3. Nội dung và phương phỏp nghiờn cứu
2.3Tỡnh hỡnh sử dụng nhiờn liệu biodiesel trờn thế giới và tại Việt Nam
2.3.1 Trờn thế giới
Do việc sử dụng nhiờn liệu diesel dầu mỏ là phổ biến nờn trong một thời gian dài tại một số nước, dầu thực vật khụng được sử dụng làm nhiờn liệu trực tiếp cho cỏc động cơ đốt trong.
Trong những năm 1920, 1930 và sau đú là những năm chiến tranh thế giới lần thứ II xảy ra, cỏc nước như Bỉ, Phỏp, Anh, Bồ Đào Nha, Đức, Brazil, Argentina, Nhật, Trung Quốc đó giỏn tiếp kiểm tra và sử dụng dầu thực vật như là nhiờn liệu diesel. Nhiều nhà mỏy biodiesel đó được xõy dựng ở cỏc nước.
Ngày 31/8/1937, tại trường Đại học Brussel (Bỉ), G.Chavanne đó sớm nhận được bằng sỏng chế (bằng sỏng chế Bỉ -422,877) về việc lần đầu tiờn cho dầu thực vật phản ứng với ethanol, metanol và đú chớnh là biodiesel hiện nay. Phản ứng tạo biodiesel khụng cú gỡ phức tạp và loại nhiờn liệu này cú những ưu điểm như: thõn thiện với mụi trường do khớ thải ớt hơn khi sử dụng diesel thụng thường, lượng carbon dioxide bốc ra giảm được 60%, bụi giảm khoảng 50%, cỏc hợp chất hydrocacbon được giảm thiểu đến 40%, đặc biệt nú hầu như khụng chứa lưu huỳnh, khụng độc (LD50 tới 50mL/kg) và dễ dàng phõn huỷ sinh học. Qua việc chuyển đổi ester này, dầu biodiesel cú độ nhớt thấp hơn dầu thực vật và cú thể dựng làm nhiờn liệu thay thế cho dầu diesel.
Gần đõy, năm 1977 tại Brazil, cỏc nhà khoa học đó sử dụng ethanol trong sản xuất biodiesel và cú bằng sỏng chế theo những quy chuẩn quốc tế dựng cho xe, mỏy (Robert Rapier, 2006). Hiện nay cụng ty Tecbio (Mỹ) đang làm việc với hóng Boeing và NASA để được chấp nhận loại dầu lửa sinh học tương đương với cỏc sản phẩm được sản xuất bởi cỏc nhà khoa học Brazil (Michael Briggs- 2004). Việc sử dụng ethanol thay vỡ methanol trong sản xuất biodiesel cũng cú thể gõy nờn nạn thiếu lương thực khi nhiều lương thực được sử dụng để sản xuất ethanol mà chưa tỡm ra loại vi sinh vật lờn men ethanol từ cỏc nguyờn liệu khỏc.
Những nghiờn cứu sử dụng dầu hướng dương để tạo ra nhiờn liệu diesel tiờu chuẩn đó được thực hiện tại Nam Phi từ năm 1979 và năm 1983, quy trỡnh sản xuất đó được hoàn thiện.
Trong suốt những năm 90 của thế kỷ 20, nhiều nước Chõu Âu như cộng hũa Sộc, Đức, Thuỵ Điển, Phỏp đó cú nhiều cơ sở sản xuất biodiesel từ dầu hạt cải dầu để pha trộn vào dầu diesel tới 30% cho cỏc phương tiện vận tải.
Cỏc hóng ụtụ nổi tiếng như Renault, Peugeot và cỏc động cơ của cỏc phương tiện vận chuyển hàng hoỏ khỏc sử dụng biodiesel tới 50%.
Tại cỏc nước Chõu Âu, cõy cải dầu với hàm lượng dầu cao (40% đến 50%) được xem là cõy thớch hợp cho việc sử dụng làm nguyờn liệu sản xuất biodiesel. Dầu được ộp ra từ cõy cải dầu, phần cũn lại được dựng trong cụng nghiệp sản xuất thức ăn cho gia sỳc. Trong một phản ứng húa học đơn giản giữa dầu cải và metanol cú sự hiện diện của một chất xỳc tỏc, glyxờrin và methanol trao đổi vị trớ cho nhau, tạo thành methyl este của axớt bộo và glyxờrin. Thế nhưng cõy cải dầu phải được trồng luõn canh, tức là chỉ cú thể trồng cõy cải dầu trờn cựng một cỏnh đồng từ 3 đến 5 năm một lần. Vỡ nguyờn nhõn này mà việc tiếp tục tăng sản xuất cải dầu là một việc khú khăn.
Năm 2006, ở Đức trồng 1,2 triệu ha cải dầu và sản xuất được khoảng 2 triệu tấn. Trong tương lai sẽ cũn cú nhiờn liệu sinh khối lỏng (liquid biomass) thay vỡ dầu thực vật, lỳc đú sẽ sử dụng toàn bộ khối lượng của cõy như là nguồn cung cấp năng lượng. Những thử nghiệm đầu tiờn với nhiờn liệu sinh tổng hợp này đó được tiến hành từ thỏng 4/2003 ở Đức. Loại nhiờn liệu này được sản xuất từ gỗ và cỏc loại sinh khối khỏc, mà người ta gọi là sundiesel. Ngoài ra, cũng cũn phải nhắc đến cỏc lựa chọn khỏc thớch hợp cho biodiesel như cú thể sử dụng nhiờn liệu dầu thực vật trực tiếp khụng cần phải chuyển đổi este. Tựy theo loại động cơ mà phải thay đổi một số thụng số cho động cơ diesel để điều chỉnh cỏc tớnh chất vật lý khỏc đi cho thớch ứng.
Hiện nay nhiều nước đó và dang sử dụng dầu cõy cọc rào (Jatropha ). Đõy là loại cõy thuộc họ thầu dầu, vừa dễ trồng vừa phõn bố rộng. Đõy là loại cõy bụi, cú nguồn gốc ở Trung Mỹ, cú thể cao tới 5m, cú khả năng sống ở cả vựng nhiệt đới và ụn đới. Hiện cõy này cũng cú tại nhiều nước Chõu Á (trong đú cú Việt Nam), Chõu Phi. Cõy cọc rào cú thể sống trờn đất hoang, đất cỏt, đất mặn, cả ở kẽ cỏc vỏch đỏ... và cũn được trồng làm bờ rào bảo vệ cõy trồng trỏnh khụng bị cỏc động vật phỏ hại. Hạt của Jatropha curcas cú tới 30% dầu là nguyờn liệu quan trọng để sản xuất biodiesel chất lượng cao dựng cho động cơ diesel tiờu chuẩn. Tại Đức, xe Mercedes đó được vận hành bằng Jatropha diesel để chạy trờn đường dài. Tại Chõu Á, Ấn Độ là nước chỳ ý nhiều nhất đến dầu nhiờn liệu biodiesel, sau đú là Indonesia, Phillipines... Riờng Ấn Độ đó cú mục tiờu chiến lược tới năm 2012 cho hầu hết cỏc bang về sản xuất biodiesel để độc lập tự chủ về năng lượng nhằm giảm bớt sử dụng than đỏ và dầu hoả.
Hiện chớnh phủ Ấn Độ đó dành 400.000km2 (98 triệu acres) đất mà ở đú cú thể trồng cõy cọc rào (Jatropha), với hy vọng năm 2011 sẽ cú tới 20% diesel của Ấn Độ được thay thế bởi biodiesel.
Myanmar, một nước trong cộng đồng Đụng Nam Á cũng đang theo đuổi sản xuất, sử dụng Jatropha oil. Ngày 15/23/2005, chớnh phủ nước này đó cho trồng 50.000 acres (200km2 ) Jatropha. Theo kế hoạch, Myanmar sẽ trồng tới 2.800km2 nhằm khuyến khớch nụng dõn thực hiện mục tiờu chớnh là phỏt triển cụng nụng nghiệp và việc sử dụng nhiờn liệu từ Jatropha là cần thiết. Ngoài những cõy cú dầu núi trờn, một số nước đang chỳ ý đến việc nuụi trồng tảo.
Thỏi Lan ưu tiờn cho việc sản xuất biodiesel từ dầu cọ, hiện nay Thỏi Lan sản xuất biodiesel từ dầu cọ với sản lượng 500.000 lớt/ngày, họ dự kiến đến năm 2020 sẽ nõng cụng suất loại biodiesel này lờn 8,5 triệu lớt/ngày với tổng diện tớch trồng cọ lờn 10 triệu rai (1,6 triệu hecta). Diện tớch trồng cõy cọc rào hiện nay chỉ mới cú 1600 hecta, với giỏ bỏn hạt cọc rào khoảng 4-5 baht/kg, nhưng thường được bỏn cho Trung quốc vỡ giỏ thành sản xuất tại Thỏi một lớt biodiesel từ hạt cọc rào xấp xỉ giỏ bỏn lẻ diesel hoỏ thạch. Chớnh phủ Thỏi Lan rất coi trọng việc phỏt triển nhiờn liệu sinh học, cụ thể là ngày 19/2/2007 bộ năng lượng Thỏi Lan đó quyết định thành lập văn phũng phỏt triển năng lượng sinh học (Bureau of Biofuel Development) thuộc Cục DAEDE (Department of Alternative Energy Development and Efficiency).
Giống như Thỏi Lan, Indonesia và Malaysia chủ yếu sản xuất biodiesel từ dầu cọ, tuy rằng đó cú cỏc nhà khoa học của Indonesia cảnh bỏo về sự huỷ hoại mụi trường sống của cỏc động vật hoang dó quớ (hổ, tờ giỏc,...) do việc đốn hạ cõy cọ tràn lan. Gần đõy họ đó hướng sự chỳ ý tới việc sản xuất biodiesel từ hạt cọc rào. Năm 2007 tập đoàn D1 Oil Plc (Hà Lan) đó hợp tỏc với 3 cụng ty Indonesia (PT Astra Agro Lestari, PT Medco Energi International, PT Mambruk Sarana Interbuana) để triển khai trồng thử nghiệm 1000 hecta cõy cọc rào.
Tại Malaysia đang cú cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu cú ý nghĩa về giống cọc rào cao sản G168, G188 được thực hiện dưới sự chỉ đạo của ụng Bobby Thean Soo Tee, nhà khoa học của Asiatic Center for Genome Technology Sdn. Bhd (ACGT). Gần đõy Philippines cũng hướng sự chỳ ý vào cõy cọc rào. Được khuyến khớch bởi cỏc chớnh sỏch hỗ trợ phỏt triển năng lượng sinh học của chớnh phủ Philippines, ngày 15/12/2007 hóng Bionor Transformacion S.A. của Tõy Ban Nha đó ký hợp đồng liờn doanh với Philippines để đầu tư 200 triệu USD trồng 100.000 hecta cõy cọc rào và chế biến biodiesel.
Chớnh phủ Campuchia dự định dành 40.000 hecta cho dự ỏn sản xuất biodieseltừ hạt cọc rào, dự ỏn này được triển khai bởi trường đại học MVU (Maharishi Vedic University) và tổ chức biodiesel Campuchia, hai tổ chức này nhận được sự hỗ trợ thiết thực của chớnh phủ Campuchia và một quỹ của Úc cú tờn tắt là AACF (Australian Aid for Cambodia Fund). Ngoài ra cụng ty SODECO của ụng Hak và bà Saumura Tioulong đang cú thành cụng bước đầu trong việc gõy giống cọc rào cao sản mới tại 7 trang trại thử nghiệm.
Biodiesel hiện nay được coi là một trong những nhiờn liệu thõn thiện với mụi trường nhất trờn thị trường. Mặc dầu hiện nay cú thể mua biodiesel tại rất nhiều trạm xăng (riờng tại Đức là 1.900 trạm) nhưng biodiesel chưa được người tiờu dựng sử dụng nhiều do cú nhiều nguyờn nhõn: Nhiều người tiờu dựng khụng tin tưởng vào loại nhiờn liệu mới này vỡ khụng tưởng tượng được là cú thể lỏi xe dựng một nhiờn liệu hoàn toàn từ thực vật. Một vấn đề khỏc là rất nhiều người khụng biết chắc chắn là liệu ụ tụ của họ cú thể sử dụng được biodiesel hay khụng.
Thiếu thụng tin cho người tiờu dựng và cỏc cõu hỏi về hư hỏng sau này do biodiesel gõy ra cú thể là những vấn đề lớn nhất cho việc chấp nhận rộng rói việc dựng diesel sinh học. Tại chõu Âu đó nhiều lần cú ý kiến cho là nờn pha thờm vào nhiờn liệu diesel thụng thường khoảng từ 3% đến 5% biodiesel vỡ phần biodiesel này được coi là khụng cú hại ngay cả cho những xe cơ giới chưa được trang bị thớch hợp. Ở Phỏp việc này đó được thực hiện từ lõu: Diesel thụng thường được pha trộn thờm lượng biodiesel mà nụng nghiệp nước Phỏp cú khả năng sản xuất. Tại Phỏp chất lượng diesel thụng thường cú thành phần biodiesel là 5%, trỏnh được cỏc nhược điểm kỹ thuật.
Ngoài ra cũng cần phải nhắc đến cỏc lựa chọn thớch hợp khỏc cho diesel sinh học. Nhiờn liệu dầu thực vật cú thể được sử dụng trực tiếp mà khụng cần phải chuyển đổi este. Tựy theo loại động cơ mà phải thay đổi một số thụng số cho động cơ diesel để điều chỉnh thớch ứng với cỏc tớnh chất vật lý khỏc đi.
Hiện nay theo xu hướng thế giới, biodiesel sẽ được trộn vào thành phần diesel theo tỷ lệ biodiesl /hỗn hợp nhiờn liệu từ 5 đến 30% và khi đú hỗn hợp nhiờn liệu này được gọi là biodiesel B5 đến B30.
* Ở chõu Âu theo chỉ thị 2003/30/EC của EU mà theo đú từ ngày 31 thỏng 12 năm 2005 ớt nhất là 2% và cho đến 31 thỏng 12 năm 2010 ớt nhất là 5,75% cỏc nhiờn liệu dựng để chuyờn chở phải cú nguồn gốc tỏi tạo. Tại Áo, một phần của chỉ thị của
EU đó được thực hiện sớm hơn và từ ngày 1 thỏng 11 năm 2005 chỉ cũn cú dầu diesel với 5% cú nguồn gốc sinh học (B5) là được phộp bỏn.
* Tại Australia, đó sử dụng B20 và B50 vào thỏng 2 năm 2005. * Tại Mỹ năm 2005, đó sử dụng B20.
* Tại Thỏi Lan trong năm 2006, sử dụng B5 tại Chiangmai và Bangkok.
2.3.2. Tại Việt Nam
Việt Nam chỳng ta đó quan tõm đến biodiesel từ cỏch đõy khoảng 20 năm. Đề ỏn phỏt triển ngành nhiờn liệu sinh học (NLSH) đến năm 2015, tầm nhỡn đến năm 2025 đó được thủ tướng chớnh phủ phờ duyệt ngày 20/11/2007. Hiện nay, chỳng ta đang gặp những khú khăn về nhiờn liệu. Giỏ dầu và khớ đốt tăng liờn tục. Ngoài cỏc sản phẩm dầu mỏ thỡ chưa cú một nghiờn cứu nào về biodiesel. So với cỏc nước, bõy giờ chỳng ta mới núi đến nhiờn liệu sinh học thỡ đó quỏ muộn. Tuy nhiờn, theo PGS Chu Tuấn Nhạ, Chủ tịch hội đồng chớnh sỏch và cụng nghệ quốc gia thỡ “Dự muộn vẫn phải phỏt triển nhiờn liệu sinh học”(26/10/2007). Trong sản xuất, Việt Nam cú nhiều thuận lợi, vỡ chỳng ta cú nhiều loại cõy cú dầu. Loại cõy mà cả thế giới “tớn nhiệm“ như thầu dầu (giống Jatropha) thỡ Việt Nam khụng thiếu, bờn cạnh đú cũn cú cỏc cõy cú dầu như gai dầu, sở, trẩu, cõy đen, vừng, lạc, dừa, tảo và cõy cọ... nhưng cỏi khú là chỳng ta chưa cú một chủ trương đỳng đắn, rừ ràng. Cũng cú tỏc giả đề xuất dựng cõy cọc rào (Jatropha curcas), dựng mỡ cỏ ba sa để sản xuất nhiờn liệu sinh học và theo tỏc giả Lờ Vừ Định Tường (2007), hiện đó cú một số cụng ty của Phỏp, Singapore đang cú dự định hợp tỏc với Việt Nam trồng cõy cọc rào, cõy cọ nhưng cần cú những điều tra nghiờn cứu thờm, bởi chi cọc rào cú tới 175 loài mà ở Việt Nam chưa cú một số liệu nào về loài cú ưu thế về hàm lượng, chất lượng dầu. Theo nhiều nhà nghiờn cứu, cõy cọ dầu cú thể phỏt triển tốt ở Việt Nam nờn tương lai nếu phỏt triển trồng loại cõy này thỡ cỳng ta sẽ cú sản lượng biodiesel dầu cọ dồi dào như Malaysia và Indonesia.
CHƯƠNG III: THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ VỚI NHIấN LIỆU BIODIESEL DẦU CỌ
3.1 Mục đớch thử nghiệm
Mục đớch thử nghiệm là nghiờn cứu đỏnh giỏ ảnh hưởng của nhiờn liệu biodiesel dầu cọ với tỷ lệ pha thấp (B5, B10) đến đặc tớnh cụng suất, tiờu hao nhiờn liệu và phỏt thải của động cơ diesel trang bị hệ thống nhiờn liệu common rail làm cơ sở cho việc nghiờn cứu phỏt triển và sử dụng đại trà loại nhiờn liệu này trờn cỏc động cơ diesel hiện đại.
3.2 Trang thiết bị thử nghiệm 3.2.1 Động cơ thử nghiệm 3.2.1 Động cơ thử nghiệm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Động cơ được sử dụng cho nghiờn cứu này là động cơ chuyờn phục vụ nghiờn cứu trong phũng thớ nghiệm AVL 5402. Đõy là động cơ 1 xylanh 4 kỳ khụng tăng ỏp. Động cơ này cú kết cấu đơn giản và trang bị đầy đủ cỏc thiết bị đo ỏp suất khớ thể trong xi lanh, trang bị ECU mở cú thể thay đổi chớnh xỏc cỏc thụng số điều chỉnh (gúc phun sớm, ỏp suất phun, lượng nhiờn liệu phun...) theo yờu cầu đỏp ứng được cỏc mục đớch thớ nghiệm khỏc nhau. Nắp động cơ cú thể được thay đổi tựy theo mục đớch thớ nghiệm, chẳng hạn như thớ nghiệm đo diễn biến quỏ trỡnh hỡnh thành hỗn hợp và chỏy trong xylanh thỡ người ta cú thể thay nắp mỏy bằng một nắp mỏy khỏc cú gắn đầu nội soi. Ngoài ra, động cơ này cú thể cho phộp thay đổi tỷ số nộn hoặc cho phộp dễ dàng lắp đặt cỏc thiết bị đo cỏc thụng số…Về kết cấu phối khớ, động cơ cú 2 trục cam trờn đỉnh dẫn động 4 xupap. Đối với hệ thống nhiờn liệu thỡ động cơ này sử dụng hệ thống nhiờn liệu tớch ỏp CR.
*Cỏc thụng số kỹ thuật của động cơ :
- Số xylanh : 1
- Đường kớnh xylanh : 85 mm - Hành trỡnh piston : 90 mm - Dung tớch cụng tỏc : 510.7 cm3
- Tỷ số nộn : 17,1:1
- Số van trờn xylanh : 4 (2 nạp, 2 thải) - Cụng suất (khụng tăng ỏp) : 8 kW
- Tốc độ định mức : 3000v/p
- Nhiờn liệu : Diesel
- Hệ thống nhiờn liệu : Phun trực tiếp (1 vũi phun)
- Hệ thống phun : Common Rail CP1 (của hóng BOSCH) - Hệ thống điều khiển động cơ : EDC 15-C6-350+ETK7
- Áp suất trong xilanh : 150 bar - Gúc mở sớm xupap nạp : α1 = 80
- Gúc đúng muộn xupap nạp : α2 = 460
- Gúc mở sớm xupap thải : β1 = 520
- Gúc đúng muộn xupap thải : β2 = 180
350 473
Hỡnh 3.2. Mặt cắt ngang động cơ 1 xylanh
3.2.2 Nhiờn liệu thử nghiệm
Nhiờn liệu thử nghiệm trong nghiờn cứu này là nhiờn liệu diesel thương mại 0,05%S và hỗn hợp biodiesel dầu cọ pha trộn với nhiờn liệu diesel thương mại núi trờn với tỷ lệ biodiesel trong hỗn hợp là 5% và 10%, gọi chung là biodiesel B5 và biodiesel B10. Như vậy là cú 3 mẫu nhiờn liệu phục vụ thử nghiệm là diesel 0,05%S, biodiesel B5 và biodesel B10.
Nguồn cung cấp chớnh của loại biodiesel này hiện nay là Malaysia, Indonesia, Thỏi Lan và tương lai cú thể là Việt Nam…nơi cõy cọ dầu rất thớch hợp với thời tiết và thổ nhưỡng, rẻ tiền, được trồng dễ dàng và năng xuất dầu cao, nhiờn liệu sinh học từ dầu cọ cú tiềm năng lớn. Ở Việt Nam, vựng đất trung du Phỳ Thọ lớn rất thớch hợp trồng cõy cọ dầu và chớnh phủ cũng đang quan tõm đến phỏt triển và sử