CÂY MÍA & ETHANOL
[justify]Mía là tên gọi chung của một số loài trong chi Mía (Saccharum), bên cạnh các loài lau, lách. Chúng là các loại cỏ sống lâu năm, thuộc tông Andropogoneae của họ Hòa thảo (Poaceae), bản địa khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm của Cựu thế giới. Chúng có thân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường, cao từ 2-6 m. Tất cả các dạng mía đường được trồng ngày nay đều là các dạng lai ghép nội chi phức tạp. Chúng được trồng để thu hoạch nhằm sản xuất đường.
Gần đây Mía được sản xuất với số lượng lớn không chỉ để sản xuất đường mà còn để sản suất rượu cồn Ethanol.
Nhiên liệu ethanol là cồn etylic, cùng loại rượu được tìm thấy trong thức uống có cồn, được sử dụng làm nhiên liệu. Nó thường được sử dụng nhất là cho nhiên liệu động cơ, chủ yếu là chất phụ gia nguyên liệu sinh học cho xăng. Chiếc xe chạy hoàn toàn bằng ethanol được sản xuất đầu tiên là chiếc Fiat 147, được giới thiệu vào năm 1978 tại Brazil bởi hãng Fiat. Ethanol thường được làm từ sinh khối như ngô hoặc mía. Sản xuất ethanol toàn cầu cho nhiên liệu vận tải tăng gấp ba lần trong khoảng năm 2000 và 2007 từ 17e9 lít (4,5×109 gal Mỹ; 3,7×109 gal Anh) tới hơn 52e9 lít (1,4×1010 gal Mỹ; 1,1×1010 gal Anh). Từ năm 2007 tới 2008, phần đóng góp của ethanol trong sử dụng nhiên liệu loại xăng toàn cầu tăng từ 3,7% lên 5,4%. Vào năm 2011 sản xuất nhiên liệu ethanol toàn cầu đạt 8,46e10 lít (2,23×1010 gal Mỹ; 1,86×1010 gal Anh) với Hoa Kỳ và Brazil là nhà sản xuất đứng đầu, đóng góp 62,2% và 25% cho sản xuất toàn cầu theo thứ tự liệt kê.
Niên vụ 2007- 2008 sản lượng đường thế giới đạt khoảng 169 triệu tấn. Theo dự báo từ Tổ chức Đường Thế giới, mức cung sẽ vượt cầu khoảng 10,8 triệu tấn, giá đường thế giới sẽ tiếp tục giảm. Ấn Độ sẽ vượt Brazil (32,85 triệu tấn), trở thành nước có sản lượng đường lớn nhất thế giới với 33 triệu tấn. Trong lúc mía đường Việt Nam còn đang khó khăn trăm bề ... Brazil nhường bước cho Ấn Độ qua mặt trở thành nước sản xuất đường đứng đầu thế giới, và dễ dàng “thoát hiem” nhờ chính sách ưu tiên sản xuất Ethanol hơn so với đường trong năm 2007 và tiếp tục đến niên vụ tới. Nhu cầu ethanol đang tăng mạnh do giá thấp hơn so với giá xăng và sự gia tăng số lượng ô tô sử dụng nhiên liệu tổng hợp ethanol.
[/justify]
Niên vụ 2007/08, sản lượng đường Ấn Độ có thể sẽ đạt khoảng 28 triệu tấn đến 28,5 triệu tấn, thấp hơn chút ít so với 30 triệu tấn dự báo trước đây, do mưa muộn ở tỉnh trồng mía chính, Maharashtra. Lượng đường dư thừa của nước này vào cuối niên vụ dự kiến sẽ lên tới trên 15 triệu tấn, so với 7 triệu tấn niên vụ 2006/07. Tổ chức Đường Quốc tế dự báo Ấn Độ sẽ vượt Braxin trở thành nước sản xuất đường lớn nhất thế giới vào niên vụ 2007/08, bắt đầu từ ngày 1/10.
Theo người đứng đầu Hiệp hội các nhà sản xuất đường và ethanol Brazil (Ba Tây), Alcopar, ông Silva Dias, sản lượng mía niên vụ 2007/08 của Parana, bang sản xuất đường lớn thứ 2 Brazil niên vụ này đạt khoảng 42,8 triệu tấn, tăng 1 triệu tấn so với cùng kỳ năm trước, nhờ điều kiện thời tiết tốt. Các nhà máy sản xuất đường và ethanol ở bang Parana cho biết, khối lượng mía đưa vào sản xuất sẽ giảm xuống còn 2,5 triệu tấn vào năm 2008, so với mức 3 triệu tấn của cùng kỳ năm trước. Brazil đang tăng cường sản xuất ethanol và giảm tỷ lệ mía dùng trong sản xuất đường, do nhu cầu nhiên liệu sinh học nội địa đang tăng cao đã đẩy giá tăng.
Tính đến thời điểm 15/11 các nhà máy ở Parana đã đưa vào ép khoảng 35,8 triệu tấn mía, tăng 17% so với cùng kỳ năm ngoái. Các nhà máy đường ở Parana kỳ vọng sẽ sản xuất khoảng 1,78 tỷ lít ethanol trong niên vụ này, so với mức 1,32 tỷ lít của niên vụ 2006/07. Sản lượng đường ước tính khoảng 2,54 triệu tấn, tăng 2,18 triệu tấn của năm ngoái. Dự báo, niên vụ 2008/09, sản lượng mía khu vực Trung- Nam Brazil sẽ đạt mức kỷ lục 468 triệu tấn, tăng 13% so với mức 415 triệu tấn của niên vụ 2007/08, trong đó lượng mía dành cho sản xuất ethanol niên vụ 2008/09 sẽ có khoảng 58% so với 55% niên vụ 2207/08. Sản lượng ethanol cũng sẽ tăng 14,3% lên mức 21,9 tỷ lít.
Brazil là nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu ethanol được điều chế từ mía.
Tập đoàn công nghiệp Unica của Brazil mới đây cho biết tận dụng việc giá ethanol đang tăng cao và giá đường vẫn còn ở mức thấp, trong nửa đầu tháng Mười vừa qua, các nhà máy đường Brazil đã tăng lượng mía dùng cho sản xuất loại nhiên liệu sinh học này và giảm lượng mía dùng để sản xuất đường.
Theo Tập đoàn Unica, các cơ sở sản xuất mía đường tại vùng trung nam Brazil, khu vực sản xuất mía đường lớn nhất thế giới, đã tăng 56% sản lượng mía dùng cho sản xuất ethanol từ đầu tháng Mười, so với con số 53% kể từ cuối tháng Chín và 50% của cùng kỳ năm trước. Brazil là nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu ethanol được điều chế từ mía.
Unica cho hay, trong nửa đầu tháng Mười, sản lượng đường của Brazil đạt 1,97 triệu tấn, thấp hơn 12,2% so với cùng kỳ năm trước, trong khi đó, sản lượng ethanol tăng 11,6%, đạt 1,570 tỷ lít. Theo Unica, các con số trên cho thấy một sự thay đổi quan trọng về nguyên liệu trong sản xuất ethanol.
Tuy nhiên, cũng theo Unica, sản lượng mía trong nửa đầu tháng Mười này chỉ đạt 32,41 triệu tấn, thấp hơn nhiều so với 40,30 triệu tấn trong nửa cuối tháng Chín vừa rồi.
Năng lượng sinh học và sự chuyển hóa đường:
Cây mía đã trở nên một nguyên liệu quan trọng để sản xuất năng lượng sinh học, quan trọng nhất là ethanol, nên đã nhận được nhiều nghiên cứu tối ưu hóa sản xuất ethanol qua sử dụng mật đường (molasse), đường sucrose, sinh khối cellulose từ xác mía.
Ảnh hưởng nhiệt độ trên sự đồng hóa sucrose: thí nghiệm trên mía của SBI cho thấy tác nhân trở đường (acid invertase) tăng cao ở nhiệt độ thấp (4,5OC) và tác nhân tạo đường (SPS - sucrose phosphate synthase, và SS – sucrose synthase) tăng cao khi nhiệt độ tăng từ 25OC đến 32OC. Kết quả này cho thấy nếu canh thời điểm thu hoạch mía vào đúng mùa có đêm lạnh và ngày nóng thì độ đường trong cây mía sẽ đạt mức cao.
Các nhà khoa học của Đại học Kamur và của Viện SBI nghiên cứu được một loại men đặc biệt để công phá cellulose của mía cho lên men thành ethanol sinh hoc.
Sản phẩm mới từ nước mía: sản xuất bột mía hòa tan bằng phương pháp sấy phun nước mía.
Viện SBI nghiên cứu độ đường sucrose tối đa trong thân mía của nhiều giống mía để xác định nhóm mía chín sớm, chín trung mùa và chín muộn. Phương pháp này có thể chỉ ra cách chọn giống mía để trồng và rải vụ ép mía cho các NM đường.
Sử dụng chất thúc mía chín: các nhà khoa học của Viện SBI dùng ethrel và glyphosate lên lá mía có thể vừa giúp đẩy mạnh quá trình tổng hợp sucrose, làm tăng chữ đường và tích lũy đường. Kết quả này cho thấy người ta có thể điều khiển thời gian thu hoạch mía mà không mất chữ đường.
Nghiên cứu cơ chế chuyển hóa sucrose, khoa học gia cua SBI chứng minh quá trình hình thành sucrose là do một tập hợp gen chứ không phải chỉ một gen.
Về các kết quả tạo giống mía mới bằng phương pháp chuyển gen (mía GM): tại Brazil các cố gắng lai tạo thông thường để tìm giống mía chịu hạn rất khó thành công vì cây mía là cây đa bội cao, mà phải chờ đến ít nhất 12 năm mới khẳn định kết quả. Hơn nữa đặc tính kháng hạn đa gen điều khiển trong điều kiện môi rường khắc nghiệt, do đó việc chọn giống càng khó. Để rút ngắn thời gian chọn tạo giống hiện đại các nhà khoa học đã dùng công nghệ sinh học đưa gen kháng hạn AtDREB2A vào cây mía. Hiện nay các thử nghiệm đánh giá sinh lý và nông học của các giống mía chuyển gen này đang được tiến hành trong điều kiện nhà lưới. Một nghiên cứu khác của Viện SBI Ấn Độ. Người ta đã khám phá các thực vật chịu hạn giỏi là nhờ các hợp chất hòa tan osmolytes. Osmolytes khác nhau sẽ điều chỉnh cơ chế áp suất thẩm thấu của tế bào. Các chất hòa tan này bảo vệ proteins và màng tế bào không bị hư bởi độ đậm đặc của các iông vô cơ. Một đặc điểm quí của các osmolytes này là chúng không tác động chủ yếu cho cùng loài, vì vậy khi áp dụng công nghệ sinh học để đưa chúng vào cây mía đã đưa đến vài triển vọng tạo giống mía không những chịu hạn giỏi mà có thể có thêm đặc tính chống chịu các điều kiện khắc nghiệt của môi trường, và như vậy sẽ giúp làm tăng sản lượng mía tương lai.
ETHANOL
Ethanol, còn được biết đến như là rượu etylic, ancol etylic, rượu ngũ cốc hay cồn, là một hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic, dễ cháy, không màu, là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống chứa cồn. Trong cách nói dân dã, thông thường nó được nhắc đến một cách đơn giản là rượu.
Ethanol là một alcohol mạch hở, công thức hóa học của nó là C2H6O hay C2H5OH. Một công thức thay thế khác là CH3-CH2-OH thể hiện cacbon ở nhóm metyl (CH3–) liên kết với carbon ở nhóm metylen (–CH2–), nhóm này lại liên kết với oxy của nhóm hydroxyl (–OH). Nó là đồng phân nhóm chức của dimetyl ete. Ethanol thường được viết tắt là EtOH, sử dụng cách ký hiệu hoá học thường dùng đại diện cho nhóm etyl (C2H5) là Et.
Ethanol được sản xuất bằng cả công nghiệp hóa dầu, thông qua công nghệ hyđrat-hóa êtylen, và theo phương pháp sinh học, bằng cách lên men đường hay ngũ cốc với men rượu.
Hydrat-hóa Ethylen
Ethanol được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp và thông thường nó được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hyđrat hóa êtylen bằng xúc tác axít, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etilen hợp nước ở 300 độ C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là axit wolframic hoặc axit phosphoric:
Chất xúc tác thông thường là axít phốtphoric, được hút bám trong các chất có độ xốp cao chẳng hạn như điatomit (đất chứa tảo cát) hay than củi; chất xúc tác này đã lần đầu tiên được công ty dầu mỏ Shell sử dụng để sản xuất etanol ở mức độ công nghiệp năm 1947. Các chất xúc tác rắn, chủ yếu là các loại ôxít kim loại khác nhau, cũng được đề cập tới trong các sách vở hóa học.
Trong công nghệ cũ, lần đầu tiên được tiến hành ở mức độ công nghiệp vào năm 1930 bởi Union Carbide, nhưng ngày nay gần như đã bị loại bỏ thì êtylen đầu tiên được hyđrat hóa gián tiếp bằng phản ứng của nó với axít sulfuric đậm đặc để tạo ra êtyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành ethanol và tái tạo acid sulfuric:
Ethanol để sử dụng công nghiệp thông thường là không phù hợp với mục đích làm đồ uống cho con người ("biến tính") do nó có chứa một lượng nhỏ các chất có thể là độc hại (chẳng hạn metanol) hay khó chịu (chẳng hạn denatonium- C21H29N2O•C7H5O2-là một chất rất đắng, gây tê). Ethanol biến tính có số UN là UN 1987 và ethanol biến tính độc hại có số là UN 1986.
Lên men (Fermentation)
Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn etanol sử dụng làm nhiên liệu, được sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rượu nhất định (quan trọng nhất là Saccharomyces cerevisiae) chuyển hóa đường trong điều kiện không có ôxy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất ra ethanol và carbon dioxide CO2. Phản ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau:
Quá trình nuôi cấy men rượu theo các điều kiện để sản xuất rượu được gọi là ủ rượu. Men rượu có thể phát triển trong sự hiện diện của khoảng 20% rượu, nhưng nồng độ của rượu trong các sản phẩm cuối cùng có thể tăng lên nhờ chưng cất.
Để sản xuất ethanol từ các nguyên liệu chứa tinh bột như hạt ngũ cốc thì tinh bột đầu tiên phải được chuyển hóa thành đường. Trong việc ủ men bia, theo truyền thống nó được tạo ra bằng cách cho hạt nảy mầm hay ủ mạch nha. Trong quá trình nảy mầm, hạt tạo ra các enzym có chức năng phá vỡ tinh bột để tạo ra đường. Để sản xuất etanol làm nhiên liệu, quá trình thủy phân này của tinh bột thành glucoza được thực hiện nhanh chóng hơn bằng cách xử lý hạt với acid sulfuric loãng, enzym nấm amylas, hay là tổ hợp của cả hai phương pháp.
Về tiềm năng, glucoza để lên men thành ethanol có thể thu được từ xenluloza. Việc thực hiện công nghệ này có thể giúp chuyển hóa một loại các phế thải và phụ phẩm nông nghiệp chứa nhiều xenluloza, chẳng hạn lõi ngô, rơm rạ hay mùn cưa thành các nguồn năng lượng tái sinh. Cho đến gần đây thì giá thành của các enzym cellulas có thể thủy phân celluloza là rất cao. Hãng IOGEN ở Canada đã đưa vào vận hành xí nghiệp sản xuất ethanol trên cơ sở celluloza đầu tiên vào năm 2004.
Phản ứng thủy phân cellulose gồm các bước sau:
Bước 1, thủy phân xenluloza thành mantoza dưới tác dụng của men amylaza.
Bước 2, thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng của men mantaza.
Bước 3, phản ứng lên men rượu có xúc tác là men zima.
Với giá dầu mỏ tương tự như các mức giá của những năm thập niên 1990 thì công nghệ hyđrat hóa êtylen là kinh tế một cách đáng kể hơn so với công nghệ lên men để sản xuất etanol tinh khiết. Sự tăng cao của giá dầu mỏ trong thời gian gần đây, cùng với sự không ổn định trong giá cả nông phẩm theo từng năm đã làm cho việc dự báo giá thành sản xuất tương đối của công nghệ lên men và công nghệ hóa dầu là rất khó.
Làm tinh khiết (Purification)
Đối với hỗn hợp ethanol và nước, điểm sôi hỗn hợp (azeotrope) cực đại ở nồng độ 96% etanol và 4% nước. Vì lý do này, chưng cất phân đoạn hỗn hợp etanol-nước (chứa ít hơn 96% etanol) không thể tạo ra etanol tinh khiết hơn 96%. Vì vậy, 95% etanol trong nước là dung môi phổ biến nhất.
Hai hướng cạnh tranh nhau có thể sử dụng trong sản xuất ethanol tinh chất. Để phá vỡ điểm sôi hỗn hợp nhằm thực hiện việc chưng cất thì một lượng nhỏ benzen có thể thêm vào, và hỗn hợp lại được chưng cất phân đoạn một lần nữa. Benzen tạo ra điểm sôi hỗn hợp cấp ba với nước và etanol nhằm loại bỏ etanol ra khỏi nước, và điểm sôi hỗn hợp cấp hai với ethanol loại bỏ phần lớn benzen. Ethanol được tạo ra không chứa nước. Tuy nhiên, một lượng rất nhỏ (cỡ phần triệu benzen vẫn còn, vì thế việc sử dụng ethanol đối với người có thể gây tổn thương cho gan.
Ngoài ra, sàng phân tử có thể sử dụng để hấp thụ có chọn lọc nựớc từ dung dịch 96% ethanol. Zeolit tổng hợp trong dạng viên tròn có thể sử dụng, cũng như là bột yến mạch. Hướng tiếp cận bằng zeolit là đặc biệt có giá trị, vì có khả năng tái sinh zeolit trong hệ khép kín về cơ bản là không giới hạn số lần, thông qua việc làm khô nó với luồng hơi CO2 nóng. Ethanol tinh chất được sản xuất theo cách này không có dấu tích của benzen, và có thể sử dụng như là nhiên liệu hay thậm chí khi hòa tan có thể dùng để làm mạnh thêm các loại rượu như rượu vang pooctô (có nguồn gốc ở Bồ Đào Nha hay rượu vang sherry (có nguồn gốc ở Tây Ban Nha) trong các hoạt động nấu rượu truyền thống.
Ethanol có thể sử dụng như là nhiên liệu cồn (thông thường được trộn lẫn với xăng) và trong hàng loạt các quy trình công nghiệp khác. Ethanol cũng được sử dụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó. Tại Hoa Kỳ, Iowa là bang sản xuất ethanol cho ô tô với sản lượng lớn nhất.
Nó dễ dàng hòa tan trong nước theo mọi tỷ lệ với sự giảm nhẹ tổng thể về thể tích khi hai chất này được trộn lẫn nhau. Ethanol tinh chất và ethanol 95% là các dung môi tốt, chỉ ít phổ biến hơn so với nước một chút và được sử dụng trong các loại nước hoa, sơn và cồn thuốc. Các tỷ lệ khác của etanol với nước hay các dung môi khác cũng có thể dùng làm dung môi. Các loại đồ uống chứa cồn có hương vị khác nhau do có các hợp chất tạo mùi khác nhau được hòa tan trong nó trong quá trình ủ và nấu rượu. Khi ethanol được sản xuất như là đồ uống hỗn hợp thì nó là rượu ngũ cốc tinh khiết.
Dung dịch chứa 70% ethanol chủ yếu được sử dụng như là chất tẩy uế. Ethanol cũng được sử dụng trong các gel vệ sinh kháng khuẩn phổ biến nhất ở nồng độ khoảng 62%. Khả năng khử trùng tốt nhất của ethanol khi nó ở trong dung dịch khoảng 70%; nồng độ cao hơn hay thấp hơn của etanol có khả năng kháng khuẩn kém hơn. Ethanol giết chết các vi sinh vật bằng cách biến tính protein của chúng và hòa tan lipit của chúng. Nó là hiệu quả trong việc chống lại phần lớn các loại vi khuẩn và nấm cũng như nhiều loại virus, nhưng không hiệu quả trong việc chống lại các bào tử vi khuẩn.
Rượu vang chứa ít hơn 16% ethanol không tự bảo vệ được chúng trước vi khuẩn. Do điều này, vang Bordeaux thông thường được làm nặng thêm bằng ethanol tới ít nhất 18% ethanol theo thể tích để ngăn chặn quá trình lên men nhằm duy trì độ ngọt và trong việc pha chế để lưu trữ, từ thời điểm đó nó trở thành có khả năng ngăn chặn vi khuẩn phát triển trong rượu, cũng như có thể lưu trữ lâu năm trong các thùng gỗ có thể 'thở', bằng cách này vang Bordeaux có thể lưu trữ lâu năm mà không bị hỏng. Do khả năng sát khuẩn của ethanol nên các đồ uống chứa trên 18% ethanol theo thể tích có khả năng bảo quản lâu dài.
Nhóm hyđrôxyl trong phân tử ethanol thể hiện tính axít cực yếu, nhưng khi xử lý bằng kim loại kiềm hay các base cực mạnh, ion H+ có thể bị loại khỏi để tạo ra ion êthôxít, C2H5O-.
Xăng E5
Kể từ ngày 1/1/2018 Việt Nam đưa xăng E5 (Ron92 95%, ethanol 5%) vào sử dụng trong toàn quốc. So với thế giới có lẽ chậm một bước vì một số quốc gia đã đưa vào sử dụng xăng E10, E15....
Xăng E5 được đưa vào sử dụng như mở ra như một kỳ vọng vào việc giảm sử dụng nhiên liệu hoá thạch, với các tác động tích cực như đốt cháy hoàn toàn các cặn trong động cơ, thải ra môi trường ít các khí độc hại hơn, khi cháy tỏa năng lượng nhiều hơn, phương thức sản xuất Ethanol bằng việc lên men các nông sản chính là một trong những lợi thế của Việt Nam .
Với hầu hết các xe được sản xuất sau 1993 thì E5 dường như chẳng gây ra một tác động xấu nào đến động cơ.
Xăng E5 là sự khẳng định rằng Việt Nam ngày càng quan tâm đế việc bảo vệ môi trường cùng với sự hội nhập thế giới.
Vai trò của cây mía ngày nay rất quan trọng. Cây mía không những cung ứng sản phẩm đường cho con người, mà còn đóng góp vào việc bảo vệ môi trường , giữ cho bầu khí quyển thêm sạch. Trong mỗi chúng ta không thể không biết đến Ethanol được sản xuất ra từ bã mía. Xăng E5 Ethanol là một nhiên liệu sinh học được áp dụng mới đây dùng cho xe máy nổ. Con người đã mang khoa học để nhằm bảo vệ môi trường sống trên Trái Đất.
Mía là cây trồng công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệp đường. Đường là nguyên liệu quan trọng cho các ngành chế biến thực phẩm, là chất điều vị trong bữa ăn hàng ngày, và là chất cung cấp năng lượng cho cơ thề. Công nghiệp đường tuy có từ lâu đời nhưng 200 năm gần đây mới được cơ khí hóa, và trong những năm gần đây ngành mía đường thế giới đã phát triển một cách nhanh chóng.
Ngành mía đường là một trong những ngành sản xuất chiến lược của Việt Nam trong giai đoạn hiện nay. Hiện tại ngành mía đường Việt Nam vẫn đang đối mặt nhiều thách thức, đặc biệt khi VN tham gia nhiều hiệp định khu vực song phương và đa phương về thương mại tự do. Muốn ổn định thị trường trong nước, hướng tới phát triển thị trường quốc tế, ngành mía đường không thể không học hỏi từ những đàn anh của ngành đường thế giới, mà Brazil giữ vai trò “Anh Cả”.
Bàn về cây mía không thể không nhớ tới những năm tháng xưa với ly nước mía ngọt ngào trước cổng trường ĐHSPKT-TD. Cô bán hàng xe nước mía ngày nào với nụ cười tươi tắn luôn vui mừng khi thấy các thành viên đội bóng chuyền trường ra giải khát vào cuối ngày, hoặc sau những buổi tập luyện tranh giải thành phố của những ngày cuối tuần....
Niên vụ 2007/08, sản lượng đường Ấn Độ có thể sẽ đạt khoảng 28 triệu tấn đến 28,5 triệu tấn, thấp hơn chút ít so với 30 triệu tấn dự báo trước đây, do mưa muộn ở tỉnh trồng mía chính, Maharashtra. Lượng đường dư thừa của nước này vào cuối niên vụ dự kiến sẽ lên tới trên 15 triệu tấn, so với 7 triệu tấn niên vụ 2006/07. Tổ chức Đường Quốc tế dự báo Ấn Độ sẽ vượt Braxin trở thành nước sản xuất đường lớn nhất thế giới vào niên vụ 2007/08, bắt đầu từ ngày 1/10.
Theo người đứng đầu Hiệp hội các nhà sản xuất đường và ethanol Brazil (Ba Tây), Alcopar, ông Silva Dias, sản lượng mía niên vụ 2007/08 của Parana, bang sản xuất đường lớn thứ 2 Brazil niên vụ này đạt khoảng 42,8 triệu tấn, tăng 1 triệu tấn so với cùng kỳ năm trước, nhờ điều kiện thời tiết tốt. Các nhà máy sản xuất đường và ethanol ở bang Parana cho biết, khối lượng mía đưa vào sản xuất sẽ giảm xuống còn 2,5 triệu tấn vào năm 2008, so với mức 3 triệu tấn của cùng kỳ năm trước. Brazil đang tăng cường sản xuất ethanol và giảm tỷ lệ mía dùng trong sản xuất đường, do nhu cầu nhiên liệu sinh học nội địa đang tăng cao đã đẩy giá tăng.
Tính đến thời điểm 15/11 các nhà máy ở Parana đã đưa vào ép khoảng 35,8 triệu tấn mía, tăng 17% so với cùng kỳ năm ngoái. Các nhà máy đường ở Parana kỳ vọng sẽ sản xuất khoảng 1,78 tỷ lít ethanol trong niên vụ này, so với mức 1,32 tỷ lít của niên vụ 2006/07. Sản lượng đường ước tính khoảng 2,54 triệu tấn, tăng 2,18 triệu tấn của năm ngoái. Dự báo, niên vụ 2008/09, sản lượng mía khu vực Trung- Nam Brazil sẽ đạt mức kỷ lục 468 triệu tấn, tăng 13% so với mức 415 triệu tấn của niên vụ 2007/08, trong đó lượng mía dành cho sản xuất ethanol niên vụ 2008/09 sẽ có khoảng 58% so với 55% niên vụ 2207/08. Sản lượng ethanol cũng sẽ tăng 14,3% lên mức 21,9 tỷ lít.
Brazil là nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu ethanol được điều chế từ mía.
Tập đoàn công nghiệp Unica của Brazil mới đây cho biết tận dụng việc giá ethanol đang tăng cao và giá đường vẫn còn ở mức thấp, trong nửa đầu tháng Mười vừa qua, các nhà máy đường Brazil đã tăng lượng mía dùng cho sản xuất loại nhiên liệu sinh học này và giảm lượng mía dùng để sản xuất đường.
Theo Tập đoàn Unica, các cơ sở sản xuất mía đường tại vùng trung nam Brazil, khu vực sản xuất mía đường lớn nhất thế giới, đã tăng 56% sản lượng mía dùng cho sản xuất ethanol từ đầu tháng Mười, so với con số 53% kể từ cuối tháng Chín và 50% của cùng kỳ năm trước. Brazil là nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu ethanol được điều chế từ mía.
Unica cho hay, trong nửa đầu tháng Mười, sản lượng đường của Brazil đạt 1,97 triệu tấn, thấp hơn 12,2% so với cùng kỳ năm trước, trong khi đó, sản lượng ethanol tăng 11,6%, đạt 1,570 tỷ lít. Theo Unica, các con số trên cho thấy một sự thay đổi quan trọng về nguyên liệu trong sản xuất ethanol.
Tuy nhiên, cũng theo Unica, sản lượng mía trong nửa đầu tháng Mười này chỉ đạt 32,41 triệu tấn, thấp hơn nhiều so với 40,30 triệu tấn trong nửa cuối tháng Chín vừa rồi.
Năng lượng sinh học và sự chuyển hóa đường:
Cây mía đã trở nên một nguyên liệu quan trọng để sản xuất năng lượng sinh học, quan trọng nhất là ethanol, nên đã nhận được nhiều nghiên cứu tối ưu hóa sản xuất ethanol qua sử dụng mật đường (molasse), đường sucrose, sinh khối cellulose từ xác mía.
Brazil tăng cường sản xuất ethanol từ mía. Ảnh: Reuter
Ảnh hưởng nhiệt độ trên sự đồng hóa sucrose: thí nghiệm trên mía của SBI cho thấy tác nhân trở đường (acid invertase) tăng cao ở nhiệt độ thấp (4,5OC) và tác nhân tạo đường (SPS - sucrose phosphate synthase, và SS – sucrose synthase) tăng cao khi nhiệt độ tăng từ 25OC đến 32OC. Kết quả này cho thấy nếu canh thời điểm thu hoạch mía vào đúng mùa có đêm lạnh và ngày nóng thì độ đường trong cây mía sẽ đạt mức cao.
Các nhà khoa học của Đại học Kamur và của Viện SBI nghiên cứu được một loại men đặc biệt để công phá cellulose của mía cho lên men thành ethanol sinh hoc.
Sản phẩm mới từ nước mía: sản xuất bột mía hòa tan bằng phương pháp sấy phun nước mía.
Viện SBI nghiên cứu độ đường sucrose tối đa trong thân mía của nhiều giống mía để xác định nhóm mía chín sớm, chín trung mùa và chín muộn. Phương pháp này có thể chỉ ra cách chọn giống mía để trồng và rải vụ ép mía cho các NM đường.
Sử dụng chất thúc mía chín: các nhà khoa học của Viện SBI dùng ethrel và glyphosate lên lá mía có thể vừa giúp đẩy mạnh quá trình tổng hợp sucrose, làm tăng chữ đường và tích lũy đường. Kết quả này cho thấy người ta có thể điều khiển thời gian thu hoạch mía mà không mất chữ đường.
Nghiên cứu cơ chế chuyển hóa sucrose, khoa học gia cua SBI chứng minh quá trình hình thành sucrose là do một tập hợp gen chứ không phải chỉ một gen.
Về các kết quả tạo giống mía mới bằng phương pháp chuyển gen (mía GM): tại Brazil các cố gắng lai tạo thông thường để tìm giống mía chịu hạn rất khó thành công vì cây mía là cây đa bội cao, mà phải chờ đến ít nhất 12 năm mới khẳn định kết quả. Hơn nữa đặc tính kháng hạn đa gen điều khiển trong điều kiện môi rường khắc nghiệt, do đó việc chọn giống càng khó. Để rút ngắn thời gian chọn tạo giống hiện đại các nhà khoa học đã dùng công nghệ sinh học đưa gen kháng hạn AtDREB2A vào cây mía. Hiện nay các thử nghiệm đánh giá sinh lý và nông học của các giống mía chuyển gen này đang được tiến hành trong điều kiện nhà lưới. Một nghiên cứu khác của Viện SBI Ấn Độ. Người ta đã khám phá các thực vật chịu hạn giỏi là nhờ các hợp chất hòa tan osmolytes. Osmolytes khác nhau sẽ điều chỉnh cơ chế áp suất thẩm thấu của tế bào. Các chất hòa tan này bảo vệ proteins và màng tế bào không bị hư bởi độ đậm đặc của các iông vô cơ. Một đặc điểm quí của các osmolytes này là chúng không tác động chủ yếu cho cùng loài, vì vậy khi áp dụng công nghệ sinh học để đưa chúng vào cây mía đã đưa đến vài triển vọng tạo giống mía không những chịu hạn giỏi mà có thể có thêm đặc tính chống chịu các điều kiện khắc nghiệt của môi trường, và như vậy sẽ giúp làm tăng sản lượng mía tương lai.
ETHANOL
Ethanol, còn được biết đến như là rượu etylic, ancol etylic, rượu ngũ cốc hay cồn, là một hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic, dễ cháy, không màu, là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống chứa cồn. Trong cách nói dân dã, thông thường nó được nhắc đến một cách đơn giản là rượu.
Ethanol là một alcohol mạch hở, công thức hóa học của nó là C2H6O hay C2H5OH. Một công thức thay thế khác là CH3-CH2-OH thể hiện cacbon ở nhóm metyl (CH3–) liên kết với carbon ở nhóm metylen (–CH2–), nhóm này lại liên kết với oxy của nhóm hydroxyl (–OH). Nó là đồng phân nhóm chức của dimetyl ete. Ethanol thường được viết tắt là EtOH, sử dụng cách ký hiệu hoá học thường dùng đại diện cho nhóm etyl (C2H5) là Et.
Ethanol được sản xuất bằng cả công nghiệp hóa dầu, thông qua công nghệ hyđrat-hóa êtylen, và theo phương pháp sinh học, bằng cách lên men đường hay ngũ cốc với men rượu.
Hydrat-hóa Ethylen
Ethanol được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp và thông thường nó được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hyđrat hóa êtylen bằng xúc tác axít, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etilen hợp nước ở 300 độ C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là axit wolframic hoặc axit phosphoric:
H2C=CH2 + H2O → CH3CH2OH
Chất xúc tác thông thường là axít phốtphoric, được hút bám trong các chất có độ xốp cao chẳng hạn như điatomit (đất chứa tảo cát) hay than củi; chất xúc tác này đã lần đầu tiên được công ty dầu mỏ Shell sử dụng để sản xuất etanol ở mức độ công nghiệp năm 1947. Các chất xúc tác rắn, chủ yếu là các loại ôxít kim loại khác nhau, cũng được đề cập tới trong các sách vở hóa học.
Trong công nghệ cũ, lần đầu tiên được tiến hành ở mức độ công nghiệp vào năm 1930 bởi Union Carbide, nhưng ngày nay gần như đã bị loại bỏ thì êtylen đầu tiên được hyđrat hóa gián tiếp bằng phản ứng của nó với axít sulfuric đậm đặc để tạo ra êtyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành ethanol và tái tạo acid sulfuric:
H2C=CH2 + H2SO4 → CH3CH2OSO3H
CH3CH2OSO3H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4
CH3CH2OSO3H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4
Ethanol để sử dụng công nghiệp thông thường là không phù hợp với mục đích làm đồ uống cho con người ("biến tính") do nó có chứa một lượng nhỏ các chất có thể là độc hại (chẳng hạn metanol) hay khó chịu (chẳng hạn denatonium- C21H29N2O•C7H5O2-là một chất rất đắng, gây tê). Ethanol biến tính có số UN là UN 1987 và ethanol biến tính độc hại có số là UN 1986.
Lên men (Fermentation)
Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn etanol sử dụng làm nhiên liệu, được sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rượu nhất định (quan trọng nhất là Saccharomyces cerevisiae) chuyển hóa đường trong điều kiện không có ôxy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất ra ethanol và carbon dioxide CO2. Phản ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau:
C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2
Quá trình nuôi cấy men rượu theo các điều kiện để sản xuất rượu được gọi là ủ rượu. Men rượu có thể phát triển trong sự hiện diện của khoảng 20% rượu, nhưng nồng độ của rượu trong các sản phẩm cuối cùng có thể tăng lên nhờ chưng cất.
Để sản xuất ethanol từ các nguyên liệu chứa tinh bột như hạt ngũ cốc thì tinh bột đầu tiên phải được chuyển hóa thành đường. Trong việc ủ men bia, theo truyền thống nó được tạo ra bằng cách cho hạt nảy mầm hay ủ mạch nha. Trong quá trình nảy mầm, hạt tạo ra các enzym có chức năng phá vỡ tinh bột để tạo ra đường. Để sản xuất etanol làm nhiên liệu, quá trình thủy phân này của tinh bột thành glucoza được thực hiện nhanh chóng hơn bằng cách xử lý hạt với acid sulfuric loãng, enzym nấm amylas, hay là tổ hợp của cả hai phương pháp.
Về tiềm năng, glucoza để lên men thành ethanol có thể thu được từ xenluloza. Việc thực hiện công nghệ này có thể giúp chuyển hóa một loại các phế thải và phụ phẩm nông nghiệp chứa nhiều xenluloza, chẳng hạn lõi ngô, rơm rạ hay mùn cưa thành các nguồn năng lượng tái sinh. Cho đến gần đây thì giá thành của các enzym cellulas có thể thủy phân celluloza là rất cao. Hãng IOGEN ở Canada đã đưa vào vận hành xí nghiệp sản xuất ethanol trên cơ sở celluloza đầu tiên vào năm 2004.
Phản ứng thủy phân cellulose gồm các bước sau:
Bước 1, thủy phân xenluloza thành mantoza dưới tác dụng của men amylaza.
(C6H10O5)n + H2O -> C12H22O11
Cellulose (bã mía)
Cellulose (bã mía)
Bước 2, thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng của men mantaza.
C12H22O11 -> C6H12O6
Bước 3, phản ứng lên men rượu có xúc tác là men zima.
C6H12O6 -> 2 C2H5OH + 2 CO2
Với giá dầu mỏ tương tự như các mức giá của những năm thập niên 1990 thì công nghệ hyđrat hóa êtylen là kinh tế một cách đáng kể hơn so với công nghệ lên men để sản xuất etanol tinh khiết. Sự tăng cao của giá dầu mỏ trong thời gian gần đây, cùng với sự không ổn định trong giá cả nông phẩm theo từng năm đã làm cho việc dự báo giá thành sản xuất tương đối của công nghệ lên men và công nghệ hóa dầu là rất khó.
Làm tinh khiết (Purification)
Đối với hỗn hợp ethanol và nước, điểm sôi hỗn hợp (azeotrope) cực đại ở nồng độ 96% etanol và 4% nước. Vì lý do này, chưng cất phân đoạn hỗn hợp etanol-nước (chứa ít hơn 96% etanol) không thể tạo ra etanol tinh khiết hơn 96%. Vì vậy, 95% etanol trong nước là dung môi phổ biến nhất.
Hai hướng cạnh tranh nhau có thể sử dụng trong sản xuất ethanol tinh chất. Để phá vỡ điểm sôi hỗn hợp nhằm thực hiện việc chưng cất thì một lượng nhỏ benzen có thể thêm vào, và hỗn hợp lại được chưng cất phân đoạn một lần nữa. Benzen tạo ra điểm sôi hỗn hợp cấp ba với nước và etanol nhằm loại bỏ etanol ra khỏi nước, và điểm sôi hỗn hợp cấp hai với ethanol loại bỏ phần lớn benzen. Ethanol được tạo ra không chứa nước. Tuy nhiên, một lượng rất nhỏ (cỡ phần triệu benzen vẫn còn, vì thế việc sử dụng ethanol đối với người có thể gây tổn thương cho gan.
Ngoài ra, sàng phân tử có thể sử dụng để hấp thụ có chọn lọc nựớc từ dung dịch 96% ethanol. Zeolit tổng hợp trong dạng viên tròn có thể sử dụng, cũng như là bột yến mạch. Hướng tiếp cận bằng zeolit là đặc biệt có giá trị, vì có khả năng tái sinh zeolit trong hệ khép kín về cơ bản là không giới hạn số lần, thông qua việc làm khô nó với luồng hơi CO2 nóng. Ethanol tinh chất được sản xuất theo cách này không có dấu tích của benzen, và có thể sử dụng như là nhiên liệu hay thậm chí khi hòa tan có thể dùng để làm mạnh thêm các loại rượu như rượu vang pooctô (có nguồn gốc ở Bồ Đào Nha hay rượu vang sherry (có nguồn gốc ở Tây Ban Nha) trong các hoạt động nấu rượu truyền thống.
Ethanol có thể sử dụng như là nhiên liệu cồn (thông thường được trộn lẫn với xăng) và trong hàng loạt các quy trình công nghiệp khác. Ethanol cũng được sử dụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó. Tại Hoa Kỳ, Iowa là bang sản xuất ethanol cho ô tô với sản lượng lớn nhất.
Nó dễ dàng hòa tan trong nước theo mọi tỷ lệ với sự giảm nhẹ tổng thể về thể tích khi hai chất này được trộn lẫn nhau. Ethanol tinh chất và ethanol 95% là các dung môi tốt, chỉ ít phổ biến hơn so với nước một chút và được sử dụng trong các loại nước hoa, sơn và cồn thuốc. Các tỷ lệ khác của etanol với nước hay các dung môi khác cũng có thể dùng làm dung môi. Các loại đồ uống chứa cồn có hương vị khác nhau do có các hợp chất tạo mùi khác nhau được hòa tan trong nó trong quá trình ủ và nấu rượu. Khi ethanol được sản xuất như là đồ uống hỗn hợp thì nó là rượu ngũ cốc tinh khiết.
Dung dịch chứa 70% ethanol chủ yếu được sử dụng như là chất tẩy uế. Ethanol cũng được sử dụng trong các gel vệ sinh kháng khuẩn phổ biến nhất ở nồng độ khoảng 62%. Khả năng khử trùng tốt nhất của ethanol khi nó ở trong dung dịch khoảng 70%; nồng độ cao hơn hay thấp hơn của etanol có khả năng kháng khuẩn kém hơn. Ethanol giết chết các vi sinh vật bằng cách biến tính protein của chúng và hòa tan lipit của chúng. Nó là hiệu quả trong việc chống lại phần lớn các loại vi khuẩn và nấm cũng như nhiều loại virus, nhưng không hiệu quả trong việc chống lại các bào tử vi khuẩn.
Rượu vang chứa ít hơn 16% ethanol không tự bảo vệ được chúng trước vi khuẩn. Do điều này, vang Bordeaux thông thường được làm nặng thêm bằng ethanol tới ít nhất 18% ethanol theo thể tích để ngăn chặn quá trình lên men nhằm duy trì độ ngọt và trong việc pha chế để lưu trữ, từ thời điểm đó nó trở thành có khả năng ngăn chặn vi khuẩn phát triển trong rượu, cũng như có thể lưu trữ lâu năm trong các thùng gỗ có thể 'thở', bằng cách này vang Bordeaux có thể lưu trữ lâu năm mà không bị hỏng. Do khả năng sát khuẩn của ethanol nên các đồ uống chứa trên 18% ethanol theo thể tích có khả năng bảo quản lâu dài.
Nhóm hyđrôxyl trong phân tử ethanol thể hiện tính axít cực yếu, nhưng khi xử lý bằng kim loại kiềm hay các base cực mạnh, ion H+ có thể bị loại khỏi để tạo ra ion êthôxít, C2H5O-.
Xăng E5
Kể từ ngày 1/1/2018 Việt Nam đưa xăng E5 (Ron92 95%, ethanol 5%) vào sử dụng trong toàn quốc. So với thế giới có lẽ chậm một bước vì một số quốc gia đã đưa vào sử dụng xăng E10, E15....
Xăng E5 được đưa vào sử dụng như mở ra như một kỳ vọng vào việc giảm sử dụng nhiên liệu hoá thạch, với các tác động tích cực như đốt cháy hoàn toàn các cặn trong động cơ, thải ra môi trường ít các khí độc hại hơn, khi cháy tỏa năng lượng nhiều hơn, phương thức sản xuất Ethanol bằng việc lên men các nông sản chính là một trong những lợi thế của Việt Nam .
Với hầu hết các xe được sản xuất sau 1993 thì E5 dường như chẳng gây ra một tác động xấu nào đến động cơ.
Xăng E5 là sự khẳng định rằng Việt Nam ngày càng quan tâm đế việc bảo vệ môi trường cùng với sự hội nhập thế giới.
Vai trò của cây mía ngày nay rất quan trọng. Cây mía không những cung ứng sản phẩm đường cho con người, mà còn đóng góp vào việc bảo vệ môi trường , giữ cho bầu khí quyển thêm sạch. Trong mỗi chúng ta không thể không biết đến Ethanol được sản xuất ra từ bã mía. Xăng E5 Ethanol là một nhiên liệu sinh học được áp dụng mới đây dùng cho xe máy nổ. Con người đã mang khoa học để nhằm bảo vệ môi trường sống trên Trái Đất.
Mía là cây trồng công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệp đường. Đường là nguyên liệu quan trọng cho các ngành chế biến thực phẩm, là chất điều vị trong bữa ăn hàng ngày, và là chất cung cấp năng lượng cho cơ thề. Công nghiệp đường tuy có từ lâu đời nhưng 200 năm gần đây mới được cơ khí hóa, và trong những năm gần đây ngành mía đường thế giới đã phát triển một cách nhanh chóng.
Ngành mía đường là một trong những ngành sản xuất chiến lược của Việt Nam trong giai đoạn hiện nay. Hiện tại ngành mía đường Việt Nam vẫn đang đối mặt nhiều thách thức, đặc biệt khi VN tham gia nhiều hiệp định khu vực song phương và đa phương về thương mại tự do. Muốn ổn định thị trường trong nước, hướng tới phát triển thị trường quốc tế, ngành mía đường không thể không học hỏi từ những đàn anh của ngành đường thế giới, mà Brazil giữ vai trò “Anh Cả”.
oOo
Bàn về cây mía không thể không nhớ tới những năm tháng xưa với ly nước mía ngọt ngào trước cổng trường ĐHSPKT-TD. Cô bán hàng xe nước mía ngày nào với nụ cười tươi tắn luôn vui mừng khi thấy các thành viên đội bóng chuyền trường ra giải khát vào cuối ngày, hoặc sau những buổi tập luyện tranh giải thành phố của những ngày cuối tuần....
THAM KHẢO:
1. Mía - Wikipedia
https://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%ADa
2. Sugarcanne. org
http://sugarcane.org/sugarcane-products/ethanol
3. Sugarcane Ethanol Production, EGEE 439: - Dutton Institute
https://www.e-education.psu.edu/egee439/node/647
Comment