BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PHẠM VIỆT LONG
THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC Ở VIỆT NAM
VÀ CÁC GIẢI PHÁP TĂNG TỶ LỆ TIÊU THỤ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
GS.TS PHẠM MINH TUẤN
HÀ NỘI – 2014
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết
quả nghiên cứu là trung thực.
Hà Nội, ngày 19 tháng 3 năm 2014
Tác giả
Phạm Việt Long
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC ........................... 3
1.1.1 Khái niệm chung về nhiên liệu sinh học ............................................... 3
1.1.2 Ưu nhược điểm của nhiên liệu sinh học ................................................ 4
1.1.2.1 Ưu điểm .................................................................................................. 4
1.1.2.2 Nhược điểm............................................................................................. 5
1.2 CÁC LOẠI SẢN PHẨM DÙNG LÀM NHIÊN LIỆU SINH HỌC
PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP ......................................................................... 6
1.2.1 Cồn ............................................................................................................ 6
1.2.1.1 Methanol ................................................................................................ 6
1.2.1.2 Ethanol ................................................................................................... 7
1.2.2 Dầu thực vật .............................................................................................. 7
1.2.3 Metyl este .................................................................................................. 7
1.2.4 Hợp chất chứa oxy ................................................................................... 8
1.2.5 Dimetyl este (DME) ................................................................................. 9
1.2.6 Dimetyl cacbonate (DMC) ..................................................................... 10
1.3 CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU SINH HỌC THƯỜNG DÙNG CHO
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .............................................................................. 10
1.3.1 Biodiesel ................................................................................................... 10
1.3.1.1 Khái niệm ............................................................................................. 10
1.3.1.2 Khái quát chung về nguyên liệu để tổng hợp biodiesel .................... 10
1.3.1.2.1 Giới thiệu chung ................................................................................ 11
1.3.1.2.2 Các nguồn nguyên liệu để tổng hợp biodiesel ................................ 12
1.3.1.2.3 Các nguồn nguyên liệu khác ............................................................ 16
1.3.1.3 Công nghệ chuyển hóa biodiesel ........................................................ 16
1.3.1.4 So sánh chất lượng của biodiesel và diesel khoáng .......................... 19
1.3.1.4.1 Chỉ tiêu chất lượng của biodiesel .................................................... 19
1.3.1.4.2 Ưu điểm của biodiesel ...................................................................... 21
1.3.1.4.3 Nhược điểm của biodiesel ................................................................ 23
1.3.1.5 Tỷ lệ pha chế và tính chất khói thải của nhiên liệu biodiesel .......... 23
1.3.2 Xăng ethanol ........................................................................................... 25
1.3.2.1 Các tính chất của ethanol ................................................................... 25
1.3.2.1.1 Tính chất vật lý ................................................................................. 25
1.3.2.1.2 Tính chất hóa học ............................................................................. 26
1.3.2.2 ng nghệ chuyển hóa ethanol .......................................................... 27
1.3.2.3 Chỉ tiêu chất lượng của ethnol pha và pha vào xăng ....................... 29
1.3.2.4 Chỉ tiêu chất lượng của xăng ethanol ................................................ 29
1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU
SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI ....................................................................... 32
1.4.1. Tình hình phát triển nhiên liệu biodiesel ............................................ 32
1.4.2. Tình hình phát triển nhiên liệu xăng ethanol ..................................... 34
CHƯƠNG 2. THỰC TRẠNG PHÁT TRIỂN, SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU
SINH HỌC VIỆT NAM
2.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU ETHANOL
VIỆT NAM ...................................................................................................... 38
2.1.1 Nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol ở việt nam ............................. 38
2.1.2. Chiến lược sản xuất và sử dụng ethanol ở Việt Nam ......................... 41
2.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL
TẠI VIỆT NAM .............................................................................................. 49
2.2.1. Thực trạng phát triển sản xuất biodiesel tại Việt Nam ..................... 49
2.2.2. Tình hình sử dụng nhiên liệu Biodiesel tại Việt Nam ........................ 56
2.3 MỘT SKẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM VỀ NHIÊN LIỆU
SINH HỌC Ở VIỆT NAM .............................................................................. 57
2.3.1 Đề tài độc lập cấp nhà nước mã số ĐTĐL.2007/19 ............................. 57
2.3.2 Thử nghiệm nhiên nhiên liệu Biodiesel thành phần 80% diesel pha
20% dầu dừa 90% diesel pha thêm 10% dầu dừa trên động diesel 1
xylanh AVL5402 (tiến hành tại phòng thí nghiệm động đốt trong của
Trường ĐH Bách khoa Hà Nội) ..................................................................... 63
2.3.3 Nghiên cứu tác động của việc sdụng E5, E10 khả năng phát thải của
động cơ xăng .................................................................................................... 69
2.3.4 Nghiên cứu tương thích vật liệu động cơ xe máy khi sử dụng nhiên liệu
xăng pha cồn .................................................................................................... 71
CHƯƠNG III. GIẢI PHÁP NÂNG CAO LƯỢNG TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU
SINH HỌC TẠI VIỆT NAM
3.1 NÂNG CAO TỶ LỆ ETHANOL PHA TRONG XĂNG ......................... 73
3.2 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL PHA CỒN ............ 79
3.2.1 Một số chú ý khi sử dụng nhiên liệu disel pha cồn .............................. 80
3.2.2 Kết quả nghiên cứu, thử nghiệm nhiên liệu diesel pha cồn ................ 81
3.3 CÁC CHÍNH SÁCH HỖ TRỢ PHÁT TRIỂN NHIÊN LIỆU SINH HỌC
VIỆT NAM .................................................................................................. 86
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 89
PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU
GIẢI THÍCH KÝ HIỆU
FFA
Free fatty acid (thành phần axit béo tự do)
NLSH
Nhiên liệu sinh học
B5
Nhiên liệu pha 95% diesel và 5% biodiesel
B10
Nhiên liệu pha 90% diesel và 10% biodiesel
B20
Nhiên liệu pha 90% diesel và 10% biodiesel
E0
Nhiên liệu xăng
E5
Nhiên liệu pha 95% xăng và 5% ethanol
E10
Nhiên liệu pha 90% xăng và 10% ethanol
E15
Nhiên liệu pha 85% xăng và 15% ethanol
E20
Nhiên liệu pha 80% xăng và 20% ethanol
E85
Nhiên liệu pha 15% xăng và 85% ethanol
E100
Ethanol
ED5
Nhiên liệu pha 95% diesel và 5% ethanol
ED10
Nhiên liệu pha 90% diesel và 10% ethanol
ED20
Nhiên liệu pha 80% diesel và 200% ethanol
MTBE
Methyl tertiary Buthy Ether
ETBE
Ethyl tertiary Buthy Ether
ASTM
American Society for Testing and Metarials (Hiệp hội đo
lường và vật liệu Mỹ)
TCVN
Hệ thống tiêu chuẩn đo lường Việt Nam
ppm
part per million (một phần triệu)
CO
Mônôxít cácbon
CO
2
Cácbonđiôxít
HC
Hydro các bon
NO
x
Các loại ôxít Ni tơ
SO
2
Sunfua dioxit
PM
Chất thải dạng hạt
DANH MỤC BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 1.1. So sánh nhiên liệu sinh học và nhiên liệu dầu mỏ
5
Bảng 1.2. Các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel gốc
19
Bảng 1.3. So sánh tính chất nhiên liệu của diesel khoáng với
biodiesel
21
Bảng 1.4. Các chỉ tiêu chất lượng của B5 so với B100 và diesel
khoáng
24
Bảng 1.5. Một số tính chất vật lý của ethanol
25
Bảng 1.6. Các chỉ tiêu chất lượng của ethanol dùng để pha xăng
29
Bảng 1.7. So sánh tính chất lý hóa của các nhiên liệu khác nhau
30
Bảng 2.1. So sánh công suất, tiêu hao nhiên liệu của động cơ D243
khi sử dụng hai loại nhiên liệu Diesel và B5 ở đường đặc tính ngoài
Bảng 2.2. Tính chất của dầu dừa và diesel
63
Bảng 2.3. Kết quả đo với nhiên liệu diesel thông thường
64
Bảng 2.4. Kết quả đo với nhiên liệu B10
65
Bảng 2.5. Kết quả đo với nhiên liệu B20
65
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Các hình vẽ và đồ thị
Trang
Hình 1.1. Cơ cấu sản xuất biodiesel từ các loại dầu khác nhau
15
Hình 1.2. Sơ đồ phản ứng este hóa chéo dầu thực vật với methanol
17
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất biodiesel từ các nguồn
nguyên liệu khác nhau
18
Hình 1.4. Sơ đồ sản xuất ethanon từ sắn
27
Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ sản xuất ethanol từ xenluloza
28
Hình 1.6. Sản lượng biodiesel sản xuất được phân bố tại các khu vực
trên thế giới năm 2010
32
Hình 1.7. Lượng biodiesel tiêu thụ tại các khu vực trên thế giới năm
2010
33
Hình1.8: Những cánh đồng mía lớn để sản xuất nhiên liệu sinh học
ethanol ở quy mô công nghiệp tại Brazin.
34
Hình 1.9. Tỷ trọng ethanol sản xuất của thế giới theo khu vực năm 2010
35
nh 1.10. Tỷ trọng ethanol tiêu thụ của thế giới theo khu vực năm 2010
35
Hình2.1. Phần vỏ chiếm từ 40 đến 45% hạt cà phê là nguồn nguyên liệu
dồi dài để sản xuất nhiên liệu sinh học
39
Hình 2.2. Cây sắn là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất xăng sinh
học tại Việt Nam
40
Hình 2.3. Người dân vẫn lựa chọn xăng truyền thống tại cây ng
bán xăng sinh học
45
Hình 2.4. Nhà máy Nhiên liệu sinh học bio-ethanol Dung Quất đang vận
hành 100% công suất, sẵn sàng phục vụ lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn
48
nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống
Hình2.5. Một số điểm bán xăng sinh học E5
48
Hình 2.6. Cây Jatropha còn gọi là cây cọ rào rất dễ trồng và chịu hạn
cao
50
Hình 2.7. Hệ thống dây chuyền lọc dầu sinh học của Đại Đồng -
Touchwood đặt tại Viện Hóa học công nghiệp VN
52
Hình 2.8. Mỡ cá basa được dùng làm nguyên liệu sản xuất biodiesel
53
Hình 2.9. Phòng thí nghiệm nuôi tảo biển
54
Hình2.10. Biểu đồ so sánh các thành phần phát thải đo theo chu trình
thử ECE R49 giữa nhiên liệu B5 và diesel khoáng trên động cơ D243
59
Hình 2.11. Biểu đồ so sánh các thành phần phát thải đo theo chu trình
thử ECE R49 giữa nhiên liệu B5 và diesel khoáng trên xe Isuzu Hilander
60
Hình 2.12. Sự thay đổi công suất và tiêu hao nhiên liệu của động cơ
D243 khi dùng nhiên liệu B5 so với nhiên liệu diesel sau khi chạy 150h
và 300h
60
Hình 2.13. So sánh chất thải khi sử dụng nhiên liệu B5 so với diesel
khoáng sau khi động cơ hoạt động 150h và 300h
61
Hình 2.14. So sánh công suất
66
Hình 2.15. So sánh suất tiêu hao nhiên liệu
66
Hình 2.16. So sánh thành phần CO
67
Hình 2.17. So sánh thành phần CO
2
67
Hình 2.18. So sánh thành phần HC
68
Hình 2.19. So sánh thành phần NO
x
68
Hình 2.20. Sự thay đổi năng lượng phát thải của xe máy khi sử dụng E5
và E10 so với khi sử dụng xăng RON 92
69
Hình 2.21. Sự thay đổi năng lượng phát thải của ô tô khi sử dụng E5 và
70
E10 so với khi sử dụng xăng RON 92
Hình 3.1. Công suất động cơ xe máy ở tay ga số III
76
Hình 3.2. Suất tiêu hao nhiên liệu động cơ xe máy ở tay ga số III
76
Hình 3.3. Kết quả đo mô men xoắn của động cơ ở áp suất phun 400 bar
83
Hình 3.4. Kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu ở áp suất phun 400 bar
83
Hình 3.5. Thành phần CO ở áp suất 400 bar
84
Hình 3.6. Thành phần CO
2
ở áp suất 400 bar
84
Hình 3.7. Thành phần NO
x
ở áp suất 400 bar
85
Hình 3.8. Thành phần HC ở áp suất 400 bar
85
- 1 -
MỞ ĐẦU
Hiện nay năng lượng ô nhiễm là hai vấn đề quan trọng và cấp bách cần
giải quyết. Thực tế cho thấy, ng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công
nghiệp thì kéo theo cần thêm nguồn năng lượng rất lớn. Trong khi đó
nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, theo như dự báo của các nhà
khoa học thì như tốc độ khai thác hiện nay thì trữ lượng dầu mỏ trên toàn thế
giới chỉ đủ trong vòng 50 năm nữa. Mặt khác việc sử dụng nguồn nhiên liệu hóa
thạch làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng. Việc đốt nhiên liệu hóa
thạch thải ra rất nhiều khí gây ô nhiễm như CO
x
,
NO
x
, SO
x
, HC, bụi...đã gây ảnh
hưởng đến môi trường sống trên toàn thế giới.
vậy việc tìm ra các nguồn năng lượng mới khả năng tái tạo thân
thiện với môi trường là rất quan trọng cần thiết. Bên cạnh việc sử dụng các
nguồn năng lượng như thủy điện, năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời,
năng lượng gió, năng lượng thủy triều... thì năng lượng nguồn gốc sinh học
đang rất được quan tâm và phát triển.
Nhiên liệu sinh học đang nhận được sự quan tâm rất lớn của thế giới. Một
mặt nhiên liệu sinh học giải quyết được các vấn đthiếu hụt năng lượng ô
nhiễm môi trường mặt khác còn p phần vào việc phát triển kinh tế nông
thôn, tăng thu nhập cho người dân vùng sâu, vùng xa. Mặt khác nhiên liệu sinh
học giúp phát triển bền vững, phát triển kinh tế gắn liền với yếu tố hội, i
trường còn vai trò rất lớn đối với mỗi quốc gia, lãnh thổ trên thế giới.
Không nằm ngoài xu thế phát triển của thế giới, Việt Nam đã và đang quan
tâm đến nguồn nhiên liệu sạch thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền
thống. Việt nam đất nước nông nghiệp từ ngàn xưa, nơi tiềm lực lớn về
nguyên liệu phục vụ cho sản xuất nhiên liệu sinh học phục vụ cho đời sống sinh
hoạt hàng ngày. Hiện tại đã có chủ trương đúng đắn của chính phủ cho việc phát
- 2 -
triển nhiên liệu sinh học thông qua “Đán phát triển sử dụng nhiên liệu sinh
học đến năm 2015 và tầm nhìn đến năm 2025”. Chủ trương này thể hiện sự tham
vọng cũng như squyết tâm của chính phủ toàn hội trong việc quy hoạch
tổ chức sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học.
Hiện nay chúng ta đã xây dựng được các nhà máy sản xuất ethanol dựa
trên các vùng nguyên liệu sắn, mía đường. Các nmáy đã đi vào hoạt động với
tổng công suất khoảng 535 triệu lít/năm. Bên cạnh đó thì các nghiên cứu sản
xuất dầu diesel sinh học từ mbasa, dầu thực vật, dầu ăn thải,... cũng được
một số các doanh nghiệp triển khai phát triển bước đầu bán ra thị trường. Xăng
sinh học E5 đã được bán tại thị trường từ năm 2010 sau khi các nghiên cứu sử
dụng xăng sinh học cho các phương tiện giới được chính thức ng bố. Tuy
nhiên do nhiều yếu tố lượng nhiên liệu sinh học tiêu thụ trên thị trường còn
rất hạn chế. Trước những thách thức ban đầu về việc phát triển sử dụng nhiên
liệu sinh học, Chính phủ đã phê duyệt lộ trình sử dụng nhiên liệu sinh học đến
năm 2025 (Quyết định số 53/QĐ-TTg ngày 22/11/2012).
Từ những kết quả bước đầu về phát triển, sử dụng nhiên liệu sinh học tại
Việt Nam. Em đã chọn đề tài “Thực trạng sử dụng nhiên liệu sinh học tại Việt
Nam các giải pháp tăng tỷ lệ tiêu thụ”. Luận văn đã đánh giá được tình hình
nghiên cứu phát triển và sdụng nhiên liệu sinh học Việt Nam thông qua các
kết quả nghiên cứu đã được công bố qua đó đề ra một số giải pháp để nâng
cao lượng tiêu thụ nhiên liệu sinh học trong thời gian tiếp theo.
Trong thời gian vừa qua dưới shướng dẫn của GS.TS Phạm Minh Tuấn
cùng các thầy trong Bộ môn Động cơ đốt trong, Viện cơ khí động lực đã giúp em
hoàn thành luận văn này. Mặc dù nhiều cố gắng nhưng do kiến thức mức
độ hiểu biết còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong sự
chỉ bảo, đóng góp của các thấy cô và bạn đọc.
Em xin chân thành cảm ơn!
- 3 -
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC
1.1.1 Khái niệm về nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học (NLSH) được định nghĩa bất kỳ loại nhiên liệu nào
nhận được từ sinh khối, được hình thành từ các hợp chất nguồn gốc từ động
thực vật.
dụ: Nhiên liệu được chế suất từ chất béo của động thực vật (mỡ động
vật, dầu dừa, dầu cọ…) ngũ cốc (lúa , ngô, đậu tương…) các chất thải nông
nghiệp (rơm, dạ, phân,…) chất thải trong công nghiệp (mùn cưa, gỗ thải,
mía…). Chúng bao gồm bioethanol, biodiesel, biogas, ethanol pha trộn (ethanol-
blended fuels), dimetyl este sinh học và dầu thực vật.
NLSH hiện nay sử dụng trong giao thông vận tải ethanol sinh học,
diesel sinh học và xăng pha ethanol. Những loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm
nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống ( dầu khí, than đá).
Tùy theo lợi thế về nguyên liệu của mỗi quốc gia mà người ta chọn các
loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất. Đồng thời cũng dựa trên nguồn nguyên
liệu để sản xuất NLSH người ta chia NLSH thành ba thế hệ:
* NLSH thế hệ đầu tiên: nhiên liệu sinh học được sản xuất từ các
nguyên liệu bản chất thực phẩm dụ như nguyên liệu chứa tinh bột,
đường, mỡ động vật, dầu thực vật,...
* NLSH thế hệ thứ hai: khắc phục được các vấn nạn về lương thực của
NLSH thế hệ đầu tiên. Thay chỉ sử dụng đường, tinh bột, dầu như thế hệ đầu
tiên, kỹ thuật này cho phép sử dụng tất cả các hình thức sinh khối chứa
- 4 -
lignocellulose. Các loại cỏ, cây, các phế phẩm công nghiệp nông nghiệp đều
có thể chuyển đổi thông qua hai con đường hóa sinh và nhiệt hóa.
* NLSH thế hệ thứ ba: có nguồn gốc từ tảo ra đời và được coi là một năng
lượng thay thế khả thi. Vì tảo có thể sản xuất nhiều dầu hơn 15 300 lần các loại
cây trồng khác, hơn nữa so với cây trồng thông thường cho thu hoạch 1 2 lần
trong năm thì tảo chu kỳ thu hoạch rất ngắn (khoảng 1 10 ngày tùy thuộc
vào từng tiến trình) cho phép thu hoạch nhiều liên tục với năng suất đáng kể.
Ý tưởng dụng vi tảo để sản xuất NLSH không còn mới nhưng đang được
xem xét một cách nghiêm c do giá xăng dầu tăng cao, mối quan tâm mới
nổi về sự nóng lên trên toàn cầu do đốt các nhiên liệu hóa thạch.
1.1.2 Ưu nhược điểm của nhiên liệu sinh học
1.1.2.1 Ưu điểm
Sử dụng nhiên liệu sinh học có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên
liệu truyền thống, đó là:
- Tính thân thiện với môi trường: Chúng sinh ra ít khí khả năng gây
hiệu ứng nhà kính sản phẩm cháy của chúng không gây ô nhiễm môi trường
so với các loại nhiên liệu truyền thống.
- Nguồn nhiên liệu tái sinh: Các loại nhiên liệu này lấy từ sản xuất nông
nghiệp, lâm nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài
nguyên nhiên liệu hóa thạch truyền thống.
Thực tế, năng lượng dưới dạng Biofuel đã được biết đến và sử dụng từ lâu.
Đốt củi, rơm, rác đsinh nhiệt hình thức dùng năng lượng sinh vật khô hiển
nhiên nhất quy công nghiệp, đã những hơi đạt công suất cả chục
nghìn Kilowoat. một số nước trên thế giới, người ta trồng rừng để cố củi đốt
lâu dài. Các loại cây lớn nhanh như cây Bạch dương một số loại cây khác
thường dùng cho mục đích này.