Chương 3.
NHIÊN LIỆU SINH HỌC
3.1. NGUỒN GỐC, PHÂN LOẠI VÀ VAI TRÒ CỦA NHIÊN LIỆU SINH HỌC
3.1.1. Nguồn gốc và phân loại nhiên liệu sinh học
Theo dự tính lượng dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm nữa, đồng thời nhu
cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng. Giá dầu mỏ thường xuyên biến động và xu
hướng chung là tăng nhanh là nguyên nhân làm giá cả trên thị trường. Việc tìm ra nhiên
liệu mới thay thế dầu mỏ
và ứng dụng nó đã trở thành mục tiêu của nhiều nghiên cứu.
Nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (các sản phẩm của nông nghiệp) là một giải pháp tốt
nhất khi nó không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng mà còn giải quyết vấn đề môi trường.
Những nhiên liệu có nguồn gốc sinh học bao gồm: cồn (ethanol, methanol),
biodiesel, biogas,…
3.1.2. Vai trò và xu thế phát triển của nhiên liệu sinh học
Những ưu đi
ểm của nhiên liệu sinh học:
• Là nhiên liệu có thể tái sinh.
• Thay thế được cho diesel, xăng.
• Có thể sử dụng cho tất cả các phương tiện vận tải.
• Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính.
• Giảm chất thải của ống bô, bao gồm các khí độc.
• Không độc, dễ bị phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường.
• Sản xuất từ các sản phẩm nông nghiệp, hoặc từ các nguồn năng lượng tái sinh.
• Dễ sử dụ
ng nếu nắm được các qui định.
Vì vậy mà việc sản xuất, ứng dụng nhiên liệu sinh học làm nhiên liệu thay thế cho
các nhiên liệu truyền thống là vấn đề vô cùng quan trọng, là mục tiêu mà rất nhiều quốc
gia đặt ra.
Nhằm tránh tác động xấu của biến động giá dầu, Chính phủ Thái Lan lên kế hoạch
phát triển nguồn năng lượng thay thế, trong đó có việc sử dụng nhiên liệu sinh học song
song với các loại nhiên liệu hiện nay. Kế hoạ

ch này tập trung việc phát triển nhiên liệu
sinh học từ các loài thực vật, trong đó có quả của cây cọ dầu, theo đó sẽ dành khoảng 725
triệu USD xây dựng khoảng 85 nhà máy sản xuất dầu diesel sinh học vào năm 2012.
Trước mắt, Cục Phát triển năng lượng thay thế Thái Lan vừa ký thỏa thuận với Ngân hàng
Quân đội Thái Lan (TMB) tiến hành nghiên cứu khả thi việc đầu tư khoảng 7,5 triệu USD
xây dựng nhà máy sản xuất dầu diesel sinh học tại tỉnh Krabi, miền Nam Thái Lan.
Sau hơn 2 năm nghiên cứu thử nghiệm, Công ty Agifish An Giang đã sản xuất thành
công dầu diesel sinh học (Biodiesel) từ mỡ
cá tra cá basa, với những tính năng vượt trội
so với dầu diesel sản xuất từ dầu mỏ, ít khí thải, không độc hại.
Loại dầu này đã được Trung tâm 3 thuộc Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng
kiểm nghiệm đạt tất cả các chỉ tiêu dầu dùng cho động cơ diesel, đem lại hiệu quả kinh tế
cao cho người sử dụng. Thành công này sẽ góp phần tăng giá trị cá tra cá basa vùng
Đồng
bằng sông Cửu Long.
Những năm gần đây, sản lượng cá tra cá basa làm nguyên liệu chế biến thực phẩm
xuất khẩu của Đồng bằng sông Cửu Long mỗi năm trên 250.000 tấn, trong đó lượng mỡ
cá 30.000 tấn. Hầu hết mỡ cá vẫn được cho các công ty chế biến thức ăn gia súc với giá
rất thấp.
Với ý tưởng đưa mỡ cá vào làm nguồn nhiên liệu thay thế một phầ
n nhiên liệu từ
dầu mỏ, tháng 1/2004, Công ty Agifish bắt đầu nghiên cứu sản xuất dầu biodiesel từ mỡ
cá tra, cá basa, đến tháng 12/2005 thì công trình hoàn tất. Từ tháng 1/2006 đến nay sản
phẩm đã được nhiều cơ sở chạy máy dầu sử dụng.
Các nhà máy sản xuất gạch ống ở Long Xuyên và huyện Châu Thành cho biết sử dụng dầu
biodiesel ngoài giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bảo vệ được sức khỏe, còn tiết kiệm gần 50.000
đồng/1.000 viên gạch so với sử dụng dầu thông thường.

3.2. Cồn Ethanol
3.2.1. Sản xuất ethanol

Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương
pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường
đơn như ngô, lúa mạch, lúa mì, củ cải đường, củ sắn... Ethanol còn được sản xuất từ các
loại cây cỏ có chứa cellulose. Nhiên liệu này có thể làm giảm lượng khí phát thải của
xăng và là chất phụ gia để tăng tr
ị số ốc-tan, loại trị số đo khả năng kích nổ. Các quốc gia
phát triển hay đang phát triển đều có thể sản xuất được ethanol do công nghệ điều chế
không đòi hỏi ở mức cao siêu. Ethanol là ethyl alcohol, được chế tạo từ phương pháp tổng
hợp hay lên men các chất hữu cơ như: nước ép trái cây, rỉ đường, bã mía, tinh bột sắn,
tinh bột ngô, … Ethanol có thể được sản xuất dưới hai dạng hydrous (có nước) hoặc
anhydrous (tinh chất không có nước). Ethanol sản xuất trong công nghiệp thường là
anhydrous, chứa 93% đến 96% ethanol và 4% đến 7% nước (theo thành phần thể tích).
Ethanol (hoặc ethyl alcohol) có công thức hoá học là CH
3
CH
2
OH.
Theo các nhà khoa học, về mặt nhiệt lượng thì 1,5 lít ethanol có thể thay cho 1 lít
xăng. Nếu pha ethanol vào xăng, tùy theo độ tinh khiết của chúng có thể giảm lượng xăng
khoảng 10 - 15% mà công suất, hiệu suất và độ mài mòn động cơ hầu như không đổi. Do
có nguồn gốc từ cây trồng nên ethanol mang lại rất nhiều lợi ích: an toàn năng lượng, giá
nhiên liệu thấp, giảm khí CO
2
, tái sinh nền nông nghiệp, tạo thêm nhiều việc làm cho
nông dân và bảo vệ lớp đất bề mặt. Việc sản xuất ethanol từ nguyên liệu sinh khối như:
rơm, cành cây nhỏ, củi tre... đang có dấu hiệu rất khả quan, báo hiệu thời điểm đẩy mạnh
việc sản xuất và sử dụng nguồn nhiên liệu vô tận đang đến.
Từ kinh nghiệm của Bra-xin, gần đây, các quốc gia phát tri
ển như Mỹ, Đức, Nhật
Bản... cũng đặc biệt quan tâm đến ethanol và các loại nhiên liệu sinh học khác. Mới đây,

một ủy ban của Thượng viện Mỹ đã nhất trí thông qua nghị quyết đòi hỏi các nhà máy lọc
dầu nước này phải tăng lên hơn gấp 2 lần việc sử dụng ethanol và các loại nhiên liệu có
thể tái tạo được trước năm 2012. Điều này có thể hạ
n chế việc nhập tới 2 tỷ thùng dầu thô
trong khoảng từ năm 2006 đến 2012... Tất nhiên, trong cuộc chạy đua này, các hãng sản
xuất ô tô hàng đầu như Ford, Mercedes, General Motor, Daimler Chrysler, Toyota,
Nissan... cũng đã có kế hoạch dài hơi để sản xuất những chiếc xe dùng nhiên liệu ethanol.

Về nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol, nước ta không gặp bất lợi khi có vùng trồng
mía, lương thực và các cây lấy dầu khá lớn. Hiện các nhà máy đường trong nước
đều có
phân xưởng sản xuất ethanol và CO2 từ rỉ đường. Vấn đề lúc này là làm sao nâng cao độ
tinh khiết trước khi có thể dùng chúng làm nhiên liệu.

Mới đây, nhóm nghiên cứu của PGS Trần Khắc Chương, ĐH Bách khoa TP Hồ Chí
Minh đã công bố nghiên cứu thành công quy trình công nghệ có thể sản xuất ra loại hóa
chất phục vụ điều chế xăng sinh học từ những nguồn nguyên liệu trong nước. Để sản xuất
được x
ăng sinh học đủ tiêu chuẩn thì nhất thiết phải có loại cồn 100% (cồn tuyệt đối), tức
ethanol. Hiện tại, nhóm đã hoàn chỉnh quy trình công nghệ và thiết kế, chế tạo mô hình
thử nghiệm sản xuất cồn tuyệt đối đạt công suất khoảng 100 kg/ngày và sử dụng loại hóa
chất do chính nhóm chế tạo. Ông Chương cho biết, một khi đã giải quyết được vấn đề sản
xuất cồn tinh khiết 100% bằng công nghệ trong nước với quy mô công nghiệp thì việc
điều chế ra xăng sinh học là việc nằm trong tầm tay của giới khoa học.
Với một nước phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn xăng dầu nhập khẩu như Việt Nam
hiện nay, việc nghiên cứu nhằm sử dụng và sản xuất ethanol là việc làm rất đáng lưu tâm.
3.2.2. Tính chất của cồn ethanol
Cồn ethanol là có
độ octane cao, loại bỏ hoàn toàn các phụ gia có chứa chì trong
xăng, nhiệt lượng xấp xỉ với xăng dầu nhưng cũng có nhược điểm là phát thải nhiều khí

NOx và tác dụng ăn mòn kim loại, ăn mòn các loại nhựa lớn hơn xăng thông thường.
Về mặt kỹ thuật, tăng thêm 10% Ethanol vào xăng có nghĩa chỉ số octane tăng
thêm 3 điểm, hiệu suất nhiên liệu tăng và khi hàm lượng oxygen tăng trong Ethanol đả
m
bảo xăng được đốt sạch hơn, giảm khí thải CO, CO
2
qua ống bô, góp phần bảo vệ môi
trường không khí trong sạch. Về mặt kinh tế, ngoài việc không phải chi một lượng lớn
ngoại tệ để nhập khẩu xăng dầu, còn giúp giảm giá xăng xuống một ít, giá trị hoá được
những phế thải nông nghiệp, phát triển công nghiệp sản xuất cồn tạo thêm công ăn việc
làm cho xã hội và tăng thu nhập cho nông dân.
Cồn ethanol có nhiệt trị nhỏ hơn xă
ng khoảng
25,898 MJ/kg, và gây ăn mòn các chi
tiết trong động cơ.

3.2.3. Ứng dụng của cồn
1) Phạm vi ứng dụng
Sản lượng cồn dùng làm nhiên liệu trên thế giới ngày càng tăng dần: năm 1980 chỉ
đạt 10 triệu tấn, nhưng đến năm 2001 đã đạt 26 triệu tấn, năm 2002 đạt 34 triệu tấn, năm
2003 đạt đến 40 triệu tấn Brazil là nước đi đầu với chương trình quốc gia mang tên
“PROANCOL” vào năm 1975, sử dụng cồn ethanol
được sản xuất từ bã mía pha vào
xăng với tỷ lệ đến 20% để dùng trong vận tải. Brazil có 20 triệu ô tô dùng động cơ cồn
ethanol và 17 triệu xe khác sử dụng nhiên liệu hỗn hợp ethanol với xăng, dầu Diesel. Từ
năm 1975 đến 2002 lượng cồn được sử dụng làm nhiên liệu ở Brazil đã thay thế cho
khoảng 210 tỷ lít xăng dầu, tiết kiệm cho quốc gia này trên 52 tỷ USD. Brazil đã trở thành
nước s
ản xuất, tiêu thụ và xuất khẩu ethanol số một trên thế giới. Với hơn 60.000 đồn
điền trồng mía, 300 nhà máy sản xuất ethanol, Brazil đã sản xuất được 13 tỷ lít ethanol

mỗi năm (tương đương 200.000 thùng dầu mỗi ngày) trong số đó xuất khẩu hơn 0,5 tỷ lít
ethanol mỗi năm. Chính phủ cũng đã có chính sách khuyến khích người tiêu dùng mua xe
chạy bằng các loại nhiên liệu này. Với một quá trình đầu tư
phát triển lâu dài trong ngành
công nghiệp mía đường từ lai tạo giống mới để cho năng suất cao, mở rộng diện tích
trồng mía (đạt 65 triệu hecta), đến cải tiến công nghệ sản xuất Brazil đã sản xuất ethanol
với giá thành 0,23USD/lít (khoảng 3.630 đồng VN). Đó là một thành công rất lớn trong
việc tạo ra một nguồn nhiên liệu thay thế sạch, không ô nhiễm môi trường mà còn mở ra
khả năng tiêu thụ nông sản cho người nông dân, góp phần tích cực gi
ải quyết nhiều vấn
đề kinh tế xã hội khác.
Mỹ bắt đầu thử nghiệm ethanol dùng làm nhiên liệu thay thế từ năm 1976, sau đợt
khủng hoảng năng lượng năm 1973. Kể từ năm 1980 quốc hội Mỹ đã công nhận lợi ích
của ethanol trong việc dùng làm nhiên liệu, cho phép pha trộn cồn vào xăng dầu với tỷ lệ
10% và giảm thuế để khuyến khích sử dụng nhiên liệu này. Các bang Carlifornia,
NewYork, Connecticut là những nơi sử dụng rộng rãi nhất xăng pha cồn.
Mô hình sử dụng ethanol cho các phương tiện vận tải của Brazil đã được nhiều nơi
học tập như Mêhico, Vênezuêla, Costarica, Ecuador, …
Australia đã tiến hành thử nghiệm nhiên liệu diesohol gồm 84,5% Diesel, 15%
ethanol (nồng độ 95%) và 0,5% chất phụ gia để làm nhiên liệu trên các phương tiện giao
thông công cộng như xe buýt ở các thành phố lớn Sydney, Canberra, Scott, Joseph, với
mục đích giảm hiệu ứ
ng nhà kính và ô nhiễm do giao thông đô thị từ năm 1993.
Nhiều nước ở châu Á như Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan cũng đã đề ra các chính
sách cụ thể để sử dụng nhiên liệu sinh học.
Nhật bản và nhiều quốc gia khác cũng đã có kế hoạch sử dụng ethanol trong thời
gian sắp tới.
2) Chỉ tiêu chất lượng.
Bảng 3.1. Đặc tính cồn
ethanol 95%


Các chỉ tiêu / Loại nhiên liệu Cồn ethanol 95%
Thành phần khối lượng , kg/kg
0,496C; 0,124H
2
; 0,33O
2
;
0,05H
2
O
Thành phần khối lượng, kg/lít
0,397C; 0,099H
2
; 0,264O
2
;
0,04H
2
O
Khối lượng riêng ở 15
0
C (kg/dm
3
) 0,80
Nhiệt ẩm (kJ/kg ở 25
0
C) 840
Nhiệt trị thấp Q
t

(MJ/kg) 25,898*
Nhiệt trị hoà khí (MJ/m
t
Q
′
3
TC)
3,736*
Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên
liệu:
-theo khối lượng, (kg/kg)
-theo thể tích, (m
3
/kg)

8,4
6,5
Trị số octan (RON) 106
Trị số CETAN 5
Độ nhớt động học (m
2
s
-1
.10
6
)* 1,4
Sức căng bề mặt (Nm
-1
.10
3

) 22

3.3. BIODIESEL
3.2.1. Sản xuất BIODIESEL
Biodiesel là methyl este của những axít béo. Để sản xuất Biodiesel người ta pha
khoảng 10% mêtanol vào dầu thực vật và dùng nhiều chất xúc tác khác nhau (đặc biệt là
hiđrôxít kali, hiđrôxít natri và các ancolat). Ở áp suất thông thường và nhiệt độ vào
khoảng 60°C liên kết este của glyxêrin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo sẽ
được este hóa với mêtanol. Chất glyxêrin hình thành phải được tách ra khỏi dầu Biodiesel
sau đấy.