D 445) 6 Cặn các bon của 10% cặn chưng
b. Theo tiêu chuẩn một số nước
Bảng 2-9. Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel của Trung Quốc
2.2.3.2. Dự báo chất lượng diesel
Cũng như xăng, ngày nay trên thế giới có khuynh hướng cải thiện chất lượng nhiên liệu diesel bằng cách hạ thấp hàm lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu nhằm chống gây ô nhiễm môi trường. Theo TCVN 5689 - 1997 hàm lượng lưu huỳnh trong các loại nhiên liệu diesel ở nước ta cho phép tối đa là (0,5 ÷ 1,0)% kl, như vậy là cịn
• ^
Tên chỉ tiêu Tiêu chuẩn Mức quy định Kết quả đặc trưng
1. Tỷ trọng ở 60oF ASTM D 1298 max 0,8494 - 2. Hàm lượng lưu huỳnh (%kl) G.B 380 max 0,30 0,031 3. Ăn mòn mảnh đồng 3giờ/50oC AsTM D 130 max 1 1 4. Cặn cacbon (% kl) ASTM D 189 max 0,15 - 5. Nhiệt độ chớp cháy cốc kín (oC) ASTM D 93 min 66,00 86,00
6. Độ nhớt động học ở 20oC (cSt) ASTM D 445 max 8,00 4,96 7. Độ axit (mg KOH/100 ml) ASTM D 974 - 0,04 8. Hàm lượng tro (% kl) ASTM D 482 max 0,01 - 9. Trị số xêtan ASTM D 976 min 48,00 66,00 10. Hàm lượng nước (%V) ASTM D 95 max 0,05 Có vết 11. Nhiệt độ đông đặc (oC) ASTM D 97 max 0,00 -
12. Màu sắc ASTM D 1500 max 1 1
13. Thành phần điểm sôi (oC) 50%V
ASTM D 86 max 280,00 274
cao so với mức qui định của nhiều nước. Nhưng theo TCVN 5689 - 1997 hàm lượng lưu huỳnh trong các loại nhiên liệu diesel ở nước ta cho phép tối đa là (0,5 ÷ 1,0)% kl. Bên cạnh đó trị số xêtan cũng tăng lên.
2.3 Nhiên liệu sinh học
2.3.1. Nguồn gốc, phân loại và vai trò của nhiên liệu sinh học
- Theo dự tính lượng dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vịng 50 năm nữa, đồng thời nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng. Giá dầu mỏ thường xuyên biến động và xu hướng chung là tăng nhanh là nguyên nhân làm giá cả trên thị trường. Việc tìm ra nhiên liệu mới thay thế dầu mỏ và ứng dụng nó đã trở thành mục tiêu của nhiều nghiên cứu. Nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (các sản phẩm của nông nghiệp) là một giải pháp tốt nhất khi nó khơng chỉ giải quyết vấn đề năng lượng mà cịn giải quyết vấn đề mơi trường.
- Cồn ở Việt Nam được sản xuất chủ yếu nguyên liệu từ rỉ mía đường. Mỗi năm tổng cộng sản xuất trên cả nước đều tập trung ở 3 nhà máy lớn có cơng suất từ (15000 ÷ 30000) lit/ ngày đó là nhà máy đường hiệp hịa, Nam sơn, nhà máy rượu Bình tây.. và hàng trăm cơ sở sản xuất có quy mơ nhỏ, các nhà máy đang gặp khó khăn do thiếu nguồn nguyên liệu, nguồn nguyên liệu không ổn định. Do nhu cầu sử dụng cồn trong nước ngày càng tăng, các đơn vị sản xuất được đẩy mạnh đồng thời mở thêm nhiều nhà máy mới như cơng ty cổ phần mía đường Biên Hòa xây dựng nhà máy 50000 tấn/năm, công ty Đồng Xanh xây dựng nhà máy có cơng suất 60000 lit/ngày, Cơng ty cổ phần cồn sinh học Việt Nam đầu tư nhà máy công suất 66000m3/năm tại Đắc Lắc.
- Những nhiên liệu có nguồn gốc sinh học bao gồm: cồn (ethanol, methanol), biodiesel, biogas v v v..
- Những ưu điểm của nhiên liệu sinh học: + Là nhiên liệu có thể tái sinh.
+ Thay thế được cho diesel, xăng.
+ Có thể sử dụng cho tất cả các phương tiện vận tải. + Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính.
+ Giảm chất thải của ống bơ, bao gồm các khí độc.
+ Khơng độc, dễ bị phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường.
+ Sản xuất từ các sản phẩm nông nghiệp, hoặc từ các nguồn năng lượng tái sinh. + Dễ sử dụng nếu nắm được các qui định.
Vì vậy mà việc sản xuất, ứng dụng nhiên liệu sinh học làm nhiên liệu thay thế cho các nhiên liệu truyền thống là vấn đề vô cùng quan trọng, là mục tiêu mà rất nhiều quốc gia đặt ra.
- Nhằm tránh tác động xấu của biến động giá dầu, Chính phủ Thái Lan lên kế hoạch phát triển nguồn năng lượng thay thế,trong đó có việc sử dụng nhiên liệu sinh học, song song với các loại nhiên liệu hiện nay. Kế hoạch này tập trung việc phát triển nhiên liệu sinh học từ các lồi thực vật, trong đó có quả của cây cọ dầu, theo đó sẽ
dành khoảng 725 triệu USD xây dựng khoảng 85 nhà máy sản xuất dầu diesel sinh học vào năm 2012. Trước mắt, Cục Phát triển năng lượng thay thế Thái Lan vừa ký thỏa thuận với Ngân hàng Quân đội Thái Lan (TMB) tiến hành nghiên cứu khả thi việc đầu tư khoảng 7,5 triệu USD xây dựng nhà máy sản xuất dầu diesel sinh học tại tỉnh Krabi, miền Nam Thái Lan.
- Sau hơn 2 năm nghiên cứu thử nghiệm, Công ty Agifish An Giang đã sản xuất thành công dầu diesel sinh học (Biodiesel) từ mỡ cá tra cá basa, với những tính năng vượt trội so với dầu diesel sản xuất từ dầu mỏ, ít khí thải, khơng độc hại.
Loại dầu này đã được Trung tâm 3 thuộc Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng kiểm nghiệm đạt tất cả các chỉ tiêu dầu dùng cho động cơ diesel, đem lại hiệu quả kinh tế cao cho người sử dụng. Thành cơng này sẽ góp phần tăng giá trị cá tra cá basa vùng Đồng bằng sông Cửu Long.
- Những năm gần đây, sản lượng cá tra cá basa làm nguyên liệu chế biến thực phẩm xuất khẩu của Đồng bằng sông Cửu Long mỗi năm trên 250.000 tấn, trong đó lượng mỡ cá 30.000 tấn. Hầu hết mỡ cá vẫn được cho các công ty chế biến thức ăn gia súc với giá rất thấp.
- Với ý tưởng đưa mỡ cá vào làm nguồn nhiên liệu thay thế một phần nhiên liệu từ dầu mỏ, tháng 1/2004, Công ty Agifish bắt đầu nghiên cứu sản xuất dầu biodiesel từ mỡ cá tra, cá basa, đến tháng 12/2005 thì cơng trình hồn tất. Từ tháng 1/2006 đến nay sản phẩm đã được nhiều cơ sở chạy máy dầu sử dụng. Các nhà máy sản xuất gạch ống ở Long Xuyên và huyện Châu Thành cho biết sử dụng dầu biodiesel ngồi giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường, bảo vệ được sức khỏe, cịn tiết kiệm gần 50.000 đồng/1.000 viên gạch so với sử dụng dầu thông thường.
2.3.2. Cồn Ethanol
2.3.2.1. Sản xuất cồn Ethanol
Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn như ngơ, lúa mạch, lúa mì, củ cải đường, củ sắn. Ethanol cịn được sản xuất từ các loại cây cỏ có chứa cellulose. Nhiên liệu này có thể làm giảm lượng khí phát thải của xăng và là chất phụ gia để tăng trị số ốc-tan, loại trị số đo khả năng kích nổ. Các quốc gia phát triển hay đang phát triển đều có thể sản xuất được ethanol do công nghệ điều chế khơng địi hỏi ở mức cao siêu. Ethanol là ethyl alcohol, được chế tạo từ phương pháp tổng hợp hay lên men các chất hữu cơ như: nước ép trái cây, rỉ đường, bã mía, tinh bột sắn, tinh bột ngơ, ... Ethanol có thể được sản xuất dưới hai dạng hydrous (có nước) hoặc anhydrous (tinh chất khơng có nước). Ethanol sản xuất trong cơng nghiệp thường
là anhydrous, chứa 93% đến 96% ethanol và 4% đến 7% nước (theo thành phần thể tích). Ethanol (hoặc ethyl alcohol) có cơng thức hoá học là CH3 CH2OH.
Theo các nhà khoa học, về mặt nhiệt lượng thì 1,5 lít ethanol có thể thay cho 1 lít xăng. Nếu pha ethanol vào xăng, tùy theo độ tinh khiết của chúng có thể giảm lượng xăng khoảng (10 ÷ 15)% mà cơng suất, hiệu suất và độ mài mòn động cơ hầu như khơng đổi. Do có nguồn gốc từ cây trồng nên ethanol mang lại rất nhiều lợi ích: an tồn năng lượng, giá nhiên liệu thấp, giảm khí CO2, tái sinh nền nơng nghiệp, tạo thêm nhiều việc làm cho nông dân và bảo vệ lớp đất bề mặt. Việc sản xuất ethanol từ nguyên liệu sinh khối như: rơm, cành cây nhỏ, củi tre... đang có dấu hiệu rất khả quan, báo hiệu thời điểm đẩy mạnh việc sản xuất và sử dụng nguồn nhiên liệu vô tận đang đến.
Từ kinh nghiệm của Bra-xin, gần đây, các quốc gia phát triển như Mỹ, Đức, Nhật Bản... cũng đặc biệt quan tâm đến ethanol và các loại nhiên liệu sinh học khác. Mới đây, một ủy ban của Thượng viện Mỹ đã nhất trí thơng qua nghị quyết địi hỏi các nhà máy lọc dầu nước này phải tăng lên hơn gấp 2 lần việc sử dụng ethanol và các loại nhiên liệu có thể tái tạo được trước năm 2012. Điều này có thể hạn chế việc nhập tới 2 tỷ thùng dầu thô trong khoảng từ năm 2006 đến 2012... Tất nhiên, trong cuộc chạy đua này, các hãng sản xuất ô tô hàng đầu như Ford, Mercedes, General Motor, Daimler Chrysler, Toyota, Nissan... cũng đã có kế hoạch dài hơi để sản xuất những chiếc xe dùng nhiên liệu ethanol.
Về nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol, nước ta khơng gặp bất lợi khi có vùng trồng mía, lương thực và các cây lấy dầu khá lớn. Hiện các nhà máy đường trong nước đều có phân xưởng sản xuất ethanol và CO2 từ rỉ đường. Vấn đề lúc này là làm sao nâng cao độ tinh khiết trước khi có thể dùng chúng làm nhiên liệu. Mới đây, nhóm nghiên cứu của PGS Trần Khắc Chương, ĐH Bách khoa TP Hồ Chí Minh đã cơng bố nghiên cứu thành cơng quy trình cơng nghệ có thể sản xuất ra loại hóa chất phục vụ điều chế xăng sinh học từ những nguồn nguyên liệu trong nước. Để sản xuất được xăng sinh học đủ tiêu chuẩn thì nhất thiết phải có loại cồn 100% (cồn tuyệt đối), tức ethanol. Hiện tại, nhóm đã hồn chỉnh quy trình cơng nghệ và thiết kế, chế tạo mơ hình thử nghiệm sản xuất cồn tuyệt đối đạt công suất khoảng 100 kg/ngày và sử dụng loại hóa chất do chính nhóm chế tạo. Ông Chương cho biết, một khi đã giải quyết được vấn đề sản xuất cồn tinh khiết 100% bằng công nghệ trong nước với quy mô cơng nghiệp thì việc điều chế ra xăng sinh học là việc nằm trong tầm tay của giới khoa học. Với một nước phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn xăng dầu nhập khẩu như Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu nhằm sử dụng và sản xuất ethanol là việc làm rất đáng lưu tâm.
2.3.2.2. Tính chất của cồn ethanol
Cồn ethanol là có độ octane cao, loại bỏ hồn tồn các phụ gia có chứa chì trong xăng, nhiệt lượng xấp xỉ với xăng dầu nhưng cũng có 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. 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 qua ống bơ, góp phần bảo vệ mơi trường khơng khí trong sạch. Về mặt kinh tế, ngồi việc khơng phải chi một lượng lớn ngoại tệ để nhập khẩu xăng dầu, cịn 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 nơng dân.Cồn ethanol có nhiệt trị nhỏ hơn xăng khoảng 25,898 MJ/kg, và gây ăn mòn các chi tiết trong động cơ.
2.3.2.3. Ứng dụng của cồn Ethanol a. Phạm vi ứng dụng a. Phạm vi ứng dụng
- Sản lượng cồn dùng làm nhiên liệu trên thế giới ngày càng tăng dần: năm 1980 chỉ đạt 10 triệu tấn, nhưng đến năm 2001 đã đạt 26 triệu tấn, năm 2002 đạt 34 triệu tấn, năm 2003 đạt đến 40 triệu tấn Brazil là nước đi đầu với chương trình quốc gia mang tên “PROANCOL” vào năm 1975, sử dụng cồn ethanol được sản xuất từ bã mía pha vào xăng với tỷ lệ đến 20% để dùng trong vận tải. Brazil có 20 triệu ơ tơ dùng động cơ cồn ethanol và 17 triệu xe khác sử dụng nhiên liệu hỗn hợp ethanol với xăng, dầu Diesel. Từ năm 1975 đến 2002 lượng cồn được sử dụng làm nhiên liệu ở Brazil đã thay thế cho khoảng 210 tỷ lít xăng dầu, tiết kiệm cho quốc gia này trên 52 tỷ USD. Brazil đã trở thành nước sản xuất, tiêu thụ và xuất khẩu ethanol số một trên thế giới. Với hơn 60.000 đồn điền trồng mía, 300 nhà máy sản xuất ethanol, Brazil đã sản xuất được 13 tỷ lít ethanol mỗi năm (tương đương 200.000 thùng dầu mỗi ngày) trong số đó xuất khẩu hơn 0,5 tỷ lít ethanol mỗi năm. Chính phủ cũng đã có chính sách khuyến khích người tiêu dùng mua xe chạy bằng các loại nhiên liệu này. Với một quá trình đầu tư phát triển lâu dài trong ngành cơng nghiệp mía đường từ lai tạo giống mới để cho năng suất cao, mở rộng diện tích trồng mía (đạt 65 triệu hecta), đến cải tiến cơng nghệ sản xuất Brazil đã sản xuất ethanol với giá thành 0,23USD/lít (khoảng 3.630 đồng VN). Đó là một thành cơng rất lớn trong việc tạo ra một nguồn nhiên liệu thay thế sạch, không ô nhiễm môi trường mà còn mở ra khả năng tiêu thụ nông sản cho người nơng dân, góp phần tích cực giải quyết nhiều vấn đề kinh tế xã hội khác.
- Mỹ bắt đầu thử nghiệm ethanol dùng làm nhiên liệu thay thế từ năm 1976, sau đợt khủng hoảng năng lượng năm 1973. Kể từ năm 1980 quốc hội Mỹ đã cơng nhận lợi ích của ethanol trong việc dùng làm nhiên liệu, cho phép pha trộn cồn vào xăng dầu với tỷ lệ 10% và giảm thuế để khuyến khích sử dụng nhiên liệu này. Các bang Carlifornia, NewYork, Connecticut là những nơi sử dụng rộng rãi nhất xăng pha cồn.
- Mơ hình sử dụng ethanol cho các phương tiện vận tải của Brazil đã được nhiều nơi học tập như Mêhico, Vênezuêla, Costarica, Ecuador.
- Australia đã tiến hành thử nghiệm nhiên liệu diesohol gồm 84,5% Diesel, 15% ethanol (nồng độ 95%) và 0,5% chất phụ gia để làm nhiên liệu trên các phương tiện
giao thông công cộng như xe buýt ở các thành phố lớn Sydney, Canberra, Scott, Joseph, với mục đích giảm hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm do giao thông đô thị từ năm 1993.
- Nhiều nước ở châu Á như Trung Quốc, Ân Độ, Thái Lan cũng đã đề ra các chính sách cụ thể để sử dụng nhiên liệu sinh học.
- Nhật bản và nhiều quốc gia khác cũng đã có kế hoạch sử dụng ethanol trong thời gian sắp tới.
Hình 2-3. Biểu đồ sản xuất Ethanol trên thế giới