Sản xuất nhiên liệu diesel sinh học từ dầu ăn (đã qua sử dụng) - Kinh nghiệm từ Nhật Bản

Dự án điện hạt nhân đầu tiên của Việt Nam và các kiến nghị thúc đẩy tiến độ, hiệu quả đầu tư Bài báo dưới đây của các tác giả thuộc Bộ Công Thương, Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam đề cập đến kiện toàn bộ máy tổ chức, lựa chọn công nghệ, tiến độ đầu tư, đào tạo nhân lực, công tác truyền thông... Cùng với đó là một số kiến nghị đối với các cơ quan quản lý nhà nước cần lưu ý, xem xét, báo cáo Thủ tướng Chính phủ quyết định các vấn đề có liên quan trong quá trình thực hiện đầu tư dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 1, Ninh Thuận 2 đảm bảo hiệu quả và tiến độ. Rất mong nhận được sự chia sẻ của các nhà quản lý, chuyên gia và bạn đọc.

Chính sách phát triển hydrogen tại Sarawak (Malaysia) - Bài học cho Việt Nam Sarawak - một bang của Malaysia sở hữu tiềm năng để phát triển thành trung tâm sản xuất và xuất khẩu hydrogen. Chính quyền Sarawak cam kết sẽ biến tham vọng này trở thành hiện thực, bằng hệ thống khung pháp lý và chính sách toàn diện. Qua định hướng chính sách và triển khai đầu tư các dự án hydrogen ở Malaysia, chúng ta nên tham khảo những gì? Tạp chí Năng lượng Việt Nam giới thiệu bài viết của tư vấn VNGE [*] dưới đây để bạn đọc tham khảo.

Nhiên liệu diesel sinh học (hay còn gọi là biodiesel) là một loại nhiên liệu tái tạo được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu sinh học như dầu thực vật (dầu đậu nành, dầu cọ, dầu hạt cải), mỡ động vật, hoặc dầu ăn đã qua sử dụng. Đây là một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho dầu diesel hóa thạch có nguồn gốc từ dầu mỏ.

Hỗn hợp B20 (20% biodiesel pha trộn cùng dầu diesel hóa thạch) và các tỷ lệ pha trộn thấp hơn có thể được sử dụng trong nhiều loại xe chạy bằng dầu diesel mà không cần sửa đổi động cơ [1]. Nhật Bản cho phép sử dụng biodiesel pha trộn với diesel hóa thạch với tỷ lệ đến 5% (B5).

Lợi ích của biodiesel từ dầu ăn đã qua sử dụng:

Giảm thiểu khí thải nhà kính: Biodiesel khi đốt cháy tạo ra lượng khí thải carbon dioxide (CO2) ít hơn đáng kể so với nhiên liệu diesel hóa thạch nhờ tỷ lệ dầu có nguồn gốc thực vật, góp phần giảm thiểu hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu.

Cải thiện chất lượng không khí: Biodiesel chứa lượng lưu huỳnh và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi thấp hơn, giúp giảm đáng kể các loại khí thải độc hại như sulfur dioxide (SO2) và nitrogen oxides (NOx), từ đó cải thiện chất lượng không khí và giảm thiểu các vấn đề về sức khỏe liên quan đến ô nhiễm.

Giảm ô nhiễm nguồn nước: Việc tái chế dầu ăn đã qua sử dụng giúp giảm thiểu lượng dầu thải ra môi trường, ngăn chặn tình trạng ô nhiễm nguồn nước và đất.

Tính năng bôi trơn tốt: Biodiesel có khả năng bôi trơn tốt hơn so với diesel hóa thạch, giúp bảo vệ các bộ phận động cơ, giảm ma sát và tăng tuổi thọ của động cơ [2].

An toàn trong quá trình vận chuyển: Biodiesel dễ dàng phân hủy sinh học, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường trong trường hợp xảy ra rò rỉ. Điểm chớp cháy của biodiesel là 130°C, cao hơn so với mức 52°C của dầu diesel hóa thạch [3]. Do đó, biodiesel khó cháy hơn so với diesel hóa thạch và an toàn hơn khi lưu trữ và vận chuyển.

Quy trình thu gom dầu ăn đã qua sử dụng:

Tại Nhật Bản, dầu ăn đã qua sử dụng (UCO) được thu gom từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm hộ gia đình, nhà hàng, khách sạn và các cơ sở chế biến thực phẩm.

1. Thu gom tại hộ gia đình: Người dân thường được khuyến khích đóng gói dầu trong chai, hoặc hộp nhựa sạch trước khi đưa đến điểm thu gom.

Điểm thu gom UCO tại một siêu thị tại Nhật Bản. Người dân khi đi siêu thị mang theo lọ đựng UCO và đặt vào thùng thu gom.

2. Thu gom tại nhà hàng, khách sạn, cơ sở kinh doanh: Các cơ sở kinh doanh thực phẩm thường ký hợp đồng với các công ty thu gom. Các công ty thu gom sau đó cung cấp bình thu gom tại chỗ và định kỳ đến thu gom UCO.

Một nhà hàng tại Nhật Bản rót dầu ăn đã qua sử dụng vào bình thu gom do công ty thu gom cung cấp.

Nhật Bản đã phát triển mạng lưới thu gom UCO từ những năm đầu thập kỷ 1990, tiên phong là Công ty Revo International. Trong giai đoạn đầu, việc thu gom UCO gặp rất nhiều thách thức, chủ yếu do người dân chưa có thói quen thu gom UCO và chưa nhận thức được tiềm năng tái chế UCO thành biodiesel. Để thay đổi nhận thức cộng đồng, Revo International đã chủ động tiếp cận từng hộ gia đình, kiên trì tuyên truyền về lợi ích của việc thu gom UCO đối với môi trường và kinh tế. Đồng thời, một hệ thống thu gom rộng khắp đã được thiết lập, tạo điều kiện thuận lợi cho người dân tham gia. Các địa điểm thu gom được bố trí tại những nơi quen thuộc và dễ tiếp cận như siêu thị, trường học và các khu vực công cộng khác, giúp người dân dễ dàng bỏ chai chứa UCO của gia đình.

Hiện nay, Revo International tại Nhật Bản đã phát triển mạng lưới thu gom UCO với trên 28.000 điểm thu mua trên toàn quốc, tương ứng với năng lực thu gom hơn 50.000 lít/ngày.

Quy trình sản xuất biodiesel:

Làm sạch dầu ăn đã qua sử dụng: Dầu ăn thu gom được được xử lý để loại bỏ các tạp chất như cặn thực phẩm, nước và các thành phần không mong muốn. Quy trình xử lý này đảm bảo dầu đạt tiêu chuẩn cho các bước tiếp theo.

Chuyển hóa ester (phản ứng transesterification): Dầu được pha trộn với methanol và xúc tác kiềm như NaOH, hoặc KOH. Quá trình phản ứng sinh ra sản phẩm chính là methyl ester (tức biodiesel) và phụ phẩm glycerin.

Tách biodiesel và glycerin: Hỗn hợp sau phản ứng được đưa vào thiết bị ly tâm, hoặc để lắng tự nhiên. Biodiesel và glycerin sẽ phân tầng do sự chênh lệch về mật độ, biodiesel nhẹ hơn sẽ nổi lên trên. Glycerin sau đó được tách ra khỏi biodiesel.

Rửa biodiesel: Biodiesel được rửa nước để loại bỏ hoàn toàn glycerin còn sót lại.

Làm sạch và tinh chế: Biodiesel được tách nước để loại bỏ nước và được lọc để loại bỏ các tạp chất còn sót lại.

Tái chế glycerin: Glycerin (phụ phẩm của quá trình sản xuất) được tái chế để sử dụng làm nhiên liệu cho nồi hơi.

(1) Dầu ăn đã qua sử dụng. (2) Dầu đã được làm sạch. (3) Dầu sau phản ứng transesterification. (4) Dầu sau khi rửa nước để phân tách glycerin. (5) Nhiên liệu biodiesel sau khi loại bỏ hết tạp chất. (6) Glycerin được thu hồi.

Dự án nhà máy sản xuất biodiesel tại Kyoto, Nhật Bản:

Dự án nhà máy sản xuất biodiesel tại Kyoto, Nhật Bản do Revo International làm chủ đầu tư. Nhà máy sử dụng nguồn nguyên liệu đầu vào là dầu ăn đã qua sử dụng để sản xuất biodiesel. Nhà máy bắt đầu đi vào hoạt động từ năm 1996, với công suất 30.000 lít B100/ngày. Chính quyền Kyoto cũng đã hợp tác với Revo International để phát triển cơ sở sản xuất biodiesel, với công suất 5.000 lít B100/ngày, sử dụng nguyên liệu là dầu ăn đã qua sử dụng. Biodiesel sau đó được phối trộn với diesel hóa thạch trong đường ống (inline) và cung cấp cho các phương tiện sử dụng. Tất cả các xe thu gom rác thải của Kyoto được chạy hoàn toàn bằng B5, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Nhà máy sản xuất B100 tại Kyoto, Nhật Bản với công suất 30.000 lít/ngày.

Revo International sở hữu các bằng sáng chế đã được đăng ký tại nhiều quốc gia trên thế giới (Nhật, Mỹ, Việt Nam...) về phương pháp sản xuất axit béo alkyl este - phương pháp sản xuất biodiesel bằng dầu ăn đã qua sử dụng. Công ty độc quyền sáng chế về công nghệ lọc và làm sạch UCO - quy trình then chốt quyết định chất lượng B100 tại các khâu chế biến sau.

Kinh nghiệm áp dụng cho Việt Nam:

1. Về tiềm năng phát triển:

Tại Việt Nam, dầu ăn đã qua sử dụng trong các hộ gia đình thường chưa được xử lý đúng cách. Nhiều gia đình vẫn có thói quen đổ dầu thải xuống cống, dẫn đến tắc nghẽn hệ thống thoát nước và gây ô nhiễm môi trường. Việc xây dựng và phát triển hệ thống thu gom dầu ăn đã qua sử dụng không chỉ giúp giải quyết vấn đề này mà còn cung cấp nguồn nguyên liệu bền vững cho sản xuất biodiesel.

Ngoài ra, Việt Nam còn sở hữu nguồn mỡ động vật và phụ phẩm thủy hải sản phong phú từ ngành chăn nuôi và chế biến thực phẩm, tạo thêm tiềm năng lớn để mở rộng sản xuất biodiesel.

Việc sử dụng biodiesel giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, trong khi các phương tiện không phải cải tạo động cơ, đồng thời giúp ngành giao thông vận tải có thể phát triển phù hợp với Chương trình hành động về chuyển đổi năng lượng xanh, giảm phát thải khí carbon và khí methane của ngành giao thông vận tải (theo Quyết định 876/QĐ-TTg ngày 22 tháng 7 năm 2022).

2. Thách thức:

Tại Việt Nam, chi phí sản xuất biodiesel vẫn cao hơn so với các loại nhiên liệu hóa thạch truyền thống, chủ yếu do hệ thống thu gom và xử lý nguyên liệu, đặc biệt là dầu ăn đã qua sử dụng, hiện nay vẫn chưa được tổ chức một cách bài bản và hiệu quả.

Một trong những thách thức là nhận thức của người dân về việc tái chế dầu ăn đã qua sử dụng thành biodiesel và những lợi ích mà quy trình này mang lại vẫn còn hạn chế. Nhiều người dân chưa hiểu rõ về các bước trong quá trình tái chế và những tác động tích cực của biodiesel đối với môi trường, như giảm thiểu ô nhiễm và giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch. Điều này dẫn đến tình trạng dầu ăn đã qua sử dụng bị đổ bỏ ra ngoài môi trường, gây ô nhiễm và lãng phí một nguồn tài nguyên có thể được tái sử dụng.

Nhận thấy sự cần thiết của việc thay đổi nhận thức của cộng đồng về hoạt động thu gom lại dầu ăn sau khi sử dụng, Công ty Revo International đã tiến hành thu gom thí điểm tại phường Cửa Nam, quận Hoàn Kiếm, thành phố Hà Nội. Bước đầu cho thấy lượng dầu ăn đã qua sử dụng chưa được xử lý đúng cách, còn chứa nhiều tạp chất. Công ty sẽ tiếp tục thu gom và hướng tới xây dựng nhà máy sản xuất biodiesel từ UCO tại Việt Nam.

3 Cơ hội và hướng đi:

Hiện nay, theo Quyết định 53/2012/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống, việc sử dụng nhiên liệu B5 được khuyến khích. Tuy nhiên, thực tế việc sử dụng B5 mới dừng ở các dự án thử nghiệm, chưa được triển khai trên quy mô lớn.

Để thúc đẩy sự phát triển của nhiên liệu diesel sinh học, một trong những yếu tố quan trọng là cần khuyến khích đầu tư nước ngoài vào công nghệ sản xuất biodiesel từ dầu ăn đã qua sử dụng. Đây là nguồn nguyên liệu sẵn có và dồi dào tại Việt Nam, có tiềm năng lớn trong việc phát triển ngành công nghiệp biodiesel.

Đồng thời, cần xây dựng một hệ thống thu gom và xử lý dầu ăn đã qua sử dụng hiệu quả. Để hiện thực hóa mục tiêu trên, cần có sự phối hợp chặt chẽ và đồng bộ giữa các cơ quan quản lý nhà nước, doanh nghiệp và cộng đồng. Chính phủ đóng vai trò trong việc tạo cơ chế, chính sách và các dự án hỗ trợ, trong khi doanh nghiệp đầu tư phát triển hệ thống thu gom và phát triển công nghệ sản xuất biodiesel. Cộng đồng cũng có vai trò quan trọng trong việc phân loại và cung cấp dầu ăn đã qua sử dụng, góp phần tạo ra nguồn nguyên liệu ổn định, bền vững cho sản xuất biodiesel.

Sự phối hợp giữa các cơ quan, doanh nghiệp và người dân sẽ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, góp phần thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn, đảm bảo nguồn năng lượng tái tạo bền vững cho tương lai./.

TỔNG HỢP: PHƯỢNG NGUYỄN - VNGE

Tài liệu tham khảo:

[1]. https://afdc.energy.gov/fuels/biodiesel-blends

[2]. https://afdc.energy.gov/fuels/biodiesel-blends

[3]. https://afdc.energy.gov/fuels/biodiesel-benefits