GIỚI THIỆU CHUNG I.KHÁI QUÁT VỀ NHIÊN LIỆU XĂNG E5 Nhiên liệu sinh học loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có nguồn gốc từ động thực vật Nhiên liệu chế xuất từ chất béo động thực vật mỡ động vật, dầu dừa ; từ ngũ cốc lúa mỳ, khoai, ngô, đậu tương ; từ chất thải nông nghiệp rơm rạ, chất thải chăn nuôi ; từ sản phẩm thải công nghiệp mùn cưa, gỗ thải Xăng sinh học hỗn hợp xăng truyền thống cồn sinh học (bioethanol) sử dụng cho loại động xăng đốt xe ô tô xe gắn máy Nguyên Cồn liệu để sản xuất cồn sinh học Việt Nam sắn lát khô sinh học hỗn hợp nhiên liệu sinh học sử dụng chất chứa oxy thay cho hợp chất pha vào xăng trước chì hay ete cồn sinh học sản xuất từ trình lên men tinh bột, mật rỉ đường phế phẩm nông nghiệp khác II.TÌNH HÌNH SỬ DỤNG TẠI VIỆT NAM Xăng E5 cho xe ô tô chưa đưa vào thị trường Tháng 9/2008 Công ty cổ phần hóa dầu nhiên liệu sinh học dầu khí( PVB) cung cấp xăng E5 sản xuất từ ethanol sinh học nhập từ Brazil cho 50 taxi Hà Nội sau bị đình Việt Nam chưa có tiêu chuẩn xăng sinh học.Việc tỏ chức trồng nguyên liệu khơng có tham gia đạo quan quản lý nhà nước nên chưa mang lại kết quả. Ngày 20/11/2007, Thủ Tướng Chính Phủ thức phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”, đưa mục tiêu đến 2010 sản xuất 100.000 xăng E5/năm 50.000 B5/năm, đảm bảo 0,4% nhu cầu nhiên liệu nước đến năm 2025 có sản lượng hai loại sản phẩm đủ đáp ứng 5% nhu cầu thị trường nội địa Đề án đưa giải pháp quan trọng nhằm phát triển lượng sinh học kiến lập thị trường để đưa ngành bước hội nhập với giới Để thực chiến lược này, PetroVietNam dự kiến từ 2011 đến 2015 đưa nhà máy ethanol sinh học Quảng Ngãi, Phú Thọ, Bình Phước vào hoạt động với tổng cơng suất 230.000 tấn/năm từ sản phẩm pha thành nhiên liệu E5-E10, đáp ứng khoảng 20% tổng nhu cầu tiêu thụ xăng sinh học nước Từ năm 2008 đến Việt Nam có dự án sản xuất ethanol sinh học từ sắn lát rỉ đường để trộn với xăng thành gasohol Mẻ cồn Công ty cổ phần Đồng Xanh (Quảng Nam) đạt 120.000 lit/ngày lị vào tháng 10/2009, góp phần đưa tổng sản lượng cồn Việt Nam năm đạt 50 triệu lit/năm Tuy nhiên giá cồn thị trường nước tăng từ 5000 đồng/lit năm 2001 lên 13.000 đồng/lit năm 2010, trở thành cao giá bán III.TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA XĂNG SINH HỌC Xăng sinh học tiếng Anh gọi gasohol biogasoline để phân biệt với gasoline (xăng thông thường), tạo cách phối trộn cồn sinh học ethanol khan (anhydrous ethanol) với xăng thông thường theo tỉ lệ định, xăng E5 gồm 5% ethanol 95% xăng thơng thường, cịn xăng E10 có 10% ethanol Xăng sinh học từ E5 đến E25 gọi hỗn hợp ethanol thấp, từ E30 đến E85 hỗn hợp ethanol cao E100 Ethanol nguyên chất sau sản xuất Gọi xăng sinh học cồn sinh học ethanol (cịn gọi rượu ngũ cốc hay rượu ethyl, rượu êtylic, cơng thức hóa học C2H5OH) dùng để phối trộn xăng chế biến thơng qua q trình lên men sản phẩm hữu tinh bột, cellulose, lignocellulose, thường từ loại ngũ cốc ngơ, lúa mì, đậu tương từ vỏ cây, bã mía, Ethanol trộn vào xăng có vai trị loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì Ethanol hay chì phụ gia khác trộn vào xăng để tăng số octane giúp động hoạt động tốt hơn, bền Xăng nén xi-lanh động xe ô tô xe máy trước đốt, xăng nén mạnh động dễ đạt cơng suất cao, nhiên nén mạnh mà chưa kịp đốt xăng tự kích nổ bốc cháy, gây hại cho động Chỉ số octane (RON - Research Octane Number) vừa giúp nén xăng tốt vừa giúp tăng khả chống tự kích nổ xăng, ngành cơng tìmvới kiếm gia để gia tăngthân số nghiệp Ethanol xăng khôngluôn giống các phụ phụ gia khác chỗ octane cho xăng xem loại nhiên liệu, với số octane lên tới 109 (xăng thông thường chưa trộn phụ gia có số octane khoảng 70, xăng A92 có RON 92), lý thuyết thay hồn tồn xăng thơng thường, nhiên động phải thiết kế phù hợp với loại nhiên liệu Tên gọi gasohol dùng để xăng pha cồn tỉ lệ thấp nhiên liệu thay Các hỗn hợp từ E85 trở lên coi nhiên liệu thay Hiện tại, xăng sinh học có tỉ lệ ethanol cao 85% Các loại xe sử dụng xăng E85 gọi flex fuel vehicles (FFVs) – xe nhiên liệu hỗn hợp, gọi ô tô nhiên liệu hỗn hợp động loại thường thấy ô tô Những cảm biến chương trình đặc biệt máy tính động kiểm soát lượng cồn nhiên liệu điều chỉnh tỉ lệ phun nhiên liệu cho phù hợp Xe chạy loại xăng từ E5-E85, ngoại trừ thay đổi hệ thống động cách xử lý nhiên liệu xe khơng khác xe chạy xăng thơng thường khác Dòng xe chạy xăng ethanol túy (neat ethanol vehicle) E100 ethanol chưa khan nước có, ỨNG DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Động sử dụng xăng e5 có cấu tạo nguyên lý làm việc giống động truyền thống mà không cần phải cải tiến động I HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ XĂNG E5 SỬ DỤNG BỘ CHẾ HÒA KHI Nguyên lý hoạt động chế hồ khí thể hình Nó bao gồm buồng chứa xăng thường gọi buồng phao, đường dẫn xăng đường dẫn khí, họng khuyếch tán van điều khiển (bướm ga, bướm khí).Bộ phận chế hồ khí họng khuyếch tán (cịn gọi buồng hồ khí), cấu tạo đoạn ống bị thắt lại đoạn (venturi) Chính đoạn người ta bố trí ống phun đường xăng Khi động hoạt động, (bướm ga bướm khí mở) khơng khí bị hút vào từ phía trên, qua họng khuyếch tán Tại đây, tiết diện lưu thông bị thu hẹp lại, tốc độ dịng khí tăng lên làm áp suất giảm xuống tạo độ chân không hút nhiên liệu từ buồng phao qua đường xăng phun dạng tia Như vậy, xăng bị phun vào dịng khí có tốc độ cao, hồ trộn với khơng khí bay để tạo thành hỗn hợp khí cháy Tuy nhiên, thời gian tạo hỗn hợp ngắn nên lượng xăng định chưa kịp bay Để tạo hỗn hợp khí cháy hồn chỉnh cần phải tạo điều kiện tốt để lượng xăng lại bay nốt trước bugi phát tia lửa điện (sử dụng xăng dễ bay hơi, xấy nóng xăng khí nạp, tạo mặt thống áp suất thấp đường ống hút để giọt nhiên liệu Chế độ khởi động Khi khởi động động trạng thái nguội, điều kiện tạo hỗn hợp khí cháy khó khăn nhiều Thứ lúc này, trục khuỷu động quay với tốc độ chậm (~ 100 v/ph) độ chân không họng khuyếch tán nhỏ bướm ga bướm khí đóng mà độ chân khơng chế hồ khí lúc lớn số vòng quay động nhỏ Xăng hút qua đường xăng đường xăng khơng tải, khơng khí qua gíclơ khí đường khơng tải qua van nhỏ bướm khí Nhờ mà hỗn hợp khí cháy cấp vào xi lanh Chế độ không tải Ở chế độ này, cần cấp lượng xăng nhỏ đủ để trì cho động hoạt động ổn định với số vòng quay thấp Lúc này, bướm ga gần đóng hồn tồn phía bướm ga độ chân khơng khơng cịn đường xăng khơng hoạt động Ngược lại, phía bướm ga độ chân không lại lớn người ta bố trí lỗ phun đường xăng không tải Xăng phun từ đường xăng không tải Chế độ tồn tải Đường xăng thiết kế theo chế độ tiết kiệm nhiên liệu, ln ln cấp hỗn hợp lỗng ( > 1) cho động Do vậy, cần phát huy hết công suất động cần phải có đường xăng bổ xung để tạo hỗn hợp cháy đủ đậm đặc đáp ứng cho yêu cầu tải chế độ Đường xăng bổ xung (còn gọi đường xăng làm giàu hỗn hợp cháy) bao gồm van thường đóng chặt lị xo, giclơ đường dẫn tới hồ vào đường xăng Chế độ mở bướm ga đột ngột Khi bướm ga mở đột ngột, lượng khơng khí qua họng khuyếch tán đột ngột tăng theo, lượng xăng cấp qua đường xăng lại tăng chậm hơn, quán tính chất lỏng sức cản thuỷ lực đường dẫn Vì hỗn hợp khí cháy trở nên lỗng làm tụt hẳn cơng suất động cơ, chí gây dừng máy Để tránh tượng đảm bảo cho động tăng công suất kịp theo tốc độ mở bướm ga, chế hồ khí trang bị bơm gia tốc II XĂNG E5 SỬ DỤNG TRÊN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ Hệ thống phun xăng điện tử phức tạp gồm nhiều phận hợp thành Ta chia EFI thành hệ thống nhỏ: hệ thống điều khiển điện tử, hệ thống nhiên liệu hệ thống nạp khí Nguyên lý hoạt động hệ thống thể dạng sơ đồ khối hình Nhiên liệu hút từ bình nhiên liệu bơm cánh gạt qua bình lọc nhiêu liệu để lọc sách tạp chất sau tới giảm rung, phận có nhiệm vụ hấp thụ dao động nhỏ nhiên liệu phun nhiện liệu gây Sau qua ống phân phối, cuối ống phân phối có ổn định áp suất nhằm điều khiển áp suất dịng nhiên liệu giữ cho ln ổn định Tiếp đến nhiên liệu đưa tới vòi phun điều khiển ECU vòi phun mở nhiên liệu phun vào buồng cháy để động hoạt động nhiên liệu thừa đưa theo đường hồi trở bình nhiên liệu Các vịi phun phun nhiên liệu vào ống nạp tùy theo tín hiệu phun ECU Các tín hiệu phun ECU định sau nhận tín hiệu từ cảm biến nhiên liệu ECU điều chỉnh phù hợp với tình trạng hoạt động động Nhiệm vụ hệ thống điều khiển điện tử đảm bảo hỗn hợp khí cháy có tỷ lệ lý tưởng (15:1) Bộ phận hệ thống điều khiển điện tử Điều khiển trung tâm (ECU), nhận thơng tin từ cảm biến (nhiệt độ nước, nhiệt độ khí nạp, vị trí bướm ga, tín hiệu khởi động cảm biến xy) với tín hiệu đánh lửa thơng tin từ phận đo lượng khí nạp Sau xử lý tín hiệu thu ECU phát tín hiệu điều khiển vịi phun (thơng tin thời điểm phun lượng phun) Nhờ mà lượng nhiên liệu phun vào ln ln tỷ lệ với lượng khí Hệ nạp thống nạp khí lọc khí, sau qua khơng khí lọc dẫn qua đo lưu lượng khí nạp (lưu lượng kế cảm biến đo lưu lượng) qua bướm ga, tiếp tới buồng khí vào cụm ống nạp động Tại đây, nhiên liệu phun vào, hoà trộn với khơng khí tạo thành hỗn hợp hút vào xi lanh Hệ thống nhiên liệu bao gồm bơm điện, hút xăng từ thùng chứa đẩy vào hệ thống qua bầu lọc Như vậy, động hoạt động, đường ống phân phối nhiên liệu tới vịi phun ln ln thường trực áp suất khôg đổi (khoảng 2,5 kG/cm2), áp suất phun Khi nhận tín hiệu điều khiển từ ECU, van điện mở nhiên liệu phun vào đường ống nạp Để giữ áp suất ổn định đường ống nhiên liệu cấp tới vịi phun, người ta bố trí van điều áp Ngồi đường ống nhiên liệu cịn nối tới vịi phun khởi động nguội bố trí buồng khí nạp Tín hiệu điều khiển vịi phun lấy từ công tắc báo khởi động nguội Công tắc đặt áo nước xi lanh đóng, mở tuỳ theo nhiệt độ nước ƯU ĐIỂM CỦA XĂNG E5 SO VỚI NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH Trị số oc-tan cao: Do cồn sinh học đơn chất có trị số oc-tan cao (RON = 109) nên pha vào xăng nguyên chất giúp tăng trị số oc-tan cho hỗn hợp nhiên liệu Đối với trình đốt cháy nhiên liệu động xe vận hành, trị số oc-tan giúp làm tăng hiệu suất cháy, giảm tượng kích nổ, làm cho động vận hành êm tăng tuổi thọ cho động Giảm phát thải khí CO hidro cacbon (HC): kết nghiên cứu phịng thí nghiệm động đốt trong, động sử dụng xăng sinh học E5 tạo khí thải CO HC, hẳn loại xăng thơng dụng A92 A95 tới 20% Chính vậy, xăng sinh học coi thân thiện với môi trường Với hàm lượng ôxy cao xăng thơng dụng, q trình cháy động diễn triệt để hơn, tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu, sở tạo khí thải độc hại CO HC Thân thiện với mơi trường khả tái sinh: Vì xăng sinh học loại nhiên liệu chế xuất từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật nên sản phẩm hồn tồn thân thiện với mơi trường nhiên liệu hồn tồn có khả tái sinh Giảm lệ thuộc vào lượng hóa thạch: Sử dụng xăng sinh học giảm lệ thuộc vào nguồn lượng hóa thạch, bổ sung nguồn nhiên liệu thiếu hụt, giảm lượng xăng dầu nhập khẩu, đảm bảo an ninh lượng Ước tính, Việt Nam sử dụng toàn xăng E5 năm 2012 giảm nhập gần 300.000m3 xăng, tương đương với khoảng 200 triệu USD Phát triển kinh tế xã hội địa phương: Sử dụng xăng sinh học giúp đóng góp vào phát triển kinh tế - xã hội cộng đồng địa phương ngành kinh tế phát triển nhu cầu thu mua nguyên liệu thô cho sản xuất xăng sinh học tạo việc làm thu nhập cho nông dân NHƯỢC ĐIỂM CỦA XĂNG E5 SO VỚI NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH Tăng phát thải CO2 NOx: nói, q trình cháy sử dụng xăng sinh học cải thiện, dẫn tới hậu không mong muốn tăng hàm lượng CO2 tăng lượng nhiên liệu đốt cháy hồn tồn Tuy nhiên, có giả thiết cho xét đến chu trình kín CO2 có kể đến phần CO2 được hấp thụ loại nguyên liệu để chế tạo ethanol tổng lượng CO 2 gây hiệu ứng nhà kính sử dụng xăng sinh học giảm xuống so với xăng truyền thống hậu khác tăng phát thải khí NO Một Giá thành cao: Việc sản xuất kinh doanhx NLSH Việt Nam giai đoạn khởi đầu nên giá thành sản xuất cao phụ thuộc nhiều vào giá nguyên liệu đầu vào nông dân Các doanh nghiệp tiên phong sản xuất, phân phối xăng sinh học chưa có mạng lưới phân phối ổn định, quy mô kinh doanh nhỏ phí liên quan đến sản xuất kinh doanh lớn Cạnh tranh an ninh lượng an ninh lương thực: quốc gia đầu tư mạnh vào việc sản xuất nhiên liệu sinh học thay nguồn dầu lửa ngày khan giá tăng cao Người ta tính rằng, để lấp đầy khoảng thiếu hụt xăng dầu từ năm 2001 đến 2007, tổng sản lượng ethanol toàn giới tăng gấp lần từ 18,5 tỷ lít lên đến 60 tỷ lít Tương tự, tổng sản lượng dầu diesel sinh học tăng gần gấp 10 lần từ tỷ lít lên đến tỷ lít Sự mâu thuẫn cạnh tranh sản xuất lượng ethanol với nhu cầu ngũ cốc, lương thực, thực phẩm diễn liệt ... thay hồn tồn xăng thơng thường, nhiên động phải thiết kế phù hợp với loại nhiên liệu Tên gọi gasohol dùng để xăng pha cồn tỉ lệ thấp nhiên liệu thay Các hỗn hợp từ E85 trở lên coi nhiên liệu thay... gasoline (xăng thông thường), tạo cách phối trộn cồn sinh học ethanol khan (anhydrous ethanol) với xăng thông thường theo tỉ lệ định, xăng E5 gồm 5% ethanol 95% xăng thơng thường, cịn xăng E10... soát lượng cồn nhiên liệu điều chỉnh tỉ lệ phun nhiên liệu cho phù hợp Xe chạy loại xăng từ E5- E85, ngoại trừ thay đổi hệ thống động cách xử lý nhiên liệu xe khơng khác xe chạy xăng thơng thường