2.2.1. Các tính chất nhiên liệu

Nhiên liệu từ dầu thực vật phù hợp nhất để thay thế nhiên liệu diesel. Cồn ethanol và methanol phù hợp cho động cơ cháy cưỡng bức. Để sử dụng cho các loại động cơ sẵn có mà không cần thay đổi lớn về cấu trúc cần phải tìm hiểu về các tính chất lý hoá học của nhiên liệu như độ nhớt động học, nhiệt trị, tính bốc cháy và tính bay hơi. Bảng 2.9 và 2.10 trình bày các tính chất của các loại nhiên liệu tái sinh.

a) Độ nhớt

Độ nhớt của đa số dầu thực vật cao hơn nhiều so với nhiên liệu diesel, nghĩa là dầu thực vật là chất lỏng sánh hơn. Điều này dẫn đến các vấn đề trong việc cung cấp nhiên liệu, trong bình lọc và trong vòi phun. Độ nhớt là thông số quyết định đối với chất lượng tạo bụi nhiên liệu và qua đó đến chất lượng cháy. Ở nhiệt độ dưới 00C nếu không có chất phụ gia thì dầu thực vật không còn dùng làm nhiên liệu được nữa. Có thể làm giảm độ nhớt của dầu thực vật bằng cách đun nóng hoặc pha thêm nhiên liệu diesel, hoặc ester hoá.

b) Tính bốc cháy

Ở động cơ diesel nhiên liệu tự bốc cháy khi phun vào không khí nén ở nhiệt độ cao trong buồng đốt. Điều này được thực hiện với trị số xetan > 45. Số xetan càng cao việc tự bốc cháy nhiên liệu càng dễ dàng.

Số xetan xác định được của dầu thực vật nằm trong khoảng < 50, của dầu hạt cải ester hoá đạt đến 55. Như vậy dầu hạt cải ester hoá (RME) vừa có độ nhớt thấp lại vừa có tính chất bốc cháy tương tự như nhiên liệu diesel.

Ở động cơ cháy cưỡng bức, tính chất quyết định không phải tính tự cháy mà là tính chống nổ, biểu hiện bằng số ôctan. Cồn có tính chống nổ tốt hơn các nhiên liệu còn lại dùng cho động cơ cháy cưỡng bức. Methanol phần nào làm tăng tính chống nổ khi bổ sung vào xăng. Nhờ tăng tính chống nổ có thể tăng độ nén và qua đó tăng hiệu suất và công suất của động cơ.

Năng lượng đốt cháy của hỗn hợp không khí - hydro là rất nhỏ và bằng 10% năng lượng cần thiết để đốt cháy hỗn hợp xăng - không khí. Giới hạn đốt cháy rộng như vậy cho phép động cơ hoạt động với hỗn hợp rất nghèo và mặt khác có thể dẫn đến cháy sớm.

c) Nhiệt trị

Nhiệt trị thể hiện năng lượng hàm chứa trong nhiên liệu. Nhiên liệu có nhiệt trị cao sẽ có giá trị sử dụng cao. So với nhiên liệu diesel có nhiệt trị 45 MJ/kg, dầu thực vật có nhiệt trị nằm trong khoảng từ 34 MJ/kg đến 39,5MJ/kg, thấp hơn khoảng 12 - 20%. Khối lượng riêng của dầu thực vật nằm ở khoảng 900  920 kg/m3, trong khi của nhiên liệu diesel là 820 kg/m3 nên nhiệt trị theo thể tích chỉ nhỏ hơn khoảng 5%. Điều này dẫn đến hậu quả là nếu yêu cầu công suất như nhau thì cần thiết một lượng phun như nhau và như vậy chi phí nhiên liệu tương ứng sẽ tăng lên.

Nhiệt trị của cồn và của methanol rất thấp, methanol có nhiệt trị bằng khoảng một nửa nhiệt trị của xăng. Điều này tạo thành một chuẩn mới cho hệ thống tạo thành hỗn hợp (bơm nhiên liệu, vòi phun) để có thể nạp vào xilanh một hỗn hợp tương đương như chế độ làm việc với xăng. Theo quy luật yêu vầu phun vào một lượng nhiên liệu lớn hơn gấp hai lần.

Hydro lỏng có nhiệt trị khoảng 8,3 MJ/lít trong khi của xăng là 31,3 MJ/lít. Ở công suất động cơ như nhau sẽ yêu cầu chi phí nhiên liệu theo thể tích cao hơn gấp 3,7 lần. Do hydro trong liên kết với ôxy trong không khí là một chất khí rất dễ bốc cháy nên yêu cầu chi phí đặc biệt lớn khi cất giữ theo phương pháp hoá lỏng ôxy ở nhiệt độ cực thấp (- 2530C) hoặc tạo liên kết hydro hoá kim loại.

d) Cải thiện các tính chất nhiên liệu

Muốn sử dụng mỡ hoặc dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế diesel cần phải tác động vào tính chất của chúng sao cho động cơ vẫn hoạt động như bình thường, trong đó cần quan tâm trước hết là vấn đề cốc hoá màng dầu bôi trơn. Có thể áp dụng những biện pháp sau:

- Làm tương thích nhiên liệu với động cơ

- Làm tương thích động cơ với nhiên liệu

Biện pháp thứ nhất có ưu thế hơn vì tạo khả năng hoạt động thay đổi với nhiên liệu diesel, khi đó nhiên liệu mới có thể có nhiều cơ hội sử dụng trong các động cơ diesel sẵn có. Giải pháp ở đây là tác động để giảm thiểu độ nhớt hoặc trộn lẫn với các nhiên liệu khác.

Nhờ chuyển đổi hoá học dầu thực vật thành methyester mà nó có các tính chất gần với nhiên liệu diesel, do đó người ta gọi nhiên liệu này là biodiesel. Việc tách nhỏ các liên kết phân tử làm cho nhiên liệu này cháy nhanh hơn và sự tạo cốc giảm đi.