Xử lý sinh học và ủ phân bón từ chất thải xenlulô

Nhà máy xử lý sinh học xenlulô: Lignocellulose bao gồm các polyme carbohydrate (cellulose, hemiaellulose) và một loại polymer thơm (lignin). Đây là nguyên liệu thô dồi dào nhất để xử lý sinh học vì nó chứa một lượng lớn đường có thể lên men. Tuy nhiên, các loại đường cần thiết cho quá trình lên men liên kết chặt chẽ trong lignocellulose. Điều này trở thành rào cản cho việc sử dụng lignocellulose từ sinh khối trong quá trình xử lý sinh học. Phần lớn nỗ lực kỹ thuật để giải phóng lượng lớn liên kết cho hoạt động lọc sinh học có liên quan đến việc khắc phục tính bền vững của nguyên liệu. Khoảng 40-60% tổng chi phí vận hành của một nhà máy xử lý sinh học điển hình có liên quan đến các nguyên liệu được chọn. Tuy nhiên, chi phí đáng kể nhất cho các nhà máy nhiên liệu sinh học xenlulô thế hệ thứ hai có thể là việc chuyển đổi sinh khối gỗ thành đường lên men.

Các nhà máy xử lý sinh học tích hợp, khai thác các thành phần chất thải lignocellulose tổng thể để tạo ra nhiên liệu, hóa chất và năng lượng, được mô tả là "trụ cột của nền kinh tế tuần hoàn". Tuy nhiên, việc phân loại là vấn đề trong quá trình xử lý sinh học xenlulô. Các vấn đề kỹ thuật xung quanh việc chuyển đổi đã được chứng minh là khó đến nỗi chỉ một số ít các nhà máy xử lý sinh học này là khả thi về mặt thương mại và tại thời điểm này, hầu hết các cơ sở này vẫn còn gặp nhiều khó khăn.

Ủ phân bón quy mô công nghiệp

Một giải pháp thay thế và tuần hoàn là chuyển đổi chất thải xenlulô thành phân hữu cơ và chất cải tạo đất. Không giống như xử lý xenlulô, phương pháp ủ phân đã được sử dụng trong hàng thế kỷ để duy trì độ phì nhiêu của đất, theo nghĩa rộng là vi sinh. Việc ủ phân ở quy mô công nghiệp mới hơn rất nhiều, chưa tối ưu, đòi hỏi kết hợp với các công nghệ khác để cải thiện hiệu quả và kiểm soát quy trình. Các quy trình này trong CBE có thể được chứng minh bằng số lượng và loại vật liệu thải có thể sử dụng để ủ phân bón quy mô công nghiệp. Chất thải và phế thải thích hợp bao gồm: cỏ, lá cây, hàng rào, thực phẩm thừa, chất thải rau quả từ ngành công nghiệp thực phẩm, chất thải từ ngành lên men, phân rắn và lỏng từ trại động vật, phế thải lâm nghiệp, chất thải từ ngành công nghiệp giấy, dạ cỏ của gia súc giết mổ và bùn thải từ các nhà máy xử lý nước thải.

 Thoạt nhìn các sản phẩm này không hấp dẫn và giá trị gia tăng thấp. Tuy nhiên, nhìn chung phải xem xét đến tình trạng đất trồng trọt nói chung và tầm quan trọng bị đánh giá thấp của đất đối với sức khỏe con người và hành tinh. Tình trạng của đất đáng nhận được sự quan tâm nghiêm túc từ các nhà hoạch định chính sách. Một ví dụ điển hình về nâng cao nhận thức là sáng kiến Năm quốc tế về đất đai (2010) của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc.

Sau đây là những vấn đề mang tính bắt buộc mà các nhà hoạch định chính sách cần phải nắm được đối với nền kinh tế tuần hoàn:

- Hơn 95% toàn bộ thực phẩm có nguồn gốc từ đất trồng trọt

- Đất hấp thụ khoảng 20% lượng phát thải CO2 của con người

- Tốc độ hình thành chậm có nghĩa là đất nên được coi là tài nguyên không tái tạo - phải mất 1000 năm để tạo ra 3 cm tầng đất mặt.

- Đất đang bị phá hủy với tốc độ chưa từng thấy - nếu tốc độ thoái hóa như hiện tại còn tiếp diễn, tất cả tầng đất mặt trên thế giới có thể biến mất trong vòng 60 năm.

- Xét về mặt kinh tế, đất nên được xem là vốn tự nhiên. Người ta ước tính rằng 17% GDP của New Zealand phụ thuộc vào 150 mm tầng đất mặt.

Tuy phân bón nhân tạo đã nâng cao đáng kể năng suất nông nghiệp, nhưng chúng cũng tạo ra những vấn đề ảnh hưởng tới ngành công nghiệp, nông nghiệp, năng lượng và môi trường. Các vấn đề môi trường xung quanh phân vô cơ được mô tả rõ ràng và đã được biết đến trong nhiều thập kỷ. Quy trình Haber-Bosch sản xuất phân bón tiêu tốn rất nhiều năng lượng, chiếm 3-5% lượng khí đốt tự nhiên của thế giới và thải ra lượng lớn CO2 vào khí quyển.

P.A.T (NASATI)