Xăng E5 và E10 là xăng pha 5% và 10% ethanol nhiên liệu theo thể tích. Ethanol này được nhà máy làm từ sắn, mía hay ngô bằng cách lên men rồi chưng cất, nhưng chưng cất chỉ đưa được nó lên khoảng 95% vì vướng điểm đẳng phí với nước; phải thêm một bước tách nước bằng rây phân tử mới đạt độ khan trên 99,5%, đủ điều kiện pha vào xăng. Ethanol nhiên liệu được biến tính bằng xăng ngay tại nhà máy và chỉ dùng làm nhiên liệu.
Vì sao lại pha ethanol vào xăng
Ethanol có chỉ số octan nghiên cứu (RON) khoảng 108, cao hơn hẳn xăng RON 92 hay RON 95. Pha một lượng nhỏ vào xăng giúp nâng chỉ số octan của hỗn hợp, thay cho một phần cấu tử octan cao làm từ dầu mỏ. Ethanol chứa sẵn oxy trong phân tử nên giúp nhiên liệu cháy trọn hơn, giảm một phần khí CO trong khí thải. Và vì làm từ cây trồng, nó được tính là nhiên liệu tái tạo, giảm phần nhiên liệu hoá thạch phải nhập hoặc lọc.
Đổi lại, ethanol có nhiệt trị thấp hơn xăng: mỗi lít chỉ mang khoảng hai phần ba năng lượng của một lít xăng. Với E5, E10, phần chênh này nhỏ vì tỷ lệ pha thấp; trên lý thuyết, quãng đường mỗi lít có thể giảm vài phần trăm, còn thực tế tuỳ động cơ và cách lái.
| Tính chất | Ethanol nhiên liệu | Xăng gốc khoáng |
|---|---|---|
| Chỉ số octan (RON) | Khoảng 108 | 92 hoặc 95 tuỳ loại |
| Nhiệt trị theo thể tích | Khoảng 21 MJ/L | Khoảng 32 MJ/L |
| Nhiệt độ sôi | 78,3 °C (một chất) | Một khoảng, từ khoảng 30 tới khoảng 200 °C |
| Hút nước | Tan hoàn toàn trong nước | Gần như không tan |
| Nguồn | Lên men cây trồng | Chưng cất và chế biến dầu thô |
Từ củ sắn tới dịch lên men
Ở Việt Nam, nguyên liệu chính cho ethanol nhiên liệu là sắn lát khô; Brazil dùng mía, Mỹ dùng ngô. Với sắn và ngô, tinh bột phải được chuyển thành đường trước:
- Nghiền: sắn lát được nghiền mịn, trộn nước thành dịch bột.
- Hồ hoá và dịch hoá: đun nóng cho hạt tinh bột trương nở, thêm enzym alpha-amylase cắt mạch tinh bột dài thành mạch ngắn.
- Đường hoá: enzym glucoamylase cắt tiếp thành glucose.
- Lên men: nấm men chuyển glucose thành ethanol và CO₂ trong các bồn lớn, kéo dài vài ngày. Dịch cuối thường chứa khoảng 8–12% ethanol theo thể tích, phần còn lại là nước, bã sắn, nấm men.
Ở nhà máy hiện đại, đường hoá và lên men thường diễn ra cùng lúc trong một bồn để tiết kiệm thời gian và hạn chế nhiễm khuẩn. Với mía, bước này đơn giản hơn vì nước mía và rỉ đường đã sẵn đường.
Chưng cất ở quy mô nhà máy
Dịch lên men loãng, đục, đầy chất rắn, nên chưng cất chia làm hai giai đoạn trong các tháp riêng.
Tháp thô: tách ethanol khỏi bã
Dịch lên men được hâm nóng rồi đưa vào gần đỉnh tháp thô. Hơi nước thổi từ đáy lên kéo ethanol bay theo. Ở đáy tháp, phần nước còn bã sắn, nấm men chết chảy ra gọi là dịch bã thải (vinasse). Tháp này phải có đĩa kiểu chịu cặn, vì chất rắn dễ bám tắc. Hơi ra ở đỉnh đã giàu ethanol hơn nhiều lần so với dịch đầu vào.
Tháp tinh: nâng nồng độ
Hơi từ tháp thô sang tháp tinh nhiều đĩa với hồi lưu lớn. Ethanol dần được làm giàu lên phía đỉnh, nước chảy xuống đáy. Đồng thời, các chất phụ sinh ra lúc lên men được rút ra ở những vị trí riêng: nhóm sôi thấp như aldehyd ở gần đỉnh, nhóm alcol mạch dài hơn (dầu fusel) ở một đĩa giữa thân tháp. Sản phẩm đỉnh đạt khoảng 95% ethanol.
Bức tường đẳng phí ở 95%
Dù có thêm bao nhiêu đĩa, chưng cất thường cũng không vượt qua được khoảng 95,6% ethanol theo khối lượng. Ở nồng độ đó, ethanol và nước tạo hỗn hợp đẳng phí: hơi bốc lên có đúng thành phần như chất lỏng, nên tháp không còn tách thêm được. Hỗn hợp này sôi ở khoảng 78,2 °C, thấp hơn một chút so với ethanol nguyên chất.
Khoảng 4–5% nước còn lại không làm hại xe ở Brazil, nơi xe "flex" chạy được ethanol ngậm nước gần như nguyên chất. Nhưng với xăng E5, E10, nước là vấn đề lớn, như phần sau sẽ nói.
Tách nước bằng rây phân tử
Cách phổ biến nhất ngày nay là rây phân tử zeolit loại 3 ångström. Hạt zeolit có những lỗ xốp đường kính khoảng 0,3 nanomet: phân tử nước nhỏ chui lọt và bị giữ lại, phân tử ethanol lớn hơn thì đi qua. Hơi ethanol 95% được cho qua cột chứa zeolit, đi ra là ethanol khan trên 99,5%.
Khi zeolit no nước, cột được chuyển sang chế độ tái sinh: hạ áp suất và thổi một phần hơi ethanol khan ngược lại để kéo nước ra. Nhà máy thường có hai hoặc ba cột chạy luân phiên, cột này hấp phụ thì cột kia tái sinh. Trước khi có rây phân tử, người ta dùng chưng cất đẳng phí với benzen hoặc cyclohexan làm chất lôi cuốn; benzen nay đã bị loại bỏ vì độc.
Ethanol khan sau đó được biến tính, thường bằng cách pha thêm một lượng nhỏ xăng theo tiêu chuẩn, để thành "ethanol nhiên liệu biến tính", đúng tên gọi trong tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7716. Từ đây nó chỉ còn là một cấu tử nhiên liệu.
Nước là kẻ thù của xăng sinh học
Ethanol ưa nước. Xăng gốc khoáng thì không. Trong xăng E10, nếu lượng nước lọt vào vượt ngưỡng nhỏ, chỉ vào khoảng nửa phần trăm, nước sẽ kéo ethanol ra khỏi xăng, tạo thành một lớp nước – ethanol nằm dưới đáy bồn. Hiện tượng này gọi là tách pha. Lớp xăng phía trên mất ethanol nên giảm chỉ số octan, còn lớp dưới nếu bị hút vào động cơ có thể làm máy chết.
Vì vậy ethanol nhiên liệu được vận chuyển riêng và chỉ pha vào xăng ở kho xăng dầu, ngay trước khi xuất xe bồn đi cây xăng, thay vì pha tại nhà máy lọc dầu rồi đi qua đường ống dài. Khi chuyển một cây xăng sang bán xăng sinh học, bồn ngầm phải được vệ sinh, hút sạch nước đọng. Người dùng xe cũng nên tránh để xe nằm lâu với bình xăng vơi ở nơi ẩm.
Năng lượng và phụ phẩm của nhà máy ethanol
Chưng cất và tách nước tiêu tốn phần lớn hơi nước của một nhà máy ethanol. Nhà máy hiện đại tiết kiệm bằng cách cho các tháp chạy ở áp suất khác nhau, để hơi đỉnh của tháp áp suất cao đun nóng đáy tháp áp suất thấp, và dùng nhiệt của bã thải nóng hâm dịch đầu vào.
Phụ phẩm có giá trị riêng. Bã thải có thể qua bể kỵ khí sinh khí sinh học để chạy lò hơi, phần còn lại làm phân bón; với ngô, bã khô giàu đạm được bán làm thức ăn chăn nuôi. CO₂ từ bồn lên men tương đối tinh khiết, có thể thu hồi, làm sạch, hoá lỏng để dùng trong công nghiệp và thực phẩm.
Ethanol cháy với ngọn lửa xanh nhạt gần như không thấy dưới ánh nắng, và nước không dập được đám cháy lớn vì ethanol tan vào nước. Kho ethanol vì thế dùng bọt chữa cháy loại chịu cồn, có camera nhiệt để phát hiện lửa.
Góc nhìn hôm nay: xăng sinh học ở Việt Nam
Việt Nam có Đề án phát triển nhiên liệu sinh học từ năm 2007 (Quyết định 177/2007/QĐ-TTg) và lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn theo Quyết định 53/2012/QĐ-TTg. Từ ngày 1/1/2018, xăng E5 RON 92 thay thế xăng khoáng RON 92 trên cả nước. Tính tới năm 2025, Bộ Công Thương đã công bố lộ trình đưa xăng E10 ra thị trường cả nước từ năm 2026; người đọc nên tra văn bản hiện hành để biết mốc cụ thể.
Câu hỏi hay gặp nhất là xe của mình có dùng được không. Phần lớn ô tô, xe máy sản xuất trong khoảng hai chục năm gần đây được nhà sản xuất công bố tương thích với E10. Xe đời rất cũ, xe dùng bộ chế hoà khí lâu năm, máy cắt cỏ, máy phát điện nhỏ nên xem sổ hướng dẫn hoặc hỏi đại lý chính hãng. Cách làm đơn giản: đổ nhiên liệu đúng loại nhà sản xuất cho phép, không để xăng tồn quá lâu trong bình xe ít dùng, và nghe tư vấn kỹ thuật thay vì lời đồn trên mạng.
Câu hỏi thường gặp
Xăng E10 là gì?
Xăng E10 là xăng pha 10% ethanol nhiên liệu theo thể tích, 90% còn lại là xăng gốc khoáng. Ethanol giúp tăng chỉ số octan và là phần nhiên liệu tái tạo trong hỗn hợp.
Vì sao chưng cất không cho ra ethanol khan?
Ethanol và nước tạo hỗn hợp đẳng phí ở khoảng 95,6% ethanol theo khối lượng; ở điểm này hơi và lỏng có cùng thành phần nên chưng cất thông thường không tách thêm được. Nhà máy dùng rây phân tử zeolit để lấy nốt phần nước.
Ethanol nhiên liệu ở Việt Nam làm từ gì?
Nguyên liệu chính là sắn lát khô. Tinh bột sắn được enzym chuyển thành đường, nấm men lên men thành ethanol, sau đó chưng cất và tách nước tới độ khan trên 99,5%.
Xăng E5, E10 có hại máy không?
Với xe được nhà sản xuất công bố tương thích, xăng E5 và E10 đạt chuẩn không gây hại. Vấn đề hay gặp nhất là nước lẫn vào làm tách pha, nên cần mua ở nơi uy tín và không để xăng tồn quá lâu trong bình xe ít dùng.
Đi xăng E10 có tốn nhiên liệu hơn không?
Ethanol mang ít năng lượng hơn xăng khoảng một phần ba theo thể tích, nên E10 về lý thuyết cho quãng đường mỗi lít giảm vài phần trăm. Mức chênh thực tế phụ thuộc động cơ, tải và cách lái.
