến nhiên liệu sinh học. Ngoài ra, người ta còn dùng để làm thực phẩm, thức ăn trong chăn nuôi và làm xà phòng. Hiện nay, ước tính có khoảng gần 50 triệu tấn dầu cọ được sản xuất mỗi năm.

quy-trinh-san-xuat-co-dau-che-bien-thanh-nhien-lieu-sinh-hoc-kha-phuc-tap_compressed
Quy trình sản xuất cọ dầu chế biến thành nhiên liệu sinh học khá phức tạp

Việc sản xuất cọ dầu làm nhiên liệu khá phức tạp. Trước hết, loại bỏ gốc cây và trong 20 tháng sau đó không được trồng cây cọ dầu trên các mẫu đất cũ. Hạt phát triển và nảy mầm nhanh hơn trong điều kiện thời tiết nóng. Sau khi mọc thành cây con và được trồng trong vườn ươm 1 năm, đem cây trồng trong các khu rừng cọ. Khi đó, cho hoa cái và hoa đực của cây thụ tinh và tạo ra quả. Quả của cây cọ dầu được chuyển đến các nhà máy để khử trùng bằng hơi nước dưới áp suất cao. Sau khi hấp, quả được ép để chiết xuất thành dầu cọ thô.

Ưu điểm

  • Nhiên liệu sinh học từ cây cọ dầu có thể tạo ra dễ dàng từ sinh khối, có lợi cho sự phát triển bền vững nhờ khả năng tái tạo cũng như phân hủy tốt.
  • Sử dụng nhiên liệu từ cọ dầu giúp bảo vệ sức khỏe cho cộng đồng bởi không chứa các hóa chất độc hại, đặc biệt là lưu huỳnh và không gây ô nhiễm không khí.

Nhược điểm

  • Nguồn cung của cây cọ dầu để sản xuất nhiên liệu có thể không đảm bảo. Bởi vì sau khi trồng, cây có thể không cho trái từ 3 – 4 năm. Chính vì thế, để đảm bảo sản lượng, cần phải có tiến độ trồng hợp lý.
  • Việc chuyển đổi rừng mưa nhiệt đới thành rừng cọ dầu làm phá hủy hệ sinh thái quan trọng nhất của Trái đất và thải ra lượng lớn khí carbon. Đặc biệt là gây đe dọa nghiêm trọng cho loài đười ươi hiện đang có nguy cơ tuyệt chủng ở Malaysia.
  • Dầu cọ là một nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học. Chính vì thế, nếu giá dầu cọ tăng cao thì có thể ảnh hưởng đến giá của nhiên liệu.

Gỗ – nguồn nguyên liệu chế biến nhiên liệu sinh học tốt nhất

Khi nhắc đến các hợp chất có nguồn gốc sinh học được sử dụng để chế biến nhiên liệu, không thể không nhắc đến gỗ.

Đặc điểm của nhiên liệu sinh học từ gỗ

Bên cạnh các nguồn năng lượng lỏng, sinh khối rắn như gỗ và cặn gỗ bao gồm các bụi cây, mùn cưa, các loại gỗ phế thải cũng được sử dụng để giải phóng năng lượng. Đây là nhiên liệu chủ yếu cung cấp phần lớn năng lượng đáng kể trên thế giới. Hơn một nửa dân số trên toàn thế giới dựa vào nguồn năng lượng từ gỗ để sưởi ấm và nấu ăn cách đây hàng nghìn năm.

go-la-nguon-nhien-lieu-phi-thuc-pham
Gỗ là nguồn nhiên liệu “phi thực phẩm”

Ngoài ra, gỗ cũng có thể được chuyển hóa thành dạng nhiên liệu lỏng như etanol hay metanol sử dụng cho các động cơ đốt trong hay thành khí sinh học (biogas). Ở Châu Âu có rất nhiều nhà máy điện sinh khối sử dụng gỗ làm nhiên liệu. Chẳng hạn tại thị trấn Lockerbie ở Tây Nam Scotland, nhà máy điện này tiêu thụ 450.000 tấn gỗ mỗi năm và tạo ra 44MV. Nguồn năng lượng này đủ để cung cấp cho hơn 70.000 căn nhà.

Ưu điểm

  • Sử dụng gỗ làm nhiên liệu sinh học là một bước tiến lớn để sản xuất ethanol từ nguồn nguyên liệu “phi thực phẩm”. Từ đó giải quyết những vấn đề trong cuộc tranh cãi giữa sản xuất nhiên liệu và chế biến thực phẩm.
  • Gỗ là nguồn nhiên liệu bền vững hơn do nguồn nguyên liệu cũng như quy trình chế biến được áp dụng đã tạo ra mức giảm GHG lớn hơn và không làm ảnh hưởng đến các cây lương thực.
  • Với điều kiện thiên nhiên thuận lợi, tiềm năng sinh khối của gỗ củi tại Việt Nam khá phong phú, giúp việc sản xuất nhiên liệu dễ dàng hơn.
  • Nhiên liệu sinh học từ gỗ thân thiện với môi trường nhờ khả năng cháy hoàn toàn, không chứa hợp chất độc hại. Ngoài ra, còn rất có lợi cho sức khỏe của cộng đồng.

Nhược điểm

  • Quy trình chuyển hóa, các hợp chất xenlulozơ phức tạp như gỗ thành các phân tử nhiên liệu sẽ khó bị phá vỡ. Điều này khiến chi phí sản xuất nhiên liệu sinh học lỏng tốn kém hơn nhiều.

Cây đậu nành

Dầu đậu nành được dùng để làm nhiên liệu sinh học. Nghe thì có vẻ khó tin nhưng sự thực là vậy. Tại Mỹ, hàng năm có đến 4 tỷ lít dầu diesel sinh học được sản xuất. Diện tích trồng cây đậu nành lớn gấp nhiều lần so với các loài cây cho dầu khác trên thế giới. Khả năng dự trữ dưới dạng của dầu đậu nành dưới dạng “nhiên liệu sinh học” cũng rất lớn. Ngoài ra, hạt đậu nành còn được dùng để làm thức ăn cho động vật và các loại nước uống bổ ích cho con người.

dau-nanh-la-mot-trong-nhung-loai-cay-duoc-che-bien-lam-nhien-lieu-sinh-hoc-than-thien-an-toan-voi-moi-truong_compressed
Đậu nành là một trong những loại cây được chế biến làm nhiên liệu sinh học thân thiện

Đặc điểm chung

Hàm lượng dầu trong hạt đậu nành chiếm khoảng từ 18% cho đến 20%. Dầu đậu nành là nguyên liệu chính để sản xuất nhiên liệu. Phương pháp phổ biến nhất trong sản sinh nhiên liệu sinh học là tạo ra phản ứng dầu thực vật hoặc mỡ động vật với ethanol hoặc methanol , trong đó có chất xúc tác là sodium hydroxide. Lưu ý là nhiên liệu sinh học không được làm dầu đậu nành bị cháy trong máy diesel.

Năng suất trung bình trên một acra của đậu nành là 44 bushels. Một hạt đậu nành có thể sản xuất ra 1.5 gallons dầu diesel sinh học. Trên cơ sở đó, mỗi acre đậu nành có thể tạo 66 gallons nhiên liệu sinh học

Ưu điểm

  • Chế biến nhiên liệu sinh học từ dầu đậu nành thân thiện với môi trường. Dầu cháy sạch, cháy hoàn toàn và không chứa các chất độc hại gây ô nhiễm không khí trầm trọng, như khí lưu huỳnh. Không làm tăng lượng khí thải CO2 ra môi trường.
  • Dầu diesel sinh học từ đậu nành có khả năng tái tạo và phân hủy tốt nên giúp phát triển bền vững.
  • Là loại cây trồng giàu chất đạm, đậu nành được ưa chuộng để sản xuất ethanol sinh học. Từ đó giúp giảm sự phụ thuộc vào các nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ và đang cạn kiệt.

Nhược điểm

  • Giống với các loại cây trồng khác, đậu nành cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu và bị sâu bệnh hại. Trong đó, bệnh rỉ sắt (soybean rust) khiến việc quản lý và trồng cây tốn kém. Từ đó, gây tác động đến giá thành của dầu diesel sinh học từ đậu nành.
  • Thách thức từ sự cạnh tranh cho việc tiêu thụ từ dầu đậu nành. Dầu có thể được dùng làm thực phẩm cho người và cho nhiều mục đích tiêu dùng trong công nghiệp. Sự cạnh tranh với nhiều mục đích khác nhau như vậy gây ra sốc giá trên thị trường, từ đó thách thức quyền lợi của việc chế biến đậu nành thành nhiên liệu sinh học.

Tảo

Tảo cũng nằm trong top các nguồn nhiên liệu sinh học tốt nhất. Tuy không phải được sản xuất mang tính thương mại, tảo vẫn được triển khai với phương pháp thu giữ carbon và tạo nhiên liệu sinh học. Đặc biệt, loại tảo xanh đơn bào Chlorella Vulgaris có khả năng phát triển tốt trong nước thải đang được NASA quan tâm nghiên cứu. Tổ chức này đã tuyên bố lợi thế chính của tảo so với những cây trồng sản xuất nhiên liệu khác là không cần có đất và phân bón.

Đặc điểm của nhiên liệu sinh học từ tảo

Hiện nay, đã có rất nhiều nhà máy năng lượng sinh học từ tảo trên toàn thế giới. Bởi tiềm năng vô hạn của tảo có khả năng thay thế được điện hạt nhân, sản xuất nhiên liệu và hóa chất tái tạo. Bộ Năng lượng Mỹ chỉ rõ việc sử dụng năng lượng từ tảo mang lại hiệu quả cao gấp 60 lần so với các loại cây khác. Chắc hẳn, loài thực vật này thân thiện hơn so với dầu và những loại năng lượng hóa thạch khác.

nguon-nhien-lieu-sinh-hoc-tu-tao-giup-giam-thieu-luong-khi-co2-va-tang-hieu-qua-ve-nang-luong_compressed
Nguồn nhiên liệu sinh học từ tảo giúp giảm thiểu lượng khí CO2

Chế biến tảo hứa hẹn tạo ra nhiều nhiên liệu mà không cần sử dụng đất đai, nước ngọt hay phân bón như các loại cây truyền thống. Hơn nữa, tảo có mặt khắp các đại dương và khả năng sinh trưởng ở những vùng nước lợ. Điều này có nghĩa là hoàn toàn có thể đẩy mạnh việc sản xuất tảo và tạo năng lượng.

Ưu điểm

  • Tảo là loại thực vật tăng trưởng nhanh, không cần có đất và phân bón để phát triển. Đây là ưu điểm nổi bật nhất giúp tảo trở thành nguồn nguyên liệu tiềm năng cho việc sản xuất nhiên liệu và hóa chất “xanh”.
  • Sử dụng năng lượng từ tảo sẽ giúp giảm từ 50% – 70% lượng khí thải CO2.
  • Tảo mang lại hiệu quả về năng lượng gấp hơn 60 lần so với những cây trồng trên đất tiền.
  • Tảo có thể sinh trưởng tốt ở cả những vùng nước lợ hoặc cằn cỗi. Thế nên, con người có thể dễ dàng trồng, thu hoạch tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học mà không cần cạnh tranh với các giống cây trồng khác.

Nhược điểm

  • Tuy nhiên, tảo là loài sinh vật phức tạp, có thể khai thác nhưng lại khó để khai thác hiệu quả.
  • Giá thành của nhiên liệu sinh học từ tảo khá cao so với các nhiên liệu khác, vào khoảng 2 USD/lít.
  • Tảo là tập hợp của rất nhiều sinh vật khác nhau về thành phần cũng như đặc điểm và có thể rất độc hại.

Nhiều nghiên cứu đã khẳng định rằng xu hướng tất yếu của ngành nhiên liệu là phải tăng thị phần của nguồn nhiên liệu sinh học, giảm sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ,… Bởi đây là nguồn năng lượng sạch và an toàn, giúp giảm thiểu tác hại cho môi trường trong tương lai. Bài viết này đã đưa ra top 5 nhiên liệu tốt nhất trên thị trường. Chắc chắn rằng với những nguyên liệu này, tương lai của ngành nhiên liệu sinh học cũng như ngành năng lượng mới sẽ đạt nhiều thành tựu hơn trong thời gian tới.

Những mẫu máy bay không người lái hiện đại nhất hiện nay – digitalfuture

Top 10 ứng dụng không ngờ tới của công nghệ Nano

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button