Nghiên cứu đánh giá đặc tính kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel khi sử dụng

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình
nào khác!
Hà Nội, tháng 10 năm 2013.
Tác giả

Lương Đức Nghĩa

1


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
MỤC LỤC ..................................................................................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................5
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................6
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ............................................................8
1. Lý do chọn đề tài: ................................................................................................8
2. Các đề tài nghiên cứu liên quan:..........................................................................9
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu .................12
4. Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả: ..................12
5. Phương pháp nghiên cứu: ..................................................................................13
Chương I. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ SỬ DỤNG TRÊN
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ......................................................................................14
1.1. Sự cần thiết sử dụng các loại nhiên liệu thay thế ...........................................14
1.2. Các loại nhiên liệu thay thế thường dùng .......................................................14
1.2.1. Cồn ...........................................................................................................14
1.2.2. LPG (Liquefied Petroleum Gas) ..............................................................16
1.2.3. Khí thiên nhiên .........................................................................................16
1.2.4. Khí sinh học (Biogas) ...............................................................................17

1.2.5. Hydro........................................................................................................18
1.2.6. Nhiên liệu Dimethyl Ether (DME) ...........................................................18
1.3. Nhiên liệu cồn ethanol ....................................................................................19
1.3.1. Quy trình sản xuất cồn..............................................................................19
1.3.2. Làm khan cồn ...........................................................................................21
1.3.3. Tình hình sản xuất cồn trên thế giới và Việt Nam ...................................23
1.3.4. Một số vấn đề cần chú ý khi sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn trên động
cơ diesel..............................................................................................................27
2


Chương II - CƠ SỞ VỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL PHA CỒN TRÊN
ĐỘNG CƠ DIESEL ................................................................................................30
2.1. Cồn ..................................................................................................................30
2.2. Nhiên liệu diesel .............................................................................................31
2.3. Nhiên liệu diesel pha cồn................................................................................33
2.3.1. Độ nhớt .....................................................................................................34
2.3.2. Trị số cetan ...............................................................................................35
2.3.3. Nhiệt độ sôi ..............................................................................................35
2.3.4. Nhiệt độ tự cháy .......................................................................................36
2.3.5. Sức căng bề mặt........................................................................................36
2.4. Quá trình cháy trong động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn: .37
2.4.1. Quá trình cháy trong động cơ diesel ........................................................37
2.4.2. Quá trình cháy trong động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn
............................................................................................................................44
2.5. Tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ khi sử dụng diesel pha cồn..............47
2.5.1. Suất tiêu hao nhiên liệu ............................................................................47
2.5.2. Hàm lượng phát thải trong khí thải ..........................................................50
Chương III - NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH KINH TẾ KỸ THUẬT
CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL PHA CỒN

...................................................................................................................................52
3.1. Thiết bị thử nghiệm .........................................................................................52
3.1.1. Động cơ thử nghiệm .................................................................................54
3.1.2. Dyno AMK...............................................................................................55
3.1.3. Fuel Balance 733S....................................................................................55
3.1.4. Thiết bị phân tích khí thải CEB-II............................................................56
3.1.5. Hệ thống làm mát 577 ..............................................................................57
3.1.6. Hệ thống Puma .........................................................................................58
3.1.7. Opacimeter ...............................................................................................58
3.1.8. THA 100...................................................................................................59
3.1.9. Các phần mềm ..........................................................................................59
3


3.2. Nhiên liệu thử nghiệm ....................................................................................59
3.3. Chế độ thử nghiệm..........................................................................................60
3.4. Kết quả thử nghiệm.........................................................................................60
3.4.1. Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu diesel pha cồn tới tính năng kinh tế kỹ
thuật động cơ ......................................................................................................60
3.4.2. Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu diesel pha cồn tới phát thải động cơ
............................................................................................................................64
3.4.3. Đánh giá ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu .....................................71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................76
PHỤ LỤC .................................................................................................................79
- Phụ lục 1. Kết quả đo các thông số về tính kinh tế kỹ thuật động cơ .................79
- Phụ lục 2. Kết quả đo các thông số về phát thải của động cơ .............................80

4

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Sản xuất cồn trên thế giới (triệu tấn) ...............................................24
Bảng 1.2 Dự báo nhu cầu cồn nhiên liệu tại Việt Nam theo lộ trình ...............27
Bảng 2.1. Một số tính chất vật lý của cồn ........................................................30
Bảng 2.2. Tính chất nhiên liệu diesel theo TCVN 5689- 2005........................32
Bảng 2.3. Ký hiệu nhiên liệu diesel pha cồn ....................................................33
Bảng 2.4. Một số tính chất nhiên liệu ED [18] ................................................33
Bảng 3.1. Các thông số của động cơ AVL 5402 ..............................................54
Bảng 3.2. Một số thông số cơ bản của nhiên liệu diesel và cồn thử nghiệm ...60
Bảng 3.3. Kết quả đo phát thải CO ở áp suất phun 400 bar .............................64
Bảng 3.4. Kết quả đo phát thải CO 2 ở áp suất phun 400 bar............................66
Bảng 3.5. Kết quả đo phát thải NOx ở áp suất phun 400 bar ...........................67
Bảng 3.6. Kết quả đo phát thải HC ở áp suất phun 400 bar .............................68
Bảng 3.7. Kết quả đo tỷ lệ soot ở áp suất phun 400 bar ...................................70

5


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các công đo ạn chính của sản xuất cồn bằng phương pháp lên men 20
Hình 1.2. Làm khan cồn bằng phương pháp chưng cất chân không ................21
Hình 2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng cồn đến độ nhớt nhiên liệu. ..................34
Hình 2.2. Đặc tính tự cháy của các mẫu nhiên liệu diesel pha cồn..................35
Hình 2.3. Nhiệt độ tự cháy của các mẫu nhiên liệu diesel pha cồn..................36
Hình 2.4. Sức căng bề mặt của các loại nhiên liệu diesel pha cồn...................37
Hình 2.5. Đồ thị khai triển quá trình cháy ở động cơ diesel. ...........................39
Hình 2.6. Áp suất trong xi lanh ở công suất 3,2 kW ........................................44
Hình 2.7. Áp suất trong xi lanh ở công suất 15,4 kW ......................................45
Hình 2.8. Lượng nhiệt cấp cho chu trình của nhiên liệu diesel pha cồn ..........46

Hình 2.9. Lan tràn màng lửa trong quá trình cháy của nhiên liệu diesel pha cồn
. .........................................................................................................................47
Hình 2.10. Phát thải khói của nhiên liệu diesel pha cồn ..................................50
Hình 2.11. Phát thải NOx của nhiên liệu diesel pha cồn ..................................51
Hình 2.12. So sánh theo suất tiêu hao nhiên liệu (BSFC)................................48
Hình 2.13. So sánh theo suất tiêu hao năng lượng (BSEC) .............................49
Hình 3.1. Sơ đ ồ cụm băng thử động cơ một xylanh AVL 5402 ......................53
Hình 3.2. Băng thử động cơ một xy lanh AVL 5402 .......................................54
Hình 3.3. Phanh điện AMK..............................................................................55
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý thiết bị Fuel balance 733S .....................................56
Hình 3.5. Thiết bị phân tích khí thải CEB- II...................................................56
Hình 3.6. Sơ đ ồ hệ thống làm mát 577.............................................................58
Hình 3.7. Hệ thống Puma .................................................................................58

6


Hình 3.8. Opacimeter .......................................................................................58
Hình 3.9. Thiết bị THA 100 .............................................................................59
Hình 3.10. Kết quả đo áp suất trong xylanh ở áp suất phun 400bar ................61
Hình 3.11. Kết quả đo áp suất trong xylanh ở áp suất phun 600bar ................61
Hình 3.12. Kết quả đo áp suất trong xylanh ở áp suất phun 800bar ................62
Hình 3.13. Kết quả đo mô men xoắn của động cơ ở áp suất phun 400bar.......63
Hình 3.14. Kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu ở áp suất phun 400 bar...........63
Hình 3.15. Thành phần CO ở áp suất phun 400 bar .........................................65
Hình 3.16. Thành phần CO ở áp suất phun từ 400 đến 800 bar.......................65
Hình 3.17. Thành phần CO2 ở áp suất phun từ 400 bar ...................................66
Hình 3.18. Thành phần NOx ở áp suất phun 400 bar.......................................67
Hình 3.19. So sánh thành phần NOx ở tốc độ động cơ 1400 vòng/phút..........68
Hình 3.20. Thành phần HC ở áp suất phun 400 bar .........................................69

Hình 3.21. Thành phần HC ở áp suất phun từ 400 đến 800 bar.......................69
Hình 3.22. Thành phần soot ở áp suất phun 400 bar........................................70
Hình 3.23. Kết quả đo mô-men xoắn động cơ ở tốc độ 1400 vòng/phút .........71
Hình 3.24. Kết quả đo phát thải CO ở tốc độ 1400 vòng/phút.........................72
Hình 3.25. Kết quả đo phát thải HC ở tốc độ 1400 vòng/phút.........................72
Hình 3.26. Kết quả đo phát thải NOx ở tốc độ 1400 vòng/phút ......................73
Hình 3.27. Kết quả đo tỉ lệ soot ở tốc độ 1400 vòng/phút ...............................73

7


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1. Lý do chọn đề tài:
Trước tình hình nguồn nhiên liệu hóa thạch dùng cho động cơ đốt trong đang
dần cạn kiệt, việc nghiên cứu và ứng dụng các loại nhiên liệu thay thế có khả năng
tái tạo đang là xu hướng chung của nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
Xuất phát từ xu hướng đó, ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định
số 177/2007/QĐ-TTg về việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến
năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” tại Việt Nam với mục tiêu tổng quát là: phát
triển nhiên liệu sinh học, một dạng năng lượng mới, tái tạo được để thay thế một
phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và
bảo vệ môi trường. Theo đề án thì đến năm 2010 Việt Nam xây dựng và phát triển
được các mô hình sản xuất thử nghiệm và sử dụng nhiên liệu sinh học quy mô
100.000 tấn xăng sinh học E5 và 50.000 tấn dầu sinh học B5/năm, bảo đảm đáp ứng
0,4% nhu cầu xăng dầu của cả nước, đến năm 2015, sản lượng cồn và dầu thực vật
đạt 250.000 tấn (pha được 5 triệu tấn E5, B5), đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả
nước và đến năm 2025, sản lượng cồn và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng
khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước.
Theo báo cáo của Bộ Công Thương tại lớp tập huấn về phát triển nhiên liệu
sinh học bền vững ngày 9/7/2013, đến nay về cơ bản Việt Nam đã hoàn thành cơ sở

pháp lý cho việc tổ chức sản xuất và quản lý năng lượng sinh học, thông qua việc
phê duyệt và ban hành “Quy hoạch sản xuất cồn nhiên liệu phục vụ cho ngành sản
xuất năng lượng sinh học đến năm 2020, có xét đến năm 2030”. Bên cạnh đó là lộ
trình áp dụng tỷ lệ phối trộn năng lượng sinh học với nhiên liệu truyền thống, cũng
như các hệ thống các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật về xăng E5, E10, cùng với
trang thiết bị sử dụng tồn trữ, phân phối tại cửa hàng xăng dầu và phụ trợ.
Đối với động cơ xăng, nhiên liệu E5, gồm 5% cồn và 95% xăng truyền thống
đã dư ợc khuyến khích sử dụng từ cuối năm 2010. Lộ trình bắt buộc sử dụng E5 và
E10 trong những năm tới đây cũng đã đư ợc ban hành. Đối với động cơ diesel, bên
cạnh việc thay thế toàn bộ hoặc một phần nhiên liệu diesel khoáng bằng diesel sinh
8


học thì việc pha trộn thêm một phần nhỏ cồn vào nhiên liệu diesel thông thường
cũng đã và đang được quan tâm. Nhiên liệu diesel pha cồn không những có thể giúp
giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đồng thời cải thiện được chất lượng khí
thải ở động cơ diesel.
Đề tài “Nghiên cứu, đánh giá đặc tính kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel khi
sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn” được thực hiện nhằm nghiên cứu và đánh giá
các khả năng nêu trên khi sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn trên động cơ diesel.
Nhiên liệu thử nghiệm được tạo ra bằng cách phối trộn trực tiếp nhiên liệu diesel
với cồn sinh học sẵn có trên thị trường hiện nay theo một số tỉ lệ nhất định. Thử
nghiệm được tiến hành trên động cơ diesel 1 xylanh AVL 5402 với hệ thống thiết bị
thử nghiệm hiện đại và đồng bộ tại PTN trường ĐHBK Hà Nội. Các kết quả thử
nghiệm với nhiên liệu diesel pha cồn được phân tích, đánh giá và so sánh với trường
hợp sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống.
2. Các đề tài nghiên cứu liên quan:
Việc nghiên cứu, đánh giá đặc tính kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel khi sử
dụng nhiên liệu diesel pha cồn đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới tiến hành
nhưng ở Việt Nam, các đề tài nghiên cứu liên quan chưa nhiều và chủ yếu mang

tính lý thuyết. Một số đề tài nghiên cứu của các nước trên thế giới và tại Việt Nam
đã đư ợc công bố:
- Ethanol- diesel fuel blends-a review, tác giả: Alan C. Hansena, Qin Zhanga,
Peter W.L. Lyneb.

a

Department of Agricultural and Biological Engineering,

University of Illinois, 1304 W. Pennsylvania Ave., Urbana, IL 61801, USA.

b

School of Bioresources Engineering and Environmental Hydrology, University of
Natal, Private Bag X01, Scottsville 3209, South Africa.
- Blending ethanol in diesel. Tác giả: Carmen Millán Chacartegui (Abengoa
Bioenergy) - Lot 3b coordinator. Juan Emilio Gonzalez Lopez

(O2Diesel).

Francisco Soriano Alfonso (Abengoa Bioenergy). Päivi Aakko (VTT Processes,
Energy and Environment, Engines and Vehicles). Carlo Hamelinck (Ecofys). Geert
van der Vossen (Ecofys). Hans Kattenwinkel (Ecofys). The European BIOScopes
9


project is carried out by Ecofys for the European Commission’s. DirectorateGeneral Energy and Transport, in cooperation with AGQM, EBB, NEN, University
of Graz, Atrax, ITERG, Abengoa, SSOG, ASG, ADM, Ecotraffic, BAFF, LACCO,
UNGDA, LBB,O2Diesel, and VTT. Publication date: May 2007.
- Study on Combustion and Emission Characteristics of Diesel Engines

Using Ethanol Blended Diesel Fuels. Tác giả: Bang-Quan He, Jian-Xin Wang,
Xiao-Guang Yan, Xin Tian and Hu Chen. State Key Laboratory of Automobile
Safety and Energy, Tsinghua University. 2003 SAE World Congress Detroit,
Michigan March 3-6, 2003.
- Performance evaluation of compression ignition engine by diesel-ethanol
methylester blend. Tác giả: Mayur D. Bawankure, Prashant A. Potekar, Bhushan
A.Nandane. Department of Mechanical Engineering, Jawaharlal Darda Institute of
Engineering and Technology, Yavavtmal (MS) India- 445001. International Journal
of Emerging trends in Engineering and Development. Issue 2, Vol.2. March-2012.
- Physico-chemical properties of ethanol–diesel blend fuel and its effect on
performance and emissions of diesel engines. Tác giả: De-gang Li, Huang Zhen,
Lu, Xingcai, Zhang Wu-gao, Yang Jian-guang. School of Mechanical and Power
Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai, China.
- Properties of diesel-ancohol blend. Tác giả: L. Hạiba1, Z. Eller2, E. Nagy1,
J. Hanksok2.

1

University of Pannonia, Faculty of Information Technology,

Research Institute of Chemical and Process Engineering H-8200 Veszprém,
Egyetem u. 10., Hunggary.

2

University of Pannonia, Department of MOL

Hydrocarbon and Coal Processing. H-8200 Veszprém, Egyetem u. 10, Hunggary.
Hungarian Journal of Industrial Chemistry Veszprem. Vol. 39(3) pp. 349-352
(2011).

- Ethanol-diesel blends a step towards a bio-based fuel for diesel engines.
Tác giả:

Alan C. Hansen. Associate Professor, Department of Agricultural

Engineering, University of Illinois, Urbana, Illinois. Peter W. L. Lyne Professor,
School of Bioresources Engineering and Environmental Hydrology, University of

10


Natal, Pietermaritzburg, South Africa. Qin Zhang Assistant Professor, Department
of Agricultural Engineering, University of Illinois, Urbana, Illinois. Written for
presentation at the 2001 ASAE Annual International Meeting Sponsored by ASAE
Sacramento Convention Center Sacramento, California, USA July 30-August 1,
2001.
- An Experimental Study on the Solubility of a Diesel-Ethanol Blend and on
the Performance of a Diesel Engine Fueled with Diesel-Biodiesel - Ethanol Blends.
Tác giả: M. Al-Hassana, H. Mujafeta and M. Al-Shannagb. a Mechanical Engineering
Department, Faculty of Engineering Technology, Al-Balqa' Applied University,
Jordan.

b

Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering Technology,

Al-Balqa' Applied University, Jordan b. Jordan Journal of Mechanical and
Industrial Engineering . Volume 6, Number 2, April 2012 ISSN 1995-6665. Pages
147 – 153.
- Influence of ethanol –diesel blended fuels on diesel exhaust emissions

and mutagenic and genotoxic activities of particulate extracts. Tác giả: Chong-Lin
Songa, Ying-Chao Zhoua, Rui-Jing Huangb, Yu-Qiu Wangb, Qi-Fei Huanga, Gang
Lua, Ke-Ming Liuc. a State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin
300072, China. bCollege of Environmental Science and Engineering, Nankai
University, Tianjin 300071, China. cTianjin Center for Disease Control and
Prevention, Tianjin 300011, China.
- Safety and Performance Assessment of Ethanol/Diesel Blends (E-Diesel).
Tác giả: L.R. Waterland, S. Venkatesh, and S. Unnasch TIAX LLC Cupertino,
California. National Renewable Energy Laboratory Subcontractor report. September
2003.
- “Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel”, tác giả Trần
Thanh Hải Tùng, Lê Anh Tuấn, Phạm Minh Tuấn. Khoa Cơ khí giao thông, trường
Ðại học Bách khoa, Ðại học Ðà Nẵng và Viện Cơ khí động lực, truờng Ðại học
Bách khoa Hà Nội.
- Cồn sinh học, nguồn nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Tác giả: Ðỗ Ngọc

11


Toàn. Khoa Máy tàu biển, Truờng ÐH Hàng Hải (Tạp chí Khoa học Công nghệ
Hàng hải. Số 14 - 6/2008).
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Mục đích của luận văn: Nghiên cứu và phân tích ảnh hưởng của nhiên
liệu diesel pha cồn với tỷ lệ cồn khác nhau tới quá trình cháy, tính năng kinh tế kỹ
thuật và phát thải của động cơ diesel.
- Đối tượng nghiên cứu của luận văn: Nhiên liệu diesel pha cồn với tỉ lệ
cồn là 5% và 10% về thể tích.
Thử nghiệm được tiến hành đối với động cơ diesel một xy lanh AVL 5402,
được trang bị hệ thống nhiên liệu Common rail tại phòng thí nghiệm động cơ đốt
trong, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

- Phạm vi nghiên cứu: Trong khuôn khổ luận văn thạc sỹ (do hạn chế về
thời gian và kinh phí thử nghiệm) tác giả chỉ giới hạn khảo sát, đánh giá đặc tính
kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel một xy lanh AVL 5402 với hệ thống nhiên liệu
common rail tại phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, trường ĐHBK Hà Nội khi sử
dụng nhiên liệu diesel pha 5% đến 10% cồn.
- Ý nghĩa khoa học:
+ Phân tích và đánh giá ảnh hưởng của diesel pha 5% và 10% cồn tới tính
năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải ở động cơ diesel.
+ Là tài liệu khoa học hữu ích cho các nghiên cứu liên quan.
- Ý nghĩa th ực tiễn: Kết quả của đề tài góp phần thúc đẩy việc nghiên cứu
chế biến, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung, diesel pha cồn nói
riêng trên phương tiện giao thông vận tải, qua đó giảm sự phụ thuộc vào nguồn
nhiên liệu dầu mỏ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
4. Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả:
Ngoài phần mở đầu và kết luận, đề tài của luận văn: “Nghiên cứu đánh giá
đặc tính kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn”
được trình bày trong 3 chương với cấu trúc như sau:

12


Chương 1. Tổng quan về nhiên liệu diesel pha cồn trong đó nêu sự cần thiết
sử dụng các loại nhiên liệu thay thế và các loại nhiên liệu thay thế thường dùng.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết về sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn trên động cơ
diesel bao gồm tính chất lý hóa của nhiên liệu thử nghiệm của đề tài, đặc điểm quá
trình cháy trong đ ộng cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu diesel và nhiên liệu diesel
pha cồn.
Chương 3. Nghiên cứu, đánh giá đặc tính kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel
khi sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn thông qua việc đánh giá, phân tích kết quả thử
nghiệm 3 loại nhiên liệu: diesel, diesel pha 5% cồn và diesel pha 10% cồn trên động

cơ diesel một xy lanh AVL 5402 với hệ thống nhiên liệu common rail tại phòng thí
nghiệm Động cơ đốt trong, trường ĐHBK Hà Nội.
5. Phương pháp nghiên cứu:
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và phân tích, đánh giá thực nghiệm, trong đó
chú trọng thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu diesel pha 5% và 10%
cồn đến tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ thử nghiệm.

13


Chương I. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ SỬ DỤNG TRÊN
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. Sự cần thiết sử dụng các loại nhiên liệu thay thế
Hiện nay, thế giới đang phải đối mặt với vấn đề nóng bỏng đó là: đảm bảo
nguồn năng lượng thay thế khi nhiên liệu hoá thạch, nhất là dầu mỏ ngày càng trở
nên khan hiếm; môi trường tự nhiên ngày càng suy thoái, do sử dụng quá nhiều
nhiên liệu hoá thạch và tốc độ đô thị hoá tăng nhanh, hiện tượng nóng dần lên của
trái đất do lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính là một trong những thách thức lớn
nhất toàn cầu trong thế kỷ 21, gần 2 tỷ người nghèo còn thiếu nước sinh hoạt và
chưa được tiếp cận với nguồn năng lượng tiên tiến.
Đảm bảo cung cấp năng lượng nhất là năng lượng tái tạo sẽ góp phần giảm
đói nghèo của các nước đang phát triển, làm giảm chênh lệch về trình đ ộ phát triển
kinh tế giữa các nước phát triển và đang phát triển trong quá trình hội nhập kinh tế.
Mô hình vận hành phát triển kinh tế - xã hội hiện tại dựa chủ yếu vào nhiên
liệu hoá thạch là mô hình phát triển không bền vững về an ninh năng lượng lâu dài
và làm suy thoái môi trường và hệ sinh thái.
Đi tìm nguồn nhiên liệu mới sạch hơn thay thế cho nhiên liệu truyền thống
hiện đang sử dụng không chỉ góp phần làm giảm nồng độ các chất độc hại trong khí
thải, bên cạnh đó nó còn góp ph ần đa dạng hoá các nguồn nhiên liệu, đẩy lùi nguy
cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống.

1.2. Các loại nhiên liệu thay thế thường dùng
1.2.1. Cồn
Cồn gồm nhiều loại: Methanol, Ethanol, Butanol… trong đó Methanol và
Ethanol thường được sử dụng nhất.
1.2.1.1. Methanol
Methanol (còn gọi là methyl alcohol, colonial spirit hay dung môi alcohol) là
một loại cồn, có công thức choá học CH3OH. Methanol có dạng lỏng, trong suốt, dễ
cháy, dễ tan trong nước. Methanol có độc tính cao, được sử dụng rộng rãi trong

14


nhiều ngành công nghiệp dưới dạng dung môi và trong các sản phẩm có hợp chất
methyl và formaldehyde.
Ngoài thị trường, methanol có trong các sản phẩm như dung dịch sản xuất
sơn, dung dịch tẩy rửa (như dung dịch lau rửa máy photocopy, rửa cửa kính ô tô,
dung môi làm sạch gỗ...), chất chống đông lạnh....
Ngày nay, methanol còn được nghiên cứu sử dụng như một loại nhiên liệu
thay thế trong động cơ đốt trong. Không chỉ là một sản phẩm công nghiệp lợi ích
cao, methanol còn đựơc sử dụng trong các phòng thí nghiệm, trong trường học…
1.2.1.2. Ethanol
Ethanol còn gọi là ethyl alcohol là chất lỏng trong suốt, không màu có công
thức hóa học là C2H5OH, là một loại nhiên liệu thay thế được sản xuất bằng phương
pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành
đường đơn, như bắp, lúa mì, lúa mạch. Ngoài ra, ethanol còn đư ợc sản xuất từ cây,
cỏ có chứa cellulose, gọi là cồn sinh học (bio-cồn).
Ethanol có thể được sử dụng dưới dạng nguyên chất (E100) hoặc pha với
xăng hay diesel có nguồn gốc dầu mỏ ở bất kì tỷ lệ nào. Nếu tỷ lệ pha trộn dưới
10% ethanol thì không cần thay đổi các động cơ xe thông thường. Tùy theo loại
nhiên liệu pha cồn người ta chia ra 2 loại:

- Xăng sinh học: là hỗn hợp của xăng truyền thống và cồn, theo thông tư số:
48/2012/TT-BCT, ngày 28 tháng 12 năm 2012 của Bộ Công Thương thì xăng sinh
học được ký hiệu là “EX” (trong đó, X là % cồn trong công thức pha trộn xăng sinh
học). Xăng sinh học có thể thay thế hoàn toàn cho các loại xăng đang sử dụng. Do
có trị số octan cao (RON = 109) nên khi pha cồn vào xăng gốc giúp gia tăng trị số
octan cho hỗn hợp nhiên liệu đồng thời nâng cao hiệu suất cháy, tỷ số nén cao hơn
giúp tiết kiệm nhiên liệu, công suất và moment xoắn tốt hơn làm động cơ vận hành
êm hơn và tăng tuổi thọ động cơ. Ngoài ra xăng sinh học còn góp phần giảm hiệu
ứng nhà kính do độ phát thải khí SOx, NOx ít hơn so với xăng truyền thống. Hiện
nay tỷ lệ cồn trong pha trong hỗn hợp xăng sinh học phổ biến từ 5 đến 25%.

15


- Diesel pha cồn: là hỗn hợp của nhiên liệu diesel truyền thống và cồn. Hiện
tại ở Việt Nam chưa có quy định pháp lý nào cho loại nhiên liệu diesel pha cồn.
Một số nước trên thế giới ký hiệu nhiên liệu diesel pha cồn là “EDX” hoặc EX-D
(trong đó X là % cồn trong công thức pha trộn cồn với diesel). Theo một số nghiên
cứu thì động cơ dùng nhiên liệu diesel pha cồn tuy chưa có nhiều ưu điểm so với
dùng nhiên liệu diesel truyền thống nhưng trong tương lai, với sự phát triển của
công nghệ thì nhiên liệu diesel pha cồn sẽ sớm được ứng dụng rộng rãi trên đ ộng cơ
diesel. Hiện nay tỷ lệ cồn pha với nhiên liệu diesel trong các thực nghiệm đã lên đến
30%.
Chi tiết về nhiên liệu cồn ethanol được trình bày ở mục 1.3 dưới đây.
1.2.2. LPG (Liquefied Petroleum Gas)
LPG thực chất là khí thu được từ quá trình chế biến dầu được hóa lỏng với
áp suất khoảng 7 atm. Thành phần chủ yếu của LPG là propane (C3H8) và butane
(C4H10), được nén theo tỷ lệ % propane / % butane. Trong thực tế, thành phần hỗn
hợp các chất có trong khí hóa lỏng LPG không thống nhất. Tùy theo tiêu chuẩn của
các nước, của các khu vực mà tỉ lệ thành phần trong LPG khác nhau, có khi tỉ lệ

giữa Propane và Butane là 50/50 hay 30/70 hoặc có thể lên đến 95/5. LPG được
phát hiện và sử dụng từ những năm đầu thế kỷ 19. Ngày nay, LPG được sử dụng
thay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống như than, củi điện, xăng… khi sử dụng
làm nhiên liệu thay thế xăng LPG có nhiệt trị cao, sạch, ít gây ô nhiễm môi trường,
dễ thực hiện các biện pháp công nghệ, trị số Octan cao. Khi cháy, LPG toả ra ít
khói, hàm lượng CO thải ra thấp hơn 3 ÷ 4 lần, lượng NOx giảm 15%÷20% so với
xăng, dầu không chứa chì nên không gây độc hại. LPG được đốt cháy hoàn toàn
trong động cơ, độ ồn của động cơ thấp.
1.2.3. Khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên là hỗn hợp chất khí cháy được, bao gồm phần lớn là các
hydrocarbon, có thể chứa đến 85% mêtan (CH4) và khoảng 10% êtan (C2H6), và
cũng có chứa số lượng nhỏ hơn propan (C3H8), butan C4H10), pentan (C5H12), và các

16


alkan khác. Khí thiên nhiên, thường tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ trái
đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn
cung năng lượng thế giới.
Khí thiên nhiên có trị số Octan là 120 (so với 110 của LPG và 95 với xăng
cao cấp). Đây là nhiên liệu sạch do không có benzene và hydrocarbon thơm kèm
theo, nên khi đốt nhiên liệu này không cho ra nhiều khí độc như NO2, CO và lượng
phát thải CO2 thấp hơn xăng và dầu diesel. Ngoài ra khí thiên nhiên dễ phát tán,
không tích tụ như hơi xăng khi bị rò rỉ ra môi trường không khí, hạn chế nguy cơ
cháy nổ, chúng cũng không gây đóng cặn tại bộ chế hòa khí của các phương tiện
nên kéo dài được chu kỳ bảo dưỡng động cơ, khi cháy không tạo màng... và hầu
như không phát sinh bụi. Thông thường, khí thiên nhiên được tồn trữ dưới hai dạng:
khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas-CNG) với áp suất nén tới 250 atm và
khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefied Natural Gas- LNG) ở nhiệt độ -1610C và áp
suất 5-6 atm.

Bên cạnh việc không gây ô nhiễm môi trường, khí thiên nhiên, đặc biệt là
CNG còn có lợi thế giá thành hiện nay khá thấp, rẻ hơn khoảng 25% so với xăng và
10% so với diesel 60% dầu diesel. CNG đã đư ợc sử dụng phổ biến làm nhiên liệu
cho ô tô và làm chất đốt công nghiệp ở Nam Mỹ, Bắc Mỹ và nhiều nước trên thế
giới như New Zealand, Ấn Độ, Pakistan, Trung Quốc, Hàn Quốc, Malaysia,
Indonesia, Thái Lan...
1.2.4. Khí sinh học (Biogas)
Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khác có
được từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ trong môi trường yếm khí. Thành phần
chính của Biogas là CH4 (50-60%) và CO2 (>30%) còn lại là các chất khác như hơi
nước N2, O2, H2S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ
nhiệt độ từ 20-40ºC, nhiệt trị thấp của CH4 là 37,71.103 KJ/m3, do đó có thể sử
dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.
Để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý biogas trước khi sử dụng vì
H2S trong biogas có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sản phẩm cháy của nó là
17


SOx cũng là một khí rất độc. Hơi nước trong biogas có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh
hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không
khí/nhiên liệu của biogas.
1.2.5. Hydro
Hydro được coi là nguồn năng lượng vô tận do nó được sản xuất từ nước và
năng lượng mặt trời (ánh nắng mặt trời), vì vậy hydro thu được còn gọi hydro nhờ
năng lượng mặt trời (solar hydrogen).
Hydro được sử dụng để sản xuất điện thay nhiên liệu hóa thạch, thực hiện
trong các pin nhiên liệu (fuel cell). Pin nhiên liệu hoạt động theo nguyên lý ngược
với quá trình sản xuất hydro, nghĩa là n ếu với nguyên liệu là nước, khi được cung
cấp một năng lượng cần thiết sẽ xảy ra quá trình tạo ra hydro và oxy, thì ngược lại,
nếu cho hydro và oxy kết hợp lại trong điều kiện nhất định sẽ thu được nước và một

năng lượng tương ứng, đó là điện năng.
Từ năm 1960, Công ty General Electric đã s ản xuất hệ thống cung cấp điện
bằng pin nhiên liệu hydro cho tàu Apollo của NASA, sau đó sử dụng cho tàu
Apollo-Soyuz, Skylab và các tàu con thoi. Hiện nay đã có nhiều mẫu xe chạy bằng
hydro (hydrogen car) và xe kết hợp giữa động cơ đốt trong bằng hydro và động cơ
điện có tên gọi xe ghép lai (Hybrid car) được gọi chung là dòng xe hoàn toàn không
có khí xả (Zero Emission Vehicle – ZEV) và chạy được khoảng 4.000km chỉ bằng
nhiên liệu hydro.
1.2.6. Nhiên liệu Dimethyl Ether (DME)
Dimethyl Ether (DME) là hợp chất hữu cơ không màu, có công thức hóa học
là CH3-O-CH3, DME tồn tại ở thể khí dưới áp suất và nhiệt độ môi trường. Giống
như LPG, để tăng lượng năng lượng dự trữ trên đơn vị thể tích bình chứa, DME
thường được tồn chứa dưới dạng lỏng trong bình có áp suất từ 7 đến 10 bar. DME ở
thể khí có khối lượng riêng lớn hơn không khí nhưng khi ở thể lỏng khối lượng
riêng của DME chỉ bằng 2/3 so với nước.
DME là loại nhiên liệu có khả năng tái tạo, được sản xuất từ nhiều nguồn

18


nguyên liệu sẵn có như sinh khối, than đá, khí thiên nhiên.
Sử dụng DME làm nhiên liệu cho động cơ diesel có nhiều ưu điểm như trị số
cetan cao, nhiệt độ tự cháy thấp, dễ bay hơi, quá trình cháy ít muội do phân tử DME
có chứa ô xy và không có mối liên kết C-C, phát thải NOx và SOx thấp. Tuy
nhiên, DME có độ nhớt thấp và tính bôi trơn kém nên hệ thống phun nhiên liệu cần
được thay đổi phù hợp với tính chất này.
Việt Nam có nhiều nguồn nguyên liệu phù hợp cho sản xuất chế biến DME
nhưng đến nay chưa được quan tâm nhiều. Vì vậy, cần có những nghiên cứu trong
sản xuất DME cũng như nghiên cứu ứng dụng DME làm nhiên liệu cho động cơ
diesel tại Việt Nam.

1.3. Nhiên liệu cồn ethanol
Trong đề tài luận văn này, tác giả sử dụng cồn ethanol để pha vào nhiên liệu
diesel truyền thống nên từ mục 1.3 từ “cồn” được hiểu là ethanol.
1.3.1. Quy trình sản xuất cồn
Cồn được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên có 3
phương pháp phổ biến được áp dụng gồm:
1.3.1.1. Lên men
Nguyên liệu để sản xuất cồn bằng phương pháp lên men chủ yếu là các loại
cây trồng chứa đường và các loại ngũ cốc. Các nguyên liệu đầu tiên được xay,
nghiền thành dạng bột nhão rồi được nấu và thủy phân bằng enzyme để phân hủy
chúng thành đường đơn giản. Nếu thủy phân bằng axit thì phải trộn axit vào nguyên
liệu bột nhão trước khi nấu. Tiếp theo, nguyên liệu được lên men bằng một số
chủng men ancol. Sau quá trình lên men, sản phẩm tạo ra sẽ được chưng cất thành
cồn và tách nước (làm khan) để thu được cồn tuyệt đối (99,5÷99,7%).

19


Nguyên liệu chứa tinh bột

Nguyên liệu chứa đường

Tách tạp chất, nghiền

Đường hóa

Enzyme đường hóa

Dịch đường

Lên men

Chưng cất

Tách nước

Cồn tuyệt đối
Hình 1.1. Các công đoạn chính của sản xuất cồn bằng phương pháp lên men
1.3.1.2. Chuyển hóa cellulose
Nguyên liệu để sản xuất cồn bằng phương pháp này là các loại gỗ, rơm rạ có
chứa cellulose.Cũng giống như từ tinh bột hay rỉ đường. Nó bao gồm các bước cơ
bản sau:
- Xử lí nguyên liệu.
- Đường hoá và lên men.
- Tinh chế sản phẩm (chưng cất, tách nước).
Quá trình chuyển hóa hỗn hợp cellulose thành cồn chỉ khác với quá trình lên
men tinh bột ở chỗ xử lý nguyên liệu thành đường đơn để cho quá trình lên men tiếp
theo.
1.3.1.3. Hydrat hóa etylen
Nguyên liệu để sản xuất cồn theo phương pháp này là dầu mỏ thông qua việc
hyđrat hóa êtylen bằng xúc tác axít. Cho êtylen kết hợp với nước ở 3000C, áp suất
70-80 atm với chất xúc tác thông thường là axít phốtphoric hoặc axít sulfuric đậm
20


đặc để tạo ra êtyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành cồn và tái tạo
axít sulfuric. Các phương trình ph ản ứng đặc trưng:
H2C=CH2 + H2O → CH3CH2OH
H2C=CH2 + H2SO4 → CH3CH2OSO3H
CH3CH2OSO3H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4

Ngoài ra, các chất xúc tác khác có thể sử dụng là các loại ôxít kim loại khác
nhau ở dạng rắn.
1.3.2. Làm khan cồn
Cồn thông thường sau khi chưng cất có hàm lượng nước tương đối lớn làm
nồng độ cồn ≤96% 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 đ ộng cơ.
Vì vậy, để có độ cồn cao người ta phải sử dụng các biện pháp tách nước ra khỏi cồn
(còn gọi là làm khan cồn). Do cồn tạo hỗn hợp đẳng phí với nước nên ta không thể
tách phần nước còn lại này khỏi cồn bằng phương pháp chưng cất thông thường mà
dùng các phương pháp sau:
+ Phương pháp chưng cất chân không: Tiến hành ở áp suất chân không để
phá vỡ điểm đẳng phí của hỗn hợp cồn-nước. Dưới áp suất chân không, hỗn hợp
cồn-nước có những điểm đẳng phí khác nhau.

Cồn 99,56%
100
mmHg
Hỗn hợp đẳng phí
Cồn + Nước

33,350C

Nước

Hình 1.2. Làm khan cồn bằng phương pháp chưng cất chân không

21


Áp suất chân không sẽ phá vỡ điểm đẳng phí của hỗn hợp cồn-nước do ở áp

suất này lực hút giữa các phân tử yếu đi và số lần va chạm giữa chúng giảm, làm
khoảng cách chạy tự do của các phân tử tăng lên rất nhiều. Trên cơ sở đó, nếu làm
khoảng cách giữa bề mặt bốc hơi và bề mặt ngưng tụ nhỏ hơn khoảng cách chạy tự
do của các phân tử, thì khoảng cách phân tử của các cấu tử dễ bay hơi khi rời khỏi
bề mặt bốc hơi sẽ va đập vào bề mặt ngưng tụ và ngưng tụ ở đó.
Tuy nhiên phương pháp này ít tính khả thi vì chi phí lắp đặt và vận hành khá
lớn sẽ đẩy giá cồn khan tăng cao.
+ 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, cồn có nhiệt
độ sôi thấp hơn hỗn hợp đẳng phí ban đầu. Nhờ vậy có thể tách nước khỏi cồn.
+ Phương pháp dùng các chất hút ẩm: Phương pháp này dựa vào tính háo
nước của Na2SO4, CaSO4, CaCO3, CuSO4 khan. Khi ta cho các chất này vào trong
hỗn hợp cồn – nước thì chất hút ẩm sẽ hút nước trong cồn, nồng độ cồn thu được sẽ
cao hơn nhưng chỉ đạt khoảng 98% và hiệu suất thu hồi cồn không cao. Sau khi hấp
phụ nước chúng sẽ được đun nóng để tái sinh chất hấp thụ. Phương pháp này cho
hiệu suất thu cồn thấp (từ 60÷65% so với nguyên liệu ban đầu) nên không thích hợp
trong việc sản xuất cồn khan với quy mô lớn.
+ Phương pháp bốc hơi thẩm thấu qua màng: Phương pháp này dựa trên
nguyên tắc sử dụng màng composit có khả năng hút nước cao và khả năng thẩm
thấu ngược để tách nước khỏi cồn. Màng này chỉ cho nước và 1 lượng rất ít cồn đi
qua. Như vậy khi cho cồn công nghiệp chảy qua màng thì ta đư ợc 2 dòng: dòng cồn
khan và dòng cồn có hàm lượng thấp. Dòng cồn có hàm lượng thấp sẽ được chưng
cất để thu hồi cồn. Tuy nhiên theo công nghệ này thì màng thẩm thấu dễ bị phá hủy
và phải thay nhiều lần, chu kỳ làm việc ngắn, giá thành cồn cao.
+ Phương pháp hấp phụ rây phân tử: Đây là một công nghệ mới, hiện đại
gắn liền với sự ra đời và phát triển của công nghệ sản xuất Zeolit (vật liệu xốp).

22

Nguyên tắc của công nghệ này là dựa vào khả năng hấp phụ chọn lọc của
Zeolit chỉ hấp phụ nước và 1 ít cồn với kích thước của lỗ mao quản là 3Angstrom
(loại 3A). Nước có kích thước lỗ mao quản 2,5A0 nên bị hấp phụ. Cồn có kích
thước lỗ mao quản 4A0 nên không bị hấp phụ. Hấp phụ xong chúng sẽ được tái sinh
bằng cách giảm áp, hơi nước thoát ra ngoài.
1.3.3. Tình hình sản xuất cồn trên thế giới và Việt Nam
a) Tình hình sản xuất cồn trên thế giới
Cồn được sử dụng làm nhiên liệu động cơ đốt trong từ năm 1860 do nhà
khoa học Nicolas August Otto (Đức) khám phá. Đến sau năm 1930 thì Mỹ, Braxin,
Anh, Pháp, Đức, Ý, Thuỵ Điển… đã b ắt đầu sử dụng cồn thay thế xăng. Nhưng trào
lưu này thực sự bùng nổ vào những năm 1970 khi nguồn nhiên liệu chính là dầu mỏ
bị khủng hoảng nguồn cung.
Braxin là quốc gia đi đầu trên thế giới trong việc sản xuất cồn nhiên liệu từ
mật rỉ trong năm 2004 và đến cuối năm 2007, Braxin đã sản xuất được 20.5 tỷ lít,
chiếm 34% sản lượng cồn toàn thế giới. Nhóm các nước nhập khẩu cồn nhiên liệu
từ Braxin là Mỹ, Ấn Độ, Hàn Quốc , Nhật Bản, Thụy Điển và Hà Lan. Brazil là
nước đi đầu với chương trình quốc gia ủng hộ xăng pha cồn từ năm 1975, sử dụng
cồn sản xuất từ mía để pha vào xăng với tỉ lệ đến 20%, thậm chí có thể lên tới 3040% dùng trong ngành vận tải.
Năm 2006, Mỹ đã vư ợt qua Braxin trở thành quốc gia lớn nhất thế giới về
sản xuất cồn nhiên liệu, chiếm 37% sản lượng toàn thế giới. Theo chương trình phát
triển năng lượng quốc gia, Mỹ sẽ sản xuất 25.7 tỷ lít cồn vào năm 2010. Nguồn
nhiên liệu chính để sản xuất cồn nhiên liệu tại Mỹ là ngô. Mỹ bắt đầu thử nghiệm sử
dụng xăng pha cồn từ năm 1976 sau đợt khủng hoảng năng lượng năm 1973. Từ
năm 1978, Mỹ đã công nhận lợi ích của cồn trong nhiên liệu và dùng biện pháp
giảm thuế đối với xăng pha cồn nhằm khuyến khích phát triển thị trường nhiên liệu
này.
Với EU, sản lượng cồn năm 2006 của EU là 341.250.000 lít, trong đó Pháp
là quốc gia sản xuất cồn nhiên liệu lớn nhất châu Âu (114 triệu lít, chiếm 33%), Tây

23


Ban Nha 47.8 triệu lít (chiếm 14%) và Đức 44.4 triệu lít (chiếm 13%) và gasohol
hay còn đư ợc gọi là xăng sinh học hoặc pha cồn đã đư ợc sử dụng trong nhiều năm
qua tại các nước EU và hiện nay tỉ lệ cồn pha vào xăng bắt buộc tối thiểu là 10%.
Ở châu Á, Trung Quốc là nước sản xuất cồn lớn nhất. Năm 2005, tổng sản
lượng cồn của quốc gia này xấp xỉ 3.8 tỷ lít (trong đó 1.3 tỷ lít là cồn nhiên liệu),
chiếm gần 8% sản lượng toàn thế giới. Bắt đầu từ năm 2010, Chính phủ Trung
Quốc đã gi ảm thuế nhập khẩu cồn xuống còn 5%. Mục tiêu Chính phủ Trung Quốc
đề ra là năm 2010 sẽ pha 2 triệu tấn cồn vào xăng và đến năm 2020 sẽ pha 10 triệu
tấn, một nỗ lực để giảm hiệu ứng nhà kính của trái đất.
Ở Đông Nam Á, Thái Lan là nước đi tiên phong trong việc sản xuất cồn
nhiên liệu. Năm 2007, Thái Lan có 9 nhà máy sản xuất cồn nhiên liệu với tổng công
suất gần 400 triệu lít/năm. Thái Lan cũng đề ra mục tiêu năng lượng tái tạo đạt 20%
trên tổng năng lượng tiêu thụ vào năm 2022. Đến năm 2004, nước này đã sản xuất
trên 280.000 m3 cồn, đầu tư xây dựng thêm 20 nhà máy để năm 2015 có trên 2,5
triệu m3 cồn dùng làm nhiên liệu.
Tại Philippines, chính phủ đã ban hành Luật “Nhiên liệu sinh học” từ năm
2006 với mục tiêu giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Hiện nay, việc sản
xuất B2 và E5 là bắt buộc đối với các nhà sản xuất, phân phối nhiên liệu ở
Philippines.
Bảng 1.1. Sản xuất cồn trên thế giới (triệu tấn)
Năm

2006

2007

Châu Âu

1,627

1,882

Châu Phi

0

55

2008

2009

2010

2011

2012

2,855

3,645

4,254

4,429

4,937

65

100

130

150

235

Nước

Bắc, Trung Mỹ 18,716

25,271 35,946

42,141

51,584

54,765 54,580

Nam Mỹ

16,969

20,275 24,456

24,275

25,964

21,637 21,335

Châu Á

1,940

2,142

2,927

3,115

3,520

2,753

(Báo điện tử Petrotimes,ngày 30/6/2012)

24

3,965


b) Tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam
Tính đến tháng 12 năm 2012, Việt Nam hiện có 6 nhà máy sản xuất cồn Cồn
phục vụ pha chế xăng sinh học trên cả nước với công suất từ 65 triệu lít/năm tới 130
triệu lít/năm và như vậy tính đến cuối năm 2012, năng lực sản xuất cồn nhiên liệu

của cả nước đạt khoảng 535 triệu lít/năm (báo năng lượng Việt Nam online ngày
09/7/2013- />Hiện nay, Việt Nam mới chỉ xếp thứ 60 trên bản đồ nhiên liệu sinh học của
thế giới, trong khi các nước đã phát triển xăng sinh học từ thập niên 70-80 của thế
kỷ trước và các sản phẩm của các công ty này được tiêu thụ trong nước khoảng 20%
để phối trộn xăng E5 và bán theo hệ thống phân phối của Tập đoàn Dầu khí Việt
Nam (PVN) và Công ty Sài Gòn Petro. Phần còn lại khoảng 80% sản lượng sản
xuất được xuất khẩu cho các nước như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Philippine ở dạng
99,5% và 96% cồn.
Với hy vọng cồn sẽ thay thế một phần nhiên liệu sử dụng trong nước, giảm
thiểu ô nhiễm môi trường, cải thiện được tình trạng phụ thuộc vào nhiên liệu nhập
khẩu, tạo công ăn việc làm cho nông dân tại các vùng nhiên liệu… thế nhưng việc
đưa nhiên liệu cồn ra thị trường còn nhiều trở ngại, lượng tiêu thụ trong thời gian
qua ở mức rất thấp. Để có thể duy trì hoạt động, các doanh nghiệp sản xuất cồn Việt
Nam đang phải tìm đư ờng xuất khẩu.
Về nguồn nguyên liệu sản xuất cồn, nước ta không gặp bất lợi khi có vùng
trồng mía, lương thực và các cây lấy dầu khá lớn. Hiện các nhà máy đường trong
nước đều có phân xưởng sản xuất cồn và CO2 từ rỉ đường. Vấn đề lúc này là làm
sao nâng cao độ tinh khiết trước khi có thể dùng chúng làm nhiên liệu.
Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng (Bộ Khoa học và Công nghệ) đã
ban hành yêu cầu kỹ thuật đối với cồn nhiên liệu biến tính (TCVN7716 : 2007)
dùng để pha chế xăng sinh học; Chính phủ cũng đã ký phê duy ệt "Đề án phát triển
nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn ñến năm 2025". Theo đó, đến năm

25