Luận văn thạc sĩ về tình hình nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam

Bài viết đánh giá tình hình nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam, cung cấp cái nhìn toàn cảnh và thông tin hữu ích.

• Tác giả: Nguyễn Chí Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Lê Ninh
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Nhiên Liệu Sinh Học
• Đề tài: Đánh Giá Tình Hình Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Nhiên Liệu Sinh Học Tại Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Lý Do Chọn Đề Tài
• 1.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu
• 1.3. Đối Tượng Nghiên Cứu
• 1.4. Điểm Mới Của Đề Tài
• 1.5. Phương Pháp Nghiên Cứu
• 1.6. Phạm Vi Nghiên Cứu
• 2. CHƯƠNG II: Tình hình sử dụng nhiên liệu mới cho động cơ đốt trong hiện nay
• 2.1. Trên thế giới
• 2.1.1. Tiềm năng về nhiên liệu sinh học
• 2.1.2. Các Dự án nhiên liệu sinh học
• 2.2. Các nguồn sản xuất nhiên liệu mới sử dụng cho động cơ
• 2.2.1. Dầu thực vật
• 2.2.1.1. Thành phần hóa học của dầu thực vật
• 2.2.1.2. Đặc tính dầu thực vật
• 2.2.2. Nhiên liệu Biodiesel
• 2.2.3. Thuận lợi sử dụng nhiên liệu dầu thực vật – biodiesel
• 2.2.4. Khó khăn sử dụng nhiên liệu dầu thực vật – biodiesel
• 2.2.5. Ảnh hưởng của diesel sinh học đến độ bền của động cơ
• 2.2.6. Những mặt trái của quá trình phát triển nhiên liệu sinh học
• 2.2.6.1. Vấn đề lương thực- thực phẩm
• 2.2.6.2. Ô nhiễm và cạn kiệt nguồn tài nguyên nước
• 2.2.6.3. Giảm diện tích rừng
• 2.2.6.4. Nguy cơ từ sự độc canh
• 2.2.6.5. Nguy cơ về kinh tế, xã hội
• 2.2.7. Quy hoạch vùng nguyên liệu
• 3. CHƯƠNG III: CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG
• 3.1. Nhiên liệu Cồn sử dụng trên động cơ xăng
• 3.1.1. Yêu cầu nhiên liệu trên động cơ xăng
• 3.1.2. Nhiên liệu Cồn
• 3.1.2.1. Ưu điểm nhiên liệu cồn
• 3.1.2.2. Nhược điểm nhiên liệu cồn
• 3.1.2.3. Nhiên liệu xăng pha cồn
• 3.1.2.4. Khả năng sử dụng xăng pha cồn
• 3.2. Nhiên liệu sử dụng trên động cơ Diesel
• 3.2.1. Sản xuất Biodiesel từ dầu ăn phế thải
• 3.2.2. Các loại cây có dầu
• 3.2.2.1. Dầu cây Jatropha
• 3.2.2.1.1. Giá trị sử dụng
• 3.2.2.1.2. Về kinh tế, xã hội
• 3.2.2.1.3. Về môi trường
• 3.2.2.1.4. Bã sau khi ép dầu làm phân hữu cơ và thức ăn chăn nuôi
• 3.2.2.2. Tình hình trồng Jatropha
• 3.2.2.2.1. Trên thế giới
• 3.2.2.3. Các loại cây có dầu khác
• 3.2.2.4. Biodiesel từ tảo biển
• 3.3. Nhiên liệu biogas sử dụng trên động cơ
• 3.3.1. Các thành phần hóa học trong biogas
• 3.3.2. Cơ sở lý thuyết của công nghệ biogas
• 3.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
• 3.3.4. Thiết kế hầm biogas
• 3.3.5. Một số loại hầm biogas thông dụng
• 3.3.5.1. Loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định
• 3.3.5.2. Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động
• 3.3.5.3. Loại hầm sinh khí dùng vật liệu composite
• 3.3.6. Những ưu nhược điểm và yêu cầu khi sử dụng nhiên liệu biogas
• 3.3.6.1. Nhược điểm
• 4. CHƯƠNG IV: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NHIÊN LIỆU SINH HỌC
• 4.1. Các luận văn nghiên cứu về nhiên liệu cồn
• 4.2. Các luận văn nghiên cứu biodiesel từ dầu hạt jatropha
• 4.3. Các luận văn nghiên cứu biodiesel từ mỡ cá tra, cá ba sa
• 4.4. Các luận văn nghiên cứu về biodiesel từ dầu dừa
• 4.5. Các luận văn nghiên cứu về biodiesel từ dầu ăn phế thải
• 4.6. Các luận văn nghiên cứu về biodiesel từ dầu đậu nành
• 4.7. Các luận văn nghiên cứu về biodiesel từ dầu hạt cao su
• 4.8. Các luận văn nghiên cứu về biodiesel từ dầu tảo
• 4.9. Các luận văn nghiên cứu về Biogas
• 4.10. Kết quả nghiên cứu áp dụng E5/E10 tại Việt Nam
• 4.11. Sản xuất cồn ethanol từ rơm rạ
• 4.12. Nhiên liệu khí biogas
• 4.12.1. Phương pháp chọn động cơ để sử dụng khí biogas
• 4.12.2. Phương pháp tách H2S và CO2
• 4.12.2.1. Thiết bị tách H2S
• 4.12.2.2. Tháp tách CO2
• 4.12.3. Động cơ sử dụng kết hợp biogas/xăng
• 4.12.4. Các nghiên cứu sử dụng khí biogas trên động cơ xe máy và động cơ diesel
• 4.12.5. Tiềm năng sử dụng biogas ở Việt Nam
• 5. CHƯƠNG V: TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC
• 5.1. Các dự án xây dựng Nhà máy ethanol nhiên liệu tại Việt Nam
• 5.1.1. Công ty TNHH Nhiên Liệu Sinh Học Phương Đông
• 5.1.1.1. Tổng quan Dự án Nhà Máy Ethanol Bình Phước
• 5.1.1.2. Vị trí xây dựng nhà máy
• 5.1.2. Nhà máy Bio-Ethanol Dung Quất
• 5.2. Tình hình ứng dụng Biodiesel
• 5.2.1. Công ty Biodisel Minh Tú
• 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)
• 5.3. Tình hình ứng dụng xăng sinh học E5
• 5.3.1. Lễ ra mắt Xăng Sinh Học E5
• 5.3.2. Hiện trạng phân phối xăng E5/E10 tại Việt Nam
• 5.4. Khả năng ứng dụng của nhiên liệu biogas
• 6. CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tình hình nghiên cứu nhiên liệu sinh học tại Việt Nam

Nhiên liệu sinh học đang trở thành một trong những giải pháp quan trọng để giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thay thế năng lượng hóa thạch. Tại Việt Nam, nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học đã có những bước tiến đáng kể trong những năm gần đây. Các nguồn nhiên liệu như ethanol, biodiesel và biogas đang được khai thác và phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần phải vượt qua để tối ưu hóa việc sử dụng các nguồn năng lượng này.

1.1. Tình hình nghiên cứu và phát triển nhiên liệu sinh học

Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về nhiên liệu sinh học, đặc biệt là ethanol và biodiesel. Các dự án nghiên cứu đã được triển khai tại nhiều trường đại học và viện nghiên cứu, nhằm tìm ra các phương pháp sản xuất hiệu quả và bền vững.

1.2. Các loại nhiên liệu sinh học phổ biến tại Việt Nam

Các loại nhiên liệu sinh học phổ biến tại Việt Nam bao gồm ethanol từ mía, biodiesel từ dầu thực vật và biogas từ chất thải hữu cơ. Mỗi loại nhiên liệu đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng thực tiễn.

II. Những thách thức trong nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng việc nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như chính sách phát triển, công nghệ sản xuất và thị trường tiêu thụ cần được giải quyết để thúc đẩy sự phát triển của ngành này.

2.1. Khó khăn trong chính sách và pháp lý

Chính sách phát triển nhiên liệu sinh học tại Việt Nam còn thiếu đồng bộ và chưa đủ mạnh để khuyến khích đầu tư. Các quy định pháp lý cũng cần được cải thiện để tạo điều kiện thuận lợi cho các doanh nghiệp tham gia vào lĩnh vực này.

2.2. Thách thức về công nghệ sản xuất

Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học tại Việt Nam vẫn còn hạn chế. Việc áp dụng công nghệ tiên tiến và cải tiến quy trình sản xuất là cần thiết để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí sản xuất.

III. Phương pháp nghiên cứu và giải pháp phát triển nhiên liệu sinh học

Để phát triển nhiên liệu sinh học, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại và các giải pháp sáng tạo. Việc hợp tác giữa các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp là rất quan trọng để thúc đẩy sự phát triển của ngành này.

3.1. Hợp tác nghiên cứu giữa các bên liên quan

Hợp tác giữa các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp sẽ tạo ra một hệ sinh thái hỗ trợ cho việc phát triển nhiên liệu sinh học. Các dự án nghiên cứu chung có thể giúp chia sẻ kiến thức và tài nguyên.

3.2. Ứng dụng công nghệ mới trong sản xuất

Việc áp dụng công nghệ mới trong sản xuất nhiên liệu sinh học sẽ giúp nâng cao hiệu quả và giảm chi phí. Các công nghệ như lên men, chiết xuất và xử lý chất thải cần được nghiên cứu và phát triển.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu nhiên liệu sinh học

Nhiều dự án nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học đã mang lại kết quả tích cực tại Việt Nam. Các nhà máy sản xuất ethanol và biodiesel đã được xây dựng, góp phần vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra nguồn năng lượng bền vững.

4.1. Các dự án thành công trong sản xuất nhiên liệu sinh học

Một số dự án sản xuất nhiên liệu sinh học đã thành công, như nhà máy ethanol tại Bình Phước và các nhà máy biodiesel tại miền Nam. Những dự án này không chỉ cung cấp năng lượng mà còn tạo ra việc làm cho người dân.

4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng nhiên liệu sinh học có thể giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm chi phí năng lượng. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc áp dụng nhiên liệu sinh học có thể giúp Việt Nam đạt được các mục tiêu phát triển bền vững.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nhiên liệu sinh học tại Việt Nam

Tương lai của nhiên liệu sinh học tại Việt Nam rất hứa hẹn. Với sự quan tâm ngày càng tăng từ chính phủ và các tổ chức, ngành công nghiệp này có thể phát triển mạnh mẽ trong những năm tới. Cần có các chính sách hỗ trợ và đầu tư để thúc đẩy sự phát triển bền vững.

5.1. Triển vọng phát triển nhiên liệu sinh học

Triển vọng phát triển nhiên liệu sinh học tại Việt Nam rất tích cực. Các nguồn tài nguyên phong phú và nhu cầu năng lượng ngày càng tăng sẽ tạo điều kiện cho ngành này phát triển.

5.2. Các khuyến nghị cho chính sách phát triển

Cần có các khuyến nghị chính sách rõ ràng để hỗ trợ phát triển nhiên liệu sinh học. Các chính sách này nên tập trung vào việc khuyến khích đầu tư, nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự cạn kiệt nhanh chóng của các nguồn năng lượng hóa thạch đang đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với an ninh năng lượng toàn cầu và sự phát triển bền vững. Các báo cáo thống kê quốc tế chỉ ra rằng, với tốc độ khai thác khoảng 85,9 triệu thùng mỗi ngày, trữ lượng dầu mỏ thế giới dự kiến sẽ cạn kiệt sau khoảng 43 năm. Đồng thời, nguồn khí thiên nhiên với sản lượng khai thác 19 tỷ thùng dầu quy đổi (BBOE) mỗi ngày chỉ còn đủ duy trì trong 60 năm, và than đá với mức khai thác 29,85 BBOE mỗi ngày sẽ cạn kiệt sau tối đa 148 năm. Tại Việt Nam, quá trình công nghiệp hóa và gia tăng phương tiện giao thông cơ giới đã kéo theo mức phát thải khí nhà kính ngày càng lớn, gia tăng các khí độc hại như carbon monoxide (CO), hydrocacbon (HC), oxit nitơ (NOx) và oxit lưu huỳnh (SOx).

Trước bối cảnh đó, việc chuyển dịch sang năng lượng tái tạo là giải pháp mang tính sống còn. Trong các nguồn năng lượng mới, năng lượng sinh học được đánh giá là phù hợp nhất với điều kiện tự nhiên và trình độ kỹ thuật của Việt Nam. Luận văn tập trung đánh giá bức tranh toàn cảnh về tình hình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng ba nhóm nhiên liệu sinh học chủ đạo gồm cồn sinh học (ethanol), diesel sinh học (biodiesel) và khí sinh học (biogas) trên các hệ thống động lực tại Việt Nam cho đến năm 2012.

Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc cung cấp luận cứ khoa học để hoàn thiện thể chế chính sách, hướng tới hiện thực hóa Quyết định số 177/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về việc đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu toàn quốc vào năm 2015 và nâng lên 5% vào năm 2025, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết nhiệt động lực học của động cơ đốt trong, bao gồm nguyên lý chu trình Otto đối với động cơ xăng và chu trình Diesel đối với động cơ diesel. Để phân tích khả năng thay thế của nhiên liệu sinh học, luận văn áp dụng lý thuyết chuyển hóa hóa học thông qua phản ứng este hóa (Transesterification) biến đổi triglyceride trong dầu mỡ động thực vật thành methyl hoặc ethyl ester của axit béo, cùng với cơ chế phản ứng lên men yếm khí phân hủy chất thải hữu cơ để sinh khí methane (CH4).

Bốn khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa trong nghiên cứu gồm:

• Xăng sinh học (Ethanol biến tính): Nhiên liệu cồn sinh học được sản xuất từ tinh bột hoặc đường, pha trộn với xăng thương phẩm theo các tỷ lệ như E5 (5% ethanol, 95% xăng khoáng) hoặc E10.
• Diesel sinh học (Biodiesel B100): Hợp chất mono-alkyl ester của các axit béo mạch dài có nguồn gốc từ mỡ động vật hoặc dầu thực vật, đạt tiêu chuẩn phối trộn B5 (5% biodiesel) mà không cần hoán cải động cơ.
• Khí sinh học (Biogas): Hỗn hợp khí sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí chất thải nông nghiệp, chứa từ 55% đến 70% khí CH4 và nhiệt trị đạt khoảng 20 đến 25 MJ/m3.
• Chỉ số Octan/Cetan và độ nhớt động học: Các thông số nhiệt lý quyết định đặc tính chống kích nổ, độ êm dịu khi khởi động và chất lượng quá trình phun tơi nhiên liệu trong buồng cháy.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp từ hơn 50 công trình khoa học chuyên ngành trong và ngoài nước, hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia bao gồm TCVN 7716:2007 đối với ethanol nhiên liệu biến tính, TCVN 7717:2007 đối với diesel sinh học B100, và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01:2009/BKHCN.

Phương pháp chọn mẫu được thực hiện theo nguyên tắc chọn mẫu có chủ đích (purposive sampling), tập trung khảo sát dữ liệu thực nghiệm từ 5 dự án nhà máy cồn sinh học quy mô công nghiệp tại Dung Quất, Phú Thọ, Bình Phước, Đắk Lắk, Quảng Nam cùng 7 dự án và mô hình sản xuất biodiesel tiêu biểu từ mỡ cá tra, cá basa và cây dầu mè (Jatropha curcas). Cỡ mẫu thực nghiệm kỹ thuật bao gồm chuỗi thử nghiệm độ bền kéo dài 455 giờ trên động cơ tĩnh tại và các bài kiểm tra thực địa trên phương tiện xe máy 110cc cùng động cơ diesel 6 xy-lanh.

Phương pháp phân tích tổng hợp, so sánh định lượng và đánh giá đa tiêu chí được lựa chọn nhằm đối chiếu chính xác các thông số nhiệt trị, độ nhớt, mức tiêu hao nhiên liệu và thành phần khí thải giữa nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống. Toàn bộ chuỗi dữ liệu được xử lý tập trung trong khung thời gian từ năm 2007 đến năm 2012, phản ánh bức tranh toàn cảnh mang tính cập nhật cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã làm rõ các kết quả kỹ thuật và thực trạng thị trường thông qua bốn phát hiện cốt lõi:

Thứ nhất, tiềm năng nguyên liệu sinh học tại Việt Nam phân hóa rõ rệt về mặt năng suất. Nguồn sinh khối từ tảo biển cho năng suất dầu cao nhất đạt từ 40 đến 120 tấn dầu/ha/năm, vượt trội hoàn toàn so với dầu cọ đạt 5,1 tấn dầu/ha/năm và cây Jatropha đạt từ 2,1 đến 2,6 tấn dầu/ha/năm. Nguồn mỡ cá tra và cá basa phế thải từ ngành công nghiệp chế biến thủy sản vùng Đồng bằng sông Cửu Long cung cấp hàng trăm nghìn tấn nguyên liệu giá rẻ mỗi năm phục vụ sản xuất biodiesel.

Thứ hai, thử nghiệm vận hành động cơ khẳng định tính an toàn kỹ thuật cao. Sau 455 giờ vận hành liên tục trên băng tải thử nghiệm, mức độ hao mòn cơ học của xupap và xylanh ở động cơ chạy xăng E5 hoàn toàn tương đương với động cơ chạy xăng khoáng A92. Đồng thời, hàm lượng phát thải khí độc CO và hydrocacbon (HC) giảm từ 15% đến 25% khi sử dụng nhiên liệu sinh học.

Thứ ba, quy mô đầu tư công nghiệp phát triển nhanh chóng nhưng gặp độ trễ về tiến độ. Giai đoạn 2009 - 2011, Việt Nam đã phê duyệt và khởi công 5 nhà máy sản xuất ethanol với tổng công suất thiết kế 365.000 tấn/năm, tương đương khả năng cung ứng pha chế khoảng 7,3 triệu lít xăng E5 thương phẩm mỗi năm. Điển hình như Nhà máy Bio-Ethanol Dung Quất với công suất 100 triệu lít/năm đã chính thức cho ra lò mẻ sản phẩm đầu tiên vào đầu năm 2012.

Thứ tư, rào cản kinh tế và cạnh tranh sinh thái đặt ra thách thức lớn. Giá thành các loại dầu thực vật tinh chế trong nước còn rất cao (dầu dừa khoảng 149.000 đồng/lít, dầu đậu nành khoảng 46.000 đồng/lít) so với dầu diesel khoáng ở mức 21.850 đồng/lít. Việc dựa vào tinh bột sắn và ngô để sản xuất ethanol sinh học tiềm ẩn rủi ro phá vỡ quy hoạch an ninh lương thực quốc gia.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân giúp nhiên liệu sinh học giảm phát thải ô nhiễm bắt nguồn từ thành phần hóa học chứa sẵn từ 9% đến 16% hàm lượng oxy tự do trong phân tử, giúp hòa khí cháy kiệt ngay cả trong điều kiện thiếu khí cục bộ. Tuy nhiên, tính chất háo nước của ethanol và độ nhớt động học của dầu thực vật thô (đạt từ 30 đến 95 cSt ở 20 độ C, cao gấp 10 lần so với diesel khoáng) giải thích vì sao cần phải qua phản ứng chuyển vị este để đạt độ nhớt tiêu chuẩn từ 1,9 đến 6,0 mm2/s (theo TCVN 7717:2007) nhằm ngăn chặn hiện tượng tắc kim phun và đóng cặn buồng đốt.

So với các cường quốc như Brazil (nơi hơn 90% ô tô mới sử dụng xăng cồn E85 - E100 sản xuất từ mía) hay Mỹ (quy định đạt 36 tỷ gallon nhiên liệu tái tạo vào năm 2022), việc phát triển nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất từ cây lương thực tại Việt Nam cần chuyển dần sang thế hệ thứ hai từ cellulose rơm rạ và sinh khối vi tảo. Các dữ liệu thực nghiệm trong luận văn được mô hình hóa trực quan qua bảng so sánh tính chất hóa lý và đồ thị biến thiên phát thải, chứng minh rằng tỷ lệ pha trộn B5 và E5 là ngưỡng an toàn tuyệt đối cho mọi dòng phương tiện mà không đòi hỏi thay đổi kết cấu cơ khí.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả phân tích toàn diện, luận văn đề xuất bốn nhóm giải pháp hành động chiến lược:

1. Hoàn thiện khung khổ pháp lý và cơ chế trợ giá: Ban hành lộ trình bắt buộc sử dụng xăng E5 và diesel B5 trên phạm vi toàn quốc trước năm 2015, kết hợp chính sách miễn giảm thuế tiêu thụ đặc biệt và hỗ trợ giá bán lẻ để sản phẩm nhiên liệu sinh học thấp hơn xăng khoáng tối thiểu 500 đến 1.000 đồng/lít (Chủ thể thực hiện: Bộ Công Thương phối hợp với Bộ Tài chính).

2. Quy hoạch vùng nguyên liệu chuyên canh phi thực phẩm: Tổ chức quy hoạch và khoanh vùng khoảng 9 triệu hecta đất trống, đồi núi trọc và dải đất ven đường quốc lộ để trồng cây có dầu như Jatropha, cỏ chịu hạn và phát triển các trung tâm nuôi trồng vi tảo biển, tuyệt đối không chuyển đổi đất lúa và hoa màu sang trồng cây nhiên liệu (Chủ thể thực hiện: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với Ủy ban nhân dân các tỉnh).

3. Đẩy mạnh nghiên cứu và chuyển giao công nghệ nhiên liệu thế hệ mới: Đầu tư ngân sách trọng điểm cho các dự án chiết xuất ethanol từ rơm rạ, phụ phẩm nông nghiệp chứa cellulose và tối ưu hóa hệ thống tách tạp chất khí hydro sunfua (H2S), carbon dioxide (CO2) trong biogas, đặt mục tiêu nội địa hóa công nghệ chuyển hóa sinh khối trước năm 2020 (Chủ thể thực hiện: Bộ Khoa học và Công nghệ cùng các Viện nghiên cứu chuyên ngành).

4. Nâng cấp hạ tầng tồn trữ và mạng lưới phân phối: Đầu tư cải tạo các bồn bể chứa nhiên liệu, thay thế các gioăng đệm cao su tự nhiên bằng vật liệu fluoro-polymer hoặc Teflon chống ăn mòn tại 100% trạm bán lẻ xăng lẻ của hệ thống phân phối dầu khí, đảm bảo thời hạn lưu trữ nhiên liệu B100 không quá 6 tháng (Chủ thể thực hiện: Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, Tổng công ty Dầu Việt Nam và các doanh nghiệp đầu mối).

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc, đặc biệt hữu ích cho bốn nhóm độc giả sau:

1. Các cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở dữ liệu vĩ mô và phân tích kinh tế - môi trường phục vụ việc xây dựng quy chuẩn kỹ thuật, phê duyệt dự án năng lượng và điều chỉnh quy hoạch an ninh năng lượng quốc gia.

2. Các tập đoàn, doanh nghiệp sản xuất và phân phối năng lượng: Hỗ trợ các kỹ sư và nhà quản lý tại các đơn vị dầu khí nắm vững các tiêu chuẩn kỹ thuật (TCVN 7716, TCVN 7717), thông số thiết kế nhà máy cồn sinh học và giải pháp khắc phục ăn mòn thiết bị tàng trữ.

3. Kỹ sư cơ khí động lực, chế tạo máy và công nghệ ô tô: Cung cấp tài liệu thực nghiệm chi tiết về đặc tính phun tơi, áp suất cháy, mức độ hao mòn cơ cấu phối khí và giải pháp ứng dụng bộ phụ kiện hoán cải động cơ lưỡng nhiên liệu biogas-xăng trên xe máy và máy phát điện.

4. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Năng lượng, Hóa kỹ thuật và Môi trường: Đóng vai trò là nguồn tài liệu tham khảo hệ thống với chuỗi dữ liệu phong phú về sinh khối, quy trình este hóa và đánh giá vòng đời phát thải khí nhà kính.

Câu hỏi thường gặp

Xăng sinh học E5 có làm hư hỏng các chi tiết cao su và làm mòn động cơ xe máy không? Kết quả thử nghiệm liên tục trong 455 giờ cho thấy xăng E5 hoàn toàn an toàn đối với các vật liệu chế tạo động cơ thông thường. Nồng độ 5% ethanol không làm trương nở gioăng cao su tiêu chuẩn và mức độ hao mòn cơ khí xupap, xylanh tương đương với xăng khoáng A92.

Nguồn nguyên liệu nào sản xuất Biodiesel có tính khả thi kinh tế cao nhất tại Việt Nam? Mỡ cá tra và cá basa phế phẩm tại khu vực miền Tây Nam Bộ là nguồn nguyên liệu kinh tế nhất nhờ sản lượng dồi dào, giá thành thấp và không cạnh tranh trực tiếp với đất trồng cây lương thực, giúp các nhà máy giảm chi phí đầu vào so với sử dụng dầu thực vật tinh luyện.

Khí sinh học Biogas cần xử lý như thế nào trước khi nạp vào động cơ đốt trong? Biogas thô cần được dẫn qua hệ thống bình lọc chứa phoi sắt để tách sạch khí độc H2S nhằm tránh gây axit hóa dầu bôi trơn, đồng thời đi qua tháp sấy khô và tháp hấp thụ CO2 để nâng cao nhiệt trị trước khi hòa trộn vào buồng cháy động cơ.

Tại sao việc sản xuất cồn sinh học từ ngô và sắn lại tiềm ẩn nguy cơ xã hội? Việc sử dụng ngô và tinh bột sắn dễ dẫn đến tình trạng nông dân phá bỏ diện tích trồng lúa để chạy theo cây nguyên liệu, làm giảm sản lượng lương thực, đẩy giá nông sản tăng cao và gây hiện tượng bạc màu đất do tập quán độc canh kéo dài.

Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia nào đang kiểm soát chất lượng nhiên liệu sinh học? Chất lượng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam được quản lý chặt chẽ bởi tiêu chuẩn TCVN 7716:2007 đối với ethanol biến tính pha xăng, TCVN 7717:2007 đối với diesel sinh học B100 và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01:2009/BKHCN về chỉ tiêu chất lượng xăng dầu và nhiên liệu sinh học.

Kết luận

• Đã hệ thống hóa toàn diện bức tranh nghiên cứu và phát triển 3 nhóm nhiên liệu sinh học chủ đạo gồm ethanol, biodiesel và biogas tại Việt Nam giai đoạn đến năm 2012.
• Chứng minh tính tương thích cơ học và hiệu quả bảo vệ môi trường vượt trội của xăng E5 và diesel B5, giúp giảm 15% đến 25% phát thải khí độc hại trên động cơ đốt trong.
• Chỉ rõ những điểm nghẽn về giá thành nguyên liệu dầu thực vật cao và nguy cơ đe dọa an ninh lương thực nếu tiếp tục lạm dụng các cây trồng chứa tinh bột.
• Khẳng định hướng đi chiến lược trong việc làm chủ công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai từ phụ phẩm nông nghiệp và sinh khối vi tảo biển.
• Đề xuất hệ thống giải pháp đồng bộ kết hợp hoàn thiện thể chế hỗ trợ giá, quy hoạch 9 triệu hecta đất đồi trọc và nâng cấp cơ sở hạ tầng phân phối chuyên dụng.

Đóng góp quan trọng nhất của luận văn là đã đặt nền móng lý thuyết và thực nghiệm vững chắc, giúp định hình lộ trình chuyển đổi nhiên liệu sạch trong giao thông vận tải giai đoạn 2015 - 2025. Để tiếp tục hoàn thiện công nghệ, các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung tối ưu hóa các chất phụ gia chống oxy hóa cho biodiesel và thử nghiệm đại trà công nghệ lên men rơm rạ quy mô công nghiệp. Hãy liên hệ với tác giả hoặc bộ môn Kỹ thuật Động lực để trao đổi học thuật và tiếp cận trọn bộ dữ liệu thực nghiệm chi tiết của công trình này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý Do Chọn Đề Tài Những thách thức đối với nguồn năng lượng truyền 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 đã 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. Ở Việt Nam vấn đề nguồn năng thay thế mới cũng đang được quan tâm rất nhiều. Sự cần thiết triển khai nghiên cứu đề 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 1 Đánh giá bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam 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 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.

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 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.2 Mục Tiêu Nghiên Cứu - 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. - Đánh giá bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu, ứng dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam.

- Đưa ra các kết luận và kiến nghị để phát triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam.3 Đối Tượng Nghiên Cứu Các nguồn tài liệu đã và đang được đề cập để nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học trên động cơ đốt trong phổ biến ở Việt Nam. 2 Đánh giá bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam 1.4 Điểm Mới Của Đề Tài - Đã 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 học ở Việt Nam.5 Phương Pháp Nghiên Cứu - 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.6 Phạm Vi Nghiên Cứu Các vấn đề cần nghiên cứu: - 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 dùng cho ngành động lực.

- 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: - Chủ trương của nhà nước. - Các chính sách và luật pháp. - Kỹ thuật nuôi trồng, khai thác, chế biến và sử dụng.

3 Đánh giá bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam Chương II TỔNG QUAN 2.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu mới cho động cơ đốt trong hiện nay 2.1 Trên thế giới Trong tình hình giá dầu đang leo thang và tình trạng ô nhiễm môi trường không khí do nhiên liệu hóa thạch gây ra hiện nay, rất nhiều nước trên thế giới đang quay lại nghiên cứu nhiên liệu sinh học, nguồn nhiên liệu mới sử dụng cho động cơ đốt trong. 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 4 Đánh giá bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam 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 đã 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) đã 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) đã 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 5 Đánh giá bức tranh toàn cảnh tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam 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].