2.2.1 Khái niệm
Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu tái tạo, được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật như mỡ động vật, dầu thực vật, dầu ăn thải tái sinh..., ngũ cốc (lúa mì, ngô, đậu tương, sắn...), sinh khối cellulose như phế phụ phẩm thải trong nông nghiệp (rơm, rạ, phân...), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, gỗ thải...) và tảo (một số loài tảo có dầu).
Hình 2.2 Nhiên liệu sinh học 2.2.2 Phân loại nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học có thể được phân loại thành các nhóm chính như sau:
- Diesel sinh học (Biodiesel): Biodiesel được điều chế từ dầu thực vật (dầu mè, dầu dừa, dầu đậu nành, dầu cao su..) hay mỡ động vật (mỡ cá tra, mỡ cá basa) thường được thực hiện thông qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổ biến nhất là methanol. Hiện nay biodiesel được sử dụng ở hai dạng là tinh khiết và pha trộn.
- Xăng sinh học (Biogasoline): cũng như diesel sinh học, xăng sinh học cũng là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì. Thông thường được pha từ 10–25% ethanol khan với xăng chưng cất từ dầu mỏ không có phụ gia để đạt chỉ số octane 90, 92, 95,…và có tính chất hóa lý tương đương xăng có nguồn gốc từ dầu mỏ. Chúng được sử dụng cho động cơ xăng truyền thống mà không cần phải hoán đổi động cơ.
- Sinh khối (Biomas): rơm rạ, trấu, chất thải động vật.
- Khí sinh học (Biogas): là một loại khí hữu cơ gồm methane và các đồng đẳng khác. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí.
Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí gas từ sản phẩm dầu mỏ.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: Nguyễn Văn Đạt 6 SVTH: Trần Quang Thanh - B5: 5% biodiesel và 95% diesel dầu mỏ, B15:15% biodiesel và 85%
diesel dầu mỏ, B20: 20% biodiesel và 80% diesel dầu mỏ, B100:100%
biodiesel.
2.2.3 Ƣu điểm của nhiên liệu sinh học 2.2.3.1 Giảm thiểu ô nhiễm môi trường
Kết quả các công trình nghiên cứu cho thấy: nếu sử dụng 100% metyl ester thì lượng khí CO2 thải ra sẽ thấp hơn 78,4% so với khi dùng dầu diesel, nếu sử dụng hỗn hợp 20% metyl ester và 80% dầu diesel, lượng CO2 giảm 15,66%.
Biodiesel có thể bị phân hủy do vi khuẩn, do vậy ít gây ô nhiễm.
Lượng khí thải khi đốt cháy nhiên liệu biodiesel không độc vì không chứa hợp chất lưu huỳnh và hợp chất hương phương. Đây là ưu điểm lớn nhất của biodiesel so với dầu diesel và khi sử dụng không xảy ra hiện tượng ăn mòn thiết bị do hợp chất lưu huỳnh tạo ra. Biodiesel hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về môi trường, giảm lượng khí CO2 phát sinh, hydrocacbon không cháy và những thành phần khí thải khác. Biodiesel có khả năng cháy tốt, giảm lượng mồ hóng, than bụi…
2.2.3.2 Bảo đảm an ninh năng lƣợng
Phát triển nhiên liệu sinh học giúp các quốc gia chủ động, không bị lệ thuộc vào vấn đề nhập khẩu nhiên liệu, đặc biệt đối với những quốc gia không có nguồn dầu mỏ và than đá, đồng thời kiềm chế sự gia tăng giá của xăng dầu và ổn định tình hình năng lượng cho thế giới.
Do được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo, biodiesel thật sự là một lựa chọn ưu tiên cho các quốc gia trong vấn đề an ninh năng lượng. Hơn nữa, việc phát triển nhiên liệu sinh học trên cơ sở tận dụng các nguồn nguyên liệu sinh khối khổng lồ sẽ là một bảo đảm an ninh năng lượng cho các quốc gia.
2.2.3.3 Phát triển kinh tế nông nghiệp
Nguồn nhiên liệu sản xuất biodiesel chủ yếu là sản phẩm nông nghiệp, do đó việc sản xuất biodiesel có thể kích thích sản xuất nông nghiệp và mở rộng thị trường cho sản phẩm nông nghiệp trong nước. Việc sản xuất bodiesel từ một số cây trồng có dầu như: dừa, lạc, jatropha, cao su,... mở ra cơ hội thị trường sản phẩm mới cho nông dân với tiềm năng tăng thu nhập hoặc tăng năng lực sản xuất cho đất canh tác hiện có, tận dụng các vùng đất hoang hoá và tạo thêm công ăn việc làm cho người dân.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: Nguyễn Văn Đạt 7 SVTH: Trần Quang Thanh Việc phát triển nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel phù hợp cũng
sẽ tạo ra sự đa dạng môi trường sinh học với các chủng loại thực vật mới. Bên cạnh đó, việc tận dụng các nguồn phụ, phế phẩm nông nghiệp để sản xuất biodiesel đồng thời nâng cao giá trị của sản phẩm nông nghiệp.
2.2.4 Nhƣợc điểm của nhiên liệu sinh học
Không chỉ có những ưu điểm, biodiesel cũng có một số nhược điểm sau:
- Sử dụng nhiên liệu chứa nhiều hơn 5% biodiesel có thể gây ăn mòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình nhiên liệu do tính dễ bị oxi hóa của biodiesel.
- Nhiệt độ đông đặc của biodiesel phụ thuộc với nguyên liệu sản xuất điều này ảnh hưởng lớn đến việc sử dụng biodiesel ở những vùng có thời tiết lạnh.
- Biodiesel không bền, rất dễ bị oxi hóa nên gây nhiều khó khăn trong việc bảo quản.
- Việc thu gom dầu ăn phế thải, mỡ cá tra, cá ba sa, bã cà phê,... không khả thi lắm do số lượng hạn chế, lại phân tán nhỏ lẻ. Những nguồn nguyên liệu có thể chế biến thành thực phẩm (hướng dương, cải dầu, đậu nành, dừa,...) thì giá thành cao, sản xuất biodiesel không kinh tế. Diện tích đất nông nghiệp cho việc trồng cây lấy dầu là có hạn, để giải quyết bài toán nhiên liệu này, trên thế giới đang có xu hướng phát triển những loại cây lấy dầu có tính công nghiệp như cây dầu mè (jatropha curcas), cao su, hoặc những loại có năng suất cao như tảo.
2.2.5 Tính chất hoá lý của biodiesel
Tính chất hóa lý của biodiesel phụ thuộc vào cơ cấu của acid béo có trong biodiesel.
2.2.5.1 Chỉ số cetane
Chỉ số cetane là một trong những chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng biodiesel. Nó liên quan đến thời gian bốc cháy trễ khi nó 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. Nhiên liệu có chỉ số cetane thấp hơn mức quy định của động cơ sẽ gây tiếng ồn khi vận hành, khởi động khó ở vùng cao và thời tiết lạnh, tăng chất lắng, phun nhiều khói, tiêu hao nhiên liệu và hao mòn động cơ.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: Nguyễn Văn Đạt 8 SVTH: Trần Quang Thanh 2.2.5.2 Điểm đục
Điểm đục là nhiệt độ mà hỗn hợp bắt đầu vẩn đục do có một số chất bắt đầu kết tinh. Điểm đục có ý nghĩa rất quan trọng đối với dầu diesel, đặc biệt khi nó được sử dụng ở các nước có 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 tắt nghẽn đường ống dẫn và những thiết bị lọc làm động cơ không hoạt động được.
2.2.5.3 Điểm chảy
Điểm chảy là nhiệt độ mà toàn 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 đoán khả năng sử dụng của biodiesel ở nhiệt độ thấp.
2.2.5.4 Độ nhớt
Độ nhớt ảnh hưởng đến sự phun của nhiên liệu khi tiêm vào buồng đốt. Độ nhớt của biodiesel có thể đoán dựa trên thành phần ester có trong hỗn hợp. Độ nhớt của etyl ester cao hơn metyl ester, cấu hình của nối đôi cũng ảnh hưởng đến độ nhớt, nối đôi cấu hình cis có độ nhớt thấp hơn cấu hình trans.
2.2.5.5 Điểm chớp cháy
Điểm chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó nhiên liệu bắt đầu cháy. Chỉ số này dùng để phân loại nhiên liệu theo khả năng cháy nổ của chúng. Nó rất quan trọng trong việc sử dụng và lưu trữ nhiên liệu. Điểm chớp cháy của biodiesel cao hơn so với petrodiesel.
2.2.5.6 Nhiệt đốt 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 oxygen và tỉ lệ của carbon và hydrogen. Nói chung, lượng oxygen trong biodiesel tăng thì hàm lượng năng lượng giảm. Chuỗi carbon dài thì hàm lượng năng lượng năng lượng cao, tỉ lệ carbon và hydrogen trong biodiesel càng nhỏ thì hàm lượng năng lượng càng cao.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: Nguyễn Văn Đạt 9 SVTH: Trần Quang Thanh 2.2.5.7 Tính trơn
Dầu diesel có hàm lượng lưu huỳnh thấp, sự khử sẽ làm mất đi tính trơn vốn có của nó. Thêm 1-2% biodiesel sẽ duy trì tính trơn của dầu diesel.Thành phần ester có trong biodiesel ảnh hưởng đến tính trơn: ester bất bão hòa có tính trơn tốt hơn ester bão hòa.
2.2.5.8 Trạng thái oxy hóa
Trong quá trình cất giữ biodiesel: không khí, nhiệt độ, ánh sáng, vết kim loại làm biodiesel dễ bị oxy hóa và bị hư. Ngoài ra số nối đôi và vị trí nối đôi của ester acid béo bất bão hòa cũng ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa.