Năng lượng mới sử dụng trên ô tô đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

LỜI CẢM ƠN
Nhận được sự phân công từ Khoa Cơ Khí Động Lực thuộc Trường Đại Học Sư Phạm
Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh và sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn PGS.TS Lý Vĩnh
Đạt, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài “NĂNG LƯỢNG MỚI SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ”.
Để đề tài nghiên cứu này đạt kết quả tốt nhất, chúng em đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ, giúp
đỡ từ các quý Thầy trong Khoa Cơ Khí Động Lực và đặc biệt là các Thầy trong Bộ Mơn Động
Cơ đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ cho nhóm chúng em. Với tình cảm chân thành của mình,
cho phép chúng em gửi đến quý Thầy lời cảm ơn chân thành nhất vì đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho chúng em trong quá trình nghiên cứu đề tài.
Trước hết, chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Thầy PGS.TS. Lý Vĩnh Đạt.
Chúng em thật sự biết ơn thầy rất nhiều vì đã tận tình chỉ bảo và quan tâm trong suốt thời gian
chúng em thực hiện đề tài. Thầy đã tạo điều kiện và hỗ trợ chúng em rất nhiều cả về cơ sở vật
chất lẫn kiến thức, đó thật sự là những giá trị vô giá mà chúng em may mắn nhận được từ
Thầy.
Thứ đến, chúng em xin gửi đến quý Thầy trong Khoa Cơ Khí Động Lực lời chúc sức
khỏe và lời cảm ơn chân thành nhất. Trong suốt thời gian thực hiện đồ án, nhóm em khơng
thể tránh khỏi những thiếu sót nhóm chúng em rất mong nhận được sự nhận xét, góp ý của
q Thầy để nhóm hồn thành tốt hơn bài báo cáo của mình.
Cuối cùng nhóm xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan
tâm, giúp đỡ và động viên chúng em trong q trình học tập và hồn thành đồ án tốt nghiệp
này.
Một lần nữa, nhóm chúng em chân thành cảm ơn !
TP. Hồ Chí Minh, ngày 02 thàng 08 năm 2021
Nhóm sinh viên thực hiện
Nguyễn Việt Phụng
Trương Minh Hiếu

i


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................................i
MỤC LỤC................................................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC HÌNH .....................................................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG .....................................................................................................xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................... 1
1.1

Lý do chọn đề tài ......................................................................................................... 1

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................................... 1
1.2.1. Các nghiên cứu ứng dụng trong nước ...................................................................... 1
1.2.2. Các nghiên cứu ứng dụng ngoài nước ..................................................................... 2
1.3. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................................... 3
1.4. Đối tương và phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 3
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................. 3
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................. 3
1.5. Nội dung đề tài ............................................................................................................... 3
CHƯƠNG 2. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH ........................... 5
2.1. Giới thiệu khái quát về nhiên liệu hóa thạch. ................................................................. 5
2.1.1. Nguồn gốc của nhiên liệu hóa thạch. ....................................................................... 5
2.1.2. Tầm quan trọng của nhiên liệu hóa thạch. ............................................................... 5
2.1.3.

Ưu điểm và hạn chế của nhiên liệu hóa thạch. ..................................................... 6

2.1.3.1. Ưu điểm. ............................................................................................................ 6
2.1.3.2. Hạn chế. ............................................................................................................. 7
2.1.4.
2.2.

Tình hình sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch. ............................................... 11

Các giải pháp khắc phục ô nhiễm trên phương tiện giao thông. ............................... 15

CHƯƠNG 3. NĂNG LƯỢNG TRUYỀN THỐNG SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ ................. 20
3.1.

Nhiên liệu xăng. ........................................................................................................ 20

3.1.1.

Các tính chất của nhiên liệu xăng. ...................................................................... 20

3.1.2. Các yêu cầu đối với nhiên liệu xăng. ..................................................................... 20
3.1.3. Các chỉ tiêu chính đánh giá chất lượng nhiên liệu xăng. ....................................... 21

ii


3.2.

Nhiên liệu diesel. ....................................................................................................... 23

3.2.1.

Các tính chất của nhiên liệu diesel. .................................................................... 23

3.2.2. Các yêu cầu đối với nhiên liệu diesel..................................................................... 26
3.2.2.

Các chỉ tiêu chính đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel. .................................. 26

CHƯƠNG 4. NĂNG LƯỢNG MỚI SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ .......................................... 30
4.1. Giới thiệu và sự ra đời các nhiên liệu mới trên ô tô. .................................................... 30
4.2. Nhiên liệu khí thiên nhiên nén CNG, hóa lỏng LPG.................................................... 31
4.2.1. Khái quát về CNG, LPG. ....................................................................................... 31
4.2.1.1. Nhiên liệu khí thiên nhiên nén CNG. .............................................................. 32
4.2.1.2. Nhiên liệu hóa lỏng LPG. ................................................................................ 36
4.2.2. Phương pháp sử dụng nhiên liệu CNG/LPG trên ô tô. .......................................... 39
4.2.2.1. Nghiên cứu động cơ sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng CNG/LPG. .................. 39
4.2.2.2. Các phương pháp cải tạo động cơ đốt trong sang sử dụng nhiên liệu
CNG/LPG. .................................................................................................................... 40
4.2.2.3. Các phương án cung cấp CNG/LPG cho động cơ. .......................................... 43
4.2.3. Một số ứng dụng nhiên liệu CNG và LPG trên ô tô hiện nay. .............................. 43
4.2.3.1. Thiết kế lắp đặt hệ thống CNG trên động cơ 1TR-FE..................................... 43
4.2.3.2. Thiết kế lắp đặt hệ thống LPG trên động cơ 1TR-FE. .................................... 45
4.3.

Nhiên liệu cồn. .......................................................................................................... 47

4.3.1.

Giới thiệu chung. ................................................................................................ 47

4.3.2.

Tính chất của nhiên liệu cồn. .............................................................................. 48

4.3.3.

Những ưu nhược điểm chính khi sử dụng nhiên liệu cồn trên ô tô .................. 48

4.3.3.1. Ưu điểm ......................................................................................................... 48
4.3.3.2. Nhược điểm ................................................................................................... 49
4.3.4. Phương án sử dụng nhiên liệu cồn trên ô tô ......................................................... 49
4.3.4.1. Đối với cồn nguyên chất ................................................................................ 49
4.3.4.2. Đối với hỗn hợp diesel pha cồn ..................................................................... 50
4.3.4.3. Đối với hỗn hợp xăng pha cồn....................................................................... 50
4.3.4.4. Tình hình ơ tơ sử dụng nhiên liệu cồn trên thế giới....................................... 52

iii


4.3.5. Quy trình sản xuất nhiên liệu cồn ........................................................................ 53
4.3.5.1. Sản xuất Metanol ........................................................................................... 53
4.3.5.2. Sản xuất Etanol. ............................................................................................. 54
4.4. Nhiên liệu dầu thực vật – Biodiesel. ............................................................................ 55
4.4.1. Giới thiệu................................................................................................................ 55
4.4.1.1. Quá trình hình thành. ....................................................................................... 55
4.4.1.2. Đặc điểm, tính chất dầu thực vật – Biodiesel. ................................................. 56
4.4.1.3. Quy trình sản xuất dầu thực vật – Biodiesel. ................................................... 58
4.4.1.4. Ưu điểm và nhược điểm của nhiên liệu dầu thực vật – Biodiesel. .................. 61
4.4.2. Tình hình sản suất và sử dụng Biodiesel................................................................ 62
4.4.2.1. Trên thế giới..................................................................................................... 62
4.4.2.2. Tình hình trong nước. ...................................................................................... 63
4.4.3. Khả năng ứng dụng nhiên liệu dầu thực vật - Biodiesel trên ô tô.......................... 64
4.4.3.1. Nghiên cứu động cơ sử dụng dầu thực vật. ..................................................... 64
4.4.3.2. Nghiên cứu động cơ sử dụng Biodiesel. .......................................................... 65
4.5. Pin năng lượng mặt trời. ............................................................................................... 66
4.5.1. Khái quát về pin năng lượng mặt trời. ................................................................... 66

4.5.1.1. Sư hình thành và phát triển của Pin năng lượng mặt trời. ............................... 66
4.5.1.2. Các loại pin năng lượng mặt trời ..................................................................... 66
4.5.1.3 Ưu và nhược điểm của pin năng lượng mặt trời ............................................... 66
4.5.1.3.1 Ưu điểm ...................................................................................................... 66
4.5.1.3.2. Nhược điểm. .............................................................................................. 68
4.5.1.4. Hiệu suất của từng loại pin năng lượng mặt trời. ............................................ 69
4.5.1.5. Sự khác nhau về giá giữa các loại pin năng lượng mặt trời. ........................... 70
4.5.1.6. Các ứng dụng pin mặt trời. .............................................................................. 71
4.5.2. Khả năng ứng dụng pin năng lượng mặt trời trên ơ tơ. .......................................... 72
4.5.2.1. Ơ tơ năng lượng mặt trời Immortus. ................................................................ 72
4.5.2.2. Ơ tơ năng lượng mặt trời Lightyear One. ........................................................ 73
4.6. Xe Hybrid (HEV). ........................................................................................................ 74

iv


4.6.1. Khái quát về xe Hybrid. ......................................................................................... 74
4.6.1.1. Sự ra đời và phát triển của xe Hybrid. ............................................................. 74
4.6.1.2 Cấu tạo và các chế độ làm việc của xe Hybrid. ................................................ 75
4.6.1.3. Ưu điểm và nhược điểm của xe Hybrid. .......................................................... 81
4.6.2. Các nền tảng xe Hybrid phổ biến hiện nay. ........................................................... 81
4.6.2.1. Hybird nối tiếp (Series Hybird). ...................................................................... 82
4.6.2.2. Hybrid song song (Parallel Hybrid)................................................................. 82
4.6.2.3. Hybrid song song kết hợp (Mid Parallel Hybrid). ........................................... 83
4.6.2.4. Hybrid nối tiếp-song song (Series-Parallel Hybrid). ....................................... 83
4.6.2.5. Xe điện Hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle). ......................................... 85
4.6.3. Tìm hiểu về ắc-quy Hybrid và tính toán hệ thống cung cấp điện trên xe Hybrid.. 85
4.6.3.1. Các loại ắc-quy Hybrid. ................................................................................... 86
4.6.3.2. Tính tốn chọn hệ thống cung cấp điện trên một xe Hybrid cụ thể................. 87
4.6.4. Các hãng xe Hybrid phát triển hiện nay. ................................................................ 89

4.6.4.1. Dòng xe Toyota Prius. ..................................................................................... 89
4.6.4.2. Dòng xe Lexus ES 300h. ................................................................................. 90
4.7. Xe điện ( EV)................................................................................................................ 91
4.7.1. Khái qt về xe ơtơ điện. ....................................................................................... 91
4.7.1.1. Sự hình thành và phát triển của xe ôtô điện. ................................................... 92
4.7.1.2. Cấu tạo và phân loại các xe ôtô điện. .............................................................. 96
4.7.1.3. Ưu và nhược điểm của chiếc xe ôtô điện....................................................... 101
4.7.2. Tính tốn mức tiêu thụ năng lượng trên ơ tơ điện................................................ 102
4.7.2.1. Tính tốn tiêu thụ năng lượng kéo. ................................................................ 102
4.7.2.2. Tính tốn mực tiêu thụ năng lượng của các thành phần chính và hệ thống phụ
trợ của ơ tơ điện. ......................................................................................................... 104
4.7.2.3. Tổng tiêu thụ năng lượng............................................................................... 105
4.7.2.4. Dung lượng pin. ............................................................................................. 105
4.7.3. Các dòng xe điện phát triển và tốt nhất hiện nay. ................................................ 106
4.8. Fuel cell (Pin nhiên liệu ). .......................................................................................... 109

v


4.8.1. Khái quát về pin nhiên liệu. ................................................................................. 109
4.8.2. Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu .................................. 110
4.8.2.1. Cấu tạo chung của pin nhiên liệu đơn giản.................................................... 110
4.8.2.2. Nguyên lý hoạt động cơ bản của pin nhiên liệu. ........................................... 112
4.8.3. Ưu, nhược điểm của pin nhiên liệu. ..................................................................... 113
4.8.4. Phân loại pin nhiên liệu. ....................................................................................... 113
4.8.5. Ứng dụng pin nhiên liệu trên ô tô. ....................................................................... 114
4.8.5.1. Khái quát về ôtô pin nhiên liệu. ..................................................................... 115
4.8.5.2. Phân loại ô tô pin nhiên liệu. ......................................................................... 117
4.8.5.3. Giới thiệu một số ô tô pin nhiên liệu. ............................................................ 117
4.9. Tình hình sử dụng hiện tại và xu hướng phát triển trong tương lai của việc sử dụng

nhiên liệu mới trên ơ tơ...................................................................................................... 119
4.9.1. Tình hình sử dụng hiện tại. .................................................................................. 119
4.9.2. Xu hướng phát triển trong tương lai. ................................................................... 121
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................... 123
5.1. Kết luận ...................................................................................................................... 123
5.2. Đề nghị ....................................................................................................................... 123
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 125

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

AFC:

Alkaline fuel cell

ASTM:

American Society for Testing and Materials

BEV:

Battery Electric Vehicle

CIGS:

Copper indium gallium selenide

CNG:

Compressed Natural Gas

EV:

Electric Vehicle

vi


GDP:

Gross Domestic Product

HEV:

Hybrid Electric Vehicle

LPG:

Liquified Petroleum Gas

MCFC:

Molten carbonate fuel cell

MON:

Mortor Octane Number

NEDO:

New Energy and Industrial Technology Development

PAFC:

Phosphoric acid fuel cell

PEMFC:

Polymer electrolyte membrane fuel cell

PHEV:

Plug-in Hybrid Electric Vehicle

RON:

Research Octane Number

RPM:

Revolutions Per Minute

SOFC:

Solid oxide fuel cell

VG:

Viscosity Gravity Number

ZEV:

Zero Emission Vehicle

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2. 1: Sự hình thành của nhiên liệu hóa thạch ................................................................... 5
Hình 2. 2: Than đá, năng lượng hóa thạch đã và đang có vai trị quan trọng trong sự phát
triển của nhân loại ..................................................................................................................... 7
Hình 2. 3: Số năm dự trữ nhiên liệu hóa thạch cịn lại[ Nguồn: Đánh giá thống kê của BP về
năng lượng thế giới 2016] ......................................................................................................... 8
Hình 2. 4: Sử dụng năng lượng hóa thạch làm phát thải lượng lớn khí nhà kính, là một
ngun nhân gây ra biến đổi khí hậu ........................................................................................ 9
Hình 2. 5: Hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch của nhà máy gây ơ nhiểm khơng khí ............ 10
Hình 2. 6: Tràn dầu gây ô nhiễm biển .................................................................................... 11

vii


Hình 2. 7: Tiêu thụ hóa thạch tồn cầu ................................................................................... 12
Hình 2. 8: Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch năm 2019 ........................................................ 13
Hình 2. 9: Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trên đầu người , năm 2019 .............................. 14
Hình 2. 10: Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch theo loại ........................................................ 15
Hình 2. 11: Kết cấu của động cơ có hiệu ứng xốy lốc trong xi lanh .................................... 16
Hình 2. 12: Cơng nghệ xử lý khí thải SCR trên ơ tơ............................................................... 18
Hình 2. 13: Hệ thống ln hồi khí xả trên ơ tơ EGR .............................................................. 18
Hình 2. 14: Nhiên liệu sinh học .............................................................................................. 19
Hình 3. 1: Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu xăng ....................................................................... 22
Hình 3. 2: Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel ..................................................................... 29
Hình 4. 1: Sơ đồ nhiên liệu sử dụng trên ô tô ......................................................................... 30
Hình 4. 2: Cấu trúc phân tử CH4 (85%-95%) ........................................................................ 32
Hình 4. 3: Cấu trúc phân tử C2H6 (5% -15%) ....................................................................... 33

Hình 4. 4: Giá nhiên liệu bình quân tại Mỹ giai đoạn 2000 đến nay ...................................... 35
Hình 4. 5: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel chuyển đổi sang sử dụng CNG, LPG
đốt cháy cưỡng bức ................................................................................................................. 41
Hình 4. 6: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ xăng chuyển đổi sang phun trực tiếp LPG .... 42
Hình 4. 7: Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp CNG cho động cơ 1TR-FE .................................. 43
Hình 4. 8: Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp LPG cho động cơ 1TR-FE ................................... 45
Hình 4. 9: Ơ tơ chạy bằng nhiên liệu cồn ............................................................................... 47
Hình 4. 10: Xăng sinh học được sử dụng rỗng rãi .................................................................. 51
Hình 4. 11: Lượng tiêu thụ xăng sinh học E10 tại Mỹ giai đoạn 2014-2025 ......................... 52
Hình 4. 12: Giản đồ của quy trình sản xuất metanol .............................................................. 54
Hình 4. 13: Quy trình sản xuất Etanol .................................................................................... 55
Hình 4. 14: Nhiên liệu biodiesel sử dụng trên ơ tơ ................................................................. 56
Hình 4. 15: Quy trình sản xuất Biodiesel................................................................................ 60
Hình 4. 16: Năng lượng mặt trời là vô tận, dư thừa để đáp ứng nhu cầu về năng lượng của
nhân loại .................................................................................................................................. 67

viii


Hình 4. 17: Chi phí để sản xuất và lắp đặt ban đầu của hệ thống pin năng lượng mặt trời khá
cao ........................................................................................................................................... 68
Hình 4. 18: Mẫu ơ tơ chạy bằng năng lượng mặt trời Immotus ............................................. 73
Hình 4. 19: Mẫu ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời Lightyear One .................................... 74
Hình 4. 20: Cấu tạo của xe Hybrid ......................................................................................... 76
Hình 4. 21: Động cơ đốt trong (khung đỏ) Mơ-tơ và động cơ Hybrid (khung xanh)............. 77
Hình 4. 22: Khi xe ơ tơ Hybrid khởi động .............................................................................. 78
Hình 4. 23: Khi xe hơi Hybrid tăng tốc .................................................................................. 79
Hình 4. 24: Khi xe di chuyển ở tốc độ ổn định ....................................................................... 80
Hình 4. 25: Khi xe giảm tốc .................................................................................................... 80
Hình 4. 26: Mơ hình truyền lực của Hybrid nối tiếp .............................................................. 82

Hình 4. 27: Mơ hình truyền lực của Hybrid song song .......................................................... 83
Hình 4. 28: Mơ hình truyền lực Hybrid nối tiếp – song song ................................................. 84
Hình 4. 29: Mơ hình truyền lực Plug-in Hybrid ..................................................................... 85
Hình 4. 30: Lắp đặt hệ thống pin Hybrid ................................................................................ 87
Hình 4. 31: Toyota Prius ......................................................................................................... 90
Hình 4. 32: Chiếc Hybird - Lexus ES300H ............................................................................ 91
Hình 4. 33: Chiếc xe điện 6 chỗ ngồi của nhà phát minh William Morrision ........................ 92
Hình 4. 34: Mẫu xe điện có thiết kế hình tên lửa Jamais Contente ........................................ 93
Hình 4. 35: Mẫu xe hybrid đình đám Toyota Prius ra đời lần đầu tiên vào năm 1997 .......... 94
Hình 4. 36: Mẫu Tesla Roadster đầu tiên ............................................................................... 95
Hình 4. 37: Ơ tơ điện VFE34 của VinFast .............................................................................. 96
Hình 4. 38: Cấu tạo của một chiếc ơ tơ điện ........................................................................... 97
Hình 4. 39: Phân loại các xe ô tô điện .................................................................................... 98
Hình 4. 40: Xe Tesla nạp bằng bộ nạp DC ............................................................................. 99
Hình 4. 41: Audi E-tron GT concept .................................................................................... 100
Hình 4. 42: Toyota Prius ....................................................................................................... 101
Hình 4. 43: MATLAB Simulink để tính tốn mức tiêu thụ năng lượng .............................. 104
Hình 4. 44: Tesla Model S mẫu xe ô tô điện tốt nhất hiện nay ............................................ 106
ix


Hình 4. 45: Kia Soul EV - Xe ơ tơ điện của Hàn Quốc ........................................................ 107
Hình 4. 46: Xe ơ tô điện đầu tiên của Vinfast - VF e34 ....................................................... 108
Hình 4. 47: Cấu tạo của một pin nhiên liệu đơn giản ........................................................... 111
Hình 4. 48: Sơ đồ mơ tả nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu......................................... 112
Hình 4. 49: Một ô tô sử dụng pin nhiên liệu của hãng Honda .............................................. 115
Hình 4. 50: Sơ đồ bố trí các bộ phận trên một ô tô pin nhiên liệu điển hình ........................ 116
Hình 4. 51: Chiếc Electrovan – Chiếc xe pin nhiên liệu đầu tiên của GM........................... 118
Hình 4. 52: GM HydroGen1 ................................................................................................. 118
Hình 4. 53: Nạp nhiên liệu khí Hydro .................................................................................. 120

x


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3. 1: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu xăng ........................................................ 21
Bảng 4. 1: Mức khí thải sinh ra của một số nhiên liệu trên ô tô tại Mỹ. ................................ 33
Bảng 4. 2: Bảng số liệu thống kê tiêu hao năng lượng của một số nhiên liệu tại Mỹ ............ 34
Bảng 4. 3: Các tính chất của nhiên liệu cồn............................................................................ 48
Bảng 4. 4: Các tính chất cơ bản của các dầu thực vật ............................................................ 57
Bảng 4. 5: Tính chất lý hóa cơ bản của các dầu thực vật ....................................................... 57
Bảng 4. 6: Tính chất cơ bản của các Biodiesel ....................................................................... 58
Bảng 4. 7: Tính chất lý hóa cơ bản của các Biodiesel ............................................................ 58
Bảng 4. 8: Sản lượng biodiesel ở các nước châu Âu năm 2004 ............................................. 62
Bảng 4. 9: Các thông số đầu vào khi tính tốn cho xe ............................................................ 87
Bảng 4. 10: Các thơng số tính tốn tiêu thụ năng lượng....................................................... 103
Bảng 4. 11: Thông số các bộ phận và hệ thống phụ trợ tính tốn tiêu hao năng lượng ....... 104

xi


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay, trên sự phát triển ngày càng nhanh của các loại phương tiện di chuyển, ô tô trở
thành một phương tiện không thể thiếu trong cuộc sống. Trên thế giới hiện nay có khoảng một
tỷ chiếc ơ tơ lưu thơng trên đường và hầu hết đều chạy bằng nhiên liệu hóa thạch. Động cơ
đốt trong chính là cỗ máy hùng mạnh nhất trong lịch sử thế giới. Tuy ô tô sử dụng động cơ
được sử dụng rộng rãi nhất nhưng nó cũng mang đến mối nguy hại không hề nhỏ cho mơi
trường và sức khỏe con người. Vấn đề khí thải của ô tô sử dụng động cơ đốt trong ngày càng
nghiêm trọng. Sự ô nhiễm do các độc tố của ô tô thải ra đã trờ thành nguồn ô nhiễm chính đối

với mơi trường sống hiện nay, đặc biệt là tại các thành phố lớn thì sự ơ nhiễm xảy ra càng
nghiêm trọng hơn.
Theo dự đoán của các nhà khoa học, với tốc độ khai thác và sử dụng dầu mỏ như hiện nay,
trong vòng vài thế kỷ nữa con người sẽ phải đối mặt với cảnh tài nguyên cạn kiệt, chưa kể đến
các tác động về ô nhiễm môi trường do tiêu thụ xăng dầu đem lại. Nhu cầu về các nguồn năng
lượng thay thế, năng lượng sạch càng trở nên cấp thiết hơn.
Để giải quyết vấn đề này, các nước trên thế giới tập trung phát triển nghiên cứu và sản
xuất ra các loại nhiên liệu thay thế, năng lượng sạch để giảm giảm sự gây ô nhiễm mơi trường
do khí thải gây ra. Trước mắt, phát triển ô tô chạy điện đang là hướng đi khả dĩ nhất mà con
người có thể thực hiện được. Tuy nhiên, ngồi điện năng cịn rất nhiều loại năng lượng khác
như CNG, LPG, nhiên liệu sinh học, nhiên liệu cồn,...Vì vậy, đây là lí do chúng em chọn đề
tài “Nghiên cứu nhiên liệu thay thế sử dụng trên ô tô’’ để chúng ta hiểu hơn về các loại nhiên
liệu thay thế này.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
1.2.1. Các nghiên cứu ứng dụng trong nước
Một số cơ quan nghiên cứu, trong đó có Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã
pha chế, thử nghiệm để chứng minh ethanol có thể thay thế xăng dùng làm nhiên liệu cho
động cơ đốt trong, hoặc nghiên cứu Metyl este dùng làm diesel sinh học trong phịng thí
nghiệm đơn lẻ.
1


PGS.TSKH Lưu Văn Bôi hợp tác kỹ thuật với Nhật Bản, được sự tài trợ của tổ chức phát
triển công nghệ công nghiệp và năng lượng mới (NEDO) các nhà khoa học của Khoa Hóa
học, Trường ĐH Khoa HọcTự Nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội và Khoa Công nghệ, Đại học
Osaka Prefecture đã nghiên cứu phát triển công nghệ sạch - đồng dung mơi để sản xuất
Biodiesel chất lượng cao
Nhóm nghiên cứu của tác giả Hồ Sơn Lâm và cộng sự ở Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng
Dụng TP. HCM kết hợp với tác giả Bernd Ondruschka và Steffen Klupsch ở Trường Đại Học
Jena, Đức, đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ một số dầu thực vật Việt Nam bằng

phản ứng trao đổi ester và tiến hành khảo sát các chỉ số hóa lý của sản phẩm tạo thành theo
các tiêu chuẩn Châu Âu
1.2.2. Các nghiên cứu ứng dụng ngoài nước
Vào cuối những năm 1990, Vauxhall, Volvo và những hãng xe khác đã đưa ra một lựa
chọn trong số các loại nhiên liệu sinh học, chiếc xe ban đầu sẽ sử dụng xăng và sau đó đổi
sang LPG khi được làm nóng. Lý do là đốt cháy LPG mất nhiều thời gian hơn để đạt được
nhiệt độ hoạt động lý tưởng.
Hydrogen đã có một thời gian khó khăn để thâm nhập thị trường. Điều này một phần là
do giá cả của những chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro như Toyota Mirai và Hyundai
Nexo và sự khan hiếm của các trạm nhiên liệu.
Braxin là quốc gia đi tiên phong trong việc sử dụng ethanol làm nhiên liệu thay thế. Từ
năm 1970 để đối phó với cuộc khủng hoảng dầu mỏ, chương trình quốc gia Pro - alcohol ra
đời. Ban đầu pha 5% ethanol trong xăng để tăng trị số octan, ngày nay đã pha đến 25%. Các
phương tiện vận tải của Braxin có thể dùng xăng, ethanol độc lập hoặc dùng hỗn hợp xăng và
ethanol. Ngoài 3 triệu ơ tơ chạy bằng ethanol tuyệt đối cịn có 17 triệu ôtô chạy xăng pha 25%
ethanol.
Model S được Tesla giới thiệu vào năm 2013. Mẫu xe điện này gây ấn tượng mạnh khi
vượt qua Mercedes Benz S Class, BMW 7 Series và nhiều mẫu xe tên tuổi khác để giành danh
diệu Xe hơi của năm do Motor Trend bình chọn

2


Mẫu ô tô năng lượng mặt trời Immortus được nghiên cứu và phát triển bởi hãng xe mang
tên EVX Ventures của Đức. CEO của EVX Ventures là Barry Nguyễn đã công bố tại hội thảo
IdTechEx expo tại thành phố Berlin, Đức về “Phương tiện năng lượng độc lập”. Immortus là
xe vận hành được mà không cần bổ sung nguồn năng lượng nào bên ngoài chiếc xe. Và nhà
sản xuất cũng tin tưởng rằng đây là chiếc ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế
giới.
1.3. Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các nguồn nhiên liệu thay thế sử dụng trên động cơ đốt
trong. Nắm vững được các nguồn nhiên liệu thay thế hiện nay ở trong nước và trên thế giới.
1.4. Đối tương và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài “Nghiên cứu nhiên liệu thay thế sử dụng trên ô tô” mang tính ứng dụng cao trong
việc dạy học. Nhằm giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận và hiểu rõ hơn về môn học “năng lượng
mới trên ô tô”
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
Tìm kiếm, tham khảo đọc hiểu nhiều nguồn tài liệu có liên quan đến đề tài của mình
để phân tích và tổng hợp những nội dung chính cần nghiên cứu. Tham khảo các bài báo có
liên quan đến đề tài, chủ yếu là các bài báo nước ngoài của các trường đại học.
1.5. Nội dung đề tài
Chương 1: Tổng quan: Chương này trình bày tóm tắt lý do chọn đề tài, các mục tiêu, đối
tượng, phạm vi nghiên cứu của đề tài.
Chương 2: Khái quát chung về nguồn ngun liệu hóa thạch: Chương này trình bày sơ
lược về các nguồn nhiên liệu hóa thạch cũng như tầm quan trọng của nhiên liệu hóa thạch đối
với ngành ơ tô.
Chương 3: Nhiên liệu truyền thống sử dụng trên ô tơ: Chương này trình bày về các đặc
điểm, tính chất, các chỉ tiêu đánh giá nhiên liệu xăng và diesel.
Chương 4: Nhiên liệu mới sử dụng trên ô tô: Chương này tập trung trình bày về các nguồn
nhiên liệu mới được sử dụng trên ô tô hiện nay.
3


Chương 5: Kết luận và đề nghị: Kết luận về đề tài và các kiến nghị phát triển nghiên cứu
trong tương lai về các nguồn nhiên liệu mới sử dụng trên ô tô.

4

CHƯƠNG 2. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH
2.1. Giới thiệu khái quát về nhiên liệu hóa thạch.
2.1.1. Nguồn gốc của nhiên liệu hóa thạch.
Nhiên liệu hóa thạch là các loại nhiên liệu chứa một hàm lượng cacbon và
hydrocacbon cao. Chúng được tạo thành bởi quá trình phân hủy kỵ khí của các sinh vật
chết bị chơn vùi cách đây hơn 300 triệu năm. Cụ thể là thực vật phù du và động vật
phù du lắng đọng xuống đáy biển (hồ) với số lượng lớn. Với điều kiện thiếu oxy và
trải qua thời gian địa chất. Các hợp chất hữu cơ này trộn với bùn, và bị chôn vùi bên
dưới các lớp trầm tích nặng. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao làm cho các vật
chất hữu cơ bị biến đổi hóa học. Tạo thành các nhiên liệu hóa thạch.

Hình 2. 1: Sự hình thành của nhiên liệu hóa thạch
Các năng lượng hóa thạch thường thay đổi từ chất dễ bay hơi với tỷ số cacbon và
hydro 1:1 thấp. Như methane, dầu hỏa dạng lỏng,… Đến các chất khơng bay hơi chứa
tồn cacbon như than đá.
2.1.2. Tầm quan trọng của nhiên liệu hóa thạch.

5


Nhiên liệu hóa thạch có vai trị rất quan trọng bởi vì chúng có thể được dùng làm chất đốt
(bị ơxi hóa thành điơxít cacbon và nước) để tạo ra năng lượng. Việc sử dụng than làm nhiên
liệu đã diễn ra rất lâu trong lịch sử. Than được sử dụng để nấu chảy quặng kim loại. Các
hydrocacbon bán rắn rò rỉ lên mặt đất cũng được dùng làm chất đốt trong thời cổ đại, nhưng
các vật liệu này hầu hết được sử dụng làm chất chống thấm và ướp xác. Khai thác dầu
mỏ thương mại, phần lớn là sự thay thế cho dầu có nguồn gốc động vật (như dầu cá) để làm
chất đốt cho các loại đèn dầu bắt đầu thừ thế kỷ 19.
Khí thiên nhiên đã có thời kỳ bị đốt bỏ trên các giàn khoan dầu và được xem là sản phẩm
khơng cần thiết của q trình khai thác dầu mỏ, nhưng bây giờ được quan tâm rất nhiều và
được xem là tài nguyên rất có giá trị.

Việc sử dụng nhiêu liệu hóa thạch ở phạm vi rộng, thì nhiên liệu đầu tiên là than, theo sau
là dầu hỏa để vận hành các động cơ hơi nước và là đóng góp rất lớn cho cuộc cách mạng cơng
nghiệp. Vào cùng thời gian đó, khí đốt sử dụng khí thiên nhiên hoặc khí than cũng được sử
dụng rộng rãi. Việc phát minh ra động cơ đốt trong và lắp đặt nó trong ơ tơ và xe tải đã làm
tăng cao nhu cầu sử dụng xăng và dầu diesel, cả hai loại này đầu là sản phẩm chưng cất từ
nhiên liệu hóa thạch. Các hình thức vận tải khác như đường sắt và hàng khơng cũng địi hỏi
sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Các nguồn tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch khác như nhà máy
điện và cơng nghiệp hóa dầu. Hắc ín là sản phẩm cịn lại sau khi chiết tách dầu, cũng được
dùng làm vật liệu trải đường.
2.1.3. Ưu điểm và hạn chế của nhiên liệu hóa thạch.
2.1.3.1. Ưu điểm.
Trong dịng chảy lịch sử, khơng thể phủ nhận vai trị của năng lượng hóa thạch nói chung
và than đá nói riêng đối với sự phát triển của nhân loại. Dầu mỏ, khí đốt, than đá cung cấp
phần lớn tổng năng lượng trên tồn cầu. Trong đó, nhiên liệu than cung cấp năng lượng chính
cho tồn thế giới trong suốt thế kỷ qua. Than được dùng để tạo ra điện trong các nhà máy nhiệt
điện; là nhiên liệu trong các máy hơi nước, đầu máy xe lửa; tạo ra nhiệt trong các nhà máy
luyện kim… Các ngành công nghiệp quan trọng như xi măng, luyện kim, hóa chất… khơng
thể hình thành và phát triển được nếu khơng dựa vào năng lượng than. Thời gian qua, nhiệt

6


điện than cũng có vai trị cực kỳ quan trọng giúp đáp ứng được nhu cầu điện năng rất lớn đảm
bảo sự tăng trưởng của nền kinh tế (mức tăng trưởng nhu cầu điện thường gấp 1,5-2 lần so với
mức tăng trưởng GDP).

Hình 2. 2: Than đá, năng lượng hóa thạch đã và đang có vai trò quan trọng trong sự phát
triển của nhân loại
Trong các nguồn năng lượng hóa thạch, than đá có nhiều ưu điểm như dễ khai thác, dễ
chế biến, dễ trao đổi mua bán, dễ vận chuyển hơn so với dầu mỏ và khí tự nhiên. Hơn nữa,

cơng nghệ đốt than tương đối đơn giản, có thể phát triển ở quy mơ cơng nghiệp lớn. Chính vì
vậy, than đá đã và đang được trọng dụng ở nhiều quốc gia. Có thể nói, thế giới đang phụ thuộc
rất nhiều vào than và các nguồn năng lượng hóa thạch.
2.1.3.2. Hạn chế.
-

Năng lượng hoá thạch đang dần cạn kiệt:

Trái Đất mất hàng triệu năm để tạo ra các nhiên liệu hóa thạch trong khi tốc độ tiêu thụ
của con người lại rất nhanh khiến nguồn nhiên liệu này ngày càng trở nên cạn kiệt. Hiện nay,
các quốc gia có mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp từ than cao như là Trung Quốc (> 10000
TWh), Hoa Kỳ (2556 TWh), Ấn Độ (4871 TWh)… Các quốc gia có mức tiêu thụ năng lượng

7


chính từ dầu mỏ cao như Hoa Kỳ (9039 TWh), Trung Quốc (7916 TWh), Ấn Độ (2506
TWh)…… Các quốc gia có mức tiêu thụ khí đốt cao như Hoa Kỳ ( 8320 TWh ), Nga ( 4114
TWh ), Trung Quốc ( 3306 TWh), Iran ( 2331 TWh )…..[ nguồn : đánh giá thống kê về năng
lượng thế giới – BP (2021) ]
Trên thế giới, nếu cứ giữ tốc độ khai thác và tiêu thụ như hiện nay thì trữ lượng dầu mỏ
ước tính chỉ cịn đủ dùng cho 50 năm nữa, khí thiên nhiên cịn khoảng 53 năm và than đá còn
114 năm. Tại Việt Nam, nếu giữ nguyên tốc độ khai thác như hiện nay thì dầu mỏ chỉ cịn 34
năm, khí thiên nhiên cịn 63 năm và than đá chỉ cịn 4 năm.

Hình 2. 3: Số năm dự trữ nhiên liệu hóa thạch cịn lại[ Nguồn: Đánh giá thống kê của BP
về năng lượng thế giới 2016]
-

Tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người:

8


Hình 2. 4: Sử dụng năng lượng hóa thạch làm phát thải lượng lớn khí nhà kính, là một
nguyên nhân gây ra biến đổi khí hậu
Sự phát triển các nguồn năng lượng hóa thạch kéo theo nhiều hệ lụy cho mơi trường. Việc
đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra khoảng 21,3 tỉ tấn CO2 mỗi năm và làm tăng 10,65 tỉ tấn CO2
trong khí quyển. CO2 là một loại khí nhà kính làm tăng lực phóng xạ và góp phần vào sự nóng
lên tồn cầu. Ngồi CO2, đốt nhiên liệu hóa thạch cũng tạo ra các chất ơ nhiễm khơng khí
khác như các chất NO2, SO2, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các kim loại nặng. Theo đánh
giá khoa học của Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC), việc sử dụng năng lượng
hóa thạch đóng góp 56,6% tổng lượng khí nhà kính do hoạt động của con người năm 2004.
Trong các nhiên liệu hóa thạch, than đá được coi là nhiên liệu ô nhiễm nhất, thải ra lượng CO2
gấp đơi so với khí tự nhiên và nhiều hơn 30% so với xăng.
+ Gây ô nhiễm khơng khí:
Đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra các axít như sulfuric, cacbonic và nitric,… Các chất này
có nhiều khả năng tạo thành mưa axít và ảnh hưởng đến các vùng tự nhiên và hủy hoại môi
trường. Các tượng điêu khắc làm bằng cẩm thạch và đá vôi cũng phần nào bị phá hủy do axít
hịa tan cacbonat canxi. Năng lượng hóa thạch cũng chứa các chất phóng xạ chủ yếu như urani

9


và thori,… chúng được phóng thích vào khơng khí. Năm 2000, có khoảng 12.000 tấn thori và
5.000 tấn urani đã bị thải ra từ việc đốt than.
Đốt than cũng tạo ra một lượng lớn xỉ và tro bay. Do đó, đây cũng là một trong các nguyên
nhân gây ô nhiễm khơng khí ngày càng nặng nề

Hình 2. 5: Hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch của nhà máy gây ơ nhiểm khơng khí

+ Gây ơ nhiễm nguồn nước:
Các nhà máy lọc dầu cũng có những tác động tiêu cực đến môi trường nước. Đặc
biệt là việc khai thác dầu ở môi trường biển. Dầu thô được vận chuyển bằng các tàu
chở dầu. Các hoạt động này đòi hỏi phải đốt nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Đặc
biệt, có rất nhiều trường hợp tàu chìm gây hiện tượng tràn dầu. Ảnh hưởng nghiêm
trọng tới môi trường biển và các sinh vật thủy sinh.

10


Hình 2. 6: Tràn dầu gây ơ nhiễm biển
Ngồi ra, việc khai thác dầu trên cạn cũng làm ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường.
Việc khai thác dầu sẽ tác động trực tiếp tới nước mặt và cả hệ thống nguồn nước ngầm.
Nếu nguồn nước bị nhiễm dầu sẽ gây những tác hại và ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe
người sử dụng.
Không chỉ tác động đến hệ sinh thái, việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch cũng
ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Ơ nhiễm khơng khí do than gây ra nhiều bệnh tim
mạch và các bệnh lý đường hô hấp. Tiếp xúc với bụi than thời gian dài có thể gây bệnh phổi
đen với biểu hiện viêm, xơ phổi, có khi hoại tử phổi… Ước tính mỗi tỉ kWh điện sản xuất từ
than đá gây ra 24,5 ca tử vong, 225 ca bệnh nghiêm trọng và hơn 13.000 các vấn đề sức khỏe
khác.
2.1.4. Tình hình sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch.
Việc đốt nhiên liệu hóa thạch để lấy năng lượng bắt đầu vào khoảng thời gian bắt đầu cuộc
Cách mạng Công nghiệp. Nhưng mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch đã thay đổi đáng kể trong
vài thế kỷ qua - cả về những gì và mức độ chúng ta đốt.
Trong biểu đồ tương tác, chúng ta thấy mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch tồn cầu được
chia nhỏ theo than, dầu và khí đốt kể từ năm 1800. Dữ liệu trước đó, trước năm 1965, được
11

lấy từ cơng trình của Vaclav Smil về chuyển đổi năng lượng; điều này đã được kết hợp với dữ
liệu được công bố trong đánh giá thống kê về năng lượng thế giới của BP từ năm 1965 trở đi.
Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch đã tăng đáng kể trong nửa thế kỷ qua, khoảng 8 lần kể
từ năm 1950 và gần gấp đôi kể từ năm 1980.
Nhưng các loại nhiên liệu mà chúng ta dựa vào cũng đã thay đổi, từ chỉ sử dụng than đá
sang sự kết hợp với dầu và sau đó là khí đốt. Ngày nay, tiêu thụ than đang giảm ở nhiều nơi
trên thế giới. Nhưng dầu khí vẫn đang phát triển nhanh chóng.

Hình 2. 7: Tiêu thụ hóa thạch tồn cầu [ Nguồn : Vaclav Smil (2017). Chuyển đổi năng
lượng: Viễn cảnh toàn cầu và quốc gia. & Đánh giá thống kê của BP về Năng lượng Thế
giới]
Tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch : Quốc gia nào sử dụng nhiều năng lượng nhất từ nhiên liệu
hóa thạch?

12


Hình 2. 8: Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch năm 2019 [ Nguồn: Đánh giá thống kê của
BP về Năng lượng thế giới]
Biểu đồ tương tác ở đây cho thấy lượng năng lượng sơ cấp từ nhiên liệu hóa thạch được
tiêu thụ mỗi năm.
Đây là tổng năng lượng từ than đá, dầu mỏ và khí đốt.
Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch theo đầu người:

13


Hình 2. 9: Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trên đầu người , năm 2019[ Nguồn: Đánh
giá thống kê của BP về Năng lượng thế giới]
Nhìn vào mức tiêu thụ năng lượng ở cấp độ quốc gia thường phản ánh mạnh mẽ quy mô

dân số hơn là mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch thực tế trên mỗi người.
Những so sánh này trông như thế nào khi chúng ta điều chỉnh dân số?
Trong biểu đồ tương tác, thấy được rằng lượng năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch được
tiêu thụ trên mỗi người. Đây là tổng năng lượng sơ cấp từ than đá, dầu mỏ và khí đốt cộng lại.
Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch theo loại:
Trong các phần trên, chúng ta đã xem xét việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch một cách tổng
thể. Nhưng điều quan trọng là phải nhìn riêng vai trị của than, dầu và khí đốt - tác động của
chúng khơng giống nhau. Ví dụ, than đá thường tạo ra nhiều CO2 hơn và ơ nhiễm khơng khí
cục bộ trên một đơn vị năng lượng
Trong biểu đồ tương tác ở đây, chúng tôi phân tách mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch theo
loại. Điều này được hiển thị dưới dạng biểu đồ khu vực xếp chồng lên nhau - hữu ích để xem

14