Tiến bộ mới trong quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học

18/05/2013

Các nhiên liệu sinh học tiên tiến – đây là những nhiên liệu lỏng được tổng hợp từ các loại đường trong sinh khối xenluloza– đem lại 1 sự thay thế xanh, sạch và có thể tái tạo cho xăng, dầu diezen và các loại nhiên liệu phản lực. Tuy nhiên, việc đưa chi phí của việc sản xuất các nhiên liệu sinh học tiên tiến này xuống mức cạnh tranh với các nhiên liệu xăng dầu là 1 thách thức lớn. Các nghiên cứu gia đến từ Viện Năng lượng Sinh học thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã tiến thêm bước nữa cho việc đáp ứng thách thức này bằng cách phát triển 1 kỹ thuật mới để xử lý trước sinh khối xenluloza với các chất lỏng ion – muối là chất lỏng chứ không phải là tinh thể ở nhiệt độ phòng. Kỹ thuật mới này không đòi hỏi sử dụng những enzim đắt tiền như trong các phương pháp xử lý trước chất lỏng ion trước đây, và làm cho việc khôi phục các loại đường nhiên liệu và tái chế chất lỏng ion này trở nên dễ dàng hơn.

“Hầu hết các nỗ lực về những chất lỏng ion của chúng tôi đều tập trung vào việc sử dụng enzim để giải phóng các loại đường lên men từ sinh khối lignoxenluloza sau quá trình xử lý trước, nhưng với phương pháp mới thì không cần những enzim này nữa, chúng tôi sử dụng 1 loại axit làm chất xúc tác cho quá trình thủy phân các polisacarit sinh khối thành 1 dung dịch có chứa những loại đường lên men. Sau đó chúng tôi có thể tách dung dịch xử lý trước này thành 2 phân đoạn, một phân đoạn nước giàu đường để phục hồi và 1 phân đoạn chất lỏng ion giàu lignin để tái chế. Ngoài ra, kỹ thuật xử lý trước mới của chúng tôi sử dụng ít nước hơn các phương pháp xử lý trước”, Blake Simmons cho biết.

Với việc đốt nhiên liệu hóa thạch tiếp tục tăng thêm 9 tỷ tấn mét CO2 vào khí quyển mỗi năm thì nhu cầu về các nhiên liệu thay thế có thể tái tạo, có sức cạnh tranh về chi phí và trung tính cacbon lại càng lớn hơn. Các nhiên liệu sinh học tiên tiến được sản xuất từ việc lên men các loại đường bằng vi khuẩn trong sinh khối lignoxenluloza có thể thay thế xăng, dầu diezen và nhiên liệu phản lực và được đổ trực tiếp vào các động cơ và cơ sở hạ tầng ngày nay mà không ảnh hưởng gì đến hiệu suất. Nếu được tiến hành đúng thì việc sử dụng các nhiên liệu sinh học tiên tiến sẽ không làm tăng lượng cacbon vượt mức cho khí quyển.

Các chất lỏng ion tốt cho môi trường được sử dụng làm chất thay thế hóa học xanh cho các dung môi hữu cơ dễ bay hơi. Nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng các chất xúc tác axit như clohydrit chẳng hạn, có thể thay thế hiệu quả sự thủy phân bằng enzim, nhưng việc tách đường và các chất lỏng ion sau đó lại là 1 vấn đề khó khăn và tốn kém, có thể đòi hỏi sử dụng những lượng nước đáng kể.

Simmons cùng các đồng sự đã giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng chất lỏng ion imidazolium clorua cùng với 1 chất xúc tác axit.

“Imidazolium là chất lỏng ion hiệu quả nhất cho việc phá vỡ lignoxenluloza và anion clorua này chấp nhận chất xúc tác axit đó”, Simmons cho biết. “Sự kết hợp này làm cho việc chiết xuất đường lên men đã được giải phóng từ sinh khối trở nên dễ dàng và còn dễ khôi phục chất lỏng ion này để tái chế. Bằng cách loại bỏ nhu cầu về các enzim và giảm nhu cầu tiêu thụ nước của các phương pháp xử lý trước chất lỏng ion truyền thống, chúng tôi sẽ có thể giảm chi phí của việc sản xuất đường từ lignoxenluloza”.

Việc tách biệt hoàn toàn dung dịch xử lý trước này thành các phân đoạn nước giàu đường và chất lỏng ion giàu lignin đạt được bằng cách thêm dụng dịch natri hydroxit. Nồng độ natri hydroxit tối ưu cho cả quá trình phân đoạn và chiết xuất đường là 15%, đem lại khả năng phục hồi sản lượng đường glucoza tối đa là 54% và đường xiloza là 88%. Các nghiên cứu gia tin rằng những sản lượng đường này có thể tăng bằng cách tối ưu hóa các điều kiện của quá trình này và bằng cách sử dụng các phương pháp phân đoạn và khôi phục đường tiên tiến hơn.

Lê My Theo Science Daily

Tiến bộ mới trong quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học

Thông báo nhận hồ sơ các Giải thưởng hiệu quả năng lượng năm 2024

Tiêu chuẩn ISO 50001 cải tiến hiệu suất và tiêu thụ năng lượng cho doanh nghiệp

Bản quyền thuộc Vụ Tiết kiệm năng lượng và Phát triển bền vững, Bộ Công Thương