HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGHIÊM SƠN DŨNG ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG THU HỒI ETHANOL SINH HỌC TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP TẠI HUYỆN YÊN PHONG, TỈNH BẮC NINH Ngành: Khoa họ c mô i trường Mã số: 8440301 Người hướng dẫn khoa học: TS. Võ Hữu Công NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận văn Nghiêm Sơn Dũng i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.
Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc TS. Võ Hữu Công đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Quản lý môi trường Khoa Môi trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Ban quản lý các dự án xây dựng huyện Yên Phong đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận văn Nghiêm Sơn Dũng ii MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục. iii Danh mục chữ viết tắt.
vi Danh mục bảng. vii Danh mục hình. viii Trích yếu luận văn. ix Thesis abstract.
Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích nghiên cứu. Mục tiêu chung. Mục tiêu cụ thể.
Yêu cầu của đề tài. Những đóng góp, ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Tổng quan TÀI LIỆU. Vai trò và tiềm năng của ethanol sinh học.
Vai trò của ethanol sinh học. Tiềm năng sản xuất ethanol sinh học. Sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học. Những lợi ích khi sử dụng nhiên liệu sinh học.
Phương pháp sản xuất ethanol sinh học. Tổng quan về phụ phẩm đồng ruộng. Tổng quan về phụ phẩm đồng ruộng. Thành phần, cấu trúc của phế phụ phẩm.
Tình hình sản xuất và thực trạng phế phụ phẩm nông nghiệp sau sản xuất trên thế giới và Việt Nam. Tác hại của phế phụ phẩm nông nghiệp đến môi trường. Các biện pháp xử lý phế thải đồng ruộng. Đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Phạm vi không gian. Phạm vi thời gian.
Nội dung nghiên cứu. Hiện trạng phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp. Lượng phụ phẩm phát thải sau thu hoạch. Đặc trưng thành phần phụ phẩm cho mục đích chuyển thành ethanol sinh học.
Tiềm năng thu hồi ethanol sinh học. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thu thập thông tin thứ cấp. Phương pháp xác định hệ số phát sinh phế phụ phẩm bằng thực nghiệm.
Phương pháp phân tích các chất và hợp chất. Phương pháp ước tính hàm lượng cellulose và hemicellulose. Phương pháp thực nghiệm xác định khả năng tạo thành ethanol bằng cách ủ sinh học. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu.
Kết quả và thảo luận. Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội tại Huyện Yên Phong. Điều kiện tự nhiên. Điều kiện kinh tế - xã hội.
Đánh giá chung. Hiện trạng sản xuất nông nghiệp TẠI huyện Yên Phong. Cơ cấu sử dụng đất huyện Yên Phong. Cơ cấu giống cây nông nghiệp chính của huyện Yên Phong.
Cơ cấu thời vụ, diện tích và năng suất của cây trồng nông nghiệp chính của huyện Yên Phong. Xác định hệ số phát thải phế phụ phẩm của các cây trồng chínhError! Bookmark not defined 4. Hiện trạng xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp. Tổng lượng phế phụ phẩm nông nghiệp phát sinh sau thu hoạch.
Ước lượng phế phụ phẩm sau thu hoạch. Đánh giá thành phần phụ phẩm cho mục đích chuyển thành ethanol sinh học. Hàm lượng cellulose và hemicellulose trong phế phụ phẩm của các cây trồng chính. Kết quả thu hồi ethanol bằng phế phụ phẩm nông nghiệp.
Đánh giá tiềm năng thu hồi ethanol từ phụ phẩm nông nghiệp. Kết luận và kiến nghị. 69 Tài liệu tham khảo. 75 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa Tiếng Việt BVTV Bảo vệ thực vật CNC Công nghệ cao DBSCL Đồng bằng sông Hồng DBSH Đồng bằng song Cửu Long EU Liên minh châu Âu FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc LHQ Liên hợp quốc NLSH Năng lượng sinh học NN&PNNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn SK Sinh khối VAT Thuế giá trị gia tăng VISTA Trung tâm thông tin phát triển nông nghiệp nông thôn VSV Vi sinh vật vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.
Sản lượng ethanol trên thế giới. Thành phần chính của phế phụ phẩm nông nghiệp. Diện tích và năng suất của khoai tây năm 2000-2005. Số lượng phế phụ phẩm ở Việt Nam.
Ứng dụng rơm rạ trong lĩnh vực hóa chất. Cơ cấu diện tích đất đai trên địa bàn huyện Yên Phong 2018 (ha). Cơ cấu thời vụ, diện tích, năng suất và loại phế phụ phẩm phát sinh trong một năm của huyện Yên Phong 2018. Chế độ bón phân của người dân 2018.
Tỷ lệ R trong vụ mùa của huyện Yên Phong năm 2018 (kg/m2). Ước lượng phế phụ phẩm sau thu hoạch/năm (nghìn tấn/ năm). Hiện trạng phế phẩm từ bón phân cho các loại cây trồng huyện Yên Phong năm 2018 (kg/năm). Hiện trạng phế phẩm từ thuốc BVTV cho các loại cây trồng huyện Yên Phong năm 2018 (kg/năm).
Tổng khối lượng phế phụ phẩm nông nghiệp tại huyện Yên Phong năm 2018 (tấn/năm). Thành phần cellulose và hemicelulose trong phế phụ phẩm nông nghiệp (%). Thành phần cellulose và hemicelulose trong phế phụ phẩm nông nghiệp (tấn/ năm). Hàm lượng đường được chuyển hóa từ cellulose và hemicellulose trong phế phụ phẩm của các loại cây trồng chính (g/100g phế phụ phẩm).
Ảnh hưởng của phương pháp lên men đến hiệu quả sinh cồn (g/100g phế thải). Ước tính lượng ethanol được tạo thành từ phế phụ phẩm huyện Yên Phong năm 2018. 68 vii DANH MỤC HÌNH Hình 2. Công thức cấu tạo ethanol.
Sử dựng enzym để thủy phân, thủy phân và lên men tách riêng. Sử dụng enzym để thủy phân, thủy phân và lên men đồng thời. Cấu trúc của cellulose. Cấu trúc của hemicellulose.
Cấu trúc của lignin. Tiến hành lấy mẫu trên ruộng lúa. Tiến hành lấy mẫu trên ruộng ngô/ khoai. Phế phụ phẩm sau khi phơi khô.
Cơ cấu diện tích đất đai trên địa bàn huyện Yên Phong 2018 (%). Cơ cấu giống cây trồng chính của huyện Yên Phong năm 2018 (%). Hình thức xử lý phế phụ phẩm của người dân (%). Khối lượng khô của các loại phế phụ phẩm (đơn vị tính: kg/m2).
Hàm lượng đường được chuyển hóa từ cellulose và hemicellulose trong phế phụ phẩm của các loại cây trồng chính (g/100g phế phụ phẩm). Lượng ethanol được tạo thành từ phế phụ phẩm lúa trong các điều kiện ủ sinh học khác nhau (g/ 100g cồn). Lượng ethanol được tạo thành từ phế phụ phẩm ngô trong các điều kiện ủ sinh học khác nhau (g/ 100g cồn). Lượng ethanol được tạo thành từ phế phụ phẩm khoai trong các điều kiện ủ sinh học khác nhau (g/ 100g cồn).
Lượng ethanol được tạo thành từ phế phụ phẩm các cây trồng chính trong các điều kiện khác nhau (g/ 100g cồn). 67 viii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Nghiêm Sơn Dũng Tên luận văn: Đánh giá tiềm năng thu hồi ethanol sinh học từ phế phụ phẩm nông nghiệp tại huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh. Ngành: khoa học môi trường Mã số: 8440301 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu - Xác định hệ thống cây trồng trên địa bàn nghiên cứu. - Xác định hệ số phát thải phế phụ phẩm nông nghiệp của một số cây trồng chính.
- Ước lượng phụ phẩm và tiềm năng cho ethanol sinh học từ phụ phẩm phụ phẩm nông nghiệp. Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp từ phòng Nông nghiệp và phát triển nông nghiệp huyện Yên Phong và hợp tác xã nhằm xác định thông tin về địa điểm nghiên cứu, quá trình hình thành, phát triển khu vực nghiên cứu. Từ đó, bố trí thí nghiệm và các phương pháp xác định tỷ lệ phụ phẩm, ước tính lượng phế phụ phẩm phát sinh, phân tích mẫu. Sau khi có kết quả tiến hành các phương pháp phân tích số liệu (phân tích ANOVA) và tính toán hiệu quả tạo thành ethanol sinh học.
Kết quả chính và kết luận Yên Phong là huyện cung cấp nguồn lương thực, thực phẩm chính cho tỉnh Bắc Ninh. Chính vì thế lượng phế phụ phẩm phát sinh là rất lớn ước tính 9,23 nghìn tấn. Đặc biệt là rơm rạ ước tính 9,05 nghìn tấn. Lúa là cây trồng có lượng cellulose cao nhất 45,2%.
Do đó việc chuyển hóa thành ethanol sinh học từ lúa là tốt nhất. Kết quả thu được ước tính 116,1 x103 kg = 0,12 triệu lít ethanol ethanol sinh học/ 1 năm. Nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả trong việc xử lý quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp nói chung cho các địa phương khác tại Việt Nam và trên thế giới. ix THESIS ABSTRACT Author's name: Nghiem Son Dung Thesis title: Assessment of bio-ethanol recovery potential from agricultural residues in Yen Phong district, Bac Ninh province.
Department: environmental science Code: 8440301 Name of training institution: Vietnam National University of Agriculture Research purposes - Identify the cropping system in the study area. - Determining agricultural residue generation of major crops. - Estimate agricultural residue and its potential for bioethanol producttion.