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 4.3. Biodiezel (metyleste của một số loại dầu, mỡ động thực vật) Dầu diezel có nguồn gốc hữu cơ được gọi là biodiezel phân biệt với diezel nguồn gốc dầu mỏ được gọi là petrodiezel. Biodiezel được sản xuất từ dầu thực vật và mỡ động vật. Dầu thực vật ép từ các loại quả hạch và hạt chứa dầu từ lâu đã được sử dụng làm nhiên liệu. Việc sản xuất dầu thực vật làm nhiên liệu chạy xe cộ cũng giống như sản xuất dầu ăn. Hiện nay ở châu Âu, dầu thực vật làm nguyên liệu sản xuất biodiezel chủ yếu có nguồn gốc từ hạt cây cải dầu và biodiezel ở đây được mang tên este metylic (hay metyleste) hạt cải dầu (còn được gọi là RME - rapeseed metylester). 4.3.1. Nguyên liệu sinh khối Dầu thực vật được sử dụng sản xuất biodiezel thường được chiết tách từ các loại hạt một số cây có dầu hoặc mỡ động vật như hạt cải dầu, đậu tương, cọ, hướng dương cải hoa vàng, tảo, dầu thực vật thải của công nghệ sản xuất dầu ăn, mỡ lò mổ, v.v… Ở châu Âu để sản xuất được 1 tấn RME, cần khoảng 2,5 tấn dầu hạt cải dầu, với diện tích đất trồng 0,77 ha (1,3 tấn/ha). Năng suất dầu (m 3 /ha đất trồng trọt) đối với một số loại cây như sau: đậu tương 0,40 - 0,50; cải vàng 1,3; cải dầu 1,0 - 1,4; cọ dầu 6,1. Một số loại rêu tảo đặc biệt có năng suất sinh dầu rất cao 100-200 m 3 /ha. Người ta cho rằng dầu thực vật là nguồn sản xuất biodiezel chất lượng cao nhất nhưng nguồn nguyên liệu này khá khan hiếm, chính vì vậy mà các nguồn dầu thực vật thải, mỡ động vật (biolipid) thậm chí cả rêu, tảo cũng đang là nguồn nguyên liệu bổ sung đầy hứa hẹn, mặc dù quá trình tiền xử lý sẽ phức tạp hơn. 4.3.2. Công nghệ chuyển hóa biodiezel Hạt hoặc sinh khối chứa dầu thực vật được sử dụng trong sản xuất biodiezel sẽ được ép hoặc chiết bằng dung môi (như hexan) để tách dầu. Phương pháp sau cho năng suất dầu hiệu quả cao hơn. Dầu thực vật có thể sử dụng thẳng làm nhiên liệu diezel cho động cơ diezel (SV) với điều kiện phải cải tiến động cơ thích hợp vì loại dầu này có một số đặc tính bất lợi đối với động cơ bình thường (độ nhớt cao, không ổn định về nhiệt, có chứa nước và chỉ số xetan thấp). Người ta đã khắc phục các nhược điểm trên của dầu thực vật bằng phương pháp este hóa nó để biến các phân tử cấu trúc mạch nhánh của dầu (triglyxerit) thành phân tử cấu trúc mạch thẳng nhỏ hơn (metyleste), phù hợp với thành phần diezel dầu mỏ. Metyleste của dầu thực vật chính là biodiezel. Phần lớn các metyleste được sản xuất thông qua quá trình este hóa dầu thực vật với xúc tác và metanol. Triglixerit dầu thực vật sẽ tác dụng với metanol với sự có mặt của xúc tác. Quá trình este hóa xảy ra ở nhiệt độ từ 50 - 66 o C, áp suất 1,4 bar, trong hệ thống lò kín. Bước đầu tiên trong quá trình sản xuất biodiezel là trộn metanol với chất xúc tác - thường là NaOH (hoặc KOH) để tạo ra natri (hoặc kali) metoxit. Lượng metanol cần dư để đảm bảo chuyển hóa hoàn toàn triglyxerit dầu thực vật thành este, bởi vì các phản ứng đầu tiên xảy ra với axit béo tự do trong dầu sẽ xà phòng hóa. Hỗn hợp xúc tác/ metanol được rót vào bình phản ứng kín để tránh bay hơi metanol. Sau đó dầu thực vật được bổ sung. Khuấy đều hỗn hợp, để yên từ 1 - 8 giờ. Nồng độ của axit béo tự do và nước phải được xử lý hợp lý, bởi vì nếu nồng độ này quá cao sẽ gây khó khăn trong quá trình xà phòng hóa và khó tách glyxerin phụ phẩm. Sau khi dầu thực vật được este hóa, hỗn hợp được trung hòa bằng axit. Metanol được thu hồi và tái sử dụng.Trong hỗn hợp còn lại hai sản phẩm chính là biodiezel và glixerin, nên hình thành 2 lớp trong bình phản ứng. Glyxerin nặng hơn ở bên dưới được tách khỏi bình cùng với xà phòng và sẽ được trung hòa. Muối kali thu được từ quá trình trung hòa này có thể thu hồi để làm phân bón. Glyxerin tinh khiết còn lại có thể sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp mỹ phẩm hoặc dược phẩm. Sau khi tách glyxerin, dung dịch màu vàng hổ phách là metyleste. Metyleste được rửa bằng nước để khử tạp chất còn lại. Độ tinh khiết của metyleste thu được đạt khoảng 98%. Có thể thu được metyleste tinh khiết hơn nữa nếu xử lý bằng phương pháp chưng cất. Biodiezel có thể bảo quản lâu dài hơn dầu thực vật và có thể sử dụng cho các động cơ diezel. Về nguyên tắc sản xuất biodiezel từ dầu ăn thải và mỡ động vật cũng tương tự như với dầu thực vật ép thẳng. Tuy nhiên do dầu ăn thải thường không ổn định về cả hàm lượng nước lẫn axit béo tự do trong dầu, vì vậy trước khi este hóa cần xác định rõ hàm lượng từng thành phần để xử lý và bổ sung xúc tác và metanol cho hợp lý. Mỡ động vật cũng là các triglyxerin với hàm lượng khác dầu thực vật nên cần điều chỉnh trước khi este hóa. Quá trình este hóa để sản xuất biodiezel có thể sử dụng xúc tác là axit nhưng hầu hết biodiezel ngày nay được sản xuất với xúc tác kiềm vì nhiệt độ phản ứng thấp, hiệu suất thu hồi sản phẩm cao, thời gian phản ứng và phản ứng phụ ở mức thấp. 4.3.3. Thực trạng công nghệ và tính kinh tế Công nghệ este hóa dầu thực vật là công nghệ lâu đời đã được áp dụng rộng rãi khắp thế giới. Giá thành sản xuất metyleste từ dầu hạt cải (RME) ở châu Âu hiện vào khoảng 0,5 euro/ lít (15 euro/GJ), chi phí này phụ thuộc vào giá sinh khối sử dụng và công suất nhà máy. Chi phí đầu tư ngắn hạn cho một nhà máy 400 MW nhiệt khoảng 150 euro/kW nhiệt. Chi phí đầu tư dài hạn cho nhà máy lớn hơn, năng suất nhiệt 1000 MW có thể giảm [...]... 42,7 Trị giá calo (MJ/l) 32,8 o o ở 15 C (20 C) 35,7 Tỉ lệ không khí/ nhiên liệu (kg không khí/ kg nhiên liệu) Hàm lượng oxy (Wt%) 9,2 - 11 7,4 91 - 135 14,53 0 - 0,6 4 77 Độ nhớt (mm2/ o giây) ở 20 C Điểm cháy (oC) Các loại xe chạy động cơ diezel thông thường cần phải cải tiến khi sử dụng biodiezel làm nhiên liệu Biodiezel cho chất lượng đánh lửa tốt, hiệu suất động cơ cao hơn, phát thải giảm nhưng... cơ diezel, cả về độ nhớt, khối lượng riêng lẫn chỉ số xetan vì nó giống với diezel dầu mỏ Bảng 7 cho các thông số so sánh giữa biodiezel và diezel dầu mỏ Bảng 7 So sánh một số chỉ tiêu giữa biodiezel (RME) và diezel Tính chất nhiên Biodiezel liệu RME Diezel Công thức hóa học Metyleste(Quy ước) 296 Trọng lượng phân C12H26 tử (kg/kmol) 54 170 Chỉ số xetan 0,88 200 Khối lượng riêng 37,3 50 (kg/l) ở 15oC... Không độc - là nguồn năng lượng tái tạo, dễ phân hủy sinh học - Làm giảm đáng kể mức gây ô nhiễm so với diezel dầu mỏ: + Lưu huỳnh: 100% (không chứa lưu huỳnh) + Bụi: -55 - (-94%) + Các chất gây ung thư: -94% + CO2: -80% + Phát tán hydro (gây hại tầng ozon): -55 - (-95%) + CO: -45% - Có thể sản xuất ở trong nước, giảm lệ thuộc vào dầu nhập ngoại, tăng việc làm - Có thể sản xuất rẻ từ các nguồn phế thải... - Sử dụng thẳng hoặc pha trộn bất cứ tỉ lệ nào với diezel dầu mỏ một cách thuận lợi đem lại hiệu suất động cơ cao - Có thể phân phối trên diện rộng nhờ hạ tầng cơ sở phân phối nhiên liệu sẵn có - Tiềm năng trở thành nhiên liệu thay thế lớn - Có thể làm dung môi cho các công việc khác hoặc tẩy rửa - Dễ bảo quản - Ít độc hơn diezel dầu mỏ 10 lần ...xuống 30% Các yếu tố quan trọng khác quyết định giá RME là năng suất và giá trị sản phẩm phụ sau quá trình sản xuất như là bánh ép bã hạt giầu đạm làm thức ăn gia súc và glyxerin tinh khiết thu hồi được Các dự án dài hơn ở châu Âu hiện nay cho thấy trong tương lai giá RME sẽ giảm xuống 50%, chỉ còn khoảng 0,2 euro/ lít Nhưng do nhiệt năng của RME thấp nên giá của nó sẽ cao hơn so với 1 lít diezel . Nhiên liệu sinh học: Nguồn năng lượng tương lai(tt) IV. NHIÊN LIỆU SINH HỌC (BIOFUEL) - CÔNG NGHỆ VÀ ỨNG DỤNG 4. Sản xuất. làm nhiên liệu. Việc sản xuất dầu thực vật làm nhiên liệu chạy xe cộ cũng giống như sản xuất dầu ăn. Hiện nay ở châu Âu, dầu thực vật làm nguyên liệu sản xuất biodiezel chủ yếu có nguồn. m 3 /ha. Người ta cho rằng dầu thực vật là nguồn sản xuất biodiezel chất lượng cao nhất nhưng nguồn nguyên liệu này khá khan hiếm, chính vì vậy mà các nguồn dầu thực vật thải, mỡ động vật (biolipid)