Xăng sinh học là gì? Vì sao Liên Hiệp Quốc vừa kiến nghị tạm dừng sản xuất Xăng sinh học trong 5 năm tới?

Theo tác giả Trần Đăng Hòng (http://vietsciences.free.fr) thì nhiên-liệu-sinh-học là loại chất đốt tái tạo sản xuất từ nguyên liệu động thực vật gọi là sinh khối. Xăng-sinh-học gồm xăng-ethanol (E) và diesel-sinh-học (B), tương ứng vói xăng chế biến từ dầu mỏ (gasoline) và diesel. Người ta chú ý đến hướng nghiên cứu này vì xăng dầu ngày càng đắt và khoảng năm 2100 sẽ cạn kiệt. Xăng- Ethanol (E) thông dụng nhất hiện nay trên thế giới vì dễ dàng biến chế từ đường (của mía, củ cải đường, cao lương) và tinh bột (của ngũ cốc, khoai tây, sắn). Ethanol 99.9% có thể dùng cho động cơ xe hơi chạy bằng xăng. Tuy nhiên, Ethanol chứa 33% năng lượng ít hơn xăng, nên cần nhiều ethanol hơn để xe chạy cùng một đoạn đường. Vì vậy, xe phải có bình chứa nhiên liệu lớn hơn. Thông thường, máy xe hơi chạy hiệu nghiệm với E15 (xăng pha 15% ethanol). Xăng chứa ethanol chứa nhiều octane hơn xăng thường nên động cơ mau nóng hơn, máy cũng mau hao mòn hơn, nhất là các vòng đệm cao su. Bất lợi của Ethanol là hút ẩm nên xăng ethanol có chứa nhiều nước, làm máy khó "đề", làm rỉ sét kim loại, hư mòn chất nhựa, nên đòi hỏi phải thay đổi vật liệu làm động cơ, phải bảo trì xe thường xuyên. Bồn chứa ethanol cũng phải làm từ kim loại đặc biệt, việc chuyên chở cũng khó khăn hơn xăng thường (dùng bồn đặc chủng) nên cuối cùng tổn phí cao hơn. Ngày nay mọi hiệu xe hơi đều có thể chạy xăng ethanol E10 (xăng thường pha 10% ethanol), tuy nhiên để bảo đảm máy móc, khuyến cáo nên dùng xăng ethanol E5 (Xăng pha 5% ethanoỉ). Một vài loại động cơ xe hơi cải biến sử dụng xăng ethanol E85 như ở Brazil. Xăng pha với ethanol thải ít khí nhà kính hơn xăng thường. Trên nguyên tắc, bất cứ chất vật liệu sinh học nào chứa nhiều Carbon, hoặc dưới dạng đường, tinh bột, cellulose đều có thể chế biến thành ethanol, hoặc chứa nhiều acid béo thì chế biến diesel-sinh-học được. Với kỹ thuật hiện nay (cổ điển), có 2 phương thức hữu hiệu: - Cho lên men chất đường hay tinh bột hoặc cellulose (chất xơ) đã chuyển hóa thành đường để tạo ra rượu Ethanol, Propanol, và Butanol. - Tách chiết dầu từ thực vật giàu chất dầu, hay mỡ từ động vật (ép với áp suất cao và nhiệt, hay bằng dung môi, hay phối hợp cả hai). Về phương diện kỹ thuật (và kinh tế), chia làm 3 loại nguyên liệu: Công nghệ xăng-sinh-học thế hệ 1: chế biến từ đường (mía, củ cải đường, cao lương ngọt) và tinh bột của nông phẩm (từ hạt ngô, lúa mì, lúa, v.v..., hay từ củ như khoai tây, sắn, v.v...) để tạo ethanol; hay từ dầu (của hạt dừa-dầu, đậu tương, lạc, v.v...) để biến chế diesel-sinh-học. Kỹ thuật đơn giản và kinh tế nhất. Công nghệ xăng- sinh-học thế hệ 2: từ cellulose-chát xơ của thực vật (rơm, rạ, thân ngô, gỗ, mùn cưa, bã mía, v.v...), hay thực vật hoang dã như cỏ voi, cỏ vetiver, bèo lục bình). Chẳng hạn, một ha mía cho khoảng 25 tấn bã mía, và mỗi tấn bã mía sản xuất 285 lít ethanol. Kỹ thuật hiện nay chưa hoàn hảo, hiệu năng còn kém, chưa hữu hiệu và giá thành đắt. Công nghệ xăng-sinh-học thế hệ 3: từ tảo, chủ yếu là tảo biển, kỹ thuật đang phát triển và còn nhiều khó khăn. Theo lý thuyết, cứ 1 tấn đường sản xuất được 678 lít ethanol, tuy nhiên hiệu suất cao nhất hiện nay là 587 lít. Cứ 1 tấn đường đen cho 562 lít ethanol, 1 tấn đường cát cho 587 lít. Trung bình, tại các nhà máy đường ở Hoa Kỳ, cứ sản xuất 100kg đường thì cho ra 25 lít rỉ mật (molasse), có độ đường 49,2%. Trung bình 1 ha mía tại Brazit sản xuất được 5.600 lít ethanol, 1 ha củ cải đường tại Pháp sản xuất 6.700 lít ethanol, và 1 ha ngô ở Hoa Kỳ sản xuất 3.0 lít ethanol. Năng suất mía và đường ở Brazil tăng gấp đôi trong thời gian 30 năm 1975-2005, nhờ trồng giống cải thiện, nhất là các giống mía biến đổi gen (GMC). Để biến chế ethanol từ tinh bột, tinh bột trước hết phải được điều chế thành đường, rồi từ đó mới lên men rượu. Hạt ngô chứa khoảng 70-72% tinh bột, hạt cao lương khoảng 68-70%, gạo 70¬-80%. Muốn vậy, hạt ngũ cốc được xay nghiền thành bột, pha với nước, trộn với nguồn enzim và giữ ở 70°c (để biến thành đường) rồi nấu chín ở 100-110°c. Để nguội rồi trộn men rượu, cho lên men 48 giờ ở nhiệt độ 36°c. Sau đó, dùng máy ly tâm tách rời chát hèm để làm thức ăn gia súc. Phần chất lỏng, có độ cồn (rượu) 5-15%, được chưng cất ở lò chưng nhiều tầng để tăng độ cồn. Để đạt độ cồn 99,9% ngày nay người ta dùng silica gel, zeolite, hút thấm nước nhưng không hút rượu (vì rượu có phân tử lớn hơn). Trung bình, cứ 1 tấn ngô sản xuất được 409 lít ethanol. Biến chế từ chất xơ: Đây là nguồn nguyên liệu nhiều hơn, rẻ tiền hơn nhưng phải qua quá trình đường hóa khá phức tạp và tốn kém nên chưa đưa được vào sản xuất. Các nhà khoa học Đài Loan đã thành công trong phòng thí nghiệm biến chế ethanol từ rơm lúa, cứ mỗi 10kg rơm rạ lúa biến chế được 2 lít alcohol 99,5% để pha làm xăng-sinh-học (Taipei Times, 19-2-2008), nhưng phải mất vài năm nữa mới có thể sản xuất ở quy mô thương mại. Các nghiên cứu ở Trung Quốc cho thấy xăng-sinh-học sản xuất từ rơm rạ đắt hơn xăng khoảng 250 USD/tấn. Bắt nguồn từ khủng hoảng dầu hỏa 1972, Brazil có kế hoạch sản xuất xăng-sinh-học, và hiện nay dẫn đầu thế giới về sản xuất và sử dụng xăng-ethanol và diesel-sinh-học. Năm 2006 Brazil đã có trên 325 nhà máy ethanol, và khoảng 60 nhà máy khác đang xây cất, để sản xuất xăng-ethanol từ mía (đường, rỉ đường, bã mía), và ngô. Để sản xuất diesel-sinh học từ hạt cải dầu và đậu tương, hiện có 10 nhà máy, và 40 nhà máy khác đang xây cất. Năm 2005, Brazil sản xuất 16 tỷ lít ethanol, chiếm 1/3 sản xuất toàn cầu. Năm 2006, Brazil sản xuất được 17.8 tỷ lít ethanol, dự trù sẽ sản xuất 38 tỷ lít vào năm 2013. Chính phủ Brazil mới đây ra chỉ tiêu sản xuất 2% diesel-sinh học cho 2008, và 5% cho năm 2013. Ngày nay, diện tích trồng mía ở Brazil là 10,3 triệu ha, một nửa sản lượng mía dùng sản xuất xăng- ethanol, nửa kia dùng để sản xuất đường. Tiên đoán là Brazil sẽ canh tác 30 triệu ha mía năm 2020. Vì lợi nhuận khổng lồ, các công ty tiếp tục phá rừng Amazon để canh tác mía, ngô, đậu tương cho mục tiêu xăng-sinh-học vừa để tiêu thụ trong nước vừa để xuất cảng. Giá xăng-ethanol được bán bằng nửa giá xăng thường tại Brazil. Hoa kỳ sản xuất Ethanol từ hạt ngô, hạt cao lương, thân cây cao lương, và củ cải đường. Khoảng 17% sản lượng ngô sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ dùng để sản xuất ethanol. Hoa Kỳ đặt chỉ tiêu sản xuất E10 đề cung cấp 46% nhiên liệu cho xe hơi năm 2010, và 100% xe hơi vào 2012. Hãng General Motor đang thực hiện dự án sản xuất E85 từ cellulose (thân ngô), và hiện có khoảng hơn 4 triệu xe hơi chạy bằng E85. Hãng Coskata; đang có 2 nhà máy lớn sản xuất xăng-ethanol. Hiện tại nông dân Hoa Kỳ chuyển hướng sản xuất lúa mì và ngô cho xăng-sinh-học, vì vậy số lượng xuất cảng hạt ngũ cốc giảm từ nhiều năm nay, làm giá nông phẩm thế giới gia tăng. Vì giá cả xăng-sinh-học còn cao hơn xăng thường, chính phủ Mỹ phải trợ cấp, khoảng 1,9 USD cho mỗi gallon (=3,78 lít) xăng-sinh-học, trợ cấp tổng cộng khoảng 7 tỷ USD/năm. Chỉ tiêu cho năm 2010 ở Canada là 45% toàn quốc tiêu thụ xăng E 10. Cộng đồng Âu châu (EU) ra biểu quyết là mỗi quốc gia phải sản xuất cung cấp 5,75% xăng-sinh-học vào năm 2010, và 10% năm 2020 cho nước mình. Năm 2005, Trung quốc sản xuất 920.000tấn ethanol và khoảng 200.000 tấn diesel-sinh-học. Chỉ tiêu sản xuất 4 triệu tấn ethanol và 2 triệu tấn diesel-sinh học vào năm 2010, và 300 triệu tấn ethanol vào 2020. Hiện nay do khủng hoảng lương thực khiến trên 100 triệu người trên thế giới đang thiếu lương thực để sinh tồn, vì vậy Liên Hiệp Quốc kiến nghị các nước dừng sản xuất sinh học trong 5 năm để khắc phục đợt khủng hoảng lương thực hiện nay. Chưa bao giờ giá gạo trên thế giới đã vượt mức 1200 USD/tấn như hiện nay. Chúng ta cũng phải tạm điều chỉnh kế hoạch xuất khẩu gạo để ưu tiên thực hiện chính sách an toàn lương thực trong nước. Việc nghiên cứu xăng sinh học từ cellulose (chất xơ) hoặc từ tảo biển tuy khó khăn nhưng lại là hướng nghiên cứu đáng cổ vũ nhất và hứa hẹn nhiều triển vọng nhất.