Nghiên cứu ảnh hưởng của xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn tới tính năng động cơ ô tô phun xăng điện tử

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 04 năm 2015
Học viên

Hoàng Văn Biên


LỜI CẢM ƠN
Với tư cách là tác giả của bài luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và
chân thành đến thầy giáo TS.Phạm Hữu Tuyến, người đã hướng dẫn tôi tận tình chu
đáo về chuyên môn để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này.
Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Bộ môn Động Cơ Đốt
Trong, Viện Cơ Khí Động Lực và Viện Đào Tạo sau Đại học, Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tạo điều kiện về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học
tập và làm luận văn.
Cuối cùng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành tới gia đình, bạn
bè và đồng nghiệp, những người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong thời
gian tôi học tập và làm luận văn.
Hà Nội, tháng 04 năm 2015
Học viên

Hoàng Văn Biên


MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................................. 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU..................................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................................... 7

LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ........................................................................ 3
I. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................3
II. Các đề tài nghiên cứu liên quan ..........................................................................3
III. Mục đích của đề tài, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. ...................4
IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...........................................................................4
V. Các nội dung chính của luận văn ........................................................................4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XĂNG SINH HỌC SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG ....................................................................................................................................... 6
1.1. Tổng quan về nhiên liệu thay thế. .....................................................................6
1.1.1 Sự cần thiết phải sử dụng nhiên liệu thay thế. ............................................6
1.1.2. Một số dạng nhiên liệu thay thế thƣờng dùng ............................................8
1.2. Nhiên liệu xăng sinh học dùng cho động cơ đốt trong ...................................12
1.2.1.Cồn ethanol sinh học . ...............................................................................12
1.2.2. Nguồn gốc, tính chất nhiên liệu xăng sinh học. .......................................17
1.3. Một số nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng về sử dụng xăng sinh học đến tính
năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ đốt trong. ....................................22
1.3.1. Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của hỗn hợp nhiên liệu xăng-ethanol
đến tính năng phát thải của động cơ 4 thì đánh lửa cƣỡng bức. .......................22
1.3.2. Đánh giá giảm phát thải ở động cơ SI khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu
xăng-ethanol trên piston có dùng lớp vật liệu phủ.............................................23
1.3.3. Đánh giá ảnh hƣởng của hỗn hợp nhiên liệu xăng không chì pha trộn với
ethanol đến công suất và khí thải của động cơ đánh lửa cƣỡng bức. ................27
1.4. Phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt FFV. ..............................................29
1.4.1. Khái niệm về phƣơng tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt. .........................29


1.4.2. Những yêu cầu về tính năng đối với xe sử dụng nhiên liệu linh hoạt. .....30
1.4.3. Triển vọng phát triển xe FFV. ..................................................................31
Kết luận chƣơng 1 .................................................................................................................. 32

CHƢƠNG 2: QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ HÌNH THÀNH PHÁT THẢI TRONG ĐỘNG CƠ
ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC. ..................................... 33
2.1. Quá trình cháy của động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng pha ethanol.33
2.1.1 .Diễn biến cháy và các thông số đặc trƣng của quá trình cháy trong động
cơ đốt trong. .......................................................................................................33
2.1.2. Quá trình cháy trong động cơ khi sử dụng xăng pha ethanol. .................34
2.2. Quá trình hình thành phát thải trong động cơ khi sử dụng xăng pha ethanol.37
2.2.1. Cơ chế hình thành oxit nitơ (NOx)............................................................38
2.2.2. Cơ chế hình thành Hydrocarbon (HC).....................................................41
2.2.3. Cơ chế hình thành monoxit carbon (CO) . ...............................................43
2.3. Ảnh hưởng của các thông số làm việc tới tính năng động cơ đốt cháy cưỡng
bức..........................................................................................................................44
2.3.1. Ảnh hƣởng của tỷ số nén. .........................................................................44
2.3.2. Ảnh hƣởng của kết cấu buồng đốt và vị trí đặt bugi. ...............................44
2.3.3 Ảnh hƣởng của loại nhiên liệu. .................................................................45
2.3.4 Ảnh hƣởng của góc đánh lửa sớm. ............................................................46
2.3.5. Ảnh hƣởng của tốc độ quay n. ..................................................................47
2.3.6. Ảnh hƣởng của hệ số dƣ lƣợng không khí. ...............................................47
Kết luận chƣơng 2 .................................................................................................................. 48
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA XĂNG SINH HỌC
CÓ TỶ LỆ CỒN LỚN ĐẾN TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ Ô TÔ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ. . 49
3.1. Mục đích thử nghiệm ......................................................................................49
3.2. Đối tượng thử nghiệm .....................................................................................49
3.2.1. Nhiên liệu sử dụng trong thử nghiệm. ......................................................49
3.2.2. Động cơ sử dụng trong thử nghiệm. .........................................................50
3.3. Chế độ thử nghiệm ..........................................................................................51


3.4. Thiết bị thử nghiệm.........................................................................................51
3.4.1. Sơ đồ hệ thống thử nghiệm. ......................................................................51

3.4.2. Các thiết bị thử nghiệm khác. ...................................................................52
3.5. Kết quả thử nghiệm trên động cơ khi sử dụng các nhiên liệu trộn ở các chế độ
làm việc là 40% tay ga, và 100% tay ga. ...............................................................58
3.5.1. Ảnh hƣởng của nhiên liệu xăng sinh học đến tính năng kinh tế và kỹ thuật
của động cơ. .......................................................................................................58
3.5.2. Ảnh hƣởng của nhiên liệu xăng sinh học đến phát thải khí thải của động cơ.65
3.5.3. Ảnh hƣởng của nhiên liệu xăng sinh học đến diễn biến áp suất trong xy
lanh. ....................................................................................................................73
Kết Luận chƣơng 3 ................................................................................................................ 75
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ....................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 77


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1.Tính chất vật lý của ethanol. .................................................................................. 13
Bảng 1.2.Tình hình sản xuất ethanol trên thế giới tính đến năm 2012 .............................. 16
Bảng 1.3.Các chỉ tiêu chất lƣợng của ethanol dùng để pha với xăng ............................... 18
Bảng 1.4.Tính chất của xăng nguyên chất [5]. .................................................................... 19
Bảng 1.5. So sánh thuộc tính của xăng nguyên chất và một số xăng sinh học điển hình. 21
Bảng 1.6. Thành phần thể tích mẫu thử ................................................................................ 24
Bảng 1.7. Tính chất của các nhiên liệu thử nghiệm ............................................................. 24
E 
 .................. 39
 T 

Bảng2.1. Chuỗi phản ứng hình thành NOx. Hệ số tốc độ k  AT B exp 

Bảng 3.1. Tính chất của nhiên liệu thử nghiệm .................................................................... 50
Bảng 3.2. Bảng thông số kỹ thuật động cơ TOYOTA 1NZ-FE [19] .................................. 50

Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm động cơ ở 100% tay ga ........................................................ 59
Bảng 3.4. Kết quả thử nghiệm động cơ ở 40% tay ga ......................................................... 61
Bảng 3.5. Kết quả thử nghiệm khí thải của động cơ ............................................................ 63
Bảng 3.6 Kết quả đo phát thải khí CO ở 100% tay ga. ....................................................... 65
Bảng 3.7. Kết quả đo phát thải khí HC ở 100% tay ga. ...................................................... 66
Bảng 3.8. Kết quả đo phát thải khí CO2 ở 100% tay ga. .................................................... 67
Bảng 3.9. Kết quả đo phát thải khí NOx ở 100% tay ga. .................................................... 68
Bảng 3.10. Kết quả đo phát thải khí thải CO tại 40% tay ga. ............................................ 69
Bảng 3.11. Kết quả đo phát thải khí thải HC tại 40% tay ga. ............................................ 70
Bảng 3.12. Kết quả đo phát thải khí thải CO2 tại 40% tay ga. .......................................... 71
Bảng 3.13. Kết quả đo phát thải khí thải NOx tại 40% tay ga. .......................................... 71


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phát thải NOx của động cơ với các dạng nhiên liệu. ......................................... 22
Hình 1.2. Phát thải CO của động cơ với các dạng nhiên liệu. ........................................... 22
Hình 1.3. Phát thải CO2 của động cơ với các dạng nhiên liệu. ......................................... 23
Hình 1.4. Kết quả thát thải CO2 đối với các nhiên liệu ...................................................... 24
Hình 1.5. Kết quả thát thải HC đối với các nhiên liệu......................................................... 25
Hình 1.6. Kết quả thát thải NOx đối với các nhiên liệu....................................................... 25
Hình 1.7. Kết quả thát thải CO đối với các nhiên liệu......................................................... 26
Hình 1.8.Ảnh hƣởng của việc thêm ethanol đến suất tiêu thụ nhiên liệu. ......................... 27
Hình 1.9.Ảnh hƣởng của việc thêm ethanol đến tỷ lệ hòa trộn không khí-nhiên liệu....... 28
Hình 1.10.Ảnh hƣởng của việc thêm ethanol đến công suất............................................... 28
Hình 1.11.Ảnh hƣởng của việc thêm ethanol đến momen................................................... 29
Hình 1.12.Số lƣợng xe FFV đƣợc sản xuất trên thế giới tính đến 2010. ........................... 31
Hình 2.1 Quá trình cháy trong động cơ đốt cháy cƣỡng bức. ............................................ 33
Hình 2.2. Sơ đồ lan truyền màng lửa trong động cơ đánh lửa cƣỡng bức....................... 34
Hình 2.3. Trị số Octan của nhiên liệu xăng pha ethanol.................................................... 35
Hình 2.4. Nhiệt trị thấp của nhiên liệu xăng pha ethanol. ................................................. 36

Hình 2.5. Biến thiên nồng độ NOx, HC, CO theo hệ số dƣ lƣợng không khí. ................... 38
Hình 2.6. Ảnh hƣởng của kết cấu buồng đốt và vị trí buji đến diễn biến quá trình cháy [18]
................................................................................................................................................... 45
Hình 2.7. Ảnh hƣởng của góc đánh lửa sớm đến quá trình cháy trên động cơ xăng. ...... 46
Hình 3.1. Sơ đồ bố trí thiết bị băng thử động cơ nhiều xy lanh. ......................................... 52
Hình 3.2. Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NO và NOx. ....................................................... 53
Hình 3.3. Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO. ..................................................................... 55
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động cân nhiên liệu AVL Fuel Balancer 733S ............... 57
Hình 3.5. Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 ....................................................................... 58
Hình 3.6. Công suất của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu ở 100% tay ga................... 59
Hình 3.7. Mômen của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu ở 100% tay ga. ...................... 60


Hình 3.8. Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu ở 100% tay ga.
................................................................................................................................................... 60
Hình 3.9. Công suất của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu ở 40% tay ga. .................... 61
Hình 3.10. Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu ở 100% tay
ga............................................................................................................................................... 62
Bảng 3.5. Kết quả thử nghiệm khí thải của động cơ ............................................................ 63
Hình 3.11. Nhiệt độ khí thải của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 100% tay ga. 64
Hình 3.12. Nhiệt độ khí thải của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 40% tay ga. 65
Hình 3.13. Phát thải CO của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 100% tay ga. ........ 66
Hình 3.14. Phát thải HC của động cơ khi sử dụng nhiên liệu tại 100% tay ga. ............... 67
Hình 3.15. Phát thải CO2 của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 100% tay ga. ...... 68
Hình 3.16. Phát thải NOx của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 100% tay ga. ...... 69
Hình 3.17. Phát thải CO của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 40% tay ga. .......... 70
Hình 3.18. Phát thải HC của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 40% tay ga. .......... 72
Hình 3.19. Phát thải CO2 của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 40% tay ga. ........ 72
Hình 3.20. Phát thải NOx của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 40% tay ga. ........ 73
Hình 3.21. Diễn biến áp suất trong xylanh động cơ khi sử dụng nhiên liệu E0, E10, E30

và E100. .................................................................................................................................... 74


LỜI NÓI ĐẦU
Trong xã hội hiện đại môi trường sống đang ngày một bị hủy hoại với tốc độ
diễn ra ngày càng nhanh hơn. Những tác động đó có thể có nhiều nguyên nhân khác
nhau, nhưng nhu cầu sinh hoạt, hoạt động sản xuất của con người là nguyên nhân
chính dẫn đến hiện tượng này. Một trong số đó là nguồn ô nhiễm khí thải từ động
cơ của các phương tiện giao thông vận tải. Do vậy với các cơ quan tổ chức cũng
như các nhà sản xuất động cơ đốt trong thì ngoài việc nâng cao đặc tính của động
cơ như công suất, mức tiêu thụ nhiên liệu, độ ổn định…thì việc giảm lượng khí phát
thải độc hại ra môi trường cũng đang được đặc biệt coi trọng. Việc cắt giảm phát
thải khí thải đang được đầu tư nghiên cứu mạnh mẽ hơn bao giờ hết, từ việc thay
đổi kết cấu động cơ, xử lý khí thải sau khi đi ra khỏi động cơ đến việc thay thế
nguồn nhiên liệu được sử dụng trong động cơ đốt trong. Tìm nguồn nhiên liệu thay
thế cho nhiên liệu hóa thạch đang trở nên cấp bách trong tình trạng nguồn nhiên liệu
hóa thạch đang ngày một cạn kiệt trong tương lai gần. Nhiên liệu sinh học đã thu
hút được sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học trên thế giới, không những đem
lại lợi ích về an ninh năng lượng mà còn đáp ứng được những yêu cầu cao hơn so
với nhiên liệu hóa thạch về vấn đề môi trường sống trên trái đất. Trong số đó xăng
sinh học là loại nhiên liệu đáp ứng tốt cả về mặt tính năng kỹ thuật của động cơ,
thân thiện với môi trường và có khả năng tái tạo.
Không nằm ngoài xu thế tất yếu đó, Việt Nam cũng đã có rất nhiều đề tài
nghiên cứu đánh giá, tổng hợp về xăng sinh học. Nhận thấy được tiềm năng phát
triển to lớn mà nhiên liệu xăng sinh học đem lại cho nền kinh tế, môi trường và sức
khỏe dân sinh. Năm 2007 thủ tướng chính phủ đã phê duyệt quyết định số
177/2007/QĐ-TTg phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015,
tầm nhìn 2025”.
Chính những vấn đề thực tiễn trên nên em chọn đề tài “ Nghiên cứu ảnh
hƣởng của xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn tới tính năng động cơ ô tô phun xăng

điện tử ”.

1


Dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo TS. Phạm Hữu Tuyến cùng với
sự hỗ trợ của các thầy cô trong Bộ môn và Phòng thí nghiệm Động cơ Đốt trong
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành luận
văn này. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức và trình độ hiểu biết có giới hạn
nên em thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự chỉ bảo và đóng
góp của quý thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 22 tháng 04 năm 2015.
Học viên thực hiện

Hoàng Văn Biên

2


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
I. Lý do chọn đề tài
Với mật độ giao thông dày đặc như hiện nay đặc biệt là ở các thành phố lớn
như Hà Nội, Hồ Chí Minh...lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường không khí từ
giao thông vận tải đang có xu hướng gia tăng. Nhiều phương tiện đã qua nhiều năm
sử dụng nên chất lượng kỹ thuật đã giảm nhiều, mức tiêu thụ nhiên liệu cũng như
nồng độ các chất độc hại trong khí thải cao. Vì vậy ở các thành phố lớn nói riêng và
trên quy mô toàn quốc vấn đề giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường sống
do khí thải của các phương tiện giao thông gây ra là một trong những vấn đề được
Đảng, Nhà nước, Chính phủ và cả xã hội quan tâm.

Sử dụng xăng sinh học là một giải pháp hữu hiệu cho vấn đề trên. Xăng sinh
học là một hỗn hợp của xăng khoáng và cồn ethanol sinh học theo tỷ lệ nhất định.
Cồn ethanol sinh học có nguồn gốc từ thực vật như ngô, sắn, mía và biomass nói
chung, do vậy đây là nhiên liệu có khả năng tái tạo. Xăng E5 hiện nay đã được sử
dụng tương đối phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Xăng E10 cũng đã được nghiên
cứu khá chi tiết trên động cơ sử dụng chế hòa khí ở Việt Nam. Nhằm tiếp tục
nghiên cứu khả năng ứng dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn trên những loại động
cơ khác nhau, em chọn đề tài “ Nghiên cứu ảnh hƣởng của xăng sinh học có tỷ lệ
cồn lớn tới tính năng động cơ ô tô phun xăng điện tử ”. Đề tài được nghiên cứu
nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của nhiên liệu E10, E30, E100 đến công suất, suất tiêu
thụ nhiên liệu và phát thải của động cơ phun xăng điện tử truyền thống. Kết quả của
đề tài có ý nghĩa thực tiễn đối với các nhà sản xuất động cơ, sản xuất và chế biến
nhiên liệu, người tiêu dùng. Đồng thời góp cơ sở khoa học cho các chính sách về
phát triển nhiên liệu sinh học tại Việt Nam.
II. Các đề tài nghiên cứu liên quan
Vấn đề nghiên cứu sử dụng nhiên liệu xăng sinh học trên động cơ ô tô đã
được thực hiện nhiều trên thế giới. Một số nghiên cứu điển hình như:
- Nghiên cứu “Những ảnh hưởng của xăng ethanol pha chì trong động cơ
một xi lanh đơn SI đến hiệu suất và xả khí thải động cơ” của Suat Saridemir.

3


- Nghiên cứu “Khí thải và Đặc tính cháy của động cơ SI làm việc với Xăng
Ethanol Pha trộn với các hợp chất oxy hóa hữu cơ” của Farha Tabassum Ansari và
Abhishek Prakash Verma.
- Các nghiên cứu thử nghiệm nhiên liệu xăng sinh học E5, E10, E20… trên
động cơ xăng thực hiện tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội.
Một số kết quả nghiên cứu liên quan được trình bày chi tiết hơn trong phần

Tổng quan.
III. Mục đích của đề tài, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Mục đích của đề tài: Nghiên cứu đánh giá sự thay đổi tính năng kinh tế kỹ
thuật và phát thải của động cơ ô tô phun xăng điện tử thông thường khi sử dụng
xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn trong trường hợp không thay đổi kết cấu và thông số
điều chỉnh của động cơ.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nhiên liệu A92 (E0), E10, E30 và E100
(các nhiên liệu pha trộn được pha chế từ xăng gốc A92 và ethanol nồng độ 99.5%).
Tiến hành nghiên cứu các tác động của các mẫu nhiên liệu này tới tính năng kinh tế,
kỹ thuật và phát thải của động cơ ô tô phun xăng điện tử thông thường.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài: nghiên cứu ảnh hưởng của các loại nhiên liệu
trên tới công suất, suất tiêu thụ nhiên liệu và phát thải động cơ Toyota 1NZ-FE.
IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Đánh giá định lượng ảnh hưởng của nhiên liệu E10,
E30, E100 đến tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ ô tô phun xăng
điện tử thông thường, qua đó định hướng những thay đổi cần thiết khi sử dụng các
loại nhiên liệu này trên động cơ ô tô phun xăng điện tử thông thường.
- Ý nghĩa thực tiễn: Thúc đẩy các nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu xăng
sinh học ở Việt Nam, góp phần thực hiện mục tiêu của Đề án Phát triển nhiên liệu
sinh học của chính phủ.
V. Các nội dung chính của luận văn
- Tổng quan về đề tài nghiên cứu.

4


- Nghiên cứu tổng quan về xăng sinh học.
- Quá trình cháy và hình thành phát thải trong động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử
dụng nhiên liệu xăng sinh học.
- Lắp đặt thử nghiệm động cơ ô tô phun xăng điện tử trên băng thử động cơ.

- Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới tính năng kinh
tế kỹ thuật và phát thải của động cơ.
- Kết luận và kiến nghị.

5


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XĂNG SINH HỌC SỬ DỤNG CHO ĐỘNG
CƠ ĐỐT TRONG
1.1.

Tổng quan về nhiên liệu thay thế

1.1.1 Sự cần thiết phải sử dụng nhiên liệu thay thế
Nhu cầu năng lượng của loài người đã hiện diện cách nay hàng trăm ngàn
năm trước khi con người đã biết dùng lửa trong hoạt động hàng ngày để nướng thịt,
xua đuổi thú dữ, đốt rừng làm nương rẫy. Năng lượng có vai trò quan trọng đối với
sự phát triển của kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng, an ninh kinh tế luôn gắn liền
với an ninh năng lượng của một quốc gia.
Vào thế kỷ 19, gỗ là nguồn năng lượng làm máy chạy bằng hơi nước phổ
thông trong ngành chuyên chở, giúp phát triển mạnh công nghiệp cơ giới. Sau đó,
con người chế tạo động cơ đốt trong cung cấp nguồn năng lượng cho đời sống hàng
ngày và thay thế dần những máy chạy bằng hơi nước. Khi tìm thấy nguồn nhiên liệu
trầm tích như than đá, dầu hỏa và khí đốt, con người tăng tốc sử dụng loại năng
lượng không tái tạo này để chạy máy nổ, chủ yếu trong ngành vận tải, nhiệt và điện
năng. Loại nhiên liệu thể lỏng (xăng, dầu) trở nên thông dụng hơn trong ngành
chuyển vận vì có tỉ trọng năng lượng cao, dễ sử dụng hơn loại nhiên liệu khí và rắn,
và từ đó nguồn năng lượng rắn được sử dụng giảm dần.Theo các chuyên gia kinh tế
thế giới trong khoảng 15 năm tới thì cung vẫn luôn thấp hơn cầu, chính vì nhu cầu
về xăng dầu và khí đốt không ngừng tăng như vậy đã làm cho giá dầu trên thế giới

tăng chóng mặt trong những năm gần đây. Ngoài ra nguồn năng lượng hóa thạch
này lại chủ yếu tập trung ở các khu vực luôn có tình hình chính trị bất ổn như Trung
Đông (nơi nắm giữ 2/3 trữ lượng dầu mỏ của thế giới), Trung Á, Trung Phi…Mỗi
một đợt khủng hoảng giá dầu xảy ra lại làm nay chuyển nền kinh tế thế giới, các
nước đang phát triển như Việt Nam cũng không thoát khỏi sự ảnh hưởng đó.
Vào cuối những năm 1990, giá dầu tăng vọt từ 30 USD/thùng lên 55
USD/thùng nhưng rất nhanh trở về mức bình thường 30 USD/thùng vào đầu năm
1991, nên chỉ xem là sự tăng đột biến, không ảnh hưởng lớn và trầm trọng như các
cuộc khủng hoảng trước. Bắt đầu từ sau 2004 giá dầu lại tăng liên tục và đều đặn.

6


Tháng 9/2003, giá dầu còn dưới 25 USD/thùng, tháng 8/2005 đã tăng lên gấp đôi,
trên 60 USD/thùng. Tháng 9/2007, giá dầu tăng trên 80 USD/thùng, đến tháng
10/2007, giá dầu tăng vọt lên 98.62 USD/thùng và hiện nay đang giữ mức trên 99
USD/thùng. Điều đáng quan tâm là giá dầu có thể tăng lên đến 100 USD/thùng
ngay trong tháng 12/2007, ngang với giá dầu xảy ra khủng hoảng năng lượng lần
thứ hai trước đây và có thể giá dầu sẽ không trở về mức cũ mà vẫn ở mức cao. Giá
dầu 60 USD/thùng đã là mức quá cao đủ gây tác động kinh tế toàn cầu nói chung,
làm suy thoái kinh tế và rối ren bất ổn xã hội, như thực tế những cuộc khủng hoảng
dầu mỏ trước đây đã cho thấy.
Cuộc khủng hoảng dầu mỏ lần thứ nhất năm 1973 chính là do các nước
OPEC chủ động ngưng sản xuất dầu và thực hành cấm vận, không cung cấp dầu cho
Mỹ và những nước phương Tây do đã ủng hộ Israel trong cuộc xung đột với Syrie
và Ai Cập, còn cuộc khủng hoảng dầu mỏ lần thứ hai là hậu quả của việc các cơ sở
sản xuất, khai thác dầu ở Iran bị phá hủy trong cuộc cách mạng Hồi giáo, tiếp sau là
cuộc xâm lấn của Iraq vào Iran năm 1980 đã làm việc sản xuất dầu ở cả Iran và Iraq
bị hoàn toàn đình trệ, không có dầu để cung cấp cho thế giới. Việc tăng đột ngột giá
dầu năm 1990 liên quan đến chiến tranh vùng Vịnh và xâm lấn của Iraq vào Kuwait

ngày 2/8/1990. Cuộc khủng hoảng dầu mỏ lần thứ ba này không gắn liền với các
cuộc chiến tranh, xung đột vũ trang như những lần trước mà nguyên nhân chính là
do nhu cầu tăng quá cao ở những nền kinh tế mới đang phát triển, có sự tăng trưởng
kinh tế mạnh và liên tục trong nhiều năm liền, trong đó 2/3 mức tăng lên là do nhu
cầu của hai nền kinh tế lớn là Trung Quốc và Ấn Độ, 1/3 còn lại là do nhu cầu của
các nền kinh tế đang phát triển trong thời kỳ hội nhập kinh tế toàn cầu. Những năm
gần đây, sự khác biệt giữa năng lực sản xuất và nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ đã thay đổi
rất nhanh làm phá vỡ cân bằng cung-cầu. Nếu giữa thập niên 80, khoảng cách này là
10 triệu thùng mỗi ngày, cuối thập niên 90 còn khoảng 2 triệu thùng/ngày, thì đến
nay, khoảng cách này không còn nữa, thậm chí là con số ngày càng âm. Hiện nay
trên thế giới mức sản xuất cao nhất khoảng 82 triệu thùng/ngày, đến nay mức khai
thác đang tiến đến đỉnh sản xuất và sau đó sẽ bắt đầu giảm sút khoảng 7% mỗi

7


năm. Theo báo cáo ngày 22-10-2007 của Văn phòng Tổ chức kiểm soát Năng lượng
Anh (EWG), sản lượng dầu mỏ thế giới đã lên đỉnh sản xuất vào năm 2006, sớm
hơn nhiều so với dự báo. Trong khi đó, năm 2007 nhu cầu tiêu thụ đã có thể xác
định là 86,1 triệu thùng/ngày, sang năm 2008 sẽ là 88 triệu thùng/ngày, năm 2012 là
95,8 triệu thùng/ngày và đến năm 2025, nhu cầu tiêu dùng của thế giới sẽ tăng lên
đến 118 triệu thùng/ngày! Cần lưu ý là tổng trữ lượng dầu mỏ có thể khai thác
(recoverable reserve) trên thế giới tính đến năm 2006 khoảng 1.300 tỷ thùng, nghĩa
là chỉ đủ dùng cho khoảng 30 năm nữa với mức tiêu thụ khoảng 80 triệu
thùng/ngày.
Việc sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch sẽ thải ra những chất thải
độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và môi trường sống, phát thải khí
gây hiệu ứng nhà kính làm biến đổi khí hậu, trái đất ấm dần lên, băng tan…Vì vậy,
để có thể giảm mức tiêu thụ dầu mỏ, né tránh được các cuộc khủng hoảng dầu mỏ,
ngoài việc tiết kiệm và sử dụng dầu mỏ hợp lý hơn, hiệu quả hơn, giải pháp căn cơ

là phải tìm những nguồn nhiên liệu thay thế mới và nhanh chóng đưa vào sử dụng
chúng, tăng dần mức độ thay thế đi đến thay thế hoàn toàn dầu mỏ theo một lộ trình
chặt chẽ. Nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong được xem như là một trong
những giải pháp quan trọng và nhận được sự quan tâm lớn của thế giới.
1.1.2. Một số dạng nhiên liệu thay thế thƣờng dùng
Nhiên liệu thay thế có thể được phân chia thành hai nhóm chính như sau:
+ Nhóm các nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch gồm: Xăng, diesel, dầu hỏa,
khí thiên nhiên (NG-Natural Gas), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG-Liquefied Petroleum
Gas), khí thiên nhiên hóa lỏng (GTL- Gas to liquid), than đá hóa lỏng (CTL-Coal to
liquid).
+ Nhóm các nhiên liệu có nguồn gốc tái tạo gồm: Khí sinh học (biogas),
Ethanol sinh học ( bio-ethanol)/methanol sinh học ( bio-methanol), hydro, dầu thực
vật (vegetable-oil) , diesel sinh học (bio-diesel hay FAME-Fatty Acid Methyl
Ester), dầu thực vật, mỡ động vật hydro hóa (HVO-Hydrotreating Vegetable Oil) và
sinh khối hóa lỏng ( BTL-Biomass To Liquid).

8


1.1.2.1.

Khí hóa lỏng (LPG)

Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG=Liquefied Petroleum Gas) là hỗn hợp hydrocarbon
với hai thành phần chính là Butan ( C4 H10 ) và Propan ( C3 H 8 ).
Vì thành phần chủ yếu của LPG là Propane và Butan nên tính chất của LPG sẽ có
tính chất tương tự của Propane và Butane
-

LPG không màu, không mùi (nhưng chúng ta vẫn thấy có mùi vì chúng được

thêm chất tạo mùi trước khi cung cấp cho người tiêu dùng dễ dàng phát hiện
khi có rò rỉ khí gas).

-

Có nhiệt lượng lớn, nhiệt độ ngọn lửa cao (1890  19350C), khối lượng riêng
nhẹ hơn nước vào khoảng 0.53-0.58kg/l.

-

Nhiệt trị thấp QH  46MJ / kg tương đương khoảng 12.000kcal/kg.

-

Tỷ số không khí trên nhiên liệu: A/F=15,5.

-

Chỉ số Octane: 95-105

-

Tỷ lệ hóa hơi của khí lỏng trong không khí tăng thể tích khoảng 250 lần.

-

Nhiệt độ ngọn lửa khi cháy: Butane (19000C), Propane (19350C).

-

LPG được hóa lỏng ở -300C, áp suất tuyệt đối của nhiên liệu LPG trong bồn
chứa là 4,4bar ở 150C, ở 1,7bar ở -150C, và 12,5bar ở 500C.
LPG tồn tại trong thiên nhiên ở các giếng dầu hoặc giếng gas, và cũng có

thể sản xuất từ các nhà máy lọc dầu. Nguyên liệu ban đầu dùng để sản xuất LPG là
dòng khí thiên nhiên khai thác từ các mỏ dầu hoặc qua quá trình xử lý dầu thô để
thu được LPG.
1.1.2.2.

Khí thiên nhiên nén (CNG)
Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas) với thành phần

chính là methane (CH4) chiếm khoảng 84% còn lại là etan (C2H6). Khí thiên nhiên
có hai loại chính là khí thiên nhiên nén CNG và LNG (Liquefied Natural Gas). Trị
số octane của khí thiên nhiên là 120-130 trong khi đó với xăng chỉ là 92-100, do vậy
CNG có khả năng chống kích nổ cao hơn, có thể nâng cao tỷ số nén để tăng hiệu
suất động cơ. CNG có tính năng tương tự khí thiên nhiên, sạch, chỉ chiếm khoảng
1/200 thể tích so với khí thiên nhiên ở trạng thái bình thường, dễ chuyên chở đi xa
9


và có chỉ số Octane cao nên được sử dụng rộng rãi trên thế giới làm nhiên liệu động
cơ thay thế xăng, dầu, vì không giải phóng nhiều khí độc như NO, CO, SO2 khi
cháy và hầu như không phát sinh bụi. Các động cơ sử dụng CNG có thể làm giảm
đến 90-97% lượng CO, 25% khí CO2, 35-60% lượng NO và đến 50% lượng
hydrocarbon thải ra khi so sánh với động cơ xăng.
1.1.2.3.

Khí sinh học biogas
Biogas còn gọi là khí sinh học là một hỗn hợp khí được sản sinh từ sự

phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn trong môi trường yếm
khí. Hỗn hợp khí này chiếm tỉ lệ gồm: CH4: 60 - 70%; CO2: 30 - 40%, phần còn lại
là một lượng nhỏ khí: N2, H2, CO, CO2…CH4 chiếm lượng lớn và là khí chủ yếu
tạo ra năng lượng khí đốt. Lượng CH4 chịu ảnh hưởng bởi quá trình phân hủy sinh
học và phụ thuộc loại phân, tỉ lệ phân nước, nhiệt độ môi trường, tốc độ dòng
chảy… trong hệ thống phân hủy khí sinh học kỵ khí. Khí biogas có tính dễ cháy nếu
được hòa lẫn nó với tỉ lệ từ 6 đến 25% trong không khí. Nếu hỗn hợp khí mà CH4
chỉ chiếm 60% thì 1 m3 cần 8 m3 không khí. Trong thực tế, khí biogas cháy tốt
trong không khí khi được hòa lẫn ở tỉ lệ là 1/9 – 1/10 [1].
Các nguyên liệu phổ biến nhất cho biogas có định hướng thương mại
là phân động vât, đặc biệt là phân lợn từ các trang trại nuôi lợn. Một loại nguyên
liệu khác, nhưng ít phổ biến hơn là mật rỉ đường từ các xưởng sản xuất đường.
1.1.2.4.

Diesel sinh học (Biodiesel)
Diesel sinh học (Biodiesel) là loại nhiên liệu có những tính chất tương

đương với dầu diesel tự nhiên nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ
dầu thực vật hay mỡ động vật. Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu sinh học nói
chung đều là loại năng lượng tái tạo và về phương diện hoá học thì biodiesel là
methyl este (hay ethyl ester) của những axit béo trong dầu hay mỡ khi được ester
hoá bởi các ancol methanol hoặc ethanol.
Biodiesel là một chất lỏng, có màu giữa vàng hay nâu tối phụ thuộc vào
nguyên liệu để chế biến. Methyl ester điển hình có điểm bốc cháy khoảng ~150 0C,
tỷ trọng thấp hơn nước (d= ~0,88g/cm3), có độ nhớt tương tự diesel từ dầu mỏ.

10

Nhiều nước trên thế giới dùng chữ B với ý nghĩa là biodiesel, chữ BA hay E để cho
biết hoá hợp với ethanol.
Sản xuất biodiesel
Biodiesel (methyl esters) là sản phẩm của quá trình ester hoá axit béo có
trong dầu, mỡ (triglyceride) với methanol (hoặc ethanol).
Dầu dùng để tạo ra biodiesel có thể là dầu ăn (straight vegetable oil – SVO)
hoặc dầu thực vật phế thải (Waste vegetable oil – WVO). Dầu phế thải được sử
dụng sau khi đã làm sạch, lọc, loại bỏ chất bẩn, trung hoà các axit béo tự do. Từ đó
người ta pha methanol hoặc ethanol vào chất béo (từ dầu thực vật hay mỡ động vật)
và dùng xúc tác là những kiềm mạnh (NaOH hay KOH) hoặc Natrisilicat ở áp suất
thông thường và nhiệt độ phù hợp. Liên kết ester của glyxerin với axit béo trong
dầu mỡ bị phá huỷ, các axit béo sẽ được ester hoá với methanol hoặc ethanol còn
glyxerin được tách ra.
1.1.2.5.

Nhiên liệu Hydrogen

Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hydro là một khí lưỡng nguyên tử có công
thức phân tử H2, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi ở -252,87 °C
và nhiệt độ nóng chảy là -259,14 °C. Tinh thể hydro có cấu trúc lục phương. Hydro
có hóa trị 1 và có thể phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học khác.Có ba
phương pháp cơ bản tạo ra hydro:
 Phương pháp chuyển hóa hydrocarbon (nhiên liệu hóa thạc, sinh khối) bằng
nhiệt (reforming).
Trước hết khí thiên nhiên (thành phần chủ yếu là metan) được tách carbon và
chuyển hóa thành hydrogen nhờ hơi nước dạng siêu nhiệt dưới áp suất cao, xúc tác
thích hợp ở nhiệt độ khoảng 9000C
CH 4  H 2O  CO  3H 2

Carbon mono oxide sinh ra được phản ứng với hơi nước và xúc tác chuyển hóa

thành khí cacbonic và tạo ra thêm khí CO2.
CO  H 2O  CO2  H 2

Đây là phương pháp công nghiệp phổ biến hiện nay để sản xuất hydrogen.

11


 Phương pháp sinh học.
Một số tảo và vi khuẩn chuyên biệt có thể sản sinh ra hydrogen như là sản
phẩm phụ trong quá trình trao đổi chất của chúng. Các sinh vật này thường sống
trong nước, phân tách nước thành khí hydrogen và oxygen. Hiện tại phương pháp
này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu.
 Phương pháp điện phân
Các panel mặt trời, chất bán dẫn (ứng dụng hiện tượng quang điện) chuyển
hóa trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng. Khí hydrogen được sinh ra khi
dòng quang điện này chạy qua thiết bị điện phân đặt trong nước. Sử dụng năng
lượng mặt trời để tạo ra điện dùng trong điện phân nước, tương tự chúng ta cũng có
thể sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo khác như gió, thủy điện để điện phân
nước tạo ra hydrogen. Như vậy việc sản xuất hydrogen sẽ là một quá trình sạch
(không khí thải), tái sinh và bền vững [2].
1.2. Nhiên liệu xăng sinh học dùng cho động cơ đốt trong
1.2.1.Cồn ethanol sinh học
1.2.1.1. Tính chất vật lý.
Cồn ethanol (C2H5OH) là một chất lỏng không màu, mùi thơm, dễ cháy, dễ hút
ẩm, dễ bay hơi, có mùi đặc trưng, có độ phân cực mạnh. Ethanol được sản xuất từ các
loại thực vật giàu đường (mía đường, củ cải đường,…) hoặc giàu tinh bột (ngô, lúa mì,
lúa mạch, khoai, sắn,…) qua các quá trình lên men, chưng cất và làm khan cồn. Ngoài ra
ethanol còn được sản xuất từ các nguồn sinh khối có chứa cellulose. Do có nguồn gốc từ
thực vật sinh trưởng nhờ quá trình quang hợp sử dụng năng lượng mặt trời nên khi đốt

cồn ethanol để sinh năng lượng sẽ không làm tăng lượng khí cacbornic. Các tính chất của
ethanol chủ yếu do sự hoạt động của nhóm hydroxyl (OH) và do mạch Carbon ngắn. Vì
có nhóm OH nên có thể tham gia vào các liên kết với phân tử hydro, làm cho nó có độ
nhớt và ít bay hơi so với các hợp chất hữu cơ cùng trọng lượng phân tử. Ethanol là một
dung môi linh động, có thể hòa tan trong nước với các hợp chất hữu cơ khác như: acid
acetic, acetone, benzene, cacbon tetraclorua,chloroform, diethyl ether,ethylene glycol,
glycerin, nitromethane, pyridine,và toluene.

12


Ethanol có tốc độ cháy nhanh hơn xăng nên quá trình cháy sẽ đồng nhất hơn.
Ngoài ra do giới hạn cháy rộng hơn nên có thể sử dụng hỗn hợp không khí/nhiên
liệu đậm hơn để nâng cao công suất động cơ.
Do khả năng bay hơi thấp hơn xăng nên việc tồn trữ và vận chuyển ethanol
là an toàn hơn.
Bảng 1.1.Tính chất vật lý của ethanol.
Tính chất

Đơn vị đo

Ethanol

Nhiệt độ sôi
Nhiệt độ hóa rắn

78,3-78,5

0

C

-114,5

0

C

2410C ở p= 63 bar

-

0,792

kg/l

Áp suất hơi bão hòa (RVP)

118-144

kPa

Nhiệt hóa hơi

842-930

kJ/kg

27000

kJ/kg

Điểm tới hạn
Tỷ trọng

Giá trị nhiệt trị thấp (LHV)

0

Nhiệt độ tự bốc cháy

365-425

Giới hạn cháy nổ

3,3-19,0

Vol%

Tỷ lệ công tác A/F

8,9-9,0

kg/kg

Thể tích tương đương

1,53

l/l của xăng

Độ nhớt

1,19

cP tại 20 0C

Độ nhớt

2,84

cP tại -20 0C

Độ tan trong nước

100

%tt tại 21 0C

Hàm lượng CO2

1,91

kg/kg nhiên liệu

Năng lượng hỗn hợp công tác

94,7

Btu/ft3

C

1.2.1.2. Tính chất hóa học [20]
 Có tính chất của một rượu đơn chức:
Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ. Ví dụ:
2 C2H5OH + 2 Na -> 2 C2H5ONa + H2
Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và acid với môi trường là acid sulfuric đặc
13


nóng tạo ra este. Ví dụ:
C2H5OH + CH3COOH -> CH3COOC2H5 + H2O
Phản ứng loại nước như tách nước trong một phân tử để tạo thành olefin, trong môi
trường acid sulfuric đặc ở 170 độ C:
C2H5OH -> C2H4 + H2O
Tách nước giữa 2 phân tử rượu thành ether
C2H5OH + C2H5OH -> C2H5-O-C2H5 + H2O
Phản ứng oxi hóa, trong đó rượu bị oxi hóa theo 3 mức:oxy hóa không hoàn toàn
thành andehyde, acid hữu cơ và oxy hóa hoàn toàn (đốt cháy) tạo thành CO2 và
H2O. Ví dụ :
Mức 1, trong môi trường nhiệt độ cao
CH3-CH2-OH + CuO -> CH3-CHO + Cu + H2O
Mức 2, có xúc tác:
CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2O
Mức 3
C2H5OH + 3 O2 -> 2 CO2 + 3 H2O
 Phản ứng riêng:
Phản ứng tạo ra butadien-1.3: cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, ví dụ
Cu + Al2O3 ở 380-400 độ C, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước.

2C2H5OH -> CH2=CH-CH=CH2 + 2 H2O + H2
Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượu etylic 10 độ bằng oxi không khí có mặt men
giấm ở nhiệt độ khoảng 25 độ C.
CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2O
 Khả năng cháy của ethanol.
Một trong những tính chất quan trọng của nhiên liệu là lượng nhiệt sinh ra khi cháy.
Với ethanol, oxy chiếm 35% phân tử lượng, có nhiệt trị cao hơn so với methanol,
tương đương 60% giá trị nhiệt trị của xăng.

14


1.2.1.3. Ưu nhược điểm của cồn ethanol sinh học so với xăng
 Ƣu điểm
- Ethanol có thể làm giảm nhập khẩu xăng dầu, cải thiện cán cân thanh toán,
cải thiện an ninh năng lượng quốc gia, và giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ từ các khu
vực không ổn định của thế giới.
- Ethanol có khả năng truyền nhiệt tốt hơn, nên quá trình cháy diễn ra nhanh
hơn, làm tăng phạm vi cháy.
- Ethanol có nguồn gốc sinh học nên giảm phát thải khí nhà kính và một số
thành phần độc hại trong khí thải động cơ.
- Phát triển nhiên liệu Ethanol, góp phần thúc đẩy phát triển nông nghiệp và
thu nhập cho nông dân.
 Nhƣợc điểm
- Hàm lượng năng lượng ethanol thấp hơn.
- Áp suất hơi thấp hơn của ethanol có thể đóng góp để sản xuất các chất ô
nhiễm không được kiểm soát như aldehyde.
- Sử dụng ethanol có thể tăng cường ăn mòn trên các chi tiết như bình nhiên
liệu.
- Ethanol là một phân tử triatomic có kết quả trong công suất nhiệt khí cao

hơn và nhiệt độ khí đốt thấp hơn.
- Áp suất hơi thấp của ethanol làm cho động cơ khó khởi động trong điều
kiện thời tiết lạnh hơn.
1.2.1.4. Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu trên thế giới và Việt Nam
a). Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu trên thế giới [3].
Sản lượng sản xuất ethanol trên thế giới tăng đều trong thập kỷ qua. Trong
năm 2012, tổng sản lượng nhiên liệu ethanol đạt 85 tỷ lít. Hoa Kỳ là nước sản xuất
ethanol lớn nhất trên thế giới với 88,4% tổng mức sản xuất. Sản xuất ethanol nhiên
liệu đã tăng lên đáng kể, bởi vì nhiều quốc gia hiện nay đang tìm kiếm để giảm
lượng dầu nhập khẩu, thúc đẩy nông thôn nền kinh tế và cải thiện chất lượng không
khí. Hỗn hợp ethanol-xăng là được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới như Liên minh

15


châu Âu, Brazil, Thái lan và Canada. Chính phủ Brazil đã thực hiện việc sử dụng
ethanol bắt buộc kể từ năm 1976 họ thực hiện theo hai phương pháp tiếp cận liên
quan đến việc sử dụng ethanol: một là bắt buộc sử dụng hỗn hợp ethanol-xăng và
một trong những cách khác là mở rộng thị trường xe FFV. Khoảng 90% xe ô tô mới
được bán tại Brazil là xe FFV và xăng dầu bán chứa 20-25% ethanol khan. Nhiều
quốc gia có đã thực hiện hoặc thực hiện các chương trình bổ sung ethanol cho xăng.
Hầu hết các xe chạy trên đều sử dụng hàm lượng lên đến 10% ethanol pha trộn.
Ngoài ra, các nhà sản xuất thiết kế xe chạy với hỗn hợp ethanol cao hơn.
Thời điểm hiện tại, sản lượng ethanol được sản xuất ở châu Phi vẫn còn
tương đối thấp, nhưng khu vực này lại cho thấy tiềm năng to lớn trong việc tăng
trưởng sản lượng ethanol trong năm 2012, dự kiến sẽ ở mức 36%. Sản xuất nhiên
liệu ethanol sẽ là cơ hội phát triển mới cho các nước châu Phi, bởi nó khuyến khích
đầu tư cho nông nghiệp, tạo công ăn việc làm ổn định và giảm sự phụ thuộc vào
nhập khẩu dầu mỏ từ nước ngoài. Tại khu vực châu Âu, tổng sản lượng ethanol tiếp
tục chứng kiến sức tăng trưởng mạnh mẽ. Sản lượng ethanol năm 2011 tăng 4% so

với năm 2010. Trong năm 2012, châu Âu dự kiến sẽ sản xuất 4,9 tỉ lít ethanol, tăng
11% so với năm 2011.
Bảng 1.2.Tình hình sản xuất ethanol trên thế giới tính đến năm 2012
2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Europe

1,627

1,882

2,885

3,645

4,254

4,429

4,973

Africa

0

55

65

100

130

150

235

North and

18,716

25,271

35,946

42,141

51,584

54,765

54,580

16,969

20,275

24,456

24,275

25,964

21,637

21,335

Asia/Pacific

1,940

2,142

2,753

2,927

3,115

3,520

3,965

World

39,252

49,625

66,075

73,088

85,047

84,501

85,088

Central
America
South
America

16


b) Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu tại Việt Nam [4]

Hiện nay cả nước có 6 nhà máy sản xuất ethanol sinh học từ sắn lát với tổng
công suất 535 triệu lít mỗi năm. Hiện nay, ngoài ba nhà máy mà tập đoàn Dầu khí
quốc gia (PVN) tham gia đầu tư gồm nhà máy sản xuất ethanol Phú Thọ (hiện đã
tạm ngưng), nhà máy ethanol Bình Phước và nhà máy ethanol Dung Quất, cả nước
còn bốn nhà máy sản xuất ethanol khác đang hoạt động với công suất 335 triệu lít
ethanol/năm, gồm nhà máy Đồng Xanh (Quảng Nam ), Tùng Lâm (Đồng Nai), Đại
Việt (Đắk Nông), Bioethanol Đắk Tô (Kon Tum).
Tuy nhiên, việc phát triển mạng lưới phân phối xăng sinh học còn chậm, không theo
kịp việc đầu tư sản xuất ethanol.
1.2.2. Nguồn gốc, tính chất nhiên liệu xăng sinh học
Thông thường, ethanol được sử dụng trên động cơ xăng ở dạng hỗn hợp với xăng
theo tỷ lệ nhất định (5,10,15,20%... thể tích) còn gọi là xăng sinh học. Theo những
nghiên cứu được công bố rộng rãi trên toàn thế giới, khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu
xăng-ethanol, công suất động cơ được cải thiện, nồng độ CO và HC giảm, CO2 và NOx
tăng lên. Tuy nhiên việc nghiên cứu nâng cao tỷ lệ ethanol trong nhiên liệu cũng như
những ảnh hưởng của nó vật liệu sử dụng trên động cơ vẫn đang được đầu tư nghiên cứu
và phát triển với hy vọng ethanol sinh học có thể dần thay thế được xăng mà vẫn đảm
bảo tính kinh tế cũng như kỹ thuật của động cơ [21].
Ethanol đã thu hút sự chú ý trên toàn thế giới vì tiềm năng sử dụng của nó
như một nhiên liệu thay thế cho ô tô. Sử dụng ethanol làm nhiên liệu không phải là
một khái niệm mới. Năm 1826, Samuel Morey phát triển một động cơ chạy bằng
ethanol. Việc sử dụng ethanol pha trộn với diesel là một đối tượng nghiên cứu trong
những năm 1980. Vào thời điểm đó, người ta thấy rằng hỗn hợp ethanol về mặt kỹ
thuật là chấp nhận được làm nhiên liệu cho động cơ hiện có. Tuy nhiên chi phí sản
xuất cao nên ethanol tại thời điểm đó đã bị cản trở sử dụng thường xuyên và biến nó
thành nhiên liệu dự phòng trong trường hợp tình trạng thiếu nhiên liệu. Tuy nhiên
nền kinh tế đã trở nên thuận lợi cho việc sản xuất ethanol và bây giờ có thể cạnh
tranh với xăng dầu tiêu chuẩn .

17