Nhiên liệu sinh học

2010
Nguyễn Trung Kiên
Đỗ Thị Hương
9/6/2010
Tiểu luận: Nhiên liệu sinh học
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Mở đầu
Nhiên liệu sinh học là một phần của năng lượng tái tạo (Renewable), là loại
nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động, thực vật. Ví
dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu
dừa, ...), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương...), chất thải trong nông
nghiệp (rơm rạ, trấu, bã mía, ...), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn
cưa, sản phẩm gỗ thải...),...Nhiên liệu sinh học bao gồm dầu diesel sinh học
(Biodiesel) và rượu ethanol sinh học (Bioethanol).
Theo dự báo, trữ lượng dầu thô của thế giới sẽ cạn kiệt vào khoảng từ năm
2050 - 2060. Các vấn đề như an toàn nguồn năng lượng và đa dạng hóa nguồn cung
cấp nhiên liệu; tình trạng hiệu ứng nhà kính do khí thải; những tiến bộ của khoa
học và công nghệ của nhân loại đang đặt ra cho các nước trên thế giới phải quan
tâm đến việc sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học. Na Uy vốn là một nước xuất
khẩu dầu mỏ cũng có tới 50% năng lượng được cung cấp từ nguồn nhiên liệu sinh
học. Mỹ cũng đặt ra kế hoạch làm giảm sự phụ thuộc của nền kinh tế vào dầu mỏ
[11].
Hiện nay trên thế giới có 50 nước có chương trình nghiên cứu và sử dụng
nhiên liệu sinh học. Các nước APEC đã chọn nhiên liệu sinh học thay thế cho nhiên
liệu hóa thạch. Theo dự báo của các chuyên gia, đến năm 2025, thế giới sẽ sử dụng
12% nhiên liệu sinh học trong toàn bộ nhu cầu năng lượng; đến năm 2020, EU sẽ
sử dụng 20% nhiên liệu sinh học [13].
Nhiên liệu sinh học có những ưu thế sau đây so với các dạng năng lượng
truyền thống:
+ Giảm khí gây hiệu ứng nhà kính,
+ Tạo cơ sở cho an ninh năng lượng,

+ Bảo vệ nguồn nước, không khí và nguồn lợi rừng;
+ Phát triển kinh tế nông thôn
2
Hình 1. Các nguồn năng lượng tái tạo [3].
Hình 2. Ứng dụng sinh khối tạo năng lượng sinh học [6]
Khí Methal và
nhiên liệu lỏng
Sự cháy
Hơi nước và nhiệt
Tài nguyên sinh khối
Năng lượng chuyển đổi sơ cấp
Sự khí hoá
Sự nhiệt phân
Quá trình sinh hóa
Sản lượng Khí Sản lượng Khí
Năng lượng chuyển đổi thứ cấp
Động cơ hơi nước
Tuabin hơi
Động cơ đốt trong
Máy hoặc động cơ chạy bằng khí
3
PHẦN I. CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
I.1. Biodiesel [3]
Biodiesel - hay còn gọi là diesel sinh học - là thuật ngữ dùng để chỉ loại
nhiên liệu dùng cho động cơ diesel, được làm từ dầu thực vật hay metyl ester tinh
khiết từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Trong lịch sử, dầu thực vật đã từng được
sử dụng để làm nhiên liệu cho động cơ vào những năm 1900. Tuy nhiên, vào thời
điểm đó, nguồn năng lượng dầu mỡ rẻ tiền chưa trở nên thật sự cần thiết. Cho đến
khi giá nhiên liệu tăng lên, nguy cơ thiếu hụt nhiên liệu ngày cáng tăng thì việc tìm
kiếm nguồn thay thế trở nên cần thiết.

Biodiesel được sản xuất thông qua quá trình chuyển este của các rượu nhẹ
(chủ yếu là methanol) và tri-glycerides tự nhiên có trong dầu thực vật hoặc mỡ
động vật.
Hình 3. Sơ đồ phản ứng chuyển este [2]
Hiện tại có rất nhiều nguồn dầu đang được sử dụng để sản xuất diesel sinh
học. Brazil - một nước dẫn đầu trong sản xuất biodiesel sử dụng dầu đậu tương là
nguồn chính để sản xuất diesel sinh học. Nhưng các nguồn khác, chẳng hạn như
hướng dương, thầu dầu, dầu mè và dầu mè, dầu dừa, dầu Olive, dầu lạc, dầu bông,
dầu bắp, hạt cải dầu, hạt hướng dương… [1] và một số mỡ động vật đang bắt đầu
được sử dụng hoặc đánh giá đúng về vai trò của chúng.
4
Theo EPA, chương trình phân tích tác động môi trường (2/2010), dầu diesel
sinh học từ dầu đậu nành, trung bình trong một giảm 57% khí nhà kính so với
diesel hóa thạch, và dầu diesel sinh học sản xuất từ mỡ thải trong một năm giảm
86%.
Việc sử dụng các nhiên liệu diesel sinh học pha trộn với petrodiesel lên đến
99% (B99) cho kết quả giảm phát thải đáng kể. Trong dầu thực vật - Biodiesel hoàn
toàn không chứa lưu huỳnh, chất tạo ra SO2, H2SO4 và muối amonium làm giảm
khả năng đề kháng cơ thể và tạo nên mưa xit. Sử dụng dầu diesel sinh học cũng có
kết quả trong việc giảm đáng kể các hydrocarbon không cháy, carbon monoxide, và
các hạt vật chất so với cả xăng hoặc petrodiesel. Sự phát thải CO giảm hơn 50% so
với nhiên liệu hầu hết petrodiesel. Sự phát thải của các hạt vật chất từ dầu diesel
sinh học đã được tìm thấy thấp hơn 30 % tổng thể từ petrodiesel. Phát thải
hydrocacbon tổng số (một yếu tố góp phần trong sự hình thành khói quang hóa và
ôzôn) thấp hơn đến 93 % Dầu diesel sinh học phát thải của các oxit nitơ đôi khi có
thể tăng nhẹ. Tuy nhiên, do dầu diesel sinh học không phát thải lưu huỳnh và
sulfate cho phép sử dụng công nghệ kiểm soát NOx, như AdBlue, mà không thể
được sử dụng với dầu diesel thông thường, cho phép quản lý và kiểm soát lượng
khí thải oxit nitơ.
Mức độ ảnh hưởng của diesel sinh học tới sức khỏe con người cũng thấp hơn

so với diesel dầu mỏ. Trong thử nghiệm gần đây cho thấy hầu hết các hợp chất
PAH đã giảm 75-85 %, ngoại trừ Benzo (a Anthracen), giảm khoảng 50 %. Các
hợp chất Nitro- PAHs cũng giảm đáng kể với nhiên liệu diesel sinh học (với 2-
itrofluorene và 1 nitropyrene-giảm 90 phần trăm)[7]
Dầu diesel sinh học có tính bôi trơn tốt và chỉ số cetane (CN) cao (chỉ số
cetane là một thước đo của sự chậm trễ đánh lửa của nhiên liệu; khoảng thời gian từ
khi bắt đầu tiêm và bắt đầu của sự cháy (lửa) của nhiên liệu). Trong một động cơ
diesel, nhiên liệu có chỉ số cetane cao hơn sẽ có thời gian đánh lửa chậm trễ ngắn
hơn và do đó, động cơ diesel hoạt động hiệu quả hơn. Có thể sử dụng trong động
5
cơ đốt trong và có thể pha trộn với petrodiesel ở bất kỳ tỷ lệ thành phần nào. An
toàn trong bảo quản và vận chuyển. Bôi trơn động cơ tốt hơn làm động cơ hoạt
động êm hơn. Do đó, diesel sinh học làm giảm hao mòn hệ thống, và làm tăng tuổi
thọ của thiết bị phun nhiên liệu.
Bảng 1. Năng suất của một số loại thực vật sản xuất biofluels [10]
Crop
(kg/ha) (L/ha) (lbs/acre) gal/acre) (kg/100 kg) Melting Range (°C) number number
Oil /
Fat
Methyl
Ester
Ethyl
Ester
Corn (maize) 145 172 129 18 -5 -10 -12 115 - 124 53
Cotton 273 325 244 35 (Seed)13 -1 - 0 -5 -8 100 - 115 55
Hemp 305 363 272 39
Soybean 375 446 335 48 14 -16 - -12 -10 -12 125 - 140 53
Coffee 386 459 345 49
Linseed (flax) 402 478 359 51 -24 178
Mustard seed 481 572 430 61 35

Camelina 490 583 438 62
Sesame
585 696 522 74 50
Tung oil tree 790 940 705 100 -2.5 168
Sunflowers
800 952 714 102 32 -18 - -17 -12 -14 125 - 135 52
Rapeseed
1,000 1,190 893 127 37 -10 - 5 -10 - 0 -12 - -2 97 - 115 55 - 58
Olives
1,019 1,212 910 129 -12 - -6 -6 -8 77 - 94 60
Castor beans
1,188 1,413 1,061 151 (Seed)50 -18 85
Pecan nuts 1,505 1,791 1,344 191
Jojoba 1,528 1,818 1,365 194
Jatropha 1,590 1,892 1,420 202
Macadamia nuts 1,887 2,246 1,685 240
Brazil nuts 2,010 2,392 1,795 255
Avocado 2,217 2,638 1,980 282
Coconut 2,260 2,689 2,018 287 20 - 25 -9 -6 8 - 10 70
Chinese Tallow 4,700 500
Oil palm
5,000 5,950 4,465 635 20-(Kernal)36 20 - 40 -8 - 21 -8 - 18 12 - 95 65 - 85
Algae
95,000 10,000
Tính chất
Biodiesel là một chất lỏng thay đổi màu sắc - giữa vàng và nâu đen - tùy
thuộc vào nguyên liệu sản xuất. Nó không hòa tan trong nước, có điểm sôi cao và
áp suất hơi thấp. Các điểm bắt cháy của dầu diesel sinh học (> 130 ° C,> 266 °
F) là cao hơn đáng kể so với diesel dầu mỏ (64 ° C, 147 ° F) hoặc xăng (-45 ° C,
-52 ° F) . Khối lượng riêng các dạng năng lượng diesel phụ thuộc nhiều vào nguyên

6