Luận văn tốt nghiệp tổng hợp biodiesel từ dầu mù u

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
------------

TRẦN PHÁT ĐẠT

TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ DẦU MÙ U
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên Ngành: Cử nhân Hóa
MSSV: 2072044

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Ths. NGUYỄN VĂN ĐẠT

CẦN THƠ - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Năm học 2010-2011
ĐỀ TÀI

TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ DẦU MÙ U
LỜI CAM ĐOAN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày... tháng... năm 2011

Ký tên

Luận văn Đại học
Chuyên ngành: Cử nhân Hóa Học
Mã số: 2072044
Đã bảo vệ và được duyệt
Hiệu trưởng:..............................
Trưởng khoa:..............................

Trưởng chuyên ngành

Cán bộ hướng dẫn


LỜI CẢM ƠN
-----------

Trải qua bốn năm học tập, rèn luyện và qua q trình thực hiện luận văn đã giúp
tơi có thêm những kiến thức chun mơn, kinh nghiệm làm hành trang vững chắc giúp
tôi tiếp tục tiến bước trên con đường sắp tới. Để đạt được những kết quả trên, tôi xin
gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Tập thể các thầy cơ trong bộ mơn hóa, khoa khoa học tự nhiên đã giúp đỡ, dạy dỗ
truyền đạt những kiến thức quí báu cũng như những kinh nghiệm hết sức bổ ích.
Thầy Nguyễn Văn Đạt, giảng viên hướng dẫn tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp,
thầy đã hết lịng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện đề tài luận
văn tốt nghiệp của mình.
Cơ Lê Thị Bạch, cố vấn học tập đã hướng dẫn giúp đỡ tôi trong các kế hoạch học
tập của bản thân.
Cuối cùng xin cảm ơn đến gia đình tơi ln là chổ dựa vững chắc cho tôi trong
suốt thời gian qua.

Xin chân thành cảm ơn!
Cần thơ, ngày… tháng… năm 2010
Sinh viên thực hiện

Trần Phát Đạt.


TÓM LƯỢC
Với hiện trạng nguồn nguyên liệu dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt, địi hỏi
chúng ta phải tìm kiếm một nguồn nguyên liệu mới thay thế cho nguyên liệu hóa thạch
là điều cần thiết và hết sức cấp bách. Biodiesel là một trong những nguồn nhiên liệu
thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Việc tìm kiếm nguồn ngun liệu cung cấp cho quá
trình sản xuất biodiesel là điều đã và đang được nhiều người nghiên cứu. Một trong
những nguyên liệu có thể điều chế biodiesel là dầu Mù u. Chúng tôi thực hiện khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng điều chế biodiesel bằng phương pháp
transester hóa. Với quy trình phản ứng qua hai giai đoạn và các kết quả thực nghiệm
cho thấy hiệu suất phản ứng đạt trên 90% với các yếu tố tối ưu như:
• Nhiệt độ ở 60°C.
• Tỉ lệ mol giữa dầu với methanol là 1:06,.
• Lượng xúc tác KOH.
• Thời gian phản ứng là 2 giờ.
• Tốc độ khuấy 600 vòng/phút.


MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ..........................................................................................1
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL ...............................................................2
2.1 GIỚI THIỆU VỀ BIODIESEL .............................................................................2

2.2 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BIODIESEL.......................2
2.3 PHÂN LOẠI BIODIESEL....................................................................................2
2.4 NHỮNG ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA BIODIESEL .............................3
2.4.1 Ưu điểm của biodiesel .................................................................................3
2.4.2 Nhược điểm của biodiesel ...........................................................................4
2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN TRONG BIODIESEL LÊN ĐẶC
TÍNH NHIÊN LIỆU ........................................................................................................4
2.5.1 Điểm chớp cháy..........................................................................................5
2.5.2 Điểm đục....................................................................................................5
2.5.3 Độ bền oxy hóa...........................................................................................5
2.5.4 Độ nhớt động học .......................................................................................5
2.5.5 Khí thải .......................................................................................................6
2.5.6 Chỉ số cetane...............................................................................................6
2.5.7 Nhiệt của q trình cháy.............................................................................7
2.5.8 Tính nhờn....................................................................................................7
2.5.9 Những chất nhiễm bẩn trong biodiesel......................................................8
2.5.10 Những thành phần tồn tại lượng vết trong biodiesel .................................8
CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIODIESEL CỦA THẾ GIỚI VÀ TIỀM
NĂNG SẢN XUẤT BIODIESEL CỦA VIỆT NAM.....................................................9
3.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIODIESEL CỦA THẾ GIỚI.....................................9
3.2 TIỀM NĂNG SẢN XUẤT BIODIESEL Ở VIỆT NAM ..................................10
3.2.1 Tổng quan về nguyên liệu sinh khối chứa dầu ở Việt Nam ....................10
3.2.2 Lựa chọn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel...........................................13
3.2.3 Một số chỉ tiêu chất lượng của biodiesel theo tiêu chuẩn Việt Nam.........15


CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM GIẢM ĐỘ NHỚT CỦA DẦU THỰC
VẬT, MỠ ĐỘNG VẬT.................................................................................................19
4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM GIẢM ĐỘ NHỚT CỦA DẦU THỰC VẬT, MỠ
ĐỘNG VẬT ..................................................................................................................19

4.1.1 Phương pháp sấy nóng..............................................................................19
4.1.2 Phương pháp pha lỗng ............................................................................19
4.1.3 Phương pháp nhũ tương hóa.....................................................................20
4.1.4 Phương pháp cracking ..............................................................................20
4.1.5 Phương pháp transester hóa......................................................................20
CHƯƠNG 5: ĐIỀU CHẾ BIODIESEL BẰNG PHẢN ỨNG TRANSESTER HĨA ..23
5.1 Q TRÌNH THU BIODIESEL DỰA TRÊN PHẢN ỨNG TRANSESTER
HĨA...............................................................................................................................23
5.2 LÀM SẠCH GLYCEROL SAU ĐIỀU CHẾ BIODIESEL ..............................24
5.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐIỀU CHẾ BIODIESEL ........................24
5.3.1 Ảnh hưởng của acid béo trong sản xuất biodiesel....................................24
5.3.2 Chất xúc tác trong sản xuất biodiesel .......................................................26
5.3.3 Alcohol được dùng trong sản xuất biodiesel ............................................28
5.4 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG ESTER HÓA VÀ TRANSESTER HĨA......................29
5.4.1 Cơ chế phản ứng ester hóa........................................................................29
5.4.2 Cơ chế phản ứng transester hóa................................................................31
CHƯƠNG 6: TỔNG QUAN VỀ CÂY MÙ U..............................................................32
6.1 MƠ TẢ ................................................................................................................32
6.2 THÀNH PHẦN HĨA HỌC TRONG DẦU MÙ U............................................32
PHẦN THỰC NGHIỆM ...............................................................................................36
CHƯƠNG 1: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ...............................37
1.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...............................................................................37
1.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................................................37
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM.....................................................................................39
2.1 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ .................................................................................39
2.2 NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT ....................................................................39
2.3 THỰC NGHIỆM................................................................................................39


2.3.1 Xử lý sơ bộ nguyên liệu............................................................................39

2.3.2 Xác định chỉ số acid của dầu mù u ...........................................................39
2.3.3 Tổng hợp biodiesel ...................................................................................40
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................41
3.1 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC TỪ XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU.....................................41
3.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM GIAI ĐOẠN 1 CỦA TỔNG HỢP BIODIESEL 42
3.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Ở GIAI ĐOẠN HAI ...........................................43
3.3.1 Kết quả khảo sát tỉ lệ mol giữa dầu với methanol và khảo sát lượng xúc
tác KOH .........................................................................................................................43
3.3.2 Kết quả khảo sát thời gian phản ứng ảnh hưởng đến hiệu suất hình thành
biodiesel.........................................................................................................................47
3.3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng...........49
3.3.4 Xác định chỉ số acid của biodiesel được điều chế ....................................51
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................52
4.1 KẾT LUẬN .........................................................................................................52
4.2 KIẾN NGHỊ ........................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................55


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
FFA: Free Fatty Acids (các acid béo tự do)
TAG: Triacylglycerol
DAG: Diacylglycerol
MAG: Monoacylglycerol
FAAE: Fatty Acids Alkyl esters (Alkyl ester của acid béo)
ME: Methyl Ester
EE: Ethyl Ester
BE: Butyl Ester
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
ASTM: American Society for Testing and Materials (hiệp hội vật liệu và thử nghiệm
Hoa Kì)

AV: Acid value (chỉ số acid)


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1. Chỉ số cetane phụ thuộc độ dài mạch cacbon và số liên kết đôi

6

Bảng 2. Tổng hợp các cây nguyên liệu chứa dầu ở Việt Nam

12

Bảng 3. Chi phí sản xuất biodiesel của các nước trên thế giới 2008

14

Bảng 4. Các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel gốc (B100)

15

Bảng 5. Các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel B5

17

Bảng 6. Một số kết quả xử lý acid của vài loại dầu

25

Bảng 7. Điều kiện tối ưu sản xuất biodiesel của một số loại dầu

28

Bảng 8. Thành phần acid béo trong nhân quả Mù u

33

Bảng 9. Các loại lipid có trong dầu Mù u

33

Bảng 10. Thành phần sterol trong dầu Mù u

34

Bảng 11. Kết quả thực nghiệm giai đoạn 1

42

Bảng 12. Kết quả khảo sát tỉ lệ mol dầu với rượu và lượng xúc tác KOH

44

Bảng 13. Kết quả khảo sát thời gian phản ứng ảnh hưởng đến hiệu suất điều chế
biodiesel

48

Bảng 14. Kết quả khảo sát nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng đến hiệu suất điều chế
biodiesel

49


DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang
Hình 1. Sự hình thành xà phịng từ FFA phản ứng với chất xúc tác và phản ứng thủy
phân biodiesel

25

Hình 2. Trái Mù u và hoa Mù u

32

Hình 3. Dầu Mù u trước và sau khi xử lý với methanol

41

Hình 4. Dầu Mù u ở giai đoạn 1

43

Hình 5. So sánh màu của biodiesel ở tỉ lệ KOH khác nhau

44

Hình 6. So sánh biodiesel được điều chế ở những thời gian khác nhau

47

Hình 7. So sánh biodiesel được điều chế ở những nhiệt độ khác nhau

49

Hình 8. So sánh biodiesel được điều chế ở những nhiệt độ khác nhau

51

Hình 9. Biodiesel được điều chế từ dầu Mù u ở các yếu tố tối ưu

53


CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, vấn đề an ninh năng lượng đang là vấn đề chiến lược của nhiều quốc
gia khi mà nguồn nguyên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiện. Theo dự báo của thế
giới thì nguồn nguyên liệu này sẽ cạn kiệt vào những năm 2050-2060.
Việc sử dụng nguồn nguyên liệu hóa thạch đã gây ra nhiều tác động làm ô
nhiễm môi trường như hiệu ứng nhà kính, thải ra mơi trường các khí thải như SO2,
CO2, NOx… Chính vì vậy việc tìm ra nguồn ngun liệu thân thiện môi trường để thay
thế cho nguồn nguyên liệu truyền thống là điều hết sức cần thiết và đang được quan
tâm nghiên cứu ở nhiều nơi trên thế giới. Trong số các nguồn năng lượng mới như:
năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều, nhiên liệu sinh học… thì
biodiesel có nhiều ưu thế hơn và nó đang được tập trung nghiên cứu.
Biodiesel là nhiên liệu có nguồn gốc sinh học được tạo ra từ dầu thực vật, mỡ
động vật thậm chí cả các loại dầu thải… việc sản xuất biodiesel phụ thuộc vào nguồn
nguyên liệu này. Việt Nam là một nước nơng nghiệp có nguồn nguyên liệu phong phú
như mỡ cá Tra, cá Ba Sa, dầu Cao Su, hạt Điều, dầu Mù u… do đó việc sử dụng chúng

trong sản xuất biodiesel sẽ có giá trị khoa học và thực tiễn lớn.
Mù u là một loại cây trồng quen thuộc gắn liền với hình ảnh của nông thôn
Việt Nam. Thân cây dùng để cất nhà hoặc làm chất đốt, trái Mù u có chứa nhiều hoạt
được biết như là những loại dược liệu quí. Bên cạnh đó, từ dầu Mù u có thể tổng hợp
thành biodiesel. Nhưng hiện nay cây Mù u đang ngày càng vắng bóng ở các khu vườn
bởi nó bị xem là cây tạp khơng đem lại lợi ích kinh tế.
Vì thế chúng tôi thực hiện đề tài “Tổng hợp biodisel từ dầu Mù u” nhằm góp
phần nghiên cứu thêm về nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel cũng như đem đến
một cái nhìn khác về cây Mù u.


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL
2.1

GIỚI THIỆU VỀ BIODIESEL[1,9]
Biodiesel là loại nhiên liệu có tính chất tương tự như petrodiesel nhưng được sản

xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật. Quá trình hình thành biodiesel dựa trên phản
ứng của triglyceride trong dầu hoặc mỡ với rượu bậc một dưới sự hiện diện của xúc
tác sẽ tạo thành alkyl ester của các acid béo. Biodiesel là một loại nhiên liệu xanh,
sạch, khơng độc, dễ sử dụng, có khả năng phân hủy sinh học.

2.2

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA

BIODIESEL[1]
Biodiesel bắt đầu được sản xuất khoảng giữa năm 1800, trong thời điểm đó
người ta chuyển hóa dầu thực vật để thu glycerol ứng dụng để làm xà phòng và thu
được các phụ phẩm là biodiesel.

Ngày 10/08/1893 lần đầu tiên Rudolf chiristian Karl Diesel (1858-1913) đã sử
dụng biodiesel để chạy máy.
Trong bối cảnh nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt và việc sử dụng
nhiên liệu dầu mỏ gây ra những tác động xấu tới mơi trường thì nhiên liệu sạch như
biodiesel đang ngày càng khẳng định vị trí là nguồn nhiên liệu thay thế khả thi.

2.3

PHÂN LOẠI BIODIESEL[1]

Biodiesel được chia thành hai loại:
 Biodiesel tinh khiết: B100 (100% biodiesel).
 Hỗn hợp pha trộn biodiesel với petrodiesel gồm các tỉ lệ như:
• B2: 2% biodiesel và 98% petrodiesel.
• B5: 5% biodiesel và 95% petrodiesel.
• B15: 15% biodiesel và 85% petrodiesel.
• B20: 20% biodiesel và 80% petrodiesel.


Việc trộn biodiesel với petrodiesel sẽ làm tăng độ trơn cho petrodiesel giúp giảm
ma sát cho động cơ. Nó hạn chế được việc sử dụng lưu huỳnh pha trộn vào petrodiesel
để tăng độ trơn. Nhưng hàm lượng biodiesel trong petrodiesel cao sẽ tăng độ nhớt quá
cao có thể ảnh hưởng đến sự lưu chuyển bình thường trong động cơ.

2.4

NHỮNG

ƯU

ĐIỂM

VÀ

NHƯỢC

ĐIỂM

CỦA

BIODIESEL[1,9,10,12,13]
2.4.1 Ưu điểm của biodisel
a) Đối với mơi trường
+ Quy trình sản xuất biodiesel khơng có chất thải vì tất cả các sản phẩm phụ
đều có thể sử dụng tiếp, glycerol có thể dùng tiếp trong dược phẩm, bã cây có thể dùng
làm phân bón.
+ Giảm lượng khí thải CO2, CO, hydrocacbon, SO2, hàm lượng lưu huỳnh ít
hơn so với petrodiesel vì thế ít ơ nhiễm mơi trường.
+ Có khả năng tự phân hủy sinh học và không độc (phân hủy nhanh hơn
petrodiesel 4 lần, phân hủy từ 85-88% trong nước sau 28 ngày).
b) Về mặt kỹ thuật
+ Biodiesel có thể trộn với petrodiesel theo bất cứ tỉ lệ nào.
+ Điểm chớp cháy của biodiesel cao hơn petrodiesel nên an toàn trong tồn trữ
và sử dụng. Hơn nữa biodiesel có tính bơi trơn tốt hơn petrodiesel nên có thể giảm
được các hợp chất lưu huỳnh dùng để tăng tính bơi trơn cho petrodiesel.
+ Do có tính năng tương tự như dầu petrodiesel nên nhìn chung khơng cần phải
cải thiện chi tiết động cơ diesel (riêng phần ống dẫn, bồn chứa nhiên liệu phải làm
bằng kim loại).
c) Về mặt kinh tế
Thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng được các phụ phẩm trong các

ngành nông nghiệp hay chế biến như cà phê, cao su, mỡ cá Tra, cá Ba Sa, hạt điều…


góp phần tăng thêm thu nhập cũng như giải quyết được vấn đề xử lý những chất phụ
phẩm này.

2.4.2 Nhược điểm của biodiesel
Nhiệt độ đông đặc của biodiesel phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu sản xuất
nhưng nhìn chung là cao hơn nhiều so với petrodiesel. Vì thế ảnh hưởng rất lớn đến
việc dùng biodiesel ở những nơi có thời tiết lạnh.
Việc dùng biodiesel làm nhiên liệu cho động cơ có thể gây hao mòn chi tiết
máy và tạo cặn trong bình nhiên liệu do nó dễ bị oxy hóa.
Việc đốt biodiesel lại làm tăng lượng khí thải NOx so với petrodiesel là điều
không mong muốn nhất là ở các trung tâm thành phố. Chưa kể chi phí sản xuất
biodiesel cịn cao do giá nguyên liệu sản xuất cao.

2.5

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN TRONG

BIODIESEL LÊN ĐẶC TÍNH NHIÊN LIỆU[12,13]
Thành phần về ester béo cũng như sự hiện diện của các chất bẩn, các thành
phần nhỏ trong đó đều ảnh hưởng đến các đặc tính của nhiên liệu. Mỗi một nguyên
liệu đều có những thành phần hóa học khác biệt vì thế biodiesel được sản xuất từ
nguyên liệu đó cũng cho những đặc tính về nhiên liệu khác nhau. Các đặc tính nhiên
liệu bị ảnh hưởng bởi các ester béo, sự có mặt của chất bẩn, bao gồm khả năng hoạt
động ở nhiệt độ thấp, độ nhớt động học, độ bền oxy hóa, khả năng lưu trữ, các chất
thải, chỉ số cetane và hàm lượng năng lượng.
Thành phần nhỏ trong dầu thực vật và mỡ động được tìm thấy có thể gồm
tocopherols, phospholipids, steryl glucosides, chlorophyll, các vitamin tan trong dầu

và các hydrocacbons.
Các chất bẩn bao gồm các sản phẩm từ phản ứng khơng mong muốn hoặc chưa
hồn thành như là FFA, xà phòng, TAG, DAG, MAG, alcohol, chất xúc tác, glycerol,
kim loại và nước.


2.5.1 Điểm chớp cháy
Điểm chớp cháy của nhiên liệu là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó nhiên liệu bị bốc
cháy. Chỉ số này dùng để phân loại vật chất theo khả năng cháy nổ. Nó có tầm quan
trọng trong biện pháp phịng ngừa an tồn liên quan đến sử dụng và lưu trữ nhiên liệu.
So với petrodiesel thì biodiesel có điểm chớp cháy cao hơn.

2.5.2 Điểm đục
Điểm đục là một chỉ tiêu quan trọng, là điểm ở nhiệt độ nhất định các tinh thể
bắt đầu kết tinh tách ra khỏi dầu biodiesel. Biodiesel thường có điểm đục cao hơn
petrodiesel do đó phần nào cản trở việc sử dụng biodiesel. Điểm đục phụ thuộc vào
thành phần acid béo và các tạp chất có trong biodiesel. Người ta nhận thấy những
biodiesel có mức độ chưa bão hịa càng cao thì điểm đục càng thấp.

2.5.3 Độ bền oxy hóa
Độ bền oxy hóa của biodiesel là một chỉ số quan trọng của nhiên liệu. Nếu dầu
dễ bị oxy hóa sẽ làm thay đổi chỉ số acid cũng như độ nhớt. Các kết quả thực nghiệm
cho thấy rằng nếu các acid béo có độ chưa bão hịa càng cao thì càng dễ bị oxy hóa,
đồng phân trans thì dễ bị oxy hóa hơn đồng phân cis, nếu hợp chất có cùng số liên kết
đơi thì chất nào có trọng lượng cao hơn thì có độ bền oxy hóa cao hơn.

2.5.4 Độ nhớt động học
Độ nhớt động học là lý do chủ yếu giải thích vì sao lại dùng biodiesel thay cho
dầu thực vật hay mỡ động vật nguyên chất. Độ nhớt của dầu mỡ động thực vật cao dẫn
đến vấn đề trong các động cơ khi dùng trực tiếp chúng làm nhiên liệu. Độ nhớt của

biodiesel thì thấp hơn dầu mỡ động thực vật và có điểm cháy cao hơn petrodiesel.
Điều này rất có lợi trong việc vận chuyển cũng như bảo quản biodiesel. Người ta nhận
thấy mạch cacbon dài, độ bất bão hòa của chuỗi tăng và nhóm đầu ester càng lớn sẽ
làm tăng độ nhớt. Ví dụ như methyl ester của acid lauric, myristic, palmitic và stearic
lần lượt có độ nhớt là 2,43; 3,3; 4,38 và 5,85 mm2/s. Đồng phân cis có độ nhớt thấp
hơn đồng phân trans.


2.5.5 Khí thải
Đốt cháy biodiesel cho kết quả trung bình lượng khí thải NOx tăng thêm 12%,
chất thải dạng hạt, tổng lượng hydrocacbon và khí CO giảm lần lượt 48%, 77% và
48% so với đốt petrodiesel. Việc gia tăng sự hình thành khí thải NOx là một mối quan
tâm trong lĩnh vực môi trường đặc biệt ở các trung tâm thành phố. Làm thế nào để
giảm khí thải NOx đến mức bằng hoặc thấp hơn so với petrodiesel là một việc rất cần
được nghiên cứu. Có hai con đường có thể dẫn đến việc sinh ra khí NOx khi đốt cháy
biodiesel. NOx được hình thành ở nhiệt độ trong buồng đốt của động cơ khi phân tử
oxygen kết hợp với phân tử nitrogen. Để giảm sự hình thành NOx theo cơ chế này cần
phải giảm nhiệt độ của buồng đốt. NOx cũng có thể được hình thành bởi phản ứng của
các gốc tự do hydrocacbon với nitrogen, sau đó sẽ phản ứng với oxygen để hình thành
NOx.

2.5.6 Chỉ số cetane
Chỉ số cetane là một trong những chỉ số chính về chất lượng biodiesel. Nó liên
quan đến thời gian bốc cháy trễ khi nó được bơm vào buồng đốt của động cơ. Nói
chung thời gian bốc cháy trễ càng ngắn thì chỉ số cetane càng cao và ngược lại.
Hexadecane là tên gọi khác của cetane, nó có thời gian bốc cháy trễ ngắn và được cho
trong thước đo chỉ số cetane là 100. Trong khi đó 2,2,4,4,6,8,8-heptamethylnonane có
thời gian bốc cháy trễ dài và được cho trong thước đo chỉ số cetane là 15.

Bảng 1. Chỉ số cetane phụ thuộc độ dài mạch cacbon và số liên kết đôi

FAAE

Chỉ số Cetane

FAAE

Chỉ số Cetane

C16:0 ME

86

C18:2 EE

40

C16:0 EE

93

C18:3 ME

23

C16:1 ME

51

C18:3 EE

27


C18:1 ME

59

C18:0 ME

101

C18:1 EE

68

C18:0 EE

97

C18:1 BE

62

C18:0 BE

92

C18:2 ME

38

Từ bảng trên ta thấy khi mạch cacbon càng dài thì chỉ số cetane càng cao, liên
kết đơi càng nhiều thì chỉ số cetane càng giảm nhóm đầu ester càng lớn thì chỉ số
cetane càng giảm.
Chỉ số cetane quá cao sẽ sinh ra hiện tượng phân hủy hydrocacbon tạo thành
muội than không tốt cho động cơ. Chỉ số cetane quá thấp sẽ gây hao tốn nhiều nhiên
liệu và làm động cơ bị rung.

2.5.7 Nhiệt dốt cháy
Nhiệt đốt cháy là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu vì vậy nó thường
được gọi là năng lượng. Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng năng lượng sinh học
bao gồm hàm lượng oxy và tỉ lệ của cacbon và hydro. Nói chung lượng oxy trong
biodiesel tăng thì hàm lượng năng lượng giảm. Chuỗi cacbon dài thì hàm lượng năng
lượng cao, tỉ lệ cacbon và hydro trong biodiesel càng nhỏ thì hàm lượng năng lượng
càng cao.

2.5.8 Tính nhờn
Tính nhờn của biodiesel thì tốt hơn rất nhiều so với petrodiesel, sự tăng chiều
dài chuỗi cũng như tăng độ bất bão hòa trong chuỗi cũng sẽ làm tăng tính nhờn của
biodiesel. Ví dụ như methyl ester của acid lauric, myristic, palmitic, và stearic có độ
nhờn lần lượt là 416, 353, 357, 246 µm. Một ví dụ khác về tính nhờn của methyl esters
của acid stearic (322 μm), oleic (290 μm), linoleic (236 μm), and linolenic (183 μm).


2.5.9 Những chất nhiễm bẩn trong biodiesel
Chất ô nhiễm trong biodiesel bao gồm nước, methanol, FFA, chất xúc tác,
glycerol, xà phòng, kim loại, MAG, DAG và TAG. Nếu biodiesel bị ô nhiễm bởi
methanol nó sẽ không đạt được đến điểm cháy thấp nhất của nhiên liệu tiêu chuẩn. Sự
có mặt methanol trong biodiesel thông thường là do tinh chế biodiesel chưa đủ sau
phản ứng transester hóa.

Nước là một chất ơ nhiễm chính trong dầu. Một khi nước có mặt trong dầu nó
gây ra ba vấn đề nghiêm trọng: ăn mịn động cơ, thúc đẩy sự sinh trưởng của vi sinh
vật và gây thủy phân biodiesel. Nước tồn tại trong biodiesel dưới dạng hòa tan hoặc tự
do.
Chất xúc tác và glycerol có trong dầu là do q trình tinh chế sau phản ứng
transester hóa. Glycerol tồn tại trong dầu dưới dạng tự do hoặc liên kết. Nó ảnh hưởng
đến khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp cũng như đến độ nhớt của biodiesel.
Acid béo tự do có mặt trong biodiesel từ nguồn nguyên liệu có hàm lượng FFA
cao và có thể được hình thành bởi sự thủy phân của ester khi có mặt của nước và chất
xúc tác. Sự có mặt của acid béo tự do trong biodiesel tác động quan trọng lên đặc tính
nhiên liệu như độ hoạt động ở nhiệt độ thấp, độ bền oxy hóa, độ nhớt và độ trơn.

2.5.10 Những thành phần tồn tại lượng vết trong biodiesel
Thành phần nhỏ trong dầu thực vật và mỡ động được tìm thấy có thể gồm
tocopherols, phospholipids, steryl glucosides, chlorophyll, các vitamin tan trong dầu
và các hydrocacbons. Số lượng các thành phần này phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu
ban đầu và q trình tinh chế sản phẩm. Tocopherols có trong biodiesel sẽ có tác dụng
như một chất chống oxy hóa. Trong khi đó các steryl glucoside lại gây hỏng động cơ.


CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIODIESEL
CỦA THẾ GIỚI VÀ TIỀM NĂNG SẢN XUẤT
BIODIESEL CỦA VIỆT NAM
3.1

TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIODIESEL CỦA THẾ
GIỚI[2,3]

Ở châu Âu theo chỉ thị 2003/30/EC của EU, từ ngày 31 tháng 12 năm 2005 ít nhất
là 2% và cho đến 31 tháng 12 năm 2010 ít nhất là 5,75% các nhiên liệu dùng trong các

phương tiện chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo.
Tại Áo một phần của chỉ thị của EU đã được thực hiện sớm hơn và từ ngày 1 tháng
11 năm 2005 chỉ cịn có dầu diesel với 5% nguồn gốc sinh học là được phép bán.
Ở Đức năm 1991 bắt đầu đưa ra chương trình phát triển biodiesel đến năm 1995 đã
có 13 nhà máy sản xuất biodiesel với tổng công suất là 1 triệu tấn/năm. Đến 1/2005
Đức ban hành sắc lệnh bắt buộc phải pha 5% biodiesel trong dầu diesel.
Tại Australia đã sử dụng B20 và B50 vào tháng 2 năm 2005.
Tại Mỹ năm 2005 đã sử dụng B20 ngành công nghiệp biodiesel tăng trưởng rất
mạnh, lượng sản phẩm này bán ra gần 2 tỷ gallon mỗi năm.
Tại Pháp có hơn 4000 phương tiện giao thơng sử dụng nhiên liệu có pha 30%
biodiesel. Mức tiêu thụ biodiesel của Pháp ở năm 1998, 2004 và 2008 lần lượt là
250.000, 387.000 và 960.000 tấn/năm.
Tại các nước Châu Á như Thái Lan đã sẵn sàng hỗ trợ dầu cọ trên phạm vi toàn
quốc để sản xuất biodiesel và đưa ra mục tiêu dùng diesel pha 5% biodiesel vào năm
2011 và pha 10% biodiesel vào năm 2012.


3.2 TIỀM NĂNG SẢN XUẤT BIODIESEL Ở VIỆT NAM[5,6]
3.2.1 Tổng quan về nguồn sinh khối chứa dầu ở Việt Nam
Việt Nam có nhiều nguồn sinh khối chứa dầu có thể sử dụng để sản xuất
biodiesel. Có 4 nhóm nguyên liệu chính đã được đánh giá điều tra gồm: nhóm cây
ngun liệu chứa dầu, nhóm nguyên liệu phụ phẩm trong trồng trọt, nhóm nguyên liệu
phụ phẩm chế biến và nhóm nguyên liệu thế hệ 2 và 3.
Sau đây sẽ xem xét và đánh giá khả năng đáp ứng nhu cầu sản xuất quy mơ lớn
của từng nhóm ngun liệu.
a) Nhóm ngun liệu chứa dầu
Cây nguyên liêu chứa dầu có rất nhiều loại như dầu cọ, lạc, đậu, vừng, dừa,
trẩu, sở, hạt cải dầu, hạt Mù u…
Nhóm nguyên liệu cây chứa dầu có một số là cây lương thực như đậu phộng,
đậu tương, vừng, số khác được xếp vào nhóm cây cơng nghiệp.

Việt Nam chưa trồng được cọ dầu, song đã sản xuất được dầu cọ nguyên liệu
cho sản xuất biodiesel. Sản lượng dầu đặc (palm stearine) của Việt Nam hiện nay đạt
khoảng 200 ngàn tấn/năm. Điều tra các doanh nghiệp cho thấy khả năng tăng sản
lượng đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho sản xuất biodiesel là rất khả thi. Vùng Đông
Nam Á cũng là trung tâm sản xuất dầu cọ lớn nhất thế giới, nguồn cung nguyên liệu
hết sức dồi dào. Một số hãng dầu cọ lớn của khu vực đang có liên doanh sản xuất tại
Việt Nam, sẵn sàng cung ứng đủ sản lượng cho sản xuất trong nước.
b) Nhóm nguyên liệu từ phế phụ phẩm trồng trọt
Phụ phẩm trồng trọt làm nguyên liệu chế biến biodiesel có hạt cao su. Đây là
sản phẩm phụ của quá trình khai thác cây cao su. Việt Nam hiện đứng thứ 6 về sản
lượng cao su thiên nhiên, với khoảng 600 ngàn ha đất trồng cây cao su, kèm theo đó
mỗi một năm có thể thu hoạch khoảng 250-280 ngàn tấn hạt, tương đương sản lượng
100 ngàn tấn dầu cao su.


c) Nhóm ngun liệu từ chế biến cơng nghiệp
Mỡ cá Tra và cá Ba Sa là phụ phẩm của quá trình chế biến cá xuất khẩu, nguồn
nguyên liệu quan trọng cho chế biến biodiesel. Việt Nam là nhà sản xuất và xuất khẩu
cá da trơn lớn nhất thế giới. Theo đó lượng phụ phẩm tạo ra hàng năm rất lớn, chiếm tỉ
lệ 15-20% tổng lượng cá.
Năm 2008 toàn vùng khai thác và chế biến 1 triệu tấn cá, 70% sản lượng đó
tương ứng 700.000 tấn là phụ phẩm cá (gồm xương, đầu, phủ tạng và mỡ cá) đem lại
140.000 tấn mỡ cá, 210.000 tấn bột cá. Mục tiêu đến năm 2010 diện tích ni cá tra
của đồng bằng sơng cửu long đạt 8600 ha, đến năm 2020 đạt 13000 ha với sản lượng
thu hoạch tương ứng là 1,25 triệu tấn và 1,85 triệu tấn cá.
Hiện đã có 2 nhà máy sản xuất biodiesel từ mỡ cá đặt tại vùng nguyên liệu. Tuy
nhiên, mỡ cá có nhu cầu sử dụng khác nhau khơng chỉ để sản xuất biodiesel.
d) Nhóm ngun liệu thế hệ 2 và 3
Nguyên liệu thế hệ 2 có cây Jatropha và thế hệ 3 có tảo Algae. Đây là hai loại
nguyên liệu đã được đưa vào Việt Nam nhưng quy mơ cịn nhỏ.

Đặc biệt cây Jatropha gần đây được thế giới đề cập nhiều, được nhiều nước trên
thế giới đưa vào trồng thử nghiệm, đánh giá là cây nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất
biodiesel. Bộ nông nghiệp và phát triển nơng thơn đang có chương trình trồng cây
Jatropha rất tham vọng, đưa diện tích trồng Jatropha lên 300-500 ngàn ha vào năm
2020-2025.
Các chuyên gia cũng dự báo diện tích hợp trồng cây Jatropha ở Việt Nam chỉ
khoảng 120 ngàn ha, tập trung ở các tỉnh có số giờ nắng nhiều chủ yếu là vùng nam
trung bộ. Với dự báo đó sản lượng cao nhất chỉ trong khoảng 150-200 ngàn tấn
dầu/năm. Từ đây tới năm 2020, sản lượng Jatropha mới đáp ứng được nhu cầu nhỏ của
sản xuất cơng nghiệp.
Tảo mới được ni cấy trên quy mơ phịng thí nghiệm, các kết quả đạt được ở
Việt Nam chưa nhiều. Trên thế giới, tảo đã được trồng thử nghiệm, tuy nhiên giá thành
còn cao. Đây là nguyên liệu của tương lai, khi các ngun cứu cơng nghệ được hồn
thiện.


Nhìn chung Việt Nam có nhiều nguồn ngun liệu sinh khối, song đó là cây
lương thực hoặc chưa có khả năng sản xuất trên quy mô công nghiệp. Các nguyên liệu
cho sản xuất biodiesel có tiềm năng nhất xét theo sản lượng và tính sẵn có thấy có dầu
Cọ, Jatropha và mỡ cá. Xét theo tiêu chí sản xuất cơng nghiệp thì dầu Cọ sản xuất
trong nước đang có những ưu thế nhất định. Tuy nhiên mỡ cá và Jatropha cũng là
những nguyên liệu thay thế quan trọng. Các nguyên liệu thế hệ 3 như tảo đang được
thử nghiệm và có khả năng ứng dụng trong tương lai.
Bảng 2. Tổng hợp các cây nguyên liệu chứa dầu ở Việt Nam

chỉ tiêu

Diện tích

Lạc

Năng suất

đơn vị
tính

1000 ha
150
lit/tấn

hiện

kế hoạch

trạng
2008

2010

2015

2020

255

260

280

300

312/ha

315/ha

345/ha

375/ha

Sản lượng

triệu lít

79.56

82

96.6

112.5

Diện tích

1000 ha

135

135

135

135

Diện tích cho
sản phẩm

127
1000 ha

119

122

127
2910/ha

Dừa
Năng suất

300
lít/tấn

2595/ha

2700/ha

3000/ha

Sản lượng

triệu lít

309

329

369

381

Diện tích

1000 ha

192

220

300

400

420/ha

450

510

600

Đậu
tương

Năng suất

300
lít/tấn


Sản lượng
Diện tích

triệu lít

268

330

510

800

1000 ha

41.4

60

198/ha

240/ha

14

300
Vừng

Năng suất
lít/tấn

cao su
(hạt)

Jatropha
(dầu)

Sở (hạt)

Sản lượng

triệu lít

8

Diện tích

1000 ha

549

Năng suất

300
lít/tấn

Sản lượng

triệu lít

Diện tích

1000 ha

Năng suất

Diện tích

1000 ha

Năng suất

Sản lượng

300
lít/tấn
triệu lít

84

84

30

300

500

1500/ha

1500/ha

1500/ha

45

450

750

57.6

lít/tấn
triệu lít

800

105/ha

300

Sản lượng

800

20

100

600

1500/ha

1500/ha

1500/ha

30

150

750

Nguồn: dự án nhiên liệu sinh học

3.2.2 Lựa chọn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel
Ba nguyên liệu quan trọng nhất đáp ứng sản xuất biodiesel là dầu Cọ, mỡ cá và
Jatropha.


Mỡ cá trước kia được coi là phế thải nông nghiệp. Hiện nay, đây là nguồn nguyên

liệu quan trọng của nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm và thức ăn chăn nuôi. Giá mỡ
cá đã tăng lên đến 17000-18000 đồng/kg, khơng cịn phù hợp với sản xuất biodiesel.
Ngun liệu Jatropha mới được trồng ở quy mơ nhỏ ở Bình Thuận (công ty Lê
Hân) và Ninh Thuận (công ty Năng Lượng Xanh). Nhìn chung chất lượng đạt mức
trung bình của thế giới.
Jatropha của cơng ty Năng Lượng Xanh có năng suất trung bình 4-5 tấn hạt/ha,
hàm lượng dầu trong hạt đạt khoảng 30-35%, năng suất dầu 1.5 tấn/ha/năm. Giá thành
sản phẩm khoảng 750-800 USD/tấn.
Dầu cọ là nguyên liệu chế biến biodiesel của nhiều nước trên thế giới.
Bảng dưới cho thấy sản xuất biodiesel từ dầu Cọ vẫn cho giá thành thấp nhất, có
năng lực cạnh tranh cao nhất so với các nguyên liệu còn lại. Năng suất dầu cọ cũng
cao nhất trong số các cây lấy dầu, năng suất đó gấp 3.5 lần cây hướng dương và hạt cải
dầu, gấp 14 lần đậu tương của Mỹ.

Bảng 3. Chi phí sản xuất biodiesel của các nước trên thế giới 2008
Năng suất dầu/ha (tấn

Chi phí giá thành (USD/lít

dầu/ha/năm)

biodiesel)

Dầu cọ

5.5

0.53

Indonesia

Dầu cọ

5.5

0.49

Mỹ

Đậu tương

0.4

0.7

Achentina

Canola

-

0.62

Đức

Hạt cải dầu

1.5

0.79

Bỉ

Hướng dương,

1.5

0.78

Quốc gia

Nguyên liệu

Malaysia


hạt cải
Tây Ban

Hướng dương,

Nha

hạt cải

Phillipine

Dừa

1.5

1.71

-

0.53

Nguồn: Dự án nhiên liệu sinh học

Các phân tích nhu cầu và sản lượng trước mắt, với mục tiêu thay thế 2% nhu cầu
diesel của Việt Nam, cần sản lượng nhiên liệu sinh học khoảng 200-250 ngàn tấn/năm.
Với khả năng cung cấp nguyên liệu hiện nay chỉ có dầu cọ có khả năng đảm bảo
nguyên liệu ổn định và chắc chắn. Các nguyên liệu Jatropha và mỡ cá do tính bấp bênh
ngun liệu chỉ có thể đóng vai trị là ngun liệu thay thế khi có điều kiện.

3.2.3 Một số chỉ tiêu chất lượng của biodiesel theo tiêu chuẩn Việt Nam
a) Các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel gốc (B100)

Bảng 4. Các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel gốc (B100)
Tên chỉ tiêu
1. Hàm lượng ester, % khối lượng

min

Mức

Phương pháp thử

96.5

TCVN (EN 14103)
TCVN

2. Khối lượng riêng, 15°C, kg/m3

860-900
(ASTM D 1298)

3. Điểm chớp cháy (cốc kín), °C

min

130

TCVN (ASTM D 93)
TCVN

4. Nước và cặn, % thể tích

max

0.05
(ASTM D 2709)

5. Độ nhớt động học, 40°C,

mm2/s

1.9-6

TCVN (ASTM D 445)