Để thuận tiện trong quá trình vận chuyển, tồn trữ, sử dụng và đáp ứng cho nhu cầu tiêu dùng của người dân, các nhà nghiên cứu đã tạo ra cồn dạng gel và cồn khô. Cồn gel và cồn khô có nồng độ cao dùng thay thế gas hoặc dầu.
Cồn gel là loại cồn được cô đặc,cháy với ngọn lửa có nhiệt trị cao, không tạo mùi, không tạo khói trong quá trình cháy.Tuy nhiên sau khi cháy sẽ tạo lớp mụi đen ở đáy thiết bị và giá thành cho quá trình sản xuất cồn gel cao.
Để khắc phục tình trạng trên, người ta tạo ra cồn khô. Cồn khô là loại cồn có nồng độ cao, đậm đặc hơn cồn gel. Hiệu quả sử dụng tối ưu và được ưa chuộng hơn cồn gel. Một số nhà nghiên cứu cho rằng: Formandehit ở trạng thái khí có thể tự trùng hợp tạo thành trioximetylen (CH2)3O3), dạng mạch vòng luân phiên.CH2O cũng dễ dàng trùng hợp trong dung dịch tạo thành poliformandehit ((-CH2O-)n). Đó là tính chất dễ bị trùng hợp của các andehit. Và axetandehit CH3-CHO cũng dễ dàng bị tertrame hóa trong môi trường dưới 0oC cho ra metandehit dùng làm chất đốt rắn hay còn gọi là cồn khô.
Cồn khô hiện nay đang được ưa chuộng vì những ưu điểm nổi bật:
Không tạo khói khi cháy
Không tạo mùi
Không độc hại
Tính an toàn cao
Tính kinh tế cao
Ngoài ra, còn thuận lợi trong quá trình vận chuyển, tồn trữ và sử dụng. 3.2. Tình hình sử dụng và phát triển nhiên liệu pha cồn
Trên thế giới đã ghi nhận được nhiều thành công và số nước ứng dụng ngày một tăng, trong đó có Mỹ, Bzazil, Đức, Pháp, Nauy, Thụy Điển, Canada, Nhật, Úc, Rumani, Thái Lan
Bzazil là nước có bước đi đầu tiên với chương trình quốc gia ‘’proalcool’’ từ năm 1975, sử dụng Ethanol (cồn) sản xuất từ bã mía để pha vào xăng với tỉ lệ đến 20%, dùng trong vận tải. Tiếp theo là Mỹ, bắt đầu thử nghiệm rừ năm 1976 sau đợt khủng hoảng năng lượng tồi tệ 1973. Từ năm 1980, phần lớn xe của nhân viên Bank of Armerica đã dùng xăng pha cồn và đây được coi là nhiên liệu được ưa chuộng trong các thành phố bị ô nhiễm khói xăng dầu. Kể từ 1978, Quốc hội Mỹ đã công nhận những lợi ích của Ethanol trong nhiên liệu, giảm thuế đối xăng pha Ethanol sản xuất từ ngô để khuyến khích phát triển thị trường nhiên liệu này. Gần ta nhất là Thái Lan cũng đã sử dụng xăng pha cồn sản xuất từ phế thải sắn, hạt ngô, cây ngô, đường, bã mía. Giám đốc ủy ban về dừa của Philippin (PCA), Tiến sỹ L.Orillaneda mới đây thông báo, PCA đã sản xuất diesel từ dầu dừa với giá chỉ có 6p/lít (tiền Philippin), trong khi các phụ gia nhiên liệu khác có giá 480p/lít. Ông còn cho biết, Nhật Bản và Mỹ đang thu xếp để tổ chức liên doanh sản xuất sản phẩm này, góp phần giảm thiểu lượng diesel sản xuất từ dầu thô
Nói chung, các loại rượu cồn phẩm chất thấp như Metylic (CH3OH) Etylic (C2H5OH), Butylic ((CH3)3C-OH) hoặc các hỗn hợp rượu chứa từ C1 - C4 được dùng như chất thay thế các loại xăng ô tô, chất trộn vào xăng, dầu hoặc như nguyên liệu để sản xuất các loại xăng dầu tổng hợp.
Ư¦u điểm: của cồn là có độ octane cao, loại bỏ hoàn toàn các phụ gia có chứa chì trong xăng, nhiệt lượng xấp xỉ với xăng dầu.
Nhược điểm: là phát thải nhiều khí NOx và tác dụng ăn mòn kim loại, ăn mòn các loại nhựa lớn hơn xăng thông thường. Hiện nay người ta đang nghiên cứu hạn chế các nhược điểm này bằng các biện pháp công nghệ như trộn thêm phụ gia chống ăn mòn và trước mắt Quốc hội Mỹ cho phép các bang được pha trộn cồn vào xăng với tỷ lệ xung quanh 10%. Các bang Carlifornia, New York,
Connecticut là những nơi sử dụng rộng rãi nhất xăng pha cồn. Hiện nay, Mỹ tiêu thụ khoảng 20 triệu thùng dầu/ngày cho ta hình dung, 10% lớn đến đâu và mỗi năm Mỹ tiết kiệm được bao nhiêu ngoại tệ để nhập khẩu dầu thông qua biện pháp cho sử dụng cồn pha vào xăng. Về mặt sản xuất trong nước, dự luật năng lượng Quốc hội Mỹ sắp ban hành vào cuối năm nay nhằm tăng sản lượng Ethanol ổn định trong vòng 10 năm tới, với ước tính khiêm tốn ở mức 500.000 thùng Ethanol/ngày. Với kế hoạch này, vào năm 2025, ở Mỹ Ethanol sẽ thay thế 33,5 tỉ thùng dầu thô nhập khẩu. Về mặt kỹ thuật, tăng thêm 10% Ethanol vào xăng có nghĩa chỉ số octane tăng thêm 3 điểm, hiệu suất nhiên liệu tăng và khi hàm lượng oxygen tăng trong Ethanol đảm bảo xăng được đốt sạch hơn, giảm khí thải CO, CO2, góp phần bảo vệ môi trường không khí trong sạch. Về mặt kinh tế, ngoài việc không phải chi một lượng lớn ngoại tệ để nhập khẩu xăng dầu, còn giúp giảm giá xăng xuống một ít, giá trị hoá được những phế thải nông nghiệp, phát triển công nghiệp sản xuất cồn tạo thêm công ăn việc làm cho xã hội và tăng thu nhập cho nông dân .
3.2.2. Tại Việt Nam
Trong những ngày gần đây các phương tiện báo chí, truyền thông gần như liên tục nói về giá dầu cao, vượt ngưỡng 60 USD/thùng và biện pháp tăng giá xăng để giảm bù lỗ của chính phủ. Rất tiếc rằng trước đây 2 năm, trên Thời báo kinh tế cũng như sau đó trên chuyên san Khoa học công nghệ của Tạp chí công nghiệp (Bộ công nghiệp) số 3 tháng 6/2004 và Thời báo kinh tế Sài Gòn số 51 ngày 16/12/2004 chúng tôi đã đề cập đến vấn đề dùng cồn pha xăng như một biện pháp đối phó với giá dầu cao nhưng gần như rơi vào im lặng.
Gần đây nhất trên tờ Người Lao động ngày 20/5/2005 ông Dũng Tuấn lại có bài “Xăng pha cồn: cần có pháp lý để ra đời”, trong đó có một đề mục rất đáng để suy nghĩ “Sớm nhất 2 năm nữa Việt Nam mới có xăng pha cồn”. Tại sao từ Mỹ, Brazil, Tây Âu, Nhật Bản, Thái Lan, Australia, Brunei... đã từ lâu dùng xăng pha cồn để giảm giá xăng, tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu xăng, khuyến khích
phát triển nông nghiệp mà ở Việt Nam thì ngay khi các nhà khoa học và sản xuất đã sẵn sàng vào cuộc, đề tài nghiên cúu xăng pha cồn của Phân viện khoa học vật liệu ở Tp.HCM đã được nghiệm thu nhưng vấn đề triển khai thực hiện lại vẫn bế tắc, nông dân Thanh Hóa, Quảng Ngãi... phải đốt bỏ mía vì không có người mua.
PHẦN III: THỰC NGHIỆM 1. DẠNG KHÔ: 1.1. Hoá chất sử dụng - Cồn - Aicd béo - Dung dịch NaOH 1.2 Thiết bị sử dụng
- Becher - Đũa thủy tinh - Nhiệt kế - Nồi
- Bếp điện - Cân
1.3. Quá trình thực nghiệm
Cho 50 - 100 ml cồn vào becher, sau đó cho 2-4g acid vào becher rồi đem đun trên bếp điện đồng thời khuấy cho acid tan vào cồn tạo thể đồng nhất.Ta đun đến nhiệt độ khoảng 60-750C để dung dịch vừa đủ sôi, ta cho 5-10 ml NaOH vào becher rồi khuấy nhẹ để các chất tan hoàn toàn vào nhau (dung dịch hơi đục khi có NaOH sau đó trong suốt). Sau đó ngừng đun mang becher xuống để nguội (tránh đun sôi lâu cồn sẽ bay hơi gây thất thoát cồn) khoảng 10-20 phút cồn sẽ đông lại, để cồn đông hoàn toàn lấy mang đi cân.
Giải thích quá trình:
Đầu tiên là ta phải thực hiện quá trình ester hóa giữa cồn và acid, sau đó thuỷ phân ester trong môi trường cồn tạo ra dạng muối ngậm cồn.
C2H5OH + C17H35COOH t0 C17H35COOC2H5 + H2O C17H35COOC2H5 + NaOH C17H35COONa + C2H5OH
Cần lưu ý việc điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH là rất quan trọng vì khi ta cho dung dịch NaOH không đúng vào sẽ xảy ra hiện tượng tạo muối xà phòng không ngậm cồn, khi đó dung dịch sẽ bị đục (đóng váng) là chỉ tạo ra xà phòng .
Thực hiện nhiều lần với nhiều tỉ lệ khác nhau với tỉ lệ theo bảng sau, tiến hành đốt các mẫu khảo sát thời gian cháy của các mẫu và lượng muội còn lại
1.4 Ta tiến hành thực nghiệm 2 phần • Phần 1:
Ta cố định lượng cồn 50 ml và lượng dung dịch NaOH 5 ml, chỉ thay đổi lượng acid sau đó ta tiến hành khảo sát thời gian cháy, hàm lượng cặn của 7 mẫu. Từ đó ta có bảng số liệu sau:
• Từ kết quả ta thiết lập đồ thị STT mẫu Cồn (ml) Aicd (g) NaOH (ml) Thời gian cháy (phút) Khối lượng m1 (g) Khối lượng cặn (g) 1 50 2 5 4p18 45,15 0,8 2 2,2 4p2 43,54 0,87 3 2,4 4p10 44,94 0,84 4 2,5 3p53 43,91 0,78 5 2,7 3p45 44,92 0,98 6 2,8 3p58 42,27 1,00 7 3 4p10 46,29 0,93
* Nhận xét:
Qua 2 đồ thị khảo sát thời gian cháy và khối lượng cặn ta thấy mẫu 1 có thời gian cháy cao nhất và hàm lượng cặn cũng tương đối ít. Như vật tỉ lệ acid nên dùng là 2g cho 50ml cồn tuy nhiên dung dịch NaOH cũng ảnh hưởng đến sản phẩm cồn khô nên kết quả khảo sát cũng trình bày với hàm lượng như sau.
• Phần 2:
Ta cố định lượng cồn 50 ml và lượng acid là 2g, chỉ thay đổi lượng dung dịch NaOH sau đó ta tiến hành khảo sát thời gian cháy, hàm lượng cặn của 5 mẫu. Từ đó ta có bảng số liệu sau
STT mẫu Cồn (ml) Aicd (g) NaOH (ml) Thời gian cháy (phút) Khối lượng m1(g) Khối lượng cặn (g) 1 50 2 5 4p18 45.15 0.8 2 4.5 4p20 43.4 0.75 3 4 4p1 42.52 0.68 4 3.5 3p58 41 0.67 5 3 3p21 40.5 0.6 * Từ bảng số liệu ta có đồ thị:
* Nhận xét:
Như vậy để sản phẩm cồn khô có thời gian cháy lâu hàm lượng cặn tương đối thấp ta nên phối trộn nguyên liệu với các tỉ lệ như sau
- Cồn 50ml - Acid 2g