Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CỒN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tình hình sản xuất cồn trên thế giới Cồn etylic có vai trò quan trọng trong nhiều ngành, là nguyên liệu để sản xuất hơn 150 loại sản phẩm khác nhau. Có thể tóm tắt vị trí của cồn etylic trong các ngành công nghiệp như sau [6]: Quốc phòng: thuốc súng không khói và nhiên liệu hoả tiễn bom bay. Y tế: sát trùng và pha chế thuốc.
Thực phẩm: rượu mùi, giấm. Nông nghiệp: thuốc trừ sâu. Dệt: thuốc nhuộm, tơ nhân tạo. Chế biến gỗ: sơn, vecni.
Giao thông vận tải: làm nhiên liệu. Công nghiệp nặng: công nghiệp cao su tổng hợp. Công nghiệp hoá chất: dung môi hữu cơ. Công nghiệp khác: đồ nhựa, keo dán, hương liệu… Khi cuộc khủng hoảng năng lượng diễn ra gay gắt vào những năm của thập niên 70 (thế kỷ 20), người ta nghĩ ngay đến một nguồn cung cấp năng lượng khác để thay thế dầu mỏ.
Nguồn đầu tiên người ta nghĩ đến là cồn etylic. Cồn kỹ thuật là nhiên liệu cho ô tô và các động cơ rất ưu việt. Đặc biệt trong những năm đầu thế kỷ 21, khi giá dầu thô ngày càng tăng cao thì cồn và nhiên liệu sinh học đã trở thành một trong những ưu tiên hàng đầu trong những định hướng chiến lược nghiên cứu về năng lượng của nhiều quốc gia phát triển trên thế giới. Braxin đã sử dụng cồn để pha vào xăng với tỷ lệ đến 20% dùng trong giao thông vận tải.
Tại Mỹ, luật pháp 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com của nhiều bang bắt buộc phải sử dụng cồn nhiên liệu pha vào xăng với tỷ lệ là 10%…[22]. Vì vậy mà sản lượng cồn trên thế giới không ngừng tăng trong những năm đầu thế kỷ 21. Sản lượng cồn trên thế giới năm 2004 đạt gần 41 tỷ lít, năm 2005 đạt 45,7 tỷ lít, đến năm 2006 thì sản lượng cồn thế giới đã đạt tới con số 51 tỷ lít và đến năm 2013, theo thống kê con số này đã xấp xỉ 89 tỷ lít[32]. Việc sản xuất cồn chủ yếu từ hai nước lớn là Braxin và Mỹ (chiếm 70% sản lượng cồn thế giới).
Braxin luôn đứng đầu sản lượng cồn trên thế giới nhưng đến năm 2007, Mỹ đã vượt lên đứng đầu với sản lượng cồn đạt khoảng 246000 lít, Braxin đã tụt xuống vị trí thứ hai với sản lượng xấp xỉ 190000 lít. Sản lượng cồn của một số nước trên thế giới được thể hiện ở bảng 1.1: Sản lượng cồn nhiên liệu của một số nước/vùng trên thế giới[31] Sản lượng cồn nhiên liệu của một số nước/vùng trên thế giới (Million Gallons) Nước 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 USA 6521.00 Phần còn lại của 315.00 thế giới Thế giới 13123.00 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Sản lượng cồn của một số nước/vùng trên thế giới qua các năm[31] Ở Châu Á ba nước sản xuất cồn lớn nhất là Trung Quốc, Ấn Độ và Thái Lan. Sản lượng cồn của ba quốc gia trên tăng nhanh qua từng năm bởi chính phủ mỗi nước đều có những kế hoạch xây dựng và phát triển thêm nhiều nhà máy sản xuất cồn với năng suất cao. Thái Lan và Indonesia là hai nước trong khu vực có sự phát triển ổn định về công nghiệp sản xuất cồn trong những năm vừa qua.
Cả hai nước này đều xuất khẩu cồn tới Nhật Bản. Thái Lan là nhà xuất khẩu cồn lớn nhất trong khu vực với những trung tâm sản xuất cồn mới có tầm cỡ đang được xây dựng ở Thái Lan.2 Tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam Sản xuất cồn quy mô công nghiệp ở Việt Nam được bắt đầu từ năm 1898 do người Pháp thiết kế và xây dựng. Trước năm 1945 ở nước ta có các nhà máy rượu Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Bình Tây, Chợ Quán và Cái Rằng. Tất cả các nhà máy đều sản xuất theo phương pháp amilo.
Sau ngày hoà bình lập lại (1955), các nhà máy không còn thiết bị nguyên vẹn nên chính phủ tập trung cải tạo, sửa chữa 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thành nhà máy rượu Hà Nội với năng suất 6 triệu lít/năm, nhằm cung cấp chủ yếu cho nhu cầu uống cho nhân dân và một phần dành cho xuất khẩu sang các nước Đông Âu. Kể từ đó đến nay, các công đoạn trong công nghiệp sản xuất cồn liên tục được đổi mới và hiện đại hoá nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, ở Việt Nam rượu etylic sản xuất hầu như chỉ phục vụ cho ngành công nghiệp thực phẩm, các ngành khác còn hạn chế. Trong khoảng thời gian những năm cuối thế kỷ 20, sau khi các nước Đông Âu tan rã, công nghiệp sản xuất rượu cồn ở Việt Nam gặp không ít khó khăn do thị trường tiêu thụ bị thu hẹp.
Tuy nhiên đến những năm đầu thế kỷ 21, ngành công nghiệp sản xuất cồn lại được chính phủ chú trọng đầu tư cả về mặt vốn đầu tư và thiết bị, công nghệ tiên tiến hiện đại [3]. Chính vì thế mà sản lượng cồn của các nhà máy sẽ ngày càng tăng cao. Sản lượng cồn của một số nhà máy có công suất lớn ở Việt Nam hiện nay được thể hiện ở bảng 1.2: Sản lượng cồn của một số nhà máy sản xuất cồn có sản lượng lớn [22] Công suất Nguyên liệu STT Đơn vị sản xuất (triệu lít/năm) sử dụng 1 Nhà máy rượu Hà Nội 12,00 Ngũ cốc 2 Nhà máy rượu Đồng Xuân 2,5 Ngũ cốc 3 Nhà máy cồn Quảng Ngãi 4,0 Mật rỉ 6 Công ty đường Hiệp Hòa 3,0 Mật rỉ 7 Công ty đường Bình Hòa 3,0 Mật rỉ 8 Công ty rượu Bình Tây 6,0 Mật rỉ và Ngũ cốc 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khi nhà máy cồn số 2 của Công ty cổ phần đường mía Lam Sơn (Thanh Hóa) đi vào hoạt động đã bổ sung công suất khoảng 25 triệu lít/ năm. Như vậy tính đến năm 2005 sản lượng cồn của Việt Nam đạt khoảng 50 triệu lít và cn số này đến năm 2012 đã vào khoảng 60 triệu lít.
Sản lượng cồn của Việt Nam trong những năm tới cũng sẽ không ngừng tăng. Do hiện nay ở Việt Nam việc nghiên cứu sản xuất cồn sinh học đã được đề cập và triển khai. Ngày 20/11/2007, thay mặt thay mặt Thủ tướng Chính phủ, Phó Thủ tướng Chính phủ Hoàng Trung Hải đã ra Quyết định số 177/2007/QĐ-TTG phê duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025". Mục tiêu chủ yếu của Đề án là phát triển nhiên liệu sinh học góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.
Theo mục tiêu này đến giai đoạn 2011- 2015, nước ta làm chủ và sản xuất các vật liệu, chất phụ gia phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học; ứng dụng thành công công nghệ lên men hiện đại để đa dạng hóa các nguồn nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa sinh khối thành nhiên liệu sinh học. Đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước. Và tầm nhìn đến năm 2025, công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở nước ta đạt trình độ tiên tiến trên thế giới. Sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước.
Thêm vào đó, công ty cổ phần Dịch vụ du lịch Dầu khí (Petrosetco) đã ký với tập đoàn Itochu Nhật Bản nhằm tiến tới liên doanh đầu tư nhà máy sản xuất ethanol từ sắn công suất 100 triệu lít/năm tại khu công nghiệp Hiệp Phước, thành phố Hồ Chí Minh. Đây là nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học ở quy mô công nghiệp đầu tiên tại Việt Nam. Đến khi đi vào hoạt động thương mại nhà máy sẽ cung cấp một lượng lớn nhiên liệu sinh học cho các tỉnh thành của đất nước ta[23]. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT CỒN Nguyên liệu sản xuất cồn theo phương pháp lên men có thể chia ra thành ba dạng chính như sau [15]: Nguyên liệu chứa đường Nguyên liệu giàu tinh bột Nguyên liệu xenluloza 1.1 Nguyên liệu chứa đường Các nguyên liệu chứa đường ở dạng đơn giản và có khả năng lên men trực tiếp (glucoza, fructoza, maltoza) như đường mía, củ cải đường, đường hoa quả, rỉ đường…Rỉ đường, thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp sản xuất cồn ở một số nước có ngành công nghiệp mía đường phát triển như Braxin, Cuba, Ấn Độ…Còn đối với nước ta, hàng năm các nhà máy đường thải ra một lượng mật rỉ lớn 360.
Tuy nhiên lượng mật rỉ này không chỉ cung cấp cho các nhà máy sản xuất cồn mà còn là nguồn nguyên liệu chính cho các nhà máy sản xuất axít glutamic, sinh khối nấm men. Ngoài ra, giá thành sản xuất cồn tại các nhà máy sản xuất từ rỉ đường cũng thường xuyên biến động. Nhìn chung giá bình quân của cồn sản xuất từ mật rỉ là khá cao. Vả lại giá cồn còn phụ thuộc vào giá mật rỉ và chi phí nhiên vật liệu.
Do vậy với mục tiêu trong giai đoạn tới là sản xuất cồn với giá thành rẻ để pha vào xăng nhằm hạ giá thành cho nhu cầu năng lượng của người dân thì rỉ đường chưa thực sự là nguồn nguyên liệu tối ưu cho quá trình sản xuất.2 Nguyên liệu xenluloza Xenluloza là một nguồn nguyên liệu dồi dào và có tiềm năng lớn cho ngành sản xuất cồn. Nguyên liệu xenluloza có khả năng tái tạo nhanh, giá rẻ và có thể tận dụng được nguồn phế thải của ngành nông nghiệp hay ngành chế biến nông sản thực phẩm. Tuy nhiên nguyên liệu xenluloza được cấu trúc bởi các lớp xenluloza, hemixenluloza và lignin rất bền. Vì vậy quá trình biến đổi xenluloza thành đường 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com có khả năng lên men là rất hạn chế, năng suất cồn vẫn còn thấp [17, 20].
Do đó để xenluloza trở thành nguồn nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất cồn thì cần có nhiều nghiên cứu kỹ lưỡng hơn.3 Nguyên liệu giàu tinh bột Có rất nhiều nguyên liệu có hàm lượng tinh bột khá cao được ứng dụng trong quá trình sản xuất cồn như ngô, gạo, lúa mỳ, đại mạch, khoai tây, khoai lang.Mỗi vùng mỗi quốc gia lại sử dụng loại nguyên liệu thích hợp cho quá trình sản xuất cồn như: khoai tây là một trong những nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất cồn ở các nước châu Âu; hay ngô lại là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp cồn của Mỹ, sắn là nguyên liệu chính cho ngành sản xuất cồn của Thái Lan.