Kỹ thuật mới trong việc phân giải cellulose làm nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học

Nó phân biệt với các loại xăng dầu truyền thống là những nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch. Ethanol sinh học và diesel sinh học cũng có thể được pha trộn trực tiếp vào xăng dầu để chạy cho động cơ xe cộ. Mỹ và Brazil là những quốc gia đi đầu trong việc sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học. Theo Hiệp hội các nguồn nhiên liệu tái tạo (Renewable Fuels Association – RFA), năm 2011, Mỹ và Brazil lần lượt sản xuất được 52,6 và 21,1 tỷ lít ethanol sinh học, chiếm tổng cộng trên 87% sản lượng ethanol sinh học trên toàn thế giới.

Nhiên liệu sinh học ban đầu được sản xuất từ ngũ cốc hay mía đường – các sản phẩm giàu tinh bột và các loại đường đơn giản và dễ được lên men thành ethanol. Nhiên liệu sinh học được sản xuất nhờ những nguồn nguyên liệu như trên được gọi là nhiên liệu sinh học thế hệ một (first-generation biofuels). Việc sản xuất từ những nguồn nguyên liệu này dễ thực hiện do các phân tử tinh bột dễ được phân cắt và lên men. Tuy nhiên, những nguồn nguyên liệu kể trên cũng đồng thời là thức ăn cho người và vật nuôi. Do những những lo ngại xung quanh vấn đề về an ninh lương thực, đặc biết là sự thiếu hụt lương thực còn dai dẳng ở nhiều nước trên thế giới, nhất là các quốc gia châu Phi, việc sản xuất ethanol từ các loại nguyên liệu này vấp phải sự phản đối gay gắt của dư luận ở nhiều nơi.

Gần đây, nhiên liệu sinh học bắt đầu được nghiên cứu và sản xuất dựa trên những nguồn nguyên liệu phi lương thực khác, điển hình là cellulose. Cellulose là thành phần phổ biến trong thân cây, rơm rạ… và không được sử dụng làm lương thực nên việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ cellulose tránh khỏi những phản đối của dư luận. Nhiên liệu sinh học từ cellulose được gọi là nhiên liệu sinh học thế hệ hai (second-generation biofuels). Tuy nhiên, cellulose có cấu trúc phức tạp và bền vững. Sự phân cắt cellulose thành những đường đơn để lên men ethanol cần những loại enzyme đắt tiền. Do vậy, quy trình sản xuất thường khó khăn đã đẩy giá thành sản phẩm lên cao.

Vừa qua, sự hợp tác giữa Đan Mạch và I rắc đã cho ra đời một quy trình phân cắt cellulose mới, hoàn toàn không lệ thuộc vào enzyme. Giáo sư Per Morgen thuộc viện Vật lý, Hóa học và Dược khoa, Đại học Nam Đan Mạch nói: “Chúng tôi tự hào giới thiệu một kỹ thuật hoàn toàn không lệ thuộc vào enzyme và không bị bảo hộ bản quyền cũng như không đắt đỏ. Mọi người đều có thể sử dụng kỹ thuật này.” Cùng với những đồng nghiệp từ Đại học Baghdad và Đại học Al-Muthanna ở I rắc, Giáo sư giải thích rằng acid thay vì enzyme đóng vai trò chính trong kỹ thuật mới này. Acid đó được gọi là RHSO3H và được làm chủ yếu từ vỏ trấu của thóc gạo. Tro của vỏ trấu có lượng silicate cao và đây là thành phần quan trọng trong việc sản xuất loại acid mới này. Các nhà khoa học liên kết các phân tử silicate với chlorosulfonic acid và do đó làm các phân tử acid gắn chính nó với silicate và “kết quả là một phân tử hoàn toàn mới được tạo ra - acid RHSO3H - mà có thể thay thế enzyme trong việc phân cắt cellulose thành đường.”

Giáo sư Per Morgen đặc biệt tự hào rằng cách thức sản xuất ethanol mới này có tính thân thiện với môi trường và được chấp thuận bởi mọi người: acid xúc tác được làm từ các phế thải thực vật sẵn có và có thể được tái sử dụng nhiều lần. Cách thức làm này không bị bảo hộ độc quyền và ethanol sinh học có thể được sản xuất từ cellulose - vật liệu không được dùng với mục đích nào khác.

Ở Việt Nam, tháng 11/2012, Thủ tướng Chính phủ đã ra quyết đinh số: 53/2012/QĐ-TTg về việc “ban hành lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống”. Theo đó xăng E5 (là xăng chứa 5% ethonol) sẽ được sản xuất, phối chế, kinh doanh để sử dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ ở 7 tỉnh thành phố gồm Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ, Quảng Ngãi, Bà Rịa - Vũng Tàu từ tháng 12/2014 và trên các địa phương khác của cả nước từ tháng 12/2015. Tiếp đó, xăng E10 (là xăng chứa 10% ethanol) sẽ được đưa vào sử dụng ở 7 tỉnh thành phố kể trên từ tháng 12/2016 và trên toàn quốc từ tháng 12/2017. Bên cạnh đó, các loại diesel B5, B10 (chứa lần lượt 5% và 10% diesel) cũng được khuyến khích sản xuất, phối chế và kinh doanh mặc dù chưa có lộ trình thực hiện. Rõ ràng cũng như các quốc gia khác, nhiên liệu sinh học cũng đang rất được quan tâm và chú trọng phát triển ở Việt Nam. Mặc dù vẫn còn nhiều khó khăn trong việc sản xuất và kinh doanh nhiên liệu sinh học, cũng như những hiểu biết của người tiêu dùng về loại nhiên liệu thân thiện với môi trường này còn chưa cao, nhưng việc áp dụng những kỹ thuật tiên tiến có thể giúp quy trình sản xuất dễ dàng hơn, góp phần hạ giá thành sản phẩm và giúp cho ý thức sử dụng nhiên liệu sinh học trong cộng đồng rộng rãi hơn.

                                                                                                   ThS. Dương Mạnh Cường

                        Theo ScienceDaily (24/2/2014)

                        http://www.sciencedaily.com/releases/2014/02/140224124115.htm