CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL 2.1 Khái quát về Biodiesel
2.2.1. Ưu nhực điểm của Biodiesel so vớ Diesel khoáng
Biodiesel có các chỉ tiêu về vật lý rất giống với dầu Diesel. Bảng 2.1 so sánh các chỉ tiêu về vật lý của Biodiesel và Diesel, các chỉ tiêu bao gồm: tỷ trọng, độ nhớt, trị số cetan, nhiệt trị…
Bảng 2.1: So sánh các chỉ tiêu của Biodiesel và Diesel khoáng
Các chỉ tiêu Biodiesel Diesel khoáng
Tỷ trọng 0,87÷0,89 0,81÷0,89
Độ nhớt động học ở 400C,
cSt 3,7÷5,8 1,9÷4,1
Trị số xetan 46÷70 40÷55
Nhiệt lượng tỏa ra khi
cháy, cal/g 37000 43800
Hàm lượng lưu huỳnh, % 0,0÷0,0024 0,5
Điểm vẩn đục, 0C -11÷16 -
Chỉ số iot 60÷135 8,6
Ta có thể thấy một số ưu điểm của Biodiesel như sau:
Về trị số xetan
Trị số cetan là một đơn vị đo khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu Diesel. Trị số cetan càng cao thì khả năng bắt lửa càng tốt, quá trình cháy tốt dẫn đến tăng công suất và giảm tiêu hao nhiên liệu. Biodiesel là các mono-ankyl este mạch thẳng do vậy nhiên liệu này có trị số xetan cao hơn diesel khoáng, trị số xetan của Biodiesel thường từ 40 ÷ 80 (Diesel thường là 40 ÷ 55). Như vậy, Biodiesel hoàn toàn có thể đáp ứng dễ dàng yêu cầu của những động cơ đòi hỏi nhiêu liệu chất lượng cao với khả năng bắt cháy cao mà không cần phụ gia tăng trị số xetan.
Hàm lượng lưu huỳnh
Hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu là thành phần cần được giới hạn bởi nó là nguyên nhân sinh ra thành phần SOx rất có hại cho Động cơ, sức khỏe con người và môi trường. Biodiesel có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp, khoảng 0,001%. Chính vì vậy mà Biodiesel làm nhiên liệu rất tốt. Các tiêu chuẩn về nhiên liệu hiện nay đều có giới hạn về hàm lượng lưu huỳnh thấp, càng ngày hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu càng thấp khi mà các nước áp dụng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng cao. Đây là lợi thế rất lớn của nhiên liệu sinh học Biodiesel.
Quá trình cháy
Quá trình cháy của nhiên liệu trong phụ thuộc rất lớn vào quá trình hòa khí, đặc biệt là hàm lượng oxy có trong hòa khí đó. Do nhiên liệu Biodiesel chứa khoảng 11% oxy nên quá trình cháy của nhiên liệu xẩy ra tốt hơn so với nhiên liệu Diesel thông thường. Vì vậy với những động cơ sử dụng nhiên liệu Biodiesel thì sự tạo muội, đóng cặn trong động cơ giảm đáng kể. Cũng như là các thành phần phát thải khí độc hải giảm đáng kể.
Khả năng bôi trơn
Khả năng bôi trơn của nhiên liệu phụ thuộc vào độ nhớt của nhiên liệu. Biodiesel có chỉ số độ nhớt 3,7÷5,8 trong khi của Diesel là 1,9÷4,1 vì vậy Biodiesel có khả năng bôi trơn tốt hơn Diesel. Biodiesel còn như là một phụ gia rất tốt đối với nhiên liệu Diesel thông thường. Khi thêm vào với tỷ lệ thích hợp Biodiesel, sự mài mòn động cơ được giảm mạnh. Thực nghiệm đã chứng minh sau khoảng 15000 giờ làm việc, sự mài mòn vẫn không được nhìn thấy.
Độ ổn định oxy hóa
Biodiesel có khả năng bị phân hủy rất nhanh (khoảng 98% chỉ sau 21 ngày) vì vậy mà nó là nhiên liệu tốt cho môi trường. Do đặc điểm này nên cần lưu ý đến khả năng ổn định Oxy hóa của loại nhiên liệu này.
Khả năng thích hợp cho mùa đông
Biodiesel phù hợp cho điều kiện sử dụng vào mùa đông ở nhiệt độ - 200C nếu nó được pha với các phụ gia chống đông. Đối với Diesel khoáng, sự kết tinh xẩy ra trong nhiên liệu gây ra sự trở ngại cho hệ thống nhiên liệu như vòi phun… Nếu động cơ sử dụng Biodiesel ngay từ đầu thì không cần làm sạch hệ thống nhiên liệu.
Giảm lượng khí thải độc hại
Theo các nghiên cứu của Bộ năng lượng Mỹ đã hoàn thành tại một trường đại học ở Califonia, sử dụng Biodiesel có thể giảm 93,6% nguy cơ mắc bệnh ung từ khí thải lý do là Biodiesel có chứa rất ít các tạp chất thơm và chứa rất ít lưu huỳnh nên quá trình cháy của Biodiesel triệt để hơn vì vậy giảm được thành phần hydrocacbon trong khí thải.
Có khả năng tái sinh
Tạo ra nguồn năng lượng độc lập với dầu mỏ, không làm suy yếu các nguồn năng lượng tự nhiên, có thể tái tạo được, không gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người và môi trường.
An toàn về cháy nổ tốt hơn
Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao, trên 1100C, cao hơn nhiều so với Diesel khoáng (khoảng 600C), vì vậy tính chất nguy hiểm của nó thấp hơn, an toàn hơn trong tồn chứa và vận chuyển.
Tuy nhiên nó có một số nhược điểm:
Giá thành cao
Biodiesel thu được từ thực vật đắt hơn so với nhiên liệu diesel thông thường. Nhưng trong quá trình sản suất Biodiesel có thể tạo ra sản phẩm phụ là glyxerin là một chất có tiềm năng thương mại lớn có thể bù lại phần nào giá cả cao của Biodiesel.
Tính chất thời vụ
Nguồn nhiên liệu dầu thực vật và mỡ động vật nên có tính thời vụ, vì vậy muốn sử dụng Biodiesel như là một dạng nhiên liệu thường xuyên thì cần phải quy hoạch tốt vùng nguyên liệu.
Có thể gây ô nhiễm
Nếu quá trình sản xuất Biodiesel không đảm bảo, chẳng hạn rửa Biodiesel không sạch thì khi sử dụng vẫn gây ra các vấn đề về ô nhiễm: do vẫn còn xà phòng, kiềm dư, metanol, glyxerin tự do… cũng là những chất gây ô nhiễm. Vì vậy phải có các tiêu chuẩn cụ thể để đánh giá chất lượng của Biodiesel.
Một số thuộc tính của Biodiesel được sản suất từ các nguồn khác nhau được trình bày trong Bảng 2.2.
Bảng 2.2: Một số thuộc tính của Biodiesel TT Đặc tính nhiên liệu Nhiên liệu Metyl este dầu đậu nành Metyl este dầu hạt cải Metyl este dầu phế thải Diesel khoáng 1 Tỷ số xetan 50,9 52,9 50 40÷52 2 Nhiệt độ chớp cháy 131 170 117 60÷72 3 Tỷ trọng (kg/l) ở 150 C 0,885 0,883 0,876 0,85 4 Độ nhớt động học 4,08 4,83 4,80 2,6 5 Chỉ số iot 133,2 97,4 - 8,6
2.2.2.Những lợi ích của Biodiesel
Về môi trường
Biodiesel giảm tới 70% phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính so với dầu diesel. Hàm lượng các khí thải độc hại khác như CO, NOx, SOx (không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh <0,001% so với đến 0,2% trong dầu Diesel), hydrocarbon đều giảm đi đáng kể khi sử dụng nhiên liệu sinh học.Ngoài ra, nhiên liệu sinh học còn có khả năng phân hủy sinh học nhanh(phân huỷ nhanh hơn Diesel 4 lần, phân huỷ từ 85 ¸ 88% trong nước sau 28 ngày), ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất.
Sản xuất và ứng dụng biodiesel
Sản xuất và sử dụng biodiesel tương đối đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu mới khác như hydro, pin nhiên liệu, LPG; không đòi hỏi phải sử dụng những thiết bị và công nghệ đắt tiền. Công nghệ sản xuất biodiesel không phức tạp, có thể sản xuất ở quy mô nhỏ (hộ gia đình) đến quy mô lớn. Việc sử dụng nhiên liệu sinh học cũng sẽ nâng cao ý thức tiết kiệm năng lượng cho cộng đồng do nhận thức về nguồn nhiên liệu có nguồn gốc từ thực phẩm.
Phát triển kinh tế nông nghiệp
Thông qua nguyên liệu đầu vào của các nhà máy là sản phẩm nông nghiệp, do đó việc sản xuất biodiesel có thể kích thích sản xuất nông nghiệp và mở rộng thị trường cho sản phẩm nông nghiệp trong nước. Việc sản xuất biodiesel từ một số cây trồng như dừa, lạc mở ra cơ hội thị trường sản phẩm mới cho nông dân với tiềm năng tăng thu nhập hoặc tăng năng lực sản xuất của đất canh tác hiện có, tận dụng các vùng đất hoang hóa và tạo thêm công ăn việc làm cho người dân.
Chính sách phát triển nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học phù hợp cũng sẽ tạo ra sự đa dạng môi trường sinh học với các chủng loại thực vật mới. Bên cạnh đó, việc tận dụng các nguồn phụ, phế phẩm nông nghiệp để sản xuất biodiesel giúp bảo đảm không ảnh hưởng đến an ninh lương thực khi phát triển nhiên liệu sinh học, đồng thời nâng cao giá trị của sản phẩm nông nghiệp.
Bảo đảm an ninh năng lượng
Phát triển nhiên liệu sinh học giúp các quốc gia chủ động, không bị lệ thuộc vào vấn đề nhập khẩu nhiên liệu, đặc biệt đối với những quốc gia không có nguồn dầu mỏ và than đá; đồng thời kiềm chế sự gia tăng giá xăng dầu, ổn định tình hình năng lượng cho thế giới. Do được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo, biodiesel thật sự là một lựa chọn ưu tiên cho các quốc gia trong vấn đề an ninh năng lượng. Hơn nữa, việc phát triển nhiên liệu sinh học trên cơ sở tận dụng các nguồn nguyên liệu sinh khối khổng lồ sẽ là một bảo đảm an ninh năng lượng cho các quốc gia.