Đồ án chuyên ngành hóa dầu

Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành cảm ơn khoa Công nghệ, tổ Hóa môi trường
-Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt cho
chúng em thực hiện bài đồ án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Sơn bằng nghiệp vụ
sư phạm và lòng nhiệt tình đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian
học tập cũng như thời gian thực hiện làm bài đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa đã tận tình giảng dậy,
trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu trong thời gian học vừa qua .
Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành bài đồ án trong phạm vi và khả năng
cho phép nhưng chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được
sự thông cảm và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và các bạn .
Sinh Viên thực hiện
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
1
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
Phụ Lục
Trang
DANH MỤC HÌNH.................................................................................................4
DANH MỤC BẢNG................................................................................................5
MỞ ĐẦU.................................................................................................................6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC....................................8
I.1. Nhiên liệu sinh học – xu hướng năng lượng tất yếu...........................................8
I.1.1.Vài nét về lịch sử, sử dụng nhiên liệu ethanol..................................................9
I.1.2. Một số ứng dụng.............................................................................................9
I.1.3. Tính chất.......................................................................................................11
I.1.4. Lợi ích và hạn chế khi sử dụng nhiên liệu Ethanol........................................13
I.1.5. Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu ethanol trên thế giới......................14
I.2. Các loại nhiên liệu sinh học.............................................................................20
I.3. Phân loại nhiên liệu sinh học............................................................................21

I.3.1. Nhiên liệu lỏng........................................................................................21
I.3.2. Khí sinh học (Biogas)..............................................................................22
I.3.3. Nhiên liệu sinh học rắn............................................................................22
I.4. Nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học.....................................................22
I.5. Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học...........................................................22
I.6. Lợi ích của việc sản xuất nhiên liệu sinh học...................................................23
CHƯƠNG II: NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIOETHANOL.....................................27
II.1. Nguyên liệu tổng hợp bioethanol....................................................................27
II.1.1. Thế hệ 1: Từ tinh bột và rỉ đường........................................................27
II.1.2 Thế hệ 2: Từ xelulo..............................................................................34
II.1.3 Thế hệ 3: Từ rong tảo...........................................................................37
CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT CỦA
XĂNG SINH HỌC....................................................................................................
III.1. Công nghệ sản xuất ethanol...............................................................................
III.1.1. Quy trình sản xuất ethanol thế hệ thứ 1 - Nguyên liệu chứa tinh bột.......
III.1.2. Quy trình sản xuất ethanol thế hệ thứ 2 - Từ xenlulo..............................
III.1.3. Công nghệ sản xuất ethanol thế hệ thứ 3: Từ tảo biển............................
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
2
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
III.2. Các chỉ tiêu chất lượng của bioethanol .............................................................
III.2.1. Chỉ tiêu chất lượng dùng để pha vào xăng..............................................
III.2.2. Chỉ tiêu chất lượng của xăng..................................................................
II.3. Các phương pháp pha cồn vào xăng...................................................................
II.4. Ưu nhược điểm của xăng pha cồn với xăng truyền thống...................................
II.5. Chất xúc tác dùng pha chế ethanol......................................................................
KẾT LUẬN...............................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
3

Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa tinh bột..................
Hình 3.2. Qúa trình chuẩn bị nguyên liệu sản xuất ethanol từ cellulose.....................
Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ quá trình tiền xử lý ( sản xuất ethanol từ cellulose)..........
Hình 3.4. Sơ đồ công nghệ quá trình đường hóa và lên men ....................................
Hình 3.5. Sơ đồ quá trình tinh chế sản phẩm.............................................................
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
4
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
DANH MỤC BẢNG
Tra
ng
Bảng 2.1. Một số tính chất của ethanol.......................................................................
Bảng 3.1. Điều kiện trong thiết bị phản ứng tiền thuỷ ...............................................
Bảng 3.2: Điều kiện của quá trình lên men.................................................................
Bảng 3.3. Các phản ứng không mong muốn xảy ra trong quá trình lên men..............
Bảng 3.4. Các chỉ tiêu chất lượng của ethanol liên quan đến sức khỏe và an toàn môi
trường.............................................................................................................
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
5
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong thời đại hoà nhập và phát triển nền kinh tế của đất nước, hoà chung
với nhịp cầu phát triển của thế giới. Đất nước Việt Nam đang không ngừng đổi mới
và vươn lên trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Đảng và nhà nước ta
đang coi trọng rất nhiều về xăng dầu cũng như là dầu mỏ, nó góp phần thúc đẩy sự
phát triển kinh tế nước nhà. Hiện nay xăng dầu là một loại hàng hoá hết sức quan

trọng và không thể thiếu được trong tất cả các quốc gia, đã và đang trên con đường
phát triển sự phồn vinh của đất nước. Như vậy có thể khẳng định rằng trong những
thập kỷ gần đây, xăng dầu đã là nguồn nhiên liệu vô giá và đặc biệt quan trọng mà
ta cần phải chú trọng và đầu tư. Vì chính xăng dầu là nghành kinh tế mũi nhọn,
khẳng định sự phồn vinh và đi lên của mỗi quốc gia.
Đối với mỗi quốc gia, tuy khác nhau về điều kiện khí hậu, trang thiết bị,
nhưng nhu cầu sử dụng nhiên liệu lỏng ngày càng tăng. Song nhìn chung xu hướng
sử dụng xăng không chì, xăng sạch trên mỗi quốc gia ngày càng tăng. Đặc biệt là
các quốc gia điển hình như. ở mỹ hiện sử dụng xăng không chì đã lớn hơn 40%-
50% khối lượng nhiên liệu, ở Đức, ý, Pháp,Nhật... khối lượng dầu Diezen dự báo tới
năm 2005 là 48%, nhiên liệu phản lực hàng năm trên thế giớ sản xuất 90 - 100 triệu
tấn nhiên liệu cho nghành hàng không. Trước những năm 1990 xăng động cơ chiếm
ưu thế. Nhưng gần đây xu hướng sử dụng dầu do có chiều hướng gia tăng. Tuy
nhiên xăng vẫn giữ vị trí quan trọng vì là nhiên liệu cho những loại động cơ hiện đại
có tỷ số nén cao và tốc độ lớn. Xu thế chuyển xăng thông dụng sang xăng sạch
không chì, Việt Nam đã sử dụng hết xăng không chì vì trong xăng hàm lượng khí
CO
2
trong khí thải giảm, hàm lượng begen trong xăng không chì xuống còn < 1%
thể tích, xăng không chì có hàm lượng chì nhất định nhưng không được vượt quá
0,013g/lit, ngoài ra việc cho thêm một số phụ gia không chì như Metanol, MTBE
(Metyl tert-butyl ete).... ta còn phải sử dụng một số công nghệ sản xuất có trị số
Octan cao như quá trình Ankyl hoá, đồng phân hoá.
Đấy là xu thế sử dụng xăng sạch- xăng không chì nói chung, sử dụng xăng
không chì có một ưu điểm nổi bật đó là vấn đề môi trường - con người được cải
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
6
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
thiện hơn rất nhiều so với việc sử dụng xăng chì. Vào khoảng 2005 toàn thế giới có
xu hướng sử dụng hoàn toàn xăng không chì.

Đây là tin đáng chú ý vì nó không những giúp cho chúng ta giải quyết vấn đề
nan giải hiện nay, sự ô nhiễm môi trường rất có thể chấm dứt khi ta sử dụng hoàn
toàn xăng không chì, mà còn hường cho ta một cách cụ thể cần phải cố gắng nhiều
hơn nữa trong mọi lĩnh vực khoa học-kỹ thuật để làm sao chúng ta tự hoàn thiện
mình hơn và không ngần ngại cốt để xăng thương phẩm Việt Nam có đầy đủ các
chỉ tiêu kỹ thuật thế giới đứng ngang với các nước phát triển.
Từ những lý do trên nên chúng tôi chọn đề tài: Nghiên cứu quá trình tổng hợp
Bioethanol để là xang sinh học. Nghiên cứu đề tài này cho chúng ta hiểu sâu sắc
hơn quá trình tổng hợp ethanol ở nước ta cung như trên thế giới hiện nay và xu
hướng phát triển hiện nay.
2. Mục đích của đề tài
- Tổng quan về nhiên liệu sinh học
- Tổng quan về các phương pháp tổng hợp Bioethanol
- Các yêu cầu kỹ thuật của Ethanol để pha xăng sinh học
3. Giới hạn của đề tài
- Đề tài đi sâu nghiên cứu các quy trình tổng hợp ethanol để pha xăng sinh học
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
7
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
SINH HỌC
I.1. NHIÊN LIỆU SINH HỌC – XU HƯỚNG NĂNG LƯỢNG TẤT YẾU
Nhu cầu năng lượng của loài người đã hiện diện cách nay hàng trăm ngàn năm,
khi con người biết dùng lửa trong hoạt động hàng ngày để nướng thịt, đuổi thú dữ,
đốt rừng làm rẫy. Kể từ đó, nguồn năng lượng từ vật rắn như gỗ cây ngày càng trở
nên quan trọng, có hơn hai tỉ người trên thế giới đang dùng chất rắn trong gia đình
để nấu nướng và sưởi ấm mùa đông. Năng lượng có vai trò quan trọng đối với sự
phát triển kinh tế - xã hội. An ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liền với an
ninh năng lượng của một quốc gia. Vì vậy trong chính sách phát triển kinh tế, xã hội
bền vững, chính sách năng lượng nên được đặt lên hàng đầu.

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 máy phát điện cung cấp nguồn điện năng mới có nhiều công dụng
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 tính toán của các chuyên gia kinh tế năng lượng, dầu mỏ và khí đốt hiện
chiếm khoảng 60-80% cán cân năng lượng thế giới. Với tốc độ tiêu thụ như hiện
nay và trữ lượng dầu mỏ hiện có, nguồn năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt
trong vòng 40-50 năm nữa. Diễn biến phức tạp của giá xăng dầu gần đây là do nhu
cầu dầu thô ngày càng lớn và những bất ổn chính trị tại những nước sản xuất dầu
mỏ. Để đối phó tình hình đó, cần tìm ra các nguồn năng lương thay thế, ưu tiên hàng
đầu cho các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường.
Trong số các nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ đang sử dụng hiện nay (năng
lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân,…), năng lượng sinh học đang
là xu thế phát triển tất yếu, nhất là ở các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu,
do các lợi ích của nó như: công nghệ sản xuất không qua phức tạp, tận dụng nguồn
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
8
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
nguyên liệu tại chỗ, tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp, không cần thay đổi cấu trúc
động cơ cũng như cơ sở hạ tầng hiện có và giá thành cạnh tranh so với xăng dầu.
I.1.1 Vài nét về lịch sử, sử dụng nhiên liệu ethanol.
Thời gian đầu ethanol được dùng trong y tế, trong mỹ phẩm, dùng làm dung
môi và sau này nó được biết đến như nguồn nhiên liệu cho động cơ đốt trong được
ứng dụng ở nhiều nước như Anh, Pháp, Mĩ, Canada, Brazil…
Ethanol là cấu tử phối trộn làm tăng chỉ số octane của xăng:

Để tăng công suất của động cơ, ta phải tăng chỉ số nén. Khi tăng chỉ số nén ta
cần phải tăng chỉ số octane của xăng để tránh hiện tượng cháy kích nổ của nhiên
liệu. Trước đây để tăng chỉ số octane người ta thường dùng Tetra etyl chì nhưng
hiện nay nó đã bị cấm sử dụng vì chì rất độc, gây tổn thương cho hệ thần kinh trung
ương, gây ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu cho chúng ta thấy dùng nhóm phụ gia là
hợp chất hữu cơ chứa oxy như: mety lter butyl ete (MTBE), etyl ter butyl ete
(ETBE), methanol, ethanol khi pha xăng sẽ làm tăng chỉ số octane của xăng, làm
xăng cháy tốt hơn, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm.
Ngày nay có thể thấy ethanol hoàn toàn có khả năng dùng làm nhiên liệu cho
động cơ đốt trong, thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch. Ethanol đựơc dùng ở 2
dạng cụ thể sau:
- Ethanol được pha vào xăng với tỉ lệ nhỏ hơn 15%. Với tỉ lệ này thì không
cần thay đổi hay hiệu chỉnh gì động cơ xăng. Tuổi thọ, độ bền của động cơ không
hề thay đổi.
- Ethanol là nhiên liệu thay thế hoàn toàn cho xăng dùng cho những động cơ
đốt trong cải tiến.
I.1.2. Một số ứng dụng
Ethanol là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng, dễ hút ẩm, tạo hỗn hợp
đẳng phí với nước, nồng độ ethanol ở điểm đẳng phí là 89%, ethanol trộn với nước
có nhiệt độ sôi là 78,150C. Ethanol là chất phân cực mạnh. Nó có thể trộn lẫn với
ete và nhiều dung môi khác; hoà tan nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ. Ethanol dễ
cháy và tạo hỗn hợp nổ với không khí. Ethanol có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực của đời sống xã hội.
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
9
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
Ethanol được dùng nhiều trong đời sống: ethanol sản xuất từ ngũ cốc được
dùng để bảo quản thực phẩm, pha chế các loại rượu uống khác nhau, có tác dụng
kích thích dịch vị trong ăn uống. nhưng nếu uống quá nhiều sẽ dẫn tới viêm dạ dày,
có thể mắt bênh suy dinh dưỡng, giảm thị lực…

Trong y tế ethanol (hay gọi là cồn) được dùng để sát trùng vết thương, sát
khuẩn, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh,...
Ethanol còn là một sản phẩm hoá học: vì ethanol được dùng để điều chế dung
môi etylacetat (dùng cho công nghiệp sơn, dùng để chiết thuốc kháng sinh ),
etylclorua(dùng để tinh chế tetraetyl chì, làm chất chống nổ cho xăng nhưng hiện
nay đang hạn chế xăng pha chì), dietylete, etylamin. Ethanol là nguyên liệu quan
trọng để điều chế 1,3-butadien cho công nghệ sản xuất cao su…
Ngoài ra ethanol còn được dùng trong công nghiệp để làm chất đốt, làm dung
môi hoà tan các hợp chất vô cơ cũng như hữu cơ.
Ethanol dùng để pha dung môi pha vecni, dược phẩm, nước hoa. Năm 1985
Mỹ sử dụng 5% sản lượng ethanol để pha vào xăng làm nhiên liệu chạy động cơ,
đến năm 1985 đã sử dụng 73%, Tây Âu là 28%.
Ngày nay, người ta còn dùng cồn tuyệt đối (trên 99,5%V) để thay thế một phần
nhiên liệu cho động cơ ô tô. Cồn có thể thay thế 20% - 22% trong tổng lượng xăng
thành "gasohol" để sử dụng trong ôtô và các phương tiện khác dùng động cơ xăng.
Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành công nghiệp vì việc
sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự ô nhiễm môi trường, để
tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ. Nó làm tăng chỉ số octan của xăng, ngăn
cản sự cháy kích nổ và dẫn đến có thể thay thế tetra etyl chì là một chất độc.
Ethanol là một trong những sản phẩm hoá học đầu tiên mà loài người biết đến,
nhưng các phương pháp rượu sản xuất với quy mô công nghiệp chỉ mới biết đến từ
những năm 1930.
Ethanol có rất nhiều ứng dụng, chính vì vậy việc tạo ethanol tuyệt đối là công
việc cần thiết và được quan tâm phát triển.
I.1.3. Tính chất
a. Tính chất vật lý:
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
10
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
Rượu eylic là một chất lỏng, không màu, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn

nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15
o
C), sôi ở nhiệt độ 78,39o C, hóa rắn ở
-114,15 độ C, tan trong nước vô hạn. Sở dĩ rượu etylic tan trong nước vô hạn và có
nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyde có khối lượng phân tử xấp xỉ là
do sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rượu với nhau và với nước.
b. Tính chất hóa học:
Tính chất của một rượu đơn chức:
Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ.
2 C
2
H
5
OH + 2 Na -> 2 C
2
H
5
ONa + H
2
Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và acid với môi
trường là acid sulfuric đặc nóng tạo ra este.
C
2
H
5
OH + CH
3
COOH -> CH
3
COOC

2
H
5
+ H
2
O
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.
C
2
H
5
OH -> C
2
H
4
+ H
2
O
Hay tách nước giữa 2 phân tử rượu thành ether
C
2
H
5
OH + C
2
H
5
OH -> C
2

H
5
-O-C
2
H
5
+ H
2
O
Phản ứng oxi hóa, trong đó rượu bị oxi hóa theo 3 mức: oxi hóa không hoàn
toàn (hữu hạn) thành aldehyde, acid hữu cơ và oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy) thành
CO2 và H2O.
+ Mức 1: trong môi trường nhiệt độ cao
CH
3
-CH
2
-OH + CuO -> CH
3
-CHO + Cu + H
2
O
+ Mức 2: có xúc tác
CH
3
-CH
2
-OH + O
2
-> CH

3
-COOH + H
2
O
+ Mức 3:
C
2
H
5
OH + 3 O
2
-> 2 CO
2
+ 3 H
2
O
Phản ứng riêng:
+ Phản ứng tạo ra butadien-1,3 : cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp,
Cu + Al
2
O
3
ở 380-400
o
C, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước
2C
2
H
5
OH -> CH

2
=CH-CH
2
=CH + 2 H
2
O + H
2
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
11
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
+ Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượu etylic 10oC bằng oxi không khí có mặt
men giấm ở nhiệt độ khoảng 25
o
C.
CH
3
-CH
2
-OH + O
2
-> CH
3
-COOH + H
2
O
Một số tính chất khác:
Bảng 2.1. Một số tính chất của ethanol
Tính chất Giá trị
Số UN 1170
Nhiệt độ tan 158,8 K (-114,3°C, -173,83°F)

Điểm tới hạn 514 K (241°C, 465.53°F) ở áp suất 63 bar
ΔtanH 4,9 kJ/mol
ΔtanS 31 J/mol•K
ΔsôiH 38,56 kJ/mol
pH 7,0 (trung tính)
ΔfH0lỏng -277,38 kJ/mol
S0lỏng 159,9 J/mol•K
Cp 112,4 J/mol•K
ΔfH0khí -235,3 kJ/mol
S0khí 283 J/mol•K
Cp 65,21 J/mol•K
Tác động cấp tính
Buồn nôn, gây mửa, gây trầm cảm. Ngừng
thở trong trường hợp nặng.
Tác động kinh niên Nghiện. Xơ gan.
Nhiệt độ tự cháy 425°C (797°F)
Mật độ giới hạn nổ 3,5-15%
Tính chất khác (tiếng Anh) NIST WebBook
I.1.4. Lợi ích và hạn chế khi sử dụng nhiên liệu Ethanol.
I.1.4.1. Lợi ích
Sử dụng ethanol làm nhiên liệu không chỉ là một biện pháp tình thế nhằm làm
tăng chỉ số octane của xăng, thay thế cho những phụ gia gây ô nhiễm môi trường
sinh thái mà còn đảm bảo an toàn năng lượng cho mỗi quốc gia vì đây là nguồn
năng lượng có khả năng tái tạo được.
a. Lợi ích về kinh tế
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
12
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
Sản xuất ethanol làm nhiên liệu góp phần thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển
vì ethanol được sản xuất theo dây chuyền công nghệ sinh học. Nguyên liệu sản xuất

ethanol là tinh bột của các loại củ hạt như: sắn, khoai, ngô, lúa, gạo, trái cây… Đây
là nguồn nguyên liệu dồi dào trong tự nhiên. Tạo ra nhiều công ăn việc làm cho
nhiều lao động ở nông thôn, giải quyết được lượng lương thực bị tồn đọng và đặc
biệt khuyến khích được tinh thần lao động sản xuất của người dân.
Ngoài ra việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung cũng như gasohol nói
riêng giúp cho các quốc gia chủ động trong chính sách năng lượng của mình. Nước
nào càng có nhiều xăng sinh học thì càng ít phụ thuộc vào nước khác và từ đó có thể
phát triển nền kinh tế của mình một cách bền vững.
b. Lợi ích về môi trường
Dùng ethanol làm nhiên liệu sẽ giảm được một lượng lớn các chất gây ô nhiễm
môi trường. Vì vậy nó được mệnh danh là “xăng xanh”. Theo các tính toán cho
thấy nếu thay thế việc đốt một lít xăng bằng một lít ethanol thì sẽ giảm 40% lượng
phát sinh khí CO
2
vào khí quyển . Khi đốt ethanol sự cháy xảy ra hoàn toàn hơn so
với khi đốt xăng. Ta thấy trong các động cơ xăng thường xuất hiện các bụi bẩn
chính là do các hydrocacbon cháy không hết. Điều đó phải tốn thời gian lau chùi,
sửa chữa động cơ. Khi pha ethanol vào xăng làm cho xăng cháy hoàn toàn hơn,
giảm phát thải các khí gây ô nhiễm môi trường. Hơn nữa ethanol được điều chế từ
các sản phẩm nông nghiệp vì thế sẽ làm tăng diện tích đất trồng. Điều này có nghĩa
là làm tăng diện tích lá phổi của trái đất lên.
I.1.4.2. Hạn chế khi sử dụng nhiên liệu Ethanol
Hạn chế cơ bản của ethanol nhiên liệu là tính hút nước của nó. Ethanol có khả
năng hút ẩm và hoà tan vô hạn trong nước. Do đó gasohol phải được tồn trữ và bảo
quản trong hệ thống bồn chứa đặt biệt.
Về hiện tượng gây ô nhiễm: tuy giảm được hàm luợng các chất gây ô nhiễm
như CO nhưng lại gây ra một số chất như các andehyt, NO
x
. Đây là những chất gây
ô nhiễm.

Do nhiệt trị của ethanol nói riêng (PCI
ethanol
=26,8 MJ/kg) và các loại ancol khác
nói chung đều thấp hơn so với xăng (PCI
xăng
=42,5 MJ/kg) nên khi dùng ethanol để
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
13
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
pha trộn vào xăng sẽ làm giảm công suất động cơ so với khi dùng xăng. Tuy nhiên
sự giảm công suất này là không đáng kể nếu ta pha với số lượng ít
Tóm lại việc sử dụng gasohol có nhiều ưu điểm nhưng cũng có những mặt hạn
chế. Tuy nhiên khi phân tích tương quan giữa các mặt lợi và hại ta vẫn thấy mặt lợi
lớn hơn, mang ý nghĩa chiến lược hơn.
I.1.5. Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu ethanol trên thế giới.
Hiện nay trên thế giới có khoảng 50 nước sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh
học ở các mức độ khác nhau ( E5, E10 và thậm chí là E20 như Brazil ). Năm 2003
toàn thế giới đã sản xuất khoảng 38 tỷ lít ethanol thì đến năm 2005 đã sản xuất được
50 tỷ lít ethanol (trong đó 75% la nhiên liệu sinh học), và dự kiến đến 2012 là
khoảng 80 tỷ lít ethanol.
Mặc dầu xăng-sinh-học đắt hơn xăng-cổ-sinh, mọi quốc gia trên thế giới đều
dần dần chuyển hướng đến sử dụng xăng-sinh-học, vì lý do chính trị muốn ít tuỳ
thuộc vào Trung Đông, vì tuân thủ theo quy ước Kyoto giảm sa thải khí nhà kiếngg
và sức ép của giới môi sinh, đồng thời phát triển nông nghiệp tạo công ăn việc làm
cho vùng thôn quê.
Brazil: Bắt nguồn từ khủng hoảng dầu hoả 1972, Brazil có kế hoạch sản xuất
xăng-sinh-học, và hiện nay dẫn đầu thế giới về sản xuất và sử dụng xăng-ethanol và
diesel-sinh-học. Hiện tại (2006) Brazil đã có trên 325 nhà máy ethanol, và khoảng
60 nhà máy khác đang xây cất, để sản xuất xăng-ethanol từ mía (đường, nước mật,
bã mía), và bắp. Để sản xuất diesel-sinh-học từ hạt cải-dầu và đậu nành, hiện có 10

nhà máy, và 40 nhà máy khác đang xây cất.
Năm 2005, Brazil sản xuất 16 tỷ lít ethanol, chiếm 1/3 sản xuất toàn cầu. Năm
2006, Brazil sản xuất được 17.8 tỷ lít ethanol, dự trù sẽ sản xuất 38 tỷ lít vào năm
2013. Chính phủ Brazil mới đây ra chỉ tiêu 2% diesel-sinh-học cho 2008, và 5% cho
năm 2013.
Ngày nay, diện tích trồng mía ở Brazil là 10.3 triệu ha, một nửa sản lượng mía
dùng sản xuất xăng-ethanol, nửa kia dùng sản xuất đường. Tiên đoán là Brazil sẽ
canh tác 30 triệu ha mía năm 2020. Vì lợi nhuận khổng lồ, các công ty tiếp tục phá
rừng Amazon để canh tác mía, bắp, đậu nành cho mục tiêu xăng-sinh-học vừa tiêu
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
14
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
thụ trong nước vừa xuất cảng. Giá xăng-ethanol được bán bằng nửa giá xăng thường
tại Brazil.
Hoa Kỳ: Hoa kỳ sản xuất Ethanol từ hạt bắp, hạt sorgho và thân cây sorgho-
đường, và củ cải-đường. Khoảng 17% sản lượng bắp sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ
dùng để sản xuất ethanol. Hoa Kỳ đặt chỉ tiêu sản xuất E10 để cung cấp 46% nhiên
liệu cho xe hơi năm 2010, và 100% xe hơi vào 2012. hãng General Motor đang thực
hiện dự án sản xuất E85 từ cellulose (thân bắp), và hiện có khoảng hơn 4 triệu xe
hơi chạy bằng E85. hãng Coskata đang có 2 nhà máy lớn sản xuất xăng-ethanol.
Hiện tại nông dân Hoa Kỳ chuyển hướng sản xuất lúa mì và bắp cho xăng-sinh-học,
vì vậy số lượng xuất cảng hạt ngũ cốc giảm từ nhiều năm nay, làm giá nông phẩm
thế giới gia tăng Vì giá cả xăng-sinh-học còn cao hơn xăng thường, chính phủ Mỹ
phải trợ cấp, khoảng 1.9 USD cho mỗi gallon (=3.78 lít) xăng-sinh-học, trợ cấp tổng
cộng khoảng 7 tỷ USD/năm.
Canada: Chỉ tiêu cho năm 2010 là 45% toàn quốc tiêu thụ xăng E10.
Âu Châu: Cộng-đồng Âu châu (EU) ra biểu quyết chung là mỗi quốc gia phải
sản xuất cung cấp 5.75% xăng-sinh-học vào năm 2010, và 10% năm 2020 cho nước
mình.
Đức là nước tiêu thụ nhiều nhất xăng-sinh-học trong cộng đồng Âu châu,

khoảng 2.8 triệu tấn diesel-sinh-học, 0.71 triệu tấn dầu-thực-vật (tinh khiết) và 0.48
triệu tấn ethanol. Công ty sản xuất diesel-sinh-học lớn nhất là ADM Oelmühle
Hamburg AG (của Hoa Kỳ), kế đến là MUW (Mitteldeutsche Umesterungswerke
GmbH & Co KG) và EOP Biodiesel AG. Nguyên liệu chánh là củ cải-đường để sản
xuất ethanol, và dầu-cải và dừa-dầu (nhập cảng từ Mã Lai, Indonesia) cho diesel-
sinh-học.
Pháp là nước thứ hai tiêu thụ nhiều ethanol-sinh-học trong cộng đồng Âu châu
năm 2006, khoảng 1.07 triệu tấn ethanol và diesel-sinh-học. Công ty Diester sản
xuất diesel-sinh-học và Téréos sản xuất ethanol là 2 đại công ty của Pháp.
Thuỵ Điển có chương trình chấm dứt hoàn toàn nhập cảng xăng cho xe hơi vào
năm 2020, thay vào đó là tự túc bằng xăng-sinh-học. Hiện nay, 20% xe ở Thuỵ Điển
chạy bằng xăng-sinh-học, nhất là xăng-ethanol. Thuỵ Điển đang chế tạo xe-hơi-lai
vừa chạy bằng ethanol vừa bằng điện. Để khuyến khích sử dụng xăng-sinh-học,
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
15
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
chính phủ Thuỵ Điển không đánh thuế lên xăng-sinh-học, trợ cấp xăng-sinh-học rẻ
hơn 20% so với xăng cổ sinh, không phải trả tiền đậu xe ở thủ đô và một số thành
phố lớn, bảo hiểm xe cũng rẻ hơn.
Vương quốc Anh: chỉ tiêu 5% xe giao thông sử dụng xăng-sinh-học năm 2010.
Hiện tại các xe bus đều chạy xăng-sinh-học. hãng Hàng Không Virgin (Anh
quốc) bắt đầu sử dụng xăng-sinh-học cho máy bay liên lục địa. Các nước Âu châu
nhập cảng dừa-dầu (oil palm) từ Mã Lai và Indonesia để chế diesel-sinh-học.
Á Châu
Trung quốc: Năm 2005, Trung quốc sản xuất 920,000 tấn ethanol và khoảng
200,000 tấn diesel-sinh-học. Chỉ tiêu sản xuất 4 triệu tấn ethanol và 2 triệu tấn
diesel-sinh-học vào năm 2010, và 300 triệu tấn ethanol vào 2020. Hiện tại sản xuất
xăng E10 ở 5 tỉnh phía nam, cung cấp 16% nhiên liệu cho toàn xe hơi ở Trung quốc.
Trung quốc cũng trợ cấp khoảng 163 USD cho mỗi tấn xăng-ethanol (nhưng không
trợ cấp diesel-sinh-học). Vì giá cả nông phẩm gia tăng, và sợ thiếu thực phẩm, hiện

nay Trung quốc chỉ cho phép canh tác khoai mì, sorgho-đường và một số hoa màu
không quan trọng khác trên đất biên tế (nghèo), không thích ứng sản xuất nông
phẩm như ở Shangdong và Xinjiang Uygur.
Hiện tại, Trung quốc có 2 nhà máy lớn là Longyan Zhuoyue New Energy
Development (thiết lập năm 2001) và Xiamen Zhuoyue Biomass Energy Co. (thiết
lập năm 2006), cả 2 đều ở tỉnh Fujian nam Trung quốc. Ngoài ra còn khoảng hơn
100 nhà máy quốc doanh nhỏ ở Guizhou, Guangxi, Shandong, và Anhui, với khả
năng sản xuất từ 300 đến 600,000 tấn diesel-sinh-học/năm, biến chế từ dừa-dầu
(nhập cảng từ Mã Lai), hay từ dầu-ăn-phế-thải, dầu hạt-cải (trồng ở thung lủng sông
Hoàng Hà), dầu bông vải, dầu trẩu (Aleurites moluccana), hạt dầu-lai (jatropha,
trồng vùng đồi núi ở Guizhou, Sichuan, và Yunnan trong chương trình xoá đói giảm
nghèo) và các phế thải hữu cơ khác.
Hàng năm, Trung quốc tiêu thụ khoảng 22 triệu tấn dầu ăn trong kỹ nghệ thực
phẩm, sa thải khoảng 4.5 triệu tấn dầu đã-sử-dụng (sau khi chiên xào rồi) để chạy
vào dây chuyền sản xuất diesel-sinh-học. Để tìm nguồn nguyên liệu khác, các nhà
khoa học Trung quốc nghiên cứu cho biết có 1553 loài cây rừng chứa nhiều dầu có
khả năng khai thác sản xuất diesel-sinh-học, trong đó là Pistacia chinensis Bungo
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
16
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
chứa 40% dầu trong thân mọc trên đồi núi. Trung quốc cũng dự trù trồng 670,000 ha
cây dầu-lai (jatropha) để sản xuất diesel-sinh-học.
Ấn Độ: Chính phủ có chính sách sử dụng xăng-ethanol E5 hiện nay, sẽ tăng lên
E10 và E20 trong những năm tới. Ần Độ gia tăng diện tích trồng cây dầu-lai để sản
xuất diesel-sinh-học, và diện tích canh tác mía cho xăng-ethanol.
Mã Lai và Indonesia đã phá rừng canh tác thêm dừa-dầu (oil palm) để xuất
cảng dầu cho thị trường Âu châu, Hoa Kỳ và Trung quốc cho mục tiêu sản xuất
diesel-sinh-học. Hai quốc gia này dự trù cung cấp 20% nhu cầu dầu cho kỹ nghệ
diesel-sinh-học của Âu châu vào 2009. Chẳng hạn, tại Tây Kalimantan thuộc
Indonesia trong thập niên 1990s có nửa triệu ha cây dừa-dầu, nay (2006) diện tích

dừa dầu tăng lên hơn 3.2 triệu ha, và sẽ gia năng lên nữa trong tương lai. Indonesia
có chương trình phá rừng để gia tăng diện tích dừa-dầu toàn quốc lên 20 triệu ha.
Liên Hiệp Quốc đã cảnh cáo Indonesia về việc phá rừng quy mô này, và tiên đoán
rằng 98% rừng Indonesia sẽ bị phá huỷ vào 2022 với đà phá rừng trồng dừa-dầu
hiện nay. Thái Lan. Từ năm 1985, Thái Lan đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng-
sinh-học.
Uỷ ban Nhiên-liệu-sinh-học được thành lập năm 2001 để điều hành, và xăng
E10 đã bắt đầu bán ở các trạm xăng từ 2003.
Các nước trên thế giới sử dụng Ethanol: châu Âu và Ân Độ sử dụng tối đa 5%
Ethanol (E5), Mỹ sử dụng 10% Ethanol E10, Brazil bắt buộc sử dụng 22%-25% Ethanol,
Thái Lan bắt buộc sử dụng E5, E20, E85 được giới thiệu từ 2008.
I.1.6. Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol làm nhiên liệu ở Việt Nam
Ở nước ta công nghệ sản xuất ethanol còn rất nhỏ bé và lạc hậu. Chỉ có nhà
máy sản xuất ethanol mà nguồn nguyên liệu chủ yếu từ tinh bột (sắn, ngô, khoai…)
và từ rỉ đường. Hoàn toàn chưa có nhà máy sản xuất ethanol từ các nguồn nguyên
liệu chứa cellulose (rơm rạ, mùn cưa, cây cỏ…). Sản phẩm chủ yếu là ethanol
thương phẩm (nồng độ 40% đến 45%) và cồn công nghiệp (nồng độ từ 95,57% đến
96%), một lượng nhỏ được làm khan thành ethanol tuyệt đối (nồng độ 99,5%).
Nước ta có nhà máy sản xuất ethanol đầu tiên là nhà máy ethanol Đại Tân.
Nhà máy có công suất 100.000 tấn/năm (tương đương với 125 triệu lít/năm). Có
tổng vốn đầu tư khoảng 900 tỉ đồng, được đặt tại xã Đại Tân, huyện Đại Lộc,
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
17
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
Quảng Nam do Công ty CP Đồng Xanh đầu tư. Mỗi năm nhà máy cần 300.000 tấn
sắn (mì) khô để sản xuất ra 100 ngàn tấn ethanol.
Trong thời kỳ Đệ nhị thế chiến, xe hơi ở Việt Nam chạy ethanol chế biến từ
gạo.
Mặc dầu có nhiều mỏ dầu với trữ lượng rất khổng lồ (khoảng 600 triệu barrel
ước tính năm 2006, 1 barrel » 159 lít), nhưng Việt Nam phải nhập cảng xăng và

diesel cho xe cộ và kỹ nghệ còn phôi thai của mình.
Chẳng hạn năm 2005, Việt Nam khai thác được 32,4 triệu tấn than và 18,5
triệu tấn dầu thô, nhưng đã phải nhập 11,45 triệu tấn xăng và diesel.
Trước trào lưu sử dụng xăng-sinh-học của thế giới, Việt nam cũng đã bị lôi
cuốn theo trào lưu này. Từ cả chục năm nay, báo chí trong nước cũng thường đề cập
đến việc phát triển xăng-sinh-học trên thế giới, nhất là khi giá cả xăng dầu tăng vọt.
Tháng 7/2006 tại Sài Gòn, và tháng 10/2007 tại Hà Nội, hàng trăm nhà khoa học và
kinh doanh ở Việt Nam hội thảo chung quanh vấn đề xăng-sinh-học. Qua các cuộc
hội thảo này và báo chí trong nước vào thời điểm này thì chính phủ Việt Nam chưa
chuẩn bị gì cho chiến lược, ngoài một số cá nhân chuyên gia và nhà kinh doanh có
tầm nhìn xa, chạy trước thời cuộc. Chẳng hạn, về nguyên liệu thì bàn về sử dụng lúa
gạo, mía đường, để tạo ethanol; cây dầu-lai (miền Bắc gọi là cây dầu-mè – Jatropha
curcas), mở cá ba-sa (khoảng 40,000 tấn/năm).
Việt Nam với đất hẹp (diện tích canh tác khoảng 9.3 triệu ha), dân đông (85
triệu năm 2007, trung bình mỗi đầu người 0.11 ha), lại nghèo (GDP trung bình toàn
dân là US$726/đầu người năm 2006, của nông dân chỉ khoảng 1/2), vùng sản xuất
nông nghiệp chính là đồng bằng Cửu Long và Sông Hồng đã quá tải. Đất canh tác
hiện nay phải tiếp tục sản xuất nông phẩm thiết yếu cho đời sống người dân (chánh
yếu là lúa, hoa màu phụ, cây kỹ nghệ) để tự túc và xuất cảng.
Tại Việt Nam, vừa qua Bộ Công nghiệp đã xay dựng Đề án phát triển nhiên
liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến 2020 và được Thủ trướng chính phủ phê
duyệt đề án này vào ngày 20/11/2007. Theo đề án đề ra nhiên liệu sinh học, xây
dựng mạng lưới thí điểm phân phối nhiên liệu sinh học tại một số tỉnh thành, qui
hoạch vùng trồng cây nguyên liệu cho năng suất cao, đào tạo cán bội chuyên sâu về
kỹ thuật. Giai đoạn 2011 – 2015 sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
18
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
sinh học thay thế môt phần nhiên liệu truyền thống. Mở rộng quy mô sản xuất và
mạng lưới phân phối phục vụ giao thông và các ngành sản xuất công nghiệp khác;

Đến năm 2020 công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam sẽ đạt đến trình
độ tiên tiến trên thế giới và sản lượng khoảng 5 tỷ lít xăng E10 và 500 triệu lít dầu
diezel B10 trong 1 năm. Từ tháng 8 – 2007, một hệ thống đã triển khai tại Công ty
Phú Xương TP. Hồ Chí inh. Việt Nam có nguồn nguyên liệu dồi dào đó là mỡ cá tra
và cá basa, dầu hạt cao su, dầu dừa… để sản xuất bidiezel. Sắp tới một dây truyền
công nghệ cao sẽ hình thành tại tỉnh Long An để sản xuất và pha chế nhiên liệu B5
đạt tiêu chuẩn để chạy động cơ diezel.
Cũng theo đề án trên, từ nay đến năm 2015, ngân sách nhà nước sẽ chi khoảng
260tỷ VN đồng để nghiên cứu, mua công nghệ, máy móc thiết bị, sản xuất thử nhiên
liệu sinh học. Đề án đạt mục tiêu quy hoạch vung nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu
sinh học như cồn, dầu mỡ động thực vật. Đến năm 2010 nhiên liệu sinh học sẽ thay
thế 0,4% xăng dầu. Đến năm 2015 sẽ thay thế 1% năng lượng xăng dầu tiêu thụ.
Tại Việt Nam có một số nhà máy như Ethanol Đại Tân (125tr.lít/năm), Ethanol Dung
Quất – Bình Phước – Tam Nông (100tr.lít/năm), Ethanol Tùng Lâm (70tr.lít/năm)…
Tên
nhà máy
Công suất Ngày hoạt
động dự kiến
Chủ đầu tư Tiến độ
Nhà máy Đại
Lộc Quảng
Nam
100triệu
lít/năm Tháng 3/2009
Công ty
đông xanh
Đang hoàn
thành lắp đặt
máy
Nhà máy

Cư-Dút Đắc
Nông
50 triệu
lít/năm
Tháng 12/2008 Công ty Đại
Việt
Đang chạy thử
Nhà máy Tam
Nông Phú Thọ
100 triệu
lít/ năm Tháng 6/2011
Công ty PVB
Thuộc PV OIL
Đả động thổ
khởi công ký
hợp đồng EPC
Nhà máy
Dung Quất
100 triệu
lit / năm Tháng 7/2011
Petrosetco
NMLDBình
Sơn
Đả động thổ
khởi công ký
hợp đồng EPC
Nhà máy Bình 100 triệu Tháng 7/2011
Liêndoanh
ITOCHU
Dự kiến quý

1/2010 ký hợp
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
19
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
Phước lit / năm Nhật Bản và
PV OIL
đồng EPC và
khởi công
I.2. CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU SINH HỌC
Nhiên liệu sinh học là những nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khối
như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật... nhưng đây chỉ là những dạng nhiên
liệu thô. NLSH dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuất
bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra gasohol (methanol, ethanol, buthanol, nhiên
liệu tổng hợp fischer tropsch); các loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học (dầu
thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật). Hay nói cách khác NLSH là loại
nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học).
Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu
dừa,...), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương...), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ,
phân,...), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải...), Loại
nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu
khí, than đá...):
Tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu
ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi
trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống.
Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông
nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên
liệu không tái sinh truyền thống.
Tuy nhiên hiện nay vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống còn nhiều hạn chế do
chưa hạ được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền thống.
Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, NLSH có khả năng là

nguồn thay thế.
I.3. PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU SINH HỌC
NLSH là khái niệm chung chỉ tất cả những dạng nhiên liệu có nguồn gốc sinh
học, có thể tạm chia làm mấy nhóm sau:
I.3.1. Nhiên liệu lỏng
Xăng sinh học (Gasohol): Bao gồm Bio-metanol, Bio-ethanol, Bio-butanol…
Trong số các dạng xăng sinh học này, Bio-ethanol là loại nhiên liệu sinh học thông
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
20
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
dụng nhất hiện nay trên thế giới vì có khả năng sản xuất ở quy mô công nghiệp từ
nguyên liệu chứa đường như mía, củ cải đường và nguyên liệu chứa tinh bột như
ngũ cốc, khoai tây, sắn…
Xăng chứa ethanol có trị số octane cao hơn xăng thường nên động cơ mau
nóng hơn, máy cũng mau hao mòn hơn, nhất là các vòng đệm cao su. Bất lợi của
Ethanol là hút ẩm nên xăng-ethanol có chứa nhiều nước, làm máy khó “đề”, làm rỉ
sét kim loại, hư mòn chất nhựa (plastic), nên đòi hỏi phải thay đổi vật liệu làm động
cơ, phải bảo trì xe thường xuyên. Bồn chứa ethanol cũng phải làm từ kim loại đặc
biệt, việc chuyên chở cũng khó khăn hơn xăng thường.
Diesel sinh học (biodiesel): Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất
tương đương với nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ
mà được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật bằng phản ứng chuyển hóa este
(transesterification). Các chất dầu [còn gọi là fatty acid methyl (hay ethyl) ester
(FARME)] trộn với sodium hydroxide và methanol (hay ethanol) tạo ra dầu diesel
sinh học và glycerine bằng phản ứng chuyển hóa este.
I.3.2. Khí sinh học (Biogas)
Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH
4
) và một số khí khác phát
sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ trong môi trường yếm khí. Thành phần

chính của Biogas là CH
4
(50-60%) và CO
2
(>30%) còn lại là các chất khác như hơi
nước N
2
, O
2
, H
2
S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ
nhiệt độ từ 20-40ºC, nhiệt trị thấp của CH
4
là 37,71.103 KJ/m
3
, do đó có thể sử dụng
biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì
phải xử lý biogas trước khi sử dụng tạo nên hỗn hợp nổ với không khí. Khí H
2
S có
thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sản phẩm của nó là SO
x
cũng là một khí rất
độc. Hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn lửa,
giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của biogas.
I.3.3. Nhiên liệu sinh học rắn
Một số loại nhiên liệu sinh học rắn mà các nước đang phát triển sử dụng hàng
ngày trong công việc nấu nướng hay sưởi ấm là gỗ, than và các loại phân thú khô.
I.4. NGUYÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC

Nguyên liệu để sản xuất Nhiên liệu sinh học rất đa dạng, phong phú, bao gồm:
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
21
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
Nông sản: sắn, ngô, mía, củ cải đường…
Cây có dầu: lạc, đậu tương, cây hướng dương, dừa, cọ dầu, jatropha…
Chất thải dư thừa: sinh khối phế thải, rơm rạ, thân cây bắp, gỗ, bã mía, vỏ
trấu…
Mỡ cá
Tảo
Tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta lại chọn
những loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất NLSH. Ví dụ như Brasil sản xuất
ethanol chủ yếu từ mía, ở Mỹ là từ ngô.
I.5. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC
Thế hệ thứ 1
Nhiên liệu sinh học thế hệ đầu tiên được làm từ các loại cây trồng có hàm
lượng đường và tinh bột cao (sản xuất gasohol), dầu thực vật hoặc mỡ động vật (sản
xuất Biodiesel). Tinh bột từ các loại ngũ cốc được chuyển hóa thành đường rồi lên
men thành Bioethanol. Trong khi đó, dầu thực vật (được ép từ các loại cây có dầu )
hoặc mỡ động vật được trộn với ethanol (hoặc methanol) có sự hiện diện của chất
xúc tác sẽ sinh ra Biodiesel và glycerine bằng phản ứng chuyển hóa este.
Thế hệ thứ 2
Nhiên liệu sinh học thế hệ 1 bị hạn chế bởi khả năng mở rộng diện tích đất
trồng trọt hiện nay để trồng các loại cây thích hợp là có hạn và các công nghệ truyền
thống sử dụng để chuyển đổi các nguồn nguyên liệu này thành NLSH còn bị hạn
chế bởi hiệu quả và phương pháp xử lý.
Vì vậy người ta đã hướng tới nhiên liệu sinh học thế hệ 2. Loại NLSH này
được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối, qua nghiền sấy rồi lên men thành
nhiên liệu sinh học. Các nguyên liệu này được gọi là “sinh khối xenluloza” có
nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, chất thải rừng, chất thải rắn đô thị, các sản

phẩm phụ từ quá trình chế biến thực phẩm hoặc loại cỏ sinh trưởng nhanh như rơm,
rạ, bã mía, vỏ trấu, cỏ…
Thế hệ thứ 3
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
22
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba được chế tạo từ các loài vi tảo trong nước,
trên đất ẩm, sinh ra nhiều năng lượng (7-30 lần) hơn nhiên liệu sinh học thế hệ trước
trên cùng diện tích trồng. Sản lượng dầu trên một diện tích 0,4 ha tảo là từ 20.000
lít/năm đến 80.000 lít/năm. Ngoài ra, loài tảo bị thoái hóa sinh học không làm hư hại
môi trường xung quanh. Theo ước tính của Bộ Năng Lượng Mỹ, nước này cần một
diện tích đất đai lớn độ 38.849 km2 để trồng loại tảo thay thế tất cả nhu cầu dầu hỏa
hiện nay trong nước.
I.6. LỢI ÍCH CỦA VIỆC SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC
NLSH có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ,
đang cạn kiệt:
Do NLSH có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong các phương tiện
giao thông và các thiết bị năng lượng, triển vọng của loại nhiên liệu này là sáng sủa,
đây là loại nhiên liệu bền vững thay cho các nguồn năng lượng hóa thạch đắt đỏ
đang bị cạn kiệt.
Loại nhiên liệu này có thể xuất hiện trong một phạm vi nhất định, nhưng vẫn
không khắc phục được tình trạng “đói nhiên liệu” đang gia tăng hiện nay trên thế
giới.
NLSH có thể giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu:
Các cây trồng nông nghiệp và các nguyên liệu sinh khối khác được coi là các
nguyên liệu góp phần làm trung hòa cácbon bởi chu kỳ sống thực tế của nó, thực vật
thu cácbon điôxit thông qua quá trình quang hợp.Tuy nhiên, các nguyên liệu đầu vào
sử dụng trong quá trình sản xuất NLSH được coi là nguyên liệu tái tạo và có khả
năng làm giảm phát thải khí nhà kính (GHG).
Tuy nhiên, cho dù các nhiên liệu đầu vào tự chúng có khả năng trung hòa

cácbon, thì quá trình chuyển đổi các vật liệu thô thành NLSH có thể gây phát thải
cácbon vào khí quyển. Vì vậy, NLSH phải góp phần vào giảm phát thải các bon,
chúng phải được chứng minh giảm thải thực sự GHG trong tất cả chu trình sản xuất
và sử dụng NLSH.
NLSH có thể tăng cường an ninh năng lượng quốc gia:
Sự phụ thuộc vào dầu nhập khẩu có thể không những làm suy kiệt dự trữ ngoại
tệ của quốc gia, mà còn tạo ra sự mất ổn định về an ninh năng lượng của quốc gia
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
23
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
đó. Từ khi NLSH được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu bản địa của nhiều nước
châu Á, loại nhiên liệu này có vai trò là nhiên liệu thay thế cho các nhiên liệu hóa
thạch có thể giảm sự phụ thuộc nhập khẩu dầu và tăng cường an ninh năng lượng
quốc gia.
Tuy nhiên, điều quan tâm là một số nước đang bị lôi cuốn bởi nhiều hứa hẹn
về an ninh năng lượng hơn và họ tiếp tục bỏ chi phí để đảm bảo an ninh của các nhu
cầu khác nữa như an ninh lương thực, an ninh về nguồn cung cấp nước và không
quan tâm tới việc bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như rừng tự nhiên và sự
đa dạng sinh học của chúng.
NLSH có thể hình thành sự tham gia của các xí nghiệp nhỏ và vừa
(SMEs):
Khác với nhiên liệu dầu và khí, thậm chí là than cần phải xây dựng cơ sở hạ
tầng lớn để khai thác và xử lý, với sự tham gia của các tập đoàn lớn và các công ty
đa quốc gia, việc sản xuất NLSH sẽ không đòi hỏi đầu tư và xây dựng các nhà máy
xử lý tổng hợp lớn. Vì vậy, đầu tư và quy trình sản xuất NLSH có thể nằm trong
phạm vi SMEs có thể chấp nhận được. Dựa vào nguyên liệu đầu vào và khả năng
đầu ra, công suất của các nhà máy sản xuất NLSH có thể thiết kế phù hợp với yêu
cầu đặc thù. Các hoạt động sản xuất NLSH dựa vào các nguyên liệu nông nghiệp
hoặc các hệ thống modul có thể được thực hiện để sản xuất NLSH phục vụ cho tiêu
thụ cục bộ của các thiết bị có động cơ tại các trang trại. Đầu tư cho NLSH có thể mở

ra các cơ hội tham gia của các công ty trong nước.
NLSH có thể đóng góp vào phát triển kinh tế- xã hội của các cộng
đồng địa phương và các ngành kinh tế đang phát triển:
Vai trò của ngành nông nghiệp trang trại trong dây chuyền sản xuất NLSH sẽ
mở ra cơ hội cho các cộng đồng địa phương kết hợp hoạt động và thu được các lợi
ích nhất định để có thể tạo ra phát triển kinh tế-xã hội. Việc trồng rừng, kích thích
và thu hoạch nhiên liệu đầu vào như cây mía, ngô, sắn và dầu cọ đòi hỏi phải tăng
lực lượng lao động và các công việc thủ công. Việc mở rộng sản xuất nông nghiệp
do tăng nhu cầu các nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH có thể tạo ra việc làm mới
và thu nhập nhiều hơn cho nông dân. Tạo cơ hội việc làm trong sản xuất NLSH là
rất lớn. Ví dụ sản xuất NLSH từ cây Jatropha Curcas (cây dầu mè) làm nhiên liệu
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
24
Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Sơn
đầu vào được trồng như loại cây trồng chyên dụng để sản xuất diezel sinh học, một
diện tích cây mè 10000 ha có thể thu được 30 triệu lít dầu diezel sinh học/năm có
thể tạo ra 4000 việc làm trực tiếp.
Xét về góc độ tạo việc làm trực tiếp của các thành viên trong hộ gia đình, cho
thấy tác động của ngành công nghiệp này đối với cộng đồng địa phương là rất to
lớn.
Việc tạo ra việc làm mới và các doanh nghiệp có thể tạo ra các hoạt động khác
đem lại các lợi ích kinh tế-xã hội khác nữa cho cộng đồng. Nhiều hoạt động kinh tế
xuất hiện sẽ tạo ra lợi nhuận cho các chủ doanh nghiệp tại địa phương. Cơ sở hạ
tầng hoàn chỉnh có thể tạo ra đường xá mới hoặc được nâng cấp, tạo điều kiện thuận
lợi cho việc vận chuyển các nhiên liệu đầu vào phục vụ cho sản xuất. Kỹ năng làm
việc của nhiều công nhân làm việc trong các dự án được nâng cao, tăng năng lực của
các thành viên trong cộng đồng. Hơn nữa, lợi ích kinh tế mà các cộng đồng được
hưởng có thể lan tỏa và tạo ra các lợi ích xã hội khác nữa, như các dịch vụ chăm sóc
sức khỏe, giáo dục, phúc lợi xã hội và các dịch vụ công cộng….
Bằng việc quản lý phù hợp, an toàn và linh hoạt trong các điều kiện văn hóa,

nhân khẩu học và nhân chủng học tại địa phương, sản xuất NLSH có khả năng tạo ra
phát triển kinh tế-xã hội tốt hơn đối với cộng đồng và đặc biệt là đóng góp vào công
cuộc giảm đói nghèo.
Đề tài: Nguyên cứu quá trình tổng hợp bioethanol để pha xăng sinh học
25