LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt của các nguồn nguyên liệu hóa thạch đã và đang là vấn đề được nhiều nước trên thế giới đặc biệt quan tâm. Do vậy, việc nghiên cứu các nguồn năng lượng mới thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch nhằm đảm bảo an ninh năng lượng, thân thiện với môi trường, tránh và giảm thiểu những tác động to lớn đến môi trường trái đất như: Hiện tượng hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên (do thải ra nhiều khí CO 2) và các khí thải như: H2S, SOX, CO… làm mưa axit, đang là xu thế mới của khoa học hiện nay. Tuy nhiên, phương pháp nào có thể phổ biến rộng rãi trong thực tiễn thì vẫn còn trong quá trình nghiên cứu. Các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra rất nhiều giải pháp khác nhau, sử dụng các dạng năng lượng khác nhau như: Năng lượng mặt trời, năng lượng thủy, năng lượng gió, nhiên liệu sinh học… Trong số các dạng năng lượng mới này thì nguyên liệu sinh học được quan tâm hơn cả vì nó được sản xuất từ loại nguyên liệu có thể trồng trọt được và khí thải gây ô nhiễm môi trường là rất ít.
Điển hình là nhiên liệu sinh học Biodiesel đang được nghiên cứu ở Việt Nam. Hiện nay động cơ diesel có tỉ số nến cao, do đó trên thế giới đang có xu hướng diesel hóa động cơ nên nhiên liệu biodiesel được quan tâm hơn cả. Biodiesel được coi là một loại nhiên liệu sinh học, khi trộn với diesel theo một tỉ lệ thích hợp làm cho nhiên liệu diesel giảm đáng kể lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường mà ta không phải cải tiến động cơ. Biodiesel được sản xuất từ các loại dầu thực vật, mỡ động vật, thậm chí từ các loại dầu thải… Trên thế giới đã có rất nhiều nước nghiên cứu sản xuất và sử dụng biodiesel như là phụ gia cho nhiên liệu diesel tiêu biểu như Đức, Mỹ, Pháp… Việt Nam là một nước nông nghiệp do vậy có nguồn thực vật phong phú, việc sử dụng chúng trong sản xuất nhiên liệu sinh học sẽ có giá trị khoa học và thực tiễn lớn.
Trong bản luận văn tốt nghiệp này tôi đề cập tới vấn đề sau: Nghiên cứu chế tạo năng lượng thân thiện môi trường từ dầu thực vật trên xúc tác Na2CO3 Sinh viên: Trần Thị Tỏ - MT1101 4 Khoá luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường PHẦN 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1. Tổng quan về nhiên liệu 1. Khái quát về nhiên liệu diesel và nhiên liệu khoáng [1,2,6,7] Như chúng ta đã biết, năng lượng nói chung và nhiên liệu dùng cho giao thông vận tải nói riêng đóng vai trò thiết yếu cho sự phát triển của kinh tế xã hội và nâng cao chất lượng cuộc sống.
Hiện nay, sự phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật càng ngày càng được phát triển và hoàn thiện. Để đáp ứng được sự phát triển của nền kinh tế và KHKT thì ngành năng lượng phải được phát triển cả về số lượng và chất lượng, vì năng lượng được ví là đầu tầu để thúc đẩy sự phát triển kinh tế của một quốc gia, an ninh năng lượng gắn liền với an ninh kinh tế và an ninh quốc gia. Các nguồn năng lượng đang được sử dụng hiện nay trên thế giới chủ yếu là nguồn năng lượng hóa thạch như than, dầu mỏ và nguồn năng lượng thủy điện, hạt nhân… Trong đó, nguồn năng lượng dầu mỏ quan trọng nhất chiếm 65% năng lượng sử dụng trên thế giới, trong khi đó than đá chiếm 20% - 22%, 5% - 6% từ năng lượng nước và 8% - 25% từ năng lượng hạt nhân. Ta thấy rằng dạng năng lượng hóa thạch dần dần bị cạn kiệt.
Theo như dự đoán của tập đoàn BP thì trữ lượng dầu mỏ đã thăm dò trên toàn cầu là 150 tỷ tấn. Năm 2003 lượng dầu mỏ tiêu thụ trên toàn thế giới là 3,6 tỷ tấn, do vậy nếu như không phát hiện ra mỏ nào trên thế giới thì nguồn dầu mỏ này sẽ bị cạn kiệt trong vòng 41 năm. Trong khi đó thì lượng tiêu thụ dầu mỏ ngày càng tăng cùng với sự bùng nổ dân số và sự phát triển liên tục của các phương tiện giao thông, dự kiến đến năm 2050 trên toàn thế giới sẽ có khoảng 1 tỷ ô tô các loại. Tất cả lý do trên làm đẩy giá dầu lên cao, hiện nay giá dầu thô trên thế giới dao động từ 85$ - 90$ một thùng.
Mặt khác, lượng dầu mỏ lại tập trung ở những khu vực bất ổn như Trung Đông (chiếm 2/3 trữ lượng dầu mỏ thế giới) Trung Á, Trung Phi. Điều này làm mỗi khi có cuộc khủng hoảng về dầu mỏ làm nền kinh tế nhiều nước bị khủng hoảng trầm trọng đặc biệt là các nước nghèo, các nước không có nguồn tài nguyên dầu mỏ. Các khảo sát của tổ chức quốc tế cho hay tốc độ phát triển công nghiệp Sinh viên: Trần Thị Tỏ - MT1101 5 Khoá luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường toàn cầu đang suy giảm do giá dầu tăng như ở Mỹ, EU và các nước Châu Á, Việt Nam cũng không nằm ngoài số đó. Việt Nam là một nước có tiềm năng dầu khí không phải lớn lắm, tuy nhiên vài năm gần đây ta đã khai thác được dầu và đang được xuất khẩu dưới dạng dầu thô còn các sản phẩm dầu ta vẫn phải nhập khẩu.
Năm 2003 tiêu thụ năng lượng thương mại ở nước ta là 205 kg/người, chỉ bằng 20% mức bình quân trên thế giới. Xăng dầu của chúng ta dùng cho giao thông vận tải chiếm 30% nhu cầu năng lượng cả nước ta vẫn phải nhập khẩu. Trong tương lai với sự xuất hiện của 3 nhà máy lọc dầu LD-1 (Dung Quất), LD-2 (Nghi Sơn), LD-3 hy vọng sẽ đáp ứng nhu cầu năng lượng cho đất nước.1: Cơ cấu sản phẩm nhiên liệu LD-1 LD-2 LD-3 Tổng số trước Sản phẩm (2008) (2011-2012) (2017-2018) năm 2020 Xăng 2.760 Kerosen 0 200 200 400 JA1 280 200 200 680 FO 120 270 270 660 Tổng số xăng dầu 5.700 Tổng số xăng, diesel 5.960 (Viện chiến lược phát triển - Bộ KHKT) Nhà máy lọc dầu LD-3 chưa có số liệu, ước tính có cơ cấu sản phẩm như LD-2. Theo bảng trên đến trước năm 2020 khi cả 3 nhà máy lọc dầu với tổng công xuất 20-22 triệu tấn dầu vào hoạt động sẽ cung cấp 15-16 tấn xăng diesel trong tổng nhu cầu khoảng 27-28 triệu tấn.
Như vậy, khi cả 3 nhà máy đi vào hoạt động thì ta vẫn còn thiếu đáng kể. Sinh viên: Trần Thị Tỏ - MT1101 6 Khoá luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường Bảng 1.2: Cân đối nhiên liệu xăng, diesel đến năm 2020 Sản phẩm 2001 2005 2008 2010 2012 2015 2018 2020 Dân số (triệu người) Tổng nhu cầu 5.564 700 Khả năng cung 5.660 cấp trong nước LD-1 LD-2 LD-3 sat) 5.904 Thiếu(-) (100%) (92%) (52,78%) (36%) (25%) Tiêu dùng 104 146 174 196 (kg/ng/năm) (Viện chiến lược phát triển - Bộ KHKT) Khi sử dụng các nguồn nguyên liệu hóa thạch thì gặp phải một vấn đề lớn đó là ô nhiễm môi trường. Đây là một vấn đề lớn mà các nước trên thế giới đang quan tâm, nước ta cũng không nằm ngoài vấn đề đó. Sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây tác động lớn đến môi trường toàn cầu như gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên (do nhiên liệu hóa thạch thải nhiều khí CO2), gây lên mưa axít (thải khí SOx) và các khí độc hại với sức khỏe con người như hydro cacbon thơm, CO… Do vậy, việc nâng cao chất lượng các sản phẩm nhiên liệu giảm lượng khí thải và tìm kiếm nhiên liệu mới đang được quan tâm Đối với động cơ diesel có tỉ số nén cao hơn động cơ xăng, giá thành diesel lại rẻ hơn nhiều so với động cơ xăng do vậy trên thế giới đang có xu hướng diesel hóa động cơ diesel.
Do vậy, vấn đề để làm sạch diesel đang được quan tâm. Có rất nhiều phương pháp nhưng nhìn chung có bốn phương pháp chính sau: Phương pháp pha trộn: Đó là sử dụng việc pha trộn giữa nhiên liệu diesel sạch với nhiên liệu diesel bẩn thu được nhiên liệu diesel đảm bảo chất lượng. Phương pháp này có hiệu quả kinh tế cao, có thể pha trộn với các tỷ lệ khác nhau để có nhiên liệu diesel thỏa mãn yêu cầu. Tuy nhiên, trên thế giới có rất ít dầu mỏ chứa ít thành phần phi hydrocacbon (dầu mở sạch), mà chủ yếu là Sinh viên: Trần Thị Tỏ - MT1101 7 Khoá luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường dầu mỏ có thành phàn phi hydrocacbon cao.
Vì vậy, phương pháp này cũng không phải là phương pháp khả thi. Phương pháp hydro hóa làm sạch: Phương pháp này có ưu điểm là hiệu quả làm sạch rất cao, các hợp chất phi hydrocacbon được giảm xuống thấp nên nguyên liệu diesel rất sạch. Tuy nhiên, phương pháp này ít được lựa chọn vì vốn đầu tư khá cao khoảng 60 dến 80 triệu đô la cho một phân xưởng hydro hóa. Phương pháp nhũ hóa nhiên liệu diesel: Đưa nước vào nhiên liệu diesel và tạo thành dạng nhũ tương.
Loại nhiên liệu này có nồng độ oxy cao hơn nên quá trình cháy sạch hơn phương pháp này nếu thực hiện được thì không những giảm được ô nhiễm môi trường mà còn có giá trị kinh tế rất cao. Nhưng phương pháp này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Phương pháp đưa các hợp chất chứ oxy vào nhiên liệu: Đó là biodiesel. Dạng nhiên liệu này có nồng độ oxy cao hơn, thêm vào đó là nhiên liệu sinh học lại có ít tạp chất, vì vậy quá trình cháy sạch, ít tạo cặn Trong bốn phương pháp trên thì phương pháp thứ tư là phương pháp được nhiều nước quan tâm nhất và tập trung nghiên cứu nhiều nhất, vì đây là phương pháp lấy từ nguồn nguyên liệu sinh học, đó là một nguồn nguyên liệu vô tạn, tái sử dụng được, hơn nữa nhiên liệu này khi cháy tạo rất ít các khí thải như: COx, SOx, H2S, Hydro cacbon thơm… Các khí này là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường Biodiesel là một nhiên liệu sinh học điển hình, nó được điều chế từ dầu thực vật (dầu dừa, dầu bong, dầu hạt hướng dương, dầu cọ, dầu đậu nành,…) hoặc là mỡ động vật sạch hoặc là phế thải.
Đây là những nguyên liệu không độc hại, có khả năng phân hủy sinh học, có thể trồng trọt và chăn nuôi được.