Những bài cùng tác giảNhiên-liệu-sinh-học (Biofuel hay Agrofuel) là loại chất
đốt tái tạo sản xuất từ nguyên liệu động thực vật gọi là sinh-khối
(biomass). Gọi là “tái tạo” (renewable) vì chất đốt cơ bản Carbon (C) nằm
trong chu trình lục-hoá (photosynthesis) ngắn hạn - đốt nhiên-liệu-sinh-học
sa thải 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-học
có thể ở thể rắn như củi, than củi (than-đá thuộc loại cổ sinh, không tái
tạo); thể lỏng (như xăng-sinh-học, diesel-sinh-học); hay thể khí như khí
methane-sinh-học (sản xuất từ lò ủ chất phế thải). Nhiên liệu ở thể lỏng
được ưa chuộng hơn vì có độ tinh khiết cao, chứa nhiều năng lượng, dễ dàng
chuyên chở, dễ tồn trữ và bơm vào bình nhiên liệu của xe. Xăng-sinh-học đề
cập trong bài này gồm xăng-ethanol (E) và diesel-sinh-học (ở Việt nam gọi là
B), tương ứng với xăng-cổ-sinh biến chế từ dầu mỏ là xăng (gasoline) và
diesel.
Khuynh hướng sản xuất xăng-sinh-học đang trên đà phát
triển, vì nhiều lý do:
(i) giá xăng-cổ-sinh ngày càng mắc;
(ii) trữ lượng
dầu hoả ở các mỏ dầu có giới hạn và sẽ kiệt quệ trong tương lai (khoảng năm
2100);
(iii) nhiều quốc gia muốn tuỳ thuộc ít vào việc nhập cảng nhiên liệu
cổ sinh trong khi quốc gia họ có khả năng sản xuất nhiên liệu thay thế, và
(iv) bị áp lực chính trị phải giảm lượng khí CO2 sa thải để phù
hợp với Thoả hiệp Kyoto (1997) quy định. Nhưng sản xuất và sử dụng
xăng-sinh-học có phải là một biện pháp hữu hiệu để cứu vãn tai hoạ khí hậu
toàn cầu không?
LỊCH SỬ
Nhiên-liệu-sinh-học ở thể rắn (gỗ, củi, than củi, phế
thải thực và động vật, v.v.) đã được loài người sử dụng từ khi khám phá ra
lửa. Khi phát minh ra động-cơ-hơi-nước (steam engine) và máy-phát-điện,
nhiên-liệu-sinh-học thể rắn (gỗ) được sử dụng một thời để phát triển kỹ nghệ
ở thế kỷ 18 và 19, và gây nhiều ô nhiễm. Ở Việt Nam, xe lưả chạy bằng đốt gỗ
cho tới khoảng 1956, mới thay thế bằng động cơ diesel. Ngày nay có khoảng 2
tỷ dân đốt nhiên-liệu-sinh-học ở thể rắn như gỗ, củi, trấu, mạt cưa, rơm rạ,
lá khô, v.v. Mặc dầu chứa carbon-tái-tạo, nhưng cho nhiều khói, tro bụi, bù
hóng nên làm ô nhiễm môi trường.
Động cơ nổ đầu tiên trên thế giới do
Nikolaus August Otto (người Đức)
thiết kế sử dụng nhiên-liệu-sinh-học thể lỏng là rượu cồn – ethanol,
Rudolf Diesel (người Đức) phát minh
động cơ Diesel thiết kế chạy bằng dầu-đậu-phộng (groundnut oil), và Henry
Ford (Mỹ) thiết kế xe hơi chạy bằng dầu-thực-vật (từ 1903 đến 1926) chế biến
từ dầu chứa trong hạt và thân cây cần sa (hemp - Cannabis sativa).
Từ khi khám phá ra nhiên-liệu-cổ-sinh (than đá, dầu hoả,
khí đốt) thì ngành kỹ nghệ sử dụng nhiên-liệu-cổ-sinh, vì có hiệu quả kinh
tế hơn. Tuy nhiên mỗi khi có chiến tranh, bị địch phong toả khó chuyển vận
dầu, hay thế giới có khủng hoảng chính trị, kinh tế, và để không tuỳ thuộc
vào dầu hoả nhập cảng (từ Trung Đông), khuynh huớng sử dụng xăng-sinh-học
lại bộc phát trong những thời kỳ này. Chẳng hạn, Đức và Anh Quốc sản xuất
xăng-sinh-học từ khoai tây và lúa mì trong thời kỳ Đệ nhị Thế Chiến. Khủng
hoảng xăng dầu năm 1972 do khối OPEC gây ra, làm một số quốc gia có chủ
trương tự túc nhiên liệu bằng cách sản xuất xăng-sinh-học từ tiềm năng nông
nghiệp đồ sộ của mình. Brazil tiêu biểu cho chính sách này.
Kể từ 2000, các quốc gia trên thế giới lần lượt thật sự
tuân thủ Thoả hiệp Rio de Janeiro (1992), rồi Kyoto (1997), tìm kỹ thuật hạn
chế sa thải khí nhà kiếngg (CO2, methane, N2O, v.v.) của
nhiên-liệu-cổ-sinh, thay thế bằng năng-lượng-xanh (green energy như năng
lượng mặt trời, gió, thuỷ điện, v.v.), nên nhiên-liệu-sinh-học đang trên đà
bộc phát.
XĂNG-SINH-HỌC
Xăng-Ethanol
(E) thông dụng nhất hiện nay trên thế giới vì dễ dàng biến chế từ đường
(sugar - của mía, củ cải đường, sorgho-đường) và tinh bột (starch – của ngũ
cốc, khoai tây, khoai mì).
Ethanol (C2H5OH)
99.9% có thể chạy động cơ xe-hơi-chạy-bằng-xăng. Khi cháy, một phân tử
ethanol sinh một nhiệt lượng 1409 kJ. Tuy nhiên, Ethanol chứa 33% năng lượng
ít hơn xăng-cổ-sinh, nên cần nhiều ethanol hơn để xe chạy cùng một đoạn
đường. Vì vậy, xe phải có bình chứa nhiên liệu lớn hơn. Thông thường, máy xe
hơi chạy hiệu nghiệm với E15 (xăng pha 15% ethanol). Xăng-chứa-ethanol chứa
nhiều octane hơn xăng thường nên động cơ mau nóng hơn, máy cũng mau hao mòn
hơn, nhất là các vòng đệm cao su. Bất lợi của Ethanol là hút ẩm nên
xăng-ethanol có chứa nhiều nước, làm máy khó “đề”, làm rỉ sét kim loại, hư
mòn chất nhựa (plastic), nên đòi hỏi phải thay đổi vật liệu làm động cơ,
phải bảo trì xe thường xuyên. Bồn chứa ethanol cũng phải làm từ kim loại đặc
biệt, việc chuyên chở cũng khó khăn hơn xăng thường (bồn đặc biệt, đắt hơn,
khoảng £120,000/xe bồn xăng ở Anh – USD 200,000), nên cuối cùng tổn phí cao
(tại Anh, tổn phí sản xuất khoảng 35 pence/lít – 60 cents/lít). Nói tóm lại,
nếu tính từ lúc canh tác cây, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, thâu
hoạch, lên men, chưng cất cho tới khi sử dụng, biến cải xe hơi, v.v. thì
chạy xe bằng xăng-ethanol tốn kém hơn chạy bằng xăng thường.
Ngày nay mọi hiệu xe hơi đều có thể
chạy xăng-ethanol E10 (xăng thường pha 10% ethanol), tuy nhiên để bảo đảm
máy móc, khuyến cáo nên dùng xăng-ethanol E5 (Xăng pha 5% ethanol). Một vài
loại động cơ xe hơi cải biến sử dụng xăng-ethanol E85 như ở Brazil. Cách đây
một năm (2007), các trạm bán xăng thuộc một hệ thống siêu thị lớn ở Anh đã
lầm lẫn bơm xăng-ethanol E85 vào các trạm bán xăng thông thường, làm cháy
hỏng máy mấy ngàn chiếc xe hơi và phải bồi thường cho khách hàng.
Xăng pha với ethanol thải ít khí nhà kiếngg hơn xăng thường. Chẳng hạng E85 sa thải 1 ppm khí NO2 trong
khi xăng-cổ-sinh thải 9 ppm. Nguy cơ bị ung thư ít hơn khi thở phải khí sa
thải của xăng-sinh-học.
Butanol
(C4H10O)
cho nhiều năng lượng hơn ethanol và có thể đổ thẳng vào bình xăng xe mà
không cần biến chế gì thêm. Chế biến từ dầu mỏ, hay từ lên men nguyên liệu
sinh-khối do vi khuẩn Clostridium acetobutylicum.
Methanol
(CH3OH),
còn gọi methyl-alcohol được điều chế từ khí methane (CH4)
của khí đốt của mỏ dầu. Methanol cũng được biến chế từ chất hữu cơ động thực
vật qua phương pháp đun trong bình kín (không có oxy và hơi nước) ở nhiệt độ
cao (pyrolysis).
Diesel-sinh-học: Theo
phòng thí nghiệm Năng Lượng Tái Tạo Hoa Kỳ (U.S. National Renewable Energy),
đốt diesel-sinh-học thải 50% carbon monoxide (CO) và 78% carbon dioxide (CO2)
ít hơn diesel. Cũng không có sa thải Sulphur SO2.
Diesel-sinh-học có những đặc tính vật
lý tương tự diesel, thành phần hoá học chánh là acít béo - Fatty acid methyl
(hay ethyl) ester. Diesel-sinh-học chứa ít năng
lượng hơn, nhiệt độ bắt cháy là 150°C, trong khi diesel là 70°C.
Dầu-thực-vật khi hun nóng thì trở nên
lỏng, nhờn hơn, nên có thể chạy máy diesel. Dầu-thực-vật trích từ các thực
vật chứa nhiều dầu như hột cải-dầu (Oil seed rape), dừa dầu (oil palm), dừa
(coconut), đậu nành (soyabean), đậu phộng (groundnut), bông vải (cotton),
hạt cao su (rubber), hướng dương (sunflower), cây và hột cần sa (hemp,
Cannabis sativa), v.v. Tảo và trái dầu-lai (Jatropha curcas) là
những nguồn dầu-thực-vật quan trọng mới ngày nay.
Thông thường, để cho động cơ an toàn,
diesel-sinh-học được pha với diesel. Tuy nhiên, các
loại dầu ăn tinh khiết bán trên thị trường, hay đã sử dụng, đều có thể thay
thế diesel để chạy động cơ diesel loại củ (chỉ cần thay thế bộ phận bơm
injection). Hiện nay nhiều loại xe hơi hiện đại có động cơ chạy được với
dầu-ăn nguyên chất, hay diesel-sinh-học 100%. Chẳng hạn, động cơ xe hơi
MAN B &W Diesel, Wartsila và
Deutz AG có thể chạy từ dầu ăn nguyên chất. Dầu đã sử dụng (từ trong các
tiệm Fast Food) chỉ cần lọc cặn và loại phần nước (do thức chiên xâm nhập)
thì chạy được xe hơi. Xe Đức Volkswagen cũng chạy được với diesel-sinh-học
100%. Tuy nhiên, các hãng làm xe hơi khuyến cáo là nên pha 15%
diesel-sinh-học với 85% diesel để xe ít bị hao mòn. Các nước Âu Châu hiện
nay bán diesel pha 5% diesel-sinh-học ở mọi trạm xăng.
Ở Hoa Kỳ, hơn 80% xe vận tải và xe bus
đều chạy bằng diesel-sinh-học, và càng ngày sử dụng diesel-sinh-học càng gia
tăng, 25 triệu gallons năm 2004, 78 triệu gallons năm 2005, và khoảng 1 tỷ
gallons vào 2007. Xe chở hàng và xe bus ở Âu châu đều chạy bằng
diesel-sinh-học.
PHƯƠNG PHÁP BIẾN CHẾ XĂNG-SINH-HỌC
Trên nguyên tắc,
bất cứ chất vật liệu sinh học nào chứa nhiều Carbon, hoặc dưới dạng đường,
tinh bột, cellulose đều có thể chế biến thành ethanol, hoặc chứa nhiều acid
béo thì chế biến diesel-sinh-học được. Thông thường nhất là từ thực vật có
khả năng lục hoá – biến CO2 của khí quyển thành chất đường, tinh
bột, cellulose, rồi protides, lipids, v.v. Trung bình cứ mỗi phân tử CO2
cây hấp thụ và biến chế qua lục hoá thành sinh-khối chứa 114 kilocalories.
Khó khăn kỹ thuật hiện tại là làm sao biến toàn thể năng lượng C chứa trong
sinh-khối thành xăng-sinh-học. Với kỹ thuật hiện nay (cổ điển), có 2 phương
thức hữu hiệu:
(i) Cho lên men (nhờ men và enzymes
trong điều kiện yếm khí) chất đường (từ mía, củ cải đường, v.v.),
tinh bột [từ hạt ngũ cốc (bắp, lúa, lúa mì, v.v.) và củ (khoai tây,
khoai mì, v.v.)], hay cellulose để tạo ra rượu Ethanol (CH3OH),
Propanol [CH3CH2CH2OH;
(CH3)2CHOH]
và Butanol (C4H10O).
(ii) Trích dầu từ thực vật giàu
chất dầu, hay mở từ động vật (ép với áp suất cao và nhiệt, hay bằng dung
môi, hay phối hợp cả hai).
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; hay từ dầu (của hạt
dừa-dầu, đậu nành, đậu phộng, v.v.) để biến chế diesel-sinh-học. 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 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.
Biến chế
Ethanol
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 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, thân cây sorgho-đường khoảng 15-23%
sucrose, còn củ-cải-đường khoảng 16-18% sucrose. Trung bình, tại các nhà máy
đường ở Hoa Kỳ, cứ sản xuất 100 kg đường thì cho ra 25 lít nước mật
(molasse), nước mật có độ đường 49.2%.
Tại Hoa Kỳ, trung bình cứ 1 tấn mía
(thân) sản xuất được 81 lít ethanol, 1 tấn nước mật (molasse) cho 289 lít
ethanol. Năng suất mía trung bình toàn quốc ở Hoa Kỳ là 65 tấn/ha, cho
khoảng 3.90 tấn đường. Riêng tại Hawaii năng suất tới 170 tấn thân mía/ha
(vì mùa trồng dài hơn). Với các giống mía “di-truyền-biến-cải” (GM,
genetically modified) tại Brazil, năng suất tới 240 tấn mía/ha, với độ đường
14.6%. năng suất mía tại Việt Nam khoảng 35 đến 50 tấn mía/ha. Trung bình 1
ha mía tại Brazil sản xuất được 5,600 lít ethanol, 1 ha củ
cải đường tại
Pháp sản xuất 6,700 lít ethanol, và 1 ha bắp ở Hoa Kỳ sản xuất 3,000 lít
ethanol. năng suất mía và đường ở Brazil tăng gấp đôi trong thời gian 30 năm
1975-2005, nhờ trồng giống cải thiện, nhất là các giống mía
“biến-cải-di-truyền” ngày nay.
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, hạt sorgho
khoảng 68-70%, gạo 70-80%. Muốn vậy, hạt ngũ cốc được xay nghiền thành bột, pha
với nước, nấu ở 70°C (để 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 bịnh) để loại nước. Kỹ thuật ngày nay dùng
“chất sàng phân tử” (molecular sieve, như silica gel, zeolite, hút thấm nước
nhưng không hút rượu, vì rượu có phân tử lớn hơn) thay thế, rẻ tiền và hiệu
quả hơn. Việt nam có mỏ Zeolite (một loại sét) ở vùng Lâm Đồng.
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.
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 cọng sinh trong bao tử (như Cellulomonas),
một số vi khuẩn có khả năng biến cellulose ra đường, nhờ chúng sản xuất
enzyme cellulase biến cellulose ra đường.
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 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
sulfuric acid 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 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 sản xuất nhiều endo-ß-glucanase
và ß-glucosidase, nhưng ít exo-ß- glucanase.
Vì vậy, muốn có nhiều hiệu quả phải tuyển chọn
nhiều dòng nấm. Kết quả cho biết dòng nấm Trichoderma reesei QM-9414
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.
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
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 (Taipei Times, 19/2/2008),
nhưng phải mất vài năm nữa mới có thể sản xuất thương mại quy mô. Các nghiên
cứu ở Trung quốc cho 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.
Biến chế
diesel-sinh-học
Diesel-sinh-học
được chế chế biến từ dầu-thực-vật hay từ mỡ động-vật bằng phương pháp
ester-hoá. Dầu-thực-vật (hay mở) được trộn với sodium hydroxide (NaOH) và
methanol (hay ethanol), cùng chất xúc tác (catalyst), phản ứng hoá học xảy
ra, cho diesel-sinh-học và glycerol. 1 phần glycerol được sinh ra khi tạo
được 10 phần diesel-sinh-học. Trước đây, chất xúc tác lấy từ hoá chất của kỹ
nghệ lọc dầu hoả, hay Acid sulphuric (đắt tiền và không tái tạo được). Ngày
nay, đã khám phá thêm nhiều chất xúc tác mới hữu hiệu, rẻ tiền biến dầu
thành nhiều diesel-sinh-học hơn.
Điều chế
Methanol
Điều chế rượu methanol từ khí methane (CH4)
của khí đốt dầu hoả hay methane-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, methane được tổng hợp thành ethanol, hay
methanol.
Trong sản xuất kỹ nghệ, 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:
CH4+ H2O → CO + 3 H2
Với một chất xúc tác khác (gồm hợp chất đồng, oxyd
kẽm và nhôm), ở áp suất 50-100 atmospheres
(5-10 MPa) và 250°C, tổng hợp Hydrogen và Carbon monoxide tạo thành
methanol:
CO + 2 H2 → CH3OH
Với kỹ thuật này cũng sản xuất được khí
Hydrogen rẻ tiền, cũng là một nhiên-liệu-thể khí.
Một phương pháp khác là
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.
NGUỒN NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT
XĂNG-SINH-HỌC
Tất cả thực vật
lục hoá đều có thể biến chế thành xăng-sinh-học.
Cây nông phẩm
chứa đường gồm mía, củ cải đường, sorgho-đường; nông phẩm chứa
tinh bột gồm hạt ngũ cốc như lúa mì, lúa, bắp, sorgho, v.v.;
củ như khoai tây, khoai mì, khoai lang.
Mía có hiệu quả kinh tế
nhất vì cho năng suất thân (khoảng 170-200 t/ha ở Brazil, 80-100 t/ha ở Úc,
Việt Nam khoảng 35-50 t/ha), biến chế ethanol thẳng từ nước ép, bã mía dùng
làm năng lượng chạy máy ép và chưng cất ethanol. Mía sản xuất trung bình
15,500 lít ethanol/ha/năm, và cứ 1 tấn chất khô mía sản xuất được 438 lít
ethanol. Brazil sản xuất ethanol chính từ mía. Sorgho-đường hiện được ưa
chuộng hơn mía ở một số vùng nhiệt đới khô hạn, có hiệu quả kinh tế hơn mía.
Sorgho-đường canh tác ở Hoa Kỳ cho 28,500 lít ethanol/ha/vụ-4-tháng.
Nông phẩm
chứa dầu như đậu nành (sản xuất 379 kg dầu/ha/năm, hay 450 lít
dầu/ha/năm), đậu phộng (sản xuất 887 kg dầu/ha/năm), hột-cải-dầu (hột chứa
55% dầu; sản xuất 999 kg dầu/ ha/năm, hay 1,188 lít/ha/năm), hạt bắp (140
lít dầu/ha/năm), v.v.
Cây kỹ nghệ
cho dầu như dừa-dầu (oil palm, sản xuất 7,061 kg dầu/ha/năm), dừa
(coconut, sản xuất 2,260 kg dầu/ha/năm), cây dầu-lai (Jatropha curcas,
sản xuất 1,588 kg dầu/ha/năm), thầu dầu (castor bean, sản xuất 1,188 kg
dầu/ha/năm), hướng dương (sunflower, sản xuất 801 kg dầu/ha/năm, hay 954
l/ha/năm), safflower (556 l/ha/năm), v.v.
Thực vật
hoang dại: tảo (algae) nước
ngọt, tảo biển, lục bình (Eichornia crassipes), cỏ Vetiver, cỏ voi
(elephant grass, Pennisetum purpureum, sản xuất 13,700 lít
ethanol/ha/năm), lác (Cyperus), cỏ tranh (Imperata cylindrica),
v.v.
Phó sản thực
vật từ sản xuất cây nông
phẩm và cây kỹ nghệ: rơm rạ, bã mía, thân, gỗ, mạt cưa, trấu, hột cao su
(sản xuất 217 kg dầu/ha/năm), hạt bông vải (sản xuất 273 kg dầu/ha/năm.
Giấy phế thải:
1 tấn giấy cũ sản xuất khoảng 416 lít ethanol.
Rác thành phố:
1 tấn rác sản xuất khoảng 227 lít ethanol.
Uế thải
chuồng trại gia súc: phân
chuồng (tạo methane-sinh-học rồi chế methanol).
HIỆN TRẠNG XĂNG-SINH-HỌC TRÊN THẾ GIỚI
Mặc dầu xăng-sinh-học đắt hơn
xăng-cổ-sinh, mọi quốc gia trên thế giới đều dần dần chuyển hướng đến sử
dụng xăng-sinh-học, vì lý do chính trị muốn ít tuỳ thuộc vào Trung Đông, vì
tuân thủ theo quy ước Kyoto giảm sa thải khí nhà kiếngg và sức ép của giới môi
sinh, đồng thời phát triển nông nghiệp tạo công ăn việc làm cho vùng thôn
quê.
Brazil: Bắt nguồn từ
khủng hoảng dầu hoả 1972, Brazil có kế hoạch sản xuất xăng-sinh-học, và hiện
nay dẫn đầu thế giới về sản xuất và sử dụng xăng-ethanol và diesel-sinh-học.
Hiện tại (2006) Brazil đã có trên 325 nhà máy ethanol, và khoảng 60 nhà máy
khác đang xây cất, để sản xuất xăng-ethanol từ mía (đường, nước mật, bã mía), và bắp. Để sản xuất diesel-sinh-học từ hạt cải-dầu và đậu nành, hiện
có 10 nhà máy, và 40 nhà máy khác đang xây cất.
Năm 2005, Brazil sản xuất 16 tỷ lít ethanol, chiếm 1/3
sản xuất toàn cầu. Năm 2006, Brazil sản xuất được 17.8 tỷ lít ethanol, dự
trù sẽ sản xuất 38 tỷ lít vào năm 2013. Chính phủ Brazil mới đây ra chỉ tiêu
2% diesel-sinh-học cho 2008, và 5% cho năm 2013.
Ngày nay, diện tích trồng mía ở Brazil là 10.3 triệu ha,
một nửa sản lượng mía dùng sản xuất xăng-ethanol, nửa kia dùng sản xuất
đường. Tiên đoán là Brazil sẽ canh tác 30 triệu ha mía năm 2020. Vì lợi
nhuận khổng lồ, các công ty tiếp tục phá rừng Amazon để canh tác mía, bắp,
đậu nành cho mục tiêu xăng-sinh-học vừa tiêu thụ trong nước vừa xuất cảng.
Giá xăng-ethanol được bán bằng nửa giá xăng thường tại Brazil.
Hoa Kỳ: Hoa kỳ sản xuất
Ethanol từ hạt bắp, hạt sorgho và thân cây sorgho-đường, và củ cải-đường.
Khoảng 17% sản lượng bắp sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ dùng để sản xuất
ethanol. Hoa Kỳ đặt chỉ tiêu sản xuất E10 để cung cấp 46% nhiên liệu cho xe
hơi năm 2010, và 100% xe hơi vào 2012. hãng General Motor đang thực hiện dự
án sản xuất E85 từ cellulose (thân bắp), và hiện có khoảng hơn 4 triệu xe
hơi chạy bằng E85. hãng Coskata đang có 2 nhà máy lớn sản xuất xăng-ethanol.
Hiện tại nông dân Hoa Kỳ chuyển hướng sản xuất lúa mì và bắp cho
xăng-sinh-học, vì vậy số lượng xuất cảng hạt ngũ cốc giảm từ nhiều năm nay,
làm giá nông phẩm thế giới gia tăng Vì giá cả xăng-sinh-học còn cao hơn xăng
thường, chính phủ Mỹ phải trợ cấp, khoảng 1.9 USD cho mỗi gallon (=3.78 lít)
xăng-sinh-học, trợ cấp tổng cộng khoảng 7 tỷ USD/năm.
Canada:
Chỉ tiêu cho năm 2010 là 45%
toàn quốc tiêu thụ xăng E 10.
Âu Châu: Cộng-đồng Âu
châu (EU) ra biểu quyết chung là mỗi quốc gia phải sản xuất cung cấp 5.75%
xăng-sinh-học vào năm 2010, và 10% năm 2020 cho nước mình.Đức là nước tiêu thụ nhiều nhất
xăng-sinh-học trong cộng đồng Âu châu, khoảng 2.8 triệu tấn diesel-sinh-học,
0.71 triệu tấn dầu-thực-vật (tinh khiết) và 0.48 triệu tấn ethanol. Công ty
sản xuất diesel-sinh-học lớn nhất là
ADM Oelmühle Hamburg AG (của Hoa Kỳ),
kế đến là MUW (Mitteldeutsche Umesterungswerke GmbH & Co KG) và EOP
Biodiesel AG. Nguyên liệu chánh là củ cải-đường để sản xuất ethanol, và
dầu-cải và dừa-dầu (nhập cảng từ Mã Lai, Indonesia) cho diesel-sinh-học.
Pháp là nước thứ hai
tiêu thụ nhiều ethanol-sinh-học trong cộng đồng Âu châu năm 2006, khoảng
1.07 triệu tấn ethanol và diesel-sinh-học. Công ty Diester sản xuất
diesel-sinh-học và Téréos sản xuất ethanol là 2 đại công ty của Pháp.
Thuỵ Điển có chương
trình chấm dứt hoàn toàn nhập cảng xăng cho xe hơi vào năm 2020, thay vào đó
là tự túc bằng xăng-sinh-học. Hiện nay, 20% xe ở Thuỵ Điển chạy bằng
xăng-sinh-học, nhất là xăng-ethanol. Thuỵ Điển đang chế tạo xe-hơi-lai vừa
chạy bằng ethanol vừa bằng điện. Để khuyến khích sử dụng xăng-sinh-học,
chính phủ Thuỵ Điển không đánh thuế lên xăng-sinh-học, trợ cấp xăng-sinh-học
rẻ hơn 20% so với xăng cổ sinh, không phải trả tiền đậu xe ở thủ đô và một
số thành phố lớn, bảo hiểm xe cũng rẻ hơn.
Vương quốc Anh: chỉ tiêu
5% xe giao thông sử dụng xăng-sinh-học năm 2010. Hiện tại các xe bus đều
chạy xăng-sinh-học. hãng Hàng Không Virgin (Anh quốc) bắt đầu sử dụng
xăng-sinh-học cho máy bay liên lục địa.
Các nước Âu châu nhập cảng dừa-dầu (oil palm) từ Mã Lai
và Indonesia để chế diesel-sinh-học.
Á Châu
Trung quốc: Năm 2005,
Trung quốc sản xuất 920,000 tấn ethanol và khoảng 200,000 tấn
diesel-sinh-học. Chỉ tiêu sản xuất 4 triệu tấn ethanol và 2 triệu tấn
diesel-sinh-học vào năm 2010, và 300 triệu tấn ethanol vào 2020.
Hiện tại sản xuất xăng E10 ở 5 tỉnh phía nam, cung cấp
16% nhiên liệu cho toàn xe hơi ở Trung quốc. Trung quốc cũng trợ cấp khoảng
163 USD cho mỗi tấn xăng-ethanol (nhưng không trợ cấp diesel-sinh-học).
Vì giá cả nông phẩm gia tăng, và sợ thiếu thực phẩm, hiện
nay Trung quốc chỉ cho phép canh tác khoai mì, sorgho-đường và một số hoa
màu không quan trọng khác trên đất biên tế (nghèo), không thích ứng sản xuất
nông phẩm như ở Shangdong và Xinjiang Uygur.
Hiện tại, Trung quốc có 2 nhà máy lớn là Longyan Zhuoyue New Energy
Development (thiết lập năm 2001) và Xiamen Zhuoyue Biomass Energy Co. (thiết
lập năm 2006),
cả 2 đều ở tỉnh Fujian nam Trung
quốc. Ngoài ra còn khoảng hơn 100 nhà máy quốc doanh nhỏ ở
Guizhou, Guangxi, Shandong, và Anhui, với khả năng sản
xuất từ 300 đến 600,000 tấn diesel-sinh-học/năm, biến chế từ dừa-dầu (nhập
cảng từ Mã Lai), hay từ dầu-ăn-phế-thải, dầu hạt-cải (trồng ở thung lủng
sông Hoàng Hà), dầu bông vải, dầu trẩu (Aleurites moluccana), hạt
dầu-lai (jatropha, trồng vùng đồi núi ở Guizhou, Sichuan, và Yunnan trong
chương trình xoá đói giảm nghèo) và các phế thải hữu cơ khác.
Hàng năm, Trung quốc tiêu
thụ khoảng 22 triệu tấn dầu ăn trong kỹ nghệ thực phẩm, sa thải khoảng 4.5
triệu tấn dầu đã-sử-dụng (sau khi chiên xào rồi) để chạy vào dây chuyền sản
xuất diesel-sinh-học.
Để tìm nguồn nguyên liệu khác, các nhà khoa học Trung
quốc nghiên cứu cho biết có 1553 loài cây rừng chứa nhiều dầu có khả năng
khai thác sản xuất diesel-sinh-học, trong đó là Pistacia chinensis
Bungo chứa 40% dầu trong thân mọc trên đồi núi. Trung quốc cũng dự trù trồng
670,000 ha cây dầu-lai (jatropha) để sản xuất diesel-sinh-học.
Ấn Độ: Chính phủ có
chính sách sử dụng xăng-ethanol E5 hiện nay, sẽ tăng lên E10 và E20 trong
những năm tới. Ần Độ gia tăng diện tích trồng cây dầu-lai để sản xuất
diesel-sinh-học, và diện tích canh tác mía cho xăng-ethanol.
Mã Lai và
Indonesia đã phá rừng canh
tác thêm dừa-dầu (oil palm) để xuất cảng dầu cho thị trường Âu châu, Hoa Kỳ
và Trung quốc cho mục tiêu sản xuất diesel-sinh-học. Hai quốc gia này dự trù
cung cấp 20% nhu cầu dầu cho kỹ nghệ diesel-sinh-học của Âu châu vào 2009.
Chẳng hạn, tại Tây Kalimantan thuộc Indonesia trong thập niên 1990s có nửa
triệu ha cây dừa-dầu, nay (2006) diện tích dừa dầu tăng lên hơn 3.2 triệu
ha, và sẽ gia năng lên nữa trong tương lai. Indonesia có chương trình phá
rừng để gia tăng diện tích dừa-dầu toàn quốc lên 20 triệu ha. Liên Hiệp Quốc
đã cảnh cáo Indonesia về việc phá rừng quy mô này, và tiên đoán rằng 98%
rừng Indonesia sẽ bị phá huỷ vào 2022 với đà phá rừng trồng dừa-dầu hiện
nay.
Thái Lan. Từ năm 1985,
Thái Lan đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng-sinh-học. Uỷ ban
Nhiên-liệu-sinh-học được thành lập năm 2001 để điều hành, và xăng E10 đã bắt
đầu bán ở các trạm xăng từ 2003.
XĂNG-SINH-HỌC CÓ THẬT SỰ LÀ CỨU TINH TRÁI ĐẤT?
Toàn cầu đang trên đà gia tăng nhiệt độ, lý do chính là
do gia tăng số lượng khí nhà kiếngg phóng thích vào khí quyển do cuộc sống văn
minh con người gây nên.
Lợi ích của xăng-sinh-học.
Đốt xăng-sinh-học sa thải 18-30% khí nhà kiếngg ít hơn đốt
xăng-cổ-sinh. Ngoài ra, số khí CO2 sa thải này được cây hấp thụ
lại để tái tạo xăng-sinh-học, như vậy coi như không có làm gia tăng khí CO2
trong khí quyển. Tường trình của Viện Nghiên Cứu EMPA Thuỵ Sĩ cho biết trong
số 26 loại xăng-sinh-học biến chế từ các nguồn nguyên liệu thực vật khác
nhau có 21 loại xăng thải 30% khí-nhà kiếngg ít hơn xăng-cổ-sinh. Đại học
Minnesota cho biết ethanol-sinh-học sản xuất từ bắp sa thải CO2
ít hơn 12% so với xăng, và diesel-sinh-học 41% CO2 ít hơn so với
diesel từ dầu mỏ. Ô nhiễm môi trường sẽ ít hơn, và sức khoẻ con người nhờ
vậy tốt hơn.
Biến chế xăng-sinh-học cần nguyên liệu thực vật nên tạo
nhiều công ăn việc làm mới cho nông dân. Trung quốc và Ấn độ khuyến khích
sản xuất xăng-sinh-học một phần nằm trong chương trình xoá đói giảm nghèo ở
các vùng đất khô cằn, không thích ứng trồng cây lương thực.
Ngoài ra, đây cũng là cơ hội giúp khoa học tiến nhanh,
tiến mạnh trong nghiên cứu đi tìm năng-lượng-xanh hiệu quả cho toàn cầu,
thay thế năng lượng từ nhiên-liệu-cổ-sinh sẽ kiệt quệ vào cuối thế kỷ này.Bất lợi của xăng-sinh-học
Mặc dầu xăng-sinh-học sa thải ít khí-nhà-kiếngg hơn xăng-cổ-sinh, tường trình của Viện Nghiên Cứu EMPA
Thuỵ Sĩ
cũng cho biết là có 12 loại xăng-sinh-học có ảnh hưởng xấu trầm trọng vào
môi sinh thế giới hơn xăng-cổ-sinh, trong số đó là ethanol biến chế từ bắp
của Hoa Kỳ, từ mía của Brazil, diesel-sinh-học từ đậu nành của Brazil và từ
dừa-dầu của Mã Lai và Indonesia.
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,
dừa-dầu và bắp góp phần vào gia tăng nhiệt 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-kiếng hơn xăng-cổ sinh. Nếu chỉ tính từ việc đốt xăng thì
xăng-sinh-học quả thật cho ít khí-nhà-kiếng, nhưng nếu tính từ lúc sửa soạn
đất đai, canh tác, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, thâu 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-kiếng hơn xăng-cổ-sinh, chưa kể tai hại
thảm khốc vào môi sinh khi phá thêm rừng Amazon của Nam Mỷ (để trồng thêm
mía và đậu nành), rừng nhiệt đới ở Đông Nam Á (để trồng dừa-dầu) và Phi châu
(bắp, sorgho), khai khẩn đất than-bùn ở Âu Châu (củ cải-đường). 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, v.v.
Ngoài ra, hiệu quả năng lượng
chạy động cơ của diesel-sinh-học biến chế từ hạt hướng-dương chỉ bằng 46%
tổng năng lượng để tạo ra (kể từ lúc gieo trồng). Năng lượng chế tạo ra
diesel-sinh-học từ đậu nành (kể từ gieo trồng) cao gấp 3.2 lần năng lượng
cần để khai thác xăng-cổ-sinh. 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-kiếng sa thải (Science, 2008, Vol. 319, No.
5867, trang 1238-1240).
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 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: mía và bắp để biến chế ethanol; dầu-hạt-cải (oil seed rape)
và dừa-dầu (oil palm) để biến chế diesel-sinh-học. 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. Ngoài ra, 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 dừa-dầu 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 huề vốn CO2
này (Science, 2008, Vol. 319, No 5867, trang 1235-1238).
Thế giới sẽ không còn đất để sản xuất nông phẩm, bởi vì,
giả sử rằng Hoa Kỳ muốn tự túc bằng sử dụng hoàn toàn xăng-sinh-học, thì cần
phải sử dụng 75% diện tích canh tác của toàn thế giới để canh tác mới đủ
xăng-sinh-học cho Hoa Kỳ.
Vì vậy, sản xuất xăng-sinh-học từ sản phẩm lương thực của
con người và gia súc, chuyển hướng lấy đất màu mỡ 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 biến chế xăng-sinh-học cũng phải “xanh”.
VIỆT NAM VÀ XĂNG-SINH-HỌC.
Trong thời kỳ Đệ nhị thế chiến, xe hơi ở Việt Nam chạy
ethanol chế biến từ gạo. Mặc dầu có nhiều mỏ dầu với trữ lượng rất khổng lồ
(khoảng 600 triệu barrel ước tính năm 2006, 1 barrel » 159 lít), nhưng Việt
Nam phải nhập cảng xăng và diesel cho xe cộ và kỹ nghệ còn phôi thai của
mình. Chẳng hạn năm 2005, Việt Nam khai thác được 32,4 triệu tấn than và
18,5 triệu tấn dầu thô, nhưng đã phải nhập 11,45 triệu tấn xăng và diesel.
Trước trào lưu sử dụng xăng-sinh-học của thế giới, Việt
nam cũng đã bị lôi cuốn theo trào lưu này. Từ cả chục năm nay, báo chí trong
nước cũng thường đề cập đến việc phát triển xăng-sinh-học trên thế giới,
nhất là khi giá cả xăng dầu tăng vọt. Tháng 7/2006 tại Sài Gòn, và tháng
10/2007 tại Hà Nội, hàng trăm nhà khoa học và kinh doanh ở Việt Nam hội thảo
chung quanh vấn đề xăng-sinh-học. Qua các cuộc hội thảo này và báo chí trong
nước vào thời điểm này thì chính phủ Việt Nam chưa chuẩn bị gì cho chiến
lược, ngoài một số cá nhân chuyên gia và nhà kinh doanh có tầm nhìn xa, chạy
trước thời cuộc. Chẳng hạn, về nguyên liệu thì bàn về sử dụng lúa gạo, mía
đường, để tạo ethanol; cây dầu-lai (miền Bắc gọi là cây dầu-mè – Jatropha
curcas), mở cá ba-sa (khoảng 40,000 tấn/năm).
Hội thảo cũng cho biết 3
lý do chính chưa phát triển ngành xăng-sinh-học là:
(i) số lượng nguyên liệu
sản xuất xăng-sinh-học là tinh bột ngũ cốc, mật rỉ đường và mở cá ba-sa còn
hạn chế;
(ii) chưa có đầu tư thích đáng vì chưa có hổ trợ của chính phủ,
(iii) chính phủ chưa có chính sách. Chung qui, các nhà khoa học và kinh
doanh đang mong chờ chính phủ ban hành chính sách và luật lệ rõ ràng. Các
công ty mía đường (như Lam Sơn ở Thanh Hoá), Sài Gòn Petro, Công ty Rượu
Bình Tây, Công ty Chí Hùng, v.v. cũng đã có dự án sản xuất ethanol làm nhiên
liệu, khi chánh phủ phất cờ cho phép. Tuy nhiên, hiện nay chưa có một nhà
kinh doanh nào dám bỏ tiền vào nghiên cứu và đầu tư khi chính phủ chưa có
chính sách quy định, chưa có phối hợp ăn khớp giữ các Bộ, thủ tục nhiêu khê:
thủ tục đất đai canh tác thì quản lý bởi Bộ Nông nghiệp; quy định tiêu
chuẩn sản xuất pha chế xăng-sinh-học thì quản lý bởi Bộ Khoa học-Công
nghệ; và sử dụng xăng dầu phải có ý kiếng của Bộ Giao thông-Vận tải, v.v.
Theo báo “Khoa Học Phổ Thông” ngày 14/12/2006, thì “Bộ
Công nghiệp VN đang xây dựng đề án “Phát
triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020”, theo đó “Giai
đoạn 2011-2015, sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học
thay thế nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất và mạng lưới phân
phối phục vụ cho giao thông và các ngành sản xuất công nghiệp khác. Đến năm
2020, công nghệ sản xuất sinh học ở VN sẽ đạt trình độ tiên tiến trên thế
giới, với sản lượng đạt khoảng 5 tỷ lít xăng E10 và 500 triệu lít dầu
biodiesel B10/năm”
Ngày 20/11/2007, Thủ tướng
chính phủ đã ký phê duyệt “Đề án phát triển nhiên-liệu-sinh-học đến năm
2015, tầm nhìn đến năm 2025” trong đó đặt mục tiêu đến năm 2015, sản
lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 20% nhu cầu xăng
dầu của cả nước bằng xăng E5 (pha 5% cồn) và dầu B5 (Diesel pha 5% dầu sinh
học), và đến năm 2025, đạt 1.8 triệu tấn, đáp ứng 100% nhu cầu của cả nước
bằng xăng dầu pha nhiên liệu sinh học trên. Và khoảng thời gian từ nay đến
2010 là nghiên cứu và ban hành luật lệ liên quan đến sản xuất và sử dụng
xăng-sinh-học.
Việt Nam với đất hẹp (diện tích canh tác khoảng 9.3 triệu
ha), dân đông (85 triệu năm 2007, trung bình mỗi đầu người 0.11 ha), lại
nghèo (GDP trung bình toàn dân là US$726/đầu người năm 2006, của nông dân
chỉ khoảng 1/2), vùng sản xuất nông nghiệp chính là đồng bằng Cửu Long và
Sông Hồng đã quá tải. Đất canh tác hiện nay phải tiếp tục sản xuất nông phẩm
thiết yếu cho đời sống người dân (chánh yếu là lúa, hoa màu phụ, cây kỹ
nghệ) để tự túc và xuất cảng.
Vì vậy Việt Nam phải tìm nguồn nguyên liệu
thực vật nào để sản xuất xăng-sinh-học mà:
(i) không tranh giành đất đai với canh tác hoa màu, chăn
nuôi gia súc, nuôi cá tôm hiện tại,
(ii) không được phá thêm rừng,
(iii) thích hợp trên diện tích đất bỏ hoang cằn cổi, sa
mạc hoá, tổng cộng khoảng 10 triệu ha, gồm đất đồi trọc ở Miền Bắc (4.77
triệu ha), Bắc Trung Việt (1.9 triệu ha), phía Nam Trung Việt (1.63 triệu
ha), và Tây nguyên (1.05 triệu ha),
(iv) có hiệu quả kinh tế cao, và
(v) tăng lợi tức, giúp xoá đói giảm nghèo cho nông dân.
Sau đây, tác giả gợi ý một vài nguyên liệu.1. Sản xuất diesel-sinh-học từ hạt cao-su.
Việt nam hiện nay đã có 250,000 ha cao su trưởng thành, và diện tích sẽ gia
tăng nhiều trong tương lai (có thể tới 1 triệu ha). Nếu thu góp được tất cả
hạt của 250,000 ha này, ngay từ bây giờ Việt Nam có thể sản xuất được 54,250
tấn dầu-cao-su, tương ứng với 1 triệu tấn diesel-sinh-học B5. Dầu hột cao su
chứa 18.9% saturated acid (palmitic acid và stearic acid), và 80%
unsaturated acid (oleic acid, 24.6 %; linoleic acid,
39.6 %; và linolenic acid, 16.3 %). Hột cao su
chín rụng rộ vào khoảng tháng 7 và 8 dương lịch, rất thuân tiện cho các em
học sinh nghỉ hè kiếm lợi tức trong việc thu lượm hột. Các cơ sở đồn điền
cao su đều đã có sẵn máy móc và phương tiện ép dầu.
2. Canh tác sorgho-đường (Sweet sorghum) trong mùa hạn
trên vùng ruộng sạ ở đồng bằng Cửu Long. Trước
1960, sau khi gặt lúa sạ, tại An Giang Châu Đốc đất bỏ hoang từ tháng 1 đến
tháng 5 dương lịch là lúc mùa khô, thiếu nước canh tác. Bắt đầu khoảng sau
1965, nông dân trồng sorgho-hạt (grain sorghum, lúa miến) trong các tháng
này trên đất thiếu nước bơm để làm thực phẩm gia súc và cá, và lúa thần-nông
trên một số ruộng đất dọc sông rạch có khả năng bơm nước. Hiện nay, đa số
đất còn bỏ hoang trong mùa nắng vì thiếu nước, hay không lợi khi canh tác
lúa (vì giá xăng, phân, thuốc quá cao).
Các vùng ấm hay nóng ở miền Nam Hoa Kỳ đã canh tác
sorgho-đường từ hàng trăm năm nay để sản xuất xi-rô (sirup). Các giống Hoa
Kỳ này cho năng suất hột thấp nhưng thân có nhiều đường. Viện Nghiên Cứu
Quốc Tế Nông Nghiệp Vùng Khô Hạn (ICRISAT) dùng các giống này để lai tạo
thành các “giống lai” vừa cho năng suất hột cao, năng suất thân cao và độ
đường cao ở cả hột và thân. Thân
sorgho-đường chứa 15 đến 23% đường, thân mía chứa 12-15% đường.
Chẳng hạn giống lai “Madhura” được lai tạo để có thân
chứa nhiều đường (sweet-stem sorghum hybrid) dùng để chế biến ethanol, sirup
và đường kẹo. Giống lai Madhura ngắn hạn (120 ngày), trồng 2 vụ/năm cho năng
suất hột tổng cộng từ 2 đến 4 tấn/ha, 5-7 tấn lá khô (cho trâu bò ăn), 15-20
tấn bả (thân sau khi ép lấy đường, làm thức ăn trâu bò), 3-6 tấn đường kẹo
hay 5-9 tấn sirup (75% đường), hay 3000 - 4000 lít ethanol 95%. Giống
SSH-104 có chu kỳ sinh trưởng 100 – 115 ngày, thân chứa 23% đường, một vụ
trồng (4 tháng) cho năng suất thân cây 95-125 tấn/ha, so với mía khoảng
65-90 tấn/ha với vụ trồng dài 10-12 tháng.
Tại vùng
Imperial Valley của California, 1 ha trồng sorgho-đường trong 1 vụ 4 tháng
sản xuất: 5,600 lít ethanol + 20 tấn xác bả khô (có thể biến thành 10
Megawatt-giờ điện).
Sorghum chịu hạn hán, chịu được đất phèn, đất mặn, đất kiềm, chịu được nước
ngập, ít sâu bọ bệnh tật, ít đòi hỏi phân bón, ít tốn nước tưới (chỉ bằng
1/4 nhu cầu nước của mía). Mới đây, các khoa học gia đã cài vào bộ máy di
truyền sorgho-đường gen chịu đựng đất phèn nặng vì nhôm. Vùng đất phèn Tứ
Giác Long Xuyên nên chọn các giống chịu phèn này.
Sorgho-đường, cũng như sorgho hạt, chịu
được khô hạn, nhu cầu nước tối thiểu là 175 m3/ha/vụ, chỉ bằng
1/4 nhu cầu nước để canh tác mía (700 m3/ha/vụ), trong lúc lúa
nước cần từ 9,000 đến 15,000 m3/ha/vụ . Lá sorgho có một lớp sáp
ngăn chận thoát hơi nước, nên sorgho sử dụng nước hiệu quả hơn các ngũ cốc
khác. Chồi và hoa được sinh sản và phát triển trong một thời gian dài, nên
khi gặp khô nóng ngắn hạn không bị ảnh hưởng vào thụ phấn. Nếu khô hạn kéo
dài, phát hoa ít và nhỏ hơn, trong lúc thân cây chứa nhiều đường hơn. Sorgho
cần 310 lít nước để sản xuất 1 kg chất khô, trong khi bắp cần 370 lít nước.
Chỉ cần 4000 m3 nước để canh tác, sorgho-đường sản xuất được 1000
lít ethanol, trong lúc mía phải cần tới 36,000 m3 nước để cho kết
quả tương đương. Tổng hợp hết mọi chi phí tại Hoa Kỳ kể từ canh tác cho tới
chế biến xong xuôi, sản xuất 1000 l ethanol từ sorgho-đường tốn 81.6 USD, từ
bắp tốn 89.2 USD, và từ mía tốn 111.5 USD. năng suất toàn cây trung bình
90-120 tấn/ha/vụ (4 tháng).
năng suất
đường, cũng như năng suất toàn cây cao nhất khi nhiệt độ không khí trung
bình 26-27°C, nhiệt độ đất 18-20°C. Lục hoá tối đa ở nhiệt độ ban ngày 32°C.
Trong một mùa canh tác (4 tháng), 1 ha sorgho hấp thụ 40 tấn C từ không khí
qua lục hoá.
Năng
lượng cần thiết để biến nước ép từ thân sorgho-đường (chính là đường) ra
ethanol chỉ bằng 50% năng lượng cần thiết để biến hạt bắp (chính là tinh
bột) ra ethanol.
Ần độ
cũng nghiên cứu tuyển chọn dòng men hữu hiệu để lên men nước ép từ thân
sorgho-đường thành rượu, cho biết dòng men NCIM
3319 hữu hiệu nhất, biến 90% đường thành rượu trong 48-72 giờ.
Cây dầu-lai
(Jatropha curcas L.). Cũng còn gọi là
cây-dầu-mè hay cây-hàng-rào, cùng họ với khoai mì, cao su (Euphorbiaceae).
Trên thế giới có khoảng 175 loài, Việt Nam có 5 loài, trong số đó có cây
dầu-lai (Jatropha curcas L.). Cây dầu-lai gốc Trung Mỷ, trồng ở Việt
Nam từ lâu đời để lấy dầu từ hạt, hạt chứa khoảng 40% dầu. Cây cao 1-5 m,
trồng được nơi khô hạn với vủ lượng 200 mm/năm cho tới nơi có vủ lượng 1200
mm/năm, lý tưởng là 600 – 1000 mm/năm. Khô hạn liên tục 3 năm chỉ làm lá
rụng nhưng cây không chết. Vùng duyên hải khô cằn Ninh Thuận Bình Thuận với
vũ lượng trung bình 600 mm/năm, hiện bỏ hoang, là nơi thích hợp canh tác
cây-dầu lai. Cũng canh tác được trên các đồi trọc (vừa bảo vệ chống xoi mòn,
vừa cho dầu), đất đang sa-mạc-hoá, đất kiềm vùng duyên hải Trung Việt. Cây
không chịu được úng nước, hay đất dốc quá 30 độ, và đất acid (pH <7), pH
thích hợp 8-9, thích hợp vùng đất cà giang duyên hải Trung Việt. Không có
sâu bọ hay bệnh tật, ngoại trừ đốm lá do Cercospora. Cây trồng bằng
hột hay bằng nhánh giâm dễ dàng. Nhánh giâm cho trái sau một năm, trồng bằng
hạt sau 2 năm. Khoảng cách trồng 2m x 2 m, khoảng 2500 cây/ha. Cho năng suất
hạt cao kể từ năm thứ 4, và thọ khoảng 50 năm. Một cây đơn độc cho 2 kg
trái/cây, trung bình năng suất hột từ 3 đến 6 tấn hột/ha/năm, tuỳ đất tốt
hay xấu. Trên đất xấu, cho trung bình 0.9 tấn dầu/ha/năm, đất trung bình 1.6
– 2 tấn dầu/ha/năm. Trung bình 4 kg hột ép được 1 lít dầu. Cây dầu-lai có
thể trồng xen kẻ với cà phê, cây ăn trái và rau hoa. Dầu có chất độc (không
ăn được), trước đây dùng làm đèn cầy, xà phòng, ngày nay làm
diesel-sinh-học. Ấn độ dự trù canh tác 14 triệu ha để sản xuất
diesel-sinh-học.
Lục bình
(Eichornia crassipes). Lục bình xưa nay coi như cỏ dại, sống bềnh
bồng trên sông, rạch, ao, hồ, cản trở ghe tàu lưu thông, ngăn cản dòng nước
chảy, v.v. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây cho biết lục bình là một nguyên
liệu hữu hiệu để sản xuất khí-đốt-sinh-học và xăng-sinh-học. Lục bình cũng
dùng để lọc nước phế thải từ nhà máy biến chế thực phẩm, trại chăn nuôi,
nước cống rảnh thành phố. Rể lục bình hấp thụ các kim loại độc trong nước
phế thải như chì, thuỷ ngân, strontium, v.v. và chứa các chất này trong rể
với nồng độ gấp 10,000 lần nồng độ kim loại chứa trong nước. Phần cây tươi
chứa 95.5% nước, 0.04% N, 0.06% P2O5, 0.2% K2O, 1% chất tro, và 3.5% chất
hữu cơ. Lục bình được dùng làm thức ăn cho trâu bò (lên men dưa lục bình với
2% muối, hay ăn tươi), phơi khô đun bếp, tro làm phân, cọng lục bình phơi
khô dùng đan giỏ, thủ công, v.v.
Lục bình tăng trưởng rất nhanh, mỗi năm có thể
thâu hoạch 4 lần, tổng năng suất chất tươi/ha/năm biến thiên giữa 20 và 200
tấn ở Florida canh tác từ trong nước sông hồ (không phân bón), cho 300 tấn
nếu canh tác trong nước sa thải của thành phố, từ chưồng trại gia súc. Canh
tác tại Ấn độ cho năng suất khoảng 150 tấn chất tươi/ha/năm. Lục bình không
sống được ở nước mặn chứa quá 5 g muối/l.
Lục bình sản xuất chất khô (dry matter) khoảng
60-80 tấn/ha/năm ở miền nam Hoa Kỳ (không phân bón), như vậy cao hơn cỏ voi
(57 tấn), mía (55 tấn), sorghum (37 tấn), cây rừng Eucalyptus (15 tấn),
thông (9 tấn), hướng dương (6 tấn) canh tác với phân bón.
Năng lượng chứa trong 1 tấn chất khô lục bình
tương đương với 2.4 barrels dầu hoả (= 381 lít). Cứ mỗi kg chất khô lục bình
sản xuất 370 lít khí-sinh-học cho năng lượng 22,000 KJ/m3
(580 Btu/ft3), còn methane ròng 100 % cho 895 Btu/ft3.
NAS của Hoa kỳ ước lượng rằng 1 ha lục bình ở
miền nam Hoa Kỳ sản xuất 70,000 m3 khí-sinh-học (gồm 70% methane,
30% CO2). Nước phế thải từ lên men sản xuất khí-sinh-học dùng
làm phân hữu cơ.
Tại Ấn độ, 1 tấn lục bình phơi khô (không phải
chất khô) cho khoảng 50 lít ethanol và 200 kg chất phế thải dùng làm phân
bón. Lên men yếm khí 1 tấn lục bình khô cho 750 m3
khí-sinh-học (600 Btu), trong đó chứa 51.6% methane, 25.4% hydrogen, 22.1%
CO2, và 1.2% oxygen. Với kỹ thuật hoá-khí (gasification) ở nhiệt
độ cao (800°C) với hơi nước, 1 tấn chất khô lục
bình sản xuất 1,100 m3 khí-đốt-tổng-hợp (syngas) chứa 16.6% H2,
4.8% methane, 21.7% CO, 4.1% CO2, và 52.8% N.
Hiện nay, trên sông Tiền
Giang, Hậu Giang và một số sông rạch lớn, một số ít nông dân đóng cọc dọc bờ
sông trồng lục bình để lấy sợi dùng đan lác thủ công xuất cảng (như mủ, giỏ
xách, ..). Các dề lục bình này cũng bảo vệ được bờ sông tránh xói lở do sóng
ghe tàu gây nên, trong khi giữa dòng sông trống trải để ghe tàu lưu thông.
Cần phát triển trồng lục bình dọc sông rạch bên trong các cọc, như nông dân
canh tác hiện nay. Đặc biệt, lục bình có năng suất rất cao ở những ao hồ
thanh lọc nước thải ở các nhà máy biến chế hải sản, chăn nuôi gia súc, nơi
thải nước cống thành phố.
Tảo (Algae): là nguồn thực vật đầy hứa hẹn để sản xuất diesel-sinh-học. Cũng cần
biết rằng dầu hoả bắt nguồn từ huỷ hoại tảo, chất hữu cơ trầm tích, phiêu
sinh, vi sinh vật ở thời cổ đại. Tảo là thực vật có khả năng lục hoá, lấy
năng lượng mặt trời biến CO2 thành đường, từ đó tạo protids và
lipids. Tảo mọc trong nước ngọt hay nước mặn, từ trong vủng nước nhỏ, ao hồ
hay biển. Tuỳ theo loại, tảo giàu protein (như Spirulina maxima chứa
60-70%; Chlorella vulgaris chứa
51-58% protein trọng lượng chất khô), chất bột (carbohydrates) (như
Botryococcus braunii
chứa 86%, Spirogyra sp. chứa
33-64%; Porphyridium cruentum chứa
40-57% trọng lượng chất khô), và lipids (như Scenedesmus dimorphus,
chứa 16-40%; Prymnesium parvum chứa
22-40%).
Các vi sinh gồm tảo, diatoms, và
cyanobasteria được gọi chung là “vi-tảo” (microalgae) chứa nhiều dầu và chất
béo (trên 30%) là nguyên liệu chế diesel-sinh-học.
Tảo có thể canh tác trong thùng (tank), trong ao,
hồ, biển. Quan trọng là phải đầy đủ ánh sáng (mặt trời hay đèn), đầy đủ CO2
hoà tan trong nước (bằng cách bơm không khí vào nước như nuôi cá, hay
bơm khí CO2), chất dinh dưởng như phân bón hoá học, chất hữu cơ
như nước thải từ cống rảnh. Nếu canh tác tảo ngoài biển, cần phải bón thêm
phân chứa sắt (iron). Loại tảo xanh Chlorophyceae (green algae) cho
nhiều carbohydrates hơn lipids, tăng trưởng mạnh ở 30°C,
cần nhiều ánh sáng và nước có độ dẩn điện 55 mmho/cm. Tảo cho tỷ lệ dầu cao
khi canh tác trong môi trường thiếu chất dinh dưởng, nhưng năng suất tảo kém
nên năng suất dầu cũng kém ở môi trường canh tác này.
Nghiên cứu mới đây cho biết An Giang có 137 loài tảo nước
ngọt, đa số là tảo lục Chlorophyta. Ở vùng nước nhiễm mặn phải chọn
giống thích ứng nước mặn, để canh tác. Cần phải nghiên cứu để khám phá khả
năng chứa dầu trong các loài tảo này.
Để lấy dầu, giản dị nhất là ép để lấy khoảng 75% dầu chứa
trong tảo, phần xác còn pha với dung môi cyclo-hexane để trích lấy dầu còn
lại. Xác tảo sau khi ép chứa nhiều chất bột, nên cho lên men để sản xuất
ethanol, hay làm thức ăn gia súc.
năng suất dầu/ha từ tảo canh tác trong điều kiện lý tưởng cho 200 lần nhiều hơn
dầu từ hoa màu, và trong điều kiện canh tác thông thường cho năng suất dầu
cao 30 lần hay tệ lắm cũng 15 lần nhiều hơn canh tác dầu-cải, dừa dầu, đậu
nành hay cây dầu-lai (jatropha). năng suất tại Hoa Kỳ hiện tại với vi tảo
canh tác là 17,300 lít dầu/ha/năm (gấp 3 lần dừa-dầu của Mã Lai), trong các
tank phòng thí nghiệm với điều kiện lý tưởng cho 46,000 đến 140,000
lít/ha/năm. Phòng Nghiên Cứu Năng Lượng của Hoa Kỳ ước tính rằng chỉ với
diện tích 5 triệu ha trồng tảo, tức khoảng 1% đất nông nghiệp của Hoa kỳ
hiện nay (khoảng 500 triệu ha), thì đủ cung cấp diesel-sinh-học cho Hoa Kỳ,
thay thế hoàn toàn diesel từ dầu hoả.
Ngày 11/12/2007, Công Ty Shell tuyên bố thiết lập cơ sở
canh tác tảo để biến chế dầu ăn và diesel-sinh-học tại Hawaii, trong các ao
hồ chứa nước mặn để canh tác tảo biển. Cũng cần biết thêm rằng tại Hawaii đã
có nhiều cơ sở thương mại canh tác tảo biển để làm dược liệu từ mấy chục năm
nay.
Tảo Diatom chứa khoảng 30% dầu, có thể sản xuất 45.6 tấn
dầu/ha/năm. Tảo Botryococcus braunii
chứa 86% hydrocarbons cuả trọng lượng chất khô, có thể biến chế thành
ethanol.
Nếu đầy đủ ánh sáng, CO2
(hoà tan trong nước), và dinh dưởng, 1 ha tảo cho 100 tấn tảo, và mỗi tấn
tảo sản xuất được 410 lít diesel-sinh-học. Nếu lên men yếm khí, thì mỗi tấn
tảo sản xuất được 6 MJ khí methane. Một m3 tảo khô nặng khoảng
448 kg.
Nghiên cứu ghép gen cho nhiều dầu cũng cho kết quả khả quan. Enzyme
Acetyl-CoA carboxylase (ACC) chi phối số lượng lipids
tích trữ trong cơ thể vi-tảo, và gen chi phối ACC đã được đánh dấu và ghép
vào bộ máy di truyền của tảo.
Tại Hoa Kỳ có dự án
dẩn ống khí thải CO2 từ nhà máy nhiệt điện đốt than đá đến hồ
canh tác tảo để tái tạo Carbon-sinh-học, thay vì thải CO2 vào khí
quyển làm gia tăng nhiệt độ hoàn cầu.
Việt Nam có bờ biển
dài 3,200 km, nhiều đầm, vũng, ao, hồ, nước ngọt hay nước mặn đều có thể
canh tác tảo. Dùng tảo vừa để xử lý nước thải từ chuồng trại chăn nuôi, nước
thải thành phố, vừa sản xuất diesel-sinh-học, cần nên được nghiên cứu ở Việt
Nam.
Reading, 31/3/2008
Trần-Đăng Hồng
©
http://vietsciences.free.fr
và http://vietsciences.org
Trần Đăng Hồng
|