Nghiên cứu khả năng phối trộn biodiesel tổng hợp từ dầu mỡ cá thải tại các cơ sở chế biến thủy sản vào nhiên liệu diesel thỏa mãn tiêu chuẩn Việt Nam
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
Nghiên cứu khả năng phối trộn biodiesel tổng hợp
từ dầu mỡ cá thải tại các cơ sở chế biến thủy sản
vào nhiên liệu diesel thỏa mãn tiêu chuẩn Việt Nam
Nguyễn Thị Thanh Xuân1*, Nguyễn Đình Thống2
1Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
2Phòng Hóa nghiệm, Công ty xăng dầu khu vực V
Ngày nhận bài 29/4/2020; ngày chuyển phản biện 4/5/2020; ngày nhận phản biện 29/5/2020; ngày chấp nhận đăng 8/6/2020
Tóm tắt:
Biodiesel được xem là một trong những loại nhiên liệu lý tưởng để thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống.
Báo cáo này giúp thấy rõ hơn vai trò của biodiesel thông qua nghiên cứu khả năng phối trộn của biodiesel được tổng
hợp từ dầu/mỡ cá phế thải tại các cơ sở chế biến thủy sản vào nhiên liệu diesel thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật và
môi trưꢀng theo TCVN 5689:2013 và QCVN 1:2015/BKHCN đối với nhiên liệu và nhiên liệu sinh học. Kết quả cho
thấy dầu/mỡ cá thải thu hồi từ quá trình chế biến cá phile là một nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất biodiesel.
Thông qua việc kiểm tra tính chất của các mẫu nhiên liệu gốc B0 (diesel), B100 và các mẫu nhiên liệu phối trộn B2,
B4, B6, B8, B10, B12 nhận thấy, khi tăng tỷ lệ phối trộn sẽ cải thiện các tính chất cháy của nhiên liệu, đặc biệt làm
tăng đáng kể trị số cetane, là một chỉ tiêu quan trọng làm tăng khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu, giúp động cơ
chạy êm và khói thải chứa ít thành phần độc hại hơn. Việc phối trộn biodiesel cũng làm giảm đáng kể hàm lượng
lưu huỳnh, đây là chỉ tiêu môi trưꢀng quan trọng liên quan đến tiêu chuẩn phát thải các hạt ô nhiễm cần được quan
tâm, đặc biệt trong bối cảnh Việt Nam đang hướng đến sử dụng tiêu chuẩn phát thải EURO 5. Các tiêu chuẩn khác
liên quan đến lưu trữ cũng cho thấy việc phối trộn biodiesel cải thiện được sự an toàn cháy nổ cũng như việc sử dụng
nhiên liệu trong điều kiện nhiệt độ thấp.
Từ khóa: dầu mỡ cá thải, sản xuất nhiên liệu sinh học, tiêu chuẩn biodiesel, tính chất.
Chỉ số phân loại: 2.4
Giới thiệu chung
U.S.
Brazil
6,9
5,4
Được biết đến như một loại năng lượng tái tạo, thân thiện với
môi trường, nhiên liệu sinh học biodiesel đã và đang chiếm thị
phần ngày càng tăng trên thị trường năng lượng toàn cầu và là chủ
đề nghiên cứu đang rất được quan tâm, đặc biệt tại những nước
đang phát triển. Số liệu thống kê của Cục Thông tin năng lượng
Mỹ EIA [1] cho thấy xu hướng sản xuất và tiêu thụ biodiesel của
thị trường Mỹ gia tăng liên tục, gấp hơn 2.000 lần từ năm 2001 đến
nay. Tương tự, tại thị trường châu Âu, số liệu thống kê cũng cho
thấy xu hướng sử dụng loại nhiên liệu tái tạo này đang ngày càng
gia tăng với giá trị tiêu thụ tương đương thị trường Mỹ. Thị trường
biodiesel toàn cầu ước tính trị giá 33.748 USD trong năm 2016 và
dự kiến sẽ tăng trên 4% trong giai đoạn 2017-2026 [2]. Không chỉ
ở Mỹ và châu Âu, Brazil, Argentina và một số nước Đông Nam Á
như Indonesia, Thái Lan cũng đang là những quốc gia sản xuất và
tiêu thụ biodiesel hàng đầu trên thế giới (hình 1) [3].
Indonesia
Germany
Argentina
France
Spain
Thailand
Italy
4,0
3,5
2,8
2,2
2,0
1,6
1,4
China
Poland
Netherlands
United Kingdom
Canada
1,0
1,0
0,7
0,5
0,4
0,2
ĐƠN VỊ: TỶ LÍT BIODIESEL
India
Hình 1. Các nước sản xuất và tiêu thụ biodiesel hàng đầu thế
giới năm 2018.
diesel truyền thống để đáp ứng chỉ tiêu kỹ thuật môi trường của
mỗi khu vực và quốc gia. Nhiều nghiên cứu [4, 5] đã chỉ ra chìa
khóa chiến lược trong việc thương mại hóa thành công loại nhiên
liệu này đến từ việc tận dụng các nguồn phụ phẩm và phế phẩm
trong quá trình sản xuất công/nông nghiệp, chẳng hạn từ dầu thực
Việc sản xuất và tiêu thụ biodiesel, mặc dù ghi nhận sự phát
triển vượt bậc trong hơn hai thập niên qua, nhưng vẫn đang phải
đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt liên quan đến nguồn nguyên vật không ăn được như dầu thầu dầu, cao su [6], từ dầu ăn đã qua
sử dụng tại các nhà hàng, chuỗi cửa hàng thức ăn nhanh hay từ các
liệu ban đầu cũng như khả năng phối trộn biodiesel vào nhiên liệu
* Tác giả liên hệ: Email: nttxuan@dut.udn.vn
43
62(8) 8.2020
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
đơn vị sản xuất sản phẩm thực phẩm [7], từ các loại dầu mỡ cá phế
thải thu hồi trong quá trình chế biến [8]… Một nghiên cứu gần
đây của Tổ chức Tư vấn toàn cầu liên kết Á - Âu trong lĩnh vực
nhiên liệu sinh học (Greenea) đã chỉ ra nhu cầu sản xuất biodiesel
của châu Âu từ dầu/mỡ phế thải đã tăng lên đáng kể từ năm 2018
(1,7 triệu tấn), dự kiến lên đến 4 triệu tấn vào năm 2020 [9], và
nguồn nguyên liệu này chủ yếu đến từ các nước đang phát triển.
Tại Việt Nam, việc nghiên cứu về nhiên liệu sinh học, đặc biệt là
biodiesel đã đạt được những thành công nhất định [10], phù hợp
với xu hướng phát triển của thế giới cũng như cam kết phát triển
bền vững của Việt Nam trong bối cảnh vấn đề ô nhiễm môi trường
và biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng. Việc làm chủ nguồn
nguyên liệu cũng như công nghệ sản xuất và sử dụng sẽ giúp Việt
Nam từng bước hiện thực hóa “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học
đến năm 2015, tầm nhìn đến 2025” với mục đích nhanh chóng làm
chủ công nghệ và đưa vào sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam
do Thủ tướng Chính phủ ban hành năm 2007 [11].
Evaluation of properties of the biodiesel
synthesised from waste fish fat/oil
in seafood processing facilities and ability
of biodiesel blending with diesel fuel
satisfying Vietnamese National Standards
Thi Thanh Xuan Nguyen1*, Dinh Thong Nguyen2
University of Science and Technology, University of Danang
Petroleum Laboratory, Petroleum Company Zone V, Co Ltd. VILAS 027
Received 29 April 2020; accepted 8 June 2020
Abstract:
Biodiesel is considered as one of the ideal fuels to replace
traditional fossil fuel sources. This report exhibited
the role of biodiesel through the mixing ability of
biodiesel synthesised from oil/fat of fish waste in seafood
processing facilities into diesel satisfying technical and
environmental indicators according to TCVN 5689:2013
and QCVN 1:2015/BKHCN for diesel fuels and biofuels.
The result showed that oil/fat of fish waste recovered
from catfish processing is a potential source for biodiesel
production. The result of examining the properties of the
original fuel B0 (diesel), B100, and the blending samples
B2, B4, B6, B8, B10, B12 revealed that increasing
mixing rates will improve the burning properties of
fuels, in particular dramatically increase the cetane
number, which is an important indicator that increases
the autoinflammation of fuel, keeps running smoothly
and its exhaust contains fewer hazardous components.
The blending of biodiesel significantly reduced the
sulfur content, which is an important environmental
target relating to the emission standards, needs special
attention in the context of Vietnam is following the Euro
5 emission standards. Other standards relating to fuel
storage also showed that the blending with biodiesel
improved fire safety as well as the use of fuel in low-
temperature conditions.
Theo xu hướng của thế giới, Việt Nam rất có tiềm năng để phát
triển các nguồn nguyên liệu được xem là phù hợp cho việc sản xuất
biodiesel có nguồn gốc từ phế phẩm, phụ phẩm công/nông nghiệp
như các loại dầu mỡ đã qua sử dụng hay được thu hồi từ quá trình
chế biến công nghiệp thực phẩm. Là quốc gia có sản lượng xuất
khẩu cá tra/basa đạt xấp xỉ 1 triệu tấn/năm trong những năm gần
đây với sản phẩm chính từ các nhà máy chế biến thủy sản là cá
philê, lượng chất béo thu hồi từ bã thải sau quá trình sản xuất cá
philê là nguồn nguyên liệu rất tiềm năng cho sản xuất biodiesel
trong điều kiện Việt Nam. Một dự án nghiên cứu của Tổng cục
Vận tải và Năng lượng thuộc Ủy ban châu Âu (EU-TREN) [12]
đã chứng tỏ khả năng có thể thu hồi dầu thải từ quá trình sản xuất
cá philê đến 22%, và nguồn này hoàn toàn phù hợp để sản xuất
nhiên liệu.
Hiện tại khu vực phía Nam Việt Nam đang thu mua bã thải
từ các cơ sở chế biến cá tra/basa, sau đó xử lý để xuất khẩu sang
Singapore làm nguyên liệu tổng hợp biodiesel. Đây là một nguồn
nguyên liệu tiềm năng để sản xuất biodiesel ở nước ta trong tương
lai. Tại Việt Nam, nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ nguồn nguyên
liệu mỡ cá đã có nhiều công trình công bố từ hơn 10 năm nay
[13-15]. Gần đây đã có một số nghiên cứu được công bố liên quan
đến việc sử dụng loại nhiên liệu này trên một số phương tiện cơ
giới [16, 17], chủ yếu nhằm khảo sát ảnh hưởng của nhiên liệu
biodiesel đến tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của các động
cơ này. Tuy nhiên, theo hiểu biết của nhóm tác giả thì chưa có công
bố nào liên quan đến việc khảo sát khả năng phối trộn loại nhiên
liệu biodiesel này vào diesel dầu mỏ nhằm xem xét giới hạn tỷ lệ
phối trộn phù hợp với bộ quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật của
Việt Nam. Các đặc tính kỹ thuật của biodiesel phụ thuộc nhiều vào
thành phần acid béo của nguyên liệu sản xuất, từ đó ảnh hưởng lớn
đến tỷ lệ phối trộn vào dầu diesel. Chính vì vậy, nghiên cứu này
hướng đến mục tiêu tận dụng nguồn dầu/mỡ cá phế phẩm thu hồi
từ quá trình sản xuất cá phile để tổng hợp biodiesel, đánh giá các
chỉ tiêu kỹ thuật của loại nhiên liệu này, đồng thời nghiên cứu khả
năng phối trộn vào diesel truyền thống để thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ
thuật và môi trường theo tiêu chuẩn Việt Nam.
Keywords: biodiesel production, biodiesel properties,
biodiesel standard, waste fish fat/oil.
Classification number: 2.4
62(8) 8.2020
44
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
chỉ tiêu quy định đối với nhiên liệu sinh học theo QCVN 1:2015/
BKHCN (bảng 1) cũng như tiêu chuẩn đối với nhiên liệu diesel
theo TCVN 5689:2013. Các tỷ lệ phối trộn lần lượt là B2, B4, B6,
B8, B10, B12 tương ứng với phần trăm thể tích của biodiesel được
phối trộn vào nhiên liệu diesel.
Thực nghiệm
Tổng hợp biodiesel
Nguyên vật liệu ban đầu: dầu mỡ cá thu hồi từ bã thải cá tra/
basa sau quá trình sản xuất được lấy từ bể chứa của Công ty xăng
dầu Tây Nam Bộ. Tác nhân phản ứng là Methanol (MeOH) cùng
xúc tác KOH và các hóa chất sử dụng có độ tinh khiết đáp ứng tiêu
chuẩn phân tích.
Bảng 1. Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của nhiên liệu diesel B5 QCVN
1:2015/BKHCN.
Tên chỉ tiêu
Euro 2
Euro 3
Euro 4
Phương pháp thử
Xác định các đặc trưng của nguyên liệu mỡ cá phế thải: để
định hướng quy trình tổng hợp biodiesel cần xác định hàm lượng
acid béo tự do (FFA) có trong mỡ cá dựa trên trị số acid (AN)
xác định theo TCVN 6127:2010 ISO 660:2009 theo công thức sau
TCVN 6594 (ASTM D1298)
TCVN 8314 (ASTM D4052)
Khối lượng riêng ở 15oC, g/ml
820-860
820-860
820-850
TCVN 6701 (ASTM D2622)
TCVN 7760 (ASTM D5453)
TCVN 3172 (ASTM D4294)
Hàm lượng lưu huỳnh,
mg/kg, max
500
350
50
[18]:
Trị số cetane, min
46
48
48
TCVN 7630 (ASTM D613)
TCVN 2698 (ASTM D86)
( )
28,2
(1)
Nhiệt độ cất tại 90% thể tích
thu hồi, oC, min
360
360
355
Thành phần acid béo của nguyên liệu cũng được đánh giá
dựa trên phương pháp GC-MS để xem xét khả năng phù hợp của
nguyên liệu trong việc sản xuất biodiesel, đồng thời giúp tính toán
khối lượng phân tử của nguyên liệu.
Điểm chớp cháy cốc kín, oC, min
Độ nhớt động học tại 40oC, mm2/s
Điểm đông đặc, oC, max
55
55
55
TCVN 2693 (ASTM D93)
TCVN 3171 (ASTM D445)
ASTM 3753 (ASTM D97)
TCVN 3182 (ASTM D6304)
2,0-4,5
+6
2,0-4,5
+6
2,0-4,5
+6
Hàm lượng nước, mg/kg, max
200
200
200
Quá trình tổng hꢀp: thực hiện phản ứng chuyển ester hóa với
tác nhân phản ứng là MeOH và xúc tác KOH: cân chính xác 50 g
mỡ cá, gia nhiệt cho mỡ cá tan ra, sau đó cho vào bình cầu 3 cổ.
Cho một lượng methanol phù hợp tương ứng với tỷ lệ mol MeOH/
nguyên liệu = 6:1 cùng với KOH rắn với tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu
là 1,4% kl vào cốc thủy tinh, lắc đều để KOH tan hết trong MeOH,
sau đó cho dung dịch này vào bình phản ứng cùng với nguyên liệu
đã được chuẩn bị. Lắp đặt hệ thống phản ứng và tiến hành phản
ứng trong 120 h. Sau khi phản ứng xong, cho toàn bộ hỗn hợp vào
bình chiết, thu được 2 pha, pha nhẹ ở trên là biodiesel thô, pha
nặng bên dưới là glycerol thô. Tiến hành thu pha nhẹ bên trên đem
đi xử lý bằng cách rửa nhiều lần bằng nước cất ở 60oC để loại bỏ
hết xúc tác kiềm và MeOH (kiểm tra pH của hỗn hợp). Tiến hành
sấy ở 100oC trong 3 h để loại bỏ nước rồi đem lọc thu biodiesel
thành phẩm.
Hàm lượng chất thơm đa vòng (PAH),
% kl, max
-
11
11
ASTM D5186, ASTM D6591)
TCVN D8147 (EN14078)
Hàm lượng methyl este acid béo
(FAME), % tt
4-5
25
4-5
25
4-5
25
ASTM D7462
ASTM D7545
Độ ổn định oxy hóa, mg/100 ml, max
Kết quả và thảo luận
Đặc trưng nguyên liệu và sản phẩm biodiesel
Một số đặc trưng hóa lý của nguyên liệu mỡ cá thải được thể
hiện trong bảng 2.
Bảng 2. Đặc trưng hóa lý của nguyên liệu mỡ cá thải.
Khối lượng riêng ở 15oC, g/cm3
Độ nhớt động học ở 40oC, mm2/s
Trị số acid, mg KOH/g nguyên liệu
Thành phần acid béo, % kl
Methyl myristate (C14:0)
Methyl palmitate (C16:0)
Methyl linoleate (C18:2)
0,967±0,002
44,85±0,007
3,71±0,0026
Đánh giá chỉ tiêu chất lượng biodiesel
Các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel B100 được phân tích tại
Phòng Hóa nghiệm, Công ty xăng dầu khu vực V dựa trên quy
chuẩn QCVN 1:2015/BKHCN. Riêng đối với giá trị chỉ số cetane
của B100 trong nghiên cứu này được tính từ thành phần FAME
của nó theo công thức được đề nghị bởi Azam và các cộng sự [19]:
2,69
43,36
2,07
Methyl oleate (C18:1)
43,96
6,13
Methyl stearate (C18:0)
(2)
Nhận thấy Methyl palmitate (C16:0) và Methyl oleate (C18:1)
là hai cấu tử chủ yếu có trong thành phần của mỡ cá thải, chiếm
đến trên 85%. Đây là cấu tử rất phù hợp để sản xuất biodiesel nhờ
có trị số cetane rất cao (lên đến 85,9 đối với C16:0), điểm chảy rất
thấp (-20oC đối với C18:1) và độ ổn định oxy hóa cũng như nhiệt
trị cháy cao, giúp cải thiện được đặc tính cháy của nhiên liệu, đồng
thời cho chỉ số phát thải ô nhiễm rất thấp đối với tất cả các chỉ tiêu
PM, NOx, HC, CO [20]. Có thể nói rằng mỡ cá thải thu hồi từ quá
trình chế biến cá da trơn là một nguồn nguyên liệu tiềm năng cho
sản xuất biodiesel.
trong đó Sv và Iv lần lượt là chỉ số xà phòng hóa và chỉ số Iot,
được tính như sau:
∑
∑
với Ai là % kl của các FAME có trong hỗn hợp và MWi là khối
lượng phân tử của chúng. D là số các liên kết bội trong công thức
phân tử.
Nghiên cứu phối trộn biodiesel vào diesel truyền thống
Lần lượt phối trộn biodiesel tổng hợp được vào mẫu diesel
thương phẩm theo các tỷ lệ thể tích khác nhau và kiểm tra tất cả các
Với trị số acid xác định được, tương ứng với hàm lượng acid
45
62(8) 8.2020
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
béo tự do trong nguyên liệu mỡ cá không quá cao (ở mức 2% kl),
cho phép áp dụng phương pháp tổng hợp biodiesel một giai đoạn
sử dụng xúc tác kiềm mà không làm mất mát quá lớn biodisel do
phản ứng xà phòng hóa của các acid béo tự do [21]. Với điều kiện
tổng hợp mô tả như trên thì hiệu suất thu hồi biodiesel đạt 87%.
Với phương pháp tổng hợp một giai đoạn đơn giản bằng xúc tác
kiềm, giá trị hiệu suất thu hồi này một lần nữa chứng tỏ mỡ cá phế
thải là một nguồn nguyên liệu rất tiềm năng và hoàn toàn khả thi
để tổng hợp biodiesel có tính kinh tế trong tương lai.
nhiệt trị của biodiesel được tổng hợp từ mỡ cá thải là 9.218 kcal/
kg, không thấp hơn quá nhiều so với diesel truyền thống (10.888
kcal/kg) cũng đảm bảo cho tính cháy tốt của nhiên liệu.
Đánh giá nhiên liệu sau khi phối trộn biodiesel vào diesel
truyền thống
Bảng 4 tổng hợp các chỉ tiêu chất lượng của các mẫu phối trộn
biodiesel từ mỡ cá thải vào diesel thương phẩm hiện hành thỏa
mãn tiêu chuẩn Euro 3 theo các tỷ lệ thể tích biodiesel được trộn
vào từ 2 đến 12% tt.
Đánh giá chỉ tiêu chất lượng cꢀa biodiesel B100
Bảng 4. Kết quả một số chỉ tiêu chất lượng của các mẫu phối
trộn.
Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của B100 tổng hợp từ mỡ cá
thải cho kết quả tổng hợp ở bảng 3.
Tên chỉ tiêu
DO (B0)
B2
B4
B6
B8
B10
B12
Bảng 3. Kết quả một số chỉ tiêu chất lượng của biodiesel B100 từ
mỡ cá phế thải.
% tt biodiesel
0
2
4
6
8
10
12
Khối lượng riêng
ở 15oC, g/ml
0,8384
2,753
0,8387
2,758
0,8391
2,793
0,8401
2,831
0,8412
2,876
0,8421
2,912
0,8437
3,104
Tên chỉ tiêu
Mức
Phương pháp đo
Giá trị
Hàm lượng metyl este của acid béo (FAME),
% kl, min
TCVN 7868
(EN 14103)
Độ nhớt động học
ở 40°C, mm2/s
96,45
98,21
Nước và cặn, % tt, max
Độ nhớt động học tại 40oC, mm2/s
Khối lượng riêng ở 15oC, g/ml
Tro sulfat, % kl, max
0,05
TCVN 7757 ASTMD2709
TCVN 3171 (ASTM D445)
TCVN 6594 (ASTM D1298)
TCVN 2689 (ASTM D874)
TCVN 7760 (ASTM D5453
Tính toán
0,047
4,92
Hàm lượng lưu huỳnh,
mg/kg, max
259,1
50
243,83
50
242,06
51
237,06
51
232,06
52
225,83
53
225,83
53
1,9-6,0
0,86-0,9
0,02
Trị số cetane
0,883
0,001
0,003
74,36
0,45
Nhiệt độ cất tại 90%
thể tích thu hồi, °C, max
330,9
328,6
329
330,1
332,3
333,2
333,2
Lưu huỳnh, % kl, max
0,005
48
Điểm chớp cháy
cốc kín, °C, min
79
79
80
82
82
83
84
Chỉ số cetane, min
Trị số acid, mg KOH/g, max
0,5
TCVN 6325 (ASTM D664)
Hàm lượng nước,
ppm, max
94,5
104,5
104,8
128,6
157,7
178,7
178,7
TCVN 7895
(EN 14112)
Độ ổn định oxy hóa ở 110oC, min
6
11
Điểm đông đặc, °C, max -12
Nhiệt trị, kcal/kg 10.888
-12
-12
-12
-12
-12
-12
10.877
10.835
10.807
10.777
10.721
10.721
Nhận thấy các chỉ tiêu chất lượng biodiesel B100 được phân
tích đều thỏa mãn QCVN 1:2015/BKHCN. Độ nhớt động học ở
40°C cao hơn so với diesel truyền thống, nhưng vẫn trong ngưỡng
tiêu chuẩn cho phép của nhiên liệu sinh học B100. Cùng với đó
hàm lượng tro sulfat và hàm lượng lưu huỳnh rất thấp cho thấy đây
là loại nhiên liệu đáp ứng chỉ tiêu của một nguồn nhiên liệu sạch.
Đặc biệt chỉ số cetane tính toán được đối với biodiesel từ nguồn
nguyên liệu mỡ cá thải đạt đến trên 74,36. Theo kết quả phân tích
GC-MS của nguồn nguyên liệu mỡ cá thì Methyl palmitate (C16:0)
và Methyl oleate (C18:1) là hai cấu tử chủ yếu có trong thành phần
FAME của mỡ cá thải, chiếm đến trên 85%. Theo nghiên cứu của
Gerhard Knothe [20], chỉ số cetane của Methyl palmitate đạt đến
85,9 và của Methyl oleate là 56,55. Vì vậy kết quả chỉ số cetane
của biodiesel B100 tính toán được trong nghiên cứu này hoàn toàn
tương thích với thành phần ester của nó. Nếu tính cộng phần mol
theo công thức được đề xuất trong nghiên cứu của L.F. Ramírez-
Verduzco và cộng sự [22] thì giá trị thu được cũng tương tự. Với
giá trị chỉ số cetane thu được chứng tỏ biodiesel từ mỡ cá thải là
nhiên liệu rất tiềm năng để phối trộn vào diesel, đảm bảo khả năng
tự bắt cháy của nhiên liệu, làm giảm chu kỳ cảm ứng, từ đó giảm
phát thải NOx, là một chỉ tiêu ô nhiễm quan trọng đối với động
cơ diesel. Đối với giá trị điểm đông, từ nghiên cứu của Gerhard
Knothe [20], giá trị điểm đông của Methyl palmitate và Methyl
oleate là 30 và -20oC. Điều này cho thấy khi phối trộn nguồn
biodiesel này vào diesel theo các tỷ lệ khác nhau thì không làm
Đối với nhiên liệu cho động cơ diesel, khối lượng riêng và độ
nhớt là các chỉ tiêu quan trọng liên quan đến quá trình phun nhiên
liệu vào buồng cháy. Quá trình cháy trong động cơ diesel là quá
trình cháy khuếch tán, diễn ra tốt và cháy hoàn toàn khi nhiên liệu
được tán sương mịn khi phun vào buồng cháy, giúp cho sự bay hơi
và khuếch tán thuận lợi. Mặc dù biodiesel tinh khiết B100 từ mỡ cá
thải có giá trị các chỉ tiêu này khá cao (bảng 3) nhưng khi phối trộn
với diesel thì vẫn đảm bảo nằm trong ngưỡng cho phép của nhiên
liệu (bảng 2) dù tỷ lệ phối trộn đạt đến 12% thể tích.
Với các chỉ tiêu trực tiếp liên quan đến quá trình cháy như trị
số cetane, việc phối trộn nhiên liệu biodiesel vào làm tăng giá trị
này, tạo thuận lợi cho sự khởi động của động cơ, động cơ chạy
êm và khí thải chứa ít thành phần độc hại hơn. Do biodiesel chứa
thành phần là các alkyl ester của acid béo nên có nhiệt độ sôi cao
dẫn đến khi phối trộn làm tăng giá trị nhiệt độ cất tại 90% thể tích
chưng cất. Tuy nhiên khác với diesel, giá trị này không làm tăng
khả năng cháy không hoàn toàn của nhiên liệu, vì đây là những
thành phần dễ bị ôxy hóa hơn các hydrocarbon thơm. Hơn nữa giá
trị này vẫn trong phạm vi cho phép của tiêu chuẩn hiện hành. Việc
pha biodiesel làm giảm nhiệt trị cháy của nhiên liệu vì trong nhiên
liệu sinh học nói chung đều có thành phần nguyên tử oxy. Tuy
nhiên với biodiesel từ mỡ cá thải thì sự giảm này không đáng kể
thay đổi đáng kể nhiệt độ điểm đông của diesel ban đầu. Ngoài ra, do bản thân loại nhiên liệu này đã có nhiệt trị cháy tương đối cao.
62(8) 8.2020
46
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
rubber seed oil using two-step pretreatment process”, International Journal of Green
Energy, 7, pp.84-90.
Với các chỉ tiêu liên quan đến môi trường, đặc biệt là hàm
lượng lưu huỳnh, hiển nhiên rằng việc phối trộn biodiesel vào
diesel dầu mỏ làm giảm đáng kể giá trị này. Đây là một tiêu chí
quan trọng cần xem xét khi sử dụng biodiesel, vì hàm lượng lưu
huỳnh cao trong nhiên liệu gây ra rất nhiều tác hại nghiêm trọng,
đặc biệt là sự hình thành các hạt ô nhiễm có kích thước nanomet
đi sâu vào hệ hô hấp của con người, gây ra nhiều tác hại đối với
sức khỏe [23].
[7] Carlos Daniel Mandolesi de Araújon, Claudia Cristina de Andrade, Erika de
Souza de Silva, Francisco Antonio Dupas (2013), “Biodiesel production from used
cooking oil: a review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 27, pp.445-452.
[8] J.F. Costa, M.F. Almeida, M.C.M. Alvim-Ferraz, J.M. Dias (2013), “Biodiesel
production using oil from fish canning industry wastes”, Energy Conversion and
Management, 74, pp.17-23.
[9] Greenea (2018), “Waste-based feedstock and biodiesel market in the EU:
how new regulations may influence the market”, 7th Annual Platts Geneva Biofuels
Conference April 26, 2018, https://www.greenea.com/wp-content/uploads/2018/04/
Greenea-Platts-Geneva-2018.pdf.
Liên quan đến vấn đề lưu trữ nhiên liệu, rõ ràng khi phối trộn
biodiesel vào diesel dầu mỏ, giá trị điểm chớp cháy đã tăng lên,
đảm bảo tính an toàn trong tồn chứa nhiên liệu. Giá trị điểm đông
đặc cũng được cải thiện, giúp cho việc lưu trữ và sử dụng biodiesel
trong điều kiện nhiệt độ thấp được dễ dàng hơn.
[10] L.V. Boi, P.N. Lan, Y. Maeda (2011), “The current and persective of biodiesel
development in Vietnam”, International Workshop: “The establishment of Clean
Technology for the Production of Biodiesel Fuel from Waste Fish Oil and others”, July
20th and 21st 2011, Organization for Industry, University and Government, Osaka
Prefecture University, Japan, pp.1-6.
Kết luận
Kết quả thu được từ nghiên cứu này cho thấy, mỡ cá thải thu
hồi từ quá trình chế biến cá phile là một nguồn nguyên liệu tiềm
năng để sản xuất biodiesel với thành phần acid béo rất tốt để cải
thiện các tính năng cháy và phát thải của nhiên liệu. Nguồn nguyên
liệu này cũng đặc trưng bởi giá trị hàm lượng acid béo tự do không
quá cao nên hoàn toàn có thể áp dụng quy trình tổng hợp một giai
đoạn bằng xúc tác kiềm, rẻ tiền, đơn giản nhưng cho hiệu suất
chuyển hóa cao (87%).
[12] ENERFISH, Integrated Renewable Energy Solutions for Seafood Processing
Stations, Project number: 219008, 2009-2013.
[13] Trần Kiều Oanh, Bùi Thị Bửu Huê (2008), “Nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ
mỡ cá basa”, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 10, tr.1-5.
[14] Nguyễn Hồng Thanh, Nguyễn Trần Tú Nguyên, Nguyễn Thị Phương Thoa
(2009), “Điều chế biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp hóa siêu âm”, Tạp chí
Phát triển KH&CN, 12(3), tr.51-61.
Chất lượng biodiesel B100 từ nguyên liệu mỡ cá thải, cũng
như chất lượng tất cả các mẫu biodiesel được phối trộn theo tỷ lệ
thể tích khác nhau từ 2 đến 12% với dầu diesel truyền thống (tương
ứng B2 đến B12) được đánh giá theo quy chuẩn và tiêu chuẩn Việt
Nam cho kết quả hoàn toàn trong ngưỡng cho phép đối với mọi
chỉ tiêu. Riêng với trị số cetane, biodiesel loại này cho giá trị rất
cao, giúp cải thiện đáng kể quá trình cháy của nhiên liệu, giảm phát
thải ô nhiễm môi trường. Hàm lượng lưu huỳnh trong biodiesel
(B100) rất thấp nên cũng góp phần làm giảm đáng kể hàm lượng
lưu huỳnh trong các mẫu phối trộn, từ đó đảm bảo tiêu chuẩn phát
thải của động cơ, đặc biệt trong điều kiện Việt Nam khi hướng đến
sử dụng bộ tiêu chuẩn phát thải EURO 5 thì tiêu chuẩn hàm lượng
lưu huỳnh thấp là một chỉ tiêu cần đặc biệt lưu tâm.
[15] Lê Thị Thanh Hương (2011), Nghiên cứu tổng hꢀp biodiesel bằng phản ứng
Ancol phân từ mỡ cá da trơn ꢁ Đồng bằng sông Cꢂu Long trên xúc tác acid và bazơ:
xúc tác đồng thể và dị thể, sꢂ dụng vi sóng và sóng siêu âm, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật,
Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh.
[16] Vũ Ngọc Khiêm (2017), “Khảo sát đặc tính và điều chỉnh thời điểm phun
nhiên liệu của động cơ diesel trên các máy nông nghiệp khi sử dụng nhiên liệu biodiesel
từ mỡ cá basa”, Tạp chí Giao thông Vận tải, 6, tr.112-116.
[17] Hồ Trung Phước (2019), Nghiên cứu sꢂ dụng dầu diesel sinh học từ mỡ cá
da trơn cho động cơ của phương tiện khai thác thủy sản, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại
học Nha Trang.
[18] Z.J. Predojevic, B.D. Skrbić (2009), “Alkali-catalyzed production of biodiesel
from waste frying oils”, J. Serb. Chem. Soc., 74(8-9), DOI: 10.2298/JSC0909993P.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] U.S. Energy Information Administration (EIA), The Monthly Energy Review,
[19] M.M. Azam, A. Waris, N.M. Nahar (2005), “Prospects and potential of fatty
acid methylesters of some non-traditional seed oils for use as biodiesel in India”,
Biomass and Bioenergy, 29(4), pp.293-302.
[2] Prudour Pvt. Ltd., Biodiesel market by type (Vegetable Oil, Animal Fat) by
application (Fuel, Power Generation, Others) and by region - Global Forecast to 2026,
[20] Gerhard Knothe (2008), ““Designer” biodiesel: optimizing fatty ester
composition to improve fuel properties”, Energy & Fuels, 22, pp.1358-1364.
[21] J.A. Kinast (2003), Production of biodiesels from multiple feedstocks and
properties of biodiesels and biodiesel/diesel blends, Report of National Renewable
Energy Laboratory, NREL/SR-510-31460.
[3] REN21, Renewables 2019 global status report, 2019, ISBN 978-3-9818911-7-
[4] T. Thamsiriroj, J.D. Murphy (2011), “A critical review of the applicability
of biodiesel and grass biomethane as biofuels to satisfy both biofuel targets and
sustainability criteria”, Applied Energy, 88(4), pp.1008-1019.
[22] Luis Felipe Ramírez-Verduzco, Javier Esteban Rodríguez-Rodríguez,
Alicia del Rayo Jaramillo-Jacob (2012), “Predicting cetane number, kinematic
viscosity, density and higher heating value of biodiesel from its fatty acid methyl ester
composition”, Fuel, 91(1), pp.102-111.
[5] R. Estevez, L.A. Deblas, F.M.M. Bautista, D. Luna, C. Luna, J. Calero, A.
Posadillo, A.A. Romero (2019), “Biodiesel at the crossroads: a critical review”,
Catalysts, 9(12), DOI:10.3390/catal9121033.
[23] Anne Jaecker-Voirol, X. Montagne, P. Mirabel, T.X. Nguyen Thi (2006),
“Modelling particle formation: a helpful tool to interpret measurement results”,
Environment & Transport, Actes INRETS, pp.321-331.
[6] M. Satyanarayana, C. Muraleedharan (2010), “Methyl ester production from
47
62(8) 8.2020
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu khả năng phối trộn biodiesel tổng hợp từ dầu mỡ cá thải tại các cơ sở chế biến thủy sản vào nhiên liệu diesel thỏa mãn tiêu chuẩn Việt Nam", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_kha_nang_phoi_tron_biodiesel_tong_hop_tu_dau_mo_c.pdf