Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu biodiesel từ nhiên liệu sinh học và xúc tác cao

Nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ nguyên liệu phế thải với xúc tác cao, góp phần phát triển năng lượng tái tạo và bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Võ Nhị Kiều
• Người hướng dẫn: TS. Tống Thị Minh Thu
• Trường học: Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu
• Chuyên ngành: Kỹ thuật – Kinh Tế biển
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Nhiên Liệu Sinh Học (Biodiesel) Với Xúc Tác CaO Được Nung Từ Các Nguồn Nguyên Liệu Phế Thải
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Bà Rịa - Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học biodiesel
• 1.1.1. Sơ lược về biodiesel
• 1.1.2. Ưu, nhược điểm của nhiên liệu biodiesel
• 1.1.3. Tiềm năng sử dụng biodiesel
• 1.1.4. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng biodiesel trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.2. Tổng quan nguyên liệu cho sản xuất biodiesel
• 1.2.1. Mỡ thực vật
• 1.2.2. Mỡ động vật
• 1.2.3. Ưu, nhược điểm của xúc tác đồng thể, dị thể
• 1.2.4. Ưu, nhược điểm xúc tác CaO
• 1.2.5. Ưu, nhược điểm xúc tác bentonic
• 1.3. Tổng quan quy trình tổng hợp biodiesel
• 1.3.1. Quy trình tổng hợp biodiesel
• 1.3.2. Tổng hợp biodiesel theo phương pháp trao đổi este
• 1.3.3. Một số công trình nghiên cứu, tổng hợp biodiesel
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM
• 2.1. Phương tiện nghiên cứu
• 2.2. Dụng cụ-thiết bị
• 2.3. Đánh giá chất lượng nguyên liệu
• 2.3.1. Thành phần dầu ăn thải
• 2.3.2. Xử lý sơ bộ nguyên liệu
• 2.3.3. Phân tích các tính chất của dầu thực vật
• 2.3.4. Lựa chọn nguồn nguyên liệu CaCO3 trong tự nhiên
• 2.4. Bố trí thí nghiệm
• 2.5. Quy trình phân tách sản phẩm
• 2.6. Phương pháp kiểm tra hàm lượng CaCO3
• 2.7. Điều chế xúc tác CaO
• 2.8. Đánh giá tính chất hóa lý của xúc tác
• 2.9. Thiết lập, mô tả quy trình thực nghiệm
• 2.10. Quy trình tái sử dụng xúc tác CaO trong tổng hợp biodiesel
• 2.11. Phân tích các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu biodiesel
• 2.12. Phương pháp phân tích chất lượng sản phẩm biodiesel
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
• 3.1. Khảo sát nguyên liệu và điều kiện để điều chế xúc tác
• 3.1.1. Tính chất hóa lý trước và sau xử lý
• 3.1.2. Khảo sát nhiệt độ nung cho vỏ trứng gà
• 3.1.3. Đánh giá chất lượng của xúc tác sau khi điều chế
• 3.1.4. Kiểm tra các tính chất hóa lý của xúc tác bằng TGA, SEM, TEM, XRD, IR
• 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp biodiesel
• 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp châm mẫu từng giai đoạn
• 3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 3.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol methanol/dầu
• 3.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác
• 3.2.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 3.2.6. So sánh sản phẩm B.O khi sử dụng xúc tác CaO nung từ vỏ trứng gà với xúc tác CaO thương mại
• 3.2.7. Khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác CaO
• 3.2.8. Khảo sát khả năng xúc tác của hỗn hợp CaO/Bentonit
• 3.2.9. So sánh sản phẩm B.O khi sử dụng MeOH tinh khiết và MeOH thường
• 3.3. Phân tích thành phần sản phẩm Biodiesel
• 3.3.1. So sánh tính chất hóa lý của biodiesel với Diesel
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về biodiesel

Biodiesel là một loại nhiên liệu sinh học, được sản xuất từ nhiên liệu sinh học như dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Quá trình sản xuất biodiesel thường thông qua phản ứng transester hóa, trong đó triglycerides được chuyển đổi thành các este alkyl. Biodiesel có nhiều ưu điểm như trị số cetan cao, hàm lượng lưu huỳnh thấp, và khả năng tự phân hủy tốt. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm như dễ bị oxi hóa và chi phí sản xuất cao hơn so với diesel truyền thống. Việc sử dụng biodiesel không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào an ninh năng lượng quốc gia.

1.1. Ưu nhược điểm của biodiesel

Ưu điểm của biodiesel bao gồm trị số cetan cao, giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn. Hàm lượng lưu huỳnh thấp trong biodiesel giúp giảm khí thải độc hại. Tuy nhiên, biodiesel dễ bị oxi hóa và có chi phí sản xuất cao hơn so với diesel truyền thống. Việc tìm kiếm nguồn nguyên liệu rẻ và bền vững cho sản xuất biodiesel là rất cần thiết.

II. Nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel

Nguồn nguyên liệu chính cho sản xuất biodiesel bao gồm mỡ thực vật và mỡ động vật. Việc sử dụng nhiên liệu tái tạo như dầu ăn phế thải không chỉ giúp giảm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Xúc tác CaO được điều chế từ các nguồn phế thải như vỏ trứng gà cũng là một giải pháp hiệu quả. Việc tận dụng các nguồn nguyên liệu này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu chất thải ra môi trường.

2.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất biodiesel

Trên thế giới, nhiều quốc gia đã bắt đầu nghiên cứu và sản xuất biodiesel từ những năm 1980. Các nhà máy sản xuất chủ yếu tập trung ở châu Âu và châu Mỹ. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu biodiesel từ các nguồn nguyên liệu có sẵn như dầu ăn phế thải đang được chú trọng. Việc phát triển biodiesel không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn năng lượng bền vững cho tương lai.

III. Quy trình sản xuất biodiesel

Quy trình sản xuất biodiesel bao gồm nhiều bước, từ xử lý nguyên liệu đến tổng hợp và tinh chế sản phẩm. Việc sử dụng xúc tác CaO từ phế thải giúp giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả. Các yếu tố như tỷ lệ methanol, thời gian phản ứng và nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất biodiesel. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

3.1. Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm biodiesel

Chất lượng của biodiesel được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như trị số cetan, hàm lượng axit béo tự do và độ tinh khiết. Việc so sánh giữa biodiesel và diesel truyền thống cho thấy biodiesel có nhiều ưu điểm vượt trội về mặt môi trường và hiệu suất. Các phương pháp phân tích như sắc ký khí (GC) và phổ hồng ngoại (IR) được sử dụng để xác định thành phần và chất lượng của sản phẩm.

IV. Tác động môi trường của biodiesel

Việc sử dụng biodiesel có tác động tích cực đến môi trường. Biodiesel giúp giảm lượng khí thải độc hại như CO2, NOx và SOx. Nghiên cứu cho thấy rằng việc chuyển đổi từ diesel truyền thống sang biodiesel có thể giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư do ô nhiễm không khí. Hơn nữa, biodiesel có khả năng phân hủy sinh học, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

4.1. Tương lai của biodiesel

Tương lai của biodiesel rất hứa hẹn, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và áp lực bảo vệ môi trường. Việc phát triển công nghệ sản xuất biodiesel từ các nguồn nguyên liệu tái tạo sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhiên liệu sinh học, đặc biệt là biodiesel, đang trở thành giải pháp quan trọng nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt. Theo ước tính, lượng dầu mỏ tiêu thụ toàn cầu năm 2012 đạt khoảng 89,79 triệu thùng/ngày, đồng thời phát thải 33% lượng khí cacbon toàn cầu từ việc sử dụng dầu mỏ. Tại Việt Nam, việc phát triển biodiesel từ nguồn nguyên liệu sẵn có như dầu ăn phế thải và các phế phẩm tự nhiên là rất cần thiết nhằm giảm chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường. Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình tổng hợp biodiesel sử dụng xúc tác CaO được nung từ các nguồn nguyên liệu phế thải như vỏ trứng gà, vỏ sò, san hô, xương động vật, nhằm tối ưu hóa hiệu suất phản ứng và chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 3/2018 đến tháng 4/2019 tại thành phố Vũng Tàu, với phạm vi tập trung vào xử lý dầu ăn phế thải và điều chế xúc tác CaO từ phế phẩm tự nhiên. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất biodiesel quy mô công nghiệp, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường và chi phí sản xuất thông qua việc tận dụng nguồn nguyên liệu tái sinh và xúc tác tái sử dụng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết phản ứng transester hóa và cơ chế hoạt động của xúc tác bazơ rắn CaO. Phản ứng transester hóa là quá trình chuyển đổi triglyxerit trong dầu mỡ thành các ankyl este (biodiesel) và glyxerin bằng rượu bậc nhất (methanol) dưới tác dụng của xúc tác bazơ. Cơ chế xúc tác bazơ CaO bao gồm phản ứng tạo Ca(CH3O)2 hoạt tính cao xúc tác cho phản ứng trao đổi este, thúc đẩy quá trình chuyển hóa triglyxerit thành metyl este và glyxerin. Các khái niệm chính bao gồm: chỉ số axit (acid value) của dầu nguyên liệu, chỉ số iốt (iodine value) biểu thị mức độ không no của axit béo, tính chất vật lý của dầu (độ nhớt, tỷ trọng), và các đặc tính hóa lý của xúc tác CaO (được đánh giá bằng SEM, BET, IR, XRD). Ngoài ra, nghiên cứu cũng xem xét ưu nhược điểm của các loại xúc tác đồng thể và dị thể, trong đó CaO là xúc tác dị thể có khả năng tái sử dụng và chi phí thấp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm dầu ăn phế thải thu thập từ các nhà hàng tại Vũng Tàu và các phế phẩm tự nhiên như vỏ trứng gà, vỏ sò, san hô, xương động vật. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm gồm các bước: xử lý sơ bộ dầu ăn phế thải (lọc, tách axit béo tự do, rửa, sấy), điều chế xúc tác CaO bằng cách nung vỏ trứng gà ở nhiệt độ 950°C trong 3 giờ, thực hiện phản ứng transester hóa với các điều kiện tối ưu (tỷ lệ methanol/dầu 10:1, hàm lượng xúc tác 7%, nhiệt độ 60°C, thời gian 5 giờ). Phân tích sản phẩm sử dụng các kỹ thuật phổ hồng ngoại (IR), sắc ký khối phổ (GC-MS), sắc ký cột để tinh chế sản phẩm. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm nhiều lô thử nghiệm với các điều kiện phản ứng khác nhau để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, tỷ lệ methanol, hàm lượng xúc tác và thời gian phản ứng. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu đại diện từ các nguồn nguyên liệu thu thập tại địa phương. Timeline nghiên cứu kéo dài 13 tháng, từ tháng 3/2018 đến tháng 4/2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xử lý dầu ăn phế thải: Chỉ số axit giảm từ 1,139 xuống 0,488 sau xử lý, màu sắc chuyển từ vàng đen sang vàng sáng, loại bỏ hoàn toàn cặn bẩn, đảm bảo nguyên liệu phù hợp cho phản ứng transester hóa.

2. Điều chế xúc tác CaO: Vỏ trứng gà chứa hàm lượng CaCO3 cao nhất (94%), nung ở 950°C trong 3 giờ tạo ra xúc tác CaO có cấu trúc bề mặt đa por, diện tích bề mặt lớn (được xác định qua SEM và BET), cho hiệu suất phản ứng biodiesel đạt 94,5%.

3. Điều kiện phản ứng tối ưu: Tỷ lệ methanol/dầu 10:1, hàm lượng xúc tác 7%, nhiệt độ 60°C, thời gian 5 giờ cho hiệu suất chuyển hóa biodiesel đạt khoảng 93,8%, cao hơn so với các điều kiện khác khảo sát (ví dụ, giảm thời gian phản ứng xuống 2 giờ chỉ đạt 85%).

4. Khả năng tái sử dụng xúc tác: Xúc tác CaO sau 3 lần tái sử dụng vẫn giữ được hiệu suất trên 85%, giảm nhẹ so với lần đầu (94,5%), cho thấy tính bền vững và tiết kiệm chi phí trong sản xuất.

Thảo luận kết quả

Việc xử lý dầu ăn phế thải làm giảm chỉ số axit và loại bỏ tạp chất là bước quan trọng để tránh phản ứng tạo xà phòng, đảm bảo hiệu suất phản ứng cao. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy chỉ số axit dưới 2 là điều kiện cần thiết cho phản ứng transester hóa hiệu quả. Nhiệt độ nung 950°C cho xúc tác CaO từ vỏ trứng gà tạo ra sản phẩm có cấu trúc bề mặt tối ưu, tăng khả năng xúc tác, tương tự kết quả nghiên cứu của nhóm K.Faungnawakij (2012) với hiệu suất 94,1%. Điều kiện phản ứng tối ưu được xác định phù hợp với các nghiên cứu quốc tế, tuy nhiên thời gian phản ứng 5 giờ dài hơn so với một số nghiên cứu khác, có thể do nguồn nguyên liệu và thiết bị thực nghiệm khác biệt. Khả năng tái sử dụng xúc tác CaO thể hiện tính kinh tế và thân thiện môi trường, giảm lượng chất thải và chi phí sản xuất. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất biodiesel theo thời gian phản ứng và số lần tái sử dụng xúc tác, cũng như bảng so sánh tính chất hóa lý của sản phẩm biodiesel với diesel truyền thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình xử lý dầu ăn phế thải: Khuyến khích các cơ sở sản xuất biodiesel áp dụng quy trình lắng, lọc, trung hòa axit béo tự do và sấy để nâng cao chất lượng nguyên liệu, giảm phản ứng phụ, trong vòng 6 tháng tới.

2. Sử dụng xúc tác CaO nung từ vỏ trứng gà: Khuyến nghị tận dụng nguồn phế phẩm vỏ trứng gà để điều chế xúc tác CaO, giảm chi phí nguyên liệu xúc tác và xử lý chất thải, triển khai trong các nhà máy sản xuất biodiesel quy mô nhỏ và vừa.

3. Tối ưu hóa điều kiện phản ứng: Áp dụng tỷ lệ methanol/dầu 10:1, hàm lượng xúc tác 7%, nhiệt độ 60°C, thời gian 5 giờ để đạt hiệu suất cao nhất, đồng thời nghiên cứu rút ngắn thời gian phản ứng trong các giai đoạn tiếp theo.

4. Phát triển quy trình tái sử dụng xúc tác: Xây dựng quy trình tái sử dụng và tái sinh xúc tác CaO nhằm duy trì hiệu suất trên 85% sau nhiều lần sử dụng, giảm chi phí vận hành, áp dụng trong vòng 1 năm.

5. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho các doanh nghiệp và cơ sở sản xuất biodiesel về quy trình xử lý nguyên liệu, điều chế xúc tác và tổng hợp biodiesel, nhằm nâng cao năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học và Kỹ thuật Hóa học: Nghiên cứu chi tiết về quy trình điều chế xúc tác CaO từ phế phẩm tự nhiên và ứng dụng trong tổng hợp biodiesel, cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm phong phú.

2. Doanh nghiệp sản xuất biodiesel: Áp dụng quy trình xử lý nguyên liệu và điều chế xúc tác tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu suất sản xuất, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường.

3. Cơ quan quản lý môi trường và năng lượng: Tham khảo các giải pháp sử dụng nguồn nguyên liệu tái sinh và xúc tác thân thiện môi trường để xây dựng chính sách phát triển năng lượng sạch và bền vững.

4. Các tổ chức đào tạo và chuyển giao công nghệ: Sử dụng luận văn làm tài liệu giảng dạy và hướng dẫn kỹ thuật cho các khóa đào tạo về sản xuất nhiên liệu sinh học, góp phần nâng cao trình độ kỹ thuật và nhận thức về năng lượng xanh.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần xử lý dầu ăn phế thải trước khi tổng hợp biodiesel?
   Dầu ăn phế thải chứa nhiều axit béo tự do và tạp chất gây phản ứng tạo xà phòng, làm giảm hiệu suất phản ứng. Xử lý giúp giảm chỉ số axit từ 1,139 xuống 0,488, loại bỏ cặn và tạp chất, đảm bảo phản ứng transester hóa diễn ra hiệu quả.

2. Lý do chọn vỏ trứng gà làm nguyên liệu điều chế xúc tác CaO?
   Vỏ trứng gà có hàm lượng CaCO3 cao nhất (94%) so với các phế phẩm khác, nung ở 950°C tạo ra xúc tác CaO có diện tích bề mặt lớn và cấu trúc đa por, giúp tăng hiệu suất xúc tác trong phản ứng tổng hợp biodiesel.

3. Điều kiện phản ứng tối ưu để tổng hợp biodiesel là gì?
   Tỷ lệ methanol/dầu 10:1, hàm lượng xúc tác 7%, nhiệt độ 60°C, thời gian 5 giờ được xác định là điều kiện tối ưu, cho hiệu suất chuyển hóa biodiesel đạt khoảng 93,8%.

4. Xúc tác CaO có thể tái sử dụng bao nhiêu lần?
   Nghiên cứu cho thấy xúc tác CaO có thể tái sử dụng ít nhất 3 lần với hiệu suất vẫn giữ trên 85%, giúp giảm chi phí sản xuất và lượng chất thải.

5. Sản phẩm biodiesel có đạt tiêu chuẩn chất lượng không?
   Sản phẩm biodiesel được tinh chế bằng sắc ký cột và đánh giá bằng phổ IR, GC-MS cho thấy đạt các chỉ tiêu về tỷ trọng, độ nhớt, điểm chớp cháy theo tiêu chuẩn ASTM D6751, có tính chất tốt hơn diesel truyền thống về môi trường và an toàn cháy nổ.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công quy trình xử lý dầu ăn phế thải, giảm chỉ số axit từ 1,139 xuống 0,488, loại bỏ cặn bẩn, đảm bảo nguyên liệu phù hợp cho tổng hợp biodiesel.
• Điều chế xúc tác CaO hiệu quả từ vỏ trứng gà nung ở 950°C trong 3 giờ, với hàm lượng CaCO3 đạt 94%, xúc tác có cấu trúc bề mặt tối ưu cho phản ứng.
• Xác định điều kiện phản ứng tối ưu: tỷ lệ methanol/dầu 10:1, hàm lượng xúc tác 7%, nhiệt độ 60°C, thời gian 5 giờ, đạt hiệu suất biodiesel trên 93%.
• Khả năng tái sử dụng xúc tác CaO ít nhất 3 lần với hiệu suất trên 85%, góp phần giảm chi phí và bảo vệ môi trường.
• Đề xuất áp dụng quy trình và xúc tác trong sản xuất biodiesel quy mô công nghiệp, đồng thời phát triển đào tạo và chuyển giao công nghệ trong vòng 1 năm tới.

Các doanh nghiệp và cơ sở nghiên cứu nên triển khai thử nghiệm quy trình trên quy mô lớn hơn, đồng thời phối hợp với các cơ quan quản lý để xây dựng tiêu chuẩn và chính sách hỗ trợ phát triển nhiên liệu sinh học tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học biodiesel 1. Sơ lược về biodiesel [1] Biodiesel là nhiên liệu sinh học (thường viết tắt là BDF) là thuật ngữ dùng để chỉ nhiên liệu dùng cho động cơ diesel được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật.

Biodiesel thường được điều chế bằng phản ứng transester chuyển đổi hay este hóa các triglyxerit, axit tự do với rượu bậc nhất no, đơn chức từ 1-8 nguyên tử cacbon.[1] Vì vậy, biodiesel được xem là các ankyl este, thông dụng nhất là metyl este tạo thành từ mỡ động, thực vật. Các axit béo trong dầu, mỡ có số cacbon tương đương với số cacbon có trong dầu diesel, hơn nữa cấu trúc của mạch axit này là mạch thẳng nên có chỉ số cetan cao. Đó là lý do chọn dầu thực vật hay mỡ động vật làm nguyên liệu sản xuất biodiesel.1: So sánh tính chất của nhiên liệu diesel khoáng và diesel sinh học. Ưu, nhược điểm của nhiên liệu biodiesel a.

Ưu điểm  Trị số cetan cao: Trị số cetan là một đơn vị đo khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu diesel. Trị số cetan càng cao thì sự bắt cháy, mồi lửa càng tốt, động cơ chạy đều đặn hơn. Biodiesel có thành phần chủ yếu là các ankyl mạch thẳng do vậy nhiên liệu này có trị số cetan cao hơn diesel khoáng, trị số cetan của biodiesel thường 56-58 (dầu diesel thường 50-54). 1 Luan van Nghiên cứu khoa học Với trị số cetan như vậy, biodiesel có thể hoàn toàn đáp ứng dễ dàng yêu cầu của những động cơ đòi hỏi chất lượng cao với khả năng tự bắt cháy tốt mà không cần tăng trị số cetan.

 Hàm lượng lưu huỳnh thấp: Trong biodiesel có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp, khoảng 0,001% (diesel thường từ 0,05% - 0,25%). Đặc tính này của biodiesel rất tốt cho quá trình sử dụng nhiên liệu vì nó làm giảm lượng đáng kể khí thải SOx gây ăn mòn thiết bị và ô nhiễm môi trường.  Quá trình cháy sạch: Do trong nhiên liệu biodiesel không có hoặc chứa ít lưu huỳnh (khoảng 0,001% so với dầu diesel là 0,25%). Không chứa cacbon thơm nên không gây ung thư.

Có khả năng tự phân hủy, không độc. Do trong thành phần có nhiều oxi nên quá trình cháy xảy ra gần như hoàn toàn, lượng cặn và bụi giảm đáng kể. Giảm lượng khí thải độc hại và nguy cơ mắc bệnh ung thư. Theo các nghiên cứu của Bộ năng lượng Mỹ đã hoàn thành tại trường đại học California.

Sử dụng biodiesel tinh khiết thay cho diesel khoáng có thể giảm tới 93,6 % nguy cơ mắc bệnh ung thư từ khí thải của động cơ, do biodiesel có chứa rất ít tạp chất thơm, chứa ít lưu huỳnh và quá trình cháy là triệt để nên giảm được nhiều thành phần hydrocacbon trong khí thải.  Khả năng bôi trơn cao nên giảm mài mòn: Biodiesel có khả năng bôi trơn rất tốt. Theo kết quả nghiên cứu cho thấy biodiesel có khả năng bôi trơn tốt hơn diesel. Khả năng bôi trơn nhiên liệu được xác định bằng phương pháp ASTM D6079 đặc trưng bởi giá trị HFRR (high frequency receiprocating rig).

Giá trị HFRR càng thấp thì khả năng bôi trơn của nhiên liệu càng tốt. Diesel khoáng có giá trị HFRR giới hạn đặc trưng là 450 còn dầu diesel đã xử lý lưu huỳnh có giá trị HFRR ≥ 500 khi không có phụ gia. Vì vậy, diesel yêu cầu phải có phụ gia để tăng khả năng bôi trơn. Ngược lại, giá trị HFRR của biodiesel khoảng 200 nên biodiesel là phụ gia rất tốt cho nhiên liệu diesel thông thường để tăng khả năng bôi trơn.

 An toàn về cháy nổ tốt hơn: Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao trên 110 oC (dầu diesel khoảng 60-80 oC), cao hơn nhiều so với diesel khoáng, vì vậy tính chất nguy hiểm của nó thấp hơn, an toàn hơn trong việc tồn chứa và vận chuyển. 2 Luan van Nghiên cứu khoa học  Nguồn nguyên liệu cho tổng hợp hóa học: Ngoài việc được sử dụng làm nhiên liệu, các ankyl este của axit béo còn là nguồn nguyên liệu quan trọng cho nghành công nghệ hóa học, sản xuất các rượu béo, ứng dụng trong dược phẩm, mỹ phẩm: isopropylic este, các polyeste ứng dụng như chất nhựa, chất hoạt động bề mặt,. Nhược điểm  Dễ bị oxi hóa: Tính chất của biodiesel phụ thuộc nhiều vào thành phần hóa học của dầu nguyên liệu. Do trong dầu thực vật chứa nhiều axít béo không no nên dễ bị oxi hóa.

Vì vậy, vấn đề bảo quản là vấn đề hàng đầu khi sử dụng diesel sinh học.  Tính kém ổn định: Biodiesel bị phân hủy rất nhanh (phân hủy 98% chỉ trong 21 ngày), do vậy kém ổn định.  Chi phí công nghệ sản xuất cao hơn so với diesel: Diesel sinh học thu được từ dầu thực vật đắt hơn so với nhiên liệu diesel thông thường. Nhưng trong quá trình sản xuất diesel sinh học có thể tạo ra sản phẩm phụ là glyxerin, một chất có tiềm năng thương mại lớn có thể bù lại phần nào giá cả cao của diesel sinh học.

 Quy trình sản xuất diesel sinh học không đảm bảo: Hiện nay diesel sinh học thường được sản xuất chủ yếu theo mẻ. Kết quả cho năng suất thấp, chất lượng sản phẩm cũng như các điều kiện phản ứng không ổn định. Diesel sinh học nếu rửa không sạch thì khi sử dụng vẫn gây các vấn đề về ô nhiễm mạnh do vẫn còn xà phòng, kiềm dư, methanol và glyxerin tự do. Vì vậy, chúng ta nên áp dụng quá trình sản xuất liên tục để đạt hiệu quả cao trong tổng hợp diesel sinh học và sản phẩm biodiesel phải đạt tiêu chuẩn ASTM D6751.

Tiềm năng sử dụng biodiesel.[2] Trong bối cảnh thế giới đang phát triển theo xu hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa như hiện nay thì cần tiêu tốn một nguồn năng lượng rất lớn. Nhiên liệu hóa thạch như: dầu mỏ, than, khí đốt,. đang là nguồn nhiên liệu có trữ lượng lớn và được sử dụng hầu hết cho tất cả các nghành như: giao thông vận tải, khai thác chế biến, hoạt động của các khu công nghiệp,.Trong những nguồn năng lượng hóa thạch đó thì dầu mỏ là nguồn 3 Luan van Nghiên cứu khoa học năng lượng được sử dụng nhiều nhất. Tuy nhiên việc sử dụng năng lượng dầu mỏ đã và đang có nhiều hạn chế như sau: - Dầu mỏ là nguồn năng lượng hóa thạch và không thể tái chế được.

Nhưng nhu cầu sử dụng lại tăng lên rất nhanh. Theo thông số thống kê năm 2012 thì lượng dầu mỏ tiêu thụ trên thế giới rất cao khoảng 89,79 triệu thùng/ngày. Vì thế trong tương lai Việt Nam cũng như các nước trên thế giới phải đối mặt với nguồn năng lượng hóa thạch đặc biệt là dầu mỏ cạn kiệt một cách nhanh chóng, không đảm bảo được an ninh năng lượng quốc gia. - Nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều mà nguồn cung cấp lại ngày càng cạn kiệt nên giá thành của nhiên liệu sẽ tăng cao, ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế của đất nước.

- Nhiên liệu dầu mỏ sau khi sử dụng sẽ được thải bỏ ra bên ngoài nhiều chất độc hại gây ảnh hưởng đến con người và môi trường như các loại khí NOx, SOx, COx,. Năm 2012, có 33% lượng khí thải cacbon từ toàn cầu được thải ra từ việc dụng dầu mỏ. - Những sự cố trong quá trình khai thác và vận chuyển dầu mỏ như tràn dầu không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng đến kinh tế, giao thông vận tải trên biển, ô nhiễm môi trường biển. Từ những hạn chế của nguồn năng lượng dầu mỏ đã đặt ra một vấn đề hết sức cấp thiết là phải tìm ra nguồn năng lượng thay thế cho nguồn năng lượng này.

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nguồn năng lượng thay thế cho nguồn năng lượng dầu mỏ đã được nghiên cứu và sử dụng như: Năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân, năng lượng gió, thủy điện, năng lượng sinh khối (biomass), năng lượng sinh học,.và một trong những nguồn năng lượng thay thế đó thì nguồn năng lượng sinh học tiêu biểu là Biodiesel đang có tiềm năng phát triển rất lớn tại Việt Nam. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng biodiesel trên thế giới và ở Việt Nam [1]  Trên thế giới: Vào những năm 1980, biodiesel bắt đầu được nghiên cứu và sử dụng ở một số nước tiên tiến. Đến nay biodiesel được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Hiện nay có hơn 28 quốc gia tham gia nghiên cứu, sản xuất và sử dụng biodiesel.

Các nhà máy sản xuất chủ yếu nằm ở châu Âu và châu Mỹ. 4 Luan van Nghiên cứu khoa học Tại Mỹ, hầu hết lượng biodiesel được sản xuất từ dầu đậu nành. Biodiesel được pha trộn với diesel dầu mỏ với tỷ lệ 20% biodiesel và 80% diesel, dùng làm nhiên liệu cho các xe buýt đưa đón học sinh ở rất nhiều thành phố của Mỹ. Hàng năm Mỹ bán ra gần 2 tỷ gallon biodiesel.

Tại Pháp, hầu hết nhiên liệu diesel được pha trộn với 5% biodiesel. Trên 50% người dân Pháp có xe với động cơ diesel đã qua sử dụng nhiên liệu pha biodiesel. Theo thống kê, thì lượng biodiesel tiêu thụ trên thị trường Pháp tăng mạnh trong những năm gần đây: Năm 2004 tiêu thụ 387 ngàn tấn, nhưng đến năm 2008 đã lên đến gần 1 triệu tấn. Năm 1991, Đức bắt đầu đưa ra chương trình phát triển biodiesel, đến năm 1995 bắt đầu triển khai dự án này.

Năm 2000, tại Đức đã có 13 nhà máy sản xuất biodiesel với tổng công suất là 1 triệu tấn/năm. Và tháng 1 năm 2005, nhà nước Đức đã ban hành sắc lệnh là phải pha biodiesel vào diesel với tỷ lệ 5%. Sản lượng Biodiesel của các nước châu Âu năm 2004 được thể hiện trong bảng 1.2: Sản lượng biodiesel ở các nước châu Âu năm 2004 Nước Sản lượng (tấn) Đức 1.000 Tây Ban Nha 70.000 Không chỉ có châu Âu, Mỹ mà ở châu Á, chính phủ nhiều nước cũng đã quan tâm rất nhiều đến việc phát triển nguồn nhiên liệu sinh học nói chung và biodiesel nói riêng. Malyasia và Indonesia là hai nước xuất khẩu dầu cọ lớn nhất thế giới, đã xây dựng chiến 5 Luan van Nghiên cứu khoa học lược mở rộng thị trường sản xuất để đáp ứng thị trường dầu ăn và cung cấp nguyên liệu cho sản xuất biodiesel.

Indonesia, ngoài dầu cọ còn đầu tư trồng 19 triệu ha cây J.Curcas lấy dầu làm nhiên liệu sinh học, và phấn đấu đến năm 2015 sẽ dùng nhiên B5 cho cả nước. Trung Quốc, nước nhập khẩu nhiên liệu lớn nhất thế giới đã khuyến khích sử dụng nhiên liệu sinh học. Tại Thái Lan, bộ năng lượng đã sẵn sàng hỗ trợ sử dụng dầu cọ trên phạm vi toàn quốc.