Tổng quan về nhiên liệu sinh học và tiềm năng sản xuất loại nhiên liệu này tại việt nam

LỜI CẢM ƠN
Sau hơn ba tháng tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu và được sự hướng dẫn tận tình của
cô giáo Đặng Kim Hoàng em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp. Em xin chân thành
cảm ơn quý thầy cô giáo trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và quý
thầy cô ngành Công nghệ Chế biến Dầu và Khí nói riêng đã ân cần giảng dạy
chúng em trong suốt thời gian học tại trường và làm Đồ án tốt nghiệp, đặc biệt là
cô giáo, Tiến sĩ Đặng Kim Hoàng đã trực tiếp chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt
quá trình thực hiện đề tài này. Cô đã nhiệt tình giúp đỡ em về tài liệu, truyền đạt kiến
thức và hơn hết là hoàn thiện cho em kĩ năng tổng hợp tài liệu, kĩ năng phân tích ,lý
luận cũng như kinh nghiệm, phương án giải quyết vấn đề liên quan.
Kính chúc quý Thầy Cô sức khỏe và thành công.


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
LỜI MỞ ĐẦU
Như chúng ta đã biết, Việt Nam là nước có nền kinh tế nông nghiệp với sự phát
triển phong phú và đa dạng về các giống cây trồng như lúa, ngô, đậu,cọ…v.v. Do đó,
nguồn nguyên liệu từ nông nghiệp đối với nước ta rất dồi dào và phong phú, tạo điều kiện
thuận lợi cho các ngành công nghiệp sử dụng và tận dụng nguyên liệu là sản phẩm, phế
phẩm nông nghiệp, trong đó có công nghiệp chế biến dầu khí phục vụ cho các ngành sản
xuất nhiên liệu xăng dầu, cồn, nhiên liệu sinh học, …
Hiện nay tình hình xăng dầu trên thế giới luôn có nhiều biến động, giá dầu thô đang
liên tục tăng cao. Do trữ lượng dầu mỏ đang ngày càng giảm dần, nên các nước có nguồn
tài nguyên dồi dào này đã hạn chế lượng khai thác dầu mỏ gây nhiều biến động xấu đến
nền kinh tế toàn cầu. Một số cường quốc kinh tế đang rơi vào tình trạng khủng hoảng kinh
tế trầm trọng, còn các nước đang phát triển cũng phải chịu nhiều ảnh hưởng nặng nề do
tình hình lạm phát gia tăng ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của người dân. Việt Nam
cũng không phải là ngoại lệ. Đây là mối lo ngại của chính phủ, các cấp ban ngành, các

doanh nghiệp và toàn dân vì giá xăng dầu gần như chi phối, ảnh hưởng tới mọi mặt đời
sống và lĩnh vực kinh doanh, buôn bán. Cũng như tình trạng chung của các quốc gia có trữ
lượng dầu mỏ thì tương lai lượng khai thác dầu mỏ ở nước ta cũng gặp nhiều hạn chế. Việt
Nam tính đến tháng đầu năm 2009 vẫn là nước xuất khẩu dầu thô và nhập các sản phẩm
xăng dầu thương phẩm là do chưa có nhà máy lọc dầu nào để khai thác, sản xuất các sản
phẩm đạt tiêu chuẩn sử dụng. Ngày 22 tháng 2 năm 2009, nhà máy lọc dầu Dung Quất
chính thức cho xuất mẻ sản phẩm đầu tiên (đạt chất lượng thương mại theo Tiêu chuẩn Việt
Nam). Nhà máy lọc dầu Dung Quất chính thức đi vào hoạt động.
Trước tình hình xăng dầu diễn biến phức tạp thì việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu
thay thế xăng dầu trong tương lai, đã và đang thu hút nhiều sự chú ý của các quốc gia trên
thế giới. Các công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học (Bioethanol, Biodiesel, Biogas, …) đã
được hình thành và dần dần hoàn thiện hơn. Đối với nước ta, bên cạnh việc xây dựng các
nhà máy lọc dầu, chúng ta cũng cần phải nghiên cứu và xây dựng các nhà máy sản xuất
nhiên liệu sạch. Một mặt để giải quyết phần nào vấn đề nhiên liệu cho việc phát triển nền
kinh tế, một mặt có thể tận dụng được nguồn nguyên liệu từ nông nghiệp vốn là thế mạnh
của một quốc gia vùng nhiệt đới như Việt Nam.
Mặt khác, ở nước ta với dự báo ngày một gia tăng số lượng phương tiện giao thông
vận tải. Nếu không có những biện pháp hữu hiệu nhằm hạn chế mức độ ô nhiễm môi
trường (do khí xả của chúng gây ra thì không bao lâu nữa, ô nhiễm môi trường không khí ở
nước ta cũng sẽ trầm trọng chẳng kém gì các thành phố lớn ở các nước phát triển có mật độ
ô tô cao). Vì vậy tìm kiếm các giải pháp kỹ thuật để hạn chế mức độ phát sinh ô nhiễm của
phương tiện giao thông là rất cần thiết. Một trong những giải pháp này là nghiên cứu nhiên
liệu sinh học.
Nhiên liệu sinh học được sử dụng nhằm hướng tới các mục đích như giảm thải và
giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu dầu mỏ, giảm ô nhiễm môi trường, cụ thể là khí thải
sinh ra từ nhiên liệu sinh học ít chất độc hại hơn xăng được sản xuất từ nguồn dầu mỏ, góp
phần nâng cao giá trị của các sản phẩm phụ trong các ngành nông lâm nghiệp.
Với tất cả những lý do trên, em đã chọn đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tổng quan về
nhiên liệu sinh học và tiềm năng sản xuất loại nhiên liệu này tại Việt Nam”.
Nội dung của đề tài gồm 2 chương:

- Chương 1: Tổng quan về nhiên liệu sinh học
- Chương 2: Tiềm năng sản xuất nhiên liệu sinh học tại Việt nam
Do trình độ lý luận và kiến thức còn nhiều hạn chế, mặc dù đã có rất nhiều cố gắng
nhưng bài làm không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo,
đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình
của cô giáo Đặng Kim Hoàng cũng như sự đóng góp ý kiến của bạn đọc để đề tài được
hoàn thiện hơn.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC
1.1 Nhiên liệu sinh học- Nguồn năng lượng tất yếu
Nhu cầu năng lượng của loài người đã hiện diện cách đây hàng trăm ngàn năm,
nhưng lúc đó con người chỉ biết dùng lửa cho hoạt động hàng ngày để nướng thịt, đuổi thú
dữ, đốt rừng làm rẫy. Kể từ đó, nguồn năng lượng từ vật rắn như gỗ cây ngày càng trở nên
quan trọng. Có hơn hai tỉ người trên thế giới đang dùng chất rắn trong gia đình để nấu
nướng và sưởi ấm mùa đông. Năng lượng có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế
- xã hội. An ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liền với an ninh năng lượng của một
quốc gia. Vì vậy trong chính sách phát triển kinh tế, xã hội bền vững, chính sách năng
lượng nên được đặt lên hàng đầu.
Vào thế kỷ 19, gỗ là nguồn năng lượng làm chạy máy động cơ hơi nước trong giao
thông vận tải, giúp đẩy mạnh ngành công nghiệp cơ giới. Sau đó, con người chế tạo máy
phát điện cung cấp nguồn điện năng mới có nhiều công dụng cho đời sống hàng ngày và
thay thế dần những máy chạy bằng hơi nước. Khi tìm thấy nguồn nhiên liệu hóa thạch như
than đá, dầu mỏ và khí đốt, con người nhanh chóng chuyền sang sử dụng các nguồn năng
lượng không tái tạo này để chạy máy nổ, chủ yếu trong ngành vận tải, nhiệt và điện năng.
Dạng nhiên liệu lỏng (xăng dầu) trở nên thông dụng hơn cho nhiên liệu giao thông vận tải
vì tỏa nhiều nhiệt lượng, dễ sử dụng hơn loại nhiên liệu khí và rắn, và từ đó nguồn năng
lượng rắn được sử dụng giảm dần.
Theo tính toán của các chuyên gia kinh tế năng lượng, dầu mỏ và khí đốt hiện
chiếm khoảng 60-80% cán cân năng lượng thế giới. Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay và trữ
lượng dầu mỏ hiện đang có thì nguồn năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt trong

vòng 40-50 năm nữa. Diễn biến phức tạp của giá xăng dầu gần đây là do nhu cầu dầu thô
ngày càng lớn và những bất ổn chính trị tại những nước sản xuất dầu mỏ. Hơn nữa nhiên
liệu hóa thạch phát sinh nhiều khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Để đối phó với tình hình đó
chúng ta cần tìm ra các nguồn năng lượng mới thay thế, và ưu tiên hàng đầu được dành cho
các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường.
Trong số các nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ đang sử dụng hiện nay (năng
lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân,…), năng lượng sinh học đang là xu
thế phát triển tất yếu, nhất là ở các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu, do các lợi
ích của nó như: công nghệ sản xuất không quá phức tạp, tận dụng nguồn nguyên liệu tại
chỗ, tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp, không cần thay đổi cấu trúc động cơ cũng như cơ
sở hạ tầng hiện có và giá thành cạnh tranh so với xăng dầu.
1.2 Tình hình phát triển nhiên liệu sinh học hiện nay
1.2.1 Phát triển biofuel ở các nước trên thế giới
Năng lượng hóa thạch ngày càng cạn dần, yêu cầu bức xúc về vấn đề ô nhiễm môi
trường với những tác động gây biến đổi khí hậu toàn cầu là những lý do khiến các nước
trên thế giới từ 5 - 10 năm trở lại đây ráo riết nghiên cứu để phát triển nguồn năng lượng
thay thế. Nhiên liệu sinh học (biofuel) không phải là nhiên liệu mới, đã được áp dụng khá
lâu kể từ khi động cơ diezel đầu tiên chạy bằng dầu lạc ra đời năm 1898 triển lãm ở Paris
(Pháp). Tác giả của động cơ diezel đầu tiên - ông Rudolf Diezel đã từng tiên đoán rằng
nhiên liệu từ sinh khối sẽ là tương lai thực cho động cơ của mình. Hơn 10 năm sau (1912)
ngay cả khi dầu mỏ và than bắt đầu được đề cao, ông cũng vẫn tuyên bố: "Sử dụng dầu
thực vật làm nhiên liệu động cơ hiện thời có thể chưa được chú trọng, song nó sẽ trở thành
nguồn nhiên liệu quan trọng như dầu mỏ và than đá về sau này". Cho tới năm 1920 khi các
nhà sản xuất động cơ diesel phải thay đổi động cơ của họ để phù hợp với loại nhiên liệu
mới có độ nhớt thấp hơn và không dùng dầu thực vật nữa thì các cơ sở sản xuất biofuel
thời đó mới dần bị loại bỏ. Còn một sự kiện khác cũng đáng chú ý: động cơ đốt trong ô tô
của tác giả Nicola Otto ra đời năm 1877 lại chạy bằng cồn. Các loại xe ô tô của hãng Ford
sản xuất năm 1928 - 1929 đều được thiết kế để chạy bằng các loại nhiên liệu khác nhau,
trong đó có cồn. Xe ô tô của hãng Studebaker những năm 1930 được thiết kế để chạy được
cả xăng và cồn. Thật ra trong buổi bình minh của triều đại ô tô, cồn được đề cao như xăng,

dầu sau này. Xăng dầu phát triển mạnh sau đó đã khiến các nhà cung cấp cồn đơn lẻ khó
phát triển, tuy rằng trong giai đoạn Đại chiến II, ở những vùng khó cung cấp xăng thì cồn
vẫn được đề cao và sử dụng làm nhiên liệu chạy xe. Ngày nay do những nguyên nhân đã
nêu ở trên, các nước trên thế giới đang có xu hướng tích cực quay trở lại với biofuel. Một
bài toán đang đặt ra: liệu biofuel có thể thay thế hoàn toàn được nhiên liệu hóa thạch trong
tương lai hay không? Người ta hy vọng cho tới năm 2020, biofuel sẽ được sản xuất và phát
triển trên quy mô thương mại toàn cầu. Hiện tại hầu như biofuel được sản xuất trên thế giới
mới chỉ là bioethanol. Các nhà sản xuất chính hiện nay là Mỹ, Canađa và Braxin. Tổng sản
lượng bioethanol hiện nay là vài tỉ gallon/năm, trong đó Braxin dẫn đầu với con số 4 tỉ
gallon/năm còn Liên minh châu Âu( EU) đóng góp phần rất nhỏ. Tuy nhiên EU lại là nhà
sản xuất biodiesel lớn nhất trên thị trường toàn cầu. Từ năm 1993 đến năm 2001, sản lượng
biodiesel của EU tăng gấp 10 lần, từ mức 80.000 tấn vào năm 1993 lên 780.000tấn vào
năm 2001, Đức là nước sản xuất hàng đầu, tiếp theo là Pháp, Italia và Áo. Hiện nay, trên
toàn EU biodiesel được sử dụng chạy động cơ dưới dạng pha trộn với diesel thông thường.
Tại Đức, Áo và Thụy Điển, biodiesel được sử dụng dưới dạng tinh khiết trong các loại xe
tải nặng. Bioethanol sử dụng làm nhiên liệu ô tô ở châu Âu tăng gấp 4,5 lần, từ mức
47.000 tấn vào năm 1993 lên 216.000tấn vào năm 2001. Pháp, Tây Ban Nha và Thụy
Điển là các nước đóng vai trò lớn trong thị trường bioethanol ở châu Âu. Bioethanol tại
đây cũng được dùng cả dưới dạng tinh khiết lẫn pha trộn với xăng. Tại Pháp, bioethanol
chủ yếu để chuyển hóa thành phụ gia ETBE pha xăng. Quy mô sản xuất biofuel toàn cầu
mở rộng dần suốt những năm 1980, trước khi đạt mức phát triển cao hơn nhiều vào những
năm 1990. Sản lượng biofuel toàn cầu hiện đạt khoảng 15 triệu tấn/năm Các nước EU chỉ
chiếm mức dưới 6% tổng sản lượng (890.000 tấn vào năm 2000). Hầu hết sản lượng
biofuel toàn cầu tập trung vào bioethanol (năm 2000 đạt 14,6 triệu tấn). Trong Sách Trắng
về chiến lược và kế hoạch hoạt động của EU (1997) mục "Năng lượng tương lai: nguồn
năng lượng tái tạo" đã nêu yêu cầu cấp bách phải tăng bằng được thành phần năng lượng
sinh học trong cơ cấu kinh tế, trong đó có biofuel. Người ta cho rằng hiện tại biofuel chưa
có giá cạnh tranh được với dầu mỏ, song để đảm bảo an ninh năng lượng trong tương lai,
cần thiết phải đưa ra thị trường nguồn nhiên liệu thay thế mới để đón đầu, bởi trong tương
lai khi nguồn năng lượng hóa thạch cạn dần, giá dầu sẽ biến động tới mức khó dự đoán

nổi. Ưu tiên đầu tiên đề cập tới trong Sách Trắng của EU là tìm cách giảm chi phí sản xuất
biofuel. Mục tiêu khác là giảm thuế đánh vào các hoạt động canh tác cung cấp nguyên liệu
sinh khối. Trong Sách Xanh, mục "Chiến lược của EU về an ninh năng lượng" (2000) đã
nhấn mạnh tầm quan trọng của sinh khối trong vấn đề đảm bảo an ninh năng lượng. Người
ta cho rằng tiềm năng hết sức to lớn của rừng và phế thải nông nghiệp hầu như chưa được
tận dụng, trong khi nhiên liệu từ nguồn sinh khối này khi được sử dụng sẽ làm giảm phát
thải gây hiệu ứng nhà kính xuống 40 - 80% so với sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên
các vấn đề trong Sách Trắng và Sách Xanh cũng chưa hoàn toàn thúc ép các nước thành
viên EU đề ra chính sách tập trung phát triển biofuel một cách cụ thể. Từ 6/2001, hai nghị
định mới của EU khuyến khích xúc tiến phát triển biofuel đã được ban hành. Nghị định thứ
nhất bắt buộc các nước thành viên phải có sản phẩm biofuel đưa ra thị trường vào giai
đoạn 2005 - 2010. Nghị định thứ hai cho phép các nước thành viên được áp dụng mức
thuế ưu đãi đối với biofuel, nhất là đối với các biofuel sử dụng trong ngành giao thông vận
tải. Nhiệm vụ đặt ra cho ngành này là phải sử dụng biofuel thay thế nhiên liệu thông
thường.
1.2.2 Phát triển biofuel tại các nước trong khu vực
 Trung Quốc
Trung Quốc đang dành mối quan tâm lớn cho sự phát triển biofuel. Do tốc độ phát
triển kinh tế cao và kéo dài liên tục nên Trung Quốc đang thiếu hụt năng lượng. Nước này
xem việc phát triển năng lượng sinh học là một trong các giải pháp giảm thiểu chi phí nhập
khẩu dầu mỏ, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng. Sản lượng ethanol của Trung Quốc
hiện đứng thứ 3 thế giới với con số 3 tỉ lít/năm Trung Quốc đang xây dựng 11 nhà máy sản
xuất ethanol và đang có kế hoạch xây dựng thêm 60 nhà máy mới trong thời gian tới. Cuối
năm 2003, một nhà máy sản xuất ethanol công suất 600.000 tấn/ năm với số vốn đầu tư
350 triệu USD đã được khánh thành tại tỉnh Cát Lâm. Hiện nhà máy này sản xuất 2,5 triệu
lít ethanol/ ngày, tiêu thụ 1,92 triệu tấn ngô/năm. Nước này cũng đang sản xuất thí điểm
biofuel từ sắn, mía và khoai tây. Trung Quốc sẽ có thể cho ra đời nhiều nhà máy sản xuất
ethanol khổng lồ như vậy nhờ có khả năng tập trung nguồn nguyên liệu lớn từ các vùng
canh tác quy mô lớn. Doanh thu về biofuel toàn cầu nămg 2003 vượt qua con số 12 tỉ USD
và có triển vọng tăng lên 34 tỷ USD vào năm 2015. Braxin là nước dẫn đầu chiếm 45%,

Mỹ 20%, Trung Quốc đã sớm trở thành nước có vị trí thứ 3 và sẽ vươn lên vị trí thứ 2
trong vài năm tới nhờ sự giúp đỡ của Braxin. Mục tiêu của Trung Quốc là tới năm 2030 sẽ
không phải phụ thuộc vào dầu mỏ nữa. Chính phủ Trung Quốc đã đưa ra chính sách tài trợ,
vay lãi suất thấp và sử dụng ngân sách để hỗ trợ phát triển biofuel. Tất cả ô tô của Trung
Quốc hiện đang chuyển sang hướng sử dụng biofuel, điện, hoặc lắp đặt lại động cơ. Tăng
thị phần năng lượng sạch là bước cơ bản đáp ứng yêu cầu giảm thiểu CO
2
(Trung Quốc là
nước phát thải CO
2
lớn thứ 2 sau Mỹ).
 Thái Lan
Hiện tại quy mô sản xuất ethanol ở Thái Lan còn nhỏ, năng suất và kỹ thuật canh
tác mía và các cây trồng làm nguyên liệu chưa cao nên mặc dù nước này có quan tâm tới
các chương trình biofuel nhưng cho tới nay vẫn chưa có tiến bộ đáng kể. Chính phủ Thái
Lan vừa ra thông báo áp dụng chính sách sản xuất gasohol sử dụng rộng rãi khắp thành
phố Băng Cốc kể từ 1/2005 với tỉ lệ pha trộn 10 - 20% etanol trong xăng sử dụng.
 Nhật Bản
Nhật Bản là nước tiêu thụ xăng dầu lớn thứ 2 trên thế giới chỉ đứng sau Mỹ, lên tới
215 triệu tấn trong năm 2003 (theo số liệu của Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp
Nhật Bản). Trong đó 99% được nhập khẩu. Do áp lực về vấn đề môi trường ở các thành
phố lớn và để tăng cường an ninh năng lượng, từ lâu Nhật Bản đã chú trọng tìm kiếm các
nguồn năng lượng sạch, tái tạo được. Ethanol và dimethylete(DME) là những loại nhiên
liệu được quan tâm ở Nhật Bản. Từ 6/2004 Nhật Bản cũng đưa ra chính sách phát triển sản
xuất và sử dụng biofuel nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường. Nội dung chính sách này có
phần khuyến khích sản xuất các động cơ ô tô có thể vận hành được bằng nhiên liệu diesel
pha trộn biofuel với tỉ lệ cao. Một nhóm thực hiện dự án cải tiến động cơ được thành lập để
thực hiện kế hoạch này trong 2 năm sau đó. Ở Nhật Bản có 5 công ty (Taisei Corp,
Maruberi Corp, Sapporo Breweries Ltd, Daiei Inter Nature System Inc và Tokyo Boat
Industries Co) đã thống nhất cùng góp vốn thành lập một công ty liên doanh vào 4/2005

với số vốn 100 triệu yên (960.836 USD) để triển khai kế hoạch sản xuất ethanol quy mô
lớn vào năm 2007 từ nguồn nguyên liệu gỗ xây dựng đã qua sử dụng để làm nhiên liệu cho
ô tô. Các công ty cũng đầu tư hơn 3 tỉ yên xây dựng một nhà máy sản xuất ethanol công
suất 30.000 tấn/năm tại Osaka để cung cấp ethanol cho 100 trạm xăng. Nhà máy này đã đi
vào hoạt động năm 2007. Ethanol do nhà máy này sản xuất ra có giá khoảng 50 yên /lít và
doanh thu đạt được trong năm 2007 là 500 triệu yên. Công nghệ sản xuất ethanol từ gỗ
được Công ty Maruberi (Mỹ) giới thiệu. Nguồn nguyên liệu gỗ đã qua sử dụng sẽ do hai
công ty Taisei và Daiei cung cấp. Riêng về chương trình phát triển DME tại Nhật Bản thì
sau khi đã có được những kết quả nghiên tại phòng thí nghiệm, trong giai đoạn 1997 -
2000 Công ty JFE và Trung tâm sử dụng than đã kết hợp xây dựng và chạy thử dây chuyền
sản xuất DME, công suất 5tấn/ngày. Công ty "DME development Co. Ltd" do ông Yotaro
Ohno sáng lập vào 11/2001 với mục tiêu để hỗ trợ cho việc nghiên cứu phát triển và
thương mại hóa sản phẩm nhiên liệu mới DME. Đây là một công ty cổ phần với sự góp
vốn của 10 tập đoàn và công ty lớn của Nhật Bản thuộc nhiều lĩnh vực chuyên môn khác
nhau như nhiên liệu, thương mại, sản xuất xe hơi, điện tử, v.v…Tháng 7/2002, một nhà
máy sản xuất DME, công suất 100 tấn/ngày(công suất lớn nhất thế giới ở thời điểm đó), đã
được xây dựng tại thành phố Kushiro. Ngày 19/11/2002 nhà máy này đã chính thức đi vào
thử nghiệm, sau đi hoạt động liên tục trong thời gian một tháng rưỡi thì người ta đã thu
được sản phẩm 1.240 tấn DME chất lượng tốt, với độ tinh khiết khoảng 99,6% để chuẩn bị
cho thử nghiệm. Người ta thấy chương trình sản xuất, thử nghiệm DME ở Nhật Bản đã
được xúc tiến rất khẩn trương, điều này cho thấy đây là dạng nhiên liệu rất được quan tâm
tại nước này. Theo ý kiến của nhiều chuyên gia, thì trong thế kỷ 21, DME sẽ trở thành một
dạng nhiên liệu phổ biến trên thế giới. Công ty "DME development Co. Ltd" sẽ tiếp tục
nghiên cứu sản xuất, thử nghiệm để hoàn thiện công nghệ và sớm đưa vào sản xuất ở quy
mô đại trà. Nhật Bản đã sản xuất và tiêu thụ khoảng 200.000 tấn DME/năm vào năm 2006
và sẽ tăng lên 300.000tấn/năm trong vài năm sau đó. Tuy còn tồn tại một số vấn đề cần giải
quyết trước khi đưa vào sản xuất lớn, nhưng người ta tin chắc rằng chương trình nhiên liệu
mới dimetylete(DME) của Nhật Bản sẽ thành công, nhất là trong giai đoạn hiện nay khi giá
dầu mỏ tăng rất cao và do áp lực của cơ chế phát triển sạch(Clean Development
Mechanism viết tắt là CDM) mà các nước công nghiệp hàng đầu trên thế giới sẽ phải thực

hiện.
 Philippin
Bộ Khoa học và Hội đồng kỹ thuật R&D về công nghiệp và Năng lượng Philippin
đang có chính sách tích cực thúc đẩy sử dụng biofuel ở xe máy và xe ba bánh để giảm ô
nhiễm môi trường. Biodiezel ở Philippin chủ yếu được sản xuất từ dầu dừa(cocometyl este
- CME) là nguồn năng lượng rẻ tiền có thể dùng thay thế xăng chạy xe máy và xe ba bánh
động cơ 2 kỳ (lượng xe máy và xe ba bánh chiếm gần 35% trong tổng số 4 triệu đầu xe ở
Philippin và hiện tại 75% trong tổng số xe ở Philippin là động cơ 2 kỳ). Thúc đẩy sử dụng
CME mới chỉ là một chương trình mang tính huấn luyện và thử nghiệm, tuy nhiên ưu thế
về dầu dừa của Philippin sẽ giúp nước này phát triển sản xuất và kinh doanh biodiezel
thành công trong tương lai. Một nguồn nguyên liệu sinh khối tiềm năng khác để sản xuất
ethanol ở Philippin là cây lúa miến ngọt (một loại cây mọc khỏe, cho năng suất đường
nhanh hơn mía, chịu được mặn, khô hạn và nghèo dinh dưỡng của đất). Philippin đang cho
trồng thử nghiệm lúa miến lấy sinh khối sản xuất ethanol.
Nhìn chung, hiện nay trên thế giới đang đứng trước nguy cơ thiếu năng lượng.
Những vấn đề gì sẽ xảy ra khi nguồn năng lượng hóa thạch hoàn toàn cạn kiệt? Bức tranh
môi trường sống toàn cầu sắp tới sẽ ra sao khi không kìm hãm bớt tốc độ phát thải ô nhiễm
hiện tại. Hàng loạt câu hỏi đang chờ câu trả lời. Có ý kiến cho rằng, nhiều quốc gia trên
toàn cầu còn đang đói nghèo, đất trồng cây lương thực còn thiếu, lấy đâu ra đất để trồng
cây phục vụ sản xuất năng lượng sinh học. Song vấn đề vừa phải đảm bảo an ninh lương
thực, vừa phải đảm bảo an ninh năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường đang được các
quốc gia trên thế giới quan tâm và ráo riết thực hiện. Từng quốc gia đang đưa ra các chính
sách khác nhau để làm sao đảm bảo được mục tiêu trên. Để giải quyết nguồn nguyên liệu
sinh khối sản xuất năng lượng sinh học, ngoài cây lương thực, các quốc gia có nguy cơ
thiếu nhiều năng lượng đang tìm kiếm các nguồn cây trồng khác có thể canh tác trên đất
hoang hóa, trên cạn, dưới nước, đồng thời tích cực tìm kiếm công nghệ mới thu hiệu suất
cao, tiết kiệm nguyên liệu, hạ giá thành. Mỹ là nước có chỉ tiêu sử dụng năng lượng cao
nhất thế giới, nhưng chỉ cần 28.000 km2 (3% diện tích toàn nước Mỹ) là đã đủ nguyên liệu
sản xuất đủ lượng biodiesel cho toàn bộ xe cộ giao thông ở Mỹ. Tiềm năng nguồn sinh
khối mới ở Mỹ là: cỏ roi ngựa, rêu tảo, tận dụng nguồn phế thải công nghệ thực phẩm và

nông nghiệp đang bỏ phí, trồng xen cây lương thực với ngô, đậu tương. Mỹ dường như đã
tìm ra giải pháp đối với nguyên liệu sinh khối một khi chuyển sang sử dụng năng lượng
sinh học thay thế. Ấn Độ tuyên bố đã tìm ra các loại cây làm nguyên liệu sinh khối cung
cấp năng lượng mọc hoang trên đất bạc màu có tiềm năng lớn, Liên minh châu Âu đang
nghiên cứu các công nghệ cải tiến mới đồng thời tìm ra các vùng đất canh tác còn bỏ
hoang cả ở trên cạn và dưới nước. Tuy Việt Nam là nước mà nguy cơ thiếu năng lượng vẫn
còn xa, song trong trào lưu toàn cầu nói chung, vấn đề phải phát triển nguồn năng lượng
thay thế năng lượng hóa thạch cũng rất cần thiết. Để phát triển biofuel ở Việt Nam vì các
mục tiêu giảm ô nhiễm môi trường, hiện đại hóa nông thôn, đảm bảo an ninh năng lượng,
Việt Nam cần có chính sách đi kèm các biện pháp hỗ trợ phát triển như kinh nghiệm của
một số nước đang đứng đầu trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng biofuel.
1.3 Khái niệm và phân loại nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học là những nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu như củi, gỗ,
rơm, trấu, phân và mỡ động vật. Nhiên liệu sinh học dùng cho giao thông vận tải chủ yếu
gồm: các loại cồn tuyệt đối sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol
(Methanol, Ethanol, Butanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch), các loại dầu sinh học
để sản xuất diesel sinh học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật). Ví dụ như
nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa
mì, ngô, đậu tương ), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải trong
công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ). Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật
so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá…).
Nhiên liệu sinh học (Biofuel hay Agrofuel) thường được tái tạo từ nguyên liệu động
thực vật (hay còn được gọi là nguồn nguyên liệu sinh khối (biomass). Gọi là “tái tạo”
(renewable) vì chất đốt cơ bản Carbon nằm trong chu trình lục hoá (photosynthesis) ngắn
hạn đốt nhiên liệu sinh học thải khí CO
2
, rồi thực vật canh tác hấp thụ lại CO
2
đó, để tạo
thành sinh khối chế biến nhiên liệu sinh học. Trên lý thuyết coi như không làm tăng CO

2
trong khí quyển. Nhiên liệu sinh học có thể ở thể rắn như củi, than củi (than đá thuộc loại
cổ sinh, không tái tạo), thể lỏng (như xăng sinh học, diesel sinh học), hay thể khí như khí
methane sinh học (sản xuất từ lò ủ chất phế thải). Nhiên liệu ở thể lỏng được ưa chuộng
hơn vì có độ tinh khiết cao, chứa nhiều năng lượng, dễ dàng chuyên chở, dễ tồn trữ và bơm
vào bình nhiên liệu của xe.
Tùy theo tính chất cơ bản mà ta có thể chia nhiên liệu sinh học thành ba loại chính :
 Khí sinh học (Biogas);
 Xăng sinh học (Gasohol);
 Diesel sinh học (BioDiesel).
1.3.1 Khí sinh học (biogas)
1.3.1.1 Khái niệm
Sản phẩm khí từ quá trình phân hủy sinh khối, phân gia súc và phân người, bùn
cống… nhờ vi khuẩn lên men yếm khí (trong điều kiện không có oxy không khí) được gọi
là biogas. Biogas chứa nhiều methane.
Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH
4
) và một số khí khác phát sinh
từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ trong môi trường yếm khí. Thành phần chính của
biogas là CH
4
(50-60%) và CO
2
(>30%) còn lại là các chất khác như hơi nước N
2
, O
2
, H
2
S,

CO… được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20-40ºC, nhiệt trị
thấp của CH
4
là 37,71.10
3
KJ/m
3
, do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ
đốt trong. Và để tiện lợi cho việc sử dụng biogas làm nhiên liệu ta nên xử lý biogas trước
khi cho vào động cơ
1.3.1.2 Thành phần và tính chất hóa lý của khí sinh học
 Thành phần khí sinh học:
- Methanel (CH
4
): là chất khí không màu, không mùi, nhẹ gần bằng nửa không khí
và hòa tan trong nước rất ít. Ở áp suất khí quyển methanel hóa lỏng ở nhiệt độ
-161,5
0
C.
- Methanel là thành phần cháy chủ yếu của khí sinh học. Hàm lượng methanel trong
khí sinh học phụ thuộc vào loại nguyên liệu phân hủy và diễn biến của các quá
trình sinh học .
- Methanel cháy thành ngọn lửa màu lơ nhạt, tỏa nhiều nhiệt:
CH
4
+ 2O
2
→ CO
2
+ 2H

2
O + 882k
Bảng 1-1 Thành phần chủ yếu của khí sinh học
Thành phần Tỷ lệ (%)
CH
4
50 - 70
CO
2
30 - 45
N
2
0 - 3
H
2
0 - 3
O
2
0 - 3
H
2
S 0 - 5
Khí khác 0 - 2
- Cacbonic (CO2): là chất khí không cháy, không màu, không mùi, nặng gấp rưỡi lần
không khí. Nếu khí này chiếm tỉ lệ cao trong khí sinh học sẽ làm cho giảm chất
lượng khí sinh học.
- Hydro sulfua (H2S): có mùi “trứng thối” khiến cho khí sinh học cũng trở nên có
mùi khó chịu, giúp ta dễ dàng nhận thấy sự có mặt của nó. H2S là nguyên nhân chủ
yếu làm cho các bộ phận bằng kim loại của hệ thống bị ăn mòn.
 Tính chất

Vì thành phần chính trong khí sinh học là khí methanel nên tính chất của khí sinh
học cũng thay đổi theo hàm lượng methanel, những thông số sau chỉ mang tính gần đúng.
Khí sinh học cháy cho ngọn lửa lơ nhạt và không có khói. Nhiệt trị của khí sinh học phụ
thuộc vào hàm lượng methanel và có thể tính theo công thức: Q = 8570 x CH
4
/100
(kCal/m
3
). Trong đó CH
4
là hàm lượng methanel tính theo phần trăm (%). Với thành phần
thông thường là 50 – 70% methanel, khí sinh học có nhiệt trị nằm trong giới hạn 4300 –
6000 kCal/m
3
. Thông thường người ta lấy hàm lượng methanel là 60%, khi đó khí sinh học
có nhiệt trị là 5142 Kcal/m
3
. Tỷ trọng so với không khí: 0,94 ( tương ứng với hàm lượng
methanel 60%). Giới hạn nổ: từ 6 – 25% khi trộn lẫn với không khí. Lượng không khí cần
thiết để đốt cháy hoàn toàn nằm trong giới hạn 5 -7 lần thể tích khí sinh học.
Bảng 1-2 Một số tính chất của CH
4
và CO
2
Các tính chất vật lý Methanel (CH
4
) Cacbon Dioxide (CO
2
)
Trọng lượng phân tử 16,04 44,01

Tỷ trọng, Air 0,554 1,52
Điểm sôi 259,0
0
F (=144
0
C) 109,4
0
F
b
(=60,8
0
C)
Điểm đông -296,6
0
F(-164,8
0
C) -69.9
0
F (-38,83
0
C)
Khối lượng riêng 0,66kg/m3 1,82kg/m3
Nhiệt độ nguy hiểm 116,0
0
F (=64,44
0
C) 88,0
0
F(=48,89
0

C)
Áp suất nguy hiểm 45,8 at 72,97at
Nhiệt dung C
p
(1atm) 6.962.10
-4
J/ kg
0
C 2,643.10
-4
J/ kg
0
C
Tỷ lệ C
p
/C
v
1,307 1,303
Nhiệt cháy 55,403J/kg
Giới hạn cháy 5-15% Thể tích
Tỷ lệ cháy hoàn toàn trong
không khí
0,0947 Thể tích
1.3.1.3 Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học (biogas)
Nhìn chung các chất có nguồn gốc hữu cơ đều là nguyên liệu nạp cho thiết bị khí
sinh học. Các nguyên liệu này được chia làm hai loại : Nguyên liệu có nguồn gốc từ động
vật và nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật
 Nguồn gốc thực vật
Các nguyên liệu thực vật là những lá cây, thân cây, phụ phẩm cây trồng (rơm, rạ,
thân lá ngô, khoai, đậu.…), rác sinh hoạt hữu cơ và các loại cây xanh hoang dại (rong, bèo,

các cây phân xanh ). Gỗ và thân cây già rất khó phân huỷ nên không dùng làm nguyên
liệu được. Nguyên liệu thực vật thường có lớp vỏ cứng rất khó bị phân huỷ. Để quá trình
phân huỷ yếm khí diễn ra được thuận lợi, người ta thường phải chặt nhỏ và xử lý sơ bộ
(đập dập, ủ hiếu khí) các loại nguyên liệu này trước khi đưa vào thiết bị để phân huỷ. Mục
đích của công việc này là phá vỡ lớp vỏ cứng của nguyên liệu và tăng bề mặt cho vi khuẩn
tấn công. Thời gian phân huỷ của nguyên liệu thực vật thường dài hơn so với các loại phân
(có thể kéo dài hàng năm). Do vậy nguyên liệu thực vật nên được sử dụng theo cách nạp
từng mẻ, mỗi mẻ kéo dài từ 3-6 tháng. Các loại chất thải của các cơ sở chế biến thực
phẩm…cũng chứa hàm lượng chất hữu cơ cao là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường khi
để chúng phân huỷ trong tự nhiên. Vì vậy ta nên xử lý chúng trước khi thải vào hệ thống
thoát nước chung. Các hợp chất hữu cơ có trong các loại chất thải cũng được xem là một
nguồn nguyên liệu để sản xuất khí sinh học Tuy nhiên trong một số trường hợp cần phải
xử lý sơ bộ để loại các độc tố ảnh hưởng đến sự phát triển và tăng trưởng của vi sinh vật kỵ
khí trong môi trường xử lý.
 Nguồn gốc động vật
Thuộc loại này là các loại phân như phân gia súc, gia cầm, phân bắc , các bộ phận
cơ thể của động vật như xác động vật chết, rác và nước thải các lò mổ, cơ sở chế biến thuỷ,
hải sản… Các loại phân đã được xử lý trong bộ máy tiêu hoá của động vật thì dễ phân huỷ
hơn và nhanh chóng tạo khí sinh học. Tuy nhiên thời gian phân huỷ của các loại phân
không dài (khoảng từ 2-3 tháng) và tổng sản lượng khí thu được từ 1 kg phân cũng không
lớn. Phân gia súc như trâu, bò, lợn phân huỷ nhanh hơn phân gia cầm và phân bắc, nhưng
sản lượng khí của phân gia cầm và phân bắc lại cao hơn. Sản lượng phân trên một đàn gia
súc phụ thuộc vào trọng lượng cơ thể và chế độ nuôi dưỡng. Nhìn chung hàm lượng chất
khô của các loại phân tươi vào khoảng 20%, còn lại là nước. Các loại phân thường giàu
nitơ, hiệu suất sinh khí của các loại phân tính cho chất khô nằm trong khoảng từ 0,2-0,3
m
3
/kg/ngày và hàm lượng methanel của khí sinh học sản xuất từ phân chiếm khoảng 50-
70%
Bảng 1-3 Đặc tính và sản lượng khí có thể thu được của một số nguyên liệu

Loại
nguyên liệu
Lượng thải ra
hàng ngày
(kg/con)
Hàm lượng chất
khô
(%)
tỷ lệ C/N
Sản lượng khí
hàng ngày
(l/kg nguyên liệu tươi)
Chất thải bò 15 – 20 18 - 20 24 - 25 15 - 32
Chất thải trâu 18-25 16- 18 24 – 25 15 – 32
Chất thải lợn 1,2 – 4 24 – 33 12 – 13 40 – 60
Chất thải gia
cầm
0,02 – 0,05 25- 50 5 – 15 50 – 60
Chất thải
người
0,18 – 0,34 20 - 34 2,9 - 10 60 - 70
Bèo tây tươi - 4- 6 12 – 25 0,3 – 0,5
Rơm rạ khô - 80 - 85 48 - 117 1,5 – 2,0
1.3.1.4 Phương pháp sản xuất biogas
Để sản xuất khí biogas, người ta xây dựng hoặc chế tạo các thiết bị khí sinh học.
Trong thực tế, hầu hết các thiết bị khí sinh học được áp dụng ở các nước đang phát triển là
những thiết bị đơn giản, hoạt động theo chế độ nạp nguyên liệu bổ sung thường xuyên
hàng ngày. Các thiết bị này có 5 bộ phận chính như sau:
 Bộ phận phân hủy: Là nơi chứa nguyên liệu và đảm bảo những điều kiện
thuận lợi cho quá trình phân hủy yếm khí xảy ra. Đây là bộ phận chủ yếu

của thiết bị. Thể tích phân hủy của thiết bị là thể tích của bộ phận này.
 Bộ phận chứa khí: Khí sinh ra từ bộ phận phân hủy được thu và chứa ở đây.
Yêu cầu cơ bản của bộ phận này là phải kín. Thể tích chứa khí của thiết bị
là thể tích của bộ phận này.
 Lối vào: Là nơi để nạp nguyên liệu bổ sung vào bể phân hủy.
 Lối ra: Nguyên liệu sau khi đã phân hủy được lấy ra qua đây để nhường chỗ
cho nguyên liệu mới bổ sung vào.
 Lối lấy khí: Khí được đưa từ bộ tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khí này.
1.3.1.5 Lợi ích khi sử dụng khí sinh học (biogas)
 Về mặt môi trường
Dùng khí biogas làm nhiên liệu sẽ giảm một phần việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch
và việc chặt phá rừng để làm củi đốt nên đã góp phần bảo vệ rừng. Biogas đã làm giảm
đáng kể các chất khí gây hiệu ứng nhà kính. Bên cạnh đó, công nghệ bể KSH đã cải thiện
vệ sinh trang trại và hộ gia đình, giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước từ trang trại chăn nuôi và
cung cấp phân bón hữu cơ cải thiện đất trồng trọt.
 Về mặt kỹ thuật
Công nghệ đơn giản không phức tạp, dễ lắp đặt và tốn ít chi phí
 Về mặt kinh tế
Hiện nay, dùng khí biogas sẽ tiết kiệm được chi phí mua nhiên liệu và phân bón. Kế
hoạch sắp đến, khi sử dụng khí biogas sẽ tính toán để thu được quyền phát thải khí gây
hiệu ứng nhà kính.
 Về mặt xã hội
Sử dụng khí biogas làm nhiên liệu sẽ giảm thời gian vận chuyển nhiên liệu cũng
như giảm nhẹ lao động cho phụ nữ và trẻ em. Bên cạnh đó, công nghệ làm bể sinh khí
biogas đã ngăn chặn các bệnh truyền nhiễm gây ra từ chất thải, nhất là trong quá trình chăn
nuôi gia súc.
1.3.2 Xăng sinh học (Gasohol)
1.3.2.1 Khái niệm
Xăng sinh học (Gasohol): Bao gồm Biomethanol, Bioethanol, Biobutanol… Trong
số các dạng xăng sinh học này, Bio-ethanol là loại nhiên liệu sinh học thông dụng nhất hiện

nay trên thế giới vì có khả năng sản xuất ở quy mô công nghiệp từ nguyên liệu chứa đường
như mía, củ cải đường và nguyên liệu chứa tinh bột như: ngũ cốc, khoai tây, sắn
1.3.2.2 Tính chất hóa lý của nhiên liệu xăng sinh học
 Nhiệt trị
Cồn có nhiệt trị cháy thấp nên khi pha vào xăng truyền thống cũng sẽ làm giảm
nhiệt trị của xăng sinh học. Lượng nhiên liệu tiêu thụ từ đó mà cũng tiêu tốn nhiều hơn so
với xăng truyền thống
Bảng 1-4 Mối quan hệ giửa nồng độ ethanol trong xăng và lượng tiêu thụ nhiên liệu
Phần trăm Ethanol
(%vol)
Nhiệt trị
(BTU/gallon)
Tiêu thụ nhiên liệu
(mpg)
0 115.650 22.00
10 112.080 21.25
14 110.500 20.90
20 108.550 20.48
25 106.510 20.13
30 104.860 20.00
35 102.750 19.57
 Độ bay hơi
Khi cho một lượng nhỏ ethanol vào xăng thì áp suất hơi của hổn hợp sẽ
tăng hơn so với áp suất hơi của ethanol hay xăng khi chưa đưa vào. Mối quan hệ này được
minh họa bằng đồ thị sau (Hình 1.6)
Hìn
h 1-1 Ảnh hưởng của nồng độ ethanol khi phối trộn vào xăng
Dựa vào đồ thị ta có bảng số liệu sau :
Bảng 1-5 Mô tả sự ảnh hưởng của E10 và E20 đối với RVP
Phần trăm thể tích ethanol thêm vào RVP (kPa)

0 62
10 67.3
20 69
 Trị số octane
Ethanol tinh khiết có chỉ số octane rất cao (RON=110÷120). Chính vì vậy khi pha
ethanol vào xăng gốc chúng đều có tác dụng làm tăng chỉ số octane của xăng gốc và làm
cho nhiên liệu sinh học có chỉ số octan cao hơn xăng truyền thống
Mức độ làm tăng RON của ethanol phụ thuôc vào RON ban đầu của hỗn hợp. Nếu
giá trị RON ban đầu thấp thì khả năng làm tăng RON cao và ngược lại.
1.3.2.3 Nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học
Tất cả thực vật lục hoá đều có thể biến chế thành xăng sinh học.
 Cây nông phẩm chứa đường:
Gồm mía, củ cải đường, sorgho-đường; nông phẩm chứa tinh bột gồm hạt ngũ
cốc như lúa mì, lúa, bắp, sorgho, v.v.; và củ như khoai tây, khoai mì, khoai lang.
Mía có hiệu quả kinh tế nhất vì cho năng suất cao (khoảng 170-200 tấn/ha ở Brazil,
80-100 tấn/ha ở Úc, Việt Nam khoảng 35-50 tấn/ha), biến chế ethanol thẳng từ nước ép, bã
mía dùng làm năng lượng chạy máy ép và chưng cất ethanol. Mía sản xuất trung bình
15,500 lít ethanol/ha/năm, và cứ 1 tấn chất khô mía sản xuất được 438 lít ethanol. Brazil
sản xuất ethanol chính từ mía. Sorgho-đường hiện được ưa chuộng hơn mía ở một số vùng
nhiệt đới khô hạn, có hiệu quả kinh tế hơn mía. Sorgho-đường canh tác ở Hoa Kỳ cho
28,500 lít ethanol/ha/vụ(4 tháng).
 Nông phẩm chứa dầu :
Như đậu nành (sản xuất 379 kg dầu/ha/năm, hay 450 lít dầu/ha/năm), đậu phộng
(sản xuất 887 kg dầu/ha/năm), hột-cải-dầu (hột chứa 55% dầu; sản xuất 999 kg dầu/
ha/năm, hay 1,188 lít/ha/năm), hạt bắp (140 lít dầu/ha/năm), v.v…
Cây kỹ nghệ cho dầu như dừa dầu (palm oil, sản xuất 7,061 kg dầu/ha/năm), dừa
(coconut, sản xuất 2,260 kg dầu/ha/năm), cây dầu lai (Jatropha curcas, sản xuất 1,588 kg
dầu/ha/năm), thầu dầu (castor bean, sản xuất 1,188 kg dầu/ha/năm), hướng dương
(sunflower, sản xuất 801 kg dầu/ha/năm, hay 954 l/ha/năm), safflower (556 l/ha/năm),
v.v…

 Thực vật hoang dại:
Tảo (algae) nước ngọt, tảo biển, lục bình (Eichornia crassipes), cỏ Vetiver, cỏ voi
(elephant grass, Pennisetum purpureum, sản xuất 13,700 lít ethanol/ha/năm), lác
(Cyperus), cỏ tranh (Imperata cylindrica), v.v…
 Phó thực vật từ sản xuất cây nông phẩm và cây kỹ nghệ:
Rơm rạ, bã mía, thân, gỗ, mùn cưa, trấu, hột cao su (sản xuất 217 kg dầu/ha/năm),
hạt bông vải (sản xuất 273 kg dầu/ha/năm.
 Ngoài ra, còn có một số loại nguyên liệu khác như:
- Giấy phế thải: 1 tấn giấy cũ sản xuất khoảng 416 lít ethanol.
- Rác thành phố: 1 tấn rác sản xuất khoảng 227 lít ethanol
- Uế thải chuồng trại gia súc: phân chuồng (tạo methane-sinh-học rồi
chế methanol).
1.3.2.4 Phương pháp sản xuất xăng sinh học
Để sản xuất xăng sinh học người ta đem phối trộn xăng truyền thống với cồn biến
tính ( nồng độ dưới 25% vì trong khoảng đó chúng ta không cần thay đổi cấu trúc động
cơ). Để sản xuất cồn tuyệt đối người ta tiến hành các bước như sau:
 Xử lí nguyên liệu và tiền xử lý
 Đường hoá và lên men.
 Tinh chế sản phẩm (chưng cất, tách nước, bốc hơi, tách lỏng rắn).
 Xử lý nguyên liệu và tiền xử lý
 Xử lý nguyên liệu
Nguyên liệu (rơm, thân ngô, cỏ…) từ kho chứa được đưa đến bàn cân rồi cho qua
bộ phận đánh tơi. Sau đó, nguyên liệu tiếp tục đưa đến bàn rửa sạch bằng nước để loại bỏ
các chất bẩn trước khi đi qua bộ phận băm thô. Để bảo vệ trục máy nghiền, một thiết bị
khử từ đặt sau bộ phận băm thô nhằm loại bỏ các mảnh kim loại. Sau đó nguyên liệu tiếp
tục cho qua máy nghiền để nghiền nhỏ nguyên liệu trước khi đưa đi tiền thủy phân.
Nước bẩn sau khi rửa được bơm qua hệ thống lắng. Nước sạch được hồi lưu lại
quá trình. Nước bẩn ở đáy bể lắng bơm qua thiết bị phân tách lỏng rắn hoạt động nhờ áp
lực của dòng khí nén. Phần rắn được đưa đi đốt để sản xuất hơi nước hay điện năng, nước
bẩn cho quay lại bể lắng.

Hình 1-2 Sơ đồ xử lý nguyên liệu
 Tiền xử lý
Nguyên liệu sau khi đã băm nghiền kĩ được đưa vào thiết bị phản ứng tiền thuỷ
phân. Để cho phản ứng diễn ra nhanh chóng, người ta bổ xung dung dịch H
2
SO
4
loãng
(1,1%) và duy trì ở nhiệt độ 190
0
C bằng dòng hơi nước áp suất cao
Bảng 1-6 Điều kiện trong thiết bị phản ứng tiền thuỷ phân
Nồng độ dung dịch H
2
SO
4
1,1%
Thời gian lưu 2 phút
Nhiệt độ 190
0
C
Áp suất 12,1 atm
Phần rắn 30%
Phản ứng tiền thủy phân diễn ra trong thiết bị, tại đây hầu hết hemicellulose đã
chuyển thành đường hoà tan (chủ yếu là: xylose, manose, arabinose, galactose). Glucan
trong hemicellulose và một phần nhỏ cellulose được chuyển thành glucose. Trong quá trình
này, một phần nhỏ lignin cũng được hoà tan. Ngoài ra, acide acetic cũng được giải phóng
từ sự thuỷ phân hemicellulose. Pentose và hexose cũng được hình thành.
Sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng tiền thuỷ phân được giảm áp đột ngột từ
12,1 atm đến 1 atm. Vì áp suất giảm nhanh nên sẽ bốc hơi một lượng lớn nước, acide

acetic, furfural và HMF (Hydroxymethyl Furfural) với khoảng 7.8% acide acetic và
61%HMF và furfural. Việc tách furfural và HMF ra khỏi hỗn hợp sản phẩm là có lợi vì đây
là những chất độc hại ngăn cản sự phát triển của các vi sinh vật trong quá trình lên men.
Nhiệt của hỗn hợp khí trên được tận dụng để đun nóng hỗn hợp giấm chín từ 41
0
C lên 95
0
C
để đi chưng cất trước khi được ngưng tụ rồi đưa đi xử lí nước thải.
Sau khi lưu trong thiết bị giảm áp đột ngột 15 phút, hỗn hợp lỏng rắn (chứa 21%
rắn) đưa qua thiết bị phân tách lỏng rắn hoạt động nhờ áp lực của dòng khí nén với áp suất
bằng 125 psig. Phần lỏng sẽ tiếp tục cho qua bộ phận trung hoà bằng dung dịch Ca(OH)
2
để tách CaSO
4
. Phần lỏng sau khi tách CaSO
4
cùng với phần rắn còn lại cho vào thùng
chứa. Tại đây chúng sẽ được hoà trộn và bổ sung thêm một lượng nước nhất định làm
nguyên liệu cho quá trình đường hoá.
Nguyên liệu
nghiền mịn
Lỏng
CaSO
4
Vôi
Lỏng
Rắn
Bể chứa acide
TBPƯ tiền thủy phân

TB giảm áp đột ngột
TB phân tách lỏng rắn
Thùng chứa
TB tách CaSO
4
TB trung hòa
Đi xử lí nước thải
TB phân phối vôi
Nước hồi lưu
Đi đường hóa
Hình 1-3 Quá trình tiền xử lý
 Đường hóa và lên men
Sau khi tiền thủy phân, nguyên liệu được khử trùng để loại bỏ tạp khuẩn rồi pha
loãng đến nồng độ 20% tổng lượng rắn bao gồm cả dòng cellulase được hòa trộn vào trước
khi đưa vào thùng đường hóa. Lượng enzyme cho vào được xác định bằng hàm lượng
cellulose có trong nguyên liệu và mục tiêu của độ chuyển hóa cần đạt được cùng với thời
gian lưu trong thiết bị đường hóa và men.
Nguyên liệu trước khi đi đường hóa được đun nóng đến 65
0
C bằng dòng hơi nước
áp suất thấp. Đây là nhiệt độ tốt nhất cho quá trình đường hóa. Quá trình đường hóa diễn ra
trong nhiều thùng (thường là 5 thùng) có cánh khuấy với thời gian lưu tổng cộng là 36h.
Nhiệt độ của thùng đường hóa được giữ ổn định bằng cách sử dụng bơm ly tâm 3 và thiết
bị trao đổi nhiệt 4 (lưu chất làm lạnh là nước) để hồi lưu một phần dịch đường đã làm lạnh
về thùng đường hóa. Hiện nay người ta đang tập trung nghiên cứu để tăng khả năng chịu
nhiệt của enzyme để tăng tốc độ cho quá trình.
Sau khi đường hóa, cặn đường chứa khoảng 12,6% đường bao gồm 7% glucose và
4% xylose với chất khác. Quá trình đường hóa diễn ra cho đến khi tập trung đủ điều kiện
cho quá trình lên men. Lúc này dịch đường chứa khoảng 1% CH
3

COOH và ít hơn 0,5%
furfural và HMF. Đây là những chất ức chế hoạt động của enzyme, làm giảm độ chuyển
hóa của quá trình đường hóa.
Để cho quá trình lên men diễn ra tốt ta phải chọn men phù hợp. Ở đây, người ta
chọn men có tên là zymomonas mobils. Trong quá trình lên men, zymomonas mobils được
dùng như một xúc tác sinh học, làm tăng khả năng lên men của glucose và xylose thành
ethanol. Zymomonas mobils được phát triển trong bình sản xuất men giống. Ở đó, cặn
đường, chất dinh dưỡng cùng với men giống được cho vào bình nhỏ và quá trình này cứ
tiếp tục diễn ra cho đến khi đạt được số lượng men giống cần thiết cho quá trình lên men.
Cuối cùng men giống, dinh dưỡng và cặn đường được cho liên tục vào thùng lên men. Hỗn
hợp sau khi lên men gọi là giấm chín được tập trung trong bể chứa trước khi đưa đi chưng
cất.
Quá trình sản xuất men giống được sản xuất trong hệ thống các thùng nối
tiếp nhau có thể tích tăng dần (thùng sau có thể tích gấp 10 lần thùng trước).
Thường thì quá trình này được tiến hành trong 5 thùng có cánh khuấy và bộ phận
làm nguội đáy thùng để duy trì nhiệt độ lên men tốt nhất ở 41
0
C (vì quá trình lên
men là tỏa nhiệt). Thời gian diễn ra quá trình lên men trong mỗi thùng là 24h. Thời
gian chuyển từ thùng nọ sang thùng kia và làm vệ sinh, thanh trùng là 12h. Vậy
tổng thời gian của một chu kì sản xuất là (12+24)*5 = 180h. Quá trình nhân giống
kết thúc khi đạt đủ lượng vi sinh vật cho quá trình lên men (chiếm 10% tổng dịch
đường đi lên men).
Quá trình lên men được thực hiện trong 1 thùng lớn với thời gian dự đoán để lên
men đường thành ethanol khoảng 36h. Trong thùng lên men, quá trình đường hóa vẫn tiếp
tục diễn ra với tốc độ chậm hơn do nhiệt độ thấp nhưng cũng được tăng cường do lượng
glucose giảm dần (theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng). Tuy nhiên lượng đường tạo
thành không nhiều do hầu hết các chất có khả năng chuyển hóa thành đường phần lớn bị
đường hóa trong quá trình đường hóa.
Men giống từ thùng sản xuất men giống (khoảng 10% tổng dịch đường) được cho

vào thùng lên men. Trong quá trình này người ta cũng bổ sung 0,33g DAP/lít giấm chín để
cung cấp dinh dưỡng cho nấm men hoạt động.
Trong quá trình lên men, ngoài việc lên men đường thành ethanol còn có sự chuyển
hóa đường thành các sản phẩm khác do những vi khuẩn lạ. Có khoảng 3% tổng lượng
đường chuyển hóa thành những sản phẩm không mong muốn. Để giảm sự nhiễm khuẩn
này cần phải thanh trùng và vệ sinh thiết bị thật kỹ trước khi tiến hành lên men. Do phản
ứng lên men luôn kèm theo tỏa nhiệt nên để khống chế nhiệt độ người ta dùng bơm 7 bơm
tuần hoàn 1 phần giấm chín được làm lạnh bởi thiết bị trao đổi nhiệt 8

cho hồi lưu lại thùng
lên men. Vào cuối quá trình lên men, hỗn hợp giấm chín được tập trung ở thùng lưu trữ
giấm chín 9 (chứa khoảng 5,7% ethanol) trước khi đưa đi chưng cất. Một phần nhỏ ethanol
cùng với khí CO
2
thoát ra ngoài được đưa đến thiết bị thu hồi ethanol.
 Tinh chế sản phẩm
Giấm chín thu được sau quá trình lên men có nồng độ ethanol rất thấp (khoảng
5,7% ethanol). Vì vậy ta cần tinh chế sản phẩm để nâng nồng độ ethanol lên 99,5%. Quá
trình này gồm 4 giai đoạn sau:
- Chưng cất:
Chưng cất giấm chín để nâng cao nồng độ ethanol lên 95,57% (nồng độ tại đó tạo
hỗn hợp đẳng phí ethanol-nước).
Quá trình chưng cất được tiến hành trong 2 tháp: tháp tách sơ bộ và tháp tách tinh.
Ban đầu, giấm chín được đun nóng sơ bộ bởi hơi thoát ra từ thiết bị giảm áp đột ngột. Sau
đó chúng được đun nóng thêm đến 100
0
C nhờ nhiệt của dòng sản phẩm đáy của tháp tách
thô rồi cho vào đỉnh tháp chưng cất sơ bộ. Tại đây quá trình phân tách xảy ra. Khí CO
2
có

lẫn ít ethanol thoát ra ở đỉnh tháp. Sản phẩm trung gian là ethanol có lẫn nước được lấy ra
ở dòng trích ngang thân tháp. Ở đáy tháp tập trung các cấu tử khó bay hơi gọi là bã rượu
Dòng sản phẩm trích ngang đựơc đưa sang tháp tách tinh để nâng cao nồng độ
ethanol đến 95,57% (nồng độ tại đó tạo hỗn hợp đẳng phí ethanol-nước). Hỗn hợp đẳng
phí này tiếp tục được đưa đến công đoạn làm khan cồn để nâng nồng độ ethanol lên 99,5%.
- Tách nước:
Nâng nồng độ ethanol từ 95,57% lên 99,5%. Do cồn công nghiệp có hàm lượng
nước tương đối lớn nên khi pha vào xăng sẽ tạo hiện tượng tách lớp làm cho nhiên liệu
không đồng nhất, giảm chất lượng của quá trình cháy và gây ăn mòn động cơ. Vì vậy công
đoạn làm khan cồn, nâng độ cồn lên 99,5% hoặc lớn hơn được xem là công đoạn then chốt
quyết định đến sự thành công của quá trình sử dụng ethanol làm nhiên liệu. Trên thế giới
hiện nay người ta thường sử dụng 3 công nghệ chính để làm khan cồn:
 Phương pháp chưng cất đẳng phí: Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến trong
công nghiệp. Nguyên tắc của phương pháp này là ta đưa vào cồn công nghiệp một
chất mới làm thay đổi độ bay hơi tương đối của các cấu tử trong hỗn hợp, tạo hỗn
hợp đẳng phí mới gồm ba cấu tử: cấu tử mới, nước, ethanol có nhiệt độ sôi thấp hơn
hỗn hợp đẳng phí ban đầu. Nhờ vậy có thể tách nước khỏi ethanol.
 Phương pháp sử dụng màng lọc zeolite: Về nguyên tắc hỗn hợp ethanol-nước được
đưa vào phía trong lõi ống các phân tử nước có kích thước nhỏ lớp mao quản của
màng zeolite sẽ bốc hơi qua lớp màng và đi ra phía ngoài, phân tử ethanol có kích
thước lớn hơn sẽ được giữ lại và tiếp tục đi ra phía sau.
 Phương pháp sử dụng rây phân tử (molecular sieve technology): Nguyên lý của
phương pháp này là quá trình phân tách dựa trên áp suất chênh lệch hấp phụ
(Pressure Swing Adsorption –PSA) hoạt động theo chế độ xen kẽ, bao gồm hai quá
trình cơ bản:
- Tách nước ở điều kiện có áp suất (Dehyration under pressure). Tái sinh ở áp
suất chân không ( Regeneration under vacuum) .
- Bốc hơi: Thu hồi ethanol còn chứa trong bã rượu.
Khí CO
2

có lẫn ethanol thoát ra ở đỉnh của quá trình sản xuất men giống, lên men,
tháp tách sơ bộ được thu hồi trong tháp thu hồi ethanol sử dụng nước chuyển động ngược
chiều để hấp thụ ethanol, CO
2
thoát ra khí quyển.
 Phân tách lỏng rắn:
Tách triệt để phần cặn đi ra từ tháp bốc hơi làm nhiên liệu cho lò hơi. Sản phẩm
đáy của tháp tách sơ bộ được dẫn vào thiết bị bốc hơi để thu hồi ethanol còn sót lại. Hơi
thoát ra từ tháp bốc hơi sau khi ngưng tụ cho hồi lưu lại tháp tách tinh. Cặn được đưa sang
thiết bị phân tách lỏng rắn nhờ áp lực của dòng khí nén. Rắn thu được làm nhiên liệu đốt
cho lò hơi, lỏng đưa đi xử lý nước thải.
1.3.2.5 Ưu và nhược điểm khi sử dụng xăng sinh học
 Ưu điểm:
Sử dụng ethanol làm nhiên liệu không chỉ là một biện pháp tình thế nhằm làm tăng
chỉ số octane của xăng, thay thế cho những phụ gia gây ô nhiễm môi trường sinh thái, mà
còn đảm bảo an toàn năng lượng cho mỗi quốc gia vì đây là nguồn năng lượng có khả năng
tái tạo được (Energy renewable).
 Về mặt môi trường
Việc dùng ethanol làm nhiên liệu, có tác dụng ngăn chặn hiên tượng hiệu ứng nhà
kính. Theo các tính toán cho thấy: nếu thay thế việc đốt một lít xăng bằng một lít ethanol
thì sẽ giảm 40% lượng phát sinh khí CO2 vào khí quyển giúp môi trường được xanh, sạch
hơn. Khi đốt ethanol sự cháy xảy ra hoàn toàn hơn so với khi đốt xăng. Ta thường thấy
trong các động cơ xăng thường xuất hiện các bụi bẩn chính là do các hydrocacbon cháy
không hết. Điều đó phải tốn thời gian lau chùi, sửa chữa động cơ. Khi pha ethanol vào
xăng làm cho xăng cháy hoàn toàn hơn, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm môi trường.
Hơn nữa, ethanol được điều chế từ sản phẩm nông nghiệp sẽ làm tăng diện tích đất trồng
cây. Điều này có nghĩa làm tăng diện tích lá phổi của trái đất lên.
Đốt xăng sinh học thải 18-30% khí nhà kính ít hơn so với xăng truyền thống. Ngoài
ra, lượng khí CO
2

thải ra được cây hấp thụ lại để tái tạo xăng sinh học, như vậy coi như
không có làm gia tăng khí CO
2
trong khí quyển. Tường trình của Viện Nghiên Cứu EMPA
Thuỵ Sĩ cho biết trong số 26 loại xăng sinh học chế biến từ các nguồn nguyên liệu thực vật
khác nhau có 21 loại xăng thải 30% khí nhà kính ít hơn xăng cổ sinh. Đại học Minnesota
cho biết ethanol sinh học sản xuất từ bắp thải CO
2
ít hơn 12% so với xăng. Ô nhiễm môi
trường sẽ ít hơn, và sức khoẻ con người nhờ vậy tốt hơn.
 Về mặt kinh tế
Sản xuất ethanol làm nhiên liệu góp phần thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển vì
ethanol được sản xuất theo dây chuyền công nghệ sinh học, nguyên liệu sản xuất ethanol là
tinh bột của các loại củ hạt như: sắn, khoai, ngô, lúa, gạo, trái cây Đây là nguồn nguyên
liệu dồi dào trong tự nhiên, tạo ra nhiều công ăn việc làm cho nhiều lao động ở nông thôn,
và đặc biệt khuyến khích được tinh thần lao động sản xuất của người dân.
Ngoài ra việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung cũng như gasohol nói riêng
giúp cho các quốc gia chủ động trong chính sách năng lượng của mình. Nước nào càng có