Sự khỏc nhau cơ bản giữa dầu thực vật và mỡ động vật so với diezel chớnh là
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.
- 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
khụng nước. Cỏc phản ứng trao đổi este sử dụng xỳc tỏc enzym cú thể vượt qua
trờn. Đú là những sản phẩm phụ như: metanol và glyxerin cú thể tỏch ra khỏi sản phẩm một cỏch dễ dàng, đồng thời cỏc axit bộo tự do cú chứa trong dầu mỡ sẽ được
chuyển hoỏ thành metyl este. Sử dụng xỳc tỏc enzym cú ưu điểm là độ chuyển hoỏ
cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhất, quỏ trỡnh tinh chế sản phẩm đơn giản,
nhưng xỳc tỏc này chưa được sử dụng rộng rói trong cụng nghiệp vỡ giỏ thành cao.
Để cú thể sử dụng xỳc tỏc enzym lặp lại nhiều lần, người ta đó mang enzym lipaza
trờn chất mang xốp (cú thể là vật liệu vụ cơ, cũng cú thể là nhựa anionic….). Việc dễ dàng thu hồi xỳc tỏc để sử dụng nhiều lần đó làm giảm nhiều chi phớ của quỏ trỡnh, tạo tiền đề cho việc ứng dụng của cụng nghệ vi sinh trong quỏ trỡnh sản xuất
biodiezel.
Ngoài ra, cũn sử dụng phương phỏp xử lý bằng xỳc tỏc axit sau đú sử dụng xỳc tỏc bazơ: phương phỏp này giải quyết được vấn đề tốc độ phản ứng. Xỳc tỏc axit cú tỏc dụng thỳc đẩy quỏ trỡnh phản ứng este húa axit bộo tự do thành metyl este nờn được sử dụng cho xử lớ nguyờn liệu đầu vào cú hàm lượng axit khỏ cao.
Sau đú, nguyờn liệu cú hàm lượng axit bộo tự do thấp được đưa vào phản ứng
chuyển húa este với xỳc tỏc bazơ. Tuy nhiờn, nước tạo thành trong quỏ trỡnh này
vẫn là vấn đề của phương phỏp. Một cỏch để giải quyết là cho dư metanol trong quỏ trỡnh xử lớ và nước tạo thành sẽ bị pha loóng đến mức khụng ảnh hưởng đến phản ứng. Tỷ lệ mol giữa metanol và axit bộo tự do cú thể lờn đến 40:1. Hạn chế của phương phỏp này là tiờu tốn nhiều năng lượng để thu hồi metanol dư.