Vi Khuẩn Dùng Để Sản Xuất Xăng Sinh Học Từ Lignocellulosic BIOMASS

Việc sản xuất nhiên liệu sinh học đã tiến một bước khá dài. Phương pháp biến chế 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.

 
Saab 9-3 SportCombi BioPower.
The second E85 flexifuel model introduced by Saab in the Swedish market

Hoa Kỳ dùng một nửa tổng sản lượng bắp cho việc chăn nuôi gia súc, một phần ba cho việc biến chế ethanol chạy dộng 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 2006 và được 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 dùng 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.

Giá thành của xăng sinh học cũng phải cạnh tranh hợp lý tương đương với một barrel dầu thô, $US 60. 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 1.80 cho 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.

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 nhiẽn loại vi khuẩn này không dễ gây 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 như siêu vi khuẩn, vi khuẩn hoặc vi trùng cũng như những enzymes mới đã và đang đang góp phần không nhỏ trong việc phát triển và sản xuất nguồn nhiên liệu tái tạo để thay thế dầu hoả.

Nguyễn Văn Khuy