tình hình và sản xuất biodiezel diezel sinh học

11/6/2012 Biodiesel (Diesel sinh học) loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu diesel khơng phải sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật Biodiesel cho loại lượng khơng độc dễ phân giải tự nhiên I GIỚI THIỆU – LNCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BIODIESEL - Bản chất Biodiesel sản phNm Ester hóa methanol ethanol acid béo tự dầu thực vật mỡ động vật - Tùy thuộc vào loại dầu loại rượu sử dụng mà alkyl Ester có tên khác nhau: * Nếu từ dầu đậu nành (soybean) Methanol thu SME (Soy Methyl Esters), SME loại esters thơng dụng sử dụng Mỹ * Nếu từ dầu cải dầu (Rapeseed) Methanol thu RME (Rapeseed Methyl Esters) RME loại Esters thơng dụng sử dụng châu Âu 11/6/2012 GIỚI THIỆU – LNCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BIODIESEL - Theo tiêu chuNn ASTM Biodiesel định nghĩa: “là mono alkyl Ester acid mạch dài có nguồn gốc từ lipit tái tạo lại như:dầu thực vật, mỡ động vật, sử dụng làm nhiên liệu cho động diesel” - Biodiesel bắt đầu sản xuất khoảng năm 1800, thời điểm người ta chuyển hóa dầu thực vật để thu Glycerol ứng dụng làm xà phòng thu phụ phNm methyl ethyl Ester gọi chung biodiessel I 10/08/1893 Rudolf Diesel sử dụng Biodiesel ơng sáng chế để chạy máy Năm 1912, ơng dự báo: “Hiện nay, việc dùng dầu thực vật cho nhiên liệu động khơng quan trọng, tương lai, loại dầu chắn có giá trị khơng thua sản phNm nhiên liệu từ dầu mỏ than đá” - Biodiesel ngày khẳng định vị trí nguồn nhiên liệu thay khả thi Để tưởng nhớ nguời có cơng đốn giá trị to lớn Biodiesel, National Board Biodiesel (Mỹ) định lấy ngày 10 tháng năm (bắt đầu từ năm 2002) làm ngày Diesel sinh học Quốc tế (International Biodiesel Day) - 1900 Hội chợ giới tổ chức Paris, Diesel biểu diễn động dùng dầu Biodiesel chế biến từ dầu phụng (lạc) - Trong thập kỷ 90, Pháp triển khai sản xuất Biodiesel từ dầu hạt cải bà dùng dạng B5 (5% Biodiesel với 95% Diesel) B30 (30% Biodiesel trộn với 70% Diesel) - 11/6/2012 Ưu nhược c điểm m c a nhiên liệu li u Biodiesel - Phần lớn lượng giới tiêu tốn nguồn dầu mỏ, than đá khí tự nhiên Sự cạn kiệt nguồn dầu mỏ giới quan tâm mơi trường ngày tăng dẫn đến nghiên cứu phát triển nguồn lượng thay cho lượng có nguồn gốc dầu mỏ - Biodiesel thay đầy tiềm cho diesel dựa vào chất tương tự hóa học số ưu điểm vượt trội khác Ưu ðiểm ði m Về mặtt mơi trường trư ng • Giảm lượng phát thải khí CO2, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính • Khơng có chứa hợp chất lưu huỳnh (>> gây khó khăn cho nước có nhiệt độ vào mùa đơng thấp Đối với nước nhiệt đới Việt Nam ảnh hưởng khơng đáng kể Biodisel có trị số sinh nhiệt thấp so với diesel Trong qua khứ Biodiesel có chi phí sản suất cao >>> giá thành Biodiesel cao Biodiesel thường sản xuất chủ yếu theo mẻ Đây điều bất lợi suất thấp, khó ổn định chất lượng sản phNm điều kiện q trình phản ứng Xu hướng nên tiến đến cơng nghệ sản xuất liên tục Bản chất biodiesel sản phẩm ester hóa methanol ethanol acid béo tự dầu thực vật mỡ động vật 100 kg dầu mỡ + 10 kg methanol -> 100 kg biodiesel + 10 kg glycerol Phương trình chuyển hóa biodiesel bản: 11/6/2012 Trong R1, R2, R3 acid béo no khơng no chứa mỡ, dầu thực vật, acid hữu chiếm chủ yếu dầu mỡ động vật như: Trong palmitic acid chứa 16 C, stearic acid có 18 C, oleic acid 18 C có nối đơi ðể thực phản ứng chuyển hóa cần có chất xúc tác NaOH, KOH có thề dùng acid Vai trò chất xúc tác quan trọng phản ứng với Methanol trước để tạo tiền chất cho phản ứng: ◦ Phản ứng 1: Tạo Alkoxide ◦ Trong mơi trường có nước alkoxide phân ly tạo CH3O­- Na+, CH3O­tiếp tục thực phản ứng ◦ Phản ứng 2: Tạo Triglyceride amion 11/6/2012 Phản ứng 3: Tạo diglyceride CH3O­- tiếp tục cho phản ứng dây chuyền để tạo monoglyceride, methyl ester cuối tạo glycerol methyl ester Như vậy: q trình 01 phân tử Triglyceride tác dụng với 03 phân tử CH3O­H tạo 01 phân tử glycerol 03 phân tử methyl ester (2) Cơng đoạn 1: Cơng đoạn 2: Cơng đoạn 3: Cơng đoạn 4: Cơng đoạn 5: Cơng đoạn 6: methyl ester Cơng đoạn 7: methyl ester Cơng đoạn 8: lớp đáy Mỡ dầu sau loại nước Huyền phù sau trộn methanol Kết thúc q trình acid hóa Mỡ tan chảy hồn tồn Huyền phù sau trộn methanoxide Giai đoạn phản ứng tạo glycerol lớp đáy Giai đoạn phản ứng tạo glycerol lớp đáy Hồn Tất phản ứng lượng glycerol lắng hồn tồn 11/6/2012 Cơng đoạn Cơng đoạn - Cơng đoạn Cơng đoạn Cơng đoạn Cơng đoạn Cơng đoạn Cơng đoạn Việc sử dụng trực tiếp dầu thực vật mỡ làm nhiên liệu cho động Diesel gặp khó khăn: q trình hóa nhiên liệu nhiệt độ thấp gây trở ngại cho q trình khởi động, q trình cháy khơng hồn tồn dẫn đến giảm cơng suất động cơ, độ nhớt cao làm nghẽn phận lọc, gây khó khăn cho hệ thống phun nhiên liệu Dầu thực vật đặc biệt mỡ động vật có độ nhớt cao gấp khoảng 11-17 lần so với nhiên liệu Diesel Để giảm độ nhớt dầu mỡ sử dụng phương pháp sau 11/6/2012 Phương pháp sấy nóng Phương pháp khơng hiệu để dầu thực vật mỡ đạt độ nhớt cần thiết cho nhiên liệu Diesel đòi hỏi nhiệt độ cao (ví dụ: dầu Canola nhiệt độ thường có độ nhớt gấp 12 lần so với nhiên liệu Diesel, nhiệt độ 80oC độ nhớt gấp lần Diesel), Hệ thống gia nhiệt cho dầu khơng thể trì động khơng hoạt động >>> dầu bị đơng lại đặc biệt vào mùa đơng ơn đới >>> trước khởi động cần phải đốt nóng Phương pháp pha lỗng Pha lỗng dầu mỡ với nhiên liệu diesel Các tỷ lệ dầu : diesel :10 : 10 đem lại hiệu tốt độ nhớt tính chất nhiệt độ thấp Phương pháp nhũ tương hóa Phương pháp nhũ tương hóa khắc phục nhược điểm độ nhớt cao dầu mỡ dung mơi rượu Hệ nhũ tương dầu – rượu có tính chất tương tự với nhiên liệu diesel khó trì ổn định hệ nhũ tương lâu dài Phương pháp cracking Dầu mỡ sau bị nhiệt phân tạo thành hợp chất có mạch ngắn độ nhớt giảm Xúc tác tiêu biểu sử dụng q trình nhiệt phân SiO2 Al2O3 Nhược điểm phương pháp thiết bị sử dụng q trình đắt - Biodiesel sản xuất hydrocracking Những q trình cơng nghệ phát triển mà khơng tạo Glycerol 11/6/2012 Biểu đồ q trình hydrocracking -Hiệu suất thu sản phNm khoảng 75¸80% với số cetane cao (~100) -Thành phần sulfur thấp 10 ppm Khả phân rã 95% sau 28 ngày, diesel phân rã 40% -Giảm lượng NOx Q trình sử dụng xúc tác hydro hố hydro tinh khiết thương mại thơng thường Phương pháp dễ dàng thích hợp với nhà máy lọc dầu nhờ vào nguồn hydro tạo nhà máy Phương pháp chuyển chuy n hóa Ester Phản ứng chuyển hóa Ester phản ứng acid béo dầu mỡ rượu tạo thành Ester Glycerol Đây phương pháp sử dụng phổ biến sản phNm thu có tính chất tương tự nhiên liệu diesel, sản phNm phụ Glycerol >>> có giá trị sử dụng cao cơng nghiệp mỹ phNm dược phNm 10 11/6/2012 VI TẢO TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC Vi tảo (microalgae) xếp thực vật thủy sinh – sinh vật tự dưỡng (có khả quang hợp) – lại có khả phát triển với tốc độ vi sinh vật (cao gấp 100 lần thực vật cạn) (Có thể sản sinh 96g protein/m2/ngày Đậu nành: 1-1,5 g protein/m2/ngày) có tiềm khai thác qui mô công nghiệp Chlorella/Spirullina mô hình khai thác qui mô công nghiệp Qui mô tăng sinh khối tảo loại vi sinh Nhu cầu dinh dưỡng cho tảo: VI TẢO: -Trên 40.000 loài có khả thích ứng với tất điều kiện sinh thái khác -Không có rễ, -Không có hệ thống mạch dẫn thể 30 11/6/2012 VI TẢO VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Công dụng: - Nguồn dầu protein cho lãnh vực khác -Thực phẩm người & thức ăn gia súc -Dược phẩm -Dược phẩm dinh dưỡng (Nutriceutical) -Phẩm màu -Docosahexaenoic acid (DHA)-omega fatty acid -Xử lý chất thải -Phân bón -Sản suất khí hydro sinh học 31 11/6/2012 32 11/6/2012 Nghiên cứu & phát triển công nghệ sinh học tảo Việt Nam: -Trung tâm dinh dưỡng tp.HCM (Spirullina) -Viện Sinh học nhiệt đới -Viện Công nghệ Sinh học -Đại học Sư Phạm I -Ở Việt nam, nguồn ngun liệu từ tảo nhìn chung phong phú thuận lợi, cản trở tảo sau thu có độ Nm cao >>> cần thời gian điều kiện để loại bỏ nước Nm độ khỏi sinh khối 33 11/6/2012 Ánh sáng Dinh dươɶng CO2 34 11/6/2012 35 11/6/2012 Điều kiện để nuôi cấy vi tảo Yếu tố Khoảng cho phép Tối ưu 1616-27 1818-24 1212-40 2020-24 1,000 000 10, 10,000 (tù tùy y dung tí tích ch & mật đđộộ) 2,500 5,000 2,500 Nhiệt độ (° (°C) Hàm lượng muối (g.l-1) Cường độ chiếu sáng (lux) Chu kỳ chiếu sáng 16:8 (minimum) 24:0 (maximum) pH 7-9 8.28.2-8.7 Nhu cầu chung dinh dưỡng cho tảo: -Đường: -Dinh dưỡng: N, K, hữu (bổ sung CO2) -CO2: liên tục có chiếu sáng -pH: cao ổn đònh (8,3-10,5) -pH: 8,3-10,5 Không nên gây thay đổi đột ngộït pH Buffer chỉnh pH : 0.2M NaHCO3 -Nitrate: loại nitrate thông dụng K/Na < -To : 35-38oC (18oC< to < 40oC) 36 11/6/2012 CÁC ĐIỀU KIỆN CƠ BẢN ĐÁP ỨNG CHO VIỆC THU NHẬN SINH KHỐI VI TẢO -nh sáng: ánh sáng tự nhiên tối đa -Ánh sáng phát tán -Tảo phân tán đều, không kết thành đám -Vấn đề cần giải vấn đề tăng sinh khối tảo cung cấp đầy đủ CO2 cho tảo -Sục khí -Khuấy đảo - Sử dụng nùc biogas: giàu CO2/có số chât dinh dinh dưỡng cần thiết -Sử dụng khí thải từ lò đốt/ống khói 37 11/6/2012 38 11/6/2012 Cánh khuấy 39 11/6/2012 40 11/6/2012 41 11/6/2012 Spirulina Production in India (Parry Nutraceuticals Ltd ) 42 11/6/2012 Commercial Photobioreactor in Germany For Chlorella production Over $10million/hectare! Went broke in short order 43 11/6/2012 44 [...]... 11/6/2012 Sản xuất Biodiesel khơng có nhiều thách thức về cơng nghệ nhưng ngun liệu sản xuất là một vấn đề mấu chốt Sản xuất biodisel khơng có nhiều đòi hỏi dành cho cơng nghệ sinh học Tuy nhiên CNSH sẽ đóng vai trò then chốt trong việc sản xuất ngun liệu có hàm lượng dầu/mỡ cao Cơng nghệ Sinh học cần giúp tìm; tạo & cải thiện các nguồn dầu sinh học bao gồm các lồi thực vật, tảo…nhằm cung cấp cho q trình sản. .. thải -Phân bón -Sản suất khí hydro sinh học 31 11/6/2012 32 11/6/2012 Nghiên cứu & phát triển công nghệ sinh học tảo ở Việt Nam: -Trung tâm dinh dưỡng tp.HCM (Spirullina) -Viện Sinh học nhiệt đới -Viện Công nghệ Sinh học -Đại học Sư Phạm I -Ở Việt nam, nguồn ngun liệu từ tảo nhìn chung phong phú và thuận lợi, một trong những cản trở là tảo sau khi thu hoặc có độ Nm cao >>> cần thời gian và điều kiện để... 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 lưu thơng trên thị trường 13 11/6/2012 Trích ly dầu từ ngun liệu - Việc lựa chọn phương pháp trích ly dầu phụ thuộc vào qui mơ sản xuất -Có hai phương pháp trích ly chính là cơ học và hóa học -Cả hai phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm phù hợp với qui mơ sản xuất, hiệu quả... Tảo Mỹ cũng vận dụng cơng nghệ sinh học hiện đại như nghiên cứu gien đã thực hiện tại phòng thí nghiệm năng lượng tái sinh quốc gia tạo được một giống tảo mới có hàm lượng dầu trên 60%, một hecta 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 phổ biến trong mỹ phNm để sản xuất Biodiesel 21 11/6/2012 Đối... lồi thực vật, tảo…nhằm cung cấp cho q trình sản xuất biodiesel Với điều kiện ở châu Âu thì cây cải dầu với lượng dầu từ 40% đến 50% là cây thích hợp để dùng làm ngun liệu sản xuất biodiesel Ở Trung Quốc người ta sử dụng cây cao lương và mía để sản xuất Biodiesel Cứ 16 tấn cây cao lương có thể sản xuất được 1 tấn cồn, phần bã còn lại còn có thể chiết xuất được 500 kg Biodiesel Trung Quốc còn nghiên... Lan, hiện sử dụng dầu cọ và đang thử nghiệm hạt cây jatropha, cứ 4 kg hạt jatropha ép được 1 lít diesel sinh học tinh khiết 100%, đặc biệt loại hạt này khơng thể dùng để ép dầu ăn và có thể mọc trên những vùng đất khơ cằn, cho nên giá thành sản xuất sẽ rẻ hơn so với các loại hạt có dầu truyền thống khác Bộ Năng Lượng Thái Lan này cũng đặt mục tiêu, đến 2011, lượng diesel sinh học sẽ đạt 3% (tương đương... VI TẢO TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC Vi tảo (microalgae) có thể xếp là các thực vật thủy sinh – sinh vật tự dưỡng (có khả năng quang hợp) – nhưng lại có khả năng phát triển với tốc độ của vi sinh vật (cao gấp 100 lần thực vật trên cạn) (Có thể sản sinh 96g protein/m2/ngày Đậu nành: 1-1,5 g protein/m2/ngày) có tiềm năng khai thác ở qui mô công nghiệp Chlorella/Spirullina là những mô hình đầu tiên được khai... quả trích ly, những mối nguy hiểm đối với mơi trường và sức khỏe -Những nghiên cứu sâu hơn nên cải tiến năng suất đối với phương pháp trích ly cơ học, ứng dụng một số dung mơi khác như CO2 siêu tới hạn, ethanol sinh học và isopropyl Trích ly dầu từ ngun liệu Phương pháp cơ học Phương pháp cơ học hay phương pháp ép dầu tiến hành trên tồn bộ hạt gồm vỏ và lõi hạt hoặc chỉ phần lõi của hạt Thơng thường ép... được khai thác qui mô công nghiệp Qui mô tăng sinh khối ở tảo hiện nay không có loại vi sinh nào có thể bằng Nhu cầu dinh dưỡng cho tảo: VI TẢO: -Trên 40.000 loài có khả năng thích ứng với tất cả các điều kiện sinh thái khác nhau -Không có rễ, lá -Không có hệ thống mạch dẫn trong cơ thể 30 11/6/2012 VI TẢO VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Công dụng: - Nguồn dầu và protein cho các lãnh vực khác nhau -Thực phẩm... nhiên liệu diesel, thậm chí tại một vài quốc gia, diesel đã lấn sân hồn tồn xăng và đó là ngun nhân mà châu lục này ít phụ thuộc vào giá xăng hơn Mỹ So sánh lượng khí thải giữa nhiên liệu Diesel và Bio-Diesel thì BioDiesel giảm sự thải khí CO là 50% và 35% CO2 và 65% hydrocacbon trên một q trình cháy của động cơ Theo xu hướng thế giới, người ta sẽ trộn Bio-Diesel vào thành phần diesel từ 5 ¸ 30% * Ở ... (VITO) 20 11/6/2012 Sản xuất Biodiesel khơng có nhiều thách thức cơng nghệ ngun liệu sản xuất vấn đề mấu chốt Sản xuất biodisel khơng có nhiều đòi hỏi dành cho cơng nghệ sinh học Tuy nhiên CNSH... then chốt việc sản xuất ngun liệu có hàm lượng dầu/mỡ cao Cơng nghệ Sinh học cần giúp tìm; tạo & cải thiện nguồn dầu sinh học bao gồm lồi thực vật, tảo…nhằm cung cấp cho q trình sản xuất biodiesel... thích hợp để dùng làm ngun liệu sản xuất biodiesel Ở Trung Quốc người ta sử dụng cao lương mía để sản xuất Biodiesel Cứ 16 cao lương sản xuất cồn, phần bã lại chiết xuất 500 kg Biodiesel Trung Quốc