Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và biến đổi khí hậu ngày càng nguy hiểm, việc tìm kiếm nguồn năng lượng bền vững trở nên cấp thiết. Nhiên liệu sinh học (nhiên liệu sinh học) được xem là một giải pháp tiềm năng, giúp giảm thiểu khí thải nhà kính và đảm bảo năng lượng. Bioetanol, một loại nhiên liệu sinh học phổ biến, được sản xuất từ ​​nhiều nguồn nguyên liệu như ngô, mía và cao lương. Trong số đó, cao lương ngọt nổi bật với tốc độ sinh học nhanh hơn, khả năng chịu hạn tốt và hàm lượng đường cao trong thân, trở thành thành viên ứng dụng sáng giá cho sản xuất ethanol sinh học.

Tiềm năng vượt trội của cao lương trong ngành sản xuất ethanol sinh học

Bioetanol đang sử dụng lĩnh vực nhiên liệu sinh học toàn cầu với biểu tượng sản lượng tăng trưởng ấn tượng. Tuy nhiên, để đạt được mục tiêu phát thải ròng vào năm 2050, cần có sự tăng cường đáng kể trong sản phẩm sản xuất nhiên liệu sinh học, đặc biệt là từ các nguồn nguyên liệu tiên tiến. Trong khung cảnh đó, cao lương ngọt ngào nổi lên như một ứng cử viên đầy hứa hẹn, nhờ những đặc tính ưu việt như khả năng thích ứng cao, có thể phát triển tốt trong điều kiện khô hạn, giúp tiết kiệm nguồn nước rút tiêu quý giá; hiệu suất sản xuất tối ưu của thân cây chứa hàm lượng đường cao (12-20%), tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tăng cường bioethano nam giới; năng suất sinh khối ấn tượng, đạt trung bình 50-80 tấn/ha, đảm bảo nguồn cung nguyên liệu dồi dào; chu kỳ sinh học ngắn với thời gian thu hoạch chỉ từ 3-5 tháng, nhanh hơn nhiều so với đường mía (12-18 tháng), giúp tăng sản lượng vòng quay. Bên cạnh đó, chi phí sản xuất thấp, không Đòi đất canh tác màu mỡ và ít phụ thuộc vào phân tích hóa học, giúp giảm đáng kể chi phí đầu vào so với ngô và đường mía.

Những ưu tiên này không chỉ giúp mức lương cao trở thành nguồn nguyên liệu hiệu quả cho sản xuất ethanol sinh học mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của các ngành năng lượng.

Các phương pháp sản xuất ethanol sinh học từ cao lương ngọt

Có nhiều phương pháp sản xuất ethanol sinh học từ rượu cao lương, bao gồm:

- Lên men từ nước ép thân cây: Thân cao lương chứa lượng đường cao, có thể ép lấy nước để đàn ông trực tiếp thành ethanol.

- Sử dụng tinh bột từ hạt: Hạt cao lương chứa tinh bột có thể chuyển đổi thành đường thông qua quá trình thủy phân enzyme, sau đó tăng men thành ethanol.

- Chuyển hóa lignocellulose từ bã thải: Phần bã sau khi ép nước có thể được xử lý bằng phương pháp hóa học hoặc enzyme để phân tách cellulose và hemiaellulose thành đường đơn, sau đó chuyển hóa thành ethanol.

Mỗi phương pháp đều có mức độ ưu tiên và hạn chế nhất định, trong đó quá trình thủy phân lignocellulose là phức tạp nhất do yêu cầu công nghệ cao.

Ứng dụng công nghệ nano trong sản xuất ethanol sinh học

Công nghệ nano đang được nghiên cứu và ứng dụng để nâng cao hiệu suất sản xuất ethanol sinh học từ cao lương ngọt. Một số công nghệ quan trọng bao gồm:

- Nanoenzym: Cố định enzyme lên bề mặt hạt nano giúp thủy phân cellulose và hemiaellulose nhanh hơn, cải thiện hiệu quả chuyển đổi khối sinh vật thành đường lên nam giới.

- Hạt nano (NP): Các hạt nano được sử dụng để cải thiện quá trình xử lý tiền khối sinh học, giúp phá vỡ hiệu quả cấu trúc lignocellulose hơn và giảm lượng enzyme cần thiết trong quá trình phân tích thủy tinh.

- Nano cảm biến: Cho phép giám sát và điều chỉnh quá trình lên men theo thời gian thực hiện, giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất ethanol.

Nghiên cứu của Oraby và cộng sự. (2023) cho thấy rằng việc sử dụng loại hạt nano oxit kim loại trong tiền xử lý khối sinh học có thể tăng hiệu suất thủy tinh phân cellulose lên tới 30% so với các phương pháp truyền tải khác. Ngoài ra, ứng dụng nanoenzym có thể giảm 40% lượng enzyme cần thiết để sản xuất ethanol sinh học, giúp giảm chi phí đáng kể.

Thách thức và cơ hội

Mặc dù công nghệ nano mang lại nhiều lợi ích trong sản xuất ethanol sinh học, nhưng vẫn tồn tại một số công thức như (i) Việc ứng dụng công nghệ nano yêu cầu các thiết bị tiên tiến và chi phí nghiên cứu phát triển lớn; (ii) Các quốc gia đang phát triển có thể gặp khó khăn trong việc làm tiếp theo và phát triển công nghệ nano vào sản xuất quy mô lớn; (iii) Một số vật liệu nano có thể gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái nếu không được xử lý đúng cách. Tuy nhiên, với những tiến bộ trong nghiên cứu và hỗ trợ chính sách từ chính phủ, công nghệ nano hứa sẽ đóng vai trò quan trọng trong sự bền vững của thương mại hóa sản phẩm sản xuất ethanol sinh học.

Tóm tắt, sản xuất ethanol sinh học từ cao lương ngọt kết hợp với công nghệ nano là hướng đi tiềm năng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Nhờ khả năng sinh hoạt trưởng nhanh, chi phí thấp và hiệu suất sinh khối cao, cao lương có thể trở thành một giải pháp thay thế vững chắc cho các nguồn nhiên liệu hóa thạch. Việc áp dụng công nghệ nano trong quá trình sản xuất giúp nâng cao hiệu suất chuyển đổi khối sinh học, giảm chi phí và tối ưu hóa sản phẩm sản xuất ethanol. Mặc dù còn nhiều công thức, nhưng với những tiến trình nghiên cứu và đầu tư công nghệ, cao lương ngọt có thể trở thành một trong những nguồn nguyên liệu hàng đầu cho ngành công nghiệp bioetanol sinh học ở tương lai.

Nguồn: NASATI