Tài liệu Nghiên cứu xử lý phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn để tạo cồn sinh học và phân bón hữu cơ

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ SÁNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHÊẾ PHỤ PHẨM SAU SẢN XUẤẾT TINH BỘT SẮẾN ĐỂ TẠO CÔỒN SINH HỌC VÀ PHẤN BÓN HỮU CƠ Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã sôố: 60 44 03 01 Người hướng dẫẫn khoa học: TS. Nguyêẫn Thị Minh NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, do bản thân thực hiện. Mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đều đã được cảm ơn. Các thông tin, tài liệu trình bày trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Sáng i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình, sự đóng góp quý báu của nhiều cá nhân và tập thể. Trước hết, tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Nguyễn Thị Minh – Giảng viên Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, góp ý, chỉnh sửa để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin trân trọng cảm ơn các anh chị Kĩ thuật viên phòng thí nghiệm JICA Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình làm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám đốc Nhà máy sản xuất tinh bột sắn xã Công Thành, huyện Yên Thành, tỉnh Nghệ An đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện khảo sát và lấy mẫu nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự góp ý chân thành của các Thầy, Cô giáo Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện và hoàn thành đề tài. Tôi xin cảm ơn đến gia đình, người thân, các cán bộ đồng nghiệp và bạn bè đã động viên và là chỗ dựa vững chắc để tôi yên tâm học tập hoàn thành khóa học. Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Sáng ii MỤC LỤC Lời cam đoan....................................................................................................................i Lời cảm ơn.......................................................................................................................ii Mục lục............................................................................................................................iii Danh mục từ viết tắt.......................................................................................................vi Danh mục bảng..............................................................................................................vii Danh mục hình.............................................................................................................viii Trích yếu luận văn..........................................................................................................ix Thesis abstract................................................................................................................xi Phần 1. Mở đầu................................................................................................................1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................2 1.3. Phạm vi nghiên cứu.............................................................................................2 1.4. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn..........................................2 1.5. Yêu cầu của đề tài...............................................................................................2 Phần 2. Tổng quan tài liệu..............................................................................................3 2.1. Tình hình sản xuất và chế biến sắn trên thế giới và Việt Nam............................3 2.1.1. Tình hình sản xuất và chế biên sắn trên thế giới.................................................3 2.1.2. Tình hình sản xuất và chế biến sắn ở Việt Nam..................................................4 2.2. Tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng cồn sinh học trên thế giới và Việt Nam .............................................................................................................................7 2.2.1. Khái niệm cồn sinh học.......................................................................................7 2.2.2. Tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng cồn sinh học trên thế giới.....................8 2.2.3. Tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng cồn sinh học ở Việt Nam......................9 2.3. Hiện trạng sản xuất tinh bột sắn và phế thải sau sản xuất.................................10 2.3.1. Hiện trạng sản xuất tinh bột sắn........................................................................10 2.3.2. Phế thải sau sản xuất tinh bột sắn......................................................................12 2.3.3. Tác động của phế thải sau sản xuất tinh bột sắn tới môi trường.......................14 2.3.4. Các biện pháp xử lý phế thải nông nghiệp và phế thải sau sản xuất tinh bột sắn...............................................................................................................17 2.4. Vai trò của phân bón hữu cơ trong sản xuất nông nghiệp.................................18 iii 2.4.1. Tác dụng cải tạo tính chất đất............................................................................18 2.4.2. Vai trò cung cấp chất dinh dưỡng cho cây........................................................20 2.4.3. Vai trò trong vòng tuần hoàn vật chất tự nhiên và bảo vệ môi trường..............20 2.5. Cơ sở khoa học của việc sản xuất cồn sinh học và xử lý phế thải thành phân bón hữu cơ................................................................................................21 2.5.1. Cơ sở khoa học của việc phân giải chuyển hóa chất hữu cơ và thủy phân nguyên liệu........................................................................................................21 2.5.2. Cơ sở khoa học của việc sản xuất phân bón hữu cơ..........................................26 Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu.............................................................28 3.1. Địa điểm nghiên cứu.........................................................................................28 3.2. Thời gian nghiên cứu........................................................................................28 3.3. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................28 3.4. Nội dung nghiên cứu.........................................................................................28 3.5. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................28 3.5.1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp...............................................................28 3.5.2. Phương pháp phân tích thành phần phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn............28 3.5.3. Phương pháp tuyển chọn các chủng giống VSV...............................................29 3.5.4. Xác định tỷ lệ cồn tạo thành bằng thiết bị Gas chromatograph........................30 3.5.5. Đánh giá chất lượng của phân bón hữu cơ tái chế từ bã thải sau lên men theo các phương pháp thông dụng hiện hành ..................................................30 3.5.6. Đánh giá hiệu quả của phân bón hữu cơ trên cây rau xà lách...........................31 3.5.7. Kết quả nghiên cứu được xử lý thống kê bằng phần mềm IRRISTART và Exel. ...........................................................................................................................32 Phần 4. Kết quả và thảo luận.......................................................................................33 4.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn và xử lý phế thải sản xuất tinh bột sắn tại nhà máy sản xuất tinh bột sắn trên địa bàn tỉnh Nghệ An................................33 4.1.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên địa bàn tỉnh Nghệ An...............................33 4.1.2. Tình hình xử lý phế thải sản xuất tinh bột sắn trên địa bàn tỉnh Nghệ An.............36 4.2. Đặc điểm của phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn....................................37 4.3. Tuyển chọn các chủng giống vi sinh vật chịu nhiệt có khả năng phân giải chuyển hóa chất hữu cơ cao và lên men tạo cồn sinh học................................38 4.3.1. Ảnh hưởng của pH đến điều kiện nhân sinh khối của VSV..............................40 iv 4.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến điều kiện nhân sinh khối của VSV......................41 4.3.3. Ảnh hưởng của lưu lượng cấp không khí đến điều kiện nhân sinh khối của VSV............................................................................................................42 4.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến điều kiện nhân sinh khối của VSV..............42 4.4. Thử nghiệm tiền xử lý nguyên liệu (phế thải sau sản xuất tinh bột sắn) và lên men tạo cồn sinh học, xác định hiệu quả sinh cồn......................................45 4.5. Chất lượng phân hữu cơ vi sinh tái chế sau lên men........................................46 4.5.1. Quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh........................................................................46 4.5.2. Theo dõi diễn biến của đống ủ..........................................................................47 4.5.3. Đánh giá chất lượng phân bón hữu cơ tái chế...................................................48 4.6. Đánh giá hiệu quả của phân bón hữu cơ trên rau xà lách..................................49 4.6.1. Hiệu quả của phân bón hữu cơ đến sinh trưởng và phát triển của rau xà lách ...........................................................................................................................49 4.6.2. Hiệu quả của phân bón hữu cơ đến tính chất của đất........................................51 Phần 5. Kết luận và kiến nghị......................................................................................53 5.1. Kết luận.............................................................................................................53 5.2. Kiến nghị...........................................................................................................54 Tài liệu tham khảo.........................................................................................................55 Phụ lục ...........................................................................................................................58 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt CNH – HĐH CT ĐC FAO TCVN TNHH VSV VSVTS Nghĩa Tiếng Việt Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa Công thức Đối chứng Tổ chức Nông – Lương Liên Hợp Quốc Tiêu chuẩn Việt Nam Trách nhiệm hữu hạn Vi sinh vật Vi sinh vật tổng số vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Mười quốc gia hàng đầu về diện tích và sản lượng sắn..................................4 Bảng 2.2. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam giai đoạn 1995 – 2011....................................................................................................5 Bảng 2.3. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của các vùng sinh thái Việt Nam năm 2011........................................................................................................6 Bảng 2.4. Các tính chất vật lý quan trọng của ethanol....................................................7 Bảng 3.1. Môi trường xác định hoạt tính enzyme.........................................................29 Bảng 4.1. Tình hình sản xuất nguyên liệu sắn phục vụ cho hoạt động sản xuất tinh bột sắn tại tỉnh Nghệ An........................................................................33 Bảng 4.2. Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên địa bàn tỉnh Nghệ An..........................34 Bảng 4.3. Tính chất của phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn.................................37 Bảng 4.4. Đặc tính sinh học của các chủng giống VSV được tuyển chọn....................39 Bảng 4.5. Ảnh hưởng của pH tới sinh trưởng và phát triển của VSV..........................40 Bảng 4.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sinh trưởng và phát triển của VSV..................41 Bảng 4.7. Ảnh hưởng của lưu lượng cấp khí đến sinh khối VSV.................................42 Bảng 4.8. Ảnh hưởng của tốc độ cánh khuấy sinh khối VSV.......................................43 Bảng 4.9. Điều kiện nhân sinh khối VSV.....................................................................44 Bảng 4.10. Hiệu quả lên men cồn sinh học từ phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn nhờ VSV.................................................................................................45 Bảng 4.11. Chất lượng của đống ủ sau 30 ngày..............................................................47 Bảng 4.12. Chất lượng của phân bón hữu cơ..................................................................49 Bảng 4.13. Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh tái chế đến sinh trưởng và phát triển của rau xà lách......................................................................................49 Bảng 4.14. Chất lượng đất sau thí nghiệm......................................................................51 vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Cấu trúc của xenlulo.....................................................................................22 Hình 4.1. Tình hình xử lý phế thải sau sản xuất tinh bột sắn trên địa bàn tỉnh Nghệ An........................................................................................................36 Hình 4.2. Quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh...................................................................46 Hình 4.3. Đồ thị theo dõi diễn biến nhiệt độ đống ủ ở hai công thức..........................48 Hình 4.4. Cây rau ăn lá ở 3 công thức sau 25 trồng.....................................................51 viii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Mục đích của nghiên cứu nhằm xử lý phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn để tạo cồn sinh học và phân bón hữu cơ, hướng tới kết quả giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tận dụng nguồn nguyên liệu hữu cơ, góp phần phát triển một nền nông nghiệp bền vững. Kết quả đạt được cho thấy hai tổ hợp vi sinh vật đã tuyển chọn đều có hoạt tính sinh học cao với khả năng sinh trưởng và phát triển khá tốt, có tính bền nhiệt, có thể sinh trưởng trên nhiều nguồn C và N khác nhau. Đặc biệt, các giống nấm men có khả năng lên men rất tốt. Các chủng giống vi sinh vật đó bao gồm: tổ hợp các giống vi khuẩn (Bacillus subtilis), nấm mốc (Mucor, Aspergillus niger), xạ khuẩn (Streptomyces) và các giống nấm men (Saccharomyces sp1, Saccharomyces sp2, S.cerevisiae). Thực nghiệm xử lý phế thải và lên men bằng tổ hợp vi sinh vật chứng tỏ rằng hoạt động của các giống vi sinh vật hữu ích trong quá trình lên men đã thực hiện phân hủy, chuyển hóa các chất hữu cơ trong bã thải thành dạng dinh dưỡng dễ tiêu và tăng sinh khối của vi sinh vật. Quá trình lên men được thực hiện trong điều kiện yếm khí, cùng với việc bổ sung vi sinh vật gián đoạn hai lần phù hợp với quy trình xử lý cho kết quả sinh cồn khá tốt, đạt 2,56 (g/100g), cao gấp 20 lần so với công thức đối chứng (không có sự tham gia của các giống vi sinh vật). Bã thải sau lên men được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho quá trình sản xuất phân bón hữu cơ nhằm khép kín chu trình sản xuất, hướng tới hiệu quả môi trường tối ưu nhất. Chất lượng phân bón hữu cơ được đánh giá đạt tiêu chuẩn theo quy định hiện hành (Thông tư 41/2014/TT-BNNPTNT). Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của phân bón hữu cơ trên cây rau ăn lá so với các công thức đối chứng không bón phân và đối chứng có bón phân hóa học, thu được kết quả rất tốt. Các chỉ tiêu theo dõi sự sinh trưởng và phát triển của cây ở công thức có bón phân hữu cơ đều cao hơn so với hai công thức còn lại. Tỷ lệ sâu bệnh hại ở công thức sử dụng phân hữu cơ lại thấp (chỉ chiếm 2%), thấp hơn 5 lần so với đối chứng không bón phân và thấp hơn 3 lần so với đối ix chứng có bón phân hóa học. Mặt khác phân bón hữu cơ không chỉ có ảnh hưởng tích cực tới năng suất cây trồng, mà còn có ảnh hưởng tốt tới tính chất đất trồng trọt. Dưới tác dụng của các chủng vi sinh vật hữu ích có trong phân hữu cơ đã làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất và đồng thời cũng kích thích khu hệ vi sinh vật vốn có trong đất phát triển theo chiều hướng có lợi. Các chỉ tiêu dinh dưỡng N, P, K tổng số và P, K dễ tiêu tại công thức thí nghiệm có bón phân hữu cơ đều cao hơn so với đối chứng trước thí nghiệm, đối chứng không bón phân và đối chứng có bón phân hóa học. Đặc biệt, mật độ VSVTS, VSV phân giải lân, VSV phân giải xenlulo cũng cao hơn hẳn so với các công thức còn lại. Điển hình như mật độ VSVTS ở công thức có bón phân hữu cơ lớn hơn đối chứng có bón phân hóa học là 3,25.109 (CFU/g) và lớn hơn đối chứng trắng là 3,68.109 (CFU/g). x THESIS ABSTRACT The aim of the study was to handle post-production waste byproducts to produce cassava bioethanol and fertilizer, results-oriented minimize environmental pollution and make use of organic materials, contributing to the development sustainable agriculture. The results showed that the two combinations were selected microorganisms have high biological activity with the ability to grow and develop well, with heat resistant, can grow on C and N sources different. Specifically, yeast strains capable of fermenting very good. The microbial strains that include a combination of strains of bacteria (Bacillus subtilis), fungi (Mucor, Aspergillus niger), actinomycetes (Streptomyces) and yeast strains (Saccharomyces sp1, sp2 Saccharomyces, S. Cerevisiae). Experimental waste processing and fermentation by microorganisms consortium demonstrated that activity of useful microorganisms in the fermentation was carried out decomposition, transformation of organic matter in the waste residue easily digestible form of nutrients such as P2O5, K2O which microorganisms can absorb, it increases the microbial biomass. The fermentation is carried out in anaerobic conditions, along with the addition of microorganisms according twice interrupted for student alcohol results quite well, reaching 2.56 (g/100g), 20 times higher than control formula (without the participation of the microbial strains). After fermentation residues are used as inputs for the production of organic fertilizer, to a closed cycle of production, effectively towards optimal environment. Organic fertilizer quality standards are evaluated according to the current regulations (Circulars 41/2014 / TT-BNN). The experiment to evaluate the effect of organic fertilizer on green leafy vegetables than formula white control (no fertilizer) and controlled with chemical fertilizer, obtained very good results. The monitoring indicators include: plant height, number of leaves / plant, leaf width, leaf length, volume of formula tree organic fertilizer were higher than the remaining two formulas. The rate in the formula pests have low organic fertilizers only 2%, 5 times lower compared to control white and 3 times lower compared to control with chemical fertilizers. Organic fertilizers not only positively affect crop yields, but also have xi a positive impact on the nature of farmland. Under the effect of microbial strains have increased the amount of nutrients in the soil, and also stimulate microbial fauna inherent in the development of land under favor. This is evident soil analysis results before and after the experiment. Nutritional indicators were analyzed were: N, P, K and P total, K digestion at treatments have organic fertilizer were higher than the previous control experiments, white and controlled experiments control experiments with chemical fertilizers. Microorganisms total content, resolution microorganisms phosphate, cellulose microorganisms also higher resolution than the remaining formulations. Typically the content in formula microorganisms total organic fertilizers have greater control of chemical fertilizer is 3,25.10 9 (CFU/g) and is greater for white certificates 3,68.109 (CFU/g). xii PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Việt Nam là một đất nước nông nghiệp với 80% dân số sống bằng nghề nông. Nông nghiệp Việt Nam trong những năm gần đây phát triển mạnh mẽ, đa dạng hóa cả về số lượng cũng như chất lượng sản phẩm. Trong đó, mặt hàng nông sản Sắn cũng phát triển rất mạnh. Cây Sắn còn gọi là cây Khoai Mì, có khả năng thích nghi cao và được trồng rộng khắp ở cả 7 vùng sinh thái của Việt Nam. Tại Hội thảo về Sắn Châu Á lần thứ 6 tại thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam được đánh giá là nước có bước tiến lớn về cây sắn trong suốt thời gian qua. Từ cây lương thực “chống đói”, cây Sắn Việt Nam đã có khối lượng sản xuất đạt khoảng 9,87 triệu tấn/năm, đứng thứ ba thế giới và trở thành cây “xóa đói giảm nghèo” của bà con nông dân, chỉ sau Thái Lan và Indonesia. Sắn có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và lương thực thực phẩm. Củ Sắn dùng để ăn tươi, làm thức ăn gia súc, chế biến sắn lát khô, bột sắn nghiền, tinh bột sắn, tinh bột sắn biến tính, các sản phẩm từ tinh bột sắn như: bột ngọt, cồn, đường glucose tinh thể, mạch nha giàu maltose, bánh kẹo, mỳ ăn liền, bún,… Trong đó, việc sử dụng sắn để sản xuất tinh bột sắn là rất phổ biến, hiện quy mô rộng khắp các tỉnh của Việt Nam. Bên cạnh việc phát triển sản xuất tinh bột sắn thì kéo theo một lượng phế phụ phẩm trước và sau sản xuất khá lớn với lượng tồn dư dinh dưỡng khá cao, nếu không được xử lý triệt để sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, lại lãng phí nguồn nguyên liệu hữu cơ. Cồn sinh học được biết đến là một sản phẩm sinh học hữu ích và thân thiện với môi trường. Việc sản xuất cồn sinh học đã và đang được các nhà Khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu sản xuất. Tuy nhiên, vấn đề tận dụng nguồn phế thải từ hoạt động sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là phế thải từ sản xuất tinh bột sắn để tạo thành cồn sinh học ở nước ta chưa được quan tâm nghiên cứu. Ứng dụng công nghệ Vi sinh vật để xử lý phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn có ý nghĩa lớn: Không những giúp tái sử dụng được nguồn dinh dưỡng từ phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn mà còn sản xuất được cồn sinh học có giá trị, góp phần phát triển một ngành nông nghiệp bền vững. Vì thế, điều đáng quan tâm là nghiên cứu công nghệ sản xuất sao cho tối ưu nhất nhằm mục 1 đích dễ thu hồi được sản phẩm cồn và tận dụng bã thải sau lên men làm phân bón hữu cơ nhằm giảm chi phí sản xuất đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế. Xuất phát từ thực tiễn trên, để tạo cồn sinh học từ phế phụ phẩm của quá trình sản xuất tinh bột sắn và khép kín công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ từ bã thải sau lên men, tránh lãng phí các nguồn nguyên liệu hữu cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường thì việc “Nghiên cứu xử lý phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn để tạo cồn sinh học và phân bón hữu cơ” là cần thiết. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Thực hiện được quá trình phân giải chất hữu cơ và lên men nhờ vi sinh vật chịu nhiệt để tạo thành cồn sinh học từ phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn. - Tái chế được bã thải sau lên men thành phân bón hữu cơ đạt tiêu chuẩn theo Thông tư 41/2014/TT-BNNPTNT. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Thời gian: Từ tháng 01/2015 – tháng 12/2015. Địa điểm: - Học viện Nông nghiệp Việt Nam. - Nhà máy sản xuất tinh bột sắn xã Công Thành, huyện Yên Thành, tỉnh Nghệ An. 1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Sử dụng phế thải sau sản xuất tinh bột sắn là nguyên liệu đầu vào cho quá trình lên men tạo cồn sinh học. - Sản xuất phân bón hữu cơ từ bã thải sau sản xuất cồn sinh học, tạo thành một chu trình khép kín, làm gia tăng giá trị cho ngành sản xuất và chế biến sắn, góp phần phát triển một ngành nông nghiệp bền vững. 1.5. YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI - Thực hiện quy trình lên men sản xuất cồn sinh học từ phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn và khép kín quy trình nhờ sản xuất phân bón hữu cơ từ bã thải sau lên men phục vụ sản xuất nông nghiệp. 2 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN SẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 2.1.1. Tình hình sản xuất và chế biên sắn trên thế giới Sắn (Manihot esculenta Crantz) hiện được trồng trên 100 nước có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới thuộc ba châu lục: Châu Á, châu Phi và châu Mỹ Latinh. Theo tổ chức nông lương thế giới (FAO), sắn là cây lương thực quan trọng ở các nước đang phát triển chỉ sau lúa gạo, ngô và lúa mì. Tinh bột sắn là một thành phần quan trọng trong chế độ ăn của hơn một tỷ người trên thế giới, đồng thời là hàng hóa xuất khẩu có giá trị để chế biến bột ngọt, bánh kẹo, mì ăn liền, ván ép, bao bì, màng phủ sinh học và phụ gia dược phẩm. Ngoài ra, sắn cũng là thức ăn cho gia súc quan trọng tại nhiều nước trên thế giới. Năm 2013, diện tích trống trên toàn thế giới đạt 19,64 triệu ha, năng suất củ tươi bình quân 12,83 tấn/ha, sản lượng đạt 252,20 triệu tấn (FAOSTAT, 2013). Châu Phi là nơi cung cấp khoảng 166,45 triệu tấn sắn hàng năm, trong đó, Nigieria là nước trồng và sản xuất sắn lớn nhất thế giới và sản lượng hàng năm đạt 52,4 triệu tấn hàng hóa được chế biến. Sắn cũng là thực phẩm chính ở hầu hết các nước châu Phi, chẳng hạn ở Ghana, sắn và khoai tây mỡ chiếm khoảng 46% GDP (Gross Domestic Product) của ngành nông nghiệp, cung cấp năng lượng cho khẩu phần ăn hàng ngày của khoảng 30% dân số Ghana và gần như mọi gia đình nông dân tại đây. Sau châu Phi là châu Á với sản lượng sắn 50,44 triệu tấn, cây sắn giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế của các nước Thái Lan, Indonesia, Trung Quốc, Philippin. Theo FAO, Thái Lan là nước xuất khẩu sắn khô nhiều nhất, chiếm 77% tổng lượng sắn thế giới năm 2008 và trên 85% năm 2011. Thị trường xuất khẩu chính của Thái Lan là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản và cộng đồng châu Âu với tỷ trọng xuất khẩu 40% là bột và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn viên. Nước xuất khẩu lớn thứ 2, sau Thái Lan là Việt Nam với sản lượng chiếm 13,6%, sau đó là Indonexia chiếm 5,8% tổng lượng sắn thế giới. Tại các khu vực cận nhiệt đới phía Nam Trung Quốc, sắn là loại nông sản đứng thứ 5 về sản lượng sau gạo, khoai tây, mía và lúa mạch. Trung Quốc là nước tiêu thụ sắn với số lượng lớn, là thị trường xuất khẩu chủ yếu của Việt Nam và Thái Lan. Ngoài nhập khẩu, Trung Quốc còn trồng trọt và tiêu thụ sắn chủ yếu 3 ở các tỉnh lẻ như Quảng Tây với lượng chiếm 60% tổng lượng tiêu thụ trong một năm của Trung Quốc. Đứng thứ ba thế giới về sản lượng sắn là châu Mỹ Latinh, đạt 35,31 triệu tấn/năm (FAOSAT, 2013). Mười nước có sản lượng sắn hàng đầu thế giới năm 2011 bao gồm: Nigeria, Brazil, Indonesia, Thái Lan, Cộng hòa Công gô, Angola, Ghana, Việt Nam và Mozambic được thể hiện theo bảng 2.1. Bảng 2.1. Mười quốc gia hàng đầu về diện tích và sản lượng sắn Quốc gia Nigeria Barazil Indonesia Thái Lan Cộng Hòa Công Gô Angola Ghana Việt Nam Ấn Độ Mozambic Sản lượng (Triệu tấn) 52,4 25,44 24,00 21,91 15,56 14,33 14,24 9,87 8,00 6,26 Diện tích (triệu ha) 3,73 1,74 1,18 1,13 0,56 2,17 1,07 0,89 0,22 0,97 Nguồn: FAO (2011) 2.1.2. Tình hình sản xuất và chế biến sắn ở Việt Nam Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực quan trọng có sản lượng đứng thứ ba sau lúa và ngô. Năm 2013, diện tích sắn cả nước đạt 560 nghìn ha, năng suất bình quân đạt 17,63 tấn/ha, sản lượng đạt 9,87 triệu tấn(Tổng cục Thống kê, 2013). Hội nghị Sắn Toàn cầu tổ chức tại Bỉ năm 2008 đã đưa ra thông điệp: “Cây sắn là quà tặng của thế giới, cơ hội cho nông dân nghèo và thách thức đối với các nhà khoa học” (Claude M.Fauquest, 2008). Hướng sử dụng nguyên liệu sắn để chế biến tinh bột, cồn sinh học, tinh bột biến tính, thức ăn gia súc và màng phủ sinh học đang ngày càng được quan tâm. Theo thông cáo báo chí của FAO tháng 5 năm 2013 “Sắn tiềm năng to lớn là cây trồng thế kỷ 21”, Việt Nam được ca ngợi là điển hình trong thực tiễn đã đưa năng suất sắn lên 400% từ 8,5 tấn/ha năm 2000 lên 36,0 tấn/ha năm 2011 tại nhiều hộ nông dân. Sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam hiện là một trong mười mặt hàng xuất khẩu chính. Việt Nam hiện có 13 nhà máy nhiên liệu sinh học công suất 1067,7 triệu lít cồn sinh học mỗi năm, 66 nhà máy chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp và hơn 2000 cơ sở chế biến thủ công. Sắn là sự lựa chọn của nhiều hộ nghèo và người dân ở các vùng đất xấu, bạc màu, khô hạn, cũng là sự lựa chọn của 4 nhiều doanh nghiệp chế biến và kinh doanh; do sắn đạt lợi nhuận cao, dễ trồng, ít chăm sóc, chi phí thấp, dễ thu hoạch và dễ chế biến. Sản xuất, chế biến, tiêu thụ, nghiên cứu và phát triển sắn hiện là cơ hội và triển vọng của doanh nghiệp Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới (Hoàng Kim và Phạm Văn Biên, 1997). Trong những năm gần đây, năng lực sản xuất và chế biến sắn ở Việt Nam có nhiều tiến bộ đáng kể. Sự gia tăng về diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam qua các năm và phân theo các vùng sinh thái thể hiện qua bảng 2.2 và bảng 2.3. Bảng 2.2. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam giai đoạn 1995 – 2011 Năm Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (triệu tấn) 1995 164,30 9,84 1,62 1996 275,60 7,50 2,06 1997 254,40 9,45 2,40 1998 235,50 7,55 1,78 1999 226,80 7,96 1,81 2000 234,90 8,66 2,03 2001 250,00 8,30 2,08 2002 329,90 12,6 4,16 2003 371,70 14,06 5,23 2004 370,00 14,49 5,36 2005 425,50 15,78 6,72 2006 474,80 16,25 7,72 2007 496,20 16,07 7,97 2008 498,32 16,85 8,4 2009 500,01 18,84 9,42 2010 510,60 18,80 9,60 2011 560,00 17,63 9,87 Nguồn: GSO (2013) 5 Bảng 2.3. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của các vùng sinh thái Việt Nam năm 2011 TT Diện tích (1.000ha) Vùng sinh thái 1 Đồng bằng sông Hồng 2 Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (1.000 tấn) 17,1 15,68 268,2 Trung du và miền núi phía Bắc 117,2 12,36 1.448,9 3 Bắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung 168,6 17,66 2.977,9 4 Tây Nguyên 154,6 16,70 2.582,2 5 Đông Nam Bộ 99,0 25,62 2.536,5 6 Đồng bằng sông Cửu Long 3,6 17,17 61,8 560,1 17,63 9.875,5 Cả nước Nguồn: GSO (2013) Số liệu thống kê cho thấy diện tích trồng sắn của cả nước khá lớn. Tập trung chủ yếu ở vùng Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền Trung. Sau đó là các vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ cũng đưa lại sản lượng sắn khá cao cho toàn quốc gia. Trong kế hoạch năm năm 2011 – 2015, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đưa ra chủ trương giảm diện tích trồng sắn và nâng cao năng suất nhờ việc cải tiến giống cây và công nghệ kỹ thuật trong khâu sản xuất. Việt Nam có kim ngạch xuất khẩu sắn khá lớn. Theo số liệu Tổng cục Hải quan (2015), Việt Nam xuất khẩu được 1,9 triệu tấn sắn và các sản phẩm sắn, thu về 594,4 triệu đô la Mỹ. Trong cơ cấu các sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam năm 2015, sắn lát chiếm khoảng 56,8%, tinh bột sắn chiếm 42,9%. Diễn biến xuất khẩu sắn đang theo hướng tăng tỷ trọng sản phẩm tinh, giảm tỷ trọng sản phẩm thô là tín hiệu tốt trong bối cảnh nhiều ngành sản xuất trong nước có liên quan đến sắn như thức ăn chăn nuôi, ethanol đang cần nguyên liệu và giá tinh bột sắn đang có xu hướng tăng mạnh trên thị trường thế giới. Trung Quốc là thị trường lớn nhất cho các sản phẩm sắn Việt Nam xuất khẩu, chiếm trên 90% tổng lượng xuất khẩu. Năm 2015, tổng lượng các sản phẩm sắn xuất khẩu sang thị trường Trung Quốc đạt 1,7 triệu tấn, trị giá 531,4 triệu triệu đô la Mỹ, tăng 45,5% về lượng và tăng 41,92% về trị giá so với cùng kỳ năm 2014 (Nguyễn Hương, 2015). 2.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG CỒN SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 6