Sản xuất xăng sinh học và biogas từ rơm rạ

[In trang]

Thứ ba, 30/10/2012 - 12:06

Trường đại học Bách khoa - ĐHQG TP HCM (Trường ĐHBK TP HCM) đang phối hợp với Trường ĐH Tokyo (Nhật Bản) thực hiện Dự án “Kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương với công nghiệp chế biến biomass”. Dự án hướng đến việc sản xuất xăng sinh học và biogas chất lượng cao từ rơm rạ và các chất thải nông nghiệp khác và bước đầu đã đạt được những thành công nhất định.

Để hiểu thêm về dự án ý nghĩa này, chúng tôi đã có cuộc trao đổi với PGS.TS Phan Đình Tuấn - Phó hiệu trưởng phụ trách Khoa học Công nghệ và Quan hệ Đối ngoại Trường ĐHBK TP HCM, một trong những nhà nghiên cứu trực tiếp tham gia vào dự án.

Giải pháp công nghệ

PGS.TS Phan Đình Tuấn - Phó hiệu trưởng Trường ĐHBK TP HCM.

PV: Xin tiến sĩ cho biết một số thông tin sơ lược về Dự án “Kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương với công nghiệp chế biến biomass”?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Đây là một dự án do Chính phủ Nhật hỗ trợ cho Việt Nam nhằm phục vụ cho những mục đích mang tính chất toàn cầu. Dự án bắt đầu thực hiện từ năm 2009, gồm đối tác nghiên cứu phía Nhật Bản và đối tác nghiên cứu phía Việt Nam. Phía Nhật do Trường ĐH Tokyo chủ trì, phía Việt Nam do Trường ĐHBK TP HCM chủ trì, cùng sự tham gia hợp tác nghiên cứu của nhiều đơn vị khác như: Sở Khoa học và Công nghệ TP HCM, Viện Sinh học Nhiệt đới, Trung tâm Giáo dục và Phát triển Sắc ký (nay là Viện Phát triển và Ứng dụng sản phẩm tự nhiên - Trường ĐHBK Hà Nội).

Nguồn kinh phí của Nhật hỗ trợ cho dự án này khoảng 5 triệu USD, trong đó có 2 nguồn, nguồn từ Bộ Khoa học Công nghệ Nhật (JST) cấp trực tiếp cho Trường ĐH Tokyo, nguồn từ Cơ quan Hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) cấp cho phía Việt Nam. Chính phủ Việt Nam cũng bố trí kinh phí đối ứng cho dự án.

PV: Mục tiêu dự án này hướng đến là gì. Thưa tiến sĩ?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Mục tiêu quan trọng của dự án là phát triển được một hệ thống công nghệ phù hợp để làm ra sản phẩm nhiên PGS.TS Phan Đình Tuấn - Phó hiệu trưởng

Trường ĐHBK TP HCM .liệu sinh học đảm bảo chất lượng, đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường và giá thành chấp nhận được. Có 2 sản phẩm dự án đang hướng đến là bio-ethanol (xăng sinh học) làm từ nguyên liệu có nguồn gốc xenlulo như rơm rạ và biogas sạch có nhiệt trị cao.

PV: Tại sao dự án lại tập trung vào nguyên liệu là rơm rạ?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Do dự án hướng đến phục vụ cho những mục đích mang tính chất toàn cầu, đáp ứng yêu cầu về môi trường và an ninh lương thực thế giới nên lựa chọn của dự án là sản xuất nhiên liệu sinh học từ các chất thải nông nghiệp, trong đó chủ yếu là rơm rạ. Đồng thời, nước ta là một nước nông nghiệp, diện tích trồng lúa khá lớn, sản lượng lúa của cả nước đạt nhiều triệu tấn/năm, khối lượng rơm rạ còn lớn gấp đôi so với số lượng lúa nên tiềm năng rất lớn. Ngoài một phần được tận dụng làm thức ăn cho trâu bò và phân bón vi sinh thì phần lớn rơm rạ bị đốt bỏ ngay trên cánh đồng, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Do đó, trong dự án này, ý định của chúng tôi là xử lý phần rơm rạ còn dư thừa để tạo thành nhiên liệu sinh học. Ngay cả phần dư đó cũng còn rất lớn.

Về nguyên tắc, có nhiều loại nguyên liệu như: rơm rạ, mùn cưa, gỗ vụn, bã mía, cỏ cây… có thể chuyển hóa được thành năng lượng. Ở nước ta, rơm rạ có khối lượng lớn, tập trung, thuận lợi cho việc thu gom nên có tiềm năng hơn cả.

PV: Sản xuất xăng sinh học từ rơm rạ có gì khác so với sản xuất từ các nguyên liệu như: sắn, khoai, mật mía… mà nước ta cũng như nhiều quốc gia trên thế giới đang thực hiện?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Về mặt công nghệ, sản xuất xăng sinh học từ tinh bột như: ngô, khoai, sắn thì dễ dàng hơn và thậm chí đã có tính chất truyền thống, khâu tinh chế về sau cũng đơn giản hơn. Thách thức lớn nhất trong công nghệ sản xuất xăng sinh học từ rơm rạ là phân hủy xenlulo. Do xenlulo có cấu trúc rất bền chặt, khó phá vỡ, nên phần năng lượng dùng phá vỡ cấu trúc của xenlulo để tạo thành đường cũng rất lớn. Đồng thời, thành phần nguyên liệu này cũng phức tạp nên trong quá trình phá vỡ cấu trúc xenlulo, ngoài đường còn tạo ra nhiều chất khác, trong đó một số cấu tử có ích cần phải nghiên cứu thu hồi để sử dụng, những chất thải độc hại khác phải nghiên cứu loại bỏ để đạt được các tiêu chuẩn và thân thiện với môi trường.

Nguồn rơm rạ lớn ở nước ta có thể tận dụng để tạo ra các loại nhiên liệu sinh học.

PV: Theo tiến sĩ, bằng cách nào các nhà khoa học giải quyết những yêu cầu đặt ra như trên?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Nếu đi bằng con đường hóa chất thì việc phân hủy xenlulo cũng đơn giản nhưng việc này sẽ tạo ra một chất thải khác và nước thải gây ô nhiễm. Đồng thời, nếu dùng hóa chất thì đường tạo ra từ việc phân hủy xenlulo sẽ chứa một hàm lượng hóa chất, không thuận lợi cho việc lên men cồn. Do đó, dự án này hướng đến mục tiêu không dùng hóa chất để phân hủy xenlulo. Có thể nói đây là một phương pháp mới. Hiện tại, trong phòng thí nghiệm chúng tôi sử dụng các biện pháp vật lý, trước hết xử lý bằng hơi nước ở nhiệt độ và áp suất cao, sau đó sử dụng một số chế phẩm enzym để phân hủy xenlulo. Sau khi phân hủy được xenlulo thành đường thì quá trình sản xuất xăng sinh học cũng giống như làm cồn từ sắn hay gạo, tức là lên men thành rượu rồi chưng cất lên thành cồn, tinh chế, làm khô cồn để sản xuất xăng sinh học.

Giá cao hơn xăng thường 10% đã là thành công!

PV: Được biết, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo ra xăng sinh học từ rơm rạ trong phòng thí nghiệm?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Hiện nay, có thể nói phương pháp sản xuất xăng sinh học của dự án này đã thành công ở chỗ đã tạo ra được công nghệ. Tuy nhiên, công nghệ đó còn chưa tối ưu, vì giá thành sản phẩm làm ra vẫn còn cao. Theo tính toán chủ quan hiện nay của chúng tôi, giá xăng sinh học làm ra từ phương pháp này đắt gấp đôi so với xăng sinh học từ nguyên liệu truyền thống như sắn. Do đó, chúng tôi vẫn còn phải tiếp tục những nghiên cứu để hạ giá thành. Trong dự án này, chúng tôi cố gắng giảm giá thành đến mức chấp nhận được để có thể đưa vào sản xuất. Hy vọng, giá thành của nó sẽ bằng giá sản xuất nhiên liệu sinh học từ các nguyên liệu khác hoặc cao hơn không quá nhiều.

PV: Nguyên nhân nào làm cho giá thành của xăng sinh học từ rơm rạ đắt như vậy?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Đó là do chi phí về enzym, chi phí năng lượng trong quá trình phân hủy xenlulo cũng như các khâu khác. Với sản xuất xăng sinh học từ sắn thì không phải thực hiện những khâu đó vì bản thân nó là tinh bột rồi nên mình chỉ cần nấu lên và có loại nấm men nó sẽ chuyển hóa thành đường và sau đó thành cồn luôn.

PV: Có nhiều dự án chỉ dừng lại ở phòng thí nghiệm, không thể thành thương phẩm vì giá không cạnh tranh, với dự án này, theo ông, việc giảm giá thành sản phẩm có khả thi không?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Những dự án như thế rất nhiều nhưng không vì vậy chúng ta không tiếp tục nghiên cứu. Hiện nay, thế giới chưa đến mức khủng hoảng năng lượng nhưng bức tranh người ta có thể nhìn thấy là các loại nhiên liệu hóa thạch: dầu mỏ, than đá dần cạn kiệt và phải mất hàng triệu năm mới có thể khôi phục được. Đến lúc đó, chúng ta phải sử dụng nhiên liệu sinh học, nguồn năng lượng tái tạo. Do đó, việc phát triển các nguồn năng lượng này có vai trò rất quan trọng. Để làm được điều đó cần rất nhiều cố gắng về mặt công nghệ và chúng ta phải bắt tay vào. Giảm giá thành sản phẩm là nhiệm vụ của các nhà khoa học, khó khăn của dự án này cũng là khó khăn chung thế giới gặp phải chứ không phải riêng ai. Chúng tôi sẽ cố gắng hết sức để có thể hạ giá thành sản phẩm này. Hiện nay, đối với các nguồn năng lượng tái tạo, các quốc gia đều phải có chính sách hỗ trợ, bù giá... Với các nhà khoa học hiện nay, việc sản xuất ra xăng sinh học có giá cao hơn xăng thường 10% đã là thành công lắm rồi. Nói chung, vấn đề sản xuất, tiêu thụ nhiên liệu sinh học vẫn còn nhiều tồn tại, nhưng tôi tin rằng các vấn đề này sẽ lần lượt được giải quyết tốt vì sử dụng nhiên liệu sinh học là một xu hướng tất yếu trong tương lai.

Mô hình “thị trấn sinh khối”

PV: Còn sản phẩm thứ hai mà dự án hướng đến là sản xuất biogas chất lượng cao thì sao?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Việc sản xuất biogas ở vùng nông thôn không phải là chuyện mới. Ở các hộ gia đình, trang trại họ vẫn đang tự làm biogas nhưng việc này làm phát sinh các chất thải độc hại như khí sunfurơ (H2S), đồng thời trong loại biogas này còn chứa 50% là hơi ẩm và CO2 là những chất không cháy được, nếu dùng làm nhiên liệu đun nấu trong gia đình thì không sao nhưng để hướng đến các ứng dụng công nghiệp thì năng lượng nhiệt đó là thấp, không đáp ứng được. Trong dự án này, chúng tôi hướng đến việc nghiên cứu quy trình tách hết các tạp chất có hại và những chất không cháy được, chỉ còn lại khí cháy methan. Có như vậy, năng lượng đó mới lớn, có thể ứng dụng trong công nghiệp. Hiện nay, nhà trường đang xây một xưởng nghiên cứu sản xuất biogas ở huyện Củ Chi. Phía Nhật đang chuẩn bị lắp đặt các trang thiết bị nghiên cứu để khoảng tháng 1-2013, chúng tôi có thể chính thức khánh thành xưởng thực nghiệm này.

Bên cạnh đó, một vấn đề rất khó khăn nhưng cũng rất thú vị mà dự án hướng đến là nghiên cứu chế tạo ra một loại bình, có thể to hơn bình xăng một chút nhưng chứa được lượng biogas tương đối lớn để dùng làm bình nhiên liệu cho xe chạy. Biogas chủ yếu là khí methan nên không nén được thành chất lỏng. Nếu muốn nén thành chất lỏng, áp suất phải lên đến khoảng 200atm, khi đó bình chứa giống như một quả bom, không thể sử dụng được. Vì vậy, chúng tôi đang hướng đến nghiên cứu chế tạo ra một bình tương đối nhỏ, áp suất không quá cao nhưng chứa được khá nhiều nhiên liệu, có thể đủ dùng cho động cơ trong một thời gian khá lâu.

Thiết bị sản xuất xăng sinh học tại xưởng thực nghiệm Trường ĐHBK TP HCM.

PV: Để đảm bảo cho sản xuất nông nghiệp bền vững như tên của dự án thì những nhiên liệu sinh học làm ra sẽ ưu tiên dùng cho sản xuất nông nghiệp?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Ý tưởng cuối cùng của dự án là xây dựng mô hình “Thị trấn sinh khối” ở các xã, huyện, khu vực sản xuất nông nghiệp, trồng lúa. Khi đó, rơm rạ từ sản xuất lúa sẽ được dùng cho chăn nuôi, sử dụng cho sản xuất xăng sinh học, rơm rạ và các chất thải nông nghiệp khác dùng làm biogas, chế tạo phân bón… Bà con nông dân sẽ sử dụng nguồn nhiên liệu sinh học này để làm chất đốt, nhiên liệu chạy máy cày, máy kéo, xe buýt, phát điện… Nếu làm được như vậy, hoạt động nông nghiệp sẽ được khép kín theo cách, sản xuất xong thì chất thải nông nghiệp lại biến thành năng lượng và năng lượng này lại quay trở lại phục vụ đời sống, phục vụ sản xuất.

PV: Được biết dự án kéo dài đến năm 2014, một thời gian không quá dài, với rất nhiều mục tiêu đặt ra như vậy, liệu dự án có quá tham vọng?

PGS.TS Phan Đình Tuấn: Phải cố gắng thôi! Hiện tại nhà trường đang tiếp tục huy động thêm những cán bộ khoa học có chuyên môn, có trình độ vào tham gia thực hiện dự án này. Đồng thời, chúng tôi hợp tác với nhiều đơn vị chuyên ngành để nghiên cứu giải quyết những khó khăn phát sinh khi thực hiện dự án như: hợp tác với Viện Sinh học Nhiệt đới để nghiên cứu sản xuất loại emzym mới hoặc đưa ra các chủng nấm men mới, lên men cồn có hiệu quả hơn nhằm giảm giá thành sản phẩm xăng sinh học làm ra, hợp tác với Trường ĐHBK Hà Nội để khảo sát khu vực triển khai dự án... Ngay trong Trường ĐHBK TP HCM cũng có rất nhiều khoa, bộ môn tham gia như: Khoa Kỹ thuật Hóa học, Khoa Kỹ thuật Môi trường, Khoa Kỹ thuật Giao thông… Bên Nhật cũng không chỉ có Trường ĐH Tokyo thực hiện mà còn có nhiều trường đại học khác cùng tham gia. Trong phạm vi của dự án này, Trường ĐHBK TP HCM, Trường ĐH Tokyo và các đối tác sẽ cố gắng hết sức để hoàn thành tốt nhất các mục tiêu đã đề ra.

PV: Xin cảm ơn tiến sĩ và chúc dự án thành công!

Theo Pertrotimes