Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu thực vật thải của công nghiệp chế biến thực phẩm bằng phương pháp cracking xúc tác axit rắn đa mao quản

VIỆN HOÁ HỌC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC TỪ DẦU THỰC VẬT THẢI CỦA CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN THỰC PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CRACKING XÚC TÁC AXIT RẮN

VIỆN HOÁ HỌC

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC TỪ DẦU THỰC VẬT THẢI CỦA CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN THỰC PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CRACKING XÚC TÁC AXIT RẮN ĐA MAO QUẢN

CNĐT : LÊ THỊ HOÀI NAM

9395

HÀ NỘI – 2010

Lời cám ơn

Đề tài này được hoàn thành với sự tài trợ của Bộ Công Thương theo

đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025

Tập thể cán bộ khoa học thực hiện đề tài xin bày tỏ sự cám ơn chân thành tới Bộ Công Thương, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Hoá học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Hóa học Công nghiệp, Trung tâm nghiên cứu chế biến và phát triển dầu khí, và tất cả cán bộ, cơ quan chức năng đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện cần thiết để đề tài được tiến hành một cách thuận lợi và kết quả

Tập thể cán bộ khoa học thực hiện đề tài xin gửi lời cám ơn tới Phòng thí nghiệm Hoá học vật liệu vô cơ, Trường Đại học Notre Dame, Namur, Vương quốc Bỉ và Phòng thí nghiệm Hóa học và vi sinh trong nước Trường Đại học Poitiers, Pháp đã giúp đỡ chúng tôi đặc trưng các mẫu vật liệu xúc tác

Chủ nhiệm đề tài

MỤC LỤC

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 01

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 14

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 16

DANH MỤC CÁC BẢNG 19

MỞ ĐẦU 20

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 24

1.1 Tiềm năng thay thế của nhiên liệu sinh học cho nhiên liệu hóa thạch 24

1.1.1.Nhiên liệu hóa thạch – những thách thức 24

1.1.2 Nhiên liệu sinh học – tiềm năng thay thế cho NLHT 25

1.1.2.1 Khái quát chung về nhiên liệu sinh học 25

1.1.2.2 Ưu điểm của nhiên liệu sinh học 25

1.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học 28

1.2.1.Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng NLSH trên thế giới 28 1.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng NLSH trong nước 31 1.3 Dầu thực vật thải – nguồn nguyên liệu tạo nhiên liệu sinh học 32

1.3.1 Nguồn sinh khối thế hệ thứ nhất và NLSH thế hệ thứ nhất 32

1.3.2 Nguồn sinh khối thế hệ thứ hai và NLSH thế hệ thứ hai 33

1.3.3 Dầu thực vật thải – nguồn nguyên liệu tạo NLSH 33

1.4 Phương pháp cracking xúc tác tạo nhiên liệu sinh học 35

1.4.1 Giới thiệu về phản ứng cracking 35

1.4.1.1 Cracking nhiệt 36

1.4.1.2 Cracking xúc tác 41

1.4.2 Chất xúc tác cho phản ứng cracking 45

1.4.2.1 Vật liệu zeolit 45

1.4.2.2.Vật liệu mao quản trung bình 53

1.4.2.3 Vật liệu đa mao quản Zeolit/MQTB 56

1.4.2.4 Trấu và nguồn silic tách chiết từ trấu cho tổng hợp vật

liệu xúc tác 58

1.5 Tình hình nghiên cứu chế tạo NLSH bằng phương pháp cracking xúc tác 60

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 64

2.1 Tách chiết silic từ trấu 64

2.1.1 Phương pháp chiết silic gián tiếp 64

2.1.2 Phương pháp chiết silic trực tiếp 64

2.2 Tổng hợp zeolit HY sử dụng các nguồn silic khác nhau 65

2.2.1 Nguyên liệu 65

2.2.2 Chuẩn bị các dung dịch 65

2.2.3 Quy trình thực hiện 65

2.3 Tổng hợp zeolit HZSM-5 sử dụng các nguồn silic khác nhau 68

2.3.1 Nguyên liệu 68

2.3.2 Phương pháp tổng hợp 68

2.4 Tổng hợp Nano-meso Y từ nguồn silic vỏ trấu 71

2.4.1 Nguyên liệu 71

2.4.2 Quy trình tổng hợp 72

2.5 Tổng hợp vật liệu Nano-meso ZSM-5 sử dụng chất tạo cấu trúc sử dụng các nguồn silic khác nhau 73

2.5.1 Chuẩn bị dung dịch 73

2.5.2 Quy trình tổng hợp 74

2.6 Tổng hợp vật liệu zeolit/mao quản trung bình SBA-15 từ các nguồn silic khác nhau có sử dụng chất tạo cấu trúc 76

2.6.1 Nguyên liệu 76

2.6.2 Chuẩn bị dung dịch 76

2.6.3 Quy trình tổng hợp 77

2.7 Xác định hoạt tính xúc tác trong phản ứng cracking n-hexan và Tri-isopropylbenzen (TIPB) trên hệ vi dòng (MAT) 78

2.8 Nghiên cứu quá trình chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu

sinh học 79

2.9 Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc vật liệu 81

2.9.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) 81

2.9.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 82

2.9.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 84

2.9.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 84

2.9.5 Phương pháp đo bề mặt riêng (BET) 85

2.9.6 Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 88

2.10 Xử lý dầu thực vật thải làm nguyên liệu cho phản ứng cracking xúc tác tạo nhiên liệu sinh học 89

2.10.1 Quá trình xử lý dầu thực vật thải 89

2.10.2 Quá trình metyleste nguyên liệu sau khi xử lý 90

2.10.3 Xác định các chỉ số đặc trưng 91

2.11 Cracking dầu thực vật thải tạo nhiên liệu sinh học trên hệ thiết bị MAT5000 91

2.11.1 Sơ bộ cấu tạo hệ thiết bị phản ứng MAT5000 91

2.11.2 Vận hành hệ thống 93

2.12 Phương pháp phân tích sản phẩm 94

2.12.1 Phương pháp sắc ký khí 94

2.12.2 Phương pháp sắc ký khối phổ (GC/MS) 96

CHƯƠNG 3 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 99

3.1 Các kết quả thực nghiệm tách chiết silic từ vỏ trấu 99

3.1.1 Kết quả thu được bằng phương pháp chiết silic gián tiếp 99

3.1.2 Kết quả thu được bằng phương pháp chiết silic trực tiếp 100

3.2 Kết quả đặc trưng zeolit HY sử dụng các nguồn silic khác nhau 100

3.2.1 Phổ hồng ngoại – IR 100

3.2.2 Phổ Rơn Ghen – XRD 102

3.2.3 Ảnh SEM 104

3.2.4 Ảnh TEM 104

3.2.5 Cộng hưởng từ hạt nhân 27Al NMR 107

3.2.6 Kết luận 108

3.3 Kết quả đặc trưng zeolit HZSM-5 từ các nguồn silic khác nhau 109

3.3.1 Kết quả đặc trưng phổ hồng ngoại (IR) 109

3.3.2 Phương pháp XRD 110

3.3.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 112

3.3.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 113

3.3.5 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (BET) 113

3.3.6 Cộng hưởng từ hạt nhân 27Al NMR 115

3.3.7 Kết luận 116

3.4 Kết quả đặc trưng vật liệu Nano-meso Y từ nguồn silic vỏ trấu 116

3.4.1 Phổ hồng ngoại – IR 116

3.4.2 Giản đồ RơnGhen – XRD 117

3.4.3 Ảnh SEM 118

3.4.4 Ảnh TEM 118

3.4.5 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (BET) 119

3.4.6 Cộng hưởng từ hạt nhân 27Al NMR 120

3.4.7 Kết luận 121

3.5 Kết quả đặc trưng vật liệu Nano-meso ZSM-5 sử dụng các nguồn silic khác nhau 121

3.5.1 Kết quả đặc trưng phổ hổng ngoại (IR) 121

3.5.2 Kết quả chụp Rơnghen 122

3.5.3 Ảnh SEM và TEM 123

3.5.4 Đặc trưng BET 125

3.5.5 KẾT LUẬN 127

3.6 Kết quả đặc trưng vật liệu zeolit/mao quản trung bình Al-SBA-15 từ các nguồn silic khác nhau 128

3.6.1 Giản đồ XRD 128

3.6.2 Ảnh SEM 129

3.6.3 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM 130

3.6.4 Kết luận 130

3.7 Hoạt tính xúc tác trong phản ứng cracking n-Hexan và TIPB 130

3.8 Kết quả nghiên cứu quá trình chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu sinh học 133

3.8.1 Xử lý nguyên liệu đầu 133

3.8.2 Kết quả quá trình chuyển hóa dầu thực vật thải tạo nhiên liệu sinh học 140

3.8.3 Kết luận 153

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 154

TÀI LIỆU THAM KHẢO 156

PHỤ LỤC 1: Danh mục các kết quả đào tạo 167

PHỤ LỤC 2: Danh mục các công trình đã công bố

PHỤ LỤC 3: Đăng ký sáng chế

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG

, ngày tháng năm 20

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu thực vật thải của công nghiệp chế biến thực phẩm bằng phương pháp cracking trên xúc tác axit rắn đa mao quản

Thuộc: Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025

2 Chủ nhiệm đề tài:

Họ và tên: Lê Thị Hoài Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 29-9-1955 Nam/ Nữ: Nữ

Học hàm, học vị: Phó Giáo Sư, Tiến sĩ

Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên chính Chức vụ

Điện thoại: Tổ chức: 04.22192481 Nhà riêng: 04.22250809

Mobile: 0953.376.268 E-mail: namlht2005@yahoo.comTên tổ chức đang công tác: Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Địa chỉ tổ chức: 18 Hoàng Quốc Việt – Cầu Giấy – Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: Phòng 11.1, CT3 Vimeco (Đường Phạm Hùng) –

Website: http://www.vienhoahoc.ac.vn

Địa chỉ: Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam,

18 Hoàng Quốc Việt - Cầu Giấy – Hà Nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: PGS.TS Nguyễn Văn Tuyến

Số tài khoản: 301.01.045

Ngân hàng: Kho bạc Nhà nước Quận Cầu Giấy

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Viện Hóa học - Viện Khoa học và

Công nghệ Việt Nam

II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN

1 Thời gian thực hiện đề tài:

- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 1/ năm 2009 đến tháng 12/ năm 2010

- Thực tế thực hiện: từ tháng 1/năm 2009 đến tháng 12/năm 2010

Thời gian

Kinh phí Đồng

Ghi chú

(Số đề nghị quyết toán)

n khác

Số, thời gian ban

1 3551/QĐ-BCT

14/07/2009

Quyết định về việc giao nhiệm vụ khoa học và công nghệ năm 2009 thuộc đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025

ĐT.10.09/NLSH

03/08/2009

và phát triển công nghệ dùng cho

đề tài khoa học và công nghệ thuộc đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025

4 Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

Hà Nội Tên cơ quan chủ quản:

Trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội

Thực hiện theo mục 18 theo thuyết minh đề tài

Theo mục

19 trong thuyết minh đề tài

Tên cơ quan chủ quản: Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam

Thực hiện theo mục 18 theo thuyết minh đề tài

Theo mục

19 trong thuyết minh đề tài

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài

Nội dung tham gia chính

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

1 PGS.TS Lê

Thị Hoài Nam

PGS.TS Lê Thị Hoài Nam

Chủ nhiệm

đề tài

Theo mục 19 trong thuyết minh đề tài

2 KS Nguyễn

Thị Thanh

Loan

KS Nguyễn Thị Thanh Loan

Thư kí đề tài Theo mục 19

trong thuyết minh đề tài

3 ThS Trần

Quang Vinh

ThS Trần Quang Vinh

Thực hiện theo mục 18

Theo mục 19 trong thuyết minh đề tài

4 TS Văn Đình

Sơn Thọ

TS Văn Đình Sơn Thọ

Thực hiện theo mục 18

Theo mục 19 trong thuyết minh đề tài

5 PGS.TS Vũ

Thị Thu Hà

PGS.TS Vũ Thị Thu Hà

Thực hiện theo mục 18

Theo mục 19 trong thuyết

minh đề tài

6 TS Vũ Thị

Hồng Liên

TS Vũ Thị Hồng Liên

Thực hiện theo mục 18

Theo mục 19 trong thuyết minh đề tài

7 ThS Đỗ Xuân

Đồng

ThS Đỗ Xuân Đồng

Thực hiện theo mục 18

Theo mục 19 trong thuyết minh đề tài

8 CN Lê Thị

Kim Lan

CN Lê Thị Kim Lan

Thực hiện theo mục 18

Theo mục 19 trong thuyết minh đề tài

9 ThS Nguyễn

Anh Vũ

ThS Nguyễn Anh Vũ

Thực hiện theo mục 18

Theo mục 19 trong thuyết minh đề tài

10 KS Đỗ Mạnh

Hùng

KS Đỗ Mạnh Hùng

Thực hiện theo mục 18

Theo mục 19 trong thuyết minh đề tài

Bỉ: Phòng thí nghiệm vật liệu Hoá vô cơ - Trường đại học

Namur - Thành phố Namur - Vương Quốc Bỉ

Pháp: Laboratoire de Chimie

et Microbiologie de l'Eau (LCME) UMR CNRS 6008

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị

1 Năm 2009 – tổ chức hội thảo

Người,

cơ quan thực hiện

1 Nội dung 1: Chế tạo các hệ

xúc tác mới axít rắn đa mao

quản có cấu trúc

nano-meso, có hoạt tính xúc tác,

độ chọn lọc sản phẩm cao,

ổn định và rẻ tiền

Từ 02/2009 đến 07/2010

Từ 02/2009 đến

07/2010

Viện Hóa học - Viện Khoa học

và Công nghệ Việt Nam cơ quan chủ trì đề tài

2 Nội dung 2: Sử dụng vật Từ 10/2009 Từ 10/2009 Phối kết hợp của

liệu mới axít rắn đa mao

quản để chuyển hóa dầu

3 Nội dung 3: Đưa ra quy

trình sản xuất nhiên liệu

sinh học gốc từ dầu thực

vật thải của công nghiệp

chế biến thực phẩm Sản

phẩm nhiên liệu sinh học

gốc từ dầu thực vật thải của

công nghiệp chế biến thực

phẩm có nhiệt độ sôi của

các phân đoạn sản phẩm

tương đương như nhiệt độ

sôi của các phân đoạn sản

phẩm của quá trình

cracking dầu mỏ

Từ 09/2010 đến 11/2010

Từ 09/2010 đến

11/2010

Phối kết hợp của

ba cơ quan Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

Thực tế đạt được

1 Vật liệu xúc tác

mới đa mao quản

thành phần gel có tỷ số Si/Al ≤ 100

nhiệt độ tổng hợp ≤

1700C thời gian kết tinh dưới

48 giờ

Đưa ra qui trình hoàn chỉnh tổng hợp vật liệu mới trong phòng thí nghiệm sử dụng thiết bị autoclave có dung tích làm việc hiệu dụng khoảng 250ml:

thành phần gel có tỷ số Si/Al ≤ 100

nhiệt độ tổng hợp ≤

1700C thời gian kết tinh dưới

48 giờ

1 qui trình

Qui trình hoàn chỉnh (qui mô phòng thí nghiệm trên hệ thiết bị MAT5000) sản xuất nhiên liệu sinh học từ nguồn phế thải dầu thực vật để thu được sản phẩm có nhiệt độ sôi của các phân đoạn sản

1 qui

trình

tương đương như nhiệt

độ sôi của các phân đoạn sản phẩm của quá trình

cracking dầu mỏ

Nhiệt độ cracking ≤

5500C Sản phẩm chính của quá trình cracking là:

- Khí khô (Dry Gasses):

trong sản phẩm khí

- Phân đoạn LCO (Light Cycle Oil): có khoảng nhiệt độ sôi từ 221 ÷

343 oC

phẩm tương đương như nhiệt độ sôi của các phân đoạn sản phẩm của quá trình cracking

dầu mỏ

Nhiệt độ cracking ≤

5500C Sản phẩm chính của quá trình cracking là:

- Khí khô (Dry Gasses):

trong sản phẩm khí

- Phân đoạn LCO (Light Cycle Oil): có khoảng nhiệt độ sôi từ 221 ÷

Số lượng, nơi công bố

- 09 bài đăng trong tạp chí

Tạp chí trong nước:

- Tạp chí Advances in Natural Science:

01 bài;

trong

nước

cao, đăng

ở các tạp chí có uy tín trong nước và quốc tế

trong nước

- 02 bài đăng trên tạp chí quốc tế

- Tạp chí Hóa học: 05 bài

- Tạp chí Khoa học và Công nghệ: 01 bài

- Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ-Địa chất: 02 bài

Tạp chí quốc tế:

- Fuel Journal: 01 bài

- JEN (Journal of Experimental Nanoscience): 01 bài

ở các hội nghị trong nước và quốc tế

- 03 bài đăng trên tuyển tập hội nghị trong nước

- 04 bài đăng trong tuyển tập hội nghị

quốc tế

Hội nghị trong nước

- Hội nghị 35 năm Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam: 01 bài

- Hội nghị khoa học trường Mỏ-Địa chất: 01 bài

- Hội nghị xúc tác và hấp phụ toàn quốc lần thứ V: 01 bài

Hội nghị quốc tế:

- Second International workshop on

nanotechnology and application (IWNA 2009): 01 bài

- 3rd International Conference of Engineering for waste and biomass valorisation: 01 bài

- Asian workshop on Polymer

processing 2010: 02 bài

Tổng số bài báo thực tế được đăng trong các tạp chí và trong các hội nghị trong

nước và Quốc tế là 18 bài

d) Kết quả đào tạo:

Số lượng

Số

TT

Cấp đào tạo, Chuyên

ngành đào tạo Theo kế

hoạch

Thực tế đạt được

Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

Theo

kế hoạch

Thực tế đạt được

Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

1

Quy trình tổng hợp vật liệu composit

ZSM-5/MCM-41 bằng kỹ thuật gây mầm

có sử dụng silic tách chiết từ vỏ trấu và

vật liệu thu được từ quy trình này

Đăng ký bảo hộ quyền sở

hữu trí tuệ

Đăng ký bảo hộ quyền sở

hữu trí tuệ

2

Quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học

gốc từ dầu thực vật thải bằng phương

pháp cracking xúc tác

Đăng ký bảo hộ quyền sở

hữu trí tuệ

Đăng ký bảo hộ quyền sở

hữu trí tuệ

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

- Đã tổng hợp được các vật liệu xúc tác tiên tiến, mới không chỉ ở Việt

Nam mà còn đối với thế giới Các vật liệu được tổng hợp bằng các phương

pháp hiện đại, đã được tối ưu về quy trình để có thể áp dụng các nguồn

nguyên liệu rẻ tiền sẵn có trong nước để giảm được giá thành tổng hợp vật

liệu, mở ra khả năng sản xuất các vật liệu này ở Việt Nam ở quy mô lớn

hơn

- Quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu thực vật thải bằng phương

pháp cracking xúc tác có tính mới so với cả Việt Nam và thế giới Bằng

phương pháp tiến hành trên hệ mô phỏng quá trình cracking dầu mỏ

MAT5000, quy trình này có thể áp dụng các thiết bị sẵn có trong các nhà

máy chế biến dầu mỏ Quy trình có tính ổn định cao, sản phẩm thu được có

chất lượng tốt, thành phần các phân đoạn sản phẩm có nhiệt độ sôi tương

đương như các sản phẩm đi từ quá trình cracking dầu mỏ

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

Sản phẩm thu được từ quá trình cracking dầu thực vật thải có các thành phần có nhiệt độ sôi tương tự như các sản phẩm thu được từ quá trình cracking dầu mỏ Nếu các sản phẩm này có thể áp dụng làm nhiên liệu sinh học gốc pha cùng các loại nhiên liệu từ dầu mỏ trên thị trường sẽ có hiệu quả kinh tế, làm cho chất lượng nhiên liệu tốt hơn, giảm bớt ảnh hưởng về

sự ngày càng thiếu hụt của nhiên liệu từ dầu mỏ, đồng thời nếu được sản xuất ở quy mô công nghiệp có thể hạ được giá thành nhiên liệu

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:

Số

Thời gian thực hiện

Ghi chú

(Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ trì…)

I Báo cáo định kỳ Lần 1 11/11/2010 Đã hoàn thành về cơ bản

các nội dung công việc đã đăng ký trong thuyết minh đề tài Chủ nhiệm

đề tài cần thu thập đầy đủ các kết quả, tài liệu và hoàn thành các thủ tục để tiến hành bào vệ đề tài các cấp

Chủ nhiệm đề tài

PGS.TS Lê Thị Hoài Nam

Thủ trưởng tổ chức chủ trì

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

4 Mao quản trung bình từ trấu MQTBTrấu

14 Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM

15 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM

22 Tổ chức phát triển công nghiệp Liên

23 Mitteldeutsche Umesterungswerke

24 Ủy ban dầu cọ Malaysia MPOB

25 Ủy ban etanol nhiên liệu quốc gia NEC

26 Tổ chức lương nông liên hiệp quốc FAO

28 International Union of Pure and

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

theo P/P0

87

50 Hình 3.18 Phổ 27Al – NMR của HZSM-5-Trấu 116

125

Đường đẳng nhiệt hấp phụ khử mao quản và đường phân bố kích thước hấp phụ N2 của mẫu NM-ZSM-5-VT

126

Đường đẳng nhiệt hấp phụ khử mao quản và đường phân bố kích thước hấp phụ N2 của mẫu NM-ZSM-5-TT

127

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

STT SỐ HIỆU

1 Bảng 1.1 Đặc trưng thành phần của nguyên liệu trấu 59

4 Bảng 2.2 Điều kiện tổng hợp các mẫu NM-ZSM-5 76

6 Bảng 3.2 Thành phần dung dich triết silic trong tro

7 Bảng 3.3 Thành phần hoá học của dung dịch chiết 100

8 Bảng 3.4 Kết quả phân tích các chỉ số đặc trưng của

13 Bảng 3.9 Các hợp chất chính trong dầu thực vật thải

14 Bảng 3.10 Các sản phẩm của phản ứng cracking dầu

thực vật thải trên các xúc tác khác nhau 142

15 Bảng 3.11 Thành phần sản phẩm lỏng của phản ứng

MỞ ĐẦU

Theo dự báo của Cơ quan năng lượng quốc tế - IEA, nhu cầu thế giới

về năng lượng sẽ tiếp tục gia tăng trong những năm tới, song các nguồn năng lượng truyền thống, khó tái sinh như dầu mỏ, than đá, khí đốt ngày càng khan hiếm Giá dầu trên thế giới liên tiếp tăng một cách chóng mặt, đã

có lúc lên tới 147,27 USD/thùng (11-07-2008) [1] Để đảm bảo an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường phát triển bền vững, nhiều quốc gia và các

tổ chức quốc tế trong vài thập kỷ qua đã tập trung nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học thay thế một phần nhiên liệu hoá thạch, tiến tới xây dựng nguồn "nhiên liệu sạch" ở quốc gia mình

Một trong những giải pháp thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học là chế tạo nhiên liệu sinh học từ dầu thực vật Trong nhiều năm qua, dầu thực vật ở một số nước đã được sử dụng để thay thế cho dầu diesel dùng cho động cơ, nhưng chúng có một số nhược điểm lớn là dễ bị đóng cặn cacbon, bám dính, kết tủa [2] Hơn nữa, vấn đề chính liên quan đến việc mở rộng ứng dụng của nhiên liệu này ra thị trường là giá thành còn khá cao

Dầu thực vật thải ra sau quá trình sử dụng có chứa trong thành phần một lượng lớn các chất hữu cơ có thể gây tác hại rất xấu đến sức khỏe con người Việc thải thẳng dầu thực vật thải ra môi trường cũng gây nên những tác động không tốt đến môi trường Dầu thực vật thải có thành phần tương

tự như dầu thực vật, rất phù hợp để ứng dụng làm nguồn sinh khối cho chế tạo nhiên liệu sinh học [3] Chính vì vậy, việc sử dụng dầu thực vật thải làm nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học là một lựa chọn đúng đắn

vì những lợi ích về mặt kinh tế và môi trường mà nó mang lại

Nhiên liệu sinh học được điều chế từ dầu thực vật thải chủ yếu bằng hai phương pháp chính là este hóa và cracking xúc tác Nghiên cứu sản

xuất biodiesel bằng phương pháp este hoá dầu thực vật và dầu thực vật thải trên xúc tác axít, bazơ, các enzym… đã đạt được những thành tựu đáng kể [4-7] Tuy nhiên, nhiên liệu sinh học sản xuất bằng phương pháp này đòi hỏi một lượng khá lớn metanol, quá trình tiền xử lý nguyên liệu khá nghiêm ngặt và phức tạp, đồng thời thải ra sản phẩm phụ có hại đối với môi trường Hơn nữa việc sử dụng biodiesel ở những vùng khí hậu lạnh gặp nhiều khó khăn vì sản phẩm này có độ nhớt lớn và nhiệt độ nóng chảy cao [8] Sản phẩm mong muốn của quá trình este hoá chỉ có biodiesel nên sản phẩm của quá trình này chưa đáp ứng được yêu cầu của thị trường

Bên cạnh phương pháp este hoá, hiện nay các nhà khoa học trên thế giới đang quan tâm một cách đặc biệt đến phương pháp cracking dầu thực vật trên xúc tác axit rắn [9,10] Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là cho các sản phẩm nhiên liệu như khí, xăng, diesel có chất lượng gần giống với các nhiên liệu được chế biến từ dầu mỏ và những yêu cầu về tiền xử lý nguyên liệu ban đầu ít nghiêm ngặt hơn so với quá trình este hoá

Hiệu quả của quá trình cracking xúc tác phụ thuộc rất lớn vào chất xúc tác được sử dụng Chất xúc tác dùng cho quá trình cracking thường là chất xúc tác có tính axít Trong đó không thể không nói tới các chất xúc tác zeolit do có bề mặt riêng lớn, kênh mao quản rất đồng đều, cấu trúc tinh thể

và độ xốp lớn Một số zeolit được biết có hiệu ứng tốt đối với các phản ứng craking xúc tác là zeolit Y, ZSM-5, beta… Trong vài thập kỷ qua, zeolit đã được sử dụng hết sức rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong xử lý môi trường [11,12] Cùng với các tính chất bề mặt và cấu trúc tinh thể vi mao quản, chúng được sử dụng thành công trong công nghiệp lọc hoá dầu và tổng hợp hữu cơ [13-16] Tuy được sử dụng khá rộng rãi trong nghiên cứu cũng như thực tế nhưng zeolit tỏ ra hạn chế đối với các chất tham gia phản ứng có kích thước phân tử lớn hơn kích thước mao quản của chúng (> 20Å) Việc mở rộng mao quản của vật liệu làm tăng quá trình khuếch tán,

làm giảm quá trình cracking thứ cấp thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học Các vật liệu có cấu trúc mao quản trung bình (20-500Å) đã được tổng hợp thành công và bước đầu được sử dụng cho quá trình cracking các hợp chất có kích thước phân tử lớn [16, 17] Để tổng hợp các vật liệu này đòi hỏi sử dụng nguồn chất hoạt động bề mặt (chất tạo cấu trúc) đắt tiền và gây

ô nhiễm môi trường Vấn đề đặt ra là cần phải giảm thiểu tối đa lượng chất hoạt động bề mặt tiêu tốn để tổng hợp các vật liệu có cấu trúc mao quản trung bình và đưa ra quy trình mới tổng hợp các vật liệu này mà không sử dụng chất tạo cấu trúc và sử dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có trong nước để hạ giá thành vật liệu xúc tác và góp phần bảo vệ môi trường

Trấu là một dạng phế thải được sinh ra trong quá trình xay xát gạo Ở Việt Nam, trấu có trữ lượng rất lớn và được coi là một dạng phế thải do ít

có giá trị sử dụng và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do việc thải thẳng ra môi trường Trong thành phần của trấu, silic chiếm một phần đáng

kể và có thể được chiết tách để sử dụng như nguồn silic, đã được chứng minh là có chất lượng tốt và có thể sử dụng trong nhiều mục đích khác nhau, trong đó có lĩnh vực tổng hợp chất xúc tác [18-22] Việc sử dụng nguồn silic từ trấu trong tổng hợp xúc tác có thể làm giảm giá thành tổng hợp vật liệu và hơn nữa có thể là một giải pháp rất tốt trong việc xử lý và tái sử dụng lại nguồn trấu phế thải này

Mục tiêu đặt ra của đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu thực vật thải của công nghiệp chế biến thực phẩm bằng phương pháp cracking trên xúc tác axít rắn đa mao quản” là

nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo nhiên liệu sinh học có nhiệt độ sôi của các thành phần phân đoạn tương đương nhiệt độ sôi của các phân đoạn chế biến từ dầu mỏ bằng phương pháp cracking xúc tác với nguyên liệu là nguồn dầu thực vật thải Các loại xúc tác axit rắn sử dụng bao gồm các loại zeolit Y, zeolit HZSM-5, vật liệu mao quản trung bình Al-SBA-15 và các

vật liệu có cấu trúc đa mao quản nano-meso Y và nano-meso ZSM-5 đã được tối ưu hóa về quy trình tổng hợp bằng phương pháp dùng mầm để giảm thiểu lượng chất hoạt động bề mặt sử dụng và được tối ưu hóa nguồn nguyên liệu bằng cách sử dụng nguồn silic được chiết tách từ trấu, một nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có ở Việt Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tiềm năng thay thế của nhiên liệu sinh học cho nhiên liệu hóa

thạch

1.1.1 Nhiên liệu hóa thạch – những thách thức

Nhu cầu năng lượng thế kỷ 21 tăng rất nhanh do sự bùng nổ quy mô sản xuất trong thời đại toàn cầu hóa và hội nhập các nền kinh tế thế giới, cũng như do sự gia tăng dân số quá nhanh với mức sống nâng cao hơn nhiều so với thế kỷ trước Nhu cầu tiêu thụ dầu của thế giới năm 2007 là 86,1 triệu thùng/ngày, năm 2008 là 88 triệu thùng/ngày, đến năm 2012 có thể tăng lên 95,8 triệu thùng/ngày và đến năm 2025 nhu cầu tiêu dùng của thế giới dự báo có thể sẽ lên đến 118 triệu thùng/ngày [23]

Theo đánh giá của Liên Hiệp Quốc trong World Energy Assessment Overview, tổng dự trữ năng lượng hóa thạch ước tính trên toàn thế giới hiện nay là 778 Gtoe (1 Gtoe ~ 7,4 tỷ thùng), trong đó dầu mỏ là 143 Gtoe, khí thiên nhiên 138 Gtoe, than 566 Gtoe [24] Như vậy, nếu mức khai thác

và sử dụng hàng năm như mức sử dụng của năm 2001 là dầu mỏ 3,51 Gtoe/năm, khí thiên nhiên 2,16 Gtoe/năm, than 2,26 Gtoe/năm thì lượng tài nguyên hóa thạch ước tính chỉ đủ dùng cho 41 năm đối với dầu mỏ, 64 năm đối với khí thiên nhiên và 251 năm đối với than [25] và cung cầu về dầu khí bị đe dọa mất cân đối Bước vào những năm đầu của thế kỷ 21, giá dầu

có nhiều biến động bất thường Tháng 9/2003, giá dầu còn dưới 25 USD/thùng, song tháng 8/2005 đã tăng lên gấp đôi trên 60 USD/thùng Tháng 9/2007, giá dầu tăng trên 80 USD/thùng, đến tháng 10/2007, giá dầu tăng vọt lên 98,6 USD/thùng Vào năm 2008, giá dầu đã đạt trên 100 USD/thùng ngay trong tháng 3/2008, đến đầu tháng 5/2008 giá dầu đã leo lên trên 120 USD/thùng Đỉnh điểm của giá dầu đạt đến ~145 USD/thùng là vào tháng 7/2008, sau đó bắt đầu hạ nhiệt Đến thời điểm tháng 12/2010 giá dầu khoảng 90 USD/thùng

Nguy cơ mất an ninh năng lượng đe dọa đến sự phát triển ổn định của các nền kinh tế thế giới đang là mối lo của nhiều quốc gia Đây chính là động lực thúc đẩy sự tìm kiếm những nguồn năng lượng mới để thay thế dần vai trò của năng lượng hóa thạch, không chỉ vì mối đe dọa khan hiếm nguồn tài nguyên hữu hạn mà còn vì để giảm bớt sự hủy hoại môi trường sống trước hiện tượng nóng lên của trái đất Một trong những hướng đi thu hút được sự quan tâm lớn của nhiều nhà khoa học trên khắp thế giới là tìm kiếm nguồn năng lượng có thể tái tạo bảo đảm cho phát triển ổn định đồng thời còn là nguồn năng lượng xanh an toàn cho loài người để bảo đảm cho phát triển bền vững

1.1.2 Nhiên liệu sinh học – tiềm năng thay thế cho nhiên liệu hóa thạch 1.1.2.1 Khái quát chung về nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học (NLSH) là khái niệm chung chỉ tất cả những dạng nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc sinh học ví

dụ như nhiên liệu chế biến từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, dầu phụng…); ngũ cốc (sắn, bắp, lúa mì, đậu tương…); chất thải trong nông nghiệp (rơm, rạ, ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…)

1.1.2.2 Ưu điểm của nhiên liệu sinh học [26]

(1) Về môi trường

- Sử dụng NLSH giúp giảm lượng phát thải khí CO2, do đó giảm được lượng khí thải gây ra hiệu ứng nhà kính Hiện nay, hàng năm toàn thế giới phát thải khoảng 25 tỷ tấn khí độc hại và khí gây hiệu ứng nhà kính Nồng

độ khí CO2, loại khí gây hiệu ứng nhà kính chủ yếu, tăng trên 30% so với thời kỳ tiền công nghiệp (từ 280 ppm tăng lên 360 ppm), nhiệt độ trái đất tăng 0,2-0,40C Nếu không có giải pháp tích cực, nồng độ khí gây hiệu ứng nhà kính có thể tăng đến 400 ppm vào năm 2050 và 500 ppm vào cuối thế

kỷ XXI, nhiệt độ trái đất nóng thêm 2-40C, gây ra hậu quả khôn lường về môi trường sống Sử dụng NLSH so với xăng dầu khoáng giảm được 70% khí CO2 và 30% khí độc hại, do NLSH chứa một lượng cực nhỏ lưu huỳnh, chứa 11% oxy, nên cháy sạch hơn NLSH phân huỷ sinh học nhanh, ít gây

ô nhiễm nguồn nước và đất

- NLSH không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% ít hơn rất nhiều so với dầu diesel là 0,2%)

- Hàm lượng các hợp chất khác trong khói thải của NLSH như: CO,

SOX, HC chưa cháy, bồ hóng giảm đi đáng kể nên có lợi rất lớn đến môi trường và sức khoẻ con người

(2) Về mặt kỹ thuật

Sản xuất và sử dụng NLSH đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu hyđrô/pin nhiên liệu Khi sử dụng E20, B20 không cần cải biến động cơ, sử dụng được cho các loại ôtô hiện có, cũng không cần thay đổi hệ thống tồn chứa và phân phối hiện có NLSH và nhiên liệu khoáng có thể dùng lẫn được với nhau Công nghệ sản xuất NLSH không phức tạp, có thể sản xuất

ở quy mô nhỏ (hộ gia đình) đến quy mô lớn Tiêu hao nhiên liệu, công suất

động cơ tương tự như dùng xăng dầu khoáng

- Chỉ số xetan của diesel sinh học (66,14) cao hơn rất nhiều so với dầu diesel (48,47) Đối với diesel sinh học do có khả năng tự phân hủy khi nhiệt độ cao của những este mạch dài thành các hydrocacbon mạch ngắn hơn, làm tăng khả năng cháy kiệt của nhiên liệu cho động cơ diesel, giúp hoàn thiện khả năng cháy của nhiên liệu Như vậy, cho dù diesel sinh học

có chỉ số cetan cao nhưng sẽ không ảnh hưởng nhiều về mặt vận hành của động cơ diesel

- Độ nhớt của biodiesel (3,208 mm2/s) gần tương đương với diesel (3,651mm2/s)

- Lưu huỳnh là thành phần không mong muốn nhưng thường xuyên

có mặt trong nhiên liệu Trong quá trình cháy, lưu huỳnh sẽ bị oxy hóa thành SO2, SO3 Các oxit lưu huỳnh này kết hợp với hơi nước sẽ tạo thành axit có tính ăn mòn lớn Do vậy, với hàm lượng lưu huỳnh rất thấp của biodiesel (0,01%) so với dầu diesel (0,43%) là ưu điểm rất lớn trong việc

sử dụng biodiesel để hạn chế chất thải độc hại vào môi trường

- Nhiệt độ chớp cháy cốc kín của biodiesel (1100C) khá cao so với diesel (650C) Với nhiệt độ chớp cháy cao biodiesel an toàn về mặt tồn trữ

và vận chuyển so với nhiên liệu diesel

- Biodiesel rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào

- Biodiesel có tính bôi trơn tốt Ngày nay để hạn chế lượng SOx thải

ra không khí, người ta hạn chế tối đa lượng lưu huỳnh trong dầu diesel Nhưng chính những hợp chất lưu huỳnh lại là những tác nhân giảm ma sát của dầu diesel Do vậy dầu diesel có tính bôi trơn không tốt và đòi hỏi việc

sử dụng thêm các chất phụ gia để tăng tính bôi trơn Trong thành phần của biodiesel có chứa oxi, cũng giống như lưu huỳnh, oxi có tác dụng giảm ma sát cho nên biodiesel có tính bôi trơn tốt

Phát triển nhiên liệu sinh học góp phần đa dạng hoá nền nông nghiệp

và tăng thu nhập ở vùng miền nông thôn Ngành kinh tế nông nghiệp ngoài chức năng cung cấp lương thực thực phẩm, nguyên liệu công nghiệp, giờ đây có thêm chức năng cung cấp năng lượng sạch cho xã hội, đóng góp vào việc giảm thiểu khí nhà kính và khí độc hại Đặc biệt, khi phát triển NLSH

có thể sử dụng các giống cây có dầu, ví dụ như Jatropha Curcas trồng trên các vùng đất hoang hoá hoặc đang sử dụng kém hiệu quả, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng đất

Sử dụng NLSH giúp hạn chế nhập khẩu nhiên liệu diesel, góp phần tiết kiệm cho quốc gia một khoản ngoại tệ lớn

(4) Về trữ lượng

Nhiên liệu sinh học được sản xuất từ nguồn nguyên liệu có nguồn gốc động thực vật là những nguồn có thể tái tạo được, khắc phục được nhược điểm của nhiên liệu hoá thạch là gần như không thể tái tạo

1.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học 1.2.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học

trên thế giới

Từ đầu những năm 80 của thế kỷ trước, các tổ chức của Liên hiệp quốc đã xây dựng Đề án nhiên liệu sinh học để tập trung sự quan tâm và nỗ lực của cộng đồng thế giới vào phát triển lĩnh vực này vì mục tiêu “cho một

thế giới xanh và sạch hơn”

“Đề án nhiên liệu sinh học” của quỹ Liên hiệp quốc nhằm khuyến khích sản xuất và sử dụng NLSH, đặc biệt ở các nước đang phát triển Đề

án đã xác lập chiến lược sản xuất và sử dụng NLSH ở một số nước nhằm xây dựng mô hình điển hình để nhân rộng ra nhiều nước

Tổ chức phát triển công nghiệp Liên hiệp quốc (UNIDO) đã triển khai chiến lược năng lượng sinh học với trọng tâm giảm nghèo cho khu vực nông thôn UNIDO cũng cung cấp các dịch vụ nhằm giảm thiểu rủi ro cho các nhà đầu tư vào NLSH, xây dựng cầu nối về công nghệ và thị trường giữa các địa phương và các quốc gia

Việc nghiên cứu, sản xuất và sử dụng NLSH trên thế giới được tập trung từ những năm đầu thế kỷ 20 và đã trở thành một ngành công nghiệp ngày càng phát triển ở quy mô lớn và rộng khắp các châu lục Hiện nay có khoảng 50 nước ở khắp các châu lục sản xuất NLSH ở các mức độ khác nhau Năm 2006, toàn thế giới đã sản xuất khoảng 63 tỷ lít etanol (75% dùng làm nhiên liệu) so với năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến 2012 là 80 tỷ lít; diesel sinh học được sản xuất là 4 triệu tấn và đến 2010 là 20 triệu tấn [27]

EU đặt mục tiêu đến năm 2020 sản xuất 20% điện năng từ các nguồn năng lượng tái sinh EU quy định các nước thành viên phải sử dụng ít nhất 10% nhiên liệu sinh học từ nay đến năm 2020 Mỹ đề ra đến năm 2020 sử dụng 20% nhiên liệu sinh học trong giao thông Đức là nước tiêu thụ xăng sinh học nhiều nhất trong cộng đồng châu Âu, khoảng 2,8 triệu tấn diesel sinh học, 0,71 triệu tấn dầu thực vật và 0,48 triệu tấn etanol Công ty sản xuất diesel sinh học lớn nhất là ADM Oelmuhle Hamburg AG, kế đến là MUW (Mitteldeutsche Umesterungswerke GmbH & Co KG) và EOP Biodiesel AG Ngoài ra các nước khác trong EU như Anh, Pháp, Bỉ cũng tích cực tham gia nghiên cứu và sử dụng diesel sinh học từ cây cải dầu

Châu Á rất phong phú về loại nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học Việc triển khai sản xuất, sử dụng nhiên liệu sinh học tập trung trong khoảng 20 năm gần đây Hiện tại, Trung Quốc có 2 nhà máy lớn ở tỉnh Fujian nam Trung Quốc và khoảng hơn 100 nhà máy quốc doanh nhỏ

ở Guizhou, Guangxi, và Anhui, với khả năng sản xuất từ 300 đến 600.000 tấn diesel sinh học/năm chế biến từ dầu dừa (nhập từ cảng Mã Lai), từ dầu

ăn phế thải, dầu hạt cải (trồng ở thung lũng sông Hoàng Hà), dầu bông cải, dầu trẩu, hạt dầu gai (jatropha, trồng vùng đồi núi ở Guizhou, Sichuan, và Yunnan trong chương trình xóa đói giảm nghèo) và các phế thải hữu cơ khác Theo dự tính của các chuyên gia, đến năm 2010, Trung Quốc sẽ sản xuất khoảng 6 triệu tấn dầu nhiên liệu sinh học, trong đó có 5 triệu tấn

etanol và 1 triệu tấn dầu diesel sinh học; đến năm 2020, sản lượng dầu nhiên liệu sinh học sẽ đạt tới 19 triệu tấn, trong đó 10 triệu tấn etanol và 9 triệu tấn dầu diesel sinh học [28]

Ở Ấn Độ, chính phủ đã có kế hoạch đầu tư 4 tỉ USD cho phát triển nhiên liệu tái tạo, mỗi năm sản xuất khoảng 3 tỷ lít etanol Để phát triển diesel sinh học, chính phủ Ấn Độ có kế hoạch trồng các cây có dầu, đặc biệt là dự án trồng 13 triệu hecta cây jatropha curcas (cây cọc rào, cây dầu mè) và diện tích trồng mía cho xăng – etanol để năm 2010 thay thế khoảng 10% diesel dầu mỏ

Ủy ban dầu cọ Malaysia (MPOB) cho biết, từ nay đến năm 2015 sẽ

có 5 nhà máy sản xuất diesel sinh học từ dầu cọ, với tổng cộng công suất gần 1 triệu tấn để sử dụng trong nước và xuất khẩu sang EU Malaysia hiện

có 3 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với công suất 276.000 tấn/năm Hiện nay Malaysia đã trồng được 10 ngàn cây jatropha

Từ năm 1985, Thái Lan đã huy động hàng chục cơ quan khoa học đầu ngành để thực thi dự án Hoàng gia phát triển công nghệ hiệu quả sản xuất etanol và diesel sinh học từ dầu cọ Năm 2001, nước này đã thành lập

ủy ban etanol nhiên liệu quốc gia (NEC) do bộ trưởng Bộ Công nghiệp phụ trách để điều hành chương trình phát triển NLSH Năm 2003, đã có hàng chục trạm phân phối xăng E10 ở Băng cốc và vùng phụ cận Chính phủ khẳng định E10 và B10 sẽ được sử dụng trong cả nước vào đầu thập kỷ tới Cây nguyên liệu chính của Thái Lan hiện nay là dầu cọ, jatropha cho diesel sinh học, sắn và mía cho etanol sinh học [29]

1.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng nhiên liệu sinh học trong nước

Việc nghiên cứu sản xuất và ứng dụng nhiên liệu sinh học ở VN được bắt đầu từ những năm 90 của thế kỷ 20 với xuất phát điểm là tận dụng nguồn nông sản dồi dào và rẻ tiền để làm năng lượng, góp phần cải thiện

cuộc sống của người dân và cơ giới hóa sản xuất nông nghiệp Trong khoảng 10 năm trở lại đây các nghiên cứu triển khai được tiến hành mạnh

mẽ hơn với sự tham gia của nhiều nhà khoa học, doanh nghiệp và được sự

hỗ trợ bước đầu của chính phủ, các tổ chức trong và ngoài nước

Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 Việt Nam đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo Quyết

định 177/2007/QĐ-TTg của ngày 20/11/2007 Mục tiêu cụ thể của Đề án

là: đến năm 2010, xây dựng và phát triển được các mô hình sản xuất thử nghiệm và sử dụng nhiên liệu sinh học quy mô 100 nghìn tấn E5 và 50 nghìn tấn B5/năm bảo đảm đáp ứng 0,4% nhu cầu xăng dầu của cả nước Đến năm 2015, sản lượng etanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn (pha được 5 triệu tấn E5, B5) đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước Đến năm 2025, sản lượng etanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước

Dự án trồng thử cây cọc rào tại tỉnh Bình Phước, cho thấy cây dầu

mè (jatropha curcas) là một loại cây năng lượng sinh học có triển vọng tại Việt Nam Loài cây này chịu hạn tốt có thể trồng trên những vùng đất cằn cỗi, đất ven biển, ven đường, đất bờ kênh ven suối Ngoài ra, cây dầu mè còn bảo vệ đất tốt, chống xói mòn trên đất dốc Đây là loại cây lưu niên, trồng một lần có thể sống 30-40 năm Việt Nam đã đáp ứng được nhiều điều kiện để có thể phát triển cây dầu mè Trong điều kiện đất đai, khí hậu nhiệt đới, cây dầu mè có thể phát triền nhanh và bắt đầu cho ra quả trong khoảng 6-12 tháng

Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam đã đi tiên phong trong việc đầu

tư xây dựng và phân phối nhiên liệu sinh học ở Việt Nam Các công ty thành viên của Tập đoàn đã đầu tư ba nhà máy etanol tại ba miền Bắc (tỉnh Phú Thọ), Trung (tỉnh Quảng Ngãi), Nam (tỉnh Bình Phước) với công suất mỗi nhà máy 100 triệu lít/năm đủ để cung cấp cho nhu cầu etanol pha xăng

trong tương lại ở Việt Nam Các nhà máy etanol của Tập đoàn sử dụng công nghệ tiên tiến của Mỹ và Ấn độ Các công nghệ này đã được thực tế kiểm chứng mức độ thành công và hiệu quả tại Thái Lan

1.3 Dầu thực vật thải – nguồn nguyên liệu tạo nhiên liệu sinh học

1.3.1 Nguồn sinh khối thế hệ thứ nhất và nhiên liệu sinh học thế hệ

thứ nhất

Nguồn sinh khối thế hệ thứ nhất là nguồn tài nguyên liên quan đến lương thực, thực phẩm bao gồm tinh bột của các loại ngũ cốc (ngô, khoai, sắn), dầu thực vật (dầu dừa, dầu cọ, dầu đậu tương, dầu mè, dầu lạc, dầu cải…) và mỡ động vật (mỡ cá, mỡ heo, mỡ bò…) Nhiên liệu sinh học được sản xuất từ nguồn sinh khối thế hệ thứ nhất được gọi là nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất

Nhược điểm cơ bản của nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất là sử dụng những nguồn tài nguyên sinh khối liên quan đến lương thực, thực phẩm cần cho cuộc sống con người nên có thể dẫn đến mất an ninh lương thực trên thế giới

Vấn đề sử dụng nguồn sinh khối thế hệ thứ nhất vào mục đích năng lượng thay thế dầu mỏ đang bị thách thức Trong thời gian gần đây thế giới

và đặc biệt là các nước nghèo đang đứng trước vấn đề khủng hoảng lương thực Tổ chức lương nông liên hiệp quốc FAO đã nhiều lần báo động về nạn đói trong bối cảnh ít nhất 37 quốc gia trên thế giới đang đối mặt với tình trạng khẩn cấp về lương thực, nhiều ý kiến cho rằng lý do khiến giá lương thực tăng cao chính là xu hướng muốn thay thế năng lượng hóa thạch bằng năng lượng đi từ nguồn sinh khối thế hệ thứ nhất Nhiều nước đã lấy đất canh tác nông nghiệp sản xuất lương thực chuyển thành đất canh tác phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học, thu hẹp nhanh chóng đất canh tác cây lương thực Vì vậy, khả năng phát triển nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất trên cơ sở nguồn nguyên liệu sinh khối là không thực sự bền vững

1.3.2 Nguồn sinh khối thế hệ thứ hai và nhiên liệu sinh học thế hệ thứ

hai

Nguồn sinh khối thế hệ thứ 2 chủ yếu là các phụ phẩm hoặc phế thải trong sản xuất, sinh hoạt có nguồn gốc hữu cơ như phế thải xenlulo trong sản xuất nông nghiệp (rơm, rạ, bã mía, thân cây ngô…); phế thải, phế liệu giàu xenlulo trong sản xuất lâm nghiệp (mùn cưa, cành cây, gỗ vụn…); rác thải sinh hoạt, rác thải đô thị giàu chất hữu cơ; nước thải, phế thải trong sản xuất lương thực, thực phẩm (nước thải sản xuất sữa, sản xuất bia rượu, sản xuất bột ngọt, mật rỉ đường…); dầu phế thải đã qua sử dụng; phân súc vật, bùn cống rãnh… Nhiên liệu sinh học được sản xuất từ nguồn tài nguyên sinh khối thế hệ thứ 2 được gọi là nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 2

Ưu điểm nổi bật của nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 2 là sử dụng nguồn sinh khối không ảnh hưởng tới nguồn lương thực, thực phẩm nuôi sống con người và gia súc Đồng thời bên cạnh việc chuyển hóa thành nhiên liệu sinh học hiện đại, còn góp phần giảm ô nhiễm môi trường, làm sạch môi trường sống

1.3.3 Dầu thực vật thải – nguồn nguyên liệu tạo nhiên liệu sinh học

Trên thế giới nguồn dầu thực vật thải chủ yếu thu được từ các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất dầu ăn, từ các nhà hàng, khách sạn, từ bếp các hộ gia đình Một lượng lớn dầu ăn đã qua sử dụng được thải ra trên thế giới đặc biệt là các nước phát triển Thông tin từ nhà quản lý năng lượng ở Mỹ cho biết có 100 triệu galon dầu ăn đã qua sử dụng được thải ra trong một ngày Theo thống kê ở Canada có thể thải ra gần 135 tấn/năm Tại các nước trong liên minh châu Âu thì tổng lượng dầu ăn đã qua sử dụng

là gần 700-1000 tấn/năm Tại Vương Quốc Anh thải ra hơn 200 tấn/năm

dầu ăn đã qua sử dụng [30]

Ở Việt Nam, nguồn dầu ăn phế thải được thải ra trong các nhà máy chế biến thực phẩm là rất lớn Hàng năm, từ các nhà máy tinh luyện dầu ăn