Khả năng sử dụng butanol làm nhiên liệu sinh học

Company Logo KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BUTANOL LÀM NHIÊN LIỆU SINH HỌC GVHD: TS. Nguyễn Hữu Lương HV: Võ Đức Minh Minh Company Logo Giới thiệu Nội dung 1 Tính chất biobutanol2 Bioethanol vs biobutanol3 Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng4 2 Kết luận5 Company Logo 1. Giới thiệu 3 Company Logo Đặt vấn đề • Nguy cơ cạn kiệt nguồn dầu mỏ trong những thập niên sắp tới và nhu cầu dầu mỏ không ngừng tăng  giá dầu thô tăng; 4 Company Logo Đặt vấn đề •Vấn đề ô nhiễm môi trường do hàm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính ngày càng tăng; •Xu đột chính trị xảy ra ở nhiều quốc gia mà nguyên nhân sâu xa là do nguồn dầu thô.  Yêu cầu cấp thiết về nguồn nhiên liệu thay thế. 5 Company Logo Biofuels •Biogas •Bioethanol •Biodiesel •Biobutanol… 6 Company Logo 2. Tính chất biobutanol 7 Company Logo Butanol •Thuộc nhóm của rượu đơn chất có 4 nguyên tử carbon với công thức C4H9OH. •Các đồng phân: n-butanol, iso-butanol, sec-butanol và tert-butanol. 8 Company Logo n-butanol • Là chất lỏng trong suốt, không màu, có thể cháy được và có mùi chuối. • Thị trường toàn cầu: 3 triệu tấn/năm (giá trị thị trường trên 4 tỷ $). • Ứng dụng:  Dung môi dùng trong sơn, lớp phủ, véc ni (lớp sơn ngoài);  Chất hóa dẻo – để cải thiện tính chất vật lý của nhựa;  Là chất trung gian, nguyên liệu cho các ngành hóa học và plastic khác;  Dùng trong ngành dệt – chất trương nở cho sơ sợi;  Mỹ phẩm, ngành dược phẩm – thuốc kháng sinh, hormone, vitamins;  Phụ gia pha xăng và dầu phanh (thành phần tổng hợp). 9 Company Logo Iso-butanol • Là chất lỏng không màu với mùi mốc ngọt (sweet musty odor). Hòa tan vô hạn với tất cả các dung môi hữu cơ (miscible), tan rất ít trong nước. • Giá trị thị trường hiện tại khoảng 560 triệu $/năm. • Ứng dụng:  Dung môi trong công nghiệp (lớp phủ bề mặt, chất kết dính, chất trích ly);  Hóa chất trung gian cho ngành hóa dầu;  Chất phân tán;  Phụ gia. 10 Company Logo Sec-butanol •Chất lỏng không màu, có thể bắt cháy, ít tan trong nước và tan hoàn toàn với dung môi hữu cơ phân cực. •Ứng dụng:  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. 11 Company Logo 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… 12 Company Logo Bio-butanol • n-butanol là sản phẩm chính thu được từ quá trình lên men ABE (known technology, 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. 13 Company Logo Tính chất các đồng phân butanol Tính chất n- butanol Iso- butanol sec- butanol tert- butanol Khối lượng riêng ở 20oC (g/cm3) 0,81 0,802 0,806 0,781 Nhiệt độ sôi (oC) 118 108 99 82 Khả năng tan trong nước (g/100mL) 7,7 8 12,5 Miscible Điểm chớp cháy (oC) 35 28 24 11 MON 78 94 - 89 14 Nguồn: C. Machaco et al. Company Logo Tính chất biobutanol Nguồn: SK energy 15 Company Logo Tính chất biobutanol Nguồn BP 16 Company Logo Ưu điểm nổi bật •Tính chất của biobutanol gần với tính chất của xăng:  Nhiệt trị;  RVP. •Hòa tan tốt trong xăng; •Khả năng hòa tan ẩm thấp. 17 Company Logo 3. Biobutanol vs bioethanol 18 Company Logo RON 19 Company Logo TBP 20 Company Logo RVP 21 Company Logo RVP 22 Company Logo Nhiệt trị 23 Company Logo Alcohol – water interactions 24 Company Logo Độ ăn mòn miếng đồng 25 Company Logo 6-weeks-corrosion test (water addition) 26 Company Logo Health and environment effect 27 Company Logo Hiệu suất lên men 28 Company Logo Biobutanol Bioethanol 29 Nhiệt trị; RON Hòa tan nước; Hiệu suất lên men RVP Ăn mòn Company Logo Tác dụng tẩy rửa 30 Company Logo Khả năng gây trương nở polymer 31 Company Logo Hiệu quả sử dụng nhiên liệu 32 Company Logo Sự phát thải •First to fuel an unmodified American car with 100% butanol, drive 10,000 miles across the USA and astound local EPA officials when test results reveal:  Butanol reduced hydrocarbons by 95%;  Butanol reduced carbon monoxide to 0.01%;  Butanol reduced oxides of nitrogen by 37%;  Butanol increased auto mileage by 9%. Nguồn: Butylfuel, LLC 33 Company Logo Khí thải độc hại 34 Company Logo Khí thải độc hại 35 Company Logo Lợi ích môi trường • Công ty DuPont và BP hiện tại đang tiến hành phân tích và tính toán chi tiết vòng tuần hoàn phát thải của biobutanol. Những kết quả ban đầu cho thấy, với cùng nguồn nguyên liệu, biobutanol có mức độ giảm phát thải khí ô nhiễm ít nhất bằng ethanol; • Áp suất hơi của biobutanol thấp hơn so với xăng, giảm phát thải VOC. 36 Company Logo Lợi ích cho ngành nông nghiệp • Biobutanol được sản xuất từ nguồn nguyên liệu như ethanol (ngô, lúa mì, mía, củ cải đường); • Quá trình pha trộn NLSH vào xăng trở nên thuận tiện/dễ dàng hơn  biobutanol sẽ giúp mở rộng thị trường NLSH cũng như thị trường cho các loại nông sản hay phụ phế phẩm liên quan, tăng thêm giá trị cho ngành nông nghiệp và thu nhập cho người nông dân. 37 Company Logo 4. Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng 38 Company Logo Biobutanol production •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  Quy trình sinh hóa: quá trình lên men ABE “mới” hay các quá trình lên men khác;  Quy trình nhiệt hóa: khí hóa biomass 39 Company Logo Sản xuất 40 Company Logo Acetone – butanol – ethanol fermentaiton 41 Company Logo Oxo-synthesis of propylene •Sử dụng propylen thông qua quá trình hydro-formylation (phản ứng với CO/H2) sử dụng xúc tác Co hoặc Rh  sản phẩm thu được là hỗn hợp của butanol và isobutanol (sản phẩm phụ). 42 Company Logo Tính kinh tế sản xuất biobutanol 43 Company Logo Price 44 Company Logo Tình hình nghiên cứu trên thế giới 45 Company Logo Tình hình nghiên cứu trên thế giới 46 Company Logo 5. Kết luận 47 Company Logo 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; • Chỉ số RON và 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. 48 Company Logo Nhược điểm •Mùi hôi, độc hại; •Giá thành cao; •RON; •RVP; •Công nghệ sản xuất; •Cạnh tranh với ngành công nghiệp khác sử dụng n-butanol làm dung môi… 49 Company Logo Thank you