Đồ án: Nghiên cứu sự ảnh hưởng nhiên liệu biodiesel sản xuất bằng phương pháp xúc tác hai giai đoạn lên đặc tính công suất và phát thải động cơ diesel.

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIESEL & BIODIESEL
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Khái niệm về Diesel
1.1.3 So sánh Biodiesel và Diesel
1.1.3. Tiêu chuẩn chất lượng cho biodiesel
1.1.4. Cơ sở chọn đề tài
1.1.5 Dầu hạt cao su và các tính chất cơ bản
1.1.6 Hướng sử dụng phổ biến hiện nay
1.1.7 Các phương pháp điều chế Biodiesel từ dầu thực vật
1.1.9 Hiệu suất nhiệt và mức tiêu hao nhiên liệu
1.1.10 Phát thải trên động cơ
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Khảo sát đặc tính của động cơ diesel
2.1.1 Đặc tính tốc độ của động cơ diesel
2.2 Quá trình phát thải động cơ Diesel
Chương 3 TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ HẠT CAO SU BẲNG
PHƯƠNG PHÁP XÚC TÁC 2 GIAI ĐOẠN
3.1. Phương pháp tổng hợp nhiên liệu biodiesel
3.1.1. Nguyên liệu sản xuất biodiesel
1


3.1.2. Phương pháp chuyển hóa ester tạo biodiesel
3.1.3. Phản ứng chuyển hóa ester 2 giai đoạn với xúc tác axít – kiềm
3.2 Quy trình sản xuất Biodiesel từ dầu hạt cao su thực tế
3.2.1 Vật liệu

3.2.2 Phương pháp và quy trình sản xuất
Chương 4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
4.1 Tính năng động cơ
4.1.1 Suất tiêu hao nhiên liệu (BSFC)
4.1.2 Suất tiêu hao năng lượng (BSEC)
4.1.3 Hiệu suất nhiệt
4.2 Các chất ô nhiễm trong khí xả
4.2.1 Hydrocarbon (HC)
4.2.2 Carbon monoxide (CO)
4.2.3 Carbon dioxide (CO2)
4.2.4 Ni-tơ oxide (NOx)
4.2.5 Độ mờ khói OPA
KẾT LUẬN

2


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
RSO (Rubber Seed Oil)

Dầu hạt cao su

ME (Methyl Ester)

Methyl Ester

PM (Particulates Matter)

Chất thải dạng hạt

RBDF (Rubber Biodiesel Fuel)

Nhiên liệu biodiesel điều chế từ
dầu hạt cao su

B00, D.O (Diesel Oil)

Dầu Diesel truyền thống

BDF (Biodiesel Fuel)

Nhiên liệu biodiesel

CRSO (Crude Rubber Seed Oil)

Dầu hạt cao su dạng thô

BSEC (Brake Specific

Suất tiêu hao năng lượng

Energy Consumption)
BSFC (Brake Specific Fuel
Consumption)

Suất tiêu hao nhiên liệu

BMEP (Brake Mean

Áp suất chỉ thị trung bình

Effective Pressure)

3


MỞ ĐẦU
Trong thời gian gần đây, các nhà khoa học hàng đầu của Mỹ, Nga, Trung
Quốc, Ấn Độ… đã đưa ra lời cảnh báo về một cuộc khoảng hoảng năng lượng
trong thế kỷ XXI. Các nhà khoa học cho rằng chủ yếu do nguồn dầu lửa, khí đốt,
than đá đã cạn kiệt, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao do nhiều quốc
gia đang đẩy mạnh công nghiệp hoá trong khi chưa có nguồn năng lượng chủ
đạo mới thay thế dầu lửa. Với tốc độ khai thác như hiện nay nguồn dầu lửa dưới
lòng đất sẽ hoàn toàn cạn kiệt. Vấn đề đặt ra là đa dạng hoá các nguồn cung cấp
năng lượng.
Một trong những nguồn nhiên liệu rất có tiềm năng đó là năng lượng sinh
học, năng lượng sinh học được xem như một loại “năng lượng xanh” bởi nó ít
thải ra khí các-bon-níc gây hiệu ứng nhà kính, hủy hoại môi trường.
Với đề tài: Nghiên cứu sự ảnh hưởng nhiên liệu biodiesel sản xuất bằng
phương pháp xúc tác hai giai đoạn lên đặc tính công suất và phát thải động
cơ diesel. Giúp tìm hiểu rõ về một trong những phương pháp được áp dụng để
sản xuất nhiên liệu sinh học và ảnh hưởng của nhiên liệu này đến động cơ.

4


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIESEL & BIODIESEL
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Khái niệm về Diesel

Dầu mỏ đã được loài người đã tìm thấy hàng ngàn năm trước Công
Nguyên, tuy nhiên đến thế kỷ 19 người ta mới bắt đầu khai thác, chế biến dầu
theo qui mô công nghiệp. Ngày nay dầu mỏ là một trong những nhiên liệu quan
trọng nhất của xã hội hiện đại dùng để để sản xuất nhiên liệu cho các phương
tiện giao thông, nguyên liệu cho ngành tổng hợp hữu cơ hoá dầu…Dầu mỏ hầu
như phân bố khắp mọi nơi trên thế giới và thành phần của chúng cũng khác
nhau. Để sử dụng được dầu mỏ ta phải qua các phân đoạn chế biến. Dầu thô khi
khai thác phải trải qua các quá trình làm sạch tạp chất sau đó đưa vào quá trình
chưng cất phân đoạn với các khoảng nhiệt độ khác nhau để thu được những sản
phẩm nhất định, pha thêm phụ gia để được các sản phẩm có giá trị thương mại.
Mỗi phân đoạn sản phẩm thu được có thành phần và tính chất khác nhau. Thông
thường quá trình chưng cất dầu mỏ được chia thành các phân đoạn sau:
Phân đoạn xăng: Khoảng nhiệt độ sôi dưới 180°C, bao gồm các thành phần
từ C5÷C10, C11
Phân đoạn Kerosen: Nhiệt độ sôi từ 180 đến 250°C, chứa các hydrocacbon
từ C11÷C15, C16
Phân đoạn Gas-oil nhẹ (Diesel): Nhiệt độ sôi từ 250 đến 350°C, chứa các
thành phần C16÷C20, C21
Phân đoạn Gas-oil nặng (còn gọi là phân đoạn dầu nhờn), nhiệt độ sôi từ
350 đến 500°C bao gồm C21÷C25 thậm chí đến C40
Phân đoạn cặn Gudron: Nhiệt độ sôi trên 500°C gồm các thành phần có số
nguyên tử cacbon từ C41 trở lên, giới hạn cùng có thể lên đến C80
5


Hiện nay sản phẩm từ dầu mỏ chủ yếu được ứng dụng làm nguyên liệu cho
các động cơ xăng, động cơ Diesel và động cơ phản lực. Trong phạm vi tiểu luận
này sẽ nghiên cứu tổng quan về động cơ Diesel và nhiên liệu sử dụng cho động
cơ Diesel.

Hình 1.1 - Biểu đồ khí thải độc hại
Diesel là một sản phẩm trong quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ.
Diesel còn gọi là phân đoạn gas-oil nhẹ, có khoảng nhiệt độ sôi từ 250 đến 350
o

C, chứa các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon từ C 16 đến C21 [1].Với sự phát

triển của xã hội ngày nay, những động cơ đốt trong ngày càng chiếm một vai trò
quan trọng trong nền sản xuất công nghiệp. Động cơ diesel ngày nay đang được
sử dụng ở nhất nhiều hạng mục xe như ô tô, xe tải, máy bay, tàu thuyền... Tuy
nhiên việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch cho động cơ thải ra khí CO 2 gây hiệu
ứng nhà kính, ngoài ra còn nhiều khí thải nguy hiểm khác như CO, NO, NO 2,
HC, PM...
6


Ngoài ra, lượng nhiên liệu hóa thạch là nguồn tài nguyên giới hạn, nó đang
cạn kiệt do sức tiêu thụ ngày càng lớn của nền công nghiệp thế giới. Trong
tương lai không xa thì nguồn dầu dự báo sẽ cạn kiệt, nhu cầu bức thiết là phải
tìm ra nguồn năng lượng mới thay thế.

Hình 1.2 – Sản lượng dầu sản xuất theo khu vực ( Triệu thùng/ngày)

7


Trong thời gian gần đây, giá xăng dầu tăng nhanh do sự khai thác quá mức
nhiên liệu hóa thạch cùng với mức độ ô nhiêm môi trường ngày càng tăng đã
dẫn tới nhu cầu tìm ra nguồn nhiên liệu mới thay thế nhằm đảm bảo an ninh
năng lượng và giảm thiểu ô nhiêm mỗi trường. Bên cạnh những nguồn nhiên

liệu mặt trời, gió, hạt nhân... thì Biodiesel(BD) là nguồn nhiên liệu thay thế đầy
hứa hẹn, mang đến hiệu quả cao trong việc đảm bảo nguồn năng lượng.
1.1.2 Tổng quan nhiên liệu Biodiesel(BD)
1.1.2.1. Khái niệm về Biodiesel
Biodiesel là một loại nhiên liệu sinh học và là một dạng năng lượng tái tạo.
Theo phương diện hóa học thì biodiesel là mono ester của các acid béo có nhiều
trong dầu thực vật và mỡ động vật. Theo định nghĩa của tiêu chuấn ASTM
D6751[2]: “Biodiesel là nhiên liệu mà thành phần hóa học là mono alkyl ester
dẫn xuất từ acid béo mạch thẳng dài trong dầu mỡ động thực vật hay dầu thải".
Nó có những đặc tính cơ bản của nguyên liệu gốc như tính dễ phân huỷ, dễ
sản xuất và không độc hại. Biodiesel là sản phẩm của phản ứng chuyển hóa
ester. Chuyển hóa ester là quá trình sử dụng một alcol, như methanol hoặc
ethanol, để bẻ gãy liên kết hóa học giữa các acid béo với glycerol để tạo thành
các monoester của acid béo và giải phóng glycerol.
1.1.2.2. Lịch sử hình thành & phát triền Biodiesel
Biodiesel đã được phát hiện từ sớm, công trình nghiên cứu của hai nhà hóa
học E. Dufy và J. Patrick về chuyển hóa ester của dầu thực vật để làm xà phòng
vào năm 1853, nhiều năm trước khi động cơ diesel đầu tiên được đưa vào sử
dụng. Khi đó biodiesel được xem là phụ phẩm của quá trình sản xuất xà phòng.
Ngày 10/8/1893, tại Augsburg, Đức, khi kỹ sư người Đức Rudolf Christian
Karl Diesel cho ra mắt động cơ Diesel chạy bằng dầu lạc do chính ông sản xuất.
Lúc này BD mới chính thức được công nhận. Năm 1897, Diesel cũng đạt được
giải thưởng Grand Prix, giải thưởng cao nhất, cho phát minh của mình tại hội
chợ triển lãm quốc tế tại Paris. Ông tin rằng động cơ chạy bằng nhiên liệu sinh
học sẽ thay thế cho động cơ hơi nước đang phổ biến thời bấy giờ. Và ông đã
8


đúng, dầu thực vật vẫn tiếp tục được sử dụng cho các phương tiên giao thông
vận tải cho đến những năm 1920.

1.1.2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng Biodiesel
 Trên thế giới
Đi tiên phong trong việc sản xuất biodiesel là nước Đức, năm 1988, các
công ty hoá chất của Đức đã tính luyện loại dầu biodiesel từ hạt cải dầu, loại dầu
này không những giá thành thấp, mà còn có thể trồng được nguyên liệu, đảm
bảo cháy hết, hàm lượng cảbon của khí thải động cơ thấp hơn 50% so với khi
dùng dầu diesel truyền thống. Hiện nay, 15% trạm xăng của Đức có cung cấp
dầu biodiesel, và đã trở thành nguồn nhiên liệu chính cho các xe chở hàng
đường dài và xe buýt. Hãng Shell trong năm 2005 đầu tư 400 triệu Euro vào
miền Bắc nước Đức để xây dựng thêm một nhà máy sản xuất biodiesel, dự kiến
đến năm 2008, sản lượng sẽ đạt tới 200 triệu lít.
Ngoài ra các nước trồng nhiều cây có dầu cũng vào cuộc: Hàn Quốc đã bắt
đầu bán dầu biodiesel cho các phương tiện tư nhân từ tháng 7/2006. Loại
biodiesel này gồm diesel và 5% dầu hạt cải. Đến hiện nay, Hàn Quốc đã đưa vào
sử dụng loại biodiesel chứa 20% dầu hạt cải.
Malaysia là nước đứng đầu thế giới về sản xuất dầu Cọ, với sản lượng 13,9
triệu tấn (năm 2004), sản xuất biodiesel từ nguồn nguyên liệu dồi dào này sẽ góp
phần đáp ứng nhu cầu nhiên liệu trong nước và xuất khẩu.
Nhật Bản và Indonesia cũng đầu tư vào một dự án được quan tâm nhất về
việc phát triển nhiên liệu biodiesel sử dụng cây có dầu Jatropha Curcas, là loại
cây vốn rất phổ biến ở Indonesia. Hiện ở Indonesia có hàng nghìn hecta đất có
thể đùng để phát triển loại năng lượng xanh này
Trung quốc: đến năm 2010 sản xuất 1 triệu tấn, dự kiến đến năm 2020 sẽ
sản xuất 9 triệu tấn dầu biodiesel sinh học từ cây hoàng liên và cây đay.

9


Hình 1.3 – Biểu đồ sản xuất Biodiesel toàn cầu 2000-2013
Nghị định Kyoto được đưa vào thực hiện dẫn đến các quy chế ngặt nghèo

về khí thải cũng khiến thị trường châu Âu (EU) tăng nhu cầu sử dụng nhiên liệu
sạch. Ở châu Âu thì cây cải dầu với lượng dầu từ 40% đến 50% là cây thích hợp
để dùng làm nguyên liệu sản xuất biodiesel. Ngoài ra, Ủy ban châu Âu đã quyết
định đến 2020, 10% nhiên liệu vận tải đường bộ sẽ là nhiên liệu sinh học.
 Trong nước
Việt Nam đã quan tâm đến sản xuất biodiesel từ những năm 1990, nguồn
nguyên liệu thực vật phù hợp cho sản xuất biodiesel là dầu dừa, dầu vừng, dầu
đậu phộng, về mỡ động vật thì có mỡ cá basa, cá tra và nguồn dầu mỡ thải đã
qua sử dụng. Tuy nhiên cho đến nay các khảo sát về biodiesel chỉ dừng lại ở
bước thử nghiệm ở các viện nghiên cứu và các trường đại học, sản xuất tự phát
với quy mô nhỏ, thiếu đồng bộ, không đủ sức định hướng cho đầu tư từ công
nghiệp.Ngày 03 tháng 8 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường, với tư cách là
Cơ quan đầu mối của Chính phủ Việt Nam tham gia và thực hiện Nghị định thư
Kyoto đã xác nhận ý tưởng dự án (PIN) phát triển dầu dừa diesel sinh học theo
Cơ chế Phát triển sạch (CDM) tại tỉnh Bình Định, do Công ty Sojitz chủ trì xây
dựng. Theo PIN, việc thực hiện dự án này sẽ góp phần giảm phát thải khí carbon
10


dioxide qua việc thay đổi từng phần nhiên liệu dầu diesel bằng nhiên liệu diesel
sinh học được tổng hợp từ dầu dừa, thay thế một phần xăng dầu nhập khẩu tại
Việt Nam.
Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Hồ Sơn Lâm − phân viện trưởng Phân viện
Khoa học vật liệu TP.HCM thuộc Viện Khoa học và công nghệ VN − chủ trì
khẳng định có đủ khả năng nghiên cứu sản xuất dầu diesel sinh học (biodiesel)
từ dầu thực vật của Việt nam. PGS.TS Hồ Sơn Lâm cho biết nhóm nghiên cứu
đã hợp tác với Viện Hóa kỹ thuật ĐH Tổng hợp Jena (Đức), phân tích thành
phần, tính chất các mẫu dầu biodiesel do nhóm điều chế. Kết quả cho thấy các
mẫu dầu biodiesel từ dầu thực vật Việt Nam đạt tiêu chuẩn châu Âu về biodiesel.
Từ tháng 8/2006, hệ thống thiết bị sản xuất nhiên liệu biodiesel từ dầu ăn

phế thải với công suất 2 tấn/ngày đã bắt đầu được triển khai tại công ty Phú
Xương, quận Thủ Đức, TP.HCM. Dự án sản xuất dầu biodiesel từ dầu ăn phế
thải tại TP.HCM có nguồn vốn đầu tư khoảng 9,69 tỷ đồng, trong đó có 1,5 tỷ
đồng (chiếm 11,5%) vay từ nguồn vốn ngân sách Nhà nước.
Để thúc đẩy ngành sản xuất nhiên liệu sinh học phát triển, Thủ tướng Chính
phủ Việt Nam ngày 20/11/2007 đã ra quyết định phê duyệt “Đề án phát triển
nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” với mục đích thay
thế một phần nhiên liệu có nguồn gốc hoá thạch, góp phần bảo đảm an ninh
năng lượng và bảo vệ môi trường.
1.1.3 So sánh Biodiesel và Diesel
Biodiesel là các alkyl este của axyt béo,một phụ gia rất tốt cho nhiên liệu
diesel để làm giảm lượng khí thải,hơn thế nữa nó là nguồn nguyên liệu có thể tái
tạo được.Biodiesel được sản xuất từ các nguồn khác nhau như dầu,mỡ động thực
vật,từ cặn dầu thải.
Methyl ester tinh khiết có điểm chớp cháy là hơn 200 oC, và methyl ester
được xếp loại vào những chất khó cháy. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất và
tinh chế, methanol dư còn lẫn trong sản phẩm và làm hạ thấp điểm chớp cháy.
Điều này gây nguy hiểm khi điểm chớp cháy hạ xuống thấp. Đồng thời
11


methanol là chất ăn mòn thiết bị kim loại. Do vậy điểm chớp cháy vừa được sử
dụng như một tiêu chuẩn quản lý chất lượng biodiesel vừa để kiểm tra lượng
methanol dư thừa.
Các loại biodiesel đều có tỉ lệ % trọng lượng oxy khá lớn, đây là điều mà
dầu diesel không có.Biodiesel khắc phục được những nhược điểm của dầu thực
vật như độ nhớt quá lớn (cao gấp 6 − 14 lần diesel), chỉ số cetane thấp, dễ bị
trùng hợp.
Tính chất vật lý của biodiesel tương tự như diesel nhưng thải ra khí thải
không độc hại bằng khí thải của diesel. Ngoài các chỉ tiêu đánh giá như đối với

diesel, người ta còn xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel
dựa trên nhiều thông số hóa lý khác nữa.

Bảng 1.1 - So sánh nhiên liệu dầu mỏ và nhiên liệu sinh học[3]

Bảng 1.1 – So sánh nhiên liệu dầu mỏ và nhiên liệu sinh học

12


Bảng 1.2 - Một số đặc tính chọn lọc của Diesel và Biodiesel

Bảng 1.3 – So sánh nồng độ khí thải của nhiên liệu Diesel và Biodiesel
1.1.3. Tiêu chuẩn chất lượng cho biodiesel
Biodiesel là một chất lỏng có màu vàng nhạt đến vàng nâu, hoàn toàn
không trộn lẫn với nước. Biodiesel có điểm sôi cao (thông thường khoảng
150ºC), áp suất hơi thấp, trọng lượng riêng khoảng 0,86 g/cm 3 và hoàn toàn
không phải là hóa chất độc hại. Độ nhớt của biodiesel tương đương của dầu
Diesel thông thường.
Việc sản xuất và sử dụng rộng rãi biodiesel đòi hỏi việc đưa ra những tiêu
chuẩn chất lượng dành riêng cho biodiesel. Trong đó, hai bộ tiêu chuẩn nhiên
13


liệu quan trọng nhất là: ASTM D6751 ở Mỹ, EN 14214 ở Châu Âu[2], được
trình bày tóm tắt ở Bảng 1.4 và Bảng 1.5. Khi đảm bảo được những tiêu chuẩn
chất lượng này, biodiesel có thể được trộn với dầu Diesel để sử dụng trong động
cơ Diesel.

Bảng 1.4 – Tiêu chuẩn ASTM D6751 dành cho Biodiesel

14


Bảng 1.5 – Tiêu chuẩn Biodiesel EN 14214 ở châu Âu[2]
1.1.4. Cơ sở chọn đề tài
1.1.4.1 Ưu điểm của Biodiesel
Biodiesel là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế ít gây ảnh hưởng đến
môi trường và sức khoẻ con người; là loại nhiên liệu sạch hơn vì khí thải khi đốt
biodiesel hầu như sẽ không sinh ra SOx, hàm lượng CO và hidrocacbon thơm
giảm hẳn so với khi đốt diesel truyền thống. Khi sử dụng biodiesel thay thế cho
nhiên liệu hóa thạch, nó làm giảm lượng khí thải CO2 gây ra hiệu ứng nhà kính.
15


Hình 1.4 – Chu trình Cacbon của nhiên liệu Biodiesel [4]
- Là nguồn nhiên liệu thay thế cho diesel khi sử dụng cho động cơ
diesel mà không ảnh hưởng đến động cơ.
- Là nhiên liệu tái sinh nên biodiesel sẽ là thế mạnh của các nước có
nền nông nghiệp phát triển.
- Sản phẩm cháy của biodiesel sạch hơn nhiều so với nhiên liệu
diesel khoáng,riêng B-20 (20% biodiesel ,80% diesel khoáng ) có
thể được sử dụng trong các động cơ diesel mà không cần làm thay
đổi kết cấu của động cơ,thực tế các động cơ diesel sẽ chạy tốt hơn
khi pha chế 20% diesel.[5]

16


Hình 1.5 - So sánh mức độ phát thải của động cơ diesel sử dụng Diesel, B20 và

B100 [5]
-

Dễ bị vi sinh vật phân huỷ nên khi thất thoát ra ngoài môi trường sẽ
ít độc hại hơn rất nhiều so với các loại nhiên liệu từ dầu mỏ.

- Có thể được dùng dạng tự do hoặc pha trộn với diesel nhằm đạt
được hiệu quả sử dụng và kinh tế theo yêu cầu của từng quốc gia.
- Khi đạt các tiêu chuẩn thì biodiesel sẽ là nhiên liệu ít ăn mòn động
cơ hơn so với diesel.
Sử dụng biodiesel không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo
vệ môi trường, sử dụng tiết kiệm hơn nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn
kiệt, góp phần đảm bảo sự phát triễn bền vững. Biodiesel chắc chắn sẽ là một sự

17


lựa chọn phù hợp để đáp ứng nhu cầu năng lượng của toàn thế giới trong tương
lai.

Bảng 1.6 – Các thông số so sánh giữa Biodiesel và dầu Diesel
1.1.4.2 Ưu điểm của dầu hạt cao su - RSO
Tùy vào từng khu vực địa lý, khí hậu, nhiệt độ trên thế giới mà các nhà
khoa học sẽ đưa các biện pháp sản xuất phù hợp với từng vùng để sản xuất
biodiesel. Ở một số nước thì biodiesel được sản xuất từ dầu hạt cải (Châu Âu),
dầu đậu nành (Mĩ), dầu hướng dương, dầu dừa... Còn ở khu vực Đông Nam Á
hiện nay, với khí hậu nhiệt đới ẩm thì biodiesel sản xuất chủ yếu từ cây cao su.
Khí hậu Đông Nam Á lại rất phù hợp để phát triển trồng loại cây này, các sản
phẩm thu được từ cây cao su có giá trị kinh tế cao.
Cây cao su có nguồn gốc từ lưu vục sông Amazone ở trạng thái ngẫu sinh

và du nhập vào Việt Nam lần đầu tiên vào năm 1878 bởi người Pháp. Hiện nay,
18


tại Việt Nam, cây cao su được trồng nhiều tại Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, trung
du phía Bắc và duyên Hải miền Trung. Theo viện nghiên cứu cao su Việt Nam,
tổng sản lượng cây cao su tính đến năm 2005 lên đến 700.000 cây/ha. Theo tập
đoàn cao su Việt Nam, nước ta hiện có hơn 500.000 hecta diện tích trồng cây
cao su. Nếu tính cả diện tích đất mà tập đoàn này thuê cho việc trồng cây cao su.
Cây cao su có thể cao tới trên 30m. Mỗi cây cao su sẽ cho ra khoảng 800 hạt, 2
lần/năm. Khi cây đạt độ tuổi 4 − 5 năm thì người ta bắt đầu thu hoạch nhựa mủ,
các cây già sẽ cho nhiều mủ hơn, nhưng chúng sẻ ngừng sản xuất nhựa mủ khi
đạt độ tuổi 26 − 30 năm.
Với nguồn cung cấp dồi dào hứa hẹn biodiesel sản xuất từ dầu hạt cao su sẽ
có giá thành rẻ và sẽ phát triền trong tương lai gần. Không giống như các loại
nhiên liệu sinh học khác, biodiesel được sản xuất từ dầu hạt cao su có những
tính chất đặc biệt: cháy tốt hơn, chỉ số cetan cao hơn dầu diesel làm tăng khả
năng tự cháy của nhiên liệu, giảm thời gian cháy trễ... Do vậy, dầu hạt cao su là
một nguồn sinh khối tiềm năng để sản xuất biodiesel.
1.1.5 Dầu hạt cao su và các tính chất cơ bản
1.1.5.1 Dầu hạt cao su - Rubber Seed Oil (RSO)
RSO là chất lỏng có màu vàng nâu, có mùi hôi do lẫn chứa tạp chất, độ
nhớt tương đối cao, nhẹ và không tan trong nước. Dầu chứa 18,1% các axit béo
no gồm axit palmitic, axit stearic và 80,5% các axit béo không no gồm axit
oleic, axit linoleic, và axit linolenic. Hàm lượng Free Fatty Acids (FFA) trong
RSO chưa tinh luyện là khoảng 17%.
Thành phần các axit béo và những tính chất quan trọng khác của RSO
được so sánh với các loại dầu khác theo công bố của Ramadhas và các cộng sự
(2005)

19


Bảng 1.7 - Thành phần axit béo và tính chất RSO so với các loại dầu khác
[6,7]

20


1.1.5.2 Các tính chất cơ bản RSO
 Tính chất vật lý

Bảng 1.8 - Tính chất của RSO tại Việt Nam
Thành phần acid béo và những tính chất quan trọng khác của dầu hạt cao su
được so sánh với các loại dầu khác, được trình bày trong bảng dưới đây:

Bảng 1.9 - Thành phần và tính chất một số loại dầu thực vật

21


 Tính chất hóa học
Thành phần hóa học của dầu hạt cao su chủ yếu là các triglyceride nên
chúng có đầy đủ tính chất của một ester điển hình.
- Phản ứng thủy phân: Ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác nhất
định (thường là xúc tác acid, enzyme) sẽ xảy ra phản ứng thủy phân
ester lần lượt tạo thành các diglyceride và monoglyceride, cuối
cùng là acid béo và glycerine

- Phản ứng xà phòng hóa: Trong môi trường kiềm, ester trong dầu hạt

cao su sẽ phản ứng với kiềm tạo thành muối natri (hoặc kali) của
acid béo và glycerine. Quá trình xà phòng hóa cũng xảy ra theo
từng giai đoạn như quá trình thủy phân, cho ta nhiều sản phẩm khác
nhau nhưng sản phẩm cuối cùng là xà phòng và glycerine.

- Phản ứng trao đổi ester (chuyển hóa ester): Trong môi trường có
xúc tác vô cơ như acid H2SO4, HCl hay các xúc tác base như
NaOH, KOH các ester trong dầu có thể tiên hành ester hóa trao đổi
với các acol bậc 1 như methanol, ethanol tạo thành các ester của
các acid béo với các alcol tương ứng và glycerine. Với R là gốc
hydrocarbon của rượu, phản ứng dạng tống quát như sau:

22


Phản ứng này là phản ứng cơ bản để tổng hợp biodiesel. Như đã trình bày,
ester của các acid béo với alcol bậc một có thể thay thế nhiên liệu diesel trong
các động cơ diesel, giảm thiểu một cách đáng kể lượng khí độc hại thải ra môi
trường. Bên cạnh đó, các gốc acid béo trong dầu thực vật có thể dẫn đến một số
tính chất hóa học khác.
- Phản ứng cộng hợp
- Phản ứng oxy hóa
- Phản ứng tạo sự ôi chua của dầu
1.1.6 Hướng sử dụng phổ biến hiện nay
Những nghiên cứu về ứng dụng thực tế của dầu cao su đã cho thấy rằng nó
có một tiềm năng lớn trong việc thay thế dầu lanh trong sản xuất nhựa alkyd.
Thông thường, dầu cao su sẽ được sử dụng để làm bánh xà phòng.
Gandhi và cộng sự đã công bố rằng dầu cao su không chứa bất kỳ một loại
acid béo lạ nào và nó rất giàu các acid béo thiết yếu. Hơn nữa, khả năng tiêu hóa
dầu cao su được phát hiện là đến 97% so với dầu họ đậu phộng. Đứng từ khía

cạnh thành phần dinh dưỡng và độc tố, dầu cao su có thể xem là dầu ăn được.
Hiện nay, dầu hạt cao su đã được ứng dụng trong công nghiệp để sản xuất bánh
xà phòng, nhựa alkyd và chất bôi trơn. Bên cạnh đó, đã có một số nghiên cứu về
dinh dưỡng đã tán thành việc sử dụng dầu cao su làm thực phẩm. Tuy vậy, hoạt
tính enzyme lipase cao cùng với lượng HCN còn sót lại, một đặc điểm dễ dàng
bắt gặp ở các cây thuộc họ Euphorbiaceae đã gây ra hạn chế trong khía cạnh
dinh dưỡnng của nó.
Hàm lượng dầu có trong hạt tùy thuộc vào vùng khí hậu, thổ nhưỡng của
từng nơi mà chúng sống, tuy nhiên, trung bình hạt chứa khoảng 40% dầu (T. P.
Hilditch, 1951). Do đó, dầu hạt cao su có thể được sử dụng để sản xuất bánh xà

23


phòng, nhựa alkyd và sơn. Thông thường người ta tổng hợp nhựa alkyd bàng
cách nấu dầu cao su với một lượng xác định glycerol và phtalic anhydride.
Dầu cao su có thể thay thế dầu lanh trong sản xuất sơn, vải dầu (linoleum)
và vecni (vanish). Nó còn thích hợp trong việc sản xuất fatliquor trong công
nghiệp da. Dầu này còn có thể được sử dụng như những thành phần đa chức
năng trong các hợp chất cao su thiên nhiên (Natural Rubber – NR) và cao su
tổng hợp Styren − butadien (Styren − butadien rubber – SBR). Dầu cao su tạo ra
các tính chất cơ học ưu việt cho cao su lưu hóa NR và SBR khi thay thế cho
những chất tạo dẻo truyền thống. Nó cũng cải thiện khả năng chống lão hóa, sự
ăn mòn, sự uốn cong và làm giảm thời gian xử lý, sự cán phá.
Dầu cao su đã được xác định như một nguồn thay thế nhiên liệu diesel bởi
nhiều công trình nghiên cứu khác nhau. Việc kiểm nghiệm các tính chất được
tiến hành trên nhiên liệu và xác định khả năng làm nhiên liệu cho động cơ đã
cho thấy chỉ số cetane của dầu từ hạt cao su gần với chuẩn ASTM tối thiểu là 40,
cho thấy tính khả quan trong việc sử dụng dầu cao su làm nhiên liệu sinh học.
Các kiểm tra tiến hành sự tiêu thụ nhiên liệu, lực hãm phanh, hiệu suất

nhiệt hãm đã cho thấy dầu cao su có tính chất tương tự đáng kể so với các nhiên
liệu diesel. Dầu cao su khi được methyl ester hóa cũng cho ra các tính chất gần
giống với dầu diesel.
Dầu cao su có tính chất nhiên liệu tương tự như các dầu thực vật khác. Dầu
thô từ hạt cao su có thể sánh với một số loại dầu thực vật (theo chuấn ASTM) về
chỉ số cetan, điểm chớp cháy, hoạt tính nước và lượng cặn lắng nhưng có phần
hạn chế hơn về độ nhớt, hàm lượng tro, hàm lượng cặn cacbon, điểm vẩn đục và
chỉ số acid. Một số các tính chất vừa nêu trên có thể được cải thiện nếu đem dầu
cao su tinh luyện.

24


Hình 1.6 - Những hướng ứng dụng hiện nay của hạt cao su
Tính chất nhiên liệu của dầu biodiesel từ hạt cao su được quyết định bởi
các yếu tố cốt lõi là độ nhớt và các đặc tính trong quá trình chưng cất. Độ nhớt
của dầu thực vật thường cao gấp 10 lần so với nhiên liệu diesel. Độ nhớt cao ảnh
hưởng đến đặc điểm phun nhiên liệu, vì thế cũng gây ra những tác động bất lợi.
Nhiệt độ chưng cất càng cao (độ bốc hơi thấp) ảnh hưởng đến đặc tính bốc hơi
và cháy. Các đặc tính nhiên liệu của dầu cao su đã được methyl ester hóa cho
thấy những đặc điểm tương đồng hơn so với nhiên liệu diesel thông thường.
Các phép thử hoạt động của động cơ diesel trong thời gian ngắn đã cho
thấy dầu cao su; dầu cao su đã được methyl hóa và hỗn hợp dầu cao su đã được
methyl hóa với nhiên liệu diesel rất tương đồng với dầu diesel thông thường về
mặt năng lượng, hiệu suất nhiệt, sự tiêu thụ nhiên liệu riêng.
25