CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Sự phát triển ethanol từ nguyên liệu rong biển 1.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ethanol từ rong biển Tại Nhật, dự án Sunrise [13] sản xuất biethanol từ rong biển Sargassum được nuôi trồng ở ngoài biển Nhật Bản. Kế hoạch của họ bắt đầu vào năm 2012, phát triển công nghệ nuôi rong biển vào năm 2016, và thiết lập một quy trình sản xuất khoảng năm 2020. Tại Na Uy, dự án sản xuất ethanol và các sản phẩm Lipids, Proteins, Iodine từ rong biển theo quỹ tài trợ của BAL’s R&D bắt đầu từ cuối năm 2010. Tại Hàn Quốc, dự án 275 triệu USD trong 10 năm để sản xuất 400 triệu gallon vào năm 2020 xấp xỉ 13% nhu cầu tiêu thụ trong nước.
Dự án sẽ nuôi trồng rong biển trên diện tích 8. Dự án giữa Indonesia và Hàn Quốc phát triển nhiên liệu sinh học dựa trên các nguồn nguyên liệu rong biển của Indonesia và sử dụng công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học của Hàn Quốc [43]. Tương tự một dự án giữa chính phủ Philippin và Viện Kỹ thuật công nghệ Hàn Quốc, đầu tư 5 triệu USD để trồng 250 acre rong biển và sản xuất ethanol từ công nghệ Hàn Quốc. Dự án Sea Gardens Project của trường University of Costa Rica với tài trợ của World Bank để nuôi trồng rong biển sản xuất bioethanol [44].
Dự án Biomara, phối hợp giữa Hiệp hội Khoa học Biển Scotland và Liên minh châu Âu với sự điều hành của 2 chính phủ Ailen và Scotland, với mục tiêu sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba từ sinh khối tảo. Đã đầu tư 8 triệu USD vào năm 2009, để đánh giá tiềm năng rong biển và chọn dòng miccroalgae để sản xuất quy mô công nghiệp. Tại Chile, dự án sản xuất ethanol từ rong biển của Chile giữa Bio- Architecture Lab (BAL) với Công ty dầu khí ENAP và trường Đại học Los Angeles. Đã đầu tư 5 triệu USD từ năm 2010 để sản xuất 165 triệu lít ethanol vào năm 2012.
3 Tại Ý, dự án giữa thành phố Venice JV và Nhà máy điện, đã đầu tư 200 triệu Euro để sản xuất 40 MW bằng nhiên liệu từ rong biển cung cấp cho 1/2 nhu cầu điện của thành phố và cảng. Tại Mỹ, các công ty tham gia vào dự án Nghiên cứu Năng lượng sản xuất nhiên liệu từ rong biển gần đây và đã được Oilgae (2010) thống kê vào danh sách các công ty tham gia sản xuất nhiên liệu sinh học từ rong biển (Bảng 1. Năm 2007, các nhà nghiên cứu của trường Đại học Công nghệ và Khoa học biển (Tokyo University of Marine Science and Technology), viện nghiên cứu Mitsubishi (Mitsubishi Research Institute), Viện Công nghiệp nặng (Mitsubishi Heavy Industries) có kế hoạch triển khai dự án mang tên “Ocean Sunrise Project”, dự án sẽ thành lập nông trại rong biển và xây dựng nhà máy sản xuất ethanol từ rong biển. Dự kiến sản xuất 5,3 tỉ gallons ethanol mỗi năm [13].
Ở Đan Mạch, các viện nghiên cứu và trường đại học như National Evironmental Research Institute (NERI), Technological University of Denmark (Rio DTU), Danish Technology Institute đã chuẩn bị dự án nghiên cứu tiềm năng sản xuất Ethanol từ rong lục Ulva sp. Ở Irael, với dự án kỹ thuật xanh “Green Technology”, đã sản xuất thành công ethanol từ rong biển và tính toán được rằng cứ 5 kg rong khô sẽ sản xuất được 1 lít nhiên liệu sinh học.1: Các công ty đang tham gia sản xuất nhiên liệu sinh học từ rong biển Công ty Hoạt động Seaweed Energy Solutions (Bồ Đào Nuôi biển và chuyển đổi thành khí ga và Nha) ethanol Green Gold Algae and Seaweed Nuôi ao đất chuyển đổi ethanol Sciences, Inc (Mỹ) Butamax Advance Fuels-Dupont- Nuôi biển rong Bẹ và chuyển đổi thành BioArchitecture Lab-Statoil (Mỹ) ethanol và butanol 4 Nuôi ao đất và sử dụng khí CO2 từ nhà máy Seambiotic Ltd (Ireland) điện- Irael Oil Fox (Pháp) Sản xuất Biodiesel từ rong biển Economic Development Corporation (CORFO) and Bio-Architecture Lab Sản xuất ethanol từ rong biển (BAL)-( Chilean) Blue Sun Energy (Mỹ) Sản xuất nhiên liệu máy bay Holmfjord AS8 (Na Uy) Sản xuất nhiên liệu từ rong biển Sea Gardens Project at the University Sản xuất nhiên liệu từ rong biển of Costa Rica Dự án Sunrise (Nhật) Sản xuất nhiên liệu từ rong biển Sargassum 1. Triển vọng về phát triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam Tại Việt Nam việc phát triển nhiên liệu sinh học rất có triển vọng, nhiên liệu sinh học có thể làm nhiên liệu thay thế cho xăng dầu có nguồn gốc dầu mỏ. Là một đất nước có nền nông nghiệp lâu đời, nên Việt Nam có nguồn sinh khối thực vật rất đa dạng diện tích đất hoang hóa đồi núi còn nhiều.
Nhiều giống cây trồng tại Việt Nam có thể sử dụng làm nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học ethanol như sắn, ngô, mía, ngũ cốc và nguồn sinh khối giàu cellulose., ngoài ra với điều kiện tự nhiên thích hợp đã du nhập được một số giống cây ngoại lai dùng làm cây nguyên liệu cho sản xuất diesel (cây cộc rào Jatropha), bên cạnh đó các sản phẩm phụ có nguồn gốc lipid của quá trình chế biến thủy sản cũng được sử dụng sản xuất nhiên liệu sinh học. Chính sách hổ trợ và phát triển nhiên liệu sinh học của nhà nước bao gồm nhiều đề án với các quyết định rõ ràng: Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 (Quyết định 177/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 20/11/2007 Quyết định 5368/QĐ-BCT của Bộ Công thương ngày 6/10/2008 và Quyết định 2696/QĐ-BCT ngày 29/5/2009 về việc phê duyệt danh mục các đề tài, dự án 5 để tuyển chọn để thực hiện trong năm 2009, 2010 nhằm mục đích hiện thực hóa Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 Quyết định 1842/QĐ-BNN-LN về phê duyệt Đề án “Nghiên cứu, phát triển và sử dụng sản phẩm cây cọc rào (Jatropha curcas L.) ở Việt Nam giai đoạn 2008- 2015 và tầm nhìn đến 2025 Thông tư liên tịch 147/2009/TTLT-BTC-BCT ngày 21/7/2009 Quy định chế độ quản lý, sử dụng kinh phí ngân sách nhà nước thực hiện Đề án phát triển nhiên liệu sinh học. Sự đầu tư mạnh mẽ của các tập đoàn công ty nhà nước và các công ty tư nhân trong và ngoài nước. Đi đầu trong lĩnh vực này là Tập đoàn Dầu khí quốc gia (PetroVietnam), bên cạnh đó còn có một số công ty Tổng Công ty Dầu Việt Nam, TNHH Nhiên liệu Sinh học Phương Đông, Công ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Dầu khí miền Trung, Công ty Cổ phần Đồng Xanh, Công ty xuất khẩu cá da trơn Agifish, Tập đoàn Saigon Petro, Công ty đồ uống Sài Gòn (SABECO).
Tình hình nghiên cứu trong nước: Nhóm nghiên cứu đề tài về biomass, do tiến sĩ Phan Đình Tuấn, trường đại học Bách Khoa TP.HCM phụ trách. Biomass là đề tài nghiên cứu công nghệ xử lý các phế phẩm trong sản xuất nông nghiệp như rơm, rạ, trấu. nhằm sản xuất bioethanol, tiến đến xây dựng cơ sở dữ liệu về sản xuất và sử dụng biomass tại xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi, TP.HCM nhằm phục vụ cho việc thiết kế mô hình biomass tại Việt Nam. Tuy nhiên hiện nay, đề tài nghiên cứu đang ở giai đoạn thăm dò, có sự phối hợp với trường đại học Tokyo và đại học sư phạm kỹ thuật Toyohasi, Nhật bản, thời gian triển khai 4/2005-3/2007.
Năm 2004 phân Viện vật liệu TP. HCM đã nghiên cứu thành công công nghệ sản xuất dầu biodiesl từ mỡ động vật. Trong đó nhóm nghiên cứu của tiến sĩ Nguyễn Đình Thành đã ra mắt công nghệ dầu biodiesel từ mỡ cá ba sa, cá tra tại tỉnh An Giang nhằm giải quyết lượng mở thừa. Tại Việt Nam vấn đề nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh khối tảo là hướng phát triển mới.
Hiện tại đã có một số phòng thí nghiệm tiến hành nghiên 6 cứu nhiên liệu sinh học từ tảo. Phòng nghiên cứu tảo của Viện Công nghệ Sinh học đã và đang nghiên cứu Diesel sinh học được sản xuất từ sinh khối vi tảo của Việt Nam. Ngoài ra còn có một nhóm nghiên cứu sản xuất biobutanol từ sinh khối rong Enteromorpha sp. của Viện Sinh học Nhiệt đới.
Tuy vậy tất cả các công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học trong thời gian qua từ các nguồn nguyên liệu trên cũng chỉ mới thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm. Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa Đông Nam với hệ thống sông suối dày đặc cùng với trên 3260 km bờ biển, 3000 đảo và quần đảo đã tạo ra hệ sinh thái ngập mặn có diện tích vô cùng lớn, điển hình hệ sinh thái rừng ngập mặn, chuỗi đầm phá ven biển, các hệ cửa sông. Các hệ sinh thái này là môi trường thích hợp cho các đối tượng rong Lục phát triển. Theo kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu đánh giá tiềm năng rong biển Việt Nam sử dụng làm nguyên liệu sản xuất ethanol nhiên liệu” của tác giả Lê Như Hậu, nguồn sinh khối rong biển được thể hiện ở bảng 1.2 : Diện tích nuôi và sản lượng rong biển tại thời điểm khảo sát (2009) và dự kiến đến năm 2015 Hiện trạng Tiềm năng Loài Diện tích Sản lượng Diện tích Sản lượng (ha) (tấn khô) (ha) (tấn khô) Rong Lục 62634 42056 539512 2482581 Rong Đỏ 11937 5500 14073 57904 Rong Nâu 2229 9489 2229 9489 Tổng 76800 57045 555814 2549974 Rong Lục có nguồn sinh khối dồi dào, có thành phần hóa học thích hợp cho sản xuất ethanol, không cạnh tranh lương thực và chất đốt vì vậy rong biển là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất nhiên liệu sinh học.
Nhằm tăng nhu cầu nhiên liệu, và thực hiện Đề án phát triển nhiên liệu sinh học, việc nghiên cứu ethanol từ rong biển là hướng nghiên cứu mới đầy tiềm năng. Nguyên liệu sản xuất ethanol từ rong biển 1.1 Thành phần hóa học của các loại rong biển Rong biển có hàm lượng polysaccharides cao có tiềm năng làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học (Bảng 1.3: Thành phần hóa học của các loại rong biển [24] Rong Rong lục Rong đỏ Rong nâu Tỷ lệ nước 70-85% 70-80% 79-90% 80-90% Chất khoáng 10-25% 25-35% 30-50% - Carbohydrats 25-50% 30-60% 30-50% (thành phần) (Cellulose, (Agar, (Alginate, 4-57% tinh bột) Carrageenan) Fucoidan) Cellulose 20-40% 2-10% 2-10% - Proteins 10-15% 7-15% 7-15% 26-63% Lipids 1-2% 1-5% 2-5% 2-40% Tuy nhiên, thành phần này lại khác nhau giữa các loài rong biển: rong Nâu, Lục, Đỏ. Điều này tạo ra một nhu cầu lựa chọn đối tượng nuôi trồng và các công nghệ liên quan. Rong Lục có thành phần carbohydrat như thực vật bậc cao, gồm tinh bột và cellulose.
Rong Nâu và rong Đỏ có thành phần carbohydrat dưới dạng agar, carrageenan, alginate.