Xăng E5 và chất lượng xăng E5

Định nghĩa bioetanol và xăng E5

Bioetanol (etanol sinh học) có công thức là C2H5OH, được sản xuất theo phương pháp lên men các nguyên liệu chứa cacbohydrat như đường, tinh bột và xenlulozơ, dưới tác dụng của vi sinh vật và enzym. Nhiên liệu bioetanol là loại nhiên liệu sinh học được sử dụng nhiều nhất trên thế giới hiện nay, đặc biệt tại Braxin.

Bioetanol tinh khiết có ký hiệu là E100, còn xăng E5 dùng để chỉ một dung dịch xăng thương mại chứa 5% bioetanol và 95% xăng từ dầu mỏ, theo thể tích.

Nguyên liệu sản xuất bioetanol

Như đã đề cập, quá trình lên men được sử dụng để sản xuất bioetanol, dùng nguyên liệu là các loại đường, tinh bột, sinh khối xenlulozơ. Như vậy, bioetanol có thể được sản xuất từ rất nhiều loại nguyên liệu cụ thể, như lúa mạch, ngô, khoai, sắn, củ cải đường, mía, mật, rỉ đường, rơm rạ… Nhìn chung, ba nhóm nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bioetanol có những ưu, nhược điểm như sau:

- Các loại đường: Chủ yếu là saccarozơ, mantozơ, nhờ enzym trong nấm men có thể được chuyển hóa thành glucozơ, fructozơ, cuối cùng thành bioetanol. Nhờ quá trình chưng cất – hấp phụ, bioetanol được tinh chế, có thể sử dụng để pha trộn tạo các loại nhiên liệu sinh học khác nhau. Ưu điểm của đường là quá trình lên men rất dễ dàng, nhưng nhược điểm là có thể cạnh tranh với nguồn cung thực phẩm của con người;

- Tinh bột: Rất nhiều loại tinh bột có thể sử dụng để sản xuất bioetanol như tinh bột sắn, bột mì, gạo, ngô, khoai… Quy trình chung vẫn là sử dụng enzym để cắt mạch tinh bột tạo đường đa, sau đó thành đường đơn, cuối cùng thành bioetanol. Mặc dù quy trình có phức tạp hơn so với đường, quá trình lên men tạo bioetanol vẫn thuận lợi. Chính vì thế, đường và tinh bột là hai loại nguyên liệu được sử dụng chủ yếu ngày nay;

- Xenlulozơ: Có trong nhiều loại sinh khối dạng gỗ, rơm rạ, bã mía… Mặc dù nguyên lý chung vẫn là cắt mạch cacbohydrat tạo đường phân tử thấp, nhưng mạch xenlulozơ rất vững bền, nên cần các quá trình phức tạp hơn nhiều, như phải dùng axit để thủy phân xenlulozơ trước khi lên men… Tuy vậy, ưu điểm của xenlulozơ là nếu thực hiện được, sẽ là nguồn cung gần như vô hạn và rất rẻ để sản xuất bioetanol.

Quy trình lên men, làm khan bioetanol

Quy trình chung có thể diễn đạt theo các bước sau:

- Đường hóa: Sử dụng với nguyên liệu là tinh bột, đặc biệt là xenlulozơ. Trong quá trình này, enzym được sử dụng để chuyển hóa tinh bột thành đường, còn axit sẽ được áp dụng với xenlulozơ trong những điều kiện đặc biệt. Thông thường, enzym anpha amylaza sẽ được sử dụng để đường hóa tinh bột. Sản phẩm là hỗn hợp nước cốt chứa nhiều loại đường đơn và đường đa khác nhau;

Cơ chế lên men

- Lên men: Sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa đường thành bioetanol. Đây là quá trình lên men yếm khí, nên hạn chế sự tác động của không khí. Giai đoạn lên men được thực hiện dưới tác dụng của nấm men, sử dụng axit sunfuric để điều hòa pH về giá trị thích hợp cho sự phát triển của nấm;

- Chưng cất: Hỗn hợp sau lên men chứa rất nhiều nước, nên được chưng cất dưới nhiều chế độ áp suất khác nhau, sản phẩm là dung dịch bioetanol 95% thể tích;

- Làm khan: Bioetanol được làm khan bằng các tháp hấp phụ chứa rây phân tử kích cỡ mao quản 3Å (tên thương mại ZEOCHEM Z3-03). Một phương pháp khác có thể sử dụng là chưng cất đẳng phí, bằng cách thêm benzen. Phương pháp ít được dùng hơn là sử dụng canxi oxit như một chất làm khô.

Sử dụng bioetanol

- Bioetanol được sử dụng để pha trộn với xăng dầu mỏ tạo ra nhiên liệu sinh học cho động cơ xăng. Đây là loại nhiên liệu được sử dụng phổ biến nhất. Bioetanol nguyên chất được ký hiệu là E100, khi pha trộn thêm vào xăng sẽ được ký hiệu tùy theo lượng đưa vào, ví dụ xăng E5 tức là xăng sinh học có 5% thể tích bioetanol và 95% thể tích xăng đi từ dầu mỏ. Với hàm lượng pha trộn dưới 20% thể tích bioetanol, động cơ có thể hoạt động tốt mà không cần thay đổi kết cấu. Quá nhiều bioetanol thêm vào xăng, có thể dẫn đến một số vấn đề như: Giảm nhiệt cháy nhiên liệu, hút nhiều nước, khó khởi động trong thời tiết lạnh, và có thể làm giảm tuổi thọ các gioăng, đệm cao su;

- Hiện nay, Braxin và Mỹ đang là hai quốc gia sản xuất bioetanol lớn nhất, với tổng sản lượng chiếm tới 70% của cả thế giới. Riêng Mỹ, ước đạt 6,5 tỷ ga lông mỗi năm. Gần đây, các quốc gia châu Á có những bước phát triển đáng kể trong việc sử dụng loại nhiên liệu này, ví dụ Ấn Độ đã sử dụng xăng sinh học cho tất cả các phương tiện vận tải công cộng, Thái Lan bán xăng sinh học trong mọi cây xăng…

- Mặc dù tỷ lệ giới hạn pha trộn bioetanol xấp xỉ 20%, để đáp ứng hiệu quả làm việc cũng như độ bền của động cơ xăng, việc tăng hàm lượng vẫn khả thi. Braxin là nước rất thành công về phương diện này, khi đã thương mại hóa xăng E85 từ lâu (tức là có tới 85% bioetanol trong xăng), bằng cách sử dụng các “động cơ linh hoạt” cho xe tải, xe máy… Thậm chí, gần đây nước này còn dùng thẳng E100. Tất nhiên, khi sử dụng những loại nhiên liệu này, nhà sản xuất cần có các phương án khắc phục các nhược điểm của nhiên liệu chứa nhiều bioetanol như đã đề cập ở trên.

Lợi ích khi sử dụng xăng sinh học

Xăng sinh học có nhiều ưu điểm vượt trội so với xăng khoáng:

- Giá thành: Giá thành xăng sinh học luôn được duy trì ở mức ổn định nhờ các chính sách hỗ trợ thuế của chính phủ các nước ưu tiên cho các sản phẩm sạch, bảo vệ môi trường;

- Môi trường: Bioetanol khi cháy chỉ phát thải khí cacbonic và nước, với lượng khí cacbonic phát thải đúng bằng lượng thực vật lấy vào để tạo ra nguyên liệu đường, tinh bột… ban đầu – tức là coi như không phát thải CO2;

- Cân bằng năng lượng dương: Năng lượng tạo ra khi đốt cháy bioetanol lớn hơn so với năng lượng tạo thành nó từ nguyên liệu thô;

- Có thể sản xuất bioetanol từ mọi nguyên liệu, chỉ cần nó chứa cacbohydrat;

- Sử dụng E10 có thể giảm lượng khí nhà kính 3,9%; sử dụng E85, lượng giảm này lên tới 37,1%;

- Là nguồn năng lượng tái tạo, nên không gặp các vấn đề suy giảm nguồn cung như dầu mỏ; đồng thời là một lựa chọn rất tốt cho các quốc gia không có nguồn dầu mỏ dồi dào;

- Giảm lượng các phụ gia tăng trị số octan, do bản thân bioetanol làm tăng trị số octan của xăng lên đáng kể;

- Phân hủy sinh học rất tốt, hạn chế tối đa các tác hại liên quan đến sự cố tràn, rò rỉ trên biển hay đất liền.

Xăng E5, do hàm lượng bioetanol pha vào không cao, nên có thêm các ưu điểm sau:

- Không phải thay đổi kết cấu động cơ mà vẫn đáp ứng yêu cầu về hiệu suất hoạt động;

- Không phải lo các vấn đề liên quan đến tính hút nước tốt của bioetanol;

- Không ảnh hưởng đến các chi tiết dễ trương nở trong động cơ.

Có thể nói, khi sử dụng xăng E5, đối với hoạt động của xe, không khác gì xăng từ dầu mỏ, nhưng có lợi về nhiều mặt, nhất là bảo vệ môi trường, và chính con người.

GS.TS Đinh Thị Ngọ

Chuyên gia Hội Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (Trường ĐHBK Hà Nội)