Nhược điểm của biodiesel

Hiện nay, từ những thông tin quảng bá về biodiesel nhiều người lầm tưởng rằng việc sử dụng biodiesel chỉ có lợi mà không có hại.Trên thực tế, bên cạnh những ưu điểm, biodiesel cũng có nhiều nhược điểm hạn chế việc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Nhiều nhà sản xuất xe hơi và động cơ rất thận trọng với việc sử dụng biodiesel trong động cơ của họ.

Việc sử dụng nhiên liệu chứa nhiều hơn 5% biodiesel có thể gây nên những vấn đề sau: ăn mòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình nhiên liệu do tính dễ bị oxi hóa của biodiesel; làm hư hại nhanh các vòng đệm cao su do sự không tương thích của biodiesel với chất liệu làm vòng đệm.

Nhiệt độ đông đặc của biodiesel phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất nhưng nói chung là cao hơn nhiều so với dầu diesel thành phẩm. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến việc sử dụng biodiesel ở những vùng có thời tiết lạnh.

Ngoài ra, biodiesel rất háo nước nên cần những biện pháp bảo quản đặc biệt để tránh tiếp xúc với nước. Biodiesel không bền rất dễ bị oxi hóa nên gây nhiều khó khăn trong việc bảo quản. Theo khuyến cáo của NBB thì không nên sử dụng B20 sau 6 tháng bảo quản trong khi hạn sử dụng của dầu diesel thông thường có thể đến 5 năm.

Bên cạnh đó, để sản xuất biodiesel ở quy mô lớn cần phải có một nguồn nguyên liệu dồi dào và ổn định. Việc thu gom dầu ăn phế thải không khả thi lắm do số lượng hạn chế, lại phân tán nhỏ lẻ. Những nguồn nguyên liệu có thể chế biến thành dầu ăn (hướng dương, cải dầu, cọ…)thì giá thành cao, sản xuất biodiesel không kinh tế. Vả lại, diện tích đất nông nghiệp cho việc trồng cây lấy dầu ăn là có hạn. Để giải quyết bài toán nguyên 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), hoặc những loại cho năng suất cao như tảo.

Nguồn tham khảo:
1. Митусова Т. Н., Калинина М. В. Перспективы использования биодизельного топлива. Мир нефтепродуктов. 2005, № 5, с. 21 – 23.
2. В. Г. Семенов, А. А. Зинченко. Альтернативные топлива растительного происхождения. Химия и технология топлив и масел. 2005, № 1,с. 29-34.
3. http://www.tiasang.com.vn/news?id=754 Tiềm năng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam rất lớn
4. http://www.nhandan.com.vn/tinbai/?top=41⊂=72&article=80841 Sản xuất diesel sinh học ở Chiang Mai
5. http://www.biodiesel.org/buyingbiodiesel/guide/B20_Fleet_Recommendations.pdf.

Ưu điểm của biodiesel

So với dầu diesel thông thường biodiesel có những ưu điểm sau:
1. Biodiesel được chế biến từ nguồn nguyên liệu tái tạo nên việc sử dụng biodiesel giúp giải quyết bài toán năng lượng cho những quốc gia có nguồn dầu mỏ hạn chế cũng như giảm sự phụ thuộc của nền kinh tế vào dầu mỏ.
2. Biodiesel hầu như không gây hại cho môi trường. Khi rơi vào đất hoặc nước độ phân hủy của biodiesel bởi vi sinh vật lên tới 99%.
3. Việc sử dụng biodiesel giảm sự thải ra các chất độc hại ngoại trừ ôxít nitơ. Đối với B100, thành phần các hidrôcacbon chưa cháy hết giảm 56 %, hạt rắn giảm 55%, ôxít cacbon giảm 43%. Đối với B20 các chỉ số trên lần lượt là 11, 18 và 12%.
4. Việc sản xuất biodiesel sẽ thúc đẩy sự phát triển của nền nông nghiệp.
5. Trong thành phần của biodiesel hầu như không chứa lưu huỳnh ( < 0,001% so với đến 0,2% trong dầu diesel).
6. Biodiesel có tính bôi trơn tốt. Ngày nay để hạn chế lượng oxít lưu huỳnh thải ra không khí, người ta hạn chế tối đa lượng lưu huỳnh trong dầu diesel. Nhưng chính những hợp chất lưu huỳnh lại là những tác nhân giảm ma sát của dầu diesel. Do vậy dầu diesel sẽ có tính bôi trơn không tốt và đòi hỏi việc sử dụng thêm các chất phụ gia để tăng tính bôi trơn. Trong thành phần của biodiesel có chứa oxi. Cũng giống như lưu huỳnh, oxi có tác dụng giảm ma sát. Cho nên biodiesel có tính bôi trơn tốt.
7. Biodiesel có điểm chớp cháy cao (trên 100 độ C) nên có tính an toàn cao trong quá trình bảo quản và vận chuyển.

Tổng hợp từ nhiều nguồn.

Sơ nét về động cơ Diesel và dầu diesel

Sự khác biệt duy nhất giữa động cơ xăng và động cơ diesel là cơ chế đánh lửa. Trong khi động cơ xăng cần có thiết bị đánh lửa (bugi) để kích hoạt quá trình cháy nổ của hỗn hợp khí nén xăng - không khí thì động cơ diesel lại hoạt động theo nguyên lý tự nổ.

Đầu tiên, không khí nén ở áp suất cao trong buồng đốt, sau đó dầu diesel được phun qua vòi phun cao áp thành sương mù. Nhiệt sinh ra trong quá trình nén khí sẽ kích hoạt quá trình tự cháy nổ của diesel.
Xăng sử dụng chỉ số chống kích nổ Octan thì diesel sử dụng chỉ số kích nổ Cetan. Nghĩa là loại diesel nào càng dễ kích nổ càng tốt. Chỉ số Cetan tối ưu dao động trong khoảng từ 45-55.

Đoạn Flash minh họa:


4 thì:
1. Air intake (Hút không khí)
2. Press (Nén không khí)
3. Fuel injection and combustion ( Phun diesel vào buồng đốt và quá trình cháy)
4. Exhaust (Xả khí thải)

Chú thích:
Fuel- Nhiên liệu (Diesel)
Compressed Air- Không khí nén
Pressure -Áp suất
Temperature-Nhiệt độ

Các đặc tính cơ bản của dầu Diesel:
1.Độ nhớt: dầu diesel không tự bay hơi để bốc cháy mà được phun qua vòi phun cao áp thành sương mù. Vì vậy độ nhớt ảnh hưởng lớn tới sự cháy của nhiên liệu. Độ nhớt thấp làm xấu đi quá trình phun sương, nhưng độ nhớt quá cao làm hư hỏng hệ thống phun sương.
2.Chỉ số kích nổ: Chỉ số Cetan
3.Hàm lượng lưu huỳnh: Để đảm bảo tiêu chuẩn môi trường, hàm lượng S càng nhỏ càng tốt.

Nguồn:
1. http://auto.howstuffworks.com/diesel1.htm
2.Knothe G., Gerpen J. V., Krahl J. The Biodiesel Handbook.
-----
HQA

Sử dụng biodiesel.

Do có những tác động xấu nhất định đến động cơ, nên hiện nay, biodiesel được dùng chủ yếu ở dạng hỗn hợp với dầu diesel thông thường. Phổ biến nhất là nhiên liệu B5 tức hỗn hợp chứa chỉ 5 % biodiesel và 95 % dầu diesel. Tiêu chuẩn Châu Âu E 590 dành cho dầu diesel từ năm 2005 cho phép trộn thêm không quá 5 % biodiesel nhằm đảm bảo hoạt động tối ưu của động cơ.

Tuy vậy, nhiều nơi đã và đang có xu hướng thử nghiệm và ứng dụng rộng rãi nhiên liệu B20. Tổ chức biodiesel Mỹ (National Biodiesel Board – NBB) hiện đang nỗ lực cùng các nhà sản xuất động cơ đưa ra tiêu chuẩn cho B20 nhằm thúc đẩy sự phát triển loại nhiên liệu này trên nước Mỹ. Theo dự tính, tiêu chuẩn ASTM này sẽ hoàn tất vào năm 2007. Trong khi đó, nhiều tổ chức và cá nhân ở Mỹ từ lâu đã sử dụng B20 với một số khuyến cáo của NBB khi chưa có tiêu chuẩn cụ thể cho B20. Trong năm 2003-2004 Bộ Quốc phòng Mỹ đã đặt mua hơn 5,2 triệu Galông biodiesel (1 Galông ở Mỹ = 3,78 lít) và là nhà tiêu thụ B20 lớn nhất ở Mỹ. Một số nhà sản xuất như New Holland và DaimlerChrysler đã chính thức bật đèn xanh cho việc sử dụng B20 trong động cơ của họ.

Tại Châu Âu, một số hãng xe hơi như Renault, Peugeout đã tung ra những mẫu xe có thể dùng B30. Riêng hãng Renault đã đặt mục tiêu, cho đến năm 2009, tất cả xe diesel của hãng này có thể sử dụng B30.

Chỉ một số ít tổ chức và cá nhân sử dụng B100, thậm chí dầu thực vật ở dạng nguyên chất. Cần lưu ý rằng các loại nhiên liệu B5, B20 và dầu thực vật nguyên chất không được gọi là biodiesel và khi sử dụng dầu thực vật nhất định phải có sự biến đổi cấu trúc của động cơ.

Nguồn tham khảo:

1. Митусова Т. Н., Калинина М. В. Перспективы использования биодизельного топлива. Мир нефтепродуктов. 2005, № 5, с. 21 – 23.
2. http://www.biodiesel.org/resources/pressreleases/gen/20060616_EMA_Adopts_Test_Specifications.pdf

3. http://nbb.grassroots.com/07Releases/ASTM/ : New Biodiesel Specification Aimed at Future Diesel Technology
4. http://www.nrel.gov/vehiclesandfuels/npbf/feature_guidelines.html Biodiesel Handling and Use Guidelines, 2006, trang 50.

...

Khái quát về biodiesel

Biodiesel là nhiên liệu dùng cho động cơ diesel thu được từ những nguồn dầu thực vật và mỡ động vật khác nhau.

Thành phần chính của bất kỳ loại dầu thực vật hay mỡ động vật nào là triglixerit – este của axít béo và glyxerin.

Để thu được nhiên liệu biodiesel người ta cho dầu thực vật hoặc mỡ động vật tác dụng với rượu (thường là metanol CH₃OH) với sự có mặt của xúc tác (thường là kiềm). Sau phản ứng ta thu được sản phẩm chính là este (metyl este trong trường hợp CH₃OH) và sản phẩm phụ là glyxerin, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Este thu được có khả năng tự cháy tốt (chỉ số xetan trong khoảng 54 -58) và độ nhớt thích hợp để có thể dùng trong động cơ diesel thông thường. Nhờ tính chất đó este thu được từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật được gọi là biodiesel.

Dưới đây là sơ đồ phản ứng thu biodiesel:

Phản ứng trên được gọi là phản ứng chuyển vị este (transesterification). Bản chất của phản ứng nằm ở chỗ “phá vỡ” cấu trúc cồng kềnh của triglyxerit và tạo thành este với kích thước nhỏ hơn nhiều lần. Do vậy biodiesel thu được sẽ có độ nhớt giảm và độ bền oxi hóa tăng so với dầu thực vật ban đầu.

Nguồn tham khảo:
1. Knothe G., Gerpen J. V., Krahl J. The Biodiesel Handbook. Champaign, IL: AOCS Press, 2005. Trang 9.
2.http://www.bioethanol.ru/biodiesel/
3.http://www.biodiesel.de/index.php3?hid=014122&spid=2
4.Bản quyền Flash thuộc: http://www.biodiesel.com/


Minh họa cơ chế phản ứng:

----