tìm hiểu về nguồn năng lượng sinh khối giải pháp khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này theo hướng phát triển bền vững.

Khái quát về sinh khối Sinh khối là một thuật ngữ có ý nghĩa bao hàm rất rộng dùng để mô tả các vật chất có nguồn gốc sinh học vốn có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng hoặc docác

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

  

TIỂU LUẬN MÔN

QUẢN LÝ BỀN VỮNG CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Chu trình chuyển hóa sinh khối

Hình 2.1: Sơ đồ mô tả quá trình đốt liên kết

Hình 2.2.: Quá trình khí hóa

Hình 2.3: Sơ đồ mô tả quá trình yếm khí

Hình 2.4: Quá trình thu khí gas tạo điện năng từ các bãi chôn lấp rác thải

MỤC LỤC Trang

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI 2

1.1 Khái quát về sinh khối 2

1.2 Các dạng sinh khối 3

Chương 2: CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI 8

2.1 Sản xuất nhiệt truyền thống 8

2.2 Sản xuất nhiên liệu sinh học 8

2.3 Sản xuất điện từ năng lượng sinh khối 16

Chương 3: ĐÁNH GIÁ NHỮNG MẶT TÍCH CỰC VÀ TIÊU CỰC CỦA NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI 26

3.1 Những mặt tích cực 26

3.2 Những mặt tiêu cực 28

Chương 4: TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI TRÊN THẾ GIỚI 29

4.1 Trên thế giới 29

4.2 Tại Việt Nam 30

Chương 5: NHẬN ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁ NHÂN VỀ VẤN ĐỀ SỬ DỤNG VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 32

KẾT LUẬN 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

LỜI MỞ ĐẦU

Trước tình trạng các nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt và vấn đề ônhiễm môi trường phát sinh từ việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch conngười bắt đầu chuyển hướng khai thác sang các nguồn năng lượng sạch, có khả năngtái tạo đảm bảo mục tiêu phát triển bền vững Các nguồn năng lượng này thường cónguồn gốc từ thiên nhiên như gió, ánh sáng mặt trời, sinh khối, địa nhiệt, thủy triều

và sóng biển v.v Trong số các nguồn năng lượng tái tạo đang được nghiên cứu và

sử dụng năng lượng sinh khối đã và đang được ưu tiên khai thác nhiều nhất tính đếnthời điểm hiện tại

Năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con người sử dụngkhi bắt đầu biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm Củi là nguồn năng lượng chính cho tớiđầu thế kỷ 20 khi nhiên liệu hoá thạch thay thế nó

Hiện nay trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư, chiếm tới14-15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới Ở các nước đang phát triển, sinh khốithường là nguồn năng lượng lớn nhất, trung bình đóng góp khoảng 35% trong tổngcung cấp năng lượng

Khác với các công nghệ năng lượng tái tạo khác, công nghệ năng lượng sinh khốikhông chỉ thay thế năng lượng hoá thạch mà nhiều khi còn góp phần xử lý chất thải

vì chúng tận dụng các nguồn chất thải để sản xuất năng lượng

Vì vậy năng lượng sinh khối giữ một vai trò quan trọng trong các dự án năng lượngcủa thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng trong tương lai

Tuy nhiên việc phát triển nguồn năng lượng sinh khối một cách không hợp lý sẽ dẫnđến nhiều hậu quả khôn lường: nguy cơ thiếu lương thực, đất đai bạc màu, rừng bịtàn phá…

Dựa trên những cơ sở trên đề tài được thực hiện nhằm mục tiêu tìm hiểu về nguồnnăng lượng sinh khối đồng thồi đưa ra những giải pháp khai thác và sử dụng nguồnnăng lượng này theo hướng phát triển bền vững

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI

1.1 Khái quát về sinh khối

Sinh khối là một thuật ngữ có ý nghĩa bao hàm rất rộng dùng để mô tả các vật chất

có nguồn gốc sinh học vốn có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng hoặc docác thành phần hóa học của nó

(Nguồn: energy-biomass)

http://www.mostsearchedongoogle.net/about/green-energy/renewable-Hình 1.1: Chu trình chuyển hóa sinh khối

Với định nghĩa như vậy, sinh khối bao gồm cây cối tự nhiên, cây trồng công nghiệp,tảo và các loài thực vật khác, hoặc là những bã nông nghiệp và lâm nghiệp Sinhkhối cũng bao gồm cả những vật chất được xem nhưng chất thải từ các xã hội conngười như chất thải từ quá trình sản xuất thức ăn nước uống, bùn/nước cống, phânbón, sản phẩm phụ gia (hữu cơ) công nghiệp và các thành phần hữu cơ của chất thảisinh hoạt

Các nguồn sinh khối được chuyển thành các dạng năng lượng khác như điện năng,nhiệt năng, hơi nước và nhiên liệu qua các phương pháp chuyển hóa như đốt trựctiếp và turbin hơi, phân hủy yếm khí, đốt kết hợp, khí hóa và nhiệt phân

Sinh khối còn có thể được xem như một dạng tích trữ năng lượng Mặt Trời Nănglượng từ Mặt Trời được "giữ" lại bởi cây cối qua quá trình quang hợp trong giaiđoạn phát triển của chúng Năng lượng sinh khối được xem là tái tạo vì nó được bổsung nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ bổ sung của năng lượng hóa thạch vốn đòihỏi hàng triệu năm Do đó, việc khai thác than và khí tự nhiên làm tiêu hụt tàinguyên của Trái Đất trong vòng vài ngàn thế hệ tới Trong khi đó, sinh khối có thể

dễ dàng được trồng hoặc thu hoạch, sử dụng và thay thế

Ngoài ra, việc sử dụng sinh khối để tạo năng lượng có tác động tích cực đến môitrường Hẳn nhiên việc đốt sinh khối không thể giải quyết ngay vấn đề mất cân bằng

vể tỷ lệ CO2 hiện nay Tuy nhiên, vai trò đóng góp của sinh khối trong việc sản xuấtnăng lượng vẫn rất đáng kể trong việc bảo vệ cân bằng môi trường, vì nó tạo ra ít

CO2 hơn năng lượng hóa thạch Một cách khái quát, CO2 tạo ra bởi việc đốt sinhkhối sẽ được "cô lập" tạm thời trong cây cối được trồng mới để thay thế nhiên liệu.Nói một cách khác, đó là một chu kỳ tuần hoàn kín với tác động hết sức nhỏ lên môitrường

1.2 Các dạng sinh khối

Sinh khối là các vật chất tái tạo, bao gồm cây cối, chất xơ gỗ, chất thải gia súc, chấtthải nông nghiệp, và thành phần giấy của các chất thải rắn đô thị Nhìn chung nguồngốc sinh khối có thể phân thành hai nhóm chính: nhóm bã thải, phế thải nông nghiệp

và các loại cây trồng năng lượng

1.2.1 Các loại bã thải, phế thải nông nghiệp

a) Chất bã của sinh khối đã qua xử lý

Các quá trình xử lý sinh khối đều sinh ra các sản phẩm phụ và các dòng chất thải gọi

là chất bã Các chất bã này có một lượng năng lượng nhất định Không phải tất cảcác chất bã đều có thể được sử dụng cho sản xuất điện năng, một số cần phải được

bổ sung với các chất dinh dưỡng hay các nguyên tố hóa học Tuy nhiên, việc sửdụng các chất bã là rất đơn giản vì chúng đã được thu thập/phân loại qua quá trình

xử lý

b) Bột giấy và các chất bã trong quá trình sản xuất giấy

Cây cối có các thành phần như lignin, hemicellulose, và sợi cellulose Do các tínhchất hóa học và vật lý, lignin dễ dàng chia nhỏ hơn cellulose Quá trình nghiền nhãolàm tách rời và chia nhỏ các sợi lignin trong cây nhằm suspend các sợi cellulose đểtạo ra giấy Các bột giấy dư thừa tạo nên chất bã Các chất bã này là các sản phẩmphụ của các quá trình đốn và xử lý gỗ Các quá trình xử lý gỗ để tạo ra sản phẩm,đồng thời thải ra mùn cưa, vỏ cây, nhánh cây, lá cây và bột giấy Thông thường, cácnhà máy giấy hay dùng các chất thải này để tạo ra điện cho vận hành nhà máy

lý do này, việc tái sử dụng mùn cưa, bã gỗ để tạo năng lượng tập trung ở các nhàmáy công nghiệp giấy và gỗ, nhưng tiềm năng nguyên liệu thật sự là lớn hơn nhiều.

Ví dụ tại Brazil, các nhà máy gỗ và giấy thải ra 5mtoe hằng năm bã gỗ, mùn cưa vàphần nhiều các bã này là bị bỏ đi, không được tái sử dụng Theo WEC, tổng côngsuất dự đoán trên toàn cầu của bã thải từ rừng là 10.000 MWe

d) Bã nông nghiệp

Chất thải nông nghiệp là các chất dư thừa sau các vụ thu hoạch Chúng có thể đượcthu gom với các thiết bị thu hoạch thông thường cùng lúc hoặc sau khi gặt hái Cácchất thải nông nghiệp bao gồm thân và lá bắp, rơm rạ, vỏ trấu Hằng năm, cókhoảng 80 triệu cây bắp được trồng, cho nên vỏ bắp đươc dự đoán sẽ là dạng sinhkhối chính cho các ứng dụng năng lượng sinh học Ở một số nơi, đặc biệt nhữngvùng khô, các chất bã cần phải được giữ lại nhằm bổ sung các chất dinh dưỡng chođất cho vụ mùa kế tiếp Tuy nhiên, đất không thể hấp thu hết tất cả các chất dinhdưỡng từ cặn bã, các chất bã này không được tận dụng tối đa và bị mục rữa làm thấtthoát năng lượng

Có nhiều thống kê khác nhau về tiềm năng công suất của năng lượng sinh khối dạngnày Ví dụ như Smil (1999) ước lượng rằng cho đến giữa thập kỷ 90 thế kỷ 20, tổnglượng bã nông nghiệp là khoảng 3,5-4 tỷ tấn mỗi năm, tương đương với một 65 EJnăng lượng (1,5 tỷ toe) Hal và cộng sự (1993) tính toán rằng chỉ với lượng thuhoạch nông nghiệp cơ bản của thế giới (ví dụ như lúa mạch, lúa mì, gạo, bắp, míađường ) và tỷ lệ thu hồi là 25% thì năng lượng tạo ra được là 38 EJ và giúp giảmđược 350-460 triệu tấn khí thải CO2 mỗi năm Hiện trạng thực tế là một tỷ lệ khá lớncác bã nông nghiệp này vẫn còn bị bỏ phí hoặc sử dụng không đúng cách, gây cácảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, sinh thái và lương thực Theo ước tính củaWEC, tổng công suất toàn cầu từ nhiên liệu bã thải nông nghiệp là vào khoảng 4.500MWt

Một trong các giải pháp được ứng dụng rộng rãi hiện nay và có tiềm năng đầy hứahẹn là tận dụng các bã thải từ công nghiệp mía đường, xử lý gỗ và làm giấy

Các thống kê cho thấy hơn 300 triệu tấn bã mía và củ cải đường được thải ra mỗinăm, tập trung hầu hết ở các nhà máy đường Các số liệu của FAO cho thấy khoảng1.248 tấn mía được thu hoạch vào năm 1997, trong đó là 25% bã mía ép (312 triệutấn) Năng lượng của 1 tấn bã mía ép (độ ẩm 50%) là 2,85 GJ/tấn Đó là chưa kể cácphần thừa (phần ngọn và lá) và phần thải trong quá trình thu hoạch mía Các phầnnày lại chiếm một tiềm năng năng lượng cao hơn cả (55%), thế nhưng hiện nay phần

lớn vẫn chỉ bị đốt bỏ hoặc để phân rã ngoài đồng Nói cách khác, tiềm năng lớn nàyhầu hết vẫn đang bị bỏ phí Cho đến năm 1999, Châu Á vẫn dẫn đầu về sản lượng bãmía (131 triệu tấn), sau đó là đến Nam Mỹ (89 triệu tấn) Các nhà máy sản xuấtđường đã có truyền thống tái sử dụng bã mía để đốt tạo hơi nước từ nhiều thế kỷqua, nhưng hiệu suất vẫn còn rất thấp Cho đến gần đây, do sức ép kinh tế, các nhàmáy đường đã phải tìm các giải pháp khác hoặc cải thiện hiệu suất tái tạo nănglượng, một số nhà máy thậm chí còn bán điện thừa, đặc biệt là tại Brazil, Ấn Độ,Thái Lan

e) Chất thải từ gia súc

Chất thải gia súc, như phân trâu, bò, heo và gà, có thể được chuyển thành gas hoặcđốt trực tiếp nhằm cung cấp nhiệt và sản xuất năng lượng Ở những nước đang pháttriển, các bánh phân được dùng như nhiên liệu cho việc nấu nướng Hơn nữa, phầnlớn phân gia súc có hàm lượng methane khá cao Do vậy, phương pháp này khánguy hiểm vì các chất đôc hại sinh ra từ việc đốt phân là nguy hại đối với sức khỏengười tiêu dùng, là nguyên nhân gây ra 1,6 triệu người chết mỗi năm ở các nướcđang phát triển tạo ra một số lượng lớn phân gia súc tạo nên nguồn hữu cơ phứctạp cùng với các vấn đề môi trường Các trang trại này dùng phân đế sản xuất nănglượng với các cách thức thích hợp nhằm giảm thiểu các mối nguy hại đối với môitrường và sức khỏe cộng đồng Các chất thải này có thể được sử dụng để sản xuất ranhiều loại sản phẩm và tạo ra điện năng thông qua các phương pháp tách methane vàphân hủy yếm khí

Tiềm năng năng lượng toàn cầu từ phân thải được ước lượng vào khoảng 20 EJ(Woods & Hall, 1994) Tuy nhiên, con số này không nói lên được điều gì cụ thể dobản chất rất đa dạng của nguồn nguyên liệu (các loại gia súc khác nhau, địa điểm,điều kiện nuôi dưỡng, chuồng trại) Ngoài ra, việc sử dụng phân súc vật để tại nănglượng ở qui mô lớn vẫn còn là một câu hỏi lớn vì những yếu tố sau:

Phân có giá trị tiềm năng lớn hơn ở những mục đích khác, ví dụ nhưng để bón cây,tức là mang lại lợi ích cao hơn rõ ràng cho nông dân

Phân là nhiên liệu có hiệu suất thấp, do đó người ta có khuynh hướng chuyển quacác dạng năng lượng sinh học khác có hiệu suất cao hơn

Các tác động về môi trường và sức khỏe từ việc khai thác phân thải có phần tiêu cựchơn các dạng nhiên liệu sinh học khác

f) Các loại bã thải khác

- Chất thải củi gỗ đô thị

Chất thải củi gỗ là nguồn chất thải lớn nhất ở các công trường Chất thải củi gỗ đôthị bao gồm các thân cây, phần thừa cây đã qua cắt tỉa Những vật liệu này có thểđược thu gom dễ dàng sau các dự án công trường và cắt tỉa cây, sau đó có thể đượcchuyển thành phân trộn hay được dùng để cung cấp nhiên liệu cho các nhà máynăng lượng sinh học

- Chất thải rắn đô thị

Chất thải ở các trung tâm thương mại, cơ quan, trường hoc, nhà dân có một hàmlượng nhất định của các vật chất hữu cơ có xuất xứ từ cây, là một nguồn năng lượngtái tạo không nhỏ Giấy thải, bìa cứng, các tông, chất thải gỗ là những ví dụ củanguồn sinh khối trong chất thải đô thị

1.2.2 Cây trồng năng lượng

Các giống cây năng lượng là các giống cây, cây cỏ được xử lý bằng công nghệ sinhhọc để trở thành các giống cây tăng trưởng nhanh, được thu hoạch cho mục đích sảnxuất năng lượng Các giống cây này có thể được trồng, thu hoạch và thay thế nhanhchóng

Cây trồng năng lượng có thể được sản xuất bằng 2 cách:

 Các giống cây năng lượng chuyên biệt trồng ở những vùng đất dành đặc biệtcho mục đích này

 Trồng xen kẽ và các cây trồng bình thường khác

Cả 2 phương pháp này đều đòi hỏi có sự quản lý tốt và phải được chứng minh làđem lại lợi ích rõ ràng cho người nông dân về mặt hiệu quả sử dụng đất

a) Các giống cây cỏ (thảo mộc) năng lượng

Đây là các giống cây lâu năm được thu hoạch hằng năm sau 2-3 năm gieo trồng đểđạt tới hiệu suất tối đa Các giống cây này bao gồm các loại cỏ như cỏ mềm xuất xứ

từ Bắc Mỹ, cỏ voi miscanthus, cây tre, cây lúa miến ngọt, cỏ đuôi trâu cao, lúa mì,kochia Các giống cây này thường được trồng cho việc sản xuất năng lượng

b) Các giống cây gỗ năng lượng

Các giống cây gỗ có vòng đời ngắn là các giống cây phát triển nhanh và có thể thuhoạch sau 5-8 năm gieo trồng Các giống cây này bao gồm cây dương ghép lai, câyliễu ghép lai, cây thích bạc, cây bông gòn đông phương, cây tần bì xanh, cây óc chóđen, sweetgum và cây sung

c) Các giống cây công nghiệp

Các giống cây này đang được phát triển và gieo trồng nhằm sản xuất các hóa chất vàvật liệu đặc trưng nhất định Ví dụ như cây dâm bụt và rơm dùng trong sản xuất sợi,castor cho acid ricinoleic Các giống cây chuyển gen đang được phát triển nhằm sảnxuất các hóa chất mong muốn giống như một thành phần của cây, chỉ đòi hỏi sựchiết xuất và tinh lọc sản phẩm

d) Các giống cây nông nghiệp

Các giống cây nông nghiệp bao gồm các sản phẩm sẵn có hiện tại như bột bắp vàdầu bắp, dầu đậu nành, bột xay thô, bột mì, các loại dầu thực vật khác và các thànhphần đang được phát triển cho các giống cây tương lai Mặc dù các giống này

thường được dùng để sản xuất nhựa, các chất hóa học và các loại sản phẩm, chúngthường cung cấp đường, dầu và các chất chiết xuất khác.

e) Các giống cây dưới nước

Nguồn sinh khối đa dạng dưới nước bao gồm tảo, tảo bẹ, rong biển, và các loại vithực vật biển Các giống dùng trong thương mại bao gồm chiết xuất của tảo bẹ dùngcho các chất làm đặc và các chất phụ gia thực phẩm, chất nhuộm từ tảo, chất xúc tácsinh học được dùng trong các quá trình xử lý sinh học ở các môi trường khắcnghiệt

Cho đến nay, đã có một số các đồn điền trồng cây năng lượng.Ví dụ tại Brazil, cókhoảng 3 triệu hécta đồn điền eucalyptus sử dụng làm than gỗ Tại Trung Quốc đã

có chương trình phát triển đồn điều 13,5 triệu hécta cho nhiên liệu gỗ cho đến 2010.Tại Thụy Điển, 16.000 hecta dương liễu được trồng để làm nguồn nguyên cho nănglượng

Chương 2: CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI

Hiện nay, sinh khối được sử dụng vào ba vấn đề chính: sản xuất nhiệt, sản xuấtnhiên liệu sinh hoc, sản xuất điện năng

2.1 Sản xuất nhiệt truyền thống

Quá trình khai thác sinh khối để tạo nhiệt có một lịch sử rất lâu dài, và vẫn tiếp tụcđóng một vai trò quan trọng trong xã hội loài người trong thời kỳ hiện đại Nhiệtlượng từ việc đốt sinh khối được sử dụng để đốt sửa ấm, để nấu chín thức ăn, để đunnước tạo hơi Thành phần năng lượng trong sinh khối khô dao động tự 7.000Btu/lb (rơm) cho đến 8.500 Btu/lb (gỗ) Xin đưa ra đây một ví dụ so sánh: để nấumột bữa ăn thì cần khoảng 10.000 Btu, trong khi đó một gallon xăng thì tươngđương 124.884 Btu

2.2 Sản xuất nhiên liệu sinh học

2.2.1 Định nghĩa và phân loại nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học (biofuel) là loại nhiên liệu có nguồn gốc từ sinh khối Sinh khốiđược sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học có thể là từ các sinh vật sống hoặc sảnphẩm phụ từ quá trình chuyển hóa của chúng (ví dụ như phân gia súc) Chúng thuộcloại năng lượng tái tạo (hoàn nguyên) hoàn toàn khác với các loại năng lượng khácnhư hóa thạch, hạt nhân

Nhiên liệu sinh học có đặc điểm là khi bị đốt cháy sẽ giải phóng ra năng lượng hóahọc tiềm ẩn trong nó Nghiên cứu tìm ra các phương pháp hiệu quả hơn để biến đổicác vật liệu nguồn gốc sinh học thành điện năng thông qua pin nhiên liệu đang làlĩnh vực hết sức khả quan hiện nay

Theo bảng phân loại của Wikipedia, nhiên liệu sinh học được chia thành ba loại:

- Dạng rắn (sinh khối rắn dễ cháy): củi, gỗ và than bùn.

- Dạng lỏng : Các chế phẩm dạng lỏng nhận được trong quá trình chế biến vật liệu

nguồn gốc sinh học như:

+ Bioalcohol - các loại rượu nguồn gốc sinh học, ví dụ: bioethanol từ đường mía,

ngô đang được sử dụng làm nhiên liệu hoặc phụ gia pha xăng tại Braxin, Mỹ và một

vài nước khác; biomethanol (hiện đang được sản xuất chủ yếu từ khí tự nhiên, song

có thể đi từ sinh khối)

+ Dầu mỡ các loại nguồn gốc sinh học, đã được sử dụng làm nhiên liệu chạy động

cơ diezel Ví dụ: Dầu thực vật sử dụng trực tiếp (SVO) làm nhiên liệu; Biodiezel(diezel sinh học) - sản phẩm chuyển hóa este từ mỡ động vật hoặc dầu thực vật;Phenol và các loại dung môi, dầu nhựa thu được trong quá trình nhiệt phân gỗ,v.v…

- Dạng khí: Các loại khí nguồn gốc sinh học cũng đã được sử dụng và ngày càng

phổ biến như: Biogas thu được từ quá trình phân hủy tự nhiên các loại phân, chất

thải nông nghiệp hoặc rác thải;

Hyđrô thu được nhờ cracking hyđrocacbon, khí hóa các hợp chất chứa cacbon (kể cả

sinh khối) hoặc phân ly nước bằng dòng điện hay thông qua quá trình quang hóadưới tác dụng của một số vi sinh vật;

Các sản phẩm khí khác từ quá trình nhiệt phân và khí hóa sinh khối (các loại khí

cháy thu được trong quá trình nhiệt phân gỗ)

2.2.2 Các thế hệ nhiên liệu sinh học

Thông thường dựa vào nguồn gốc của các nguyên liệu dùng để sản xuất nhiên liệusinh học có thể chia nhiên liệu sinh học thành ba thế hệ (tính đến thời điểm hiệnnay):

- Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất từ các loại cây trồng ăn được như lương thực,

thực phẩm, ví dụ: Mía, của cải, ngũ cốc, dầu mỡ động thực vật Nhược điểm cơ bản

là đã sử dụng những nguồn tài nguyên sinh khối liên quan đến lương thực dẫn đếnmất an ninh lương thực trên thế giới Trong bối cảnh toàn cầu vẫn có nhiều nơi thiếulương thực và thiếu nước, việc sử dụng lương thực để sản xuất nhiên liệu phục vụviệc sử dụng xe hơi ở các nước phát triển quả là điều khó chấp nhận được Mặt kháccác công nghệ truyền thống sử dụng để chuyển đổi các nguồn nguyên liệu này thànhnhiên liệu sinh học còn bị hạn chế bởi hiệu quả và phương pháp xử lý

- Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai chủ yếu từ các phụ phẩm hoặc phế thải trong sản

xuất, sinh hoạt có nguồn gốc hữu cơ, ví dụ: Phế thải nông lâm nghiệp (rơm rạ, trấu,

bã mía, thân ngô, mùn cưa, gỗ vụn…), chăn nuôi (phân súc vật, bùn cống rãnh…) vàsinh hoạt (dầu, mỡ thải) ưu điểm nổi bật là sử dụng nguồn sinh khối không ảnhhưởng gì đến lương thực, thực phẩm nuôi sống con người và gia súc đảm bảo anninh lương thực toàn cầu, đồng thời còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm

- Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba từ tảo (nước ngọt và nước biển), cây jatropha

curcas (cây cộc rào hay cây dầu mè), cỏ swichgrass, cây halophyte, có ưu điểm vượttrội là dựa vào nguồn sinh khối phong phú của các loại cây không thuộc cây lươngthực, có thể sinh trưởng hoang dại ở cả những nơi đất cằn cỗi với hàm lượng dầucao Hiện nay nghiên cứu đang được tiến hành bởi tảo nuôi (nuôi trồng tảo) để sảnxuất nhiên liệu khác nhau để thu hoạch để làm cho dầu thực vật, dầu diesel sinh học,ethanol sinh học, biomethanol, biobutanol và nhiên liệu sinh học khác và có vẻ nhưnếu phương pháp này là bền vững hơn so với nhiên liệu sinh học khác có sẵn sau đó

sử dụng tảo để sản xuất diesel sinh học sẽ là phương pháp khả thi duy nhất để thaythế các nhu cầu xăng dầu sử dụng cho ô tô ngày hôm nay Đi vào xem xét tính bềnvững và nhiên liệu sinh học từ tảo yếu tố kinh tế, văn hóa dường như là nhiên liệutriển vọng nhất cho tương lai Tuy nhiên còn nhiều vấn đề khoa học và công nghệliên quan đến canh tác, khai thác, chế biến các tài nguyên sinh khối này cần phải giảiquyết trước khi nhiên liệu sinh học thế hệ ba xuất hiện trên thị trường

2.2.3 Các phương pháp sản xuất nhiên liệu sinh học

2.2.3.1 Ethanol (cồn, rượu etylic)

Ethanol là rượu no, đơn chức, chứa 2 nguyên tử các bon, có công thức C2H5OH, cóthể sản xuất theo phương pháp hóa học từ nguyên liệu etan hoặc etylen Trên thực tếethanol thường được sản xuất bằng con đường sinh học Khi đó sản phẩm ethanolđược gọi là cồn sinh học hay bioethanol Bioethanol (sau đây gọi tắt là ethanol) đãđược sử dụng rộng rãi làm nhiên liệu cho ngành giao thông và có thể thay thế hoàntoàn xăng trong động cơ ô tô Ở Brazil 60% ethanol sản xuất ra ở đây được bán dướicồn thô (93% ethanol và 7% nước), 40% còn lại được tinh cất thành cồn khô (trên99% ethanol) để pha vào xăng (với tỷ lệ lên tới 24%) Công nghệ chiếm ưu thế hiệnnay là chuyển hóa sinh khối thành ethanol thông qua lên men rượu rồi chưng cất.Quá trình lên men rượu này là quá trình chuyển hóa sinh hóa học Sinh khối sẽ bịmen của vi khuẩn hoặc nấm men phân hủy Phương pháp lên men có thể áp dụngđối với nhiều nguồn nguyên liệu sinh khối khác nhau.

a)Nguyên liệu sinh khối

Nguyên liệu sản xuất ethanol thích hợp nhất là đường (từ củ cải đường, mía), rỉđường và cây lúa miến ngọt, tinh bột (khoai tây, các loại hạt lúa, lúa mì, ngô, đạimạch) Năng suất ethanol trung bình dao động từ 2.100 đến 5.600 lít/ ha đất trồngtrọt tùy thuộc vào từng loại cây trồng Đối với các loại hạt, năng suất ethanol thuđược vào khoảng 2.800 lít/ha, tức là vào khoảng 3 tấn nguyên liệu hạt sẽ thu được 1tấn ethanol

Hiện nay các hoạt động nghiên cứu và phát triển ở châu Âu về lĩnh vực ethanol sinhhọc (bioethanol) chủ yếu tập trung vào sử dụng các nguồn nguyên liệu xenlulo (từgỗ) Các loại cây trồng quay vòng ngắn (liễu, bạch dương, bạch đàn), các chất thảinông nghiệp (rơm, bã mía), các phế thải của công nghiệp gỗ, gỗ thải đều thích hợp

để làm nguyên liệu sản xuất ethanol Cứ khoảng 2 - 4 tấn vật liệu gỗ khô hoặc cỏkhô đã có thể cho 1 tấn ethanol Nguyên nhân khiến người ta chuyển sang sản xuấtethanol từ sinh khối xenlulo (gỗ, thân thảo) là vì các loại này sẵn có và rẻ tiền hơn

so với các loại tinh bột ngũ cốc hoặc cây trồng khác, đặc biệt là với những nguồnchất thải hầu như không có giá trị kinh tế thì vấn đề càng có ý nghĩa, tuy nhiên quátrình chuyển hóa các vật liệu này sẽ khó khăn hơn

b)Công nghệ chuyển hóa ethanol

Như trên đã nói ethanol có thể sản xuất từ các loại nguyên liệu sinh khối khác nhau,nhưng chỉ có một vài loại cây trồng chứa loại đường đơn giản, dễ tách nên thuận lợicho quá trình xử lý và lên men Thông thường để tách đường hoàn toàn, quá trìnhtách (chiết hoặc nghiền nhỏ) cần được thực hiện lặp đi lặp lại vài lần

Các loại tinh bột ngũ cốc là các vật liệu gồm các phân tử cacbonhydrat phức tạphơn nên phải phân hủy chúng thành đường đơn nhờ quá trình thủy phân

Hạt được xay, nghiền ướt thành dạng bột nhão Trong quá trình này đã có một lượngđường được giải phóng Nhưng để chuyển hóa tối đa lượng tinh bột thành đường,tạo điều kiện lên men rượu, bột nhão được nấu và cho thủy phân bằng enzym (ví dụamylaza) Trong trường hợp thủy phân bằng axit thì cần rót axit loãng vào khối bột

nhão trước khi đem nấu Quá trình lên men được xúc tiến mạnh khi có mặt một sốchủng men rượu Để thuận lợi cho quá trình lên men, pH của dịch thủy phân cầnđiều chỉnh ở mức 4,8 - 5,0 Ethanol sinh ra trong quá trình lên men sẽ hòa tan trongnước Quá trình lên men rượu này sinh ra CO2 Nhờ hàng loạt bước chưng cất vàtinh cất để loại nước, nồng độ ethanol sẽ được tăng cao tối đa (có thể đạt mức cồntuyệt đối - ethanol khan).

Quá trình chuyển hóa sinh khối là hỗn hợp xenlulo thành ethanol chỉ khác với quátrình lên men tinh bột ở chỗ xử lý nguyên liệu thành đường đơn sẵn sàng cho quátrình lên men Thủy phân hỗn hợp xenlulo khó hơn thủy phân tinh bột vì hỗn hợpxenlulo là tập hợp các phân tử đường liên kết với nhau thành mạch dài (polymecacbonhyđrat) gồm khoảng 40 - 60% xenlulo và 20 - 40% hemixenlulo, có cấu trúctinh thể, bền Hemixenlulo chứa hỗn hợp các polyme có nguồn gốc từ xylo, mano,galaeto hoặc arabino kém bền hơn xenlulo Nói chung hỗn hợp xenlulo khó hòa tantrong nước Phức polyme thơm có trong gỗ là lignin (10 - 25%) không thể lên men

vì khó phân hủy sinh học, nhưng có thể tận dụng vào việc khác

Quá trình xử lý nguyên liệu thành đường tự do sẵn sàng lên men phải trải qua haibước: bước một thủy phân bằng axit loãng nồng độ 0,5% để phá vỡ liên kết hyđrogiữa các mạch xenlulo và phá vỡ cấu trúc tinh thể của chúng thực hiện ở nhiệt độ

200oC Kết quả thủy phân bước một sẽ chuyển hóa hemixenlulo thành đường C5 và

C6 (chủ yếu xylo và mano) dễ lên men tạo thành ethanol đồng thời bẻ gãy cấu trúcxenlulo Để chuyển hóa hoàn toàn cấu trúc xenlulo đã gãy thành đường gluco C6,bước thủy phân thứ hai sử dụng axit nồng độ 2% được thực hiện ở nhiệt độ 240oC.Quá trình thủy phân xenlulo thành gluco bằng axit có thể thay thế bằng men phânhủy xenlulo

Sản phẩm ethanol khan có thể sử dụng làm nhiên liệu ô tô cả dưới dạng tinh khiếtlẫn dạng pha trộn với xăng

Ethanol có thể làm phụ gia cấp oxy cho xăng (nồng độ 3%) giảm phát thải khí COđồng thời làm phụ gia thay thế chì tetraetyl, hoặc cũng có thể thành nguyên liệu sảnxuất etylterbutyleter (ETBE)- một phụ gia cho xăng Ethanol còn được dùng làmyếu tố tăng chỉ số octan cho xăng và qua đó giảm nổ và cải thiện tiếng ồn động cơ

c)Tính kinh tế

Chi phí đầu tư ngắn hạn cho một cơ sở sản xuất ethanol từ hạt ngũ cốc tại châu Âu,

dự tính 290 euro/kW nhiệt (đối với nhà máy 400 MW nhiệt) Nếu đầu tư dài hạn chiphí có thể giảm 40% Nếu nhà máy sản xuất ethanol từ nguồn gỗ, chi phí đầu tưngắn hạn khoảng 350 euro/ kW nhiệt, nếu đầu tư dài hạn chi phí giảm 50%

Chi phí sản xuất ethanol từ đường và ngũ cốc tại châu Âu và Mỹ hiện khá cao: 15

-25 euro/ GJ (1Giga Jun = 109 Jun) đi từ củ cải ngọt và 20 euro/ GJ đi từ ngô, tức làethanol có giá 0,32 - 0,54 euro/ lit Nếu sản xuất từ nguồn xenlulo, giá ethanol còn0,11 - 0,32 euro/ lít Nếu nguyên liệu đầu vào có giá 42 euro/ tấn thì giá thành 1 lítethanol sẽ hạ xuống 0,28 euro Nếu nguyên liệu tận dụng không mất chi phí thì giá 1

lít ethanol còn 0,17 euro Vì nhiệt lượng của ethanol thấp hơn so với xăng nên thực

tế chi phí sử dụng ethanol sẽ cao hơn xăng với thể tích tương đương

2.2.3.2 Methanol (rượu metylic, cồn gỗ, cacbinon)

Cũng như ethanol, methanol được sử dụng làm nhiên liệu cho xe ô tô từ lâu, đặc biệt

là ở Mỹ Methanol có thể sản xuất từ khí tổng hợp - sản phẩm khí hóa sinh khối vàcác nguồn khác đồng thời cũng có thể đi từ khí tự nhiên Methanol được sản xuất từnguồn nguyên liệu đi từ sinh vật đang được khuyến cáo phát triển sử dụng làmnguyên liệu tái tạo thay thế nhiên liệu dầu mỏ

a)Nguyên liệu sinh khối

Methanol có thể được sản xuất từ sinh khối, thường là củi gỗ Để sản xuất 1 tấnmethanol cần gần 2 tấn gỗ khô, có nghĩa năng suất sẽ là 550 lít methanol/tấn gỗ.Năng suất methanol từ nguyên liệu thân thảo khô (cỏ khô) còn thấp hơn, đạt khoảng

450 l/tấn

b)Công nghệ chuyển hóa sản xuất methanol

Methanol thu được thông qua quá trình chuyển hóa khí tổng hợp Để thu được khítổng hợp từ nguyên liệu sinh khối, người ta tiến hành khí hóa sinh khối dưới điềukiện áp suất và nhiệt độ cao Khí tổng hợp sau khi khử bỏ tạp chất sẽ được đưa vào

lò phản ứng có xúc tác để tạo thành methanol Công nghệ trước đây sử dụng xúc táckẽm cromat trong điều kiện áp suất cao (300 - 1000 atm) và nhiệt độ cao (khoảng

400oC), thực hiện trong pha khí

Công nghệ hiện nay chủ yếu tiến hành trong pha lỏng với xúc tác hợp lý hơn ở nhiệt

độ và áp suất thấp hơn nhưng cho hiệu quả cao hơn Công nghệ chuyển hóamethanol hiện nay cho phép đạt được hiệu suất tới 95%

c)Tính kinh tế

Hiện tại, chi phí đầu tư ngắn hạn cho một cơ sở sản xuất methanol từ sinh khối, côngsuất 400 MW nhiệt, vào khoảng 700 euro/ kW nhiệt Đầu tư lâu dài vào cơ sở lớnhơn chi phí giảm 25 - 30% Hiệu suất ngắn hạn có thể đạt 50 - 55% Đối với cơ sởsản xuất dài hạn lớn hơn (1000 MW nhiệt) con số này có thể còn 60 - 65% so vớiđầu tư nhỏ

Chi phí đầu tư cho công nghệ tổng hợp methanol trong pha lỏng thấp hơn côngnghệ tổng hợp trong pha khí là 5 - 23%

Chi phí sản xuất methanol ngắn hạn hiện khoảng 0,14 - 0,20 euro/ lit (9 - 13 euro/GJ) Trong tương lai, chi phí này có thể giảm xuống còn 0,1 euro/ lít (7 euro/ GJ).Cũng như ethanol, methanol có nhiệt lượng thấp hơn xăng nên chi phí sử dụng cũngcao hơn xăng

2.2.3.3 Biodiezel (metyleste của một số loại dầu, mỡ động thực vật)

Dầu diezel có nguồn gốc hữu cơ được gọi là biodiezel phân biệt với diezel nguồngốc dầu mỏ được gọi là petrodiezel

a)Nguyên liệu sinh khối

Biodiezel được sản xuất từ dầu thực vật và mỡ động vật Dầu thực vật được sử dụngsản xuất biodiezel thường được chiết tách từ các loại hạt một số cây có dầu như hạtcải dầu, đậu tương, cọ, hướng dương cải hoa vàng, tảo, dầu thực vật thải của côngnghệ sản xuất dầu ăn Hiện nay ở châu Âu, dầu thực vật làm nguyên liệu sản xuấtbiodiezel chủ yếu có nguồn gốc từ hạt cây cải dầu và biodiezel ở đây được mang têneste metylic (hay metyleste) hạt cải dầu (còn được gọi là RME - rapeseedmetylester)

Người ta cho rằng dầu thực vật là nguồn sản xuất biodiezel chất lượng cao nhấtnhưng nguồn nguyên liệu này khá khan hiếm, chính vì vậy mà các nguồn dầu thựcvật thải, mỡ động vật (biolipid) thậm chí cả rêu, tảo cũng đang là nguồn nguyên liệu

bổ sung đầy hứa hẹn, mặc dù quá trình tiền xử lý sẽ phức tạp hơn

b)Công nghệ chuyển hóa biodiezel

Hạt hoặc sinh khối chứa dầu thực vật được sử dụng trong sản xuất biodiezel sẽ được

ép hoặc chiết bằng dung môi (như hexan) để tách dầu Phương pháp sau cho năngsuất dầu hiệu quả cao hơn

Dầu thực vật có thể sử dụng thẳng làm nhiên liệu diezel cho động cơ diezel với điềukiện phải cải tiến động cơ thích hợp vì loại dầu này có một số đặc tính bất lợi đối vớiđộng cơ bình thường (độ nhớt cao, không ổn định về nhiệt, có chứa nước và chỉ sốxetan thấp) Người ta đã khắc phục các nhược điểm trên của dầu thực vật bằngphương pháp este hóa nó để biến các phân tử cấu trúc mạch nhánh của dầu(triglyxerit) thành phân tử cấu trúc mạch thẳng nhỏ hơn (metyleste), phù hợp vớithành phần diezel dầu mỏ Metyleste của dầu thực vật chính là biodiezel

Phần lớn các metyleste được sản xuất thông qua quá trình este hóa dầu thực vật vớixúc tác và methanol Triglixerit dầu thực vật sẽ tác dụng với methanol với sự có mặtcủa xúc tác Quá trình este hóa xảy ra ở nhiệt độ từ 50 - 66oC, áp suất 1,4 bar, trong

hệ thống lò kín

Bước đầu tiên trong quá trình sản xuất biodiezel là trộn methanol với chất xúc tác thường là NaOH (hoặc KOH) để tạo ra natri (hoặc kali) metoxit Lượng methanolcần dư để đảm bảo chuyển hóa hoàn toàn triglyxerit dầu thực vật thành este, bởi vìcác phản ứng đầu tiên xảy ra với axit béo tự do trong dầu sẽ xà phòng hóa Hỗn hợpxúc tác/ methanol được rót vào bình phản ứng kín để tránh bay hơi methanol Sau đódầu thực vật được bổ sung Khuấy đều hỗn hợp, để yên từ 1 - 8 giờ Nồng độ củaaxit béo tự do và nước phải được xử lý hợp lý, bởi vì nếu nồng độ này quá cao sẽgây khó khăn trong quá trình xà phòng hóa và khó tách glyxerin phụ phẩm

-Sau khi dầu thực vật được este hóa, hỗn hợp được trung hòa bằng axit Methanolđược thu hồi và tái sử dụng.Trong hỗn hợp còn lại hai sản phẩm chính là biodiezel

và glixerin, nên hình thành hai lớp trong bình phản ứng Glyxerin nặng hơn ở bêndưới được tách khỏi bình cùng với xà phòng và sẽ được trung hòa Muối kali thuđược từ quá trình trung hòa này có thể thu hồi để làm phân bón Glyxerin tinh khiết

còn lại có thể sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp mỹ phẩm hoặc dược phẩm.Sau khi tách glyxerin, dung dịch màu vàng hổ phách là metyleste Metyleste đượcrửa bằng nước để khử tạp chất còn lại Độ tinh khiết của metyleste thu được đạtkhoảng 98% Có thể thu được metyleste tinh khiết hơn nữa nếu xử lý bằng phươngpháp chưng cất Biodiezel có thể bảo quản lâu dài hơn dầu thực vật và có thể sửdụng cho các động cơ diezel.

Về nguyên tắc sản xuất biodiezel từ dầu ăn thải và mỡ động vật cũng tương tự nhưvới dầu thực vật ép thẳng Tuy nhiên do dầu ăn thải thường không ổn định về cảhàm lượng nước lẫn axit béo tự do trong dầu, vì vậy trước khi este hóa cần xác định

rõ hàm lượng từng thành phần để xử lý và bổ sung xúc tác và methanol cho hợp lý

Mỡ động vật cũng là các triglyxerin với hàm lượng khác dầu thực vật nên cần điềuchỉnh trước khi este hóa Quá trình este hóa để sản xuất biodiezel có thể sử dụng xúctác là axit nhưng hầu hết biodiezel ngày nay được sản xuất với xúc tác kiềm vì nhiệt

độ phản ứng thấp, hiệu suất thu hồi sản phẩm cao, thời gian phản ứng và phản ứngphụ ở mức thấp

c)Tính kinh tế

Giá thành sản xuất metyleste từ dầu hạt cải (RME) ở châu Âu hiện vào khoảng 0,5euro/ lít (15 euro/GJ), chi phí này phụ thuộc vào giá sinh khối sử dụng và công suấtnhà máy Chi phí đầu tư ngắn hạn cho một nhà máy 400 MW nhiệt khoảng 150euro/kW nhiệt Chi phí đầu tư dài hạn cho nhà máy lớn hơn, năng suất nhiệt 1000

MW có thể giảm xuống 30% Các yếu tố quan trọng khác quyết định giá RME lànăng suất và giá trị sản phẩm phụ sau quá trình sản xuất như là bánh ép bã hạt giầuđạm làm thức ăn gia súc và glyxerin tinh khiết thu hồi được

Các dự án dài hơn ở châu Âu hiện nay cho thấy trong tương lai giá RME sẽ giảmxuống 50%, chỉ còn khoảng 0,2 euro/ lít Nhưng do nhiệt năng của RME thấp nêngiá của nó sẽ cao hơn so với 1 lít diezel

2.2.3.4 Biogas

a)Khái quát về Biogas

Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khác phát sinh

từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ trong môi trường yếm khí Thành phần chính củaBiogas là CH4 (50-60%) và CO2 (>30%) còn lại là các chất khác như hơi nước N2,

O2, H2S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ20-40ºC, nhiệt trị thấp của CH4 là 37,71.103 KJ/m3, do đó có thể sử dụng biogas làmnhiên liệu cho động cơ đốt trong Để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lýbiogas trước khi sử dụng tạo nên hỗn hợp nổ với không khí Khí H2S có thể ăn mòncác chi tiết trong động cơ, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất độc Hơi nước

có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy,nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của Biogas

Việc sản xuất khí biogas có thể tự đáp ứng đủ nhu cầu chất đốt, kể cả điện khí hóa ởcác vùng nông thôn Biogas cũng góp phần làm giảm nạn phá rừng ở các nước đangphát triển, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Người ta sử dụng năng lượng Biogas để đun nấu, thắp sáng, chạy máy Biogas thực

sự đem lại cuộc sống văn minh, tiện nghi hơn cho nông thôn

b)Công nghệ sản xuất biogas

Quá trình phân hủy nhờ vi sinh vật trong các hầm ủ biogas trải qua ba giai đoạn.Giai đoạn thứ nhất là sinh khối bị thủy phân, phá vỡ mạch phân tử lớn tạo thànhđường, axit amin, axit béo nhờ lên men vi sinh vật kỵ khí Giai đoạn hai là quá trìnhaxetic hóa, trong đó các vi khuẩn lên men axetic sẽ đồng hóa từng sản phẩm của giaiđoạn đầu và biến chúng thành các axit mạch ngắn, chủ yếu là axit axetic Giai đoạn

3 là giai đoạn metan hóa, được thực hiện bởi các vi khuẩn kỵ khí, ở đây các axit sẽđược chuyển hóa thành metan

Bể ủ biogas phải hoàn toàn kín đảm bảo môi trường kỵ khí tốt, đồng thời phải thiết

kế để chịu được áp suất, và nhiệt độ tối ưu

2.2.3.5 Hydro (H 2 )

a) Khái quát về Hydro

Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, dễ cháy (phản ứng với oxy) và sảnphẩm của phản ứng chỉ là nước Ở nhiệt độ thông thường, hydro tồn tại dưới dạngkhí, có thể bay hơi xuyên qua cả thành bình đựng (kể cả bằng thép mỏng) nên rấtkhó bảo quản và vận chuyển Giải pháp bảo quản và và vận chuyển hydro là dùngbình áp suất hoặc chuyển nó sang dạng lỏng, chứa trong bình chứa đặc biệt chịu áp

và giữ cho nhiệt độ bên trong luôn thấp Hiện tại đã có một trạm nhiên liệu bánhydro do công ty Shell đặt tại Washington (Mỹ) vào tháng 11/2004 và đây được coi

là trung tâm nhiên liệu hydro điều tiên trên thế giới Hydro lỏng tại trạm này đượcchứa trong hệ thống nhiệt độ -97oC Từ đây hydro dạng khí sẽ được nạp vào bìnhnén chứa làm nhiên liệu bơm cho các xe ô tô Hãng Daimler Chrysler đang nghiêncứu chế tạo ra loại hình có cấu trúc tổ ong để lưu trữ khí hyđro Tuy nhiên, hạn chếcủa loại hình này là giá thành cao

Khí hydro không mùi vị có thể cháy hoàn toàn, có đặc tính dễ nổ hơn nhiều so vớixăng Cùng một khối lượng tương đương, hydro sản sinh nhiều năng lượng hơnxăng Hydro là nhiên liệu dễ cháy nhất trong các loại nhiên liệu hiện nay Động cơ

xe chạy hydro thường có công suất yếu hơn động cơ chạy xăng cùng dung tích.Tuy có một số nhược điểm nhưng hydro có thể trở thành nguồn nhiên liệu hấp dẫnthay thế xăng, vì chúng có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau

và khi cháy chất thải duy nhất của nó là nước Xe chạy bằng khí hydro không thải racác chất gây ô nhiễm như xăng

Một trở ngại đối với việc phân phối hydro là phải lập ra mạng lưới cung ứng hoàntoàn mới Nhiên liệu hydro không cần phải sản xuất tập trung như xăng (dầu), rồivận chuyển đi khắp nơi, mà có thể sản xuất tại chỗ cần sử dụng khí này.

b) Công nghệ sản xuất và khả năng phát triển

Phương pháp sản xuất hydro đơn giản nhất hiện nay là điện phân nước (H2O) Hydro

có thể sản xuất với khối lượng nhỏ ở bất cứ đâu, thậm chí ngay trong gara ô tô.Tuy nhiên, hiện nay người ta đang còn băn khoăn về giá hydro cũng như giá ô tôchạy bằng nhiên liệu này (hàng tỷ USD đang được các công ty sản xuất ô tô và công

ty năng lượng các nước trên thế giới đầu tư để nghiên cứu chế tạo các kiểu xe chạybằng hydro) Giá hydro hiện nay là 2 USD/kg, 1kg hydro cho lượng năng lượngtương đương năng lượng của 1 galon (3,8 lít) xăng thông thường; còn xe ô tô chạyhydro (như chiếc Opel Zafira) hiện có giá rất cao, đến 1 triệu USD (tất nhiên trongtương lai xe sản xuất nhiều thì giá thành của xe sẽ giảm)

Ba lý do khiến người ta chuyển sang sử dụng hydro làm nhiên liệu là: nguồn nănglượng nguồn gốc hóa thạch đang giảm nhanh và nếu tự túc được nhiên liệu sẽ giúpgiảm nhẹ sự lệ thuộc vào nguồn nhập khẩu Ngoài ra, sử dụng hydro làm nhiên liệugóp phần bảo vệ được sự bền vững môi trường Vì vậy, mặc dù còn nhiều trở ngạitrên con đường tiến tới nền kinh tế hydro, người ta vẫn tin rằng đó là xu thế tất yếucủa tương lai và không thấy lý do nào có thể cản trở sự thành công của nhiên liệuhydro

Có thể trong nhiều năm nữa, xe ô tô chạy bằng hydro sẽ được sản xuất hàng loạt,thay thế các xe sử dụng xăng và diezel hiện thời Tuy nhiên, các chuyên gia dự đoáncòn cần ít nhất một thập kỷ nữa mới giải quyết được về cơ bản các vấn đề đặt ra khi

sử dụng hydro làm nhiên liệu

2.3 Sản xuất điện từ năng lượng sinh khối

Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển sinh khối thành điện năng Cáccông nghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông thường,nhiệt phân, đốt kết hợp, khí hóa, tiêu yếm khí, sản xuất điện từ khí thải bãi chôn lấprác

a) Công nghệ đốt trực tiếp và lò hơi

Đây là hai phương pháp tạo điện từ sinh khối rất phổ biến và được vận dụng ở hầuhết các nhà máy điện năng lượng sinh khối Cả hai dạng hệ thống này đều đốt trựctiếp các nguồn nguyên liệu sinh học để tạo hơi nước dùng quay turbin máy phátđiện Hai phương pháp này được phân biệt ở cấu trúc bên trong buồng đốt hoặc lònung Tại hệ thống đốt trực tiếp, sinh khối được chuyển vào từ đáy buồng đốt vàkhông khí được cung cấp tại đáy bệ lò Trong khi đó, ở phương pháp lò hơi thôngthường, draft được chuyển vào lò từ phía bên trên nhưng sinh khối vẫn được tảixuống phía dưới đáy lò Các hệ thống đốt trực tiếp truyền thống là hệ thống pile (sử