TỐI ưu hóa QUY TRÌNH TỔNG hợp BIODIESEL từ dầu hạt CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP bề mặt đáp ỨNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.57 MB, 158 trang )
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
BỘ MÔN HÓA HỌC
------------
MAI TRUNG KHỢI
TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ
DẦU HẠT CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP
BỀ MẶT ĐÁP ỨNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: HÓA HỌC
Tháng 12/2014
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
BỘ MÔN HÓA HỌC
------------
MAI TRUNG KHỢI
TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ
DẦU HẠT CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP
BỀ MẶT ĐÁP ỨNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Ths. Nguyễn Văn Đạt
2014
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
Trường Đại học Cần Thơ
Khoa Khoa Học Tự Nhiên
Bộ Môn Hóa
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Đôc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: Ths. Nguyễn Văn Đạt
Đề tài: TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ
DẦU HẠT CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG
Sinh viên thực hiện: Mai Trung Khợi
MSSV: 2111931
Lớp: Hóa học
Khóa: 37
2. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức LVTN:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Những vấn đề còn hạn chế:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
b. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng
nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
c. Kết luận, đề nghị và điểm:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014
Cán bộ hướng dẫn
Ths. Nguyễn Văn Đạt
i
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
Trường Đại học Cần Thơ
Khoa Khoa Học Tự Nhiên
Bộ Môn Hóa
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Đôc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ chấm phản biện:............................................................................
Tên đề tài: TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH TỔNG HỢP BIODIESEL
TỪ DẦU HẠT CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP
ỨNG
- Sinh viên thực hiện: Mai Trung Khợi
- MSSV: 2111931
- Lớp: Cử nhân hóa học – Khóa 37
2. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Những vấn đề còn hạn chế:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
b. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài ( ghi rõ
từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện
nếu có):
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
c. Kết luận, kiến nghị và điểm:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Cần Thơ, ngày…tháng…năm 2014
ii
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp đại học là công trình khoa học lớn đầu tay của sinh
viên, thể hiện bao tâm huyết và hoài bão của sinh viên. Nó không chỉ là kết
quả đúc kết của quá trình học tập, rèn luyện gian khổ mà còn là bước đánh dấu
khởi đầu của sinh viên trong nghiên cứu khoa học. Không phụ lòng mong mỏi
của thầy, cô, bạn bè trong suốt học kì qua, em đã miệt mài, cố gắng làm việc,
học tập và hoàn thành luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy, cô khoa Khoa Học Tự
Nhiên. Đặc biệt là thầy, cô Bộ môn Hóa Học đã truyền dạy cho em những kiến
thức đại cương cũng như chuyên ngành.
Lời cảm ơn sâu sắc, trân trọng nhất của em gửi đến thầy Nguyễn Văn
Đạt. Thầy đã tạo mọi điều kiện về dụng cụ, thiết bị và tận tình hướng dẫn
cung cấp cho em những kiến thức chuyên ngành trong nghiên cứu. Thầy như
một người cha đã quan tâm, chăm sóc, dìu dắt em qua những bước đường khó
khăn nhất để hoàn thành tốt luận văn của mình.
Xin cám ơn các anh, chị Công Nghệ Hóa Học khóa 36 và các bạn cùng
lớp Hóa Học, Hóa Dược khóa 37 đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi về kỹ
thuật thực nghiệm.
Cuối cùng em xin gởi lời cảm ơn đặc biệt đến quý thầy, cô trong Hội
đồng đánh giá đã dành thời gian quý báo đọc và đưa ra những nhận xét giúp
em hoàn thiện luận văn.
Dù đã có rất nhiều cố gắng, song trong quá trình thực hiện luận văn
không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Kính mong nhận được sự thông
cảm và những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy, Cô để luận văn được
hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Mai Trung Khợi
iii
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
TÓM TẮT
Nghiên cứu này hướng đến tổng hợp dầu diesel sinh học từ một loại dầu
không ăn được là dầu hạt cao su. Để đạt được mục tiêu này, quá trình ester hóa
xúc tác acid nhằm để làm giảm chỉ số acid của dầu hạt cao su về giá trị thấp
hơn 2% đã được tiến hành và giai đoạn thứ hai là quá trình transester hóa xúc
tác base nhằm chuyển sản phẩm của giai đoạn thứ nhất thành mono–ester
(biodiesel) và glycerol. Điều kiện tối ưu của phản ứng đạt được bằng cách sử
dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) kết hợp với mô hình tâm phức hợp
(CCD). Kết quả cho thấy quá trình transester hóa đạt được hiệu suất tối ưu là
74% tương ứng với các điều kiện sau: hàm lượng methanol 29.86%, nồng độ
xúc tác 0.69% khối lượng dầu, sau 150 phút thực hiện phản ứng. Bên cạnh đó,
những tính chất hóa lý của dầu hạt cao su cũng như RBDF đã được đánh giá
thông qua việc xác định độ nhớt tại 40oC và chỉ số acid. Hai đại lượng này đều
đạt yêu cầu của các tiêu chuẩn chất lượng của Mỹ (ASTM), Châu Âu (EN) và
Nhật Bản (JIS). Kết quả phân tích GC–MS cho thấy, methyl oleate (C18:1),
methyl linoleate (C18:2) chiếm nhiều nhất (khoảng 34%) và hàm lượng của đa
nối đôi chiếm khoảng 68%. Những kết quả này cho thấy rằng dầu hạt cao su
cũng là nguồn nguyên liệu có nhiều tiềm năng để sản xuất biodiesel.
iv
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
ABSTRACT
The present work examines the production of a biodiesel from a non-edible oil
namely rubber (Hevea brasiliensis). For this purpose, acid catalyzed
esterification reduces the free fatty acid (FFA) content of the oil to less than
2% and the second step, alkaline catalyzed transesterification process converts
the products of the first step to its mono-ester and glycerol. The optimum
reaction condition was then obtained by using response surface methodology
(RSM) coupled with central composite design (CCD). Results showed that an
optimum biodiesel yield of 74% can be obtained under the following reaction
conditions: methanol content of 29.86% (by the weight of the oil), catalyst
concentration of 0.69% (by the weight of the oil), reaction time of 150 min.
Moreover, the physicochemical properties of rubber seed oil (RSO) as well as
rubber biodiesel fuel (RBDF) were evaluated by determinations of important
properties such as kinematic viscosity at 40oC and acid value. The results
showed that the produced biodiesel exhibited fuel properties within the limits
prescribed by the latest American Standards for Testing Material (ASTM),
European standards (EN) and Japanese Industrial Standard (JIS). Gas
Chromatography mass spectrometry (GC-MS) analytical result showed that
methyl oleate (C18:1), methyl linoleate (C18:2) accounted for most (about
34%) and the concentration of polysaturated compounds for about 68%. These
obtained results demonstrated the potential of rubber seed oil as an excellent
feedstock for biodiesel production.
v
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả
nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất
cứ luận văn cùng cấp nào khác.
Cần thơ, ngày
tháng
năm 2014
Cán bộ hướng dẫn
Sinh viên cam đoan
Nguyễn Văn Đạt
Mai Trung Khợi
vi
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
MỤC LỤC
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ....................... i
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ......................... ii
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................. iii
TÓM TẮT ........................................................................................................ iv
ABSTRACT ...................................................................................................... v
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ vi
MỤC LỤC ...................................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................... x
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................... xi
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ............................................................................ xii
DANH MỤC PHỤ LỤC .............................................................................xiiiii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................. xiv
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU............................................................................. 1
1.1
Giới thiệu về đề tài ............................................................................. 1
1.2
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .......................................................... 2
1.3
Phương pháp và nội dung nghiên cứu .............................................. 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ........................................................................... 3
2.1
Tình hình năng lượng và vấn đề ô nhiễm hiện nay ........................... 3
2.1.1
Khái niệm năng lượng ................................................................... 3
2.1.2
Thị trường năng lượng thế giới ..................................................... 3
2.1.3
Giải pháp để giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu.. 4
2.1.4
Vấn đề ô nhiễm môi trường ........................................................... 6
2.2
Nhiên liệu sinh học ............................................................................ 7
2.2.1
Khái niệm ...................................................................................... 7
2.2.2
Phân loại nhiên liệu sinh học ......................................................... 8
2.2.3
Ưu điểm của nhiên liệu sinh học ................................................... 8
vii
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
2.2.4
Nhược điểm của nhiên liệu sinh học ........................................... 10
2.2.5
Tính chất hoá lý của biodiesel ..................................................... 10
2.3
Tình hình nghiên cứu và nguyên liệu sản xuất biodiesel ................ 12
2.3.1
Tình hình nghiên cứu về biodiesel trên thế giới .......................... 12
2.3.2
Nghiên cứu về biodiesel ở Việt Nam .......................................... 12
2.3.3
Nguyên liệu sản xuất biodiesel tại một số quốc gia .................... 13
2.3.4
Tiềm năng nguyên liệu sản xuất biodiesel tại Việt Nam............. 14
2.4
Tổng quan về cây cao su ở Việt Nam .............................................. 14
2.4.1
Đặc tính thực vật ......................................................................... 14
2.4.2
Hạt cao su .................................................................................... 15
2.5
Tiêu chuẩn về chất lượng biodiesel ở một số nơi trên thế giới ....... 17
2.5.1
Tiêu chuẩn chất lượng biodiesel ở Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản .. 17
2.5.2
Tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng biodiesel ............................ 18
2.6
Cơ chế các phản ứng chính trong tổng hợp biodiesel ...................... 19
2.6.1
Phản ứng ester hóa xúc tác acid .................................................. 19
2.6.2
Phản ứng transester hóa xúc tác base .......................................... 21
2.7
Giới thiệu về phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) ........................ 22
2.7.1
Nguyên tắc ................................................................................... 22
2.7.2
Công dụng của RSM ................................................................... 23
2.7.3
Ưu, nhược điểm của RSM ........................................................... 24
2.7.4
Các mô hình thí nghiệm trong RSM ........................................... 24
2.8
Hiệu suất phản ứng transester hóa xúc tác base .............................. 26
2.8.1
Xác định hiệu suất phản ứng transester hóa xúc tác base ........... 26
2.8.2
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng transester hóa..... 26
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................... 29
3.1
Phương tiện nghiên cứu ................................................................... 29
3.1.1
Địa điểm và thời gian thực hiện .................................................. 29
3.1.2
Nguyên liệu ................................................................................. 29
3.1.3
Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm .................................................... 29
3.1.4
Hoá chất ....................................................................................... 30
Các hoá chất được sử dụng trong nghiên cứu: ........................................ 30
3.2
Phương pháp thí nghiệm .................................................................. 30
viii
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
3.2.1
Giai đoạn 1: Ester hóa xúc tác acid ............................................. 30
3.2.2
Giai đoạn 2: Transester hóa xúc tác base .................................... 31
3.3
Phân tích tính chất hóa lý của dầu nguyên liệu và biodiesel ........... 33
3.3.1
Độ nhớt động học tại 40ºC .......................................................... 33
3.3.2
Chỉ số acid ................................................................................... 33
3.3.3
Xác định thành phần methyl ester acid béo ................................. 34
3.4
Các bước thực hiện bài toán quy hoạch theo RSM kết hợp với mô
hình CCD ..................................................................................................... 34
3.4.1
Lựa chọn nhân tố độc lập ảnh hưởng đến hàm mục tiêu Y ......... 34
3.4.2
Số thí nghiệm. .............................................................................. 34
3.4.3
Phân tích thống kê ....................................................................... 35
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 36
4.1
Những tính chất lý hóa của dầu nguyên liệu ................................... 36
4.2
Những tính chất lý hóa của RBDF .................................................. 36
4.3
Thành phần methyl ester của acid béo của dầu hạt cao su .............. 37
4.4
Xác định điều kiện tối ưu của phản ứng transester hóa dầu hạt cao su
bằng quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp RSM kết hợp với mô hình
CCD.............. ............................................................................................... 37
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................... 42
5.1
KẾT LUẬN...................................................................................... 42
5.2
KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 43
PHỤ LỤC........................................................................................................ 48
ix
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần, phần trăm hoá học của nhân hạt cao su ..................... 16
Bảng 2.2 Một số tiêu chuẩn của biodiesel (B100) của ASTM, EN và JIS .... 17
Bảng 2.3 Các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel gốc (B100).......................... 18
Bảng 2.4 Các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel gốc (B5).............................. 19
Bảng 3.1 Xác định giới hạn, phạm vi và mức biến đổi của các nhân tố ....... 35
Bảng 4.1
Tính chất hoá lý của CRSO ........................................................... 36
Bảng 4.2
Tính chất hoá lý của RBDF so với các tiêu chuẩn hiện hành ....... 36
Bảng 4.3 Thành phần methyl ester của acid béo chính trong RBDF ............ 37
Bảng 4.4 Ma trận kế hoạch thực nghiệm và kết quả thực nghiệm ................ 38
Bảng 4.5
Kết quả phân tích phương sai cho mô hình đa thức bậc hai ......... 39
Bảng 4.6 Hệ số hồi quy và ý nghĩa của mô hình đa thức bậc hai .................. 40
x
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Nóng lên toàn cầu ........................................................................... 6
Hình 2.2 Minh hoạ ô nhiễm môi trường không khí ...................................... 7
Hình 2.3
Nhiên liệu sinh học ........................................................................ 8
Hình 2.4 Cây cao su ...................................................................................... 15
Hình 2.5 Trái và hạt cao su............................................................................ 16
Hình 2.6 Sơ đồ chức năng chuyển đổi .......................................................... 22
Hình 2.7 Biểu diễn hình thức của chức năng đáp ứng .................................. 23
Hình 2.8 Thiết kế Box-Behnken cho 3 yếu tố dưới dạng hình học............... 24
Hình 3.1
Dầu hạt cao su ............................................................................... 29
Hình 3.2 Cân điện tử G&G ........................................................................... 29
Hình 3.3 Máy khuấy từ và gia nhiệt .............................................................. 29
Hình 3.4 Tủ sấy Bender ................................................................................. 30
Hình 3.5 Bộ giá đở ........................................................................................ 30
Hình 3.6 Hỗn hợp biodiesel và glycerin đang tách lớp ................................. 31
Hình 3.7 Thiết bị đo độ nhớt động học viscoclock ....................................... 33
Hình 3.8 Thiết bị chuẩn độ ............................................................................ 34
Hình 3.9 Máy sắc ký khí GC-MS thermo scientific ...................................... 34
Hình 4.1 So sánh hiệu suất biodiesel từ thực nghiệm và từ mô hình ............ 38
Hình 4.2 Đồ thị dạng 3D và các đường đồng mức của cặp yếu tố hàm lượng
KOH–hàm lượng MeOH ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng ......................... 41
Hình 4.3 Đồ thị dạng 3D và các đường đồng mức của cặp yếu tố hàm lượng
MeOH–thời gian phản ứng ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng ...................... 41
Hình 4.3 Đồ thị dạng 3D và các đường đồng mức ảnh hưởng đến hiệu suất
phản ứng.. ..... ................................................................................................... 41
xi
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1 Cơ chế phản ứng ester hoá ............................................................. 20
Sơ đồ 2.2 Cơ chế phản ứng transester hoá ..................................................... 21
Sơ đồ 3.1 Quy trình hai bước tổng hợp RBDF ............................................... 32
xii
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
DANH MỤC PHỤ LỤC
Phụ lục 1 Phân tích thành phần acid béo của RBDF bằng GC–MS ................... 44
xiii
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ASTM
American Society for Testing and Materials
AV
Acid Value
BDF
Biodiesel fuel
CCD
Central Composite Design
CRSO
Crude Rubber Seed Oil (dầu hạt cao su thô)
DAG
Diacylglyceride
EN
European committee for Standardization
ETBE
Ethyl Tert-Butyl Ete
FAME
Fatty Acid Methyl Ester
FFA
Free Fatty Acid
GC–MS
Gas Chromatography – Mass Spectrometry
IEA
International Energy Agency (cơ quan năng lượng quốc tế)
IPCC
Intergovernmental Panel on Climate Change
JIS
Japanese Industrial Standard
MAG
Monoacylglyceride
RBDF
Rubber Biodiesel Fuel (dầu diesel sinh học tổng hợp từ dầu hạt
cao su)
RSM
Response Surface Methodology
TAG
Triacylglyceride
VO
Vegetable Oil
CV
Coefficient of Variation
xiv
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Giới thiệu về đề tài
Trong những năm gần đây, cùng với việc phát triển quá mức của các ngành
công nghiệp và sự bùng nổ dân số, nhu cầu về nhiên liệu sử dụng ngày càng
gia tăng. Các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá, khí đốt đang
ngày càng cạn kiệt, ước tính trữ lượng dầu mỏ của thế giới đến năm 2050 sẽ
cạn.
Việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch có một số nhược điểm
như ô nhiễm không khí, gây ra hiệu ứng nhà kính và ảnh hưởng đến sức khoẻ
của con người. Đồng thời, khủng hoảng năng lượng đang có chiều hướng ngày
một gia tăng. Nên việc tìm một nguồn năng lượng mới để thay thế cho những
nguồn năng lượng hóa thạch là hết sức cần thiết. Chính vì vậy, nhu cầu về
nguồn nhiên liệu thay thế cho xăng, dầu diesel đang là một vấn đề cấp thiết
đối với toàn thế giới nói chung và đối với Việt Nam nói riêng. Trước tình hình
đó, các nhà khoa học không ngừng đầu tư nghiên cứu để tìm ra một loại nhiên
liệu mới thay thế, đó chính là nhiên liệu sinh học (biofuel).
Biodiesel (dầu diesel sinh học) là thuật ngữ dùng để chỉ loại nhiên liệu
dùng cho động cơ diesel được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật, một
loại nhiên liệu sinh học được biết đến như là một nhiên liệu xanh, sạch, có tính
chất hóa lý tương tự như dầu diesel. Thành phần chính của biodiesel là các
alkyl ester, thông dụng nhất là methyl ester.
Nhiều loại cây có dầu có thể được dùng làm nguyên liệu để sản xuất
biodiesel như: cọ dầu, cao su, đậu tương, lạc, thầu dầu, jatropha, jojoba,...
trong đó cao su được xem là nguồn nguyên liệu có nhiều tiềm năng và có tính
cạnh tranh cao. Vì dầu hạt cao su là một phụ phẩm trong lâm nghiệp, nó không
thể dùng làm thực phẩm cho con người, cũng không làm thức ăn cho gia súc
vì nó chứa độc tố HCN. Việc tận dụng nguồn nguyên liệu này để tổng hợp
biodiesel thì đã góp phần bảo vệ môi trường, tăng thu nhập kinh tế và ổn định
tình hình năng lượng đất nước.
Phản ứng transester hoá được chọn để tổng hợp biodiesel. Phản ứng này
tương đối đơn giản và tạo ra sản phẩm ester có tính chất hoá lý gần giống
nhiên liệu diesel. Phản ứng transester hóa là phản ứng giữa triglyceride (thành
phần chính trong dầu thực vật hay mỡ động vật) và alcohol. Sự hiện diện của
xúc tác (acid, base,…) sẽ thúc đẩy quá trình phản ứng. Để đạt hệ số chuyển
đổi cao phải dùng lượng dư alcohol do phản ứng transester hóa là phản ứng
thuận nghịch (Demirbas A., 2009).
Quá trình transester hóa tổng hợp biodiesel hầu hết được thực hiện trên
cơ sở thay đổi một yếu tố và cố định các yếu tố còn lại. Tuy nhiên, cách tiếp
cận này bộc lộ nhiều hạn chế bởi vì phản ứng transester hóa bị ảnh hưởng bởi
nhiều yếu tố như hàm lượng methanol, thời gian phản ứng và xúc tác
(Xingzhong Y. và các cộng sự, 2008). Một giải pháp cho vấn đề này là sử
dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) kết hợp với mô hình tâm phức hợp
1
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
(CCD) để tối ưu hóa quá trình tổng hợp (Silva và các cộng sự, 2006; Jeong và
các cộng sự, 2009; Vicente và các cộng sự, 1998; Shaw và các cộng sự, 2003;
Huong L. T. T., 2011).
Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm được thực hiện theo mô hình CCD
và RSM với năm mức và ba yếu tố để tối ưu hóa quá trình transester hóa tổng
hợp biodiesel từ dầu hạt cao su.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đề tài này nhằm hướng đến hai mục tiêu cơ bản sau:
Tổng hợp dầu diesel sinh học từ dầu hạt cao su (RBDF) ở quy mô
phòng thí nghiệm.
RBDF được đánh giá chất lượng thông qua việc xác định các đặc
tính hóa lý như: độ nhớt động học ở 40oC, chỉ số acid (AV) và phân
tích thành phần methyl ester của acid béo bằng GC-MS.
1.3 Phương pháp và nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu trên, phương pháp và nội dung nghiên cứu
của đề tài được tập trung như sau:
Tổng hợp diesel sinh học: khảo sát các yếu tố quan trọng ảnh hưởng
đến hiệu xuất phản ứng tranester hóa như: methanol, xúc tác (base)
và thời gian phản ứng.
Tối ưu hoá quy trình bằng cách sử dụng phương pháp bề mặt đáp
ứng (RSM) kết hợp với mô hình tâm phức hợp (CCD).
Sản phẩm biodiesel được phân tích thành phần hóa học bằng sắc kí
ghép phối phổ GC-MS và chỉ số acid (AV) tại phòng thí nghiệm
phân tích khoa Khoa học Tự Nhiên trường Đại học Cần Thơ.
2
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Tình hình năng lượng và vấn đề ô nhiễm hiện nay
2.1.1 Khái niệm năng lượng
Thuật ngữ năng lượng được định nghĩa là những tài nguyên thiên nhiên có thể
cung cấp nguyên liệu làm các vật thể hoạt động, vận động máy móc và thao
tác sản xuất. Từ điển Tiếng Việt định nghĩa là: “đại lượng vật lí cho khả năng
sinh ra công của một vật”. Đại từ điển Bách khoa toàn thư Tiếng Anh đã định
nghĩa năng lượng như sau: “là thuật ngữ bao gồm nhiệt năng, thủy năng và
ánh sáng, con người có khả năng chuyển hóa thích hợp để cung cấp nhu cầu
năng lượng cho chính mình”. Từ điển Hán ngữ hiện đại định nghĩa năng lượng
là: “những vật chất có thể sản sinh ra năng lượng như: nhiệt năng, thủy
năng,…”.
Cho đến nay, khái niệm năng lượng được phổ cập ở hầu hết khắp các
quốc gia, ở cấp độ toàn cầu. Người ta căn cứ vào những loại hình (khí hóa
lỏng, xăng dầu, điện lực,...), quá trình hình thành (năng lượng có sẵn, năng
lượng đến từ thiên thể, năng lượng do tác dụng của trái đất,...), trình độ và
cách sử dụng (năng lượng truyền thống, năng lượng mới), phương pháp khai
thác (khai thác từ tự nhiên, chuyển hóa, gia công,...), khả năng tái sinh (năng
lượng tái sinh và không tái sinh) và căn cứ vào mức độ ảnh hưởng đến môi
trường (năng lượng sạch, năng lượng không sạch,...) để định nghĩa năng
lượng.
Tuy nhiên, khái niệm năng lượng được hiểu chung nhất là các nguồn tài
nguyên, nhiên liệu cung cấp, phục vụ cho đời sống, sản xuất và các nhu cầu
thiết yếu của con người. Năng lượng là một trong những điều kiện thiết yếu
của sự sống còn và phát triển của mỗi con người và toàn nhân loại. Điều kiện
tiên quyết cho sự tồn tại và phát triển của bất kì nền văn minh nào đều là năng
lượng. Trong các loại năng lượng, dầu mỏ, than đá và khí hóa lỏng là ba loại
hình năng lượng quan trọng nhất, có ảnh hưởng đến mọi đời sống của con
người.
2.1.2 Thị trường năng lượng thế giới
Năng lượng có thể ví như đầu tàu kéo cho sự tăng trưởng kinh tế. Mặt khác, an
ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liền với an ninh năng lượng. Vì vậy,
chính sách năng lượng luôn được đặt lên hàng đầu của mỗi quốc gia trong
chiến lược phát triển bền vững.
Kể từ sau cuộc khủng hoảng năng lượng 1970 đến nay, đặc biệt trong
hơn thập niên đầu thế kỉ XXI, cấu trúc thị trường năng lượng thế giới có nhiều
biến động lớn. Lịch sử giá cả năng lượng trên thị trường thế giới tăng liên tục.
Cuộc khủng hoảng năm 70 thế kỉ trước, với giá dầu tăng từ 10-11 USD/thùng
lên 37 USD/thùng, năm 2005 ở mức 70 USD/thùng, năm 2006 gần 80
USD/thùng, năm 2007 dao động dưới mức 100 USD/thùng, nhưng đến tháng
7/2008, giá dầu lần đầu tiên đạt kỉ lục lịch sử với mức giá 150 USD/thùng.
3
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
Theo Bộ Năng lượng Mỹ, nhu cầu dầu lửa thế giới đến năm 2025 tăng lên
35%, theo cơ quan năng lượng quốc tế (IEA), đến năm 2030 là 60% và nhu
cầu dầu lửa thế giới sẽ tăng đến 116 triệu thùng/ngày so với 86 triệu
thùng/ngày như hiện nay. Than đá và khí đốt cũng ở tình trạng tương tự.
Tuy nhiên, trong tương lai, trữ lượng một số nguồn năng lượng có xu
hướng giảm. Theo văn phòng Tổ chức kiểm soát năng lượng Anh (EWG),
dưới lòng đất hiện còn khoảng 1.255 tỉ thùng dầu, đủ để cho con người sử
dụng trong 42 năm. Với tốc độ khai thác như hiện nay, thế giới chỉ sản xuất
được 39 triệu thùng/ngày vào năm 2030, so với 81 triệu thùng/ngày như hiện
nay và trong vòng 50-60 năm nữa, nguồn dầu lửa dưới lòng đất sẽ hoàn toàn
cạn kiệt. Còn theo IEA, đến năm 2030, thế giới chỉ được cung cấp chưa đến
1/3 nhu cầu dầu lửa, trữ lượng than đá và khí đốt tự nhiên chỉ còn khoảng 909
tỉ tấn và sẽ cạn kiệt trong 155 năm nữa.
Sự phân bố không đều trữ lượng năng lượng của một số quốc gia trên thế
giới làm cho vấn đề an ninh năng lượng trở nên phức tạp. Theo thống kê của
tổ chức Dầu mỏ và Khí đốt thế giới, ba khu vực có trữ lượng dầu mỏ nhiều
nhất là Trung Đông, Bắc Phi, Trung Á và Bắc Mĩ, chiếm 82.3% trữ lượng dầu
mỏ thế giới. Trong đó ở khu vực Trung Đông (chiếm 64%), châu Mĩ (14%),
châu Phi (7%), Nga (4.8%), châu Á–Thái Bình Dương (4.27%).
Với tiềm năng dầu khí không phải là lớn, nước ta, từ chỗ xuất khẩu năng
lượng (dầu, than), trong vòng 15 năm tới sẽ phải nhập năng lượng (dự báo tỷ
lệ nhập khẩu khoảng 11–20% vào khoảng năm 2020, tăng lên 50–58% vào
năm 2050 chưa kể năng lượng hạt nhân). Năm 2003, tiêu thụ năng lượng
thương mại là 205 kg OE/người (bằng 20% mức bình quân thế giới). Xăng
dầu dùng cho giao thông vận tải thường chiếm đến 30% nhu cầu của cả nước.
Khi nhà máy lọc dầu đầu tiên ở Dung Quất được đưa vào hoạt động (năm
2008) cũng mới chỉ cung cấp được khoảng 5.3 triệu tấn xăng, diesel dùng cho
giao thông vận tải trong tổng nhu cầu 15.5–16.0 triệu tấn (34%). Đến trước
năm 2020, khi cả 3 nhà máy lọc dầu với tổng công suất 20–22 triệu tấn dầu
thô được đưa vào hoạt động sẽ cung cấp 15–16 triệu tấn xăng, diesel trong
tổng nhu cầu khoảng 27–28 triệu tấn (56%). Hiện tượng thiếu điện và bất ổn
giá xăng dầu thường xuyên diễn ra đã cảnh báo sự xuất hiện của nguy cơ mất
an ninh năng lượng. Thiếu năng lượng ảnh hưởng đến tăng trưởng và nước ta
sẽ rất khó trở thành nước công nghiệp vào năm 2020.
2.1.3 Giải pháp để giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu
Trước tác động sâu sắc của cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu, nhiều
quốc gia và các tổ chức liên kết khu vực đã tích cực nghiên cứu, triển khai các
giải pháp xử lý cuộc khủng hoảng. Trên thực tế đã có nhiều phương án được
đưa ra và cũng có nhiều dự án về năng lượng mới được thực hiện, góp phần
đáng kể giải quyết sự thiếu hụt năng lượng hiện nay. Tuy nhiên, mỗi giải pháp
đều có những hạn chế của nó và cần có thời gian cũng như tiền bạc.
4
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
2.1.3.1 Năng lượng hạt nhân
Đến nay đã có 32 quốc gia và vùng lãnh thổ (dân số gần 4 tỷ người) có nhà
máy điện hạt nhân với 441 tổ máy, công suất đạt 367.197 MW, cung cấp
16.4% sản lượng điện toàn cầu. Ở nhiều nước, năng lượng điện nguyên tử giữ
vai trò chủ yếu trong chiến lược an ninh năng lượng. Ở Pháp, điện nguyên tử
cung cấp 80% tổng nhu cầu điện năng quốc gia; ở Hàn Quốc con số này là
46% (tính đến 2005); Nhật Bản và Mỹ: 25%, Nga: 16%,… tuy nhiên, khó
khăn là năng lượng hạt nhân thường đi kèm với nguy cơ rò rỉ phóng xạ (đã xảy
ra sự cố ở Mỹ, Nga, Nhật Bản), nguy cơ bị chủ nghĩa khủng bố quốc tế đánh
cắp, bị lợi dụng sản xuất vũ khí hạt nhân và không phải quốc gia nào cũng có
đủ tài chính và công nghệ để xây dựng và vận hành nhà máy điện nguyên tử.
2.1.3.2 Năng lượng tái sinh
Cũng được các quốc gia hướng tới. Hiện có ít nhất 45 quốc gia đang sử dụng
loại năng lượng này, 60 nước có chương trình quốc gia phát triển năng lượng
tái sinh, 19 nước khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời để thắp sáng và
sưởi ấm. Theo ước tính, đến năm 2010, các nước muốn thoát khỏi tình trạng
phụ thuộc vào nguyên liệu hoá thạch sẽ nhận được 30% sản lượng điện từ
năng lượng tái sinh. Ở một số nước, tỷ lệ này sẽ cao hơn tỷ lệ trung bình của
thế giới như Áo (từ 75–80%), Thụy Điển (dự kiến 60%), Lát-vi-a (49%),…
tuy nhiên, năng lượng tái sinh có khá nhiều nhược điểm như: các công trình
thuỷ điện, có thể gây ra những biến đổi về địa chất, gây ra những thảm họa
thiên tai khó lường (đập Tam Hiệp của Trung Quốc là một ví dụ điển hình),
năng lượng gió và năng lượng mặt trời lại bị phụ thuộc khá nhiều vào điều
kiện thời tiết, chế độ gió và số giờ chiếu sáng vốn hết sức thất thường, không
phải ở đâu cũng sản xuất được điện từ gió và năng lượng mặt trời.
2.1.3.3 Năng lượng sinh học
Năng lượng sinh học được xem như một loại “năng lượng xanh” bởi nó ít thải
ra khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính, hủy hoại môi trường. Hiện nay có khoảng
50 nước trên thế giới khai thác và sử dụng biodiesel ở các mức độ khác nhau.
Tuy nhiên, giải pháp này đang bị các nhà khoa học, bảo vệ môi trường phản
đối. Sản xuất biodiesel sẽ chiếm đi một diện tích đất canh tác (hiện nay là 14
triệu ha, chiếm 1% và sẽ là 3.5% vào năm 2030 diện tích đất canh tác của thế
giới, bằng cả diện tích Pháp và Tây Ban Nha cộng lại) sẽ làm giảm sản lượng
lương thực, trong khi thế giới đang đối mặt với khủng hoảng lương thực.
Không thể chấp nhận được tình trạng, trong khi hàng tỉ người trên hành tinh
đang ở tình trạng thiếu đói thì hàng triệu tấn lương thực lại được dùng để làm
nhiên liệu.
Ngoài ra, tiết kiệm năng lượng cũng là một giải pháp được các quốc gia
ưu tiên, điển hình là ở Nhật Bản. Tuy tiết kiệm là một ưu tiên hàng đầu, nhưng
nó không thể làm giảm được nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng của
thế giới. Người ta vẫn phải tìm ra loại năng lượng khác để thay thế dầu lửa,
than đá, khí đốt mà không gây ra những hậu quả về môi trường và an ninh.
Câu trả lời vẫn còn ở phía trước.
5
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
2.1.4 Vấn đề ô nhiễm môi trường
Ngày nay vấn đề ô nhiễm môi trường, phá vỡ cân bằng sinh thái đã là vấn đề
quan tâm chung của nhân loại. Vì vậy, người ta coi vấn đề môi trường là một
trong các "vấn đề toàn cầu". Trong bối cảnh phát triển của xã hội loài người,
bài toán "phát triển bền vững" đã được đặt ra để giải quyết. Phương châm của
phát triển bền vững được nêu lên là: "Sự phát triển thỏa mãn những nhu cầu
trong hiện tại không làm xâm phạm đến khả năng làm thỏa mãn nhu cầu của
các thế hệ tương lai".
Ô nhiễm môi trường không khí hiện nay không những tác động xấu tới
sức khỏe của con người, thiệt hại về kinh tế mà còn ảnh hưởng đến biến đổi
khí hậu. Nhiều chương trình nghiên cứu cũng đã cho thấy biến đổi khí hậu
không chỉ thuần túy do tác động của tự nhiên mà còn do tác động của con
người thông qua việc sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất
công nghiệp, giao thông, vận tải, nông nghiệp, kéo theo lượng phát thải khí
nhà kính CO2 không ngừng gia tăng nhanh, trên 30% so với thời kì tiền công
nghiệp (từ 280 ppm tăng lên 360 ppm), nhiệt độ trái đất tăng 0.2–0.4oC nếu
không có giải pháp tích cực, nồng độ khí nhà kính có thể tăng đến 400 ppm
vào năm 2050 và 500 ppm vào cuối thế kỷ XXI, nhiệt độ trái tăng thêm 2–4oC,
gây ra hậu quả khôn lường cho môi trường sống.
Hình 2.1 Nóng lên toàn cầu
Nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường chủ yếu là do khí thải từ các
phương tiện giao thông chiếm tỉ lệ khoảng 60–70%. Hiện nay trên thế giới có
khoảng 800 triệu xe ô tô các loại, tiêu thụ mỗi ngày khoảng 10 triệu tấn dầu
mỏ, bằng một phần hai sản lượng dầu mỏ khai thác mỗi ngày. Vì vậy, phương
tiện giao thông dẫn đến hàng năm toàn thế giới phát thải khoảng 25 tỷ tấn khí
độc hại và khí nhà kính. Ô nhiễm không khí ở các khu công nghiệp và đô thị
tăng 2–3 lần, ở các nút giao thông tăng 2–5 lần so với quy định. Mỗi năm
lượng thải vào khí quyển là 250 triệu tấn bụi, 200 tấn CO, 150 triệu tấn SO2,
50 triệu tấn các NOx, hơn 50 triệu tấn hydrocarbon các loại và 20 tỷ tấn CO2.
6
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
Hình 2.2 Minh hoạ ô nhiễm môi trường không khí
Nhìn chung diễn biến chất lượng môi trường không khí tỷ lệ thuận với số
lượng phương tiện giao thông tham gia trên đường. Để thực hiện mục tiêu:
Kiểm soát, phòng ngừa, hạn chế gia tăng ô nhiễm, hướng tới xây dựng hệ
thống giao thông vận tải bền vững, thân thiện môi trường. Cần triển khai thực
hiện các giải pháp chủ yếu sau đây:
Xây dựng hệ thống quan trắc đồng bộ, kiểm tra, giám sát định kỳ
việc tuân thủ các tiêu chuẩn phát thải đối với các phương tiện giao
thông.
- Quản lý các thành phần gây ô nhiễm khác: bụi, tiếng ồn, độ rung,…
đặc biệt quan tâm đến việc kiểm soát bụi và tiếng ồn do hoạt động
giao thông vận tải tại các đô thị.
- Cải thiện cơ sở hạ tầng giao thông, quy hoạch phát triển mạng lưới
giao thông đồng bộ việc quy hoạch đô thị.
- Cần phát triển mạnh, tăng hoạt động của các phương tiện giao thông
công cộng (như xe buýt, xe điện ngầm, xe điện trên cao).
- Khuyến khích các phương tiện chạy bằng năng lượng sạch (xăng
sinh học, diesel sinh học).
- Tập trung nâng cao nhận thức về môi trường của người dân, đặc biệt
đối với vấn đề ô nhiễm không khí.
Chính sự cạn kiệt của nguồn dầu mỏ và tình trạng ô nhiễm môi trường
hiện nay đã đặt ra cho toàn nhân loại một nhiệm vụ to lớn, một nhiệm vụ
chung của các quốc gia không phân biệt giàu nghèo, không phân biệt về thể
chế kinh tế, chính trị và nghiên cứu để tìm ra nguồn năng lượng thay thế cho
năng lượng có nguồn gốc dầu mỏ. Trước tình hình đó, nhiên liệu sinh học ra
đời được xem như là một nhiên liệu xanh, sạch có thể thay thế cho nhiên liệu
truyền thống.
-
2.2 Nhiên liệu sinh học
2.2.1 Khái niệm
Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu tái tạo, được hình thành từ các hợp chất
có nguồn gốc động thực vật, như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực
7
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
vật (mỡ động vật, dầu thực vật, dầu ăn thải tái sinh...), ngũ cốc (lúa mì, ngô,
đậu tương, sắn...), sinh khối cellulose như phế phụ phẩm thải trong nông
nghiệp (rơm, rạ, phân...), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, gỗ
thải...) và tảo (một số loài tảo có dầu).
Hình 2.3 Nhiên liệu sinh học
Theo tiêu chuẩn ASTM thì biodiesel được định nghĩa: “là các mono
alkyl ester của các acid mạch dài có nguồn gốc từ các lipit có thể tái tạo lại
như: dầu thực vật, mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ
diesel”.
2.2.2 Phân loại nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học có thể được phân loại thành các nhóm chính như sau:
Diesel sinh học (Biodiesel): là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng
tương tự và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống.
Biodiesel được điều chế bằng cách dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ
sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật), thường được thực hiện thông
qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các loại
rượu phổ biến nhất là methanol.
Xăng sinh học (Biogasoline): cũng như biodiesel, xăng sinh học
cũng là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng ethanol như là
một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì.
Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm
hữu cơ như tinh bột, xenlulose, lignocellulose. Ethanol được pha chế
với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học có thể thay thế
hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống.
Khí sinh học (Biogas): là một loại khí hữu cơ gồm methane và các
đồng đẳng khác. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh
khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản
phẩm ở dạng khí. Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản
phẩm khí gas từ sản phẩm dầu mỏ.
2.2.3 Ưu điểm của nhiên liệu sinh học
Trên thế giới đã quan tâm đến vấn đề phát triển nhiên liệu sinh học vì thực tế
đã cho thấy, nhiên liệu sinh học có nhiều ưu điểm hơn so với nhiên liệu truyền
thống.
8
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
2.2.3.1 Giảm thiểu ô nhiễm môi trường
Nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ thực vật không đóng góp vào quá trình
phát thải khí CO2. Hơn nữa, sự cân bằng trong phát thải CO2 đối với biodiesel
còn thể hiện qua chu trình khép kín biodiesel sau khi sử dụng sẽ thải khí CO2,
cây trồng hấp thụ khí CO2 cùng với năng lượng mặt trời cây quang hợp lại
phát triển và tạo ra nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel.
Nhiên liệu sinh học có những tác động tích cực đến môi trường, giảm
lượng mưa acid và hiệu ứng nhà kính khi đốt cháy chúng. Hàm lượng khí CO2
thải ra khi đốt cháy nhiên liệu biodiesel sẽ thấp hơn khi sử dụng dầu diesel.
Kết quả các công trình nghiên cứu cho thấy: nếu sử dụng 100% metyl ester thì
lượng khí CO2 thải ra sẽ thấp hơn 78.4% so với khi dùng dầu diesel, nếu sử
dụng hỗn hợp 20% metyl ester và 80% dầu diesel, lượng CO2 giảm 15.66%.
Biodiesel có thể bị phân hủy do vi khuẩn, do vậy ít gây ô nhiễm.
Lượng khí thải khi đốt cháy nhiên liệu biodiesel không độc vì không
chứa hợp chất lưu huỳnh và hợp chất hương phương. Đây là ưu điểm lớn nhất
của biodiesel so với dầu diesel và khi sử dụng không xảy ra hiện tượng ăn
mòn thiết bị do hợp chất lưu huỳnh tạo ra. Biodiesel hoàn toàn đáp ứng yêu
cầu về môi trường, giảm lượng khí CO2 phát sinh, hydrocacbon không cháy và
những thành phần khí thải khác. Biodiesel có khả năng cháy tốt, giảm lượng
mồ hóng, than bụi…
2.2.3.2 Bảo đảm an ninh năng lượng
Phát triển nhiên liệu sinh học giúp các quốc gia chủ động, không bị lệ thuộc
vào vấn đề nhập khẩu nhiên liệu, đặc biệt đối với những quốc gia không có
nguồn dầu mỏ và than đá, đồng thời kiềm chế sự gia tăng giá của xăng dầu và
ổn định tình hình năng lượng cho thế giới.
Do được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo, biodiesel thật sự là một
lựa chọn ưu tiên cho các quốc gia trong vấn đề an ninh năng lượng. Hơn nữa,
việc phát triển nhiên liệu sinh học trên cơ sở tận dụng các nguồn nguyên liệu
sinh khối khổng lồ sẽ là một bảo đảm an ninh năng lượng cho các quốc gia.
2.2.3.3 Phát triển kinh tế nông nghiệp
Đối với những nước không có nguồn nhiên liệu hóa thạch, việc sản xuất
biodiesel hạn chế sự phụ thuộc vào lượng dầu mỏ nhập khẩu. Việc sản xuất
biodiesel giúp phát triển nền công nghiệp mới, tạo việc làm mới và những
vùng phát triển mới.
Thông qua nhiên liệu đầu vào của các nhà máy là sản phẩm nông nghiệp,
do đó việc sản xuất biodiesel có thể kích thích sản xuất nông nghiệp và mở
rộng thị trường cho sản phẩm nông nghiệp trong nước. Việc sản xuất bodiesel
từ một số cây trồng có dầu như: dừa, lạc, jatropha, cao su,... mở ra cơ hội thị
trường sản phẩm mới cho nông dân với tiềm năng tăng thu nhập hoặc tăng
năng lực sản xuất cho đất canh tác hiện có, tận dụng các vùng đất hoang hoá
và tạo thêm công ăn việc làm cho người dân.
9
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM
