Chương 3.nhien_ lieu_sinh hoc

8/6/2019 Chương 3.nhien_ lieu_sinh hoc

http://slidepdf.com/reader/full/chuong-3nhien-lieusinh-hoc 1/22

Chương 3.

NHIÊN LIỆU SINH HỌC

3.1. NGUỒN GỐC, PHÂN LOẠI VÀ VAI TRÒ CỦA NHIÊN LIỆU SINH HỌC

3.1.1. Nguồn gốc và phân loại nhiên liệu sinh họcTheo dự tính lượng dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm nữa, đồng thời nhu

cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng. Giá dầu mỏ thường xuyên biến động và xu

hướng chung là tăng nhanh là nguyên nhân làm giá cả trên thị trường. Việc tìm ra nhiên

liệu mới thay thế dầu mỏ và ứng dụng nó đã trở thành mục tiêu của nhiều nghiên cứu.

Nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (các sản phẩm của nông nghiệp) là một giải pháp tốt

nhất khi nó không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng mà còn giải quyết vấn đề môi trường.

Những nhiên liệu có nguồn gốc sinh học bao gồm: cồn (ethanol, methanol), biodiesel, biogas,…

3.1.2. Vai trò và xu thế phát triển của nhiên liệu sinh học

Những ưu điểm của nhiên liệu sinh học:

• Là nhiên liệu có thể tái sinh.

• Thay thế được cho diesel, xăng.

• Có thể sử dụng cho tất cả các phương tiện vận tải.

• Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính.

• Giảm chất thải của ống bô, bao gồm các khí độc.

• Không độc, dễ bị phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường.

• Sản xuất từ các sản phẩm nông nghiệp, hoặc từ các nguồn năng lượng tái sinh.

• Dễ sử dụng nếu nắm được các qui định.

Vì vậy mà việc sản xuất, ứng dụng nhiên liệu sinh học làm nhiên liệu thay thế cho

các nhiên liệu truyền thống là vấn đề vô cùng quan trọng, là mục tiêu mà rất nhiều quốcgia đặt ra.

Nhằm tránh tác động xấu của biến động giá dầu, Chính phủ Thái Lan lên kế hoạch

phát triển nguồn năng lượng thay thế, trong đó có việc sử dụng nhiên liệu sinh học song

song với các loại nhiên liệu hiện nay. Kế hoạch này tập trung việc phát triển nhiên liệu

sinh học từ các loài thực vật, trong đó có quả của cây cọ dầu, theo đó sẽ dành khoảng 725



triệu USD xây dựng khoảng 85 nhà máy sản xuất dầu diesel sinh học vào năm 2012.

Trước mắt, Cục Phát triển năng lượng thay thế Thái Lan vừa ký thỏa thuận với Ngân hàng

Quân đội Thái Lan (TMB) tiến hành nghiên cứu khả thi việc đầu tư khoảng 7,5 triệu USD

xây dựng nhà máy sản xuất dầu diesel sinh học tại tỉnh Krabi, miền Nam Thái Lan.

Sau hơn 2 năm nghiên cứu thử nghiệm, Công ty Agifish An Giang đã sản xuất thànhcông dầu diesel sinh học (Biodiesel) từ mỡ cá tra cá basa, với những tính năng vượt trội

so với dầu diesel sản xuất từ dầu mỏ, ít khí thải, không độc hại.

Loại dầu này đã được Trung tâm 3 thuộc Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng

kiểm nghiệm đạt tất cả các chỉ tiêu dầu dùng cho động cơ diesel, đem lại hiệu quả kinh tế

cao cho người sử dụng. Thành công này sẽ góp phần tăng giá trị cá tra cá basa vùng Đồng

bằng sông Cửu Long.

Những năm gần đây, sản lượng cá tra cá basa làm nguyên liệu chế biến thực phẩmxuất khẩu của Đồng bằng sông Cửu Long mỗi năm trên 250.000 tấn, trong đó lượng mỡ

cá 30.000 tấn. Hầu hết mỡ cá vẫn được cho các công ty chế biến thức ăn gia súc với giá

rất thấp.

Với ý tưởng đưa mỡ cá vào làm nguồn nhiên liệu thay thế một phần nhiên liệu từ

dầu mỏ, tháng 1/2004, Công ty Agifish bắt đầu nghiên cứu sản xuất dầu biodiesel từ mỡ

cá tra, cá basa, đến tháng 12/2005 thì công trình hoàn tất. Từ tháng 1/2006 đến nay sản

phẩm đã được nhiều cơ sở chạy máy dầu sử dụng.

Các nhà máy sản xuất gạch ống ở Long Xuyên và huyện Châu Thành cho biết sử dụng dầu

biodiesel ngoài giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bảo vệ được sức khỏe, còn tiết kiệm gần 50.000

đồng/1.000 viên gạch so với sử dụng dầu thông thường.

3.2. Cồn Ethanol

Nhiên liệu E85 có thể giúp giảm hai chất thải gây ung thư là benzen và butadien nhưng lại làm tăng nồng độ hai chất thảikhác là formandehit và axetaldehit.

Những phát hiện mới cho thấy loại nhiên liệu mới làm từethanol cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ đối với sức khỏe conngười chẳng khác gì nhiên liệu xăng thông thường.

Nhà khoa học về khí quyển Mark Jacobson của Đại họcStanford, Mĩ cho rằng số lượng người chết và nhập viện donhững chứng bệnh liên quan đến đường hô hấp sẽ ngày càng tăng, nếu như những chiếc ô



tô ở Mĩ sẽ được áp dụng loại công nghệ mới nhất này và chạy bằng loại nhiên liệu cónồng độ ethanol cao.

Jacobson đã sử dụng các thiết bị máy tính được trang bị công nghệ 3-D để đo chất lượngkhông khí trong năm 2020. Đó là thời điểm mà ethanol sẽ được sử dụng rộng rãi trên toànnước Mĩ.

Ông đã chia cuộc nghiên cứu của mình làm hai phần để so sánh. Một là nghiên cứu nhữngloại ô tô, xe tải, môtô đang lưu hành trên toàn quốc và chạy bằng nhiên liệu xăng. Hai lànhững loại động cơ sử dụng nhiên liệu E85. Đó là dạng nhiên liệu hỗn hợp với 85%ethanol và 15% là xăng.

Jacobson cho biết, những động cơ sử dụng nhiên liệu E85 có thể giúp giảm hai chất thảigây ung thư là benzen (C6H6) và butadien (C4H6), nhưng lại làm tăng nồng độ hai chấtthải khác là formandehit (CH2O) và axetaldehit (CH3CHO). Kết quả là khả năng gây ungthư của loại nhiên liệu E85 cũng cao tương đương nhiên liệu xăng.

Ông Jacobson cho biết, hiện nay nhiên liệu xăng đang là nguyên nhân hàng đầu gâynên hiện tượng chết trẻ ở khoảng 10 ngàn người trên toàn nước Mĩ hàng năm do nhữngvấn đề ô nhiễm môi trường.

Ông đã nói:” Trong nghiên cứu của chúng tôi, E85 là nguyên nhân chính làm tăng sốlượng người chết vì những bệnh liên quan đến ô nhiễm khí quyển tại Mĩ lên tới con sốkhoảng 200 người mỗi năm, và so với nhiên liệu xăng, con số này là 120 nạn nhân tínhriêng ở Los Angeles.

Jacobson đã công bố chi tiết những kết quả nghiên cứu của mình trên ấn bản ngày 18/4

của tạp chí khoa học trực tuyến Khoa học môi trường và công nghệ (EnvironmentalScience & Technology).

Theo ông thì những con số này có thể sẽ thay đổi nếu như những phương pháp mới xử límột cách có hiệu quả khí thải từ nhiên liệu ethanol sẽ được phát triển trong 10 năm tới.

Ông còn nói với tạp chí khoa học LiveScience:” Nhưng, theo những gì chúng ta đã biếthiện nay, ethanol ít nhất cũng như nhiên liệu xăng, không hề tốt cho sức khỏe cộng đồng,có lẽ còn tệ hơn thế. Riêng tôi thì cho rằng còn có những công nghệ khác mà ta có thể ápdụng thay vì dùng động cơ đốt trong. Những công nghệ đó cho phép tạo ra những động cơ

mà khí thải của nó không hề có hại đến sức khỏe con người. Chẳng hạn như động cơ dùng pin sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió.”

3.2.1. Sản xuất ethanol

Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng

cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn như ngô, lúa mạch,



lúa mì, củ cải đường, củ sắn... Ethanol còn được sản xuất từ các loại cây cỏ có chứa

cellulose. Nhiên liệu này có thể làm giảm lượng khí phát thải của xăng và là chất phụ gia

để tăng trị số ốc-tan, loại trị số đo khả năng kích nổ. Các quốc gia phát triển hay đang

phát triển đều có thể sản xuất được ethanol do công nghệ điều chế không đòi hỏi ở mức

cao siêu. Ethanol là ethyl alcohol, được chế tạo từ phương pháp tổng hợp hay lên men các

chất hữu cơ như: nước ép trái cây, rỉ đường, bã mía, tinh bột sắn, tinh bột ngô, …

Ethanol có thể được sản xuất dưới hai dạng hydrous (có nước) hoặc anhydrous (tinh chất

không có nước). Ethanol sản xuất trong công nghiệp thường là anhydrous, chứa 93% đến

96% ethanol và 4% đến 7% nước (theo thành phần thể tích). Ethanol (hoặc ethyl alcohol)

có công thức hoá học là CH3 CH2OH.

Theo các nhà khoa học, về mặt nhiệt lượng thì 1,5 lít ethanol có thể thay cho 1 lít

xăng. Nếu pha ethanol vào xăng, tùy theo độ tinh khiết của chúng có thể giảm lượng xăng

khoảng 10 - 15% mà công suất, hiệu suất và độ mài mòn động cơ hầu như không đổi. Docó nguồn gốc từ cây trồng nên ethanol mang lại rất nhiều lợi ích: an toàn năng lượng, giá

nhiên liệu thấp, giảm khí CO2, tái sinh nền nông nghiệp, tạo thêm nhiều việc làm cho

nông dân và bảo vệ lớp đất bề mặt. Việc sản xuất ethanol từ nguyên liệu sinh khối như:

rơm, cành cây nhỏ, củi tre... đang có dấu hiệu rất khả quan, báo hiệu thời điểm đẩy mạnh

việc sản xuất và sử dụng nguồn nhiên liệu vô tận đang đến.

Từ kinh nghiệm của Bra-xin, gần đây, các quốc gia phát triển như Mỹ, Đức, Nhật

Bản... cũng đặc biệt quan tâm đến ethanol và các loại nhiên liệu sinh học khác. Mới đây,

một ủy ban của Thượng viện Mỹ đã nhất trí thông qua nghị quyết đòi hỏi các nhà máy lọc

dầu nước này phải tăng lên hơn gấp 2 lần việc sử dụng ethanol và các loại nhiên liệu có

thể tái tạo được trước năm 2012. Điều này có thể hạn chế việc nhập tới 2 tỷ thùng dầu thô

trong khoảng từ năm 2006 đến 2012... Tất nhiên, trong cuộc chạy đua này, các hãng sản

xuất ô tô hàng đầu như Ford, Mercedes, General Motor, Daimler Chrysler, Toyota,

Nissan... cũng đã có kế hoạch dài hơi để sản xuất những chiếc xe dùng nhiên liệu ethanol.

Về nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol, nước ta không gặp bất lợi khi có vùng trồng

mía, lương thực và các cây lấy dầu khá lớn. Hiện các nhà máy đường trong nước đều có

phân xưởng sản xuất ethanol và CO2 từ rỉ đường. Vấn đề lúc này là làm sao nâng cao độ

tinh khiết trước khi có thể dùng chúng làm nhiên liệu.

Mới đây, nhóm nghiên cứu của PGS Trần Khắc Chương, ĐH Bách khoa TP Hồ

Chí Minh đã công bố nghiên cứu thành công quy trình công nghệ có thể sản xuất ra loại

hóa chất phục vụ điều chế xăng sinh học từ những nguồn nguyên liệu trong nước. Để sản



xuất được xăng sinh học đủ tiêu chuẩn thì nhất thiết phải có loại cồn 100% (cồn tuyệt

đối), tức ethanol. Hiện tại, nhóm đã hoàn chỉnh quy trình công nghệ và thiết kế, chế tạo

mô hình thử nghiệm sản xuất cồn tuyệt đối đạt công suất khoảng 100 kg/ngày và sử dụng

loại hóa chất do chính nhóm chế tạo. Ông Chương cho biết, một khi đã giải quyết được

vấn đề sản xuất cồn tinh khiết 100% bằng công nghệ trong nước với quy mô công nghiệp

thì việc điều chế ra xăng sinh học là việc nằm trong tầm tay của giới khoa học.

Với một nước phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn xăng dầu nhập khẩu như Việt Nam

hiện nay, việc nghiên cứu nhằm sử dụng và sản xuất ethanol là việc làm rất đáng lưu tâm.

3.2.2. Tính chất của cồn ethanol

Cồn ethanol là có độ octane cao, loại bỏ hoàn toàn các phụ gia có chứa chì trong

xăng, nhiệt lượng xấp xỉ với xăng dầu nhưng cũng có nhược điểm là phát thải nhiều khí

NOx và tác dụng ăn mòn kim loại, ăn mòn các loại nhựa lớn hơn xăng thông thường.Về mặt kỹ thuật, tăng thêm 10% Ethanol vào xăng có nghĩa chỉ số octane tăng

thêm 3 điểm, hiệu suất nhiên liệu tăng và khi hàm lượng oxygen tăng trong Ethanol đảm

bảo xăng được đốt sạch hơn, giảm khí thải CO, CO2 qua ống bô, góp phần bảo vệ môi

trường không khí trong sạch. Về mặt kinh tế, ngoài việc không phải chi một lượng lớn

ngoại tệ để nhập khẩu xăng dầu, còn giúp giảm giá xăng xuống một ít, giá trị hoá được

những phế thải nông nghiệp, phát triển công nghiệp sản xuất cồn tạo thêm công ăn việc

làm cho xã hội và tăng thu nhập cho nông dân.

Cồn ethanol có nhiệt trị nhỏ hơn xăng khoảng 25,898 MJ/kg, và gây ăn mòn các chi

tiết trong động cơ.

3.2.3. Ứng dụng của cồn

1) Phạm vi ứng dụng

Sản lượng cồn dùng làm nhiên liệu trên thế giới ngày càng tăng dần: năm 1980 chỉ

đạt 10 triệu tấn, nhưng đến năm 2001 đã đạt 26 triệu tấn, năm 2002 đạt 34 triệu tấn, năm

2003 đạt đến 40 triệu tấn Brazil là nước đi đầu với chương trình quốc gia mang tên“PROANCOL” vào năm 1975, sử dụng cồn ethanol được sản xuất từ bã mía pha vào

xăng với tỷ lệ đến 20% để dùng trong vận tải. Brazil có 20 triệu ô tô dùng động cơ cồn

ethanol và 17 triệu xe khác sử dụng nhiên liệu hỗn hợp ethanol với xăng, dầu Diesel. Từ

năm 1975 đến 2002 lượng cồn được sử dụng làm nhiên liệu ở Brazil đã thay thế cho

khoảng 210 tỷ lít xăng dầu, tiết kiệm cho quốc gia này trên 52 tỷ USD. Brazil đã trở thành

nước sản xuất, tiêu thụ và xuất khẩu ethanol số một trên thế giới. Với hơn 60.000 đồn



điền trồng mía, 300 nhà máy sản xuất ethanol, Brazil đã sản xuất được 13 tỷ lít ethanol

mỗi năm (tương đương 200.000 thùng dầu mỗi ngày) trong số đó xuất khẩu hơn 0,5 tỷ lít

ethanol mỗi năm. Chính phủ cũng đã có chính sách khuyến khích người tiêu dùng mua xe

chạy bằng các loại nhiên liệu này. Với một quá trình đầu tư phát triển lâu dài trong ngành

công nghiệp mía đường từ lai tạo giống mới để cho năng suất cao, mở rộng diện tích

trồng mía (đạt 65 triệu hecta), đến cải tiến công nghệ sản xuất Brazil đã sản xuất ethanol

với giá thành 0,23USD/lít (khoảng 3.630 đồng VN). Đó là một thành công rất lớn trong

việc tạo ra một nguồn nhiên liệu thay thế sạch, không ô nhiễm môi trường mà còn mở ra

khả năng tiêu thụ nông sản cho người nông dân, góp phần tích cực giải quyết nhiều vấn

đề kinh tế xã hội khác.

Mỹ bắt đầu thử nghiệm ethanol dùng làm nhiên liệu thay thế từ năm 1976, sau đợt

khủng hoảng năng lượng năm 1973. Kể từ năm 1980 quốc hội Mỹ đã công nhận lợi ích

của ethanol trong việc dùng làm nhiên liệu, cho phép pha trộn cồn vào xăng dầu với tỷ lệ10% và giảm thuế để khuyến khích sử dụng nhiên liệu này. Các bang Carlifornia,

NewYork, Connecticut là những nơi sử dụng rộng rãi nhất xăng pha cồn.

Mô hình sử dụng ethanol cho các phương tiện vận tải của Brazil đã được nhiều nơi

học tập như Mêhico, Vênezuêla, Costarica, Ecuador, …

Australia đã tiến hành thử nghiệm nhiên liệu diesohol gồm 84,5% Diesel, 15%

ethanol (nồng độ 95%) và 0,5% chất phụ gia để làm nhiên liệu trên các phương tiện giao

thông công cộng như xe buýt ở các thành phố lớn Sydney, Canberra, Scott, Joseph, vớimục đích giảm hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm do giao thông đô thị từ năm 1993.

Nhiều nước ở châu Á như Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan cũng đã đề ra các chính

sách cụ thể để sử dụng nhiên liệu sinh học.

Nhật bản và nhiều quốc gia khác cũng đã có kế hoạch sử dụng ethanol trong thời

gian sắp tới.

2) Chỉ tiêu chất lượng.

Bảng 3.1. Đặc tính cồn ethanol 95%

Các chỉ tiêu / Loại nhiên liệu Cồn ethanol 95%

Thành phần khối lượng , kg/kg0,496C; 0,124H2; 0,33O2;

0,05H2O



Thành phần khối lượng, kg/lít0,397C; 0,099H2; 0,264O2;

0,04H2O

Khối lượng riêng ở 150C (kg/dm3) 0,80

Nhiệt ẩm (kJ/kg ở 250

C) 840

Nhiệt trị thấp Qt (MJ/kg) 25,898*

Nhiệt trị hoà khí t Q′ (MJ/m3 TC) 3,736*

Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên

liệu:

-theo khối lượng, (kg/kg)

-theo thể tích, (m3/kg)

8,4

6,5

Trị số octan (RON) 106

Trị số CETAN 5

Độ nhớt động học (m2s-1.106)* 1,4

Sức căng bề mặt (Nm-1.103) 22

3.3. BIODIESEL

Ưu nhược điểm của nhiên liệu Biodiesel23.08.2007 08:54

Ngoại trừ năng lượng thuỷ điện và năng lượng hạt nhân, phần lớnnăng lượng trên thế giới đều tiêu tốn nguồn dầu mỏ, than đá và khí tự nhiên.Tất cả các nguồn này đều có hạn và với tốc độ sử dụng chúng như hiện nay thìsẽ bị cạn kiệt hoàn toàn vào cuối thế kỷ 21. Sự cạn kiệt của nguồn dầu mỏ thếgiới và sự quan tâm về môi trường ngày càng tăng đã dẫn đến sự nghiên cứuvà phát triển nguồn năng lượng thay thế cho năng lượng có nguồn gốc dầu

mỏ. Biodiesel là một sự thay thế đầy tiềm năng cho diesel dựa vào những tínhchất tương tự và những ưu điểm vượt trội của nó.1 Ưu Điểm.

r Về mặt môi trường.— Giảm lượng phát thải khí CO2, do đó giảm được lượng khí thải gây ra hiệu ứng nhà kính.— Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến 0,2% trong dầu Diesel)— Hàm lượng các hợp chất khác trong khói thải như: CO, SOX, HC chưa cháy, bồ hóng giảm đi đáng kểnên có lợi rất lớn đến môi trường và sức khoẻ con người.— Không chứa HC thơm nên không gây ung thư.— Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn Diesel 4 lần, phân huỷ từ 85 ÷ 88%trong nước sau 28 ngày).



— Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất.— Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ.r Về mặt kỹ thuật

— Có chỉ số cetan cao hơn Diesel.— Biodisel rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào.— Biodiesel có điểm chớp cháy cao hơn diesel, đốt cháy hoàn toàn, an toàn trong tồn chứa và sử dụng.— Biodiesel có tính bôi trơn tốt. Ngày nay để hạn chế lượng SOx thải ra không khí, người ta hạn chế tối

đa lượng S trong dầu Diesel. Nhưng chính những hợp chất lưu huỳnh lại là những tác nhân giảm ma sátcủa dầu Diesel. Do vậy dầu Diesel có tính bôi trơn không tốt và đòi hỏi việc sử dụng thêm các chất phụgia để tăng tính bôi trơn. Trong thành phần của Biodiesel có chứa Oxi. Cũng giống như S, O có tác dụnggiảm ma sát. Cho nên Biodiesel có tính bôi trơn tốt.— Do có tính năng tượng tự như dầu Diesel nên nhìn chung khi sử dụng không cần cải thiện bất kì chitiết nào của động cơ (riêng đối với các hệ thống ống dẫn, bồn chứa làm bằng nhựa ta phải thay bằng vậtliệu kim loại)rVề mặt kinh tế.

— Sử dụng nhiên liệu Biodiesel ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó còn thúc đẩy ngành nôngnghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nông nghiệp như dầu phế thải, mỡ động vật, cácloại dầu khác ít có giá trị sử dụng trong thực phẩm.— Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp va tăng thu nhập ở vùng miền nông thôn.— Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu Diesel, góp phần tiết kiệm cho quốc gia một khoản ngoại tệ lớn.

2Nhược điểm.— Biodiesel có nhiệt độ đông đặc cao hơn Diesel một ít gây khó khăn cho các nước có nhiệt độ vào mùađông thấp. Tuy nhiên đối với các nước nhiệt đới, như Việt Nam chẳng hạn thì ảnh hưởng này không đángkể.— Biodisel có nhiệt trị thấp hơn so với diesel.— Trở ngại lớn nhất của việc thương mại Biodiesel trước đây là chi phí sản suất cao. Do đó làm cho giáthành Biodiesel khá cao, nhưng với sự leo thang giá cả nhiêu liệu như hiện nay thì vấn đề này không cònlà rào cản nữa.

— Hiện nay Biodiesel thường được sản xuất chủ yếu là theo mẻ. Đây là điều bất lợi vì năng suấtthấp, khó ổn định được chât lượng sản phẩm cũng như các điều kiện của quá trình phản ứng. Mộtphương pháp có thể tránh hoặc tối thiểu khó khăn này là sử dụng quá trình sản xuất liên tục.Giới thiệu về Biodiesel

23.08.2007 08:41

Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất giốngvới dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vậthay mỡ động vật. Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại nănglượng sạch. Mặt khác chúng không độc và dể phân giải trong tự nhiên.

I. GIỚI THIỆU – LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BIODIESEL.

Bản chất của Biodiesel là sản phẩm Ester hóa giữa methanol hoặc ethanol vàacid béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật.

Tùy thuộc vào loại dầu và loại rượu sử dụng mà alkyl Ester có tên khác nhau:

* Nếu đi từ dầu cây đậu nành (soybean) và Methanol thì ta thu được SME (soy methyl Esters). Đây là loạiEsters thông dụng nhất được sử dụng tại Mỹ.

* Nếu đi từ dầu cây cải dầu (rapeseed) và Methanol thì ta thu được RME (rapeseed methyl Esters). Đâylà loại Esters thông dụng nhất được sử dụng ở châu Âu.

Theo tiêu chuẩn ASTM thì Biodiesel được định nghĩa: “là các mono alkyl Ester của các acid mạch dài cónguồn gốc từ các lipit có thể tái tạo lại như:dầu thực vật, mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu chođộng cơ diesel”.



Biodiesel bắt đầu được sản xuất khoảng giữa năm 1800, trong thời điểm đó người ta chuyển hóa dầuthực vật để thu Glycerol ứng dụng làm xà phòng và thu được các phụ phẩm là methyl hoặc ethyl Ester gọichung là biodiessel.

10/08/1893 lần đầu tiên Rudolf Diesel đã sử dụng Biodiesel do ông sáng chế để chạy máy. Năm 1912,ông đã dự báo: “Hiện nay, việc dùng dầu thực vật cho nhiên liệu động cơ có thể không quan trọng, nhưngtrong tương lai, những loại dầu như thế chắc chắn sẽ có giá trị không thua gì các sản phẩm nhiên liệu từdầu mỏ và than đá”.Trong bối cảnh nguồn tài nguyên dầu mỏ đang cạn kiệt và những tác động xấu lênmôi trường của việc sử dụng nhiên liệu, nhiên liệu tái sinh sạch trong đó có Biodiesel đang ngày càngkhẳng định vị trí là nguồn nhiên liệu thay thế khả thi. Để tưởng nhớ nguời đã có công đầu tiên đoán đượcgiá trị to lớn của Biodiesel, Nation Board Biodiesel đã quyết định lấy ngày 10 tháng 8 hằng năm bắt đầutừ năm 2002 làm ngày Diesel sinh học Quốc tế (International Biodiesel Day).

1900 tại Hội chợ thế giới tổ chức tại Pari, Diesel đã biểu diễn động cơ dùng dầu Biodiesel chế biến từ dầuPhụng (lạc).

Trong những năm của thập kỷ 90, Pháp đã triển khai sản xuất Biodiesel từ dầu hạt cải. Và được dùng ởdạng B5 (5% Biodiesel với 95% Diesel) và B30 (30% Biodiesel trộn với 70% Diesel).

II. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI.

Theo xu hướng thế giới, người ta sẽ trộn Bio-Diesel vào thành phần diesel từ 5 ÷ 30%.

* Ở châu Âu theo chỉ thị 2003/30/EC của EU mà theo đó từ ngày 31 tháng 12 năm 2005 ít nhất là 2% vàcho đến 31 tháng 12 năm 2010 ít nhất là 5,75% các nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc táitạo. Tại Áo, một phần của chỉ thị của EU đã được thực hiện sớm hơn và từ ngày 1 tháng 11 năm 2005 chỉ còn có dầu diesel với 5% có nguồn gốc sinh học (B5) là được phép bán.

* Tại Australia, đã sử dụng B20 và B50 vào tháng 2 năm 2005.

* Tại Mỹ năm 2005, đã sử dụng B20.

* Tại Thái Lan trong năm 2006, sử dụng B5 tại Chiangmai và Bangkok.

* Tại Việt Nam, Petro Việt Nam đã có kế hoạch đưa 10% Bio-Diesel (B10) vào thành phần diesel để lưuthông trên thị trường.

III. CÁC NGUỒN NGUYÊN LIỆU VÀ XU HƯỚNG SẢN XUẤT BIODIESEL Ở CÁC NƯỚC TRÊN THẾGIỚI.

Trên thực tế, người ta đã và đang nghiên cứu gần như tất cả những nguồn dầu, mỡ có thể sử dụng đểsản xuất Biodiesel. Việc lựa chọn loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật nào phụ thuộc vào nguồn tàinguyên sẵn có và điều kiện khí hậu cụ thể của từng vùng.

Với điều kiện ở châu Âu thì cây cải dầu với lượng dầu từ 40% đến 50% là cây thích hợp để dùng làmnguyên liệu sản xuất diesel sinh học.

Ở Trung Quốc người ta sử dụng cây cao lương và mía để sản xuất Biodiesel.Cứ 16 tấn cây cao lương cóthể sản xuất được 1 tấn cồn, phần bã còn lại còn có thể chiết xuất được 500 kg Biodiesel. Ngoài ra,Trung Quốc còn nghiên cứu phát triển khai thác một loại nguyên liệu mới - Tảo. Khi nghiên cứu loại dầusinh học từ tảo thành công và được đưa vào sản xuất, quy mô sản xuất loại dầu này có thể đạt tới hàngchục triệu tấn. Theo dự tính của các chuyên gia, đến năm 2010, Trung Quốc sẽ sản xuất khoảng 6 triệutấn dầu nhiên liệu sinh học.



Giống Trung Quốc, Mỹ cũng vận dụng công nghệ sinh học hiện đại như nghiên cứu gien đã thực hiện tạiphòng thí nghiệm năng lượng tái sinh quốc gia tạo được một giống tảo mới có hàm lượng dầu trên 60%,một mẫu có thể sản xuất được trên 2 tấn dầu diesel sinh học

Các nước Tiểu Vương quốc Ảrập Thống Nhất thì sử dụng dầu jojoba, một loại dầu được sử dụng phổbiến trong mỹ phẩm để sản xuất Biodiesel.

Đối với khu vực Đông Nam Á, các nước Thái Lan, Inđônêxia, Malaysia cũng đã đi trước nước ta mộtbước trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học. Như ở Thái Lan, hiện sử dụng dầu cọ và đang thử nghiệm hạtcây jatropha, cứ 4 kg hạt jatropha ép được 1 lít diesel sinh học tinh khiết 100%, đặc biệt loại hạt nàykhông thể dùng để ép dầu ăn và có thể mọc trên những vùng đất khô cằn, cho nên giá thành sản xuất sẽrẻ hơn so với các loại hạt có dầu truyền thống khác. Bộ Năng Lượng Thái Lan này cũng đặt mục tiêu, đến2011, lượng diesel sinh học sẽ đạt 3% (tương đương 2,4 triệu lít/ngày) tổng lượng diesel tiêu thụ trên cảnước và năm 2012, tỷ lệ này sẽ đạt 10% (tương đương 8,5 triệu lít/ngày).

Indonexia thì ngoài cây cọ dầu, cũng như Thái Lan, Indonesia còn chú ý đến cây có dầu khác là jatropha.Indonesia đặt mục tiêu đến năm 2010, nhiên liệu sinh học sẽ đáp ứng 10% nhu cầu năng lượng trongngành điện và giao thông vận tải.

Do chi phí cho việc trồng cây nhiên liệu lấy dầu rất thấp, hơn nữa chúng lại rất sẵn trong tự nhiên nên

trong tương lai, diesel sinh học có thể được sản xuất ra với chi phí thấp hơn nhiều so với diesel lấy từdầu mỏ. Tuy nhiên bài toán nguyên liệu đặt ra là: “Diesel sinh học cũng có thể làm thay đổi nhu cầu đốivới đất nông nghiệp”, Trevor Price, một chuyên gia môi trường tại Đại học Glamorgan (xứ Wales, Anh),nhận định. Diesel sinh học có thể giải quyết được bài toán hiệu ứng nhà kính và sự cạn kiệt của nhiênliệu hóa thạch, nhưng dẫu sao nó vẫn cần rất nhiều đất. Các cánh rừng nhiệt đới có thể bị đốt để trồngcọ, đậu tương và những cây lấy dầu khác. Nhiều quốc gia sẽ phải lựa chọn giữa nhiên liệu và thựcphẩm". Vì lý do này mà ở nhiều quốc gia đã sử dụng nguồn nguyên liệu là mỡ các loại động vật ít có giátrị về mặt kinh tế để sản xuất Biodiesel.

Tại An Giang, đề tài nghiên cứu khoa học của ông Hồ Xuân Thiên cùng một số cán bộ kỹ thuật thuộcCông ty Cổ phần Xuất Nhập khẩu Thủy sản An Giang (AGIFISH) nghiên cứu công nghệ sản xuất Bio-Diesel từ mỡ cá tra, cá ba sa hiện đang đưoc áp dụng ở các công ty trong khu vực Đồng Bằng Sông CữuLong như: công ty AGIFISH, công ty MINH TÚ, và các cở sở sản xuất nhỏ lẻ khác… Nước ta đặt mục tiêu

đến năm 2020 ÷ 2025 phải sản xuất được 4,5 ÷ 5 triệu tấn (xăng, diesel pha cồn và Biodiesel), chiếm20% nhu cầu xăng dầu cả nước.

Các phương pháp xử lý dầu thực vật và mỡ động vật để thu nhiên liệu diesel29.08.2007 10:41

Việc sử dụng trực tiếp dầu thực vật và mỡ làm nhiên liệu cho động cơDiesel gặp những khó khăn như quá trình hóa hơi nhiên liệu ở nhiệt độ thấpkém gây trở ngại cho quá trình khởi động, quá trình cháy không hoàn toàn dẫnđến giảm công suất của động cơ, độ nhớt cao làm nghẽn filter, gây khó khăncho hệ thống phun nhiên liệu. Dầu thực vật và đặc biệt là mỡ động vật có độnhớt cao gấp khoảng 11 ÷ 17 lần so với nhiên liệu Diesel. Để giảm độ nhớt

của dầu và mỡ thì có thể sử dụng một trong các phương pháp sau:1 Phương pháp sấy nóng.

Độ nhớt sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên phương pháp này không

hiệu quả vì để dầu thực vật và mỡ đạt được độ nhớt cần thiết cho nhiên liệu Diesel thì đòi hỏi nhiệt độ

khá cao (ví dụ như đối với dầu Canola ở nhiệt độ môi trường thì độ nhớt của nó gấp 12 lần so với nhiên

liệu Diesel, ở nhiệt độ 80oC thì độ nhớt vẫn còn gấp 6 lần so với nhiên liệu Diesel), hơn nữa hệ thống gia

nhiệt cho dầu không thể duy trì mãi khi động cơ không hoạt động điều đó làm cho dầu sẽ bị đông lại đặc



biệt là vào mùa đông, trước khi khởi động dầu cần phải được đốt nóng điều đó gây ra những bất tiện cho

người lái xe.

2 Phương pháp pha loãng.

Pha loãng dầu hoặc mỡ với nhiên liệu diesel theo tỷ lệ nào đó ta thu được hỗn hợp nhiên liệu

mới, hỗn hợp này đồng nhất và bền vững. Các tỷ lệ dầu : diesel 1 :10 và 2 : 10 đem lại hiệu quả tốt nhất

về độ nhớt và các tính chất ở nhiệt độ thấp của hỗn hợp.3 Phương pháp nhũ tương hóa.

Phương pháp nhũ tương hóa có thể khắc phục nhược điểm độ nhớt cao của dầu và mỡ bằng

dung môi là rượu. Hệ nhũ tương dầu – rượu có những tính chất tương tự với nhiên liệu diesel nhưng

nhược điểm là khó duy trì và ổn định hệ nhũ tương này.

4 Phương pháp cracking.

Dầu và mỡ sau khi bị nhiệt phân sẽ tạo thành các hợp chất có mạch ngắn hơn do đó độ nhớt sẽ

giảm đi. Xúc tác tiêu biểu sử dụng trong quá trình nhiệt phân là SiO2 và Al2O3. Nhược điểm của phương

pháp là thiết bị sử dụng trong quá trình rất đắt.

Biodiesel cũng có thể được sản xuất bằng hydrocracking. Những quá trình công nghê mới đangđược phát triển mà không tạo ra Glycerol. Quá trình này bao gồm các công đoạn: hydrocracking, làm

sạch bằng hydro và hydro hoá.

Biểu đồ quá trình hydrocracking

Hiệu suất thu sản phẩm khoảng 75÷ 80% với chỉ số cetane cao (~100). Thành phần sulfur thấp

hơn 10 ppm. Nó phân rã 95% sau 28 ngày, trong khi đó dầu diesel phân rã 40% trong cùng môt khoảng

thời gian. Lợi ích chính hơn những Biodiesel khác là nó làm giảm lượng NOx. Quá trình này sử dụng xúc

tác hydro hoá và hydro tinh khiết thương mại thông thường. Quá trình hydrocracking có thể là môt lựachọn thích hợp cho những nhà máy lọc dầu. Phương pháp này có thể dễ dàng thích hợp với nhà máy lọc

dầu nhờ vào nguồn hydro được tạo ra trong nhà máy. Tuy nhiên, quá trình này vẫn chưa được áp dụng

vào thực tế.

5 Phương pháp chuyển hóa Ester.

Phản ứng chuyển hóa Ester là phản ứng giữa các acid béo trong dầu và mỡ và rượu tạo thành

Ester và Glycerol.



Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay do sản phẩm thu được có những tính chất

tương tự như nhiên liệu diesel, và sản phẩm phụ Glycerol có giá trị sử dụng cao trong công nghiệp mỹ

phẩm và dược phẩm.

3.2.1. Sản xuất BIODIESEL

Biodiesel là methyl este của những axít béo. Để sản xuất Biodiesel người ta pha

khoảng 10% mêtanol vào dầu thực vật và dùng nhiều chất xúc tác khác nhau (đặc biệt là

hiđrôxít kali, hiđrôxít natri và các ancolat). Ở áp suất thông thường và nhiệt độ vào

khoảng 60°C liên kết este của glyxêrin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo sẽ

được este hóa với mêtanol. Chất glyxêrin hình thành phải được tách ra khỏi dầu Biodiesel

sau đấy.



Nguyên liệu sản xuất Biodiesel khá phong phú, nhưng hiện nay trên thế giới chủ yếu

sử dụng: dầu cấy cải dầu, dầu đậu nành, dầu cây hướng dương, dầu dừa, dầu hạt cau, …

Chữ đầu từ dùng cho tất cả các methyl este từ dầu thực vật theo DIN EN 14214 là PME.

Tùy theo loại nguyên liệu cơ bản người ta còn chia ra thành:

- RME: Mêthyl este của cây cải dầu (Brassica napus) theo DIN EN 14214 (có giá trị

toàn châu Âu từ 2004)

- SME: Mêthyl este của dầu cây đậu nành hay dầu cây hướng dương.

- PME: Mêthyl este của dầu dừa hay dầu hạt cau.

Ở Việt Nam, đãcó nhiều nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng Biodiesel. Theo báo Sài

gòn giải phóng,19/09/2006 thì nhóm các nhà khoa học gồm TS Nguyễn Đình Thành, Th.sPhạm Hữu Thiện, KS Võ Thanh Thọ và Lê Trần Duy Quang cũng đã có công trình tổng

hợp biodiesel từ nguồn dầu mỡ phế thải (mỡ cá basa, dầu ăn phế thải).

Sản lượng:

Bảng 3.2. Sản lượng dầu thu được từ các loại nông sản.

Sự chuyển hoá este

1 Oil or Fat

H

HCC

O

R1 O

HCC

O

R2 O

HCC

O

R3 O

H

+ COH H3

+ COH H3

+ COH H3

C

OR

1 O CH3

C

O

R2 O CH

3

C

O

R3 O CH

3

Na+

1 Triglycerid

1 Tri-Ester

Estergroup

+ 3 Alcohol

3 Methylester + 3 Methanol

+

H

HCH O

HCH O

HCH O

H

+ 1 GlycerinCatalyst

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

CH

C

H

H

C

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

Example for R:



Loại nông sản kg oil/ha litres oil/ha lbs oil/acre US gal/acre

Ngô 145 172 129 18Hạt điều 148 176 132 19Yên mạch 183 217 163 23Đậu lupin 195 232 175 25

Cây dâm bụt Đông Ấn Độ 230 273 205 29Bông 273 325 244 35Cây gai dầu 305 363 272 39Đậu nành 375 446 335 48Coffee 386 459 345 49Hạt lanh 402 478 359 51Hạt cây phỉ 405 482 362 51Hạt bí ngô 449 534 401 57Cây rau mùi 450 536 402 57Hạt cây mù tạc 481 572 430 61

Hạt vừng 585 696 522 74Cây rum 655 779 585 83Gạo 696 828 622 88Dầu cây tùng 790 940 705 100Cây hướng dương 800 952 714 102Cacao 863 1,026 771 110

3.2.2. Tính chất của BIODIESEL

B100 có tính chất hóa học và vật lý tương tự diesel và trong vài trường hợp có thể

thay thế cho diesel với lượng nhỏ mà không cần hiệu chỉnh động cơ hoặc hệ thống nhiên

liệu. B100 có hàm lương lưu huỳnh thấp hơn diesel, hàm lượng lưu huỳnh trong B100

nhỏ hơn 15ppm. Chứa 11% oxi và có TSXT cao hơn diesel, tạo điều kiện cho quá trình

cháy hoàn thiện hơn và mức phát thải ít hơn.

Để sử dụng B100 như một nhiên liệu độc lập cho động cơ diesel, cần lưu ý các đặc

điểm sau:

B100 là một dung môi tốt. Nó có thể làm nở ra hoặc hòa tan các cặn trong bình

nhiên liệu và hệ thống nhiên liệu. Vì thế, nếu hệ thống nhiên liệu có nhiều cặn bẩn nên

rữa sạch thùng chứa và hệ thống trược khi sử dụng B100. Bên cạnh đó, biodiesel sẽ phân

hủy các ống dẫn nhiên liệu và các vòng đệm bằng cao su.

B100 có nhiệt độ đông đặc cao hơn diesel, là vấn đề cần tính toán trước khi sử dụng.

B100 bắt đầu kết tinh (vẩn đục) ở khoảng -3oC ÷ 12oC (35°F ÷ 60°F). Khi bắt đầu đặc,

độ nhớt tăng lên, tăng tới mức cao hơn cả diesel, là nguyên nhân tăng trợ lực cho bơm

cung cấp và cho cả vòi phun nhiên liệu. Vì thế vùng có khí hậu lạnh nên dùng hỗn hợp



của biodiesel. Khi chất lượng tia phun không tốt nhiên liệu không cháy kiệt, phần nhiên

liệu bám vào thành xi lanh sẽ lọt xuống các-te, biodiesel bị phân hủy do nhiệt độ cao tại

đây, tạo ra các chất cặn thể rắn hay ở dạng keo. Chúng sẽ làm giảm đi tính bôi trơn của

dầu bôi trơn và dẫn đến động cơ bị hao mòn nhiều hơn. Vì thế mà nên rút ngắn thời kỳ

thay nhớt khi sử dụng RME.

Bảng 3.3. Tiêu chuẩn kỹ thuật của diesel và biodiesel:

Loại nhiên liệu Diesel Biodiesel

Tiêu chuẩn ASTM D975 ASTM D6751

Nhiệt trị thấp, MJ/gal 40,9 ~118,170Độ nhớt động học, @ 40oC 1.3÷ 4.1 4.0÷ 6.0Khối lượng riêng kg/l @ 60oF 0.85 0.88

Tỷ trọng, lb/gal @ 15oC 7.079 7.328 Nước và cặn, % V 0.05 max 0.05 maxCarbon (C), %kl 87 77Hydro (H2), %kl 13 12Oxy (O2), %kl 0 11Lưu huỳnh, %kl 0.05 max 0.0 ÷ 0.0024Điểm sôi, oC 180 ÷ 340 315 ÷ 350Điểm đông đặc, oC -35 ÷ -15 -15 ÷ 10Trị số Xêtan 40÷ 55 48÷ 65

3.2.3. Ứng dụng của BIODIESELBiodiesel dùng kết hợp với diesel bằng các hỗn hợp B1, B2, B5, B20 lúc này hệ

thống nhiên liệu động cơ diesel hầu như ít thay đổi, công suất động cơ giảm ít, hàm lượng

khí thải CO, HC giảm và NOx tăng ít. Nhưng khi hàm lượng biodiesel lớn hơn 20%kl thì

công suất của động cơ giảm, suất tiêu hao nhiên liệu giảm, động cơ ít ồn hơn, hàm lượng

CO, HC trong khí thải giảm và NOx trong khí thải tăng nhanh.



3.4. BIOGAS

5.2.1. Thành phần và sản xuất BIOGAS

Biogas là kết quả phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường thiếu không khí. Các

chất hữu cơ (cây cối, rơm rạ, xác sinh vật, các chất thải từ quá trình chế biến thực

phẩm...), các chất thải từ quá trình chăn nuôi... Biogas chứa chủ yếu methane (50-70%) và

CO2 (25-50%) còn lại là các chất khác như N2, O2, H2S, CO…

Bảng 3.4. Thành phần khí biogas

Thành phần %

Methane, CH4 50-75

Carbon dioxide, CO2 25-50

Nitrogen, N2 0-10*

Hydrogen, H2 0-1

Hydrogen sulphide, H2S 0-3



Oxygen, O2 0-2*

5.2.2. Tính chất của BIOGAS

CH4 được mệnh danh là nhiên liệu “sạch”, có nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp của CH4 là

1012 Btu/ft3

(37,71.103KJ/m3

). 1m3

CH4 khi cháy tỏa ra một nhiệt lượng tương đương với1,3kg than đá, 1,15 lít xăng, 1,7 lít cồn hay 9,7kwh điện. Nếu sử dụng biogas làm nhiên

liệu, 1m3 khí biogas có thể cung cấp cho động cơ 1 sức ngựa chạy trong 2 giờ. Vì vậy nếu

khí biogas được lọc sạch các tạp chất thì chúng sẽ là nguồn nhiên liệu thay thế rất lý

tưởng để chạy động cơ đốt trong trên cơ sở các thành tựu đã đạt được về động cơ sử dụng

nhiên liệu khí.

5.2.3. Ứng dụng của BIOGAS và vấn đề cần giải quyết khi sử dụng biogas làm

nhiên liệu.

a) Ứng dụng của BIOGAS

Do CH4 có nhiệt tri cao nên có thể sử dụng Biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt

trong. Khi đó yêu cầu phải xử lý Biogas trước khi sử dụng vì H2S là một khí rất độc tạo

nên hỗn hợp nổ với không khí. Khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sản

phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất độc. Hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh

hưởng đáng kế đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không

khí/nhiên liệu của Biogas.

Phong trào xây dựng các hầm khi biogas qui mô gia đình và ở các hộ chăn nuôi gia

súc ở nước ta cũng đã được phát triển. Khí biogas hiện nay chủ yếu được dùng để thay thế

chất đốt. Kết quả đem lại rất tích cực cả về hiệu quả kinh tế lẫn bảo vệ môi trường. Nguồn

khí biogas nhận được từ các hầm khí sinh học đã cung cấp năng lượng phục vụ việc đun

nấu, do đó hiện tượng chặt phá rừng làm chất đốt ở nông thôn phần nào đã được kiểm

soát. Tuy nhiên nhu cầu năng lượng ở nông thôn không phải chỉ dừng lại ở đó. Trong thực

tế sản xuất và sinh họat ở nông thôn hiện nay, những động cơ cỡ nhỏ kéo các máy công

tác thông thường như bơm nước, phát điện, xay xát, máy lạnh để bảo quản sản phẩm nông

nghiệp... có nhu cầu sử dụng rất lớn. Sử dụng khí biogas để chạy các loại động cơ này sẽ

giúp cho người nông dân tiết kiệm được chi phí năng lượng, giảm giá thành sản xuất và

góp phần tích cực vào việc cải thiện đời sống người dân.

Trên thế giới người ta đã sản xuất những động cơ cỡ lớn sử dụng khí biogas của các

bãi rác làm nhiên liệu để sản xuất điện năng. Tuy nhiên các động cơ cỡ nhỏ (công suất

nhỏ hơn khoảng 7kW) chạy bằng khí biogas chưa được nghiên cứu phát triển.



Nước ta có hơn 80% dân số sống ở nông thôn. Việc tận dụng các nguồn năng lượng

tại chỗ cho sản xuất sẽ giúp cho nông dân tiết kiệm được kinh phí, làm giảm giá thành sản

phẩm, tăng thu nhập cho người dân. Sử dụng động cơ nhiệt chạy bằng khí biogas để kéo

máy công tác trong sản xuất và đời sống ở nông thôn vì vậy có ý nghĩa rất thiết thực. Mặt

khác việc sử dụng nguồn năng lượng này trong sản xuất và đời sống còn góp phần giảm

thiểu chất thải, bảo vệ tài nguyên và môi trường.

b) Khử tạp chất cho khí biogas:

Thành phần của khí biogas tại một số hầm biogas trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng như

bảng 3.5.

Bảng 3.5. Thành phần trung bình khí biogas ở một số cơ sở sản suất

trên địa bàn Đà Nẵng

CH4% CO2% H2S% N2% H2O% H2%

68 22,9 5 3 0,1 1

Hai tạp chất quan trọng trong khí biogas là H 2S và CO2. H2S sau khi cháy sẽ tạo ra SOx gây

ăn mòn các chi tiết kim loại của động cơ và làm ô nhiễm môi trường không khí. Sự hiện diện của

khí CO2 trong biogas làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu. Ngoài ra trong biogas còn có một số tạp

chất khác nhưng hàm lượng của chúng bé, gây ảnh hưởng không đáng kể đến quá trình cháy, tuổi

thọ của động cơ. Vì vậy để có thể sử dụng khí biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong,

chúng ta cần khử hai chất H2S và CO2.

Việc loại bỏ H2S trong thực tế thường được thực hiện bằng phương pháp hấp phụ. Trong

phòng thí nghiệm, để khử H2S với hàm lượng bé (như mẫu khí trước khi đưa qua máy phân

tích...) người ta thường dùng oxit kẽm làm chất hấp phụ. Phản ứng khử H2S được viết như sau:

ZnO + H2S = ZnS + H2O (1)

Khi oxít kẽm bão hòa, người ta thay hoàn toàn vật liệu mới chứ không hoàn nguyên

vì tính kinh tế thấp.

Để khử H2S với qui mô lớn hơn, người ta dùng oxít sắt. Quá trình hấp phụ và nhả hấp

phụ H2S trên oxít sắt được biểu diễn bằng các phản ứng sau:

- Hấp phụ: Fe2O3 + 3H2S = Fe2S3 + 3H2O (2)

- Nhả hấp phụ: 2Fe2S3 + 3O2 = 2Fe2O3 +6S (3)



Tốc độ phản ứng hấp phụ H2S của sắt oxit phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa khí và bề mặt

vật liệu hấp phụ. Do đó để nâng cao tốc độ phản ứng, độ rỗng (xốp) của vật liệu hấp phụ phải

lớn. Điều kiện lý tưởng cho phản ứng hấp phụ H2S bằng oxit sắt là nhiệt độ nằm trong khoảng 28

÷ 30oC và độ ẩm của vật liệu hấp phụ khoảng 30%.

Ngoài oxit sắt người ta còn có thể sử dụng quặng bùn có chứa sắt (III) hydroxit để khử H 2S

theo phản ứng sau:

3H2S + 2Fe(OH)3 = Fe2S3 +H2O + 62,5 kJ/mol (4)

Phản ứng trên diễn ra tốt nhất trong điều kiện nhiệt độ 28 ÷ 30 oC, độ ẩm vật liệu khoảng

30%. Sau khi bão hòa, vật liệu hấp phụ được hoàn nguyên bằng oxy trong không khí với sự tham

gia của hơi nước. Kết quả thu được là hydroxit sắt và lưu huỳnh đơn chất theo phản ứng:

2Fe2S3 + 3O2 +6H2O = 4Fe(OH)3 + 6S +606 kJ/mol (5)

Thể tích không khí cấp cho quá trình hoàn nguyên được điều chỉnh tuỳ theo nhiệt độ và hàm

lượng oxy trong hỗn hợp khí đi vào hệ thống lọc. Vật liệu hấp phụ được xem là hết tác dụng khi

hàm lượng lưu huỳnh chiếm 50% khối lượng vật liệu. Lưu huỳnh tích tụ trong vật liệu hấp phụ

dần dần bao bọc các hạt Fe(OH)3 và gây cản trở cho sự thâm nhập của H2S vào bề mặt của các

hạt vật liệu hấp phụ.

Đối với việc loại trừ khí CO2 ra khỏi biogas, phương pháp đơn giản nhất là sử dụng nước

làm chất hấp thụ. Quá trình hấp thụ và nhả hấp thụ của nước đối với CO2 dựa trên các phản ứng

sau:

- Ở nhiệt độ thường: H2O + CO2 →H2CO3 (hấp thụ) (6)

- Ở nhiệt độ cao hơn: H2CO3→H2O + CO2 (nhả hấp thụ) (7)

Hệ thống xử lý khí biogas để chạy động cơ đốt trong



Theo kết quả nghiên cứu:Thử nghiệm khí biogas trên xe gắn máy-GS.TSKH. Bùi Văn Ga và các

cộng sự):

Sơ đồ công nghệ

của hệ thống khử tạp chất

khí biogas được trình bày

trên hình 1. Trên cơ sở

nguyên lý loại trừ H2S và

CO2 trên đây, trong sơ đồnày, chúng tôi chọn

phương pháp đơn giản

nhất để thực hiện việc

loại bỏ hai chất trên, đó là

dùng oxít sắt để khử H2S và dùng nước để khử CO2.

Khí biogas từ bể sinh khí được dẫn đến bình tách ẩm

để ngưng tụ hơi nước chứa trong nhiên liệu. Sau đó

nó được dẫn qua hệ thống lọc tạp chất. Để khử H2S, chúng tôi sử dụng phoi tiện sắt làm chất hấp

phụ (hình 3.2). Phoi sắt trong môi trường không khí bị oxy hóa thành oxít sắt Fe2O3. Quá trìnhhấp phụ và nhả hấp phụ theo phản ứng (2), (3). Hệ thống khử H 2S gồm hai bình lọc đặt song

song. Nhờ hệ thống van, một trong hai cột lọc này có thể dừng lại để hoàn nguyên hay thay thế

vật liệu hấp phụ mới mà không gây cản trở cho việc cung cấp khí biogas. Hoàn nguyên lọc được

thực hiện nhờ thổi không khí ấm qua lõi lọc phoi tiện. Nhiệt lượng cung cấp cho không khí có thể

lấy từ hệ thống làm mát hay hệ thống thải của động cơ.

Hình 3.2.. Lõi lọc H 2S

bằng phoi tiện

Ống PVCD=0,25m, H=3m

NướcBiogas+hơi nước

Biogas

Nước + CO2

Quan sátmực nước

Đệm xốp

Hình 3.3. Sơ đồ cột hấp thụCO

2bằng nước

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

Khêchaûyâäüngcå88.9%CH4

H2O saûchBçnhâiãöuaïp

Bçnhtaïcháøm

H2Obäøsung

Láúymáúuthæí

ÂãúnthiãútbëtaïchCO2

V-12

Næåïc ræí achæïaS

GASHOLDER

V-01

ρgh

V-16

V-09V-07

V-05

V-06V-04

V-03

V-02

V-15 V-14 V-12V-13

V-11 V-17

V-10

V-08

Næåïcræí aS

K h ä n g k h ê l a ì m

m a ï t â ä ü n g c å

Khängkhênoïng

TO WATERDRAIN

SÅ ÂÄÖHÃÛTHÄÚNG THIÃÚ T BËXÆÍLYÏKHÊBIOGAS

FROM GASHOLDER

Thiãútbëháúpphuû

Thiãútbëtaïi sinhThiãútbë

taïchH2O

Thiãútbë

thiãønthëH2O

NæåïcchæïaCO2

Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống lọc tạp chất của khí biogas



Hình 4. Ảnh chụp hệ thống xử lý H 2S và CO2 thí nghiệm

Sau khi qua bình lọc H2S, khí biogas được dẫn đến hệ thống khử CO2. Hệ thống này

gồm bình hấp thụ và bình nhả hấp thụ. Khí biogas có chứa CO2 và sương nước chuyển

động ngược chiều trong cột hấp thụ có đường kính 0,25m và chiều cao 3m (hình 3.3). Sau

khi hấp thụ CO2, nước được gia nhiệt và được bơm lên cột nhả hấp thụ để giải phóng CO2.

Nước sạch thu lại trong bình nhả hấp thụ được bơm tuần

hoàn trở lại trong hệ thống. Nhiệt lượng cung cấp cho hệ

thống này có thể lấy từ hệ thống làm mát hay hệ thống

thải của động cơ.

Trước khi đưa vào động cơ, khí biogas được dẫn

qua bình tách ẩm và bình điều hòa. Toàn bộ hệ thống thí

nghiệm xử lý tạp chất trong khí biogas được giới thiệu

trên hình 3.4.

Kết quả phân tích khí biogas trước khi vào lọc, saukhi qua lọc H2S và sau khi ra khỏi hệ thống lọc như trên bảng

3.6. Kết quả này cho thấy hàm lượng CH4 tăng từ 69,33% lên

88,09% (tăng 30% so với giá trị ban đầu) do hàm lượng khí

CO2 đã bị nước hấp thụ (giảm từ 20,63% xuống 8,3%). Hàm lượng H2S chỉ còn 0,023%, tức chỉ

bằng 0,5% so với hàm lượng của nó trong khí biogas trước khi qua lọc. Hàm lượng H 2S tiếp tục

giảm sau khi qua cột hấp thụ CO2 vì một bộ phận tạp chất này cũng bị nước hấp thụ.

Bảng 3.6. Thành phần khí biogas sau khi qua lọc

Khí biogas

sau khi xử lý được

cung cấp cho động

cơ xe gắn máy

110cc với bộ phụkiện chuyển đổi

nhiên liệu GA5.

Hình 3.5 là ảnh

chụp động cơ xe

gắn máy được cung

cấp khí biogas. Kết

Cấu tửTrước lọc

(%vol)

Sau lọc H2S

(%vol)

Sau lọc CO2

(%vol)

CH4 69,33 73,243 88,09

CO2 20,63 23,092 8,3

H2S 5,32 0,270 0,023

N2 1,00 1,071 1,26

O2 1,55 0,000 0,000

CO 0,10 0,107 0,132

H2O 0,10 0,107 0,088

H2 1,97 2,110 2,520

TOTAL 100,00 100,00 100,00

Hình 5. C hạy thử nghiệm biogas trênđộng cơ xe gắn máy 110cc với bộ phụ

kiện GA5



quả bước đầu cho thấy động cơ làm việc bình thường, chạy êm và rất dễ khởi động. Thử nghiệm

định tính bằng phanh của xe không cho thấy sự khác biệt nào về công suất khi xe chạy bằng

biogas và khi chạy bằng LPG.

Kết quả phân tích khí thải động cơ xe gắn máy chạy bằng biogas được giới thiệu trên

bảng 3.7. Theo TCVN, ở chế động không tải, giới hạn cho phép của HC là 1200ppm và CO là

4,5%. Nếu xem chế độ này ứng với khi động cơ làm quay bánh xe không tải 200 vòng/phút thì

khi chạy bằng biogas, mức độ phát thải của động cơ chỉ bằng 10% đối với HC và 1% đối với CO

so với giới hạn cho phép của TCVN. Điều này cho thấy sử dụng biogas để chạy động cơ là rất lý

tưởng về mặt bảo vệ môi trường. Tương tự như khi sử dụng khí thiên nhiên, khó khăn cần phải

giải quyết là tìm kiếm công nghệ lưu trữ biogas trên phương tiện vận tải. Điều này không gây trở

ngại cho việc ứng dụng biogas trên động cơ tĩnh tại.

Bảng 3.7. Kết quả phân tích khí xả động cơ xe gắn máy chạy bằng biogas

Tốc độ quay bánh xe (v/ph)

không tải

Tốc độ quy

đổi (km/h)

Hàm lượng khí xả

HC (ppm) CO(%vol) CO2(%vol)

200 18.85 102.00 0.04 2.56

300 28.27 738.00 0.08 2.38

450 42.41 644.00 0.09 2.80

5.5. BẢO QUẢN NHIÊN LIỆU SINH HỌC

Được sản xuất từ các sản phẩm nông nghiệp nên nhiên liệu sinh học dễ bị các vi sinh vật

phân hủy, vì vậy cần bảo quản nhiên liệu sinh học trong điều kiện mát mẻ bằng các thiết

bị có vật liệu kín.

Documents

Chương 3.nhien_ lieu_sinh hoc