Tận dụng vật liệu cellulose rẻ tiền sản xuất nhiên liệu ethanol - Hướng đi mới nhiều tiềm năng

Ethanol (cồn sinh học) và Biodiesel (dầu sinh học) là hai loại nhiên liệu đang được sử dụng phổ biến hiện nay. Nhiên liệu sinh học được xem là bước chuyển tiếp trung gian từ nền nhiên liệu hóa thạch hiện nay sang nền nhiên liệu hydro trong tương lai. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy cả Ethanol và Biodiesel đều giúp giảm đáng kế phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, nhưng Ethanol sản xuất từ ngũ cốc giảm được 40% phát thải khí nhà kính so với xăng, giảm tới 100% đối với Ethanol sản xuất từ nguyên liệu cellulose và từ mía; Biodiesel giảm tới 70% so với dầu Diesel… Hàm lượng các khí thải độc hại khác như Cox, Sox, hydrocarbon đều giảm đi đáng kể khi sử dụng nhiên liệu sinh học. Ngoài ra, nhiên liệu còn có khả năng phân hủy sinh học nhanh, ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất.

Nguyên liệu dùng để sản xuất Ethanol có thể dùng các nguồn vật liệu cellulose như rơm rạ, bã mía, vỏ trấu…Do đó các giải pháp về công nghệ xử lý và chế biến các phụ phế phẩm làm Ethanol được nghiên cứu và áp dụng tại các nước công nghiệp tiên tiến để khép kín chu trình sản xuất tạo nên các sản phẩm hữu ích có chất lượng cao.

Bã mía

Bã mía là phế liệu chiếm nhiều nhất trong quá trình sản xuất đường mía, là sản phẩm phụ có lượng cellulose, hemicellulose và lignin cao. Bã mía có thể dùng làm nguyên liệu đốt lò, bột giấy, ép thành ván, nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp hoặc có thể dùng để sản xuất Ethanol.

Bã mía chứa nguồn năng lượng dự trữ lớn, thành phần dinh dưỡng trong bã mía gồm 50% cellulose, 25% hemicellulose và 25% lignin. Thành phần lignocellulose có thể kể là: 40,2% glucan; 0,5% Mannan; 1,4% Galactan; 22,5% Xylan; 2,0% Arabinan; 22,5% Lignin. Là loại phế phẩm rất thích hợp cho nấm và vi khuẩn trong tự nhiên phát triển.

Bã sorghum

Sorghum có rất nhiều tên gọi như cao lương, lúa miến, là cây lương thực có sản lượng lớn thứ 5 trên thế giới sau gạo, lúa mì, ngô và lúa mạch. Sorghum có nguồn gốc từ vùng bán khô hạn Châu Phi, nhưng tới nay đã được trồng phổ biến trên khắp thế giới, đặc biệt là trồng nhiều ở các nước Châu Á ( nhất là Trung Quốc). Người ta đã phân ra 4 dòng Sorghum tùy mục đích sử dụng như: Dòng cho hạt (chủ yếu cho hạt làm lương thực , làm thức ăn gia súc); Dòng cho chất xanh (dùng chăn nuôi đại gia súc); Dòng cho đường sorghum ngọt (sản xuất dịch mật hoặc cung cấp thức ăn gia súc); Dòng làm giấy (thân chứa nhiều cellulose làm bột giấy).

Cây sorghum ngọt chứa 15 đến 23% đường thường được dùng để sản xuất đường, kẹo. Bã đường (từ cây sorghum ngọt). Bã này là vật liệu lignocellulose tự nhiên có chứa lượng xơ cao, nhiều nước…

Bắp là cây lương thực quan trọng đứng hàng thứ hai sau cây lúa. Như vậy sản lượng bắp rất lớn, sau khi thu hoạch thì người nông dân đã bỏ đi một lượng lớn cùi bắp và thân cây bắp vừa lãng phí nguồn nguyên liệu cellulose vừa gây ô nhiễm môi trường.

Thành phần thực vật chủ yếu của cải bắp là cellulose, ngoài ra còn có một số chất hữu cơ như hemicellulose, đường, tinh bột, tannin. Hemicellulose có thành phần hóa học tương tự cellulose nhưng tính bền vững trong môi trường kiềm kém hơn cellulose. Hemicellulose rất dễ bị phân hủy trong môi trường kiềm có pH>11,5 tạo ra các hợp chất pentose, hexose, đường.