Bài giảng Ứng dụng thực vật trong sản xuất nhiên liệu sinh học

Nội dung text: Bài giảng Ứng dụng thực vật trong sản xuất nhiên liệu sinh học

1. ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC I.Giới thiệu Công nghệ sinh học là ngành công nghệ cao, công nghệ mũi nhọn để phát triển kinh tể đất nước (theo Nghị quyết 18/CP). Lĩnh vực khoa học công nghệ sinh học đã đạt được tầm cao mới và ngày càng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn sản xuất nâng cao đời sống con người
2. • Cuộc cách mạng về công nghệ sinh học đã đem đến các thành tựu về giải mã bộ gen người, bộ gen cây lúa, bộ gen chuột, nhân bản động vật, chữa được một số bệnh nan y mở ra một thời kỳ mới giúp con người hiểu biết hơn và thế giới tiến bộ hơn. • Công nghệ sinh học ở các nước đang phát triển còn rất lạc hậu, đi sau các nước phát triển một khoảng cách rất xa. Những thành tựu khoa học về công nghệ sinh học là cơ hội lớn để các nước nghèo có thể rút ngắn khoảng cách với các nước giàu về khoa học và kinh tế.
3. II. Sinh học thực vật và ứng dụng của nó trong sản xuất nhiên liệu sinh học 1. Sinh học thực vật là gì: Sinh học thực vật là: sự nghiên cứu chức năng, hay sinh lý học của cây trồng. Đó là những quá trình cơ bản như quang hợp, hô hấp, dinh dưỡng, các chức năng hormon thực vật, tính hướng ( hướng quang, hướng địa),
4. tính chu kỳ theo ánh sáng (quang chu kỳ), nảy mần của hạt giống, chức năng của ngủ nghỉ và đóng mở khí khổng và quan hệ với chế độ nước của cây trồng, được nghiên cứu bởi những nhà nghiên cứu sinh lý học thực vật. Nó có quan hệ gần gũi với hóa sinh và sinh học phân tử.
5. 2.Ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu sinh học: • a. sản xuất nhiên liệu sinh học từ ngô: Bốn nhà SX cồn ethanol (VeraSun, Glacíal Lakes Energy, KAAPA Ethanol và Golden Grain Energy) và Cty công nghệ Ethanol Oil Recovery Systems tại Mỹ đã hợp tác thử nghiệm thành công dự án mang tên SunSource BioEnergy. Dự án này cho phép trích từ cây bắp một loại dầu có chất lượng tốt để đùng làm nhiên liệu sinh học.
6. 2.2. Sản xuất nhiên liệu từ cây dầu dừa Khi một số quốc gia đang tỏ ra rất tích cực bàn thảo về việc thực hiện hạn chế khí thải như là một biện pháp để giải quyết tình trạng ấm dần lên của trái đất, thì một chuyên gia Úc có tên John Wolrath, đồng thời là chủ một công ty tư nhân ở quần đảo Solomon thuộc Thái Bình Dương - đã chính thức giới thiệu loại sản phẩm mà ông cho là vừa hiệu quả trong tiết kiệm năng lượng truyền thống, vừa hoàn toàn thân thiện với môi trường. Đó là nhiên liệu mới được chế biến từ dầu dừa
7. 2.3.Nhiên liệu sinh học lên ngôi trước khủng hoảng dầu mỏ Thế giới không khoanh tay đứng nhìn giá dầu thô đang tăng chóng mặt và nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt. Đã xuất hiện hàng loạt những nhà máy sản xuất nguồn nhiên liệu từ cây mía, hạt cải dầu để thay thế dầu thô. Những nhà chế tạo ôtô đang cho xuất xưởng những loại ô tô chạy "xăng mía"
8. • 2.4.Nhiên liệu sinh học từ bã cà phê: Một trong những hướng đi mới trong việc nghiên cứu các nguồn nhiên liệu sinh học đến từ hạt cà phê, chính xác hơn là từ bã cà phê. Narasimharao Kondamudi, Susanta Mohapatra và Manoranjan Misra ở Đại học Nevada (Mỹ) nhận thấy rằng, có thể dễ dàng chế nhiên liệu sinh học từ bã cà phê .
9. • Nghiên cứu được tiến hành cách nay 2 năm, khi tiến sĩ Misra, một người nghiện cà phê, chú ý một ly cà phê uống dở ngày hôm trước được phủ một màng tinh dầu. Sau đó, ông và đồng nghiệp bắt đầu xem xét tiềm năng của cà phê. • Nhóm nghiên cứu nhận thấy, diesel sinh học chiết xuất từ cà phê tương đương những loại diesel sinh học tốt nhất trên thị trường. Hơn nữa, khi dùng nhiên liệu này cho động cơ, nó không tạo khí thải có mùi khó ngửi, chỉ mang mùi cà phê
10. • 2.5.Sản xuất điện từ rơm: Các nhà nghiên cứu đã phát triển một nhà máy khí sinh học chưa từng có chạy hoàn toàn bằng phế thải nông nghiệp: Rơm. Nhà máy sẽ sản xuất ra nhiều khí sinh học hơn 30% so với những nhà máy máy trước đây.
11. • “Tại nhà máy thử nghiệm của chúng tôi, chúng tôi chỉ dùng phế liệu của nông nghiệp là lõi ngô và rơm lúa mì mà không dùng đến hạt. Bằng nguồn nguyên liệu ít giá trị này chúng tôi đã sản xuất được khí sinh học với hiệu suất cao hơn các công nghệ truyền thống tới 30%” .
12. • 2.6. Tảo - dầu mỏ của tương lai Việc dùng tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học thay thế dầu mỏ giống như một mũi tên bắn trúng hai đích: vừa tạo ra năng lượng vừa làm sạch môi trường.
13. • Mỗi cá thể tảo là một nhà máy sinh học nhỏ xíu sử dụng quá trình quang hợp để chuyển hóa CO2 và ánh nắng thành năng lượng . • Các nhà khoa học thuộc Đại học Virginia (Mỹ) đang xây dựng kế hoạch tăng khả năng sản xuất dầu của tảo bằng cách cho chúng “ăn” thêm CO2 (chất khí gây hiệu ứng nhà kính chủ yếu) và thả chúng vào các môi trường giàu chất hữu cơ (như nước thải). Điều này vừa tạo ra nhiên liệu sinh học, vừa làm sạch môi trường .
14. • 2.7. Sản xuất dầu điêden sinh học từ dầu cọ: Ngày 4/5, Bộ trưởng Đồn điền và Sản xuất hàng tiêu dùng Malaixia Chin Pah Kui khẳng định, nước này sẽ tăng cường các nỗ lực nghiên cứu và phát triển nguồn năng lượng thay thế dầu điêden, đặc biệt là sản xuất dầu điêden sinh học từ dầu cọ.
15. • 2.8. Nhiên liệu sinh học từ hoa quả: Theo kết quả nghiên cứu mới nhất do các nhà khoa học Mỹ vừa công bố, đường có trong các loại hoa quả như táo, cam có thể chuyển thành một loại nhiên liệu mới, với hàm lượng carbon thấp, được sử dụng cho ô tô.
16. • Viết trên tạp chí khoa học uy tín The Nature, các nhà khoa học thuộc ĐH Wisconsin-Madison cho biết, nhiên liệu mới là dimethylfuran, được làm từ đường fructoza có trong các loại hoa quả. • Dimethylfuran có thể trữ năng lượng nhiều hơn nhiên liệu ethanol tới 40% và không dễ bay hơi. • Cũng theo các chuyên gia, fructoza có thể được lấy trực tiếp từ các loại hoa quả, thực vật hoặc làm từ đường glu-cô. Tuy nhiên cần thực hiện thêm nhiều thí nghiệm nữa để đánh giá ảnh hưởng môi trường của loại nhiên liệu mới này.
17. • 2.9. Trồng cây dầu mè dể thu nhiên liệu sinh học: Một nhóm nghiên cứu thuộc phòng Công nghệ Tế bào Thực vật - Viện Sinh học Nhiệt đới (TP.HCM) đang thử nghiệm trồng cây dầu mè để sản xuất nhiên liệu sinh học. Mỗi ha trồng cây dầu mè có thể chế biến thành 2.500 - 3.000 lít dầu biodiesel/năm.
18. • Sau khi tiến hành trồng thử nghiệm trên tỉnh Bình Phước, nhóm nghiên cứu nhận thấy cây dầu mè (Jatropha curcas L.) là một loại cây năng lượng sinh học có triển vọng ở Việt Nam. Việt Nam đã đáp ứng được nhiều điều kiện để có thể phát triển cây dầu mè. Trong điều kiện đất đai, khí hậu nhiệt đới, cây dầu mè có thể sinh trưởng nhanh, và bắt đầu cho ra quả sau khi trồng từ 6 - 12 tháng. • Hàm lượng dầu của hạt dầu mè khoảng 35 - 40%, nên năng suất cho dầu của cây rất cao, từ 2.500 - 3.000 lít dầu biodiesel/ha/năm.
19. • 2.10. Sản xuất dầu nhờn từ thực vật: Dầu nhờn được làm từ dầu thực vật như đậu tương, ngũ cốc, canola và cây rapeseed mang lại nhiều khả năng tự phân huỷ và an toàn hơn đối với nhiều ứng dụng.
20. • Hơn một thập kỷ qua, sự tiến bộ về mặt công nghệ đã cải thiện được việc sản xuất dầu nhờn sinh học và trong 5 năm qua với viẹc giá dầu tăng cao và sự cần thiết về an toàn năng lượng, chúng đã trở thành mặt hàng cạnh tranh với giá dầu nhờn gốc dầu mỏ truyền thống. • “Sẽ đến lúc chúng ta thấy sự gia tăng nhanh hơn của các loại dầu này”, Lou Honary người sáng lập ra Trung tâm Dầu nhờn nông nghiệp (NALB) thuộc trường đại học Northern Iowa nói. Ông cho rằng những sản phẩm này sẽ được sử dụng rộng rãi trong vòng 2 năm tới .
21. • 2.11. Sản xuất polyme mới có nguồn gốc từ cây đậu tương: Các sản phẩm dưỡng tóc, băng gạc điều trị vết thương và bao nang thuốc là những ứng dụng tiềm năng của loại polyme mới có gốc từ dầu đậu tương mang tên "Hydrogel", do các nhà khoa học thuộc Tổ chức Dịch vụ Nghiên cứu Nông nghiệp (ARS) tại Peoria, Ill., Mỹ triển khai.
22. • Các nhà hóa học Sevim Erhan và Zengshe Liu đã phát triển các Hydrogel như một loại thay thế có khả năng suy thoái sinh học cho các polyme tổng hợp hiện nay đang sử dụng, trong đó có polyacrylic acid và polyacrylamide. • Dầu đậu tương là một loại nguyên liệu thô dồi dào, dễ sử dụng bởi có tính linh hoạt cao và là nguồn nguyên liệu tái tạo, có nghĩa là loại cây trồng này có thể trồng hàng năm để đáp ứng nguồn cung ứng. Năm 2006, nông dân Mỹ đã trồng 76 triệu mẫu cây đậu tương, chiếm khoảng 38% tổng sản lượng hạt có dầu của thế giới.
23. • 2.12. Sản xuất điện từ vỏ trấu ,mùn cưa: Sau hơn 10 năm nghiên cứu, các nhà khoa học thuộc Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã bước đầu hoàn chỉnh công nghệ sản xuất điện từ các loại phế phụ phẩm nông nghiệp.
24. • Hiện nay, các phế phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu ở nước ta bao gồm vỏ trấu, lõi ngô, bã mía, mùn cưa, vỏ dừa với tổng sản lượng lên tới hàng triệu tấn (nếu được tập trung lại). TS. Phạm Văn Lang - nguyên Viện trưởng Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, chủ trì đề tài nghiên cứu, cho biết: "So với các nguồn khai thác điện năng lớn từ thuỷ điện, nhiệt điện, nguồn điện năng từ các chất thải nông nghiệp tuy không nhiều, nhưng nếu tận dụng được nguồn chất thải này sẽ vừa giúp giảm bớt ô nhiễm môi trường, lại vừa có thể cung cấp điện tại chỗ cho các vùng nông thôn, nhất là các vùng sâu ".
25. • 2.13. Nhiên liệu sinh học tù nấm: Các nhà khoa học mới phát hiện ra một loại nấm màu hồng trong rừng nhiệt đới phía Bắc Patagonia (Nam Mỹ) có khả năng tiết ra khí hydrocacbon. Phát hiện này được coi là một bước tiến quan trọng hứa hẹn cung cấp một nguồn nhiên liệu sinh học mới. Nghiên cứu cụ thể được công bố trên tạp chí Microbiology
26. III.Kết luận • Bên cạnh lợi ích của phát triển nhiên liệu sinh học, còn có không ít nguy cơ về môi trường, kinh tế và xã hội. Đây là hai mặt của một quá trình phát triển. Vấn đề là thúc đẩy lợi ích của nhiên liệu sinh học và hạn chế những nguy cơ.
27. • Nhiên liệu sinh học (biofuel) được biết đến với rất nhiều lợi thế: là một trong những biện pháp kìm hãm hiện tượng nóng lên toàn cầu; giúp các quốc gia chủ động, không bị lệ thuộc vào vấn đề nhập khẩu nhiên liệu, đặc biệt đối với những quốc gia không có nguồn dầu mỏ và than đá; kiềm chế sự gia tăng giá xăng dầu, ổn định tình hình năng lượng cho thế giới; tạo thêm công ăn việc làm cho người dân; và cũng không đòi hỏi phải có những thiết bị và công nghệ đắt tiền.
28. • Nhưng đó chưa phải là tất cả, những nguy cơ chính trong quá trình phát triển nhiên liệu sinh học cần phải kể đến là: • 1.Vấn đề lương thực • 2. Ô nhiễm và cạn kiệt nguồn tài nguyên nước • 3. Giảm diện tích rừng • 4.Nguy cơ từ sự độc canh • 5.Nguy cơ từ sự biến đổi gen cây nguyên liệu • 6. Nguy cơ do khai thác nhiên liệu sinh học từ rác thải nông nghiệp và một số loài thực vật khác • 7. Nguy cơ về kinh tế, xã hội • 8. Và nhiều nguy cơ khác
29. • Tóm lại, ngoài những vấn đề chính, khó có thể kể hết những nguy cơ trong quá trình phát triển nhiên liệu sinh học. Nhưng vượt lên trên hết, rõ ràng nhiên liệu sinh học vẫn mang những lợi ích khổng lồ, không thể tranh cãi nhằm đảm bảo an ninh năng lượng của mỗi quốc gia, xoá đói, giảm nghèo cho người dân và góp phần chung vào công cuộc giữ gìn, bảo vệ môi trường chung trên thế giới. • Vì vậy mặc dù vẫn còn nhiều tranh cãi về nhiên liệu sinh học giữa các nhà kinh tế, hoạch định chính sách, khoa học, bảo vệ môi trường xung quanh vấn đề giải pháp phòng ngừa, hạn chế, khắc phục nguy cơ, nhưng tất cả đều đồng ý kết luận: phát triển nhiên liệu sinh học là tất yếu, nhưng cần nhận thức rõ được cả 2 mặt của quá trình này và tiến hành hết sức cẩn trọng, nếu không những lợi ích hứa hẹn gặt hái từ nhiên liệu sinh học sẽ không còn.