Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu biodiesel dầu cọ đến đặc tính làm việc và phát thải của động cơ diesel hiện đại

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT LPG Liquefied Petroleum Gas - Khí dầu mỏ hóa lỏng Biogas Khí sinh học Biomas Khí hóa sinh khối Biodiesel Loại nhiên liệu tái tạo AVL5402 Loại động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

MAI KHÁNH VĂN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU

BIODIESEL DẦU CỌ ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ

PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS HOÀNG ĐÌNH LONG

HÀ NỘI – NĂM 2014

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 9

1 Đặt vấn đề 9

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 9

3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 10

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL 11

1.1 Vấn đề thiếu nhiên liệu và ô nhiễm môi trường của động cơ đốt trong 11

1.2 Khái quát về nhiên liệu thay thế trên động cơ đốt trong 15

1.3 Nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel 18

CHƯƠNG II NHIÊN LIỆU BIODIESEL VÀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG 20

2.1 Khái quát về nhiên liệu biodiesel 20

2.1.1 Khái niệm về nhiên liệu biodiesel 20

2.1.2 Các nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu biodiesel 21

2.1.3 Các phương pháp sản xuất nhiên liệu biodiesel 24

2.2 Đặc điểm của nhiên liệu biodiesel 27

2.2.1 Các thông số kỹ thuật của nhiên liệu biodiesel 27

2.2.2 Đặc điểm nhiên liệu biodiesel dầu cọ 29

2.2.3 Ưu nhược điểm của nhiên liệu biodiesel so với diesel gốc hóa thạch… 29

2.3 Tình hình sử dụng nhiên liệu biodiesel trên thế giới và tại Việt Nam 34

2.3.1 Trên thế giới 34

2.3.2 Tại Việt Nam 38

CHƯƠNG III: THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ VỚI BIODIESEL TỪ DẦU CỌ 39

3.1 Mục đích thử nghiệm 39

3.2 Trang thiết bị thử nghiệm 39

3.2.1 Động cơ thử nghiệm 39

3.2.2 Nhiên liệu thử nghiệm 41

3.2.3 Băng thử AVL và các thiết bị đi kèm 43

3.2.4 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 48

3.2.5 Thiết bị đo áp suất khí thể trong xi lanh 50

3.2.6 Thiết bị phân tích khí thải 52

3.3 Quy trình thử nghiệm 57

3.4 Kết quả thử nghiệm và thảo luận 59

3.4.1 Đánh giá đặc điểm cháy của nhiên liệu biodiessel 59

3.4.2 Đánh giá chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ 61

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72

TÀL LIỆU THAM KHẢO 73

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu

trong luận văn là trung thực/

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

LPG Liquefied Petroleum Gas - Khí dầu mỏ hóa lỏng

Biogas Khí sinh học

Biomas Khí hóa sinh khối

Biodiesel Loại nhiên liệu tái tạo

AVL5402 Loại động cơ diesel hiện đại trang bị hệ thống phun nhiên liệu tích

áp (common rail)

AVL Băng thử

Hydrocacbon: Nhiên liệu gốc hóa thạch

HC Nhiên liệu không cháy hết

PM Particulale Matter - Chất thải dạng hạt

r Hệ số khí sót

QH Nhiệt trị thấp

ASTM Hiệp hội thử nghiệm và vật liệu Hoa Kỳ

Soybean Dầu cây đậu nành

SME Soy methyl Esters - Loại ester thông dụng nhất được sử dụng tại Mỹ Palm tree Dầu cây cọ

PME Palm methyl ester - Loại ester thông dụng ở đông nam Á

Rapeseed Dầu cây cải dầu

RME Rapeseed methyl ester - Loại este thông dụng nhất được sử dụng

ở châu Âu

Jatropha Dầu cây cọc rào

G168, G188: Giống cọc rào cao sản

AACF Australian Aid for Cambodia Fund - Sự hỗ trợ của chính phủ

Campuchia và một quỹ của Úc

NLSH Nhiên liệu sinh học

THA100 Cơ cấu điều khiển tải (thanh răng bơm cao áp)

AVL 753 Hệ thống làm mát nhiên liệu

AVL 554 Hệ thống làm mát dầu bôi trơn

AVL577 Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ của nước làm mát FEM Chuyển đổi tín hiệu số và tín hiệu tương tự CVS Hệ thống lấy mẫu

CEB II Tủ phân tích khí xả

PT100 Bộ cảm biến nhiệt độ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Hàm lượng dầu của một số loài thực vât sản xuất biodiesel 22

Bảng 2.2: Một số đặc tính chọn lọc của diesel và biodiesel 33

Bảng 3.1: Tính chất của các mẫu nhiên liệu 42

Bảng 3.2:Thông số kỹ thuật của một số đầu đo áp suất kiểu sinh điện của hãng AVL 51

Bảng 3.3: Kết quả phân tích các mẫu nhiên liệu 57

Bảng 3.4: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu diesel 61

Bảng 3.5: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu biodiesel B5 62

Bảng 3.6: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu biodiesel B10 63

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất biodiesel từ các nguồn nguyên liệu khác

nhau 25

Hình 3.1 Mặt cắt dọc động cơ 1 xylanh 40

Hình 3.2 Mặt cắt ngang động cơ 1 xylanh 41

Hình 3.3 Cây cọ dầu ở Phú Thọ và các nước Đông Nam Á 42

Hình 3.4 Băng thử AMK cùng động cơ và các trang thiết bị thí nghiệm đi kèm…43 Hình 3.5 Phòng điều khiển và tủ phân tích khí CEBII 44

Hình 3.6 Cụm làm mát dầu bôi trơn AVL554 và sơ đồ nguyên lý 45

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống 577 45

Hình 3.8 Sơ đồ lắp đặt hệ thống giữ ổn định nhiệt độ nhiên liệu AVL753 46

Hình 3.9 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL-733S 49

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý đo tiêu hao nhiên liệu AVL-733S 49

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp suất (a) và sơ đồ cấu tạo đầu đo áp suất (b) của hãng AVL 50

Hình 3.12 Sơ đồ khối thiết bị đo áp suất khí thể trong xi lanh động cơ 52

Hình 3.13 Tủ phân tích khí và màn hình hiển thị kết quả phân tích 53

Hình 3.14 Sơ đồ bộ phân tích khí CO 53

Hình 3.15 Hệ thống đo NOx và NO 54

Hình 3.16 Thiết bị đo HC 57

Hình 3.17 So sánh diễn biến áp suất khí thể của động cơ chạy với nhiên liệu diesel, biodiessel B5 và B10 với cùng góc phun sớm 27 độ góc quay trục khuỷu 59

Hình 3.18 So sánh diễn biến áp suất khí thể khi chạy với diesel góc phun sớm 27 độ và chạy với biodiessel B5, góc phun sơm 25,5 độ và B10, góc phun sớm 25 độ 60

Hình 3.19 So sánh công suất động cơ khi chạy với các nhiên liệu B5, B10 và diesel

ở cùng các điều kiện tải và tốc độ 66 Hình 3.20 So sánh suất tiêu hao nhiên liệu động cơ khi chạy với các nhiên liệu B5, B10 và diesel ở cùng các điều kiện tải và tốc độ 67 Hình 3.21 So sánh phát thải HC của động cơ khi chạy với các nhiên liệu B5, B10

và diesel ở cùng các điều kiện tải và tốc độ 68 Hình 3.22 So sánh phát thải CO của động cơ khi chạy với các nhiên liệu B5, B10

và diesel ở cùng các điều kiện tải và tốc độ 69 Hình 3.23 So sánh phát thải NOx của động cơ khi chạy với các nhiên liệu B5, B10

và diesel ở cùng các điều kiện tải và tốc độ 70 Hình 3.24 So sánh phát thải CO2 của động cơ khi chạy với các nhiên liệu B5, B10

và diesel ở cùng các điều kiện tải và tốc độ 71

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Những năm gần đây, với việc phát triển của các ngành công nghiệp và sự bùng nổ dân số, nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu ngày càng gia tăng Điều đó đã làm cạn kiệt nhanh các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá, khí đốt và làm tăng ô nhiễm môi trường

do khí thải động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu truyền thống này Nhiều công trình nghiên cứu đã dự đoán rằng sau khoảng 50-100 năm nữa nguồn nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là dầu mỏ sẽ cạn kiệt Thêm nữa, cũng do tiêu thụ nhiên liệu gốc hóa thạch tăng cao nên

ô nhiễm môi trường từ khí xả độc hại của động cơ đốt trong ngày càng trầm trọng Theo đánh giá của bộ năng lượng Mỹ, 82% CO, 43% các khí hữu cơ và 57% NOx ở các thành phố Mỹ được phát ra từ các phương tiện vận tải sử dụng nhiên liệu nguồn gốc hóa thạch Đốt nhiên liệu hóa thạch còn làm tăng hiệu ứng nhà kính gây biến đổi khí hậu và ảnh hưởng xấu đến sinh quyển toàn cầu Các vấn đề trên đã thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu phương pháp sử dụng nguồn năng lượng hiện có một cách thông minh hơn và đồng thời phát triển các nguồn nhiên liệu thay thế hay nhiên liệu mới, sạch và có thể tái tạo được

Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu hướng tới thay thế một phần nhiên liệu xăng và diesel bằng các loại nhiên liệu khác gọi là nhiên liệu thay thế Nhiên liệu thay thế dùng cho động cơ đốt trong có thể là hydro, khí dầu mỏ hóa lỏng(LPG), khí thiên nhiên, khí sinh học (biogas), khí hóa sinh khối (biomas), cồn và đặc biệt các dạng nhiên liệu biodiesel (biodiesel) Trong đó, các dạng nhiên liệu biodiesel là loại nhiên liệu tái tạo rất có tiềm năng phát triển để sử dụng cho động cơ diesel, nhất là các phương tiện vận tải Trong số này, dầu thực vật như dầu cọ được sử dụng khá rộng rãi làm nguyên liệu sản xuất nhiên liệu biodiesel

Do vậy việc nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu biodiesel từ dầu cọ trên động

cơ diesel có một ý nghĩa thực tiễn lớn để làm cơ sở phát triển và sử dụng đại trà loại nhiên liệu này trên các động cơ hiện hành Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu biodiesel dầu cọ đến đặc tính làm việc và phát thải của động cơ diesel hiện đại“ là nhằm hướng tới mục tiêu trên

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

a) Mục đích nghiên cứu: Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu biodiesel dầu cọ

trên động cơ diesel qua việc đánh giá ảnh hưởng của nhên liệu này đến đặc điểm làm việc và phát thải của động cơ

b) Đối tượng nghiên cứu: Động cơ nghiên cứu AVL5402, một loại động cơ diesel

hiện đại trang bị hệ thống phun nhiên liệu tích áp (common rail) điều khiển bằng

điện tử với ECU mở và thử nghiệm với hỗn hợp nhiên liệu diesel hóa thạch và biodiesel dầu cọ

c) Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tính năng làm việc và phát thải của động cơ

chạy với các mẫu hỗn hợp nhiên liệu biodiesel dầu cọ - diesel khoáng với tỷ lệ pha trộn biodiesel thấp (5-10%) và không thay đổi kết cấu động cơ

3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm của nhiên liệu biodiesel, phương pháp sản xuất và sử

dụng trên động cơ diesel

- Nghiên cứu thực nghiệm động cơ chạy các mẫu nhiên liệu biodiesel dầu cọ

trên băng thử AVL

- Đánh giá tính năng làm việc và phát thải của động cơ và đề xuất phương

hướng sử dụng loại nhiên liệu này trên các động cơ khác nhau

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm và phân tích

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ TRÊN ĐỘNG CƠ

DIESEL

1.1 Vấn đề thiếu nhiên liệu và ô nhiễm môi trường của động cơ đốt trong

Như đã biết, động cơ đốt trong hiện hành đang sử dụng nhiên liệu truyền thống là nhiên liệu gốc hóa thạch (Hydrocacbon) Quá trình cháy nhiên liệu này trong động cơ là quá trình ôxy hoá nhiên liệu, giải phóng nhiệt năng diễn ra trong buồng cháy động cơ theo những cơ chế hết sức phức tạp và chịu ảnh hưởng của nhiều thông số Quá trình cháy đã sinh ra các hợp chất trung gian phức tạp và nhiều thành phần độc hại

Ở điều kiện lý tưởng, sự đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch với ôxy của không khí sẽ sinh ra các sản phẩm cháy không độc hại như CO2, H2O như ở phương trình phản ứng cháy sau đây:

Tuy nhiên trong động cơ, trạng thái cân bằng hoá học lý tưởng đối với sự cháy

là khó có thể xảy ra bởi vì thời gian cho quá trình oxi hoá rất ngắn Hơn nữa, sự thiếu đồng nhất của hỗn hợp nhiên liệu, sự thay đổi rất nhanh của nhiệt độ và ảnh hưởng của các yếu tố khác cũng dẫn đến sinh ra quá trình ôxy hoá không hoàn toàn

Do đó, trong sản phẩm cuối cùng của khí thải sẽ chứa các chất sau: CO2, H2O, H2,

CO, O2 (dư), C-H-O (an-đê -hít), CmHn (còn gọi là HC là nhiên liệu không cháy hết), NOx, các chất thải dạng hạt (Particulale Matter viết tắt là PM), và các hợp chất chứa chì Pb (đối với động cơ dùng xăng pha chì), các hợp chất chứa lưu huỳnh (đối với động cơ diesel) Trong số các chất này, CO, HC, NOx, PM rất độc hại đối với môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe của con người nên được gọi là thành phần độc hại

Hiện nay sự gia tăng nhanh chóng các phương tiện vận tải và thiết bị động lực

sử dụng động cơ đốt trong đang làm tăng khối lượng và tốc độ tiêu thụ nhiên liệu Điều đó đang gây nguy cơ cạn kiệt nhanh nguồn nhiên liệu gốc hóa thạch xăng và diesel và đồng thời gây ô nhiễm môi trường trầm trọng do khối lượng lớn các chất độc hại nói trên phát ra từ khí thải và tác gây động xấu đến sự phát triển kinh tế xã hội của đất nước

Do đó, đã có nhiều công trình nghiên cứu các giải pháp khắc phục các vấn đề thiếu nhiên liệu và ô nhiễm khí thải này Trong đó, một số giải pháp mang tính truyền thống thường tập trung nghiên cứu biện pháp tối ưu hóa kết cấu động cơ để giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm phát thải của động cơ sử dụng nhiên liệu hóa thạch, một số giải pháp mới thì hướng tới nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay thế là các loại nhiên liệu có tiềm năng về trữ lượng và ít gây ô nhiễm Các giải pháp này được tóm tắt như sau:

a) Tối ưu hóa kết cấu động cơ chạy nhiên liệu truyền thống

- Tạo xoáy lốc và chuyển động rối trong buồng cháy:

Xoáy lốc và chuyển động rối trong buồng cháy tạo thuận lợi cho quá trình hoà trộn và cháy của hỗn hợp, tạo điều kiện cho nhiên liệu cháy kiệt và mở rộng giới hạn cháy, nhờ đó giảm tiêu hao nhiên liệu và phát thải Xoáy lốc có thể tạo từ quá trình nạp do đường ống nạp có dạng khí động học như hình xoắn ốc hoặc có hướng tiếp tuyến với xylanh Ngoài ra, đối với động cơ có số xupáp lớn hơn 2 có thể dùng hai đường nạp Để tạo xoáy và rối trong buồng cháy có thể dùng kết cấu chèn trên đỉnh piston

- Thiết kế buồng cháy thích hợp:

Diện tích chèn trên đỉnh piston có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo xoáy lốc trong quá trình nén, chiều dầy lớp biên lạnh giảm nên giảm được hiệu ứng dập tắt màng lửa sát vách và giảm được CmHn

- Thiết kế cơ cấu phối khí thích hợp:

Thiết kế hệ thống đường nạp thải tối ưu về khí động, lựa chọn được góc phối khí tối ưu khi thiết kế nhằm đạt được chất lượng của quá trình trao đổi khí cao nhất, cụ thể là thải sạch và nạp đầy, tạo điều kiện tạo thành hỗn hợp sạch nên tăng được giới hạn của 

Để tăng hệ số nạp, các nhà thiết kế đã đưa ra phương án thay cơ cấu điều khiển đóng mở xu-páp kiểu cơ khí cam-lò xo bằng van điện từ Hệ số nạp tăng là do xu-páp hầu như chỉ có hai trạng thái đóng và mở nên tiết diện thời gian của xu-páp tăng lên đáng kể

máy thì không nên chạy ở chế độ tay số và tốc độ thấp nếu có thể (trường hợp này hay gặp khi kẹt xe, tắc đường ) Để cho trong xy lanh chỉ diễn ra quá trình công tác như ở chế độ tải lớn, nhằm mục đích giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm độc hại trong khí thải, một số hãng đã chế tạo động cơ có thể cắt một số xy lanh khi động cơ chỉ cần phát ra công suất nhỏ (tải nhỏ) Gần đây, hãng Mercedes-Benz đã đưa ra hai loại động cơ chữ V 8 và 12 xy lanh dùng cho ô-tô du lịch Đối với động cơ 12 xy-lanh, khi tải nhỏ, thông qua một cơ cấu cơ - điện - thuỷ lực nhánh chữ V bên trái gồm 6 xy lanh xe bị cắt không phun nhiên liệu và dừng cơ cấu phối khí để cắt quá trình trao đổi khí

- Bố trí bu-gi và số xu páp hợp lý

Nếu buồng cháy gọn và bu-gi đặt ở tâm so với các xu páp trong trường hợp một xy lanh có 3, 4 hoặc 5 xu-páp, kết hợp với xoáy lốc do chọn diện tích chèn thích hợp nên nhiên liệu cháy kiệt hơn nên CmHn nhỏ Một biện pháp khác để cho quãng đường lan truyền màng lửa ngắn là dùng nhiều bu-gi cho mỗi xy lanh

Đối với trường hợp xy lanh có 4 hoặc 5 xu-páp, đường nạp có dạng cong để tạo xoáy lốc và chia làm hai nhánh Ở chế độ tải nhỏ, lưu lượng ít, nhưng do chỉ có một nhánh làm việc nên cường độ xoáy lốc vẫn đủ lớn, do đó cải thiện quá trình hoà trộn và tạo thành hỗn hợp Khi tải lớn, nhánh thứ hai được đưa vào làm việc để bảo đảm nạp đầy hỗn hợp

- Chọn tỷ số nén  thích hợp

Tỷ số nén  là một thông số rất quan trọng của động cơ Nói chung, khi tăng 

thì hiệu suất của động cơ tăng, ge giảm có nghĩa là giảm phát thải CO2 Tuy nhiên,

do nhiệt độ cực đại trong quá trình cháy tăng dẫn tới tăng NOx

- Áp dụng luân hồi khí thải:

Để giảm NOx, một số động cơ dùng phương pháp luân hồi khí thải, thực chất

là đưa một phần sản vật cháy trở lại để đốt Do hoà trộn với một lượng khí thải có nhiệt độ cao nên nhiệt độ của môi chất trong quá trình nén tăng, đảm bảo cho hỗn hợp được đốt cháy dễ dàng Mặt khác nồng độ ôxy khi đó giảm và nhiệt độ trong quá trình cháy nhỏ nên nồng độ NOx tạo thành trong khí thải sẽ giảm rõ rệt Đó là mục đích chính của biện pháp này Người ta chia phương pháp luân hồi khí thải thành hai loại là luân hồi nội tại và luân hồi bên ngoài

Luân hồi nội tại dựa trên cơ sở góc trùng điệp của xu-páp 1 + 4 lớn Trong giai đoạn trùng điệp, do chênh lệch áp suất, một lượng sản vật cháy trong xy lanh sẽ

đi vào đường nạp sau đó trong quá trình nạp quay trở lại xylanh Biện pháp này không những làm giảm NOx mà còn giảm được CmHn vì sản vật cháy luân hồi sẽ chiếm các vị trí sát vách trước tiên, do đó giảm lượng khí nạp mới sát vách

Luân hồi bên ngoài là phương pháp trích một phần khí thải từ đường thải quay trở lại đường nạp để hoà trộn với khí nạp mới trên đường nạp vào động cơ Để điều chỉnh lượng khí thải luân hồi sao cho phù hợp, trên đường luân hồi có bố trí van tiết lưu 6 được điều khiển bởi bộ điều chỉnh 5 Tỷ lệ khí luân hồi càng lớn thì NOx càng giảm

Tuy nhiên, khí thải luân hồi sẽ làm cho hỗn hợp bẩn hơn cũng tương tự như trường hợp hệ số khí sót r lớn dẫn tới làm giảm tính kinh tế của động cơ nói chung

và động cơ không thể phát ra công suất cực đại ở chế độ toàn tải Do đó, phương pháp luân hồi khí thải chỉ dùng ở chế độ tải nhỏ Mặt khác, ở chế độ không tải, khí thải cũng không được đưa trở lại để đốt, vì khi đó hỗn hợp có thể quá nghèo không cháy được, động cơ sẽ bị chết máy

b) Xử lý khí thải

Xử lý khí thải là dùng công nghệ đặc biệt để ô xi hóa các thành phần CO và

HC và khử NOx trong khí thải để giảm các thành phần độc hại này đến mức yêu cầu trước khi thải ra môi trường Có thể sử dụng các biện pháp xử lý khí thải như sau:

- Hỗ trợ phản ứng tiếp trên đường thải: Có thể cấp thêm không khí vào đường thải để phản ứng tiếp CO, HC; hoặc giữ nhiệt đường ống thải để tăng thời gian phản ứng giảm CO, HC và NOx

- Xử lý khí thải bằng bộ xử lý xúc tác: Nhờ những chất trung gian gọi là các chất xúc tác, tốc độ các phản ứng ô xy hoá hoặc khử các thành phần độc hại tăng lên

mà không cần nhiệt độ cao hơn 10000 K Tuỳ theo cấu tạo và cách bố trí mà phân biệt các loại bộ xử lý khác nhau như sau:

+ Bộ xử lý xúc tác hai đường hay bộ xử lý xúc tác ô xy hóa là bộ xử lý để giảm CO và HC Trong trường hợp này NOx được khử ở một bộ xúc tác khác trước khi khí thải đi qua bộ xử lý ô xy hóa

+ Bộ xử lý xúc tác ba đường là bộ xử lý có thể đồng thời xử lý tới 90% cả ba chất độc hại chính là CO, HC và NOx

c) Dùng nhiên liệu thay thế

Hiện nay, để khắc phục tình trạng thiếu nhiên liệu hóa thạch và ô nhiễm môi trường, người ta đang hướng tới phát triển và sử dụng các loại nhiên liệu khác xăng

và diesel được gọi là nhiên liệu thay thế Các nhiên liệu này phải là nhiên liệu có trữ lượng lớn hoặc có khả năng tái tạo và thường là nhiên liệu có hàm lượng phát thải độc hại ít để có thể khắc phục được hai vấn đề trên

1.2 Khái quát về nhiên liệu thay thế trên động cơ đốt trong

Các loại nhiên liệu thay thế được tập trung nghiên cứu phát triển và sử dụng trên các động cơ đốt trong hiện hành là các loại nhiên liệu như khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hóa lỏng, nhiên liệu sinh học cồn ethanol, methanol, biodiesel, khí sinh khối Các loại nhiên liệu này có thể được sử dụng độc lập để thay thế hoàn toàn nhiên liệu truyền thống hoặc hòa trộn với nhiên liệu truyền thống để thay thế một phần nhiên liệu truyền thống và được gọi là nhiên liệu thay thế

Nhiên liệu thay thế hiện nay được sử dụng khá đa dạng, nó bao gồm các loại chính sau:

a) Khí thiên nhiên

Khí thiên nhiên thường được tích trữ ở dạng khí nén để sử dụng cho động cơ

và được gọi là khí thiên nhiên nén (CNG) CNG có thành phần chủ yếu là CH4 - metane (chiếm 85%- 95%) được lấy từ những mỏ khí thiên nhiên, mỏ dầu (khí đồng hành) hoặc khí nhà máy (thu được trong quá trình sản xuất của các nhà máy lọc dầu), qua xử lý và nén ở áp suất cao (200 đến 250 bar) để tồn trữ vào bồn chuyên dụng và vận chuyển tới các hộ tiêu thụ là các nhà máy có sử dụng nhiệt năng, các khu chung cư… Do thành phần đơn giản dễ xử lý để loại bỏ các hợp chất độc hại như SOx, NOx, CO2, không có benzene và hydrocarbon thơm kèm theo, nên khi đốt nhiên liệu này không giải phóng nhiều khí độc như SO2, NO2, CO…, và hầu như không phát sinh bụi Vì vậy, việc sử dụng CNG làm nhiên liệu thay thế các nhiên liệu truyền thống như than, xăng dầu sẽ giảm ô nhiễm môi trường và giảm chi phí CNG có đặc điểm tạo hỗn hợp và cháy tương tự như xăng nên thường được sử dụng rộng rãi trên động cơ đốt cháy cưỡng bức, cụ thể là sử dụng trên động cơ xăng làm nhiên liệu thay thế cho xăng

b) Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG:

Khí dầu mỏ hóa lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ (Liquefied Petroleum Gas - LPG) là khí thu được từ quá trình chế biến dầu được hóa lỏng Thành phần hóa học chủ yếu của khí hóa lỏng LPG hỗn hợp gồm Propane C3H8 và Butane C4H10 được nén theo tỷ lệ % Propane / %Butane

Trong thực tế, thành phần hỗn hợp các chất có trong khí hóa lỏng LPG không thống nhất Tùy theo tiêu chuẩn của các nước, của các khu vực mà tỉ lệ thành phần

trong LPG khác nhau, có khi tỉ lệ giữa Propane và Butane thường là 50/50 hay 30/70 hoặc có thể theo một số tỷ lệ khác

Ngoài ra, tùy thuộc vào phương pháp chế biến mà trong thành phần của nó còn

có thể có mặt một lượng nhỏ olefin như propylen, butylen LPG được phát hiện và

sử dụng từ những năm đầu thế kỷ 19, đến những năm 50 của thế kỷ 20 Ngày nay, LPG được sử dụng thay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống như than, điện… Việc sử dụng sản phẩm này mang đến nhiều ưu điểm thiết thực như chất lượng sản phẩm đồng đều, tiện lợi và tiết kiệm Do thành phần chủ yếu của LPG là Propane và Butane nên tính chất của LPG chính là tính chất của Propane và Butane LPG có các đặc tính sau:

- Là một chất khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất môi trường

- Dưới áp suất khí quyển, LPG được hóa lỏng ở nhiệt độ -30 0C Tuy nhiên trong thực tế sử dụng, LPG thường được tích trữ ở trạng thái bão hòa, áp suất tuyệt đối của LPG trong bình chứa phụ thuộc vào nhiệt độ, ví dụ áp suất của LPG trong bồn chứa là 4,4 bars ở 150C, là 1,7 bars ở -150C và 12,5 bars là 500C

- Khi sử dụng là một chất lỏng không mùi (nhưng được tạo mùi để dễ phát hiện khi có sự cố rò rỉ)

- Là một loại chất đốt có nhiệt lượng rất lớn, nhiệt độ ngọn lửa cao (1890 đến

19350C)

- Có tỉ trọng nhẹ hơn nước: 0,53 đến 0,58kg/lít

- Nhiệt trị thấp: QH = 46MJ/kg (tương đương 11.000 Kcal/kg)

- Tỉ số không khí/nhiên liệu cân bằng lý thuyết A/F: 15,5

- Chỉ số Octan: 95÷105

- Tỉ lệ hóa hơi của khí lỏng trong không khí tăng thể tích khoảng 250 lần

- Nhiệt độ ngọn lửa khi cháy: Butane : 1900 0C; Propane: 1935 0C

- Tỷ số bén lửa của Propane (chỉ số octane từ 104 đến 110) là từ 2,4% đến 9,6% trong không khí, nhiệt độ tự bốc cháy là 855 F (457 0 C) Sự giãn nở của LPG vào khoảng 0,25%/ 0C, do đó ta phải luôn chứa khí LPG ở khoảng 80% thể tích bồn chứa trong cùng một khối lượng nhiên liệu Ở 15 0C và dưới áp suất 1013 mbar :

- 1kg LPG ở trạng thái lỏng chiếm một thể tích khoảng 1,5 dm3; 1dm3 ở trạng thái lỏng tương đương với một thể tích 242 dm3 LPG ở trạng thái khí

- LPG không độc hại, tuy nhiên không nên hít vào với số lượng lớn vì nó có thể làm say hay ngạt thở Cũng không nên bước vào nơi có đầy hơi LPG vì ngoài nguy hiểm do tính dễ cháy còn có thể nghẹt thở do thiếu oxy

Ngoài ra, hàm lượng Propane trong thành phần hóa học của LPG còn quyết định áp suất hơi trong bình chứa LPG Nếu hàm lượng Propane càng nhiều thì áp suất hơi càng cao, nhiệt trị cao, sử dụng được triệt để lượng LPG trong bình chứa đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ môi trường thấp Khi sử dụng với một lưu lượng lớn thì bình sẽ bị hạ nhiệt độ nhanh, do đó nếu loại LPG đang sử dụng có thành phần Propane ít thì do áp suất hơi giảm nhanh làm cho lưu lượng LPG thoát ra sẽ giảm nhanh không đáp ứng nhu cầu sử dụng Để khắc phục hiện tượng trên, khí hóa lỏng LPG có tiêu chuẩn riêng về thành phần của nó Tiêu chuẩn này tùy thuộc vào mỗi quốc gia, mỗi khu vực khác nhau

Hỗn hợp hơi LPG và không khí có tính chất cháy tương tự hỗn hợp hơi xăng

và không khí nên LPG cũng thường được sử dụng trên động cơ đánh lửa cưỡng bức

và thường được làm nhiên liệu thay thế trên động cơ xăng

c) Cồn

- Ethanol là một loại cồn có đặc tính cháy khá tốt nên cũng có thẻ sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong Cồn ethanol được sản xuất bằng cách lên men các loại tinh bột, đường từ các nguồn khác nhau rồi trưng cất lấy thành phần tinh khiết

Ví dụ như:

+ Xenluloza Ethanol: Xác thực vật thân gỗ là một trong những ưu tiên số 1 để chiết xuất thành nhiên liệu Ethanol Bằng phương pháp sinh học, nguyên liệu này được xử lý trong môi trường hơi axít sau đó ngâm trong bồn nước nóng vài ngày

Vi khuẩn và các loại enzym hoạt động tích cực phá vỡ các phân tử gỗ (xenluloza) thành một loại đường (xylose) giúp lên men toàn bộ xác thực vật và công đoạn cuối cùng là chưng cất thành Ethanol

+ Etanol từ cây ngô: Ở nhiều nước ngô là nguồn lương thực quan trọng để làm thức ăn gia xúc, hay sản xuất cồn công nghiệp vì hàm lượng tinh bột trong hạt ngô rất lớn tuy nhiên thân cây ngô có thể tận dụng như là một phế phẩm nông nghiệp để sản xuất ethanol một nguồn nguyên liệu xenlulozer vừa rẻ vừa dễ kiếm Bằng cách xử lý thân cây ngô với dung dịch axit yếu nhằm tạo ra đường sau đó lên men và chưng cất để tạo thành ethanol

- Butanol: Giống như Ethanol, quá trình chiết xuất Butanol cũng từ xác thực vật thuộc họ cây có đường, tuy nhiên được thực hiện dựa trên khía cạnh biến đổi di

truyền học của thực vật Các loại vi khuẩn sẽ giúp lên men và biến đường thô thành cồn Không nhờ đến nước, butanol sinh học đậm đặc hơn nên dễ chứa cũng như dễ vận chuyển Butanol là nhiên liệu rất quan trọng cho ngành công nghiệp chế tạo tên lửa Trước đó theo cách chiết xuất truyền thống chỉ lấy được Butanol từ dầu mỏ

d) Dầu tảo

Dầu tảo là một trong những nguyên liệu của tương lai bởi tính hiệu quả của nó nhưng cần một thời gian nữa để những công nghệ mang tính phức tạp có thể áp dụng rộng rãi vào cuộc sống Loại tảo dùng để sản xuất dầu có thể sống khỏe mạnh trong môi trường đậm đặc CO2 và giàu chất hữu cơ (như trong nước thải công nghiệp) cùng với việc sử dụng ánh sáng mặt trời để quang hợp chúng sẽ phát triển tốt và cho ra loại dầu có chất lượng có thể sử dụng để đốt trực tiếp trong các động

cơ diesel Đây là ưu điểm nổi trội của tảo vì vừa giảm khí thải nhà kính vừa có thể tạo thêm năng lượng

e) Dầu mía

Đường thô từ mía và các loại cây cùng họ có phản ứng rất mạnh với các chất xúc tác cứng để loại bỏ ôxy trong các phân tử đường và tạo thành năng lượng hydrocarbon Bằng phương pháp tinh chế truyền thống, việc tách các phân tử đường thô khá đơn giản, từ đó người ta đã chiết được các loại nhiên liệu như xăng, dầu diesel và khí như chúng ta đã biết

Mía và các loại cây chứa đường cho năng lượng rất sạch mà quá trình chiết xuất không quá phức tạp Tuy nhiên so với các loại thực vật khác thì việc sử dụng đường thô làm nhiên liệu có giá thành cao hơn Việc tận dụng phế thải của ngành công nghiệp đường là bã mía sẽ là khả thi hơn nhiều với giá nguyên liệu gốc xenlulozor rẻ và phương pháp sản xuất không quá phức tạp

f) Diesel sinh học (biodiesel)

Biodiesellà một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật Biodiesel nói riêng, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng tái tạo Nhìn theo phương diện hóa học thì biodiesellà methyl este của những axít béo

1.3 Nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel

Khác với động cơ xăng là động cơ đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện, động

cơ diesel là động cơ tự cháy do nén nên thường có tỷ số nén cao hơn nhiều so với

động cơ xăng và các loại nhiên liệu dùng cho động cơ diesel cần có đặc điểm tương

tự nhiên liệu diesel là có độ nhớt tương tự và có tính tự cháy tốt (số xê tan cao) Do

đó, nhiên liệu thích hợp nhất có thể sử dụng làm nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel là các loại nhiên liệu biodiesel, tiếp đến là các loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật đã được sơ chế để đạt độ nhớt thích hợp Các loại nhiên liệu này có thể được pha trộn vào nhiên liệu diesel hóa thạch với các tỷ lệ khác nhau hoặc được sử dụng như nhiên liệu diesel và thay thế hoàn toàn nhiên liệu diesel trên động cơ tùy thuộc vào sự thay đổi kết cấu động cơ

Ngoài ra, một số nhiên liệu khác như cồn, CNG, LPG hay khí sinh khối cũng

có thể được sử dụng khi thiếu nhiên liệu diesel Tuy nhiên do các loại nhiên liệu này

có trị số ốc tan cao và số xê tan thấp khó tự cháy nên thường chỉ được sử dụng cùng với nhiên liệu diesel để thay thế một phần nhiên liệu diesel theo nguyên tắc sự khởi tạo quá trình cháy vẫn là từ nhiên liệu diesel tự cháy, còn nhiên liệu thay thế thì bắt lửa sau khi nhiên liệu diesel tự cháy Trong số này, các loại nhiên liệu lỏng như cồn ethanol hay methanol thường được pha trộn trước với nhiên liệu diesel trong bình chứa với một tỷ lệ nhất định trước khi cung cấp vào động cơ Còn các loại nhiên liệu khí như CNG, LPG hay khí sinh khối thì thường được cấp vào động cơ và tạo hỗn hợp đồng nhất với không khí trước khi nhiên liệu diesel phun vào khởi tạo quá trình cháy và bắt lửa sang đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu thay thế này

CHƯƠNG II NHIÊN LIỆU BIODIESEL VÀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG

2.1 Khái quát về nhiên liệu biodiesel

2.1.1 Khái niệm về nhiên liệu biodiesel

Theo tiêu chuẩn ASTM (Hiệp hội thử nghiệm và vật liệu Hoa Kỳ) thì nhiên

liệu Biodiesel được định nghĩa như sau: “Biodiesel là các mono alkyl Ester của các acid mạch dài có nguồn gốc từ các lipit có thể tái tạo lại như dầu thực vật hay mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel”

Như vậy biodiesel là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel hóa thạch nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật Biodiesel nói riêng, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng tái tạo Nhìn theo phương diện hóa học thì biodiesel là methyl este của những axít béo

Bản chất của biodiesel là sản phẩm Ester hóa giữa methanol hoặc ethanol và acid béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật

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

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

* Nếu đi từ dầu cây cải dầu (rapeseed) và methanol thì ta thu được RME (rapeseed methyl ester) Đây là loại este thông dụng nhất được sử dụng ở châu Âu

* Nếu sản xuất từ dầu cây cọ (palm tree) và methanol thì ta thu được PME (palm methyl ester) Đây là loại ester thông dụng ở đông nam Á., đặc biệt là ở Malaysia, Indonesia và Thailand Việt Nam cũng có tiềm năng lớn về sản xuất và phát triển nguồn biodiesel này

Để sản xuất biodiesel người ta pha khoảng 10% methanol vào dầu thực vật và dùng nhiều chất xúc tác khác nhau (đặc biệt là hiđrôxít kali, hiđrôxít natri và các ancolat) Ở áp suất thông thường và nhiệt độ vào khoảng 60°C liên kết este của glyxêrin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo sẽ được este hóa với mêtanol Chất glyxêrin hình thành phải được tách ra khỏi dầu biodieselsau đấy

Việc sử dụng trực tiếp dầu thực vật và mỡ làm nhiên liệu cho động cơ diesel gặp những khó khăn như quá trình hóa hơi nhiên liệu ở nhiệt độ thấp kém gây trở ngại cho quá trình khởi động, quá trình cháy không hoàn toàn dẫn đến giảm công

suất của động cơ, độ nhớt cao làm nghẽn filter, gây khó khăn cho hệ thống phun nhiên liệu Dầu thực vật và đặc biệt là mỡ động vật có độ nhớt cao gấp khoảng 11 -

17 lần so với nhiên liệu diesel

2.1.2 Các nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu biodiesel

Thái Lan ưu tiên cho việc sản xuất biodiesel từ dầu cọ, hiện nay Thái Lan sản xuất biodiesel từ dầu cọ với sản lượng 500.000 lít/ngày, họ dự kiến đến năm 2020

sẽ nâng công suất loại biodiesel này lên 8,5 triệu lít/ngày với tổng diện tích trồng cọ lên 10 triệu rai (1,6 triệu hecta) Chính phủ Thái Lan rất coi trọng việc phát triển nhiên liệu sinh học, cụ thể là ngày 19/2/2007 bộ năng lượng Thái Lan đã quyết định thành lập văn phòng phát triển năng lượng sinh học thuộc Cục phát triển năng lượng thay thế và hiệu quả năng lượng DAEDE

-Vừng: Cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, hiện đang trồng đại trà tại Nghệ

An, Thanh Hóa, Gia Lai, An Giang Hiện nay vừng chủ yếu được xuất khẩu sang Nhật (cả hạt và dầu)

- Dừa: Diện tích trên 18000 ha, nhưng năng suất dầu thấp, tối đa đạt 1 tấn dầu / ha, bằng 1/4 so với dầu cọ Sản lượng dầu ép không cao vì cây dừa rất hiệu quả đối với nông dân các sản phẩm khác như cơm dừa sấy, xơ dừa, than gáo dừa, thủ công mỹ nghệ từ gỗ dừa… nên giá từ dừa trái tăng

- Đậu nành: Trồng thử nghiệm ở Củ Chi ( đạt khoảng 2,5 tấn /ha), Lâm Đồng đạt 3,5- 5 tấn /ha Khi trồng thử nghiệm các thế hệ lai, năng suất đã tăng đáng kể

Do đó hướng dương trở thành nguồn nguyên liệu có triển vọng

- Bông vải: theo chính sách Nhà nước về tự túc 70% nguyên liệu dệt may, diện tích trồng cây bông sẽ phát triển nhanh chóng Diện tích 2003, 2005, 2010 tương ứng là 33000 ha, 60000 ha, và 12000 ha Dầu hạt bông cải có thể là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biodiesel

Bảng 1.1: Hàm lượng dầu của một số loài thực vât sản xuất biodiesel

- Mỡ động vật dưới nước chứa hàm lượng axit béo không no thuộc nhóm om êga-3 tương đối lớn, ở thể lỏng trong điều kiện nhiệt độ bình thường

Nước ta thuộc vùng nhiệt đới, có nhiều sông nước nên nghề nuôi và chế biến thủy sản phát triển mạnh về cả chất và lượng, không chỉ phục vụ nhu cầu trong nước mà còn hướng đến xuất khẩu Trong đó phải kể đến nghề nuôi và chế biến cá

da trơn ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long Hoạt động chế biến các sản phẩm từ

cá da trơn thải ra ngoài một lượng lớn các phế phẩm, ảnh hưởng lớn đến môi trường.Việt Nam là quốc gia xuất khẩu cá basa mạnh trên thế giới Năm 2007 sản lượng cá đạt trên 800.000 tấn/năm tương ứng với lượng mỡ cá trên 200.000 tấn/năm

và dự kiến năm 2008 sẽ đạt hơn 1 triệu tấn/năm tương ứng với lượng mỡ cá khoảng 300.000 tấn/năm

Sau khi phân tích thành phần hóa học của mỡ cá, hàm lượng axit béo không

no chủ yếu là axit oleic trong mỡ cá tra chiếm 55,5% và mỡ cá basa chiếm 62% Kết quả này cho thấy có thể sử dụng mỡ cá tra và cá basa làm nguyên liệu để sản xuất biodiesel Tuy nhiên, mỡ cá basa làm nguyên liệu sản xuất biodiesel có nhiều

ưu điểm hơn so với mỡ cá tra nên biodiesel đi từ mỡ cá basa sử dụng tốt hơn ở nhiệt

độ thấp Sản xuất biodiesel từ mỡ cá tra và basa là một hướng đi có triển vọng của đồng bằng sông Cửu Long và có nhiều khả năng sản xuất quy mô lớn vì ở đây có nguồn nguyên liệu dồi dào, ổn định, giá rẻ và có tiềm năng phát triển Việc đầu tư sản xuất biodiesel tại chỗ từ phụ phẩm của cá sau khi xuất khẩu sẽ mở ra một ngành công nghiệp mới cho vùng này, tạo ra một nguồn nhiên liệu mới không ô nhiễm và

có thể tái tạo được phục vụ sản xuất, đời sống cư dân trong vùng

Theo ghi nhận của nhiều người dân ở các khu vực nuôi cá tra, ba sa tại đồng bằng sông Cửu Long, việc tận dụng mỡ các loại cá này để sản xuất dầu sinh học đã giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường rất nhiều Hơn nữa, một số người dân sử dụng dầu biodiesel do các công ty của Việt Nam sản xuất cho biết, nếu sử dụng liên tục, máy móc chạy êm, mát máy, khói thải ít, có mùi dễ chịu

Hiện nay đã có khá nhiều công ty tại Việt Nam nghiên cứu việc chế biến mỡ

cá tra, cá basa làm nhiên liệu biodiesel Điển hình là công ty trách nhiệm hữu hạn Minh Tú ở phường Phước Thới, quận Ô Môn, thành phố Cần Thơ đã mày mò nghiên cứu và sản xuất ra được dầu biodiesel từ mỡ cá tra, cá basa theo một quy trình công nghệ tự động hoá khép kín an toàn Công ty đã thử nghiệm thành công việc tạo ra dầu biodiesel từ mỡ cá tra, cá basa trong phòng thí nghiệm từ năm 2004

Cứ 1kg mỡ cá tra, cá basa đã tinh chế pha một ít methanol và dùng chất xúc tác hydroxit kali, hydroxit natri sẽ cho ra 1 lít dầu biodiesel Ở áp suất thông thường và nhiệt độ 600oC, nếu thêm 16% chất glyxêrin là có thể tạo ra một nguyên liệu sản xuất mỹ phẩm và dược phẩm

Dầu biodiesel do công ty trách nhiệm hữu hạn Minh Tú sản xuất đã thử mẫu tại phòng phân tích của công ty liên doanh dầu khí Mekong, đạt gần 100% yêu cầu theo tiêu chuẩn Việt Nam và các nước trên thế giới Hiện công ty này đã khởi công xây dựng nhà máy sản xuất dầu biodiesel theo công nghệ tự động hoá và khép kín với tổng vốn đầu tư trên 12 tỷ đồng Công ty cũng đã ký hợp đồng với công ty DUONG SOPHEA, vương quốc Campuchia, xuất khẩu trên 2 triệu lít dầu

Công ty chế biến và xuất khẩu cá basa An Giang, cũng đã nghiên cứu sản xuất thành công dầu biodiesel từ mỡ cá tra, cá ba sa và xây dựng nhà máy sản xuất mỡ cá

ba sa mang tên F8 (Factory 8) có tổng diện tích trên 2 ha tại huyện Châu Thành, tỉnh Tiền Giang với vốn đầu tư thiết bị lên tới 10 tỷ đồng Một số nhà máy khác ở miền Tây Nam bộ tự xây dựng hoặc liên kết xây dựng để chế biến mỡ cá tra, cá basa thành biodiesel cũng đã được thành lập và đầu tư quy trình công nghệ Riêng, Trường Đại học Bách khoa TPHCM cũng có một số đề tài nghiên cứu việc sản xuất biodiesel từ các nguyên liệu dầu mỡ các loại phế thải và đang có kế hoạch sản xuất thử nghiệm, chuyển giao cho các nhà máy sản xuất biodiesel

Phát triển năng lượng sinh học vừa đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nước nguồn nhiên liệu bổ sung, thay thế, vừa kích thích phát triển nông nghiệp Đặc biệt

là việc bảo vệ môi trường

Nước ta đặt mục tiêu đến năm 2020¸ 2025 phải sản xuất được 4,5 - 5 triệu tấn (xăng, diesel pha cồn và biodiesel), chiếm 20% nhu cầu xăng dầu cả nước

2.1.3 Các phương pháp sản xuất nhiên liệu biodiesel

a) Phương pháp sấy nóng nhiên liệu

Đây là phương pháp sấy nóng dầu thực vật hoặc mỡ động vật để giảm độ nhớt của nó về gần độ nhớt thích hợp của nhiên liệu đáp ứng yêu cầu làm việc của động

cơ Độ nhớt của nhiên liệu sẽ giảm khi nhiệt độ tăng Phương pháp này đơn giản nhưng không hiệu quả vì để dầu thực vật và mỡ đạt được độ nhớt cần thiết cho nhiên liệu diesel thì đòi hỏi nhiệt độ khá cao (ví dụ như đối với dầu Canola ở nhiệt

độ môi trường thì độ nhớt của nó gấp 12 lần so với nhiên liệu diesel, ở nhiệt độ 80

0C thì độ nhớt vẫn còn gấp 6 lần so với nhiên liệu diesel), hơn nữa hệ thống gia nhiệt cho dầu không thể duy trì mãi khi động cơ không hoạt động, điều đó làm cho dầu sẽ bị đông lại đặc biệt là vào mùa đông, trước khi khởi động dầu cần phải được đốt nóng nên gây ra những bất tiện cho người lái xe

b) Phương pháp pha loãng dầu thực vật

Đây là một trong những phương pháp đơn giản làm giảm độ nhớt và làm tăng chỉ số cetan, có thể sử dụng diesel khoáng để làm môi chất pha loãng Khi đem pha loãng dầu thực vật với diesel khoáng sẽ tạo ra một hỗn hợp nhiên liệu mới từ dầu thực vật Đây là một hỗn hợp cơ học giữa dầu nhiên liệu dầu thực vật và diesel là một hỗn hợp đồng nhất và bền vững Các chỉ số đặc tính của hỗn hợp tùy thuộc vào

tỷ lệ thành phần giữa dầu thực vật và diesel

c) Phương pháp cracking

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

do đó độ nhớt sẽ giảm đi Xúc tác tiêu biểu sử dụng trong quá trình nhiệt phân là SiO2 và Al2O3 Nhược điểm của phương pháp là thiết bị sử dụng trong quá trình sản xuất khá đắt

Biodiesel cũng có thể được sản xuất bằng hydrocracking Những quá trình công nghệ mới đang được phát triển mà không tạo ra Glycerol Quá trình này bao gồm các công đoạn: hydrocracking, làm sạch bằng hydro và hydro hoá

Hiệu suất thu sản phẩm khoảng 75¸80% với chỉ số cetane cao (~100) Thành phần sulfur thấp hơn 10 ppm Nó phân rã 95% sau 28 ngày, trong khi đó dầu diesel phân rã 40% trong cùng một khoảng thời gian Lợi ích chính hơn những biodiesel khác là nó làm giảm lượng NOx Quá trình này sử dụng xúc tác hydro hoá và hydro tinh khiết thương mại thông thường Quá trình hydrocracking có thể là một lựa chọn thích hợp cho những nhà máy lọc dầu Phương pháp này có thể dễ dàng thích hợp với nhà máy lọc dầu nhờ vào nguồn hydro được tạo ra trong nhà máy Tuy nhiên, quá trình này vẫn chưa được áp dụng vào thực tế

d) Phương pháp nhũ tương hóa dầu thực vật

Nhiên liệu ban đầu là dầu thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt với thiết

bị tạo nhũ có thể tạo ra nhũ tương, dầu thực vật, rượu, trong đó các hạt rượu có kích thước 150nm được phân bố đều trong nhũ tương Nhiên liệu nhũ tương có độ nhớt tương đương dầu diesel, tỷ lệ rượu càng lớn thì độ nhớt nhũ tương càng giảm Tuy nhiên trong lúc này dễ tạo ra các hạt nhũ tương càng nhỏ, khả năng phân lớp nhũ tương tăng lên làm nhũ tương kém đồng nhất do đó cần có biện pháp bảo quản nhũ tương Nhiệt độ hóa hơi của rượu thấp nên một phần rượu bay hơi sẽ cản trở quá trình làm việc bình thường của hệ thống nhiên liệu

e) Phương pháp chuyển hóa este

Phản ứng chuyển hóa este là phản ứng giữa các acid béo trong dầu và mỡ và rượu tạo thành este (biodiesel) và Glycerol Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay để sản xuất biodiessel do sản phẩm thu được có những tính chất tương

tự như nhiên liệu diesel, và sản phẩm phụ Glycerol có giá trị sử dụng cao trong công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm Sơ đồ công nghệ sản xuất biodiesel từ các nguồn nguyên liệu khác nhau được thể hiện trên hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất biodiesel từ các nguồn nguyên liệu khác nhau

Dầu chưa tinh

Mỡ động vật, dầu

đã qua sử dụng …

có độ axit cao

Chưng cất metanol

Sản phẩm este hóa

Axit béo

tự do

Metanol ướt

Metanol ướt

Glixerin

nn Este

Metanol

ư ớt Nước

Nguyên liệu sau khi đã làm sạch, lọc, loại bỏ chất bẩn, trung hoà các axit béo

tự do sẽ được sử dụng Từ đó pha methanol hoặc ethanol vào chất béo (từ dầu thực vật hay mỡ động vật) và dùng xúc tác là những kiềm mạnh (NaOH hay KOH) hoặc Natrisilicat ở áp suất thông thường và nhiệt độ phù hợp Liên kết ester của glyxerin với axit béo trong dầu mỡ bị phá huỷ, các axit béo sẽ được ester hoá với methanol hoặc ethanol còn glyxerin được tách ra Qua chuyển đổi este, dầu biodiesel có độ nhớt thấp hơn nhiều so với dầu thực vật và có thể dùng làm nhiên liệu thay thế cho dầu diesel trên các động cơ diesel mà không cần thay đổi kết cấu động cơ

Quá trình sản xuất biodiesel thực chất là quá trình làm sạch nguyên liệu và thực hiện phản ứng este hóa chéo Ở phản ứng este hóa chéo thường phải có sự tham gia của chất xúc tác là axit mạnh như H2SO4 Đây là quá trình thuận nghịch nên nó diễn ra không hoàn toàn và khá chậm Do đó, để hiệu suất phản ứng cao thì ngoài tác nhân chất xúc tác thì cần phải tác động đến các nhân tố như nhiệt độ, áp suất, và nồng độ các chất phản ứng tham gia, đảm bảo sao cho các nhân tố này ở giá trị thích hợp và ổn định

2.2 Đặc điểm của nhiên liệu biodiesel

2.2.1 Các thông số kỹ thuật của nhiên liệu biodiesel

a) Chỉ số Cetan

- Chỉ số Cetan là đơn vị đo quy ước, dùng để đánh giá khả năng tự bốc cháy của các loại nhiên liệu diesel, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn cùng khả năng tự bốc cháy Hỗn hợp chuẩn này gồm 2 hidrocacbon :

n – Cetan C16H34 là chất có khả năng bắt cháy cao nhất với chỉ số quy định là

100 , khi được “hỗn hợp” chứa 100% thể tích n-Cetan

α - metyl naphtalen C11H10 là chất khí bốc cháy thấp nhất với chỉ số cetan quy định là 0

Những hợp chất có mạch thẳng thì dễ bốc 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 bị 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, động cơ chạy đều

ít rung giật hơn nhưng 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 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 động cơ biodiesel

e) Độ nhớt động học

Độ nhớt thể hiện khả năng kháng lại tính chảy của chất lỏng Thông số này phụ thuộc vào 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 bị để đốt cũng như làm tăng khả năng lắng cặn trong thiết bị Chính vì vậy các loại dầu mỡ động thực vật buộc phải chuyển thành biodiesel rồi mới đem đi sử dụng vì biodiesel có độ nhớt thấp hơn nhiều Ngoài ra còn có các chỉ số khác Tất cả các chỉ số này được nghiên cứu và xây dựng thành tiêu chuẩn cụ thể cho biodiesel

2.2.2 Đặc điểm nhiên liệu biodiesel dầu cọ

Nhiên liệu biodiesel dầu cọ được sản xuất từ tinh dầu (trilyceride) chiết xuất từ quả hoặc thân cây cọ dầu Có thể tóm tắt phản ứng xúc tác tạo nhiên liệu (methyl este) của nhiên liệu này như sau :

Tryglyceride + 3CH3OH  3CH3CO2R* + Glycerol

Ở đây, 3 phần tử methyl este 3CH3CO2R* có các chuỗi liên kết mạch thẳng R*

khác nhau của các nguyên tử các bon (C) và nguyên tử hydro (H) Glycerol (CH2OH-CHOH-CH2OH) sẽ được lọc tách ra khỏi methyl este

Theo các nhà sản suất nhiên liệu biodiesel, chi phí sản xuất biodiesel từ cọ dầu

rẻ hơn so với các sản xuất từ các nguồn nguyên liệu khác Canh tác cọ dầu chiếm diện tích trồng trọt ít hơn so với đậu tương Trên một hecta cọ dầu cho 6000 lít dầu, với đậu tương chỉ là 446 lít Vì vậy, nguồn nguyên liệu dồi dào sẽ là một thế mạnh rất lớn của việc sản xuất biodiesel cọ dầu Quá trình chuyển hóa dầu cọ với metanol tạo ra metyl este dầu cọ (biodiesel dầu cọ) nhờ sử dụng xúc tác Na2CO3 có năng xuất cao và không có tạp chất độc hại trong nhiên liệu Các tính chất của nhiên liệu cũng tương tự như các biodiesel sản xuất từ các nguồn khác

2.2.3 Ưu nhược điểm của nhiên liệu biodiesel so với nhiên liệu diesel hóa thạch

a) Về đặc tính kinh tế kỹ thuật

* Ưu điểm

Ưu điểm lớn của dầu biodiesel là nó có thể sử dụng trong các động cơ diesel bình thường mà không cần cải tạo lớn Biodiesel hòa trộn tốt với nhiên liệu diesel

và sự trộn này giữ được lâu Trong các hỗn hợp có hàm lượng biodiesel dưới 10%

có thể dùng thay thế trực tiếp nhiên liệu diesel trong hầu hết các động cơ mà không cần điều chỉnh động cơ hoặc hệ thông nhiên

Biodiesel có chỉ số cetane cao hơn so với diesel khoáng Đây là chỉ số chỉ đơn

vị đo khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel, trị số này có ý nghĩa quan trọng trong sự bốc cháy của nhiên liệu diesel là dễ hay khó, nếu càng cao thì khả năng bắt lửa và cháy càng tốt, động cơ chạy đều hơn ít rung giật hơn Đối với Diesel khoáng thì trị số này từ 50 tới 54 Do biodiesel là các alkyl mạch thẳng do vậy khả năng bẻ gãy các liên kết trong phân tử dễ hơn cần năng lượng nhỏ hơn so với diesel khoáng nên có trị số cetan cao hơn diesel khoáng vào khoảng 56 tới 58 Như vậy đây là loại nhiên liệu có khả năng đáp ứng được cho những động cơ cao tốc, đòi hỏi chất lượng

nhiên liệu tốt, khả năng tự bốc cháy cao mà không cần phải cho thêm phụ gia làm tăng chỉ số cetan

Biodiesel có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ Biodiesel ít có khả năng gây cháy nổ hơn so với diesel Khả năng bôi trơn cao nên làm giảm sự mài mòn của các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu cũng như các chi tiết khác trong động cơ hơn diesel khoáng Khả năng bôi trơn của nhiên liệu được đặc trưng bởi trị số HFRR, nói chung giá trị HFRR 500 khi không có phụ gia, nhưng giới hạn đặc trưng của diesel là 450 Do vậy diesel khoáng yêu cầu phải có phụ gia để tăng cường khả năng bôi trơn cho động cơ Trong khi đó HFRR của biodiesel vào khoảng 200 Như vậy biodiesel còn như một phụ gia tốt cho nhiên liệu diesel khoáng khi cho chúng hòa trộn vào nhau theo một tỷ lệ thích hợp Chính

vì vậy khi động cơ sử dụng biodiesel thì động cơ hoạt động êm hơn

Biodiesel an toàn trong quá trình bảo quản và vận chuyển nhưng cần chú ý một số điểm như nhiệt độ, áp suất…Do biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao trên

1100C cao hơn nhiều so với diesel khoáng (vào khoảng 600C), vì vậy tính chất nguy hiểm của nó thấp hơn trong quá trình bảo quản và vận chuyển

Do có tính năng tượng tự như dầu diesel nên nhìn chung khi sử dụng không cần cải thiện bất kì chi tiết nào của động cơ (riêng đối với các hệ thống ống dẫn, bồn chứa làm bằng nhựa ta phải thay bằng vật liệu kim loại)

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

* Nhược điểm

Khi dùng nhiên liệu biodiesel cho một xe cơ giới không thích nghi với diesel sinh học, nó sẽ phá hủy các ống dẫn nhiên liệu và các vòng đệm bằng cao su

Một vấn đề khác là việc nhiên liệu đi vào dầu động cơ tại các động cơ diesel

có bộ phun nhiên liệu trực tiếp Vấn đề này thường xảy ra trong thời gian vận hành khi động cơ được vận hành có những thời gian chạy không tải lâu dài Lượng nhiên liệu phun càng ít thì chất lượng phân tán của miệng phun càng giảm và vì thế có xu hướng hình thành những giọt nhiên liệu không cháy bám vào thành của xi lanh nhiều hơn và sau đó là đi vào hệ thống tuần hoàn bôi trơn Tại đây độ bền hóa học

kém của biodiesel là một nhược điểm: biodiesel bị phân hủy dần trong hệ tuần hoàn bôi trơn vì nhiệt độ cao tại đây, dẫn đến các chất cặn thể rắn hay ở dạng keo Vấn đề này và tính bôi trơn kém đi của dầu động cơ khi có nồng độ nhiên liệu cao có thể dẫn đến việc động cơ bị hao mòn nhiều hơn, vì thế mà khi vận hành bằng biodiesel

ta nên rút ngắn thời kỳ thay dầu

Một ưu điểm của biodiesel có thể lại trở thành nhược điểm khi được sử dụng thực tế ở các loại xe cơ giới: Dễ bị phân hủy bằng sinh học và kèm theo đó là không bền lâu Ôxy hóa và nước tích tụ sẽ làm xấu đi các tính chất của biodiesel sau một thời gian tồn trữ Vì thế mà biodiesel thường ít được khuyên dùng cho các xe ít được vận hành

Ngoài ra vì các động cơ diesel hiện hành được thiết kế để làm việc thích hợp

và tối ưu với nhiên liệu diesel truyền thống (diesel gốc hóa thạch) trong khi đặc điểm cháy của biodiesel có khác với diesel hóa thạch nên các động cơ diesel hiện hành không được chứng nhận là thích nghi với biodiesel Khi sử dụng, có thể có vấn đề với các bộ phận điện tử của động cơ, những thiết bị mà đã được điều chỉnh

để dùng với diesel thông thường Đặc biệt là những xe cơ giới được trang bị bộ lọc muội than trong khí thải thường hay có vấn đề vì những hệ thống này đã được điều chỉnh trước để tăng lượng nhiên liệu phun sau mỗi 500 đến 1.000 km nhằm đốt các hạt muội than trong bộ lọc

Kinh nghiệm trong lĩnh vực giao thông vận tải cho thấy là việc sử dụng biodiesel nhiều năm có thể dẫn đến hư hỏng bơm nhiên liệu, đặc biệt là ở những động cơ có bộ phận bơm, phun nhiên liệu trực tiếp vì tronh nhiên liệu có hàm lượng

ô xy cao và nhiên liệu thường hút nước nên có một hàm lượng nước nhất định gây

an mòn các vật liệu tiếp xúc

Biodiesel có nhiệt độ đông đặc cao hơn diesel gây khó khăn cho các nước có nhiệt độ vào mùa đông thấp Tuy nhiên đối với các nước nhiệt đới, như Việt Nam chẳng hạn thì ảnh hưởng này không đáng kể

Không chỉ có vậy, bio disel có nhiệt trị thấp hơn so với diesel và trở ngại lớn nhất của việc thương mại biodiesel trước đây là chi phí sản suất cao Do đó làm cho giá thành biodiesel khá cao, nhưng với sự leo thang giá cả nhiêu liệu như hiện nay thì vấn đề này không còn là rào cản nữa

Hiện nay biodiesel thường được sản xuất chủ yếu là theo mẻ Đây là điều bất lợi vì năng suất thấp, khó ổn định được chất lượng sản phẩm cũng như các điều kiện của quá trình phản ứng Một phương pháp có thể tránh hoặc giảm thiểu khó khăn

này là sử dụng quá trình sản xuất liên tục Ngoài ra do nguồn nguyên liệu chủ yếu lấy từ nông nghiệp nên phụ thuộc nhiều vào sản lượng cũng như chất lượng nguồn

Vì thế mà phải mất thời gian cho việc quy hoạch đất đai cho các loại cây lấy dầu, các vùng chăn nuôi Về mặt năng suất thì các cây lấy dầu của nước ta vẫn còn thấp hơn nhiều so với thế giới và mang tính thời vụ Việc sử dụng phân bón hóa học, thuốc trừ sâu trên một diện tích đất trồng lớn cũng sẽ gây ra ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sinh thái

+ Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến 0,5% trong dầu diesel) Điều này đã làm giảm sự ăn mòn các chi tiết trong động cơ,

và làm giảm lượng phát thải độc hại SOx ra ngoài môi trường sống của chúng ta + Trong thành phần hóa học của biodiesel không chứa hidrocacbon thơm nên không gây ung thư

+ Hàm lượng phát thải CO của biodiesel được sản xuất từ dầu hạt cải, dầu hướng dương và dầu hạt dầu ngô lần lượt là 4000, 3850, 3800 (ppm) cao hơn so với của diesel khoáng là 2225 (ppm)

+ Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn diesel 4 lần, phân huỷ từ 85¸ 88% trong nước sau 28 ngày)

+ Theo nghiên cứu và thực nghiệm thì nhiên liệu biodiesel có quá trình cháy sạch hơn diesel khoáng Do hàm lượng ô xy trong biodiesel nhiều hơn so với diesel khoáng nó chiếm khoảng 11% về khối lượng, nên biodiesel có thể cháy với hệ số

dư lượng không khí nhỏ, và quá trình cháy xảy ra sạch hơn Đối với nhiên liệu biodiesel thì sự tạo đóng cặn và tạo muội trong buồng cháy cũng như trong hệ thống thải là giảm đáng kể

*Nhược điểm

Tuy nhiên nếu quá trình sản xuất biodiesel không đảm bảo như khi thực hiện rửa biodiesel không sạch thì khi sử dụng vẫn gây ra các vấn đề về ô nhiễm: Do vẫn còn xà phòng, kiềm dư, methanol, glyxerin tự do…cũng là các chất gây ô nhiễm Bảng 2.2 là ví dụ về một số đặc tính chọn lọc của diesel và biodiesel

Bảng 2.2: Ví dụ một số đặc tính chọn lọc của diesel và biodiesel

thống Biodiesel từ dầu nành

Biodiesel từ dầu thải

c) Một số thông số so sánh giữa hai loại nhiên liệu diesel và biodiesel

- Hàm lượng lưu huỳnh của biodiesel chỉ bằng 20-50% so với diesel

- Khối lượng riêng của biodiesel cao hơn, nhiệt cháy thấp hơn, độ nhớt cao hơn 1.3 đến 2.1 lần so với nhiên liệu diesel

- Nhiệt độ cháy của biodiesel trong khoảng 423 K, trong khi của diesel là vào khoảng 337 K

- Nhiệt độ đông đặc của biodiesel thấp hơn diesel 274 đến 298 K tùy thuộc vào từng loại nguyên liệu

- Nhiên liệu biodiesel gây ra lượng muội than bám vào vòi phun cao hơn so với diesel

- Chứa các mạch hydrocarbon chưa bão hòa nên dễ bị oxy hóa thành các hợp chất khác, làm cho quá trình bảo quản nhiên liệu biodiesel không được lâu

- Một vài tính chất của biodiesel cần được cải thiện để có thể sử dụng được ở dạng nguyên chất không cần phối trộn với các loại nhiên liệu khác như là: tăng giá trị nhiệt cháy, giảm thiểu phát thải các khí NOx, và tăng khả năng chống oxy hóa để ngăn chặn nhiên liệu không bị hư hỏng Hiện nay biodiesel được sử dụng thích hợp khi pha trộn với diesel theo tỷ lệ thể tích 20 biodiesel: 80 diesel, hỗn hợp này được gọi là B20

2.3 Tình hình sử dụng nhiên liệu biodiesel trên thế giới và tại Việt Nam

2.3.1 Trên thế giới

Do việc sử dụng nhiên liệu diesel dầu mỏ là phổ biến nên trong một thời gian dài tại một số nước, dầu thực vật không được sử dụng làm nhiên liệu trực tiếp cho các động cơ đốt trong

Trong những năm 1920, 1930 và sau đó là những năm chiến tranh thế giới lần thứ II xảy ra, các nước như Bỉ, Pháp, Anh, Bồ Đào Nha, Đức, Brazil, Argentina, Nhật, Trung Quốc đã gián tiếp kiểm tra và sử dụng dầu thực vật như là nhiên liệu diesel Nhiều nhà máy biodiesel đã được xây dựng ở các nước

Ngày 31/8/1937, tại trường Đại học Brussel (Bỉ), G.Chavanne đã sớm nhận được bằng sáng chế (bằng sáng chế Bỉ -422,877) về việc lần đầu tiên cho dầu thực vật phản ứng với ethanol, metanol và đó chính là biodiesel hiện nay Phản ứng tạo biodiesel không có gì phức tạp và loại nhiên liệu này có những ưu điểm như: thân thiện với môi trường do khí thải ít hơn khi sử dụng diesel thông thường, lượng carbon dioxide bốc ra giảm được 60%, bụi giảm khoảng 50%, các hợp chất hydrocacbon được giảm thiểu đến 40%, đặc biệt nó hầu như không chứa lưu huỳnh, không độc (LD50 tới 50mL/kg) và dễ dàng phân huỷ sinh học Qua việc chuyển đổi ester này, dầu biodiesel có độ nhớt thấp hơn dầu thực vật và có thể dùng làm nhiên liệu thay thế cho dầu diesel

Gần đây, năm 1977 tại Brazil, các nhà khoa học đã sử dụng ethanol trong sản xuất biodiesel và có bằng sáng chế theo những quy chuẩn quốc tế dùng cho xe, máy (Robert Rapier, 2006) Hiện nay công ty Tecbio (Mỹ) đang làm việc với hãng Boeing và NASA để được chấp nhận loại dầu lửa sinh học tương đương với các sản phẩm được sản xuất bởi các nhà khoa học Brazil (Michael Briggs- 2004) Việc sử dụng ethanol thay vì methanol trong sản xuất biodiesel cũng có thể gây nên nạn thiếu lương thực khi nhiều lương thực được sử dụng để sản xuất ethanol mà chưa tìm ra loại vi sinh vật lên men ethanol từ các nguyên liệu khác

Những nghiên cứu sử dụng dầu hướng dương để tạo ra nhiên liệu diesel tiêu chuẩn đã được thực hiện tại Nam Phi từ năm 1979 và năm 1983, quy trình sản xuất

đã được hoàn thiện

Trong suốt những năm 90 của thế kỷ 20, nhiều nước Châu Âu như cộng hòa Séc, Đức, Thuỵ Điển, Pháp đã có nhiều cơ sở sản xuất biodiesel từ dầu hạt cải dầu

để pha trộn vào dầu diesel tới 30% cho các phương tiện vận tải

Các hãng ôtô nổi tiếng như Renault, Peugeot và các động cơ của các phương tiện vận chuyển hàng hoá khác sử dụng biodiesel tới 50%

Tại các nước Châu Âu, cây cải dầu với hàm lượng dầu cao (40% đến 50%) được xem là cây thích hợp cho việc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất biodiesel Dầu được ép ra từ cây cải dầu, phần còn lại được dùng trong công nghiệp sản xuất thức ăn cho gia súc Trong một phản ứng hóa học đơn giản giữa dầu cải và metanol

có sự hiện diện của một chất xúc tác, glyxêrin và methanol trao đổi vị trí cho nhau, tạo thành methyl este của axít béo và glyxêrin Thế nhưng cây cải dầu phải được trồng luân canh, tức là chỉ có thể trồng cây cải dầu trên cùng một cánh đồng từ 3 đến 5 năm một lần Vì nguyên nhân này mà việc tiếp tục tăng sản xuất cải dầu là một việc khó khăn

Năm 2006, ở Đức trồng 1,2 triệu ha cải dầu và sản xuất được khoảng 2 triệu tấn Trong tương lai sẽ còn có nhiên liệu sinh khối lỏng (liquid biomass) thay vì dầu thực vật, lúc đó sẽ sử dụng toàn bộ khối lượng của cây như là nguồn cung cấp năng lượng Những thử nghiệm đầu tiên với nhiên liệu sinh tổng hợp này đã được tiến hành từ tháng 4/2003 ở Đức Loại nhiên liệu này được sản xuất từ gỗ và các loại sinh khối khác, mà người ta gọi là sundiesel Ngoài ra, cũng còn phải nhắc đến các lựa chọn khác thích hợp cho biodiesel như có thể sử dụng nhiên liệu dầu thực vật trực tiếp không cần phải chuyển đổi este Tùy theo loại động cơ mà phải thay đổi một số thông số cho động cơ diesel để điều chỉnh các tính chất vật lý khác đi cho thích ứng

Hiện nay nhiều nước đã và dang sử dụng dầu cây cọc rào (Jatropha ) Đây là loại cây thuộc họ thầu dầu, vừa dễ trồng vừa phân bố rộng Đây là loại cây bụi, có nguồn gốc ở Trung Mỹ, có thể cao tới 5m, có khả năng sống ở cả vùng nhiệt đới và

ôn đới Hiện cây này cũng có tại nhiều nước Châu Á (trong đó có Việt Nam), Châu Phi Cây cọc rào có thể sống trên đất hoang, đất cát, đất mặn, cả ở kẽ các vách đá

và còn được trồng làm bờ rào bảo vệ cây trồng tránh không bị các động vật phá hại Hạt của Jatropha curcas có tới 30% dầu là nguyên liệu quan trọng để sản xuất biodiesel chất lượng cao dùng cho động cơ diesel tiêu chuẩn Tại Đức, xe Mercedes

đã được vận hành bằng Jatropha diesel để chạy trên đường dài Tại Châu Á, Ấn Độ

là nước chú ý nhiều nhất đến dầu nhiên liệu biodiesel, sau đó là Indonesia, Phillipines Riêng Ấn Độ đã có mục tiêu chiến lược tới năm 2012 cho hầu hết các bang về sản xuất biodiesel để độc lập tự chủ về năng lượng nhằm giảm bớt sử dụng than đá và dầu hoả

Hiện chính phủ Ấn Độ đã dành 400.000km2 (98 triệu acres) đất mà ở đó có thể trồng cây cọc rào (Jatropha), với hy vọng năm 2011 sẽ có tới 20% diesel của Ấn

Độ được thay thế bởi biodiesel

Myanmar, một nước trong cộng đồng Đông Nam Á cũng đang theo đuổi sản xuất, sử dụng Jatropha oil Ngày 15/23/2005, chính phủ nước này đã cho trồng 50.000 acres (200km2 ) Jatropha Theo kế hoạch, Myanmar sẽ trồng tới 2.800km2 nhằm khuyến khích nông dân thực hiện mục tiêu chính là phát triển công nông nghiệp và việc sử dụng nhiên liệu từ Jatropha là cần thiết Ngoài những cây có dầu nói trên, một số nước đang chú ý đến việc nuôi trồng tảo

Thái Lan ưu tiên cho việc sản xuất biodiesel từ dầu cọ, hiện nay Thái Lan sản xuất biodiesel từ dầu cọ với sản lượng 500.000 lít/ngày, họ dự kiến đến năm 2020

sẽ nâng công suất loại biodiesel này lên 8,5 triệu lít/ngày với tổng diện tích trồng cọ lên 10 triệu rai (1,6 triệu hecta) Diện tích trồng cây cọc rào hiện nay chỉ mới có

1600 hecta, với giá bán hạt cọc rào khoảng 4-5 baht/kg, nhưng thường được bán cho Trung quốc vì giá thành sản xuất tại Thái một lít biodiesel từ hạt cọc rào xấp xỉ giá bán lẻ diesel hoá thạch Chính phủ Thái Lan rất coi trọng việc phát triển nhiên liệu sinh học, cụ thể là ngày 19/2/2007 bộ năng lượng Thái Lan đã quyết định thành lập văn phòng phát triển năng lượng sinh học (Bureau of Biofuel Development) thuộc Cục DAEDE (Department of Alternative Energy Development and Efficiency) Giống như Thái Lan, Indonesia và Malaysia chủ yếu sản xuất biodiesel từ dầu

cọ, tuy rằng đã có các nhà khoa học của Indonesia cảnh báo về sự huỷ hoại môi trường sống của các động vật hoang dã quí (hổ, tê giác, ) do việc đốn hạ cây cọ tràn lan Gần đây họ đã hướng sự chú ý tới việc sản xuất biodiesel từ hạt cọc rào Năm 2007 tập đoàn D1 Oil Plc (Hà Lan) đã hợp tác với 3 công ty Indonesia (PT Astra Agro Lestari, PT Medco Energi International, PT Mambruk Sarana Interbuana) để triển khai trồng thử nghiệm 1000 hecta cây cọc rào

Tại Malaysia đang có các công trình nghiên cứu có ý nghĩa về giống cọc rào cao sản G168, G188 được thực hiện dưới sự chỉ đạo của ông Bobby Thean Soo Tee, nhà khoa học của Asiatic Center for Genome Technology Sdn Bhd (ACGT) Gần đây Philippines cũng hướng sự chú ý vào cây cọc rào Được khuyến khích bởi các chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng sinh học của chính phủ Philippines, ngày 15/12/2007 hãng Bionor Transformacion S.A của Tây Ban Nha đã ký hợp đồng liên doanh với Philippines để đầu tư 200 triệu USD trồng 100.000 hecta cây cọc rào

và chế biến biodiesel