ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
Môn học: Nhiên liệu tái tạo & nhiên liệu sinh học

KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BUTANOL LÀM
NHIÊN LIỆU SINH HỌC

GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG
HV: VÕ ĐỨC MINH MINH
MSHV: 10401077

TP.HCM, 2011

MỤC LỤC

I. MỞ ĐẦU 1
II. Tính chất của biobutanol 2
II.1 Khái niệm về biobutanol 2


Ngoài ra, vấn đề ô nhiễm do sự phát thải các khí thải từ quá trình sử dụng nhiên
liệu hóa thạch, tăng hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính. Do đó, khí hậu trên thế
giới hiện tại thay đổi theo chiều xấu đi…
Trước tình hình đó, nhu cầu về nguồn nhiên liệu thay thế đang là vấn đề đang được
nhiều nước tập trung nghiên cứu. Có rất nhiều nguồn nhiên liệu thay thế đã và đang
được đề xuất và sử dụng hiệu quả như thủy điện, năng lượng gió, nhiên liệu sinh
học, năng lượng mặt trời, địa nhiệt… Trong đó, nhiên liệu sinh học đang nhận được
sự quan tâm lớn với khả năng thay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống đang sử
dụng cho các động cơ hiện nay.
Bioethanol, biodiesel và biogas là các dạng nhiên liệu sinh học đã và đang được
ứng dụng nhiều trên thế giới. Với ưu điểm về khả năng tái tạo, giảm khí thải gây
hiệu ứng nhà kính, giảm lệ thuộc vào nguồn dầu thô ở những khu vực không có
nguồn tài nguyên dầu phong phú và góp phần phát triển nông nghiệp ở khu vực
nông thôn. Tuy nhiên, hiện tại các loại nhiên liệu sinh học vẫn còn nhiều nhược
Trang 2

điểm làm giảm khả năng mở rộng quy mô ứng dụng. Đặc biệt là bioethanol khi
dùng pha vào xăng truyền thống. Trước khó khăn này, nhiều nhà nghiên cứu đã đề
xuất sử dụng biobutanol pha vào xăng bởi biobutanol có nhiều ưu điểm vượt trội
hơn so với bioethanol. Để tìm hiểu về vấn đề này, báo cáo đánh giá khả năng ứng
dụng của biobutanol pha vào xăng truyền thống.
II. Tính chất của biobutanol
II.1 Khái niệm về biobutanol
Butanol là hợp chất hóa học thuộc nhóm của rượu đơn chất có 4 nguyên tử carbon
với công thức C
4
H
9
OH.

 Dùng làm dung môi;
 Chủ yếu được chuyển hóa thành butanone ("MEK” - methyl ethyl ketone);
 Ester của sec-butanol có mùi dễ chịu và được dùng với lượng nhỏ trong sản
xuất nước hoa hoặc làm chất tạo mùi nhân tạo.
II.1.4 Tert-butanol
Chất lỏng trong suốt, có mùi long não (camphor-like). Tan tốt trong tốt và tan vô
hạn trong ethanol và diethyl ether. Đóng rắn ở nhiệt độ phòng (điểm chảy khoảng
25 °C)
Ứng dụng:
 Dung môi;
 Chất biến tính ethanol,
 Thành phần trong chất tẩy sơn;
 Phụ gia xăng (tăng chỉ số octane);
 Chất trung gian trong tổng hợp các hợp chất như MTBE, ETBE, TBHP, chất
mùi khác…
II.1.5 So sánh các đồng phân của butanol
Trang 4

Sản xuất:
 n-butanol là sản phẩm chính thu được từ quá trình lên men ABE (công nghệ
đã được biết, hiệu suất thấp khoảng 15 g/L);
 Iso-butanol: được sản xuất từ quá trình lên men cồn (lượng nhỏ). Một vài tế
bào của vi khuẩn chuyển gen (genetically microbial cell) có thể tạo
isobutanol với hiệu suất cao hơn 60 g/L;
 Sec-butanol: không thể được sản xuất trực tiếp từ quá trình lên men, nhưng
có thể thu 2,3-butanediol từ lên men, sau đó tách nước để tạo ra MEK. Hydro
hóa MEK để có 2-butanol;
 Tert-butanol: không thể sản xuất được từ bất kỳ quá trình sinh hóa nào đã
được biết đến.
Về tính chất hóa lý:

Tính chất biobutanol gây hấp dẫn trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học vì nó có thể
trộn với xăng, dùng chung hệ thống phân phối và nạp liệu xăng, và chạy các động
cơ chạy xăng dầu hiện hành được.
Trang 5 Biobutanol có những ưu điểm chính yếu:
- Butanol có thể vận hành thuận tiện trong các cơ sở hạ tầng dành cho chế biến,
lưu trữ dầu mỏ kể cả vận chuyển bằng đường ống.
- Butanol có thể trộn được với xăng hoặc dầu ở bất kỳ tỷ lệ nào. Vì vậy, nó làm
giảm chi phí đầu tư liên quan đến việc làm mới lại nhà máy hoặc những thay
đổi trong điều hành.
- Butanol không hòa tan hay hấp thụ nước hoặc cặn bùn trong ống, thùng và các
dụng cụ thiết bị khác.
- Chỉ số octan và mật độ năng lượng của butanol gần với xăng và vì thế giá trị
kinh tế của nhiên liệu này sẽ không gây giảm cấp như hỗn hợp ethanol với
xăng.
- Vì áp suất hơi của butanol thấp hơn xăng nên nó không làm tăng áp suất hơi
Reid (Reid vapor pressure- RVP) của nhiên liệu. Đây là đặt tính then chốt cho
xăng thành phẩm.
- Butanol có tính tan thấp trong nước cho nên butanol làm giảm thiểu sự rò rỉ và
lan vào nước ngầm.
- Giống như các rượu khác, butanol cũng có khả năng phân hủy sinh học giúp
giới hạn các tác động xấu đến môi trường như biến cố rò rỉ hoặc chảy tràn.
Bên cạnh đó sản xuất butanol có thể tận dụng cơ sở hạ tầng hiện hành của sản xuất
ethanol. Quy trình hóa dầu oxo mang tính khả thi cao nhất để sản xuất butanol rẻ
tiền hơn từ các nguồn sinh khối khác nhau.
Lên men tạo butanol khác với lên men tạo ethanol chủ yếu là tác nhân. Quá trình
lên men tạo butanol dùng vi khuẩn, còn quá trình lên men tạo ethanol chủ yếu là
nấm men. Lên men butanol tốn ít năng lượng hơn nhưng sơ đồ phân tách sản phẩm

Biobutanol có ích cho người nông dân trên thế giới vì nó mang lại cơ hội thị trường
khác cho các sảm phẩm nông nghiệp quan trọng, nên tăng thêm thu nhập cho người
nông dân;
Quá trình pha trộn NLSH vào xăng trở nên thuận tiện/dễ dàng hơn, không chỉ pha
trực tiếp biobutanol hoặc gián tiếp thông qua sự kết hợp của biobutanol với ethanol,
biobutanol sẽ giúp mở rộng thị trường NLSH cũng như thị trường cho các loại
nông sản liên quan, tăng thêm giá trị cho ngành nông nghiệp.

II.3 So sánh giữa bioethanol vs biobutanol khi pha vào xăng
Báo cáo tham khảo các nghiên cứu thực nghiệm của SK Energy và BP.
II.3.1 Khả năng tăng RON
Trang 7 Khi pha vào xăng, khả năng tăng RON của bioethanol tốt hơn biobutanol (do RON
của bioethanol lớn hơn nhiều so với biobutanol). Khi pha 10% thể tích biobutanol
thì hỗn hợp tăng được 1 RON trong khi đó 10% bioethanol trong xăng thì RON
tăng đến 4 RON. Đây là ưu điểm nổi bật của bioethanol so với biobutanol.
II.3.2 Ảnh hưởng đến đường cong chưng cất TBP
Trang 8 Khi pha biobutanol vào xăng, nó không gây ảnh hưởng lớn đến đường cong TBP.
Trong khi đó, bioethanol làm “biến dạng” đường cong TBP đặc biệt ở nhiệt độ
50
o
C, ảnh hưởng đến khả năng vận hành của động cơ. Đây là ưu điểm của
biobutanol so với bioethanol.
II.3.3 Áp suất hơi RVP
Trang 9

Trang 13 Biobutanol tương thích với hầu hết các loại vật liệu dùng kim loại dùng trong động
cơ.
II.3.7 Ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường
So với bioethanol thì biobutanol độc hơn và có mùi rất khó chịu. Vì vậy, cần có
biện pháp bảo vệ phù hợp khi sử dụng biobutanol.

II.4 Sản xuất butanol
 Giai đoạn 1910 – 1950: bio-butanol được sản xuất từ rỉ đường và tinh bột
thông qua quá trình lên men ABE.
 Giai đoạn 1950 – nay: petro-butanol.
 Tương lai: bio-butanol
o Quy trình sinh hóa: quá trình lên men ABE “mới” hay các quá trình
lên men khác (sử dụng vi khuẩn E. coli);
o Quy trình nhiệt hóa: khí hóa biomass, chuyển khí tổng hợp thành
biobutanol thông qua phản ứng Fischer-Tropsch hoặc các loại xúc tác
khác như MoS
2
;
o Sản xuất biobutanol từ ethanol thông qua xúc tác Guerbet.

Trang 14 II.4.1 Quá trình lên men ABE
Được thương mại hóa vào năm 1914, quy trình sử dụng vi khuẩn Clostridium
acetobutylicum trong quá trình lên men. Sản phẩm thu được bao gồm acetone,
butanol và ethanol.

 Bioethanol từ mía (Brazil): 1,29$/gal (0.34/L)

II.5 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Nhiều công ty trên thế giới đã và đang tập trung nghiên cứu sản xuất biobutanol.
Hướng nghiên cứu chủ yếu là nâng cao hàm lượng biobutanol từ lên men. Các công
ty đang nghiên cứu như:
 Gevo,
 Cobalt technology
 Butamax advanced biofuels LLC;
 BP, Dupont,
 ButylFuel, LLC
Trang 17

 Green biologics;
 Tetravitae bioscience;
 Butalco, bio-based innovations;
 Syntec biofuel.
III. KẾT LUẬN
Biobutanol là loại nhiên liệu sinh học rất tiềm năng sử dụng pha vào xăng trong
tương lai với những ưu điểm:
 Biobutanol có thể dùng cho hệ thống cơ sở hạ tầng hiện tại dùng cho xăng
truyền thống, có thể vận chuyển bằng đường ống;
 Có thể pha trộn với xăng hoặc diesel ở bất kỳ tỷ lệ nào, tăng hàm lượng
butanol pha vào xăng mà không cần hoán cải động cơ;
 Hòa tan hoặc hấp phụ nước rất ít;
 Nhiệt trị gần với xăng;
 Áp suất hơi (RVP) thấp hơn ethanol, không làm tăng RVP của hỗn hợp pha
xăng;
 Có khả năng phân hủy sinh học.
Bên cạnh đó còn những nhược điểm: