7 Ưu, Nhược điểm Của Xăng Sinh Học - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Trang chủ >
Luận Văn - Báo Cáo >
Công nghệ - Môi trường >

7 Ưu, nhược điểm của xăng sinh học

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (459.6 KB, 38 trang )

2.7.2-Nhược điểmVề mặt nguyên liệu, việc dùng sắn để sản xuất ethanol sẽ gây tác động đến môitrường do quá trình canh tác không tập trung, phân tán, canh tác di canh di cư-làm đất nhanh chóng bạc màu, năng suất thấp.Xăng chứa ethanol sẽ có trị số octan cao hơn xăng thường nên động cơ maunóng hơn, máy dễ hao mòn các vòng đệm cao su. Khi cồn sinh học dùng đểpha xăng sinh học có độ tinh khiết thấp dễ dẫn đến hiện tượng xăng bị ngậmnước, dẫn tới hiện tượng tách lớp, ảnh hưởng đến quá trình cung cấp nhiên liệubình thường và chất lượng làm việc của động cơ, gây đóng cặn và hư động cơ.Bồn chứa ethanol phải làm từ kim loại đặc biệt, việc chuyên chở cũng khó khăn-hơn xăng thường nên giá thành sẽ cao hơn xăng thường đôi chút.Cồn ethanol có tính hút ẩm mạnh hơn xăng rất nhiều. Điều này có thể gây rahiện tượng đọng nước bên trong bình xăng và các bộ phận khác như bộ chế hoàkhí, kim phun, xy lanh, đường ống dẫn hay bất cứ bộ phận nào có khoảng trốngkhông khí. Việc xuất hiện nước trong hệ thống dẫn xăng sẽ làm giấy bên tronglọc xăng thông thường bị phồng lên và chẹn đường chảy của nhiên liệu tới-động cơ.Cồn cũng sẽ ăn mòn các bình xăng cấu thành từ vật liệu sợi thuỷ tinh, ống caosu và đường dẫn bằng plastic. Nó cũng tiềm ẩn nguy cơ gây rỉ sét do làm đọngnước trong nhiều chi tiết kim loại. Ở các động cơ đã chạy xăng được một thờigian dài, sự hiện diện của cồn sẽ rã các cặn và rỉ tồn tại từ trước và chúng sẽ lọtvào hệ thống xăng, động cơ và làm tắc kim phun khi mức xăng xuống quá thấptrừ khi được thu thập từ trước đó. Do sự khác biệt về trọng lượng riêng, xăngvà cồn thường có sự phân tách (kể cả nước ngưng tụ) khiến cho tỉ lệxăng/không khí trở nên không chính xác – đặc biệt là các dòng xe sử dụng chế-hoà khí khiến hiệu suất động cơ bị ảnh hưởng.Gia tăng phá rừng. Hiện nay, khoảng 1% diện tích đất canh tác được dùng đểtrồng cây sản xuất xăng sinh học. Phá rừng làm tăng nhiệt của đất và gia tănglượng CO2 vào khí quyển.25CHƯƠNG 3 SẢN XUẤT XĂNG SINH HỌC3.1 Nguyên liệuTrên nguyên tắc, bất cứ vật liệu sinh học nào chứa nhiều carbon dưới dạngđường, tinh bột, cellulose đều có thể chế biến thành ethanol. Thông thường thì ethanolđược sản xuất từ đường (mía, củ cải đường) và tinh bột của nông phẩm (hạt bắp, lúamì) hay từ củ (khoai tây, khoai mì).3.1.1Quy trình sản xuất ethanolEthanol thường được sản xuất bằng con đường sinh học. Công nghệ chiếm ưuthế hiện nay là chuyển hóa sinh khối thành ethanol thông qua lên men rượu rồi chưngcất. Sinh khối sẽ bị men của vi khuẩn hoặc nấm men phân hủy. Phương pháp lên mencó thể áp dụng đối với nhiều nguồn nguyên liệu sinh khối khác nhau.3.1.1.1 Từ tinh bộtĐể biến chế ethanol từ tinh bột, tinh bột trước hết phải được điều chế thànhđường, rồi từ đó mới lên men rượu.- Chế biến thành đường: Hạt bắp chứa khoảng 70-72% tinh bột được xay nghiềnthành bột, pha với nước, nấu ở 700C rồi nấu chín ở 100 – 1100C (vừa diệt trùng vừathêm đường), để nguội rồi trộn men, cho lên men 48 giờ ở nhiệt độ 36 0C. Men dùngthường là vi nấm Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus oryzae, Mucor, Rhizopus, vikhuẩn Zymomonas mobilis.- Lên men rượu: Sau khi đã chế biến thành đường, máy ly tâm sẽ tách rời chất hèm đểlàm thức ăn gia súc. Phần chất lỏng, có độ cồn 5 – 15%, được chưng cất ở lò chưngnhiều tầng để tăng độ cồn. Để đạt độ cồn 99.9%, trước đây người ta dùng benzene vàcyclohexane (đắt tiền, không tái sử dụng được và độc) để loại nước. Kỹ thuật ngàynay dùng “chất sàng phân tử” (molecular sieve, như silica gel, zeolite, hút thấm nướcnhưng không hút rượu, vì rượu có phân tử lớn hơn) thay thế, rẻ tiền và hiệu quả hơn.Một kỹ thuật mới được áp dụng hiệu quả hơn, không cần phải nấu tinh bột là sửdụng một loại men mới, giúp lên men biến tinh bột thành đường ở nhiệt độ 32 0C.Theo tính toán, trung bình, cứ 1 tấn bắp sản xuất được 409 lít ethanol.263.1.1.2 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 trình28lên 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

Xem Thêm