1.3. Nguyên liệu sản xuất ethanol từ rong biển
1.3.2. Tiềm năng từ nguồn nguyên liệu rong biển
Ethanol là dạng năng lượng thu được từ quá trình lên men nguồn sinh khối thực vật của vi sinh vật. Sinh khối có thể lấy từ nhiều nguồn khác nhau: đường (mía, củ cải đường…), tinh bột (bắp, khoai tây,…), cây gỗ (gỗ mục, rơm rạ, giấy,..).
Thông thường phần lớn sinh khối sử dụng để lên men rượu là đường và tinh bột.
Tuy nhiên, đường và tinh bột được sử dụng làm thực phẩm, vì vậy nguồn sinh khối này khi sử dụng để sản xuất nhiên liệu sẽ ảnh hưởng đến nhu cầu thực phẩm. Kết quả là sản xuất đắt đỏ, sẽ không khả thi về kinh tế. Hơn thế nữa, việc trồng trọt cần đòi hỏi một lượng lớn hoá chất nông nghiệp, phân bón,.. làm cho môi trường đất bị ô nhiễm.
Để lựa chọn một nguyên liệu mang tính ổn định và có hiệu quả kinh tế, giá cả của nhiên liệu sinh học phải cạnh tranh với nhiên liệu hiện tại thì sinh khối từ rong biển đã được chọn. So với các loại sinh khối trên cạn, sản lượng rong biển thu hoạch hàng năm gấp 3 so với sản lượng cây lương thực và 60 lần so với cây lấy gỗ.
Thời gian thu hoạch liên tục nhiều lần trong năm (4-6 lần /năm). Qúa trình sản xuất và chế biến rong biển dễ hơn nhiều so với gỗ. Điều kiện môi trường trồng trọt để rong biển sinh trưởng và phát triển đơn giản hơn so với thực vật trên cạn. Rong biển phát triển rất nhanh (4-6 lần thu hoạch/ năm) nằm trong vùng nhiệt đới và dễ dàng canh tác nuôi trồng, sử dụng vùng biển rộng lớn không sử dụng vật liệu khó khăn
như: thuỷ lợi, phân bón, đất,…Sử dụng rong biển trong quá trình sản xuất cồn sinh học đơn giản hơn.
Một kết quả so sánh dưới đây chứng minh sản xuất cồn sinh học từ rong biển thuận lợi hơn so với thực vật trên cạn
Bảng 1.5: So sánh năng suất nuôi trồng của các nguồn sinh khối.
Thực vật trên cạn Thực vật biển
Đường- Tinh bột Gỗ Rong biển
Nguyên liệu thô Đường, bắp, các
loại củ Gỗ mục, giấy Các loài rong biển Thời gian thu hoạch 1-2 lần/ năm Ít nhất 8 năm 4-6 lần/ năm
Năng suất (tân tươi/ha) 180 9 565
Khả năng hấp thụ CO2
(tấn/ha) 5-10 4,6 36,7
Quá trình sản xuất Đơn giản Phức tạp (do tách ligin)
Đơn giản ( không chứa ligin)
Điều kiện nuôi trồng
Ánh sáng, CO2, thuỷ lợi, đất, phân bón
Ánh sáng, CO2, thuỷ lợi, đất, phân bón
Ánh sáng, CO2, nước biển
Qua bảng 1.5 cho thấy sản lượng rong biển thu hoạch hàng năm gấp 3 so với sản lượng cây lương thực và 60 lần so với cây lấy gỗ. Thời gian thu hoạch liên tục nhiều lần trong năm (4-6 lần /năm). Qúa trình sản xuất và chế biến rong biển dễ hơn nhiều so với gỗ. Điều kiện môi trường trồng trọt để nguồn rong biển sinh trưởng và phát triển cần ít yếu tố hơn nhiều so với thực vật trên cạn. Cụ thể rong trồng tự nhiên không cần bón phân và tưới nước. Theo nghiên cứu rong biển có khả năng ứng dụng rất cao trong y học, thực phẩm, nhiên liệu sinh học, chiết rút, phân bón (Kim, 2008) [24].
Theo đánh giá tác giả Lê Như Hậu (2010) [1] rong biển không phải là cây lương thực nên không ảnh hưởng an ninh lương thực, nguồn nguyên liệu không cạnh tranh đất trồng nông nghiệp, không cần sử dụng phân bón, không gây ô nhiễm môi trường, hấp thụ tốt CO2 và chất dinh dưỡng cải tạo môi trường, khả năng sinh trưởng phát triển tốt, có sinh khối lớn, chu kỳ nuôi trồng ngắn, nuôi trồng đạt năng xuất cao, mang lại lợi nhuận cao cho người trồng rong. Rong là nguồn nguyên liệu lý tưởng để sản xuất bioethanol.
Về công nghệ sản xuất ethanol từ rong biển
Thủy phân là quá trình làm nhỏ kích thước nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu thành các dạng đường đơn, giúp quá trình lên men diễn ra nhanh. Trong tế bào thực vật trên cạn thành phần để biến đổi thành các dạng đường đơn gồm cellulose, hemicellulose, lignin ba thành phần này liên kết chặt chẻ với nhau làm cho tế bào mô có sức bền cơ học cao, trong đó lignin là cơ sở tạo ra các mô gỗ của cây. Việc phân hủy tế bào hóa gỗ là vô cùng phức tạp. Do vậy nghiên cứu ứng dụng sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh khối gỗ gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi công nghệ cao (Phạm Văn Ty, 2006; Kim, 2008) [8, 24]. Trong khi đó vi tảo và rong biển lại dễ bị phân hủy do chỉ chứa cellulose và một ít pectin (Kim, 2008) [24]. Dưới tác động của nhiệt, enzym, axit hai nhóm polysacchrid này bị thủy phân thành các dạng đường đơn, đây là nguồn cơ chất quan trọng cho vi sinh vật thực hiện quá trình lên men sản xuất nhiên liệu sinh học. Qua đó cho thấy sinh khối rong, tảo từ biển được sử dụng dễ dàng hơn so với sinh khối thực vật trên cạn.
Để sản xuất được năng lượng từ nguồn sinh khối thực vật trên cạn với quy mô công nghiệp thông thường sử dụng phương pháp kỹ thuật phức tạp trải qua nhiều công đoạn xữ lý. Đây là phương pháp thủy phân triệt để và hiệu suất cao trong thời gian ngắn. Nhưng công nghệ này đòi hỏi đầu tư trang thiết bị hiện đại. Vì vậy nâng giá thành sản phẩm lên cao (Phạm Văn Ty, 2006) [8].
Công nghệ cho việc sản xuất năng lượng từ nguồn nguyên liệu sinh khối biển đơn giản. Các phương pháp xử lý nguyên liệu đơn giản, không yêu cầu kỹ thuật
phức tạp, Công nghệ này đầu tư trang thiết bị ít tốn kém, hiệu xuất ổn định, chất lượng tinh sạch cao.
Về giá thành sản phẩm
Sản suất năng lượng từ nguồn sinh khối biển có ưu điểm vượt trội về năng suất nguồn nguyên liệu, công nghệ sản suất. Do đó giá thành nhiên liệu sản xuất từ rong tảo biển có tính cạnh tranh cao với các loại nhiên liệu khác.