biodiezel [3, 9, 24, 29, 30, 31, 32]
∗Dầu cọ:Cọ là mộtcõy nhiệt đới được trồng nhiều ở một số nước Chõu Âu,
Tõy Phi, Chõu Á,…Từ cõy cọ cú thể sản xuất 2 loại dầu: dầu nhõn cọ và dầu cựi cọ.
Dầu nhõn cọ cú màu trắng cũn dầu cựi cọ cú màu vàng. Thành phần axit bộo của chỳng cũng khỏc nhau. Dầu cựi cọ là loại thực phẩm rất tốt dựng để ăn trực tiếp hoặc chế biến thành bơ, mỡ thực vật. Dầu cựi cọ cú chứa nhiều caroten nờn được
dựng để sản xuất chất tiền sinh tố A. Dầu cựi cọ cú thể dựng để sản xuất xà phũng
hoặc dựng trong ngành luyện kim. Dầu nhõn cọ cú cụng dụng trong ngành thực
phẩm bỏnh kẹo và xà phũng. Cả hai loại dầu này cú thể làm nguyờn liệu rất tốt để
sản xuất biodiezel.
∗Dầu đậu nành: Dầu đậu nành tinh khiết cú màu vàng sỏng, thành phần axit
bộo chủ yếu của nú là linoleic (50%-57%), oleic (23%-29%). Dầu đậu nành được
dựng nhiều trong mục đớch thực phẩm. Ngoài ra, dầu đậu nành đó tinh luyện được dựng làm nguuyờn liệu để sản xuất macgaric. Từ dầu đậu nành cú thể tỏch ra được
lexetin dựng trong dược liệu, trong sản xuất bỏnh kẹo. Dầu đậu nành cũn được dựng
để sản xuất sơn, vecni, xà phũng…và đặc biệt là sản xuất biodiezel.
∗Dầu sở:Cõy sở là một loại cõy lõu năm được trồng nhiều ở vựng nhiệt đới.
Ở nước ta, sở được trồng nhiều ở cỏc tỉnh trung du phớa Bắc. Thành phần axit bộo
gồm: axit oleic (>60%), axit linoleic (15%-24%) và axit panmitic (15%-26%). Dầu
sở sau khi tỏch saposin dựng làm dầu thực phẩm rất tốt. Ngoài ra, dầu sở cũn được dựng rộng rói trong cụng nghiệp xà phũng và mỹ phẩm. Dầu sở cũng được dựng để
sản xuất biodiezel.
∗ Dầu bụng: Bụng là loại cõy trồng một năm. Trong dầu bụng cú sắc tố
carotenoit và đặc biệt là gossipol và cỏc dẫn xuất của nú làm cho dầu bụng cú màu đặc biệt: màu đen hoặc màu sẫm. Gossipol là một độc tố mạnh. Hiện nay dựng
phương phỏp tinh chế bằng kiềm hoặc axit antranilic cú thể tỏch được gossipol
chuyển thành dầu thực phẩm. Do trong dầu bụng cú chứa nhiều axit bộo no panmitic nờn ở nhiệt độ phũng nú đó ở thể rắn. Bằng cỏch làm lạnh dầu người ta cú thể tỏch được panmitic dựng để sản xuất macgarin và xà phũng. Dầu bụng cũng là
nguyờn liệu tốt để sản xuất biodiezel.
∗ Dầu dừa: Dừa là một loại cõy nhiệt đới được trồng nhiều ở vựng Đụng
Nam Á, Chõu Phi, Chõu Mỹ La Tinh.Ở Việt Nam, dừa được trồng nhiều ở Thanh
Húa, Phỳ Khỏnh, Nam Trung Bộ…Dừa là cõy sinh trưởng lõu năm, thớch hợp với
khớ hậu núng ẩm cú thể trồng được ở cỏc nơi nước mặn, lợ, chua…Trong dầu dừa
cú chứa cỏc axit bộo lauric (44%-52%), myristic (13%-19%), panmitic (7,5%-
10,5%). Hàm lượng cỏc chất bộo khụng no rất ớt. Dầu dừa được sử dụng nhiều cho
mục đớch thực phẩm, cú thể sản xuất macgarin và cũng là nguyờn liệu tốt để sản
xuất biodiezel. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
∗ Dầu hướng dương: Hướng dương là loại cõy hoa một năm và hiện nay
được trồng nhiều ở xứ lạnh như chõu Âu, chõu Mỹ, chõu Á và đặc biệt là Liờn Xụ
(chiếm 90% sản lượng thế giới). Đõy là loại cõy cú hàm lượng dầu cao và đem lại
đỏ. Dầu hướng dương chứa nhiều protein nờn sản phẩm rất quý nuụi dưỡng con
người. Ngoài ra, dầu hướng dương cũng là nguyờn liệu rất tốt để sản xuất biodiezel.
∗Dầu cao su: Cao su là cõy được trồng chủ yếu để lấy mủ. Cõy cao su thớch
hợp trồng ở nơi cú khớ hậu núng ẩm. Cõy cao su được trồng nhiều nơi trờn thế giới như Ấn Độ, Chõu Phi, Chõu Mỹ…. Ở Việt Nam cõy cao su được đưa vào từ thời
Phỏp thuộc và được trồng nhiều ở cỏc tỉnh miền Đụng Nam Bộ. Cõy Cao su sống thớch hợp nhất ở cỏc vựng đất đỏ. Hạt cõy cao su cũn được tận dụng làm thức ăn cho gia sỳc. Dầu hạt cao su được ộp từ nhõn hạt cao su, chiếm khoảng 50% khối lượng hạt. Dầu hạt cao su thuộc loại dầu bỏn khụ, là sản phẩm phụ của cõy cao su thiờn nhiờn và cú thành phần axit bộo như sau: 7% palmitic, 9% stearic, 0,3% arachidic,
30% oleic, 30-50% linoleic. Sản lượng dầu hạt cao su chiếm khoảng 260 lớt/ha. So với cỏc loại dầu khỏc thỡ dầu hạt cao su ớt được sử dụng trong thực tế vỡ hàm lượng axit bộo rất lớn. Dầu hạt cao su cú giỏ tương đối rẻ vỡ vậy rất phự hợp cho sản xuất dầu biodiezel.
∗Dầu thầu dầu:Dầu thầu dầu hay cũn gọi là dầu ve được lấy từ hạt quả của
cõy thầu dầu. Cõy thầu dầu được trồng nhiều ở vựng cú khớ hậu nhiệt đới. Những
nước sản xuất thầu dầu là Brazin (36%), Ấn Độ (6%), Trung Quốc, Liờn Xụ cũ,
Thỏi Lan. Tại Việt Nam, thầu dầu được trồng nhiều ở vựng trung du Bắc Bộ, Thanh
Húa, Nghệ Tĩnh. Tuy nhiờn, dầu thầu dầu ở Việt Nam vẫn phải nhập nhiều từ Trung
Quốc. Dầu thầu dầu là loại dầu khụng khụ, chỉ cú iot từ 80-90, tỷ trọng lớn, tan
trong ankan, khụng tan trong xăng và dầu hỏa. Hơn nữa, do độ nhớt cao của dầu
thầu dầu so với cỏc loại dầu khỏc nờn ngay từ đầu đó được sử dụng trong cụng
nghiệp dầu mỡ bụi trơn. Hiện nay dầu thầu dầu vẫn là loại dầu nhờn cao cấp dựng
trong động cơ mỏy bay, xe lửa, và cỏc mỏy cú tốc độ cao, trong dầu phanh. Dầu thầu dầu được dựng trong nhiều lĩnh vực như: Trong y tế được dựng làm thuốc tẩy, nhuận tràng, trong cụng nghiệp hương liệu và mỹ phẩm, trong cụng nghiệp chất dẻo, làm giấy than, giấy nến và mực in, trong cụng nghiệp dệt nhuộm, thuộc da,
∗ Jatropha: (cũn gọi là cõy ma phong,cõy cọc rào, cõy dầu mố, cõy D.O) thực chất nú cũng thuộc họ thầu dầu, nguồn gốc từ Mexico (nơi duy nhất cú húa thạch của cõy này) và Trung Mỹ, được người Bồ Đào Nha đưa qua Cape Verde, rồi
lan truyền sang chõu Phi, chõu Á, sau đú được trồng ở nhiều nước, trở thành cõy
bản địa ở khắp cỏc nước nhiệt đới, cận nhiệt đới trờn toàn thế giới.
Ở Việt Nam, Jatropha đó được trồng rải rỏc ở nhiều tỉnh: Đức Trọng, Bắc Bỡnh, Lạng Sơn, Hàm Thuận Bắc, Hàm Thuận Nam, Ninh Sơn, Thanh Hoỏ, Lào Cai, Đồng Nai, Thành phố Hồ Chớ Minh… Việc đẩy mạnh trồng cõy Jatropha là hướng đi phự hợp với tỡnh hỡnh phỏt triển của Việt Nam bởi đõy là loại cõy trồng “dễ tớnh”, cú thể trồng được ở mọi nơi của vựng đồi nỳi, vựng đất cằn cỗi, trừ vựng
đất ngập nước của Việt Nam.
Phỏt hiện quan trọng nhất từ Jatropha là lấy hạt làm nguyờn liệu sản xuất dầu
diezel sinh học. Hạt Jatropha cú hàm lượng dầu trờn 30%, từ hạt ộp ra dầu thụ, từ
dầu thụ tinh luyện được diezel sinh học và glyxerin. Dầu diezel sinh học được sản
xuất từ Jatropha cú giỏ thành rẻ, chất lượng tốt, tương đương với dầu diezel húa
thạch truyền thống.
Trong thành phần hạt Jatropha cú độc tố curcin, cú thể gõy tử vong cho người và gõy hại cho vật nuụi. Nếu khử hết độc tố thỡ bó khụ dầu Jatropha trở thành một loại thức ăn giàu đạm cho cỏc loài gia sỳc, gia cầm, tạo ra nguồn thức ăn chăn nuụi quý, gúp phần giải quyết nhu cầu thức ăn cụng nghiệp sẽ thiếu hụt trầm trọng đối với ngành chăn nuụi nước nhà trong tương lai gần. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong thành phần cõy Jatropha, đó chiết xuất được những hợp chất chủ yếu
nhưtecpen, flavon, coumarin, lipit, sterol và alkaloit. Nhiều bộ phận của cõy này cú
thể chữa bệnh như lỏ, vỏ cõy, hạt và rễ. Rễ trị tiờu viờm, cầm mỏu, trị ngứa; dầu của hạt cú thể nhuận tràng; dịch nhựa trắng tiết ra từ vết thương của cành cú thể trị viờm lợi, làm lành vết thương, chữa trị bệnh trĩ và mụn cơm; nước sắc từ lỏ dựng để chữa trị bệnh phong thấp, đau răng…
Ngoài ra cũn dầu từ cỏc cõy như: lục ngọc, cải dầu, sơn đồng tử, hoàng liờn mộc, giỏp trỳc đào…
Núi chung cỏc quỏ trỡnh húa học và ứng dụng cú khỏc biệt đối với từng loại dầu thực vật. Nhưng hầu như tất cả cỏc loại dầu thực vật đều cú thể là nguyờn liệu sản xuất biodiezel pha trộn với nguyờn liệu diezel làm giảm đỏng kể cỏc khớ độc hại
trong khớ thải như SO2, NOx, cỏc hydrocacbon thơm, CO… đồng thời cú thể tiết
kiệm đỏng kể nguyờn liệu khoỏng.
Bảng 1.4.Đỏnh giỏ về cỏc cõy nguyờn liệu sản xuất dầu Biodiezel
Tờn cõy Giỏ thành
kinh tế Cụng năng sinh thỏi
Cụng năng xó hội Đỏnh giỏ tổng hợp hạngXếp Jatropha 0.435 0.342 0.308 1.085 1 Lục ngọc 0.323 0.367 0.383 1.073 2 Cõy vỏ trơn 0.311 0.333 0.383 1.047 3 Cải dầu 0.302 0.306 0.425 1.036 4 Đậu tương 0.214 0.379 0.438 1.031 5 Sơn đồng tử 0.351 0.325 0.325 1.001 6 Lạc 0.211 0.342 0.442 0.992 7 Hoàng liờn mộc 0.325 0.367 0.300 0.883 8 Giỏp trỳc đào 0.166 0.425 0.292 0.880 9 Cọ dầu 0.197 0.333 0.350 0.880 10
I.3. QUÁ TRèNH TỔNG HỢP BIODIEZEL
I.3.1. Cỏc phương phỏp sản xuất biodiezel [1, 9, 20, 24, 27, 29, 32, 33]
I.3.1.1.Phương phỏp phối trộn và sử dụng trực tiếp
Dầu thực vật khi được sử dụng trực tiếp trong động cơ diezel cú nhiều vấn đề và nhược điểm. Một trong những vấn đề là độ nhớt của dầu thực vật quỏ cao gõy khú khăn cho việc vận chuyển dầu từ bồn chứa đến động cơ. Thậm chớ khi đun
động cơ gặp nhiều khú khăn. Hơn nữa, động cơ cũng bị cặn cốc tạo thành dẫn đến cản trở hoạt động của pittong. Mặc dự cũng cú động cơ diezel chạy trực tiếp bằng
dầu thực vật tuy nhiờn phối trộn dầu thực vật với nhiờn liệu diezel là phự hợp hơn
cả. Tỉ lệ dầu thực vật : diezel hay được sử dụng từ 1: 10 đến 2:10.
I.3.1.2.Nhũ tương húa
Với nguyờn liệu đầu vào dầu thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt. Nhũ
húa là sự phõn tỏn keo của chất lỏng cú cấu trỳc rất nhỏ với đường kớnh nằm trong
khoảng 1-50mm. Thiết bị tạo nhũ cú thể tạo ra nhũ tương dầu thực vật – rượu, trong
đú hạt rượu cú kớch thước khoảng 150àm và phõn bố đều trong nhũ tương. Phương phỏp này giải quyết được vấn đề độ nhớt cao của dầu thực vật do đó nhũ húa dầu bằng dung mụi là cỏc rượu đơn giản như metanol, etanol tuy nhiờn lại cú nhược điểm là rất khú khăn để tạo và duy trỡ nhũ, lọc nhiờn liệu đồng thời sự bay hơi của rượu làm cản trở hoạt động bỡnh thường của hệ thống cấp nhiờn liệu cho động cơ.
I.3.1.3.Phản ứng chuyển húa este
Đõy là một phương phỏp khụng phức tạp, cú thể thực hiện ở quy mụ từ nhỏ đến lớn. Chuyển húa este là phản ứng giữa glyxerit với rượu tạo thành alkyl este và sản phẩm phụ glyxerin. Cỏc alkyl tạo ra cú độ nhớt và trọng lượng phõn tử thấp hơn nhiều so với dầu, mỡ ban đầu. Nú cú tớnh chất tương tự như diezel khoỏng. Đõy là phương phỏp hay được sử dụng nhất vỡ quỏ trỡnh tương đối đơn giản, sản phẩm thu
được cú chất lượng tốt, phự hợp là nhiờn liệu cho động cơ diezel.
I.3.1.4.Craking nhiệt
Đõy là quỏ trỡnh sử dụng nhiệt craking dầu thực vật tạo thành cỏc alkan, cycloalkan, alkylbenzen, nhưng quỏ trỡnh này rất tốn kộm.
I.3.2. Cỏc phương phỏp chuyển húa este tạo biodiezel [8, 21, 25, 28, 29, 30, 31]
Sự khỏc nhau cơ bản giữa dầu thực vật và mỡ động vật so với diezel chớnh là (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
độ nhớt. Cỏc phương phỏp chế tạo diezel đều lấy việc giảm độ nhớt của dầu thực
vật và mỡ động vật làm mục tiờu trước tiờn. Quỏ trỡnh chuyển húa este tạo biodiesel
hay cũn gọi là quỏ trỡnh rượu húa, nghĩa là từ một phõn tử triglyxerit hoặc cỏc axit
thường sử dụng trong quỏ trỡnh này là rượu đơn chức chứa từ 1 đến 8 nguyờn tử cacbon, trong đú hay sử dụng là metanol và etanol. Etanol cú ưu điểm là sản phẩm của nụng nghiệp, cú thể tỏi tạo được, dễ phõn hủy sinh học, ớt ụ nhiễm mụi trường hơn nhưng metanol lại được sử dụng nhiều hơn do giỏ thành thấp hơn, cho phộp tỏch đồng thời pha glyxerin do nú cú mạch ngắn nhất và phõn cực hơn. Phản ứng tương tự sử dụng etanol phức tạp hơn do nú yờu cầu lượng nước trong rượu và dầu rất thấp.
Cú ba phương phỏp cơbản để sản xuất biodiezel từ dầu thực vật và mỡ động vật là:
I.3.2.1. Phương phỏp siờu tới hạn:
Là phương phỏp khụng sử dụng xỳc tỏc nhưng yờu cầu sử dụng tỉ lệ
metanol/dầu khỏ cao (42/1) và được tiến hành dưới điều kiện siờu tới hạn (350 –
450oC và ỏp suất lớn hơn 80atm). Phương phỏp này cú độ chuyển húa cao, thời gian
phản ứng ngắn, chỉ trong vong 4 phỳt, quỏ trỡnh tinh chế sản phẩm đơn giản. Tuy nhiờn phương phỏp này cú chế độ cụng nghệ phức tạp do đú đũi hỏi chi phớ lớn và tốn kộm.
I.3.2.2. Phương phỏp glyxerin húa:
Phương phỏp này tiến hành bằng cỏch cho glyxerin, nguyờn liệu đầu vào đun
núng đến nhiệt độ cao (200oC), xỳc tỏc hay sử dụng là xỳc tỏc kẽm clorua (ZnCl).
Glyxerin phản ứng với axit bộo tự do thành mono và diglyxerin. Phương phỏp này
làm giảm lượng axit bộo tự do trong nguyờn liệu và vỡ thế nguyờn liệu cú thể được tiếp tục đưa vào phản ứng tạo biodiezel trờn xỳc tỏc kiềm. Một ưu điểm nữa của phương phỏp này là trong quỏ trỡnh xử lý khụng cú metanol lờn sản phẩm phụ chỉ cú nước và dễ dàng loại bỏ bằng cỏch cho bay hơi.
I.3.2.3. Cỏc phương phỏp sử dụng xỳc tỏc:
Quỏ trỡnh sản xuất biodiezel là quỏ trỡnh hoàn thành phản ứng este chộo húa. Cơ sở húa học của quỏ trỡnh xảy ra trong suốt phản ứng :
Triglyceride Diglyceride Monoglyceride Glycerol Metyl este Metyl este Metyl este
Triglyxeride chuyển húa thành diglyxeride, diglyxeride lại chuyển húa thành
monoglyxeride rồi sau đú thành glyxerol. Mỗi bước chuyểnhúa lại tạo ra một phõn
tử metyl este của axit bộo.
Cỏc loại xỳc tỏc sử dụng trong phản ứng este chộo húa:
- Xỳc tỏc axit: Chủ yếu là axit Bronsted như H2SO4, HCl… xỳc tỏc đồng thể
trong pha lỏng. Phương phỏp xỳc tỏc đồng thể này đũi hỏi nhiều năng lượng cho
quỏ trỡnh tinh chế sản phẩm. Cỏc xỳc tỏc này cho độ chuyển hoỏ thành este cao,
nhưng phản ứng chỉ đạt độ chuyển hoỏ cao khi nhiệt độ cao trờn 100oC và thời gian
phản ứng lõu hơn, ớt nhất trờn 6h mới đạt độ chuyển hoỏ hoàn toàn. Xỳc tỏc axit dị
thể là SnCl2, zeolite USY-292, nhựa trao đổi anion Amberlyst A26,A27… Xỳc tỏc
này cú ưu điểm là quỏ trỡnh tinh chế sản phẩm đơn giản, khụng tốn nhiều năng
lượng nhưng ớt được sử dụng vỡ độ chuyển hoỏ thấp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Xỳc tỏc bazơ: Do phản ứng este húa sử dụng xỳc tỏc bazơ xảy ra nhanh hơn
so với xỳc tỏc axit, đồng thời xỳc tỏc mang tớnh kiềm thỡ ớt gõy ăn mũn hơn so với
xỳc tỏc axit nờn cỏc quỏ trỡnh cụng nghiệp thường sử dụng xỳc tỏc bazơ. Xỳc tỏc
bazơ được sử dụng trong quỏ trỡnh chuyển hoỏ este dầu thực vật cú thể là xỳc tỏc
đồng thể trong pha lỏng như: KOH, NaOH, CH3ONa hoặc xỳc tỏc dị thể như: MgO,
nhựa trao đổi cation Amberlyst 15, titanium silicate TIS… Xỳc tỏc đồng thể
CH3ONa cho độ chuyển hoỏ cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhất, nhưng yờu cầu
khụng được cú mặt của nước vỡ vậy khụng thớch hợp cho cỏc quỏ trỡnh cụng nghiệp. Cũn xỳc tỏc dị thể cú hoạt tớnh cao nhất là MgO nhưng hiệu suất phản ứng thu được khi sử dụng xỳc tỏc này thấp hơn khoảng 10 lần so với NaOH hay KOH.
- Xỳc tỏc enzym: gần đõy cú rất nhiều nhà nghiờn cứu quan tõm đến khả
năng ứng dụng của xỳc tỏc vi sinh trong quỏ trỡnh sản xuất biodiesel. Cỏc enzym là
xỳc tỏc sinh học cú đặc tớnh pha nền, đặc tớnh nhúm chức và đặc tớnh lập thể trong
mụi trường nước. Cả hai dạng lipaza ngoại bào và nội bào đều xỳc tỏc một cỏch cú hiệu quả cho quỏ trỡnh trao đổi este của triglyxerit trong mụi trường hoặc nước hoặc