SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC

Nhiên liệu sinh học có thể được phân loại thành các nhóm chính như sau: Diesel sinh học (biodiesel) là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tự và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống. Biodiesel được điều chế từ dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật) thông qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổ biến nhất, ví dụ: methanol, ethanol. Xăng sinh học (biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì. Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, xenlulô, lignocellulose. Ethanol được pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống. Khí sinh học (biogas) có thành phần chính là CH4 (5060%) và CO2 (>30%) còn lại là các chất khác như hơi nước, N2, O2, H2S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 40ºC, nhiệt trò thấp của CH4 là 37,71.103 KJm3, do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí. Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí từ sản phẩm dầu mỏ. Nhiên liệu rắn: gỗ, than và các loại phân thú khô.

CHƯƠNG 1: NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1. Định nghĩa và phân loại Nhiên liệu sinh học (biofuel) là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa ), ngũ cốc (lúa, mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ). Nhiên liệu sinh học có thể được phân loại thành các nhóm chính như sau: - Diesel sinh học (biodiesel) là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tự và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống. Biodiesel được điều chế từ dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật) thông qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổ biến nhất, ví dụ: methanol, ethanol. - Xăng sinh học (biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì. Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, xen-lu- lô, lignocellulose. Ethanol được pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống. - Khí sinh học (biogas) có thành phần chính là CH 4 (50-60%) và CO 2 (>30%) còn lại là các chất khác như hơi nước, N 2 , O 2 , H 2 S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 - 40ºC, nhiệt trò thấp của CH 4 là 37,71.103 KJ/m 3 , do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí. Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí từ sản phẩm dầu mỏ. - Nhiên liệu rắn: gỗ, than và các loại phân thú khô. 1.2. Nguyên liệu Nguyên liệu để sản xuất NLSH rất đa dạng, phong phú, bao gồm: - Nông sản: sắn, ngô, mía, củ cải đường… - Cây có dầu: lạc, đậu tương, cây hướng dương, dừa, cọ dầu, jatropha… - Chất thải dư thừa: sinh khối phế thải, rơm rạ, thân cây bắp, gỗ, bã mía, vỏ trấu… - Mỡ động vật - Tảo Tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta lại chọn những loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất NLSH. Ví dụ như Brazil sản xuất ethanol chủ yếu từ mía, ở Mỹ là từ ngô, ở Việt Nam sắn là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất NLSH. 1.3.Các thế hệ nhiên liệu sinh học Tuỳ thuộc vào nguyên liệu và loại nhiên liệu cần có, có thể sử dụng các quá trình chuyển hoá theo phuơng pháp sinh học, hoá học hoặc nhiệt. Phương pháp sinh học chậm nhưng sản phẩm có độ tinh khiết cao. Phương pháp nhiệt nhanh nhưng sản phẩm tạo ra phức tạp và khó có thể thu đuợc sản phẩm mong muốn với độ tinh khiết cao. Các sản phẩm nhiêu liệu sinh học đã trải qua nhiều giai đoan phát triển và có thể chia thành 3 thế hệ, tùy thuộc vào công nghệ và nguyên liệu. • Thế hệ thứ 1 Nhiên liệu sinh học thế hệ đầu tiên được làm từ các loại cây trồng có hàm lượng đường và tinh bột cao (sản xuất gasohol), dầu thực vật hoặc mỡ động vật (sản xuất Biodiesel). Tinh bột từ các loại ngũ cốc được chuyển hóa thành đường rồi lên men thành Bioethanol. Trong khi đó, dầu thực vật (được ép từ các loại cây có dầu) hoặc mỡ động vật được trộn với ethanol (hoặc methanol) có sự hiện diện của chất xúc tác sẽ sinh ra Biodiesel và glycerine bằng phản ứng chuyển hóa este. • Thế hệ thứ 2 Nhiên liệu sinh học thế hệ 1 bị hạn chế bởi khả năng mở rộng diện tích đất trồng trọt hiện nay để trồng các loại cây thích hợp là có hạn và các công nghệ truyền thống sử dụng để chuyển đổi các nguồn nguyên liệu này thành NLSH còn bị hạn chế bởi hiệu quả và phương pháp xử lý. Vì vậy người ta đã hướng tới nhiên liệu sinh học thế hệ 2. Loại NLSH này được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối, qua nghiền sấy rồi lên men thành nhiên liệu sinh học. Các nguyên liệu này được gọi là "sinh khối xenluloza" có nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, chất thải rừng, chất thải rắn đô thò, các sản phẩm phụ từ quá trình chế biến thực phẩm hoặc loại cỏ sinh trưởng nhanh như rơm, rạ, bã mía, vỏ trấu, cỏ… NLSH thế hệ 2 được phân loại dựa trên bản chất quá trình chuyển hóa sinh khối: sinh hóa hoặc nhiệt hóa. Quá trình sinh hóa được dùng để sản xuất ethanol hay butanol thế hệ 2 và các nhiên liệu còn lại được tạo ra cùng với quá trình nhiệt hóa. Một số loại nhiên liệu thế hệ 2 (được tạo ra từ quá trình nhiệt hóa) tương tự như các sản phẩm được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, ví dụ như: methanol, nhiên liệu lỏng từ quá trình Fischer – Tropsch và đimethylete. • Thế hệ thứ 3 NLSH thế hệ 3 được sinh ra từ những cải tiến về công nghệ sinh học thực hiện trên các nguồn nguyên liệu. Các loại nguyên liệu được cấy ghép và nuôi trồng theo cách mà các khối cấu trúc của tế bào (lignin, cellulose, hemicellulose) có thể được điều chỉnh theo các cách khác nhau. NLSH thế hệ 3 được chế tạo từ các loài vi tảo trong nước, trên đất ẩm, sinh ra nhiều năng lượng (7-30 lần) hơn nhiên liệu sinh học thế hệ trước trên cùng diện tích trồng. Sản lượng dầu trên một diện tích 0,4 ha tảo là từ 20.000 lít/năm đến 80.000 lít/năm. Ngoài ra, loài tảo bò thoái hóa sinh học không làm hư hại môi trường xung quanh. Theo ước tính của Bộ Năng Lượng Mỹ, nước này cần một diện tích đất đai lớn độ 38.849 km2 để trồng loại tảo thay thế tất cả nhu cầu dầu hỏa hiện nay trong nước. 1.4. Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học của thế giới và Việt Nam 1.4.1. Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học của thế giới NLSH sẽ góp phần đa dạng hóa nguồn năng lượng, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm nhà kính. Vì vậy nhiều quốc gia, trước hết là Mỹ có kế hoạch đầu tư lớn vào lĩnh vực này. Ngày 8-1-2010 Chính phủ Mỹ phê chuẩn 2,3 tỷ USD để hỗ trợ cho các nguồn năng lượng xanh. Ngày 3-2-2010 Chính quyền Obama và Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đã cùng công bố Tiêu chuẩn nhiên liệu tái tạo (RFS) để thúc đẩy việc phát triển nhiên liệu sinh học. Theo kế hoạch thì đến năm 2022 nhiên liệu tái tạo phục vụ giao thông ở Mỹ mỗi năm phải đạt tới 36 tỷ gallon (1 gallon=3,785 lít). Tháng 11-2010, EPA xác định cuối năm 2011 phần nhiên liệu sinh học từ chất xơ (cellulose) phải đạt tới 6,6 triệu gallon (nên lưu ý là từ chất xơ chứ không phải từ tinh bột sắn như dự án ở nước ta!), phần diesel sinh học phải đạt, 800 triệu gallon, phần nhiên liệu sinh học tiên tiến (advanced biofuel) phải đạt 1,35 tỷ gallon, phần nhiên liệu có thể tái sinh phải đạt 13,95 tỷ gallon. Hiện nay xăng E15 (15% ethanol) được coi là sử dụng an toàn cho ô tô ở Mỹ. Các nguồn nhiên liệu mới được khuyến khích cụ thể bằng chính sách miễn giảm thuế. Nhờ sự hỗ trợ 80 triệu USD từ Bộ Nông nghiệp Mỹ mà Công ty nhiên liệu Range sẽ nâng sản lượng hàng năm của ethanol (cồn) từ cellulose (chất xơ) lên đến 20 triệu gallon. Ngày 2-6-2010 Bộ năng lượng Mỹ (DOE) đã hỗ trợ 5 triệu USD để phát triển nguồn năng lượng sinh học phi lương thực. Chính phủ và Bộ Hải quân Mỹ (DON) rất quan tâm đến các nhiên liệu sinh học tiên tiến và hệ thống các nhiên liệu tái sinh khác. Hình 1.1. Các quá trình chuyển hóa nhiên liệu hóa thạch và sinh khối thành nhiên liệu lỏng Dự kiến đến năm 2020 toàn bộ thiết bị quân sự trên bờ và dưới biển của Mỹ đều được thay thế 50% năng lượng tiêu dùng bằng các nguồn năng lượng thay thế. Đến năm 2020 hải quân Mỹ sẽ được cung cấp khoảng 330 triệu gallon nhiên liệu sinh học. Dự toán của Bộ năng lượng Mỹ cho năm 2011 là 28,4 tỷ USD, trong đó dành cho các nghiên cứu về năng lượng sinh học là 220 triệu USD (về năng lượng mặt trời là 302 triệu USD, năng lượng gió là 123 triệu USD, kỹ thuật đòa nhiệt là 55 triệu USD). Về nhiên liệu sinh học tiên tiến DOE dành ra 80 triệu USD để hỗ trợ nghiên cứu, trong đó có phần nghiên cứu nhiên liệu từ sinh khối tảo, nhiên liệu xanh trong không trung…DOE cũng dành 21 triệu USD giúp cho Công ty RW Beck để xúc tiến nghiên cứu về nhiên liệu sinh học tiên tiến. Ngày 31-3-2010 DOE lại hỗ trợ 18 triệu USD để giúp Phong thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley thành lập đơn vò phát triển quá trình nhiên liệu sinh học tiên tiến (PDU). Chương trình Sinh khối (Biomass Program) cũng được hỗ trợ 718 triệu USD để thương mại hóa các nhiên liệu sinh học tiên tiến, mục tiêu là phải đạt tới 950 triệu gallon vào năm 2020. Ngày 28-6-2010 DOE đã quyết định hỗ trợ 24 triệu USD cho 3 dự án nghiên cứu nhiên liệu sinh học từ tảo. Liên minh Châu Âu (EU) quyết định giảm thiểu phát tán khí nhà kính và giảm nhu cầu nhập khẩu xăng dầu bằng cách thực hiện mục tiêu thay thế 10% nhiên liệu dùng trong vận tải bằng các nhiên liệu tái tạo. Hội đồng EU đề nghị xác nhận việc ứng dụng các nguồn nhiên liệu sinh học. Có 14 quốc gia trong EU thỏa thuận hợp tác nghiên cứu và triển khai sản xuất nhiên liệu sinh học. EU dành ra 37 triệu Euro (trong đó 23 triệu Euro lấy từ FP7) để hỗ trợ sự nghiệp này. Chính phủ Đức xác định đến năm 2020 ở nước này nguồn năng lượng có thể tái sinh ít nhất cũng phải đạt 30% tỷ lệ điện năng được sử dụng. Chính phủ Pháp huy động 1,35 tỷ Euro để hỗ trợ cho sự phát triển nhiêu liệu sinh học và các nguồn năng lượng tái sinh. Pháp còn huy động thêm 2 tỷ Euro từ tư nhân để hỗ trợ cho các dự án quan trọng này. Phần Lan quyết định trong 10 năm tới, mỗi năm huy động 327 triệu Euro để dành cho các nguồn năng lượng tái sinh. Nhờ phát triển các nguồn năng lượng tái sinh mà Phần Lan đến năm 2020 sẽ giảm thiểu mỗi năm được đến 7 triệu tấn CO2 thải loại vào không khí. Chính phủ Canada đã yêu cầu từ ngày 15-12-2010 trở đi trong xăng phải có 5% các nhiên liệu có thể tái tạo. Ngày 5-6-010 Chính phủ Canada quyết định hỗ trợ khoảng 4,7 triệu USD để giúp tỉnh Nova Scotia nuôi cấy tảo biển trên quy mô lớn để sản xuất nhiên liệu sinh học. Ngày 9-4-2010 Chính phủ Canada cũng quyết định đầu tư 4 triệu đôla Canada để giúp Công ty Woodland phát triển ethanol sinh học từ cellulose ở các nguồn phụ phẩm nông lâm nghiệp. Công nghệ này không tạo ra các chất thải độc hại và không sử dụng tới lương thực. Hiện nay Brazil đang là nước mà 90% các ô tô mới đã được lắp thiết bị sử dụng xăng ethanol. Năm 2010 Brazil mở rộng quy mô sản xuất nhiên liệu sinh học bao gồm xăng ethanol và diesel sinh học theo tinh thần nâng cao sản lượng, thúc đẩy tiêu thụ, đa dạng hóa nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm. Từ 2010 đến 2019 Brazil sẽ đầu tư ít nhất là 540 tỷ USD để phát triển nguồn năng lượng, 70% để phát triển dầu mỏ và khí đốt (để đạt tới 5,1 triệu thùng/ngày vào năm 2019). Nguồn nhiên liệu xanh sẽ được đầu tư 38 tỷ USD để phát triển diesel sinh học và ethanol từ mía (sao cho có sản lượng 64 tỷ lít vào năm 2019). Công ty Petrobas và Công ty Galp cùng đầu tư 530 triệu USD để sản xuất diesel sinh học. Brazil hy vọng hợp tác với Nam Phi để phát triển nhiên liệu sinh học, vì nam Phi và nhiều quốc gia Châu Phi có tiềm lực lớn về nhiên liệu sinh học. Cuối năm 2009 Ấn Độ phê chuẩn chính sách về nhiên liệu sinh học và quyết định thành lập Ủy ban quốc gia về nhiên liệu sinh học. Mục tiêu đề ra là đến năm 2017 việc phối hợp sử dụng nhiên liệu sinh học đạt đến chỉ tiêu 20%, bao gồm diesel sinh học và ethanol sinh học. Sẽ định kỳ công bố giá cả thấp nhất của dầu các loại hạt phi thực phẩm, ethanol sinh học và diesel sinh học. Dự kiến lượng tiêu dùng ethanol trong thời gian 2010-2013 sẽ tăng khoảng 4,5% mỗi năm. Năm 2010 sản lượng diesel sinh học của Argentina đạt tới 1,9 triệu lít, tăng 51% so với năm 2009. Hiện đang có tới 23 nhà máy sản xuất diesel sinh học. Khoảng 68% diesel sinh học của nước này được xuất khẩu sang EU. Từ năm 2010 đã có 3 nhà máy ở Nhật Bản sản xuất xăng sinh học và cả nước có trên 2000 trạm bán xăng sinh học. Các nhà máy này đã chuyển hóa thân mía và rơm rạ lúa mỳ thành ethanol. Trộn 43% cồn sinh học với 57% khí thiên nhiên để tạo thành Ethyl tert-butyl ether (ETBE), lại trộn với 99% xăng để tạo thành xăng sinh học. Nhờ đó mà CO2 thải ra rất ít, có lợi lớn cho môi trường. Từ năm 2012 Hàn Quốc xác định sẽ yêu cầu phối trộn với 2% diesel sinh học nhằm nâng cao tính độc lập về nguồn năng lượng ở Hàn Quốc. Trung Quốc, nước có dân số đứng đầu thế giới cũng đã xác định tạo ra chính sách ưu tiên sản xuất và sử dụng diesel sản xuất từ mỡ động vật và dầu thực vật. Các sản phẩm này được miễn thuế nếu lượng dầu hay mỡ chiếm không dưới 70%. Ngoài ra Trung Quốc chủ trương phát triển các nguồn điện năng từ sinh khối phụ phẩm nông lâm nghiệp để hạ giá thành từng đơn vị tiêu thụ điện. 1.4.2. Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học của Việt Nam Việt Nam có nhiều tiềm năng về NLSH xăng dầu có nguồn gốc dầu mỏ. Nhiều loại cây như sắn, ngô, mía,… có thể sản xuất cồn sinh học mà ở Việt Nam lại có nhiều vùng đất rất thích hợp với các loại cây trồng này. Sản lượng sắn cả nước năm 2007 là hơn 7 triệu tấn, mía đường hơn 14 triệu tấn và ngô gần 4 triệu tấn. Với sản lượng này có thể đáp ứng được cho nhu cầu sản xuất cồn sinh học ở quy mô vừa và nhỏ. Ước tính Việt Nam có thể sản xuất 5 triệu lít cồn sinh học mỗi năm nếu như có sự điều chỉnh về sản lượng và diện tích cây trồng. Về sản xuất điêzen sinh học có thể đi từ các loại dầu thực vật và mỡ động vật. Ở Việt Nam, các loại cây trồng tiềm năng cung cấp nguyên liệu cho sản xuất điêzen sinh học như cây cọc rào, dầu cọ, hạt bông… Điều kiện đất đai và khí hậu Việt Nam cho phép hình thành những vùng nguyên liệu tập trung. Mỡ cá, dầu thực phẩm thải được sử dụng cho sản xuất điêzen sinh học có thể giúp giải quyết được các vấn đề về môi trường trong chế biến thủy sản. Ước tính Việt Nam có thể sản xuất khoảng 500 triệu lít điêzen sinh học mỗi năm nếu như tổ chức quy hoạch và thực hiện vùng nguyên liệu theo hướng sử dụng đất triệt để, tạo ra nhiều loại giống có sản lượng cao và sở hữu các công nghệ tách dầu từ nguyên liệu. Mặt khác, NLSH là một loại nhiên liệu tái tạo được coi là một trong những nhiên liệu thân thiện với môi trường. Do đó việc nghiên cứu phát triển nguồn năng lượng sinh học có ý nghĩa hết sức to lớn đối với vấn đề an ninh năng lượng thế giới nói chung và VN nói riêng. Xuất phát từ xu hướng đó, ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định số177/2007/QĐ-TTg về việc phê duyệt "Đềán phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" tại Việt Nam với mục tiêu tổng quát là Phát triển NLSH, một dạng năng lượng mới, tái tạo được đểthay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Nhận thức tầm quan trọng của NLSH đối với vấn đề an ninh năng lượng và với sức mạnh của một tập đoàn kinh tế hàng đầu, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam PVN đã xây dựng một chiến lược mang tính "đi trước, đón đầu". Việc phát triển NLSH là một trong các mục tiêu nằm trong Quy hoạch phát triển ngành dầu khí và là một hướng phát triển đặc ưu tiên đặc biệt. Mục đích của Chiến lược phát triển NLSH của PVN đến năm 2015 và tầm nhìn đến năm 2025 là phát triển nhiên liệu sinh học đảm bảo an ninh năng lượng, cải thiện môi trường và nâng cao thu nhập của nông dân, đồng thời khẳng định vai trò chủ đạo của PVN trong việc thúc đẩy nhanh chóng sự ra đời và phát triển của ngành công nghiệp mới mẻ và đầy triển vọng này, đồng thời xây dựng một khuôn khổ chung, kết nối các hoạt động riêng lẻ hiện tại của các đơn vò thành viên, đảm bảo sự chỉ đạo tập trung thống nhất của Tập đoàn. Hiện nay, PVN đang xây dựng các nhà máy sản xuất bioethanol đặt ở 3 miền: Nhà máy Nhiên liệu sinh học Phú Thọ Địa điểm: Huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ Công suất khoảng 100 triệu lít sản phẩm Ethanol nhiên liệu/năm Dự kiến hoạt động 2011-2012 Nhà máy Nhiên liệu sinh học Quảng Ngãi Địa điểm: Khu Kinh tếDung Quất, tỉnh Quảng Ngãi Công suất khoảng 100 triệu lít sản phẩm Ethanol nhiên liệu/năm Dựkiến hoạt động 2011-2012 Nhà máy Nhiên liệu sinh học Bình Phước Địa điểm: Huyện Bù Đăng, tỉnh Bình Phước Công suất khoảng 100 triệu lít sản phẩm Ethanol nhiên liệu/năm Dự kiến hoạt động 2012 Từ 1.8.2010 đến nay, Tổng công ty dầu Việt Nam (PV OIL) đã chính thức đưa sản phẩm xăng E5 (95% xăng và 5% ethanol) đến với 12 điểm bán đầu tiên và đến nay đã phát triển mạng lưới cung cấp lên 50 cửa hàng tại 6 tỉnh, thành phốlớn. Trong 5 tháng đầu năm 2011, lượng xăng E5 bán ra đạt trên 4 nghìn m 3 nâng tổng lượng xăng E5 bán ra là trên 8 nghìn m 3 . Bên cạnh các dự án của PVN còn có một các dự án sản xuất NLSH của các công ty khác đã được triển khai thực hiện: - Nhà máy ethanol Đại Tân được khánh thành và chính thức cung cấp xăng cho thò trường tháng 8/2010. Nhà máy có tổng vốn đầu tư khoảng 900 tỉ đồng đặt tại xã Đại Tân, huyện Đại Lộc, Quảng Nam do Công ty CP Đồng Xanh đầu tư. Tháng 9/2009, nhà máy Ethanol Đại Tân đã sản xuất thử mẻ sản phẩm đầu tiên, từ tháng 4-6/2010 sản xuất 50% công xuất và từ tháng 7/2010 nhà máy đã chạy từ 60-70% công suất. - Dự án Sản xuất điêzen sinh học bằng cách trộn lẫn mỡ cá da trơn với điêzen để chạy động cơ điêzen (máy bơm nước, máy phát điện…) (2005-2007): Công ty xuất khẩu cá da trơn Agifish đã được chính phủ phê duyệt xây dựng 1 nhà máy ở An Giang năm 2007 và sản xuất khoảng 10 triệu lít nhiên liệu 1 năm. Công ty đã tiến hành các thử nghiệm từ 2006 trong phòng thí nghiệm ở thành phố Hồ Chí Minh và chứng minh rằng NLSH từ cá da trơn là rất tốt. Nhiên liệu này sẽ được sử dụng cho động cơ điêzen ở thò trường trong nước. - Dự án "Sử dụng gasohol cho các xe cơ giới trong thành phố" (2005-2007). Dự án nhằm khởi đầu một chương trình sử dụng gasohol cho các xe cơ giới ở thành phố Hồ Chí Minh, là một dự án thành phần của dự án "giảm thiểu ô nhiễm không khí thành phố". - "Trộn lẫn dầu ăn với điêzen để tạo ra loại nhiên liệu rẻ hơn" (2005-2007). Dự án thử nghiệm 2 năm, dầu ăn được thu gom từ các nhà hàng, khách sạn và các nhà máy thực phẩm ở thành phố lớn nhất của Việt Nam, giúp giảm lượng ô nhiễm đi vào khu vực sông suối. 1.5. Sản xuất biodiesel 1.5.1. Giới thiệu về biodiesel (BD) BD đã manh nha từ rất sớm năm 1853 nhờ công trình nghiên cứu của E.Dufy và J.Patrick về chuyển hóa este của dầu thực vật, nhưng BD chỉ được chính thức ghi nhận vào ngày 10/08/1893, ngày mà kỹ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho ra mắt động cơ Diesel chạy bằng dầu lạc, sau đó ngày 10/08 được chọn là Ngày BD quốc tế ( International BD Day). Đến năm 1907 Herry Ford, người sáng lập công ty đa quốc gia Ford Motor Company, cho ra đời chiếc xe bằng Etanol. Nhưng do xăng dầu có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch có giá rẻ hơn nên nhiên liệu sinh học chưa được coi trọng. Nhưng trong thời gian gần đây, do giá xăng dầu tăng nhanh, nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch đe dọa và yêu cầu bức thiết về chống sự biến đổi khí hậu tồn cầu mà nhiên liệu sinh học trở thành một nhu cầu thiết thực của nhân loại, nhất là khi các công nghệ biết đổi gen góp phần làm tăng đột biến sản lượng một số sản phẩm nông lâm nghiệp. Có thể hiểu một cách tổng quát Diesel là loại nhiên liệu bất kì dùng cho động cơ Diesel. Dựa theo nguồn gốc, có thể chia Diesel thành 2 loại: − Petrodiesel (thường được gọi tắt là Diesel) là 1 loại nhiên liệu lỏng thu được khi chưng cất dầu mỏ ở phân đoạn có nhiệt độ từ 175 0 C đến 370 0 C, thành phần chủ yếu là hidrocacbon từ C16 – C21. − Biodiesel: có nguồn gốc từ dầu thực vật (cỏ, tảo, cây Jatropha, cây cao su…) hay mỡ động vật. Các loại dầu mỡ động thực vật, dầu mỡ thải tuy rằng có thể cháy ở điều kiện thường nhưng vì có độ nhớt cao, một số loại có chỉ số acid lớn nên chúng không thể dùng trực tiếp cho các động cơ mà chúng cần phải được chuyển hóa thành Monoankyl – Este rồi mới đem đi sử dụng. Theo phương diện hóa học, BD là metyl este của những acid béo ( trong đó, thành phần tạo năng lượng chủ yếu là gốc hidrocacbon). 1.5.1.1 Ưu nhược điểm của BD so với diesel truyền thống: a) Ưu điểm − BD là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế ít gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khoẻ con người; là loại nhiên liệu sạch hơn vì khí thải khi đốt BD hầu như sẽ không có SOx , hàm lượng CO và hidrocacbon thơm giảm so với khi đốt diesel truyền thống (chẳng hạn như benzofluoranthense ít hơn 56%, benzopysenes ít hơn 71% ). − Là nguồn nhiên liệu thay thế cho diesel khi sử dụng cho động cơ diesel mà không ảnh hưởng đến động cơ. − Là loại nhiên liệu có thể được dùng dạng tự do hoặc pha trộn với diesel nhằm đạt được hiệu quả sử dụng và kinh tế theo yêu cầu của từng quốc qia. − Là loại nhiên liệu tái sinh nên BD sẽ là thế mạnh của các nước có nền nông nghiệp phát triển. − Là loại nhiên liệu bị vi sinh vật phân huỷ nên khi thất thóat ra ngồi môi trường sẽ ít độc hại hơn rất nhiều so với các loại xăng dầu từ dầu mỏ. − Khi đạt các tiêu chuẩn thì BD sẽ là nhiên liệu ít ăn mòn động cơ hơn so với diesel. b) Nhược điểm − Trong phân tử biodiesel có chứa nguyên tử oxy nên nhiệt trị thấp hơn diesel truyền thống. Vì vậy, khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu sẽ tiêu hao hơn nhiều so với nhiên liệu diesel truyền thống. − Dễ bị oxy hóa nên vấn đề bảo quản là vấn đề hàng đầu khi sử dụng BD ( Lưu trữ trung bình 6 tháng). − Hàm lượng NOx cao trong khí thải. Đây là nhược điểm đang được nghiên cứu khắc phục. − Nhiệt trị thấp hơn so với diesel nên cần một lượng nhiên liệu lớn hơn để đi được cùng một quãng đường. − Chi phí sản xuất cao so với diesel. Hiện tại BD trở thành thương phẩm vẫn phải cần chính sách hỗ trợ của chính phủ nhằm thúc đẩy nền công nghiệp năng lượng này. Với tình trạng nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn dần, diesel truyền thống ngày càng tăng giá, thì trong tương lai, BD gần như là giải pháp thay thế duy nhất. Bảng 1.1. So sánh nồng độ khí thải giữa DO và Biodisel Khí thải Đơn vị Diesel truyền thống BD từ dầu nành BD từ dầu thải NOx g 0.944 1.156 1.156 CO g 0.23 0.136 0.156 Hidrocacbo n g 0.0835 0.0040 0.0038 Bảng 1.2: Bảng so sánh năng suất toả nhiệt của một số loại nhiên liệu Nhiên liệu Năng suất toả nhiệt (MJ/Kg) DO 44,8 BDO 37,2 Methanol 18,2 Glyxerin 18,3 Dầu dừa 35,3 Dầu Jatropha 39,6 Dầu hạt cao su 39.18 Bảng 1.3: Một số thông số kỹ thuật được đưa ra so sánh giữa hai loại nhiên liệu Đặc tính nhiên liệu Diesel Biodiesel Nhiệt trị, Btu/gal 129,05 118,17 Độ nhớt động học ở 40 0 C, mm 2 /s 1,3 – 4,1 4,0 – 6,0 Tỉ trọng ở 15 0 C, lb/gal 7,079 7,328 Hàm lượng nước và cặn cơ học, max 0,05 0,05 Điểm chớp cháy, 0 C 60 - 80 100 – 170 Điểm đông đặc, 0 C -15 - 5 -3 _ -12 Chỉ số cetane 40 - 55 48 - 65 1.5.1.2.Các thông số hóa lý kỹ thuật của Biodiesel a. Chỉ số Cetan Chỉ số Cetan là đơn vị đo quy ước, dùng để đánh giá khả năng tự bắt cháy của các loại nhiên liệu diesel, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm 2 hidrocacbon: − n – Cetan C 16 H 34 là chất có khả năng bắt cháy cao nhất với chỉ số qui định là 100, khi đó “hỗn hợp” chứa 100% thể tích n-Cetan. − α - metyl naphtalen C 11 H 10 là chất khó bắt cháy nhất với chỉ số cetan qui định là 0 Những hợp chất có mạch thẳng thì dễ bắt cháy nên có chỉ số Cetan cao, trong khi hợp chất vòng hoặc mạch nhánh thì có chỉ số Cetan thấp hơn. Bản chất cháy của diesel trong động cơ là bò nén áp suất cao (tỷ số nén khoảng 14:1 đến 25:1) ở dạng đã phối trộn với Oxy và có nhiệt độ cao thích hợp sẽ cháy và sinh công. Biodiesel cần có chỉ số cetan cao để đảm bảo quá trình cháy, nếu cao quá sẽ gây lãng phí nhiên liệu vì 1 số thành phần ở nhiệt độ cao trong xilanh sẽ phân hủy thành cacbon tự do (còn gọi là muội than) trước khi cháy, tuy nhiên nếu chỉ số cetan quá thấp sẽ dễ gây ra hiện tượng kích nổ (do có nhiều thành phần khó bị oxy hóa đòi hỏi phải phun rất nhiều nhiên liệu vào xylanh mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến lượng nhiên liệu bị đốt cháy nhiều hơn yêu cầu, nhiệt lượng sinh ra rất lớn gây tăng mạnh áp suất, làm xylanh dễ bò mòn và động cơ rung giật).Vì thế, chỉ số Cetan là một trong những tiêu chuẩn đã được quy định theo từng quốc gia cho các loại nhiên liệu trong đó có Biodiesel.Thông thường, với động cơ Diesel chậm (dưới 500 rpm), chỉ số cetan khoảng 45 đến 50; còn đối với động cơ chạy nhanh (đến 1000 rpm) chỉ cần trên 50. b. Trị số octan Trị số octan là một đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng chống kích nổ nhiên liệu, có giá trò đúng bằng giá trò của hỗn hợp chuẩn (ở điều kiện tiêu chuẩn) gồm iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C 8 H 18 ) và n-helptan ( n- C 7 H 16 ). Hỗn hợp chuẩn có trò số octan là x ( x có giá trò từ 0 đến 100) tức là hỗn hợp có chứa x% (thể tích) iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C 8 H 18 ). Nhiên liệu có trị số octan càng cao thì càng tốt. Để tăng trị số octan, ta có 3 cách chính: − Pha thêm phụ gia: +Hợp chất cơ kim: Pb (hiện cấm dùng), Mn và Fe (dùng hạn chế)… +Phụ gia Ferrocene- Diclopentadienyl (C 2 H 5 ) 2 Cl. Phụ gia này rẻ tiền, ít độc với môi trường nhưng lại độc với động cơ. Khi cháy, Ferrocene tạo ra lớp oxit sắt ( lớp màu đỏ trên bugi) ảnh hưởng đến các lớp xúc tác trong oto hiện đại, gây mài mòn các vòng piston, lỗ khoan trên xylanh và trục cam Hiện Ferrocene không được cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ chấp nhận cho sử dụng. +MMT ( Methylcyclopentadienyl Maanganese Tricabonyl): hiện được dùng thay thế cho phụ gia Pb − Pha trộn với nhiên liệu có trị số octan cao − Chuyển các hidrocacbon mạch thẳng thành mạch nhánh, hoặc vòng no, vòng thơm có trò số octan cao như cracking, reforming … c. Điểm đục: Điểm đục là nhiệt độ mà hỗn hợp bắt đầu vẩn đục do có một số chất bắt đầu kết tinh. Điểm đục có ý nghóa rất quan trọng đối với dầu diesel, đặc biệt khi nó được sử dụng ở các nước có nhiệt độ hạ thấp khi mùa đông đến. Khi nhiệt độ thấp, độ nhớt sẽ tăng lên, ảnh hưởng đến việc phun nhiên liệu. Nếu nhiệt độ hạ thấp hơn nhiệt độ tạo điểm đục thì những tinh thể kết tinh sẽ kết hợp lại với nhau tạo thành những mạng tinh thể gây tắc nghẽn đường ống dẫn cũng như thiết bị lọc làm động cơ không hoạt động được. d) Điểm chảy: Điểm chảy là nhiệt độ mà tòan bộ thể tích của hỗn hợp chuyển pha từ thể rắn sang thể lỏng. Điểm đục và điểm chảy là thông số được xác định nhằm dự đoán khả năng sử dụng của Biodiesel ở nhiệt độ thấp. e) Điểm chớp cháy: Điểm chớp cháy là nhiệt độ mà ở đó hỗn hợp bắt đầu bắt lửa và cháy. Chỉ số này dùng để phân loại nhiên liệu theo khả năng cháy nổ của chúng. Điểm chớp cháy của Metyl este tinh khiết là hơn 200 0 C, và Metyl este được xếp loại vào những chất khó cháy. Tuy nhiên, trong quá trình điều chế và tinh chế, Methanol dư còn lẫn trong sản phẩm và làm hạ thấp điểm chớp cháy. Điều này gây nguy hiểm khi điểm chớp cháy hạ xuống thấp. Đồng thời Methanol là chất ăn mòn thiết bò kim loại. Do vậy điểm chớp cháy vừa được sử dụng như một tiêu chuẩn quản lý chất lượng Biodiesel vừa để kiểm tra lượng Methanol dư thừa. f) Độ nhớt: Độ nhớt: thể hiện khả năng kháng lại tính chảy của chất lỏng. Thông số này phụ thuộc vào sự ma sát của một phần chất lỏng khi trượt lên phần chất lỏng khác. Độ nhớt của nhiên liệu càng cao càng không có lợi khi sử dụng vì nó làm giảm khả năng phân tán khi được phun vào thiết bò để đốt cũng như làm tăng khả năng lắng căn trong thiết [...]... tới nhiên liệu sinh học thế hệ 2 Loại NLSH này được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối, qua nghiền sấy rồi lên men thành nhiên liệu sinh học Các nguyên liệu này được gọi là "sinh khối xenluloza" có nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, chất thải rừng, chất thải rắn đô thò, các sản phẩm phụ từ quá trình chế biến thực phẩm hoặc loại cỏ sinh trưởng nhanh như rơm, rạ, bã mía, vỏ trấu, cỏ… Khi sản xuất. .. qui định Ngoài ra, do phải pha loãng khi pha chế, nên không bắt buộc phải sản xuất ra cồn có nồng độ rất cao + Cồn nhiên liệu: Cồn nhiên liệu được sản xuất để dùng làm chất đốt Khi sản xuất cồn nhiên liệu người ta không cần phải tách bỏ cồn tạp vì bản thân chúng khi cháy cũng tạo ra năng lượng Trái với cồn thực phẩm, cồn nhiên liệu bắt buộc phải tách nước triệt để, vì nếu hàm lượng nước có trong cồn... 1.5.3.1 Các phương pháp sản xuất Ethanol Ethanol có thể sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó có hai phương pháp sau là phổ biến và cơ bản nhất + Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp: Tổng hợp ethanol có nghĩa là sản xuất ethanol bằng phương pháp hoá học, trên thgiới người ta sản xuất ethanol bằng nhiều phương pháp khác nhau Trong công nghệ tổng hợp hoá dầu ethanol được sản xuất bằng dây chuyền... H2O + Công nghệ sản xuất ethanol sinh học: Công nghệ này dựa trên quá trình lên men các nguồn hydratcacbon có trong tự nhiên như: nước đường ép, ngô, sắn, mùn, gỗ (C6H10O5)n + n H2O → nC6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2+ Q Trong quá trình sản xuất ethanol sinh học có thể phân thành 2 công đoạn là công đoạn lên men nhằm sản xuất Bio─Ethanol có nồng độ thấp và công đoạn chưng cất - làm khan để sản xuất ethanol có... tách pha Cũng chính vì vậy mà khi sản xuất cồn nhiên liệu, người ta phải chọn giải pháp công nghệthích hợp để loại bỏ nước trong cồn, tạo ra cồn có nồng độ rất cao • Sựkhác nhau trong công nghệ sản xuất: Sựkhác nhau trong công ngh sản xuất ethanol thực phẩm và ethanol nhiên liệu chủ yếu xảy ra ở công đoạn cuối: chưng cất, tách nước Công đoạn Cồn thực phẩm Cồn nhiên liệu Chưng cất Phức tạp hơn do cần... Ethanol là nhiên liệu thay thế hoàn toàn cho xăng dùng cho những động cơ đốt trong có cải tiến Dùng xe FFV (Flex-Fuel Vehicles- ô-tô nhiên liệu linh hoạt) Xe FFV có thể tự động nhận biết hàm lượng cồn trong bình nhiên liệu để tự điều chỉnh góc đánh lửa sớm và thay đổi lượng phun nhiên liệu Dùng xe FFV có tính kinh tế nhiên liệu cao hơn các xe không FFV, vì xe đã được thiết kế tối ưu về vật liệu, về kết... 99,8% 1.5.3.2 Sản xuất bioethanol từ tinh bột a) Nguyên liệu Có nhiều nguyên liệu chứa tinh bột như sắn, ngô, gạo,… có thể dùng để sản xuất bioethanol Tùy theo điều kiện của từng khu vực khác nhau và sản phẩm nông nghiệp chủ đạo mà mỗi nước lựa chọn cho mình một nguồn nguyên liệu để sản xuất bioethanol Việt Nam và một số nước khác như Thái Lan và các nước nhiệt đới đều ưu tiên lựa chọn nguyên liệu sắn bởi... bảo biodiesel sạch 100%, cần phải lọc biodiesel với thiết bị lọc có kích thước màng lọc tới 1µm 1.5.3 Sản xuất bioethanol Rượu là một loại nhiên liệu sinh học mà con người đã sản xuất từ hàng nghìn năm nay Những năm 30 của thế kỷ trước, ở Mỹ người ta cũng đã có ý định dùng rượu làm nhiên liệu ô tô Tuy nhiên, những người tán dương sáng kiến này không thể thắng thế bởi lẽ khi đó người ta đã phát hiện được... sơ đồ công nghệ sản xuất biodiesel được đưa ra trong hình 1.4 Hình 1.4: Quy trình sản xuất biodisel Hình 1.5: Sơ đồ công nghệ sản xuất biodiesel Theo sơ đồ quy trình này, quá trình sản xuất biodiesel qua các công đoạn sau: - Trước tiên, tiền xử lý dầu như loại bỏ chất bẩn hoặc nước bằng thiết bị ly tâm hoặc thiết bị làm khô dầu Nước là kẻ thù tồi tệ nhất đối với bất cứ quá trình sản xuất biodiesel... từ sinh khối cellulose, việc chuyển sinh khối về dạng đường có thể lên men tạo etanol phức tạp hơn nhiều so với chuyển hóa tinh bột Các quá trình xử lí nguyên liệu được tiến hành trên cơ sở tương tác vật lí, hóa học, sinh học Sau đó tiếp tục các quá trình chuyển hóa thu sản phẩm Nguyên liệu Chuẩn bị Nấm men Tiền xử lí Thủy phân Nhân giống Lên men Chưng cất Ethanol Hình 1.9 Quy trình công nghệ sản xuất . 1: NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1. Định nghĩa và phân loại Nhiên liệu sinh học (biofuel) là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) như nhiên liệu chế xuất. yếu để sản xuất NLSH. 1.3.Các thế hệ nhiên liệu sinh học Tuỳ thuộc vào nguyên liệu và loại nhiên liệu cần có, có thể sử dụng các quá trình chuyển hoá theo phuơng pháp sinh học, hoá học hoặc. cầu dầu hỏa hiện nay trong nước. 1.4. Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học của thế giới và Việt Nam 1.4.1. Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học của thế giới NLSH sẽ góp phần đa dạng hóa nguồn