KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC Ở VIỆT NAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
  
TIỂU LUẬN MÔN HỌC QUẢN LÝ BỀN VỮNG CÁC NGUỒN
NĂNG LƯỢNG
ĐỀ TÀI:
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC Ở
VIỆT NAM
Giảng viên : GS.TS. Lê Chí Hiệp
Học viên : Võ Thị Hồng Phong
MSHV : 1080100047
Lớp : Quản lý môi trường – K2010

TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2011
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 3
Chương 1 5
TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT
NAM 5
1.1. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI 5
1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC Ở VIỆT NAM 7
Chương 2 8
CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU 8
SINH HỌC 8
2.1. ETANOL (CỒN, RƯỢU ETYLIC) 8
2.2. METANOL (RƯỢU METYLIC, CỒN GỖ, CACBINON) 10
2.3. BIODEEZEL (METYLESTE CỦA MỘT SỐ LOẠI DẦU, MỠ ĐỘNG VẬT) 11
2.4. DẦU NHIỆT PHÂN BIO-OIL (PYROLYSIS) – DẦU DIEZEL CHIẾT XUẤT 14
2.5. DẦU SINH HỌC BIO-CRUDE HTU – DIEZEL CHIẾT SUẤT TƯƠNG ỨNG 15
2.6. SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU QUA CON ĐƯỜNG KHÍ HÓA 17

2.7. DIMETYLETE 18
2.8. DIEZEL FISCHER - TROPSCH 20
2.9. SẢN XUẤT BIOFUEL DẠNG KHÍ 21
Chương 3 24
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM 24
3.1. THUẬN LỢI 24
3.2. NHỮNG VƯỚNG MẮC 26
3.3. KIẾN NGHỊ 28
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
2
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
MỞ ĐẦU
Năng lượng hóa thạch ngày càng cạn dần, yêu cầu bức xúc về vấn đề ô nhiễm môi trường với những
tác động gây thay đổi khí hậu toàn cầu, v.v… 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 đã khá lâu kể từ khi
động cơ diezel đầu tiên chạy bằng dầu lạc ra đời năm 1898 được triển lãm ở Paris ( Pháp). Tác giả
của động cơ diezel đầu tiên - ông Rudolf Diezel đã từng tiên đoàn 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
không còn ý nghĩa, song nó vẫn sẽ trở thành nguồn nhiên liệu quan trọng như dầu mỏ và than trong
về sau này". Cho tới năm 1920 khi các nhà sản xuất động cơ diezel phải thay đổi động cơ của họ để
sử dụng loại nhiên liệu độ nhớt thấp hơn (diezel dầu mỏ) và không dùng dầu thực vật nữa thì các cơ
sở sản xuất biofuel thời đó mới dần bị loại bỏ (2011).
Hiện nay có khoảng 50 nước ở khắp các châu lục đã khai thác và sử dụng nguyên liệu sinh học ở các
mức độ khác nhau .
Năm 2006, toàn thế giới đã sản xuất khoảng 50 tỷ lít ethcol (75% dùng làm nguyên liệu), dự kiến
năm 2012 đạt khoảng 80 tỷ lít; năm 2005 sản xuất được 4 triệu tấn diesel sinh học (B100), năm 2010
sẽ tăng lên khoảng trên 20 triệu tấn (Quỳnh).
Nhiên liệu sinh học đầu tiên được nghiên cứu sản xuất chủ yếu là từ các loại cây lương thực, thực

phẩm như ngô, sắn, mía, đậu nành, cọ, hạt cải… Tuy làm giảm đáng kể khí CO
2
phát thải so với
nhiên liệu hóa thạch, nhưng nhiên liệu sinh học đầu tiên không thực sự phát triển bền vững, do
nguyên liệu làm ra lại là nguồn lương thực cho con người và gia súc, bên cạnh đó, quỹ đất trồng trên
thế giới sẽ không đáp ứng đủ.
Không hài lòng với những đặc điểm của nhiên liệu sinh học đầu tiên, các nhà khoa học trên thế giới
đã nghiên cứu ra nhiên liệu sinh học thứ hai được phát triển dựa vào lignocellulosic của các loại cây
không phải là cây lương thực và có thể trồng ở các vùng đất cằn cỗi, hoang hóa (ví dụ như cây cỏ
ngọt có tên là sweetgrass và cây cọc rào tên là jatropha). Mặc dù nguyên liệu thô cho sản xuất nhiên
liệu sinh học thế hệ thứ hai rất phong phú, sẵn có tùy thuộc ở từng địa phương, tuy nhiên, việc sản
xuất nhiên liệu này vẫn chưa thực sự có hiệu quả kinh tế do các rào cản về mặt kỹ thuật chế biến.
Hai loại nhiên liệu điển hình của nhiên liệu sinh học thế hệ 2 là cellulosic ethanol and Fischer-
Tropscher fuels đều chưa được sản xuất đại trà. Tuy vậy, có thể thấy rõ nhiên liệu sinh học thế hệ
thứ 2 giảm rõ rệt phát thải khí CO
2
, không cạnh tranh với cây lương thực và có thể cạnh tranh được
với xăng và dầu có nguốc gốc từ dầu mỏ trong tương lai nếu có các đột phá trong công nghệ.
Hiện nay, nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba sản xuất từ vi tảo cũng đang được tập trung nghiên cứu.
Việc dùng tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học thay thế dầu mỏ giống như một mũi tên bắn trúng hai
đích: vừa tạo ra năng lượng, vừa làm sạch môi trường. Mỗi tế bào nhỏ là một nhà máy sinh học nhỏ,
sử dụng quá trình quang hợp để chuyển hóa CO
2
và ánh sáng mặt trời thành năng lượng dự trữ trong
tế bào và tạo ra sản phẩm thứ cấp có giá trị cao. Hoạt động chuyển đổi của chúng hiệu quả đến mức
sinh khối của chúng có thể tăng gấp nhiều lần trong ngày. Ngoài ra, trong quá trình quang hợp, tảo
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
3
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
còn sản xuất ra dầu ngay trong tế bào của chúng, nhiều gấp 30 lần lượng dầu từ đậu nành trên cùng

một đơn vị diện tích. Tảo còn có thể tăng khả năng sản xuất dầu bằng cách bổ sung khí CO
2
trong
quá trình nuôi trồng chúng hoặc sử dụng các môi trường giàu chất hữu cơ (như nước thải) để nuôi
trồng. Điều này vừa tạo ra nhiên liệu sinh học, vừa làm giảm lượng CO
2
, cũng như làm sạch môi
trường.
Hiện nay, nhiên liệu sinh được dùng chủ yếu trong ngành vận tải là ethanol sinh học (thay thế một
phần xăng), diesel sinh học (thay thế một phần diesel dầu mỏ) và nhiên liệu sinh học được phát triển
từ tảo – thế hệ nhiên liệu thứ ba đang được quan tâm nghiên cứu.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
4
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Chương 1
TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN
THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI
Braxin:
Braxin là quốc gia đầu tiên trên thế giới có công đưa sinh học thành nhiên liệu phổ biến như ngày
nay. Trong những năm 1970 khi xảy ra cuộc khủng hoảng dầu mỏ, Braxin đã chuyển hướng kịp
thời, tìm cách tận dụng lợi thế của mình về ngành mía đường để sản xuất etanol làm nhiên liệu thay
thế một phần năng lượng truyền thống với mục đích giảm đi sự lệ thuộc vào nguồn dầu mỏ nhập
khẩu.
Braxin đang là nước đi đầu về sản xuất biofuel. Nước này đã có 320 nhà máy sản xuất etanol từ cây
mía; 50 nhà máy sản xuất etanol từ mía sẽ được xây dựng trong năm năm tới. Các công ty nội địa và
đa quốc gia sẽ đầu tư 6 tỷ USD vào các đồn điền trồng mía ở Braxin trong năm năm tới.
Hơn 30 năm phát triển, ngành công nghiệp sản xuất etanol và biofuel nói chung của Braxin đã trở
thành ngành kinh tế trọng yếu của đất nước với doanh thu hàng năm lên tới gần 10 tỉ USD. Tại
Braxin có tới 4,2 triệu ô tô chạy hoàn toàn bằng etanol tinh khiết và 7,2 triệu xe khác chạy sử dụng

nhiên liệu hỗn hợp - xăng pha 20 - 25% etanol. Cả nước có tới 25.000 trạm cung cấp các dạng năng
lượng sinh học.
Etanol tại Braxin sản xuất chủ yếu từ nguồn nguyên liệu mía đường. Người ta thấy rằng nguyên liệu
này hiệu quả hơn so với ngô, mặc dù Braxin cũng là nước trồng nhiều ngô nhất thế giới. Etanol của
Braxin ngoài việc được sử dụng làm nhiên liệu chạy xe, còn được sử dụng làm nhiên liệu phục vụ
nhiều ngành công nghiệp khác. Chính phủ Braxin đã đưa ra nhiều chính sách ưu đãi đối với ngành
canh tác mía đường cũng như ngành sản xuất etanol từ nguồn nguyên liệu này nên các trang trại lớn
ở Braxin đã phát triển mạnh mẽ trong suốt 25 năm qua.
Braxin có nhiều kinh nghiệm trong việc trồng mía và sản xuất etanol. Từ các cánh đồng, mía được
chuyên chở tới các khu vực ép và sản xuất etanol tư nhân thuộc các trang trại lớn nhỏ nằm rải rác
khắp nước, ngay sát cạnh cánh đồng mía. Từ trước năm 1996, sản phẩm etanol được công ty xăng
dầu nhà nước mua với giá quy định (để bảo trợ cho ngành công nghiệp đường mía - etanol phát
triển). Hiện nay, quy định về giá thu mua etnol đã được bãi bỏ.
Kinh nghiệm từ Braxin cho thấy một tấn mía thu được 145kg bã mía khô, 138 kg mật (trong đó có
112 kg đường và 23 kg rỉ đường), lên men rượu sẽ thu được 72 lít etanol. Lượng bã mía này có thể
tạo ra 80 kWh điện năng, vừa đủ phục vụ cho bản thân hệ thống sản xuất. Chi phí sản xuất trung
bình, kể cả khâu canh tác, vận chuyển, gia công, chưng cất cho mỗi gallon etanol là 0,63 USD. Do
giá một lít etanol sinh học được bán ở Braxin chỉ bằng một nửa giá một lít xăng, số lượng các loại xe
sử dụng etanol trực tiếp, hoặc được pha với xăng, sẽ ngày càng tăng ở đây.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
5
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Ngành sản xuất cồn ở Braxin hoàn toàn tư nhân hóa, luôn được đầu tư cải tiến kỹ thuật trồng mía và
sản xuất etanol nên sản lượng etanol hàng năm đều đạt 3.000 - 3.500 lít/ ha. Suốt từ 1978 đến nay tỉ
lệ tăng trung bình đạt 3,5%/ năm.
Riêng bang Sao Paulo, hàng năm sử dụng tới 2 triệu tấn bã mía để chạy máy phát điện, do đó đã tiết
kiệm được 35 triệu USD tiền nhập khẩu nhiên liệu dầu.
Hiện nay việc sử dụng etanol làm nhiên liệu chạy ô tô ở Braxin đã thay thế được cho khoảng 10 tỷ
lít xăng/ năm. Braxin đang trở thành "A rập Xêút" về sản xuất etanol sinh học với loại nhiên liệu
chiếm từ 22 đến 26% lượng xăng bán ra ở nước này (có tài liệu nói là gần 40% tổng lượng nhiên

liệu cần thiết cho ngành giao thông).
Từ đầu những năm 1980, Braxin còn chú trọng tới việc sản xuất etanol từ sắn (sản lượng thu được
thấp hơn so với ngô) và từ 1 loại cây họ cọ.
Braxin hiện sản xuất gần nửa lượng cồn toàn cầu (trên 16 tỉ lít/ năm, trong đó sử dụng trong nước
14,5 tỉ lít, còn xuất khẩu khoảng 1,5 - 2 tỉ lít/ 2005).
Mỹ:
Trung tâm Năng lượng sinh học (BESC) thuộc Bộ Năng lượng Mỹ vừa công bố một quy trình công
nghệ mới trong sản xuất xăng để giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ nhập khẩu.
Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu tại BESC đã thành công trong việc sản xuất xăng sinh học
isobutanol trực tiếp từ các nhà máy có phế liệu là xenlulôzơ, sử dụng xúc tác là vi khuẩn. Là một
ancol bậc cao hơn etanol, xăng isobutanol có tính năng phù hợp hơn khi dùng thay xăng trong các ô
tô thông dụng với hiệu suất nhiệt tương đương xăng.
Xenlulôzơ là nguồn sinh khối có sản lượng rất lớn, cho đến nay vẫn ít đựoc tận dụng tuy có giá rẻ
hơn nhiều so với đường ngô và đường mía. Tuy nhiên để thu được xăng từ sinh khối cần nhiều bước
hơn nên phải đầu tư công nghệ cao hơn là lên men đường thành nhiên liệu sinh học.
Dựa trên một công trình nghiên cứu trước đây của trường Đại học California tại Los Angeles
(UCLA) về sản xuất isobutanol, các nhà nghiên cứu của BESC đã rút ngắn được quy trình nhờ sử
dụng dòng vi khuẩn Clostriduim cellulolyticum, một loại vi khuẩn phân huỷ xenlulôzơ để tổng hợp
isobutanol trực tiếp từ xenlulôzơ, chỉ qua một bước.
Trong thiên nhiên, không có loài vi sinh vật nào có tất cả các đặc tính cần thiết cho một quá trình
sinh học trên quy mô lớn, nên các nhà khoa học đã phải biến đổi gen của chúng để có được loài đáp
ứng được yêu cầu kỹ thuật của minh.
Clostridium cellulolyticum, tách ra từ cỏ mục đã từng được biến đổi gen để cải tiến công nghệ sản
xuất etanol đã được các nhà khoa học một lần nữa chọn và ghép thêm những gen khác để thu được
loại vi khuẩn biến tính dùng vao mục đích tổng hợp isobutanol.
James Liao, giáo sư Phó chủ nhiệm khoa Công nghệ Hoá học và Sinh học phân tử Đại học UCLA,
giám đốc dự án cho biết: "Khác với etanol, chỉ thay thế được một phần xăng theo một tỷ lệ giới hạn,
ísobutanol có thể hoà trộn với xăng theo bất cứ tỷ lệ nào. Thậm chí có thể dùng trực tiếp isobutanol
trong các động cơ ô tô hiện đang dùng xăng mà không cần cải tiến gì”.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp

6
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Đầu tuần, Bộ trưởng Bộ Năng lượng Mỹ Steven Chu đến thăm BESC để chúc mừng nhóm nghiên
cứu. Ông đã nói: “Chúng ta đã chứng minh có thể nhanh chóng đi đến một thế hệ mới của năng
lượng sinh học, giúp chúng ta thoát khỏi sự phụ thuộc vào dầu mỏ".
"Đây là một thí dụ hoàn hảo về việc hình thành một ngành công nghệ mới - dựa trên phế liệu của
nông nghiệp như rơm rạ, thân và lõi ngô, gỗ vụn và cây cỏ - để sản xuất nhiên liệu sinh học từ
những nguyên liệu ít đòi hỏi phân bón và năng lượng để tạo ra” (Gizmag.com)).
1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC Ở VIỆT NAM
Ở Việt Nam, từ năm 2009, Chính phủ đã bắt đầu thực hiện Chương trình quốc gia về phát triển
nhiên liệu sinh học đến 2015 và tầm nhìn đến 2025. Chương trình gồm một số dự án như các dự án
về xây dựng Nhà máy sản xuất ethanol sinh học từ sắn, mía do PetroVietNam chủ trì đã được khởi
công. Theo kế hoạch đến năm 2011, sẽ có 5 nhà máy sản xuất ethanol từ sắn sẽ được xây dựng với
công suất thiết kế 365.000 tấn/năm, có khả năng sản xuất 7.3 x 10
6
tấn xăng E5.
Cùng trong năm 2010, chương trình nghiên cứu Quy trình công nghệ nuôi trồng và sản xuất vi tảo
làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học đã được phê duyệt. Chương trình kéo dài 3 năm từ
2009 - 2011, do Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam chủ trì. Cho đến
nay, chương trình đã và đang thực hiện các nội dung nghiên cứu như:
- Sàng lọc các chủng/loài vi tảo (cả nước mặn và nước ngọt) trong tập đoàn giống của Việt Nam có
hàm lượng carbonhydrate (làm nguyên liệu cho ethanol) hoặc giàu lipid và có thành phần axit béo
phù hợp (làm nguyên liệu cho diesel sinh học). Kết quả sàng lọc đã cho thấy một số loài thuộc chi
Tetraselmis, Nannochloropsis, Chlorella và một số loài vi tảo dị dưỡng khác là tiềm năng để trở
thành nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam.
- Nuôi trồng và thu sinh khối một số loài tảo lựa chọn được trên qui mô lớn, cả ở hồ và hệ thống
bioreactor kín.
- Nghiên cứu giảm giá thành sản xuất sinh khối thông qua tối ưu hóa các quá trình nuôi trồng, thu
hoạch sinh khối, nhằm tạo ra nguyên liệu từ vi tảo có giá cạnh tranh so với các loại nguyên liệu
khác.

- Kết hợp sản xuất sinh khối và xử lý nước thải từ các làng nghề truyền thống hoặc hấp thụ khí thải
CO
2
từ các nhà máy điện. Tối ưu hóa quá trình kết hợp này vừa giảm giá thành sinh khối, vừa giải
quyết vấn đề môi trường.
- Phát triển quy trình chuyển hóa từ sinh khối tảo thành dầu tảo, sau đó thành diesel sinh học.
Trong xu thế chung của thế giới, nhiên liệu được sản xuất từ sinh khối tảo có một tiềm năng lớn và
đang được tập trung nghiên cứu phát triển. Theo các chuyên gia nghiên cứu về nhiên liệu sinh học
của Việt Nam, chúng ta có nguồn quỹ gen vi tảo rất tiềm năng, có khả năng tìm kiếm và ứng dụng
để tạo ra nguồn sinh khối cao có hàm lượng dầu tảo cao. Ngoài ra, với điều kiện địa lý phù hợp và
bờ biển dài hơn 3.000 km, Việt Nam còn có tiềm năng lớn trong việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ
sinh khối tảo, góp phần vào bảo đảm an ninh năng lượng cho đất nước.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
7
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Chương 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU
SINH HỌC

2.1. ETANOL (CỒN, RƯỢU ETYLIC)
Etanol là rượu no, đơn chức, chứa 2 nguyên tử các bon, có công thức C
2
H
5
OH, có thể sản xuất theo
phương pháp hóa học từ nguyên liệu etan hoặc etylen. Trên thực tế etanol thường được sản xuất
bằng con đường sinh học. Khi đó sản phẩm etanol được gọi là cồn sinh học hay bioetanol. Bioetanol
(sau đây gọi tắt là etanol) đã được sử dụng rộng rãi làm nhiên liệu cho ngành giao thông và có thể
thay thế hoàn toàn xăng trong động cơ ô tô. Ở Brazil 60% etanol sản xuất ra ở đây được bán dưới
cồn thô (93% etanol và 7% nước), 40% còn lại được tinh cất thành cồn khô (trên 99% etanol) để pha

vào xăng (với tỷ lệ lên tới 24%). Công nghệ chiếm ưu thế hiện nay là chuyển hóa sinh khối thành
etanol thông qua lên men rượu rồi chưng cất. Quá trình lên men rượu này là quá trình chuyển hóa
sinh hóa học. Sinh khối sẽ bị men của vi khuẩn hoặc nấm men phân hủy. Phương pháp lên men có
thể áp dụng đối với nhiều nguồn nguyên liệu sinh khối khác nhau.

2.1.1. Nguyên Liệu Sinh Khối
Nguyên liệu sản xuất etanol thích hợp nhất là đường (từ củ cải đường, mía), rỉ đường và cây lúa
miến ngọt, tinh bột (khoai tây, các loại hạt lúa, lúa mỳ, ngô, đại mạch…). Năng suất etanol trung
bình dao động từ 2.100 đến 5.600 lít/ ha đất trồng trọt tùy thuộc vào từng loại cây trồng. Đối với
các loại hạt, năng suất etanol thu được vào khoảng 2.800 lít/ha, tức là vào khoảng 3 tấn nguyên liệu
hạt sẽ thu được 1 tấn etanol.
Hiện nay các hoạt động nghiên cứu và phát triển ở châu Âu về lĩnh vực etanol sinh học (bioetanol)
chủ yếu tập trung vào sử dụng các nguồn nguyên liệu xenlulo (từ gỗ). Các loại cây trồng quay vòng
ngắn (liễu, bạch dương, bạch đàn), các chất thải nông nghiệp (rơm, bã mía), các phế thải của công
nghiệp gỗ, gỗ thải đều thích hợp để làm nguyên liệu sản xuất etanol. Cứ khoảng 2 - 4 tấn vật liệu
gỗ khô hoặc cỏ khô đã có thể cho 1 tấn etanol. Nguyên nhân khiến người ta chuyển sang sản xuất
etanol từ sinh khối xenlulo (gỗ, thân thảo) là vì các loại này sẵn có và rẻ tiền hơn so với các loại tinh
bột ngũ cốc hoặc cây trồng khác, đặc biệt là với những nguồn chất thải hầu như không có giá trị kinh
tế thì vấn đề càng có ý nghĩa, tuy nhiên quá trình chuyển hóa các vật liệu này sẽ khó khăn hơn.
2.1.2. Công Nghệ Chuyển Hóa Etanol
Như trên đã nói etanol có thể sản xuất từ các loại nguyên liệu sinh khối khác nhau, nhưng chỉ có một
vài loại cây trồng chứa loại đường đơn giản, dễ tách nên thuận lợi cho quá trình xử lý và lên men.
Thông thường để tách đường hoàn toàn, quá trình tách (chiết hoặc nghiền nhỏ) cần được thực hiện
lặp đi lặp lại vài lần.
Các loại tinh bột ngũ cốc là các vật liệu gồm các phân tử cacbonhydrat phức tạp hơn nên phải phân
hủy chúng thành đường đơn nhờ quá trình thủy phân.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
8
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Hạt được xay, nghiền ướt thành dạng bột nhão. Trong quá trình này đã có một lượng đường được

giải phóng. Nhưng để chuyển hóa tối đa lượng tinh bột thành đường, tạo điều kiện lên men rượu, bột
nhão được nấu và cho thủy phân bằng enzym (ví dụ amylaza). Trong trường hợp thủy phân bằng
axit thì cần rót axit loãng vào khối bột nhão trước khi đem nấu. Quá trình lên men được xúc tiến
mạnh khi có mặt một số chủng men rượu. Để thuận lợi cho quá trình lên men, pH của dịch thủy
phân cần điều chỉnh ở mức 4,8 - 5,0. Etanol sinh ra trong quá trình lên men sẽ hòa tan trong nước.
Quá trình lên men rượu này sinh ra CO
2
. Nhờ hàng loạt bước chưng cất và tinh cất để loại nước,
nồng độ etanol sẽ được tăng cao tối đa (có thể đạt mức cồn tuyệt đối - etanol khan).

Quá trình chuyển hóa sinh khối là hỗn hợp xenlulo thành etanol chỉ khác với quá trình lên men tinh
bột ở chỗ xử lý nguyên liệu thành đường đơn sẵn sàng cho quá trình lên men. Thủy phân hỗn hợp
xenlulo khó hơn thủy phân tinh bột vì hỗn hợp xenlulo là tập hợp các phân tử đường liên kết với
nhau thành mạch dài (polyme cacbonhyđrat) gồm khoảng 40 - 60% xenlulo và 20 - 40%
hemixenlulo, có cấu trúc tinh thể, bền. Hemixenlulo chứa hỗn hợp các polyme có nguồn gốc từ xylo,
mano, galaeto hoặc arabino kém bền hơn xenlulo. Nói chung hỗn hợp xenlulo khó hòa tan trong
nước. Phức polyme thơm có trong gỗ là lignin (10 - 25%) không thể lên men vì khó phân hủy sinh
học, nhưng có thể tận dụng vào việc khác.
Quá trình xử lý nguyên liệu thành đường tự do sẵn sàng lên men phải trải qua 2 bước: bước 1 thủy
phân bằng axit loãng nồng độ 0,5% để phá vỡ liên kết hyđro giữa các mạch xenlulo và phá vỡ cấu
trúc tinh thể của chúng thực hiện ở nhiệt độ 200
o
C. Kết quả thủy phân bước 1 sẽ chuyển hóa
hemixenlulo thành đường C
5
và C
6
(chủ yếu xylo và mano) dễ lên men tạo thành etanol đồng thời bẻ
gãy cấu trúc xenlulo. Để chuyển hóa hoàn toàn cấu trúc xenlulo đã gãy thành đường gluco C
6

, bước
thủy phân thứ 2 sử dụng axit nồng độ 2% được thực hiện ở nhiệt độ 240
o
C. Quá trình thủy phân
xenlulo thành gluco bằng axit có thể thay thế bằng men phân hủy xenlulo.
Sản phẩm etanol khan có thể sử dụng làm nhiên liệu ô tô cả dưới dạng tinh khiết lẫn dạng pha trộn
với xăng.
Etanol có thể làm phụ gia cấp oxy cho xăng (nồng độ 3%) giảm phát thải khí CO đồng thời làm phụ
gia thay thế chì tetraetyl, hoặc cũng có thể thành nguyên liệu sản xuất etylterbutyleter (ETBE)- một
phụ gia cho xăng. Etanol còn được dùng làm yếu tố tăng chỉ số octan cho xăng và qua đó giảm nổ và
cải thiện tiếng ồn động cơ.
2.1.3. Sử Dụng Etanol
Chỉ số octan ở etanol cao nên rất thích hợp với hệ đánh lửa động cơ đốt trong của ô tô, song chỉ số
xetan thấp nên không thích hợp lắm với động cơ diezel. Giải pháp kỹ thuật đối với điều này là người
ta sẽ đưa vào nhiên liệu này một lượng nhỏ dầu diezel hoặc là sử dụng phụ gia.
Bảng 1: So sánh một số chỉ tiêu giữa etanol, xăng và ETBE
Đặc tính nhiên liệu Etanol ETBE Xăng
Công thức hóa học C
2
H
5
OH C
4
H
9
-OC
2
H
5
(Quy ước) C

8
H
15
Trọng lượng phân tử (kg/kmol) 46 102 111
Chỉ số octan (RON) 109 118 97
Chỉ số octan (MON) 92 105 86
Chỉ số xetan 11 - 8
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
9
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Chỉ số octan của etanol cao hơn xăng nên có tác dụng giảm tiếng ồn động cơ tốt hơn, hơn nữa etanol
chứa oxy nên hiệu quả nhiên liệu ở động cơ được cải thiện hơn. Pha trộn với tỉ lệ hợp lý giữa etanol
và xăng sẽ làm tăng hiệu quả động cơ xe. Các loại xe chạy nhiên liệu xăng pha etanol được gọi là xe
chạy nhiên liệu gasohol. Thông thường gasohol có tỉ lệ pha trộn 10% etanol 90% xăng không pha
chì (E10). Nếu xe được cải thiện bộ phận đánh lửa ở động cơ, có thể chạy với nhiên liệu gasohol
E85 (85% etanol và 15% xăng). Đa số các loại xe thiết kế ở Mỹ hiện nay có thể chạy nhiên liệu tùy
ý cả E85 lẫn chạy hoàn toàn xăng (E0). Dùng gasohol có tỷ lệ pha trộn từ 10 - 30% etanol vào xăng
thì không cần cải tiến động cơ xe.
2.2. METANOL (RƯỢU METYLIC, CỒN GỖ, CACBINON)
Cũng như etanol, metanol được sử dụng làm nhiên liệu cho xe ô tô từ lâu, đặc biệt là ở Mỹ. Metanol
có thể sản xuất từ khí tổng hợp - sản phẩm khí hóa sinh khối và các nguồn khác đồng thời cũng có
thể đi từ khí tự nhiên. Metanol được sản xuất từ nguồn nguyên liệu đi từ sinh vật đang được khuyến
cáo phát triển sử dụng làm nguyên liệu tái tạo thay thế nhiên liệu dầu mỏ.
2.2.1. Nguyên Liệu Sinh Khối
Metanol có thể được sản xuất từ sinh khối, thường là củi gỗ. Để sản xuất 1 tấn metanol cần gần 2 tấn
gỗ khô, có nghĩa năng suất sẽ là 550 lít metanol/ 1 tấn gỗ. Năng suất metanol từ nguyên liệu thân
thảo khô (cỏ khô) còn thấp hơn, đạt khoảng 4.50 l/tấn.
2.2.2. Công Nghệ Chuyển Hóa Sản Xuất Metanol
Metanol thu được thông qua quá trình chuyển hóa khí tổng hợp. Để thu được khí tổng hợp từ nguyên
liệu sinh khối, người ta tiến hành khí hóa sinh khối dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ cao. Khí tổng

hợp sau khi khử bỏ tạp chất sẽ được đưa vào lò phản ứng có xúc tác để tạo thành metanol. Công
nghệ trước đây sử dụng xúc tác kẽm cromat trong điều kiện áp suất cao (300 - 1000 atm) và nhiệt độ
cao (khoảng 400
o
C), thực hiện trong pha khí.
Công nghệ hiện nay chủ yếu tiến hành trong pha lỏng với xúc tác hợp lý hơn ở nhiệt độ và áp suất
thấp hơn nhưng cho hiệu quả cao hơn. Công nghệ chuyển hóa metanol hiện nay cho phép đạt được
hiệu suất tới 95%.
2.2.3. Sử Dụng Metanol

Metanol có thể ứng dụng trong hầu hết loại xe cộ và có thể được sử dụng như là nhiên liệu riêng
hoặc pha trộn với xăng. Metanol có chỉ số xetan thấp (5 so với 50 ở diezel dầu mỏ) nên tinh chất
đánh lửa kém, rất khó thích hợp với động cơ diezel, tuy nhiên nhờ chỉ số octan cao nên sử dụng thay
thế xăng ở động cơ xe ô tô lại cho kết quả tốt.
Hầu như 1,2 tỉ galon metanol được sản xuất tại Mỹ hiện nay được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất
MTBE (metylterbutyleter) một phụ gia xăng. Để làm nhiên liệu trực tiếp, metanol chỉ phù hợp cho
một số loại xe có động cơ hoạt động với tỷ số nén cao.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
10
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Metanol còn được sử dụng làm chất chống đông đường ống dẫn dầu, làm dung môi, làm nguyên liệu
sản xuất các hóa chất và vật liệu khác (chất dẻo, gỗ dán, sơn, chất nổ, v.v…) Metanol có tính độc
cao và dễ cháy, khi cháy không thành ngọn lửa nên cần hết sức cẩn thận khi tiếp xúc và sử dụng.
Bảng 2: So sánh một số chỉ tiêu gữa metanol, xăng và MTBE
Đặc tính nhiên liệu Metanol MTBE Xăng
Công thức hóa học CH
3
OH C
4
H

9
-OCH
3
(Quy ước) C
8
H
15
Trọng lượng phân tử (kg/kmol) 32 88 111
Chỉ số octan (RON) 110 116 97
Chỉ số octan (MON) 92 100 86
Chỉ số xetan 5 - 8
2.3. BIODEEZEL (METYLESTE CỦA MỘT SỐ LOẠI DẦU, MỠ ĐỘNG VẬT)
Dầu diezel có nguồn gốc hữu cơ được gọi là biodiezel phân biệt với diezel nguồn gốc dầu mỏ được
gọi là petrodiezel.
Biodiezel được sản xuất từ dầu thực vật và mỡ động vật. Dầu thực vật ép từ các loại quả hạch và hạt
chứa dầu từ lâu đã được sử dụng làm nhiên liệu. Việc sản xuất dầu thực vật làm nhiên liệu chạy xe
cộ cũng giống như sản xuất dầu ăn. Hiện nay ở châu Âu, dầu thực vật làm nguyên liệu sản xuất
biodiezel chủ yếu có nguồn gốc từ hạt cây cải dầu và biodiezel ở đây được mang tên este metylic
(hay metyleste) hạt cải dầu (còn được gọi là RME - rapeseed metylester).
2.3.1. Nguyên Liệu Sinh Khối
Dầu thực vật được sử dụng sản xuất biodiezel thường được chiết tách từ các loại hạt một số cây có
dầu hoặc mỡ động vật như hạt cải dầu, đậu tương, cọ, hướng dương cải hoa vàng, tảo, dầu thực vật
thải của công nghệ sản xuất dầu ăn, mỡ lò mổ, v.v…
Ở châu Âu để sản xuất được 1 tấn RME, cần khoảng 2,5 tấn dầu hạt cải dầu, với diện tích đất trồng
0,77 ha (1,3 tấn/ha).
Năng suất dầu (m
3
/ha đất trồng trọt) đối với một số loại cây như sau: đậu tương 0,40 - 0,50; cải vàng
1,3; cải dầu 1,0 - 1,4; cọ dầu 6,1. Một số loại rêu tảo đặc biệt có năng suất sinh dầu rất cao 100-200
m

3
/ha.
Người ta cho rằng dầu thực vật là nguồn sản xuất biodiezel chất lượng cao nhất nhưng nguồn
nguyên liệu này khá khan hiếm, chính vì vậy mà các nguồn dầu thực vật thải, mỡ động vật (biolipid)
thậm chí cả rêu, tảo cũng đang là nguồn nguyên liệu bổ sung đầy hứa hẹn, mặc dù quá trình tiền xử
lý sẽ phức tạp hơn.
2.3.2. Công Nghệ Chuyển Hóa Biodiezel
Hạt hoặc sinh khối chứa dầu thực vật được sử dụng trong sản xuất biodiezel sẽ được ép hoặc chiết
bằng dung môi (như hexan) để tách dầu. Phương pháp sau cho năng suất dầu hiệu quả cao hơn.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
11
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Dầu thực vật có thể sử dụng thẳng làm nhiên liệu diezel cho động cơ diezel (SV) với điều kiện phải
cải tiến động cơ thích hợp vì loại dầu này có một số đặc tính bất lợi đối với động cơ bình thường (độ
nhớt cao, không ổn định về nhiệt, có chứa nước và chỉ số xetan thấp). Người ta đã khắc phục các
nhược điểm trên của dầu thực vật bằng phương pháp este hóa nó để biến các phân tử cấu trúc mạch
nhánh của dầu (triglyxerit) thành phân tử cấu trúc mạch thẳng nhỏ hơn (metyleste), phù hợp với
thành phần diezel dầu mỏ. Metyleste của dầu thực vật chính là biodiezel.
Phần lớn các metyleste được sản xuất thông qua quá trình este hóa dầu thực vật với xúc tác và
metanol. Triglixerit dầu thực vật sẽ tác dụng với metanol với sự có mặt của xúc tác. Quá trình este
hóa xảy ra ở nhiệt độ từ 50 - 66
o
C, áp suất 1,4 bar, trong hệ thống lò kín.
Bước đầu tiên trong quá trình sản xuất biodiezel là trộn metanol với chất xúc tác - thường là NaOH
(hoặc KOH) để tạo ra natri (hoặc kali) metoxit. Lượng metanol cần dư để đảm bảo chuyển hóa hoàn
toàn triglyxerit dầu thực vật thành este, bởi vì các phản ứng đầu tiên xảy ra với axit béo tự do trong
dầu sẽ xà phòng hóa. Hỗn hợp xúc tác/ metanol được rót vào bình phản ứng kín để tránh bay hơi
metanol. Sau đó dầu thực vật được bổ sung. Khuấy đều hỗn hợp, để yên từ 1 - 8 giờ. Nồng độ của
axit béo tự do và nước phải được xử lý hợp lý, bởi vì nếu nồng độ này quá cao sẽ gây khó khăn
trong quá trình xà phòng hóa và khó tách glyxerin phụ phẩm.

Sau khi dầu thực vật được este hóa, hỗn hợp được trung hòa bằng axit. Metanol được thu hồi và tái
sử dụng.Trong hỗn hợp còn lại hai sản phẩm chính là biodiezel và glixerin, nên hình thành 2 lớp
trong bình phản ứng. Glyxerin nặng hơn ở bên dưới được tách khỏi bình cùng với xà phòng và sẽ
được trung hòa. Muối kali thu được từ quá trình trung hòa này có thể thu hồi để làm phân bón.
Glyxerin tinh khiết còn lại có thể sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp mỹ phẩm hoặc dược
phẩm. Sau khi tách glyxerin, dung dịch màu vàng hổ phách là metyleste. Metyleste được rửa bằng
nước để khử tạp chất còn lại. Độ tinh khiết của metyleste thu được đạt khoảng 98%. Có thể thu được
metyleste tinh khiết hơn nữa nếu xử lý bằng phương pháp chưng cất. Biodiezel có thể bảo quản lâu
dài hơn dầu thực vật và có thể sử dụng cho các động cơ diezel.
Về nguyên tắc sản xuất biodiezel từ dầu ăn thải và mỡ động vật cũng tương tự như với dầu thực vật
ép thẳng. Tuy nhiên do dầu ăn thải thường không ổn định về cả hàm lượng nước lẫn axit béo tự do
trong dầu, vì vậy trước khi este hóa cần xác định rõ hàm lượng từng thành phần để xử lý và bổ sung
xúc tác và metanol cho hợp lý.
Mỡ động vật cũng là các triglyxerin với hàm lượng khác dầu thực vật nên cần điều chỉnh trước khi
este hóa. Quá trình este hóa để sản xuất biodiezel có thể sử dụng xúc tác là axit nhưng hầu hết
biodiezel ngày nay được sản xuất với xúc tác kiềm vì nhiệt độ phản ứng thấp, hiệu suất thu hồi sản
phẩm cao, thời gian phản ứng và phản ứng phụ ở mức thấp.
2.3.3. Sử Dụng Biodiezel
Biodiezel phù hợp với động cơ diezel, cả về độ nhớt, khối lượng riêng lẫn chỉ số xetan vì nó giống
với diezel dầu mỏ. Bảng 3 cho các thông số so sánh giữa biodiezel và diezel dầu mỏ.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
12
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Bảng 3: So sánh một số chỉ tiêu giữa biodiezel (RME) và diezel
Đặc tính nhiên liệu Metanol Diezel
Công thức hóa học Metyleste (Quy ước) C
12
H
26
Trọng lượng phân tử (kg/kmol) 296 170 - 200

Chỉ số xetan 54 50
Các loại xe chạy động cơ diezel thông thường cần phải cải tiến khi sử dụng biodiezel làm nhiên liệu.
Biodiezel cho chất lượng đánh lửa tốt, hiệu suất động cơ cao hơn, phát thải giảm nhưng mùi của nó
khi chạy xe có thể gây khó chịu cho một số người.
Các tiêu chuẩn đảm bảo biodiezel có thể sử dụng tốt trong động cơ diezel là:
- Biodiezel phải có độ tinh khiết cao
- Khử bỏ hết glyxerin
- Khử bỏ hết cồn
- Khử bỏ hết xúc tác
- Không còn axit béo tự do
Các thông số này hiện nay đã được quy định trong tiêu chuẩn ASTM D 7651. Biodiezel tinh khiết
(B100) hiện đang được sử dụng pha trộn với diezel dầu mỏ. Bản thân biodiezel là dung môi nên nếu
sử dụng loại B100 nhiều có thể gây hại cho động cơ xe. Thông thường các xe cộ ở Mỹ áp dụng tỷ lệ
pha trộn B20 (20% biodiezel và 80% diezel dầu mỏ). Các tỉ lệ pha chế khác có thể là B2, B5.
* Lợi ích khi sử dụng biodiezel:
- Không độc - là nguồn năng lượng tái tạo, dễ phân hủy sinh học.
- Làm giảm đáng kể mức gây ô nhiễm so với diezel dầu mỏ:
+ Lưu huỳnh: 100% (không chứa lưu huỳnh)
+ Bụi: 55 - (-94%)
+ Các chất gây ung thư: 94%
+ CO2: 80%
+ Phát tán hydro (gây hại tầng ozon): 55 - (-95%)
+ CO: 45%
- Có thể sản xuất ở trong nước, giảm lệ thuộc vào dầu nhập ngoại, tăng việc làm.
- Có thể sản xuất rẻ từ các nguồn phế thải.
- Sử dụng thẳng hoặc pha trộn bất cứ tỉ lệ nào với diezel dầu mỏ một cách thuận lợi đem lại hiệu
suất động cơ cao.
- Có thể phân phối trên diện rộng nhờ hạ tầng cơ sở phân phối nhiên liệu sẵn có.
- Tiềm năng trở thành nhiên liệu thay thế lớn.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp

13
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
- Có thể làm dung môi cho các công việc khác hoặc tẩy rửa.
- Dễ bảo quản
- Ít độc hơn diezel dầu mỏ 10 lần.
2.4. DẦU NHIỆT PHÂN BIO-OIL (PYROLYSIS) – DẦU DIEZEL CHIẾT XUẤT
Loại dầu này được sản xuất thông qua quá trình nhiệt phân nhanh.
Khi bị phân hủy nhiệt, sinh khối được chuyển hóa vắng mặt oxy. Với quá trình này, sản phẩm lỏng
được tạo ra dưới dạng sản phẩm trung gian với nhiều ứng dụng đa dạng, trong đó có thể làm nguyên
liệu sản xuất dầu diezel.
2.4.1. Nguyên Liệu Sinh Khối
Bất kể loại sinh khối nào cũng có thể sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình phân hủy nhiệt, nhưng
sinh khối là hỗn hợp xenlulo thích hợp hơn cả. Trước khi được đưa vào lò phân hủy, nguyên liệu
phải được sấy khô (đến độ ẩm dưới 10% trọng lượng) và băm nhỏ (đến kích cỡ nhỏ hơn 6 mm).
2.4.2. Công Nghệ Nhiệt Phân Chế Tạo Dầu Sinh Học (Bio-oil)
Vì không có mặt oxy nên sinh khối không cháy, nhưng ở nhiệt độ cao các phân tử sinh khối bị phân
hủy tạo ra các sản phẩm như than, dầu (bio-oil) và khí. Thành phần các sản phẩm phân hủy nhiệt
phụ thuộc vào nhiệt độ phân hủy, tốc độ đốt nóng, thời gian đốt đồng thời cũng phụ thuộc vào thành
phần sinh khối ban đầu. Quá trình nhiệt phân nhanh là quá trình sản xuất dầu sinh học tối ưu. Do quá
trình phân hủy xảy ra ở nhiệt độ rất cao, nên tạo ra nhiều sản phẩm khí. Nhiên liệu lỏng được thu
được sau khi làm lạnh hỗn hợp chất khí này.
Bên cạnh quá trình nhiệt phân nhanh còn quá trình phân hủy nhiệt chậm xẩy ra ở nhiệt độ khoảng
400oC. quá trình này chậm hơn và thời gian ủ kéo dài hơn, thậm chí kéo dài hàng ngày. Sản phẩm
chính thu được từ quá trình này là than gỗ (charcoal).
Quá trình nhiệt phân nhanh xảy ra ở nhiệt độ 500 - 650
o
C với thời gian ngắn, chỉ từ 0,5 đến 5 giây
và cho sản phẩm hữu cơ ở dạng khí và than. Chất hữu cơ dạng khí này được ngưng tụ cho dầu sinh
học (bio-oil).
Khi nhiệt phân sinh khối nhanh ở nhiệt độ cao hơn nữa (700 - 1000

o
C) với thời gian cực ngắn (dưới
1 giây), tốc độ gia nhiệt của các hạt cao ( cao hơn 10.000
o
C/ giây) và sản phẩm hữu cơ dạng khí sinh
ra bị làm lạnh cực nhanh thành thể lỏng sẽ cho hiệu suất chuyển hóa cao. Khi đó lò phản ứng (phân
hủy) dùng để nhiệt phân sẽ là công cụ hữu hiệu chuyển hóa sinh khối rắn thành chất lỏng.
Nguyên liệu sau khi băm nhỏ và sấy đúng yêu cầu sẽ được nạp vào lò phản ứng. Có một vài kiểu lò
phản ứng như lò tầng sôi, lò quay,v.v
Đối với lò phản ứng tầng sôi, nguyên liệu được đưa vào 1 tầng chứa cát bên trong. Các hạt sinh khối
bị nung nóng nhờ khí nóng thổi qua chúng từ đáy lò khi tốc lực của khí nóng đủ mạnh, các hạt
nguyên liệu tạo tầng sôi trong lò và phản ứng xảy ra.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
14
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Quá trình nhiệt phân nhanh xảy ra ở nhiệt độ 500 - 650
o
C với thời gian ngắn, chỉ từ 0,5 đến 5 giây
và cho sản phẩm hữu cơ ở dạng khí, và than. Chất hữu cơ dạng khí này được ngưng tụ cho dầu sinh
học (bio-oil).
Với lò quay chóp nón, nguyên liệu đạt yêu cầu được trộn với cát nóng và được đưa vào phần đáy lò,
nhờ tác động quay mà chúng được đưa tới phần chóp nón. Do không cần thổi khí nóng vào như lò
tầng sôi nên sản phẩm sau phản ứng dễ xử lý, không bị nhiễm tạp. ưu thế thiết kế gọn nhẹ đã làm
cho kiểu lò quay chóp nón được cung cấp nhiệt nhanh và vận hành nhanh, cho năng suất dầu sinh
học thu được khá cao (đối với gỗ đạt 75 - 80% tính theo trọng lượng). Nhưng nhược điểm ở đây là
yêu cầu sinh khối phải mịn (< 2mm) trong khi sinh khối đưa vào lò thường thô hơn (có thể lớn hơn
10-13 mm), độ ẩm cũng cao hơn ( khoảng 15%).
Các sản phẩm sau khi nhiệt phân được đưa sang bộ phận xyclon để tách. Than tách ra có thể được sử
dụng cấp nhiệt để sấy sinh khối hoặc phục vụ ngay quá trình phân hủy nhiệt. Thành phần khí chuyển
sang bộ phận làm lạnh, ngưng tụ thành bio-oil. Phần khí không ngưng tụ được chủ yếu là CO, CO

2
,
CH
4
và H
2
được tận dụng đốt cấp nhiệt để sấy nguyên liệu sinh khối hoặc sử dụng trong động cơ
chạy khí.
Dầu phân hủy nhiệt chứa nhiều thành phần giá trị (phenol, levoglucosan và hydroxyaxetaldehyt,
v.v…), có thể sử dụng vào nhiều lĩnh vực như sản xuất hóa chất, y dược, công nghiệp và thực phẩm
bên cạnh vai trò làm nhiên liệu cấp năng lượng. Riêng trong lĩnh vực sử dụng năng lượng, bio-oil có
thể sử dụng làm nhiên liệu trong nhà máy điện (gia nhiệt nồi hơi, lò…) hoặc làm diezel sử dụng thay
thế diezen dầu mỏ để chạy động cơ. Trong trường hợp này bio-oil cần phải được tinh chế và làm
tăng độ ổn định.
2.4.3. Sử Dụng Bio-oil
Bio-oil là một chất lỏng điển hình, thường có màu đen, có thành phần hóa học khác nhau. Khối
lượng riêng của dầu này khá lớn (1,2 kg/lit), cao hơn nhiều so với dầu có nguồn gốc dầu mỏ, nhưng
năng lượng lại thấp hơn, chỉ từ 16 - 19 MJ/kg (so với 42 - 44 MJ/kg đối với sản phẩm nguồn gốc
dầu mỏ) là do chứa nhiều oxy liên kết. Bio-oil phân cực tự nhiên khiến nó không trộn lẫn hoàn toàn
với hydrocacbon, nhưng lại tan trong nước, không giống dầu có nguồn gốc dầu mỏ. Bio-oil chứa ít
nitơ hơn sản phẩm dầu mỏ, hầu như không có kim loại nặng và lưu huỳnh trong thành phần. Ở nhiệt
độ cao, dầu này dễ bị phân hủy. Khi bị phân hủy, ngoài các phản ứng hóa học thông thường, còn có
các phản ứng polyme hóa xảy ra. Các axit hữu cơ hình thành làm cho dầu có tính axit, pH có thể 2 -
4. Dầu có mùi đặc biệt và chứa một vài thành phần là chất kích thích gây ung thư.
Do đặc tính như vậy, nên không thể sử dụng trực tiếp loại dầu này như nhiên liệu cho xe cộ, mà phải
nâng cao chất lượng và tăng độ ổn định. Tuy vậy, quá trình hydro hóa hoặc dùng xúc tác xử lý bio-
oil thành nhiên liệu rất khả thi, nhưng chi phí hiện nay còn cao. Vấn đề kỹ thuật hiện nay là phải khử
được các tạp chất trong sản phẩm. Tuy vậy chất lượng bio-oil dùng làm nhiên liệu diezel sẽ vẫn thấp
hơn nhiều so với chất lượng diezel dầu mỏ.
2.5. DẦU SINH HỌC BIO-CRUDE HTU – DIEZEL CHIẾT SUẤT TƯƠNG ỨNG

Từ những năm 1980, cơ sở nghiên cứu của Công ty Shell ở Hà Lan đã thực hiện nghiên cứu công
nghệ nâng cao hiệu quả nhiệt hydro (Hydro Thermal Upgrading - HTU). Với công nghệ này, sinh
khối sẽ được phân hủy trong nước để thu chất lỏng giống như dầu thô, được gọi là bio-crude - dầu
thô sinh học. Mục tiêu của công nghệ này là thu năng lượng từ sinh khối, biến nó thành nhiên liệu
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
15
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
(chạy xe cộ) có nhiệt lượng cao hơn. Tuy nhiên, vì điều kiện kinh tế không đáp ứng được nên thực
nghiệm phải bỏ dở. Vì nhiên liệu sinh học được quan tâm trở lại vào những năm 1990, nên công
nghệ nói trên đã được Công ty Dutch Biofuel sau này do các cựu nhân viên Shell thành lập tiếp tục
nghiên cứu phát triển.
2.5.1. Nguyên Liệu Sinh Khối
Công nghệ HTU có thể được sử dụng để chuyển hóa hàng loạt nguyên liệu sinh khối khác nhau. Các
nguyên liệu thích hợp, khả thi có thể là cả rác thải rắn đô thị và chất thải nông nghiệp. Thiết bị công
nghệ này được thiết kế đặc biệt dành cho các sinh khối ướt như bã củ cải, bùn nhớt, quặng dầu, hoặc
rác thải hữu cơ. Sinh khối không cần phải sấy khô, hỗn hợp nước chứa 10 - 30% chất liệu hữu cơ
được coi là thích hợp.
2.5.2. Công Nghệ Chuyển Hóa Bio-Crude
Trong công nghệ HTU, sinh khối khô (hoặc ướt) tham gia phản ứng trong môi trường lỏng là nước ở
áp suất cao và nhiệt độ khá thấp. Sản phẩm chính của công nghệ chuyển hóa HTU là bio-crude
giống như dầu thô nguồn gốc dầu mỏ. Quá trình chuyển hóa được mô tả trong hình 7 trang sau.
Bước đầu tiên trong quá trình chuyển hóa là tiền xử lý nguyên liệu sinh khối. Vì thiết bị của công
nghệ HTU được thiết kế đặc biệt cho nguyên liệu ướt, nên sinh khối khô trước tiên phải được ngâm
trong môi trường nước. Quá trình này được thực hiện ở nhiệt độ 200 - 250
o
C và áp suất 30 bar (30,4
atm). Sự có mặt của nước ảnh hưởng rất lớn tới tính chất của nguyên liệu sinh khối và sản phẩm
cuối cùng thu được.
Khi sinh khối ướt được chuyển liên tục vào vùng phản ứng nóng, quá trình chuyển hóa xảy ra ở áp
suất 120 - 180 bar ( 121,6-182,4 atm) và nhiệt độ 300 - 350

o
C. Trong một thử nghiệm pilot tại Hà
Lan, thời gian để phản ứng chuyển hóa HTU thử nghiệm xảy ra hoàn toàn chỉ từ 5 đến 10 phút. Tuy
nhiên năng lượng tiêu thụ trong quá trình này rất cao.
Ngoài sản phẩm chính là bio-crude (50%), công nghệ HTU còn tạo ra khí (30%); trong đó 70 - 90%
lượng khí là CO
2
và 20 - 30% là H2. Ngoài ra còn có metan và CO. Sản phẩm phụ thu được là dung
dịch nước, chứa 5% hợp chất hữu cơ. Nước thải có thể sử dụng làm môi trường lên men kỵ khí tạo
ra biogas. Cả biogas lẫn gas thu được từ quá trình HTU có thể dùng làm nhiên liệu đốt lò.
Bio-crude là chất lỏng hữu cơ nhớt, màu đen, là hỗn hợp của nhiều loại hydrocacbon. Nó không trộn
lẫn với nước và vì có hàm lượng oxy thấp (10 - 15% oxy liên kết) nên chúng bền hơn so với bio-oil
phân hủy nhiệt. Bio-crude có hàm lượng nitơ và lưu huỳnh rất thấp và giá trị nhiệt năng thấp (30 -
36 MJ/kg).
Bio-crude có thể tách thành 2 thể nặng và nhẹ, đều có thể là nguyên - nhiên liệu phục vụ nhiều mục
đích khác nhau. Phần nặng hơn chứa tất cả chất thành phần của bio -crude và khoáng, có thể sử dụng
làm chất trợ cháy trong nhà máy điện chạy than. Chúng cũng có thể được sử dụng làm xăng dung
môi (nafta) để sản xuất các hóa chất. Phần nhẹ và tinh khiết hơn có thể sử dụng để tạo thành phần
nhiên liệu diezel. Để chuyển hóa bio-crude thành nhiên liệu diezel đủ chất lượng cho xe vận tải
truyền thống, thì cần nâng cao chất lượng của phân đoạn này nhờ kỹ thuật hydro hóa xúc tác. Trong
quá trình này, oxy bị khử nhờ bổ sung hydro. Vì phải bổ sung một lượng lớn hydro nên về mặt kinh
tế vấn đề này không hấp dẫn.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
16
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
2.5.3. Sử Dụng Diezel HTU
Phát triển công nghệ chuyển hóa HTU là để sản xuất được nhiên liệu diezel có đặc tính kỹ thuật
giống với nhiên liệu diezel thông thường đang sử dụng. Các đặc tính kỹ thuật nhiên liệu này được
xác định bởi tỉ lệ C/H, có thể điều chỉnh nhờ kỹ thuật hyđro hóa. Chất lượng sản phẩm diezel HTU
có triển vọng cải thiện rất tốt. Chỉ số xetan của nó sẽ cao hơn của diezel thông thường. Nhiên liệu sẽ

sạch và không còn oxy.
Diezel HTU được sản xuất để đáp ứng quy cách phẩm chất diezel dầu mỏ nên có thể dùng để pha
trộn với diezel thông thường ở bất cứ tỉ lệ nào. Nhiên liệu này cũng có thể đem bán tại mạng lưới
phân phối diezel cơ sở đã sẵn có. Diezel HTU có triển vọng sánh ngang với các chất liệu diezel
truyền thống.
2.6. SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU QUA CON ĐƯỜNG KHÍ HÓA
Sinh khối có thể chuyển hóa nhờ sử dụng công nghệ khí hóa. Bất kỳ loại sinh khối nào cũng có thể
sử dụng làm nguyên liệu khí hóa, kể từ hỗn hợp xenlulo đến phụ phẩm và chất thải nông nghiệp
(rơm, bã mía), cỏ, các phế phẩm của công nghiệp gỗ, các chất thải rắn đô thị, v.v…
Quá trình khí hóa sinh khối cho ra sản phẩm là một hỗn hợp các loại khí, được gọi là khí tổng hợp -
syngas.
Hàng loạt biofuel dạng lỏng sẽ được sản xuất nhờ quá trình tổng hợp loại khí này tùy theo từng điều
kiện công nghệ.
Công nghệ khí hóa là quá trình oxy hóa từng phần sinh khối nhờ cách thức bổ sung dần ôxy từ
không khí theo từng lượng vừa đủ.
Ôxy sẽ tác dụng với sinh khối ở nhiệt độ cao, khoảng 900
o
C. Trong trường hợp khí hóa trực tiếp,
nhiệt cần thiết cho quá trình được tạo ra nhờ đốt một phần sinh khối được nạp vào lò khí hóa. Cả
không khí (có thể lẫn oxy) được thổi vào lò khí hóa trực tiếp khi đó người ta đã dùng chính năng
lượng nhiệt của một phần vật liệu khí hóa cho quá trình khí hóa. Nếu chỉ sử dụng ôxy thì syngas
sinh ra sẽ không chứa nitơ. Tuy nhiên, việc tạo ra oxy cho quá trình này làm tăng năng lượng cần sử
dụng, do đó tăng chi phí đầu tư. Quá trình khí hóa gián tiếp sử dụng một phần nhiệt từ sinh khối
cháy hoặc nhiệt do từ bên ngoài lò cung cấp. Một ưu điểm của quá trình khí hóa gián tiếp này là nó
cũng sinh ra syngas không chứa nitơ mà không cần sử dụng oxy như quá trình khí hóa trực tiếp. Tuy
nhiên, quá trình khí hóa gián tiếp phải trải qua nhiều bước và phức tạp hơn. Ngoài ra, nó tạo ra hai
dòng khí cần phải khử, làm sạch.
Các kiểu lò thích hợp với quá trình khí hóa sinh khối hiện nay gồm có: lò khí hóa cố định; lò khí hóa
tầng sôi và lò khí hóa dòng cuốn. Lò khí hóa cố định hoạt động ở nhiệt độ giữa 700 và 1200
o

C.
Chúng được phân loại dựa theo hướng đi của luồng khí qua lò (ví dụ từ dưới lên, trên xuống, hoặc
ngang qua) hoặc theo hướng dòng chất rắn và dòng khí (cùng chiều, ngược chiều hoặc chéo chiều).
Lò phản ứng cùng chiều có ưu điểm là có thể cho sản phẩm syngas sạch (ngược lại với lò phản ứng
khác chiều). Tuy nhiên lò phản ứng ngược chiều lại ít khắt khe đối với nguyên liệu sinh khối và có
sức chứa rộng hơn. Lò phản ứng tầng sôi cho phép chứa hỗn hợp sinh khối với chất liệu nóng, ví dụ
như cát nóng chẳng hạn, và phản ứng sẽ xảy ra trong toàn bộ dung tích lò. Nhiệt độ đồng nhất trong
lò có thể được điều khiển thông qua việc thay đổi tỉ lệ không khí/ sinh khối. Lò tầng sôi "dễ tính"
đối với sinh khối hơn là lò cố định, nhưng syngas sản phẩm luôn có hắc ín đi kèm (nhiều hơn so với
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
17
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
lò khí hóa cố định cùng chiều) và cần phải khử bỏ. Lò khí hóa dòng cuốn hoạt động ở nhiệt độ rất
cao (1500
o
C) và tạo ra syngas sạch không có tạp hắc ín. Tuy quá trình khí hóa khó điều khiển nhưng
hiện tai lại đang được sử dụng rộng rãi nhất. Đây là kiểu lò thể tích lớn, nhiên liệu cung cấp cho hoạt
động dễ điều chỉnh, có thể áp dụng tùy từng mức từ 1 đến vài trăm megawat. Các lò khí hóa nói
chung đều hoạt động ở điều kiện áp suất gần áp suất thường và sử dụng không khí làm tác nhân khí
hóa.
Syngas sản phẩm của quá trình khí hóa chủ yếu là hỗn hợp CO, CO
2
, H
2
, metan, nước và nitơ. Thành
phần khí tổng hợp thay đổi thùy thuộc vào thành phần nguyên liệu sinh khối và điều kiện hoạt động.
Các tạp chất trong syngas thu được có thể là các bụi than nhỏ, xỉ lò chứa clorua, lưu huỳnh, kim loại
kiềm, hợp chất nitơ và hắc ín. Các tạp chất này có thể sẽ làm giảm tác dụng của chất xúc tác trong lò
reforming khí, lò trung chuyển, lò tổng hợp và gây ra ăn mòn các bộ phận trao đổi nhiệt trong turbin
khí. Hắc ín có thể gây tác hại cho hệ thống khí hóa. Các tạp chất có thể được khử bỏ nhờ sử dụng

xyclon hoặc màng lọc gốm.
Sau khi được làm sạch, syngas trải qua các bước khử CO
2
và reforming. Tùy theo mục đích sử dụng
tiếp theo mà khí tổng hợp được điều chỉnh cho phù hợp.
2.7. DIMETYLETE
Dimetylete (DME) hiện đang được sử dụng chủ yếu làm tác nhân khí phun trong các hộp phun.
Nghiên cứu sử dụng DME làm nhiên liệu cho xe cộ mới chỉ được bắt đầu gần đây. Lý do khiến
người ta quan tâm tới điều này là vào những năm 1990, có một nhóm các nhà nghiên cứu trong khi
tìm phương pháp sản xuất xăng tổng hợp đi từ syngas, thì họ đã ngẫu nhiên phát hiện ra một phương
pháp sản xuất DME từ khí này. Trước đó DME mới chỉ được sử dụng trong công nghiệp mỹ phẩm
và chưa ai thành công trong việc thử dùng nó làm nhiên liệu cho động cơ diezel. Điều nổi trội của
DME để nó có thể trở thành nhiên liệu hấp dẫn thay thế diezel là khả năng chất này giảm phát thải
NOx khi sử dụng làm nhiên liệu. Hơn nữa, chất này có thể được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu
đa dạng, như sinh khối và khí tự nhiên.
Cũng như metanol, bio-DME được sản xuất thông qua con đường khí hóa sinh khối thu syngas làm
nguyên liệu.
2.7.1. Nguyên Liệu Sinh Khối
Cứ 3 tấn gỗ hoặc chất liệu có nguồn gốc từ gỗ sẽ sản xuất được 1 tấn DME. Điều này có nghĩa là
năng suất chuyển hóa đạt 500 lít DME/ 1 tấn gỗ.
2.7.2. Công Nghệ Chuyển Hóa Bio-DME
DME là ete đơn giản nhất có thể sản xuất trực tiếp từ nguồn syngas chứa CO và H
2
. Các phương
pháp mới được nghiên cứu trong vòng hơn chục năm trở lại đây đã cho phép điều chế DME trực tiếp
từ CO và H
2
trên những xúc tác đặc biệt.
Giai đoạn đầu tiên nghiên cứu về chất xúc tác cho phản ứng tổng hợp DME trực tiếp được tiến hành
trong khoảng thời gian từ 1989 - 1995. Việc nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm ở quy mô phòng thí

nghiệm khoảng 5 tấn/ ngày được thực hiện từ những năm 1995 - 2001. Những cơ sở đầu tiên trên
thế giới sản xuất thử DME ở quy mô công nghiệp mới chỉ được thực hiện từ năm 2002 với công suất
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
18
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
100 tấn/ ngày. Dự kiến trong vài ba năm tới, người ta sẽ hoàn thiện công nghệ và đưa vào sản xuất
đại trà DME trên quy mô công nghiệp.
So với các loại xăng truyền thống thì nhiên liệu mới DME có nhiều ưu việt như giảm thiểu được
lượng CO
2
và NOx phát thải, không sinh ra SO
2
… Song điều quan trọng là đầu vào để sản xuất
DME là CO và H
2
tương đối dễ kiếm, có thể đi từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như khí tự
nhiên, than đá, dầu nặng phế thải, khí metan tận thu từ các quá trình xử lý chất thải…thông qua quá
trình khí hóa. Hạn chế của dạng nhiên liệu này là việc sử dụng chúng khá phức tạp.
Công nghệ sản xuất DME giống với công nghệ sản xuất metanol nói trên.
DME cũng có thể sản xuất từ nguồn metanol tinh khiết. Trước tiên, metanol được gia nhiệt lên tới
nhiệt độ 250
o
C bằng hệ thống trao đổi nhiệt rồi mới đưa vào lò phản ứng. Phản ứng phát nhiệt xảy ra
trong lò và DME hình thành. Các sản phẩm phản ứng có nhiệt độ 365
o
C trước khi rời khỏi lò. Sau
khi làm nguội, DME được tách khỏi nước, metanol và các thành phần khác. Sản phẩm cuối được
tinh chế. Người ta thường kết hợp sản xuất metanol và DME trong cùng một quá trình.
Như trên đã nói, trước khi được dùng làm nhiên liệu, DME chủ yếu được sử dụng làm vật liệu khí
phun thay thế CFCs trong hộp phun. Hiện DME vẫn giữ vai trò chủ yếu trong ứng dụng này, chiếm

tới 90% lượng DME sản xuất toàn cầu. DME cũng được sử dụng làm chất cải thiện khả năng đánh
lửa ở động cơ chạy bằng metanol. Ngoài ra DME còn được sử dụng làm nhiên liệu cho nhà máy
phát điện và phục vụ các nhu cầu dân dụng (nấu ăn và sưởi ấm), tuy nhiên thị trường này hiện chưa
phát triển. Hiệp hội DME quốc tế (IDA) cho biết có triển vọng cung cấp lượng lớn DME giá rẻ (có
nguồn gốc khí tự nhiên) cho nhà máy phát điện, nhiên liệu xe cộ và phục vụ gia đình từ năm 2005
này trở đi.
2.7.3. Sử Dụng DME
DME thích hợp với động cơ diezel do nhiệt độ đánh lửa thấp và chỉ số xetan hợp lý. Bảng 4 dưới
đây cung cấp các thông số so sánh giữa DME và diezel.
Bảng 4: So sánh một số chỉ tiêu giữa DME và dầu diezel
Đặc tính nhiên liệu DME Diezel
Công thức hóa học CH
3
OCH
3
C
12
H
26
Trọng lượng phân tử (kg/kmol) 46 170 - 200
Chỉ số xetan 55 - 60 50
Chỉ số xetan của DME cao hơn diezel dầu mỏ nên thời gian đánh lửa ngắn hơn và vì thế cháy sạch
hơn, không tạo ra bồ hóng trong động cơ diezel. Đây cũng là một ưu thế của DME. Ngoài ra động
cơ diezel chạy bằng DME giảm tiếng ồn. Nhược điểm ở nhiên liệu này là nhiệt lượng thấp hơn
diezel.
Các tính chất lý học của DME khá giống với LPG. DME là chất khí ở nhiệt độ và áp suất không khí,
nhưng ở 20
o
C và áp suất 5 bar, nó là chất lỏng. Điểm sôi ở áp suất thường là -25
o

C. DME có thể trộn
với nhiều dung môi hữu cơ và hòa tan tốt trong nước. DME rất sạch, không chứa lưu huỳnh, nitơ và
kim loại nặng.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
19
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
DME không trộn lẫn với diezel nhưng lắp thêm bộ phận phụ trợ vào động cơ diezel là có thể sử
dụng được DME. Vì là chất khí ở điều kiện áp suất nhiệt độ thường nên phải dùng bình áp suất để
chứa DME lỏng. Điều này cũng có nghĩa là trên xe và trạm phân phối nhiên liệu cần phải trang bị
loại bình chịu áp suất. Cần lưu ý là áp suất bơm DME từ thùng vào động cơ phải được nâng cao hơn,
từ 12 - 30 bar, để tránh chúng bị tạo thành hơi.
DME an toàn hơn metanol, cháy với ngọn lửa có thể nhìn thấy và đặc biệt là chúng ít độc.
2.8. DIEZEL FISCHER - TROPSCH
Công nghệ Fischer - Tropsch được đưa ra ở Đức từ những năm 1920 và được áp dụng để sản xuất
được nhiên liệu tổng hợp vào những năm 1930. Về cơ bản, đến nay nhiên liệu hóa thạch thường
được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình này. Các phát triển hiện nay tập trung vào việc sản xuất
nhiên liệu Fischer - Tropsch trên cơ sở sinh khối. Cũng giống như quá trình chuyển hóa metanol và
DME, công nghệ Fischer - Tropsch cũng bắt đầu bằng khí hóa sinh khối lấy sản phẩm để tổng hợp
tiếp tục.
2.8.1. Nguyên Liệu Sinh Khối
Nhiên liệu lỏng Fischer - Tropsch có thể thu được từ một vài loại sinh khối. Để sản xuất được 1 tấn
diezel Fischer - Tropsch cần khoảng 8,5 tấn gỗ (năng suất thu được sẽ vào khoảng 150 lít/ tấn gỗ).
Một giải pháp sản xuất khác là sử dụng dầu nhiệt phân (bio-oil) làm nguyên liệu để chuyển hóa.
2.8.2. Công Nghệ Chuyển Hóa Diezel Fischer – Tropsch
Người ta thường dùng lò phản ứng có pha tạo vữa hoặc lò cố định làm lò tổng hợp để sản xuất diezel
Fischer - Tropsch dạng lỏng. Dùng các chất xúc tác sắt và coban: xúc tác coban cho tốc độ chuyển
hóa cao, bền và dễ tái sinh, trong khi xúc tác sắt có độ chịu tải cao đối với tạp chất và rẻ hơn. Hơn
nữa xúc tác chứa sắt còn góp phần làm tăng khả năng chuyển pha nước - khí và dễ điều chỉnh tỉ lệ
H
2

/CO trong lò phản ứng. Trong lò tổng hợp, syngas được chuyển hóa thành nhiều phân đoạn
hydrocacbon: hydrocacbon (C
1
- C
2
); nafta (C
5
- C
11
); diezel (C
9
- C
20
) và sáp (> C
20
).
Thành phần sản phẩm thu được phụ thuộc vào điều kiện quá trình xử lý: nhiệt độ, áp suất, chất xúc
tác và kiểu lò phản ứng. Điều kiện cơ bản để quá trình tổng hợp Fischer - Tropsch thu được sản
phẩm mạch dài (sáp) là nhiệt độ thấp (200 - 250
o
C áp suất 25 - 60 bar). Nếu quá trình phản ứng xảy
ra ở nhiệt độ cao hơn thì sản phẩm chủ yếu thu được sẽ là các hydrocacbon nhẹ, có thể lọc để thu
xăng và diezel, dung môi và olefin. Tiến hành hydrocraking có chọn lọc sản phẩm sáp thu được sẽ
cho năng suất cao hơn so với sản xuất diezel phân đoạn trực tiếp từ syngas.
Khí thừa không chuyển hóa hết sau phản ứng tổng hợp có thể được đưa trở lại lò phản ứng để tăng
năng suất sản phẩm nhiên liệu thu được. Khí sản phẩm phụ có thể đưa vào chạy tổ hợp phát điện để
tận dụng năng lượng.
Diezel Fischer - Tropsch là nhiên liệu phù hợp để chạy xe hoặc dành cho nhiều mục đích khác.
Xăng Fischer - Tropsch không thể sử dụng cho động cơ ô tô vì khác với xăng nguồn gốc dầu mỏ
chứa các chất thơm, ở đây nó chủ yếu chứa hydrocacbon mạch thẳng, với chỉ số octan quá thấp. Vì

vậy xăng Fischer - Tropsch chỉ có thể sử dụng với tỉ lệ pha trộn nhỏ hơn 15% với xăng nguồn gốc
dầu mỏ.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
20
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
2.8.3. Sử Dụng
Diezel Fischer - Tropsch là nhiên liệu có chất lượng cao và là nhiên liệu sạch với nhiều ưu điểm sử
dụng cho động cơ diezel. Bảng 5 dưới đây so sánh tính chất hai loại diezel.
Bảng 5: So sánh một số chỉ tiêu giữa diezel Fischer – Tropsch và diezel dầu mỏ
Đặc tính nhiên liệu Fischer-Tropsch Diezel dầu mỏ
Công thức hóa học Parafin Quy ước C
12
H
26
Trọng lượng phân tử (kg/kmol) 170 - 200
Chỉ số xetan >74 50
Diezel Fischer-Tropsch có nhiều đặc điểm giống diezel dầu mỏ như: nhiệt lượng, mật độ, độ nhớt và
điểm sôi. Trong điều kiện bình thường, nó cũng ở dạng lỏng như diezel. Ngoài ra, nó còn có một số
tính chất tốt hơn diezel thông thường như: chỉ số xetan cao giúp đánh lửa động cơ tốt hơn, hàm
lượng chất thơm ít nên làm cho động cơ sạch hơn, không chứa lưu huỳnh, phát tán NOx thấp.
Một ưu điểm nữa của diezel Fischer-Tropsch là thành phần hóa học của chúng có thể điều chỉnh để
phù hợp với hầu hết yêu cầu mà các nhà sản xuất động cơ đặt ra với chất lượng diezel nhiên liệu.
Diezel Fischer-Tropsch có thể đem trộn với diezel thông thường đồng thời có thể sử dụng nó cho
động cơ hiện tại và sử dụng các trạm phân phối có sẵn mà không cần phải điều chỉnh gì.
2.9. SẢN XUẤT BIOFUEL DẠNG KHÍ
2.9.1. Metan – Biogas
a) Giới thiệu chung
Metan là hydrocacbon đơn giản nhất, có công thức hóa học là CH
4
, dạng khí. Ngoài tên gọi metan,

người ta còn gọi chúng là khí Marsh; hydrua metyl.
80% lượng phát tán metan toàn cầu là từ nguồn hoạt động sản xuất nông nghiệp và các hoạt động
khác của con người sinh ra. Trong suốt 200 năm qua, mật độ của khí này trong bầu khí quyển tăng
gấp đôi, vượt từ con số 0,8 lên đến 1,7 ppm (phần triệu).
Metan là thành phần chính của khí tự nhiên, là nhiên liệu có vai trò quan trọng. Vì là hydrocacbon
có liên kết đồng hóa trị nên metan rất bền, rất hạn chế khi sử dụng làm nguyên liệu sản xuất các loại
hóa chất khác.
Metan không mùi, nhưng khi dùng làm nhiên liệu, người ta trộn vào nó một lượng nhỏ hợp chất
chứa lưu huỳnh có mùi mạnh là etylmercaptan để dễ phát hiện khi xảy ra sự rò rỉ khí. Metan là chất
gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 21 lần so với CO
2
.
Sản phẩm khí từ quá trình phân hủy sinh khối, phân gia súc và phân người, bùn cống, v.v… nhờ vi
khuẩn lên men kỵ khí (trong điều kiện không có oxy không khí) và được gọi là biogas. Biogas chứa
nhiều metan.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
21
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
b) Công nghệ sản xuất biogas
Quá trình phân hủy nhờ vi sinh vật trong các hầm ủ biogas trải qua ba giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất
là sinh khối bị thủy phân, phá vỡ mạch phân tử lớn tạo thành đường, axit amin, axit béo nhờ lên men
vi sinh vật kỵ khí. Giai đoạn 2 là quá trình axetic hóa, trong đó các vi khuẩn lên men axetic sẽ đồng
hóa từng sản phẩm của giai đoạn đầu và biến chúng thành các axit mạch ngắn, chủ yếu là axit axetic.
Giai đoạn 3 là giai đoạn metan hóa, được thực hiện bởi các vi khuẩn kỵ khí, ở đây các axit sẽ được
chuyển hóa thành metan.
Bể ủ biogas phải hoàn toàn kín đảm bảo môi trường kỵ khí tốt, đồng thời phải thiết kế để chịu được
áp suất, và nhiệt độ tối ưu.
2.9.2. Hydro (H
2
)

a) Giới thiệu chung
Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, dễ cháy (phản ứng với oxy) và sản phẩm của phản
ứng chỉ là nước. Ở nhiệt độ thông thường, hydro tồn tại dưới dạng khí, có thể bay hơi xuyên qua cả
thành bình đựng ( kể cả bằng thép mỏng) nên rất khó bảo quản và vận chuyển. Giải pháp bảo quản
và và vận chuyển hydro là dùng bình áp suất hoặc chuyển nó sang dạng lỏng, chứa trong bình chứa
đặc biệt chịu áp và giữ cho nhiệt độ bên trong luôn thấp. Hiện tại đã có một trạm nhiên liệu bán
hydro do công ty Shell đặt tại Washington (Mỹ) vào tháng 11/2004 và đây được coi là trung tâm
nhiên liệu hydro điều tiên trên thế giới. Hydro lỏng tại trạm này được chứa trong hệ thống nhiệt độ
-97oC . Từ đây hydro dạng khí sẽ được nạp vào bình nén chứa làm nhiên liệu bơm cho các xe ô tô.
Hãng Daimler Chrysler đang nghiên cứu chế tạo ra loại hình có cấu trúc tổ ong để lưu trữ khí hyđro.
Tuy nhiên, hạn chế của loại hình này là giá thành cao.
Khí hydro không mùi vị có thể cháy hoàn toàn, có đặc tính dễ nổ hơn nhiều so với xăng. Cùng một
khối lượng tương đương, hydro sản sinh nhiều năng lượng hơn xăng. Hydro là nhiên liệu dễ cháy
nhất trong các loại nhiên liệu hiện nay. Động cơ xe chạy hydro thường có công suất yếu hơn động
cơ chạy xăng cùng dung tích.
Tuy có một số nhược điểm nhưng hydro có thể trở thành nguồn nhiên liệu hấp dẫn thay thế xăng, vì
chúng có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau và khi cháy chất thải duy nhất của
nó là nước. Xe chạy bằng khí hydro không thải ra các chất gây ô nhiễm như xăng.
Một trở ngại đối với việc phân phối hydro là phải lập ra mạng lưới cung ứng hoàn toàn mới. Nhiên
liệu hydro không cần phải sản xuất tập trung như xăng (dầu), rồi vận chuyển đi khắp nơi, mà có thể
sản xuất tại chỗ cần sử dụng khí này.
b) Công nghệ sản xuất và khả năng phát triển
Phương pháp sản xuất hydro đơn giản nhất hiện nay là điện phân nước (H
2
O). Hydro có thể sản xuất
với khối lượng nhỏ ở bất cứ đâu, thậm chí ngay trong gara ô tô.
Tuy nhiên, hiện nay người ta đang còn băn khoăn về giá hydro cũng như giá ô tô chạy bằng nhiên
liệu này (hàng tỷ USD đang được các công ty sản xuất ô tô và công ty năng lượng các nước trên thế
giới đầu tư để nghiên cứu chế tạo các kiểu xe chạy bằng hydro). Giá hydro hiện nay là 2 USD/kg,
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp

22
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
1kg hydro cho lượng năng lượng tương đương năng lượng của 1 galon (3,8 lít) xăng thông thường;
còn xe ô tô chạy hydro (như chiếc Opel Zafira) hiện có giá rất cao, đến 1 triệu USD (tất nhiên trong
tương lai xe sản xuất nhiều thì giá thành của xe sẽ giảm).
Ba lý do khiến người ta chuyển sang sử dụng hydro làm nhiên liệu là: nguồn năng lượng nguồn gốc
hóa thạch đang giảm nhanh và nếu tự túc được nhiên liệu sẽ giúp giảm nhẹ sự lệ thuộc vào nguồn
nhập khẩu. Ngoài ra, sử dụng hydro làm nhiên liệu góp phần bảo vệ được sự bền vững môi trường.
Vì vậy, mặc dù còn nhiều trở ngại trên con đường tiến tới nền “Kinh tế hydro”, người ta vẫn tin rằng
đó là xu thế tất yếu của tương lai và không thấy lý do nào có thể cản trở sự thành công của nhiên liệu
hydro.
Có thể trong nhiều năm nữa, xe ô tô chạy bằng hydro sẽ được sản xuất hàng loạt, thay thế các xe sử
dụng xăng và diezel hiện thời. Tuy nhiên, các chuyên gia dự đoán còn cần ít nhất một thập kỷ nữa
mới giải quyết được về cơ bản các vấn đề đặt ra khi sử dụng hydro làm nhiên liệu.
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
23
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Chương 3
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM
(Ý KIẾN CÁ NHÂN)
3.1. THUẬN LỢI
3.1.1. Sản Lượng Cây Trồng
Nông nghiệp là một lợi thế to lớn của Việt Nam với 9 triệu ha đất nông nghiệp; đất đồi núi bao la có
thể phát triển cây công nghiệp và rừng; có bờ biển dài 3.200 km thuận lợi cho phát triển nghề nuôi
trồng và đánh bắt thuỷ sản. Diện tích, năng suất và sản lượng một số loại cây trồng chủ yếu được
tóm tắt sau đây:
Bảng 6: Diện tích, năng suất và sản lượng một số loại cây trồng chủ yếu (Noname)
Cây trồng
Ước tính năm 2006
Tăng giảm so với

năm 2005
Tổng số
Chia ra
(%)
Lượng
tuyệt đối
Miền Bắc Miền Nam
1. Cây lương thực có hạt
Lúa cả năm
Diện tích (nghìn ha) 7.346,9 2.511,8 4.835,1 0,2 17,7
Năng suất (tạ/ha) 49,3 52,2 47,8 0,9 0,4
Sản lượng (nghìn tấn) 36.236,8 13.120,5 23.116,3 1,1 403,9
Lúa đông xuân
Diện tích (nghìn ha) 2.995,6 1.148,4 1.847,2 1,8 53,5
Năng suất (tạ/ha) 58,7 59,1 58,4 -0,4 -0,2
Sản lượng (nghìn tấn) 17.577,2 6.787,7 10.789,5 1,4 245,6
Lúa hè thu
Diện tích (nghìn ha) 2.352,5 162,4 2.190,1 0,1 3,2
Năng suất (tạ/ha) 42,6 44,9 42,4 -4,1 -1,8
Sản lượng (nghìn tấn) 10.019,1 729,3 9.289,8 -4,0 -417,1
Lúa mùa
Diện tích (nghìn ha) 1.998,8 1.201,0 797,8 -1,9 -39,0
Năng suất (tạ/ha) 43,2 46,7 38,1 9,2 3,7
Sản lượng (nghìn tấn) 8.640,5 5.603,5 3.037,0 7,1 575,4
Ngô
Diện tích (nghìn ha) 1.020,1 600,1 420,0 -3,1 -32,5
Năng suất (tạ/ha) 36,2 31,7 42,6 0,5 0,2
Sản lượng (nghìn tấn) 3.690,0 1.899,8 1.790,2 -2,6 -97,1
2. Tổng sản lượng lương thực có
hạt (nghìn tấn)

39.928,6 15.021,2 24.907,4 0,8 307,0
Trong đó:
Lúa 36.236,8 13.120,5 23.116,3 1,1 403,9
Ngô 3.690,0 1.899,8 1.790,2 -2,6 -97,1
3. Cây chất bột có củ
Khoai lang
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
24
Tiểu luận môn học QLBV các nguồn năng lượng HVTH: Võ Thị Hồng Phong
Diện tích (nghìn ha) 178,9 140,5 38,4 -3,5 -6,4
Năng suất (tạ/ha) 79,3 69,4 115,5 1,8 1,4
Sản lượng (nghìn tấn) 1.418,2 974,7 443,5 -1,7 -24,9
Sắn
Diện tích (nghìn ha) 460,0 158,3 301,7 8,1 34,5
Năng suất (tạ/ha) 162,4 127,7 180,6 2,9 4,5
Sản lượng (nghìn tấn) 7.468,9 2.021,7 5.447,2 11,2 752,7
Theo như ước tính ở phần 2.1.1: Đối với các loại hạt, năng suất etanol thu được vào khoảng 2.800
lít/ha, tức là vào khoảng 3 tấn nguyên liệu hạt sẽ thu được 1 tấn etanol. Như vậy, với tổng sản lượng
lương thực có hạt như ngô ở bảng trên là 3.690 nghìn tấn sẽ thu được 1.230 nghìn tấn etanol. Với
ước tính này cho thấy tìm năng phát triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam là rất to lớn.
3.1.2 Tạo Việc Làm Cho Người Lao Động
Việt Nam chúng ta đang có nguồn nhân lực dồi dào với dân số cả nước gần 86 triệu người (HG
2010) (Tính đến ngày ngày 1/4/2009, dân số của Việt Nam: 85.789.573 người), nước đông dân thứ
13 trên thế giới và thứ 3 trong khu vực. Trong đó số người trong độ tuổi lao động tăng nhanh và
chiếm một tỉ lệ cao khoảng 67% dân số cả nước (HG 2010). Tuy nhiên, tỷ lệ thất nghiệp của Việt
Nam hiện nay là 4,65%, tăng 0,01% so với năm 2007. Trong khi đó, tỷ lệ lao động thiếu việc làm
hiện nay là 5,1%, tăng 0,2% so với năm 2007. Đáng chú ý, tỷ lệ thiếu việc làm nông thôn lên tới
6,1%, trong khi tỷ lệ này ở khu vực thành thị là 2,3% (TTXVN 2010).
Như vậy, với việc phát triển nguồn năng lượng mới – nhiên liệu sinh học này sẽ khuyến khích mở
rộng diện tích trồng trọt, tăng năng suất cây trồng, khuyến khích người nông dân tìm tòi, sáng tạo để

chuyển đổi cây trồng, ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong quá trình sản xuất tạo thêm
việc làm cho người lao động nông thôn.
Việc sản xuất nguồn năng lượng này cũng yêu cầu một lượng lớn công nhân có trình độ để sử dụng
các máy móc hiện đại, tiếp thu tốt những thành tựu của các nước trên thế giới. Do đó, yêu cầu cần
phải tiến hành đào tạo chuyên môn cho những người lao động, công nhân để tạo ra một lực lượng
lao động trí thức dồi dào, đẩy nhanh quá trình hội nhập với khoa học thế giới. Điều này góp phần
nâng cao trình độ học vấn cho lực lượng nhân công của nước ta.
3.1.3. Giảm Nguy Cơ Cạn Kiệt Tài Nguyên Thiên Nhiên
Cho đến nay, phần lớn các nguồn năng lượng mà chúng ta đang sử dụng bắt nguồn từ năng lượng
hóa thạch, loại năng lượng dưới dạng tài nguyên, đào lên rồi sử dụng. Theo một báo cáo của Bộ
Công nghiệp (nay là Bộ Công thương), vào tháng 8 năm nay, nguồn năng lượng của Việt Nam hiện
đang cạn kiệt dần: than chỉ còn 3,88 tỷ tấn; dầu còn 2,3 tỷ tấn… Ước tính, nguồn năng lượng tự
nhiên hiện nay của chúng ta sẽ cạn kiệt trong thời gian tới, trong đó dự báo nguồn dầu mỏ thương
mại trên thế giới còn dùng khoảng 60 năm, khí tự nhiên 80 năm, than 150-200 năm. Tại Việt Nam,
các nguồn năng lượng tự nhiên này có thể còn hết trước thế giới một vài chục năm. Trong bối cảnh
đó, các chuyên gia kinh tế năng lượng đã dự báo đến trước năm 2020, Việt Nam sẽ phải nhập
khoảng 12%-20% năng lượng, đến năm 2050 lên đến 50%-60%, chưa kể điện hạt nhân (Online
2007).
Như vậy, việc phát triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung là một giải
pháp thích hợp nhất trong bối cảnh nguồn tài nguyên thiên nhiên như hiện này, góp phần giảm thiểu
Giảng viên: GS.TS Lê Chí Hiệp
25