DẦU DIESEL SINH HỌC: LỊCH SỬ, ĐẶC TÍNH, CHỦNG LOẠI, ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM - HÓA HỌC - 2026

Các dầu diesel sinh học nhiên liệu là một nguồn gốc tự nhiên mà là thu được các loại dầu thực vật hay mỡ động vật phản ứng với rượu khối lượng phân tử thấp. Phản ứng này được gọi là phản ứng transesterification; có nghĩa là, các este axit béo mới (còn được gọi là mono alkyl este) được hình thành từ chất béo trung tính ban đầu.

Trong các ngữ cảnh khác thay vì sử dụng từ 'transesterification', sinh khối được cho là trải qua quá trình phân giải rượu, bởi vì nó đang được xử lý bằng rượu; trong số đó, chủ yếu là metanol và etanol. Việc sử dụng metanol để sản xuất nhiên liệu sinh học này phổ biến đến mức gần như đồng nghĩa với nó.

Bơm diesel sinh học B5. Nguồn: Pxhere.

Dầu diesel sinh học là một giải pháp thay thế xanh cho việc sử dụng nhiên liệu diesel, diesel hoặc petrodiesel (làm nổi bật hơn rằng thành phần của nó bao gồm các hydrocacbon dầu mỏ). Tuy nhiên, các đặc tính và chất lượng của chúng về hiệu suất trong động cơ diesel không khác nhau quá nhiều, do đó cả hai loại nhiên liệu được trộn theo tỷ lệ khác nhau.

Một số hỗn hợp này có thể giàu diesel sinh học hơn (ví dụ: B100) hoặc giàu petrodiesel hơn (chỉ với 5-20% diesel sinh học). Theo cách này, mức tiêu thụ dầu diesel lan rộng khi dầu diesel sinh học được đưa ra thị trường; không phải là không vượt qua trước một loạt các vấn đề về đạo đức, sản xuất và kinh tế.

Từ một quan điểm đơn giản, nếu dầu có thể được lấy làm chất lỏng có khả năng đốt cháy và tạo ra năng lượng để di chuyển máy móc, tại sao không phải là dầu có nguồn gốc tự nhiên? Tuy nhiên, chỉ điều này là chưa đủ: bạn phải được xử lý bằng hóa chất nếu muốn cạnh tranh hoặc theo kịp nhiên liệu hóa thạch.

Khi xử lý này được thực hiện với hydro, người ta nói đến quá trình tinh chế dầu thực vật hoặc mỡ động vật; mức độ oxy hóa của nó thấp hoặc các phân tử của nó bị phân mảnh. Trong khi đó, trong biodiesel, thay vì hydro, người ta sử dụng rượu (metanol, etanol, propanol, v.v.).

Lịch sử

Phản ứng transesterification

Câu trả lời cho vấn đề đầu tiên mà nhiên liệu sinh học phải đối mặt đã được phát hiện trong quá khứ. Trở lại năm 1853, hai nhà khoa học E. Duffy và J. Patrick đã đạt được bước chuyển hóa dầu thực vật đầu tiên, thậm chí rất lâu trước khi Rudolf Diesel khởi động động cơ làm việc đầu tiên của mình.

Trong quá trình chuyển hóa này, chất béo trung tính của dầu và / hoặc chất béo phản ứng với rượu, chủ yếu là metanol và etanol, để tạo ra metyl và etyl este của axit béo, cũng như glixerol như một sản phẩm thứ cấp. Một chất xúc tác cơ bản như KOH được sử dụng để tăng tốc độ phản ứng.

Điểm quan trọng nhất của quá trình chuyển hóa chất béo là tám mươi năm sau, một nhà khoa học người Bỉ, tên là G. Chavanne, sẽ chuyển hướng phản ứng này để giảm độ nhớt cao và phản tác dụng của dầu thực vật.

Rudolf Diesel và động cơ của anh ấy

Động cơ diesel xuất hiện vào năm 1890, tức là vào cuối thế kỷ 19, do những hạn chế của động cơ hơi nước. Nó kết hợp mọi thứ bạn muốn từ một động cơ: sức mạnh và độ bền. Nó cũng hoạt động với bất kỳ loại nhiên liệu nào; và trước sự ngưỡng mộ của chính Rudolf và chính phủ Pháp, ông có thể làm việc với dầu thực vật.

Là nguồn năng lượng triglyceride, thật hợp lý khi nghĩ rằng khi bị đốt cháy, chúng sẽ giải phóng nhiệt và năng lượng có khả năng tạo ra công cơ học. Diesel ủng hộ việc sử dụng trực tiếp các loại dầu này, vì nó hoan nghênh thực tế là nông dân có thể tự chế biến nhiên liệu ở những nơi xa các mỏ dầu.

Mô hình chức năng đầu tiên của động cơ diesel đã thành công trong buổi giới thiệu vào ngày 10 tháng 8 năm 1893, tại Augusta, Đức. Động cơ của nó chạy bằng dầu đậu phộng, vì Rudolf Diesel tin chắc rằng dầu thực vật có thể sánh ngang với nhiên liệu hóa thạch; nhưng cũng giống như chúng đã được xử lý một cách thô sơ, không có các xử lý tiếp theo.

Cùng một động cơ chạy bằng dầu đậu phộng này đã được giới thiệu tại Hội chợ Thế giới ở Paris năm 1900. Tuy nhiên, nó không thu hút nhiều sự chú ý vì lúc đó dầu là nguồn nhiên liệu dễ tiếp cận và rẻ hơn nhiều.

Petrodiesel

Sau cái chết của Diesel vào năm 1913, dầu diesel (diesel hoặc petrodiesel) được lấy từ quá trình lọc dầu. Và do đó, mô hình động cơ diesel được thiết kế cho dầu đậu phộng phải được điều chỉnh và chế tạo lại để hoạt động với loại nhiên liệu mới này, loại nhiên liệu này ít nhớt hơn bất kỳ loại dầu thực vật hoặc sinh khối nào khác.

Đây là cách mà petrodiesel thịnh hành trong vài thập kỷ như một sự thay thế rẻ nhất. Đơn giản là không thực tế khi gieo nhiều ha rau lớn để thu lấy dầu của chúng, cuối cùng, chất nhớt quá nhớt, gây ra các vấn đề cho động cơ và không bằng năng suất thu được với xăng.

Vấn đề với nhiên liệu hóa thạch này là nó làm tăng ô nhiễm bầu khí quyển, và nó cũng phụ thuộc vào kinh tế và chính trị của các hoạt động dầu mỏ. Do không thể sử dụng đến nó, trong một số bối cảnh, dầu thực vật được sử dụng để điều động các phương tiện và máy móc hạng nặng.

Nhiên liệu sinh học trong Thế chiến II

Khi trong Thế chiến thứ hai, dầu mỏ bắt đầu khan hiếm do xung đột, một số quốc gia nhận thấy cần phải chuyển sang sử dụng dầu thực vật một lần nữa; nhưng họ đã phải đối mặt với thiệt hại của hàng trăm nghìn động cơ do sự khác biệt về độ nhớt mà thiết kế của họ không thể chịu đựng được (và thậm chí ít hơn nếu chúng có nước bị nhũ hóa).

Sau chiến tranh, các quốc gia lại một lần nữa quên đi dầu thực vật và tiếp tục thực hành chỉ đốt xăng và petrodiesel.

Sự ra đời của dầu diesel sinh học

Vấn đề độ nhớt đã được giải quyết ở quy mô nhỏ bởi nhà khoa học người Bỉ G. Chavanne vào năm 1937, người đã được cấp bằng sáng chế cho phương pháp thu được etyl este của axit béo từ dầu cọ xử lý bằng etanol.

Do đó, có thể nói, biodiesel chính thức ra đời vào năm 1937; nhưng việc trồng và sản xuất hàng loạt phải đợi đến năm 1985, mới được thực hiện tại một trường đại học nông nghiệp của Áo.

Bằng cách cho các loại dầu thực vật này vào quá trình transesterification, vấn đề độ nhớt cuối cùng đã được giải quyết, phù hợp với hiệu suất của petrodiesel và thậm chí còn đại diện cho một giải pháp thay thế xanh bên trên nó.

Tính chất

Các đặc tính của diesel sinh học phụ thuộc toàn cầu vào nguyên liệu thô mà nó được sản xuất. Nó có thể có các màu khác nhau, từ vàng đến nâu sẫm, hình thức bên ngoài phụ thuộc vào quá trình sản xuất.

Nói chung, nó là loại nhiên liệu có độ nhớt tốt, giúp giảm tiếng ồn của động cơ, kéo dài tuổi thọ và ít phải đầu tư để bảo dưỡng.

Nó có điểm bắt lửa cao hơn 120ºC, có nghĩa là miễn là nhiệt độ bên ngoài không vượt quá mức này, thì sẽ không có nguy cơ hỏa hoạn; Điều này không xảy ra với động cơ diesel, có thể cháy ngay cả ở 52ºC (rất dễ đạt được đối với một điếu thuốc đã cháy).

Do thiếu hydrocacbon thơm như benzen và toluen, nó không có nguy cơ gây ung thư trong trường hợp bị đổ hoặc tiếp xúc lâu dài.

Tương tự như vậy, nó không có lưu huỳnh trong thành phần của nó, vì vậy nó không tạo ra khí ô nhiễm SO ₂ hoặc SO ₃ . Khi trộn với dầu diesel, nó tạo ra đặc tính bôi trơn cao hơn các hợp chất lưu huỳnh tự nhiên của nó. Trên thực tế, lưu huỳnh là một nguyên tố không mong muốn, và khi dầu diesel bị khử lưu huỳnh, nó sẽ mất khả năng bôi trơn mà phải phục hồi bằng dầu diesel sinh học hoặc các chất phụ gia khác.

Thu nhận và sản xuất

Dầu diesel sinh học thu được từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật đã được chuyển hóa. Nhưng, cái nào trong số chúng nên tạo thành nguyên liệu thô? Lý tưởng nhất là loại tạo ra lượng dầu hoặc chất béo lớn hơn từ một vùng trồng trọt nhỏ hơn; rằng theo các thuật ngữ thích hợp hơn, nó sẽ là số ha đất nông nghiệp của bạn chiếm dụng.

Dầu diesel sinh học tốt phải đến từ một loại cây trồng (ngũ cốc, hạt giống, trái cây, v.v.) tạo ra khối lượng lớn dầu từ các mỏ nhỏ; nếu không, cây trồng của họ sẽ được yêu cầu bao phủ toàn bộ quốc gia và sẽ không có hiệu quả kinh tế.

Một khi sinh khối đã được thu thập, dầu sau đó phải được chiết xuất thông qua các quá trình vô hạn; trong số đó, chẳng hạn, là việc sử dụng chất lỏng siêu tới hạn để mang và hòa tan dầu. Sau khi thu được dầu, nó sẽ được xử lý quá trình transesterification để giảm độ nhớt.

Quá trình chuyển hóa đạt được bằng cách trộn dầu với metanol và bazơ trong lò phản ứng theo mẻ, dưới siêu âm, chất lỏng siêu tới hạn, khuấy cơ học, v.v. Khi sử dụng metanol, thu được metyl este của axit béo (FAME, viết tắt của nó trong tiếng Anh: Fatty Acid Methyl Ester).

Mặt khác, nếu sử dụng etanol, sẽ thu được các axit béo etyl este (FAEE). Tất cả các este này và nguyên tử oxy của chúng là đặc điểm của dầu diesel sinh học.

Metanol và glixerol

Metanol là rượu chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu thô trong sản xuất dầu diesel sinh học; và glycerol, mặt khác, là một sản phẩm phụ có thể được sử dụng để hỗ trợ các quá trình công nghiệp khác và do đó làm cho sản xuất diesel sinh học có lợi hơn.

Glycerol đến từ các phân tử chất béo trung tính ban đầu, được thay thế bằng metanol để tạo ra ba DMARD.

Các loại diesel sinh học

Các loại dầu hoặc chất béo khác nhau có cấu hình axit béo riêng; do đó, mỗi diesel sinh học có các este mono-alkyl khác nhau do kết quả của quá trình transesterification. Mặc dù vậy, vì những este này hầu như không khác nhau về độ dài của chuỗi cacbon của chúng, nên nhiên liệu tạo thành không cho thấy sự dao động lớn giữa các đặc tính của chúng.

Vì vậy, không có phân loại cho diesel sinh học, mà là một hiệu quả và lợi nhuận khác nhau tùy thuộc vào nguồn dầu hoặc chất béo được lựa chọn để sản xuất. Tuy nhiên, có những hỗn hợp diesel sinh học-petrodiesel, bởi vì cả hai loại nhiên liệu này có thể được trộn lẫn và trộn lẫn với nhau, mang lại những phẩm chất có lợi cho động cơ.

Dầu diesel sinh học tinh khiết được cho là B100; bằng 0% petrodiesel trong thành phần của nó. Sau đó, có các hỗn hợp khác:

- B20 (với 80% petrodiesel).

- B5 (với 95% petrodiesel).

- B2 (với 98% petrodiesel).

Những chiếc xe được sản xuất trước năm 1996 không thể sử dụng B100 trong động cơ của chúng mà không cần phải thay thế một số thành phần đã xuống cấp do tác dụng của dung môi. Tuy nhiên, ngay cả ngày nay, có những mẫu xe hơi không cho phép sử dụng dầu diesel sinh học có nồng độ lớn trong bảo hành tại nhà máy của họ, vì vậy họ khuyến nghị sử dụng hỗn hợp thấp hơn B20.

Lợi thế

Dưới đây là bảng phân tích một loạt các ưu điểm của biodiesel so với petrodiesel và biến nó trở thành một lựa chọn thay thế xanh và hấp dẫn:

- Nó được lấy từ sinh khối, một nguyên liệu thô có thể tái tạo và thường bị mất đi dưới dạng chất thải.

- Nó có thể phân hủy sinh học và không độc hại. Do đó, nó sẽ không gây ô nhiễm đất hoặc biển nếu vô tình bị đổ.

- Điểm chớp cháy cao giúp an toàn hơn khi cất giữ và vận chuyển.

- Nó không tạo ra khí nhà kính vì CO ₂ thải ra tương đương với lượng mà cây trồng hấp thụ. Nhờ đó, nó cũng tuân thủ giao thức Kyoto.

- Khuyến khích các hoạt động nông thôn trồng cây từ dầu thực vật.

- Nó thậm chí có thể được sản xuất từ ​​dầu chiên. Điểm này rất có lợi cho bạn bởi vì dầu tái chế, trong nước hoặc từ các nhà hàng, thay vì được thải bỏ và gây ô nhiễm nước ngầm, có thể được sử dụng để sản xuất nhiều nhiên liệu xanh hơn.

- Đại diện cho một cách để trở nên độc lập trong dài hạn khỏi dầu mỏ và các dẫn xuất của nó.

- Để lại ít cặn khi đốt.

- Ngoài đậu nành và hạt hướng dương, tảo vi khuẩn còn là nguồn cung cấp dầu diesel sinh học không thể ăn được (và không được ưa chuộng đối với nhiều người).

Hạn chế

Không phải mọi thứ đều hoàn hảo với loại nhiên liệu này. Dầu diesel sinh học cũng có những hạn chế cần phải khắc phục nếu muốn thay thế dầu diesel. Một số hạn chế hoặc sự bất tiện của việc sử dụng nó là:

- Nó có nhiệt độ đông đặc cao hơn, có nghĩa là ở nhiệt độ thấp nó trở thành gel.

- Sức mạnh dung môi của nó có thể phá hủy cao su tự nhiên và bọt polyurethane có trong xe ô tô lắp ráp trước năm 1990.

- Nó đắt hơn petrodiesel.

- Tăng giá cây trồng và thực phẩm vì chúng tạo ra giá trị gia tăng khi được sử dụng làm nguyên liệu diesel sinh học.

- Tùy thuộc vào sinh khối, nó có thể cần nhiều ha canh tác, có nghĩa là việc sử dụng các hệ sinh thái xa lạ với mục đích này và do đó sẽ ảnh hưởng đến hệ động vật hoang dã.

- Mặc dù nó không tạo ra khí lưu huỳnh trong quá trình đốt cháy của nó, nó giải phóng các oxit nitơ có nồng độ cao hơn, NO _x .

- Một lượng lớn thực phẩm sẽ được sử dụng, thay vì gây ra nạn đói, sẽ được sử dụng để sản xuất dầu diesel sinh học.

Người giới thiệu

1. Wikipedia. (2019). Dầu diesel sinh học. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
2. Penelope. (Ngày 28 tháng 12 năm 2011). Dầu diesel sinh học: ưu nhược điểm. Twenergy. Khôi phục từ: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Dầu diesel sinh học. Phục hồi từ: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (Ngày 03 tháng 4 năm 2019). Lịch sử của biodiesel. Năng lượng trang trại. Đã khôi phục từ: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Cách thức hoạt động của dầu diesel sinh học. Howstuffworks. Được khôi phục từ: auto.howstuffworks.com
6. Dầu diesel sinh học Thái Bình Dương. (2019). Dầu diesel sinh học. Phục hồi từ: biodiesel.com