I.3. Nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel
I.3.4. Các nghiên cứu về sử dụng dầu hạt cao su để tổng hợp biodiesel
RSO có tính chất nhiên liệu tương tự như các dầu thực vật khác. Dầu thô từ hạt cao su có thể sánh với một số loại dầu thực vật về chỉ số cetane, điểm chớp
cháy, sulfur tổng, hoạt tính nước và lượng cặn lắng nhưng có phần hạn chế hơn về độ nhớt, hàm lượng tro, hàm lượng cặn carbon, điểm vẩn đục và chỉ số acid. Một số các tính chất vừa nêu trên có thể được cải thiện nếu đem RSO tinh luyện [9].
RSO đã được xác định như một nguồn thay thế nhiên liệu diesel bởi nhiều công trình nghiên cứu khác nhau. Việc kiểm nghiệm các tính chất được tiến hành trên nhiên liệu và xác định khả năng làm nhiên liệu cho động cơ đã cho thấy chỉ số
cetane của RSO gần với chuẩn ASTM tối thiểu là 40, đặc trưng cho loại dầu diesel No.2. Điều này đã cho thấy tính khả quan trong việc sử dụng RSO làm nhiên liệu sinh học. Các kiểm tra tiến hành sự tiêu thụ nhiên liệu, lực hãm phanh, hiệu suất nhiệt hãm đã cho thấy RSO có tính chất tương tự đáng kể so với nhiên liệu diesel [27]. Bảng I.10 đưa ra sự so sánh giữa RSO thô và nhiên liệu diesel.
Bảng I.10. Tính chất của RSO thô so với nhiên liệu diesel [27].
Tính chất RSO Nhiên liệu diesel
Tỉ trọng 0,910 0,835
Độ nhớt ở 40oC, mm2/s 76,4 7,5
Điểm chớp cháy, oC 198 50
Nhiệt trị, MJ/kg 37,50 42,25
Chỉ số xà phòng hóa, mg KOH/g 206 -
Chỉ số iod, g I2/100 g dầu 135,3 38,3
Chỉ số acid, mg KOH/g 53,0 0,062
Các đặc tính nhiên liệu của RSO đã được methyl hóa cho thấy những đặc điểm tương đồng hơn so với nhiên liệu diesel thông thường. Các phép thử hoạt động của động cơ diesel trong thời gian ngắn đã cho thấy RSO đã được methyl hóa và hỗn hợp dầu cao su đã được methyl hóa với nhiên liệu diesel rất tương đồng với dầu diesel thông thường về mặt năng lượng, hiệu suất nhiệt, sự tiêu thụ nhiên liệu riêng.
Độ xuyên phun, góc nón, cỡ giọt cho thấy quá trình phun RSO thô thì có sự khác biệt với nhiên liệu diesel, nhưng RSO được tinh luyện và được xử lý bằng phản ứng
chuyển vị ester với tác nhân methanol dư khi có mặt xúc tác là NaOH đã cải thiện được các tính chất này [3].
Các tính chất nhiên liệu quan trọng của ME tổng hợp từ RSO được xác định và so sánh với tính chất của một số ME từ các dầu thực vật khác và diesel (bảng I.11).
Bảng I.11. So sánh tính chất của ME từ RSO, các loại dầu khác và diesel [3].
Tính chất ME từ
RSO
ME từ
dầu hướng dương
ME từ dầu hạt
cải
ME từ dầu hạt
bông
ME từ dầu đậu
nành
Diesel
Tỉ trọng 0,874 0,878 0,882 0.874 0,885 0,835
Nhiệt trị, MJ/kg 36,50 40,56 37,00 40,32 39,76 42,50
Độ nhớt, mm2/s 5,81 4,5 4,5 4,0 4,08 3,8
Điểm chớp cháy, oC 130 85 170 70 69 45
Chỉ số cetane 43 46,9 52 51,2 50,9 45
Điểm đông đặc, oC 4 1 - 4 - 2 - 1
Điểm chảy, oC - 8 - 12 - 15 - 3 - 16
Với các số liệu trên, các tính chất của ME từ RSO đều khá tương thích với các tính chất của dầu diesel và các loại ME từ các dầu khác. Kết quả cho thấy quá trình chuyển hóa ester đã cải thiện rõ các tính chất nhiên liệu của RSO ban đầu như: tỉ trọng, độ nhớt, điểm chớp cháy. Bảng I.11 cũng cho thấy các tính chất của biodiesel gần với dầu diesel hơn là RSO ban đầu. Chỉ số acid giảm đáng kể từ 34 mg KOH/g xuống còn 0,118 mg KOH/g [2]. Độ nhớt cũng giảm đến gần với giá trị của nhiên
liệu diesel, thích hợp dùng cho động cơ diesel. Nhiệt trị của biodiesel từ RSO thấp hơn của diesel vì chứa hàm lượng oxy và hợp chất chứa oxy cao hơn. Sự có mặt của oxy trong biodiesel giúp tăng sự đốt cháy hoàn toàn của nhiên liệu trong động cơ.
Điểm chớp cháy của RSO sau khi chuyển vị ester đã giảm xuống nhưng vẫn cao hơn của dầu diesel. Việc phối trộn biodiesel vào diesel sẽ làm tăng điểm chớp cháy của nhiên liệu, do đó sẽ an toàn hơn khi tồn trữ hỗn hợp biodiesel diesel hơn là diesel 100%.
Sau đây là một vài nghiên cứu về khả năng sử dụng RSO như là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất biodiesel với các phương pháp khác nhau trên thế giới và tại Việt Nam.
Bảng I.12. Các nghiên cứu về tổng hợp biodiesel từ RSO.
Tác giả Phương pháp Kết quả
Ramadhas và cộng sự [2]
2 giai đoạn với xúc tác H2SO4
và NaOH
Hiệu suất cao, các tính chất của biodiesel phù hợp với tiêu chuẩn
Melvin Jose và cộng sự [4]
2 giai đoạn với xúc tác H2SO4
và NaOH
Hiệu suất cao nhất theo phần trăm khối lượng là 97,1%
Mahbub Morshed và cộng sự [5]
3 giai đoạn: xà phòng hóa dầu, acid hóa xà phòng và ester hóa FFA
Hiệu suất tổng khoảng 86%, độ chuyển hóa FFA thành ME là 98%
Nguyễn Văn Đạt và cộng sự [7]
3 giai đoạn: xử lý sơ bộ, ester hóa với H2SO4 và transester hóa với KOH
Hiệu suất đạt 75%, hàm lượng ester là 96,8%
Nguyễn Ngọc Hạnh và cộng sự [8]
2 giai đoạn với xúc tác acid rắn nhựa trao đổi ion GF101 và xúc tác base rắn K3PO4
Hiệu suất giai đoạn chuyển hóa tạo ME đạt trên 99%