Đánh giá bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học tại việt nam

Nhiên liệu sinh học NLSH là loại nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh học như các loại thực vật cho tinh bột, đường, cellulose lúa mỳ, ngô, đậu tương, sắn…, chất béo động thực vậ

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn này, tôi đã được sự hướng dẫn tận tình của cán bộ hướng dẫn luận văn, thầy PGS.TS Nguyễn Lê Ninh, cảm ơn thầy

đã tận tình giúp đỡ, truyền thụ những kiến thức quý báu giúp em vượt qua được

những khó khăn để hoàn thành đề tài

Xin cảm ơn quý thầy cô giảng dạy lớp cao học đã truyền thụ những kiến thức quý báu, bổ ích để phục vụ cho công tác sau này và trong quá trình thực hiện luận văn

Xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp, các bạn học viên khóa 2010 - 2012 đã giúp

đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu

Xin cảm ơn Ba mẹ, anh chị em đã động viên giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần để tôi vượt qua bao khó khăn để hoàn thành luận văn

Tôi đã cố gắng hết sức để hoàn tất luận văn một cách tốt nhất có thể nhưng

do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót Tôi rất mong sẽ nhận được sự đóng góp, chia sẻ ý kiến của quý thầy cô cùng các

bạn để để tài có thể phát triển ở mức cao hơn

Tôi xin chân thành cám ơn !

Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2012

Người thực hiện luận văn

Nguyễn Chí Hiếu

Năng lượng là vấn đề sống còn của toàn nhân loại Con người đang tận thu đến mức có thể các nguồn năng lượng hóa thạch (dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá…) để thỏa mãn nhu cầu trước mắt Nhưng dự trữ của các nguồn nhiên liệu này ngày càng cạn kiệt với tốc độ phi mã Theo các điều tra quốc tế, nếu không tìm kiếm thêm được các nguồn dự trữ mới thì với tốc độ khai thác như hiện nay, khoảng 85,9 triệu thùng mỗi ngày, thì dự kiến dầu mỏ sẽ cạn kiệt sau 43 năm nữa Với lượng khai thác 19 BBOE (tương đương triệu thùng dầu mỏ) mỗi ngày thì khí thiên nhiên cũng sẽ cạn kiệt sau 60 năm nữa Với lượng khai thác khoảng 29,85 BBOE mỗi ngày thì than đá nhiều nhất là 148 năm nữa cũng sẽ cạn kiệt

Trong thực tế, lượng tiêu thụ từ ba nguồn cung cấp này đã và đang tăng lên hàng năm, thậm chí là tăng rất nhanh Vào một vài thời điểm, sản lượng khai thác các tài nguyên này trong một khu vực, một quốc gia hoặc trên thế giới sẽ đạt đến giá trị cực đại và sau đó sẽ giảm cho xuống đến điểm mà tại đó việc khai thác sẽ không còn đem lại lợi nhuận hoặc không thể khai thác được nữa Trong hoàn cảnh như vậy hy vọng rất nhiều của con người là trông chờ vào các nguồn năng lượng mới: quang năng, phong năng, thủy năng, địa năng, năng lượng hạt nhân và năng lượng sinh học Năng lượng sinh học đang có những bước phát triển mang tính bứt phá trong những năm gần đây

Vì vậy đề tài “Đánh giá bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam” là đề tài thiết thực góp phần hạn chế sử

dụng năng lượng hóa thạch, giảm ô nhiễm môi trường và có cơ sở để Việt Nam có những bước đi tương thích cho việc phát triển loại năng lượng này

1 M ục Tiêu Nghiên C u Của Lu n Văn

- Đánh giá khái quát tình hình các nguồn nhiên liệu sinh học phổ biến đã và đang được nghiên cứu, áp dụng ở Việt Nam

- Đưa ra các kết luận và kiến nghị để phát triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam

2 Ph ơng Pháp Nghiên C u

- Tập hợp các nguồn tài liệu có liên quan đến tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam

- Tham khảo, phân tích tài liệu mà người nghiên cứu đã thu nhập được

Các vấn đề đã nghiên cứu trong luận văn:

- Đánh giá các nguồn nhiên liệu mới sử dụng trên động cơ, chủ yếu là nhiên liệu

cồn, biodiesel, khí biogas mà Việt Nam có thế mạnh khai thác và sử dụng

- Đánh giá được bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu, ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam cho đến thời điểm hiện nay (2012)

Các vấn đề còn hạn chế trong luận văn :

- Chủ trương của nhà nước

In fact, sales from these three sources have been increasing every year, even growing quickly At some point, the mining production resources in a region, a

identifiable development spurt in recent years

So the subject "rating overall picture of the situation of research and application of biofuels in Vietnam" is the subject practically contribute to limit the use of fossil energy, reduce pollution and is based Vietnam to take steps for the development of compatible types of energy

1 Research goal of the thesis

- Outline the situation assessment of bio-fuels has been widely studied, applied in Vietnam

- Assessing the overall picture of the situation of research and application of biofuels in Vietnam

- Provide conclusions and recommendations for the development of biofuels in Vietnam

2 Research Methods

- A set of source documents related to the research and application of biofuels in Vietnam

- Reference, document analysis research that has income

- The problems studied in the thesis:

- Evaluation of new fuel sources used on the engine, mainly ethanol fuel, biodiesel, biogas which Vietnam has strengths to exploit and use

- Evaluate the overall picture of the research and application of biofuels in Vietnam until the present time (2012)

The problem is limited in the thesis:

- The policy of the state

- The policies and laws

- Technical aquaculture, mining, processing and use

M C L C

TRANG

Trang tựa

Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan iii

Cảm tạ iv

Tóm tắt luận văn v

Mục lục viii

Danh mục các từ viết tắt xiii

Danh sách các hình xv

Danh sách các bảng xviii

Ch ơng I ĐẶT V N Đ 1

1.1 Lý Do Ch n Đ Tài 1

1.2 M ục Tiêu Nghiên C u 2

1.3 Đối T ng Nghiên C u 2

1.4 Điểm M i Của Đ Tài 3

1.5 Ph ơng Pháp Nghiên C u 3

1.6 Ph m Vi Nghiên C u 3

Ch ơng II T NG QUAN 4

2.1 Tình hình s ử dụng nhiên li u m i cho đ ng cơ đốt trong hi n nay 4

2.1.1 Trên thế giới 4

2.1.2 Việt Nam 8

2.1.2.1 Tiềm năng về nhiên liệu sinh học 10

2.1.2.2 Các Dự án nhiên liệu sinh học 12

2.2 Các ngu n s n xu t nhiên li u m i s ử dụng cho đ ng cơ 15

2.2.1 Dầu thực vật 15

2.2.1.1 Thành phần hóa học của dầu thực vật 16

2.2.1.2 Đặc tính dầu thực vật 16

2.2.2 Nhiên liệu Biodiesel 17

2.2.3 Thuận lợi sử dụng nhiên liệu dầu thực vật – biodiesel 22

2.2.4 Khó khăn sử dụng nhiên liệu dầu thực vật – biodiesel 22

2.2.5 nh hưởng của diesel sinh học đến độ bền của động cơ 23

2.2.6 Những mặt trái của quá trình phát triển nhiên liệu sinh học 25

2.2.6.1 Vấn đề lương thực- thực phẩm 25

2.2.6.2 Ô nhiễm và cạn kiệt nguồn tài nguyên nước 25

2.2.6.3 Giảm diện tích rừng 26

2.2.6.4 Nguy cơ từ sự độc canh 26

2.2.6.5 Nguy cơ về kinh tế, xã hội 26

2.2.7 Quy hoạch vùng nguyên liệu 27

Ch ơng III CÁC LO I NHIÊN LIỆU SINH H C VÀ NG D NG C A CHÚNG 28

3.1 Nhiên li u C n s ử dụng trên đ ng cơ xăng 28

3.1.1 Yêu cầu nhiên liệu trên động cơ xăng 28

3.1.2 Nhiên liệu Cồn 28

3.1.2.1 u điểm nhiên liệu cồn 33

3.1.2.2 Nhược điểm nhiên liệu cồn 34

3.1.3 Nhiên liệu xăng pha cồn 34

3.1.4 Khả năng sử dụng xăng pha cồn 36

3.2 Nhiên li u s ử dụng trên đ ng cơ Diesel 38

3.2.1 Mỡ cá 38

3.2.2 Sản xuất Biodiesel từ dầu ăn phế thải 40

3.2.3 Các loại cây có dầu 43

3.2.3.1 Dầu dừa 43

3.2.3.2 Dầu cây Jatropha 45

3.2.3.2.1 Nguồn gốc 46

3.2.3.2.2 Đặc điểm 46

3.2.3.2.3 Giá trị sử dụng 47

3.2.3.2.4 Về kinh tế, xã hội 47

3.2.3.2.5 Về môi trường 48

3.2.3.2.6 Bã sau khi ép dầu làm phân hữu cơ và thức ăn chăn nuôi 49

3.2.3.3 Tình hình trồng Jatropha 50

3.2.3.3.1 Trên thế giới 50

3.2.3.3.2 Việt Nam 51

3.2.3.4 Các loại cây có dầu khác 53

3.2.4 Biodiesel từ tảo biển 54

3.3 Nhiên li u biogas s ử dụng trên đ ng cơ 57

3.3.1 Các thành phần hóa học trong biogas 58

3.3.2 Cơ sở lý thuyết của công nghệ biogas 64

3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 66

3.3.4 Thiết kế hầm biogas 66

3.3.5 Một số loại hầm biogas thông dụng 66

3.3.5.1 Loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định 66

3.3.5.2 Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động 67

3.3.5.3 Loại hầm sinh khí dùng vật liệu composite 67

3.3.6 Những ưu nhược điểm và yêu cầu khi sử dụng nhiên liệu biogas 68

3.3.6.1 u điểm 68

3.3.6.2 Nhược điểm 68

3.3.6.3 Yêu cầu 68

Ch ơng IV TỊNH HỊNH NGHIÊN C U NHIÊN LIỆU SINH H C 70

4.1 Các lu n văn nghiên c u v nhiên li u c n 70

4.2 Các lu n văn nghiên c u biodiesel t dầu h t jatropha 73

4.3 Các lu n văn nghiên c u biodiesel t mỡ cá tra, cá ba sa 76

4.4 Các lu n văn nghiên c u biodiesel t dầu d a 79

4.5 Các lu n văn nghiên c u v biodiesel t dầu ăn ph th i 79

4.6 Các lu n văn nghiên c u v biodiesel t dầu đ u nành 80

4.7 Các lu n văn nghiên c u v biodiesel t dầu h t cao su 81

4.8 Các lu n văn nghiên c u v biodiesel t dầu t o 81

4.9 Các lu n văn nghiên c u v Biogas 82

4.10 K t qu nghiên c u áp dụng E5/E10 t i Vi t Nam 85

4.11 S n xu t c n ethanol t rơm r 89

4.12 Nhiên li u khí biogas 91

4.12.1 Phương pháp chọn động cơ để sử dụng khí biogas 91

4.12.2 Phương pháp tách H2S và CO2 94

4.12.2.1 Thiết bị tách H2S 94

4.12.2.2 Tháp tách CO2 97

4.12.2.3 Tách hơi nước 98

4.12.3 Động cơ sử dụng kết hợp biogas/xăng 98

4.12.4 Các nghiên cứu sử dụng khí biogas trên động cơ xe máy và động cơ diesel 102

4.12.5 Tiềm năng sử dụng biogas ở Việt Nam 105

4.13 K t lu n 108

Ch ơng V TỊNH HỊNH NG D NG NHIÊN LIỆU SINH H C 110

5.1 Các dự án xây dựng Nhà máy ethanol nhiên li u t i Vi t Nam 110

5.1.1 Công ty TNHH Nhiên Liệu Sinh Học Phương Đông 111

5.1.1.1 Tổng quan Dự án Nhà Máy Ethanol Bình Phước 112

5.1.1.2 Vị trí xây dựng nhà máy 113

5.1.2 Nhà máy Bio-Ethanol Dung Quất 114

5.2 Tình hình ng d ụng Biodiesel 116

5.2.1 Công ty Biodisel Minh Tú 116

5.2.2 Công nghệ sản xuất Biodiesel từ mỡ các tra, cá ba sa của ông Hồ Xuân Thiên, Công ty Agifish (An Giang) 119

5.3 Tình hình ng dụng xăng sinh h c E5 120

5.3.1 Lễ ra mắt Xăng Sinh Học E5 120

5.3.2 Hiện trạng phân phối xăng E5/E10 tại Việt Nam 123

5.4 Kh năng ng dụng của nhiên li u biogas 124

5.5 K t lu n 126

Ch ơng VI KẾT LU N VÀ KIẾN NGH 128

6.1 K t lu n 128

6.2 Ki n ngh 128

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 129

RON: (Research Octane Number) Chỉ số octane nghiên cứu

ASTM: (American Society for Testing and Materials) Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ

EN: (European National) Những quốc gia Châu Âu

B5: 5 % biodiesel, 95 % diesel

B10: 10 % biodiesel, 90 % diesel

B100: Biodiesel 100 %

E5: 5 % ethanol, 95 % xăng

E10: 10 % ethanol, 90 % xăng

E15: 15 % ethanol, 95 % xăng

1 gallon = 3,785 lít

ppm: (Parts per million): Một phần triệu

BBOE: (billion barrel of oil equivalent): Tương đương triệu thùng dầu mỏ

EPA: (Environmental Protection Agency) Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ

RFS: (Renewable Fuel Standard) Tiêu chuẩn nhiên liệu tái tạo

DON: (Department of the Navy) Bộ Hải quân Mỹ

DOE: (Department of Energy) Bộ năng lượng Mỹ

PDU: (Power distribution unit) Đơn vị phát triển nhiên liệu sinh học

EU: (European Union) Liên minh Châu Âu

FP7: (The Seventh Framework Programme of the European Union) Chương trình khung thứ bảy của Liên minh châu Âu

NLSH: Nhiên liệu sinh học

JICA: (Japan International Cooperation Agency) Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản

PVN: (PetroVietnam) Tập đoàn Dầu khí Việt Nam

PV OIL: (PetroVietnam OIL) Tổng Công ty Dầu Việt Nam

KHKT: Khoa học kỹ thuật

GEVN : (Green Energy Vietnam) Công ty Năng lượng Xanh Việt Nam PVPro: Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Chế biến Dầu khí

CER: (certified emission reduction) Chứng chỉ giảm phát thải

BD: Biodiesel

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 3.1: Quy trình sản xuất ethanol 32

Hình 3.2: Bi ểu đồ tổng diện tích lúa và ngô qua cát năm 36

Hình 3.3: Mua phế phẩm cá về để chế biến thức ăn gia súc và để luyện mỡ cá thành dầu biodiesel 38

Hình 3.4: Cá tra và cá ba sa xuất khẩu phải lọc đi toàn bộ mỡ 39

Hình 3.5: Đồ thị công suất khi sử dụng dầu Biodiesel từ dầu ăn phế thải 43

Hình 3.6: Cây Jatropha 46

Hình 3.7: Hạt nhân Jatropha 47

Hình 3.8: Quy trình sản xuất Biodiesel 49

Hình 3.9: Nuôi cấy tảo trong phòng thí nghiệm 54

Hình 3.10: Vòng tuần hoàn kín trong việc sản xuất khí biogas 59

Hình 3.11: Công thức cấu tạo khí Mêtan 60

Hình 3.12: Hiệu quả của chất lượng khí biogas tới quá trình cháy của động cơ 61

Hình 3.13: Quá trình lên men khí mêtan 64

Hình 3.14: Hầm sinh khí kiểu vòm cố định 66

Hình 3.15: Hầm sinh khí có nắp đậy di động 67

Hình 3.16: H ầm sinh khí dùng vật liệu composite 67

Hình 4.1: Thử nghiệm trên băng tải 86

Hình 4.2: Thử nghiệm trên đường trường, địa hình đồi núi 87

Hình 4.3: GS.TSKH Trần Đình Toại giới thiệu các mẫu rơm rạ đã qua chế biến để

chiết suất tiếp thành ethanol 90

Hình 4.4: Hệ thống sản xuất cồn tuyệt đối tại Viện Hóa học 91

Hình 4.5: Khí Biogas cho trực tiếp vào động cơ 93

Hình 4.6: Sấy khí Biogas trước khi cho vào động cơ 93

Hình 4.7: Phoi sắt trước khi bị oxy hóa và sau khi bị oxy hóa 94

Hình 4.8: Thiết bị tách H2S 95

Hình 4.9: Toàn cảnh thiết bị lọc Biogas tại trung tâm bảo trợ Đà Sơn 96

Hình 4.10: Tháp tách CO2 97

Hình 4.11: Bình lọc khí Biogas 98

Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tạo hỗn hợp cho động cơ đốt trong kéo máy phát điện chạy bằng Biogas 99

Hình 4.13: So sánh quá trình cháy sử dụng nhiên liệu Xăng và Biogas 100

Hình 4.14: Kết quả thực nghiệm trên động cơ đánh lửa cưỡng bức 2 HP để kéo máy phát điện 101

Hình 4.15: Đồ thị điện áp phát ra của máy phát điện 101

Hình 4.16: So sánh nồng độ phát ra của HC và CO trong khí xả của động cơ lưỡng nhiên liệu biogas-xăng khi sử dụng xăng và biogas 102

Hình 4.17: Chạy thử nghiệm biogas trên động cơ xe máy 110cc với bộ phụ kiện GA5 103

Hình 4.18: Máy phát điện biogas/diesel 5 kW 104

Hình 4.19: Bộ điều tốc động cơ biogas/diesel 104

Hình 4.20: Hệ thống cung cấp biogas cho động cơ 6 xylanh 105

Hình 4.21: Van cung cấp biogas cho động cơ 6 xylanh 105

Hình 5.1: Bản đồ xây dựng Nhà máy Ethanol Bình Phước 114

Hình 5.2: Các chuyên gia hứng mẻ xăng sinh học đầu tiên để kiểm định chất lượng 115

Hình 5.3: Các chuyên gia, kỹ sư vui mừng bên mẻ xăng sinh học đầu tiên ra lò tại nhà máy Bio-Ethanol Dung Quất 116

Hình 5.4: Những sản phẩm đầu tiên của Công ty TNHH Minh Tú 117

Hình 5.5: Thử nghiệm thành công Biodiesel trên xe ô tô 118

Hình 5.6: Một khách hang người Nhật tham quan nhà máy Biodiesel của công ty Minh Tú 118

Hình 5.7: Ông Minh Tú và hệ thống sản xuất dầu biodiesel của công ty mình 118

Hình 5.8: Trịnh Minh Tú (phải) bên phuy thành phẩm dầu sinh học mới ra lò 119

Hình 5.9: Ông Thiên và các đồng nghiệp 119

Hình 5.10: Lễ ra mắt Xăng Sinh Học E5 120

Hình 5.11: Cột bơm xăng sinh học E5 vắng khách 123

Hình 5.12: Sử dụng nhiên liệu Biogas trong sinh hoạt 124

Hình 5.13: Động cơ diesel chạy bằng nhiên liệu biogas 124

Hình 5.14: Xe ô tô, tàu hỏa sử dụng nhiên liệu biogas 125

DANH SÁCH CÁC B ẢNG

B ng 2.1: Tính chất của một số dầu thực vật so với diesel 16

B ng 2.2: Tính chất vật lý cơ bản của một số biodiesel 18

B ng 2.3: Thành phần hóa học của một số loại dầu 19

B ng 2.4: Chỉ tiêu Diesel sinh học B100 của Việt Nam 19

B ng 3.1: Tính chất của methanol và ethanol 30

B ng 3.2: Tính chất hóa lý của ethanol biến tính (TCVN 7716:2007) 30

B ng 3.3: Tính chất của biodiesel từ dầu ăn phế thải 42

B ng 3.4: Chỉ tiêu sau khi ester hóa dầu dừa để chuyển thành Biodiesel 43

B ng 3.5: Hàm lượng % các chất trong bánh dầu Jatropha 49

B ng 3.6: Sản lượng của các loại cây sản xuất nhiên liệu 55

B ng 3.7: Tỉ lệ % Biodiesel thu được từ tảo 56

B ng 3.8: Thống kê việc sử dụng nhiên liệu sinh học và khí cho động cơ ở châu Âu 57

B ng 3.9: Các thành phần trong khí biogas 59

B ng 3.10: So sánh giá trị nhiệt thấp, nhiệt cao và tỉ lệ A/F của các loại nhiên liệu khác 61

B ng 3.11: Thông số về trọng lượng riêng, giới hạn cháy nổ và nhiệt độ tự cháy của các thành phần trong Biogas 61

B ng 3.12: Thông số của các sản phẩm cháy sinh ra từ các loại nhiên liệu

B ng 3.13: Sản phẩm cháy khi đốt cháy 1 kg Biogas (96 – 99% CH4) và Xăng 62

B ng 3.14: Khả năng cho phân và thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm 63

B ng 3.15: nh hưởng của các loại phân đến sản lượng và thành phần của khí thu được 63

B ng 3.16: Các phản ứng sinh hóa xảy ra chủ yếu trong quá trình lên men yếm khí 65

B ng 4.1: Mức phát thải ô nhiễm trung bình của xe gắn máy (Dream Thái) sử dụng E10 (RON 92) so với xăng A92 85

B ng 4.2: Mức phát thải ô nhiễm tring bình của xe Mercedes-Benz MB 140 86

B ng 4.3: Mức độ giảm công suất khi thử nghiệm hao mòn của động cơ chạy xăng E5 so với A92 87

B ng 4.4: Mức độ tiêu hao nhiên liệu trung bình của hai động cơ trong quá trình thử nghiệm 88

B ng 4.5: Mức độ tăng lớn nhất kích thước xylanh động cơ do hao mòn sau khi chạy thử nghiệm 455 giờ 88

B ng 4.6: Mức độ hao mòn lớn nhất kích thước xupap của hai động cơ sau khi chạy thử nghiệm 455 giờ 89

B ng 4.7: Diễn biến độ nhớt động học dầu bôi trơn trong cacter động cơ 89

B ng 4.8: Hiệu quả lọc H2S 96

B ng 4.9: Kết quả phân tích khí xả xe gắn máy chạy bằng biogas 103

B ng 4.10: Theo nguồn từ Cục Thống kê năm 2004, số Lợn, Bò ở Việt Nam 106

B ng 5.1: Tóm tắt các dự án xây dựng Nhà máy ethanol nhiên liệu tại

Việt Nam 110

B ng 5.2: Sản phẩm và sản lượng của nhà máy Ethanol Bình Phước 112

C h ơng I

ĐẶT V N Đ

1.1 Lý Do Ch n Đ Tài

Nh ững thách th c đối v i ngu n năng l ng truy n thống:

Bất cứ một cá thể nào, bất cứ hệ sinh thái môi trường nào, bất cứ một xã hội nào muốn tồn tại và phát triển đều cần năng lượng Khác với các vật chất thông thường đi theo chu trình sinh - địa - hoá, năng lượng không chuyển hoá theo chu trình mà chỉ truyền theo dòng để rồi hao hụt dần khi qua các bậc và các đối tượng tiêu thụ năng lượng, mất đi dưới dạng tỏa nhiệt

Xã hội càng phát triển tiêu thụ năng lượng càng nhiều mặc dù hiệu suất của

sự tiêu thụ có được nâng dần lên Chính vì vậy mà tài nguyên năng lượng ngày một nhanh chóng cạn kiệt đi

Trong quá trình sử dụng nhiên liệu hóa thạch, nhược điểm của loại nhiên liệu này là tạo ra các sản phẩm cháy như CO, CO2, HC, NOX, SOX…Gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cho con người

Các nước trên thế giới đư quan tâm đầu tư, nghiên cứu tìm kiếm nguồn năng lượng mới nhằm thay thế nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn dần hiện nay

Việt Nam vấn đề nguồn năng thay thế mới cũng đang được quan tâm rất nhiều

S ự cần thi t triển khai nghiên c u đ tài:

- Năng lượng là vấn đề sống còn của toàn nhân loại Con người đang tận thu đến mức có thể các nguồn năng lượng hóa thạch (dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá…) để thỏa mãn nhu cầu trước mắt Nhưng dự trữ của các nguồn nhiên liệu này ngày càng cạn kiệt với tốc độ phi mã Theo các điều tra quốc tế, nếu không tìm kiếm thêm được các nguồn dự trữ mới thì với tốc độ khai thác như hiện nay, khoảng 85,9 triệu thùng mỗi ngày [4], thì dự kiến dầu mỏ sẽ cạn kiệt sau 43 năm nữa Với lượng khai thác 19 BBOE (tương đương triệu thùng dầu mỏ) mỗi ngày thì khí thiên nhiên cũng

sẽ cạn kiệt sau 60 năm nữa [4] Với lượng khai thác khoảng 29,85 BBOE mỗi ngày thì than đá nhiều nhất là 148 năm nữa cũng sẽ cạn kiệt [4]

- Trong thực tế, lượng tiêu thụ từ ba nguồn cung cấp này đư và đang tăng lên hàng năm, thậm chí là tăng rất nhanh Vào một vài thời điểm, sản lượng khai thác các tài nguyên này trong một khu vực, một quốc gia hoặc trên thế giới sẽ đạt đến giá trị cực đại và sau đó sẽ giảm cho xuống đến điểm mà tại đó việc khai thác sẽ không còn đem lại lợi nhuận hoặc không thể khai thác được nữa Trong hoàn cảnh như vậy hy

vọng rất nhiều của con người là trông chờ vào các nguồn năng lượng mới: quang năng, phong năng, thủy năng, địa năng, năng lượng hạt nhân và năng lượng sinh học Tuy nhiên, các nguồn năng lượng: quang năng, phong năng, thủy năng, địa năng, năng lượng hạt nhân cần phải có vốn đầu tư ban đầu rất cao và chỉ có thể ứng dụng ở một vài địa phương thích hợp Nên chỉ còn có năng lượng sinh học là phù hợp với nước ta và đang có những bước phát triển mang tính bứt phá trong những năm gần đây

Vì vậy, đề tài “Đánh giá bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu ứng

d ụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam” là đề tài thiết thực góp phần hạn chế sử

dụng năng lượng hóa thạch, giảm ô nhiễm môi trường và có cơ sở để Việt Nam có những bước đi tương thích cho việc phát triển loại năng lượng này

1.4 Điểm M i Của Đ Tài

- Đư tập hợp được một khối lượng lớn các nguồn tài liệu có liên quan đến tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam

- Phân tích, đánh giá các vấn đề khai thác, nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh

- Đánh giá được bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu, ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam cho đến thời điểm hiện nay (2012)

Nhiên liệu sinh học (NLSH) là loại nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh học như các loại thực vật cho tinh bột, đường, cellulose (lúa mỳ, ngô, đậu tương, sắn…), chất béo động thực vật (mỡ động vật, dầu mè, dầu dừa, dầu cọ, jatropha…), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, trấu, chất thải vật nuôi…), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa…) NLSH có thể chia làm các loại:

- Cồn sinh học: được sản xuất từ quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như đường, tinh bột, cellulose … Sử dụng phổ biến nhất hiện nay là ethanol sinh học Ethanol được pha thêm các chất biến tính để làm cho tính chất của nó khác với tính chất ban đầu nhưng phù hợp để sử dụng cho xe cơ giới

- Dầu diesel sinh học: là loại nhiên liệu được sản xuất từ dầu, mỡ động thực vật,

có tính chất tương tự với diesel truyền thống Diesel sinh học có thể sử dụng dưới dạng nguyên chất (B100) hoặc pha với dầu diesel truyền thống để chạy động cơ diesel

- Khí sinh học: được tạo ra từ quá trình lên men các vật liệu hữu cơ, sản phẩm tạo thành ở dạng khí, có thể dùng làm nhiên liệu đốt cháy thay cho khí đốt từ sản phẩm dầu mỏ [24]

Tùy theo truyền thống canh tác và nguồn tài nguyên thiên nhiên mà mỗi nước có một ưu thế khác nhau Brazil thiên về cây mía, Mỹ mạnh về ngô, Đức phát

triển về cây cải dầu, Malaysia dồi dào về cọ, Trung Quốc mạnh về lạc, Philippinnes mạnh về cọ và dầu… [16]

Hiện nay, có khoảng 50 nước ở khắp các châu lục khai thác và sử dụng NLSH ở các mức độ khác nhau Năm 2006, toàn thế giới đư sản xuất khoảng 50 tỷ lít ethanol (75% dùng làm nhiên liệu) so với năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến năm

2012 là khoảng 80 tỷ lít; năm 2005 sản xuất 4 triệu tấn diesel sinh học (B100), năm

2010 sẽ tăng lên khoảng trên 20 triệu tấn [3] Năng lượng sinh học sẽ góp phần đa dạng hóa nguồn năng lượng, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm nhà kính Vì vậy nhiều quốc gia, trước hết là Mỹ có kế hoạch đầu tư lớn vào lĩnh vực này Ngày 8-1-2010 Chính phủ Mỹ phê chuẩn 2,3 tỷ USD để hỗ trợ cho việc phát triển các nguồn năng lượng xanh Ngày 3-2-2010 Chính quyền Obama và Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đư cùng công bố Tiêu chuẩn nhiên liệu tái tạo (RFS)

để thúc đẩy việc phát triển nhiên liệu sinh học Theo kế hoạch thì đến năm 2022 nhiên liệu tái tạo phục vụ giao thông ở Mỹ mỗi năm phải đạt tới 36 tỷ gallon (1 gallon=3,785 lít) [4] Tháng 11-2010, EPA xác định cuối năm 2011 phần nhiên liệu sinh học từ chất xơ (cellulose) phải đạt tới 6,6 triệu gallon (nên lưu ý là từ chất xơ chứ không phải từ tinh bột sắn như dự án ở nước ta), phần diesel sinh học phải đạt

800 triệu gallon, phần nhiên liệu sinh học tiên tiến (advanced biofuel) phải đạt 1,35

tỷ gallon, phần nhiên liệu có thể tái sinh phải đạt 13,95 tỷ gallon [4] Hiện nay xăng E15 (15% ethanol) được coi là sử dụng an toàn cho ô tô ở Mỹ Các nguồn nhiên liệu mới được khuyến khích cụ thể bằng chính sách miễn giảm thuế Nhờ sự hỗ trợ 80 triệu USD từ Bộ Nông nghiệp Mỹ mà Công ty nhiên liệu Range sẽ nâng sản lượng hàng năm của ethanol (cồn) từ cellulose (chất xơ) lên đến 20 triệu gallon [4] Ngày 2-6-2010 Bộ năng lượng Mỹ (DOE) đư hỗ trợ 5 triệu USD để phát triển nguồn năng lượng sinh học phi lương thực Chính phủ và Bộ Hải quân Mỹ (DON) rất quan tâm đến các nhiên liệu sinh học tiên tiến và hệ thống các nhiên liệu tái sinh khác [4]

Dự kiến đến năm 2020 toàn bộ thiết bị quân sự trên bờ và dưới biển của Mỹ đều được thay thế 50% năng lượng tiêu dùng bằng các nguồn năng lượng thay thế Đến năm 2020 hải quân Mỹ sẽ được cung cấp khoảng 330 triệu gallon nhiên liệu

sinh học [4] Dự toán của Bộ năng lượng Mỹ cho năm 2011 là 28,4 tỷ USD, trong

đó dành cho các nghiên cứu về năng lượng sinh học là 220 triệu USD (về năng lượng mặt trời là 302 triệu USD, năng lượng gió là 123 triệu USD, kỹ thuật địa nhiệt là 55 triệu USD) [4] Về nhiên liệu sinh học tiên tiến DOE dành ra 80 triệu USD để hỗ trợ nghiên cứu, trong đó có phần nghiên cứu nhiên liệu từ sinh khối tảo, nhiên liệu xanh trong không trung…DOE cũng dành 21 triệu USD giúp cho Công

ty RW Beck để xúc tiến nghiên cứu về nhiên liệu sinh học tiên tiến Ngày

31-3-2010 DOE lại hỗ trợ 18 triệu USD để giúp phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley thành lập đơn vị phát triển quá trình nhiên liệu sinh học tiên tiến (PDU) Chương trình Sinh khối (Biomass Program) cũng được hỗ trợ 718 triệu USD để thương mại hóa các nhiên liệu sinh học tiên tiến, mục tiêu là phải đạt tới 950 triệu gallon vào năm 2020 Ngày 28-6-2010 DOE đư quyết định hỗ trợ 24 triệu USD cho

3 dự án nghiên cứu nhiên liệu sinh học từ tảo [4]

Liên minh Châu Âu (EU) quyết định giảm thiểu phát tán khí nhà kính và giảm nhu cầu nhập khẩu xăng dầu bằng cách thực hiện mục tiêu thay thế 10% nhiên liệu dùng trong vận tải bằng các nhiên liệu tái tạo Hội đồng EU đề nghị xác nhận việc ứng dụng các nguồn nhiên liệu sinh học Có 14 quốc gia trong EU thỏa thuận hợp tác nghiên cứu và triển khai sản xuất nhiên liệu sinh học EU dành ra 37 triệu Euro (trong đó 23 triệu Euro lấy từ FP7) để hỗ trợ sự nghiệp này Chính phủ Đức xác định đến năm 2020 ở nước này nguồn năng lượng có thể tái sinh ít nhất cũng phải đạt 30% tỷ lệ điện năng được sử dụng Chính phủ Pháp huy động 1,35 tỷ Euro

để hỗ trợ cho sự phát triển nhiêu liệu sinh học và các nguồn năng lượng tái sinh Pháp còn huy động thêm 2 tỷ Euro từ tư nhân để hỗ trợ cho các dự án quan trọng này Phần Lan quyết định trong 10 năm tới, mỗi năm huy động 327 triệu Euro để dành cho các nguồn năng lượng tái sinh Nhờ phát triển các nguồn năng lượng tái sinh mà Phần Lan đến năm 2020 sẽ giảm thiểu mỗi năm được đến 7 triệu tấn CO2 thải loại vào không khí [4]

Chính phủ Canada đư yêu cầu từ ngày 15-12-2010 trở đi trong xăng phải có 5% các nhiên liệu có thể tái tạo Ngày 5-6-2010 Chính phủ Canada quyết định hỗ

trợ khoảng 4,7 triệu USD để giúp tỉnh Nova Scotia nuôi cấy tảo biển trên quy mô lớn để sản xuất nhiên liệu sinh học Ngày 9-4-2010 Chính phủ Canada cũng quyết định đầu tư 4 triệu đôla Canada để giúp Công ty Woodland phát triển ethanol sinh học từ cellulose ở các nguồn phụ phẩm nông lâm nghiệp Công nghệ này không tạo

ra các chất thải độc hại và không sử dụng tới lương thực [4]

Hiện nay Brazil đang là nước mà 90% các ô tô mới đư được lắp thiết bị sử dụng xăng ethanol Năm 2010 Brazil mở rộng quy mô sản xuất nhiên liệu sinh học bao gồm xăng ethanol và diesel sinh học theo tinh thần nâng cao sản lượng, thúc đẩy tiêu thụ, đa dạng hóa nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm Từ 2010 đến 2019 Brazil sẽ đầu tư ít nhất là 540 tỷ USD để phát triển nguồn năng lượng, 70% để phát triển dầu mỏ và khí đốt (để đạt tới 5,1 triệu thùng/ngày vào năm 2019) Nguồn nhiên liệu xanh sẽ được đầu tư 38 tỷ USD để phát triển diesel sinh học và ethanol từ mía (sao cho có sản lượng 64 tỷ lít vào năm 2019) Công ty Petrobas và Công ty Galp cùng đầu tư 530 triệu USD để sản xuất diesel sinh học Brazil hy vọng hợp tác với Nam Phi để phát triển nhiên liệu sinh học, vì nam Phi và nhiều quốc gia Châu Phi có tiềm lực lớn về nhiên liệu sinh học [4]

Cuối năm 2009 n Độ phê chuẩn chính sách về nhiên liệu sinh học và quyết định thành lập y ban quốc gia về nhiên liệu sinh học Mục tiêu đề ra là đến năm

2017 việc phối hợp sử dụng nhiên liệu sinh học đạt đến chỉ tiêu 20%, bao gồm diesel sinh học và ethanol sinh học Sẽ định kỳ công bố giá cả thấp nhất của dầu các loại hạt phi thực phẩm, ethanol sinh học và diesel sinh học Dự kiến lượng tiêu dùng ethanol trong thời gian 2010-2013 sẽ tăng khoảng 4,5% mỗi năm [4]

Năm 2010 sản lượng diesel sinh học của Argentina đạt tới 1,9 triệu lít, tăng 51% so với năm 2009 Hiện đang có tới 23 nhà máy sản xuất diesel sinh học Khoảng 68% diesel sinh học của nước này được xuất khẩu sang EU [4]

Từ năm 2010 đư có 3 nhà máy ở Nhật Bản sản xuất xăng sinh học và cả nước

có trên 2000 trạm bán xăng sinh học Các nhà máy này đư chuyển hóa thân mía và rơm rạ lúa mỳ thành ethanol (càng thấy việc sản xuất từ sắn ở nước ta là không hợp lý) Trộn 43% cồn sinh học với 57% khí thiên nhiên để tạo thành Ethyl tert-butyl

ether (ETBE), lại trộn với 99% xăng để tạo thành xăng sinh học Nhờ đó mà CO2thải ra rất ít, có lợi lớn cho môi trường [4]

Từ năm 2012 Hàn Quốc xác định sẽ yêu cầu phối trộn với 2% diesel sinh học nhằm nâng cao tính độc lập về nguồn năng lượng ở Hàn Quốc [4]

Trung Quốc, nước có dân số đứng đầu thế giới cũng đư xác định tạo ra chính sách ưu tiên sản xuất và sử dụng diesel sản xuất từ mỡ động vật và dầu thực vật Các sản phẩm này được miễn thuế nếu lượng dầu hay mỡ chiếm không dưới 70% [4]

Từ năm 1985, Thái Lan đư thực thi dự án Hoàng gia phát triển công nghệ hiệu quả sản xuất ethanol và diesel sinh học từ dầu cọ Năm 2001, ủy ban ethanol nhiên liệu quốc gia (NEC) được thành lập do Bộ trưởng Công nghiệp phụ trách để điều hành chương trình phát triển NLSH Năm 2003, đư có các trạm xăng E10 ở Băngcốc và vùng phụ cận Chính phủ khẳng định E10 và B10 sẽ được sử dụng trong cả nước vào đầu thập kỷ tới [3]

y ban dầu cọ Malaixia (MPOB) cho biết, từ nay đến năm 2015 sẽ có 5 nhà máy sản xuất diesel sinh học từ dầu cọ, với tổng công suất gần 1 triệu tấn để

sử dụng trong nước và xuất khẩu sang EU Inđônêxia phấn đấu đến năm 2015 sẽ

sử dụng B5 đại trà trong cả nước Ngoài dầu cọ, sẽ đầu tư trồng 10 triệu ha cây

cọc rào (Jatropha curcas) lấy dầu làm diesel sinh học [3]

Côlômbia đư ban hành đạo luật bắt buộc các đô thị trên 500 ngàn dân phải sử dụng E10 Achentina đư phê duyệt Luật NLSH (tháng 4/2006) và quy định năm

2010 các nhà máy lọc dầu pha 5% ethanol và 5% diesel sinh học trong xăng, dầu

để bán trên thị trường [3] Costa Rica, Philipin và các quốc gia thuộc châu Âu như: Đức, Pháp, Phần Lan đều có lộ trình sử dụng diesel sinh học Một số nước châu Phi như Gana, Tanjania cũng đang tiếp cận đến NLSH Ngay tại Lào cũng đang xây dựng nhà máy sản xuất diesel sinh học ở ngoại ô thủ đô Viên Chăn [3]

2.1.2 Vi t Nam

Việt Nam, từ năm 2009 chính phủ đư bắt đầu thực hiện chương trình Quốc gia về phát triển NLSH đến 2015 và tầm nhìn đến năm 2025 Chương trình gồm

một số dự án như các dự án về xây dựng nhà máy sản xuất ethanol sinh học từ sắn, mía do PetroVietnam chủ trì đư được khởi công Theo kế hoạch đến năm 2011 sẽ có

5 nhà máy sản xuất ethanol từ sắn sẽ được xây dựng với công suất thiết kế 365.000 tấn/năm, có khả năng sản xuất 7,3x106 tấn xăng E5 [22]

Cùng trong năm 2009 chương trình nghiên cứu quy trình công nghệ nuôi trồng và sản xuất vi tảo làm nguyên liệu cho sản xuất NLSH đư được phê duyệt Chương trình kéo dài 3 năm từ 2009-2011, do Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học và CN Việt Nam chủ trì Cho đến nay, chương trình đư và bước đầu đang thực hiện các nội dung: sàng lọc các chủng /loài vi tảo (cả nước mặn và nước ngọt) trong tập đoàn giống của Việt Nam có hàm lượng carbonhydrat cao (làm nguyên liệu cho ethanol) hoặc giàu lipit và có thành phần acid béo phù hợp (làm nguyên liệu cho diesel sinh học) Kết quả sàng lọc bước đầu đư cho thấy một số loài thuộc

chi Tetraselmis, Nannochloropsis, Chlorella và một số loài vi tảo dị dưỡng khác là

tiềm năng để trở thành nguồn nguyên liệu cho sản xuất NLSH ở Việt Nam [3] Nuôi trồng và thu sinh khối một số loài tảo được lựa chọn trên quy mô lớn, cả ở hồ và hệ thống bioreactor kín sẽ là bước tiếp theo Nghiên cứu giảm giá thành sản xuất sinh khối thong qua tối ưu hóa các quá trình nuôi trồng, thu hoạch sinh khối, nhằm tạo ra nguyên liệu từ vi tảo có giá cạnh tranh so với các loại nguyên liệu khác Kết hợp sản xuất sinh khối và xử lý nước thải từ các làng nghề truyền thống hoặc hấp thụ khí CO2 từ các nhà máy điện Tối ưu hóa quá trình kết hợp này vừa giảm giá thành sinh khối vừa giải quyết vấn đề môi trường Sử dụng các sản phẩm được loại ra trong quá trình sản xuất diesel sinh học (như glycerol) làm nguồn carbon để nuôi trồng các loài vi tảo giàu dinh dưỡng khác làm thức ăn cho động vật nuôi Phát triển quy trình chuyển hóa từ sinh khối tảo thành dầu tảo, sau đó thành diesel sinh học Thành phần acid béo ứng với mỗi loài vi tảo thườn khác nhau, dẫn đến quy trình chuyển hóa và chất lượng diesel sinh học ứng với từng loại sinh khối cũng khác nhau Tối

ưu hóa quy trình chuyển hóa cũng là yêu cầu để giảm giá thành diesel sinh học và

nâng cao chất lượng của nhiên liệu từ tảo Tuy nhiên, việc triển khai ứng dụng các kết quả nghiên cứu này trên thực tế vẫn chưa được thực hiện

Ethanol sinh học là loại nhiên liệu thay thế cho xăng phổ biến nhất Mặc dù nhiệt năng của ethanol sinh học thấp hơn xăng 44%, nhưng khí phát thải từ ethanol sinh học ít độc hơn xăng, do đó về lâu dài sẽ ít ảnh huởng sức khỏe con người và hệ sinh thái động thực vật so với nhiên liệu hóa thạch u điểm quan trọng của ethanol sinh học so với nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ là giảm phát thải khí nhà kính và nguyên liệu chế biến, nguyên liệu đầu vào trong sản xuất sẵn có tại địa phương, do

đó giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu

Công nghệ truyền thống để sản xuất ethanol sinh học là quá trình lên men

từ đường hoặc tinh bột có trong các loại cây nguyên liệu như mía, ngô, sắn… Để giảm giá thành và tăng sản lượng ethanol dùng trong nhiên liệu, nguồn nguyên liệu cho lên men được tận thu gồm cả cành, lá, thân cây của các loại vật liệu thô chứa cellulo, hemicellulo – các phế thải không phải là thức ăn của con người Trong tương lai, với các công nghệ mới, nguyên liệu của ethanol sinh học sẽ gồm cả gỗ, rơm, cỏ và các bư thải (ví dụ như phần còn lại sau ép dầu cọ, bư mía…)

Trên thị trường xăng dầu hiện nay, loại nhiên liệu lưu thông chính là E5 (là loại nhiên liệu pha trộn 95% xăng từ dầu mỏ truyền thống với 5% ethanol biến tính)

và B5 (95% diesel từ dầu mỏ truyền thống pha với 5% B100)

2.1.2.1 Ti m năng v nhiên li u sinh h c

Nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học tại Việt Nam rất phong phú bao gồm nguyên liệu khi thu hoạch các cây trồng làm thực phẩm như ngô, đậu nành, sắn, mía hoặc các nguyên liệu khi thu hoạch những cây trồng không làm thực phẩm như dầu mè (jatropha), cỏ trâu, tảo và chất thải công nghiệp và nông nghiệp như mỡ động vật, thức ăn thừa, rơm và trấu…

Việt Nam được đánh giá có tiềm năng lớn để sản xuất nhiên liệu sinh học và

đư ưu tiên phát triển dạng nhiên liệu sinh học này trong quy hoạch phát triển nhiên liệu sinh học quốc gia Nguồn nguyên liệu chính cho sản xuất nhiên liệu sinh học tại Việt Nam cho giai đoạn đến năm 2015 tầm nhìn 2025 được xác định bao gồm: (1) dầu và mỡ đư qua sử dụng bao gồm dầu mỡ thu được từ ngành công nghiệp thực phẩm, (2) tảo do việc chiếm ít đất để trồng, các điều kiện sinh thái và vòng đời phát

triển ngắn, (3) từ sản phẩm nông nghiệp như bư mía, ngũ cốc, mè, đậu phộng, dừa

và mỡ cá basa, (4) dầu mè (jatropha) được trồng trên khoảng 9 triệu ha đất trống hay dải đất nằm ven đường quốc lộ Các mục tiêu được xác định này sẽ dẫn dắt sự đầu tư vào ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học

Xây dựng các nhà máy nhiên liệu sinh học nhằm đáp ứng 0,4% nhu cầu xăng dầu của quốc gia cho đến năm 2010 Tất cả các công việc này trên cơ bản đều diễn

ra đúng tiến độ [23]

Năm 2007, để đáp ứng yêu cầu của nhà sản xuất, người tiêu dùng và mục đích quản lý về NLSH, Tổng Cục Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng thuộc Bộ Khoa Học Công Nghệ đư ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ethanol biến tính E100 (TCVN7716:2007) và dầu diesel sinh học gốc B100 (TCVN7717:2007) để tạo điều kiện cho việc sản xuất ethanol và biodiesel nhằm thay thế một phần xăng dầu nhập khẩu

Tháng 10/2008, Bộ Công thương phê duyệt dự án trồng các loại cây làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học, phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học, soạn thảo quy hoạch và chính sách hỗ trợ phát triển nhiên liệu sinh học tại Việt Nam và kiểm định và ứng dụng xăng sinh học tại Việt Nam [23]

Vào tháng 06/2008, Bộ NN & PTNN đư phê duyệt Dự án nghiên cứu phát triển cây dầu mè tại Việt Nam

Năm 2007 và 2008, Bộ Tài chính đư ban hành hai thông tư về hỗ trợ từ ngân sách cho các chương trình phát triển nhiên liệu sinh học

Năm 2009, Bộ Khoa học Công nghệ ban hành hai bộ tiêu chuẩn quốc gia về nhiên liệu sinh học (QCVN01:2009/BKHCN đư được ban hành theo Thông tư 20/2009/TT – BKHCN ngày 30/9/2009)

Từ năm 2011-2015 theo các nhà hoạch định, Việt nam dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất phụ gia và enzyme cũng như các nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học

và mở rộng sản xuất, phát triển đa dạng cho năng suất cao, mở rộng quy mô các nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học nhằm đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của quốc gia cho đến năm 2015

Từ năm 2016 đến 2025, Việt Nam sẽ xây dựng ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học hiện đại để sản xuất được 100% nhu cầu của quốc gia về xăng E5 và B5, cung cấp 5% nhu cầu nhiên liệu cần thiết cho toàn bộ xe gắn máy của Việt nam [23]

2.1.2.2 Các d ự án nhiên li u sinh h c

Quyết định số 177 của Chính phủ về “Kế hoạch phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 tầm nhìn 2025”, đầu tư vào nghiên cứu và sản xuất nhiên liệu sinh học đư tăng Nghiên cứu về nhiên liệu sinh học tập trung vào kỹ thuật sản xuất, ứng dụng trong sản xuất điện và sử dụng trong vận tải Việc sản xuất nhiên liệu sinh học thí điểm và thương mại đư không ngừng gia tăng trong 5 năm qua trong đó năm

2009 được xem là năm khởi động cho ngành nhiên liệu sinh học tại Việt nam Trong năm 2009, nhiều nhà máy sản xuất xăng sinh học đư được xây dựng tải tỉnh Quảng Nam, Phú Thọ, Quảng Ngưi (Dung Quất), Bình Phước và Đồng Nai Đầu tư được tích lũy từ các nhà máy nội địa bao gồm cả Petrovietnam Theo kế hoạch đến năm 2011, sẽ có 5 nhà máy sản xuất xăng sinh học với tổng công suất lắp đặt là 365.000 tấn/năm đủ để trộn thành 7,3 triệu lít xăng E5 [23]

* Đối với xăng sinh học, có một số Dự án tiêu biểu sau đây:

 Công ty TNHH Đồng Xanh sản xuất xăng sinh học ethanol tại tỉnh Quảng Nam: với công suất 100.000 tấn/năm, vốn cố định và hoạt động là 44 triệu USD Nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học này được xây dựng từ năm 2007 và bắt đầu đi vào hoạt động từ năm 2008 Đây là nhà máy sản xuất xăng sinh học đầu tiên của Việt Nam

Dự án được hỗ trợ vốn vay ưu đưi 100 tỉ VND (khoảng 550,000 USD) để đầu tư vào hệ thống xử lý nước thải Sản phẩm xăng sinh học của nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn quốc gia TCVN-7116-2007; và toàn bộ sản phẩm đầu ra được PVB – một công ty con của PVOil/PetroVietnam đảm bảo mua hết [23]

 99,7% xăng sinh học ethanol của Tập đoàn Dầu khí Việt nam (PetroVietnam) được sản xuất từ sắn và mía ở tỉnh Phú Thọ: công suất là 100 triệu tấn/năm, tổng vốn đầu tư là 85 triệu USD, lễ động thổ diễn ra vào 2009 và dự kiến đi vào hoạt

động năm 2010, đư hoàn thành 80% khối lượng xây dựng tính đến tháng 1/2012 và như vậy là đư chậm hơn kế hoạch khoảng 2 năm

 Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PetroVietnam) sản xuất 99,7% xăng sinh học từ khoai mì ở Khu công nghiệp Dung quất: công suất 100 triệu lít/năm, được xây dựng năm 2009 và dự kiến đi vào hoạt động năm 2011, đư sản xuất mẻ đầu tiên ngày 03/02/2012

 Công ty Cổ phần nhiên liệu sinh học tại tỉnh Đắc lắc: vốn đầu tư là 60 triệu USD

 Công ty Xăng dầu Sài gòn (Saigon Petro) sản xuất 99,7% xăng sinh học từ khoai mì: với công suất 40 triệu lít/năm, chi phí đầu tư ban đầu là 5 triệu USD, đi vào hoạt động năm 2009

 Công ty cổ phần nhiên liệu sinh học và hóa chất xăng dầu miền Nam sản xuất 99,5% xăng sinh học tại TP Hồ Chí Minh: vốn đầu tư là 2,1 – 2,7 triệu USD

( Nguồn: Cơ sở dữ liệu 2010 của AITVN) [23]

* Đối với các Dự án sản xuất dầu diesel sinh học, vốn đầu tư trải đều dựa trên loại hình nguyên liệu đầu vào:

 Mỡ cá: Công ty TNHH Minh Tú tại Thành phố Cần Thơ với vốn đầu tư là

 Dự án thí điểm của Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam về trang thiết bị kỹ thuật cho quy hoạch nhà máy qui mô công nghiệp sản xuất B100 và B5 với tổng vốn đầu tư là 3,7 triệu USD, 2010-2011

( Nguồn: Cơ sở dữ liệu 2010 của AITVN) [23]

Mặc dù đây chưa phải là danh sách hoàn chỉnh các Dự án nhiên liệu sinh học nhưng những hoạt động vừa được đề cập đến ở trên đư mô tả phần nào môi trường đầu tư nhiên liệu sinh học năng động trong những năm vừa qua sau khi được khuyến khích bởi kế hoạch của Chính phủ năm 2007 về phát triển nhiên liệu sinh học (Quyết định số 177) Bản kế hoạch đư đề ra mục tiêu sản xuất 100.000 tấn xăng E5 mỗi năm và 50.000 tấn diesel B5/năm đáp ứng 0,4% nhu cầu nhiên liệu quốc gia cho năm đó và cho đến năm 2025 sản xuất nhiên liệu sinh học sẽ đủ để đáp ứng 5% nhu cầu nhiên liệu quốc gia Bản kế hoạch đề ra 6 nhiệm vụ trọng tâm để phát triển

và hình thành thị trường nội địa cho nhiên liệu sinh học cũng như cho thị trường thế giới

Ngày nay, khu vực Nhà nước cũng như tư nhân đều đầu tư vào ngành nhiên liệu sinh học trong đó đầu tư của Petrovietnam và các công ty con đư vượt qua đầu

tư của các công ty tư nhân Bên cạnh đó, sản xuất nhiên liệu sinh học đư mở ra nhu cầu về thị trường cho chất thải nông nghiệp và chất thải khác mà chưa được thương mại hoá trước đây

Phát triển nhiên liệu sinh học trong những năm sắp tới sẽ tiếp tục được Chính phủ định hướng trong Dự án 177 “Dự án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm

2015 tầm nhìn năm 2025” (Quyết định 177/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ) Theo kế hoạch phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 tầm nhìn 2025, Việt Nam sẽ sản xuất 1,8 triệu tấn xăng sinh học và dầu thực vật để sử dụng làm nhiên liệu hàng năm, đáp ứng 5% nhu cầu xăng dầu nội địa trong 15 năm tới Cơ chế hỗ trợ như đầu tư nhà nước, trợ giá, ưu đưi thuế và chương trình nâng cao năng lực sẽ giúp cho các nhà đầu tư giảm thiểu rủi ro đầu tư và đảm bảo hoàn vốn đầu tư

Các nhà đầu tư nước ngoài đư thể hiện sự quan tâm đầu tư vào ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học tại Việt Nam Các Dự án phát triển gần đây do JICA, Chính phủ Hà Lan và Hàn quốc đư hỗ trợ nghiên cứu sản xuất thí điểm nhiên liệu sinh học

Việt Nam rất nhiệt tình tham gia vào hợp tác quốc tế và đầu tư trực tiếp nước ngoài để phát triển nhiên liệu sinh học Thông qua những kênh này, Việt Nam có

thể huy động cả vốn đầu tư lẫn kinh nghiệm từ các quốc gia khác để phát triển ngành nhiên liệu sinh học Trong giai đoạn 2007-2009, Bộ Công thương đại diện cho Chính phủ Việt Nam đư ký các biên bản thoả thuận hợp tác kỹ thuật với Đức và Brazil về quy hoạch nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học, chuyển giao công nghệ, phát triển hệ thống phân phối và vận tải [23]

2.2 Các ngu n s n xu t nhiên li u m i s ử dụng cho đ ng cơ

Hiện có hai dạng năng lượng sinh học chủ yếu là ethanol sinh học và diesel sinh học Với nguyên liệu là tinh bột và đường nhờ quá trình phân giải của vi sinh

Hiện nay nguồn nhiên liệu thay thế được ứng dụng trên động cơ rất nhiều Trong luận văn này, tác giả đề cập đến các nguồn nhiên liệu phổ biến mà ở Việt Nam đang nghiên cứu và có thể triển khai ứng dụng

* Năng lượng sinh học thường được sản xuất từ:

- Sản phẩm nông nghiệp: củ, hạt, dầu, mỡ động vật

- Các chất thải dư thừa của nông nghiệp : gỗ, rơm rạ …

- Các loại bèo, rong rêu

2.2.1 D ầu thực v t

Dầu thực vật là loại dầu được chiết suất từ các hạt, các quả của cây cối [11] Nói chung các hạt quả của cây cối đều chứa dầu, nhưng từ dầu thực vật chỉ dùng để chỉ dầu của những cây có dầu với hàm lượng dầu trong hạt lớn Dầu từ hạt những cây có dầu như: đậu phộng, đậu nành, cải dầu, hạt bông, hướng dương Dầu từ quả

của những cây có dầu như: cây dừa, cây cọ, mè, cây Jatropha Trong đó chúng ta chú ý đến một vài cây có chiết suất dầu khá lớn như: dừa (60%), cọ (50%) Có thể phân loại chúng theo nhu cầu làm thực phẩm cho con người: dầu ăn được, dầu

không ăn được Dầu thực vật là loại nhiên liệu có thể thay thế cho diesel Khi chọn dầu làm nhiên liệu thay thế nên chọn loại dầu không có cạnh tranh thực phẩm với con người

Dầu làm nhiên liệu cho động cơ diesel có hai loại: Sản phẩm dầu thực vật điều

chế trực tiếp từ các hạt, trái, cây lấy dầu và sản phẩm dầu thực vật qua ester hóa (biodiesel)

2.2.1.1 Thành ph ần hóa h c của dầu thực v t

Thành phần hóa học gồm 95% các triglyceride và 5% các axid béo tự do Triglyceride là các triester tạo bởi phản ứng của các axit béo trên ba chức rượu của glycerol Trong phân tử của chúng có chứa các nguyên tố H, C, và O

Đối với dầu thực vật so với dầu diesel: lượng chứa Carbon, Hydro ít hơn, còn lượng Oxy thì lớn hơn rất nhiều (dầu diesel chỉ có vài phần ngàn O, còn dầu thực vật có 9 – 11% O) cho nên dầu thực vật là nhiên liệu có chứa nhiều oxy Chính vì điều này mà dầu thực vật khi dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong có khả năng chỉ với lượng dư không khí thấp mà vẫn có thể cháy hoàn toàn

2.2.1.2 Đ c tính dầu thực v t

Bảng 2.1: Tính chất của một số dầu thực vật so với Diesel [6]

Loại dầu Khối lượng

- Khối lượng riêng: khối lượng riêng của dầu thực vật lớn hơn dầu diesel

- Độ nhớt: Độ nhớt dầu thực vật ở nhiệt độ thường cao hơn so với dầu diesel khoảng vài chục lần Độ nhớt của dầu ảnh hưởng lớn đến khả năng thông qua của

dầu trong bầu lọc, đến chất lượng phun nhiên liệu và hòa trộn hỗn hợp do đó ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu và hiệu suất hoạt động của động cơ

- Chỉ số cetan: Dầu thực vật có chỉ số cetan nhỏ hơn so với dầu diesel, trong số các dầu thực vật nghiên cứu thì dầu dừa và dầu jatropha có chỉ số cetan gần bằng

dầu diesel

2.2.2 Nhiên li u Biodiesel

Nhiên liệu Biodiesel là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật, từ các vật liệu sinh

khối (biomass) như củi, gỗ, rơm, trấu, phân hay mỡ động vật Nhiên liệu biodiesel

so với Diesel nói chung là một loại năng lượng sạch Mặt khác chúng không độc và

dễ phân giải trong tự nhiên

Bản chất của Biodiesel là sản phẩm Ester hóa giữa methanol hoặc ethanol và acid béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật

Hiện nay, ở Việt Nam nguồn nhiên liệu sản xuất Biodiesel khá phong phú, đặc

biệt là nguồn mỡ động vật như cá basa, cá tra Do sự chủ động khuyến khích đầu tư

và phát triển nhiên liệu thay thế, nhiên liệu Biodiesel được các cơ sở, công ty sản

xuất một cách tự phát, khó kiểm soát về vấn đề chất lượng khi sử dụng mà chưa được kiểm định của nhà nước, nó được sử dụng chưa phổ biến cho một số thiết bị máy móc nông nghiệp, tàu đánh cá, máy phát điện [7]

Chuyển hóa dầu thực vật để thu Glycerol được dùng để làm xà phòng và thu được các phụ phẩm là methyl hoặc ethyl Ester gọi chung là biodiessel

RiCOOR được gọi là Biodiesel, chúng có đặc tính gần giống như diesel nên có thể sử dụng trực tiếp trong động cơ đốt trong Thông thường biodiesel được sử dụng

ở dạng nguyên chất hay dạng hỗn hợp với dầu diesel Ví dụ như B20 là hỗn hợp

gồm 20% biodiesel và 80% dầu diesel có nguồn gốc dầu mỏ

Thông thường, theo các nghiên cứu trên thế giới, việc pha trộn với hàm lượng dưới 30% thì không cần quan tâm nhiều đến sự ảnh hưởng của chúng đến đường dẫn nhiên liệu cũng như sự thay đổi các kết cấu của động cơ [7] [5]

Các sản phẩm ô tô trên thị trường Mỹ như Ford, Isuzu, Kubota, Mercedes Benz, Volkswagen đều cho phép sử dụng nhiên liệu sinh học B5, một số dòng xe của hưng General Motors, Cummins… được phép sử dụng nhiên liệu B20 [7]

* Đ c tính của nhiên li u Biodiesel

Tính chất vật lý của nhiên liệu biodiesel tương tự như diesel nhưng ít hơn dầu diesel về mặt khí độc trong khói thải Biodiesel khắc phục được những nhược điểm của dầu thực vật như độ nhớt quá lớn, chỉ số Cetan thấp Các loại biodiesel đều có tỉ lệ % trọng lượng oxy khá lớn, đây là điều mà dầu diesel không có

B ảng 2.2: Tính chất vật lý cơ bản của một số Biodiesel [6]

Loại Dầu

Khối lượng riêng (kg/dm3) (150C)

Nhiệt

trị (MJ/kg)

Độ

nhớt động

học (mm2/s) (200C)

Số cetan

Điểm đông đặc(0C)

Điểm

bắt cháy (0C)

B ảng 2.3: Thành phần hóa học của các loại dầu [6]

Thành phần Dầu hạt bông Dầu cải Dầu dừa Dầu Diesel Jatropha

B ảng 2.4: Chỉ tiêu Diesel sinh học B100 của Việt Nam

Tiêu chuẩn Đơn v Gi i h n Ph ơng pháp đo

1 Hàm lượng este % khối

< 0,05 (< 500)

ASTM D 5453/ TCVN 6701 (ASTM D 2622)

10 Điểm vẩn đục oC Báo cáo C ASTM D 2500

11 Cặn cacbon D % khối

lượng < 0,050 ASTM D 4530

12 Trị số axit mgKOH/g < 0,05 TCVN 6325 (ASTM D 664)

13 Chỉ số iốt g iốt/100 g < 120 EN 14111/ TCVN 6122 (ISO

3961)

14 Độ ổn định oxy

hóa tại 110oC giờ > 6 EN 14112

15 Glycerin tự do % khối < 0,020 ASTM D 6584

do, cặn và tạp chất lơ lửng

Quan sát bằng mắt thường

Các nguồn nhiên liệu mới khi sử dụng trên động cơ luôn phải đảm bảo các chi tiêu trên khi sử dụng:

- Điểm chớp cháy thấp: an toàn về phòng cháy nổ khi vận chuyển và lưu trữ

- Nước và cặn cũng liên quan đến sự hiện diện của các hạt nước và cặn tự do

- Nhiên liệu có độ nhớt quá cao thì việc phun tơi nhiên liệu sẽ khó hơn

- Lưu huỳnh được giới hạn để làm giảm lượng sulfate và acid sulfuric trong khí

thải, để bảo vệ bộ xúc tác và giảm ô nhiễm môi trường

- Kiểm tra ăn mòn đồng (Cu): để chỉ ra sự ăn mòn đối với những hệ thống nhiên

liệu bằng đồng và đồng đỏ

- Một trị số cetan thích hợp được yêu cầu để động cơ họat động tốt, không gây gõ máy

- Lượng Cacbon trong mẫu thử biodiesel

- Chỉ số acid chủ yếu chỉ ra các axit béo tự do

- Lượng phôtpho có thể gây hư bộ xúc tác xử lý khí độc khói thải

2.2.3 Thu n l i s ử dụng nhiên li u dầu thực v t - biodiesel

- Chủ động được về nguồn nhiên liệu, không phụ thuộc vào sự biến động của dầu

mỏ thị trường thế giới

- Giảm đáng kể lượng ô nhiễm, cải thiện môi trường

- Trong dầu thực vật - biodiesel hoàn toàn không chứa lưu huỳnh, chất tạo ra SO2,

H2SO4

- Có thể sử dụng trong động cơ đốt trong, pha trộn với diesel ở bất kỳ tỷ lệ thành

phần nào

- Do có tính năng tượng tự như dầu Diesel nên nhìn chung khi sử dụng không cần

cải thiện bất kì chi tiết nào của động cơ

- An tòan trong bảo quản và vận chuyển

- Khuyến khích đầu tư phát triển nông thôn trong nước, tạo công ăn việc làm cho các vùng nông thôn miền núi trong vấn đề thu gom, trồng trọt các loại nguồn nhiên

liệu

- Giải quyết các sản phẩm đầu ra cho nông dân

2.2.4 Khó khăn sử dụng nhiên li u dầu thực v t ậ biodiesel

- Diesel sinh học là Alkyl ester axit béo, có thể làm hư ống mềm, ống nối, đệm…

và một số chất dẻo Các loại cao su tự nhiên, PP, PVC, Tygol có thể bị tổn thương Các vật liệu đồng thau, đồng, chì, kẽm, thiếc dễ bị oxy hóa trong môi trường diesel sinh học Nên dùng các loại diesel có hàm lượng pha trộn diesel sinh học thấp để giảm thiểu tác động bất lợi đối với kim loại thông dụng và có thể chuyển sang thay thế chúng bằng nhôm, thép hợp kim, thép cacbon

- Các bồn chứa diesel dầu mỏ có thể chứa B100, nhưng thời gian tàng trữ không nên quá 6 tháng và không để quá nóng để tránh biến chất nhanh

- Các vật liệu có thể dùng cho diesel sinh học là thép, PE Flor hóa, PP Flor hóa, Teflon, sợi thủy tinh

- Đối với xe sử dụng diesel sinh học lần đầu nên kiểm tra bộ lọc của hệ thống nhiên liệu xem trong bộ lọc có nhiều cặn bẩn và nước không, để từ đó biết được nhiên liệu này có phù hợp với loại động cơ đang sử dụng không

- Diesel sinh học có thể hòa tan một số loại sơn nên cần kiểm tra bề mặt những nơi sơn có tiếp xúc với nhiên liệu

- Trước khi pha chế giữa diesel sinh học B100 với diesel truyền thống nên kiểm tra chắc chắn chất lượng loại diesel sinh học B100

- Diesel sinh học dùng trong mùa đông cần kiểm tra điểm đông để chọn loại phù hợp hoặc phải dùng giải pháp hâm nóng [25]

- Năng suất các cây lấy dầu ở nước ta của một số cây trồng rất cao nhưng chưa được quan tâm để khai thác và sử dụng, ví dụ dầu dừa với năng suất 0,7 tấn dầu/ha-năm, đậu nành với năng suất 0,4 tấn dầu/ha-năm, hạt hướng dương với năng suất 0,8 tấn dầu/ha-năm, hạt củ cải dầu với năng suất 1 tấn dầu/ha-năm, jatropha với năng suất 2,1 – 2,6 tấn dầu/ha-năm, dầu cọ với năng suất 5,1 tấn dầu/ha-năm, tảo

biển với năng suất 40 – 120 tấn dầu/ha-năm

- Hiện nay giá thành dầu thực vật còn khá cao so với dầu Diesel (ví dụ: dầu đậu nành giá 46.000 đồng/lít, dầu dừa giá 149.000 đồng/lít… [26], dầu diesel giá 21.850 đồng/lít) tuy nhiên khi sản lượng dầu mỏ ngày càng hiếm dần, dầu thực vật sẽ có tương lai hơn

2.2.5 Ảnh h ng của diesel sinh h c đ n đ b n của đ ng cơ

- Hiện nay, ở Việt Nam chưa có một nghiên cứu nào chỉ ra sự tác động của nhiên

liệu mới đối độ bền của động cơ một cách hoàn chỉnh

- Hầu hết các hãng ô tô đều khuyến cáo và không chịu trách nhiệm về hư hỏng động cơ nếu sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel không đúng tiêu chuẩn và quá tỉ

lệ cho phép mà các hãng thông báo

- thời điểm hiện tại, tiêu chuẩn về sử dụng nhiên liệu mới tại Việt Nam vẫn còn đang giai đoạn xây dựng Để xây dựng bộ chuẩn này thì cần phải thực hiện nhiều