1- TỔNG QUAN
Sự cân bằng năng lượng và phát thải khí nhà kính của nhiên liệu sinh học
vẫn là một chủ đề gây tranh cãi hiện nay, với các nhà hoạch định chính sách của
chính phủ, và trong cộng đồng khoa học. Hầu hết các cuộc thảo luận đều dựa trên
năng suất hiện tại (hoặc trong quá khứ) của công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học
và do đó không thể là đại diện cho sự phát triển tương lai trong công nghiệp. Sự
cân bằng năng lượng và vòng đời khí nhà kính phát thải (greenhouse gas – GHG)
của các nhà máy sản xuất ethanol từ ngô đã được nghiên cứu và báo cáo và có
nhiều kết quả đã được công bố.
Ngành công nghiệp ethanol thế hệ 1 đã thực hiện một số tiến bộ đáng kể
trong việc giảm chi phí đầu vào và năng lượng vào quá trình, nhưng những thay
đổi và cải thiến đó không được xem là kết quả của cân bằng năng lượng hoặc chu
trình khí nhà kính.
Các nhà máy ethanol từ tinh bột hiện nay hay trước đây đều được đánh giá
dựa trên hiệu quả năng lượng và môi trường (đặc biệt là khí nhà kính). Suốt 2 thập
kỷ qua, nhiều tiến bộ đã được thực hiện để có đựơc công nghệ sản xuất hiện tại.
Tiềm năng cho việc phát triển trong tương lai cho quy trình và công nghệ đã và
đang được nghiên cứu.
Điều này dẫn đến việc xác định nhu cầu năng lượng cơ bản hiện tại cho quá
trình và các phương tiện để giảm thiểu năng lượng thông qua việc áp dụng kỹ
thuật từ những ngành công nghiệp khác, thông qua những đột phá công nghệ,
những tiến bộ trong loại nấm hoặc enzymes. Các tác động của những cải tiến này
đến sự cân bằng năng lượng và phát thải khí nhà kính trong hiệu quả sản xuất
nhiên liệu sinh học đã được ghi nhận.
Khi nhận thức về môi trường được nâng cao, chính phủ, các ngành công
nghiệp và các doanh nghiệp đã bắt đầu đánh giá hoạt động của họ ảnh hưởng như
thế nào đến môi trường. Xã hội cũng dần quan tâm đến các vấn đề của sự suy giảm
tài nguyên thiên nhiên và suy thoái môi trường. Các hiệu quả môi trường của sản
phẩm hay quy trình đã trở nên một yếu tố quan trọng. Nhiều doanh nghiệp đã nhận
thấy rằng việc ứng dụng những phương pháp để nâng cao hiệu quả môi trường
đồng thời vẫn nâng cao hiệu suất, giảm chi phí và phát triển lợi thế của “green

marketing”. Và để đánh giá vòng đời của sản phẩm, một công cụ hữu ích được
dùng là life cycle assessment (LCA).
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
2- LIFE CYCLE ASSESSMENT
2.1- Khái niệm:
LCA - life cycle assessment, hay còn được gọi là life cycle analysis, life
cycle inventory, ecobalance, cradle-to-grave-analysis, well-to-wheel analysis dust-
to-dust energy cost, là một phương pháp đánh giá những tác động đến môi trường
của một sản phẩm hay dịch vụ đưa ra thông qua vòng đời của nó, xem xét từ việc
chiết xuất nguyên liệu thô, sản xuất, phân phối, sử dụng, sửa chữa, bảo trì, tiêu huỷ
hay tái chế.
LCA dựa trên:
• Compiling – sưu tập tài liệu về nhu cầu năng lượng, nguyên liệu đầu
vào và phát thải ra môi trường.
• Evaluating – đánh giá các tác động đến môi trường từ nguồn dữ liệu
đầu vào và phát thải
• Interpreting – giải thích kết quả để giúp đưa ra những quyết định
dựa trên cơ sở hiểu biết.
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
Quy trình LCA là một quy trình có hệ thống, lặp đi lặp lại, tiếp cận dần dần
và bao gồm 4 thành phần:
• Goal Definition and Scoping – Xác định mục tiêu và phạm vi giới
hạn: Định nghĩa và mô tả một sản phẩm, quy trình hay hoạt động; thành
lập nội dung cần đánh giá, xác định điều kiện biên và tác động đến môi
trường cần xem xét trong quá trình đánh giá.
• Inventory Analysis – Phân tích bản kê tài nguyên: xác định và định
lượng nguồn năng lượng, nước và nguyên liệu cần sử dụng và những
nguồn phát thải ra môi trường (khí thải, chất thải rắn, nước thải…)
• Impact Assessment – Đánh giá tác động: những anh hưởng đến con
người và hệ sinh thái của việc sử dụng năng lượng, nước và nguyên liệu,

cả những nguổn phát thải ra môi trường dựa trên bản phân tích tài
nguyên.
• Interpretation – Giải thích: Đánh giá kết quả của bản kê tài nguyên và
đánh giá tác động để có thể chọn sản phẩm, quy trình hay dịch vụ
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
2.2- Ứng dụng của LCA
Ngày nay, LCA đã được sử dụng để đánh giá hiệu quả về mặt môi trường
trong việc lựa chọn nhiên liệu sinh học thay thế, với mục tiêu chính là các ngành
công nghiệp, chính quyền, các tổ chức môi trường phi chính phủ (Environmental
Non-governmental Organizations – ENGOs), người tiêu dùng.
• Trong công nghiệp: thông qua kết quả đánh giá từ LCA về quy trình sản
xuất nhiên liệu sinh học, nhà sản xuất có thể quyết định phát triển sử
dụng quy trình nào hay nguồn cung ứng nào để tối thiểu hoá việc sử
dụng nguyên liệu và phát thải ra môi trường
• Chính quyền: LCA về nhiên liệu sinh học là công cụ tiện ích giúp xây
dựng phương thức sản xuất tối ưu để nhận được tài trợ từ chính phủ
thông qua các chương trình mở rộng nguồn nhiên liệu sinh học.
• ENGOs: sử dụng LCA là cơ sở để kêu gọi sự chú ý trong các chiến dịch
phục vụ cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học
• Người sử dụng: kết quả của LCA về nhiên liệu sinh học đã được nhiều tổ
chức khác nhau sử dụng gián tiếp trong các chiến dịch quảng cáo với hy
vọng gây ảnh hưởng đến xu hướng lựa chọn của người tiêu dùng đối với
nguồn nhiêu liệu và các phương tiện giao thông.
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
2.3- GHGenius
Công việc chính của LCA liên quan đến việc thu thập và sử dụng một lượng
lớn dữ liệu, vì vậy việc sử dụng máy tính để mô hình hoá, giúp ích cho việc kiểm
kê và phân tích dữ liệu. Ở Bắc Mỹ, để phân tích các nguồn nhiên liệu, hiện có 2
mô hình hiện đang được sử dụng rộng rãi:
• GREET: mô hình được phát triển bởi Argonne National Laboratory ở

Mỹ
• GHGenius: mô hình được phát triển bởi Natural Resources Canada, bao
gồm nguồn dữ liệu cho Canada và US. GHGenius có khả năng ước
lượng sự phát thải của các khí gây hiệu ứng nhà kính chủ yếu và các chất
gây ô nhiểm từ quá trình cháy, bao gồm:
o Carbon dioxide (CO
2
),
o Methane (CH
4
),
o Nitrous oxide (N
2
O),
o Chlorofluorocarbons (CFC-12),
o Hydro fluorocarbons (HFC-134a),
o The CO
2
-equivalent of all of the contaminants above.
o Carbon monoxide (CO),
o Nitrogen oxides (NO
x
),
o Non-methane organic compounds (NMOCs), weighted by their
ozone forming potential,
o Sulphur dioxide (SO
2
),
o Total particulate matter.
2.4- Ưu điểm – khuyết điểm của LCA

LCA là một công cụ hữu ích trong việc so sánh các nền tảng đơn vị chức
năng, hiệu quả về mặt môi trường tương đối (dựa trên cùng đơn vị tính) của nguồn
nhập liệu hoặc phương thức sản xuất khác nhau.
Tuy nhiên, LCA cần phải được sử dụng kèm theo các thông tin khác để đưa
ra những quyết định về chính sách liên quan đến nhiên liệu vận chuyển. Những
người đưa ra quyết định cần phải nhận thức cả những ưu và khuyết điểm của LCA.
Để hiểu rõ hơn về những tác động đối với môi trường (và cả nền kinh tế) của việc
sản xuất nhiên liệu, kết quả LCA cần phải được bổ sung thêm các hệ thống mô
hình khác, các phân tích kính tế và thị trường hoặc các hệ thống mô hình tích hợp
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
sẽ được phát triển trong tương lai cũng như phán đoán đúng của những người ra
quyết định.
Do sự phức tạp của hệ thống cần mô hình hoá, không có mẫu LCA nào mô
phỏng hoàn chỉnh một loại nhiên liệu dùng cho vận chuyển. GHGenius có những
tính năng giúp nó trở thành công cụ lý tưởng để thực hiện việc mô hình hoá, ví dụ
như tính toán chi tiết sự thay đổi do việc sử dụng mặt đất, độ nhạy của mô hình,
khả năng thay đổi sự phát thải của dự án theo thời gian.
LCA cũng có những giới hạn. Điểm tập trung của LCA là phải theo dõi sự
thay đồi trong hiệu quả của một hệ thống đơn theo thời gian. Ta không thể đưa ra
LCA cuối cùng cho ethanol từ bắp ngô và vì vậy những khía cạnh cần xem xét của
hệ thống được đơn giản hoá hoặc giữ không đổi trong suốt thời gian khảo sát để
tập trung tốt hơn vào những điều cần quan tâm.
3- LCA OF BIO-ETHANOL
Nhiên liệu ethanol là loại nhiên liệu có chỉ số octane cao, sản xuất chủ yếu
từ quá trình lên men đường. Hiện nay, đứng đầu trên thế giới về sản xuất ethanol
là Mỹ và Brazil, tỷ trọng lần lượt là 53% và 34%.
Trong biểu đồ về sản lượng ethanol trên thế giới từ năm 1998 đến 2008, Mỹ
đứng đầu với sản lượng tăng từ 2.64 Mtoe trong năm 1998 lên 17.46 Mtoe vào
năm 2008, Brazil thì tăng từ 7.05 Mtoe ở năm 1998 lên 13.55 Mtoe năm 2008
(nguồn: BP).

Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
3.1- Ranh giới trong LCA
Những ranh giới của hệ thống là khía cạnh rất quan trọng trong LCA. Các
ranh giới này càng hoàn thiện càng tốt và phải nhất quán giữa hệ thống tham chiếu
và hệ thống cần nghiên cứu. Một cách lý tưởng hoá, một LCA bao gồm 4 giai
đoạn của vòng đời một sản phẩm hay một quy trình:
• Thu thập nguyên liệu thô
• Sản xuất: gồm sản xuất nguyên liệu thô và bác quy trình nhập liệu, đóng
gói, phân phối
• Sử dụng, tái sử dụng, bảo trì
• Xử lý chất thải / tái chế
3.2- Hệ thống tham chiếu cho ethanol
Hệ thống tham chiếu cho nhiên liệu ethanol là việc sản xuất và sử dụng
gasoline thu được sau quá trình chưng cất dầu thô.
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
Việc phát thải liên quan đến việc xây dựng nhà máy lọc dầu không được
tính đến khi xét các ranh giới của hệ thống, nhưng những phát thải từ việc sản xuất
các hệ thống vận chuyển như đường ống, xe tải, xe lửa, các bồn chứa phải được
xét đến khi phân tích.
3.3- Hệ thống ethanol
Theo lý thuyết, một hệ thống ethanol cũng tương tự với gasoline nhưng
phức tạp hơn nhiều. Sự phát thải liên quan đến việc sản xuất hay phát thải phát
sinh từ các ứng dụng của phân bón và sự thay đổi của việc sử dụng đất đều được
xét đến khi phân tích LCA. Việc sản xuất các loại hạt cốc xay lên men (distillers’
grains) là sản phẩm phụ của hệ thống. Sự phát thải liên quan đến sản phẩm phụ
này được tính tuỳ thuộc vào sự phát thải liên quan đến sự thay thế nguồn nhập
liệu.
Tương tự với hệ thống gasoline, những phát thải sinh ra từ việc xây dựng
nhà máy ethanol không được xét đến.
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO

3.4- Quy trình sản xuất ethanol
Quy trình cơ bản là sự thuỷ phân tinh bột có sự có mặt của enzym để tạo
đường và quá trình lên men đường thành ethanol thông qua nấm men. Một quy
trình cơ bản được thể hiện trong hình bên dưới:
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
Năng lượng nhiệt thêm vào hệ thống phục vụ cho các bước gia nhiệt, chưng
cất, bay hơi, làm khô. Và nhiệt được lấy ra khỏi hệ thống ở giai đoạn tiền lên men,
trong quá trình lên men, sau khi chưng cất, làm khô sản phẩm phụ. Việc tối ưu hoá
việc thêm hay lấy nhiệt ra khỏi hệ thống có thể giúp giảm được mức năng lượng
cần cho cả quá trình.
3.5- Hiệu quả của ngành công nghiệp sản xuất ethanol hiện tại
Một trong những thách thức trong việc thu thập dữ liệu cho bất cứ công việc
nào của LCA là nguồn dữ liệu lý tưởng phải được tập hợp lại trong cùng một thời
điểm, nếu không sự so sánh giữa các hệ thống sẽ trở nên khập khiễng do sự so
sánh được dựa trên hai sản phẩm tạo ra ở hai thời điểm khác nhau.
Mọi công nghệ đều có xu hướng là phát triển hiệu suất theo thời gian. Đã có
một loạt bằng chứng từ thực nghiệm cho thấy việc triển khai những công nghệ mới
ở các thị trường có tính cạnh tranh sẽ dẫn đến sự học hỏi kinh nghiệm của nhau,
dẫn đến chi phí cho việc áp dụng một công nghệ mới sẽ giảm, hiệu quả về mặt kỹ
thuật cũng như mặt kinh doanh và kinh nghiệm tích luỹ cũng phát triển đáng kể.
3.6- Kết quả thực nghiệm từ việc khảo sát một số yếu tố trong LCA
Một số thông số cần khảo sát để xây dựng cơ sở dữ liệu:
* Sản xuất nguyên liệu:
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
- Sản lượng bắp
- Khả năng sử dụng Nitơ
- Tỷ lệ phân P và K
…
Có 2 điều quan trọng cần lưu ý khi xây dựng LCA:
- Tất cả dữ liệu dùng cho mô phỏng đều phải được thu thập trong cùng

một thời gian
- Kết quả phải được xác định phải có xu hướng nhất định
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
* Sản xuất ethanol
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
* Sản phẩm phụ:
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
* Dữ liệu mô phỏng:
* Cân bằng về năng lượng và carbon
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO
Life cycle assessment of Bioethanol PHAN THỊ DẠ THẢO