8. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA LUẬN ÁN
1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng biodiesel trên Thế giới và tại Việt Nam
1.2.2. Tại Việt Nam
“Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”
với mục tiêu chủ yếu là phát triển NLSH, một dạng năng lượng mới, tái tạo được để thay thế một phần nhiên liệu hĩa thạch truyền thống, gĩp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ mơi trường đã được Thủ tướng Chính phủ ký Quyết định 177/2007/QĐ-TTg phê duyệt ngày 20/11/2007. Theo Đề án này, mục tiêu đến giai đoạn 2011 - 2015, nước ta làm chủ và sản xuất các vật liệu, chất phụ gia phục vụ sản
xuất NLSH, ứng dụng thành cơng cơng nghệ lên men hiện đại để đa dạng hĩa các nguồn nguyên liệu cho quá trình chuyển hĩa sinh khối thành NLSH. Đến năm 2015, sản lượng Ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước. Tầm nhìn đến năm 2025, cơng nghệ sản xuất NLSH ở nước ta đạt trình độ tiên tiến trên thế giới với sản lượng Ethanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước [2].
Học tập các quốc gia phát triển, trên cơ sở bộ tiêu chuẩn ATSM D6751 của Hoa Kỳ và bộ tiêu chuẩn EN 14214 của châu Âu, năm 2007 Việt Nam đã ban hành bộ tiêu chuẩn TCVN 7717:2007 (bảng 1.3) với 13 chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của biodiesel B100 và trở thành một trong các quốc gia đi tiên phong ở khu vực trong việc xây dựng, phát triển và kiểm sốt sản phẩm biodiesel.
Bảng 1.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của biodiesel B100 theo TCVN 7717
Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử
Hàm lượng Ester Min 96,5 EN 14103 Khối lượng riêng tại 150C, kg/m3 860-900 TCVN 6594 Điểm chớp cháy, 0C Min 13,0 TCVN 2693 Nước và cặn, % thể tích Max 0,05 ASTM D2709 Độ nhớt động học tại 400C,
mm2/s 1,9-6 TCVN 3171
Tro, sulphat, % khối lượng Max 0,02 TCVN 2689 Lưu huỳnh, % khối lượng, ppm Max 0,05 ASTM D5453
Ăn mịn đồng No1 TCVN 2694
Trị số Cetan Min 47 TCVN 7630
Cặn Cacbon, % khối lượng Max 0,05 ASTM D4530 Trị số Axit, mgKOH/g Max 120 EN 1411 Nhiệt độ chưng cất, 90% thu hồi Max 360 ASTM D1160 Na và Ka, mg/kg Max 5,0 EN 1408
Trên cơ sở TCVN 7717:2007, năm 2009 Việt Nam đã ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu DO và NLSH – QCVN 1:2009/BKHCN với 11 chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của biodiesel B100 (bảng 1.4). Bên cạnh việc cơng bố chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của biodiesel B100, các phịng thí nghiệm trọng điểm và các trung tâm
phân tích kiểm nghiệm của Việt Nam đã đầu tư và hồn thiện các bộ thí nghiệm để phân tích đánh giá các mẫu dầu theo yêu cầu.
Bảng 1.4. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của biodiesel B100 Theo QCVN 1:2009/BKHCN Theo QCVN 1:2009/BKHCN
Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử
Hàm lượng Este metyl axit béo (FAME), %
khối lượng, khơng nhỏ hơn 96,5 TCVN 7868 (EN 14103) Nước và cặn, % thể tích, khơng lớn hơn 0,050 TCVN 7757 (ASTM D 2709) Độ nhớt động học tại 400C, mm2/s 1,9 – 6,0 TCVN 3171 (ASTM D 445) Tro sulphát, % khối lượng, khơng lớn hơn 0,020 TCVN 2689 (ASTM D 874) Lưu huỳnh, % khối lượng, khơng lớn hơn 0,05 TCVN 7760 (ASTM D 5453) Trị số Cetan, khơng nhỏ hơn 47 TCVN 7630 (ASTM D 613) Trị số Axit, mg KOH/g, khơng lớn hơn 0,50 TCVN 6325 (ASTM D 664) Độ ổn định ơ xy hố, tại 110oC, h, khơng
nhỏ hơn 6 TCVN 7895 (EN 14112)
Glycerin tự do, % khối lượng, khơng lớn
hơn 0,020 TCVN 7867 (ASTM D 6584)
Glycerin tổng, % khối lượng,
khơng lớn hơn 0,240 TCVN 7867 (ASTM D 6584)
Phospho, % khối lượng, khơng lớn hơn 0,001 TCVN 7866 (ASTM D 4951) Năm 2004, Phân viện khoa học vật liệu tại Tp.HCM đã nghiên cứu thành cơng cơng nghệ sản xuất dầu Biodisel từ mỡ động vật. Trong đĩ, nhĩm nghiên cứu của tác giả Nguyễn Hữu Hường đã “ra mắt” cơng nghệ sản xuất dầu biodiesel từ nguồn dầu phế thải và mỡ cá Basa. Qua thử nghiệm trên động cơ xe ơ tơ Mercedes 16 chỗ với quãng đường 1.000km, nhiên liệu B20 đảm bảo nồng độ khí thải trong mức cho phép và khơng ảnh hưởng đến sự hoạt động của động cơ [5].
Năm 2005, Viện Hố học cơng nghiệp Việt Nam đã được Tổng cơng ty Hố chất giao thực hiện đề tài KH&CN "Nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ sản xuất diesel sinh
học từ các nguồn nguyên liệu khác nhau và đánh giá tính chất của nhiên liệu hỗn hợp diesel sinh học/diesel" [48]. Đề tài tập trung chủ yếu vào việc hồn thiện cơng nghệ
điều chế diesel sinh học từ các nguồn nguyên liệu khác nhau, đặc biệt là từ dầu dừa ở quy mơ phịng thí nghiệm và đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel. Cùng thời
gian đĩ, một đề tài độc lập cấp Nhà nước do Cơng ty cổ phần phụ gia và sản phẩm dầu mỏ chủ trì cũng được triển khai nghiên cứu, nhưng nội dung chính là nghiên cứu cơng nghệ sản xuất xăng và dầu diesel pha cồn. Thực tế, đề tài chưa nghiên cứu cơng nghệ hồn thiện để triển khai sản xuất ở quy mơ cơng nghiệp, chưa nghiên cứu một cách hệ thống các vấn đề pha trộn, phân tích, thử nghiệm và đánh giá đặc tính nhiên liệu diesel sinh học từ các loại nguyên liệu khác nhau.
Nhĩm nghiên cứu do tác giả Hồ Sơn Lâm Tp.HCM [54], đã tiến hành nghiên cứu hàm lượng các chất độc hại cĩ trong khí thải khi sử dụng biodiesel trên động cơ máy phát điện và nhận thấy: Loại nhiên liệu Bio-2/IAMS (nhiên liệu dùng cho chạy máy phát điện) cho hàm lượng hydrocacbon trong khí thải (khi sử dụng 10% Bio-2 /IAMS để pha với DO) thấp nhất (25ppm). Khi pha 5 hay 15%, hàm lượng hydrocacbon trong khí thải cũng ít hơn khi sử dụng 100% DO.
Tại Phịng Thí nghiệm trọng điểm quốc gia về cơng nghệ lọc - hĩa dầu [50], các nhà khoa học thử nghiệm loại biodiesel pha 5% với DO trên một số loại xe 7 chỗ và xe tải trọng 1,25 tấn, mỗi xe chạy 1.000km. Kết quả thử nghiệm cho thấy, nếu biodiesel đạt tiêu chuẩn Việt Nam khi pha với tỷ lệ 5% sẽ khơng ảnh hưởng đến chất lượng vận hành động cơ.
Trước năm 2007, tại khu vực ĐBSMK đã xảy ra hàng loạt vụ sử dụng dầu biodiesel tự phát dẫn đến hậu quả làm hư hỏng động cơ phương tiện đánh bắt thủy hải sản, điều này đã làm ảnh hưởng khơng nhỏ đến việc sử dụng dầu mỡ cá biodiesel cho động cơ và thiệt hại về kinh tế của người dân [7].
Mỡ cá tra và cá basa Việt Nam là nguồn nguyên liệu rất thích hợp để tổng hợp biodiesel và theo tính tốn của các nhà khoa học, nếu tận dụng được nguồn nguyên liệu này chúng ta sẽ sản xuất được 300 triệu lít B100 hay tương đương khoảng 3 tỷ lít B10 [54]. Hiện nay, tại ĐBSMK cĩ ba nơi đã sản xuất thành cơng diesel sinh học từ mỡ cá tra và basa, cụ thể là cơng ty Agifish - An Giang với cơng suất 10.000 (tấn/năm); Cơng ty Minh Tú - Cần Thơ với cơng suất 300 (lít/giờ); Cơng ty thương mại thủy sản Vĩnh Long với cơng suất 500.000 (tấn/năm) [7]. Khơng chỉ cĩ các nhà khoa học quan tâm, mà các nhà quản lý ở Việt Nam cũng rất quan tâm đến nguồn nhiên liệu sinh học. Đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học” do Bộ Cơng Thương chủ trì đã được Chính phủ phê duyệt để đi vào hoạt động với mục tiêu sẽ làm chủ được cơng nghệ sản xuất biodiesel từ các nguồn nguyên liệu sẵn cĩ trong nước và bước đầu tiến hành pha trộn ở tỷ lệ 5% (B5).
Năm 2010, tác giả Trần Thanh Hải Tùng và cộng sự đã nghiên cứu đề tài “Sử dụng nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel” [10], trong đĩ cĩ thử nghiệm sử dụng B5
làm từ mỡ cá nhằm đánh giá tính năng và phát thải trên động cơ Ford Transite và D243. Kết quả là cơng suất tăng và suất tiêu hao nhiên liệu giảm nhẹ (khoảng 2%).
Năm 2011, tác giả Phạm Hồng Chương đã nghiên cứu “ Đánh giá khả năng sử
dụng biodiesel trên động cơ diesel Mazda WL” [6] và kết luận: Ở vị trí tay ga 70%,
cơng suất của động cơ (Ne) khi sử dụng nhiên liệu B25 giảm 4,65%, suất tiêu hao nhiên liệu (ge) tăng 0,66% so với sử dụng nhiên liệu DO.
Năm 2012, Tác giả Trương Vĩnh và cộng sự tại trường Đại học Nơng Lâm Tp.HCM [9], đã nghiên cứu sản xuất biodiesel từ tảo Chlorella, biodiesel với hàm lượng dầu trong tảo trung bình từ 15-77%. Sử dụng tỷ lệ B5 chạy thử nghiệm trên động cơ máy phát điện thành cơng, cơng trình đã mở ra hướng nghiên cứu mới khi tập trung vào các loại tảo để tận dụng làm nhiên liệu, qua thí nghiệm thì hàm lượng dầu ở tảo tại Việt Nam cịn thấp, cần cĩ những bước cải tiến để nâng hàm lượng dầu cao lên. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các loại tảo ở Việt Nam nuơi chủ yếu làm thức ăn cho các loại thủy sản (cá, tơm) nên hàm lượng protein nhiều hơn so với hàm lượng dầu. Vì vậy, vấn đề quan trọng là phân tách thành giống thuần hĩa, cĩ sức đề kháng tốt và sinh trưởng mạnh trong mơi trường tự nhiên, từ đĩ để áp dụng nuơi đại trà vào sản xuất.
Năm 2013, để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng diesel sinh học trên các tàu du lịch đang hoạt động trên Vịnh Hạ Long, Ban Quản lý dự án JICA-VNU BIOMASS đã tổ chức chạy thử nghiệm tàu du lịch Victory Star QN-8888 (Cơng ty TNHH Vận chuyển khách Bài Thơ). Sau khi chạy thử trên Vịnh Hạ Long, cơ bản các thơng số kỹ thuật của tàu Victory Star QN-8888 ổn định, tàu vận hành tốt, tỷ lệ khí thải ra mơi trường giảm. Để hồn thiện việc đánh giá trên, tỉnh Quảng Ninh phối hợp với Cơng ty khách Bài Thơ cho chạy thử nghiệm trên các tàu du lịch của đơn vị này với tỷ lệ dầu diesel sinh học từ 5-10%.
Đề tài cấp bộ của tác giả Nguyễn Hồng Vũ và cộng sự [3], “Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu diesel sinh học (B10 và B20) cho phương tiện cơ giới Quân sự” cũng
đã được hồn thành cuối năm 2013. Đề tài đã nghiên cứu một cách cơ bản về tính tương thích, sự ảnh hưởng của diesel sinh học (cụ thể là B10 và B20 từ dầu cọ) đến quá trình phun nhiên liệu, tạo hỗn hợp, cháy và hình thành các chất ơ nhiễm. Tuy nhiên, đối tượng nghiên cứu là động cơ lắp trên phương tiện cơ giới Quân sự cĩ những đặc thù riêng, nên chưa thể đánh giá chính xác đến các động cơ lắp trên các phương
tiện khác nhau. Do đĩ, cần tiếp tục nghiên cứu trên các đối tượng khác và với tỷ lệ diesel sinh học thay đổi.
Năm 2014, Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Tuấn Nghĩa [4], nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu diesel sinh học sản xuất tại Việt Nam đến tính năng kinh tế - kỹ thuật và phát thải của động cơ. Kết quả với nhiên liệu diesel sinh học cĩ nguồn ngốc từ mỡ cá với các tỷ lệ B10, B20, B30 sử dụng cho động cơ diesel Commonrail AVL 5402 cho thấy: Khi tăng tỷ lệ pha trộn biodiesel thì cơng suất động cơ giảm và suất tiêu hao nhiên liệu tăng. Cơng suất đối với nhiên liệu B30 giảm tới 3%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng 3,4%. Phát thải CO, HC và độ khĩi giảm nhiều nhất khi sử dụng nhiên liệu B30 lần lượt 14,3%; 26,2% và 17,5%; trong khi NOx tăng nhiều nhất đối với B30 là 5,1%. Đề tài nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của gĩc phun sớm cũng như ảnh hưởng của tỷ lệ biodiesel và nguồn gốc của biodiesel mà khơng đi sâu nghiên cứu quá trình cháy.
Tác giả Phan Đắc Yến (2015) [8], nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu diesel sinh học B10, B20 đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và mơi trường của động cơ diesel B2. Trong đĩ nguồn diesel sinh học gốc (B100) sử dụng để pha trộn tạo B10, B20 được sản xuất từ phần bã thải của quá trình tinh lọc dầu cọ thơ (Crude Palm Oil), dầu ăn (Cooking Oil). Kết quả cho thấy, mơ men giảm lớn nhất là 2,6% khi dùng B10 và 8,7% khi dùng B20, bên cạnh đĩ là sự khuyến cáo cần thiết phải xác định các thơng số điều chỉnh, vận hành phù hợp của HTPNL (gĩc phun sớm, áp suất nâng kim phun ...) khi sử dụng B10, B20 để cải thiện tình trạng giảm mơ men.
Năm 2017, nhĩm nghiên cứu của tác giả Phạm Tuấn Anh và cộng sự [41], đã nghiên cứu ứng dụng biodiesel từ hạt cau su làm nhiên liệu cho động cơ, bước đầu thử nghiệm trên động cơ AVL – 5402 đã cho thấy tỷ lệ pha trộn B5, B10 đảm bảo được các chỉ tiêu cơng tác của động cơ. Tuy nhiên, cơng suất giảm xuống so với DO.
Bên cạnh những ưu điểm thì việc sử dụng nhiên liệu B5, B10 vẫn cịn những hạn chế như: Nhiên liệu tiêu hao nhiều hơn so với DO khoảng 5 - 6%; nhiệt độ máy cao hơn (nĩng hơn) bình thường, dầu bơi trơn hao nhiều hơn. Mặt khác, khi sử dụng loại nhiên liệu này, động cơ khĩ khởi động vào sáng sớm, nhất là khi thời tiết lạnh; bộ lọc nhiên liệu nhanh bị tắc, cĩ thể phải thay thế khi chưa đến 500 giờ sử dụng trong khi tiêu chuẩn sử dụng là 500 giờ (Báo điện tử của Bộ Tài nguyên & Mơi trường, ngày 14/7/2016).
Trên cơ sở phân tích các cơng trình nghiên cứu trong nước và quốc tế, NCS nhận thấy:
(1) Ưu điểm chính của biodiesel là cĩ thể sử dụng trong các động cơ diesel thơng
dụng mà khơng cần cải tạo lớn. Biodiesel hồ trộn tốt với nhiên liệu DO và hỗn hợp này cĩ tính ổn định lâu dài. Các hỗn hợp cĩ hàm lượng dầu diesel sinh học thấp cĩ thể dùng thay thế trực tiếp nhiên liệu DO trong hầu hết các động cơ diesel mà khơng cần điều chỉnh.
(2) Nhược điểm chính của biodiesel là:
- Phải xử lý hố học, đầu tư dây chuyền cơng nghệ làm gia tăng giá thành nhiên liệu;
- Biodiesel hoạt động như một chất hồ tan, nên pha vào dầu DO với tỷ lệ cao khơng tương thích với một số loại hợp chất nhựa tổng hợp và cao su tự nhiên và chúng bị hỏng sau một thời gian;
- Biodiesel cĩ tốc độ lão hố cao, khi xuống cấp sẽ tạo thành các chất lắng đọng cĩ thể làm hỏng hệ thống phun nhiên liệu.
Tĩm lại, dầu diesel sinh học sản xuất từ các chất béo động vật cĩ một số tồn tại: Chủ yếu là do thành phần axít béo và đặc biệt là độ bão hồ. Các mỡ động vật thường cĩ độ bão hồ cao dẫn tới Ester - Methyl cĩ nhiều tính chất xấu ở nhiệt độ thấp. Vì vậy, nên lưu ý giới hạn tỷ lệ khi pha trộn Biodiesel với DO.
(3) Cho đến nay, tất cả các nghiên cứu trong và ngồi nước chưa cơng trình nào
chỉ ra sự thay đổi các thơng số cơng tác chủ yếu khi sử dụng nhiên liệu B10 (điều chế từ mỡ cá da trơn) so với nhiên liệu DO trên phương tiện khai thác thủy sản.
Từ những luận cứ trên, NCS đề xuất nghiên cứu sử dụng nhiên liệu B10 cho máy
chính tàu cá nhằm đánh giá khả năng ứng dụng nhiên liệu nĩi trên, đồng thời đảm báo
tính tin cậy cho hệ thống nhiên liệu nĩi riêng và con tàu nĩi chung.