Một thế giới của Diesel sinh học(Thứ hai, 14/05/2007 00:00 GMT+7)
Vào những thập kỉ cuối thế kỉ 19, khi chiếc động cơ Diesel đầu tiên được đưa vào vận hành thì nhiên liệu sử dụng cho nó là dầu lạc. Đến những năm đầu thế kỷ hai mươi, nhiên liệu sản xuất từ dầu mỏ rẻ hơn đă khiến cho các động cơ Diesel phải có những sự thay đổi để phù hợp với loại nhiên liệu này. Tiếp đến, một trăm năm sau đó, vấn đề ô nhiễm không khí buộc con người phải xem xét lại công nghệ của loại động cơ tự cháy khi nén này và tìm kiếm nhiên liệu sinh học.
Vào những thập kỉ cuối thế kỉ 19, khi chiếc động cơ Diesel đầu tiên được đưa vào vận hành thì nhiên liệu sử dụng cho nó là dầu lạc. Đến những năm đầu thế kỷ hai mươi, nhiên liệu sản xuất từ dầu mỏ rẻ hơn đă khiến cho các động cơ Diesel phải có những sự thay đổi để phù hợp với loại nhiên liệu này. Tiếp đến, một trăm năm sau đó, vấn đề ô nhiễm không khí buộc con người phải xem xét lại công nghệ của loại động cơ tự cháy khi nén này và tìm kiếm nhiên liệu sinh học.
Loại nhiên liệu đã làm cho động cơ Diesel của toàn thế giới phải đổi hướng đó là Diesel sinh học (viết tắt là FAME - Fatty Acid Methyl Este) Lợi ích trước mắt có thể thấy ngay được là loại nhiên liệu này không chỉ có tác dụng giảm thiểu khí xả động cơ, mà nhiều người còn khẳng định rằng nó không thải ra Carbon Dioxide (CO2) vào không khí và giúp cho công cuộc đấu tranh chống lại hiệu ứng nhà kính. Ngoài ra, nhiên liệu Diesel sinh học là loại hợp chất có thể tự phân hủy được.
Loại nhiên liệu này có thể được sử dụng cho bất kì động cơ Diesel nào; thậm chí chỉ cần một lượng nhỏ nhiên liệu này khi thêm vào nhiên liệu Diesel truyền thống đă có thể góp phần làm giảm bớt hiện tượng ô nhiễm. Diesel sinh học cũng có tác dụng làm tăng trị số cetane của dầu Diesel (trị số cetane càng cao thì nhiên liệu càng dễ cháy). Tính chất bôi trơn tự nhiên của Diesel sinh học còn có tác dụng giúp cho các bộ phận của động cơ hoạt động nhẹ nhàng. điều này làm cho Diesel sinh học trở nên đặc biệt hữu dụng khi được pha trộn với loại dầu Díesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp (ULSD ).
Bộ Năng lượng của Mỹ khuyến nghị rằng tất cả các loại động cơ Diesel cần được thiết kế, chế tạo sao cho chúng đều có khẳ năng sử dụng được loại nhiên liệu pha trộn 20% Diesel sinh học (B20) và chỉ cần thay đổi một chút là có thể sử dụng được Diesel sinh học (B100).
Vì thế, phần lớn nhiên liệu Diesel sinh học được bán trên thị trường Bắc Mỹ là loại pha tỉ lệ từ B2 đến B50.
Diesel sinh học được sản xuất trên cơ sở phản ứng hóa học được gọi là chuyển đổi este hóa, mà bản chất là việc tách glycerine từ axít béo. Dầu chứa chất béo (triglycerides) được trộn với methanol trong môi trường xúc tác, thường là môi trường kiềm, chẳng hạn như sodium hydroxide hoặc potassium hydroxide. Thực tế mọi thứ tham gia vào phản ứng hóa học này đều là những loại nguyên liệu hữu ích: methanol, Diesel sinh học và glycerine. Methanol thường được tái sử dụng để giúp cho sự hoạt động của cả quá trình; Glycerine trở thành sản phẩm đồng hành có giá trị, đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp dược phẩm.
Nguồn nguyên liệu cung cấp cho quá trình sản xuất có thể là dầu thực vật hoặc dầu động vật. Sự lựa chọn phụ thuộc vào loại nguyên liệu nào sẵn có ở địa phương, điêu này giúp cho việc giảm giá thành vận chuyển. Nguyên liệu đầu vào hiện vẫn được coi là chi phí lớn nhất trong ngành sản xuất Diesel sinh học. Theo Joe Mead, công ty kinh doanh nhiên liệu sinh học- World Energy Alternatives LLC thì hiện nay, nguyên liệu đầu vào đang chiếm tới 80% tổng chi phí sản xuất.
Điều này có thể giải thích tại sao một số nhà máy sản xuất Diesel sinh học thành công nhất lại được điều hành bởi những công ty cũng đang kinh doanh sản phẩm nông nghiệp. Ví dụ, nhà máy sản xuất Diesel sinh học lớn nhất của Mỹ đang được xây dựng ở Velva, bang Nord Dakota, bởi Archer Daniels Midland lại là một trong những nhà xử lí dầu hạt lớn nhất thế giới. Không phải ngẫu nhiên mà nguyên liệu đầu vào của nhà máy này là Canola (Canadian Oil Loa Acid - có nguồn gốc từ hạt cải dầu, cùng họ với mù tạc) và North Dakota là bang sản xuất 95% lượng dầu Canola trên toàn nước Mỹ.
Để sản xuất Diesel sinh học, hầu hết các nhà máy ở Mỹ sử dụng đậu nành; trong khi đó ở châu âu thì chủ yếu là dầu hạt cải dầu; đông Nam á và vùng Thái Bình Dương đa số sử dụng dầu cọ. Trên thực tế, bất kì dầu thực vật nào cũng có thể sử dụng để sản xuất nhiên liệu Diesel sinh học. Tuy nhiên, những loại dầu đó dường như là đắt tiền, vì chúng cũng phục vụ cho ngành sản xuất thực phẩm và chắc chắn sự cạnh tranh sẽ đẩy giá lên.
Nguyên liệu đầu vào rẻ nhất lại là dầu nấu ăn đă sử dụng và dầu mỡ lấy từ các nhà hàng. Chủ nhà hàng thường muốn cho đi để giảm chi phí. Tuy nhiên, trước khi dầu mỡ đó có thể được chuyển đổi thành Diesel sinh học, thì nước và các tạp chất khác phải được tách ra, điều này tạo nên nhiều công đoạn và làm cho quá trình sản xuất khó khăn hơn.
Diesel sinh học luôn luôn còn giữ lại một chút gì đó của nguyên liệu đầu vào. Điều này phản ánh việc có rất nhiều tên gọi để mô tả nó, ví dụ như SME (methyl este soya bean - đậu nành), và CME (methyl este coconut - dừa). Yếu tố khác biệt lớn nhất ở Diesel sinh học là mức độ xít béo. Diesel sinh học làm từ dầu mờ nấu ăn chứa lượng xít béo cao nhất, mặc dù nhiều loại dầu thực vật như dầu cọ cũng chứa lượng axit béo đáng kể.
Lượng axít béo trong Diesel sinh học có tác động trực tiếp đến sản phẩm cuối cùng. Diesel sinh học nào mà chứa nhiều xít béo hơn thì có trị số cetane cao hơn, có nghĩa là nó sẽ cháy nhanh hơn trong buồng đốt. Mặt khác, lượng xít béo cao thì lại có nguy cơ gây ảnh hưởng bất lợi cho nhiên liệu khi thời tiết lạnh.
Khi nhiệt độ hạ xuống dưới 1,7 độ C, các phân tử chất béo bắt đầu cô đặc lại Hiện tượng này có thể nhận biết khi thấy sự vẩn đục trong nhiên liệu. điều này không chỉ có ảnh hưởng về mặt hình thức nhiên liệu. Những đốm vẩn đục này chứng tỏ nhiên liệu bắt đầu kết dính lại và có nguy cơ làm tắc các đường cung cấp nhiên liệu cho động cơ. Diesel sinh học làm từ dầu mỡ nấu ăn có nhiều đốm vẩn đục hơn bời chúng chứa nhiều chất béo băo hòa hơn so và Diesel sinh học làm từ dầu thực vật. Loại Diesel sinh học làm từ dầu mớ nấu ăn này trong thời tiết lạnh, phải được bảo quản ở chỗ ấm nóng để ngăn chặn sự hình thành kết dính và những vấn đê do sự nhiễm bẩn nước và kết tủa.
Tháng 3 năm 2002, Mínnesota trở thành bang đầu tiền giao nhiệm vụ các trạm bán nhiên liệu phải cung cấp nhiên liệu Diesel sinh học B2. Không lâu sau, khi luật về nhiên liệu sinh học có hiệu lực vào tháng 10 năm 2005 thì đă bắt đầu xuất hiện nhiều vấn đề do hiện tượng nhiên liệu làm tắc vòi phun. Một số trường hợp là do ảnh hưởng của thời tiết lạnh, nhưng cũng có không ít trường hợp là do nguồn gốc của loại nhiên liệu Diesel sinh học không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật
Tổ chức American Society of Testing and Materials (ASTM) đă thiết lập những chỉ tiêu chất lượng cho loại nhiên liệu pha Diesel sinh học sử dụng cho phương tiện ở Mỹ thông qua việc ban hành tiêu chuẩn D7651. Tuy nhiên, tiêu chuẩn này vẫn chưa được bắt buộc áp dụng.
Scott Lewis, người điều hành việc phát triển kinh doanh của tập đoàn Biox, một nhà sản xuất Diesel sinh học của Canada, cho rằng chất lượng là vấn đề lớn nhất mà ngành công nghiệp này đang gặp phải. ông Mike Livergood, phó tổng giám đốc phụ trách hóa dầu của công ty ADM cũng có cùng suy nghĩ như vậy. ông khẳng định chất lượng là một trong những thử thách mà ngành công nghiệp đang phát triển Dỉesel sinh học phải đề cập đến.
Một trong những nhà sản xuất thiết bị hàng đầu cũng đồng như vậy. ông John German, nhà quản lí về phân tích năng lượng môi trường của hăng Honda, nói rằng vấn đề đơn giản chỉ là chất lượng. Hiện nay chưa có một tiêu chuẩn nào cả, một vài loại nhiên liệu thì tốt, trong khi những loại khác lại không tốt.
Bà Jenna Higgins thuộc Tổ chức quốc gia vê Diesel sinh học (NBB) tuyên bố rằng tổ chức của bà đang tích cực giải quyết vấn đề này. Mục tiêu là đảm bảo nhiên liệu Diesel sinh học được bán ra đều đạt tiều chuẩn ASTM. Bà Higgins nói thêm rằng, tổ chức NBB cũng tiếp cận vấn đề từ một hướng khác với chương trình BQ9000 sẽ đặt ra tiêu chuẩn cho cả nhà sản xuất và tiếp thị. Chương trình BQ9000 đă tồn tại nhiều năm trước, nhưng hiện tại mới bắt đầu được triển khai. Có 17 nhà sản xuất đạt tiêu chuẩn và 6 nhà tiếp thị thuộc chương trình BQ9000. Bà giải thích, đó là một chương tnnh nghiêm ngặt. Nó thực sự chứng nhận quá trình mà một công ty đang sử dụng việc kiểm soát chất lượng. Một tin tốt cho người sử dụng đó là những nhà sản xuất nhiên liệu Diesel sinh học đạt tiêu chuẩn chiếm từ 40% tổng số công ty trên nước Mỹ.
Khí thải do động cơ chạy Diesel sinh học sinh ra lại là một vấn đề khác. Phụ thuộc vào tiêu chuẩn của từng địa phương, ngay cả nhiên liệu Diesel sinh học được pha chế đạt tiêu chuẩn ASTM D6751 cũng có thể bị đánh trượt trong bài kiển tra khí thải. Nhiên liệu Diesel sinh học có tác dụng làm giảm thiểu đáng kể lượng C02 và bụi hạt PM trong khí thải Diesel nhưng không hiệu quả với việc giảm nitrogen oxide (NOX). Khí thải từ Diesel B50 trở lên có thể vượt quá mức qui định ở một số bang. Ngoài ra, khí NOX kết hợp với một số chất hữu cơ bay hơi sẽ còn tạo ra sương khói.
Vấn đề nghiêm trọng nhất của Diesel sinh học là nó không thể cạnh tranh vê giá với Diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ - nếu như không nhận được trợ giúp từ chính phủ. Chính phủ luôn có các mục tiêu, tiêu chuẩn, chính sách. Các mục tiêu, dù không bắt buộc, đều hữu ích để thiết lập đường lối và quá trình thực hiện. Tất cả các yếu tố so sánh vừa nêu trên cũng được áp dụng ở châu âu nhằm biến cộng đồng chung châu âu (EU) trở thành thị trường mạnh nhất Thế giới về nhiên liệu Diesel sinh học. Năm 2005, 27 nước EU đă sản xuất được 966 triệu galon (tương đương 3,7 tỉ lít) nhiên liệu Diesel sinh học. Cùng năm đó, Mỹ đă sản xuất được 75 triệu galon (tương đương 283,9 triệu lít) nhiên liệu Diesel sinh học.
Mỹ chậm chân trong việc kinh doanh Diesel sinh học cơ bản là do Mỹ là thị trường dầu mỏ. ở Mỹ, Diesel chủ yếu là để cung cấp cho xe chuyên chở hàng hoá và thiết bị nặng; trong khi đó, ở châu âu đa số phương tiện từ xe tải đến xe chở người đều chạy bằng Diesel. Tuy nhiên hiện nay ở Mỹ cũng như các nơi khác trên Thế giới, Diesel sinh học đang được coi là một giải pháp để tăng cường sự an ninh về năng lượng và chấm dứt sự phụ thuộc vào dầu mỏ nhập khẩu. để thực hiện mục tiêu này, chính phủ liên bang đă trợ giúp rất lớn thông qua JOBS Act vào năm 2004, đă cung cấp thuế tín dụng cho những nhà chế biến Diesel sinh học và chứng tỏ là một trong những sự thúc đẩy cơ bản nhằm mở rộng sử dụng Diesel sinh học ở Mỹ. Một chương trình khác trước đó - EPACT, đă yêu cầu sử dụng các phương tiện nhiên liệu thay thế cho đoàn xe của chính phủ. Quân đội Mỹ trở thành một trong những nhả sử dụng nhiên liệu Diesel sinh học lởn nhất ở Mỹ. Các bang cũng bắt đầu tham gia hoạt động này. Gần 45 bang ở Mỹ đang có các chương trình khuyến khích sử dụng Diesel sinh học.
Rất nhiều nước khác trên Thế giới cũng chủ động thiết lập việc sản xuất và sừ dụng Diesel sinh học của quốc gia, như là một cách để giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu dầu. Tuy vậy vẫn còn những trở ngại.
ông German của Hăng Honda đặt ra câu hỏi -"Bạn sẽ lấy nguồn nguyên liệu đầu vào từ đâu để chuyển hóa thành Diesel sinh học?" - chú ý rằng việc trồng đậu nành để sản xuất Diesel sinh học "không đem lại nhiều năng lượng từ mỗi mẫu ruộng hơn là việc trồng ngô để sản xuất cồn ethanol". ông German cũng nhấn mạnh rằng "trong thời gian ngắn thì tiềm năng của việc sản xuất Diesel sinh học, ít nhất ờ nước Mỹ, là rất thấp". ông ta trăn trở về vấn đề này bởi Honda sẽ gia thiệu một loại động cơ Diesel 4 kì vào thị trường Mỹ trong năm 2009. ông German nói nó dựa trên loại động cơ đă được bán ở thị trường châu âu 4 năm trước, và đă được điều chỉnh để phù hợp với tiêu chuẩn về khí thải nghiêm ngặt của Mỹ.
ông cũng nói "động cơ Diesel hiệu quả hơn; mọi người nghĩ Diesel là loại kĩ thuật thấp, gây mùi khó chịu, kêu rầm rầm, nhưng động cơ Diesel hiện đại sẽ khiến động cơ chạy bằng nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ trở nên lạc hậu'. Cũng giống như các nhà sản xuất khác, Honda sẽ đảm bảo việc sử dụng Diesel sinh học pha trộn B20 cho động cơ của mình.
Diesel sinh học đă đạt đến một cấp độ mà nó cần phải được sự quan tâm của chính phủ, các nhà sản xuất, các nhà phân phối và người sứ dụng. Sự chấp nhận của khách hàng là một trong những trở ngại lớn nhất khi mở rộng việc sử dụng Diesel sinh học. Phần việc khó khăn nhất của bán hàng chính là thuyết phục khách hàng tiềm năng sử dụng những sản phẩm đầu tiên. Do vậy, hăng Earth Biofuels đă thực hiện một chương trình lớn vẫn sự góp mặt của các siêu sao, từ Morgan Freeman, Julia Robeás (diễn viên Hollywood), đến Rusty Wallace (đua ôtơ người Mỹ), nhằm quảng bá thông điệp của nhiên liệu Diesel sinh học. Người đem lại nhiều thành cơng nhất là ngôi sao nhạc đồng quẽ Willie Nelson với thương hiệu Diesel sinh học pha trộn BIOWILLIE được bán ở các trạm cung cấp nhiên liệu trên khắp nước Mỹ. Các nhạc công từ Bonnie Raitt đến ban nhạc Canada Barenaked Ladies đều đi lưu diễn bằng loại xe buưt sứ dụng nhiên liệu Diesel sinh học.
Các môn thể thao mô tô cũng là một trong những cách chính để quảng bá công nghệ mới và nhiên liệu Diesel sinh học đă du nhập vào đường đua. Một tàu nhiên liệu Diesel sinh học sẽ thử đạt tốc độ kí lục khi đi vòng quanh Thế giới, trong khi năm nay một loại mô tô chạy bằng Diesel sinh học cũng sẽ cố gắng đạt kí lục trên đất liền.
Thông điệp mang lại chính là hỗ trợ việc bảo vệ môi trường và giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhập khẩu dầu. Nguồn cung cấp nhiên liệu Diesel sinh học trên Thế giới đang mở rộng nhanh chóng. Chỉ tính riêng năm 2005, việc cung cấp Diesel sinh học đă tăng lên 60%.
Hiện tại, châu âu đứng đầu Thế giới về sản xuất và tiêu thụ Diesel sinh học, đức là nước dẫn đầu. Tuy nhiên, rất nhiều các quốc gia đang phát triển trên Thế giới lại đang có trong tay khối lượng lớn nguyên liệu sinh học. Khi mà họ bắt đầu phát triển và khai thác nguồn nguyền liệu sinh học, họ sẽ nhận ra sự chuyển đổi từ nước nhập khẩu dán mỏ thành nước xuất khẩu nhiên liệu sinh học. Nhiên liệu Diesel sinh học sẽ trở thành một nhân tố quan trọng của ngành năng lượng Thế giới trong tương lai bằng việc sản xuất nhiên liệu cung ứng theo từng khu vực.
(Tạp chí Đăng Kiểm 4/2007)