i

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết
quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
đề tài nghiên cứu nào khác.
Hà Nội, tháng 01 năm 2014
Nghiên cứu sinh Lê Danh Quang

Lê Danh Quang

iii
MỤC LỤC
Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ, các bảng
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC VÀ PHỤ GIA CHO
NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 5
1.1 Nhiên liệu sinh học và vai trò 5
1.1.1. Các dạng nhiên liệu sinh học 5
1.1.1.1. Cồn 5
1.1.1.2. Dầu thực vật 6
1.1.1.3. Metyl este 6
1.1.1.4. Hợp chất chứa oxy 7
1.1.1.5. Dimetyl ether 7
1.1.1.6. Dimetyl cacbonate (DMC) 7

2.1.1. Ethanol nhiên liệu biến tính 32
2.1.2. Chỉ tiêu chất lượng xăng và diesel thông dụng 33
2.1.2.1.Các đặc tính và chỉ tiêu chất lượng của xăng thông dụng 34
2.1.2.2. Chỉ tiêu chất lượng của diesel thông dụng 35
2.1.3. Xăng pha ethanol 36

iv
2.1.4. Diesel pha ethanol 37
2.1.5. Khả năng thích ứng của nhiên liệu khoáng pha trộn với ethanol 37
2.2. Tính chất lý hoá của hỗn hợp ethanol và nhiên liệu hoá thạch E10 và D5 38
2.2.1. Tính chất lý hoá của nhiên liệu E10 38
2.2.2. Tính chất lý hoá của diesel D5 42
2.3. Phụ gia cho hỗn hợp ethanol sinh học với nhiên liệu hóa thạch 48
2.3.1. Phụ gia cho nhiên liệu xăng pha ethanol 48
2.3.1.1. Phụ gia tăng trị số octan 48
2.3.1.2. Nhóm phụ gia trợ tan và chống phân tách pha 49
2.3.1.3. Nhóm phụ gia chống ăn mòn kim loại 51
2.3.1.4. Nhóm phụ gia chống oxy hóa 52
2.3.1.5. Nhóm các phụ gia khác 52
2.3.2. Phụ gia cho diesel pha ethanol 53
2.3.2.1. Nhóm phụ gia cải thiện trị số xetan 54
2.3.2.2. Nhóm phụ gia trợ tan và chống phân tách pha 55
2.3.2.3. Nhóm phụ gia tăng độ nhớt 55
2.3.2.4. Nhóm phụ gia chống ăn mòn, mài mòn, chống đóng cặn 56
2.4. Quy trình phát triển và thử nghiệm phụ gia cho hỗn hợp nhiên liệu sinh
học và nhiên liệu hóa thạch 56
58
CHƢƠNG 3. PHÁT TRIỂN PHỤ GIA CHO NHIÊN LIỆU SINH HỌC E10 VÀ D5 60
60
3.1.1. Cơ sở tối ưu hóa 60


v
ô tô Ford Laser BPD-N 1.8L
100
4.3.2. Băng thử Didacta T101D dùng thử nghiệm
động cơ Dayhan 97
và
Honda 110 102
4.3.3. Hệ thống thử nghiệm công suất và khí thải xe máy 102
ử nghiệm phụ gia VPI-D cho nhiên liệu D5 103
4.4.1. -
103
-D 105
ử nghiệm phụ gia VPI-G cho nhiên liệu E10 109
-
109
g cơ Dayhan 97,
110 109
111
-N 1.8 L 112

VPI-G 114
liệu có phụ gia VPI-G trên động cơ
Dayhan 97 114
4.5.2.2. Thử nghiệm đối chứng đánh giá tác động của phụ gia sau chạy
ổn định 100 giờ trên xe Honda Wave 110 118
- -D 120
4.5.3.1. Phụ gia VPI-D cho nhiên liệu D5 120
4.5.3.2. Phụ gia VPI-G cho nhiên liệu E10 121
121

ASTM
American Society for Testing and Metarials (hệ thống tiêu chuẩn)
B10
Nhiªn liÖu pha 90% diesel vµ 10% biodiesel
B15
Nhiªn liÖu pha 85% diesel vµ 15% biodiesel
B20
Nhiªn liÖu pha 80% diesel vµ 20% biodiesel
BHT
Butylated hydroxytoluene
CEB
Combustion Emission Bench/ Tủ phân tích khí xả
C
m
H
n
và HC
Hyđôcácbon
CO
Mônôxít cácbon
CO
2

Cácbonđiôxít
D5
Nhiªn liÖu pha 95% diesel vµ 5% ethanol
DCI
Darex corrosion inhibitor (chất ức chế ăn mòn Darex)
DTBP
Di-tertiary butyl peroxide

MTBE
Methyl Tertiary Buthyl Ether
N
2

Nitơ
NLBT
Nhiên liệu biến tính
NLSH
Nhiên liệu sinh học
NO
X

Các loại ôxítnitơ
PG
Phụ gia
P-M
Chất thải dạng hạt
ppm
Part per million (mét phÇn triÖu)
QHTN
Quy hoạch thực nghiệm
RON
Research Octane Number - chỉ số Octan nghiên cứu
SO
2

Sunfua dioxit
TBA
Tertiary-butylalcohol

Bảng 2.13. Sự phân tách pha của nhiên liệu E10 theo hàm lượng nước 40
Bảng 2.14. Ăn mòn mảnh đồng của xăng A90 và nhiên liệu E10 41
Bảng 2.15. Tính chất và chất lượng nhiên liệu E10 41
Bảng 2.16. Tính chất và chất lượng nhiên liệu diesel 42
Bảng 2.17. Diesel pha trộn với ethanol NLBT 43
Bảng 2.18. Trị số xetan của nhiên liệu diesel-ethanol 44
Bảng 2.19. Thành phần cất phân đoạn của nhiên liệu diesel-ethanol 44
Bảng 2.20. Nhiệt độ chớp cháy cốc kín của diesel-ethanol 45
Bảng 2.21. Độ bôi trơn và độ nhớt động học của diesel-ethanol 45
Bảng 2.22. Điểm vẩn đục của nhiên liệu diesel-ethanol 45
Bảng 2.23. Sự phân tách pha của nhiên liệu D5 theo hàm lượng nước 46
Bảng 2.24. Ăn mòn mảnh đồng trong nhiên liệu diesel-ethanol 47
Bảng 2.25. Tính chất và chất lượng nhiên liệu diesel pha 5% ethanol (D5) 47
Bảng 3.1. Giá trị
2
trong kế hoạch thực nghiệm tâm trực giao 71
Bảng 3.2. Giá trị cánh tay đòn trong kế hoạch thực nghiệm tâm trực giao 71
Bảng 3.3. Điều kiện thí nghiệm được chọn 74
Bảng 3.4a. Ma trận quy hoạch thực nghiệm tổ hợp phụ gia cho nhiên liệu E10 75
Bảng 3.4b. Ma trận quy hoạch thực nghiệm tổ hợp phụ gia cho nhiên liệu E10 77
Bảng 3.5: Điều kiện thí nghiệm được chọn 79
Bảng 3.6. Ma trận quy hoạch thực nghiệm tổ hợp phụ gia cho nhiên liệu diesel D5 81
Bảng 3.7. Ăn mòn mảnh đồng của nhiên liệu E10 có phụ gia 83
Bảng 3.8. Thành phần và hàm lượng của nước biển nhân tạo 85
Bảng 3.9. Thành phần cất phân đoạn của nhiên liệu D5 có phụ gia 87
Bảng 3.10. Trị số xetan của nhiên liệu D5 có và không có phụ gia 88
Bảng 3.11. Nhiệt độ chớp cháy cốc kín của nhiên liệu diesel và D5 có phụ gia 88
Bảng 3.12. Độ bôi trơn và độ nhớt động học của nhiên liệu D5 có phụ gia 89
Bảng 3.13. Sự phân tách pha của diesel-ethanol khi có phụ gia theo thời gian ở nhiệt độ
thường 90
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Trang

Hình 1.1. Cơ cấu sản xuất biodiesel từ các loại dầu khác nhau 8
Hình 1.2 Độ ổn định của hỗn hợp nhiên liệu diesel, ethanol với phụ gia 26
Hình 1.3 Động cơ Ford 1.8L Duratec Flexi Fuel trên băng thử và hình ảnh cặn cacbon bám
trên xupap, vòi phun với trường hợp không và có pha phụ gia 26
Hình 1.4 Khối lượng cặn bám trên xupap động cơ sử dụng nhiên liệu E85 khi thay đổi
lượng phụ gia 27
Hình 1.5. Khối lượng cặn bám trên xu páp của động cơ khi thay đổi tỷ lệ ethanol 27
Hình 1.6. Hiệu suất nhiệt và phát thải của động cơ với các mẫu nhiên liệu. Sample1 (E50 +
5% phụ gia), Sample2 (E60+10% phụ gia) và Sole fuel (xăng gốc). 28

Dayhan
97
trên băng thử 97
Hình 4.3. Đo đặc tính trên băng thử xe máy CD20” 98
Hình 4.4. Sơ đồ băng thử động lực học cao ETB 101
Hình 4.6. Sơ đồ Sơ đồ băng thử Chassis Dynamometer 20’’ 103
- 104
Hình 4.8. Tỷ lệ cải thiện các thông số tính năng và phát thải của động cơ D243 khi sử
dụng nhiên liệu D5 pha phụ gia VPI-D 104
-
điểm 0 giờ, sau 50 giờ và 100 giờ chạy ổn định với nhiên liệu D5 có phụ gia 105
Hình 4.10. Ảnh hạt mài trong dầu bôi trơn trước khi chạy bền với nhiên liệu D5 107
Hình 4.11. Ảnh hạt mài trong dầu bôi trơn sau khi chạy bền 50 giờ với nhiên liệu D5 108
Hình 4.12. Ảnh hạt mài trong dầu bôi trơn sau khi chạy bền 100 giờ với nhiên liệu D5 . 108

x
Hình 4.13. Hình ảnh kết cặn cacbon trên vòi phun động cơ D243 khi động cơ chạy nhiên
liệu D5 có phụ gia sau 50 giờ và 100 giờ 109
110
Hình 4.15. Tỷ lệ cải thiện các thông số tính năng và phát thải của động cơ khi pha phụ gia
VPI-G 110
Wave 110 theo tốc độ ở chế độ toàn tải 111
Hình 4.17. Tỷ lệ cải thiện các thông số tính năng và phát thải của động cơ xe Wave khi
dùng nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp không pha phụ gia 112
Hình 4.18. Tỷ lệ cải thiện các thông số tính năng và phát thải của động cơ xe Wave khi
nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp pha phụ gia Keropur 112
theo tốc độ ở chế độ toàn tải 113
Hình 4.20. Tỷ lệ cải thiện các thông số tính năng và phát thải của động cơ ô tô Ford khi
nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp không pha phụ gia 113
Hình 4.21. Tỷ lệ cải thiện các thông số tính năng và phát thải của động cơ ô tô Ford khi

tính chất và chất lượng của nhiên liệu nhận được sẽ bị thay đổi so với ban đầu. Sự thay đổi
nhiều hay ít phụ thuộc vào tỷ lệ ethanol so với nhiên liệu khoáng.
Để thuận tiện trong cách gọi, hỗn hợp giữa nhiên liệu sinh học và nhiên liệu khoáng
với các tỷ lệ pha khác nhau đều gọi chung là nhiên liệu sinh học (NLSH). Tuy nhiên, để
phân biệt thì cần chỉ rõ tỷ lệ nhiên liệu sinh học/nhiên liệu khoáng và viết theo ký hiệu
riêng. Ví dụ: nhiên liệu sinh học E5, E10, D5, D10, B10, B20 còn gọi xăng sinh học E5
(hỗn hợp gồm 5% ethanol và 95% xăng khoáng), diesel sinh học D5 còn gọi là diesohol
D5 (hỗn hợp gồm 5% ethanol và 95% diesel khoáng), diesel sinh học B10 (hỗn hợp gồm
10% bio diesel và 90% diesel)
Khi pha ethanol vào nhiên liệu khoáng thì sẽ có ảnh hưởng nhất định đến tính bền
vững của hỗn hợp, tính đồng pha, tính ăn mòn kim loại cho nên cần thiết phải có chất
phụ gia phù hợp do vậy phụ gia trong hỗn hợp nhiên liệu có tác dụng cải thiện và bổ sung
các tính chất cần thiết hoặc còn thiếu của hỗn hợp ethanol và nhiên liệu khoáng nhằm đảm
bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như chất lượng nhiên liệu. Có nhiều loại phụ gia với công dụng
khác nhau nhưng có thể chia thành hai nhóm: nhóm phụ gia tính năng và nhóm phụ gia tồn
trữ bảo quản.
Khi phối trộn nhiên liệu khoáng với nhiên liệu sinh học mà ethanol là một trường
hợp phổ biến, vai trò của phụ gia càng được quan tâm nhiều hơn. Phụ gia cho xăng pha
ethanol và phụ gia cho diesel pha ethanol về mặt nguyên tắc cũng giống như phụ gia cho
xăng và diesel khoáng. Tuy nhiên, do tính chất đặc thù của nhiên liệu hỗn hợp, trong thành
phần phụ gia sử dụng cho các loại nhiên liệu này cần có sự thay đổi sao cho phù hợp.
Trên thế giới, đã có những công ty, tổ chức nghiên cứu và sử dụng phụ gia cho nhiên
liệu sinh học. Tại Việt Nam chưa có nghiên cứu cụ thể để tìm ra phụ gia có đủ các tính
năng cho nhiên liệu sinh học để ứng dụng có hiệu quả.
Để giảm bớt sự phụ thuộc vào dầu mỏ, than đá và bù đắp cho sự thiếu hụt năng
lượng trong tương lai, năm 2007, Chính phủ đã phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh
học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” theo quyết định 177/2007/QĐ-TTg năm 2007.
Mới đây, ngày 22/11/2012, Thủ tướng Chính phủ ký Quyết định số 53/2012/QĐ-TTg
ban hành lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống.
Theo đó:

Trên thế giới đã có nhiều nước đưa diesohol vào sử dụng như
ụng. Do v
d diesel lcohol còn
ị
Trên thế giới đã có một số phụ gia đáp ứng được yêu cầu cho NLSH trong đó có E10
và D5, tuy nhiên giá thành rất cao. Ngoài ra, nguồn nguyên liệu sản xuất NLSH trong nước
có những điểm khác biệt của nước ngoài và thời tiết nhiệt đới cũng khác biệt nên việc sử
dụng phụ gia cũng cần có những thay đổi về thành phần đảm bảo phù hợp hơn với thời tiết
và nguyên liệu sản xuất ở Việt Nam.
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia nhiên liệu sinh học E10 và D5 đến các
chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ về phát
triển và ứng dụng phụ gia cho nhiên liệu sinh học đáp ứng nhu cầu sản xuất và kinh doanh
nhiên liệu sinh học ở nước ta, góp phần cắt giảm lượng sử dụng nhiên liệu hóa thạch, giảm
phát thải của thực tiễn. Việc nghiên cứu phát triển phụ gia trong nước giúp chủ động nguồn
cung, giảm sự phụ thuộc vào nước ngoài và giá thành hạ.
Luận án này được thực hiện chủ yếu trên cơ sở đề tài hợp tác giữa Trung tâm Ứng
dụng và Chuyển giao Công nghệ, Viện dầu khí Việt Nam và Bộ môn Động cơ đốt trong,
Viện cơ khí động lực, Đại học Bách khoa Hà Nội [17], [33]. Kết quả
- nhiên liệu D5 và VPI-G cho E10.
gia đa chức năng (chống phân tách pha, ổn định oxi hóa, bảo vệ kim loại… ), qua đó nâng cao
chất lượng cho D5 và E10. Sau khi xác lập được phụ gia mới, phụ gia được kiểm tra đối
chứng với trường hợp nhiên liệu không pha phụ gia và có pha các loại phụ gia đang sử dụng
phổ biến và hiệu quả của nước ngoài về các tính chất hóa lý theo TCVN và ASTM trong
phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy phụ gia VPI-D và VPI-G có chất lượng tương tương phụ
gia của nước ngoài, bên cạnh đó còn có một số tính chất có nhiều ưu điểm hơn.

3
đối chứng
VPI-
trình thử ổn định 100 giờ không phát hiện ảnh hưởng xấu đến dầu bôi trơn cũng như không có

Đề tài tập hợp những nghiên cứu về tổng quan nhiên liệu sinh học và phụ gia, lý
thuyết về ảnh hưởng của phụ gia trong nhiên liệu; lựa chọn nhiên liệu sinh học khảo sát;
lựa chọn phụ gia cho nhiên liệu sinh học đã chọn; lựa chọn động cơ thử nghiệm và qui
trình cùng các chế độ thử nghiệm; tiến hành thử nghiệm đối chứng theo kế hoạch đề ra;
thảo luận kết quả nghiên cứu và kết luận.
ii. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của đề tài là sử dụng phương pháp tối ưu hóa (dùng quy
hoạch thực nghiệm) để tìm ra tỷ lệ các thành phần chất phụ gia đơn lẻ tối ưu nhất trong tổ
hợp phụ gia cho nhiên liệu sinh học E10 và D5, thực nghiệm đối chứng các chỉ tiêu về tính
chất hóa lý, tính ăn mòn, chống phân tách pha… trong phòng thí nghiệm giữa nhiên liệu
không phụ gia và có phụ gia, giữa các phụ gia với nhau. Cuối cùng là nghiên cứu thực
nghiệm theo phương pháp đối chứng trên động cơ và phương tiện để đánh giá ảnh hưởng

4
của phụ gia đến các thông số kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ ở thời điểm 0 giờ
(sau khi căn chỉnh, động cơ làm việc ổn định thì thực hiện thử nghiệm và quy ước là thời
điểm không giờ) và sau khi chạy ổn định với phụ gia.
Ngoài ra, cũng áp dụng phương pháp thống kê, xử lý số liệu cho nghiên cứu.
iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đề tài ứng dụng được Quy hoạch thực nghiệm xác định tỷ lệ thành phần phụ gia cho
nhiên liệu sinh học E10 và D5 phù hợp với điều kiện của Việt Nam, đảm bảo được các yêu
cầu về tính năng sử dụng, tồn trữ, bảo quản và môi trường và có thể đưa nhiên liệu E10,
D5 sử dụng thực tiễn. Ngoài ra, luận án đưa ra phương pháp, quy trình phát triển phụ gia
cho nhiên liệu sinh học nói chung.
Đưa ra được phương pháp đánh giá ảnh hưởng của phụ gia về tính năng và phát thải của
động cơ, những lợi ích kinh tế của phụ gia mới cho nhiên liệu E10 và D5, góp phần bổ sung
vào tiêu chuẩn cho nhiên liệu sinh học của Việt Nam.
Hai tổ hợp phụ gia VPI-G cho nhiên liệu E10 và VPI-D cho nhiên liệu D5 đã được đánh
giá về khả năng thích ứng khi sử dụng trên các đối tượng động cơ nghiên cứu.
Như vậy, đây là đề tài có ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn rõ nét trong bối cảnh

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC VÀ
PHỤ GIA CHO NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1 Nhiên liệu sinh học và vai trò
Do nguồn nhiên liệu hóa thạch sẽ cạn kiệt trong thời gian tới, ngoài ra khí thải của
động cơ dùng nhiên liệu truyền thống (xăng và diesel) gây ô nhiễm môi trường ngày càng
trầm trọng nên việc nghiên cứu tìm ra nguồn nhiên liệu thay thế và đảm bảo sạch, thân
thiện với môi trường đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Trong số đó nhiên liệu sinh
học đã được các nhà khoa học hướng đến và đạt được những thành tựu nhất định.
Nhiên liệu sinh học thuộc loại nhiên liệu tái tạo được định nghĩa là bất kỳ loại nhiên
liệu nào nhận được từ sinh khối, được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc từ động
thực vật [4]. Ví dụ như nhiên liệu sản xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu
dừa ) ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương) các chất thải nông nghiệp (rơm rạ, phân ) sản
phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, gỗ thải ). Chúng bao gồm bioethanol, biodiesel,
biogas, ethanol pha trộn (ethanol - blended fuels), dimetyl este sinh học và dầu thực vật.
Nhiên liệu sinh học (NLSH) được phân thành hai nhóm, nhóm dùng cho động cơ xăng
gồm các dạng cồn nhưng phổ biến là bioethanol và nhóm dùng cho động cơ diesel là các
este của dầu béo (biodiesel) và diesel-ethanol (phối trộn ethanol vào nhiên liệu diesel). Với
nguyên liệu là tinh bột và đường nhờ quá trình phân giải của vi sinh vật có thể sản xuất ra
ethanol, sau đó tách nước bổ sung các chất phụ gia thành ethanol biến tính gọi là ethanol nhiên
liệu biến tính hay cồn nhiên liệu. Còn diesel sinh học được chế biến từ dầu thực vật và mỡ
động vật. Nhiều nước trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu tận dụng và trồng các loài cây
nông, lâm nghiệp để cung cấp nguyên liệu sinh học cho chế biến loại nhiên liệu này.
Việc sử dụng nhiên liệu sinh học có vai trò rất quan trọng cho nền kinh tế thế giới và
của nước ta, điều này mang lại các lợi ích:
- Thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch đang cạn dần. Theo nghiên cứu và thăm dò
của các chuyên gia về năng lượng thì trên trái đất có khoảng 280.000 tỷ tấn dầu mỏ [16],
như vậy dầu mỏ không phải là nguồn vô hạn, dự báo sẽ cạn kiệt trong thời gian tới (theo uỷ
ban năng lượng thế giới dự báo: dầu mỏ còn khoảng 39 năm) [22]. Đứng trước nguy cơ
thiếu nhiên liệu trầm trọng và việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế là đòi hỏi cấp bách.
Những năm gần đây nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu tìm nguồn nhiên liệu mới có nguồn

Ethanol: Có công thức hóa học C
2
H
5
OH, dễ cháy, không màu, được sản xuất từ nguồn
nguyên liệu sinh học như khoai tây, ngũ cốc, củ cải đường, mía đường, gỗ, chất thải nhà máy
bia, nhiều sản phẩm nông nghiệp khác, thực phẩm hỏng trong quá trình lên men, cũng có thể
sản xuất từ khí tự nhiên và dầu thô. Ethanol hầu như không độc, hòa tan được trong nước, có
thể bị phân hủy và dễ cháy hơn xăng. Ethanol nguyên chất ít được dùng làm nhiên liệu, nhưng
thường được trộn với xăng để thỏa mãn nhu cầu nhiên liệu sạch. Xăng E5 và E10 đã được
khuyến khích và bắt buộc sử dụng tại hơn 30 nước trên thế giới do đem lại những lợi ích to lớn
trong việc đảm bảo an ninh năng lượng, phát triển kinh tế và cải thiện chất lượng môi trường.
Cụ thể E10 được dùng ở Mỹ nhiều năm qua. Còn ở Braxin ethanol sinh học thường được làm
từ mía đường làm nhiên liệu chủ yếu trong phương tiện giao thông. Trung Quốc và Thái lan
cũng đã sử dụng nhiên liệu E10. Tại Việt Nam cũng đã đưa xăng E5 vào sử dụng và đang triển
khai nghiên cứu sử dụng nhiên liệu E10.
1.1.1.2. Dầu thực vật
Dầu thực vật về tính chất lý hóa, phần lớn có trị số cetane cao và số octane thấp, độ
nhớt cao và nhiệt độ tự cháy thấp chỉ có thể ứng dụng cho động cơ diesel. Dầu thực vật có
thể làm nhiên liệu bao gồm dầu hạt cây cải dầu, dầu ôliu, dầu hạt đậu tương, dầu cọ, dầu
cây hướng dương, dầu ngô. Chúng là loại nhiên liệu tiềm năng cho động cơ diesel. Lần đầu
tiên, vào đầu thập kỷ 70 của thế kỷ trước, dầu thực vật thô được thử làm nhiên liệu cho
động cơ diesel. Kết quả thử nghiệm cho thấy, những loại dầu này so với nhiên liệu diesel
có thời gian phun lâu hơn, cháy trễ ngắn hơn, thời gian cháy dài hơn. Còn các cuộc thử
nghiệm bền cho thấy có sự thoái hóa động cơ nhanh hơn, sự mài mòn của bơm cao áp,
đóng muội than ở đế xupáp, vòi phun, thân xupáp và tích tụ trong buồng cháy, đỉnh piston
nhiều hơn… hiệu suất động cơ giảm đáng kể, công suất động cơ giảm, dễ kẹt xécmăng, tắc
hệ thống nhiên liệu, đóng muội than trong buồng cháy. Dầu thực vật thô cũng có nhiệt độ
khởi động lạnh rất cao, vì vậy cần phải sấy nóng nhiên liệu trước khi khởi động.
1.1.1.3. Metyl este

sử dụng trong xăng từ những năm 30 và MTBE được sử dụng lần đầu tiên trong các sản
phẩm xăng thương mại ở Ý vào năm 1973 [4].
1.1.1.5. Dimetyl ether
Dimetyl ether (DME) là hợp chất có công thức hóa học đơn giản nhất và được sử
dụng một cách rộng rãi như là chất đẩy dùng trong các bình xịt. DME là chất khí ở nhiệt độ
môi trường và áp suất khí quyển, nhưng có thể hóa lỏng với điều kiện áp suất thấp (0,5
MPa tại 25
0
C). Nó có thể được sản xuất từ gas tự nhiên hoặc từ sinh vật. DME không độc,
không ăn mòn và không có chất gây ung thư, trong trường hợp bị rò rỉ nó phân hủy rất
nhanh trong khí quyển. Về mặt sinh thái, DME cũng được coi là một loại nhiên liệu tốt cho
động cơ, bởi nó rất dễ cháy và phát thải ít. DME có chỉ số octane khoảng 60. Tính bôi trơn
của DME thấp vì độ nhớt của nó rất thấp (khoảng 1/30 so với nhiên liệu diesel). Vì vậy, để
tránh mài mòn vòi phun cần được cho thêm chất bôi trơn. Trước đây, DME nguyên chất là
nhiên liệu tốt cho động cơ diesel, bởi vì động cơ sử dụng nhiên liệu đó có đặc điểm cháy
rất tốt, lượng phát thải thấp, đặc biệt giảm thải NO
x
và khói. Sử dụng DME trên phương
tiện vận tải có ưu điểm hơn là dùng methanol vì sử dụng methanol có quá trình cháy xấu,
tuy nhiên có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách chuyển hóa methanol thành DME
theo phản ứng:
2CH
3
OH CH
3
OCH
3
+ H
2
O

2
O

8
Như chúng ta có thể thấy có rất nhiều loại nhiên liệu sinh học. Tuy nhiên, có thể quy
về hai loại thường dùng cho động cơ đốt trong đó là biodiesel và ethanol.
1.1.2. Nhiên liệu bio- diesel
1.1.2.1. Khái niệm và nguồn nguyên liệu để sản xuất
Biodiesel được định nghĩa là một dạng nhiên liệu dùng để thay thế diesel có nguồn gốc
từ dầu thực vật (đậu nành, dừa, cọ, hạt caosu ) hoặc mỡ động vật (ví dụ mỡ cá basa, cá tra,
mỡ bò, mỡ lợn, mỡ gà ), được sử dụng rất thông dụng trên thị trường Châu Âu, Châu Mỹ
và hiện nay bắt đầu xuất hiện ở Châu Á. Biodiesel là các ankyl este của axit béo. Cũng giống
như diesel, biodiesel có thể sử dụng làm nhiên liệu cho các động cơ đốt trong. Việt Nam,
một nước nông nghiệp có nguồn dầu thực vật phong phú thì việc sử dụng chúng trong sản
xuất nhiên liệu, phụ gia cho nhiên liệu sẽ có giá trị khoa học và thực tiễn cao.
Trước đây, kể từ khi động cơ diesel được phát minh ra thì nhiên liệu mà người ta sử
dụng đầu tiên chính là dầu thực vật. Nhưng nguyên liệu dầu thực vật đã không được lựa chọn
làm nhiên liệu cho động cơ diesel vì giá của dầu thực vật đắt hơn giá của diesel khoáng. Gần
đây, với sự tăng giá của nhiên liệu khoáng và sự hạn chế số lượng của nó, nên nhiên liệu dầu
thực vật ngày càng được quan tâm và có khả năng thay thế cho nhiên liệu dầu khoáng trong
tương lai gần, vì những lợi ích về môi trường và khả năng tái sinh của dầu thực vật.
Dầu thực vật sử dụng cho quá trình tổng hợp biodiesel phải có chỉ số axit thấp hơn
0,5 mg KOH/g dầu. Đối với dầu đã tinh chế thì có thể sử dụng ngay để tiến hành phản
ứng. Nhưng đối với dầu thực vật thô hay dầu thải có chỉ số axit cao và nhiều tạp chất hữu
cơ khác thì phải tiến hành tinh chế để loại bớt thành phần axit béo và các tạp chất bằng
cách trung hòa bằng kiềm.
Việc sử dụng dầu thực vật như một nhiên liệu thay thế để cạnh tranh với dầu mỏ đã
được bắt đầu từ những năm 1980. Do những thuận lợi của các loại dầu thực vật so với
nhiên liệu diesel là chúng có thể nuôi trồng, sẵn có, có khả năng tái sinh được, nhiệt trị
tương đối cao, hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn, hàm lượng chất thơm ít hơn, tuy nhiên khả

ngành thực phẩm bánh kẹo và xà phòng. Cả hai loại dầu này có thể làm nguyên liệu rất tốt
để sản xuất biodiesel.
Dầu cao su: Dầu hạt cao su được ép từ hạt cây cao su. Trong hạt hàm lượng dầu chiếm
khoảng 40 đến 60%. Cây cao su được trồng nhiều nơi trên thế giới như Ấn Độ, Châu Phi,
Nam Mỹ ở Việt Nam cây cao su được đưa vào thời Pháp thuộc và trồng nhiều ở các tỉnh
miền Đông Nam Bộ. Cây cao su sống thích hợp nhất ở những vùng đất đỏ. So với các loại dầu
khác thì dầu hạt cao su ít được sử dụng trong thực tế do hàm lượng axit béo rất lớn. Vì vậy
nếu sử dụng dầu hạt cao su làm nguyên liệu để sản xuất biodiesel thì hiệu quả kinh tế thu được
là cao nhất [4].
Hàm lượng axit béo của dầu hạt cao su cao hơn các loại dầu khác do trong hạt cao su có
enzym lipaza tác dụng thủy phân glyxerit tạo axit béo. Dầu sau khi được xử lý nhiệt thì chỉ số
axit ổn định do không còn enzym lipaza nữa.
Dầu sở: Cây sở là một loại cây lâu năm được trồng nhiều ở vùng nhiệt đới. ở nước
ta, sở được trồng nhiều ở các tỉnh trung du phía Bắc. Thành phần axit béo của dầu sở bao
gồm axit oleic (>60%), axit linolinic (15% 24%) và axit panmitic (15% 26%). Dầu
sở sau khi tách saponin dùng làm dầu thực phẩm rất tốt. Ngoài ra, dầu sở còn được dùng
rộng rãi trong công nghiệp xà phòng, mỹ phẩm. Dầu sở cũng có thể làm nguyên liệu để
sản xuất biodiesel.
Dầu bông: Bông là loại cây trồng một năm. Trong dầu bông có sắc tố carotenoit và
đặc biệt là gosipol và các dẫn xuất của nó làm cho dầu bông có màu đặc biệt: màu đen
hoặc màu sẫm. Gosipol là một độc tố mạnh. Hiện nay dùng phương pháp tinh chế bằng
kiềm hoặc axit antranilic có thể tách được gossipol chuyển thành dầu thực phẩm. Do trong
dầu bông có chứa nhiều axit béo no panmitic nên ở nhiệt độ thường nó đã ở thể rắn. Bằng
cách làm lạnh dầu người ta có thể tách được panmitic dùng để sản xuất margarin và xà
phòng. Dầu bông cũng là nguyên liệu rất tốt để sản xuất biodiesel.
Dầu hướng dương: Hướng dương là loại cây hoa một năm và hiện nay được trồng
nhiều ở xứ lạnh như Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Á, và đặc biệt là Liên Xô cũ (chiếm 90% sản
lượng của thế giới). Đây là loại cây có hàm lượng dầu cao và sản lượng lớn. Dầu hướng

10

quá trình sản xuất biodiesel và rất có ý nghĩa về mặt bảo vệ môi trường.
Ngoài nguyên liệu là dầu thực vật, để tổng hợp nhiên liệu biodiesel còn có thể sử
dụng các nguồn khác, như:
Mỡ động vật: Đây là nguồn nguyên liệu lấy từ mỡ các con vật, ví dụ mỡ cá basa, cá
tra, mỡ bò, mỡ lợn, mỡ gà v.v Đối với nguyên liệu loại này, ngoài tác nhân trao đổi este
là methanol, có thể dùng tác nhân hỗn hợp là 65% methanol + 35% ethanol cũng thu được
độ nhớt cần thiết của biodiesel.
Dầu phế thải của các nhà máy chế biến dầu, mỡ: Đây chính là dầu cặn của các nhà
máy chế biến thực phẩm, chúng có đặc điểm là đã qua gia nhiệt nhiều lần, có màu sẫm. Kết
quả phân tích loại này cho thấy ngoài lượng dầu mỡ còn có nhiều các chất khác kể cả các
chất rắn, nguyên liệu này được xử lý trước tiên là lọc sau đó tách nước v.v…
Như vậy, nguồn nguyên liệu để sản xuất bio-diesel rất đa dạng và phong phú, dễ tái
sinh, có thể phát triển, thay thế để cắt giảm lượng sử dụng nhiên liệu diesel khoáng.
1.1.2.2. Tình hình sản xuất và sử dụng bio-diesel trên thế giới và Việt Nam
Bio-diesel là một dạng nhiên liệu sinh học được quan tâm nhiều hơn cả do xu hướng
diesel hóa động cơ trên toàn cầu. Hàng chục nước trên thế giới đã và đang nghiên cứu sản

11
xuất bio-diesel, nhiều hơn cả là các nước có nguồn dầu mỡ động thực vật dồi dào và cơ sở
sản xuất hiện đại như Mỹ, Pháp, Đức, Thái Lan
Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu bio-diesel và nhiên liệu bio-diesel pha
trộn với nhiên liệu khoáng trên thế giới
Tại Mỹ, lượng bio-diesel được tiêu thụ đạt trên 2 tỷ gallon mỗi năm [4]. Mỹ đề ra
đến 2020 sử dụng 20% nhiên liệu sinh học.
Tại Áo, phải sử dụng nhiên liệu diesel khoáng pha 5% nhiên liệu sinh học [22].
Tại Đức, bắt buộc phải sử dụng nhiên liệu diesel-B5 và đến cuối năm 2010 có
khoảng 10% nhiên liệu sử dụng có nguồn gốc tái tạo [4].
Tại Pháp, đã có hàng vạn phương tiện tham gia giao thông sử dụng nhiên liệu diesel-B30
[4].
Tại Thái Lan, đã có chương trình sử dụng nhiên liệu diesel-B5 vào năm 2011 và

trị giá 4 tỷ đồng [6].

12
Bộ Công thương đã xây dựng đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm
nhìn 2020, với đề án này đến năm 2020, công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt
Nam sẽ đạt trình độ tiên tiến trên thế giới, với sản lượng đạt khoảng 500 triệu lít dầu diesel
sinh học B10/năm [22].
1.1.2.3. Tính chất vật lý
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc: Vì các dầu khác nhau có thành phần
hóa học khác nhau cho nên chúng cũng có nhiệt độ đông đặc và nóng chảy khác nhau. Các
giá trị này không ổn định và thường trong một khoảng giá trị nào đó.
Tính tan của dầu thực vật: Dầu không phân cực, do vậy chúng tan rất tốt trong
dung môi không phân cực, chúng tan rất ít trong rượu và không tan trong nước. Độ tan của
dầu trong dung môi phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.
Màu của dầu: Màu của dầu phụ thuộc vào thành phần hợp chất có trong dầu. Dầu
tinh khiết không màu, dầu có mầu vàng là do các carotenoit và các dẫn xuất, dầu có mầu
xanh là của clorophin
Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của dầu thực vật thường nhẹ hơn nước, ở điều
kiện thường (20
o
C), = 0,907÷0,971 g/cm
3
, dầu có càng nhiều thành phần hydrocacbon
no thì tỷ trọng càng cao.
1.1.2.4. Tính chất hóa học
Thành phần hóa học của dầu thực vật chủ yếu là este của axit béo với glyxerin. Do
vậy, chúng có đầy đủ tính chất của một este thể hiện qua các phản ứng sau đây.
Phản ứng xà phòng hóa: Trong những điều kiện nhất định (nhiệt độ, áp suất, xúc tác
thích hợp) dầu có thể bị thủy phân:
C

SO
4
,
HCl hoặc NaOH, KOH) có thể tiến hành este hóa trao đổi với các rượu bậc một (như
metylic, etylic) thành các alkyl este của axit và glyxerin:
C
3
H
5
(OCOR)
3
+ 3CH
3
OH → 3RCOOCH
3
+ C
3
H
5
(OH)
3
Phản ứng này có ý nghĩa thực tế rất quan trọng vì người ta có thể sử dụng các alkyl
este béo làm nhiên liệu do giảm một cách đáng kể lượng khí thải độc hại ra môi trường.
Đồng thời, cũng thu được một lượng glyxerin sử dụng trong các ngành công nghiệp mỹ
phẩm, hàng tiêu dùng, sản xuất nitro glyxerin làm thuốc nổ.

13
Phản ứng oxy hóa: Dầu thực vật có chứa nhiều loại axits béo không no dễ bị oxy
hóa, thường xảy ra ở nối đôi mạch cacbon. Tùy thuộc vào bản chất của chất oxy hóa và
điều kiện phản ứng mà tạo ra các chất oxy hóa không hoàn toàn như peroxyt, xetoaxit,

vào một tỷ lệ thích hợp biodiesel, sự mài mòn của động cơ được giảm mạnh. Thực nghiệm
đã chứng minh sau khoảng 15.000 giờ làm việc vẫn không nhận thấy mài mòn [2].
Tính ổn định của biodiesel: biodiesel có khả năng phân huỷ rất nhanh (phân huỷ
đến 98% trong 21 ngày) đây chính là ưu điểm lớn về mặt môi trường. Do biodiesel kém
ổn định nên cần có sự chú ý đặc biệt về quá trình bảo quản [4].
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 ở một trường đại học ở California, sử dụng biodiesel
tinh khiết thay cho diesel khoáng có thể giảm 93,6% nguy cơ mắc bệnh ung thư từ khí thải
của động cơ, do biodiesel chứa ít các hợp chất thơm, chứa rất ít lưu huỳnh, quá trình cháy
triệt để hơn nên giảm được nhiều thành phần hydrocacbon trong khí thải.
An toàn về cháy nổ tốt hơn: Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao, trên 110
o
C, cao
hơn nhiều so với diesel khoáng (khoảng 60
o
C), vì vậy tính chất nguy hiểm của nó thấp
hơn, an toàn hơn trong tồn chứa và vận chuyển.

14
Nguồn nhiên liệu cho tổng hợp hoá học: Ngoài việc được sử dụng làm nhiên liệu,
các ankyl este axit béo còn là nguồn nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghệ hoá học,
sản xuất các rượu béo, ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm, các ankanolamin, isopropylic
este, các polyeste được ứng dụng như chất nhựa, chất hoạt động bề mặt
Có khả năng nuôi trồng được: Tạo nguồn năng lượng độc lập với dầu mỏ, không làm
suy yếu các nguồn năng lượng tự nhiên, không gây ảnh hưởng tới sức khoẻ con người và môi
trường.
1.1.3. Xăng sinh học
1.1.3.1. Khái niệm và nguồn nguyên liệu để sản xuất
Ethanol là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic, dễ cháy,
không màu, là một trong các thành phần của đồ uống chứa cồn. Trong đời sống, nó thường

này sẵn có và rẻ tiền hơn so với các loại tinh bột ngũ cốc hoặc cây trồng khác, đặc biệt là với
những nguồn chất thải hầu như không có giá trị kinh tế thì vấn đề càng có ý nghĩa, tuy nhiên
quá trình chuyển hóa các vật liệu này sẽ khó khăn hơn.
1.1.3.2. Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol trên thế giới và Việt Nam
Trên thế giới, các nước sản xuất ethanol từ các nguồn nguyên liệu khác nhau. Nước
sản xuất ethanol sinh học nhiều bậc nhất thế giới là Brazin. Brazin sản xuất mỗi năm 14 tỷ
lít cồn từ cây mía. Chương trình sản xuất này tạo việc làm cho 1 triệu người và tiết kiệm
được 60 tỷ USD tiền nhập xăng dầu trong 3 thập kỷ qua. Số tiền này lớn gấp 10 lần chi cho
chương trình trên và gấp 50 lần số tiền trợ cấp ban đầu. Từ năm 1985 sản lượng ethanol
nhiên liệu đạt bình quân 10 triệu tấn/năm. Năm 2005 có 70% số ôtô đã sử dụng nhiên liệu
sinh học. Hiện nay, toàn bộ xăng chạy ôtô của Brazin đều pha 20-25% ethanol sinh học.
Brazin có thể sản xuất lượng ethanol thay thế 10% nhu cầu xăng dầu của thế giới trong

15
vòng 20 năm tới với lượng xuất khẩu khoảng 200 tỷ lít, so với mức 30 tỷ lít hiện nay. Luật
pháp Brazin quy định tất cả các loại xe sử dụng xăng pha 22% ethanol và nước này đã có
20% số lượng xe chỉ sử dụng ethanol 100% [4]. Cho đến năm 2012 Brazin đã đưa vào hoạt
động trên 70 nhà máy chuyên sản xuất ethanol.
Trong khối EU, nhiên liệu sinh học là một ưu tiên trong chính sách môi trường và
giao thông. Theo ước tính của các nhà kinh tế sử dụng nhiên liệu sinh học, hàng năm có
thể tiết kiệm được 120 triệu thùng dầu thô vào thời điểm năm 2012. Từ đầu năm 2004 các
trạm xăng Aral và Shell ở Đức bắt đầu thực hiện chỉ thị 2003/30/EU mà theo đó từ
31/12/2005 ít nhất 2% và từ 31/12/2010 ít nhất 5,75% nhiên liệu dùng cho giao thông vận
tải phải có nguồn gốc tái tạo. EU còn quy định các nước thành viên phải sử dụng ít nhất
10% nhiên liệu sinh học từ nay đến 2020.
Mỹ đề ra đến 2020 sử dụng 20% nhiên liệu sinh học trong giao thông, Iowa là bang
sản xuất ethanol cho nhiên liệu ôtô với sản lượng lớn nhất.
Indonesia đã trợ cấp khoảng 7 tỷ USD cho năng lượng. Nước này đặt mục tiêu đến
năm 2020 nhiên liệu sinh học đáp ứng trên 10% nhu cầu cho ngành điện và giao thông.
Tại Trung Quốc, các tỉnh Hà Nam, An Huy, Cát Lâm, Hắc Long Giang… đã sản xuất

C, hóa rắn ở -114,15
0
C, tan vô hạn trong
nước. Ehanol tan tốt trong nước và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay andehit
có cùng số cacbon là do có sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử với nhau và với
nước. Một số tính chất vật lý của ethanol thể hiện trên bảng 1.1[4].