XU HƯỚNG CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU THAY THẾ TRONG TƯƠNG LAI (2008)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

XU HƯỚNG CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU THAY THẾ TRONG TƯƠNG LAI

Họ và tên sinh viên: PHẠM HOÀNG TUẤN Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Niên khóa: 2004 – 2008

Tháng 08/2008 1

XU HƯỚNG CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU THAY THẾ TRONG TƯƠNG LAI

Tác giả

PHẠM HOÀNG TUẤN

Tiểu luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG (TT Lọc – hóa dầu ĐHBK)

Tháng 08/2008 2

Lời cảm ơn

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Hữu Lương, người thầy đã dẫn dắt em tiếp cận với những ý tưởng khoa học, thầy đã cho em hiểu được cách giải quyết những vấn đề khó khăn trong nghiên cứu cũng như trong cuộc sống.

Thầy đã hết lòng động viên em phải cố gắng học tập, không ngừng trao dồi kiến thức

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

cho bản thân. Một lần nữa em xin cảm ơn thầy đã cho em những kiến thức thực tế vô cùng quý báo, em biết hoàn cảnh đất nước ta còn nghèo nàn lạc hậu, nhưng chúng ta không thể để ý chí của chúng ta nghèo đi.

Em xin gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Hóa Học, các

thầy cô đã dìu dắt em trong suốt bốn năm qua, đã cho em những bài học hay, những kiến thức bổ ích để làm hành trang trong cuộc sống.

Con xin tạ ơn công lao cha mẹ như trời biển.

Xin chân thành cảm ơn.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 7 năm 2008

Phạm Hoàng Tuấn

3

MỤC LỤC Trang Trang tựa..................................................................................................................... i Lời cảm ơn.................................................................................................................. ii Mục lục ....................................................................................................................... iii Danh sách các biểu đồ ................................................................................................ v Danh sách các bảng .................................................................................................... vi

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Danh sách các hình ..................................................................................................... vii Danh sách từ viết tắt ................................................................................................... viii CHƯƠNG 1:………………………………………………………………………….1 1.1 Đặt vấn đề………………………………………………………………………1 1.2 Các khái niệm cơ bản.

3

CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU TRUYỀN THỐNG……………………………………..4 2.1 Dầu mỏ.................................................................................................................4 2.2 Các loại nhiên liệu hóa thạch khác thay thế dầu mỏ..........................................10 2.2.1 Than đá....................................................................................................... .10 2.2.2 Nhiên liệu khí............................................................................................. .12 2.3 Tình hình ô nhiễm môi trường do nhiên liệu hóa thạch. 14

2.4 Nhiên liệu Uran..................................................................................................18 CHƯƠNG 3: NHIÊN LIỆU SINH HỌC…………………………………………….21 3.1 Khái niệm về nhiên liệu sinh học (biofuel)……………………………………21 3.2 Những lợi ích của việc phát triển nhiên liệu sinh học…………………………21 3.3 Các mặt hạn chế của nhiên liệu sinh học………………………………………25 3.4 Hướng giải quyết………………………………………………………………28 3.5 Triển vọng sản xuất nhiên liệu sinh học thế giới tới năm 2020………………...29 3.6 Các loại nhiên liệu sinh học…………………………………………………...30 3.6.1 Khí sinh học (biogas). ................................................................................ .30 3.6.2 Ethanol. ...................................................................................................... .32 3.6.3 Biodiesel..................................................................................................... .48 CHƯƠNG 4: NHIÊN LIỆU HYDRO……………………………………………….64 4.1 Giới thiệu về nhiên liệu hydro…………………………………………………64 4

4.2 Các đặc tính của Hydro (H2)…………………………………………………...65 4.3 Nguồn sản xuất hydrogen……………………………………………………...65 4.4 Tiềm năng sử dụng hydro……………………………………………………...71 4.5 Giá thành hydro………………………………………………………………..72 4.6 Nhiên liệu hydro dùng trong ô tô………………………………………………72 4.7 Những lợi ích của nhiên liệu hydro……………………………………………74 4.8 Những hạn chế của nhiên liệu hydro…………………………………………..77

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

4.9 Các công trình nghiên cứu sản xuất hydro gần đây……………………………79 4.10 Vấn đề phát triển nhiên liệu hydro……………………………………………82 4.11 Xu thế của nền kinh tế hydro…………………………………………………84 CHƯƠNG 5: TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU VIỆT NAM……………………………...86 5.1 Tình hình sử dụng xăng dầu ở Việt Nam………………………………………86 5.2 Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam……………………………86 5.3 Các kết quả nghiên cứu về biodiesel đã được thực hiện trong nước…………...87 5.4 NLSH chưa phát triển được ở nước ta do một số nguyên nhân………………..89 5.5 Thách thức……………………………………………………………………...90 5.6 Những chính sách, biện pháp tháo bỏ rào cản…………………………………91 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ……………………………………………93 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

5

Danh sách các biểu đồ Biểu đồ 1: Giá dầu thế giới từ năm 1946-2006 .......................................................... 5 Biểu đồ 2: Biểu đồ biến động giá dầu trong 1 năm qua . ............................................ 5 Biểu đồ 3 : Sản lượng và nhu cầu sử dụng dầu mỏ trên thế giới. ............................... 8 Biểu đồ 4: Biểu đồ nhiệt độ trung bình trên bề mặt Trái đất .................................... 17 Biểu đồ 5: Dự kiến sản lượng bioethanol đến năm 2020 .......................................... 29 Biều đồ 6: Dự kiến sản lượng biodiesel đến năm 2020 . ........................................... 30

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Biểu đồ 7: Sản lượng ethanol trên thế giới, 1975-2003 (triệu lít/năm). ................... 37 Biểu đồ 8: Sự phát thải khí thải của biodiesel trong động cơ ................................... 50

6

Danh sách các bảng Bảng 1: Nhu cầu dầu thô thế giới ............................................................................... 7 Bảng 2: Tính chất của LPG và CNG. ........................................................................ 14 Bảng 3: Sự gia tăng các chất ô nhiễm trong khí quyển ............................................. 15 Bảng 4: Lượng khí thải do đốt cháy biodiesel .......................................................... 23 Bảng 6: Tính chất của ethanol ................................................................................... 33 Bảng 7: Sản lượng tiêu thụ biodiesel ở một số nước ................................................ 50

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Bảng 8: Tiêu thụ dầu thực vật ở Việt nam (nghìn tấn).............................................. 51

7

Danh sách các hình Hình 1: Tỉ lệ tiêu thụ khí hoá lỏng ở Pháp ................................................................ 13 Hình 2: Tỉ lệ tiêu thụ khí hoá lỏng ở Hà Lan ............................................................ 13 Hình 3: Lượng khí thải của nhiên liệu diesel sau khi đốt.......................................... 16 Hình 4: Năng lượng sinh ra do sự phân hạch hạt nhân. ............................................ 19 Hình 5: Chu trình khép kín của biomass. .................................................................. 22 Hình 6: Rây phân tử dùng để tách hỗn hợp Ethanol-Water. ..................................... 46

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Hình 7: Cấu tạo ống Zeolite Membrane. ................................................................... 47 Hình 8: Hệ thống Zeolite Membrane......................................................................... 47 Hình 9: Phân tử triglyceride. ..................................................................................... 53 Hình 10: Phân tử acid béo tự do và biodiesel............................................................ 53 Hình 11: Các bể trồng tảo.......................................................................................... 55 Hình 12: Quả và hạt cây dầu mè (jatropha)............................................................... 57 Hình 13: Lượng phát thải CO2 do nhiên liệu sinh học ............................................. 61 Hình 14: Các cánh đồng nguyên liệu ngày càng được mở rộng. .............................. 62 Hình 15: Các cánh rừng đang bị tàn phá . ................................................................. 62 Hình 16: Phân tử Hydro............................................................................................. 64 Hình 17: Màng rây phân tử dùng để tách khí hydro ra khỏi hỗn hợp khí. ................ 66 Hình 18: Phương pháp điện giải tách nước thành oxy và hydro............................... 68 Hình 19: Một loại tế bào nhiên liệu........................................................................... 73 Hình 20: Tảo xanh Chlamydomonas reinhardtii được nuôi ở ao. ............................. 80 Hình 21: Máy xử lý nhiên liệu. ................................................................................. 81 Hình 22: Công nghệ sản xuất Biodiesel từ mỡ các tra, cá ba sa ............................... 88

8

Danh sách từ viết tắt (1) OPEC là chữ viết tắt của “The Organization of Petroleum Exporting Countries” hay “Tổ chức các Quốc gia Sản xuất Dầu”.

(2) OECD: Organization for Economic Cooperation and Development (tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế) (3) CNG : Compressed Natural Gas (4) LPG : Liquefied Petrolium Gas

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

(5) COx : gồm CO và CO2 (6) NLSH : nhiên liệu sinh học

(7) E20 : xăng pha bioethanol với hàm lượng tối đa 20%.

(8) B20 : dầu pha biodiesel với hàm lượng tối đa 20%.

(9) ETBE : ethyl-tertiary-butyl-ether

(10) MTBE : Methyl Tert - Butyl Ether

(11) ASTM : American Society for Testing and Materials

(12) NOx là cách viết tắc của các hợp chất oxide của nitrogen như N2O, NO và NO2.

NOx gây nhiều ảnh hưởng xấu đến môi trường, sức khỏe con người và tầng ozone trong khí quyển.

(13) ZEV : Zero Emission Vehicle (14) GTVT : Giao Thông Vận Tải

(15) KH &CN : Khoa học và Công nghệ (16) R &D : Research and Development (17) PME : Palm Methyl Ester (dầu cọ)

(18) IMF : International Monetary Fund (19) IEA : International Energy Agency (20) FED : Federal Reserve System

(21) IAEA : International Atomic Energy Agency

9

Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề.

Hiện nay, tình hình khai thác và tiêu thụ nguồn nhiên liệu dầu mỏ vẫn đang là đề tài nóng bỏng trên thế giới, gần đây giá xăng dầu tăng lên đáng kể (tính từ lúc 10 giờ ngày 21 tháng 7 năm 2008 tại Việt Nam giá xăng là 19.000 đồng 1 lít), giá xăng

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

dầu tăng kéo theo việc tăng giá hàng loạt các mặt hàng khác, làm cho đời sống của người dân đặc biệt là ở những nước nghèo lạm phát cao như nước ta, cuộc sống đang ngày càng điêu đứng, thu nhập thì không có bao nhiêu nay lại phải chi tiêu rất nhiều.

Hơn nữa, nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần bị cạn kiệt. Theo dự đoán, trữ lượng dầu thô trên toàn thế giới chỉ có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng trong vòng vài chục năm nữa. Thêm vào đó chất lượng không khí đang bị ô nhiễm đến mức phải báo động, trong đó sự ô nhiễm không khí do khí thải phát ra từ quá trình cháy là chủ yếu. Các khí thải này là nguyên nhân trực tiếp gây ra những biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính và hàng loạt các vấn đề về môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Đây thật sự là nguồn nhiên liệu không bền vững.

Sự ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch là hai vấn đề

quan trọng và cấp bách đang được cả thế giới quan tâm. Dĩ nhiên viễn cảnh thiếu dầu sẽ là một nỗi kinh hoàng đối với nhân loại. Chiến tranh, nạn đói, bệnh hoạn … sẽ lan tràn. Nhưng có lẽ đây là điều mà nhân loại khó tránh khỏi.

Đứng trước tình hình trên, con người cần phải tìm kiếm các nguồn nhiên liệu

khác có khả năng thay thế cho nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt mà không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như việc giảm thiểu khí nhà kính. Nhiên liệu thay thế phải thật sự mang tính bền vững, có nghĩa là nhiên liệu đó phải sạch và thân thiện với môi trường, nhiên liệu đó phải có khả năng tái tạo để đáp ứng nhu cầu sử dụng của mỗi quốc gia, giúp các quốc gia chủ động được nguồn nguyên liệu trong nước giảm sự lệ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch. Bên cạnh đó, chúng ta phải có ý thức trong việc sử dụng tiết kiệm nguồn năng lượng và tái sử dụng nguồn năng lượng. Tiết kiệm năng lượng là khẩu hiệu của mọi nước. Vấn đề là có thật sự tiết kiệm hay không và 10

hiểu tiết kiệm năng lượng nghĩa là gì? Tiết kiệm năng lượng không chỉ là tiết kiệm tiêu thụ mà còn là bài toán xuất khẩu, sao cho xuất khẩu được lợi nhất và bảo toàn dự trữ dầu tối ưu nhất, chứ không thể cứ khai thác và xuất khẩu với bất cứ giá nào, càng không phải là trục lợi cá nhân từ sự khai thác đó. Đó là 3 biện pháp quan trọng để phát triển bền vững, để bảo vệ môi trường

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

chung của chúng ta.

Mục đích nghiên cứu ở đây là nêu ra tính bền vững của các loại nhiên liệu thay

thế phù hợp với tình hình nước ta hiện nay trước khi đưa vào ứng dụng thực tiển.

Trong tương lai không xa, nguồn nhiên liệu hóa thạch cần phải được thay thế. Nhưng vấn đề là chúng được thay thế bởi những nhiên liệu nào? Liệu nhiên liệu đó có thật sự phù hợp tình hình đất nước ta hiện nay không ? Có thật sự giải quyết được vấn nạn ô nhiễm môi trường như hiện nay hay không ? Có thật sự là vô tận hay không và ảnh hưởng tiêu cực của chúng như thế nào? Câu trả lời cần phải được cân nhắc một cách toàn diện nếu không chúng ta sẽ gánh chịu một hậu quả nghiêm trọng, mà nguy cơ không thể lường trước được. Tương lai của mỗi quốc gia đều nằm trong tầm tay của những người nắm quyền bính, và chỉ có họ với tầm nhìn xa mới có khả năng đưa đất nước cất cánh đi lên. Trên cơ sở đó tôi tập trung nghiên cứu những nguy cơ mà các nước đi trước đã gặp phải, từ đó tìm giải pháp khắc phục đúng đắn hơn.

11

1.2 Các khái niệm cơ bản.

1.2.1 Khái niệm nhiên liệu.

Nhiên liệu là vật chất được sử dụng để giải phóng năng lượng khi cấu trúc vật lý hoặc hóa học bị thay đổi. Nhiên liệu giải phóng năng lượng thông qua quá trình hóa học như cháy hoặc quá trình vật lý, ví dụ phản ứng nhiệt hạch, phản ứng phân hạch.

Tính năng quan trọng của nhiên liệu đó là năng lượng có thể được giải phóng khi cần thiết và sự giải phóng năng lượng được kiểm soát để phục vụ mục đích của con người.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Mọi dạng sự sống trên Trái đất – từ những cấu trúc vi sinh vật cho đến động vật và con người, đều phụ thuộc và sử dụng nhiên liệu là nguồn cung cấp năng lượng. Các tế bào trong cơ thể sống tham gia quá trình biến đổi hóa học mà qua đó năng lượng trong thức ăn hoặc ánh sáng Mặt trời được chuyển hóa thành những dạng năng lượng có thể duy trì sự sống.

Con người sử dụng nhiều cách thức nhằm biến đổi năng lượng ở nhiều hình

thức thành những dạng phù hợp với mục đích sử dụng phục vụ cuộc sống và các quá trình xã hội. Ứng dụng giải phóng năng lượng từ nhiên liệu rất đa dạng trong cuộc sống như đốt cháy khí tự nhiên để đun nấu, kích nổ xăng dầu để chạy động cơ, biến năng lượng hạt nhân thành điện năng, v.v..

Các dạng nhiên liệu phổ biến được dùng là dầu hỏa, xăng dầu, than đá, chất

phóng xạ, v.v…

1.2.2 Khái niệm năng lượng tái tạo.

Trong cách nói thông thường, năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn

năng lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vô hạn. Vô hạn có hai nghĩa:  Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời).  Hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong một quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất.

12

Chương 2 NHIÊN LIỆU TRUYỀN THỐNG 2.1 Dầu mỏ.

2.1.1 Tình hình biến động dầu mỏ trên thế giới.

Hiện nay tình hình nguồn nhiên liệu dầu mỏ không ổn định, giá dầu thường thay đổi lớn theo những biến đổi chính trị, khó dự báo. Có thể nói, giá dầu mỏ hiện

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

đang “bốc cháy” vượt mức 120 USD/thùng (1 thùng dầu ≈ 159 lít). Theo các nhà quan sát, viễn cảnh về một cuộc khủng hoảng dầu mỏ trên thế giới đang trở nên rõ nét hơn bao giờ hết. Những nguyên nhân chính làm cho giá dầu gần đây biến động là do: tình hình bất ổn tại các nước vùng Trung Cận Đông (khu vực chiếm đến 2/3 trữ lượng dầu mỏ của thế giới), lượng xăng dầu dự trữ của Hoa Kỳ thấp hơn dự kiến, nhu cầu dầu mỏ của thế giới tăng cao (nhất là Trung Quốc và Hoa Kỳ), cũng như việc tổ chức các nước xuất khẩu dầu hỏa (OPEC)(1) (xem phụ lục 2) vẫn chưa có quyết định rõ ràng có nâng sản lượng khai thác hay không.

Trong những thập kỷ trước, giá dầu cũng đã nhiều lần tăng giảm với biên độ

lớn (xem biểu đồ 1):

 Vào những năm 1973 – 1974, giá dầu mỏ tăng cao đến 3 – 4 đợt do lệnh

cấm vận dầu Ả Rập.

 Rồi các lần tăng giá vào những năm 1979 do lệnh cấm vận dầu Iran và 1990

do cuộc chiến tranh vùng vịnh.

 Năm 1999 giá dầu từ 8 – 10 USD/thùng tăng vọt lên trên 30 USD/thùng.  Đặc biệt năm 2004 một sự khủng hoảng dầu mỏ lớn nhất từ trước đến nay,

giá dầu tăng đến mức kỷ lục 60 USD/thùng, đến năm 2005 giá dầu lên đến hơn 70 USD/thùng.

13

80 70 60 50 40

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

30 20 10 0

1946/01 1952/01 1958/01 1964/01 1970/01 1976/01 1982/01 1988/01 1994/01 2000/01 2006/01 2012/01

Biểu đồ 1: Giá dầu thế giới từ năm 1946-2006 [1].

Tuy nhiên, theo các nhà quan sát, có sự khác nhau là, những lần tăng giá trước

kia đều diễn ra trong khoảng thời gian dài, còn việc tăng giá gần đây lại thường xuyên và ở cấp độ bất thường hơn (xem biểu đồ 2).

Biểu đồ 2: Biểu đồ biến động giá dầu trong 1 năm qua [1].

14

Giá dầu tăng cao ảnh hưởng mạnh đến kinh tế thế giới: chi phí sản xuất các công ty tăng mạnh, giá cả tăng cao, sức mua của người tiêu dùng sụt giảm, nguy cơ lạm phát…

Trong tình hình hiện tại, các chuyên gia kinh tế dự đoán, giá dầu sẽ còn tiếp tục giữ ở mức cao. Còn cao đến mức nào lại phụ thuộc chủ yếu vào những cuộc “mặc cả” giữa OPEC với các quốc gia tiêu thụ dầu lớn như Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Tây Âu.

Nhưng cũng có ý kiến cho rằng, giá dầu hiện đã nằm ngoài tầm khống chế của OPEC.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Khả năng thế giới sẽ phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng dầu mỏ nghiêm trọng như hồi thập niên 1970 là rất có thể xảy ra.

2.1.2 Trữ lượng dầu mỏ trên toàn thế giới.

Các số liệu tìm kiếm, thăm dò và nhận định về trữ lượng dầu toàn cầu của Văn

phòng Tổ chức kiểm soát năng lượng Anh Quốc (EWG) tại Đức cho biết, dưới lòng đất chỉ còn có khoảng 1.255 tỉ thùng, đủ để cho con người sử dụng trong 42 năm tới.

Với tốc độ khai thác như hiện nay, trong vòng 30 năm nữa nguồn dầu lửa dưới lòng đất không còn nhiều và 50 - 60 năm nữa sẽ hoàn toàn cạn kiệt. Theo đó, thế giới sẽ chỉ sản xuất được 39 triệu thùng dầu/ngày vào năm 2030 so với con số 81 triệu thùng/ngày như hiện nay [6]. Trong khi đó, theo Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA)(19), nhu cầu dầu lửa thế giới sẽ tăng đến 120 triệu thùng/ ngày. Tức là vào thời điểm đó, thế giới chỉ được cung cấp chưa đến 1/3 nhu cầu dầu lửa.

Khu vực Trung Đông có trữ lượng dầu mỏ chiếm 65,4% trữ lượng trên toàn thế

giới, nhưng nhu cầu của khu vực chỉ chiếm khoảng 6%. Trong khi đó, các nước phát triển có nhu cầu tiêu thụ chiếm 62%, nhưng trữ lượng dầu mỏ của các nước đó chỉ có 9,7%. Hơn nữa nhu cầu tiêu thụ dầu ngày một tăng, điều đó cũng có nghĩa là sẽ phải đẩy mạnh sự cung cấp dầu từ khu vực này, trong đó 4 nước sở hữu dầu mỏ nhiều nhất là Arab Saudi, Iran, Iraq và Kuweit.

Do đó, mỗi khi có khủng hoảng dầu mỏ, thì các nước này thường bị ảnh hưởng trực tiếp, lớn nhất và thường dẫn đến các cuộc khủng hoảng kinh tế kèm theo.

2.1.3 Nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới.

Trong nhiều năm qua, do sự bùng nổ của công nghiệp hoá ở các nước đang phát triển ở châu Á, châu Phi và Mỹ La-tinh, nhu cầu dầu lửa của thế giới ngày càng tăng một cách nhanh chóng (xem biểu đồ 3). Các nhà nghiên cứu quốc tế đánh giá, 2/3 15

lượng tăng nhu cầu năng lượng của thế giới là do nhu cầu của Trung Quốc và Ấn Độ.

Phần còn lại là do sự tăng nhu cầu dầu lửa của các nước đang phát triển khác. IEA dự báo, năm 2008 thế giới sẽ cần bổ sung thêm khoảng 2,2 triệu thùng dầu/ngày so với 1,5 triệu thùng trong năm 2007 và nhu cầu này sẽ tăng 2%/ năm cho đến năm 2012.

Theo Bộ Năng lượng Mỹ, nhu cầu sử dụng dầu mỏ của thế giới đến 2025 sẽ tăng thêm khoảng 35%. Được coi là "công xưởng" của thế giới, với số dân 1,3 tỉ người, tốc độ tăng

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

trưởng kinh tế tăng trên 10% trong vòng hơn 10 năm qua, Trung Quốc vượt qua Nhật Bản và đứng sau Mỹ về mức độ tiêu thụ dầu lửa với số lượng nhập khẩu khoảng 8 triệu thùng/ngày (tăng 15% mỗi năm)( xem bảng 1).

Bảng 1: Nhu cầu dầu thô thế giới [7]. Đơn vị: Triệu thùng/ngày 2006

2007

Dự báo 2008

84,73

85,72

87,20

OECD

49,31

49,12

49,43

Mỹ

20,69

20,72

20,86

Châu âu

15,62

15,34

15,42

Ngoài OECD

35,42

36,60

37,77

Trung Quốc

7,27

7,58

8,00

Tổng cộng (2)

Khu vực Đông Nam Á, tuy có trữ lượng nhiên liệu hoá thạch khá dồi dào với 22

tỉ thùng dầu, nhưng do các nước thành viên ASEAN đang đẩy mạnh công nghiệp hoá nên vẫn thiếu năng lượng trầm trọng.

Các nước phát triển vẫn là các nước tiêu thụ năng lượng nhiều nhất, đặc biệt là Nhật Bản và Mỹ. Mỹ vẫn tiếp tục dẫn đầu thế giới với mức tiêu thụ khoảng 21 triệu thùng/ngày (chiếm gần ¼ lượng tiêu thụ dầu của thế giới) và con số sẽ tăng lên khoảng 44% trong 20 năm tới đây, bằng cả mức tiêu thụ của ba nước đang có tốc độ tăng trưởng nhanh là Trung Quốc, Ấn Độ và Nhật Bản cộng lại (xem biểu đồ 3).

Ngoài ra, thế giới còn có trên 800 triệu xe ô tô, mỗi ngày tiêu thụ 10 triệu tấn xăng dầu, bằng nửa sản lượng khai thác mỗi ngày.

16

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Biểu đồ 3 : Sản lượng và nhu cầu sử dụng dầu mỏ trên thế giới.

Tất cả những điều này đã làm cho giá dầu "lập" hết kỷ lục này đến kỷ lục

khác.

2.1.4 Hậu quả của cuộc khủng hoảng dầu mỏ.

Theo đánh giá của các cơ quan nghiên cứu quốc tế, cuộc khủng hoảng năng

lượng lần này đã và sẽ tiếp tục gây những tổn hại khủng khiếp cho thế giới trên nhiều lĩnh vực. Về kinh tế, giá dầu tăng cao và thiếu điện đã ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất, kinh tế thế giới phát triển chậm lại, trước hết là ở các nền kinh tế lớn. Theo dự báo của Quỹ Tiền tệ thế giới (IMF)(18), tốc độ tăng trưởng của kinh tế thế giới năm nay chỉ đạt 3,5%, tức là đã đứng trên bờ của một cuộc khủng hoảng. Nền kinh tế chịu nhiều thiệt thòi nhất, không ai khác là Mỹ - nền kinh tế đầu tàu của thế giới.

Trong năm 2007 và quý I năm 2008, nền kinh tế Mỹ đang có dấu hiệu chững lại, đồng Đô-la liên tục mất giá, lạm phát tăng cao khiến Cục Dự trữ liên bang Mỹ 17

(FED)(20) liên tục cắt giảm lãi suất và bơm tiền để cứu hệ thống ngân hàng thương mại.

Trong tháng 04/2008, cơ quan này đã thừa nhận nền kinh tế Mỹ tăng trưởng chậm lại một nửa, tức là năm nay tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế Mỹ chỉ đạt 0,5%. Đây là lần đầu tiên Mỹ thừa nhận kinh tế suy thoái trong nhiều năm nay.

Với mức tiêu thụ nhiên liệu đứng thứ hai, năm 2007 và đầu năm 2008, Trung Quốc phải gánh chịu hậu quả của cuộc khủng hoảng năng lượng gây ra với việc giá dầu tăng cao làm cho lạm phát tăng gần 2 con số, buộc Chính phủ Trung Quốc phải áp

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

dụng một loạt biện pháp giảm nhịp độ tăng trưởng quá nóng của nền kinh tế.

Các nền kinh tế lớn khác như EU, Nhật Bản, Ấn Độ cũng đều bị ảnh hưởng của

cuộc khủng hoảng năng lượng do thiếu dầu, than và điện.

Giá dầu tăng cao, thiếu hụt điện đã gây khốn khó cho đời sống và sinh hoạt của

người dân. Các chuyên gia quốc tế cho rằng, không chỉ các doanh nghiệp sử dụng dầu mỏ, điện, than, thiệt hại do cuộc khủng hoảng mà đa số người dân, đặc biệt là ở các nước nghèo và những người có thu nhập dưới 2 USD/ngày là những đối tượng phải chịu thiệt thòi nhiều nhất. Giá nhiên liệu tăng cao, khiến giá cả tăng theo, thu nhập thực tế của người lao động giảm xuống sẽ tiếp tục đẩy một bộ phận không nhỏ dân chúng vào cảnh bần hàn. Ngay ở Mỹ, nơi người dân có mức sống cao, cuộc sống cũng trở nên khó khăn hơn. Ví dụ, trong tháng 12/2007, người Mỹ phải chi 6,1% tổng số tiền tiêu dùng để mua nhiên liệu, tương đương mức cao nhất trong lịch sử vào năm 1985. Hiện tại người dân Mỹ phải bỏ thêm khoảng 200 tỉ USD/năm để mua năng lượng, gần bằng ½ số tiền mua xe ô-tô mới. Ở các nước nghèo, đời sống nhân dân còn gặp nhiều khó khăn hơn. Giá xăng dầu, điện, than, khí tăng cao và sản lượng thiếu hụt đã khiến giá cả các mặt hàng tiêu dùng tăng ngất ngưởng, đặc biệt là lương thực và thực phẩm.

Giá lương thực, thực phẩm ở Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam, Inđônêxia, các quốc gia ở châu Phi và Mỹ La-tinh năm 2007 và đầu năm 2008, đã tăng từ 30 đến 50% so với năm 2005, 2006. Nhiều cuộc biểu tình chống chính sách lương thực của chính phủ đã xảy ra ở Haiti, Italia…, nhiều người thiệt mạng chỉ vì phải chen chúc, xô đẩy trong khi xếp hàng mua gạo. Thế giới đang đối mặt với nguy cơ khủng hoảng lương thực.

18

Dĩ nhiên viễn cảnh thiếu dầu sẽ là một nỗi kinh hoàng đối với nhân loại. Chiến tranh, nạn đói, bệnh hoạn … sẽ lan tràn. Nhưng có lẽ đây là điều mà nhân loại khó tránh khỏi.

2.2 Các loại nhiên liệu hóa thạch khác thay thế dầu mỏ. Để đối phó với tương lai đen tối trên, các nhà khoa học và nhiều quốc gia đã nghiên cứu để tìm cách áp dụng những công nghệ mới trong tìm kiếm, khai thác dầu lửa hoặc phát hiện ra những nguồn nhiên liệu khác có thể thay thế cho dầu lửa. Tuy

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

nhiên, kết quả thu được không mấy lạc quan. Vào cuối thập niên 70, người ta đã có thể khoan sâu đến 312 mét vào lòng đất để tìm kiếm dầu và khả năng này hiện nay đã gấp khoảng 8 lần. Thế nhưng không nhiều mỏ dầu mới được phát hiện, vì có lẽ như loài người đã phát hiện được gần hết lượng “vàng đen” dưới lòng đất. Với các nguồn nhiên liệu hoá thạch khác thay thế cũng đã phần nào giải tỏa được “cơn khát năng lượng” toàn cầu, bao gồm các loại nhiên liệu sau: 2.2.1 Than đá.

2.2.1.1 Khái niệm.

Than đá là một loại nhiên liện hóa thạch được hình thành ở các hệ sinh thái đầm

lầy nơi xác cây cối được nước và bùn lưu giữ khỏi bị oxy hóa và phân hủy bởi sinh vật (biodegradation). Thành phần chính của than đá là carbon, ngoài ra còn có các nguyên tố khác như lưu huỳnh. Than đá là các lớp đá có màu đen hoặc đen nâu có thể đốt cháy được. Than đá là nguồn nhiên liệu sản xuất điện năng lớn nhất thế giới, cũng như là nguồn thải khí carbon dioxide lớn nhất, được xem là nguyên nhân hàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu. Than đá được khai thác từ các mỏ than lộ thiên hoặc dưới lòng đất [12].

So với dầu khí, than đá là nguồn tài nguyên có ưu thế vượt trội hơn hẳn, chẳng hạn như phạm vi phân bổ rộng khắp các nước trên thế giới ở khoảng 70 nước.

2.2.1.2 Trữ lượng than đá trên thế giới.

Than đá là nguồn năng lượng đã được con người khai thác và sử dụng trước cả dầu mỏ. Cho tới nay, than đá vẫn là nguồn năng lượng chính của các nhà máy nhiệt điện và sản xuất xi măng. Hơn nữa, trữ lượng của than đá có khoảng 909 tỉ tấn (tuy không thể tái sinh) nhưng lại lớn hơn nhiều so với dầu mỏ.

19

Trung Quốc có trữ lượng than đá lớn thứ 3 thế giới và hơn 60% năng lượng của nước này được tạo ra từ than đá. Ước tính, đến năm 2020, nhu cầu sử dụng than đá trên thế giới sẽ tăng lên 7,6 tỉ tấn/năm so với mức 5,3 tỉ tấn hiện nay. Trong đó, riêng mức sử dụng của Trung Quốc sẽ xấp xỉ 3 tỉ tấn [7].

Mỹ có khoảng 95% trữ lượng năng lượng là than đá trong khi dầu và khí đốt chỉ chiếm tương ứng 2% và 3%.[7] Than đá đang cung ứng khoảng 25% nhu cầu năng lượng căn bản của toàn cầu

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

và tạo ra 40% sản lượng điện năng cho thế giới. Trung Quốc là nước sản xuất và tiêu thụ than đá lớn nhất trên thế giới trong khi Mỹ là nơi có trữ lượng than đá lớn nhất hành tinh, kế đến là Ấn Độ, Trung Quốc, Australia, Nga, Ukraina, Phần Lan, Nam Phi, Canada...

2.2.1.3 Biến than đá thành nhiên liệu “xanh”.

Trước thực trạng dầu khí luôn biến động giá và nguồn cung không ổn định, than

đá được dự báo sẽ đóng vai trò chủ chốt trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong vòng 20 năm nữa. Để đảm bảo an ninh năng lượng, hiện nay không chỉ các nước tiêu thụ năng lượng hàng đầu như Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ mà nhiều nước khác cũng đang tích cực nghiên cứu phát triển các công nghệ biến đổi than đá vốn rất gây ô nhiễm cho môi trường thành những dạng năng lượng sạch thay thế xăng dầu. Đi đầu trong xu hướng này là Trung Quốc - quốc gia sản xuất và tiêu thụ than đá lớn nhất thế giới hiện nay.

Hiện nay, Trung Quốc đang đẩy mạnh phát triển dimethyl ether (DME), một

loại khí đốt được chuyển hóa từ than đá, thành nhiên liệu chủ lực thay thế diesel.

Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, DME có thể được nén thành dạng lỏng và có thể sử dụng thay thế diesel với mức thải CO2 tương đối thân thiện với môi sinh. Các nhà nghiên cứu Trung Quốc cũng đã chế tạo các loại xe vận hành bằng DME. Tuy nhiên, vấn đề hiện nay là tìm cách giảm chi phí sản xuất DME và hạn chế sử dụng nước trong quá trình chuyển đổi (để cho ra 1 tấn DME phải cần đến 3 tấn nước).

Hiện nay than đá đang ngày càng đóng vai trò quan trọng tại Mỹ sau khi các nhà khoa học Mỹ đã phát triển các công nghệ làm giảm bớt đáng kể mức độ ô nhiễm từ việc khai thác và sử dụng than đá. Nhóm chuyên gia hóa Đại học Bắc Carolina cải 20

tiến qui trình chuyển đổi than đá thành diesel theo hướng “xanh” hơn bằng cách sử dụng các chất xúc tác đặc biệt để tái sắp xếp các nguyên tử carbon trong than đá để hình thành các phân tử có hiệu suất năng lượng cao hơn trước khi chuyển hóa thành diesel.

Song việc sử dụng năng lượng này cũng chỉ cho phép khai thác ở một giới hạn nào đó, vì sẽ cạn kiệt trong vòng khoảng 155 năm tới.

2.2.2 Nhiên liệu khí.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

2.2.2.2 Trữ lượng khí trên thế giới.

Khí thiên nhiên đã được phát hiện trên khắp các châu lục, ngoại trừ châu Nam

Cực. Trữ lượng khí thiên nhiên thế giới tổng cộng vào khoảng 150x1018m3. Trữ lượng khí thiên nhiên lớn nhất, tổng cộng 50x1018m3 đang nằm ở Nga. Trữ lượng lớn thứ nhì thế giới, 48x1018m3, nằm ở Trung Đông. Các mỏ có trữ lượng khác nằm ở các nơi khác ở châu Á, châu Phi và Úc. Trữ lượng khí thiên nhiên ở Hoa Kỳ tổng cộng 5x1018m3. Ở Canada, tổng trữ lượng khí tự nhiên là 1,7x1018m3 [4].

2.2.2.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu khí.

Nhiên liệu khí chủ yếu được khai thác từ Siberia, Alaska, và Trung Đông, tuy

sạch hơn dầu lửa nhưng cũng chỉ có thể khai thác lâu hơn dầu lửa 20 năm và công chuyên chở lại cao gấp 7 lần so với dầu lửa.

Phần lớn nhiên liệu khí hiện nay được sử dụng làm nguồn chất đốt để sinh nhiệt

gia dụng hay công nghiệp, và làm nhiên liệu cho ô tô (chiếm tỷ lệ rất ít vì nhiệt trị thấp và chiếm thể tích lớn).

Lượng khí hoá lỏng làm nhiên liệu cho ô tô đường trường hiện chiếm tỉ lệ

khiêm tốn 1% ở Pháp (xem hình 1). Tuy nhiên ở một số nước có chính sách khuyến khích sử dụng khí hoá lỏng làm nhiên liệu cho ô tô nhằm mục đích giảm ô nhiễm môi trường thì tỉ lệ này thật đáng kể chẳng hạn như Hà Lan chiếm 42% (xem hình 2).

21

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Nhiên liệu ô tô (1%)

Hình 1: Tỉ lệ tiêu thụ khí hoá lỏng ở Pháp [4].

Nhiên liệu ô tô (42%)

Hình 2: Tỉ lệ tiêu thụ khí hoá lỏng ở Hà Lan [4].

2.2.2.3 Các loại khí thiên nhiên.

2.2.2.3.1 Khí thiên nhiên nén (CNG)(3) .

Khí thiên nhiên, là một hỗn hợp chất khí cháy được bao gồm phần lớn là các hydrocarbon. Cùng với than đá và dầu mỏ, khí thiên nhiên là nhiên liệu hóa thạch. Khí thiên nhiên có thể chứa đến 85% metan (CH4) và khoảng 10% etan (C2H6), và cũng có chứa một lượng nhỏ hơn propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), và các alkan khác. Khí thiên nhiên, thường được tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái Đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng lượng thế giới. Khí thiên nhiên chứa lượng nhỏ các tạp chất, bao gồm carbon dioxide (CO2), hydro sulfit (H2S), và nitơ (N2). Do các tạp chất này có thể làm giảm

22

nhiệt trị và chất lượng của khí thiên nhiên, chúng thường được tách ra khỏi khí thiên nhiên trong quá trình chế biến khí và được sử dụng làm sản phẩm phụ.

2.2.2.3.2 Khí hóa lỏng (LPG)(4).

Là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô, nhiên liệu khí hóa lỏng có thể thu được từ công đoạn lọc dầu hoặc chế biến khí thiên nhiên. Trên thế giới có khoảng 40% LPG thu được từ quá trình lọc dầu thô.

Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là Propan (C3H8) và Butan (C4H10).

Sản lượng khí hóa lỏng trên thế giới năm 1995 là 130 triệu tấn. Người ta dự kiến trong

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

những năm đầu của thế kỷ 21, tổng sản lượng LPG trên thế giới sẽ đạt khoảng 200 triệu tấn/năm [4].

2.2.2.3.3 Tính chất của LPG và CNG.

Tính chất của LPG và CNG được trình bày trong bảng 2.

CNG

LPG

Metan

Propan

Butan

Công thức hóa học

CH4

C3H8

C4H10

Khối lượng phân tử

16

44

58

0.51

0.58

Khối lượng riêng (kg/l) Nhiệt độ sôi (0C)

-162

-43.7

-0.9

Nhiệt trị thấp (MJ/kg)

50.0

46.40

45.46

Chỉ số octan

120

97 – 112

Bảng 2: Tính chất của LPG và CNG [2].

2.3 Tình hình ô nhiễm môi trường do nhiên liệu hóa thạch.

Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không phải riêng của một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Hàng năm con người khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng thải vào môi

23

trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau, làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng (xem bảng 3).

Chất ô nhiễm

Thời kỳ tiền

Hiện nay (ppm)

công nghiệp

Tốc độ tăng (%/năm)

(ppm) 270

340

0,4

N 2O

0,28

0,3

0,25

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

CO2

CO

0,05

0,13

3

SO2

0,001

0,002

2

Bảng 3: Sự gia tăng các chất ô nhiễm trong khí quyển [8].

Hàng năm có [4]:  20 tỉ tấn CO2

 1,53 triệu tấn SiO2

 Hơn 1 triệu tấn niken  700 triệu tấn bụi

 1,5 triệu tấn asen  900 tấn coban

 600.000 tấn kẽm (Zn), hơi thuỷ ngân (Hg), hơi chì (Pb) và các chất độc hại

khác.

2.3.1 Vấn đề ô nhiễm do than đá.

Người ta tính rằng một nhà máy sản xuất điện từ than công suất 1.000 MW, mỗi năm phải thải 6 triệu tấn CO2, 44 ngàn tấn SO2, 22 ngàn tấn NOx và nửa triệu tấn thải rắn. Trong thành phần chất thải rắn, bụi, nước thải thường chứa kim loại nặng và chất phóng xạ độc hại. Việc đốt than đá đã thải ra bầu khí quyển một lượng chất phóng xạ đáng kể. Chỉ tính trong năm 2000, trên toàn thế giới đã thải ra khoảng 12.000 tấn thori và 5.000 tấn urani [9].

Khai thác than đá bằng phương pháp lộ thiên tạo nên lượng đất đá thải lớn, ô nhiễm do bụi, ô nhiễm nước, mất rừng. Khai thác than bằng phương pháp hầm lò hiện 24

nay làm mất 50% trữ lượng, gây lún đất, ô nhiễm nước, tiêu hao gỗ chống lò và gây các tai nạn hầm lò.

Chế biến và sàng tuyển than tạo ra bụi và nước thải chứa than, kim loại nặng.

2.3.2 Vấn đề ô nhiễm do dầu và khí đốt.

Khai thác trên thềm lục địa gây lún đất, ô nhiễm dầu đối với đất, không khí, nước. Khai thác trên biển gây ô nhiễm biển (50% lượng dầu ô nhiễm trên biển gây ra là do khai thác trên biển).

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Ðốt dầu khí tạo ra các chất thải khí tương tự như đốt than.

Theo các nhà nghiên cứu trên thế giới thì cứ 1 kg nhiên liệu diesel truyền thống

khi cháy sẽ thải ra 3,2 kg CO2 [12] (xem hình 3).

Hình 3: Lượng khí thải của nhiên liệu diesel sau khi đốt.

2.3.3 Hậu quả của sự ô nhiễm môi trường.

Hậu quả nghiêm trọng là gây ra hiệu ứng nhà kính (xem phụ lục 1), nhiệt độ bề mặt trái đất tăng lên đáng kể (xem biểu đồ 4), ảnh hưởng đến sức khỏe của con người, nó còn tạo ra các cơn mưa acid làm hủy diệt các cánh rừng và các cánh đồng…

25

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Biểu đồ 4: Nhiệt độ trung bình trên bề mặt Trái đất đã tăng lên trong vòng 140 năm qua [10].

Nếu như chúng ta không ngăn chặn được hiện tượng hiệu ứng nhà kính thì

trong vòng 30 năm tới mặt nước biển sẽ dâng lên từ 1,5 – 3,5 m. Có nhiều khả năng lượng CO2 sẽ tăng gấp đôi vào nửa đầu thế kỷ sau. Điều này sẽ thúc đẩy quá trình nóng lên của trái đất diễn ra nhanh chóng. Các nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái Đất sẽ tăng thêm 1,5 – 4,5°C nếu như con người không có biện pháp hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính [4].

Nhiệt độ tăng cao sẽ gây ra nhiều vụ thiên tai lũ lụt hạn hán kéo dài ở quy mô

rộng, thiếu nước sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp dẫn đến thiếu lương thực và xuất hiện các dịch bệnh mà các nước nghèo khó có khả năng phòng chống. Một số các nhà môi trường học còn cảnh báo nếu để nhiệt độ trái đất tăng thêm 2-3ºC các hệ sinh thái sẽ mất cân bằng không thể tự điều chỉnh được đó thực sự là quả “bom khí hậu”.

Cái giá chúng ta phải trả do ô nhiễm gây ra cao hơn nhiều lần cái lợi trước mắt đã đem lại. Những thành quả kinh tế đạt được trong 5, 10 năm có thể bị hủy hoại trong chốc lát do thiên tai địch họa. Vì thế bảo vệ khí hậu ngôi nhà chung của nhân loại và phát triển bền vững là trách nhiệm chung của các quốc gia không phân biệt giàu nghèo cũng như hệ thống kinh tế chính trị khác nhau.

26

2.4 Nhiên liệu Uran.

2.4.1 Ưu điểm của việc sử dụng Uran.

Uran là nhiên liệu hiệu quả hơn nhiều so với các loại nhiên liệu có nguồn gốc từ hóa thạch. Năng lượng sinh ra do sự phân hạch hạt nhân: Những hạt neutron bắn vào hạt nhân Uranium khiến cho hạt nhân Uranium vở ra thành nhiều hạt nhân nhỏ hơn và phóng thích một nguồn năng lượng cực kỳ lớn (xem hình 4). Năng lượng của một thỏi kích cỡ một đốt ngón tay của kim loại này tương đương với 481 khối khí đốt, 806 kg

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

than hoặc 564 lít dầu [3].

Nhu cầu về Uran đang vượt xa nguồn cung, bởi các mỏ Uran của toàn thế giới

chỉ đáp ứng 62% nhu cầu.

Một số trung tâm nghiên cứu khẳng định rằng Uran là nguồn năng lượng duy

nhất có thể đáp ứng nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng nhanh. Do giá dầu và các nguồn nhiên liệu hóa thạch khác tăng cao nên nhiều chính phủ đã xem xét lại vai trò chiến lược của Uran. Ngoài ra còn vì lý do an ninh năng lượng, các nước như Mỹ, Trung Quốc, châu Âu và một số khu vực khác không muốn bị lệ thuộc quá nhiều vào các nguồn cung cấp thiếu ổn định như Trung Đông. Nếu như dầu hỏa chỉ tồn trữ được vài ba tuần thì Uran có thể cất kỹ trong kho lâu dài. Trước nguy cơ cạn kiệt dầu khí, giải pháp thay thế duy nhất là Uran.

Một tấn Uran có thể sản xuất được 40 gigawatt giờ điện, tương đương với đốt

16.000 tấn than hoặc 80.000 thùng dầu. Sử dụng năng lượng hạt nhân ít làm ô nhiễm môi trường và giảm thiểu được khí nhà kính, vì theo tính toán, lượng khí nhà kính do năng lượng hạt nhân thải ra ít hơn 47 lần so với năng lượng từ khí đốt và 97 lần ít hơn so với nhà máy điện chạy than [3].

Một lò phản ứng tiêu chuẩn có công suất 1 GWh mỗi năm sử dụng hết 200 tấn Uran, trong khi khối lượng khai thác hiện thời mỗi năm trên toàn thế giới là 46.000 tấn [3]. Sự thiếu hụt vừa qua được bổ sung bằng nguồn Uran thu hồi khi hủy bỏ vũ khí hạt nhân của Nga. Tuy nhiên, nguồn này đã bắt đầu cạn kiệt.

Lợi thế của năng lượng hạt nhân còn thể hiện là năng lượng duy nhất có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao. Năng lượng thủy điện, sức gió chỉ đáp ứng được một phần nhỏ nhu cầu và luôn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Còn sử dụng năng lượng sinh học lại dẫn đến tình trạng thiếu đất cho nông nghiệp.

27

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Hình 4: Năng lượng sinh ra do sự phân hạch hạt nhân.

2.4.2 Hiểm họa từ năng lượng hạt nhân.

Trong thời gian qua, một số nước đã có những dự án nhà máy điện nguyên tử

và đang quan tâm đến nguồn năng lượng nguyên tử. Tuy nhiên, một số bài học từ các thảm họa của các nhà máy điện nguyên tử xảy ra gần đây ở Liên Xô, Mỹ, Nhật Bản…như :

 Vụ rò rỉ phóng xạ ngày 28-3-1979 ở Nhà máy The Three-Mile Island (bang

Pennsylvania, Mỹ).

 Vụ tai nạn nổ lò phản ứng hạt nhân ngày 26-4-1976 ở Nhà máy Chernobyl

(Ukraine, Liên Xô trước đây).

 Sự cố ngày 30-9-1999 làm 119 người bị nhiễm phóng xạ tại Nhà máy tái chế

nhiên liệu phóng xạ Tokaimura (tỉnh Ibakari, Nhật).  Vụ vỡ đường ống nước và hơi nóng ngày 9-8-2004 tại Nhà máy điện hạt nhân Mihama (tỉnh Fukui, Nhật) làm năm công nhân thiệt mạng. Cũng tại nhà máy này năm 2006 lại xảy ra một vụ cháy nữa.  Gần đây nhất, sau trận động đất Chuetsu 6,8 độ Richter ngày 16-7-2007, một vụ rò rỉ được đánh giá là rất nghiêm trọng đã xảy ra tại nhà máy điện hạt nhân lớn nhất thế giới Kashiwazaki Kariwa (tỉnh Niigata, Nhật). Khoảng 400 thùng chất thải hạt nhân bị đổ vỡ, một số lượng chất lỏng chứa phóng xạ chảy ra biển, buộc nhà máy phải 28

đóng cửa ngưng hoạt động ít nhất một năm để Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA)(21) kiểm tra.

Các thảm hoạ trên đã cho thấy không phải quốc gia nào cũng có đủ trình độ khoa học, kỹ thuật và nhân lực để sản xuất và sử dụng được nguồn năng lượng này.

Các nhà máy điện hạt nhân đòi hỏi chi phí rất lớn, tuyệt đối phải an toàn trong vận hành và có thể đem đến những hậu quả khủng khiếp cho loài người hàng trăm năm nếu có những sự cố, thảm họa xảy ra.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Ngoài ra, trữ lượng uranium trên trái đất cũng chỉ đủ cho con người khai thác trong vài chục năm tới mà thôi.

Năng lượng hạt nhân đang được các nước châu Á chú ý. Tuy vậy, nhiều nước

đã không phát triển thêm các nhà máy điện hạt nhân nữa, trong đó có Mỹ. Một số nước khác như Thụy Điển, Đức đã cấm hẳn việc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân.

Mặc dù nguồn năng lượng hạt nhân là lớn, tuy nhiên, đã có những lo ngại mà

nhà máy điện hạt nhân có thể gây ra thảm họa cho con người và môi trường.

Ngoài ra, nhiều vấn đề nghiêm trọng khác về chất thải hạt nhân, vấn đề thất

thoát nguyên liệu hạt nhân vào tay các phần tử khủng bố, vấn đề mâu thuẫn giữa độc quyền công nghệ hạt nhân trong tay một số nước và chủ trương phá vỡ thế độc quyền đó.

29

Chương 3 NHIÊN LIỆU SINH HỌC 3.1 Khái niệm về nhiên liệu sinh học (biofuel).

Nhiên liệu sinh học là loại chất đốt tái tạo sản xuất từ nguyên liệu động thực vật gọi là sinh khối (biomass). Gọi là “tái tạo” vì chất đốt cơ bản Carbon (C) nằm trong chu trình quang hóa (photosynthesis) ngắn hạn, đốt nhiên liệu sinh học sa thải

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

khí CO2, rồi thực vật canh tác hấp thụ lại CO2 đó, để tạo thành sinh khối chế biến nhiên liệu sinh học, trên lý thuyết coi như không làm gia tăng CO2 trong khí quyển.

Nhiên liệu sinh khối vẫn được sử dụng ở Việt Nam và các nước khác trên thế

giới từ ngàn xưa nhưng chỉ với quy mô nhỏ, mang tính chất gia đình cho các hoạt động đun nấu hoặc cũng có thể có trong sản xuất nhỏ. Việc sử dụng nhiên liệu sinh khối dạng thô trong quy mô công nghiệp là rất khó khăn và ít hiệu quả kinh tế do nhiệt trị nhiên liệu thấp (15 – 18 MJ/kg đối với củi, gỗ và 12 – 15 MJ/kg đối với rơm, trấu) [13], khối lượng riêng thấp, nguồn cung cấp thiếu tập trung dẫn đến việc vận chuyển, khai thác và công nghệ sử dụng tương đối khó khăn. Do đó cần phải qua quá trình chế biến, hay tổng hợp để được các loại nhiên liệu đặc trưng hay nhiên liệu sinh học chẳng hạn như nhiên liệu dùng cho sản xuất điện và khí đốt chủ yếu là biogas, còn nhiên liệu sinh học cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); các loại dầu sinh học để sản xuất Biodiesel (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật).

3.2 Những lợi ích của việc phát triển nhiên liệu sinh học.

Nhiên liệu sinh học được biết đến với rất nhiều lợi thế: 3.2.1 Sử dụng NLSH(6) sẽ giảm thiểu ô nhiễm và khí nhà kính.

Là một trong những biện pháp kìm hãm hiện tượng nóng lên toàn cầu. Khi thực vật sinh trưởng, chúng hấp thụ CO2 trong môi trường và dự trữ nó thông qua quá trình quang hợp. Một lượng CO2 tương đương được giải phóng khi thực vật bị phân hủy tự nhiên hoặc đốt cháy. Điều đó có nghĩa là biomass không đóng góp vào quá trình phát thải khí nhà kính.

30

Trong công nghệ biomass, quá trình tinh chế biogas cũng thay đổi, khử mùi hôi, loại những độc tố có hại cho con người và cho vật liệu. Phân sau khi bị phân hủy thành biogas sẽ trở nên ít mùi, ít độc hại và có thể vận chuyển đi xa. Hơn nữa, khả năng tái tạo của biomass được đánh giá cao, có thể phân hủy theo một quy trình khép kín: biomass sau khi sử dụng sẽ thải khí CO2, cây trồng hút khí CO2 cùng với năng lượng

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

mặt trời lại phát triển, sinh ra biomass…(xem hình 5).

Hình 5: Chu trình khép kín của biomass.

Ở phạm vi toàn cầu, khí thải ôtô chiếm gần 20% tổng khí thải gây hiệu ứng nhà

kính phát tán ra từ các quá trình liên quan tới năng lượng. Cả bioethanol và biodiesel đều bảo đảm giảm đáng kể phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Kết quả các công trình nghiên cứu cho thấy bioethanol sản xuất từ ngũ cốc giảm được 40% so với xăng, và giảm tới 100% đối với bioethanol sản xuất từ xenlulozơ và từ mía; biodiesel giảm tới 70% so với dầu diesel. Hàm lượng khí COx(5) thải ra giảm đi đáng kể, giảm hàm lượng hydrocacbon không cháy và những thành phần khí thải khác (xem Bảng 4). Do nhiên liệu sinh học chứa một lượng cực nhỏ lưu huỳnh, chứa 11% oxy, nên cháy sạch hơn [14]. Nhiên liệu sinh học phân huỷ sinh học nhanh, ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất.

31

Khí thải

Đơn vị

Diesel truyền

Biodiesel

Biodiesel

từ dầu đậu từ dầu thải

thống

nành

g/kg

0,944

1,156

1,156

CO

g/kg

0,230

0,136

0,156

Hydrocacbon

g/kg

0,0835

0,0040

0,0038

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

NOx

Bảng 4: Lượng khí thải do đốt cháy biodiesel so với nhiên liệu diesel truyền thống [15].

Nhiên liệu sinh học có thể đem lại một số lợi ích về chất lượng không khí khi

phối trộn chúng với nhiên liệu dầu mỏ. Khi phối trộn với bioethanol sẽ giảm phát thải cacbon oxit (CO), lưu huỳnh đioxit (SO2) và các chất thải dạng hạt. Phối trộn với biodiesel sẽ làm giảm phát thải hyđrocacbon. Nói chung nhiên liệu sinh học ít độc hại hơn so với nhiên liệu dầu mỏ truyền thống.

3.2.2 Kỹ thuật và kinh tế năng lượng.

Không đòi hỏi phải có những thiết bị và công nghệ đắt tiền. Sản xuất và sử

dụng NLSH đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu hyđro/pin nhiên liệu, LPG. Khi sử dụng (E20)(7) (B20)(8)không cần cải biến động cơ, sử dụng được cho các loại ôtô hiện có. Cũng không cần thay đổi hệ thống tồn chứa và phân phối hiện có. Công nghệ sản xuất NLSH không phức tạp, có thể sản xuất ở quy mô nhỏ (hộ gia đình) đến quy mô lớn.

3.2.3 Cải thiện hiệu suất ô tô.

Nhiên liệu sinh học cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ ôtô. Biodiesel có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của dầu diesel truyền thống thậm chí khi chỉ phối trộn với một lượng nhỏ. Bioethanol có trị số Octane cao và có thể dùng để nâng trị số Octane của xăng. Ở Châu Âu, bioethanol thường được chuyển hoá thành (ETBE)(9)trước khi phối trộn với xăng. ETBE bảo đảm trị số octane và kết hợp oxy cao với độ bay hơi thấp hơn ethanol.

32

3.2.4 Kinh tế nông nghiệp.

Nhiên liệu sinh học có thể kích thích sản xuất nông nghiệp trong nước và mở rộng thị trường cho sản phẩm nông nghiệp trong nước. Việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ một số cây trồng như ngô và lúa mì (cho ethanol) và đậu tương và cải dầu (cho biodiesel) mở ra cơ hội thị trường sản phẩm mới cho nông dân với tiềm năng tăng thu nhập hoặc tăng năng lực sản xuất của đất canh tác hiện có, tạo thêm công ăn việc làm cho người dân.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Việc sản xuất ethanol nhiên liệu đủ để thay thế 5% xăng có thể cần khoảng 30% sản lượng ngô ở Mỹ và 10% sản lượng lúa mì và củ cải đường ở EU. Giá sản phẩm nông nghiệp tăng khi có các thị trường mới được tạo ra cho chúng (do nhu cầu tăng trong khi nguồn cung không đổi, ít nhất là trong thời gian đầu). Điều này bảo đảm lợi ích quan trọng cho kinh tế nông thôn, là ưu tiên đối với nhiều chính phủ.

3.2.5 Giảm phế thải.

Sản xuất nhiên liệu sinh học có thể giúp giảm một số chất phế thải hữu cơ thông

qua việc tái chế bao gồm phế thải cây trồng nông nghiệp, phế thải lâm nghiệp, rác thành phố, dầu và mỡ phế thải, là những thứ có thể chuyển hoá thành nhiên liệu sinh học.

Nhiều sản phẩm phế thải trên thế giới về bản chất là xenlulozơ (ví dụ: gỗ, giấy và giấy bìa).

3.2.6 Chủ động nguồn nguyên liệu trong nước.

Giúp các quốc gia chủ động, không bị lệ thuộc vào vấn đề nhập khẩu nhiên liệu,

đặc biệt đối với những quốc gia không có nguồn dầu mỏ và than đá. Kiềm chế sự gia tăng giá xăng dầu, ổn định tình hình năng lượng cho thế giới. Hiện tại, giá NLSH còn cao do sản xuất nhỏ, giá nguyên liệu cao. Khi sản xuất quy mô lớn với công nghệ mới sẽ giảm giá thành. Nếu xăng dầu không bù giá thì NLSH có giá thành thấp hơn. Có thể khẳng định, NLSH sẽ đem đến đa lợi ích.

Braxin là một trong những quốc gia đi đầu trong phong trào phát triển NLSH của thế giới. Từ một nước phải nhập khẩu dầu mỏ hàng năm, đến nay Braxin đã hoàn toàn tự chủ về nhiên liệu, đồng thời chứng tỏ được ưu thế tuyệt đối của NLSH đối với các nguồn nhiên liệu được khai thác từ lòng đất.

Nhận thức được tầm quan trọng và lợi ích từ NLSH, Mỹ, cộng đồng Châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới cũng theo gương Braxin, gấp rút phát triển nền công 33

nghiệp còn nhiều tiềm năng này. Nhưng những bài học từ Braxin cũng cho thấy mọi thứ đều có cái giá của nó.

3.3 Các mặt hạn chế của nhiên liệu sinh học.

Bên cạnh lợi ích của phát triển nhiên liệu sinh học, còn có không ít nguy cơ về môi trường, kinh tế và xã hội. Đây là hai mặt của một quá trình phát triển. Vấn đề là thúc đẩy lợi ích của NLSH và hạn chế những nguy cơ.

Bên cạnh các ưu điểm đã biết, công cuộc phát triển nhiên liệu sinh học cũng

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

chứa đựng không ít nguy cơ về môi trường, kinh tế và xã hội. Nếu không được quản lý và kiểm soát tốt, các tác dụng xấu sẽ xảy ra, thậm chí có thể lớn tới mức nhấn chìm cả những mặt tích cực do NLSH mang lại. Nguy cơ sẽ càng rõ hơn theo quy mô ngày càng tăng của nền công nghiệp NLSH.

Braxin tiến tới sẽ có lượng NLSH dồi dào xuất khẩu sang Mỹ và nhiều nước

khác trên thế giới. Để đạt mục tiêu, quốc gia này sẽ phải mở rộng diện tích trồng mía đường từ 13, 6 triệu arce (1 arce~0,4 ha) như hiện nay lên 20,5 triệu arce vào năm 2012-2013, lớn hơn cả diện tích của Maine, một bang lớn thuộc nước Mỹ.

Trong năm 2006, chỉ riêng Braxin đã chiếm tới 65% lượng ethanol xuất khẩu

toàn thế giới, đạt khoảng 898 triệu gallon (1 gallon ~ 3,7854 lít), tăng 31% so với năm 2005. Cứ đà này, đến năm 2013 lượng ethanol xuất khẩu của Braxin sẽ tăng gấp đôi hiện nay. Sự phát triển quá nhanh sẽ tạo nhiều áp lực đối với nguồn tài nguyên đất, đặc biệt là diện tích đất trồng trọt, chăn nuôi truyền thống và đất rừng của Braxin, thậm chí đe doạ cả vùng lưu vực sông Amazon vốn được biết đến như một trong những khu sinh thái giàu có nhất thế giới cần được bảo tồn.

Nhưng đó chưa phải là tất cả, những nguy cơ chính trong quá trình phát triển nhiên liệu sinh học cần phải kể đến là: 3.3.1 Vấn đề lương thực.

Việc sử dụng đất để trồng cây nguyên liệu sản xuất NLSH có thể ảnh hưởng đến nguồn cung cấp lương thực hoặc làm tăng giá lương thực, đặc biệt đối với các nước đang phát triển. Khi người nông dân thấy trồng cây nguyên liệu (như mía đường, cọ...) có lợi hơn trồng lúa, ngô, khoai, sắn, họ sẽ thôi cấy lúa, chuyển sang trồng mía, cọ để cung cấp cho các nhà máy và làm cho sản lượng lương thực giảm.

34

Xét từ quan điểm an ninh lương thực, thì những người nói không với NLSH cho đến nay đã chiếm đa số. Ngô - nguồn ethanol chủ yếu của Mỹ, là một nguồn năng lượng không phải là phong phú, và thật không thể hiểu nổi vì sao ở trong một thế giới vẫn còn gần nửa tỷ người đói mà người ta lại nỡ đem đi một khối lượng ngô to lớn như vậy để sản xuất nhiên liệu, 4,86 tỷ thùng ethanol sản xuất từ ngô ở Mỹ năm 2006 hiện đã có ảnh hưởng trông thấy đến giá cả lương thực mà hiện đang ở mức cao của thế giới.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

3.3.2 Ô nhiễm và cạn kiệt nguồn tài nguyên nước.

Nhiều loại cây nguyên liệu đòi hỏi rất nhiều nước trong quá trình sinh trưởng,

vì vậy nếu trồng với số lượng quá lớn, diện tích quá rộng sẽ làm cạn kiệt các nguồn nước trong khu vực. Ngoài ra, việc sử dụng tràn lan vinhoto, một chất được dùng để bón và tưới khi trồng mía đường cũng có thể gây ô nhiễm sông ngòi, kênh rạch và làm cho các loài thủy sinh không thể tồn tại.

Năm 2003, người ta đã ghi nhận được một trường hợp bội nhiễm vinhoto xảy ra

tại Sao Paolo khiến cá chết hàng loạt trên suốt 95 dặm sông Rio Grande của Braxin.

3.3.3 Giảm diện tích rừng.

Để có đất trồng cây nguyên liệu, người ta có thể tiếp tục phá rừng. Điều này đi

ngược lại với mục tiêu cắt giảm khí thải nhà kính mà những nhà phát triển nhiên liệu sinh học vẫn mong muốn. Giảm diện tích rừng cũng đồng nghĩa với tai hoạ từ sự xói mòn đất, giảm lượng gỗ dùng cho xây dựng và các nhu cầu khác của người dân.

Tại tỉnh Pernambuco, nơi trồng nhiều mía đường nhất của Braxin, hiện diện tích

rừng chỉ còn lại 2,5% so với ban đầu. Đây là kết quả từ chính sách phát triển trồng cây mía đường trong nhiều năm qua của Braxin, cả trước và sau khi đặt mục tiêu sản xuất nhiên liệu sinh học.

Một số nhà nghiên cứu lo ngại rằng, để đạt được tham vọng thoả mãn nhu cầu NLSH của thế giới, Braxin có thể phải trả giá bằng 148 triệu acre rừng tiếp tục bị chặt phá.

3.3.4 Nguy cơ từ sự độc canh.

Trồng duy nhất một loại cây trong một thời gian dài trên cùng diện tích đất sẽ làm đất đai trở nên cằn cỗi và không thể tiếp tục canh tác được.

35

Để tránh ảnh hưởng xấu từ sự độc canh, chính quyền Sao Paolo đã phải thông qua một đạo luật về chính sách xoay vòng cây trồng, theo đó yêu cầu 20% diện tích trồng mía đường hàng năm phải được trồng thay thế bằng một loại cây khác, trước khi tiếp tục trở lại trồng cây mía đường.

3.3.5 Nguy cơ từ sự biến đổi gen cây nguyên liệu.

Nhằm tăng năng suất, ngày nay các cây công nghiệp đều được biến đổi gen.

Nguy cơ từ thực vật biến đổi gen đã được nhiều nhà khoa học nhắc tới. Trong đó có sự

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

mất cân bằng sinh thái, hoặc kéo theo sự biến đổi gen tự nhiên ở những loài động thực vật sinh sống trong môi trường xung quanh, trong đó có cả các sinh vật gây hại, làm cho các sinh vật này có khả năng tồn tại mạnh mẽ hơn, khó diệt trừ hơn và phá hoại các cây trồng nông nghiệp vô tội khác.

3.3.6 Nguy cơ do khai thác nhiên liệu sinh học từ rác thải nông nghiệp và một số loài thực vật khác.

Ngoài mía đường, đậu tương, cọ... NLSH còn có thể được sản xuất từ rác thải

nông nghiệp khác và cỏ. Tuy nhiên, rác thải nông nghiệp và cỏ cũng có vai trò riêng đối với môi trường, không thể khai thác một cách không tính toán.

Rác thải nông nghiệp, từ lâu vẫn được dùng như một biện pháp tái tạo độ phì

nhiêu, giúp duy trì khả năng sản xuất của đất đai. Tận thu rác thải nông nghiệp mà không có biện pháp đền bù thì đất đai sẽ trở nên cằn cỗi, không thể cho sản phẩm.

Một số loài cỏ có tác dụng trong việc giữ nước, chống xói mòn và lũ, cũng

không thể khai thác một chiều.

3.3.7 Nguy cơ về kinh tế, xã hội.

Nền công nghiệp NLSH không thể chỉ dừng lại ở mức sản xuất nhỏ lẻ, mà không ngừng phát triển. Những đồn điền lớn, những cánh đồng mía rộng thẳng cánh cò bay ngày càng xuất hiện nhiều tại Braxin, nhưng ẩn đằng sau cảnh hoành tráng đó là nhiều vấn đề về kinh tế, xã hội cần được giải quyết.

Những người nghèo, không có khả năng tự chủ canh tác phải bán ruộng. Đất đai tập trung vào một số điền chủ lớn. Như vậy, một lớp người sẽ tước mất phương tiện sản xuất, rơi vào tình trạng thất nghiệp, nghèo đói, làm bất ổn đời sống xã hội. Kéo theo đó là tình trạng phân hoá giàu nghèo ngày càng rõ rệt.

36

Nhận thức được nguy cơ, gần đây Braxin đã đưa ra một chương trình gọi là "nhiên liệu sinh học xã hội hoá", tạo điều kiện cho việc canh tác nhỏ lẻ với mục đích xóa đói, giảm nghèo cho nhiều người nông dân.

3.3.8 Ảnh hưởng tới thị trường và giá cả.

Trong khi ảnh hưởng của việc tăng sản xuất NLSH thu nhập của nông dân dự tính chủ yếu là tích cực thì ảnh hưởng thực tới tất cả các nhóm cư dân còn kém rõ ràng.

Ví dụ, việc đa dạng cây trồng để sản xuất NLSH chắc sẽ làm tăng giá những cây trồng

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

khác (và sản phẩm của chúng) do giảm nguồn sẵn có. Tuy nhiên, do hiện có trợ giá cho sản xuất nông nghiệp ở nhiều nước nên rất khó đánh giá ảnh hưởng của việc tăng cường sản xuất NLSH.

3.3.9 Và nhiều nguy cơ khác.

Còn có nhiều khó khăn khác ảnh hưởng đến quá trình phát triển NLSH của mỗi

quốc gia. Ngay như việc các nước phát triển gần đây đã dựng nên một hàng rào thuế quan về việc nhập khẩu NLSH, nhằm hạn chế các nước nghèo phát triển loại năng lượng này cũng có thể coi là một khó khăn cần được lường trước.

Tóm lại, ngoài những vấn đề chính, khó có thể kể hết những nguy cơ trong quá

trình phát triển NLSH. Nhưng vượt lên trên hết, rõ ràng NLSH vẫn mang những lợi ích khổng lồ, không thể tranh cãi nhằm đảm bảo an ninh năng lượng của mỗi quốc gia, xóa đói, giảm nghèo cho người dân và góp phần chung vào công cuộc giữ gìn, bảo vệ môi trường chung trên thế giới.

Vì vậy mặc dù vẫn còn nhiều tranh cãi về NLSH giữa các nhà kinh tế, hoạch

định chính sách, khoa học, bảo vệ môi trường xung quanh vấn đề giải pháp phòng ngừa, hạn chế, khắc phục nguy cơ, nhưng tất cả đều đồng ý kết luận: phát triển NLSH là tất yếu, nhưng cần nhận thức rõ được cả hai mặt của quá trình này và tiến hành hết sức cẩn trọng, nếu không những lợi ích hứa hẹn gặt hái từ NLSH sẽ không còn.

3.4 Hướng giải quyết.

Kết hợp các kỹ thuật nhân giống hiện đại và kỹ thuật chuyển gien để cải thiện tính hiệu quả trong quang tổng hợp, thành phần hoá học của cây trồng, có tính kháng sâu bệnh và dịch bệnh cũng như giảm được các nguyên liệu đầu vào trong nông nghiệp.

37

Đưa vào các phế thải nông nghiệp chi phí thấp, các cây trồng có thời gian tăng trưởng nhanh và các cây năng lượng lâu năm.

Cần có sự hỗ trợ của các cơ quan chức năng cũng như một chiến lược quy hoạch năng lượng tầm cỡ quốc gia. Hiện nay ở các nước phát triển những chính sách năng lượng của họ hỗ trợ rất nhiều cho việc ứng dụng những công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo bằng chính sách đánh thuế môi trường, những dự án hỗ trợ nghiên cứu thử nghiệm của chính phủ... giúp cho việc ứng dụng NLSH phần nào có khả năng cạnh

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

tranh với nhiên liệu hóa thạch truyền thống.

3.5 Triển vọng sản xuất nhiên liệu sinh học thế giới tới năm 2020.

Theo xu hướng hiện tại, tốc độ tăng trưởng sản lượng bioethanol hàng năm

trong tương lai sẽ đạt khoảng 7% ở Châu Âu, 2,5% ở Bắc Mỹ và Braxin và 2,3% cho toàn thế giới. Như vậy, sản lượng bioethanol thế giới sẽ tăng từ 30 tỉ lít năm 2003 lên 40 tỉ lít vào năm 2020. Tuy nhiên, với những khởi xướng và thay đổi chính sách gần đây trong xu hướng phát triển, có thể sẽ xuất hiện một bức tranh khác hẳn: sản lượng thế giới sẽ tăng gấp bốn lần, đạt trên 120 tỉ lít vào năm 2020 (xem biểu đồ 5). Nếu qui đổi đương lượng năng lượng ra xăng sẽ tương đương 80 tỉ lít xăng, chiếm khoảng 6% mức sử dụng xăng cho động cơ vào năm 2020, hoặc khoảng 3% tổng mức sử dụng năng lượng trong giao thông đường bộ [16].

Biểu đồ 5: Dự kiến sản lượng bioethanol đến năm 2020 [16].

Dự kiến tương tự cũng sẽ xảy ra đối với biodiesel (xem biểu đồ 6)

38

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Biều đồ 6: Dự kiến sản lượng biodiesel đến năm 2020 [16].

3.6 Các loại nhiên liệu sinh học.

3.6.1 Khí sinh học (biogas).

3.6.1.1 Giới thiệu về biogas.

Không trực tiếp bắt nguồn từ dầu mỏ như gas, nhưng xét trên phương diện cổ

sinh học, biogas có “họ hàng” với dầu mỏ và có lịch sử không thua kém. Biogas là hỗn hợp khí gồm metan và carbon oxit sinh ra từ quá trình hoạt động phân huỷ hợp chất hữu cơ của các sinh vật yếm khí (không có oxy). Cả dầu mỏ và biogas đều sinh ra do tác động của vi sinh vật, nhưng biogas lại được sản xuất hết sức nhanh chóng, chỉ vỏn vẹn hai tuần so với hàng triệu năm của dầu mỏ và khí tự nhiên.

3.6.1.2 Tình hình sử dụng biogas trên thế giới.

Được biết đến ở Trung Quốc ngay từ đầu Công nguyên, năm 1884, nhà bác học

Pháp Louis Pasteurs tiên đoán: “Biogas sẽ là nguồn nhiên liệu thay thế cho than đá trong tương lai”. Nhưng phải tới khi khoa học kỹ thuật phát triển như ngày nay, biogas mới bắt đầu được chú ý. Nguyên nhân quan trọng thu hút sự quan tâm của giới nghiên cứu tới biogas là cách thức và nguyên liệu để sản xuất ra nó. Dựa trên phương pháp “đánh giá theo chu trình sống” LCA (Life cycle Assessment), các nhà môi trường học kết luận, quá trình sản xuất biogas giảm tới 40% khí thải cacbonic do được sản xuất thông qua quá trình phân hủy các chất thải hữu cơ của ngành nông nghiệp, lâm nghiệp và các hoạt động sinh hoạt của con người…

Tuy giá thành biogas dùng làm nhiên liệu cho giao thông vẫn cao hơn so với các loại nhiên liệu chế biến từ dầu mỏ, nhưng với đà dầu thô tăng giá như hiện nay, 39

khoảng cách đó sẽ dần bị thu hẹp trong tương lai. Để chuẩn bị đối mặt với những khó khăn đến từ nguồn dầu mỏ, Thụy Điển đã triển khai một dự án mang tên Biogas City.

Những phương tiện công cộng như xe buýt, taxi hoạt động trong thành phố sẽ sớm sử dụng hoàn toàn biogas từ năm 2008. Thuận lợi lớn cho dự án là tính chất hoá lý của biogas tương tự như khí tự nhiên, do vậy nó thừa hưởng hệ thống cung cấp khí nén thiên nhiên CNG đang được dùng cho hơn 4 triệu xe trên toàn thế giới. Biogas City dự tính sẽ xây dựng hệ thống cung cấp với mật độ cứ 10 trạm bơm nhiên liệu thông

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

thường sẽ có một trạm biogas. Chính phủ Thụy Điển chịu trách nhiệm đảm bảo giá biogas rẻ hơn 30% so với xăng thông qua chính sách thuế. Ở Viêt Nam tại thành phố Đà Nẵng cũng đã chính thức cho xe buýt, taxi chạy bằng biogas.

Biogas nén ở áp suất 200-250 atm được bơm vào bình nhiên liệu thông qua các

ống dẫn có độ an toàn tối đa. Tính chất cháy của biogas tương tự như khí hoá lỏng hay khí nén. Vì vậy, các nhà thiết kế động cơ lắp đặt song song bình khí nén với bình biogas để lái xe có thể lựa chọn loại nhiên liệu phù hợp nhất cho mình. Cho dù kết cấu động cơ, hệ thống nạp, hệ thống bôi trơn của xe chạy biogas hoàn toàn khác so với động cơ xăng nhưng một số hãng danh tiếng đang sản xuất những chiếc xe có khả năng vận hành cả với biogas và xăng thông thường.

Cho đến nay, người ta có xu hướng sử dụng biogas để sản xuất điện phục vụ

cho gia đình, cụ thể là vào việc cấp nước, thắp sáng, tiết kiệm được một số tiền đáng kể mà trước kia phải chi trả cho việc sử dụng điện với giá rất cao và sử dụng hiệu quả hơn nguồn Biogas hiện có (xem bảng 6). Ngoài ra cũng giải quyết đồng thời vấn đề môi trường cho trang trại như diệt các loại côn trùng, Đây cũng là một cách tiết kiệm chi phí cho khâu đầu tư đối với các sản phẩm nông nghiệp.

40

3.6.1.3 Ưu và nhược điểm của động cơ sử dụng khí biogas. Ưu điểm của hệ thống cung cấp nhiên liệu gas dạng khí là sự đồng nhất hoàn hảo của hỗn hợp gas – không khí, tránh hiện tượng làm ướt thành ống nạp, hiện tượng này rất nhạy cảm khi động cơ khởi động và khi động cơ làm việc ở chế độ chuyển tiếp. Điều này cho phép làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm từ 30 đến 80% so với động cơ nguyên thủy.

Nhược điểm của hệ thống cung cấp nhiên liệu gas dạng khí là do có quá

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

trình điều khiển dài và cung cấp gas liên tục, hạn chế khả năng khống chế tỷ lệ nhiên liệu với không khí đặc biệt là giai đoạn quá độ của động cơ, công suất của động cơ có thể giảm từ 10 đến 20% so với động cơ cùng cỡ chạy bằng nhiên liệu lỏng do tổn thất lượng không khí nạp do khí gas chiếm chỗ.

3.6.2 Ethanol.

3.6.2.1 Khái niệm.

Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lên men và

chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn như ngô, lúa mạch, lúa mì, củ cải đường, củ sắn... Ethanol còn được sản xuất từ các loại cây, cỏ có chứa cellulose. Ethanol là một trong những nhiên liệu “sạch” (so sánh với dầu hỏa, ít làm ô nhiễm môi trường hơn) đang được chính phủ nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm đến.

Nhiên liệu này có thể làm giảm lượng khí phát thải của xăng và là chất phụ gia

để tăng trị số octan, loại trị số đo khả năng kích nổ (xem bảng 5). Theo các nhà khoa học, về mặt nhiệt lượng thì 1,5 lít ethanol có thể thay cho 1 lít xăng. Nếu pha ethanol vào xăng, tùy theo độ tinh khiết của chúng có thể giảm lượng xăng khoảng 10 - 15% mà công suất, hiệu suất và độ mài mòn động cơ hầu như không đổi.

41

Công

Khối lượng

Khối

Nhiệt

thức

phân tử

lượng

trị thấp

riêng

(kJ/kg)

phân tử

Chỉ số Octan

R

M

108,6

89,7

(kg/l) C2H5OH

46

0,785

26900

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Bảng 5:Tính chất của ethanol [2].

3.6.2.2 Những lợi ích và bất lợi của việc sử dụng Ethanol sinh học.

3.6.2.2.1 Lợi ích của Ethanol sinh học.

Do có nguồn gốc từ cây trồng nên ethanol mang lại rất nhiều lợi ích: an toàn

năng lượng, giá nhiên liệu thấp (ở Braxin chỉ khoảng 25 USD/thùng với dung tích bằng một thùng xăng), giảm khí CO2, tái sinh nền nông nghiệp, tạo thêm nhiều việc làm cho nông dân và bảo vệ lớp đất bề mặt.

3.6.2.2.2 Bất lợi của Ethanol sinh học.

Nhà khoa học được giải thưởng Nobel là Paul Crutzen cho biết lượng khí N2O

thải từ đốt xăng sinh học chế từ dầu cải, dầu dừa và bắp góp phần vào gia tăng nhiệt độ toàn cầu còn mãnh liệt hơn đốt nhiên liệu cổ sinh, bởi vì xăng sinh học thật sự thải vào không khí nhiều khí nhà kính hơn xăng cổ sinh. Nếu chỉ tính từ việc đốt xăng thì xăng sinh học quả thật cho ít khí nhà kính, nhưng nếu tính từ lúc sửa soạn đất đai, canh tác, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, thu hoạch, chế biến, v.v. để thành xăng sinh học, tất cả các khâu này đều cần rất nhiều năng lượng lấy từ nhiên liệu cổ sinh, thì sử dụng xăng sinh học, vừa đắt tiền hơn, vừa sa thải nhiều khí nhà kính hơn xăng cổ sinh. Năng lượng dùng canh tác phải tính từ lúc cày xới, máy gieo hạt, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, máy thâu hoạch, phơi sấy khô, lên men, chưng cất v.v. Tổng số năng lượng này cao hơn năng lượng sinh ra từ xăng sinh học Chẳng hạn, để sản xuất ethanol từ bắp ở Hoa Kỳ, người ta tính rằng cần tới 35 % năng lượng nhiều hơn (kể từ khi gieo đến khi thành ethanol) số năng lượng mà ethanol cho ra khi đốt. Trung bình, để sản xuất được 1 lít ethanol 95% từ bắp thì cần 1.1 lít xăng cổ sinh để canh tác và biến chế.

Tuy nhiên, số năng lượng để sản xuất ethanol từ bắp này, thay vì lấy từ nhiên liệu cổ sinh, nay có thể lấy từ nguồn năng lượng tái tạo khác như mặt trời, gió, hay sinh khối, 42

v.v.. Đại học Princeton (Hoa Kỳ) cũng cho biết thay vì tiết kiệm 20% khí CO2 thải vào khí quyển, canh tác bắp và phương pháp biến chế xăng-ethanol hiện nay thật sự làm gia tăng gấp đôi khí nhà kính sa thải [19].

Xăng sinh học cạnh tranh với nông phẩm của người và gia súc, làm giá nông phẩm gia tăng trên thị trường thế giới hiện nay (khoảng 50% so với 3 năm trước đây), làm ảnh hưởng đến chăn nuôi gia súc và tôm cá, làm cạn kiệt kho thực phẩm an toàn của thế giới. Để có lợi nhuận nhiều, nông dân ở Hoa Kỳ và Âu châu chuyển hướng

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

giảm diện tích lúa mạch (barley, làm rượu bia, không lợi để làm ethanol), đồng cỏ để trồng bắp, lúa mì, củ cải đường.

Ngoài ra, vì để sản xuất xăng sinh học các quốc gia giàu đã giảm viện trợ nông

phẩm thặng dư cho các nước nghèo đói. Chẳng hạn, trung bình hàng năm Anh quốc sản xuất thặng dư 3.5 triệu tấn lúa mì, số lượng này đủ tạo xăng-ethanol cung ứng 3.5% xăng tiêu thụ ở Anh quốc. Thay vì số lúa mì này bán cho chính phủ trong chương trình viện trợ dân nghèo ở Phi Châu như trước kia, nông dân bán cho các công ty sản xuất xăng-ethanol. Chương trình viện trợ nông phẩm thặng dư của Hoa Kỳ PL 480 (Thực phẩm cho Hoà bình, Food for Peace) cho các quốc gia nghèo cũng bị ảnh hưởng tương tự.

Gia tăng phá rừng. Hiện nay, khoảng 12 triệu ha – tức khoảng 1% diện tích

canh tác toàn thế giới được dùng sản xuất xăng sinh học. Khi phá rừng, cày xới đất, chất hữu cơ trong đất bị thiêu huỷ và lượng CO2 sa thải vào khí quyển rất lớn. Nghiên cứu của Đại Học Minnesota (Hoa Kỳ) cho biết phá rừng nhiệt đới (như Brazil, Malaysia, Indonesia hiện nay), biến cải đất than bùn và đồng cỏ (như Hoa Kỳ và Âu Châu hiện nay) để canh tác cho mục tiêu xăng sinh học sẽ là một tai hoạ cho thế giới, vì sẽ sa thải CO2 vào khí quyển từ 17 đến 420 lần nhiều hơn số lượng của số xăng cổ sinh tương đương sa thải. Các nghiên cứu gần đây cho biết cứ mỗi ha rừng nhiệt đới bị phá huỷ để trồng dầu dừa hay bắp hay đậu nành, khoảng 700 tấn CO2 phóng thích vào không khí, và lượng CO2 tiết kiệm được từ sử dụng xăng sinh học chỉ là một phần nhỏ, phải mất 300 đến 400 năm mới hoàn vốn lượng CO2 này [20].

Thế giới sẽ không còn đất để sản xuất nông phẩm. Vì vậy, sản xuất xăng sinh học từ sản phẩm lương thực của con người và gia súc, chuyển hướng lấy đất màu mỡ 43

vốn trồng cây lương thực, việc phá rừng, phá đồng cỏ, cải tạo đất than bùn để canh tác sản xuất nguyên liệu biến chế xăng sinh học, dùng nhiên liệu cổ sinh để canh tác và biến chế xăng sinh học sẽ là tai hoạ cho nhân loại chứ không phải là vị cứu tinh để thoát khỏi ám ảnh hâm nóng toàn cầu. Xăng sinh học thật sự là vị cứu tinh nếu được biến chế từ các phế thải rác rến thành phố, dư thừa thực vật (rơm, rạ,..), phó sản của nhà máy (mạt cưa, trấu, bã mía, ..), từ thực vật hoang dại, hay thực vật được canh tác trên vùng đất biên tế không thích ứng cho cây lương thực. Năng lượng để sản xuất và

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

biến chế xăng sinh học cũng phải “xanh”.

3.6.2.3 Tình hình sản xuất Ethanol nhiên liệu toàn cầu.

Trên thế giới, việc nghiên cứu sử dụng ethanol để thay thế chất phụ gia

MTBE(10) trong xăng dầu đã được tiến hành trong nhiều năm qua. Ở Mỹ, Chính phủ nước này công bố cấm sử dụng MTBE vào đầu năm 2003, vì MTBE bị báo động là hợp chất có khả năng gây bệnh cho người, đặc biệt là ung thư. Mặc dù chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu về tác động của MTBE lên sức khoẻ con người, nhưng kết quả nghiên cứu trên chuột cho thấy, nếu hít thở thường xuyên sẽ dẫn đến ung thư thận, tinh hoàn và bệnh bạch cầu. Ngoài khả năng lan tỏa trong môi trường, MTBE còn thấm vào đất đi vào mạch nước ngầm...Bên cạnh đó, MTBE là một chất không phân hủy sinh học và có khả năng lắng đọng, do đó gây ra ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm môi trường không khí.

Ethanol nhiên liệu là cồn tuyệt đối (hay còn gọi là cồn khan, có độ cồn 99,7 -

100%), được sản xuất từ cồn công nghiệp (có hàm lượng etanol 92 - 96%).

Chương trình ethanol nhiên liệu được nhiều nước quan tâm, đầu tư xây dựng

chiến lược để phát triển các nhà máy sản xuất ethanol từ các loại ngũ cốc như: ngô, sắn, mía đường, v.v... để đáp ứng nhu cầu cung cấp nhiên liệu tái tạo trong tương lai. Đây là chương trình phát triển nông nghiệp nông thôn, nhằm khai thác tiềm năng sẵn có về lao động, đất đai, nguồn nông sản ở mỗi quốc gia.

Braxin đang là nước đi tiên phong, sản xuất được 14 tỉ lít cồn từ cây mía (tương đương hai mươi vạn thùng). Luật pháp của Braxin qui định tất cả các loại phương tiện giao thông phải sử dụng xăng pha với 22% cồn ethanol, trong khi đó cũng có 20% các các loại xe cộ chỉ hoạt động bằng cồn ethanol [21].

44

Chương trình này của chính phủ Braxin đã tạo ra gần 1 triệu chỗ làm, và tiết kiệm được 60 tỉ đô la tiền nhập khẩu dầu trong 3 thập niên vừa qua. Số tiền này lớn gấp 10 lần tổng số tiền đầu tư vào chương trình này, và gấp hơn 50 lần số tiền trợ cấp ban đầu.

Các chính sách quan trọng của chính phủ Braxin để thúc đẩy sự bùng nổ của nguồn nhiên liệu mới này bao gồm: việc tiêu thụ được đảm bảo bởi công ty dầu khí quốc doanh Petrobras; cho các hãng sản xuất ethanol vay với lãi suất thấp; giữ giá

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

ethanol ổn định, bằng 59% giá xăng do nhà nước qui định. Có gần 25% lượng xăng đã được thay thế bằng cồn ethanol, số cồn được sản xuất trên 5% diện tích đất nông nghiệp.

Ngoài ra, với mục tiêu giảm bớt nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu phụ thuộc vào dầu

mỏ và giữ sạch môi trường, chính vì thế mà Chính phủ Braxin đã khai trương thêm nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học từ hoa hướng dương và đậu tương. Hiện nay, Braxin có 2/3 phương tiện giao thông chạy bằng xăng pha cồn trong đó có loại xăng E85 (xăng pha với tỷ lệ 85% cồn khan). Braxin đã trở thành cường quốc thế giới về sản lượng ethanol, hiện ở mức 0,9-1 triệu lít mỗi ngày.

Trong khi đó, Côlômbia cũng đã phát triển công nghệ tiên tiến nhất để sản xuất

nguồn nhiên liệu sinh học này từ mía đường. Ethanol hiện chiếm 10% nguồn nhiên liệu sử dụng hàng ngày ở Côlômbia và sẽ tăng lên 20% trong vòng 5 năm tới. Để đáp ứng nhu cầu năng lượng trong nước và xuất khẩu, các nhà máy đường của Côlômbia sẽ tăng khả năng sản xuất ethanol tới 1,5 triệu lít mỗi ngày trong tương lai gần từ các nguồn mía đường, củ cải đường và nhiều loại thực vật khác.

Trung Quốc mỗi ngày sử dụng 2,4-2,5 triệu thùng dầu mỏ, trong số đó có tới 50% phải nhập khẩu [10]. Để đối phó với sự thiếu hụt năng lượng, một mặt Trung Quốc đầu tư lớn ra ngoài lãnh thổ để khai thác dầu mỏ, mặt khác tập trung khai thác, sử dụng năng lượng tái tạo. Dự kiến, ethanol nhiêu liệu sẽ tăng trên 2 tỷ lít vào năm 2010, khoảng 10 tỷ lít vào năm 2020 (năm 2005 là 1,2 tỷ lít). Ấn Độ hiện tiêu thụ khoảng 2 triệu thùng dầu mỏ /ngày nhưng có tới 70% phải nhập khẩu. Chính phủ đã có kế hoạch đầu tư 4 tỷ USD cho phát triển nhiên liệu tái tạo, mỗi năm sản xuất khoảng 3 tỷ lít ethanol [14].

45

3.6.2.4 Sản lượng và tiêu dùng nhiên liệu ethanol trên thế giới.

Cho đến nay, bioethanol được dùng rộng rãi nhất để làm nhiên liệu sinh học cho các phương tiện giao thông trên thế giới, chủ yếu do có khối lượng sản xuất lớn ở Mỹ và Braxin. Ethanol nhiên liệu sản xuất từ ngô đã được dùng làm nhiên liệu vận tải ở Mỹ từ đầu những năm 1980, và hiện tại cung ứng trên 10 tỉ lít (2,6 tỉ gallon) nhiên liệu/năm, chỉ mới chiếm trên 2% tổng mức tiêu dùng xăng cho động cơ vận tải. Sản lượng ethanol nhiên liệu của Mỹ gấp trên 20 lần sản lượng của bất kỳ nước thành viên

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

IEA nào. Ở Braxin, việc sản xuất ethanol nhiên liệu từ mía bắt đầu từ năm 1975. Sản lượng đạt đỉnh điểm 15 tỉ lít vào năm 1997, nhưng đã giảm xuống 11 tỉ lít vào năm 2000 do thay đổi mục tiêu chính sách và biện pháp thực hiện. Tất cả xăng bán ở Braxin đều chứa khoảng 22%-26% ethanol về khối lượng [16].

Biểu đồ 7: Sản lượng ethanol trên thế giới, 1975-2003 (triệu lít/năm) [16].

Tổng sản lượng bioethanol nhiên liệu thế giới năm 2002 đạt 21.841 triệu lít

(xem biểu đồ 7), trong đó Mỹ 8.151 triệu lít, Canađa 358 triệu lít, EU-25 390 triệu lít, Châu á 289 triệu lít (chủ yếu là Trung Quốc), Nam Mỹ 12.620 triệu lít (chủ yếu là Braxin) [16].

46

3.6.2.5 Nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học (hay xăng sinh học).

Về phương diện kỹ thuật (và kinh tế), chia làm 3 loại nguyên liệu: Công nghệ xăng sinh học thế hệ 1: chế biến từ đường (mía, củ cải đường, sorgho-đường) và tinh bột của nông phẩm (từ hạt của bắp, lúa mì, lúa, v.v., hay từ củ như khoai tây, khoai mì, v.v.) để tạo ethanol. Kỹ thuật đơn giản và kinh tế nhất.

Công nghệ xăng sinh học thế hệ 2: từ cellulose, chất xơ của dư thừa thực vật (rơm, rạ, thân bắp, gỗ, mạt cưa, bã mía, v.v.), hay thực vật hoang (non-crop) (như cỏ

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

voi, vetiver, lục bình). Chẳng hạn, một ha mía cho khoảng 25 tấn bã mía (bagasse, xác mía sau khi ép), và mỗi tấn bã mía sản xuất 285 lít ethanol. Kỹ thuật hiện nay chưa hoàn hảo, hiệu năng còn kém, con men chưa hữu hiệu và giá đắt, chỉ một phần cellulose và lignin biến thành ethanol, nên giá thành sản xuất còn cao.

Công nghệ xăng sinh học thế hệ 3: từ tảo (algae), kỹ thuật đang phát triển.

47

3.6.2.5.1 Sản xuất ethanol sinh học từ ngô và mía.

Sơ đồ quy trình công nghệ Ngô

Nghiền

Sản phẩm phụ

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Tinh bột loãng

Thủy phân Đường

Lên men

Hỗn hợp có ethanol nồng độ thấp

Chưng cất/ Loại nước Ethanol

Dự trữ

Chất làm biến tính

Nhiên liệu ethanol

48

Ethanol là kết quả lên men của đường, đó là điều tại sao nó được chế biến một cách đơn giản từ cây mía. Sản xuất ethanol từ cây ngô phức tạp hơn một chút: Hạt ngô được xay thành bột và nhào với nước, dùng enzim làm đứt gãy cấu trúc carbohydrates từ ngô để biến thành đường, sau đó có thể cho lên men thành ethanol.

Trong thực tế, ngành công nghiệp sản xuất cồn ethanol từ ngô để làm nhiên liệu ô tô đang đẩy giá ngô trên thị trường Mỹ lên tới mức cao nhất từ một thập kỷ nay. Giá nhiên liệu hóa thạch tăng cao và yêu cầu bảo vệ môi trường đã khiến cồn trở thành

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

nhiên liệu hấp dẫn người tiêu dùng. Hiện nay, ở Mỹ nguyên liệu sản xuất cồn chủ yếu là ngô. Ngô vừa được bán để sản xuất cồn, lại vừa được bán ra để làm thức ăn gia súc đã đẩy giá ngô tăng cao.

Mặc dù ngô giúp tạo ra nguồn nhiên liệu sạch thay thế dầu mỏ, song sẽ gây sức

ép nặng nề đối với hoạt động cung cấp lương thực nuôi sống con người do diện tích đất canh tác có hạn. Ngoài ra, để tăng năng suất ngô, người ta lại còn cần nhiều nước tưới, phân hóa học và thuốc trừ sâu... đều là những vấn đề gây đau đầu đối với các nhà hoạt động bảo vệ môi trường.

Cũng như thế với cây mía, giá trị tăng cao của nó như là một nguồn nguyên liệu

chế biến nhiên liệu sinh học đồng nghĩa với việc tăng sức ép san phẳng các khu rừng nhiệt đới, nhường diện tích dành cho cây mía – đây là câu chuyện ở Braxin, một trong những nước sản xuất và xuất khẩu ethanol lớn nhất thế giới hiện nay.

Việc sản xuất ethanol đang được đẩy mạnh trên khắp thế giới trong khi cây

lương thực cũng rất quan trọng. Nhu cầu lớn hơn kéo theo giá cả mọi thứ đều tăng cao, từ thức ăn cho gia súc đến cola và bánh bích qui. Hiện đang có dấu hiệu phản ứng dữ dội đối với ethanol làm từ ngũ cốc. Việc cung ứng đang cố gắng tăng lên, và vì có nhiều chính phủ đưa ra kế hoạch thúc đẩy phát triển nguồn nhiên liệu sinh học và giảm hiệu ứng nhà kính, nên sự căng thẳng giữa lương thực và nhiên liệu sẽ càng thêm khốc liệt.

3.6.2.5.2 Sản xuất ethanol sinh học từ gỗ.

Nhận thức được vấn đề trên, các nhà nghiên cứu đang tìm cách chế biến ethanol từ các loại cây khác có thể thay thế cây ngô và cây mía đó chính là các loại cây gỗ.

Cây lấy gỗ có nhiều triển vọng được lựa chọn làm nguồn nguyên liệu bởi chúng mọc

49

quanh năm, không đòi hỏi nhiều phân bón và nước, và chứa nhiều carbohydrates (là chất khởi đầu của ethanol) hơn nhiều so với các loại cây ngũ cốc.

So sánh với với kỹ thuật chế tạo ethanol từ bắp, kỹ thuật mới này sẽ tạo ra ethanol thải ra ít carbon hơn (giảm đến 75 %), dùng đất ít hơn (giảm đến 75 %), dùng nước ít hơn (giảm đến 75 %) Quá trình tạo ethanol từ nguyên liệu cellulosic khó hơn từ mía và ngô, tuy nhiên nó có thể tác động đến những mắt xích của cellulose và hemicellulose từ thành vách

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

các tế bào cây để giải phóng ra đường. Mặc dù loại enzyme như thế có thể tạo ra được, nhưng lại đắt. Tuy nhiên, với nền khoa học, công nghệ và kinh tế của thế giới đang chuyển biến nhanh. Các nhà nghiên cứu đang chạy đua nhằm phát triển cách thức cắt lát mỏng, cho lên men, chưng cất và tinh luyện gỗ một cách nhanh và rẻ.

Hàng ngàn năm trước, con người đã biết sử dụng gỗ như là thứ đầu tiên tạo nên

ngọn lửa. Trong vài thế kỷ qua, nhiên liệu hóa thạch đã được sử dụng nhiều, và hệ quả là ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu. Sự đa dạng các nguồn năng lượng mới đang được mong đợi trong lương lai. Và công nghệ năng lượng mới lại đang hướng vào chất liệu của gỗ.

3.6.2.5.3 Sản xuất ethanol sinh học từ cỏ.

Trong trường hợp đối với ngô, nhiều người cho rằng sự cạnh tranh giữa các nhu

cầu lương thực và nguyên liệu đối với các nguồn cung ứng ngũ cốc này cộng thêm với giá cả leo thang sẽ gây hạn chế sự phát triển sản xuất ethanol ngũ cốc, vì vậy các nhà nghiên cứu đã bắt đầu khai thác các nguồn cây trồng thay thế khác để sản xuất các nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai hay còn gọi là nhiên liệu sinh học xenluloza (Cellulosic Biofuels).

Cỏ switchgrass cũng giống như các loại cỏ phát triển nhanh, có hàm lượng xơ cao và các sản phẩm phụ từ gỗ giàu xenluloza, là một loại nguyên liệu có thể dễ dàng chuyển hóa thành đường và được cho lên men để chế tạo ethanol. Các nhà phân tích cho rằng, nhiên liệu sinh học xenluloza được chế tạo từ loại cây mọc quanh năm như cỏ switchgrass sẽ đòi hỏi các yếu tố đầu vào nông nghiệp ít hơn so với các cây trồng theo vụ như ngô, và sẽ mang lại sản lượng tốt hơn, hạ thấp được giá ethanol sinh học.

Các nhà khoa học cũng hy vọng rằng có thể nâng cao được sản lượng và hiệu quả

50

thông qua những cải tiến về quản lý cây trồng và bằng cách nhân các giống cỏ tốt hơn, thích hợp để chuyển hóa thành ethanol.

Việc sản xuất và dùng ethanol sinh học từ cỏ chỉ thải ra lượng khí CO2 bằng 6% lượng khí CO2 thải ra khi dùng dầu. Nghiên cứu trên được thực hiện trong vòng 5 năm, trên 10 trang trại có diện tích từ 3 - 9 hecta.

Các nhà khoa học cho biết, quá trình sản xuất khí sinh học từ cỏ phức tạp hơn nhiều so với việc sử dụng các lương thực như lúa mạch, ngô nhưng lại sinh ra được

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

lượng năng lượng/tấn cao hơn bởi nó chiết xuất cả cây chứ không chỉ ở hạt.

3.6.2.5.4 Sản xuất ethanol sinh học từ phân gà, từ khí tổng hợp (synthesis gas), chất thải.

Với phương pháp công nghệ khí hoá (gasification), phân hủy nhiệt nhiên liệu

khối rắn để tạo ra nhiên liệu khí, dựa trên biến đổi plasma. Đun chất hữu cơ ở nhiệt độ rất cao, trong điều kiện không có oxy, để phá huỷ các “cầu nối” (bond) của phân tử hữu cơ thành “khí tổng hợp” (synthesis gas, syngas), rồi dùng các khí này biến chế ethanol hay diesel sinh học. Trong trường hợp rác gia cư, dùng nhiệt độ cao (250°C) với áp suất thật cao (40 MPa hay 400 atmospheres) đủ để sản xuất khí tổng hợp.

Chẳng hạn, cứ mỗi 10 kg vỏ bánh xe hơi cũ tạo được 15.4 lít ethanol. Một khám phá mới của Đại học Arkansas (Hoa Kỳ) cho biết vi khuẩn kỵ khí Clostridium ljungdahlii trong bao tử gà có thể biến khí chứa 1 C như methane (CH4), Carbon monoxide (CO) của lò ủ yếm khí thành methanol.

Tiến trình chế biến ethanol từ phân gà hay từ các chất thải đòi hỏi kỹ thuật cao

và tiêu thụ nhiều năng lượng....

3.6.2.6 Biến chế Ethanol.

3.6.2.6.1 Biến chế từ đường.

Kỹ thuật dễ dàng, hiệu năng cao, và ít tổn phí nhất là cho lên men (yếm khí) từ đường, hay nước mật (molasse), hay trực tiếp từ nước mía ép, hay nước củ cải đường ép, như theo lối thủ công hay công nghiệp xưa nay. Ngày nay đã tuyển chọn được nhiều dòng men hữu hiệu, biến đường thành nhiều rượu hơn. Mặc dầu tổn phí biến chế thấp, nhưng đường, và cả phụ phẩm nước mật, là thức ăn của người và gia súc, có giá cao, nên ethanol biến chế từ đường có giá thành cao hơn ethanol sản xuất từ tinh bột.

Theo lý thuyết, cứ 1 tấn đường sucrose sản xuất được 678 lít ethanol, tuy nhiên hiệu 51

năng cao nhất hiện nay là 587 lít. 1 tấn đường đen cho 562 lít ethanol, 1 tấn đường cát cho 587 lít. Thân mía chứa khoảng 10-15% đường sucrose, còn củ cải đường khoảng 16-18% sucrose.

3.6.2.6.2 Biến chế từ tinh bột. Để biến chế ethanol từ tinh bột, tinh bột trước hết phải được điều chế thành đường, rồi từ đó mới lên men rượu. Hạt bắp chứa khoảng 70-72% tinh bột, gạo 7080%. Muốn vậy, hạt ngũ cốc được xay nghiền thành bột, pha với nước, nấu ở 70°C (để

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

biến thành đường) rồi nấu chín ở 100-110°C (vừa diệt trùng vừa thêm đường), để nguội rồi trộn men, cho lên men 48 giờ ở nhiệt độ 36°C. Men dùng thường là vi nấm Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus oryzae, Mucor, Rhizopus, vi khuẩn Zymomonas mobilis. Sau đó, dùng máy ly tâm tách rời chất hèm để làm thức ăn gia súc. Phần chất lỏng, có độ cồn (rượu) 5-15%, được chưng cất ở lò chưng nhiều tầng để tăng độ cồn. Để đạt độ cồn 99.9%, trước đây dùng benzene và cyclohexane (đắt tiền, không tái sử dụng được, và độc gây bệnh) để loại nước. Kỹ thuật ngày nay dùng “chất sàng phân tử” (molecular sieve) như silicagel, zeolite. Một kỹ thuật mới được áp dụng hiệu quả hơn, không cần phải nấu tinh bột (tiết kiệm năng lượng) là sử dụng một loại men (yeast) mới, giúp lên men biến tinh bột thành đường ở nhiệt độ 32°C. Trung bình, cứ 1 tấn bắp sản xuất được 409 lít ethanol.

3.6.2.6.3 Biến chế từ chất xơ.

Nói chung đó là cellulose, hemicellulose, lignin trong thân lá, rơm rạ, trấu, gỗ,

v.v. Cellulose là đường polysaccharide, có công thức (C6H10O5)n, mà số n biến thiên từ 7,000 đến trên 15,000 phân tử glucose. Hemicellulose cũng là đường polysaccharides chứa khoảng 200 đơn vị đường, là thành phần của màng tế bào thực vật. Cây thực vật chứa khoảng 33% cellulose, gỗ khoảng 50%, riêng sợi bông vải (cotton) 90%. Động vật ăn cỏ, mối (termite) tiêu hoá được cellulose nhờ vi sinh vật sống cộng sinh trong bao tử (như Cellulomonas), một số vi khuẩn có khả năng biến cellulose ra đường, nhờ chúng sản xuất enzyme cellulase.

Vì vậy, để biến cellulose thành rượu, bắt chước theo bộ tiêu hoá của động vật ăn cỏ và mối, trước hết phải biến hoá cellulose ra đường đơn giản như hexose, pentose, bằng thuỷ phân (hydrolysis) nhờ một số acid (như trong dịch vị) và enzyme 52

cellulase. Hemicellulose tương đối dễ dàng biến thành đường-chứa-5C như Xylose (C5H10O5), nhưng xylose không biến chế thành ethanol được. Cũng vậy, với kỹ thuật hiện tại, chưa có cách biến lignin ra ethanol. Vì vậy trước tiên phải loại lignin và hemicellulose, chỉ còn lại thành phần cellulose. Loại lignin bằng acid sulfuric đậm đặc, hay bằng đun sôi trong nước với sodium carbonate, hay butanol. Cellulose sau đó cho lên men với cellulase ở nhiệt độ khoảng 71°C trong vài ngày để biến thành đường.

Hiện tại, sản xuất enzyme cellulase để biến cellulose thành đường khá phức

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

tạp, tốn kém, chiếm khoảng 40% chi phí sản xuất rượu vì gồm 3 loại cellulases: (i) Endo-p-glucanase, 1,4-ß-D-glucan glucanohydrolase, CMCase, phá huỷ các

cầu của chuỗi cellulose để biến thành đường glucose và oligo-saccharide. (ii) Exo-P-glucanase, 1,4-ß - D-glucan cellobiohydrolase, Avicelase, C1: biến

thành đường cellobiose (C12).

(iii) ß-glucosidase, cellobiase: thuỷ phân đường cellobiose thành glucose.

Vi nấm Trichoderma sản xuất nhiều endo-ß-glucanase và exo-ß-glucanase,

nhưng rất ít ß-glucosidase, ngược lại Aspergillus Vì vậy, muốn có nhiều hiệu quả phải tuyển chọn nhiều dòng nấm. Kết quả cho biết dòng nấm Trichoderma reesei QM9414 có hiệu quả tốt nhất trong việc biến cellulose thành đường. Trong số dòng này, tuyển chon lại thành dòng KY-746. Phương pháp sản xuất enzyme cellulase từ men Trichoderma reesei dòng KY-746 hữu hiệu và tương đối rẻ tiền và được sử dụng hiện nay. Ngày nay nhiều công ty sản xuất men rượu dùng kỹ thuật “biến-cải-di-truyền” tạo được nhiều dòng men sản xuất enzyme cellulase, xylanase và hemicellulase, sản xuất nhiều endo-ß-glucanase và ß-glucosidase, nhưng ít exo-ß- glucanase.

Nguyên liệu chứa nhiều thành phần cellulose như bã mía (41% là cellulose), rơm lúa (35%), gỗ (40-50%) được thái nhỏ trước khi khử với NaOH (nồng độ khoảng 1 – 1.2 N) ở nhiệt độ 45°C trong 24 giờ, tiếp theo là rửa trong nước ấm để loại chất lignin. Dung dịch cellulose được cho lên men với Trichoderma reesei để biến cellulose thành đường. Hiệu năng biến chế thành rượu ethanol từ chất xơ còn kém, chưa có hiệu quả kinh tế nhiều ở kỹ thuật hiện nay, vì sản xuất cellulase còn rất mắc, thời gian lên men lâu nên dễ bị nhiễm trùng làm hư cả bồn lên men. Để tăng hiệu quả lên men biến các thành phần cellulose, lignin trong nguyên liệu thực vật thành xăng sinh học, các nhà vi sinh học đã thành công cấy vào bộ máy di truyền (genome) của vi 53

khuẩn Escherichia coli thêm 2 gen của vi khuẩn Zymomonas mobilis để giúp lên men chất đường và tinh bột thành ethanol, và một gen của vi khuẩn Acinetobacter baylyi để biến chất dầu trong thực vật thành diesel sinh học. Với kỹ thuật hiện tại, biến rơm rạ của lúa và ngũ cốc ra xăng sinh học chưa kinh tế. Các nhà khoa học Đài Loan thành công trong phòng thí nghiệm biến chế ethanol từ rơm lúa, cứ mỗi 10 kg rơm rạ lúa biến chế được 2 lít alcohol 99.5% để pha làm xăng sinh học [22], nhưng phải mất vài năm nữa mới có thể sản xuất thương mại quy mô. Các nghiên cứu ở Trung quốc cho

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

thấy xăng sinh học sản xuất từ rơm rạ mắc hơn xăng cổ sinh khoảng 250 USD/tấn.

Ngày 14/1/2008, hãng General Motors của Hoa Kỳ tuyên bố hợp tác với đại công ty sản xuất ethanol Coskata để bắt đầu sản xuất quy mô ethanol từ thân bắp vào cuối năm 2008, và kể từ 2011 sẽ sản xuất 50 – 100 triệu gallons/năm, với giá 1 USD/gallon.

3.6.2.7 Tinh chế Ethanol.

Hỗn hợp Ethanol và nước có điểm đẳng phí ở 96% khối lượng ethanol. Nên

không thể dùng chưng cất thông thường để thu được độ tinh khiết của ethanol >96%.

Hiện nay, được biết trên thế giới các công ty sản xuất thường áp dụng các phương pháp sau:

3.6.2.7.1 Chưng cất đẳng phí (Azeotropic Distillation).

Trong phương pháp này có hai cách thực hiện: dùng một tác nhân để tách hỗn

hợp đẳng phí (a material separation agent) thường dùng cho ethanol-water là Benzene (cũng được gọi là Entrainer). Cách thứ hai là dùng nhiều tháp chưng cất với áp suất khác nhau (Pressure Swing Distillation) để di chuyển điểm đẳng phí, đối với hỗn hợp này thường có hai tháp: tháp đầu áp suất nhỏ (0.3 atm) hơn tháp sau (1 atm).

3.6.2.7.2 Rây phân tử (Molecular Sieve Technology).

Nguyên lý của phương pháp này là phân tách dựa trên áp suất hấp phụ chênh lệch (Pressure Swing Adsorption), khi đó hỗn hợp Ethanol-Water sẽ được hóa hơi và nhập liệu vào thiết bị rây phân tử và quá trình phân tách sẽ xảy ra trên bề mặt của Zeolites (loại 3A). Loại này có kích thước lỗ khoảng 0.4 nm sẽ "nhốt" phân tử hơi nước có kích thước <0.4 nm và phân tử Ethanol >0.4 nm như thế sẽ được tách ra (xem hình 6) [23]. Về cấu tạo của thiết bị hoàn toàn giống thiết bị hấp phụ, gồm: tháp bên trong người ta đổ Zeolite vào và cho hỗn hợp đã hóa hơi đi qua. Và dĩ nhiên tính ưu 54

việt ở đây của Zeolite là có thể sử dụng được nhiều lần bằng cách giải hấp

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

(deabsortion).

Hình 6: Rây phân tử dùng để tách hỗn hợp Ethanol-Water.

3.6.2.7.3 Lọc màng (Membrane Technology).

Phương pháp này hiện nay đang trên đà nghiên cứu vì nó có nhiều ưu điểm.

Thông dụng hiện nay là công nghệ lọc Zeolite Membrane. Về nguyên tắc thì cũng giống như phương pháp Rây phân tử, chỉ có khác là cấu tạo của vật liệu lọc không chỉ có Zeolite mà Zeolite được phủ trên bề mặt của một loại vật liệu nền (Ceramic support), ngoài ra cấu tạo của thiết bị lọc cũng khác, Zeolite membrane giống như thiết bị truyền nhiệt ống chùm, ở đó các Zeolite membrane là các ống (xem hình 7) được gắn thành chùm và lồng vào trong vỏ, dòng hỗn hợp nhập liệu sẽ di bên ngoài ống, các phân tử nước sẽ đi qua lõi lọc Zeolite membrane nhờ động lực của quá trình là chênh lệch giữa áp suất nhập liệu bên ngoài lõi lọc (áp suất dư) và bên trong lõi là áp suất chân không. Phân tử Ethanol sẽ được tách ra phía ngoài ống lọc (phía vỏ của thiết bị) (xem hình 8).

55

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T Hình 7: Cấu tạo ống Zeolite Membrane.

Hình 8: Hệ thống Zeolite Membrane.

56

3.6.3 Biodiesel.

3.6.3.1 Khái niệm về biodiesel.

Theo tiêu chuẩn ASTM(11) thì Biodiesel được định nghĩa: “Biodiesel là monoalkyl ester của axít béo mạch dài có nguồn gốc từ các lipit có thể tái tạo lại như: dầu thực vật, mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel”. Biodiesel còn được gọi là Diesel sinh học có tính chất giống với dầu diesel. Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá) vì

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

chúng có tính chất thân thiện với môi trường, sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống. Do đó Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng sạch. Nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh, giúp con người giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên đang dần cạn kiệt. Mặt khác chúng không độc và dể phân giải trong tự nhiên.

3.6.3.2 Giới thiệu lịch sử hình thành và phát triển của Biodiesel [24].

Bản chất của Biodiesel là sản phẩm Ester hóa giữa methanol hoặc ethanol và

acid béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Tùy thuộc vào loại dầu và loại rượu sử dụng mà alkyl Ester có tên khác nhau:

* Nếu đi từ dầu cây đậu nành (soybean) và Methanol thì ta thu được SME (soy

methyl Esters). Đây là loại Esters thông dụng nhất được sử dụng tại Mỹ. * Nếu đi từ dầu cây cải dầu (rapeseed) và Methanol thì ta thu được RME

(rapeseed methyl Esters). Đây là loại Esters thông dụng nhất được sử dụng ở châu Âu.

Biodiesel bắt đầu được sản xuất khoảng giữa năm 1800, trong thời điểm đó

người ta chuyển hóa dầu thực vật để thu Glycerol ứng dụng làm xà phòng và thu được các phụ phẩm là methyl hoặc ethyl Ester gọi chung là biodiessel.

10/08/1893 lần đầu tiên Rudolf Diesel đã sử dụng Biodiesel do ông sáng chế để chạy máy. Năm 1912, ông đã dự báo: “Hiện nay, việc dùng dầu thực vật cho nhiên liệu động cơ có thể không quan trọng, nhưng trong tương lai, những loại dầu như thế chắc chắn sẽ có giá trị không thua gì các sản phẩm nhiên liệu từ dầu mỏ và than đá”.Trong bối cảnh nguồn tài nguyên dầu mỏ đang cạn kiệt và những tác động xấu lên môi trường của việc sử dụng nhiên liệu, nhiên liệu tái sinh sạch trong đó có Biodiesel đang ngày càng khẳng định vị trí là nguồn nhiên liệu thay thế khả thi.

57

Trong những năm của thập kỷ 90, Pháp đã triển khai sản xuất Biodiesel từ dầu hạt cải. Và được dùng ở dạng B5 (5% Biodiesel với 95% Diesel) và B30 (30% Biodiesel trộn với 70% Diesel).

3.6.3.3 Tình hình sử dụng Biodiesel trên thế giới [24].

Theo xu hướng thế giới, người ta sẽ trộn Biodiesel vào thành phần diesel từ 5  30%. * Ở châu Âu theo chỉ thị 2003/30/EC của EU mà theo đó từ ngày 31 tháng 12

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

năm 2005 ít nhất là 2% và cho đến 31 tháng 12 năm 2010 ít nhất là 5,75% các nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo. Tại Áo, một phần của chỉ thị của EU đã được thực hiện sớm hơn và từ ngày 1 tháng 11 năm 2005 chỉ còn có dầu diesel với 5% có nguồn gốc sinh học (B5) là được phép bán.

* Tại Australia, đã sử dụng B20 và B50 vào tháng 2 năm 2005. * Tại Hoa Kỳ, nhiên liệu biodiesel bán trên thị trường là lọai nhiên liệu có thể

chứa đến 20% biodiesel (gọi là B20). Chính phủ Hoa Kỳ đã thông qua đạo luật chiến lược năng lượng, quyết định thay thế 10% nhiên liệu diesel bằng nhiên liệu biodiesel vào năm 2000, và đến năm 2010 sẽ là 30%.

* Tại Thái Lan trong năm 2006, sử dụng B5 tại Chiangmai và Bangkok. * Tại Việt Nam, Petro Việt Nam đã có kế hoạch đưa 10% Bio-Diesel (B10) vào

thành phần diesel để lưu thông trên thị trường theo quyết định của Thủ Tướng chính phủ.

3.6.3.4 Tiềm năng thị trường của diesel sinh học.

Diesel sinh học được tạo thành từ một phản ứng hóa học rất đơn giản. Diesel

sinh học có nhiều ưu điểm đối với môi trường so với diesel thông thường: Diesel sinh học phát sinh khí thải ít hơn rất nhiều so với nhiên liệu hóa thạch. Bụi trong khí thải được giảm một nửa, các hợp chất hyđrocacbon được giảm thiểu đến 40%, tuy nhiên biodiesel có thể làm tăng nhẹ NOx (12) (xem biểu đồ 8). Diesel sinh học gần như không chứa đựng lưu huỳnh, không độc và có thể được dễ dàng phân hủy bằng sinh học.

58

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Biểu đồ 8: Sự phát thải khí thải của biodiesel trong động cơ [25].

3.6.3.5 Nhu cầu sử dụng biodiesel.

Trên thế giới : (xem bảng 6) STT

Tên nước

Lượng tiêu thụ hàng năm,

Lọai dầu sử dụng

tấn

1

Úc

56.200 – 60.000

Dầu ăn phế thải

2

Bỉ

241.000

-

3

Đan Mạch

32.000

-

4

Pháp

38.100

-

5

Đức

207.000

-

6

Hungary

18.880

-

7

Ireland

5.000

Dầu hướng dương

8

Ý

779.000

Dầu ăn phế thải

9

Tây Ban Nha

500

-

10

Hoa Kỳ

190.000

Dầu ăn phế thải

Bảng 6: Sản lượng tiêu thụ biodiesel ở một số nước [15].

59

Tại Việt Nam: Tại Việt Nam, mức tiêu thụ dầu thực vật thuộc lọai thấp trên thế giới. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của xã hội, mức sống ngày càng được nâng cao, do đó, mức tiêu thụ dầu thực vật trong những năm gần đây tăng đột biến (xem Bảng 7).

Dân số, nghìn

1995

1998

1999

2000

2001

2003

71.995

75.456

76.596

77.635

78.685

>80.000

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

người Tiêu thụ nội

77.035 147.894 168.513 178.561 196.715 410.000

địa, tấn

Bình quân,

1,07

1,96

2,20

2,30

2,50

5,00

kg/người

Bảng 7: Tiêu thụ dầu thực vật ở Việt nam (nghìn tấn) [26].

3.6.3.6 Các nguồn nguyên liệu và xu hướng sản suất Biodiesel trên thế giới.

3.6.3.6.1 Nguyên liệu từ dầu thực vật và mỡ động vật.

Trên thực tế, người ta đã và đang nghiên cứu gần như tất cả những nguồn dầu,

mỡ có thể sử dụng để sản xuất Biodiesel. Việc lựa chọn loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật nào phụ thuộc vào nguồn tài nguyên sẵn có và điều kiện khí hậu cụ thể của từng vùng.

Dầu thực vật và đặc biệt là mỡ động vật có độ nhớt cao gấp khoảng 11  17 lần

so với nhiên liệu Diesel, gây trở ngại cho quá trình khởi động động cơ, quá trình cháy không hoàn toàn dẫn đến giảm công suất của động cơ, độ nhớt cao làm nghẽn filter, gây khó khăn cho hệ thống phun nhiên liệu. Để giảm độ nhớt của dầu và mỡ thì có thể sử dụng một trong các phương pháp sau:  Phương pháp sấy nóng. Độ nhớt sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên phương pháp này không hiệu quả vì để dầu thực vật và mỡ đạt được độ nhớt cần thiết cho nhiên liệu Diesel thì đòi hỏi nhiệt độ khá cao, hơn nữa hệ thống gia nhiệt cho dầu không thể duy trì mãi khi động cơ không hoạt động điều đó làm cho dầu sẽ bị đông lại đặc biệt là vào mùa đông, trước 60

khi khởi động dầu cần phải được đốt nóng điều đó gây ra những bất tiện cho người lái xe.  Phương pháp pha loãng.

Pha loãng dầu hoặc mỡ với nhiên liệu diesel theo tỷ lệ nào đó ta thu được hỗn hợp nhiên liệu mới, hỗn hợp này đồng nhất và bền vững. Các tỷ lệ dầu : diesel 1:10 và 2:10 đem lại hiệu quả tốt nhất về độ nhớt và các tính chất ở nhiệt độ thấp của hỗn hợp.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

 Phương pháp nhũ tương hóa.

Phương pháp nhũ tương hóa có thể khắc phục nhược điểm độ nhớt cao của dầu

và mỡ bằng dung môi là rượu. Hệ nhũ tương dầu – rượu có những tính chất tương tự với nhiên liệu diesel nhưng nhược điểm là khó duy trì và ổn định hệ nhũ tương này.  Phương pháp cracking.

Dầu và mỡ sau khi bị nhiệt phân sẽ tạo thành các hợp chất có mạch ngắn hơn

do đó độ nhớt sẽ giảm đi. Xúc tác tiêu biểu sử dụng trong quá trình nhiệt phân là SiO2 và Al2O3. Nhược điểm của phương pháp là thiết bị sử dụng trong quá trình rất đắt.

Biodiesel cũng có thể được sản xuất bằng hydrocracking. Những quá trình công

nghệ mới đang được phát triển mà không tạo ra Glycerol. Quá trình này bao gồm các công đoạn: hydrocracking, làm sạch bằng hydro và hydro hoá.

Hiệu suất thu sản phẩm khoảng 7580% với chỉ số cetane cao (~100). Thành

phần sulfur thấp hơn 10 ppm. Nó phân rã 95% sau 28 ngày, trong khi đó dầu diesel phân rã 40% trong cùng một khoảng thời gian. Lợi ích chính hơn những Biodiesel khác là nó làm giảm lượng NOx. Quá trình này sử dụng xúc tác hydro hoá và hydro tinh khiết thương mại thông thường. Quá trình hydrocracking có thể là một lựa chọn thích hợp cho những nhà máy lọc dầu. Phương pháp này có thể dễ dàng thích hợp với nhà máy lọc dầu nhờ vào nguồn hydro được tạo ra trong nhà máy. Tuy nhiên, quá trình này vẫn chưa được áp dụng vào thực tế. [27].  Phương pháp chuyển hóa Ester.

Phản ứng chuyển hóa Ester là phản ứng giữa các acid béo trong dầu và mỡ (hay các triglyceride) (xem hình 9) và rượu tạo thành Ester và Glycerol. Người ta pha khoảng 10% methanol vào dầu thực vật và dùng nhiều chất xúc tác khác nhau (đặc biệt là hidroxit kali, hidroxit natri và các ancolat). Ở áp suất thông thường và nhiệt độ vào 61

khoảng 60°C liên kết este của glyxerin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo sẽ được este hóa với ethanol (xem hình 10). Chất glycerol hình thành phải được tách ra khỏi dầu diesel sinh học sau đó, sản phẩm phụ Glycerol có giá trị sử dụng cao trong

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm.

Hình 9: Phân tử triglyceride.

Một chuỗi gốc acid béo tự do được bẽ gãy từ phân tử acid béo

Một acid béo tự do + Một methanol = Một biodiesel Hình 10: Phân tử acid béo tự do và biodiesel.

62

Thông qua việc chuyển đổi este này dầu diesel sinh học có độ nhớt ít hơn dầu thực vật rất nhiều và có thể được dùng làm nhiên liệu thay thế cho dầu diesel mà không cần phải cải biến động cơ để phù hợp. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay do sản phẩm thu được có những tính chất tương tự như nhiên liệu diesel.

3.6.3.6.2 Nguyên liệu từ dầu ăn phế thải.

Trở ngại chính của việc sử dụng biodiesel rộng rãi chính là giá thành của nó.

Giá thành sản xuất biodiesel vẫn còn cao gấp khoảng 2 lần giá thành nhiên liệu diesel,

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

do đó cần có các chính sách ưu đãi về thuế. Nếu biodiesel có thể được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu rẻ tiền hơn, cũng như các nhược điểm về một số chỉ tiêu chất lượng được khắc phục, đây sẽ là một nguồn nhiên liệu được sử dụng rộng rãi trong tương lai.

Trong tình hình hiện nay, sử dụng các nguồn dầu ăn phế thải làm nguyên liệu sản xuất biodiesel nhằm giảm giá thành của biodiesel và thực hiện sự pha trộn biodiesel với diesel truyền thống nhằm cải thiện chất lượng của biodiesel là một bước đi tạm thời trong công cuộc thay thế dần tiến đến hoàn toàn diesel bởi biodiesel.

Quy trình công nghệ gồm các giai đoạn sau:

Dầu ăn phế thải

Phản ứng

Tách

Biodiesel thành phẩm

Rửa glyceryn

Sấy

3.6.3.6.3 Nguyên liệu từ tảo.

Ngoài cao lương và mía ra, Trung Quốc còn nghiên cứu phát triển khai thác một loại nguyên liệu mới - Tảo. Khi nghiên cứu loại dầu sinh học từ tảo thành công và được đưa vào sản xuất, quy mô sản xuất loại dầu này có thể đạt tới hàng chục triệu tấn.

Giống Trung Quốc, Mỹ cũng vận dụng công nghệ sinh học hiện đại như nghiên cứu gien đã thực hiện tại phòng thí nghiệm năng lượng tái sinh quốc gia tạo được một giống tảo mới có hàm lượng dầu trên 60%, một mẫu có thể sản xuất được trên 2 tấn dầu diesel sinh học.

63

Tảo có một số ưu điểm hơn ngô trong việc chế tạo nhiên liệu. Nó có thể phát triển trong một hệ thống kín hầu như ở mọi nơi bao gồm ở sa mạc hay trên mái nhà, và không có cạnh tranh gì về thức ăn hay đất màu mỡ. Tảo cũng dễ thu lượm hơn do nó không có rễ hay trái và phát triển phân tán ở trong nước. Tảo sẽ cung cấp nguồn nhiên liệu thay thế mà có thể trồng nó trong một thiết bị phản ứng sinh học quang hợp kín

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

tương tự như nồi lên men vi khuẩn (xem hình 11).

Hình 11: Các bể trồng tảo.

Việc dùng tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học thay thế dầu mỏ: vừa tạo ra năng lượng

vừa làm sạch môi trường.

Mỗi cá thể tảo là một nhà máy sinh học nhỏ xíu sử dụng quá trình quang hợp để

chuyển hóa CO2 và ánh nắng thành năng lượng. Hoạt động chuyển đổi của chúng hiệu quả đến nỗi trọng lượng của chúng có thể tăng gấp nhiều lần trong một ngày. Ngoài ra, trong quá trình quang hợp, tảo còn sản xuất ra dầu. Trên cùng một đơn vị diện tích, lượng dầu mà tảo tạo ra nhiều gấp 30 lần đậu nành. Các động cơ diesel có thể đốt cháy trực tiếp dầu tảo. Các nhà khoa học cũng có tinh chế thứ dầu này thành diesel sinh học.

Các nhà khoa học thuộc Đại học Virginia (Mỹ) đang xây dựng kế hoạch tăng khả năng sản xuất dầu của tảo bằng cách cho chúng “ăn” thêm CO2 (chất khí gây hiệu ứng nhà kính chủ yếu) và thả chúng vào các môi trường giàu chất hữu cơ (như nước thải). Điều này vừa tạo ra nhiên liệu sinh học, vừa làm sạch môi trường.

64

Lisa Colosi, một giáo sư về cơ khí dân dụng và môi trường tại Đại học Virginia, cho biết, lượng dầu mà tảo sản xuất ra chỉ chiếm khoảng 1% trọng lượng của chúng.

Bà khẳng định sản lượng sẽ tăng lên tới 40% nếu tảo được bổ sung thêm CO2 và chất hữu cơ.

Mark White, giáo sư tài chính tại Đại học Virginia, cho rằng nếu việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo trở nên phổ biến, chi phí xử lý và chôn lấp CO2 sẽ giảm.

Thậm chí chất thải rắn có thể trở thành một mặt hàng để mua bán. Ngoài ra, do tảo có

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

khả năng tách nitơ ra khỏi không khí và nước, người ta có thể tạo ra nitơ nguyên chất với chi phí cực rẻ.

3.6.3.6.5 Nguyên liệu từ cây dầu mè (jatropha) và dầu jojoba.

Các nước Tiểu Vương quốc Ảrập Thống Nhất thì sử dụng dầu jojoba, một loại

dầu được sử dụng phổ biến trong mỹ phẩm để sản xuất Biodiesel.

Đối với khu vực Đông Nam Á, các nước Thái Lan, Inđônêxia, Malaysia cũng

đã đi trước nước ta một bước trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học. Như ở Thái Lan, hiện sử dụng dầu cọ và đang thử nghiệm hạt cây jatropha, cứ 4 kg hạt jatropha ép được 1 lít diesel sinh học tinh khiết 100%, đặc biệt loại hạt này không thể dùng để ép dầu ăn và có thể mọc trên những vùng đất khô cằn, cho nên giá thành sản xuất sẽ rẻ hơn so với các loại hạt có dầu truyền thống khác (xem hình 12). Bộ Năng Lượng Thái Lan cũng đặt mục tiêu, đến 2011, lượng diesel sinh học sẽ đạt 3% (tương đương 2,4 triệu lít/ngày) tổng lượng diesel tiêu thụ trên cả nước vào năm 2012, tỷ lệ này sẽ đạt 10% (tương đương 8,5 triệu lít/ngày).

Indonexia thì ngoài cây cọ dầu, cũng như Thái Lan, Indonesia còn chú ý đến

cây có dầu khác là jatropha. Indonesia đặt mục tiêu đến năm 2010, nhiên liệu sinh học sẽ đáp ứng 10% nhu cầu năng lượng trong ngành điện và giao thông vận tải.

65

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Hình 12: Quả và hạt cây dầu mè (jatropha).

Do chi phí cho việc trồng cây nhiên liệu lấy dầu rất thấp, hơn nữa chúng lại rất

sẵn trong tự nhiên nên trong tương lai, diesel sinh học có thể được sản xuất ra với chi phí thấp hơn nhiều so với diesel lấy từ dầu mỏ. Tuy nhiên bài toán nguyên liệu đặt ra là: “Diesel sinh học cũng có thể làm thay đổi nhu cầu đối với đất nông nghiệp”, Trevor Price, một chuyên gia môi trường tại Đại học Glamorgan (xứ Wales, Anh), nhận định.

Diesel sinh học có thể giải quyết được bài toán hiệu ứng nhà kính và sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch, nhưng dẫu sao nó vẫn cần rất nhiều đất. Các cánh rừng nhiệt đới có thể bị đốt để trồng cọ, đậu tương và những cây lấy dầu khác. Nhiều quốc gia sẽ phải lựa chọn giữa nhiên liệu và thực phẩm". Vì lý do này mà ở nhiều quốc gia đã sử dụng nguồn nguyên liệu là mỡ các loại động vật ít có giá trị về mặt kinh tế để sản xuất Biodiesel.

3.6.3.7 Ưu nhược điểm của biodiesel so với diesel truyền thống [35].  Ưu điểm :

 Khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu trực tiếp cho động cơ diesel, nó cháy sạch đến 80% so với diesel truyền thống.  Biodiesel được điều chế từ dầu thực vật nên có những tác động tích cực đến môi trường như: giảm lượng mưa axít, giảm hiệu ứng nhà kính khi đốt cháy chúng.

Hàm lượng khí COx thải ra giảm đi đáng kể, giảm hàm lượng hydrocacbon không cháy và những thành phần khí thải khác.  Biodiesel là chất không độc, dễ phân hủy.

66

 Biodiesel không chứa các hợp chất vòng thơm là những chất gây tác hại lên sức khỏe của con người.  Biodiesel không chứa hợp chất lưu hùynh nên khi sử dụng không xảy ra hiện tượng ăn mòn thiết bị.  Có thể sử dụng trực tiếp biodiesel cho động cơ diesel mà không cần có sự thay đổi nào. Công suất, lực kéo, mã lực của xe dùng biodiesel và hỗn hợp ngang với dầu diesel truyền thống.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

 Biodiesel có thể phối trộn với nhiên liệu diesel theo mọi tỷ lệ. Biodiesel và các hệ phối trộn biodiesel có thể sử dụng cho các động cơ nén đốt trong được thiết kế chạy bằng nhiên liệu diesel. Hầu hết các động cơ diesel được thiết kế từ sau năm 1994 đều có thể dùng biodiesel mà không cần cải tạo hoặc thay thế gì.

 Nhiệt độ chớp cháy của biodiesel cao hơn diesel nên không tạo hỗn hợp

cháy nổ với không khí và hơi nhiên liệu.

 Biodiesel có chỉ số cetane cao hơn diesel.

 Biodiesel có tính năng bôi trơn tốt hơn nhiều so với nhiên liệu diesel truyền

thống, do đó làm tăng tuổi thọ của động cơ.

 Khi sử dụng nhiên liệu biodiesel thì các nước không có nguồn nguyên liệu

hóa thạch có thể chủ động về nguồn nguyên liệu đồng thời có thể thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển. Như vậy, về mặt kinh tế, việc sử dụng biodiesel ngòai vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường, còn góp phần thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của nước ta: đất đai, khí hậu, nhân lực, …, hạn chế việc nhập khẩu nhiên liệu, từ đó giảm mức độ phụ thuộc vào nước ngòai.  Nhược điểm :  Khi dùng nhiên liệu diesel sinh học cho một xe cơ giới không thích nghi với PME

(17)

, diesel sinh học sẽ phá hủy các ống dẫn nhiên liệu và các vòng đệm bằng cao

su. Nguyên nhân là do diesel sinh học có tính chất hóa học của một chất làm mềm, chất cũng có trong các ống dẫn nhiên liệu và vòng đệm bằng cao su. Diesel sinh học sẽ thay thế các chất làm mềm trong các ống và vòng đệm này, vật liệu lúc đầu sẽ phồng lên, lúc này nếu dùng dầu diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ thì dầu diesel này sẽ rửa sạch diesel sinh học. Không có chất làm mềm vật liệu sẽ cứng và bị thẩm thấu nước.

67

 Mức độ không no của biodiesel cao hơn diesel truyền thống, đây chính là tác nhân tạo nhựa trong động cơ.  Trong phân tử biodiesel chứa hàm lượng oxygen khá cao nên nhiệt trị thấp hơn diesel truyền thống. Vì vậy, khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu sẽ tiêu hao hơn nhiều so với nhiên liệu diesel truyền thống.  Một ưu điểm của PME có thể lại trở thành nhược điểm khi được sử dụng thực tế ở các loại xe cơ giới: dễ bị phân hủy bằng sinh học và đi cùng là không bền lâu.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Ôxi hóa và nước tích tụ sẽ làm xấu đi các tính chất của PME sau một thời gian tồn trữ.

Vì thế mà PME thường ít được khuyên dùng cho các xe ít được vận hành.  Khi sử dụng biodiesel thì hàm lượng khí NOx thải ra khi tăng khi giảm,

không khống chế được. Đây chính là một trong những nhược điểm đáng kể của biodiesel so với diesel truyền thống.

 Biodiesel có điểm đông đặc cao hơn diesel truyền thống nên gây khó khăn

cho việc sử dụng ở các nước có nhiệt độ thấp vào mùa đông. Để khắc phục nhược điểm này, phụ gia làm giảm điểm đông đặc được đưa thêm vào biodiesel.  Kinh nghiệm trong lãnh vực xe chuyên chở cho thấy là việc sử dụng diesel

sinh học nhiều năm có thể dẫn đến hư hỏng bơm nhiên liệu, đặc biệt là ở những động cơ có bộ phận bơm phun nhiên liệu trực tiếp. Xe này tuy đã được cho phép vận hành với diesel sinh học nhưng nhà sản xuất bộ phận bơm phun (Bosch AG) thì lại không cho phép công khai dùng với RME. Người ta nói là vì phân tử RME có độ lớn khác với diesel thông thường và các phân tử RME trong các kênh dẫn tinh vi không có khả năng bôi trơn đầy đủ ở áp suất cao và vì thế là nguyên nhân dẫn đến hao mòn nhanh hơn.  Khuyết điểm lớn nhất của biodiesel là giá thành cao hơn nhiều so với diesel truyền thống, mặc dù chi phí sản xuất nhiên liệu sinh học đã giảm so với thập niên trước, bioethanol (sản xuất từ ngũ cốc) và biodiesel sản xuất theo công nghệ hiện tại ở các nước thuộc Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế vẫn đắt gấp 2-3 lần so với xăng và dầu diesel. Ở một số nước đang phát triển, bioethanol sản xuất từ mía có thể cạnh tranh hoặc gần bằng với giá xăng nhập khẩu. Đây chính là nguyên nhân dẫn đến việc sử dụng biodiesel chưa phổ biến hiện nay.

68

 Diesel sinh học hiện nay được coi là một trong những nhiên liệu thân thiện với môi trường nhất trên thị trường. Mặc dầu hiện nay có thể mua diesel sinh học tại rất nhiều trạm xăng (riêng tại Đức là 1.900 trạm) nhưng diesel sinh học chưa được người tiêu dùng sử dụng nhiều do người tiêu dùng không tin tưởng vào loại nhiên liệu mới này. Một vấn đề khác là rất nhiều người không biết chắc chắn là liệu ô tô của họ có thể sử dụng được diesel sinh học hay không.

3.6.3.8 Xu thế phát triển nhiên liệu sinh học.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Trong một có gắng ngăn chặn cuộc khủng hoảng nhiên liệu đang treo lơ lửng trước mắt, các ngành công nghiệp đang xem xét rất nhiều nguồn nhiên liệu thay thế để tiếp tục sản sinh ra năng lượng và giảm những ảnh hưởng đến môi trường. Nhiên liệu sinh học đã trở thành một đề tài tranh luận trong lĩnh vực giao thông với tiềm năng thay thế cho diesel, nhưng một số chuyên gia đang cảnh báo rằng chúng có thể có nhiều nguy hại hơn những lợi ích đem lại.

Nhiên liệu sinh học có thể giảm bớt được 75% lượng phát thải CO2, điều này

nghe có vẻ rất tốt cho môi trường (xem hình 13). Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu ở trường đại học Leeds và tổ chức World Land Trust đã cảnh báo rằng những vụ thu hoạch nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học cho những chiếc xe thân thiện với môi trường có thể thực sự còn nguy hại đến môi trường hơn nguồn nhiên liệu truyền thống mà chúng thay thế.

69

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Hình 13: Lượng phát thải CO2 do nhiên liệu sinh học chỉ bằng với khối lượng tự nhiên trong vòng tròn của nó.

Một vùng đất rộng lớn tại các nước đang phát triển đang được làm khai hoang

để trồng mía đường và dầu cọ để phục vụ cho sản xuất nhiên liệu, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nhiên liệu sinh học. Chúng được chuyển đổi thành nhiên liệu sinh học, loại nhiên liệu thải ra CO2 ít hơn các loại nhiên liệu hóa thạch truyền thống.

Nhưng các nhà khoa học lại thấy rằng chúng sản sinh ra CO2 nhiều gấp 9 lần so với nhiên liệu truyền thống khi mà nhiên liệu sinh học lại được lớn lên từ những vùng đất được đốt cháy từ những cánh rừng ( xem hình 14 -15). Một trong những lý do để phát quang thêm đất là để trồng nhiên liệu sinh học bởi đất nông nghiệp chủ yếu được dùng để trồng trọt, chăn nuôi hay trồng thức ăn gia súc. Do đó thật khó mà đáp ứng đủ nhiên liệu sinh học nếu không phát quang thêm đất .

70

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Hình 14: Các cánh đồng nguyên liệu ngày càng được mở rộng.

Hình 15: Các cánh rừng đang bị tàn phá để trồng nguyên liệu sản xuất diesel sinh học.

Sự thật là nhiên liệu sinh học có ảnh hưởng đến một phần nào đó của thế giới, Tổng lượng CO2 phát thải khi bạn phá bỏ những cánh rừng cho những cánh đồng nhiên liệu sinh học lớn hơn rất nhiều so với lượng CO2 giảm được từ nó trong 30 năm tới. Do đó giải pháp bền vững là nên gìn giữ những cánh rừng, thảo nguyên và khôi phục rừng cùng những đồng cỏ là cách tốt nhất để cứu hành tinh của chúng ta. Bất kỳ cố gắng nào đều phải kết hợp được chặt chẽ giảm nhiên liệu cùng với phát triển nguồn nhiên liệu mới. Rõ ràng là chúng ta cần huy động những nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất như là một phần của giải pháp tìm con đường bền vững 71

để phát triển những cánh đồng nhiên liệu sinh học cho nhu cầu năng lượng của chúng ta.

Hiện đang có những cánh đồng nhiên liệu được lấy từ những vùng đất được khai hoang từ rừng, nhưng cũng khuyến khích tạo nhiên liệu sinh học từ Cellulosic – chúng dựa vào nguồn bền vững hơn gồm cỏ (gần như vô hạn) và những cây hoang không cạnh tranh với các cánh đồng lương thực. Hiện còn đang tranh cãi về việc phát triển công nghệ này sẽ có ảnh hưởng đến quá trình phát triển rừng. Nhưng tín hiệu rõ ràng từ báo cáo này là những cách tiếp cận rộng cần phải được theo đuổi sự bền vững

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

cho tài nguyên của thế giới.

72

Chương 4 NHIÊN LIỆU HYDRO 4.1 Giới thiệu về nhiên liệu hydro.

Hydro là nguyên tố xuất hiện phổ biến nhất trong vũ trụ. Nó có thể được đốt cháy trong một động cơ đốt trong hay sử dụng cho các mô-tơ điện; và xét về mặt khí thải, hydro sạch hơn nhiều so với xăng. Ngành công nghiệp ô tô dường như đã xác

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

định hydro là một giải pháp thuyết phục cho cuộc khủng hoảng năng lượng đang dần hiện hữu trước mắt. Vì thế, mỗi năm chúng ta nhận thấy một số lượng lớn xe sử dụng pin nhiên liệu được các nhà sản xuất ô tô lớn mang ra triển lãm. Tuy nhiên, nó cũng là một công nghệ với không ít rào cản to lớn cần phải vượt qua trước khi đưa vào thực tiễn.

Hydro là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu

trong thiên nhiên, đã được sử dụng làm nhiên liệu phóng các tàu vũ trụ. Đặc điểm quan trọng của hydro là trong phân tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa học nào khác, như cacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H2O), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng (xem hình 16) .

Hydro ở xung quanh chúng ta. Nhiều người nhìn nhận hydro là nhiên liệu sạch

và hiệu quả nhất để cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ xe cộ, lò luyện kim cho tới máy điều hoà không khí... nếu con người có thể tìm ra một phương cách hiệu quả chinh phục nó.

Hình 16: Phân tử Hydro.

73

Tại cuộc gặp mặt các nhà lãnh đạo các nước tiên phong trên thế giới ở Evine tháng 5 năm 2003 đã tuyên bố, thành tố quan trọng của sự phát triển bền vững tương lai cho nền văn minh nhân loại là ngành năng lượng hydro.

4.2 Các đặc tính của Hydro (H2). Ở trạng thái tự do và trong các điều kiện bình thường, hydro - khí không màu, không mùi và không vị. Tỷ trọng hydro bằng 1/14 tỷ trọng của không khí. Hydro thường tồn tại ở dạng liên kết với các nguyên tố khác như oxy trong nước, cacbon

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

trong khí methane và trong các hợp chất hữu cơ. Do hydro có hoạt tính cực mạnh nên hiếm thấy hydro tồn tại như một nguyên tố riêng rẽ.

Được làm mát tới trạng thái lỏng hydro chiếm 1/700 thể tích của trạng thái khí.

Hydro khi hóa hợp với oxy có hàm lượng năng lượng cao nhất trên một đơn vị khối lượng: 120,7 GJ/T [28]. Đó là một trong các nguyên nhân tại sao hydro lỏng được sử dụng làm nhiên liệu cho các tên lửa và năng lượng cho tàu vũ trụ, tại đây khối lượng phân từ nhỏ và suất hàm lượng năng lượng cao có ý nghĩa hàng đầu.

Hydro đốt trong oxy tinh khiết, các sản phẩm duy nhất sinh ra là nhiệt lượng

với nhiệt độ cao và nước. Do đó khi sử dụng hydro sẽ không tạo ra khí nhà kính và không phá hoại vòng luân chuyển của nước trong thiên nhiên.

4.3 Nguồn sản xuất hydrogen.

Các nguyên liệu và phương pháp sau đây hiện đang được nghiên cứu và ứng

dụng để sản xuất hydrogen. Đó là khí đốt thiên nhiên, than đá, nguồn năng lượng hạch nhân, phương pháp điện giải, năng lượng gió, năng lượng sinh khối (biomass), và năng lượng mặt trời.

4.3.1 Sản xuất hydro từ khí thiên nhiên. Điều chế hydrogen từ các nguồn nguyên liệu thiên nhiên như khí đốt được thực hiện dễ dàng nhất, và không cần phải sản xuất một nguồn nguyên liệu trung gian khác.

Lợi điểm thứ hai, là phương pháp này đưa đến một công nghệ không phức tạp và có tỷ lệ hydrogen-carbon cao; do đó, hạn chế được tối đa lượng khí carbonic phát thải vào không khí.

Nguyên lý chuyển đổi từ khí đốt methane CH4 ra hydrogen gồm các phương cách sau đây: khí methane phản ứng với hơi nước ở áp suất 10-20 atmospheres (1-2 MPa) và 850°C với Nickel làm chất xúc tác sẽ cho ra Hydrogen và Carbon monoxide 74

[28]. Giai đoạn thứ nhất của quá trình là tách khí methane và hơi nước ra thành hydro và khí carbon monoxide (CO). Tiếp đó sang giai đoạn thứ hai "phản ứng chuyển dịch" biến carbon monoxide và nước thành carbon dioxide (CO2) và hydro. Phản ứng này xảy ra với nhiệt độ 200 - 250oC [28]. Phản ứng tạo ra hydrogen diễn ra như sau: CH4 + 2H2O(hơi) → CO2 + 4H2 (1) (2)

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

CO + H2O(hơi) → CO2 + H2

Và sau cùng khi tinh chế lại, quy trình sản xuất sẽ cho ra hydrogen có độ tinh

khiết rất cao. Có thể dùng phương pháp rây phân tử (xem hình 17)

Hydrogen

Carbon dioxide

Hình 17: Màng rây phân tử dùng để tách khí hydro ra khỏi hỗn hợp khí.

Phương pháp chuyển đổi khí đốt ra hydrogen trong giai đoạn chuyển tiếp hiện tại có thể là một giải pháp có hiệu quả kinh tế cao nhất vì nguồn vốn đầu tư và sản xuất tương đối thấp so với các phương pháp khác. Đặc điểm của phương pháp này là dễ thực hiện và khi sản xuất ở quy mô lớn sẽ làm giảm giá thành. Đặc điểm thứ hai, là ở các hệ thống phân phối, ở các điểm bán lẽ

75

không cần nhân viên có trình độ cao để chuyển khí hydrogen từ hệ thống phân phối qua tế bào tiếp nhận của xe.

Theo ước tính, một hệ thống sản xuất 480 kg hydrogen/ngày sẽ giảm từ 3.847 $/kg/ngày còn 2.000 $/kg/ngày và giá hydrogen sẽ giảm xuống từ 3,51 còn 2,33 Mỹ kim/Kg [29]. Phương pháp này có thể áp dụng với quy mô kỹ nghệ vào năm 2011.

4.3.2 Sản xuất hydro từ than đá.

Phương pháp này được áp dụng ở các nhà máy nhiệt điện dùng than và quy

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

trình tổng hợp khí hóa trong than. Đây là một phương pháp sạch biến than thành năng lượng đang ngày càng phát triển ở Hoa kỳ. Do đó, việc phối hợp vừa sản xuất điện và khí hydrogen trong các nhà máy phát điện dùng than sẽ giảm giá thành của hydrogen và phương pháp này có hiệu quả kinh tế rất cao. Đây là một phương pháp biến than thành khí (gasification) dựa theo nguyên lý oxid hóa than đá với hơi nước ở nhiệt độ và áp xuất cao. Trong điều kiện trên, năng lượng được hình thành để có thể biến thành điện năng và khí hydrogen như phản ứng (2) ở phần 4.3.1.

Thêm nữa, với phương pháp trên, sản lượng hydrogen có được rất cao, có khả

năng cung ứng nhiên liệu cho nhiều hệ thống phân phối trong một vùng rộng lớn. Tuy nhiên có một điểm bất lợi lớn cho phương pháp này là lượng khí CO2 thải ra rất lớn, lớn hơn tất cả phương pháp hiện nay để sản xuất hydrogen. Do đó, cần phải có hệ thống thu hồi khí carbonic bằng cách áp dụng kỹ thuật chuyển hóa carbon (sequestration). Với phương pháp này, giá thành của H2 được ước tính khoảng $1,03/Kg. Trong tương lai, nếu áp dụng các phương pháp hoàn chỉnh hơn như thiết lập các lò phản ứng khí hóa lớn, và tăng hiệu năng việc tách rời cũng như tinh chế H2, giá thành có thể giảm xuống còn $0,90/Kg [29].

4.3.3 Sản xuất hydro từ năng lượng hạt nhân.

Sản xuất H2 từ nguồn năng lượng này có hai điểm lợi: 1- Nguồn nguyên liệu chính là uranium có trữ lượng lớn ở Hoa Kỳ, Canada, và Châu Úc. Do đó đây là một nguồn nguyên liệu ổn định và an toàn; 2- Nguồn năng lượng hạch nhân không tạo ra khí carbonic vào bầu khí quyển cũng như các khí thải độc hại khác.

Quá trình sản xuất H2 trong các lò phản ứng hạch nhân có thể được lý giải như sau: hơi nước được điện giải trong phản ứng nhiệt hóa từ khoảng 700 đến 1.0000C để

76

cho ra H2. Phản ứng này chiếm ưu thế hơn vì không cần sự hiện diện của các chất xúc tác và cho hiệu suất cao hơn phản ứng nhiệt hóa.

Tuy nhiên, vì cùng sản xuất đồng loạt địên năng và hydrogen, cho nên cần có sự hiện diện của hai lò phản ứng ở trong cùng một phạm vi sản xuất. Điều này đòi hỏi mức an toàn vận hành rất cao. Mọi sơ suất có thể biền thành một tai nạn thảm khốc cho cư dân trong vùng.

4.3.4 Sản xuất hydro từ quá trình điện giải.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Phương pháp điện giải nước để có được hydrogen và oxygen đã được phát minh vào cuối thế kỷ 18 (xem hình 18). Phương pháp này không cho hiệu quả kinh tế cao so với các phương pháp trên. Nhưng hiện tại, cách này có thể dự phần không nhỏ trong giai đoạn chuyển tiếp dùng năng lượng hydrogen, vì dễ dự trữ và hệ thống điện giải có thể được thiếp lập ngay tại các trạm bán xăng dầu. H2 sẽ được chứa trong những bình chứa đặc biệt sẵn sàng được bơm thẳng vào bình nhiên liệu của xe.

Giá thành được ước tính là $2,50/Kg cho hệ thống điện giải nhỏ và $2,0/Kg cho

các hệ thống lớn. Trong tương lai, giá có thể giảm hơn nữa do việc làm tăng hiệu năng điện giải từ 63 lên 75% qua sự kiện làm giảm nguồn năng lượng làm nóng hơi nước, và có thể đem áp dụng vào năm 2010.

Hình 18: Phương pháp điện giải tách nước thành oxy và hydro.

77

4.3.5 Sản xuất hydro từ năng lượng mặt trời. Để thu được hydro nhờ năng lượng mặt trời có hai phương pháp sản xuất sau đây:  Phương pháp điện phân nước (water electrolysis) nhờ năng lượng điện mặt trời thông qua các pin mặt trời (solar cell).  Phương pháp quang điện hóa phân rã nước (photoelectrochemical water splitting) nhờ năng lượng bức xạ của ánh nắng mặt trời với sự có mặt chất xúc

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

tác quang. Cả hai phương pháp, phản ứng đều xảy ra như sau: H2O → H2 + 1/2O2

Theo Viện Tầm nhìn Thế giới, năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để sản

xuất hydro từ nước. Các đòi hỏi về đất đai không phải là trở ngại của việc sản xuất hydro. Ước tính nhu cầu năng lượng thế giới năm 2050 có thể được đáp ứng nhờ sản xuất hydro từ mặt trời chỉ ở khoảng 0,5% diện tích thế giới.

4.3.6 Sản xuất hydro từ biomass và quá trình quang hoá sinh học.

Một cách tổng quát, tất cả nguyên liệu sinh-khối (biomas) đều chứa các nguyên

tố chính Carbon (C), Hydrogen (H), Oxy (O), Nitrogen (N), Sulfur (S). Lên men yếm khí trong lò ủ, chất hữu cơ huỷ hoại thành khí methane (CH4):

CHONS + H2O → CH4 + CO2 + H2 + H2O + NH4 + HS

Khí methane sản xuất từ lò ủ yếm khí chiếm khoảng 65% và CO2 khoảng 35%

thể tích. Sau đó, khí methane được tổng hợp thành hydrogen như phần 4.3.1.

4.3.7 Sản xuất hydro từ năng lượng gió.

Mặc dù hydro là nguyên tố thường gặp nhất trong vũ trụ nhưng trên trái đất,

nguyên tố này không tồn tại ở dạng đơn chất. Muốn có, phải hoặc là điện phân nước hoặc tách ra từ khí tự nhiên. Hai qui trình này đều cần đến rất nhiều năng lượng, mà nếu như năng lượng này được sản xuất từ các công nghệ phát điện truyền thống sẽ tạo ra khí nhà kính và các phát thải có hại khác. Vì vậy, sử dụng năng lượng gió để tạo ra hyđro có thể tích trữ được và sử dụng khi cần thiết thì có thể biến hyđro thành “nhiên liệu hoàn hảo”.

Năng lượng gió thất thường được biến đổi thành nhiên liệu dự trữ có thể sử dụng bất cứ lúc nào, đồng thời tạo ra phương cách hoàn toàn thân thiện với môi trường để thu được hydro, cấp điện cho các hộ gia đình và cho cả xe ôtô.

78

Việc sản xuất hydrogen từ các nguồn năng lượng tái tạo vẫn còn là một đề tài nóng bỏng hiện tại, vì đây là mục tiêu dài hạn cho tương lai. Do đó, năng lượng gió chuyển đổi thành điện năng; và sau cùng, dùng điện năng này để phân giải nước thành hydrogen. Vấn đề được đặt ra ở đây là làm thế nào để có hiệu năng tối đa, vì vậy:  Cần phải nghiên cứu công nghệ turbine gió và chuyển hóa thành điện năng để có được giá thành thấp so với hiện tại;  Giảm giá thành của công nghệ phân giải nước;

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

 Và sau cùng phối hợp hợp lý hệ thống turbine gió, hệ thống phân giải, cùng hệ thống bình chứa hydrogen.

Một khi thực hiện được ba điều trên, nguồn năng lượng gió sẽ là nguồn năng

lượng tái tạo hiệu quả nhất cho việc chuyển đổi thành điện năng và hydrogen cho thế kỷ 21 này. Nếu công nghệ gió có khả năng làm tăng hiệu năng chuyển đổi, giá thành sẽ càng giảm hơn nữa (hiện tại, khả năng chuyển đổi này là 30%).

Yếu tố môi trường cũng là một lợi thế cho việc ứng dụng năng lượng gió vào

việc sản xuất hydrogen, vì nguồn năng lượng này hoàn toàn không phát thải khí carbon monoxide (CO), khí carbon dioxide (CO2), nitrogen oxide (NOx), sulfur dioxide (SO2), và những hóa chất hữu cơ nhẹ và kim loại độc hại như trong kỹ nghệ điện từ than đá hay dầu hỏa.

Với phương pháp này, giá thành của hydrogen được ước tính là $6,64/Kg nếu

hệ thống gió - phân giải - hydrogen được hoàn chỉnh với hiệu suất tối đa, giá thành có thể giảm xuống còn $2,86/Kg Hydrogen.

Năng lượng gió hiện đang có lợi thế trong việc sản xuất nguồn năng lượng

hydrogen và có khả năng biến nguồn năng lượng này có hiệu quả kinh tế cao. Do đó, đây sẽ là nguồn năng lượng trong tương lai, giảm thiểu sự phát thải khí carbonic, tác nhân chính của sự hâm nóng toàn cầu, và giảm thiểu lượng hydrocarbon trong dầu khí dùng cho việc di chuyển và sản xuất ra điện năng tiêu dùng.

Qua thời gian, công nghệ gió có những bước tiến đáng kể trong việc thu hồi toàn bộ sức gió để làm tăng vận tốc quay của những cánh quạt, cùng hệ thống dự trữ điện năng hòan chỉnh sẽ là hai yếu tố quyết định.

79

4.4 Tiềm năng sử dụng hydro. Ở Châu Âu, vào cuối thế kỷ XIX, người ta đã đốt nhiên liệu được gọi là "khí thành phố hoặc khí tổng hợp" - đó là hỗn hợp hydro với carbon monoxide (CO).

Người ta đã sử dụng hydro để di chuyển trong bầu trời (khí cầu lái và khí cầu) bắt đầu từ chuyến bay đầu tiên ở Pháp ngày 27/8/1784 của Jacque Charle trên khí cầu nạp hydro. Ngày nay nhiều ngành công nghiệp sử sụng hydro để tinh chế dầu mỏ và để tổng hợp amoniac và methanol. Hệ thống tàu vũ trụ "Shattle" sử dụng hydro để làm

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

nhiên liệu cho các khối tăng tốc. Hydro cũng được sử dụng để khởi động tàu chở hàng "Energy" để đưa lên quỹ đạo những kiện hàng siêu trọng, thí dụ như con tàu "Buran". Ô tô và buồng đốt của máy bay tương đối dễ dàng chuyển đổi sang sử dụng

hydro làm nhiên liệu. Ở Nga động cơ ô tô lần đầu tiên sử dụng hydro tại Leningrad khi bị Đức bao vây năm 1942. Vào những năm 80, Tổ hợp khoa học - kỹ thuật hàng không mang tên A.N. Tupolev đã chế tạo phòng thí nghiệm bay (trên cơ sở máy bay TU - 154V) sử dụng hydro lỏng làm nhiên liệu. Kết quả là đã tạo ra máy bay đầu tiên trên thế giới sử dụng nhiên liệu được làm lạnh - hydro lỏng và khí thiên nhiên hoá lỏng - máy bay TU - 155.

Hiện nay ngành năng lượng hydro - nguyên tử quy mô lớn đang được quan tâm

mà những người khởi xướng là những nhà chế tạo các loại ô tô khổng lồ. Hydro có nhiều ưu việt để làm nhiên liệu cho các phương tiện vận tải và ngành công nghiệp ô tô đang tích cực tham gia vào việc sử dụng hydro.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu, thiết kế, chủ doanh nghiệp, nhà đầu tư lại

hướng sự chú ý đặc biệt vào pin nhiên liệu, loại công nghệ áp dụng phản ứng oxy hoá hydro trong quá trình điện hoá màng mỏng để sản sinh ra điện, nhiệt năng và nước. Ở Mỹ, Đức, Nhật Bản, Canada đã xây dựng và khai thác các trạm nạp hydro cho ô tô. Ôtô chạy bằng hydro sẽ được bán rộng rãi trong tương lai gần.

Việc chế tạo ô tô với các kiểu động cơ hoạt động theo nguyên lý mới đòi hỏi đầu tư rất lớn và hầu như không thể thực hiện nếu chính phủ không hỗ trợ.

Ngày nay người ta đã nghiên cứu triển khai các hệ thống bảo quản hydro trong các hợp chất ghép. Các hợp chất này là hợp chất hydro với các nguyên tố hoá học khác, thí dụ hệ thống bảo quản hydro trên cơ sở hợp chất ghép với Mg. Một số hợp kim Mg - Ni, Mg - Cu và Fe - Ti, hấp thu khối lượng lớn hydro và giải phóng hydro 80

khi đun nóng. Tuy nhiên, các hợp chất ghép có hàm lượng năng lượng cho một đơn vị trọng lượng không cao và quá trình nạp hydro chậm đến mức không cho phép. Công nghệ mới tổng hợp các chất hoá học chứa hydro như amoniac, methanol và các hợp chất khác với quy mô lớn cho phép giảm chi phí cho cơ sở hạ tầng cung cấp và nạp hydro, sử dụng các hệ thống bảo quản tối ưu.

4.5 Giá thành hydro.

Ngày nay phương pháp sản xuất hydro hiệu quả nhất về kinh tế là phương pháp

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

biến hoán methane bằng hơi nước. Theo các số liệu của Bộ Năng lượng Mỹ năm 1995, giá thành hydro là 7 USD/GJ (1 tỷ Joules) sản xuất ở nhà máy lớn tức là tương đương giá xăng 0,24 USD/l. Để hạch toán người ta đã quy định giá khí thiên nhiên 2,3 USD/GJ (80 USD/1000m3).

Sản xuất hydro bằng phương pháp điện phân trên cơ sở các công nghệ hiện đại

được đánh giá theo chi phí là từ 10 - 20 USD/GJ. Trong tương lai gần nhất, hydro sản xuất từ nước trong quá trình biến hoán bằng hơi nước có thể giảm xuống dưới 7 USD/GJ, tức là rẻ hơn xăng.

4.6 Nhiên liệu hydro dùng trong ô tô.

Ô tô chạy bằng hydro được chia thành hai loại là ô tô sử dụng động cơ hydro và

ô tô sử dụng tế bào nhiên liệu hydro. Ô tô sử dụng động cơ hydro sẽ chuyển năng lượng hydro thành năng lượng cơ học thông qua giai đoạn đốt cháy còn ô tô sử dụng tế bào nhiên liệu hydro sẽ chuyển năng lượng hóa học thành năng lượng cơ học thông qua quá trình chuyển hóa tế bào nhiên liệu. Đối với ô tô sử dụng động cơ hydro thì hydro thường được đốt cháy trong động cơ giống như các loại xe chạy bằng xăng dầu còn đối với ô tô sử dụng tế bào nhiên liệu hydro thì tế bào nhiên liệu (fuel cell) lại được dùng để thay thế cho động cơ (xem hình 19).

81

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T Hình 19: Một loại tế bào nhiên liệu.

4.6.1 Đặc trưng của hai loại ô tô chạy bằng hydro. Ô tô sử dụng nhiên liệu

Ô tô sử dụng tế bào nhiên liệu

hydro

hydro

Khí hydro kết hợp với khí oxy

Động cơ hydro đốt cháy nhiên

trong tế bào nhiên liệu tạo ra

Nguyên

liệu với phương pháp giống

nước và điện. Điện năng được

lý

như các động cơ diesel đốt

tạo ra trong phản ứng này được

trong truyền thống.

dẫn vào một động cơ chạy điện trong xe

Động cơ

Ưu điểm

Giống với động cơ diesel

Tế bào nhiên liệu thay thế cho

truyền thống

động cơ

Dễ phát triển và thương mại hóa

Hiệu suất cao gấp 2 lần so với ô tô động cơ đốt trong truyền thống

Nhược

Hiệu suất thấp hơn tế bào

Giá thành của tế bào nhiên liệu

điểm

nhiên liệu

khá đắt

Nhà sản xuất

Hyundai, Kia, GM, Ford,

BMW, Ford

Mercedes Benz, Honda 82

4.6.2 Tranh luận giữa các nhà sản xuất ô tô.

Nhà sản xuất ô tô động cơ hydro

Nhà sản xuất ô tô sử dụng tế bào nhiên liệu hydro  Tất cả các loại xe ô tô trong

 Ô tô động cơ hydro sử dụng

công nghệ động cơ đốt trong truyền tương lai sẽ thay thế động cơ bằng thống nên có khả năng chạy rất tốt tế bào nhiên liệu có hiệu suất cao. và đáng tin cậy.  Rất khó để thương mại hóa vì

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

 Giá thành của tế bào nhiên liệu

giá thành của tế bào nhiên liệu sẽ ngày càng giảm và việc thương hydro rất đắt.

mại hóa sẽ trở nên dễ dàng hơn.

 Ô tô động cơ hydro sẽ chiếm

lĩnh thị trường ô tô trong tương lai.

 Ô tô sử dụng tế bào nhiên liệu

hiệu suất cao sẽ chiếm lĩnh thị trường ô tô trong tương lai

4.6.3 Những thách thức trong việc phát triển ô tô chạy bằng hydro.

4.6.3.1 Cơ sở hạ tầng.

Thách thức lớn nhất trong việc phát triển ô tô chạy bằng hydro chính là việc xây

dựng những cơ sở hạ tầng cần thiết. Để có thể thương mại hóa loại xe mới này, cần phải xây dựng các trạm bán hydro. Tuy nhiên số tiền để đầu tư xây dựng các cơ sở hạ tầng này lại rất lớn.

4.6.3.2 Sản xuất hydro.

Sẽ phải tốn một khoản tiền rất lớn để có thể sản xuất và tích trữ hydro. Hiện nay hydro đang được chiết xuất từ nhiên liệu hóa thạch. Chính vì vậy mà việc phát triển công nghệ có hiệu suất cao để phân tách hydro từ nước là rất quan trọng.

4.7 Những lợi ích của nhiên liệu hydro.

4.7.1 Hydro - nguồn năng lượng thân thiện với môi trường.

Hydro là nguồn nhiên liệu an toàn, không thể gây bất cứ sự cố môi trường nào cho con người, không như nguồn năng lượng hạt nhân từng gây nhiều vụ rò rỉ phóng xạ như đã xảy ra trong nhiều năm gần đây.

83

Do đốt cháy hydro hầu như không gây ô nhiễm, nên hydro được xem là loại nhiên liệu sạch cơ bản. Khi bị đốt cháy, hydro sinh nhiệt và tạo ra hơi nước. Khi đốt hydro ở các động cơ đốt trong (động cơ sử dụng ở các xe ô-tô chạy bằng xăng hiện nay), quá trình cháy sẽ tạo ra một lượng nhỏ các loại khí khác. Các loại khí này hầu hết là hỗn hợp oxit của nitơ vì khi đốt hydro với không khí có chứa hai phần ba thể tích là nitơ. Hydro được xem là loại nhiên liệu không chứa carbon, nên phát thải không có carbon dioxide (CO2).

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Đặc biệt là chất này cháy trong không khí không tạo ra muội đen gây ô nhiễm môi trường cũng như gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Ngoài ra, nó còn cung cấp nguồn năng lượng giúp tạo ra điện năng hoặc cung cấp năng lượng để vận hành các phương tiện cơ giới mà không tạo ra khí thải gây ô nhiễm môi trường.

4.7.2 Hydro - nguồn năng lượng vô tận.

Hydro được sản xuất từ nước và năng lượng mặt trời, vì vậy hydro thu được

còn gọi hydro nhờ năng lượng mặt trời (solar hydrogen). Nước và ánh nắng mặt trời có vô tận và khắp nơi trên hành tinh. Năng lượng mặt trời được thiên nhiên ban cho hào phóng và vĩnh hằng, khoảng 3x1024 J/ngày, tức khoảng 104 lần năng lượng toàn thế giới tiêu thụ hằng năm [30]. Vì vậy, hydro nhờ năng lượng mặt trời là nguồn nhiên liệu vô tận, sử dụng từ thế kỷ này qua thế kỷ khác bảo đảm an toàn năng lượng cho loài người mà không sợ cạn kiệt, không thể có khủng hoảng năng lượng và bảo đảm độc lập về năng lượng cho mỗi quốc gia, không một quốc gia nào độc quyền sở hữu hoặc tranh giành nguồn năng lượng hydro như từng xảy ra với năng lượng hóa thạch.

4.7.3 Hydro thay xăng dầu cho các phương tiện giao thông, vận tải.

Hiện đã có nhiều mẫu xe chạy bằng hydro (hydrogen car) và xe kết hợp giữa động cơ đốt trong bằng hydro và động cơ điện có tên gọi xe ghép lai (hybrid car) được gọi chung là dòng xe hoàn toàn không có khói xả (ZEV)(13) của các hãng ôtô nổi tiếng như Honda, Ford, Mercedes Benz... trưng bày giới thiệu trong các cuộc triển lãm quốc tế về ôtô.

Nhật tuyên bố ngay trong năm 2008 các thế hệ xe không có khói xả ZEV sẽ ra đời với tên Toyota Prius, Toyota Camry Hybrid, Ford Escape Hybrid, Honda Insigh.

Cho đến tháng 4-2007, ở Mỹ đã có 200 chiếc ôtô và xe buýt chạy bằng hydro hoạt động [30]. Gần đây, một cuộc hành trình thử nghiệm xuyên châu Úc trong một ngày 84

đường khoảng 4.000km bằng ôtô dùng nhiên liệu hydro cho thấy ôtô có thể chạy an toàn đến mọi nơi mà không cần xăng và hoàn toàn không xả khí độc hại gây ô nhiễm môi trường.

4.7.4 Hydro thay xăng dầu sản xuất điện năng.

Hydro được sử dụng để sản xuất điện thay nhiên liệu hóa thạch, thực hiện trong các pin nhiên liệu (fuel cell). Pin nhiên liệu hoạt động theo nguyên lý ngược với quá trình sản xuất hydro, nghĩa là nếu với nguyên liệu là nước, khi được cung cấp một

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

năng lượng cần thiết sẽ xảy ra quá trình tạo ra hydro và oxy, thì ngược lại, nếu cho hydro và oxy kết hợp lại trong điều kiện nhất định sẽ thu được nước và một năng lượng tương ứng, đó là điện năng.

Pin nhiên liệu là một hệ mở, khi hydro và oxy được cấp vào liên tục thì nước và

điện sẽ sinh ra liên tục với cường độ không đổi, kéo dài bao lâu cũng được tùy theo sự cung cấp hydro và oxy vào hệ. Nhờ đó, pin nhiên liệu đóng vai trò như một máy sản xuất điện thực thụ với nguyên liệu đầu vào là hydro và oxy không khí, chất thải ra chỉ là nước.

Sẽ không cần máy phát điện, không cần những tuôcbin đồ sộ, không có cả

những cơ cấu chuyển động, không có tiếng ồn, không khói xả. Điện từ các pin nhiên liệu hydro có thể sản xuất mọi nơi, mọi công suất từ vài watt cho đến hàng trăm kilowatt hoặc hàng trăm megawatt cho mọi nhu cầu, từ các vùng sâu, vùng xa, hoặc trạm điện, các cao ốc cho đến các thành phố, mà không cần đến những nhà máy điện đồ sộ cùng nguồn điện lưới từ trung tâm cung cấp phân phối điện quốc gia. Người tiêu thụ có thể tự sản xuất điện. Sản xuất điện bằng pin nhiên liệu hydro sẽ phá thế độc quyền trong sản xuất và phân phối điện.

Từ năm 1960, Công ty General Electric đã sản xuất hệ thống cung cấp điện bằng pin nhiên liệu hydro cho tàu Apollo của NASA, sau đó sử dụng cho tàu ApolloSoyuz, Skylab và các tàu con thoi (Space Shuttle). Ngày nay, điện năng trong các tàu con thoi và trạm nghiên cứu không gian của NASA đều được các pin nhiên liệu cung cấp, vì trên tàu không gian, hydro và oxy được mang theo sẵn. Song điều lý thú là bản thân pin nhiên liệu không chỉ cung cấp điện mà còn cung cấp nước uống siêu sạch cho các phi hành gia, vì nước là chất thải của pin nhiên liệu hydro.

85

4.8 Những hạn chế của nhiên liệu hydro.

4.8.1 Chi phí sản xuất cao.

Một trong các nhiên liệu thay thế dùng trong giao thông có triển vọng và được quan tâm nhiều nhất hiện nay là hydro. Hiện nay, mới chỉ có một số phương tiện chạy thử nghiệm bằng loại nhiên liệu này, vì nguồn năng lượng duy nhất này có chi phí cực kỳ cao. Để đạt được lợi ích chính của nó – khả năng cung cấp nhanh chóng nguồn năng lượng lỏng cho một chiếc xe – sẽ cần xây dựng một mạng lưới phân phối hydro

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

tương tự như được dùng để phân phối xăng. Nguyên tử hydro quá nhỏ đến nỗi chúng có thể bay ra thông qua cấu trúc phân tử của nhiều bình chứa và đường ống, có nghĩa là nó rất đắt và khó giải quyết cho giao thông với khối lượng lớn. Tạo ra hydro ngay tại chỗ ở các trạm nhiên liệu là một giải pháp tiềm năng, nhưng cuối cùng, một nền kinh tế hydro hoàn toàn mang tính chức năng có khả năng thay thế nền kinh tế xăng dầu sẽ phải chi phí hàng nghìn tỷ đô la chỉ riêng tại Mỹ.

4.8.2 Cơ sở hạ tầng cho nhiên liệu hydro còn thấp kém.

Phải mất một thời gian dài nữa, thế giới mới có thể chuyển từ nhiên liệu hoá

thạch sang sử dụng hydro. Con người vẫn phải có những thiết bị có thể sử dụng trên quy mô khả thi về mặt kinh tế. Các kỹ sư sẽ phải thiết kế tế bào nhiên liệu cỏ thể thu ánh sáng mặt trời từ nóc nhà và các nơi khác. Cơ sở hạ tầng năng lượng của thế giới chủ yếu được dựa trên nhiên liệu hoá thạch và năng lượng hạt nhân. Việc chuyển sang sử dụng xe chạy bằng hydro và xây dựng trạm tiếp nhiên liệu hydro đòi hỏi một số tiền đầu tư lớn. Ngoài ra, con người còn phải giải quyết vấn đề an toàn và lưu trữ hydro.

Tuy nhiên, viễn cảnh về một thế giới sử dụng hydro đang dần trở thành hiện thực cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ.

4.8.3 Giá hydro cao hơn các loại nhiên liệu khác.

Một trong những lý lẽ lớn nhất chống lại việc sử dụng hydro làm nguồn năng lượng thay thế là: Hydro đắt hơn năng lượng từ nhiên liệu hoá thạch - than, dầu và khí tự nhiên.

Hydro thường ở thể khí và có thể được nén và chứa trong các xylanh. Hydro nén trong các bình chứa có năng lượng trên một đơn vị thể tích thấp hơn so với các loại nhiên liệu lỏng khác như xăng và ethanol. Hydro có thể được làm lạnh (-2520C) để tạo ra hydro lỏng, song với chi phí cao.

86

4.8.4 Dự trữ hydro khó khăn.

Hiện nay, vấn đề chính là làm sao lưu giữ đủ lượng hydro đối với một chiếc xe ô tô với khả năng hợp lý vì chi phí khá cao so với xăng, đây là các trở ngại cho sử dụng thương mại rộng rãi loại nhiên liệu này.

Hydro là nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ và sẽ trở thành nhiên liệu của tương lai. Hydro có rất nhiều, song không dễ dàng trong quá trình tách, lưu giữ và phân phối nguồn nhiên liệu này. Hiện nay, có khoảng 400 tỷ m3 hydro được sản xuất

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

mỗi năm - tương đương với 10% sản lượng dầu trên toàn thế giới [31]. Hầu hết lượng hydro này được sử dụng trong lọc dầu, sản xuất phân ammonia, và các ứng dụng công nghiệp khác. Hydro còn được sử dụng làm nhiên liệu cho phóng tên lửa và phát điện ở Mỹ trong các chương trình tàu vũ trụ.

4.8.5 Khó khăn trong sản xuất và phân phối.

Hydro và oxy là những nguyên tố dồi dào nhất trên trái đất. Oxy cần cho tế bào

nhiên liệu được lấy từ không khí. Tuy nhiên, nguồn hydro thì vẫn còn hạn chế: không giống dầu hoặc than, trước khi được sử dụng trong các tế bào nhiên liệu, con người phải sản xuất hydrogen từ nước, hoặc các hydrocarbon chẳng hạn như xăng, propane, khí tự nhiên, methanol và ethanol bởi không có mỏ hydrogen tự nhiên dưới lòng đất.

Ngoài ra, rất khó chứa và phân phối hydro. Chẳng hạn như chưa có đường ống dẫn hydro tới các ngôi nhà và rất ít các trạm tiếp hydro dọc đường. Chính sự hạn chế đó đã làm cho pin nhiên liệu trở nên không thực tiễn trong hầu hết các ứng dụng.

4.8.6 Tính an toàn thấp.

Chúng ta cần phải lưu ý đến yếu tố an toàn trong việc xử dụng hydrogen trong

kỹ nghệ vận chuyển. Hydrogen là một khí nhẹ nhất, rất dễ bị rò rỉ trong các hệ thống dây nối trong xe. Theo KS Rudolph Pick, chuyên gia về hydrogen ở Florida, chỉ cần một sự rò rỉ nhỏ cũng có thể gây ra tai nạn chết người do hydrogen sẽ phát nổ khi thoát ra ngoài không khí. Do đó, một khi có tai nạn do xe chạy bằng nhiên liệu hydrogen, thảm nạn sẽ xảy ra tức khắc. Và đây là một bất lợi lớn nhất cần phải khắc phục trong tương lai, trước khi đem công nghệ này vào áp dụng.

87

4.9 Các công trình nghiên cứu sản xuất hydro gần đây.

4.9.1 Tách hydro từ nước bằng ánh nắng.

Trong một thời gian dài, các nhà khoa học đã biết cách tách nước thành hai nguyên tố: oxy và hydro. Tuy nhiên, vấn đề là tiến trình tách cần điện - năng lượng được sản xuất từ nhiên liệu hoá thạch (không kể thuỷ điện). Điều này làm cho việc sản xuất hydro trở nên vô nghĩa và có chi phí cao. Người ta đã tìm kiếm một phương pháp kinh tế để sử dụng titanium dioxide làm chất xúc tác tách nước thành oxy và hydro.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Nguồn nhiên liệu mà họ sử dụng để tách chính là năng lượng mặt trời.

Titanium dioxide (TiO2) được sử dụng rộng rãi làm sắc tố trắng trong sơn, giấy,

mỹ phẩm, kem chống nắng và thuốc đánh răng. Dạng tinh khiết nhất của nó được tìm thấy trong rutile - một loại cát bãi biển. TiO2 cũng được chiết xuất từ các loại quặng nhất định. Hydro có tiềm năng khổng lồ với thị trường bằng quy mô của mọi thị trường than, dầu và khí ngày nay cộng lại. Công nghệ tách hydro hiệu quả là mơ ước của nhiều người trong một thời gian dài và thật là tuyệt vời khi biết rằng nó đang ở trong tầm với.

4.9.2 Sản xuất nhiên liệu hydro từ tảo biển.

Các chuyên gia Đại học Bielefeld (Đức) và Đại học Queensland (Australia)

nuôi trồng thành công giống tảo xanh Chlamydomonas reinhardtii (xem hình 5) đơn bào sinh khí hydro với số lượng lớn sau đó đốt cháy khí này để tạo ra năng lượng.

Trong khi các loại nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, than đá và khí tự nhiên khi đốt sẽ thải ra khí carbon dioxide (CO2) thì loại nhiên liệu xanh này chỉ thải ra nước. Bình thường, một lít tảo cho ra chỉ 100 ml hydro nhưng tảo biến đổi gien có thể tạo ra lượng hydro cao gấp 5 lần.

Theo các nhà nghiên cứu, để khai thác thương mại loại tảo này thì cần nâng hiệu suất năng lượng từ 1,6%-2% hiện nay lên 7-10%. Trong khi đó, mức cao nhất ở tảo tự nhiên là 0,1% [32]. Mục đích sau cùng của các nhà nghiên cứu có thể tạo ra pin nhiên liệu sinh học, trong đó tảo sản sinh đủ lượng hydro cần thiết và có thể sử dụng ngay. Khi đó, các bác tài không phải chạy đến trạm xăng để tiếp nhiên liệu mà chỉ cần mang theo xe thiết bị phát điện từ tảo. Trong khi đó, Đại học Kỹ thuật Karlsruhe (Đức) đang phát triển loại lò phản ứng sinh học chứa khoảng 500-1.000 lít tảo. Trong tương

88

lai, những lò phản ứng xử lý 1 triệu lít tảo có thể cung cấp đủ năng lượng cho 1.000 hộ

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

dân.

Hình 20: Tảo xanh Chlamydomonas reinhardtii được nuôi ở ao.

4.9.3 Hệ thống xử lý nhiên liệu để tạo ra hydro cung cấp cho fuel-cell.

Hệ thống xử lý nhiên liệu để tạo ra hydro cung cấp cho fuel-cell được gắn ngay

trên xe, nhờ vậy xe có thể tăng được 40% hiệu quả sử dụng nhiên liệu và đạt mức tiêu thụ nhiên liệu 5L/100km và có thể chạy được quãng đường lên tới 800 km cho một lần nạp nhiên liệu mà chỉ thải ra 78 g/km khí CO2.

Hệ thống xử lý nhiên liệu có thể áp dụng cho các loại nhiên liệu lỏng như:

xăng, ethanol, diesel, hoặc biodiesel.

89

Hydro còn lẫn khí tạp Khí hydro quay trở lại

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Loại bỏ khí CO

Hydro tới pin nhiên liệu

Nhiên liệu và nước

HÌNH 21: MÁY XỬ LÝ NHIÊN LIỆU.

Quá trình xử lý nhiên liệu để tạo ra Hydro nhiên liệu trải qua các giai đoạn như

sau (xem hình 21):

Buồng 1: Không khí, nhiên liệu và nước được đưa vào buồng đốt 1 trước để

làm nóng.

Buồng 2: Sau khi làm nóng ở buồng 1 thì hỗn hợp được hòa trộn và đưa vào

buồng đốt 2, tại đây sẽ xảy các phản ứng hóa học để tạo ra hydro nhiên liệu và CO. Buồng 3: Khí CO đi vào từ buồng 2 sẽ được đưa vào buồng 3 và xảy ra phản

ứng với hơi nước để tạo ra thêm Hydro nhiên liệu đồng thờI thải ra khí CO2 không độc.

Buồng 4: Thực hiện loại bỏ hợp chất của lưu huỳnh ra khỏi nhiên liệu để tránh gây ô nhiễm môi trường.

Buồng 5: Thực hiện quá trình oxi hóa khí CO độc hại còn lại sau các quá trình trên để tạo thành khí CO2 và thải ra môi trường.

Buồng 6: Khí Hydro sau khi đi ra từ hệ thống pin nhiên liệu sẽ quay trở lại hệ thống xử lý nhiên liệu để nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống.

90

4.10 Vấn đề phát triển nhiên liệu hydro.

Xe chạy bằng nhiên liệu hydro không thải ra khí cacbonic tuy nhiên quy trình sản xuất hydrogen lại cần lượng năng lượng khổng lồ. Nếu như sử dụng năng lượng từ các nhà máy nhiệt điện để sản xuất hydro thì vấn đề cốt lõi là giảm lượng khí thải lại không được giải quyết. Hơn nữa, việc lưu trữ, vận chuyển hydro phức tạp và tốn kém hơn xăng rất nhiều.

Việc sử dụng rộng rãi hydro là đề xuất của ngành công nghiệp ô-tô. Ngành

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

công nghiệp này đã đầu tư phát triển các pin nhiên liệu chạy bằng hydro; trong đó phần nhiều được dùng cho xe chạy bằng pin nhiên liệu thế hệ thứ nhất xuất hiện trên đường phố vào năm 2003-2004. Một số công ty năng lượng lớn và một số chính phủ cũng đang đầu tư vào hydro. Quá trình chuyển đổi sang nhiên liệu hydro được thúc đẩy bằng sự cần thiết phải giải quyết ba vấn đề chịu nhiều áp lực nhất của thế giới, liên quan đến năng lượng: ô nhiễm không khí đô thị trầm trọng, tăng sự mất ổn định về địa-chính trị do sự phụ thuộc vào nhập khẩu dầu, và gia tăng thay đổi khí hậu do đốt nhiên liệu hoá thạch.

Vấn đề lớn nhất là có thể khai thác hydro từ nguồn nào và phân phối lượng

hydro này như thế nào. Hầu hết các hệ thống sản xuất sử dụng các loại nhiên liệu hiện nay như xăng và khí thiên nhiên là nguồn tạo ra hydro. Đây là các hệ thống năng lượng hiệu quả hơn, và ít gây ô nhiễm, trong khi chúng ta vẫn còn phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch không có khả năng tái tạo.

Lấy hydro từ ethanol là một giải pháp lựa chọn khác. Một kế hoạch có tính kinh

tế đề xuất mở rộng nghành công nghiệp ethanol đã ước tính chúng ta có tiềm năng sản xuất 50 tỷ lít nhiên liệu ethanol mỗi năm từ cây trồng và chất thải từ rừng. Do ethanol có thể được sử dụng để cấp liệu cho pin nhiên liệu nên kế hoạch này có một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang hydro.

Ngành công nghiệp năng lượng cũng tỏ ra lo lắng về loại nhiên liệu mới này.

Sự chuyển hướng sang hydro được thúc đẩy bởi một vấn đề quan trong nhất hiện nay là làm sao cho quá trình chuyển hướng này phải diễn ra theo cách nhanh nhất và chi phí thấp nhất, từ nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hoá thạch như hiện nay. Ngày nay, khoảng 99% lượng hydro được khai thác từ các loại nhiên liệu hoá thạch, và phần lớn từ xử lý khí thiên nhiên bằng hơi. Về lâu dài, hydro sẽ được khai thác từ năng lượng 91

tái tạo nhờ quá trình điện phân, sử dụng dòng điện từ mặt trời, gió và các nguồn khác để tách nước thành hydro và oxy, như vậy sẽ giảm thiểu sử dụng các nhiên liệu hóa thạch.

Chắc chắn sẽ có các lợi ích về thương mại, chính trị và môi trường đối với các công ty và các quốc gia sớm ứng dụng các công nghệ hydrogen trên thị trường. Các loại pin nhiên liệu sử dụng hydro không chỉ thay thế động cơ đốt trong, mà còn gói trọn các thiết bị điện và ắc quy vào các thiết bị địên tử xách tay, như máy tính xách tay và điện thoại. Một số nước đi đầu trong cuộc đua hướng tới hydro gồm:

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

 Đức, đứng đầu thế giới trong trình diễn các phương tiện chạy bằng hydro và

pin nhiên liệu, các trạm nạp hydro, và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất hydro từ nước nhờ quá trình điện phân.

 Nhật Bản, đang thực hịên các sáng kiến về hydro có triển vọng và toàn diện

nhất trên thế giới, với các kế hoạch dành 4 tỷ đô la vào năm 2020, bắt đầu bằng ngân sách 88 triệu đô la trong 5 năm tới.

 Iceland, hợp tác với DaimlerChrysler, Shell, và Norsk Hydro sẽ trở thành

quốc gia đảo đầu tiên trên thế giới có kinh tế hydro, thay thế sử dụng dầu ở xe buýt, ôtô và tàu đánh cá trong 30-40 năm tới.

Một nghiên cứu của Viện Tầm nhìn Thế giới đã liệt kê 10 chính sách chung cho

các chính phủ có thể áp dụng giúp cho nền kinh tế hydro. Các bước này bao gồm các sáng kiến về thuế, xóa bỏ khoản trợ cấp 300 tỷ đô la hàng năm cho nhiên liệu hoá thạch trên toàn thế giới, tăng cường hỗ trợ cho nghiên cứu và phát triển. Các chính phủ cần tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển lĩnh vực bán dẫn, máy tính và Internet, đây chính là sự hỗ trợ quan trọng cho tương lai của hydro.

Hydro là nguyên tố nhẹ nhất trong vũ trụ, là một nguồn năng lượng sạch và phong phú, nhưng rất khó để có thể chứa nó với khối lượng lớn. Ô tô sử dụng khí hydro nếu muốn cạnh tranh với ô tô sử dụng xăng, chúng cần công suất tương đương và hệ thống nhiên liệu với kích thước hợp lý. Một ô tô sử dụng khí hyđrô với công suất tương tự cần hệ thống chứa với mật độ dày đặc hơn cả hydro dạng lỏng và tinh khiết.

92

4.11 Xu thế của nền kinh tế hydro.

Nền kinh tế hydro sẽ thay thế nền kinh tế hóa thạch: cuộc cách mạng về năng lượng đang được hiện thực hóa.

Hydro và pin nhiên liệu là chìa khóa giải quyết vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển và sự biến đổi khí hậu toàn cầu - mối lo của toàn thế giới hiện nay khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Một nền kinh tế hydro sẽ xuất hiện như đã xuất hiện nền kinh tế dầu - khí, sẽ

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

buộc phải thay đổi tận gốc những hạ tầng cơ sở của nền kinh tế hóa thạch cùng các hoạt động của con người. Phương thức sản xuất nguồn năng lượng mới không còn là tìm kiếm, thăm dò, khai thác; phương thức tồn chứa, vận chuyển, cung ứng hydro cho các nhu cầu tiêu thụ sẽ buộc phải thay đổi cấu trúc, xây dựng cơ sở hạ tầng mới. Động cơ sẽ được chế tạo theo nguyên lý mới phù hợp nguồn năng lượng hydro, tất nhiên sẽ khác hẳn các động cơ xăng, dầu.

Các tiêu chuẩn kỹ thuật, các qui định an toàn, luật lệ pháp lý khi sử dụng nguồn

năng lượng mới sẽ phải xây dựng lại. Công tác giáo dục, đào tạo, nghiên cứu khoa học phục vụ nền kinh tế hydro sẽ đòi hỏi phải có những nội dung mới, cơ sở vật chất mới, hoàn toàn khác so với nền kinh tế hóa thạch hiện nay. Những vấn đề về môi trường ô nhiễm do sử dụng năng lượng hydro gây ra sẽ không còn là đề tài nghiên cứu tiêu hao tiền của và sức lao động của các nhà khoa học, không còn là đầu đề của các hội nghị quốc tế triền miên về biến đổi khí hậu toàn cầu như khi sử dụng năng lượng hóa thạch.

Tất cả những sự thay đổi đó cho thấy đây thật sự là một cuộc cách mạng sâu sắc

trong tiến trình phát triển của xã hội loài người, và đã được đánh giá có ý nghĩa to lớn như cuộc cách mạng công nghiệp trước đây, khi phát minh đầu máy hơi nước với việc sử dụng nhiên liệu than đá.

Ngày nay, nền kinh tế hydro đang trở thành một xu thế không thể đảo ngược trên thế giới. Ở Mỹ, năm 2003 Tổng thống G. Bush đã công bố một chương trình được gọi là “Sáng kiến nhiên liệu hydro” (Hydrogen Fuel Initiative) với quyết định dành 1,2 tỉ USD cho nghiên cứu và phát triển nhằm mục tiêu đến năm 2020 ôtô chạy bằng pin nhiên liệu hydro phải triển khai thương mại hóa thành công vào thực tế. Nền kinh tế hydro nhờ năng lượng mặt trời không còn là ý tưởng mơ hồ hoặc chỉ là viễn tưởng khoa học, khả năng hiện thực hóa nền kinh tế hydro chỉ khoảng 25-35 năm nữa.

93

Như Tổng thống Mỹ G. Bush hi vọng “chiếc ôtô đầu tiên trong đời của những trẻ mới

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

sinh hôm nay ngồi cầm lái sẽ là xe hydro dòng ZEV”.

94

Chương 5 TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU VIỆT NAM 5.1 Tình hình sử dụng xăng dầu ở Việt Nam. Nước ta với tiềm năng dầu khí không phải là lớn, từ chỗ xuất khẩu năng lượng (dầu, than), trong vòng 15 năm tới sẽ phải nhập năng lượng (dự báo tỷ lệ nhập khẩu khoảng 11-20% vào năm 2020, tăng lên 50-58% vào năm 2050 - chưa kể năng lượng

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

hạt nhân). Xăng dầu dùng cho GTVT(14) thường chiếm đến 30% nhu cầu của cả nước (hiện tại phải nhập hoàn toàn). Khi nhà máy lọc dầu đầu tiên ở Dung Quất được đưa vào hoạt động (năm 2008) cũng mới chỉ cung cấp được khoảng 5,3 triệu tấn xăng, diesel dùng cho GTVT trong tổng nhu cầu 15,5-16 triệu tấn (34%). Đến trước năm 2020, khi cả 3 nhà máy lọc dầu với tổng công suất 20-22 triệu tấn dầu thô được đưa vào hoạt động sẽ cung cấp 15-16 triệu tấn xăng, diesel trong tổng nhu cầu khoảng 2728 triệu tấn (56%). Lượng xăng dầu tiêu thụ trên đầu người năm 2020 mới chỉ bằng 65% so với Thái Lan năm 2005 [33].

Hiện tượng thiếu điện và bất ổn giá xăng dầu vừa qua đã cảnh báo sự xuất hiện

của nguy cơ mất an ninh năng lượng. Thiếu năng lượng ảnh hưởng đến tăng trưởng và nước ta sẽ rất khó trở thành nước công nghiệp vào năm 2020, nếu năng lượng không đi trước "hơn một bước" hoặc chỉ dựa vào năng lượng hoá thạch như hiện nay mà ít quan tâm phát triển các dạng năng lượng sạch khác.

5.2 Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam.

Bắt nhịp cùng xu hướng chung trên thế giới, Bộ Công nghiệp đang xây dựng

đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020” với mục tiêu sản xuất nhiên liệu 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 từ sinh khối, xây dựng mô hình thí điểm phân phối nhiên liệu sinh học tại một số tỉnh, thành; qui hoạch vùng trồng cây nguyên liệu cho năng suất cao; đào tạo cán bộ chuyên sâu về 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 qui mô sản xuất và mạng 95

lưới phân phối phục vụ cho giao thông và các ngành sản xuất công nghiệp khác; đa dạng hoá 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 1 tỉ lít xăng E10 và 500 triệu lít dầu B10/năm.

Về nguyên liệu sản xuất biodiesel có “Dự án trồng cây Diesel” gây rừng để bảo vệ môi trường, giữ đất, chống sa mạc hoá và phòng chống bão lụt, hạt của quả cây được

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

chiết xuất lấy dầu để sản xuất biodiesel.

Tuy nhiên, những bước phát triển còn mang tính tự phát, manh mún. Để phát

triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam, cần xây dựng một chiến lược tổng thể trong đó cân đối diện tích đất trồng cây nguyên liệu phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học theo mục tiêu kế hoạch với diện tích đất bảo đảm an ninh lương thực quốc gia, bảo đảm cân đối nguồn thức ăn chăn nuôi và bảo đảm sự phát triển của các ngành có liên quan; ban hành các chính sách khuyến khích sản xuất nguyên liệu và sản xuất nhiên liệu sinh học; xây dựng khung pháp lý cho sản xuất, phân phối và tiêu dùng nhiên liệu sinh học, các cơ chế giám sát và xử lý hiệu quả nhằm bảo đảm phát triển ổn định và bảo vệ người tiêu dùng, trong đó, việc ban hành các tiêu chuẩn sản phẩm nhiên liệu sinh học và tiêu chuẩn phối trộn là rất quan trọng.

5.3 Các kết quả nghiên cứu về biodiesel đã được thực hiện trong nước.  Tại An Giang, đề tài nghiên cứu khoa học của ông Hồ Xuân Thiên cùng một số cán bộ kỹ thuật thuộc Công ty Cổ phần Xuất Nhập khẩu Thủy sản An Giang (AGIFISH) nghiên cứu công nghệ sản xuất Bio-Diesel từ mỡ cá tra, cá ba sa hiện đang được áp dụng ở các công ty trong khu vực Đồng Bằng Sông Cữu Long như: công ty AGIFISH, công ty MINH TÚ, và các cở sở sản xuất nhỏ lẻ khác… (xem hình1). Nước ta đặt mục tiêu đến năm 2020  2025 phải sản xuất được 4,5  5 triệu tấn (xăng, diesel pha cồn và Biodiesel), chiếm 5% nhu cầu xăng dầu cả nước.

96

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Hình 22: Công nghệ sản xuất Biodiesel từ mỡ các tra, cá ba sa tại các cơ sở nhỏ lẻ.  Nhóm các nhà khoa học gồm TS Nguyễn Đình Thành, Th.s Phạm Hữu Thiện, KS Võ Thanh Thọ và Lê Trần Duy Quang cũng đã có công trình tổng hợp biodiesel từ nguồn dầu mỡ phế thải (mỡ cá basa, dầu ăn phế thải). Các nhà khoa học cho ra sản phẩm nhiên liệu biodiesel B20. Khi đem phân tích một số chỉ tiêu hóa lý của B20 tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển chế biến dầu khí, cho thấy đáp ứng được một số tiêu chuẩn cơ bản của nhiên liệu cho động cơ diesel. Mặt khác qua thử nghiệm trên động cơ xe ô tô Mercedes 16 chỗ với quãng đường 1.000km, B20 đảm bảo độ khí thải trong mức cho phép và không ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ. Không chỉ trên động cơ ô tô, các nhà khoa học cũng đã cho thử nghiệm trên động cơ máy nổ, tàu đánh cá và đều cho kết quả tương tự. Bên cạnh dầu mỡ thực vật, động vật, các nhà khoa học cũng đã nghiên cứu phối trộn cồn vào xăng để cho ra sản phẩm nhiên liệu mới. Nhóm các nhà khoa học Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, Viện Khoa học - Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu và thử nghiệm xăng pha cồn cho kết quả khả quan…  Viện Sinh học Nhiệt đới TP. Hồ Chí Minh đã nghiên cứu thành công phương pháp sản xuất ethanol từ củ sắn và bã sắn. Tại Việt Nam, cồn (ethanol) vốn được sản xuất chủ yếu từ rỉ đường mía. Do giá nguyên liệu đắt và công nghệ lạc hậu, tốn nhiều chi phí sản xuất nên sản phẩm cồn không có sức cạnh tranh cao. Để thu được 1 lít cồn, cần có 4 kg rỉ đường mía, giá 6.400 đ cho chi phí nguyên liệu. Nếu dùng sắn thì chỉ cần 97

2,5 kg với chi phí 1200 đ. Cũng có thể sản xuất cồn từ bã sắn, nguồn phế phẩm của các nhà máy chế biến tinh bột sắn (hiện cả nước có khoảng 28 nhà máy chế biến sắn). Mỗi lít cồn cần khoảng 15kg bã sắn.  Đề tài “Cây Diesel” (tên khoa học là Jetro curcas) của Phân viện Hoá học các hợp chất thiên nhiên, Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam (TP. Hồ Chí Minh) được tiến hành nghiên cứu từ năm 2001. Cây Diesel là loại cây hoang dại, thường mọc tự nhiên ven bờ rào, ven cổng chân tường nhà chùa,… Đây là loại cây dễ trồng, năng suất

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

dầu chiết được cao gấp nhiều lần so với dầu trám, chất lượng dầu tốt, hạt cây tách ra ép dầu dễ dàng. Cây Diesel có nhiều ưu điểm lợi thế, trồng không mất công chăm bón, bảo vệ, phát triển khoẻ trên nhiều loại đất khác nhau, chịu được nóng hạn, ít bị sâu bệnh. Đầu tư cho 1 ha trồng cây Diesel khoảng 15 triệu đồng, sau 1 năm nếu trồng ở đất tốt sẽ thu được 8-12 tấn dầu/ha; nếu ở đất xấu (đất đá sỏi) sẽ thu được 4 tấn/ha.  Các nhà nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa TPHCM đã nghiên cứu, phân tích: “Bằng việc sử dụng chế phẩm enzyme của nước ngoài và giống nấm men Xacaromyces Cerevisea trong nước, nhóm nghiên cứu đã xử lý rơm rạ bằng hơi nước, thủy phân rơm rạ thành đường, lên men đường thành rượu (cồn có nồng độ thấp) và chưng cất rượu thành cồn có nồng độ 94%”. Trong tương lai gần, nhóm nghiên cứu sẽ phát triển công nghệ nuôi cấy một số chủng nấm mốc để có thể chủ động trong việc sản xuất chế phẩm enzyme. Nghiên cứu phát triển và sử dụng các chủng nấm men khác để tăng hiệu suất chuyển hóa các loại đường sinh ra trong quá trình phân hủy rơm rạ thành cồn, tối ưu hóa quá trình, đồng thời mở rộng nghiên cứu đến các đối tượng biomass khác.

5.4 NLSH chưa phát triển được ở nước ta do một số nguyên nhân.

Nguồn nguyên liệu còn hạn chế do phải dành đất đai để đảm bảo an ninh lương thực, trồng rừng bảo hộ và nguyên liệu cho công nghiệp; công nghệ hiện tại chưa đảm bảo năng suất cây trồng cao. Nếu phát triển ồ ạt, không tính toán sẽ ảnh hưởng đến an ninh lương thực và diện tích rừng.

Công nghệ sản xuất NLSH hiện tại (thế hệ thứ nhất) dùng nguyên liệu là tinh bột ngũ cốc, mật rỉ đường để sản xuất ethanol và dùng dầu mỡ động thực vật để sản xuất diesel sinh học, số lượng còn hạn chế và có giá thành cao. Công nghệ mới (thế hệ thứ hai) để sản xuất ethanol, diesel sinh học từ phế thải công - nông - lâm nghiệp 98

(ligno-cellulosic biomass) mới thành công ở mô hình trình diễn, quy mô nhỏ, cần 5-7 năm nữa mới có thể áp dụng ở quy mô công nghiệp với giá thành hạ, sản lượng lớn.

NLSH mới phát triển, chưa có đầu tư thích đáng, chưa sánh được với lịch sử hàng trăm năm của công nghiệp dầu mỏ. Muốn khuyến cáo sử dụng NLSH cần phải trợ giá, hoặc có chính sách khuyến khích ban đầu, hoặc bắt buộc như quy định các đô thị trên 500 ngàn dân phải sử dụng nhiên liệu sạch.

Chưa có cơ chế, chính sách ưu đãi cho các nhà đầu tư phát triển vùng nguyên

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

liệu, sản xuất và phân phối NLSH. 5.5 Thách thức.

5.5.1 Sự cạnh tranh về nhu cầu nguyên liệu sinh khối.

Một trong những điều không biết chắc được khi phát triển NLSH là sự cạnh

tranh về nguyên liệu. Thí dụ rơm rạ còn làm thức ăn cho trâu bò, giấy phế liệu có thể tái chế, gỗ phế liệu và mùn cưa có thể làm gỗ ép. Ngô khoai, sắn để sản xuất ethanol, đậu tương, lạc, vừng, dừa… để sản xuất biodiesel còn dùng làm lương thực, thực phẩm cho người và gia súc.

5.5.2 Sự cạnh tranh về chi phí của các công nghệ.

Hiện nay nhiều công nghệ sinh khối còn đắt hơn công nghệ truyền thống sử

dụng nhiên liệu hoá thạch cả về trang thiết bị lẫn nhiên liệu nên việc đưa công nghệ mới vào Việt Nam còn gặp trở ngại lớn.

Viêt Nam còn là một nước nghèo nên thiếu kinh phí đầu tư phát triển công nghệ

mới là một rào cản rất lớn.

5.5.3 Trở ngại về môi trường.

NLSH có một số tác động môi trường. Khi đốt, các nguồn sinh khối phát thải vào không khí bụi và khí sulfurơ (SO2). Mức độ phát thải tùy vào nguyên liệu sinh khối, công nghệ và biện pháp kiểm soát ô nhiễm.

Việc phát triển quy mô lớn các cây năng lượng để sản xuất nhiên liệu sinh học (biofuel) có thể dẫn tới gia tăng sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón, gây tác hại đối với động vật hoang dã và môi trường sống.

Sản xuất năng lượng từ gỗ có thể gây thêm áp lực cho rừng. Đây là tất cả những vấn đề cần xem xét kỹ lưỡng khi phát triển NLSH ở Việt Nam. 99

5.5.4 Thiếu nhận thức của xã hội về năng lượng sinh khối.

Do thiếu nhận thức nên hầu như ít có các doanh nhân kinh doanh trong lĩnh vực NLSH. Người ứng dụng công nghệ mới gặp rất nhiều khó khăn trong việc mua sắm trang thiết bị, tìm kiếm dịch vụ hậu mãi. Thí dụ Dự án Khí sinh học xây dựng 18.000 công trình nhưng không có mạng lưới cung cấp các dụng cụ sử dụng khí như bếp, đèn …Thị trường thường mới phát triển phía nhu cầu, còn phía cung cấp chưa được quan tâm.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

5.5.5 Thiếu các chính sách và thể chế cụ thể của chính phủ.

Hiện nay Viêt Nam chưa có chính sách năng lượng nói chung và chính sách

năng lượng tái tạo nói riêng. Năng lượng tái tạo không có các mục tiêu cụ thể trong kế hoạch phát triển của nhà nước trung ương và địa phương. Hiện cũng chưa có một cơ quan nhà nước nào chịu trách nhiệm quản lý lĩnh vực này (Ấn Độ có hẳn một bộ riêng).

5.6 Những chính sách, biện pháp tháo bỏ rào cản.

Trước hết, cần có thể chế khung chính sách đầu tư năng lượng, nhất là năng

lượng sạch. Để có cơ sở pháp lý đầu tư cho năng lượng lâu dài, Chính phủ cần sớm phê duyệt “Chính sách an ninh năng lượng quốc gia”, “Đề án phát triển NLSH” và lộ trình thực hiện. Quốc hội sớm ban hành Luật Năng lượng, trong đó đề cập đến năng lượng tái tạo. Bộ KH &CN(15) cần sớm xây dựng “Chương trình KH &CN quốc gia về NLSH” để trình Chính phủ phê duyệt.

Sớm ban hành tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm để các doanh nghiệp ổn định sản

xuất, phân phối sản phẩm và giúp các cơ quan quản lý giám sát chất lượng sản phẩm trong sản xuất và lưu thông trên thị trường. Ban hành cơ chế, chính sách hỗ trợ nhà đầu tư phát triển vùng nguyên liệu, sản xuất, phân phối NLSH (như ưu đãi tín dụng, giảm thuế, hỗ trợ R &D(16), quảng bá...). Đặc biệt, có cơ chế hỗ trợ vay vốn, trợ giá cho nông dân cung cấp nguyên liệu như các nước đã làm. Quy hoạch vùng nguyên liệu, cây nguyên liệu chủ lực để đầu tư; xây dựng quy trình canh tác tiên tiến, áp dụng công nghệ sản xuất mới để nâng cao công suất sản xuất, hạ giá thành NLSH. Xây dựng mô hình đầu tư thấp, phân phối NLSH cho đô thị đông dân cư. Xây dựng mô hình trồng trọt, chế biến, pha chế diesel sinh học cung cấp nhiên liệu cho máy móc nông nghiệp ở địa phương.

100

Khi có chủ trương, chính sách, lộ trình cụ thể, với đội ngũ cán bộ KH &CN và trang thiết bị hiện có, cùng với hợp tác quốc tế, chúng ta hoàn toàn có khả năng phát

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

triển NLSH trong thời gian tới.

101

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Việt Nam là một nước nhiệt đới nhiều nắng và mưa nên sinh khối phát triển nhanh. Ba phần tư lãnh thổ là đất rừng nên tiềm năng phát triển gỗ lớn. Là một nước nông nghiệp nên nguồn phụ phẩm nông nghiệp phong phú. Nguồn này ngày càng tăng trưởng cùng với việc phát triển nông nghệp và lâm nghiệp. Đối với nước ta, ngoài

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

những lợi ích cơ bản nêu trên, việc phát triển sản xuất nhiên liệu sinh học sẽ tạo cơ hội cho chuyển dịch cơ cấu cây trồng, có thể phát triển trồng cây nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học ở vùng sâu, vùng xa, ở các vùng đất cằn cỗi với khí hậu bất thuận cho sản xuất lương thực, góp phần tăng thu nhập và tạo việc làm cho cư dân khu vực nông thôn, góp phần xoá đói giảm nghèo. Tuy nhiên, điều rất quan trọng là quản lí cân đối sản xuất bảo đảm an ninh lương thực quốc gia với phát triển sản xuất nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học. Chiến lược phát triển nguyên liệu để sản xuất NLSH cần lưu ý một số điểm sau [34]:

Một là, nguyên liệu cho sản xuất cồn cần phải nhanh chóng chuyển hướng sang

sử dụng biomass (các dạng cành cây, mùn cưa, lá, rơm rạ…). Các loại cây cho bột nên tập trung cho mục tiêu lương thực, vì lương thực quan trọng hơn NLSH. Các dạng thiên tai trong vài năm tới sẽ làm thay đổi quan điểm của thế giới, vì vậy, không nên cứ nhắm mắt đi theo con đường người khác đã đi.

Hai là, nguyên liệu cho biodiesel chỉ nên dựa trên các loại dầu không ăn được.

Chỉ nên trồng những loại cây không làm tổn hại đất, có nhiều ứng dụng khác nhau để tăng hiệu quả kinh tế.

Ba là, không nên bao cấp NLSH, cũng như không nên chờ nghiên cứu xong mới triển khai. Hãy xem nó như xăng dầu bình thường và tôn trọng quy luật thị trường của nó.

Bốn là, sản xuất E-100 và B-100 phải dựa trên công nghệ không bã thải mới hy vọng khống chế giá của chúng trong biên độ thấp hơn hoặc bằng nhiên liệu từ dầu mỏ.

102

Năm là, đầu tư cho nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực NLSH là cần thiết nhưng không nên quá dàn trải, quá mỏng. Những vấn đề phụ gia, công nghệ phối trộn chỉ nên giao cho đơn vị thực hiện việc này chủ trì nghiên cứu và áp dụng.

Sáu là, việc trồng hàng trăm hecta cây Jatropha trên một vùng đất nào đó, cần phải xem xét và đánh giá tác động môi trường của loại cây này. Ai cũng biết rằng cây Jatropha có những độc tính nhất định, được trồng làm hàng rào quanh nhà để ngăn ngừa sâu bọ, rắn rết. Khi có hàng trăm hecta trồng Jatropha, các loại côn trùng, động

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

vật này sẽ đi đâu? Chắc chắn nó sẽ phải đi về phía không có cây này, đó là khu dân cư.

Vì vậy, cần hết sức lưu tâm tới vấn đề này.

Nói tóm lại các loại nhiên liệu trên đều có ưu và nhược điểm riêng của nó.

Nhưng nhược điểm chính của nó vẫn là giá thành. Giải quyết được bài toán này chúng ta sẽ giải quyết được hai vấn đề về ô nhiễm và cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch. Trên thực tế nước ta còn nghèo, nền kinh tế và trình độ khoa học còn yếu kém, cái mà chúng ta cần giải quyết trước mắt là tận dụng tối đa nguồn phế thải nông nghiệp sẵn có để sản xuất biodiesel, trên cơ sở là trộn với dầu diesel để giảm khả năng ô nhiễm và hạn chế khai thác dầu mỏ. Tuy nhiên, đó chỉ là giải pháp tạm thời còn trong tương lai thì sao ?

Nếu như dùng nhiên liệu biodiesel để làm nhiên liệu thay thế, thì đó chính là “lợi bất cập hại” cho dù có phá hết những cánh đồng, những cánh rừng đi chăng nữa cũng không đáp ứng đủ nhiên liệu như hiện nay. Do đó nó cũng chỉ là giải pháp tạm thời không hiệu quả. Tảo sẽ cung cấp nguồn nhiên liệu thay thế mà chúng ta có thể trồng nó trong một thiết bị phản ứng sinh học quang hợp kín tương tự như nồi lên men vi khuẩn ở bất cứ nơi đâu. Phương pháp hiệu quả và bền vững nhất chính là sử dụng nguồn nhiên liệu vô tận như năng lượng mặt trời, hydro, nước, gió….Do đó năng lượng sạch lấy từ ánh sáng mặt trời càng trở nên quan trọng. Người ta tính toán rằng năng lượng sạch thu từ ánh sáng mặt trời với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong vật lý bán dẫn, vật liệu mới …sẽ cung cấp dư thừa năng lượng toàn cầu trong tương lai. Một ngày nào đó sẽ có những con tàu chở nhiên liệu từ lục địa này sang lục địa khác. Nhiên liệu đó không phải là dầu thô làm ô nhiễm môi trường mà là khí H2 cực sạch. Dầu thô sẽ là nguyên vật liệu làm nên chất dẻo, quần áo…thay vì dùng làm nhiên liệu rất phun phí và ô nhiễm như hiện nay.

103

TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tập san Báo cáo Hội nghị Khoa học [2] Nghiên cứu khả năng ứng dụng nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô ở Việt Nam (Hồng Đức Thông, Huỳnh Thanh Công, Hồ Phi Long, Trần Đăng Long, Trần Quang Tuyên, Nguyễn Ngọc Dũng, Vương Như Long, Nguyễn Khắc Liệu), Đại học Bách Khoa TP. HCM, Việt Nam (2003)

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

[35] Tổng quan về Biodiesel (TS. Nguyễn Hữu Lương) TT-Lọc Hóa Dầu - ĐHBK  Bài báo đăng trên tạp chí khoa học.

[19] Science, 2008, Vol. 319, No. 5867, trang 1238-1240 [20] Science, 2008, Vol. 319, No 5867, trang 1235-1238 [22] Taipei Times, 19/2/2008

 Khóa luận tốt nghiệp, Luận văn Thạc sĩ, Phó Tiến sĩ, Tiến sĩ

[8] Nguyễn Thị Hồng Nơ (2005). Nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ dầu thực vật với xúc tác rắn. Luận văn tốt nghiệp, trường Đại học Bách Khoa TPHCM. [26] Nguyễn Thị Phương Thoa (2005). Điều chế nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu thực vật phế thải theo công nghệ hóa siêu âm. Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia TPHCM. [15] Phan Ngọc Anh (2002). Nghiên cứu công nghệ sản xuất biodiesel từ dầu ăn phế thải. Luận văn cao học, trường Đại học Bách Khoa TPHCM.  Tài liệu tham khảo từ hệ thống internet

[1] http://vietimes.vietnamnet.vn/vn/print/caulacbotyphu/4901/index.viet [3] www.tgvn.com.vn [4] http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%AD_thi%C3%AAn_nhi%C3%AAn [5] http://vi.wikipedia.org [6] http://www.kinhte24h.com/index.php?page=news&id=20592 [7] http://www.khoahoc.com.vn [9]http://blueplanet206.wordpress.com/2007/09/21/hydro-ngu%E1%BB%93n-nangl%C6%B0%E1%BB%A3ng-m%E1%BB%9Bi-thay-th%E1%BA%BFd%E1%BA%A7u-khi-trong-t%C6%B0%C6%A1ng-lai/ 104

[10] Biến đổi khí hậu đe dọa cuộc sống nhân loại (http://www.khoahoc.com.vn/view.asp?Cat_ID=7&news_id=18368) [11] http://ffden-2.phys.uaf.edu/ [12] http://vi.wikipedia.org/wiki/Than_%C4%91%C3%A1 [13] www.agbiotech.com.vn [14]http://www.sinhhocvietnam.com/vn/modules.php?name=News&file=article&sid= 1063.

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

[16] http://xttm.agroviet.gov.vn/tapchi/TinHD/2007/Noidung/So07_03.asp [17]http://www.biogas.org.vn/Web/Default.aspx?index=menu&cat=newsdetail&catid =84

[21] Ethanol - Nhiên liệu của ngày mai (www.agbiotech.com.vn) [23] Nhiên liệu sinh học (Bioethanol).

(http://www.hoahocvietnam.com/Home/Thao-luan/Nhien-lieu-sinh-hocBioethanol.html)

[24]http://congnghedaukhi.com/web/modules.php?name=News&op=viewst&sid=27 [25] Biodiesel: A Cleaner , Greener Fuel for the 21st Century (www.BuildingGreen.com)

[27]http://congnghedaukhi.com/web/modules.php?name=News&op=viewst&sid=33 [28] http://hydrogen-fuelcell.blogspot.com/2005/08/ngnh-nng-lng-hydro-nguyn-tnhng-bc-ng.html

[29] http://www.khoahoc.net/baivo/maithanhtruyet/080307-nangluonghydrogen.htm [30] Hydro: nguồn năng lượng mới thay thế dầu - khí trong tương lai (http://congnghedaukhi.com) [31] Hydro - dầu mỏ của tương lai [32] http://www.nea.gov.vn/thongtinmt/noidung/tn_23_07_06.htm [33]http://my.opera.com/kiendat/blog/?tag=sinh%20h%E1%BB%8Dc&startidx=30&n odaylimit=1 [34]http://sinhhocvietnam.com/vn/modules.php?name=News&file=article&sid=1098

105

PHỤ LỤC 1. Khí nhà kính là những khí có khả năng hấp thụ các bức xạ sóng dài (hồng ngoại) được phản xạ từ bề mặt trái đất khi được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời, sau đó phân tán nhiệt lại cho trái đất, gây nên hiệu ứng ấm. Các khí nhà kính chủ yếu bao gồm: hơi nước, CO2, CH4, N2O, O3, các khí CFC. Tỷ lệ phần trăm các khí gây hiệu ứng nhà kính: CO2: 50%



CFC: 20%



CH4: 16%



O3: 8%



N2O: 6%

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T



2. OPEC có tất cả 9 quốc gia trong tổ chức này, đó là: Algeria, Nigeria,

Indonesia, Iran, Iraq, Kuwait, Qatar, Saudi Arabia, và Venezuela. Tổ chức này định mức sản xuất dầu hàng năm cho các thành viên, từ đó gián tiếp quy định giá dầu cho các quốc gia khác trên thế giới.

3. Trả lời câu hỏi phản biện

Câu 1: Nguyên lý hoạt động của tế bào nhiên liệu.

Trong các quá trình sản xuất năng lượng truyền thống, nhiệt năng của nhiên liệu

(thường là nhiên liệu hóa thạch) được chuyển hóa thành cơ năng để làm quay máy phát điện. Quá trình sản xuất năng lượng như thế thường có hiệu suất thấp (30 –35%)và gây ô nhiễm môi trường do khối thải.

Khác với công nghệ sản xuất điện năng đó, pin nhiên liệu là một thiết bị chuyển đổi từ năng lượng hóa học trực tiếp sang điện năng.

Một tế bào nhiên liệu bao gồm một điện cực dương và một điện cực âm, ngăn cách nhau bởi lớp chất điện giải. Pin nhiên liệu hoạt động trên nguyên tắc trao đổi điện tích trong quá trình điện phân giữa điện cực âm và điện cực dương. Khi nhiên liệu được cung cấp đến cực dương và oxy được cung cấp cho cực âm, hệ thống này sản xuất ra điện năng. Đây là dòng điện một chiều (DC), có thể ứng dụng để vận hành các 106

động cơ, bong đèn và các thiết bị điện tử. Để tăng điện áp và công suất, người ta tích hợp nhiều tế bào này lại với nhau thành một bộ pin nhiên liệu.

Phản ứng hóa học tại các điện cực của pin nhiên liệu diễn ra như sau: Tại điện cực âm (cathode): 2H 2  4H+ + 4eTại điện cực dương (anode): O 2 + 4H+ + 4e- 

2H 2 O

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Các electron sẽ tạo thành dòng điện cung cấp cho phụ tải. Động lực thúc đẩy sự phát triển của pin nhiên liệu chính là những mặt lợi về môi trường. Pin nhiên liệu có ưu điểm là không phát thải (trong trường hợp sử dụng H2 làm nhiên liệu) hoặc phát thải rất ít các chất gây ô nhiễm (NOx, SOx, CO và các hydrocarbon) và có tiếng ồn rất thấp. Đồng thời hiệu suất chuyển đổi nhiên liệu – điện năng của pin nhiên liệu rất cao, trong khoảng 30 – 60%. Nếu sản phẩm phụ của quá trình chuyển đổi – nhiệt năng – được tận dụng thì hiệu suất của cả hệ thống có thể đạt đến 85%.

Câu 2: Giải thích các chỉ số octan và cetan của nhiên liệu

Chỉ số octan là chỉ số đặc trưng cho khả năng cháy kích nổ của xăng. Được xác

định bằng tỉ lệ phần trăm của isooctan và phần trăm của n heptan.

Cách đo :

+ Chạy động cơ tiêu chuẩn rồi đánh giá độ êm của động cơ

+ Pha một loạt hỗn hợp giữa isooctan và n heptan với các tỉ lệ khác nhau. + Đánh giá độ êm của động cơ ưng với các tỉ lệ đó

+ Nhận xét và đưa ra chỉ số octan thích hợp nhất.

Chỉ số cetan cũng tương tự như chỉ số octan nhưng được dùng cho dầu diesel.

Câu 3: Nguyên lý màng lọc tách nước Giống như thiết bị truyền nhiệt ống chùm, ở đó các Zeolite membrane là các ống được gắn thành chùm và lồng vào trong vỏ, dòng hỗn hợp nhập liệu sẽ di bên ngoài ống, các phân tử nước sẽ đi qua lõi lọc Zeolite membrane nhờ động lực của quá trình là chênh lệch giữa áp suất nhập liệu bên ngoài lõi lọc (áp suất dư) và bên trong lõi là áp suất chân không. Phân tử Ethanol sẽ được tách ra phía ngoài ống lọc (phía vỏ của thiết bị)

107

Câu 4: Khả năng sử dụng các loại nhiên liệu trong tương lai Tên nhiên liệu

Giá

Công

thành

nghệ

Ô nhiễm

Tiềm năng Đáp

Bioethanol

Thấp

Đơn giản

Giảm CO2

ứng nhu cầu nhiên liệu ở hiện tại

D ẠY da K y k ÈM em Q qu UY yn N ho H nb ƠN us O in F es F s@ ICI gm AL ai ST l.c &G om T

Đáp Biodiesel

Thấp

Đơn

giản

Hydro

Sẽ

Phức

giảm

tạp

Giảm

CO2

Không

ô nhiễm

ứng nhu cầu nhiên liệu ở hiện tại Sẽ thay thế hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch

Câu 5: Nguyên liệu vi tảo

Hiện nay có một vấn đề là các vụ mùa nhiên liệu sinh học cạnh tranh với các vụ

mùa thực phẩm vì cả hai đều sử dụng cùng chung một không gian. Tảo không có hiện tượng này, tảo sẽ được trồng ở tất cả mọi nơi như: ao hồ, đại dương, sông gạch, trong các bể, thậm chí là trên nóc nhà, ở trên không (hệ thống giàn)...

108