Sinh Khối Sau Khi Tiền Xư ̉ Ly ́ Bằng Công Nghê ̣khí Hóa Tầng Sôi

Hóa chất thủy phân: axit pha loãng được sử dụng với nhiệt độ cao và áp suất cao, hoặc nồng độ axit cao ở nhiệt độ thấp và áp suất khí quyển thủy phân các nguyên liệu sinh khối thành các phân tử đường riêng lẻ. Các sản phẩm thủy phân sau đó được trung hòa và lên men nấm men để sản xuất ethanol. Tuy nhiên trở ngại đáng kể là sản phẩm tạo ra nhiều chất độc hại ảnh hưởng tới quá trình lên men.

Thủy phân enzyme: chuỗi cellulose có thể được chia thành glucose phân tử khi sử dụng các emzyme khác nhau ở các giai đoạn, do đó cho phép phân hủy cellulose hiệu quả mà không có sự hình thành các sản phẩm phụ. Tính cạnh tranh là ở việc tìm ra các chủng vi sinh vật sản xuất ra các loại enzyme cần thiết cho quá trình thủy phân. Vi dụ nấm men Saccharomyces cerevisiae sử dụng trong ngành công nghiệp nhà máy bia để sản xuất ethanol từ hexases (sáu cacbon đường). Hoặc vi sinh vật như Zymomonas mobilis và Escherichia Coli đã được thông qua để sản xuất ethanol cellulosic. Hay Clostridium thermocellum có khả năng chuyển đổi trực tiếp cellulose thành ethanol (tuy nhiên C. thermocellum cũng sản xuất ra các sản phẩm khác trong quá trình trao đổi chất cellulose acetate và lactate , ngoài ethanol, làm giảm hiệu quả của quá trình này). Hiện nay nhiều nước đang nỗ lực nghiên cứu hướng đến sản xuất ethanol tối ưu hóa bằng kỹ thuật di truyền vi khuẩn tập trung vào con đường sản xuất ethanol.

Quá trình khí hóa sinh khối

Đây là quá trình các vật liệu sinh khối phản ứng với oxy hoặc hơi nước để tạo ra sản phẩm khí tổng hợp có chứa CO, H2, CO2, CH4 và nitơ với các tỷ lệ thành phần khác nhau.

Quá trình khí hóa không dựa trên phân hủy hóa học của chuỗi cellulose (cellulolysis). Thay vì phá vỡ xenluloza thành các phân tử đường, carbon trong nguyên liệu được chuyển đổi thành khí tổng hợp , bằng cách sử dụng để đốt cháy một phần. Carbon monoxide, carbon dioxide và hydro sau đó có thể được đưa vào một dạng đặc biệt của lên men . Thay vào đó đường lên men với nấm men, quá trình này sử dụng vi khuẩn Clostridium ljungdahlii vi sinh vật này sẽ ăn carbon

monoxide, carbon dioxide và hydrogen và sản xuất ethanol và nước. Quá trình này do đó có thể được chia thành ba bước:

Khí hoá - các phân tử carbon phức tạp được tách ra để hình thành nên các phân tử cacbon đơn giản như carbon monoxide, carbon dioxide và hydro.

Lên men - Chuyển đổi các dioxide carbon, monoxide và hydro thành ethanol bằng cách sử dụng các sinh vật Clostridium ljungdahlii.

Chưng cất - Ethanol được tách ra khỏi nước

Nghiên cứu gần đây đã tìm thấy một loại vi khuẩn Clostridium tăng gấp đôi hiệu quả trong việc sản xuất ethanol từ khí carbon monoxide.

*Trước đây thường sử dụng axít đậm đặc để phá hủy cấu trúc bền vững của xenlulose có trong rơm rạ. Mặc dù tiền xử lý bằng cách thủy phân axit có lẽ là kỹ thuật tiền xử lý lâu đời và nghiên cứu nhiều nhất, nhưng nó tạo ra một số chất ức chế mạnh bao gồm furfural và hydroxymethyl furfural (HMF) đến nay được coi là các chất ức chế độc hiện diện trong thủy phân lignocellulose, quá trình này phát

sinh chất thải thứ cấp độc hại , gây ô nhiễm môi trường . Sự hiện diện của chất ức chế sẽ không chỉ tiếp tục phức tạp sản xuất ethanol cũng như làm tăng chi phí sản

xuất do các công đoan

tách loc

tiếp theo . Hiện nay chủ yếu áp dụng sản xuất bằng

công nghệ khí hóa tầng sôi (dùng áp suất và nhiệt độ cao để xử lý, kèm theo việc giảm áp đột biến). Khi đó, xenlulo được chuyển hóa thành đường bằng enzym trước khi lên men thu ethanol. Phương pháp mới này cho phép phá hủy cấu trúc xenlulo nhanh chóng, ethanol được tạo ra có hiệu suất cao hơn , đặc biệt không phát sinh chất thải độc hại . Công nghê ̣ khí hóa tầng sôi là một phương pháp khả thi để khắc

phục rào cản khó phá vỡ của xellulose . Với điều kiên

hơi nước áp suất cao trong

một thời gian nhất định, sau đó bất ngờ giảm áp suất sinh khối thông qua sự giải

phóng hơi nước / sinh khối bi ̣phá vỡ cấu trúc lignocellulose hiệu quả tao nền cho quá trình tiếp theo.

một chất

So sánh các hình ảnh sau đây của rơm với khí hóa tầng sôi ở nhiệt độ hơi nước

khoảng 200 độ và thời gian lưu trữ trong 5-10 phút. Một trực quan có thể nhìn thấy sinh khối đã được phân mảnh và bị phá hủy bởi công nghệ tiền xử lý này.

Hình 3.4. Sinh khối sau khi đươc

cắt nhỏ

Hình 3.5. Sinh khối sau khi tiền xử lý bằng công nghê ̣khí hóa tầng sôi

Ở nước ta dự án “Kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương với công nghiệp chế biến biomass” do JICA (Nhật Bản) tài trợ, Dư án nghiên cứu ĐH Hiroshima và Trường ĐH Bách khoa - ĐHQG TPHCM có nhiệm vụ xây dựng và phát triển công nghệ sản xuất bioethanol từ các nguồn biomass là phế thải nông nghiệp như: rơm, rạ, vỏ trấu, bã mía… bước đầu đã thành công ở quy mô phòng thí nghiệm. Sản phẩm sẽ được ứng dụng vào mục đích làm nhiên liệu cho động cơ và các thiết bị đốt công nghiệp. Hiện nay thử nghiệm đã cho ra lò mẻ cồn đầu tiên từ

rơm rạ với hiệu suất đạt 5% (150-180 kg rơm rạ tươi sẽ cho 20 lít cồn 97%). Cồn này sẽ tiếp tục chưng cất thêm để có thể pha xăng thành phẩm.

“Nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học (Ethanol) từ phế thải nông nghiệp (rơm, rạ)”, do GS.TSKH Trần Đình Toại, Viện Hóa học, Viện KH-CN Việt Nam thực hiện.‌

3.2.2. Ưu, nhược điểm và những điều cần chú ý

Ưu điểm của công nghệ Cellulosic Ethanol so với các công nghệ khác:

- Tận dụng được nguồn tài nguyên phụ phẩm nông nghiệp hiện đang sử dụng lãng phí kém hiệu quả và gây ô nhiễm môi trường.

- Không chiếm dụng thêm nguồn đất sử dụng để tạo ra nguyên liệu cho sản xuất NLSH

- Công nghệ này không sử dụng nguyên liệu là lương thực nên hoàn toàn không ảnh hưởng đến an ninh lương thực quốc gia và thế giới.

Tuy nhiên bên cạnh đó cũng tồn tại những nhược điểm:

- Do nguyên liệu là phụ phẩm nông nghiệp nên khó khăn trong công đoạn thu gom, lưu trữ và tiền xử lý do sự không đồng đều đa dạng về chủng loại và chất lượng (riêng rơm cũng gồm nhiều loại lúa và các chỉ tiêu ký thuật không giống nhau kích thước, độ ẩm…).

- Công nghệ này hiện nay mới bước đầu ứng dụng và vẫn trong quá trình thử nghiệm với quy mô công nghiệp nên chi phí cao và còn nhiều vấn đề kỹ thuật cần hoàn thiện: năng suất, hiệu quả, quy mô….

- Việc ứng dụng và phát triển của công nghệ NLSH này phụ chịu ảnh hưởng lớn bởi cơ cấu nông nghiệp và quy hoạch vùng nguyên liệu của địa phương.

3.2.3. Các chú ý khi ứng dụng công nghệ Cellulosic Ethanol

Nguyên liệu cần có với số lượng lớn, liên tục và phải được tiền xử lý nén và cắt nhỏ để có kích thước phù hợp giúp tăng khả năng truyền nhiệt, phải sấy nguyên liệu khô đến khoảng 10% tùy theo công nghệ áp dụng, nguyên liệu cần phải sạch để có thể thu các sản phẩm hóa học, tùy sản phẩm mong muốn mà thời gian ngưng tụ khí sau quá trình phân rã được ngưng tụ khác nhau (để sản xuất các chất hóa học và phụ gia thì thời gian ngưng tụ khoảng vài phần mười giây, nếu muốn sử dụng dầu sinh học làm nhiên liệu thì thời gian ngưng tụ khoảng 2 giây).

3.3. Hiện trạng, triển vọng và các vấn đề ứng dụng công nghệ NLSH tỉnh Vĩnh Phúc‌

3.3.1. Các yếu tố tự nhiên và môi trường

Tỉnh Vĩnh Phúc được thành lập năm 1950 trên cơ sở hợp nhất hai tỉnh Vĩnh Yên và Phúc Yên theo Nghị định số 03 TTg ngày 12 tháng 2 năm 1950 của Thủ tướng Chính phủ nước Việt Nam Dân chủ cộng hoà. Đến tháng 3 năm 1968, tỉnh Vĩnh Phúc hợp nhất với tỉnh Phú Thọ thành tỉnh Vĩnh Phú. Sau gần 30 năm xây dựng và phát triển, đến ngày 1 tháng 1 năm 1997, thực hiện Nghị quyết kỳ họp thứ 10 Quốc hội Khoá IX về việc chia tách tỉnh Vĩnh Phú thành tỉnh Vĩnh Phúc và tỉnh Phú Thọ, tỉnh Vĩnh Phúc được tái lập.

Hình 3.6. Vị trí khu vực nghiên cứu

Vị trí địa lý

Nhìn trên bản đồ địa lý tự nhiên nước ta, Tỉnh Vĩnh Phúc nằm ở trung tâm của miền Bắc Việt Nam, cách thủ đô Hà Nội 50 km về phía Tây Bắc. Tỉnh Vĩnh Phúc ngày nay có một vị trí địa lý khá thuận lợi cho phát triển kinh tế, xã hội và giao lưu văn hoá. Cụ thể vị trí địa lý Vĩnh Phúc được thể hiện như sau:

Phía bắc giáp hai tỉnh Thái Nguyên và Tuyên Quang, đường ranh giới là dãy núi Tam Đảo.

Phía tây giáp tỉnh Phú Thọ, ranh giới tự nhiên là sông Lô. Phía nam giáp Hà Nội, ranh giới tự nhiên là sông Hồng. Phía đông giáp hai huyện Sóc Sơn và Đông Anh – Hà Nội.

Xét về chiều rộng từ Đông sang Tây giữa hai kinh tuyến là khoảng 46 km. Xét về chiều dài từ Bắc xuống Nam giữa hai vĩ tuyến là khoảng 49 km.

Giới hạn tỉnh Vĩnh Phúc:

Tỉnh Vĩnh Phúc có vị trí địa lý giáp với 05 tỉnh và thành phố trực thuộc trung ương. Phía Bắc giáp hai tỉnh là Tuyên Quang và Thái Nguyên với đường ranh giới tự nhiên là dãy núi Tam Đảo. Phía Nam giáp Hà Tây và thủ đô Hà Nội với đường ranh giới tự nhiên là sông Hồng. Phía Tây giáp tỉnh Phú Thọ với ranh giới tự nhiên là sông Lô. Phía Đông tiếp giáp hai huyện ngoại thành của thủ đô Hà Nội là Sóc Sơn và Đông Anh. Có thể thấy Vĩnh Phúc không chỉ là trung tâm của Bắc bộ Việt Nam (từ Vĩnh Phúc xuống thành phố Hạ Long nằm ở phía Đông Bắc, lên biên giới Việt Trung phía Bắc, lên biên giới Việt Lào phía Tây-Tây Bắc đều phải qua một chặng đường khoảng 200 km) mà còn đóng vai trò cửa ngò phía Tây Bắc của thủ đô Hà Nội.

Diện tích tỉnh Vĩnh Phúc:

Theo Quyết định số 24/2001/QĐ-TTg ngày 01 tháng 3 năm 2001 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt kết quả Tổng kiểm kê đất đai năm 2000, tỉnh Vĩnh Phúc có diện tích là 137136 ha, chiếm gần 0,42% diện tích đất tự nhiên của cả nước (trong đó diện tích đất nông nghiệp là 66781ha, diện tích đất lâm nghiệp có rừng là 30433 ha; đất chuyên dùng là 18693 ha; đất ở là 5158 ha; đất chưa sử dụng

là 16071 ha). Theo Quyết định này thì Vĩnh Phúc vẫn được xếp vào nhóm miền núi và trung du phía Bắc.

Do đặc điểm vị trí địa lý Vĩnh Phúc có ba vùng sinh thái rò rệt: đồng bằng, trung du và miền núi; Hệ thống hạ tầng giao thông đối ngoại đã và đang được đầu tư hiện đại là những tuyến chính gắn kết quan hệ toàn diện của Vĩnh Phúc với các tỉnh khác trong cả nước và quốc tế, liền kề với thủ đô Hà Nội, gần sân bay quốc tế Nội Bài, là điểm đầu của Quốc lộ 18 đi cảng Cái Lân, là cầu nối của các tỉnh phía Bắc với Hà Nội hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt, đường sông thuận lợi trên trục phát triển kinh tế của Việt Nam thuân lợi cho chuyên trở, luân chuyển hàng hóa giúp giảm giá thành sản phẩm nên thuận lợi cho phát triển kinh tế xã hội nói chung và nông nghiệp nông thôn nói riêng. Hiện nay Vĩnh Phúc nằm trong 3 vùng quy hoạch: Vùng Kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, Vùng Đồng bằng sông Hồng và vùng Thủ Đô. Thủ tướng Chính phủ vừa ban hành Quyết định số: 20/QĐ-TTg phê duyệt nhiệm vụ quy hoạch chung xây dựng đô thị Vĩnh Phúc, tỉnh Vỉnh Phúc đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050. Như vậy, trong tương lai Vĩnh Phúc sẽ trở thành trung tâm kinh tế lớn của vùng Thủ đô.

Địa hình tỉnh Vĩnh Phúc

Địa hình Vĩnh Phúc kéo dài theo phương tây bắc - đông nam, là phương chung của địa hình ở miền Bắc và Đông Bắc Bắc bộ Việt Nam. Phía bắc của tỉnh có dãy núi Tam Đảo với đỉnh Đạo Trù cao 1.592m, phía tây Nam được bao bọc bởi 2 con sông lớn là sông Hồng và sông Lô, tạo nên dạng địa hình thấp dần từ đông bắc xuống tây nam và chia ra 3 vùng có địa hình đặc trưng: đồng bằng, gò đồi, núi thấp và trung bình.

Địa hình đồng bằng: gồm 76 xã, phường và thị trấn, với diện tích tự nhiên là 46.800 ha. Vùng đồng bằng bao gồm vùng phù sa cũ và phù sa mới, chủ yếu do phù sa của các hệ thống sông lớn như: Sông Hồng, sông Lô, sông Đáy bồi đắp nên vùng phù sa cũ chiếm diện tích khá rộng, gồm phía bắc của thị xã Phúc Yên, các huyện Yên Lạc, Vĩnh Tường và phía nam của các huyện Tam Dương, Bình Xuyên, được

hình thành cùng thời kì hình thành châu thổ sông Hồng .Vùng phù sa mới dọc theo các con sông thuộc các huyện Lập Thạch, Vĩnh Tường, Yên Lạc, nam Bình Xuyên.

Địa hình đồi: gồm 33 xã, phường và thị trấn, với diện tích tự nhiên là 24.900 ha, đây là vùng đồi thuận lợi cho phát triển cây công nghiệp, cây ăn quả và hoa màu kết hợp với chăn nuôi gia súc, tạo điều kiện thuận lợi trong việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng và chăn nuôi theo hướng tăng sản xuất hàng hoá thực phẩm.

Địa hình núi thấp và trung bình: Có diện tích tự nhiên là 56.300 ha, chiếm 46,3% diện tích tự nhiên của tỉnh.

Tài nguyên đất trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc:

Phân loại đất theo công dụng kinh tế (theo mục đích sử dụng) tỉnh Vĩnh Phúc chia đất ra làm 3 loại: Đất nông nghiệp, đất phi nông nghiệp, đất lâm nghiệp, và đất chưa sử dụng. Trong đó đất nông nghiệp chiếm diện tích lớn, chủ yếu sử dụng cho trồng cây hàng năm và sản xuất lúa, tập chung cho sản xuất nông nghiệp chủ yếu ở các huyện Lập Thạch và Vĩnh tường, do vậy nguồn phụ phẩm nông nghiệp rất dồi dào thuận lợi cho việc tận thu nguồn phụ phẩm làm nguyên liệu cho sản xuất khác.

Bảng 3.1. Hiện trạng sử dụng đất năm 2010 phân theo huyên/ thị xã/ thành phố trực thuộc tỉnh

Đất tự nhiên	Đất Nông Nghiệp	Đất sản xuất Nông Nghiệp	Đất trồng lúa	Đất nông nghiệp khác
Tổng số	123.650,05	86.718,73	50.365,99	34.814,65	73,87
Vĩnh Yên	5.081,27	2.266,38	1.971,81	1.490,39	0,18
Phúc Yên	12.013,05	8.335,59	3.573,48	2.228,15	1,27
Lập Thạch	17.310,22	12.709,54	8.144,44	4.473,59	6,83
Tam Dương	10.821,44	7.074,75	5.392,18	4.119,30	19,77
Tam Đảo	23.587,62	19.020,42	4.374,07	2.618,96
Bình Xuyên	14.847,31	10.293,65	6.299,41	4.639,94	14,36
Yên Lạc	10.767,39	7.460,93	6.283,60	4.942,08	4,54
Vĩnh Tường	14.189,98	9.208,15	8.056,30	6.877,30	27,73
Sông Lô	15.031,77	10.349,32	6.270,70	3.424,94