VINACHEM

Trong thế giới không ngừng phát triển của chúng ta, việc phát triển và ứng dụng những giải pháp bền vững để sản xuất nguyên liệu công nghiệp đang trở thành yếu tố ngày càng quan trọng. Ngày nay, việc sử dụng liên tục các sản phẩm đi từ nguyên liệu dầu mỏ và các tài nguyên không tái sinh khác đang hủy hoại dần các nguồn tài nguyên tự nhiên của Trái Đất.

Ngoài việc hủy hoại tài nguyên, hoạt động khai thác và sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên còn dẫn đến những thiệt hại nghiêm trọng đối với môi trường: Phế thải phát sinh khi đốt nhiên liệu dầu mỏ đang làm cho khí quyển Trái Đất bị hư hại nặng, trong khi đó chất dẻo sản xuất từ nguyên liệu dầu mỏ gây ô nhiễm nước và các hệ sinh thái nước. Những thiệt hại như vậy đã thúc giục nhiều ngành công nghiệp tìm kiếm giải pháp thay thế để sản xuất nguyên liệu công nghiệp.

Trong quá khứ, các sản phẩm hóa chất đi từ nhiên liệu sinh học ít khi có khả năng cạnh tranh với các quá trình và sản phẩm hóa học truyền thống. Nhưng ngày nay, khi công nghệ và các phương pháp sản xuất được cải thiện, sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học đang ngày càng trở nên hấp dẫn và mang lại lợi nhuận cao hơn. Hiện tại, sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học đã chiếm một thị phần lớn trên thị trường hóa chất. Các nhà sản xuất theo xu hướng phát triển bền vững và người tiêu dùng chào đón những phương án thay thế thân thiện môi trường đó, vì vậy nhu cầu đối với các sản phẩm “hóa chất xanh” không ngừng tăng.

Đồng thời, trong quá trình phát triển các nguồn nguyên liệu và các ứng dụng mới cho hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học, các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã và đang thu được nhiều kết quả đầy hứa hẹn.

Các công ty sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học không chỉ giúp cải thiện hình ảnh của ngành công nghiệp hóa chất, chúng còn giúp nâng cao hiệu quả của nền kinh tế và cải thiện môi trường tại những địa điểm hoạt động của mình.

Nhìn lại lịch sử ngành sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học

Ngành sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học đã bước đi những bước đầu tiên vào thập niên 1920, khi Henry Ford tiến hành những thí nghiệm sử dụng etanol làm nhiên liệu xe ôtô thay cho xăng. Tuy nhiên, tình trạng khan hiếm thực phẩm khi đó vẫn còn là trở ngại lớn cho ý tưởng này. Hơn nữa, ý tưởng của Ford cũng không nhận được vốn tài trợ của chính phủ Mỹ. Những cuộc chiến tranh trong thế kỷ 20 đã khiến cho việc thực hiện những dự định tương tự bị trì hoãn trong suốt một thời gian dài. Tuy nhiên, ý tưởng mà Henry Ford đã đề xướng vẫn nằm trong tâm trí của nhiều người ở dạng “ngủ đông”, trải qua nhiều thập niên cho đến cuối thế kỷ 20.

Cuối cùng, vào thập niên 1980 và 1990, một số tổ chức tại Mỹ đã bắt đầu tìm cách phát triển các phương pháp sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học và các ứng dụng công nghiệp của chúng. Đây là những tổ chức như New Uses Council và Alternative Agriculture Research Center. Những tổ chức này đã đầu tư vào các công ty tư nhân, cung cấp vốn để những công ty đó phát triển các sản phẩm công nghiệp đi từ nguyên liệu sinh học, qua đó thúc đẩy sự phát triển của ngành sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học.

Nhưng các phương pháp sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học chỉ trở thành trọng tâm quan tâm thật sự vào thời gian chuyển tiếp sang thế kỷ 21, khi việc tìm kiếm những nguồn dầu mỏ và tài nguyên không tái sinh khác trở thành mối lo ngại hàng đầu của các ngành công nghiệp cũng như công chúng. Vào thời điểm đó, Hội đồng Nghiên cứu quốc gia Mỹ đã đưa ra bằng chứng khoa học cho khái niệm ngành sản xuất các sản phẩm đi từ nguyên liệu sinh học, nêu lên nhiều ưu điểm mà ngành sản xuất này có thể mang lại cho nước Mỹ.

Những ứng dụng của hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học

Khi nói về hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học, nhiều người thường nghĩ đến nhiên liệu etanol. Nhưng trên thực tế những ứng dụng của hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học đã vượt xa ra ngoài lĩnh vực năng lượng. Chúng ta có thể kể đến một số lĩnh vực ứng dụng đối với các hóa chất này như sau:

Năng lượng: Cơ hội lớn nhất cho nền kinh tế dựa trên nguyên liệu sinh học là năng lượng và nhiên liệu lỏng. Trong đó, những ứng dụng có triển vọng lớn nhất và phổ biến nhất hiện nay là etanol và điêzen sinh học. Những nhiên liệu này được sản xuất bằng cách chiết xuất axit béo và dầu từ tinh bột ngô. Sản phẩm phụ của quá trình chỉ là thức ăn gia súc và nước nóng, vì vậy quá trình sản xuất không để lại những hóa chất độc hại như ở các nhà máy lọc dầu. Tuy nhiên, sản xuất etanol từ ngô cũng có những thách thức riêng: Ngô là cây trồng có chi phí sản xuất tương đối cao do tốn nhiều nhân công và diện tích đất canh tác. Hơn nữa, sản xuất etanol từ ngô đã dẫn đến tình trạng dư thừa sản phẩm phụ là thức ăn gia súc trên thị trường. Vì lý do đó, ngô có khả năng sẽ không phải là giải pháp khả thi về lâu dài. Hiện tại các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm những giải pháp thay thế với ít sản phẩm phụ hơn và hiệu quả kinh tế cao hơn.

Hóa chất: Ngày nay, hàng trăm sản phẩm hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học đã được cung ứng ra thị trường. Trong đó, nhiều sản phẩm là các hợp chất trung gian hoặc các thành phần quan trọng trong thực phẩm, dược phẩm hay mỹ phẩm. Những hóa chất này cũng có thể là nguyên liệu để sản xuất dầu và chất bôi trơn tự nhiên cũng như các chất tẩy rửa, dung môi, chất kết dính và sơn công nghiệp. Tuy những hóa chất đó thường đắt hơn các hóa chất truyền thống tương đương, nhưng chúng là phương án thay thế có giá trị và có thể tái sinh, được các công ty hóa chất trên toàn thế giới đánh giá cao.

Nguyên liệu: Ngoài những nguyên liệu sinh học chủ yếu như gỗ, bông, lụa, hiện có nhiều nguồn sợi khác có thể sử dụng. Sợi lanh, sợi gai dầu, sợi bông tai và các nguyên liệu khác đều có những đặc điểm độc đáo khiến cho chúng có thể được sử dụng riêng rẽ hoặc chung với các sợi khác. Hơn nữa, một số loại nguyên liệu cứng hơn, ví dụ rơm rạ, có thể được sử dụng trong xây dựng và sản xuất đồ gỗ nội thất ở dạng ván ép. Những nguyên liệu thay thế khác gồm có chất dẻo sản xuất từ gai dầu, có thể thay thế cho vật liệu bao bì, hoặc vật liệu da sản xuất từ sợi dứa.

Những ứng dụng như trên đang được thường xuyên nghiên cứu và mở rộng trên toàn thế giới, mỗi năm đều có những phát hiện mới được công bố. Những phát triển đó giúp cải thiện tính bền vững, khả năng ứng dụng, các lĩnh vực sản xuất và các thị trường trên toàn cầu.

Những ích lợi của sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học

Trong những năm qua, phạm vi ứng dụng của hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học đã không ngừng tăng khi các ngành sản xuất chuyển sang xu hướng phát triển bền vững. Nhưng phát triển bền vững không chỉ là lợi ích duy nhất mà hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học mang lại. Cụ thể, có thể kể đến những lợi ích sau của hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học:

Những ích lợi về mặt môi trường: Một trong những lợi ích quan trọng nhất của hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học là giảm xuống tối thiểu phế thải hóa chất và sản phẩm phụ độc hại trong quá trình sản xuất. 85% các chất gây ô nhiễm khí quyển hiện nay được hình thành do đốt nhiên liệu hóa thạch. Đồng thời, mỗi năm có 275 triệu tấn phế thải chất dẻo được tạo ra trên toàn thế giới, 8 triệu tấn trong số đó đi vào các đại dương, chúng không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng bất lợi đến cuộc sống của động vật hoang dã.

Việc chuyển sang sản xuất và sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc sinh học, kết hợp với hoạt động tái chế và loại bỏ những sản phẩm có hại, sẽ giúp giảm thiểu những vấn đề trên. Nguyên liệu sinh học chỉ thải ra các chất ô nhiễm khí quyển ở mức tối thiểu, trong khi đó chất dẻo sinh học có thể phân hủy nhanh hơn chất dẻo thông thường, giảm tác động đến cuộc sống của động vật hoang dã.

Độc lập kinh tế: Nguyên liệu sinh học được nhiều công ty và quốc gia quan tâm chủ yếu do tính độc lập kinh tế mà chúng mang lại. Ngày nay, nhiều quốc gia đang phải nhập khẩu dầu mỏ và trở nên phụ thuộc vào các nước xuất khẩu nguyên liệu này. Việc chuyển sang sử dụng nhiên liệu sản xuất trong nước như etanol sẽ giúp các quốc gia đó đạt được khả năng độc lập tương đối về mặt năng lượng.

Tạo ra việc làm và thu nhập: Ngành công nghiệp sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học đang phát triển, giúp thay thế một phần công ăn việc làm của các nhà máy hóa chất truyền thống. Hơn nữa, thu nhập của người nông dân sẽ được cải thiện khi chuyển sang trồng các loại cây làm nguyên liệu sản xuất hóa chất.

Giảm chi phí: Sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học đòi hỏi ít hơn các quy trình thao tác và biện pháp quản lý đặc biệt so với hóa chất truyền thống có tính độc hại cao, nhờ đó chi phí vận hành giảm, thu nhập của nhà sản xuất tăng. Hơn nữa, việc loại bỏ phế thải cũng ít phức tạp hơn, do sản phẩm phụ của hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học là các chất không độc hại và có thể sử dụng tiếp, thường có thể được sử dụng làm thức ăn gia súc.

Trong số những ví dụ điển hình về tác động tích cực của sản xuất hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học đến kinh tế và môi trường địa phương, có thể kể đến cây rau cađông trên đảo Sardinia tại Italia.

Từ năm 2011, Sardinia đã bắt đầu phát triển các sản phẩm hóa chất từ nguyên liệu thực vật địa phương là rau cađông. Đây là một loại cây có họ hàng gần với cây actiso và phát triển mạnh tại vùng Porto Torres phía Bắc Sardinia. Loại cây thảo mộc lưu niên này có xuất xứ từ vùng Địa Trung Hải, nó rất thích hợp với khí hậu khô ấm, vì vậy chỉ cần ít nước và công chăm sóc.

Từ hạt của cây rau cađông nhỏ bé người ta có thể thu được dầu với chất lượng tuyệt hảo, đây là thành phần cấu trúc hoàn hảo cho nhiều sản phẩm sinh học như hóa chất và các sản phẩm trung gian, chúng là cơ sở để sản xuất chất bôi trơn và phụ gia sinh học cho các sản phẩm cao su. Hiện tại, ứng dụng phổ biến nhất của dầu hạt rau cađông là sản xuất chất dẻo sinh học.

Nhưng một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất của rau cađông là chúng giúp chuyển đổi mục đích sử dụng quỹ đất của địa phương. Nguyên liệu sinh học thường bị chỉ trích là làm giảm lượng cây trồng lương thực hoặc chiếm quá nhiều đất nông nghiệp. Nhưng cây rau cađông ở phía Bắc Sardinia hoàn toàn không cạnh tranh với các cây trồng nông nghiệp khác. Trên thực tế, khoảng 60.000 ha đất trồng lúa mì ở đây đã bị bỏ hoang trong 3 thập niên qua. Nay người nông dân đã cải tạo khoảng 4% diện tích đất này để trồng rau cađông vì nó dễ trồng hơn nhiều và mang lại lợi nhuận lớn hơn.

Ngoài việc tận dụng đất bỏ hoang, quá trình sản xuất dầu từ hạt rau cađông tại Sardinia cũng làm sống lại ngành công nghiệp tại địa phương.

Những ích lợi như trên của hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học khiến cho nhiều tập đoàn, công ty hóa chất trên thế giới đang tìm cách kết hợp những hóa chất này vào danh mục sản phẩm của mình.

Triển vọng tăng trưởng

Thị trường hóa chất xanh trên toàn cầu hiện có triển vọng phát triển một cách khác thường trong một số năm tới. Mối quan tâm của công chúng đối với hóa chất xanh không ngừng tăng, 62% các công ty hóa chất cho biết khách hàng của họ ngày càng quan tâm đến các ứng dụng thân thiện môi trường, xu hướng này vẫn không ngừng tăng. Mối quan tâm của người dân cùng với số lượng ngày càng nhiều các công ty hóa chất có ý định tham gia xu hướng hóa học xanh đã tạo ra triển vọng đầy hứa hẹn cho thị trường hóa học xanh toàn cầu.

Theo những báo cáo nghiên cứu mới đây, thị trường hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học sẽ chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ trong thời gian tới, với giá trị tăng từ 11 tỷ USD năm 2015 lên 100 tỷ USD vào năm 2020. Thị trường được dự báo sẽ tăng trưởng với tốc độ trung bình 16%/năm trong thời gian từ 2017 đến 2025. Thu nhập do thị trường này tạo ra sẽ tăng từ 6,47 tỷ USD trong năm 2016 lên 23,97 tỷ USD vào năm 2025.

Châu Á - Thái Bình Dương là thị trường lớn nhất thế giới đối với hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học, nhu cầu những hóa chất này trong khu vực sẽ tăng mạnh trong thời gian dự báo, từ 2017 đến 2025. Châu á - Thái Bình Dương cũng là một trong những khu vực sản xuất và tiêu thụ lớn nhất đối với hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học, hiện chiếm 42,38% thị phần trên thị trường toàn cầu.

Châu Âu là thị trường hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học lớn thứ hai nhờ sự phát triển của các chuỗi giá trị mới với nguyên liệu sinh học, tức là tạo ra các hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học và các nhà máy tinh chế nguyên liệu sinh học. Tại châu Âu, Đức là quốc gia đóng vai trò chi phối trên thị trường này, tiếp theo là Pháp, Anh và Italia.

Thị trường Bắc Mỹ được dự báo sẽ tăng trưởng với tốc độ trung bình 17,03%/ năm trong thời gian 2017-2025. Sự sẵn có của các nguồn nguyên liệu dồi dào với giá rẻ, sự dịch chuyển của nhận thức ở người tiêu dùng về hướng các sản phẩm thân thiện môi trường và các nỗ lực cũng như quy định của các chính phủ sẽ là những yếu tố then chốt cho sự phát triển của thị trường hóa chất đi từ nguyên liệu sinh học tại Bắc Mỹ.

HV

Theo Chemistry & Industry, 7/2017