CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Cơ sở và mục tiêu nghiên cứu 1. Cơ sở nghiên cứu Tình hình nhu cầu tiêu thụ năng lượng trên thế giới ngày càng tăng với các nguồn cung khác khau, trong đó năng lượng sơ cấp dưới dạng nhiên liệu hóa thạch ngày nay vẫn chủ yếu được sử dụng trực tiếp cho các phương tiện cơ giới, tức là vận tải. Theo Cơ quan thông tin năng lượng Hoa Kỳ (EIA) [11], ước tính đến năm 2006, nguồn năng lượng hóa thạch cung cấp nhiên liệu được sản xuất trên thế giới bao gồm 36,8 % dầu mỏ, than 26,6 %, khí thiên nhiên 22,9 %.
Các nguồn nhiên liệu không hóa thạch bao gồm thủy điện 6,3 %, năng lượng hạt nhân 6,0 %, và năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, nhiên liệu gỗ, tái chế chất thải chiếm 0,9 % [11]. Tiêu thụ năng lượng trên thế giới tăng mỗi năm khoảng 2,3 %. Tiêu thụ năng lượng chung ở Mỹ năm 2015 phụ thuộc nhiều nhất vào xăng dầu, khí đốt tự nhiên và than đá. Năng lượng tái tạo đã đóng góp tuy nhiên còn rất hạn chế.
Có thể thấy rõ điều này qua biểu đồ hình 1.1 bên dưới: Hình 1. Nhu cầu tiêu thụ năng lượng trên Thế giới năm 1970-2020 [39] Rõ ràng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn, chỉ riêng đối với các nước trong khối ASEAN, mức tiêu thụ năng lượng của ASEAN tăng 60% trong 15 năm qua. IEA dự báo nhu cầu năng lượng của ASEAN có thể tăng thêm 66% nữa vào năm 2040. Điều này đã khiến khu vực này nói riêng và thế giới nói chung, đang phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt năng lượng [62].
Đồng thời, cũng đối mặt với những tác động đến môi trường, ảnh hưởng môi trường sống của chúng ta. Do đó, việc sử dụng năng lượng tái tạo nhằm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một sự cần thiết. Các nguồn năng lượng tái tạo có thể là: Năng lượng mặt trời; Năng lượng gió; Thủy điện; Địa nhiệt; Năng lượng sinh học: ethanol; 6 Biodiesel; …. Nhiên liệu sinh học (NLSH) như Biodiesel, xăng sinh học đang được biết đến hiện nay là nguồn nhiên liệu góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch cách đây hàng ngàn năm và đang có nguy cơ cạn kiệt sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự tồn tại và phát triển của hầu hết các quốc gia trên thế giới.
Loại nhiên liệu này đã được nhiều nước trên thế giới sử dụng từ những năm 70 của thế kỷ trước. Đến nay, đã có khoảng trên 50 quốc gia trên thế giới sử dụng nhiên liệu sinh học [3] và Việt Nam cũng đã thiết lập đề án phát triển NLSH từ năm 2007, đến tháng 8/2010 PV Oil là đơn vị đầu tiên trong nước thực hiện nghiên cứu, sản xuất, đưa vào sử dụng thí điểm xăng sinh học E5 RON92 và kinh doanh chính thức. Theo ông Jim Miller, Chủ tịch Hội đồng Nông nghiệp và Tư vấn Chính sách Nhiên liệu sinh học (Mỹ) cho hay, việc pha xăng thông thường với ethanol sẽ giúp đạt được nhiều lợi ích thiết thực. Trong đó, lợi ích to lớn nhất là việc giảm nguy cơ gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.
Bởi lẽ, việc pha xăng với ethanol sẽ giúp giảm phát thải khí hiệu ứng nhà kính, từ đó có thể giúp người dân hạn chế được phần nào việc tiếp xúc với các loại độc tố gây hại. Bên cạnh đó, việc thay thế nguồn năng lượng hóa thạch bằng ethanol còn mang lại lợi ích rõ rệt trong việc bảo vệ môi trường [19] Nhiều nghiên cứu đã chỉ rõ, động cơ sử dụng xăng sinh học E5 tạo ra rất ít khí thải CO và HC, ít hơn hẳn các loại xăng thông dụng tới 20%. Do sự có mặt của thành phần oxy trong xăng sinh học E5 là yếu tố giúp cho nhiên liệu được cháy triệt để hơn. Đây là cơ sở tạo ra ít khí thải độc hại CO và HC.
Ngoài việc giảm đáng kể thành phần khí CO và HC, khả năng tăng tốc của xe cũng tốt hơn đối với xăng sinh học E5 [3], [59]. Theo Tạp chí của Hiệp hội quản lý chất thải và không khí đã có những nghiên cứu và đưa ra những ảnh hưởng của hỗn hợp ethanol-xăng đến hiệu quả năng lượng và phát thải khí thải của động cơ thể hiện ở các hình bên dưới: 7 (a) Ảnh hưởng của nhiên liệu pha trộn (b) Ảnh hưởng của nhiên liệu pha trộn ethanol đến phát thải CO ethanol đến phát thải CH (c) Ảnh hưởng của nhiên liệu pha trộn ethanol đến phát thải khí NOx Hình 1. Ảnh hưởng của các nhiên liệu có tỉ lệ % ethanol khác nhau đến phát thải của động cơ [61] Bên cạnh đó, việc pha trộn ethanol vào xăng còn giúp các doanh nghiệp tiết kiếm được chi phí pha trộn. Đặc biệt, giá của loại xăng sinh học này cũng thấp hơn các loại xăng khác cho nên sẽ phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng và tạo cho họ có thêm điều điện để lựa chọn nhiên liệu sử dụng [19].
Đối với sản phẩm xăng sinh học, ngoài những yếu tố nêu trên, việc phối trộn ethanol vào xăng mang lại lợi nhuận kinh tế cao vì cấu tử này giúp cải thiện trị số octane thay vì phải phối trộn từ các cấu tử reformate có giá thành cao. Với vai trò quan trọng trong sự cân bằng nhiên liệu của thế giới, lợi ích kinh tế lớn và tác động tích cực đối với môi trường, trong tương lai gần, triển vọng thị trường xăng sinh học ethanol được khẳng định sẽ gia tăng mạnh mẽ và là xu thế tất yếu của sự phát triển.Với tầm nhìn chiến lược, hiện nay rất nhiều quốc gia trên thế giới đã đưa 8 vào sử dụng nhiên liệu sinh học, đặc biệt là xăng sinh học [3]. Các tỷ lệ pha trộn vào xăng truyền thống có thể thay đổi trong một khoảng rộng, gồm có E5 (5%) [10], E10 (10%) [11], E85 (85%) và E100 (100%) [3], [32]. Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả sẽ tập trung các thử nghiệm để tạo xăng E5, E10.
Tính cấp thiết, mục tiêu và ý nghĩa nghiên cứu 1. Tính cấp thiết Xuất phát từ thực tế sản xuất và phân phối xăng E5 trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi từ ngày 30/7/2014 theo quyết định 879/QĐ-UBND của Ủy Ban nhân dân tỉnh Quảng Ngãi ngày 19/6/2014 và Thông báo kết luận số 255/TB-VPCP ngày 06 tháng 6 năm 2017 về “thực hiện Đề án phát triển nhiên liệu sinh học và Lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống”. Cho phép tồn tại hai loại xăng: RON 92 và E5 RON92 đến hết ngày 31 tháng 12 năm 2017. Kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2018, chỉ cho phép sản xuất kinh doanh xăng E5 RON 92 và xăng khoáng RON 95 nhằm góp phần bảo đảm mục tiêu an ninh năng lượng, giảm dần sự lệ thuộc vào xăng khoáng, cải thiện môi trường, đồng thời thực hiện tốt các cam kết của Chính phủ Việt Nam với quốc tế về giảm khí thải nhà kính, góp phần tạo thu nhập bền vững cho khu vực nông nghiệp và thúc đẩy tái cơ cấu ngành nông nghiệp [21].
Theo đó, từ ngày 1/1/2018 cho đến nay, trên thị trường Việt Nam không sử dụng xăng RON92 nữa mà xăng E5 RON92 được đưa vào sử dụng cùng với xăng RON95 trên toàn quốc. Từ khi triển khai thực hiện, BSR đã sản xuất cung cấp xăng khoáng có trị số RON 92 đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn, quy chuẩn dùng để sản xuất pha chế xăng E5 RON92 nên việc phối trộn sản phẩm xăng thương mại này chưa đem lại lợi nhuận cho Nhà máy. Một thực tế trị số RON của xăng E5 RON92 trên thị trường đạt khoảng 93,2-93,5 vượt mức yêu cầu tối thiểu 1,2-1,5 đơn vị RON. Cho nên tối ưu hoá giá trị RON của xăng gốc mà vẫn đảm bảo khi pha xăng sinh học đạt TCVN 8063:2015 và quy chuẩn quốc gia QCVN 1:2015/BKHCN là việc làm mang lại lợi ích kinh tế cho NMLD Dung Quất.
Bên cạnh đó giá trị RVP xăng khoáng RON92 trên thị trường cho phép theo TCVN, QCVN đến 75 kPa khi pha trộn với E5 rất dễ vượt TCVN 8063:2015 và quy chuẩn quốc gia QCVN 1:2015/BKHCN, điều này làm tăng khả năng tạo nút hơi và gây hao hụt do bay hơi trong bảo quản đồng thời lượng hydrocacbon thất thoát ra môi trường gây ô nhiễm và dễ cháy nổ trong quá trình tồn trữ, vận chuyển và phân phối. Với những phân tích vừa nêu, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa trị số Octane và áp suất hơi bão hòa trong xăng khoáng nhằm pha trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học” cho luận văn thạc sĩ của mình và đó cũng là nhiệm vụ rất cần 9 thiết không chỉ đối với BSR mà còn đỗi với các Nhà máy Lọc dầu hay các Công ty kinh doanh xăng dầu khác và các Nhà quản lý tại Việt Nam. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm khi phối trộn ethanol từ 1-10 %vol vào xăng khoáng có RON92 và RON95. - Xây dựng, chứng minh việc phối trộn xăng khoáng từ các cấu tử trung gian của NMLD DQ có trị số RON phù hợp (thấp hơn 92, 95) khi pha trộn với Ethanol tạo xăng sinh học thương mại E5, E10 RON 92/95 đạt yêu cầu.
Ý nghĩa - Việc thực hiện đề tài sẽ đưa ra được trị số RON tối thiểu và RVP tối đa của xăng khoáng của NMLD Dung Quất để phối trộn với nguồn ethanol thành sản phẩm xăng sinh học E5/E10 RON92 và E5/E10 RON95 đạt TCVN 8063:2015 và QCVN 1:2015/BKHCN và sửa đổi 1:2017 QCVN 1:2015/BKHCN. - Số liệu nghiên cứu sẽ được làm cơ sở cho việc trình Bộ, ngành liên quan xem xét cho phép NMLD Dung Quất sản xuất xăng khoáng có trị số RON phù hợp cung cấp cho các đơn vị đầu mối pha trộn xăng sinh học E5 để đạt xăng E5/E10 có RON 92/95. Từ đó, xây dựng và Ban hành Tiêu chuẩn cơ sở xăng khoáng được sản xuất tại BSR, hoàn thiện các thủ tục cấp Giấy chứng nhận hợp quy cho xăng nền theo QCVN1:2015/BKHCN và Thông tư 04/2017/TT-BKHCN ngày 22/5/2017; - Tăng khả năng sản xuất xăng thương phẩm RON 95 để đáp ứng nhu cầu thị trường và giảm chi phí cho khách hàng khi mua xăng khoáng pha trộn ethanol tạo xăng E5; - Tối ưu hóa trong quá trình sản xuất, góp phần chống gian lận trong kinh doanh xăng dầu và tăng lợi ích kinh tế cho Nhà nước. Các nghiên cứu thử nghiệm, ứng dụng xăng sinh học 1.