Phần V: Công nghệ Sinh học trong công nghiệp

Những ngành công nghiệp sau đây cung cấp các nguyên liệu hữu ích nhất:

 Ngành sản xuất đường và bột;

 Ngành sản xuất dầu mỡ;

 Ngành sản xuất gỗ và giấy.

Do đó, một điều hợp logic là những tiến bộ trong khâu sản xuất nguyên liệu

sinh khối sẽ có tác động lớn tới việc phát triển sản phẩm cuối cùng; Uỷ ban Tư

vấn Kỹ thuật R&D Sinh khối của Mỹ đã nhận dạng một số thách thức trong

nghiên cứu sản xuất sinh khối cần phải được khắc phục để đẩy mạnh các ứng

dụng CNSH công nghiệp vào phát triển các sản phẩm dựa vào sinh học, bao

gồm:

 Sự hiểu biết đầy đủ hơn về cơ sở của hệ gen học, hoá sinh và trao đổi chất

ở thực vật;

 Các phương pháp khoa học để sản xuất và chuẩn bị cho cây trồng/dư

lượng cây trồng đáp ứng được đặc trưng của các ứng dụng sản phẩm;

 Hoàn thiện các thực tiễn và công nghệ canh tác để nâng sản lượng, tính

bền vững của cây trồng, hiệu quả và giảm chi phí sản xuất/phân phối.

Khả năng sản xuất nhiên liệu, điện và sản phẩm dựa vào sinh học có giá trị

cao, đạt hiệu quả kinh tế đòi hỏi phải giảm được chi phí của nguyên liệu và nâng

cao các đặc tính cần thiết, chẳng hạn như hàm lượng năng lượng, sản lượng, độ

tăng trưởng và chịu đựng được điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Theo dự báo, trong tương lai gần, hầu hết các nguồn sinh khối để sản xuất sản

phẩm công nghiệp đều được chuyển hoá từ các bộ phận cây nông nghiệp đã

được chế biến; đường lên men của các cây ngũ cốc như ngô; các phế thải sinh

khối. Các nguồn này sắp tới sẽ bao hàm các vật liệu lignin/xenlulo từ cỏ, cây và

dư lượng cây trồng, khi công nghệ và kết cấu hạ tầng đạt trình độ để chiết suất

và xử lý những cấu phần hữu ích từ các nguồn này. Dự báo sau 2010, các cây

lấy sợi mới phục vụ cho công nghiệp sẽ trở thành chính thống.

Việc hoàn thiện khâu xử lý sơ bộ nguyên liệu sinh khối sẽ có tác động lớn đến

sự phát triển của các thị trường tương lai.

5.2. Công nghệ xử lý sinh học

Quá trình xử lý nguyên liệu sinh khối thành sản phẩm hữu ích bao gồm 2 giai

đoạn: xử lý đầu (Upstream) và xử lý cuối (Downstream). Xử lý đầu bao gồm

“bất kỳ công nghệ nào đem lại khả năng tổng hợp sản phẩm, cũng như những

kiến thức khoa học và kỹ thuật cơ bản cần thiết để hiểu được quá trình hình

thành sản phẩm”. Xử lý cuối là công việc tách và thanh lọc, cũng như tinh luyện

sản phẩm sinh học đạt hiệu quả về chi phí.

Xử lý đầu: bao gồm các khâu và công đoạn sau:

Xúc tác sinh học

Trong công đoạn xử lý sinh học công nghiệp, chất xúc tác sinh học, theo quan

niệm truyền thống, là enzym, tế bào hoặc vi sinh vật có tác dụng kích hoạt hoặc

tăng tốc phản ứng hoá sinh. Lên men vi khuẩn, chất xúc tác tế bào và các các

xúc tác dựa vào enzym là thường được dùng nhiều nhất trong các phương pháp

52



xử lý sinh học công nghiệp. Những quy trình này được thực hiện trong các thiết

bị phản ứng hoặc lên men. Tuy nhiên, như đã đề cập ở phần nói về CNSH cây

trồng và vật nuôi, các thực vật và vật nuôi biến đổi gen cũng sẽ có tiềm năng

được dùng làm các “xí nghiệp” để sản xuất protein và hoá chất giá trị. ở đây sẽ

chú trọng đến các chất xúc tác sinh học cho các thiết bị và các công nghệ đang

nổi, mà giúp tăng cường chức năng của vi khuẩn và enzym, đồng thời đề cập đến

lĩnh vực phát minh sinh học đối với các enzym và vi khuẩn mới, đó là thăm dò

tìm kiếm các sản phẩm sinh học mới (Bioprospecting).

Lên men

CNSH công nghiệp hiện nay sản xuất một loạt hoá chất thô và tinh. Lên men

là công nghệ thường dùng nhiều nhất cho quá trình sản xuất này. Các vi sinh vật

được nuôi cấy chuyên dụng (vi khuẩn, men và nấm) đã chuyển hóa có hiệu quả

đường thành sản phẩm hữu ích. Phạm vi của sản phẩm rất rộng, từ những sản

phẩm thô, giá rẻ đến những loại rất tinh khiết và đắt tiền như dược phẩm. Dưới

đây minh họa các sản phẩm được sản xuất bằng công nghệ lên men.

Sản phẩm













Etanon sinh học

Axit chanh

Vitamin C

Kháng sinh (thô)

Kháng

sinh

(đặc

dụng)

 B12



Sản lượng toàn thế giới

(tấn/năm)



Giá thành (USD/kg)



26.000.000

1.000.000

80.000

30.000

5.000



0,40

1,5

8

150

1.500



10



25.000



Công nghệ biến đổi gen đã đem lại khả năng tạo ra những thay đổi ở những vi

sinh vật này. Ví dụ, có thể nâng cao hiệu quả lên men của chúng bằng 2 kỹ thuật

GM: thiết kế đường trao đổi chất và nạp gen của các loài khác (vi sinh vật hoặc

sinh vật cấp cao).

Thiết kế đường trao đổi chất

Kỹ thuật này thao tác các tế bào vi khuẩn để bỏ qua những quy trình không

cần thiết đối với nhiệm vụ đặt ra cho chúng. Nói theo thuật ngữ kỹ thuật, nó bao

hàm việc biến đổi được định hướng đối với sinh lý tế bào thông qua kỹ thuật

nạp, xoá bỏ và/hoặc biến đổi các đường trao đổi chất hoặc các chức năng điều

chỉnh của một tế bào. Trên thực tế, điều này nghĩa là có thể thiết kế các vi sinh

vật để thực hiện các phép tổng hợp hoá học phức tạp trong một khâu lên men.

Một ví dụ là việc sản xuất B12 bằng quy trình sinh học một khâu thay cho quy

trình hoá học 6-8 khâu trước đây (giảm được 40-50% chi phí). Hai hãng

Genencor và Eastman Chemical đang trong quá trình thương mại hoá việc sản

xuất vitamin C bằng một khâu thông qua kỹ thuật thiết kế đường trao đổi chất.

53



Trước đây, sản xuất vitamin C đòi hỏi khâu lên men và 5 khâu hoá chất. Tác

dụng của đột phá công nghệ thuộc loại này không chỉ bó hẹp đối với sản phẩm

cụ thể, mà còn có thể bổ sung các enzym để tổng hợp các sản ph ẩm khác.

Các quy trình xúc tác bằng enzym

Enzym được sản xuất ra trong quá trình lên men công nghiệp và tiếp đó có thể

được dùng để làm xúc tác công nghiệp. Việc sử dụng enzym trong công nghiệp

tuyệt nhiên không phải là công nghệ mới. Chúng đã được dùng ch o các sản

phẩm như chất tẩy rửa từ thập kỷ 50. Mckinsey and Co ước tính rằng tới năm

2010, chỉ riêng ở Mỹ, tổng giá trị tạo ra-xét về hiệu suất, doanh thu từ enzym và

lợi nhuận sinh ra nhờ các sản phẩm có sử dụng các xúc tác sinh học -có thể tăng

gấp đôi, tức là 12 tỷ USD.

Các quy trình công nghiệp được xúc tác bằng enzym luôn luôn hiệu quả hơn

so với phương pháp hoá học, bởi vì chúng có ít khâu tổng hợp hơn và mỗi khâu

đều có hiệu suất gần đạt 100%. Trong khi đó, phương pháp hoá học chỉ đạt hiệu

suất 10%.

Tuy nhiên, một vấn đề đặt ra cho enzym sinh học là chúng ngừng hoạt động

khi ở trong môi trường có nhiệt độ, độ pH và áp suất không phù hợp. Bởi vậy,

các xúc tác enzym thường chỉ được áp dụng hạn chế để sản xuất các sản phẩm

cao cấp như dược phẩm và chất bổ dưỡng. Những tiến bộ trong việc tìm những

loại enzym khoẻ và phương thức sản xuất enzym đang bắt đầu khắc phục được

những khó khăn này. Ngoài ra, các công nghệ đang nổi lên, như phương pháp

tiến hoá được định hướng, bước đầu tạo ra các “siêu” enzym thích hợp với mục

đích, mà ta có thể chứng kiến sự thâm nhập của chúng vào lĩnh vực công nghiệp.

Tiến hoá được định hướng

Phương pháp này tìm cách tạo ra theo cách từ dưới lên các enzym có hoạt

động được cải thiện ở những điều kiện đặc biệt. Thực chất, thông qua sự tiến

hoá được định hướng, các nhà nghiên cứu tạo ra các vi sinh vật mới để sản xuất

các “siêu” enzym. Dựa vào công nghệ rây tốc độ cao và một kỹ thuật có tên là

“Xáo trộn gen” (Gene Shuffling), các nhà nghiên cứu trộn và làm phù hợp ADN

từ các sinh vật khác nhau để đạt được những tổ hợp chất xúc tác cần thiết. Một

số trường hợp, những con đường này được nạp vào vi khuẩn như E-coli và sau

đó tiến hành thử nghiệm hoạt động ở các điều kiện khác nhau (nhiệt độ, độ

pH…)

Hiện tại, kỹ thuật này phần lớn được áp dụng để sản xuất các hoá chất tinh

khiết. Một trong những mục tiêu cuối cùng của CNSH công nghiệp là tạo ra các

sinh vật có khả năng sản xuất những khối lượng lớn lọai siêu enzym mà áp dụng

được cho các ngành công nghiệp hiện có trong khi không cần phải thiết kế lại

dây chuyền sản xuất.

Một trong những trở ngại then chốt để tăng cường các công nghệ xử lý sinh học

là làm sao để thời gian phát triển các xúc tác thích hợp trùng khớp với các quy trình

công nghiệp khác nhau, cũng như giảm bớt phí tổn của sự chậm trễ thời gian này.

Các kỹ thuật như tiến hoá được định hướng đang đẩy nhanh quá trình phát triển tới

54



mức chẳng bao lâu nữa, hiệu quả chi phí của các công nghệ xử lý sinh học sẽ mở

đường để thâm nhập vào các ngành, chẳng hạn như hoá chất công nghiệp.

Thăm dò sinh học (Bioprospecting)

Đây là lĩnh vực có nhiệm vụ tìm kiếm các hoá chất (trong thực vật, động vật

và vi khuẩn) có tiềm năng được tổng hợp để phục vụ y học hoặc thương mại.

Hiện tại, ngành dược phẩm đã làm thích ứng những tính chất của nhiều loài t hực

vật mà đã được người dân địa phương sử dụng từ hàng thế kỷ nay để tạo ra các

dược phẩm và liệu pháp thành công.

Các hãng lớn như Craig Venter đã bắt đầu đầu tư vào hoạt động thăm dò sinh

học. Hãng này, thông qua Viện Năng lượng Sinh học, đã lấy mẫu để nghiên cứu

đời sống vi khuẩn ở Biển Sargasso. Nhờ sử dụng một kỹ thuật đang nổi có tên

gọi là “Siêu hệ gen” (có nhiệm vụ lập chuỗi ADN của toàn bộ môi trường), gần

1,2 triệu gen mới đã được khám phá từ 1.800 loài vi khuẩn chưa được biết cho

đến nay.

Một nhóm vi sinh vật có tên gọi là extremophile dành được sự quan tâm đặc

biệt để ứng dụng trong công nghiệp. Những vi sinh vật này có thể chịu đựng

được điều kiện môi trường cực kỳ khắc nghiệt. Sau khi tách chúng ra khỏi môi

trường, các nhà nghiên cứu có thể tiến hành phân tích biểu hiện protein của

chúng. Một số protein này có thể làm xuất phát điểm để phát triển các quy trình

xử lý sinh học công nghiệp.

Xử lý cuối

Xử lý cuối có thể xem như giai đoạn phục hồi sản phẩm và có thể có những

khó khăn về kỹ thuật và tốn kém. Ví dụ, xử lý sau khâu lên men phần lớn là quá

trình tách sơ bộ thành pha rắn và pha lỏng, sau đó tiếp tục tách, tăng mật độ và

độ tinh khiết sản phẩm. Chi phí cho trường hợp này có thể chiếm 60-70% giá

bán của sản phẩm.

Tinh chế sinh học

Để tạo khả năng cho CNSH công nghiệp thâm nhập vào thị trường hoá chất,

hoặc có khả năng sử dụng hữu hiệu sinh khối để sản xuất năng lượng, cơ sở tinh

chế sẽ phải mở rộng quy mô và giảm giá thành. Khái niệm tinh chế sinh học

(Biorefinery) được coi là hướng đi khả dĩ nhất để đạt được mục tiêu này.

Tinh chế sinh học là một phương tiện, trong đó kết hợp các quy trình chuyển

hoá sinh khối với thiết bị sản xuất nhiên liệu, điện và hoá chất từ sinh khối. Nó

cũng tương tự thiết bị tinh chế dầu mỏ hiện nay dùng để sản xuất ra các loại sản

phẩm từ dầu mỏ. Tinh chế sinh học được coi là một trong những hướng đi hứa

hẹn nhất để tạo nên nền công nghiệp dựa vào sinh học. Có thể coi các xí nghiệp

cán giấy và bột ngô ướt hiện nay là những nguyên mẫu của xí nghiệp tinh chế

sinh học, với những bộ phận kết cấu hạ tầng cần thiết. Sự khác biệt giữa các

nguyên mẫu này với các xí nghiệp tinh chế được hình dung trong tương lai là tổ

hợp của quy mô, năng lực công nghệ nền tảng và số các dây chuyền sản phẩm

được sản xuất từ sinh khối.

55



Các nền tảng công nghệ chuyển hoá khác nhau thích hợp với các dòng sản

phẩm khác nhau. Có 2 nền tảng công nghệ chuyển hoá phối hợp nhau là hoá

nhiệt và sinh học. Dưới mỗi nền tảng công nghệ là những quy trình khác nhau để

sản xuất các dòng sản phẩm khác nhau.

Chính phủ được coi là động lực then chốt để có được nền công nghiệp dựa

vào sinh học và mở rộng quy mô phát triển ngành tinh chế sinh học đạt mức sản

xuất thương mại. Đặc biệt nổi bật là những định hướng gần đây của Chính phủ

Mỹ và Uỷ ban châu Âu (EC).

Vừa qua, Mỹ đã ban hành các quy tắc dự thảo để khuyến khích sự đặt hàng

của Liên bang đối với các sản phẩm công nghiệp dựa vào sinh học ở 11 loại, từ

dầu bôi trơn đến sợi, chất dẻo và sơn. Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) là một trong

những nhà đầu tư then chốt để phát triển cơ sở tinh chế sinh học. Việc phát triển

cơ sở thay thế cho sản xuất cả nhiên liệu lẫn năng lượng được coi là có tầm quan

trọng tới an ninh quốc gia của Mỹ. Sự biến động của Trung Đông, cùng với khả

năng cạn kiệt các nguồn nhiên liệu hoá thạch là những động lực thúc đẩy sự phát

triển lĩnh vực tinh chế sinh học ở Mỹ. DOE cũng đang trợ cấp để phát triển công

nghệ etanon sinh học của Mỹ.

Để đạt được các mục tiêu EU đã đề ra trong Nghị định thư Kyoto, từ 2010

châu Âu sẽ phải sản xuất khoảng 9,3 triệu tấn etanon hàng năm. EU cũng đưa ra

các hướng dẫn và mục tiêu tăng cường sử dụng nhiên liệu sinh học được sản

xuất từ các sản phẩm nông, lâm nghiệp và chất thải hữu cơ. Mục tiêu đặt ra cho

nhiên liệu sinh học trong năm 2005 là 2% nhiên liệu dùng cho ô-tô và sẽ tăng

lên gần 6% vào năm 2010.

Một số hãng công nghiệp lớn cũng đang tạo động lực cho sự phát triển khái

niệm tinh chế sinh học. Nổi bật là liên doanh của Cargill và Dow ở Nebraska,

Royal Dutch Shell và Iogen ở Canađa. Cargill Dow sản xuất bao bì chất dẻo và

sợi vải từ ngô (kể cả phế thải sinh khối ở dạng thân cây, lá, vỏ bắp). Royal

Dutch Shell và Iogen đang xây dựng xí nghiệp tinh chế etanol từ phế thải sinh

khối. Sản phẩm Eco Ethanol của xí nghiệp này được sản xuất từ phần phi thực

phẩm của nguyên liệu sinh khối nhờ công nghệ enzym của Iogen.

Sự phát triển của công nghiệp tinh chế sinh học phụ thuộc vào một số yếu tố,

đặc biệt là làm sao nguồn nguyên liệu phải có giá cả phù hợp, đảm bảo chất

lượng và số lượng, cũng như các quy trình chuyển hoá phải kinh tế và hiệu quả.

5.3. Sản phẩm và thị trường

Có thể phân loại các sản phẩm được sản xuất bằng các quy trình CNSH công

nghiệp (hoặc một phần, hoặc toàn bộ) như sau:

 Các hoá chất chuyên dụng (Dược phẩm, thực phẩm bổ dưỡng, thức ăn

động vật, enzym v.v...);

 Hoá chất công nghiệp (nhiên liệu sinh học và năng lượng sinh học);

56



Mỗi một nhóm sản phẩm trên đang ở giai đoạn phát triển khác nhau, với

những động lực, mối quan hệ phụ thuộc, nhu cầu phát triển kết cấu hạ tầng và

những triển vọng giá trị khác nhau.

Một việc hữu ích là so sánh chúng để có được bức tranh rõ nét hơn về lộ trình

tương lai của CNSH công nghiệp. Ta sẽ đề cập chi tiết hơn về:

 Dược phẩm;

 Chất dẻo sinh học;

 Nhiên liệu sinh học;

 Năng lượng sinh học: sản xuất hydro.

5.3.1. Sản xuất dược phẩm

Hiện tại, mức độ thâm nhập lớn nhất của CNSH công nghiệp là ở các ngành

dược phẩm, trong đó 20-30% là có sử dụng công nghệ lên men hoặc xúc tác

enzym trong quá trình sản xuất. Lĩnh vực công nghiệp này được dự báo là sẽ

tăng trưởng cả về trước mắt lẫn lâu dài.

Xét ở quan điểm năng suất, các vi sinh vật và enzym được hoàn thiện cũng sẽ

giúp giảm giá thành sản xuất thuốc. Điều này cũng đem lại khả năng sử dụng

hiệu quả hơn năng lực sản xuất hiện có và dùng vốn để đầu tư cho năng lực mới.

Như đã đề cập ở các phần trên, lộ trình tăng trưởng trong tương lai của dược

phẩm được dựa vào CNSH chứ không phải là hoá chất. Các xu hướng trong

thành phần các dược phẩm hoá chất phân tử nhỏ cũng là dấu hiệu cho thấy sự

phụ thuộc ngày càng tăng vào CNSH công nghiệp để tối ưu hoá quy trìn h sản

xuất. Ví dụ, việc sử dụng gia tăng các kỹ thuật hoá chất bất đối xứng trong phát

triển thuốc là thích hợp với nền sản xuất sinh học. Các hợp chất thuần tuý bất

đối xứng có thể giúp giảm được một nửa lượng thuốc cần thiết và tăng hiệu quả

của thuốc. Các hoá chất xúc tác không nhận biết được tính bất đối xứng, nhưng

enzym lại có khả năng đó, bởi vậy chúng đạt hiệu quả hơn trong quá trình sản

xuất các dược phẩm bất đối xứng.

Việc sử dụng CNSH trong ngành dược phẩm sẽ tiếp tục gia tăng. Điều này

cũng đúng đối với ngành hoá công nghiệp nói chung: Sẽ ngày càng có nhiều sản

phẩm có khối lượng nhỏ, nhưng giá trị cao, chỉ cần kết cấu hạ tầng sản xuất ở

mức “khiêm tốn” .

5.3.2. Chất dẻo sinh học

Trong vòng 2 năm qua, đã có một số đột phá công nghệ trong sản xuấ t chất

dẻo sinh học tái tạo. Quả thực, xét về ngắn hạn và trung hạn, chất dẻo sinh học

được coi là có khả năng lớn nhất để thâm nhập vào thị trường hoá dầu truyền

thống.

Hiện tại, 2 dự án sản xuất chất dẻo tiên tiến nhất đang được thực hiện là của

các hãng Dupont và Cargill Dow. Sản phẩm của Dupont có tên là Sorona, được

hợp tác phát triển với Genencor, chế biến bằng cách lên men tinh bột ngô. Tuy

nhiên, Sorona không phải là vật liệu tái tạo hoàn toàn, vì nó được kết hợp với

một monomer dầu mỏ. Trái lại, sản phẩm của Cargill Dow, có tên gọi là Nature

57



Works, là vật liệu tái tạo 100%. Bao bì Nature Works được làm từ axit lactic,

sản xuất từ glucose. Các kỹ thuật hoá chất trước đây được dùng chỉ phục vụ cho

quá trình polyme hoá axit lactic. Năm 2004, Nature Works đã được tung ra thị

trường và mặc dù đắt hơn so với các sản phẩm hoá chất, nhưng có ưu điểm là

thân thiện với môi trường. Cargill Dow đã đầu tư mạnh vào kết cấu hạ tầng sản

xuất và đang có kế hoạch đa dạng hoá sản phẩm.

Mc Kinsey and Co dự báo rằng tới 2010, 10% các sản phẩm polyme có thể

liên quan đến CNSH ở một hình thức nào đó. Công ty này cũng dự báo rằng tới

2010, 20% giá trị của ngành hoá chất toàn cầu sẽ có nguồn gốc từ CNSH (hiện

nay, con số ước tính là 5%). Những dự báo khác nhận định rằng các c hất dẻo tự

phân huỷ bằng sinh học sẽ chiếm 30% thị trường chất dẻo vào năm 2015 -2017.

Tuy nhiên, còn phải khắc phục một số trở ngại công nghệ để cho nguyên liệu

hoặc thành phẩm đủ rẻ. Khâu đột phá then chốt là phải sản xuất được glucose

giá rẻ. Nguồn chủ yếu của glucose công nghiệp hiện nay trên toàn cầu là tinh bột

ngô. Trong ngô, tỷ trọng lớn nhất là xenlulo. Xenlulo cũng giống tinh bột ở chỗ

cũng là polyme của glucose, nhưng khó phân giải. Hiện cuộc đua đang diễn ra

để phát triển các enzym có tác dụng chuyển hoá xenlulo thành sản phẩm thương

mại.

5.3.3. Nhiên liệu sinh học

Tính khả thi và kỹ thuật sản xuất nhiên liệu vận tải từ sinh khối đã được

khẳng định chắc chắn. Việc sản xuất etanon sinh học bằng cách lên men đường

mía đã được thương mại hoá ở Braxin từ thập kỷ 80. Thập kỷ 90, một số bang

của Mỹ đã tiến hành sản xuất từ ngô và một số cây ngũ cốc. Các phụ phẩm động

vật, chẳng hạn như nước sữa, cũng được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất

etanon. Hãng Fonterra gần đây đã thử nghiệm sử dụng nước sữa (chất thải của

quá trình sản xuất cazein) để sản xuất etanon làm nhiên liệu cho ô-tô.

Chi phí sản xuất etanon từ cây trồng thường lớn hơn nhiều so với giá thành

hiện nay của xăng và dầu, chủ yếu do khâu nguyên liệu và quy trình chuyển hoá.

Việc sử dụng vật liệu lignocellulo từ cây và dư lượng (phế thải) của cây được

coi là giải pháp cho vấn đề trên. Sinh khối lignocellulo đã được sử dụng để sản

xuất etanon, nhưng vật liệu này khó phân giải, vì nó đòi hỏi phải khử lignin, sau

đó chuyển hoá xenlulo thành đường rồi mới cho lên men để tạo thành etanon.

Năm 2003, Genencor thông báo đã phát triển được quy trình enzym đạt chỉ tiêu

về mặt kinh tế (giảm chi phí xuống còn còn 1/10). Hãng đang tìm đối tác để

nâng quy trình này lên quy mô tinh chế sinh học.

Trong khi etanol sinh học đem nguồn năng lượng tái tạo vào thị trường xăng

dầu thì điêzen sinh học đang nổi lên ở thị trường điêzen. Điêzen sinh học thường

được sản xuất từ mỡ và dầu thực vật như dầu cải và dầu đậu tương. Glycerine là

một phụ phẩm được dùng cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Việc tăng cường các

sử dụng mới cho glycerine được coi là yêu cầu then chốt để tạo động lực cho

nền kinh tế tương lai.

58



Điêzen sinh học đang dành được sự quan tâm đáng kể của EU (đặc biệt là

Đức) và Mỹ. Nó có thể dùng được ngay cho động cơ điêzen và có mức phát thải

thấp hơn nhiều. Chỉ riêng ở Mỹ, mức tiêu thụ điêzen sinh học đã tăng từ 15 triệu

galon (1 galon=3,785 l) năm 2002 lên 25 triệu galon năm 2003. Các xe buyt và

máy kéo sử dụng phần lớn điêzen sinh học sản xuất ở Mỹ. Tuy nhiên, châu Âu

hiện đang dẫn đầu cuộc tấn công, với 30% hỗn hợp điêzen sinh học có ở Pháp,

còn ở Đức và áo, điêzen sinh học nguyên chất đã có mặt ở thị trường.

Sản xuất điêzen sinh học cũng nhận được sự ủng hộ của các hãng lớn trong

ngành chế tạo ô-tô. ở châu Âu, DaimlerChrysler vừa qua đã tiến hành các bước

để khơi dậy mối quan tâm của người dùng bằng cách mở ra một dòng sản phẩm

mới có thể sử dụng hỗn hợp điêzen sinh học. Hãng này cũng liên doanh với hãng

cạnh tranh là Volkswagen và hãng phát triển nhiên liệu Chloren để sản xuất hỗn

hợp điêzen sinh học có tên là Sundiesel. Lô sản phẩm đầu tiên đã được sản xuất

năm 2003, có thể dùng cho mọi động cơ điêzen.

Cũng giống như các CNSH công nghiệp khác, để nhiên liệu sinh học chiếm

lĩnh thị trường thì còn phụ thuộc vào sự phát triển của các kết cấu hạ tầng và

công nghệ khác, ví dụ kết cấu hạ tầng phân phối nhiên liệu và công nghệ động

cơ đốt trong. Theo một dự báo được trích dẫn nhiều nhất, xét về ngắn hạn và

trung hạn (2005-2020), các nhiên liệu sinh học sẽ thâm nhập thị trường với tư

cách là hỗn hợp với các nguồn nhiên liệu truyền thống, tiếp theo là sự phát triển

kết cấu hạ tầng cơ bản hơn và sau năm 2020 sẽ là thời kỳ của các pin nhiên liệu

dùng hyđro sinh học.

5.3.4. Năng lượng sinh học: sản xuất hyđrô

Mặc dù nhiên liệu hoá thạch vẫn tiếp tục giữ vai trò chủ đạo trong số năng

lượng được sản xuất và sử dụng tới năm 2025 và lâu hơn nữa, nhưng có một

nhận thức ngày càng gia tăng rằng kết cục, năng lượng sẽ phải được sản xuất từ

các nguồn tài nguyên có khả năng tái tạo. Ngành sản xuất hyđro từ sinh khối có

thể sẽ trở thành bộ phận quan trọng của cái gọi là “nền kinh tế hyđro”.

Hiện việc sản xuất hyđro từ sinh khối đang ở giai đoạn R&D và theo dự báo,

nó sẽ bắt đầu nổi lên ở thị trường vào năm 2025. Nếu dự báo này diễn ra đúng

như vậy thì khi đó việc sản xuất hyđro sẽ giúp phát triển các pin nhiên liệu phục

vụ ngành vận tải và kết cục sẽ phát triển nền kinh tế hyđrô. Các công nghệ này

sẽ được phát triển từ 2020 trở đi.

Hiện đang nghiên cứu một số cách tiếp cận khác để sản xuất h yđro. Ví dụ, sản

xuất hyđro bằng quá trình lên men kỵ khí cacbonhydrat nhờ quang hợp trực tiếp

và quay vòng theo chu kỳ giữa các điều kiện lên men sunphua và không

sunphua. Một cách tiếp cận nữa cũng có hứa hẹn, bao gồm quá trình phản ứng

sinh học 3 khâu: (1) sản xuất cacbonhydrat thông qua quang hợp; (2) chuyển hoá

cacbonhydrat thành axit lactic nhờ lên men bằng vi khuẩn; (3) sản xuất hyđro từ

axit lactic bằng vi khuẩn.

59



Một trở ngại kỹ thuật lớn để thương mại quy mô lớn là vấn đề lưu trữ hyđro.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang theo đuổi phương án sử dụng hệ thống kim

loại/hợp kim. ống nano cacbon cũng là một công nghệ đầy hứa hẹn.



60



Kết luận chung

Nghiên cứu xu hướng phát triển CNSH thế giới trong thời gian sắp tới, chúng ta

nhận thấy, tiếp sau CNTT-TT, CNSH là một ngành đang phát triển hết sức mạnh mẽ,

mở ra rất nhiều triển vọng cho nghiên cứu và ứng dụng phục vụ phát triển kinh tế có

quy mô. Các nước có điều kiện phát triển đều đang triển khai hết sức mạnh mẽ CNSH

trong nền kinh tế quốc dân, dựa trên cơ sở lựa chọn những lĩnh vực phù hợp với thế

mạnh và điều kiện cụ thể của mình.

Do nhận thức được tầm quan trọng có tính chiến lược của CNSH, cũng như xuất

phát từ tình hình thực tiễn nước ta, Đảng và Chính phủ đã ra Nghị quyết 18 CP-TTg

(3/1994) về phát triển CNSH đến năm 2010. Nghị quyết này đã tạo cơ sở pháp lý cho

các nhà khoa học, các cơ quan nghiên cứu và đào tạo nhân lực dựa vào đó để xây dựng

và đề ra những nội dung cụ thể nhằm phát triển CNSH của Việt Nam ngang tầm với

khu vực. Sau hơn một thập kỷ triển khai thực hiện Nghị quyết 18 CP-TTg của Thủ

tướng Chính phủ, ngành CNSH non trẻ của nước ta đã được triển khai tương đối đồng

bộ và đạt được những kết quả quan trọng. Về nguồn nhân lực, với xuất phát điểm là

chưa có ngành, chưa có bộ môn đào tạo, đến nay đã có hàng chục trường đại học mở

chuyên ngành đào tạo CNSH, với quy mô khá lớn. Số cán bộ được đào tạo đã phát huy

được vai trò của mình, bước đầu đáp ứng nhu cầu về nguồn nhân lực CNSH. Bên cạnh

đó, chúng ta cũng đã mạnh dạn cho sinh viên đi đào tạo ở nước ngoài, chuẩn bị cho

giai đoạn phát triển theo chiều sâu trong tương lai gần. Việc đầu tư cơ sở vật chất kỹ

thuật cho nghiên cứu là một đột phá rất quan trọng để nâng cao năng lực nghiên cứu,

giảng dạy của đội ngũ cán bộ khoa học, kết quả đã thu được nhiều thành tựu để tạo

tiền đề phát triển. Cái được rất lớn của chúng ta là Nghị quyết 18-CP đã mở rộng hành

lang pháp lý cho một ngành công nghệ cao phát triển ở nước ta - ngành CNSH. Mặt

khác, những kết quả nghiên cứu về CNSH đã thực sự đi vào thực tế cuộc sống, giải

quyết được nhiều việc làm, tạo ra của cải vật chất cho xã hội, đặc biệt tạo ra những sản

phẩm xuất khẩu có hàm lượng trí tuệ cao, góp phần quan trọng đẩy nhanh tiến trình

hội nhập kinh tế quốc tế của nước ta.

Tuy nhiên, so với các nước trong khu vực và trên thế giới, trình độ ngành CNSH

nước ta vẫn còn thua kém. Hiện nay, chúng ta đang đón nhận Chỉ thị 50-CT/TW của

Ban Bí thư Trung ương Đảng, trong đó nêu rõ các mục tiêu, nhiệm vụ cụ thể và giải

pháp mạnh, nhằm tạo ra sự chuyển biến cơ bản trong nhận thức và hành động, đưa

CNSH nước ta phát triển theo xu hướng đã dự báo của thế giới: “Thế kỷ XXI-Thế kỷ

của CNSH”. Hy vọng rằng, với Chỉ thị này, cùng với Chương trình hành động của

Chính phủ và sự thực hiện nghiêm túc của các Bộ, ngành và địa phương, ngành CNSH

nước ta sẽ có được những bước phát triển vượt bậc, đạt được những mục tiêu mà Chỉ

thị 50-CT/TW đã đề ra.

Người biên soạn: Phạm Ngọc Khuê

61



Tài liệu tham khảo

1.

2.

3.

4.

5.



6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.



13.



14.



15.

16.

17.

18.

19.



Ahlqvist, Toni Keys to Futures: Societal Reflections on Developing Key

Technologies and Their Impacts on Human Qualifications, 2003.

American Society for Reproductive Medicine: http://www.asrm.org/index.html.

American Society of Gene Therapy: http://www.asgt.org/

Brockman, John. The Next Fifty Years. Vintage Books, New York, 2002.

Brooks, Rodney, The Merger of Flesh and Machines. In The Next Fifty Years.

2002, Science in the First Half of the Twenty-First Century, ed. By John

Brockman. Vintage Books, pp. 183-193.

Burrill, Steven G. Life Sciences: State of the Industry, 2002.

Castells, Manuel, The Rise of the Network Society. Blackwell

PublishersPadstow, Cornwall, 1996.

Charles, Daniel (2003) Biotech’s Dream Harvest. Corn that clones itself. MIT’s

Technology Review, March 2003, pp. 33-41.

EuropaBio, The European Association for Bioindustries: www.europabio.org

European Commission, DG Research, Biosociety: http://Biosociety.cordis.lu

Finnish Bioindustires: www.finbio.net

Kafatos, Fotis. A Revolutionary Landscape: the Restructuring of Biology and its

Convergence with Medicine, 2002. In the special issue: Life Sciences in

transition, Journal of Molecular Biology, Volume 319, Number 4

Kuusi, Osmo – Parvinen, Martti, Challenges of the Human Genome and Stem

Cell Research to Decision-making. A technology assessment report based on

expert hearings, 2003.

Life sciences and biotechnology. A Strategy for Europe. Communication from

the Commission to the European Parliament, the Council, the Economic and

Social Committee and the Committee of the Regions. European Commission.

COM (2002) 27, Belgium. 46 p.

MIT Technology Review. 10 Emerging Technologies That Will Change the

World, 2003. http://www.technologyreview.com/articles/emerging0203.asp

Oliver, Richard W. The Coming Biotech Age. The business of bio-materials.

McGraw-Hill, New York, 2000. http://www.ornl.gov/hgmis/elsi/cloning.html

Rifkin, J. The Biotech Century: Harnessing the Gene and Remaking the World,

1998. Penguin Putnam, New York.

Futurewatch: Biotechnologies to 2025, 3/2005.

Phùng Minh Lai, Bản tin phục vụ lãnh đạo, Số 3/2003.



62