Quá trình sản xuất xăng sinh học

Sản xuất xăng sinh học E5 - nan giải bài toán nguyên liệu

[ĐCSVN] - Theo lộ trình, từ 1/12/2015, xăng sinh học E5 [hỗn hợp của xăng không chì và ethanol nhiên liệu biến tính với hàm lượng ethanol từ 4%-5% theo thể tích] sẽ được sử dụng cho các phương tiện cơ giới đường bộ trên toàn quốc. Tuy nhiên, đến thời điểm hiện tại, hoạt động của các nhà máy sản xuất ethanol trong nước đang ở trong tình trạng cầm chừng hoặc ngừnghoạt động do khó khăn về nguyên liệu, vốn, thị trường tiêu thụ.

Thực hiện chiến lược phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 và tầm nhìn đến năm 2025 theo Quyết định 177/2007/QĐ-TTg ngày 20/11/2007 của Thủ tướng Chính phủ, các doanh nghiệp Việt Nam đã triển khai một loạt các dự án đầu tư vào các nhà máy sản xuất ethanol sinh học. Báo cáo của Hiệp hội nhiên liệu sinh học Việt Nam cho thấy, chỉ trong vòng 3-4 năm, từ 2008-2012, một loạt các nhà máy sản xuất ethanol công suất lớn đã ra đời. Tính đến tháng 12/2013, ở Việt Nam đã có 7 nhà máy ethanol với công suất lớn như: Nhà máy cồn Đồng Xanh [Quảng Nam] 120 triệu lít/năm, Nhà máy cồn Tùng Lâm [Đồng Nai] 72 triệu lít/năm, Nhà máy cồn Bình Phước [Bình Phước] 100 triệu lít/năm,... Hiện tại, hầu hết các nhà máy có công suất lớn mới xây dựng đều sử dụng sắn [khô hoặc tươi] làm nguyên liệu để sản xuất. Nếu các nhà máy hoạt động hết công suất để sản xuất cồn nhiên liệu thì tổng công suất đạt khoảng 500 triệu lít, có thể pha được khoảng 10.000 triệu lít xăng E5 hoặc khoảng 5.000 triệu lít xăng E10.

Xây dựng vùng nguyên liệu sắn bền vững là giải pháp quan trọng cho chiến lược phát triển nhiên liệu sinh học trong nước [Ảnh: HNV]

Tuy nhiên, theo ông Lưu Quang Thái – Chủ tịch Hiệp hội nhiên liệu sinh học Việt Nam, hiện nay, hoạt động của các nhà máy ethanol đang gặp nhiều khó khăn do nguồn nguyên liệu sắn khan hiếm. Điều này một phần do năng suất sắn bình quân của Việt Nam còn tương đối thấp, chỉ tương đương khoảng 60% so với Thái Lan và 80% năng suất bình quân của khu vực châu Á, trong khi nhu cầu nguồn nguyên liệu của các các nhà máy sản xuất tinh bột, sản xuất cồn khá cao. Đồng thời, sản lượng sắn xuất khẩu sang các thị trường Trung Quốc chiếm số lượng lớn dẫn đến việc các nhà máy ở gần các vùng nguyên liệu trồng sắn nhưng vẫn thiếu nguyên liệu.

Thực tế cho thấy, các nhà máy sau khi lập dự án đầu tư đều lên kế hoạch phát triển vùng nguyên liệu. Tuy nhiên, kế hoạch chưa được thực hiện do thiếu vốn và kỹ thuật để triển khai. Các ngân hàng thường không tài trợ vốn cho việc đầu tư vùng nguyên liệu do lo sợ rủi ro cao, đồng thời, rất khó tìm các chuyên gia đủ kinh nghiệm để tư vấn về kỹ thuật thâm canh cây sắn trên quy mô lớn ở Việt Nam.

Mặt khác, cây sắn đã được canh tác quảng canh nhiều năm nay và chủ yếu do nông dân trồng tự phát, khó đưa cơ giới hóa hoặc kỹ thuật trồng trọt tiên tiến để nâng cao năng suất cây trồng; không có giống cây trồng tốt, năng suất cao để đảm bảo canh tác có hiệu quả. Do không có vùng nguyêu liệu, các nhà máy dựa vào thu mua từ dân hoặc các thương lái theo mùa vụ và chưa xây dựng được hệ thống cung ứng nguyên liệu chuyên nghiệp.

Bên cạnh đó, do phải cạnh tranh với sắn xuất khẩu sang Trung Quốc nên 100% các nhà máy cồn [bao gồm cồn nguyên liệu và cồn thực phẩm] đều phải mua nguyên liệu với giá cao. Với các nhà máy mới xây dựng sau năm 2007, hầu hết đều sử dụng sắn khô làm nguyên liệu chính. Ở thời điểm lập dự án đầu tư [2007], giá sắn khô ở Việt Nam mới khoảng trên dưới 120 USD/MT FOB cảng Việt Nam, đến 2013, giá sắn đã lên đến 250 USD/MT, trong khi giá cồn thế giới tăng chậm [từ 550 USD/MT năm 2007 lên 800 USD/MT năm 2013].

Với giá nguyên liệu cao vượt quá mức giá các nhà máy cồn có thể chấp nhận được dẫn đến giá thành sản xuất cồn của Việt Nam khó cạnh tranh với giá cồn của Mỹ và Braxin trong nhiều thời điểm. Đây là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự đình đốn sản xuất của các nhà máy ethanol. Qua điều này, có thể khẳng định giá nguyên liệu quá cao là nguyên nhân cơ bản gây khó khăn cho sản xuất ethanol hiện nay.

Theo tính toán của Bộ Công Thương, nếu các dự án đầu tư được triển khai đúng tiến độ, đến năm 2015 cả nước sẽ có 13 nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu với tổng công suất thiết kế đạt khoảng 858.000 tấn và nhu cầu sử dụng sắn lát khô khoảng 2,15 triệu tấn để sản xuất ethanol. Vì vậy, nếu không mở rộng diện tích trồng sắn như hiện nay, bắt buộc phải đầu tư nghiên cứu, mở rộng tối đa các giống sắn mới có năng suất cao kèm theo quy trình canh tác phù hợp mới có cơ sở nâng cao sản lượng sắn phục vụ nhu cầu sử dụng trong nước và xuất khẩu.

Theo ông Lưu Quang Thái, đã đến thời điểm Việt Nam cần thực sự quan tâm đến việc xây dựng vùng nguyên liệu cho ngành nhiên liệu sinh học Việt Nam. Trong đó, cần có đầu tư nghiên cứu, phát triển các giống sắn mới cho năng suất cao, quy trình canh tác phù hợp để nâng cao sản lượng sắn; phải quy hoạch các vùng nguyên liệu sẵn có, giá thành hạ để nhà sản xuất và nông dân đều có lãi.

Thêm vào đó, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cần đưa cây sắn ở vị trí là cây trọng điểm ưu tiên quốc gia, có biện pháp hỗ trợ doanh nghiệp phát triển vùng nguyên liệu bền vững theo mô hình sản xuất phù hợp, có chính sách khuyến nông cho người nông dân trồng nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học. Song song với đó, quy hoạch xác định vùng nguyên liệu sắn cho các nhà máy sản xuất ethanol; xây dựng và chỉ đạo thực hiện quy trình thâm canh sắn bền vững. Bố trí đề tài nghiên cứu chọn, nhập nội, nhân nhanh những giống sản xuất tốt phù hợp với các vùng sinh thái để phát triển nhanh vào sản xuất. Tăng cường tập huấn kỹ thụât cho nông dân, xây dựng mô hình thâm canh sắn bền vững để mở rộng.

Đồng thời, Bộ Công Thương, Bộ Tài chính cần nghiên cứu, đề xuất cho Chính phủ và Quốc hội ban hành các chính sách ưu đãi tài chính đối với nguyên liệu sinh học, chính sách thuế đối với sử dụng nguyên liệu sinh học. Đặc biệt là chính sách thuế đối với xuất khẩu nguyên liệu thô để hạn chế việc xuất khẩu củ sắn tươi. Hỗ trợ vốn và miễn thuế cho nông dân, doanh nghiệp đầu tư phát triển vùng nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học; hỗ trợ và đầu tư kinh phí cho nghiên cứu giống cây trồng cho năng suất cao, làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học./.

3.1.1.2 Từ rơm rạQuá trình chuyển hóa sinh khối của rơm rạ là quá trình chuyển hỗn hợp xenlulosethành ethanol chỉ khác với quá trình lên men tinh bột ở chỗ xử lý nguyên liệu thànhđường đơn sẵn sàng cho quá trình lên men. Có sự khác nhau này là vì hỗn hợpxenlulose là tập hợp các phân tử đường liên kết với nhau thành mạch dài [polymecacbonhydrate] gồm khoảng 40 – 60% xenlulo và 20 – 40% hemixenlulose, có cấutrúc tinh thể, bền. Hỗn hợp xenlulose khó hòa tan trong nước. Phức polyme thơm cótrong gỗ là lignin [10 – 25%] không thể lên men vì khó phân hủy sinh học.Quy trình trải qua hai bước chính là:- Thủy phân bằng acid loãng nồng độ 0.5% để phá vỡ liên kết hydro giữa các mạchxenlulose và phá vỡ cấu trúc tinh thể của chúng ở nhiệt độ 200 oC. Kết quả thủy phânbước 1 sẽ chuyển hóa hemixenlulose thành đường C 5 và C6 [chủ yếu xylo và mano] dễlên men tạo thành ethanol đồng thời bẻ gãy cấu trúc xenlulose.- Sử dụng acid nồng độ 2% được thực hiện ở nhiệt độ 240 oC để chuyển hóa hoàn toànxenlulose đã gãy thành đường glucose C6. Quá trình thủy phân xenlulose thànhglucose bằng acid có thể thay thế bằng men phân hủy xenlulose.3.1.1.3 Từ đườngĐường có thể lấy từ nước mật [molasse] hay trực tiếp từ nước mía ép hay nước củcải đường ép. Mía đường có chứa khoảng 12 – 17% lượng đường trong đó 90% làsaccharose và 10% glucose và fructose. Khi nghiền sthu được khoảng 95% lượngđường của mía và loại ra bã mía.Ethanol thu được từ nước mía sau quá trình lên men nhưng các quy trình thực tếliên quan lại phụ thuộc vào loại chưng cất.Trong loại đầu tiên, nuớc mía được làm nóng tới 110 oC để diệt khuẩn, sau đóđược gạn lọc[nhiều trường hợp nó được thực hiện sau khi trải qua quá trình làm bốchơi] và sau đó được lên men. Trong chưng cất, các tinh thể được hình thành bởi quátrình cô đặc được loại đi, chỉ còn lại lớp chất lỏng đặc sánh[syrup] được gọi là mật.Mật chứa tới 65% w/v đường và là phần được sử dụng để lên men. Sau quá trình lênmen, chất lỏng được bơm vào khu vực chưng cất mà ở đó ethanol sẽ được tách ra27[95.5% v/v ethanol, 4.5% v/v water, và dung dịch aezotropic]. Từ đây, ethanol cấp độnhiên liệu có thể thu được hoặc sử dụng công nghệ khử nước sàng phân tử hoặc chưngcất theo kiểu đẳng phí [azeotropic] sử dụng benzene hoặc cyclohexane. Qúa trìnhchưng cất sản sinh ra cả ethanol và nước thải gọi là stillage hoặc vinasse. Chưng cất sẽloại ra stillage gấp 10-15 lần lượng ethanol thu được. Trong chưng cất từ mía đường,stillage được sử dụng để tưới tiêu và bổ sung chất màu cho cánh đồng mía.3.1.1.4 Từ chất xơChất xơ ở đây nói chung là cellulose, hemicellulose, lignin trong thân lá, rơm rạ,trấu, gỗ,... Để chuyển cellulose thành rượu, trước hết phải chuyển cellulose thànhđường đơn giản như hexose, pentose bằng cách thuỷ phân nhờ một số acid và enzymecellulase. Hemicellulose tương đối dễ dàng biến thành đường chứa 5C như xylose[C5H10O5]n, nhưng xylose không biến chế thành ethanol được. Với kỹ thuật hiện tại,chưa có cách chuyển lignin ra ethanol. Vì vậy, trước tiên phải loại lignin vàhemicellulose, chỉ để lại cellulose. Loại lignin bằng acid sulfuric đậm đặc hay đun sôitrong nước với sodium carbonate hay butanol. Cellulose sau đó cho lên men vớicellulase ở nhiệt độ khoảng 71°C trong vài ngày để biến thành đường.3.1.1.5 Từ vi khuẩn.Để tạo ra ethanol từ cellulose, các nhà nghiên cứu trên thế giới đang sử dụng cácenzymes do nấm tạo ra để phân huỷ chất cellulose từ các phần sợi của cây, chẳng hạnnhư thân thành đường. Sau đó, họ lên men loại đường này.Còn đối với phương pháp sản xuất ethanol truyền thống, men được sử dụng đểphân huỷ đường từ các phần chứa tinh bột của cây, chẳng hạn như hạt ngô. Như vậy,phương pháp dùng nấm và vi khuẩn sẽ tận dụng được các phế thải nông nghiệp màphương pháp truyền thống không làm được.Trên thị trường hiện nay xuất hiên thêm vi khuẩn ALK2 có thể giúp lên men tất cảcác loại đường ở nhiệt độ 500C, trong khi các loại vi khuẩn thông thường khác khôngthể làm được điều này khi nhiệt độ vượt quá 37 0 C. Mặt khác, trong khi quá trình lênmen thông thường hiện nay tạo ra các loại acid hữu cơ cùng với cồn ethanol, thì vớiphương pháp sử dụng vi khuẩn mới ALK2 sẽ cho sản phẩm cuối cùng của quá trình28lên men là cồn ethanol. Với vi khuẩn ALK2, phương pháp sản xuất cồn từ cellulose cóưu điểm đặc biệt là không sử dụng hạt ngô làm nguyên liệu thô, nhờ đó mở ra mộthướng đi mới trong việc sản xuất nhiên liệu sạch vừa góp phần chống lại sự biến đổikhí hậu vừa không ảnh hưởng đến sản lượng lương thực.3.1.1.6 Từ rác.Quy trình sản xuất được xây dựng trên cơ sở khí tổng hợp [gọi là syngas], là hợpchất carbon monoxide và hydrogen được tạo ra khi cây, củi hoặc các vật liệu chứacarbon khác bị phân hủy dưới nhiệt độ cao. Công nghệ này đã được sử dụng từ lâu, vìthế điểm nhấn của quy trình chính là việc sử dụng vi khuẩn. Theo đó, rác thải bao gồmchất thải rắn đô thị, chất thải nông nghiệp và chất thải hữu cơ thương phẩm sẽ được xử lýnhiệt để tạo ra khí, sau đó vi khuẩn sẽ phân hủy khí này thành ethanol. Cụ thể là có 5 loạivi khuẩn đại diện là giống thuần chủng Coskata, có thể tự nhiên sản sinh ethanol từsyngas. Các vi khuẩn này được nuôi trong một loạt ống hút mỏng như sợi tóc đượclàm từ một loại vải lọc. Syngas được dẫn qua ống hút trong khi nước được bơm dọctheo ống ở bên ngoài. Vi khuẩn được cho tiếp xúc với cả syngas lẫn nước và biếnchúng thành ethanol.3.2 Quy trình công nghệ phối trộn xăng sinh họcPhối trộn là quá trình kết hợp các vật liệu khác nhau để tạo thành sản phẩm đồng nhất3.2.1Quy trình phối trộnĐầu tiên, ethanol khan với hàm lượng ethanol ≥ 99.5% được pha trộn với cácchất phụ gia đa chức năng để tạo ra ethanol nhiên liệu biến tính E100 làm nguyên liệucho quá trình phối trộn. Một số chất phụ gia được sử dụng gồm:-Phụ gia chống tách pha: Isopropyl alcol [IPA]Phụ gia chất phân tán: PolyetheraminePhụ gia chống oxy hóa: butylated diphenylamine [BD]29-Phụ gia chống ăn mòn: Tetraethanolamine [TEA]Hình 3.7 Sơ đồ quy trình pha chế ethanol nhiên liệu biến tínhXăng khoáng A92 và ethanol nhiên liệu biến tính phối trộn được lấy ra từ đáythiết bị và cho vào đóng khuy.Do nguyên liệu phối trộn là xăng và ethanol nhiên liệu biến tính là những chất lỏngdễ bay hơi và sản phẩm là chất dễ cháy, nổ nên cần lưu ý một số yêu cầu trong quátrình pha trộn :-Nơi thao tác cần có không gian thoáng, có thể dễ dàng khuếch tán và pha loãng-hơi nhiên liệu bay hơiCách ly mọi nguồn có khả năng phát sinh tia lửa điện như cầu dao, atomat, ổ-điện có nguy cơ chập…Sử dụng biển cấm lửa, cấm hút thuốc, điện thoại với khoảng cách xa hơn 10 mđối với khu vực pha chế30Hình 3.8 Sơ đồ quy trình phối trộnXăng sinh học E5 được kiểm soát chặt chẽ từ khâu nhập nguyên liệu, pha chế,tồn chứa, vận chuyển đến khâu phân phối tại các cửa hàng xăng dầu. Nguyên liệuE100 cũng như xăng nên RON 92 trước khi nhập kho đều được các công ty giám địnhđộc lập [PV EIC, QUATEST] kiểm tra chất lượng sản phẩm, sản phẩm đạt chất lượngtheo TCVN hiện hành mới được phép nhập kho. Sau đó, xăng sinh học E5 được phachế tại các trạm pha chế tự động hiện đại.Xăng sinh học E5 được trung tâm Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng[QUATEST] 1 và 3 đánh giá và cấp chứng nhận hợp quy theo QCVN01:2015/BKHCN – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu diesel và nhiênliệu sinh học và tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8063:2009 về xăng không chì pha 5%ethanol.Sau khi có chứng nhận hợp quy của cơ quan nhà nước, các đại lý phân phối xăngdầu sử dụng xe bồn chuyên dùng để vận chuyển đến các cửa hàng xăng dầu. Hệ thống31cơ sở vật chất tại các cửa hàng xăng dầu cũng được cải tạo để phù hợp với xăng sinhhọc E5. Như vậy, xăng sinh học E5 được kiểm soát rất chặt chẽ trong tất cả các khâu,đảm bảo chất lượng theo đúng QCVN và TCVN do Bộ Khoa học – Công nghệ banhành.32CHƯƠNG 4 XĂNG SINH HỌC Ở VIỆT NAM4.1 Hiện trạng xăng sinh học sử dụng ở Việt NamTừ những năm 2000, đã có một số xí nghiệp, công ty, đơn vị nghiên cứu tổ chứcsản xuất nhiên liệu dưới dạng pilot như công ty Minh Tú [Cần Thơ], ĐH Bách KhoaTp Hồ Chí Minh, Viện Hóa Công Nghiệp Hà Nội, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụngTp Hồ Chí Minh….Năm 2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định phê duyệt “Đề án phát triểnnhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”. Từ đó, đưa ra mục tiêusản xuất và tiêu thụ cho giai đoạn 2011 – 2015. Cụ thể là năm 2010, sản xuất 100.000tấn xăng E5/năm, đáp ứng được 0,4% nhu cầu nhiên liệu cả nước và đến năm 2025 sẽđáp ứng được 5% nhu cầu thị trường nội địa.Tháng 9/2008 Công ty cổ phần hóa dầu và nhiên liệu sinh học dầu khí [PVB] cungcấp xăng E5 sản xuất từ ethanol sinh học nhập khẩu từ Brazil cho 50 taxi ở Hà Nộinhưng sau đó bị đình chỉ vì Việt Nam chưa có tiêu chuẩn xăng sinh học. Việc tổ chứctrồng nguyên liệu không có sự tham gia chỉ đạo của các cơ quan quản lý nhà nước nêncũng chưa mang lại kết quả.Từ năm 2008 đến nay Việt Nam đã có bốn dự án sản xuất ethanol sinh học từ sắnlát hoặc rỉ đường để trộn với xăng thành gasohol. Mẻ cồn đầu tiên của Công ty cổphần Đồng Xanh [Quảng Nam] đạt 120.000 lít/ngày đã ra lò vào tháng 10/2009, gópphần đưa tổng sản lượng cồn của Việt Nam trong năm này đạt 50 triệu lít/năm. Tuynhiên giá cồn trên thị trường trong nước đã tăng từ 5000 đồng/lít năm 2001 lên 13.000đồng/lít năm 2010, cao hơn giá bán trong khu vực. Sở dĩ có tình trạng này vì quy môsản xuất nhỏ, công nghệ lạc hậu, chưa sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác rẻ hơn,chưa tận dụng các phụ phẩm để hạ giá thành sản phẩm.Năm 2010, tổng công ty dầu Việt Nam [PV OIL] đã chính thức đưa sản phẩm xăng E5[95% xăng và 5% ethanol] đến với 12 điểm bán đầu tiên và đến nay đã phát triểnmạng lưới cung cấp lên 50 cửa hàng tại 6 tỉnh, thành phố lớn. Trong 5 tháng đầu năm2011, lượng xăng E5 bán ra đạt trên 4000 m 3 nâng tổng lượng xăng E5 bán ra là trên338000 m3. Tuy nhiên, nhiều người còn quan ngại vì tính hút nước và dễ bị oxy hóa củaethanol có thể làm hư hại buồng đốt nhiên liệu của động cơ.Dự kiến từ năm 2011 đến năm 2015, PetroVietNam sẽ đưa ba nhà máy ethanolsinh học ở Quảng Ngãi, Phú Thọ, Bình Phước vào hoạt động với tổng công suất230.000 tấn/năm và từ sản phẩm này sẽ pha thành nhiên liệu E5 – E10, đáp ứngkhoảng 20% tổng nhu cầu tiêu thụ xăng sinh học cả nước.Sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam cũng được nhiều đối tác nước ngoài rất quantâm. Đáng chú ý trong số này là các Dự án JICA – Nhật bản hỗ trợ Việt Nam nghiêncứu sản xuất nhiên liệu sinh học sử dụng các loại phế phẩm bã mía, rơm rạ; dự án doChính phủ Hà Lan tài trợ sử dụng trấu, vỏ cà phê, trái điều, vỏ điều, rong biển;chương trình tổng thể về nghiên cứu và phát triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam củaHàn quốc sản xuất diesel sinh học và các hóa chất tinh khiết thân thiện với môi trườngtừ dầu thực vậtHiện nay, cả nước có 6 nhà máy sản xuất ethanol sinh học từ nguyên liệu sắn látkhô có nồng độ 99.5% đạt tiêu chuẩn để pha xăng sinh học. Các doanh nghiệp đã đầutư để đáp ứng chạy 100% công suất nhưng đều chạy trong tình trạng cầm chừng,không hết công suất. Mức tiêu thị E5 còn quá thấp so với mức tiêu thụ xăng dầu cảnước. Tổng lượng xăng E5 tiêu thụ theo ước tính chỉ chiếm tỷ lệ khoảng 1/8 tổnglượng xăng tiêu thụ trên thị trường.Giá xăng sinh học E5 hiện nay trên thị trường là 14,260 đồng/L, 14,710 đồng/Lđối với xăng RON A92 và 15,410 đồng/L đối với xăng PON A95 [tính đến ngày5/2/2016]4.2 Lộ trình xăng sinh học-Chính phủ cũng đã ban hành lộ trình sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt NamĐối với xăng sinh học E5• Từ ngày 01/12/2014, xăng sinh học E5 được sản xuất, phối chế, kinh doanhđể sử dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ tiêu thụ tại: Hà Nội, Tp.Hồ ChíMinh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ, Quảng Ngãi, Bà Rịa – Vũng Tàu.34