cn hoa dau

1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC
1.Định nghĩa và phân loại nhiên liệu sinh học:
1.1 Định nghĩa:
Nhiên liệu sinh học (tiếng Anh: biofuel, tiếng Pháp: biocarburant) là loại nhiên liệu được hình thành
từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) 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...).
1.2 . Phân loại
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 từ dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh
học (dầu thực vật, mỡ động vật) thông qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các
loại rượu phổ biến nhất, ví dụ: methanol, ethanol.
- Xăng sinh học (biogasoline) 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, xen-lu-lô, 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) có thành phần chính là CH4 (50-60%) và CO2 (>30%) còn lại là các chất khác
như hơi nước, N2, O2, H2S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ
20 - 40ºC, nhiệt trị thấp của CH4 là 37,71.103 KJ/m3
, do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho
động cơ đốt trong. 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 từ sản phẩm dầu mỏ.
- Nhiên liệu rắn: gỗ, than và các loại phân thú khô.

2. 2.Biodiesel
2.1.Lịchsử hình thành của Biodiesel.
Biodiesel đã manh nha từ rất sớm năm 1853 nhờ công trình nghiên cứu của E.Dufy và
J.Patrick về chuyển hoá este của dầu thực vật, nhưng biodiesel chỉ được chính thức ghi nhận vào
ngày 10/08/1893, ngày mà kỹ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho ra mắt động cơ
Diesel chạy bằng dầu lạc, sau đĩ ngày 10/08 được chọn là ngày biodiesel quốc tế ( International
biodiesel Day). Đến năm 1907 Herry Ford, người sáng lập công ty đa quốc gia Ford Motor
Company, cho ra đời chiếc xe bằng Etanol. Nhưng do xăng dầu có nguồn gốc từ nhiên liệu hoá
thạch có giá rẻ hơn nên nhiên liệu sinh học chưa được coi trọng. Nhưng trong thời gian gần đây,
do giá xăng dầu tăng nhanh, nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch đe dọa và yêu cầu bức thiết về
chống sự biến đổi khí hậu tồn cầu mà nhiên liệu sinh học trở thành một nhu cầu thiết thực của
nhân loại, nhất là khi các công nghệ biết đổi gen góp phần làm tăng đột biến sản lượng một số
sản phẩm nông lâm nghiệp.
2.2. Ưu nhược điểm của Biodiesel.
2.2.1 Ưu điểm:
 BD là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế ít gây ảnh hưởng đến môi trường và
sức khoẻ con người; là loại nhiên liệu sạch hơn vì khí thải khi đốt BD hầu như sẽ không có SOx ,
hàm lượng CO và hidrocacbon thơm giảm so với khi đốt diesel truyền thống (chẳng hạn như
benzofluoranthense ít hơn 56%, benzopysenes ít hơn 71% ).
 Là nguồn nhiên liệu thay thế cho diesel khi sử dụng cho động cơ diesel mà không ảnh
hưởng đến động cơ.
 Là loại nhiên liệu có thể được dùng dạng tự do hoặc pha trộn với diesel nhằm đạt được
hiệu quả sử dụng và kinh tế theo yêu cầu của từng quốc qia.
 Là loại nhiên liệu tái sinh nên biodiesel sẽ là thế mạnh của các nước có nền nông
nghiệp phát triển.
 Là loại nhiên liệu bị vi sinh vật phân huỷ nên khi thất thốt ra ngồi môi trường sẽ ít độc
hại hơn rất nhiều so với các loại xăng dầu từ dầu mỏ.

3.  Khi đạt các tiêu chuẩn thì biodiesel sẽ là nhiên liệu ít ăn mịn động cơ hơn so với
diesel.
2.2.2 Nhược điểm:
 Trong phân tử biodiesel có chứa nguyên tử oxy nên nhiệt trị thấp hơn diesel truyền
thống. Vì vậy, khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu sẽ tiêu hao hơn nhiều so với nhiên liệu diesel
truyền thống.
 Dễ bị oxy hoá nên vấn đề bảo quản là vấn đề hàng đầu khi sử dụng biodiesel ( Lưu
trữ trung bình 6 tháng).
 Hàm lượng NOx cao trong khí thải. Đây là nhược điểm đang được nghiên cứu khắc
phục.
 Nhiệt trị thấp hơn so với diesel nên cần một lượng nhiên liệu lớn hơn để đi được cùng
một quãng đường.
 Chi phí sản xuất còn cao so với diesel. Hiện tại biodiesel trở thành thương phẩm vẫn
phải cần chính sách hỗ trợ của chính phủ nhằm thúc đẩy nền công nghiệp năng lượng này. Với
tình trạng nguồn nhiên liệu hĩa thạch đang cạn dần, diesel truyền thống ngày càng tăng giá, thì
trong tương lai, BD gần như là giải pháp thay thế duy nhất.
3. Thông số kỹ thuật của biodiesel.
3.1.Mộtsố thông số kỹ thuật được đưa ra so sánh giữa hai loại nhiên liệu:
Khí thải Đơn vị Diesel truyền thống BD từ dầu nành BD từ dầu thải
NOx g 0.944 1.156 1.156
CO g 0.23 0.136 0.156
Hidrocacbon g 0.0835 0.0040 0.0038
 Bảng1.1.3.1: So sánh nồng độ khí thải giữa DO và Biodisel
Nhiên liệu Năng suất toả nhiệt (MJ/Kg)
DO 44,8
BDO 37,2

4. Methanol 18,2
Glyxerin 18,3
Dầu dừa 35,3
Dầu Jatropha 39,6
Dầu hạt cao su 39.18
Bảng1.1.3.2: Bảng so sánh năng suất toả nhiệt của một số loại nhiên liệu
Đặc tính nhiên liệu Diesel Biodiesel
Nhiệt trị, Btu/gal 129,05 118,17
Độ nhớt động học ở 400C, mm2/s 1,3 – 4,1 4,0 – 6,0
Tỉ trọng ở 150C, lb/gal 7,079 7,328
Hàm lượng nước và cặn cơ học, max 0,05 0,05
Điểm chớp cháy, 0C 60 - 80 100 – 170
Điểm đông đặc, 0C -15 - 5 -3 _ -12
Chỉ số cetane 40 - 55 48 - 65
Bảng 1.1.3.3 – Một số đặc tính chọn lọc của Diesel và Biodiesel [5]
3.2Các thông số hố lý kỹ thuật của Biodiesel:
3.2.1.Chỉ số Cetan:
Chỉ số Cetan là đơn vị đo quy ước, dùng để đánh giá khả năng tự bắt cháy của các loại nhiên
liệu diesel, cĩ giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn cĩ cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp
chuẩn này gồm 2 hidrocacbon:
 n – Cetan C16H34 là chất cĩ khả năng bắt cháy cao nhất với chỉ số qui định là 100 , khi đĩ
“hỗn hợp” chứa 100% thể tích n-Cetan

5.  α - metyl naphtalen C11H10 là chất khĩ bắt cháy nhất với chỉ số cetan qui định là 0
Những hợp chất cĩ mạch thẳng thì dễ bắt cháy nên cĩ chỉ số Cetan cao, trong khi hợp chất
vịng hoặc mạch nhánh thì cĩ chỉ số Cetan thấp hơn. Bản chất cháy của diesel trong động cơ là bị
nén áp suất cao (tỷ số nén khoảng 14:1 đến 25:1) ở dạng đã phối trộn với Oxy và cĩ nhiệt độ cao
thích hợp sẽ cháy và sinh công.
Biodiesel cần cĩ chỉ số cetan cao để đảm bảo quá trình cháy, nếu cao quá sẽ gây lãng phí
nhiên liệu vì 1 số thành phần ở nhiệt độ cao trong xilang sẽ phân hủy thành cacbon tự do (cịn gọi
là muội than) trước khi cháy, tuy nhiên nếu chỉ số cetan quá thấp sẽ dễ gây ra hiện tượng kích nổ
(do cĩ nhiều thành phần khĩ bị oxy hĩa địi hỏi phải phun rất nhiều nhiên liệu vào xylanh mới xảy
ra quá trình tự cháy, dẫn đến lượng nhiên liệu bị đốt cháy nhiều hơn yêu cầu, nhiệt lượng sinh ra
rất lớn gây tăng mạnh áp suất, làm xylanh dễ bị mịn và động cơ rung giật).Vì thế, chỉ số Cetan là
một trong những tiêu chuẩn đã được quy định theo từng quốc gia cho các loại nhiên liệu trong đĩ
cĩ Biodiesel.Thông thường, với động cơ Diesel chậm (dưới 500 rpm), chỉ số cetan khoảng 45 đến
50; cịn đối với động cơ chạy nhanh (đến 1000 rpm) chỉ cần trên 50.
3.2.2.Trị số octan.
Trị số octan là một đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng chống kích nổ nhiên
liệu, cĩ giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn (ở điều kiện tiêu chuẩn) gồm iso-octan (2,2,4-
trimetylpentan C8H18) và n-helptan ( n- C7H16). Hỗn hợp chuẩn cĩ trị số octan là x ( x cĩ giá trị từ
0 đến 100) tức là hỗn hợp cĩ chứa x% (thể tích) iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C8H18).
Nhiên liệu cĩ trị số octan càng cao thì càng tốt. Để tăng trị số octan, ta cĩ 3 cách chính:
 Pha thêm phụ gia:
Hợp chất cơ kim: Pb (hiện cấm dùng), Mn và Fe (dùng hạn chế)…
Phụ gia Ferrocene- Diclopentadienyl (C2H5)2Cl. Phụ gia này rẻ tiền, ít độc với môi
trường nhưng lại độc với động cơ. Khi cháy, Ferrocene tạo ra lớp oxit sắt ( lớp màu đỏ trên
bugi) ảnh hưởng đến các lớp xúc tác trong oto hiện đại, gây mài mịn các vịng piston, lỗ khoan
trên xylanh và trục cam ...Hiện Ferrocene không được cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ chấp
nhận cho sử dụng.
MMT ( Methylcyclopentadienyl Maanganese Tricabonyl): hiện được dùng thay thế cho
phụ gia Pb
…
 Pha trộn với nhiên liệu cĩ trị số octan cao

6.  Chuyển các hidrocacbon mạch thẳng thành mạch nhánh, hoặc vịng no, vịng thơm
cĩ trị số octan cao như cracking, reforming …
3.2.3.Điểm đục:
Điểm đục là nhiệt độ mà hỗn hợp bắt đầu vẩn đục do cĩ một số chất bắt đầu kết tinh. Điểm
đục cĩ ý nghĩa rất quan trọng đối với dầu diesel, đặc biệt khi nĩ được sử dụng ở các nước cĩ nhiệt
độ hạ thấp khi mùa đông đến. Khi nhiệt độ thấp, độ nhớt sẽ tăng lên, ảnh hưởng đến việc phun
nhiên liệu. Nếu nhiệt độ hạ thấp hơn nhiệt độ tạo điểm đục thì những tinh thể kết tinh sẽ kết hợp
lại với nhau tạo thành những mạng tinh thể gây tắc nghẽn đường ống dẫn cũng như thiết bị lọc
làm động cơ không hoạt động được.
3.2.4.Điểm chảy:
Điểm chảy là nhiệt độ mà tồn bộ thể tích của hỗn hợp chuyển pha từ thể rắn sang thể lỏng.
Điểm đục và điểm chảy là thông số được xác định nhằm dự đốn khả năng sử dụng của Biodiesel
ở nhiệt độ thấp.
3.2.5. Điểm chớp cháy:
Điểm chớp cháy là nhiệt độ mà ở đĩ hỗn hợp bắt đầu bắt lửa và cháy. Chỉ số này dùng để
phân loại nhiên liệu theo khả năng cháy nổ của chúng. Điểm chớp cháy của Metyl este tinh khiết
là hơn 200 0C, và Metyl este được xếp loại vào những chất khĩ cháy. Tuy nhiên, trong quá trình
điều chế và tinh chế, Methanol dư cịn lẫn trong sản phẩm và làm hạ thấp điểm chớp cháy. Điều
này gây nguy hiểm khi điểm chớp cháy hạ xuống thấp. Đồng thời Methanol là chất ăn mịn thiết
bị kim loại. Do vậy điểm chớp cháy vừa được sử dụng như một tiêu chuẩn quản lý chất lượng
Biodiesel vừa để kiểm tra lượng Methanol dư thừa.
3.2.6.Độ nhớt:
Độ nhớt: thể hiện khả năng kháng lại tính chảy của chất lỏng. Thông số này phụ thuộc vào
sự ma sát của một phần chất lỏng khi trượt lên phần chất lỏng khác. Độ nhớt của nhiên liệu càng
cao càng không cĩ lợi khi sử dụng vì nĩ làm giảm khả năng phân tán khi được phun vào thiết bị
để đốt cũng như làm tăng khả năng lắng căn trong thiết bị. Chính vì vậy người ta mới buộc phải
chuyển các loại dầu mỡ động thực vật thành Biodiesel rồi mới đem đi sử dụng vì Biodiesel cĩ độ
nhớt thấp hơn nhiều.
Ngồi ra cĩn cĩ các chỉ số khác. Tất cả các chỉ số hố lý này được nghiên cứu và xây dựng
thành tiêu chuẩn cụ thể cho Biodiesel.

7. Tính chất Phương pháp thử Giới hạn Đơn vị
Nhiệt độ chớp cháy
(phương pháp cốc kín)
ASTM D 93 130 min 0C
Nước và cặn ASTM D 2709 0,05 max % thể tích
Độ nhớt động học ở 400C ASTM D 445 1,9 – 6,0 mm2/s
Tro Sulfat ASTM D 874 0,020 max % khối lượng
Sulfur tổng ASTM D 4294 - 99 0,05 max % khối lượng
Điểm đục ASTM D 2500 oC
Cặn Carbon ASTM D 4530 0,05 max % khối lượng
Chỉ số acid ASTM D 664 0,8 max mg KOH/g
Hàm lượng Glyxerin tự do ASTM D 6854 0,02 max % khối lượng
Hàm lượng Glyxerin tổng ASTM D 6854 0,24 max % khối lượng
Hàm lượng photpho ASTM D 4951 10 ppm
1.1 Các nguồn nguyên liệu để sản xuất BD
1.2.1 Các nguồn nguyên liệu chính
1.2.1.1 Dầu thực vật:
Cọ dầu Từ hơn 10 năm trước đã trồng tại Long An, đạt 4 tấn dầu /ha. Tuy nhiên cĩ 1 số khĩ
khăn: trồng qui mô lớn mới hiệu quả vì cần đầu tư dây chuyền xử lý ngay sau thu
hoạch do trong hạt chứa mem lipase phân hủy dầu trong vịng 24 giờ thành este và
glycerin nên cần diệt men lipase (bằng nồi hơi); cọ dầu không khĩ trồng nhưng cần
mưa quanh năm – khĩ đạt được ở Việt Nam. Hiện nay hầu như không phát triển được.
Vừng Cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, hiện đang trồng đại trà tại Nghệ An, Thanh Hĩa,
Gia Lai, An Giang.Hiện nay vừng chủ yếu được xuất khẩu sang Nhật (cả hạt và dầu).

8. Dừa Diện tích trên 180000 ha, nhưng năng suất dầu thấp, tối đa đạt 1 tấn dầu/ha, bằng ¼
so với cọ dầu. Sản lượng dầu ép không cao vì cây dừa rất hiệu quả đối với nông dân
do các sản phẩm khác như cơm dừa sấy, xơ dừa, than gáo dừa, thủ công mỹ nghệ từ
gỗ dừa… nên giá dừa trái tăng (khoảng 15000 đ/l).
Đậu
nành
Hạt thu mua trong dân 5000 đ/kg, đậu nành nhập khẩu từ Mỹ 3500 đ/kg ( kể cả thuế
nhập khẩu).
Hướng
dương
Trồng thử nghiệm ở Củ Chi (đạt khoảng 2.5 tấn /ha), Lâm Đồng ( đạt 3.5 – 5 tấn/ha).
Khi trồng thử nghiệm các thế hệ lai, năng suất đã tăng đáng kể. Do đĩ hướng dương
trở thành nguồn nguyên liệu cĩ triển vọng.
Bông vải Theo chính sách Nhà nước về tự túc 70% nguyên liệu dệt may, diện tích trồng cây
bông sẽ phát triển nhanh chĩng. Diện tích 2003, 2005, 2010 tương ứng là 33000 ha,
60000ha và 120000ha. Dầu hạt bông cải cĩ thể là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất
BD và ta chưa loại được độc tố gossypol nên không thể dùng để sản xuất dầu ăn. Dầu
bông vải thô hiện nay giá khoảng 7000 đ/l.
(Theo báo cáo khoa học lần thứ nhất về nhiên liệu cĩ nguồn gốc sinh học (Biofuel và BD ở Việt
Nam) 23/08/2006 trang 18)
Tính chất Dầu hạt
cao su
Dầu hoa
hướng
dương
Dầu hạt
cải
Dầu hạt
bông cải
Dầu hạt
dậu nành
Thành phần acid béo
(i) Acid panmitic C(16:0)
(ii) Acid stearic C(18:0)
(iii) Acid oleic C(18:1)
10,2
8,7
24,6
6,8
3,26
16,93
3,49
0,85
64,4
11,67
0,89
13,27
11,75
3,15
23,26

9. (iv) Acid linoleic C(18:2)
(v) Acid linolenic C(18:3)
39,6
16,3
73,73
0
22,3
8,23
57,51
0
55,53
6,31
Tỉ trọng 0,91 0,918 0,914 0,912 0,92
Độ nhớt ở 400C (mm2/s) 66,2 58 39,5 50 65
Điểm chớp cháy (0C) 198 220 280 210 230
Nhiệt trị (MJ/kg) 37,5 39,5 37,6 39,6 39,6
Chỉ số acid 34 0,15 1,14 0,11 0,2
Nước ta tuy là nước nông nghiệp nhưng hàng năm chúng ta vẫn phải nhập một lượng rất
lớn dầu thực vật để tinh luyện phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Sở dĩ như vậy vì giá
mua nguyên liệu hạt, quả cĩ dầu ở nước ta đôi khi bằng hoặc cao hơn so với giá nhập dầu thực
vật thô từ những nước cĩ tiềm năng như Malayxia, Mỹ…Do đĩ ta nên định hướng nghiên cứu sản
xuất BD từ các loại dầu thực vật không cĩ giá trị thực phẩm cĩ giá thành thấp như dầu bông, dầu
hạt cao su, dầu hạt Jatropha …
1.2.1.2 Mỡ động vật:
Mỡ động vật được chia ra làm 2 nhĩm : mỡ động vật trên cạn và mỡ động vật dưới nước.
 Mỡ động vật trên cạn chứa nhiều axit béo no, chủ yếu là palmaitic và axit stearic (mỡ
heo, mỡ bị). Mỡ động vật trên cạn chứa nhiều axit béo thuộc nhĩm omêga-6 hơn, hầu như không
cĩ omêga-3 nên thường ở trạng thái rắn trong điều kiện nhiệt độ thường. Các axit béo thuộc nhĩm
omêga-6 cĩ tác dụng làm co mạch, tăng huyết áp.
 Mỡ động vật dưới nước chứa hàm lượng axit béo không no thuộc nhĩm omêga-3
tương đối lơn, ở thể lỏng trong điều kiện nhiệt độ thường.
Nước ta thuộc vùng nhiệt đới, cĩ nhiều sông nước nên nghề nuôi và chế biến thủy sản phát
triển mạnh về cả chất và lượng, không chỉ phục vụ nhu cầu trong nước mà cịn hướng đến xuất
khẩu. Trong đĩ phải kể đến nghề nuôi và chế biến cá da trơn ở khu vực Đồng bằng sông Cửu
Long. Hoạt động chế biến các sản phẩm từ cá da trơn thải ra ngồi một lượng lớn các phế phẩm,

10. ảnh hưởng đến môi trường, mà trong đĩ chiếm chủ yếu là dầu hạt cao su. Do đĩ, nếu sử dụng dầu
hạt cao su như nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu mới là một phương án cĩ hiệu quả về mặt kinh
tế lẫn cho môi trường.
Việc lựa chọn loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật nào phụ thuộc vào nguồi tài nguyên sẵn cĩ
và điều kiện khí hậu cụ thể của từng vùng. Chẳng hạn như ởÛ Châu Aâu sử dụng chỉ yếu là cải
dầu và dầu hướng dương; ở Mỹ- dầu đậu nành; ở Châu Mỹ- dầu đậu nành, hướng dương và thầu
dầu; ở miền Nam Châu Phi- dầu đậu nành, dầu mè; ở Đông Nam Á- dầu cọ, dầu dừa và dầu mè;
ở Châu Uùc- cải dầu,dầu lanh và dầu cọ nhập từ Đông Nam Á. Sử dụng nguồn tài nguyên sẵn cĩ,
các nguyên liệu phế thải sẽ gĩp phần làm giảm giá BD, đưa BD vào sử dụng rộng rãi hơn.