thnlscantho-3
  Vi khuẩn sản xuất xăng sinh học
 
04/5/2012

 

VI KHUẨN DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT XĂNG SINH  HỌC TỪ

LIGNOCELLULOSIC BIOMASS

 

Nguyễn Văn Khuy





 

 

 

    Việc sản xuất nhiên liệu sinh học đã tiến một bước khá dài. Phương pháp biếnchế ethanol  từ bắp , mía,  v.v,  đã được tối hảo hoá (optimization) để sản xuất qui mô  không còn gặp những trở ngại kỹ thuật.  Hiện nay số lượng sản xuất ethanol từ  hạt bắp đã gần đủ nhu cầu  cung cấp  cho các công ty dầu hỏa  để  trộn 10%  vào các loại xăng  chế ra từ dầu thô đang  bán trên thị trường được gọi là E10.Hoa Kỳ  dự trù năm 2010  sẽ sản xuất  được  12 bilion gal  ethanol từ hạt bắp dùng chạy  động cơ xe hơi.  Số lượng này đã tăng gấp đôi  so với năm 2006 là năm tổng thống Bush khai mạc  cuộc hội thảo về phát triển nguồn năng lượng tái tạo tại Saint Louis.

 

      Hoa Kỳ dùng một nửa  tổng sản lượng bắp    cho việc chăn nuôi gia súc, một phần  ba  cho việc biến chế ethanol  chạy động cơ  xe hơi và số còn lại để xuất cảng và biến  chế thực phẩm dùng cho người như dầu bắp, bột bắp , vv. Tuy nhiên  tại rất nhiều  quốc gia trên thế giới bắp vẫn được dùng   với số lượng lớn làm thực phẩm cho con  người.  Hơn nữa  các công ty dầu hỏa cho biết tương lai xăng sẽ được trộn với 25 %  ethanol  (E25) hoặc  85% ethanol ( E85 )   thì  ethanol chế ra từ bắp và mía chắc chắn không thể nào đủ cung cấp cho thị trường nhiên liệu dùng xăng sinh học.

      Vì thế  việc biến chế  nhiên liệu từ  lignocellulosic biomass như các thải bã thực vật, thân và lá bắp,  gỗ vụn,   các loại cỏ , vv, vẫn  là ưu tiên hàng đầu trong việc sản  xuất các nguồn nhiên liệu tái  tạo .  Các công ty sản xuất năng lượng sinh học được sự trợ giúp và khuyến khích của chính phủ   đang  tiến hành  những  nỗ lực khảo cứu và phát triển  tối đa  để đem nhiên liệu loại này bán trên thị trường trong một tương lai gần đây .

     Kế hoạch sản xuất  nguồn  năng lượng  tái tạo đã được tổng thống George Bush  phát động  năm 2006vàđược tổng thống  Barack Obama tiếp tục theo đuổi, thúc đẩy mạnh mẽ hơn.  Bộ năng lượng và canh nông đã yểm trợ nhiều tỉ dollars cho các dự án khảo cứu và phát triển nhưng cho đến nay vẫn  chưa có một nhà  máy sản xuất qui mô nào ( production plant ) hoạt động  để chế tạo nhiên liệu  từ biomass bán trên thị trường.   Tuy nhiên  đã có  nhiều nhà máy được thiết lập  với mục đích  dủng để huấn luyện , hướng dẫn ( pilot plant ) và sản xuất ra  một số lượng  nhỏ làm mẫu cho việc thử nghiệm hầu học hỏi thêm.

     Theo đúng  qui luật  sản xuất để có một món hàng   mới  thì cần phải được chế tạo thành công  qua ba giai đoạn là  thí nghiệm ( lab scale ),  hướng dẫn ( pilot scale ) và  sản xuất qui mô ( production scale ). Nhiều sản phẩm mới chỉ có thể  chế tạo thành công ở pilot plant nhưng không thể chế tạo được tại production plant nên không thể đem bán ra thị trường.


 

 

     Các công ty dầu hỏa  hiện nay  với sự cộng tác  của nhiều khoa học gia  đang  cố gắng  xây dựng một nhà máy sản xuất qui mô đầu tiên tại Hoa Kỳ và theo vết dầu loang  nhiều nhà máy khác  sẽ  tiếp tục được thiết lập.  Phí tổn xây cất một nhà máy biến chế nhiên liệu sinh học từ biomass gấp ba lần so với nhà máy chế ethanol từ bắp.

   Tiến trình sản xuất nhiên liệu từ lignocellulosic biomass phức tạp hơn là tử hạt bắp hay mía   phải trải qua nhiều giai đoạn để có  những sản phẩm cuối cùng ( final products) .  Lignin là một polymer của phenyl propane  có tác dụng như một  chất keo gắn liền  cellulose với nhau nên  cần phải tách rời để các enzymes  dễ xâm nhập hầu biến đổi cellulose thảnh glucose trong phản ứng thủy phân. Lignin  có thể giữ lại để chế ra methane làm   khí đốt cho nhà máy sản xuất.  Ngoài ra biến đổi biomass  thành dầu hỏa  là biến đổi carbohydrates thành hydrocarbons nên phải khử nước (  dehydration) , oxygen (deoxygeneration)  gắn liền trong carbohydrates . Giá thành của xăng sinh học cũng phải cạnh tranh hợp lý tương đương  với một barrel dầu thô,  $US60.

     Công ty Vincent và Royal Dutch Shell cho biết họ đang nghiên cứu một phương thức để chuyển việc chế tạo xăng sinh học từ pilot scale lên production scale với giá bán  $US 1.80cho mỗi gallon so sánh $US 2.12  với xăng  chế ra từ dầu thô,  20 cents rẻ hơn so với  giá ethanol sinh học được chế ra từ bắp.

    Trong giai doạn biến chế , các  enzymes cần thiết cho sự lên men để biến đổi  glucose thành  các loại rượu. Bắt đầu từ rượu các giai đoạn biến chế khác như khử nước,  oxygen  để cho ra  các  loại hydrocarbons như đã thấy trong  công thức  của các loại xăng được  tinh lọc ra từ dầu thô. Tùy theo phương pháp biến chế các công ty sản xuất dùng  nhiều loại vi khuẩn khác nhau để  sản xuất ra  các enzymes cần thiết.



     Với sự phát triển nhanh chóng của ngành sinh học nhân tạo ( synthetic biology ) các vi sinh vật như  các siêu vi khuẩn,   vi khuẩn ,  vi trùng nguyên thủy hay đã được   cải biến ( modified organisms ) được xử dụng để chế ra   các sản phẩm mới hữu dụng như  dược phẩm,  nhiêu liệu sinh học, các loại enzymes , vv.

     Các khoa học gia của công ty  DuPont đã dùng phương pháp cải biến di truyền (genetical modification )  để cải biến giống  vi khuẩn Escherichia coli dùng  vào việc   sản xuất   1-butanols.   E. coli là loại vi khuẩn phát triển rất nhanh và có thể cải biến rất dễ dàng.   E. coli nguyên thủy không thể sản xuất đưọc 1-butanol.DuPont còn sử dụng  nhiều  loại vi khuẩn khác  để chế ra 2-butanol và 2-methylpropanol. 

 

     Năm  2006 DuPont và công ty dầu  BP đã  hợp tác để cùng  phát triển kỹ thuật này. Hai công ty thiết lập một phòng thí nghiệm khảo cứu  ( research lab ), một nhà máy hướng dẫn và huấn luyện ( pilotscale plant ) có thể sản xuất 5,000 gal alcohols  mỗi năm tại Anh Quốc. Cũng tại đây một nhà máy được  xây cất  để  sản xuất 110 million gal ethanol mỗi năm , dự trù sẽ hoạt động vào năm 2010.

     Coskata, một công ty  Biofuels mới thành lập bốn năm tại thành phố Arrenville, tiểu bang Illinoisdùng kỹ thuật lai ( hybrid technology ) gọi làGasification and Microbial Fermentation đề chế ethanol từ những phế thải  thực vật, lá cây và rác rưởi .  Coskata  được đầu tư bởi General Motors ,  công ty dầu hỏa Pháp Total và Khosla  Venture. Coskata hiện đã có một pilot plant ở Madison, Pa. Wesley J. Bolse, giám đốc thương mại công ty   cho biết năm 2011   sẽ cho  xây cất một nhà máy tại miền  Đông Nam Hoa Kỳ để sản xuất  50 -100 million gal mỗi năm.  Theo dự tính vào năm 2022  Coskata  có khả năng sản xuất  21 billion gal  biomass ethanol dùng cho nhu cầu trong nước.

      Coskata cũng cho biết theo phương pháp biến chế của họ thì các khí đốt sinh ra trong  tiến trình sản xuất sẽ dùng  chạy turbines cung cấp điện cho nhà máy biến chế. Carbon monoxide và hydrogen được dẫn vào một hầm chứa các  loại vi sinh vật ( microorganisms ) để hấp thụ hai chất khí này không cho thoát ra ngoài  vùng khí quyển.

      Các khoa  học gia của Gevo, một công ty Biofuels tại Englewood, Colo.được sáng lập bởỉ hai nhà hoá học, Frances H. Arnold và  Matthew W. Peters,  năm 2005   cũng dùng phương pháp genetically engineered microbe để sản xuất 2- methylpropanol hay iso- butanol.  Công ty cũng  áp dụng  kỹ thuật gọi là protein engineering technique  để biến cải các loại vi trùng sản xuất  ra  chất  xúc tác sinh học cần thiết cho sự lên men trong tiến trình biến chếbutanols và các loại short- chain alcohols .  Hiện nay Gevo đang dùng  các vi khuẩn cải biến đề sản xuất 10,000 gal 2- methylpropanol mỗi năm tại  một pilot plant của công ty. Gevo  đã phát triển một phương pháp  biến chế riêng  gọi là Integrated Fermentation Technology ( GIFT ) để vượt qua những trở ngại trong tiến trình sản xuất.  Vi khuẩn  được dùng chỉ sản xuất ra 2-methylpropanol mà không cho ra nhiều sản phẩm không muốn ( unwanted products ) như các vi khuẩn khác.

    Vi khuẩn Clostridium acetobutylicum   cũng được dùng cho giai đoạn lên men  biến đổi đường thành  ethanol và butanol vào đầu thập niên thế kỷ 20.  Tuy nhiên loại vi khuẩn này không dễgây giống và cải biến  mà còn cho ra một hỗn hợp với nhiều sản phẩm không chỉ riêng butanol. 

     Poet, một Biofuels company lớn nhất tại Hoa Kỳ  với 26 nhà máy sản xuất 1.6 billion gal ethanol hàng năm cho biết một nhà máy mới đang xây cất để sản xuất cellolusic ethanol từ  biomass khởi sự hoạt động vào năm 2012.  Công ty cho biết với  khoảng 700 nông trại trồng bắp  trong khoảng  35 miles đường   bán kính chung quanh nhà máy biến chế sẽ cung cấp 250,000 tons  lõi bắp , thân và lá bắp cho việc sản xuất.   Với số lượng  bắp phế thải này Poet có thể sản xuất được  25 million gal cellulosic ethanol mỗi năm.

     Sự tiến bộ của ngành kỹ thuật biến cải di truyền vi sinh vật đã gíúp nhiều cho  việc phát triển  và sản xuất xăng sinh học.  Dầu thô đã được dùng hơn một trăm năm nay và các công ty dầu đã tối hảo hóa phương pháp biến chế dầu thô ra các nhiên liệu  dùng chạy các loại động cơ.     Việc tối hảo  hoá phương pháp biến chế các loại nhiên liệu sinh học từ biomass cũng phải cần  thực hiện như lời phát biểu của George W. Hubert , chemical engineering professor của University of Massachusetts.  Chắc hẳn  những  vi sinh vật nhưsiêu vi khuẩn,  vi khuẩn hoặc vi trùng  cũngnhư những enzymes mới đãvà đang đang  góp phần không nhỏ trong  việc  phát triển và  sản xuất nguồn nhiên liệu tái tạo để thay thế dầu hoả.

 
  Số lượt người đọc từ ngày đầu tháng: 235007 visitors (876722 hits)  
 
=> Do you also want a homepage for free? Then click here! <=