Hiện nay, xăng sinh học E5 đang dần được thay thế bằng xăng sinh học E10. Xăng E5 (xăng chứa 5% ethanol về thể tích) còn xăng E10 (xăng chứa 10% ethanol về thể tích). Ethanol dùng để sản xuất các loại xăng này có thể được sản xuất từ tinh bột theo sơ đồ sau: Tinh bột → Glucose → Ethanol
a) Vì sao việc sử dụng xăng sinh học lại được coi là góp phần bảo vệ môi trường?
b) Để tạo ra lượng ethanol đủ sản xuất được 1000 lít xăng E10 thì cần m tấn ngô (chứa 60% tinh bột, còn lại là các chất không tạo ra được ethanol). Biết hiệu suất cả quá trình là 80%, khối lượng riêng của ethanol là 0,8 g/mL. Tính giá trị của m.
c) Coi xăng truyền thống chỉ chứa C8H18 (khối lượng riêng 0,7 g/mL); tính tỉ số giữa lượng nhiệt tỏa ra (ở điều kiện chuẩn) khi đốt cháy cùng một thể tích xăng E5 so với xăng E10. Cho bảng giá trị nhiệt tạo thành chuẩn:
| Chất | C2H5OH(l) | C8H18(l) | CO2(g) | H2O(l) |
| AfH°298 (kJ/mol) | -277,6 | -249,9 | -393,5 | -285,8 |
(a) Sử dụng xăng sinh học là góp phần bảo vệ môi trường vì:
+ Giảm phát thải khí nhà kính: Phần CO2 do C2H5OH cháy là CO2 tuần hoàn vì cây xanh hấp thụ phần CO2 này để tạo ra nguyên liệu (tinh bột, cellulose) điều chế C2H5OH.
+ Cải thiện hiệu suất cháy: C2H5OH có chỉ số octane cao hơn xăng truyền thống, giúp cải thiện khả năng chống kích nổ của nhiên liệu. Khi pha vào xăng, nó giúp quá trình cháy trong buồng đốt diễn ra triệt để hơn, ít phát thải chất độc hại do xăng cháy không hoàn toàn.
+ Thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và tận dụng phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, thân cây ngô, vỏ trấu… thay vì chỉ dùng cây lương thực giúp giải quyết bài toán xử lý rác thải nông nghiệp, tối ưu hóa nguồn tài nguyên.
+ Giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch: dầu mỏ là nguồn tài nguyên hữu hạn và quá trình khai thác, vận chuyển dầu mỏ tiềm ẩn nhiều rủi ro sinh thái nghiêm trọng (như sự cố tràn dầu, ô nhiễm nguồn nước và phá hủy hệ sinh thái biển). Sử dụng xăng sinh học giúp đa dạng hóa nguồn năng lượng, giảm dần áp lực khai thác cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên.
(b)Tỉ lệ chuyển đổi: C6H10O5 —> C6H12O6 —> 2C2H5OH
mC2H5OH = 1000.10%.0,8 = 80 kg
—> m ngô = 80.162/(2.46.80%.60%) = 293,5 kg = 0,2935 tấn
(c)
C2H5OH(l) + 3O2(g) —> 2CO2(g) + 3H2O(l) (1)
C8H18(l) + 12,5O2(g) —> 8CO2(g) + 9H2O(l) (2)
ArH°298(1) = -393,5.2 – 285,8.3 – (-277,6) = -1366,8 kJ
ArH°298(2) = -393,5.8 – 285,8.9 – (-249,9) = -5470,3 kJ
Đốt 100 mL xăng E5:
nC2H5OH = 100.5%.0,8/46 = 2/23
nCC8H18 = 100.95%.0,7/114 = 7/12
QE5 = 1366,8nC2H5OH + 5470,3nC8H18 = 3410,285 kJ
Đốt 100 mL xăng E10:
nC2H5OH = 100.10%.0,8/46 = 4/23
nCC8H18 = 100.90%.0,7/114 = 21/38
QE10 = 1366,8nC2H5OH + 5470,3nC8H18 = 3260,765 kJ
—> Tỉ lệ QE5/QE10 = 1,046 lần