Như chúng ta đã biết, trên thế giới hiện nay nhu cầu sử dụng tới nguồn năng lượng ngày càng lớn. Năng lượng cần thiết cho tất cả các ngành, các lĩnh vực trong đời sống của xã hội. Cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các ngành công nghiệp đòi hỏi phải một nguồn năng lượng khổng lồ để đáp ứng cho nhu cầu đó. Vậy nguồn năng lượng đó lấy từ đâu ra trong khi ngày nay con người vẫn phụ thuộc chủ yếu vào nguồn năng lượng hóa thạch, một nguồn năng lượng đã ngày càng cạn kiệt trước nhu cầu khai thác quá lớn của con người. Theo thống kê hiện nay nguồn năng lượng hóa thạch cung cấp tới 85% tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu. Bên cạnh đó, việc sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch đã tạo ra một lượng lớn các loại khí phác thải gây ra hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu, gây ra những ảnh hưởng tiêu cực tối môi trường sống của con người trên toàn thế giới. Hơn 150 năm qua, ước chừng 245 tỷ tấn carbon dưới dạng carbon dioxide đã được thải ra không khí bằng việc đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch. Lượng khí này là nguyên nhân chủ yếu gây lên sự nóng lên của trái đất chúng ta. Vì vậy yêu cầu đặt ra đối với con người là phải tìm ra những nguồn năng lượng thay thế những nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, một mặt chúng phải thể hiện là một những loại nhiên liệu thân thiện với môi trường sống con người. Hiện nay, việc nghiên cứu, thăm dò tập trung chủ yếu vào ba lĩnh vực: năng lượng có nguồn gốc từ bức xạ mặt trời, năng lượng địa nhiệt và năng lượng hạt nhân. Trong đó thủy điện, năng lượng mặt trời (sử dụng dưới dạng nhiệt và điện), năng lượng gió (sử dụng trực tiếp sức gió và dưới dạng phong điện), năng lượng từ sinh vật (bao gồm các loại củi, gỗ và khí khi phân hủy các chất hữu cơ, gọi chung là nhiên liệu sinh học biofuel) được coi là các dạng năng lượng có thể tái tạo. Hiện nay việc khai thác sử dụng các nguồn năng lượng như năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân, đang là một thách thức lớn với một nước đang phát triển như Việt Nam do yêu cầu cao về khoa học công nghệ ,và một nguồn vốn rất lớn…Do vậy việc nghiên cứu khai thác ứng dụng nguồn nhiên liệu sinh học đang là một ưu tiên lớn của các nhà khoa học nước ta. Thấy rõ tầm quan trọng của nguồn nhiên liệu sinh học đối với cuộc sống như vậy, trong bài khóa luận này em xin trình bày những hiểu biết của mình về nhiên liệu sinh học. Đưa ra những cái nhìn tổng quát về nguồn nhiên liệu này, đánh giá những xu thế phát triển của thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay. Đi sâu tập trung tìm hiểu về một số phương pháp chính ở Việt Nam hiện nay để nghiên cứu sản xuất ứng dụng nguồn nhiên liệu sinh học vào trong cuộc sống. Để hoàn thành bài khóa luận này em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa.
MỤC LỤC Mở đầu……………………………………………………………………………… I II III Vài nét tổng quát số nguồn lượng……………………………… I.1 Nguồn lượng hóa thạch………………………………………… 1.1.1 Than đá………………………………………………………… 1.1.2 Dầu mỏ khí thiên nhiên……………………………………… 1.2 Nguồn lượng lượng tái tạo………………………… 1.3 Thực trạng nhu cầu lượng…………………………………… 1.4 Tính cấp thiết việc phát triển nguồn lượng sinh học Việt Nam Nhiên liệu sinh học (biofuel)………………………………………………… II.1 Định nghĩa phân loại……………………………………………… II.2 Ưu nhược điểm nhiên liệu sinh học……………………………… II.3 Ứng dụng nhiên liệu sinh học…………………………………… Một số phương pháp sản xuất nhiên liệu sinh học…………………………… III.1 Sản xuất etanol …………………………………… III.2 Sản xuất metanol……………………………………………………… III.3 Sản xuất diezel sinh học……………………………………………… III.4 Sản xuất dimetyl ete………………………………………………… Kết luận……………………………………………………………………………… Tài liệu tham khảo………………………………………………………………… Lời mở đầu Như biết, giới nhu cầu sử dụng tới nguồn lượng ngày lớn Năng lượng cần thiết cho tất ngành, lĩnh vực đời sống xã hội Cùng với phát triển ngày lớn mạnh ngành công nghiệp đòi hỏi phải nguồn lượng khổng lồ để đáp ứng cho nhu cầu Vậy nguồn lượng lấy từ đâu ngày người phụ thuộc chủ yếu vào nguồn lượng hóa thạch, nguồn lượng ngày cạn kiệt trước nhu cầu khai thác lớn người Theo thống kê nguồn lượng hóa thạch cung cấp tới 85% tổng lượng tiêu thụ toàn cầu Bên cạnh đó, việc sử dụng nguồn lượng hóa thạch tạo lượng lớn loại khí phác thải gây tượng biến đổi khí hậu toàn cầu, gây ảnh hưởng tiêu cực tối môi trường sống người toàn giới Hơn 150 năm qua, ước chừng 245 tỷ carbon dạng carbon dioxide thải không khí việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch Lượng khí nguyên nhân chủ yếu gây lên nóng lên trái đất Vì yêu cầu đặt người phải tìm nguồn lượng thay nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt, mặt chúng phải thể loại nhiên liệu thân thiện với môi trường sống người Hiện nay, việc nghiên cứu, thăm dò tập trung chủ yếu vào ba lĩnh vực: lượng có nguồn gốc từ xạ mặt trời, lượng địa nhiệt lượng hạt nhân Trong thủy điện, lượng mặt trời (sử dụng dạng nhiệt điện), lượng gió (sử dụng trực tiếp sức gió dạng phong điện), lượng từ sinh vật (bao gồm loại củi, gỗ khí phân hủy chất hữu cơ, gọi chung nhiên liệu sinh học - biofuel) coi dạng lượng tái tạo Hiện việc khai thác sử dụng nguồn lượng lượng mặt trời, lượng hạt nhân, thách thức lớn với nước phát triển Việt Nam yêu cầu cao khoa học công nghệ ,và nguồn vốn lớn… Do việc nghiên cứu khai thác ứng dụng nguồn nhiên liệu sinh học ưu tiên lớn nhà khoa học nước ta Thấy rõ tầm quan trọng nguồn nhiên liệu sinh học sống vậy, khóa luận em xin trình bày hiểu biết nhiên liệu sinh học Đưa nhìn tổng quát nguồn nhiên liệu này, đánh giá xu phát triển giới Việt Nam Đi sâu tập trung tìm hiểu số phương pháp Việt Nam để nghiên cứu sản xuất ứng dụng nguồn nhiên liệu sinh học vào sống Để hoàn thành khóa luận em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy cô giáo môn Hóa I VÀI NÉT TỔNG QUÁT VỀ MỘT SỐ NGUỒN NĂNG LƯỢNG 1.1 Nguồn lượng hóa thạch Nguồn lượng hóa thạch nguồn lượng tạo từ nguồn nhiên liệu hóa thạch khai thác trực tiếp từ vỏ trái đất, nguồn nhiêu liệu hình thành với hình thành vỏ trái đất (than đá, dầu mỏ, khí đốt…) Do chúng xếp vào nguồn nhiêu liệu không tái tạo Đây nguồn nhiêu liệu cung cấp lượng chủ yếu cho nhu cầu giới chiếm tới 85% tổng nhu cầu nhiên liệu toàn cầu 1.1.1 Than đá Theo khảo sát trữ lượng than đá giới đánh giá 23.000 tỷ tấn, khoảng 30% tập trung Liên Xô (cũ), Mỹ Trung Quốc Các nước có trữ lượng than đá lớn 20 tỉ là: Liên Xô (4.122 tỉ tấn), Mỹ (1.100 tỉ tấn), Trung Quốc (1.011 tỉ tấn), Đức (70 tỉ tấn), Canađa (61 tỉ tấn), Ba Lan (46 tỉ tấn), Nam Phi (26 tỉ tấn), Nhật Bản (20 tỉ tấn) Với nhịp độ khai thác việc khai thác than đá tiếp tục chừng 250 năm Ở Việt Nam trữ lượng than đá vào khoảng 3,8 tỉ tập trung chủ yếu Quảng Ninh tỉnh đồng sông Hồng…với sản lượng khai thác từ 15 đến 20 triệu năm Là nước xuất than, Việt Nam đứng trước nguy phải nhập than vài thập kỉ tới Từ đầu kỷ XX, cấu thành phần nhiên liệu sử dụng có thay đổi lớn Tỷ lệ dùng than đá, dầu mỏ khí đốt tăng cao Song khu vực quốc gia, cấu lượng sử dụng phụ thuộc vào trình độ phát triển kinh tế - xã hội nước., Tuy nhiên thời gian qua, xu hướng sử dụng lượng từ than đá có giảm sút rõ rệt dầu mỏ khí đốt khai thác ngày nhiều nên giá thành hạ Gần đây, xu hướng lại xuất nhiều nước, trước tình hình nguồn dầu mỏ khí đốt thiếu hụt, giá tăng nhanh Người ta quay trở lại sử dụng than đá, đồng thời cải tiến kỹ thuật đốt than để dễ diều khiển trình cháy giảm thiểu ô nhiễm môi trường 1.1.2 Dầu mỏ khí thiên nhiên Trữ lượng dầu mỏ toàn cầu khoảng 74,9 tỉ với mức độ khai thác khoảng 30 đến 40 năm lượng dầu mỏ cạn dần Trữ lượng khí đốt thiên nhiên vào khoảng 72,9 ngàn m 3, khí thiên nhiên nguồn nhiêu liệu quan trọng đứng sau dầu mỏ nên nguồn nhiên liệu khai thác với sản lượng lớn đứng trước nguy cạn kiệt Sản lượng khai thác dầu mỏ khí thiên nhiên ước chừng đạt khoảng 16 triệu năm Nói chung sản xuất dầu mỏ khí thiên nhiên Việt Nam tiềm lớn Song chưa phát triển kịp so với tốc tộc gia tăng nhu cầu tiêu thụ lượng kinh tế 1.2 Năng lượng lượng tái tạo Các nguồn lượng nguồn lượng nghiên cứu ứng dụng thập kỉ gần Chủ yếu nguồn lượng lượng mặt trời, lượng hạt nhân, lượng gió, thủy điện…Hiện tỉ trọng đóng góp nguồn lượng cho nhu cầu lượng toàn cầu khoảng 15% Tuy nhiên khó khăn mà gặp phải trình khai thác nguồn lượng cần tảng khoa học công nghệ cao, yêu cầu đầu tư lớn, phát triển nước có khoa học công nghệ phát triển, việc khai thác nguồn lượng nước phát triển Việt Nam khó khăn Mặt khác thảm họa xảy nhà máy điện sử dụng lượng hạt nhân đặt tranh cãi xung quanh việc có nên tiếp tục sử dụng nguồn lượng hay không? Bên cạnh nguồn lượng thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học giới nguồn nhiêu liệu sinh học – biofuel ( bao gồm nguồn lượng bắt nguồn từ sinh vật) tái tạo Đây nguồn lượng có nhiều lợi lợi ích kinh tế chúng coi nguồn lượng xanh, thân thiện với môi trường 1.3 Thực trạng nhu cầu lượng Dân số giới tăng từ số tại, khoảng tỉ người lên tới tỉ người vào năm 2050 Mức độ phồn thịnh trung bình toàn cầu ngày cao Càng nhiều người mức sống cao có nghĩa không tránh khỏi sử dụng lượng nhiều Các nước phát triển cần nhiều lượng hết để đáp ứng yêu cầu tăng cao mức sống Theo số kịch bản, vào năm 2050 mức tiêu thụ lượng toàn cầu tăng gấp đôi, điều cao Hiện tại, tính toàn cầu, mức lượng sử dụng hàng ngày tương đương với khoảng 200 triệu thùng dầu mỏ (khoảng 10 tỷ /năm) Trong số này, có khoảng 80-85% lượng có nguồn gốc lượng hóa thạch (dầu mỏ, khí đốt, than đá…) Năng lượng hạt nhân, thủy điện, lượng sinh học chiếm gần 15-20% lại Trong đó, thực tế lượng tái tạo (thủy điện, gió sinh học truyền thống gỗ, chất thải nông nghiệp) chiếm 10% Tỷ lệ tăng sử dụng lượng trung bình hàng năm giới khoảng 1,5 - 2,0% Điều có nghĩa khối lượng dầu mỏ khai thác phải tăng lên thêm hàng ngày 1,5 triệu thùng Ngành dầu mỏ toàn cầu phải hoạt động hết công suất, đồng thời phải tìm kiếm hội đầu tư thêm việc mở mỏ để bù đắp lại thất thoát tự nhiên khai trường (tổng mức thất thoát lên tới - 5%/ năm, tương ứng khối lượng dầu khai thác 3,5 triệu thùng/ ngày) Trong năm tới ngành dầu mỏ toàn cầu phải tăng thêm công suất tương ứng với mức khai thác 28,5 triệu thùng/ ngày Vào thời điểm nay, ngành lượng giới đứng trước ba nhiệm vụ: * Tăng sản lượng lượng hóa thạch loại lượng khác Vào năm 2050, nhu cầu lượng tương đương 400 thùng dầu/ ngày (một nửa số lượng hóa thạch) * Phải quan tâm phát triển đồng thời nguồn lượng * Giảm thải tác hại gây ô nhiễm môi trường khai thác sử dụng lượng hóa thạch, đồng thời giảm tác nhân gây tăng hiệu ứng nhà kính để bảo vệ môi trường Trữ lượng dầu mỏ giới khoảng 1.200 tỷ thùng, khai thác với tốc độ độ khoảng 30-35 năm Trữ lượng than đá lớn (tuy ngày khó khai thác) khai thác 250 năm Nguy giới thiếu lượng trở thành thật hiển nhiên Năng lượng hạt nhân, lượng tái tạo (thủy điện, sinh học) đóng vai trò ngày lớn Năng lượng tái tạo nguồn gốc sinh học có ý nghĩa định đốt cháy giai đoạn Cần phải có thời gian phát triển, thời gian 10 - 20 năm 1.4 Tính cấp thiết việc phát triển nguồn lượng sinh học Việt Nam Để đạt mục tiêu đến năm 2020 nước ta trở thành nước công nghiệp việc thiết yếu phải nghĩ đến việc cung cấp đủ nguồn lượng cho trình phát triển kinh tế nhu cầu sử dụng người dân Bên cạnh nguồn lượng truyền thống nguồn lượng hóa thạch phủ đưa sách nhằm khuyến khích phát triển tìm nhiều nguồn nhiên liệu phục vụ cho nhu cầu kinh tế Theo đánh giá ngành lượng Việt Nam Việt Nam đứng trước nhiều thách thức trình công nghiệp hóa, đại hóa là: Thứ nhất, để đạt tiêu tăng trưởng kinh tế, từ tới năm 2020, cung cấp lượng Việt Nam cần phải tăng nhanh GDP 30%, điện phải tăng nhanh 70% Để đạt tốc độ tăng trưởng đó, cung cấp lượng phải có hiệu - từ năm 2010 phải tiết kiệm 2788 MW, tức nửa công suất lắp đặt điều thực thông qua chương trình giảm tổn thất quản lý cầu Năng lượng phải phân bố hơn, 80% dân số vùng nông thôn mức tiêu thụ họ chiếm 14% lượng điện cung ứng Thứ hai, Việt Nam giàu tài nguyên thiên nhiên, nguồn tài là hạn chế trữ lượng, đòi hỏi phải lập kế hoạch sử dụng cách thận trọng lĩnh vực lượng Thứ ba, Việt Nam phải đầu tư khoảng từ 5,3 - 5,5% GDP (gấp đôi mức nước láng giềng Đông Nam Á khác) vào sở hạ tầng thiết yếu cho lượng Hơn nữa, mức cấu giá lượng phải thay đổi để giải tỏa bớt sức ép tài ngắn hạn đảm bảo hiệu lâu dài định đầu tư sử dụng tài nguyên Thứ tư, thu hút đầu tư nước đòi hỏi phải tạo môi trường kinh doanh thuận lợi, bao gồm khuôn khổ pháp lý có tính hỗ trợ Hiện việc đầu tư để phát triển nguồn lượng cần đầu tư lớn khoa học công nghệ nguồn vốn lớn khó khăn mà nước phát triển nước ta gặp phải, việc hướng quan tâm sang nguồn lượng tiềm nhiên liệu sinh học để đáp ứng phần nhiên liệu cho trình phát triển đất nước Để giúp ngành lượng Việt Nam giải tốt mục tiêu đặt nhà nước có sách cụ thể để khuyến khích hỗ trợ phát triển Trong phải kể đến định Thủ tướng Chính phủ phê duyệt đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 tầm nhìn đến năm 2025 nhằm mục tiêu:“phát triển nhiên liệu sinh học , dạng lượng mới, tái tạo để thay phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống góp phần bảo đảm an ninh lượng bảo vệ môi trường” - Mục tiêu tổng quát đề án nhằm phát triển NLSH thay phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh lượng bảo vệ môi trường Đề án đưa mục tiêu cụ thể cho giai đoạn, nhiệm vụ chủ yếu giải pháp thực đề án - Mục tiêu cụ thể: Đến năm 2010, xây dựng phát triển mô hình sản xuất thử nghiệm sử dụng nhiên liệu sinh học quy mô 100 nghìn E5 50 nghìn B5/năm bảo đảm đáp ứng 0,4% nhu cầu xăng dầu nước Đến năm 2015, sản lượng ethanol dầu thực vật đạt 250 nghìn (pha triệu E5, B5), đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu nước Đến năm 2025, Sản lượng ethanol dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu nước - Các nhiệm vụ chủ yếu: Nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ (RD), triển khai sản xuất thử sản phẩm (P) phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học; Hình thành phát triển ngành công nghiệp sản xuất NLSH; Xây dựng tiềm lực phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học Hợp tác quốc tế lĩnh vực NLSH - Các giải pháp thực hiện: Đẩy mạnh việc triển khai ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất, khuyến khích thực chuyển giao công nghệ tạo lập môi trường đầu tư phát triển sản xuất nhiên liệu sinh học; Tăng cường đầu tư đa dạng hoá nguồn vốn để thực có hiệu nội dung Đề án; Tăng cường xây dựng sở vật chất kỹ thuật đào tạo nguồn nhân lực phục vụ nhu cầu phát triển nhiên liệu sinh học; Hoàn thiện hệ thống chế, sách, văn quy phạm pháp luật để phát triển nhiên liệu sinh học; Mở rộng tăng cường hợp tác quốc tế để học hỏi kinh nghiệm phát triển nhiên liệu sinh học; Nâng cao nhận thức cộng đồng phát triển nhiên liệu sinh học 10 Công nghệ chuyển hóa sản xuất metanol Metanol thu thông qua trình chuyển hóa khí tổng hợp Để thu khí tổng hợp từ nguyên liệu sinh khối, người ta tiến hành khí hóa sinh khối điều kiện áp suất nhiệt độ cao Khí tổng hợp sau khử bỏ tạp chất đưa vào lò phản ứng có xúc tác để tạo thành metanol Công nghệ trước sử dụng xúc tác kẽm cromat điều kiện áp suất cao (300 - 1000 atm) nhiệt độ cao (khoảng 400oC), thực pha khí CH4 + H2O → CO +3H2 (3.2) CO + 2H2 → CH3OH (3.3) CO2 + H2 → CH3OH (3.4) Công nghệ chủ yếu tiến hành pha lỏng với xúc tác hợp lý nhiệt độ áp suất thấp cho hiệu cao Công nghệ chuyển hóa metanol cho phép đạt hiệu suất tới 95% Sử dụng metanol Metanol ứng dụng hầu hết loại xe cộ sử dụng nhiên liệu riêng pha trộn với xăng Metanol có số xetan thấp (5 so với 50 diezel dầu mỏ) nên tinh chất đánh lửa kém, khó thích hợp với động diezel, nhiên nhờ số octan cao nên sử dụng thay xăng động xe ô tô lại cho kết tốt 20 Hầu 1,2 tỉ galon metanol sản xuất Mỹ sử dụng làm nguyên liệu sản xuất MTBE (metylterbutyleter) phụ gia xăng Để làm nhiên liệu trực tiếp, metanol phù hợp cho số loại xe có động hoạt động với tỷ số nén cao Metanol sử dụng làm chất chống đông đường ống dẫn dầu, làm dung môi, làm nguyên liệu sản xuất hóa chất vật liệu khác (chất dẻo, gỗ dán, sơn, chất nổ, …) Metanol có tính độc cao dễ cháy, cháy không thành lửa nên cần cẩn thận tiếp xúc sử dụng Bảng đưa số so sánh metanol MTBE xăng Bảng 3.2: So sánh số tiêu gữa metanol, xăng MTBE Đặc tính nhiên liệu MetanolMTBE Xăng Công thức hóa học CH3OH C4H9- (Quy ước) Trọng lượng phân tử 32 (kg/kmol) Chỉ số octan (RON) Chỉ số octan (MON) Chỉ số xetan Áp lực bay Reid (kPa) 15oC 110 92 31,7 0,73 OCH3 C8H15 88 111 116 97 100 86 - 57 75 0,74 0,75 21 Khối lượng riêng (kg/l) 19,8 15oC 35,2 41,3 15,6 26,0 31 6,5 - 14,7 65 53 30 – 190 Giá trị calo thấp (MJ/kg) 15oC Giá trị calo thấp (MJ/l) 15oC Tỉ lệ không khí/ nhiên liệu (kg không khí/ kg nhiên liệu) Nhiệt độ sôi (oC) 3.3.Sản xuất diezel sinh học (biodiezel) Dầu diezel có nguồn gốc hữu gọi biodiezel phân biệt với diezel nguồn gốc dầu mỏ gọi petrodiezel Biodiezel sản xuất từ dầu thực vật mỡ động vật Dầu thực vật ép từ loại hạch hạt chứa dầu từ lâu sử dụng làm nhiên liệu Việc sản xuất dầu thực vật làm nhiên liệu chạy xe cộ giống sản xuất dầu ăn Hiện châu Âu, dầu thực vật làm nguyên liệu sản xuất biodiezel chủ yếu có nguồn gốc từ hạt cải dầu biodiezel mang tên este metylic (hay metyleste) hạt cải dầu (còn gọi RME - rapeseed metylester) Nguyên liệu sinh khối 22 Dầu thực vật sử dụng sản xuất biodiezel thường chiết tách từ loại hạt số có dầu mỡ động vật hạt cải dầu, đậu tương, cọ, hướng dương cải hoa vàng, tảo, dầu thực vật thải công nghệ sản xuất dầu ăn, mỡ lò mổ… Người ta cho dầu thực vật nguồn sản xuất biodiezel chất lượng cao nguồn nguyên liệu khan hiếm, mà nguồn dầu thực vật thải, mỡ động vật (biolipid) chí rêu, tảo nguồn nguyên liệu bổ sung đầy hứa hẹn, trình tiền xử lý phức tạp Công nghệ chuyển hóa biodiezel Hạt sinh khối chứa dầu thực vật sử dụng sản xuất biodiezel ép chiết dung môi (như hexan) để tách dầu Phương pháp sau cho suất dầu hiệu cao Dầu thực vật sử dụng thẳng làm nhiên liệu diezel cho động diezel với điều kiện phải cải tiến động thích hợp loại dầu có số đặc tính bất lợi động bình thường (độ nhớt cao, không ổn định nhiệt, có chứa nước số xetan thấp) Người ta khắc phục nhược điểm dầu thực vật phương pháp este hóa để biến phân tử cấu trúc mạch nhánh dầu (triglyxerit) thành phân tử cấu trúc mạch thẳng nhỏ (metyleste), phù hợp với thành phần diezel dầu mỏ Metyleste dầu thực vật biodiezel Phần lớn metyleste sản xuất thông qua trình este hóa dầu thực vật với xúc tác metanol Triglixerit dầu thực vật tác dụng với metanol với có mặt xúc tác Quá trình este hóa xảy nhiệt độ từ 50 - 66 oC, áp suất 1,4 bar, hệ thống lò kín 23 Bước trình sản xuất biodiezel trộn metanol với chất xúc tác - thường NaOH (hoặc KOH) để tạo natri (hoặc kali) metoxit Lượng metanol cần dư để đảm bảo chuyển hóa hoàn toàn triglyxerit dầu thực vật thành este, phản ứng xảy với axit béo tự dầu xà phòng hóa Hỗn hợp xúc tác/ metanol rót vào bình phản ứng kín để tránh bay metanol Sau dầu thực vật bổ sung Khuấy hỗn hợp, để yên từ - Nồng độ axit béo tự nước phải xử lý hợp lý, nồng độ cao gây khó khăn trình xà phòng hóa khó tách glyxerin phụ phẩm Sau dầu thực vật este hóa, hỗn hợp trung hòa axit Metanol thu hồi tái sử dụng.Trong hỗn hợp lại hai sản phẩm biodiezel glixerin, nên hình thành lớp bình phản ứng Glyxerin nặng bên tách khỏi bình với xà phòng trung hòa Muối kali thu từ trình trung hòa thu hồi để làm phân bón Glyxerin tinh khiết lại sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp mỹ phẩm dược phẩm Sau tách glyxerin, dung dịch màu vàng hổ phách metyleste Metyleste rửa nước để khử tạp chất lại Độ tinh khiết metyleste thu đạt khoảng 98% Có thể thu metyleste tinh khiết xử lý phương pháp chưng cất Biodiezel bảo quản lâu dài dầu thực vật sử dụng cho động diezel Về nguyên tắc sản xuất biodiezel từ dầu ăn thải mỡ động vật tương tự với dầu thực vật ép thẳng Tuy nhiên dầu ăn thải thường không ổn định hàm lượng nước lẫn axit béo tự dầu, trước este hóa cần xác định rõ hàm lượng thành phần để xử lý bổ sung xúc tác metanol cho hợp lý 24 Mỡ động vật triglyxerin với hàm lượng khác dầu thực vật nên cần điều chỉnh trước este hóa Quá trình este hóa để sản xuất biodiezel sử dụng xúc tác axit hầu hết biodiezel ngày sản xuất với xúc tác kiềm nhiệt độ phản ứng thấp, hiệu suất thu hồi sản phẩm cao, thời gian phản ứng phản ứng phụ mức thấp Sử dụng biodiezel Biodiezel phù hợp với động diezel, độ nhớt, khối lượng riêng lẫn số xetan giống với diezel dầu mỏ Bảng cho thông số so sánh biodiezel diezel dầu mỏ Bảng 3.3: So sánh số tiêu biodiezel (RME) diezel Đặc tính nhiên liệu BiodiezeDiezel l RME Công thức hóa học Trọng lượng phân tử (kg/kmol) Chỉ số xetan Khối lượng riêng (kg/l) Metylest (Quy e 296 54 ước) C12H26 170 - 200 50 25 15oC 0,88 0,84 Trị giá calo (MJ/kg) ở37,3 42,7 15oC 32,8 35,7 32,8 14,53 Trị giá calo (MJ/l) 15oC Tỉ lệ không khí/ nhiên(20oC) liệu (kg không khí/ kg nhiên liệu) Hàm lượng oxy (Wt%) Độ nhớt (mm2/ giây) 9,2 - 11 7,4 - 0,6 77 91 - 135 20oC Điểm cháy (oC) Các loại xe chạy động diezel thông thường cần phải cải tiến sử dụng biodiezel làm nhiên liệu Biodiezel cho chất lượng đánh lửa tốt, hiệu suất động cao hơn, phát thải giảm mùi chạy xe gây khó chịu cho số người Các tiêu chuẩn đảm bảo biodiezel sử dụng tốt động diezel là: - Biodiezel phải có độ tinh khiết cao - Khử bỏ hết glyxerin 26 - Khử bỏ hết cồn - Khử bỏ hết xúc tác - Không axit béo tự Các thông số quy định tiêu chuẩn ASTM D 7651 Biodiezel tinh khiết (B100) sử dụng pha trộn với diezel dầu mỏ Bản thân biodiezel dung môi nên sử dụng loại B100 nhiều gây hại cho động xe Thông thường xe cộ Mỹ áp dụng tỷ lệ pha trộn B20 (20% biodiezel 80% diezel dầu mỏ) Các tỉ lệ pha chế khác B2, B5 * Lợi ích sử dụng biodiezel: - Không độc - nguồn lượng tái tạo, dễ phân hủy sinh học - Làm giảm đáng kể mức gây ô nhiễm so với diezel dầu mỏ: + Lưu huỳnh: -100% (không chứa lưu huỳnh) + Bụi: -55 - (-94%) + Các chất gây ung thư: + CO2: + Phát tán hydro (gây hại tầng ozon): + CO: -94% -80% -55 - (-95%) -45% - Có thể sản xuất nước, giảm lệ thuộc vào dầu nhập ngoại, tăng việc làm 27 - Có thể sản xuất rẻ từ nguồn phế thải - Sử dụng thẳng pha trộn tỉ lệ với diezel dầu mỏ cách thuận lợi đem lại hiệu suất động cao - Có thể phân phối diện rộng nhờ hạ tầng sở phân phối nhiên liệu sẵn có - Tiềm trở thành nhiên liệu thay lớn - Có thể làm dung môi cho công việc khác tẩy rửa - Dễ bảo quản - Ít độc diezel dầu mỏ 10 lần 3.4.Sản xuất dimetyl ete (DME) Dimetyl ete (DME) chất khí không màu có công thức hóa: CH 3-OCH3, loại ete đơn giản sử dụng dụng chủ yếu làm tác nhân khí phun hộp phun Điều trội DME để trở thành nhiên liệu hấp dẫn thay diezel khả chất giảm phát thải NO x sử dụng làm nhiên liệu Hơn nữa, chất sản xuất từ nguồn nguyên liệu đa dạng, sinh khối khí tự nhiên Công nghệ sản xuất DME chủ yếu thông qua đường khí hóa sinh khối thu syngas (syngas hỗn hợp hai khí cacbonmonooxit hidro) làm nguyên liệu Nguyên liệu sinh khối 28 DME sản xuất thông qua nguồn nguyên liệu gỗ thông qua đường khí hóa sinh khối thu syngas Công nghệ sản xuất DME DME ete đơn giản sản xuất trực tiếp từ nguồn syngas chứa CO H2 Các phương pháp nghiên cứu vòng chục năm trở lại cho phép điều chế DME trực tiếp từ CO H xúc tác đặc biệt (có thể tổng hợp xúc tác mang Al2O3) 2CO + 4H2 → CH3– O –CH3 + H2O (3.5) So với loại xăng truyền thống nhiên liệu DME có nhiều ưu việt giảm thiểu lượng CO2 NOx phát thải, không sinh SO2 Song điều quan trọng đầu vào để sản xuất DME CO H tương đối dễ kiếm, từ nhiều nguồn nguyên liệu khác khí tự nhiên, than đá, dầu nặng phế thải, khí metan tận thu từ trình xử lý chất thải…thông qua trình khí hóa Hạn chế dạng nhiên liệu việc sử dụng chúng phức tạp DME sản xuất từ nguồn metanol tinh khiết Việc sản xuất thực nhờ trình khử nước nhờ xúc tác: 2CH3OH → CH3 - O - CH3 + H2O (3.6) Trước tiên, metanol gia nhiệt lên tới nhiệt độ 250 oC hệ thống trao đổi nhiệt đưa vào lò phản ứng Phản ứng phát nhiệt xảy lò DME hình thành Các sản phẩm phản ứng có nhiệt độ 365 oC trước rời khỏi lò Sau làm nguội, DME tách khỏi nước, metanol thành phần khác Sản phẩm cuối tinh chế Người ta thường kết hợp sản xuất metanol DME trình 29 Như nói, trước dùng làm nhiên liệu, DME chủ yếu sử dụng làm vật liệu khí phun thay CFCs hộp phun Hiện DME giữ vai trò chủ yếu ứng dụng này, chiếm tới 90% lượng DME sản xuất toàn cầu DME sử dụng làm chất cải thiện khả đánh lửa động chạy metanol Ngoài DME sử dụng làm nhiên liệu cho nhà máy phát điện phục vụ nhu cầu dân dụng (nấu ăn sưởi ấm), nhiên thị trường chưa phát triển Sử dụng DME DME thích hợp với động diezel nhiệt độ đánh lửa thấp số xetan hợp lý Bảng cung cấp thông số so sánh DME diezel Bảng 3.4: So sánh số tiêu DME dầu diezel Đặc tính nhiên liệu DME Diezel Công thức hóa học CH3OCH3 C12H26 Trọng lượng phân tử (kg/kmol) 46 170 - 200 Chỉ số xetan 55 - 60 50 Khối lượng riêng (kg/l) 15oC 0,67 (20oC) 0,84 Trị giá lượng thấp (MJ/kg) 15oC 28,4 42,7 Trị giá lượng thấp (MJ/l) 15oC 18,8 35,7 30 Tỉ lệ không khí/ nhiên liệu (kg không khí/ kg nhiên liệu) 9,0 14,53 Nhiệt độ tự đánh lửa (oC) 235 250 Chỉ số xetan DME cao diezel dầu mỏ nên thời gian đánh lửa ngắn cháy hơn, không tạo bồ hóng động diezel Đây ưu DME Ngoài động diezel chạy DME giảm tiếng ồn Nhược điểm nhiên liệu nhiệt lượng thấp diezel Các tính chất lý học DME giống với LPG DME chất khí nhiệt độ áp suất không khí, 20oC áp suất bar, chất lỏng Điểm sôi áp suất thường -25oC DME trộn với nhiều dung môi hữu hòa tan tốt nước DME sạch, không chứa lưu huỳnh, nitơ kim loại nặng DME không trộn lẫn với diezel lắp thêm phận phụ trợ vào động diezel sử dụng DME Vì chất khí điều kiện áp suất nhiệt độ thường nên phải dùng bình áp suất để chứa DME lỏng Điều có nghĩa xe trạm phân phối nhiên liệu cần phải trang bị loại bình chịu áp suất Cần lưu ý áp suất bơm DME từ thùng vào động phải nâng cao hơn, từ 12 30 bar, để tránh chúng bị tạo thành DME an toàn metanol, cháy với lửa nhìn thấy đặc biệt chúng độc Ngoài nguồn nhiêu liệu sinh học ứng dụng từ nhiều nguồn nhiên liệu phong phú khác sống Trong báo cáo Bộ công thương “ Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 tầm nhìn đến 31 năm 2025” nêu loạt đề tài lĩnh vực mà nhà khoa học Việt Nam hướng tới nhằm tạo nguồn nhiên liệu sinh học phục vụ cho sống Có thể kể tới số đề tài tiêu biểu cho lĩnh vực như: Nghiên cứu áp dụng công nghệ sản xuất etanol nhiên liệu từ gỗ phế liệu nguyên liệu giấy trường Đại học Bách Khoa Hà Nội chủ trì, nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất nhiên liệu điezel sinh học gốc từ nguồn dầu thực vật thải Viện Khoa học công nghệ Quân chủ trì, nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học diseoho phương pháp pha trộn etanol kĩ thuật 96% vào dầu điezen Học viện Kĩ thuật Quân chủ trì…do khẳng định với quan tâm nhà nước với nỗ lực nhà khoa học việc phát triển ứng dụng nguồn nhiên liệu sinh học Việt Nam tương lai có bước tiến đáng kể KẾT LUẬN Cả giới đứng trước nguy thiếu lượng Những vấn đề xảy nguồn lượng hóa thạch hoàn toàn cạn kiệt? Bức tranh môi trường sống toàn cầu tới không kìm hãm bớt tốc độ phát thải ô nhiễm 32 tại?? Hàng loạt câu hỏi chờ câu trả lời Có ý kiến cho rằng, nhiều quốc gia toàn cầu thiếu đói; đất trồng lương thực thiếu, lấy đâu đất để trồng phục vụ sản xuất lượng sinh học Song vấn đề vừa phải đảm bảo an ninh lương thực, vừa phải đảm bảo an ninh lượng giảm ô nhiễm môi trường quốc gia giới quan tâm riết thực Từng quốc gia đưa sách khác để đảm bảo mục tiêu Để giải nguồn nguyên liệu sinh khối sản xuất lượng sinh học, lương thực, quốc gia có nguy thiếu nhiều lượng tìm kiếm nguồn trồng khác canh tác đất hoang hóa, cạn, nước, đồng thời tích cực tìm kiếm công nghệ thu hiệu suất cao, tiết kiệm nguyên liệu, hạ giá thành TÀI LIỆU THAM KHẢO Thạc sĩ Kiều Đình Kiểm, Các sản phẩm dầu mỏ hóa dầu, NXB KHKT, Hà nội 2005 33 Nguyễn Minh Thảo, tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 2005 Kỹ sư Cù Việt Cường, báo cáo tổng kết đề tài độc lập cấp nhà nước : Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học có pha etanol số hợp chất có nguồn gốc dầu thực vật, Hà Nội 2006 Kỹ sư Nguyễn Thành Vinh, Đồ án: Nghiên cứu pha chế dầu nhũ cắt gọt kim loại từ dầu thực vật, đồ án tốt nghiệp Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội 2009 Đề án: “phát triển nhiên liệu sinh học tới năm 2015 tầm nhìn đến năm 2025” Bộ Công thương, Hà Nội năm 2011 Những phương pháp tổng hợp nhiên liệu sinh học,tài liệu internet hoahocngaynay.vn 34 [...]... hạn chế + Nguồn nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ các sản phẩm nông nghiệp nên phải chịu sức ép từ vấn đề an ninh lương thực 2.3.Ứng dụng của nhiên liệu sinh học Ngày nay nguồn nhiên liệu sinh học có thể sử dụng thay thế một phần cho các nguồn năng lượng hóa thạch, có thể dùng để chạy các loại động cơ truyền thống Có thể sử dụng nguồn nhiên liệu này để pha trộn với các nguồn nhiên liệu hóa thạch nhằm... công thương về “ Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 và tầm nhìn đến 31 năm 2025” đã nêu ra một loạt các đề tài các lĩnh vực mà các nhà khoa học Việt Nam đang hướng tới nhằm tạo ra nguồn nhiên liệu sinh học phục vụ cho cuộc sống Có thể kể tới một số đề tài tiêu biểu cho lĩnh vực này như: Nghiên cứu áp dụng công nghệ hiện đại để sản xuất etanol nhiên liệu từ gỗ phế liệu nguyên liệu giấy... cacbon (kể cả sinh khối) hoặc phân ly nước bằng dòng điện hay thông qua quá trình quang hóa dưới tác dụng của một số vi sinh vật; Các sản phẩm khí khác từ quá trình nhiệt phân và khí hóa sinh khối (các loại khí cháy thu được trong quá trình nhiệt phân gỗ) 2.2.Ưu điểm nhược điểm của nhiên liệu sinh học - Ưu điểm: + Giảm thiểu ô nhiễm môi trường vì nguyên liệu sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học là cồn... sử dụng làm nhiên liệu cho xe ô tô từ lâu, đặc biệt là ở Mỹ Metanol có thể sản xuất từ khí tổng hợp - sản phẩm khí hóa sinh khối và các nguồn khác đồng thời cũng có thể đi từ khí tự nhiên Metanol được sản xuất từ nguồn nguyên liệu đi từ sinh vật đang được khuyến cáo phát triển sử dụng làm nguyên liệu tái tạo thay thế nhiên liệu dầu mỏ Nguyên liệu sinh khối Metanol có thể được sản xuất từ sinh khối,... thực vật, không chứa các hợp chất thơm, hàm lượng lưu huỳnh cực thấp, không chứa chất độc hại Nhiên liệu sinh học khi thải vào đất bị phân hủy sinh học cao gấp 4 lần so với nhiên liệu dầu mỏ và do đó giảm được rất nhiều tình trạng ô nhiễm + Nguồn nguyên liệu đầu vào cho quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học có thể sản xuất từ các phế phẩm hoặc sản phẩm của nông nghiệp, do vậy nó khuyến khích nông... chế biến vật liệu nguồn gốc sinh học như: + Bioalcohol - các loại rượu nguồn gốc sinh học, ví dụ: bioetanol từ đường mía, ngô đang được sử dụng làm nhiên liệu hoặc phụ gia pha xăng tại Braxin, Mỹ và một vài nước khác; biometanol (hiện đang được sản xuất chủ yếu từ khí tự nhiên, song có thể đi từ sinh khối) + Dầu mỡ các loại nguồn gốc sinh học, đã được sử dụng làm nhiên liệu chạy động cơ diezel Ví dụ:...II.NHIÊN LIỆU SINH HỌC (BIOFUEL) 2.1 Định nghĩa và phân loại Nhiên liệu sinh học (biofuel) là loại nhiên liệu có nguồn gốc từ sinh khối có thể là từ các sinh vật sống hoặc sản phẩm phụ từ quá trình chuyển hóa của chúng (ví dụ như phân gia súc) Chúng thuộc loại năng lượng tái tạo... trường Đại học Bách Khoa Hà Nội chủ trì, nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất nhiên liệu điezel sinh học gốc từ nguồn dầu thực vật thải do Viện Khoa học công nghệ Quân sự chủ trì, nghiên cứu xây dựng quy trình và công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học diseoho bằng phương pháp pha trộn etanol kĩ thuật 96% vào dầu điezen do Học viện Kĩ thuật Quân sự chủ trì…do vậy có thể khẳng định với sự quan. .. điểm: 12 + Nhiên liệu sinh học còn chưa phù hợp với các loại động cơ hiện nay, nên việc triển khai ứng dụng còn nhiều khó khăn Để có thể thích ứng nguồn nhiên liệu này cho các loại động cơ hiện nay đòi hỏi những nghiên cứu cải tiến các dạng động cơ truyền thống + Việc triển khai thương mại hóa nguồn nhiên liệu này chưa được đầu tư quan tâm đúng mức nên việc đưa vào sử dụng rộng rãi nguồn nhiên liệu này... trở thành nhiên liệu hấp dẫn thay thế diezel là khả năng chất này giảm phát thải NO x khi sử dụng làm nhiên liệu Hơn nữa, chất này có thể được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu đa dạng, như sinh khối và khí tự nhiên Công nghệ sản xuất DME hiện nay chủ yếu thông qua con đường khí hóa sinh khối thu syngas (syngas là hỗn hợp của hai khí là cacbonmonooxit và hidro) làm nguyên liệu Nguyên liệu sinh khối