Sản xuất nhiên liệu sinh học: Điều kỳ diệu từ tảo

Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng đang được coi là vấn đề toàn cầu, việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ nguyên liệu dễ kiếm, thân thiện với môi trường là đóng góp rất quan trọng.

Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ sinh học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã làm được điều này khi tạo ra dầu diesel sinh học từ tảo thông qua đề tài cấp Nhà nước "Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất vi tảo biển làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học" thuộc Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 với mã số ĐT.03.09 do Bộ Công thương quản lý.

Một mũi tên trúng 2 đích

Việc dùng tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học giống như một mũi tên bắn trúng 2 đích: vừa tạo ra năng lượng vừa làm sạch môi trường. Điều này có ý nghĩa vô cùng lớn khi thế giới vẫn đang tìm kiếm những nguyên liệu thay thế cho các nguồn nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất như ngô, sắn, mía, đậu nành, cọ, hạt cải… Sử dụng loại nhiên liệu trên giúp làm giảm khí CO2 phát thải so với nhiên liệu hóa thạch, nhưng nếu lạm dụng sẽ làm gia tăng nguy cơ bất ổn về an ninh lương thực. Thế hệ nhiên liệu sinh học thứ hai sử dụng nguyên liệu là phế thải nông nghiệp hay các cây nhiên liệu trồng trên đất bạc màu, bỏ hoang, vì thế đã được tập trung nghiên cứu. Mặc dù phong phú, sẵn có, song việc sản xuất nhiên liệu từ nguồn này vẫn chưa thực sự có hiệu quả kinh tế do các rào cản về mặt kỹ thuật cũng như gây thế độc canh, mất cân bằng sinh thái.

Được coi là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba và giải quyết được hầu hết các tồn tại nói trên, vi tảo nói chung và vi tảo biển nói riêng đã được các nhà khoa học Việt Nam lựa chọn. Đây là hướng đi có tính khả thi cao. Đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất vi tảo biển làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học” đã được thực hiện trong 3 năm (2009-2011), do PGS.TS Đặng Diễm Hồng và TS Đinh Thị Hằng đồng chủ nhiệm. Mục tiêu chính là lựa chọn và nuôi trồng trên quy mô lớn một số loài vi tảo biển Việt Nam có hàm lượng lipít cao làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học.

PGS.TS Đặng Diễm Hồng cho biết: Mỗi loài tảo chứa hàm lượng dầu khác nhau, có thể biến đổi thành diesel sinh học bằng công nghệ phù hợp hiện có. Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh vi tảo có khả năng tạo ra được dầu cho sản xuất diesel sinh học cao gấp 15-300 lần so với các cây có dầu truyền thống khác trên cùng một diện tích sử dụng. Cây cọc rào (Jatropha curcas) cho 1.892 lít dầu/ha trong khi vi tảo là 58.700 lít/ha. Không giống như thực vật bậc cao, vi tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, có thể nhân đôi sinh khối trong vòng 24 giờ.

Thành phần dầu của tảo có thể lên tới 80% khối lượng khô. Tỷ lệ dầu chiếm đến 20-50% khối lượng khô là phổ biến ở tảo. Ngoài ra, trong quá trình quang hợp, tảo còn sản xuất ra dầu ngay trong tế bào của chúng. Tảo cũng có thể tăng khả năng sản xuất dầu bằng cách bổ sung khí CO2 trong quá trình nuôi trồng hoặc sử dụng các môi trường giàu chất hữu cơ (như nước thải chăn nuôi gia súc, gia cầm…) để nuôi trồng. Điều này vừa tạo ra nhiên liệu sinh học, vừa làm giảm lượng CO2, làm sạch môi trường, đóng góp tích cực cho việc chống biến đổi khí hậu.

Nhiên liệu từ tảo còn có ưu điểm như ít tính độc, khả năng đốt cháy tốt hơn dầu thô, không gây hiệu ứng nhà kính, có thể sử dụng trực tiếp cho động cơ diesel hoặc pha trộn diesel từ vi tảo với diesel có nguồn gốc dầu mỏ theo các tỷ lệ khác nhau.

Đã có sản phẩm

Đề tài của các nhà khoa học Viện Công nghệ sinh học là công trình nghiên cứu cơ bản đầu tiên ở Việt Nam trong lĩnh vực sản xuất biodiesel từ sinh khối vi tảo biển của Việt Nam . Sau 3 năm nghiên cứu, các nhà khoa học đã có được quy trình công nghệ nuôi trồng 4 loài vi tảo biển tiềm năng (Schizochytrium mangrovei; Nannochloropsis oculata; Chlorella vulgaris; Tetraselmis convolutae) trên quy mô lớn, tạo ra được 7,8 lít diesel đạt 11/15 tiêu chuẩn theo TCVN 7717:2007 về diesel B100 cùng với các sản phẩm phụ như axít béo không bão hòa đa nối đôi (polyunsaturated fatty acids - PUFAs) DHA, DPA, glycerol, phân vi sinh từ sinh khối vi tảo biển nuôi trồng được.

Một kết quả nổi bật khác là thiết kế và sử dụng thành công hệ thống photobioreactor kín (bể phản ứng quang sinh kín) cho việc nhân giống ban đầu có chất lượng và mật độ tế bào cao hơn hẳn so với hệ thống bể hở, bảo đảm chủ động nguồn giống cho nuôi trồng trên quy mô lớn. Điều này cho phép rút ngắn thời gian chuẩn bị giống sơ cấp, giảm tạp nhiễm ban đầu, góp phần giảm đáng kể giá thành sản xuất sinh khối tảo quang tự dưỡng ở Việt Nam . Hiện nay, một số nước bắt đầu ứng dụng công nghệ này và đã chứng minh được tính hiệu quả.

Theo các tác giả đề tài, giá thành diesel sinh học sản xuất được hiện còn khá cao. Tuy nhiên, giá thành sẽ giảm đáng kể nếu gia hóa sản phẩm khác của quá trình sản xuất diesel sinh học như các axít béo không bão hòa đa nối đôi PUFAs (với tỷ lệ bằng 50% lượng biodiesel sản xuất ra), có thể sử dụng làm thực phẩm chức năng cho người và động vật nuôi, làm thuốc chữa bệnh. Ngoài ra, nếu thu nhận và làm tinh sạch được glycerol thải thành sản phẩm thương mại hóa, sử dụng nguồn này để nuôi trồng những loài vi tảo giàu dinh dưỡng khác, đó cũng là giải pháp hạ giá thành…

Tảo biển Việt Nam rất đa dạng, nhiều loài đặc hữu, hứa hẹn là nguồn tiềm năng sản xuất diesel sinh học trong thời gian tới. Hướng nghiên cứu mới giúp rút ngắn khoảng cách về khoa học và công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học so với thế giới.