Nhiên liệu sinh học: Nguồn năng lượng tương lai(tt) IV. NHIÊN LIỆU SINH HỌC (BIOFUEL) - CÔNG NGHỆ VÀ ỨNG DỤNG 4. Sản xuất biofuel 4.4. Dầu nhiệt phân bio-oil (pyrolysis oil) - dầu diezel chiết xuất Loại dầu này được sản xuất thông qua quá trình nhiệt phân nhanh. Khi bị phân hủy nhiệt, sinh khối được chuyển hóa vắng mặt oxy. Với quá trình này, sản phẩm lỏng được tạo ra dưới dạng sản phẩm trung gian với nhiều ứng dụng đa dạng, trong đó có thể làm nguyên liệu sản xuất dầu diezel. 4.4.1. Nguyên liệu sinh khối Bất kể loại sinh khối nào cũng có thể sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình phân hủy nhiệt, nhưng sinh khối là hỗn hợp xenlulo thích hợp hơn cả. Trước khi được đưa vào lò phân hủy, nguyên liệu phải được sấy khô (đến độ ẩm dưới 10% trọng lượng) và băm nhỏ (đến kích cỡ nhỏ hơn 6 mm). 4.4.2. Công nghệ nhiệt phân chế tạo dầu sinh học (bio-oil) Vì không có mặt oxy nên sinh khối không cháy, nhưng ở nhiệt độ cao các phân tử sinh khối bị phân hủy tạo ra các sản phẩm như than, dầu (bio-oil) và khí. Thành phần các sản phẩm phân hủy nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ phân hủy, tốc độ đốt nóng, thời gian đốt đồng thời cũng phụ thuộc vào thành phần sinh khối ban đầu. Quá trình nhiệt phân nhanh là quá trình sản xuất dầu sinh học tối ưu. Do quá trình phân hủy xảy ra ở nhiệt độ rất cao, nên tạo ra nhiều sản phẩm khí. Nhiên liệu lỏng được thu được sau khi làm lạnh hỗn hợp chất khí này. Bên cạnh quá trình nhiệt phân nhanh còn quá trình phân hủy nhiệt chậm xẩy ra ở nhiệt độ khoảng 400 o C. quá trình này chậm hơn và thời gian ủ kéo dài hơn, thậm chí kéo dài hàng ngày. Sản phẩm chính thu được từ quá trình này là than gỗ (charcoal). Quá trình nhiệt phân nhanh xảy ra ở nhiệt độ 500 - 650 o C với thời gian ngắn, chỉ từ 0,5 đến 5 giây và cho sản phẩm hữu cơ ở dạng khí và than. Chất hữu cơ dạng khí này được ngưng tụ cho dầu sinh học (bio-oil). Khi nhiệt phân sinh khối nhanh ở nhiệt độ cao hơn nữa (700 - 1000 o C) với thời gian cực ngắn (dưới 1 giây), tốc độ gia nhiệt của các hạt cao ( cao hơn 10.000 o C/ giây) và sản phẩm hữu cơ dạng khí sinh ra bị làm lạnh cực nhanh thành thể lỏng sẽ cho hiệu suất chuyển hóa cao. Khi đó lò phản ứng (phân hủy) dùng để nhiệt phân sẽ là công cụ hữu hiệu chuyển hóa sinh khối rắn thành chất lỏng. Nguyên liệu sau khi băm nhỏ và sấy đúng yêu cầu sẽ được nạp vào lò phản ứng. Có một vài kiểu lò phản ứng như lò tầng sôi, lò quay,v.v Đối với lò phản ứng tầng sôi, nguyên liệu được đưa vào 1 tầng chứa cát bên trong. Các hạt sinh khối bị nung nóng nhờ khí nóng thổi qua chúng từ đáy lò khi tốc lực của khí nóng đủ mạnh, các hạt nguyên liệu tạo tầng sôi trong lò và phản ứng xảy ra. Quá trình nhiệt phân nhanh xảy ra ở nhiệt độ 500 - 650 o C với thời gian ngắn, chỉ từ 0,5 đến 5 giây và cho sản phẩm hữu cơ ở dạng khí, và than. Chất hữu cơ dạng khí này được ngưng tụ cho dầu sinh học (bio-oil). Với lò quay chóp nón, nguyên liệu đạt yêu cầu được trộn với cát nóng và được đưa vào phần đáy lò, nhờ tác động quay mà chúng được đưa tới phần chóp nón. Do không cần thổi khí nóng vào như lò tầng sôi nên sản phẩm sau phản ứng dễ xử lý, không bị nhiễm tạp. ưu thế thiết kế gọn nhẹ đã làm cho kiểu lò quay chóp nón được cung cấp nhiệt nhanh và vận hành nhanh, cho năng suất dầu sinh học thu được khá cao (đối với gỗ đạt 75 - 80% tính theo trọng lượng). Nhưng nhược điểm ở đây là yêu cầu sinh khối phải mịn (< 2mm) trong khi sinh khối đưa vào lò thường thô hơn (có thể lớn hơn 10-13 mm), độ ẩm cũng cao hơn ( khoảng 15%). Các sản phẩm sau khi nhiệt phân được đưa sang bộ phận xyclon để tách. Than tách ra có thể được sử dụng cấp nhiệt để sấy sinh khối hoặc phục vụ ngay quá trình phân hủy nhiệt. Thành phần khí chuyển sang bộ phận làm lạnh, ngưng tụ thành bio-oil. Phần khí không ngưng tụ được chủ yếu là CO, CO 2 , CH 4 và H 2 được tận dụng đốt cấp nhiệt để sấy nguyên liệu sinh khối hoặc sử dụng trong động cơ chạy khí. Dầu phân hủy nhiệt chứa nhiều thành phần giá trị (phenol, levoglucosan và hydroxyaxetaldehyt, v.v…), có thể sử dụng vào nhiều lĩnh vực như sản xuất hóa chất, y dược, công nghiệp và thực phẩm bên cạnh vai trò làm nhiên liệu cấp năng lượng. Riêng trong lĩnh vực sử dụng năng lượng, bio-oil có thể sử dụng làm nhiên liệu trong nhà máy điện (gia nhiệt nồi hơi, lò…) hoặc làm diezel sử dụng thay thế diezen dầu mỏ để chạy động cơ. Trong trường hợp này bio-oil cần phải được tinh chế và làm tăng độ ổn định. 4.4.3. Thực trạng công nghệ và tính kinh tế Các hoạt động nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực phân hủy nhiệt sinh khối chủ yếu đang tập trung vào việc cải tiến lò phản ứng để làm tăng nhanh quá trình phân hủy nhiệt hơn nữa. So với các phương pháp đốt và khí hóa, kỹ thuật này vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu. Thị trường bio-oil chưa hình thành, mặc dù đề tài này đã được nghiên cứu phát triển suốt 20 năm qua. Việc phát triển kỹ thuật mới chỉ nhằm mục đích có sản phẩm đáp ứng ngành sản xuất hóa chất chứ chưa nhằm vào vấn đề giải quyết năng lượng. Hiệu suất chuyển hóa sinh khối thành bio-oil thực tế có thể đạt mức 60 - 70%. Mức này đã bị hạ thấp nhiều khi kỹ thuật hydro hóa được đưa vào ứng dụng để tăng chất lượng dầu. Vào năm 2000, các nhà khoa học đã dự đoán nhờ kỹ thuật hydro hóa (khử oxy) mà sắp tới hiệu suất chuyển hóa của quá trình nhiệt phân có thể đạt 67%, tuy nhiên đây là vấn đề khó và cần nhiều thời gian và công sức. Hiệu suất trung bình hiện tại mới chỉ đạt 50%. [...]... trực tiếp loại dầu này như nhiên liệu cho xe cộ, mà phải nâng cao chất lượng và tăng độ ổn định Tuy vậy, quá trình hydro hóa hoặc dùng xúc tác xử lý bio-oil thành nhiên liệu rất khả thi, nhưng chi phí hiện nay còn cao Vấn đề kỹ thuật hiện nay là phải khử được các tạp chất trong sản phẩm Tuy vậy chất lượng bio-oil dùng làm nhiên liệu diezel sẽ vẫn thấp hơn nhiều so với chất lượng diezel dầu mỏ ... chi phí nguyên liệu đầu vào và chi phí xử lý nguyên liệu ban đầu Các nghiên cứu cho thấy giá thành bio-oil có thể 75 - 300 euro/ tấn theo giá nguyên liệu 0 - 100 euro/ tấn 4.4.4 Sử dụng bio-oil Bio-oil là một chất lỏng điển hình, thường có màu đen, có thành phần hóa học khác nhau Khối lượng riêng của dầu này khá lớn (1,2 kg/lit), cao hơn nhiều so với dầu có nguồn gốc dầu mỏ, nhưng năng lượng lại thấp... dầu có nguồn gốc dầu mỏ, nhưng năng lượng lại thấp hơn, chỉ từ 16 - 19 MJ/kg (so với 42 - 44 MJ/kg đối với sản phẩm nguồn gốc dầu mỏ ) là do chứa nhiều oxy liên kết Biooil phân cực tự nhiên khiến nó không trộn lẫn hoàn toàn với hydrocacbon, nhưng lại tan trong nước, không giống dầu có nguồn gốc dầu mỏ Bio-oil chứa ít nitơ hơn sản phẩm dầu mỏ, hầu như không có kim loại nặng và lưu huỳnh trong thành phần...Vì mới chỉ có ít cơ sở nghiên cứu sản xuất dầu sinh học theo phương pháp phân hủy nhiệt và hiện tại quy mô áp dụng còn hạn chế nên chưa đặt ra vấn đề kinh doanh Vào năm 2000, người ta mới dự kiến và đưa ra con số dự báo đối với một nhà máy khoảng 400 . Nhiên liệu sinh học: Nguồn năng lượng tương lai(tt) IV. NHIÊN LIỆU SINH HỌC (BIOFUEL) - CÔNG NGHỆ VÀ ỨNG DỤNG 4. Sản xuất. nghiệp và thực phẩm bên cạnh vai trò làm nhiên liệu cấp năng lượng. Riêng trong lĩnh vực sử dụng năng lượng, bio-oil có thể sử dụng làm nhiên liệu trong nhà máy điện (gia nhiệt nồi hơi,. nhanh, cho năng suất dầu sinh học thu được khá cao (đối với gỗ đạt 75 - 80% tính theo trọng lượng) . Nhưng nhược điểm ở đây là yêu cầu sinh khối phải mịn (< 2mm) trong khi sinh khối đưa