Công nghệ sản xuất butanol sinh học

Sản xuất butanol có thể tận dụng cơ sở hạ tầng hiện hành của sản xuất ethanol. Quy trình hóa dầu oxo mang tính khả thi cao nhất để sản xuất butanol rẻ tiền hơn từ các nguồn sinh khối khác nhau.

Lên men tạo butanol khác với lên men tạo ethanol chủ yếu là tác nhân. Quá trình lên men tạo butanol dùng vi khuẩn, còn quá trình lên men tạo ethanol chủ yếu là nấm men. Lên men butanol tốn ít năng lượnghơn nhưng sơ đồ phân tách sản phẩm phức tạp hơn. Hiện trên thế giới có rất nhiều cơ sở hạ tầng và nhiều nhà máy sản xuất ethanol đi từ đường mía và cỏ. Sẽ là vấn đề chính trị và kinh tế khi phải bỏ tất cả các đầu tư cơ bản trước đây để tái tạo một hệ thống mới cho sản xuất nhiên liệu mới.

Tuy nhiên, may mắn thay, sản xuất butanol sinh học không gặp phải vấn đề này. Chỉ một số ít tiền dùng để cải tiến khu vực chưng cất của nhà máy (chủ yếu liên quan đến cụm nạp liệu, lên men, phân tách ban đầu, xử lý sản phẩm phụ, và ngoài nhà máy). Do vậy, các nhà máy sản xuất ethanol có thể nhanh chóng chuyển đổi và đáp ứng yêu cầu sản xuất butanol trước khi gặp phải nguy cơ khủng hoảng tăng vọt về nhu cầu nhiên liệu ethanol.

Ethanol tự nó có thể được khử nước (dehydrate hóa) và chuyển thành butanol hoặc phân đoạn xăng nhẹ nhờ xúc tác để thuận tiện hơn cho ứng dụng nhiên liệu. Công nghệ tương tự để chuyển ethanol thành ethylene cũng đã được thương mại hóa cách đây khá lâu và nay đang được dùng ở mức quy mô công nghiệp tại Brazil.

Vào nửa đầu thế kỷ 20, sản xuất butanol để làm dung môi, và các ứng dụng hóa học khác chủ yếu sử dụng quá trình lên men vi khuẩn tạo acetone- butanol-ethanol (ABE baterial fermentation process). Trải qua nhiều năm quá trình này được cải tiến nâng cao hiệu suất và để có thể tạo ra nhiều tỷ lệ khác nhau của ba sản phẩm dung môi. Người ta sử dụng nhiều dòng khuẩn Clostridium acetobutylicum, các nền chất như lõi bắp, cỏ và kể cả các hệ dinh dưỡng để cải thiện sự lên men.

Suốt thập niên 1950, quá trình ABE bị lu mờ bởi xuất hiện một quy trình hóa dầu sản xuất butanol có chi phí thấp hơn. Quy trình sản xuất đi từ quá trình tổng hợp oxo gốc propylen. Sử dụng xúc tác Davy Dow rhodium phosphite hữu cơ, quá trình tổng hợp tạo aldehyde từ proylene. Các aldehyde cộng hợp với nước tạo thành n-butanol cùng với sản phẩm phụ isobutaldehyde. Điều này đã làm cho sản phẩm butanol chỉ bị ảnh hưởng bởi giá thị trường của propylene theo nguồn cung từ hóa dầu và tinh luyện dầu mỏ vào thời điểm đó.

Cách đây vài năm, các nhà sản xuất, liên doanh đã tuyên bố về những khởi sự của họ trong phát triển thêm cơ sở hạ tầng cho ngành vi sinh để sản xuất trong quy mô phòng thí nghiệm rồi sản xuất thử cũng như thương mại hóa sản xuất và rao bán các nhà máy sản xuất butanol sinh học ở Trung quốc. Một dự án liên doanh giữa BP và Dupont về sản xuất butanol sinh học theo quy trình ABE tại Trung Quốc đã được thực hiện trong năm qua đang mang nhiều triển vọng thúc đẩy thị trường tiêu thụ nguồn nhiên liệu mới này.

Hơn nữa, nhiều nhà máy, bên cạnh quy trình đang dùng như ABE hay oxo cho vài chủng loại sinh khối, họ đều tuyên bố theo đuổi cải tiến đa dạng hóa nguồn sinh khối cho các quy trình trên.

Bảng sơ đồ các công nghệ sản xuất butanol sinh học

So với các dự án tiền khả thi khác như sản xuất ethanol từ cellulose, hydrocabon từ sinh khối, diesel từ tảo, thì sản xuất butalnol sinh học từ các nguồn sinh khối khác nhau đang có tính khả thi cao nhất. Với lợi thế từ quy trình oxo vốn đã có chi phí thấp, khi thành công trong thương mại hóa quy trình sản xuất butanol từ nguồn sinh khối đa dạng, chi phí giá thành sẽ còn thấp hơn và sẽ giúp cho thị trường có thêm nguồn cung ứng nhiên liệu dồi dào hơn trong tương lai.

Nguồn: Gmlab.vn/Chemical Engineering