chuyên đề năng lượng mới trên ô tô
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (19.26 MB, 291 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<b>THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH</b>
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT </b>
<b> </b>
<b>GVHD: TS NGUYỄN VĂN TRẠNGSVTH: VŨ DUY ĐẠT </b>
<b> VŨ NGUYỄN MINH ĐẠO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP</b>
<b> NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ </b>
<b>CHUYÊN ĐỀ NĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ơ TƠ </b>
<b>Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2023</b>
<small>S K L 0 1 2 3 0 5</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
<b>SVTH: VŨ NGUYỄN MINH ĐẠO MSSV: 19145357 </b>
<b>GVHD: TS NGUYỄN VĂN TRẠNG</b>
TP. Hồ Chí Minh, Tháng 12 Năm 2023
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
<b>SVTH: VŨ NGUYỄN MINH ĐẠO MSSV: 19145357 </b>
<b>GVHD: TS NGUYỄN VĂN TRẠNG </b>
TP. Hồ Chí Minh, Tháng 12 Năm 2023
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">Trong quá trình làm đề tài đồ án tốt nghiệp, chúng em luôn nhận được sự quan tâm,
<i>hướng dẫn tận tình từ các thầy cơ trong Khoa Cơ Khí Động Lực cùng với sự động viên từ </i>
gia đình và bạn bè. Đó là nguồn động lực lớn giúp chúng em vượt qua khó khăn và hồn thành đề tài một cách tốt nhất.
<i>Đặc biệt, chúng em chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy TS Nguyễn Văn Trạng là người </i>
đã trực tiếp hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án tốt nghiệp, thầy luôn sẵn lòng chỉ bảo, hỗ trợ chúng em với những kiến thức, tài liệu quan trọng và tạo điều kiện thuận lợi nhất để chúng em được thực hiện đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian được thầy hướng dẫn, chúng em đã có cơ hội rèn luyện và trang bị những kiến thức, kỹ năng cần thiết để bước vào cuộc sống và sự nghiệp trong tương lai.
Do trình độ và kiến thức vẫn cịn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp của chúng em không tránh khỏi những sự thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự góp ý xây dựng từ các
<i>thầy cơ giảng viên Bộ môn Động cơ để đề tài của chúng em được đầy đủ và hoàn thiện </i>
hơn, đồng thời bổ sung thêm kiến thức, kỹ năng của chúng em. Chúng em xin chân thành cảm ơn!
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">ii
<b>TĨM TẮT </b>
Mục tiêu chính của luận văn này là nghiên cứu các nguồn năng lượng thay thế sử dụng trên động cơ đốt trong nhằm giảm phát thải khí ơ nhiễm của động cơ và nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống. Luận văn tìm hiểu các nguồn nhiên liệu sạch khác nhau có tiềm năng ứng dụng lớn trong tương lai. Phân tích, so sánh ưu, nhược điểm của các loại nhiên liệu truyền thống hiện nay như xăng, dầu diesel. Cung cấp bằng chứng ứng dụng thực tế để thấy tiềm năng của nhiên liệu thay thế và việc giảm phát khí thải. Giải thích việc
<b>sản xuất và vận chuyển nhiên liệu mới. Luận văn có 10 chương, qua đó cho thấy nhu cầu </b>
thiết yếu của các nguồn nhiên liệu thay thế trong tương lai.
Chúng em đưa ra những lý giải và lập luận cho việc lựa chọn chủ đề trong chương đầu tiên, chương này nhằm mục đích giới thiệu về kỹ thuật thực hiện luận văn và tình hình nghiên cứu về năng lượng mới trên Việt Nam và trên thế giới. Những khái niệm về ô nhiễm mơi trường, những tác động của nó tới sức khỏe, môi trường và cả những biện pháp để giảm thiếu ô nhiêm môi trường sẽ được nói đến ở chương 2. Đây là một chương mà có ta thấy thực trạng chung nhất về vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay, đặc biệt là từ khí thải động cơ ô tô.
Chúng em bắt đầu xem xét các loại nhiên liệu mới có thể được sử dụng trong ơ tô ngày nay, bao gồm cả nhiên liệu ở dạng lỏng và khí. Ba loại nhiên liệu lỏng tiềm năng cho ô tô là ethanol, dầu diesel sinh học và metanol. Chúng hứa hẹn sẽ thay thế các nguồn năng lượng thông thường như xăng và dầu trong tương lai nhờ lượng khí thải ra mơi trường an tồn hơn và chất lượng ứng dụng mạnh mẽ cho phương tiện giao thơng. Nhiên liệu khí như khí tự nhiên, khí sinh học, propan hoặc hydro hay nhiên liệu LPG – CNG cũng là những giải pháp tuyệt vời cho tình trạng thiếu nhiên liệu trên thế giới. Nhờ những đặc điểm và lợi thế nên đã được sử dụng rộng rãi trong thực tế trên khắp thế giới. Các nhiên liệu mới nói trên sẽ giúp ích cho mơi trường và đưa chúng ta đến gần hơn với mục tiêu khơng có khí thải vào năm 2050 vì chúng sẽ giảm phần nào lượng khí thải carbon.
Luận văn cũng chứng minh ơ tơ điện, xe hybrid góp phần như thế nào vào vấn đề mơi trường. Tìm hiểu về nhiều mẫu ô tô điện hybrid hiện nay và công nghệ pin giúp giảm lượng khí thải CO2.
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ... 2
1.4. Các nguồn năng lượng truyền thống ... 2
1.5. Các nguồn năng lượng tái tạo ... 3
1.6. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu mới trên Việt Nam và thế giới ... 4
1.7. Tính cấp thiết của năng lượng mới sử dụng cho ô tô ... 10
CHƯƠNG 2. Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG TỪ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ... 11
2.1. Ơ nhiễm mơi trường và biến đổi khí hậu ... 11
2.1.1. Ơ nhiễm mơi trường ... 11
2.1.2. Ơ nhiễm khơng khí ... 11
2.1.3. Ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu ... 15
2.1.4. Các tác nhân ảnh hưởng đến ô nhiễm mơi trường ... 17
2.2. Ơ nhiễm từ khí thải động cơ ô tô ... 18
2.2.1. Biến thiên nồng độ các chất trong khí xả động cơ ... 20
2.2.2. Cơ chế hình thành các chất gây hại trong khí thải động cơ đốt trong ... 22
2.2.2.1. Hydrocarbon chưa cháy hết (HC)... 24
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">iv
2.2.2.2. Carbon monoxide (CO)... 25
2.2.2.3. Oxit nitơ (NOX) ... 26
2.2.2.4. Các hạt bụi PM (Particulate Matter) ... 27
2.2.3. Ảnh hưởng đến môi trường... 29
2.2.4. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người... 31
2.3. Kiểm soát ô nhiễm không khí ... 33
2.3.1. Tiêu chuẩn khí thải và chất lượng khơng khí ... 33
2.3.2. Giải pháp kiểm sốt khí thải ... 38
2.4. Vịng đời CO2 và nhiên liệu thay thế ... 38
2.5. Xu hướng nhiên liệu trên động cơ ô tô ... 41
CHƯƠNG 3. NHIÊN LIỆU CỒN ... 43
3.1. Methanol ... 43
3.1.1. Giới thiệu về Methanol ... 43
3.1.2. Đặc tính nhiên liệu của Methanol ... 44
3.1.3. Nguyên liệu và quy trình sản xuất ... 48
3.1.4. Thử nghiệm trên động cơ ... 52
3.1.4.1. Phương pháp thực nghiệm ... 52
3.1.4.2. Kiểm tra hiệu suất động cơ ... 52
3.1.4.3. Kiểm tra khí thải động cơ ... 57
3.1.5. Tiềm năng và thách thức của nhiên liệu methanol ... 61
3.2. Ethanol ... 63
3.2.1. Giới thiệu về Ethanol ... 63
3.2.2. Đặc tính nhiên liệu của Ethanol ... 64
3.2.3. Nguyên liệu và quy trình sản xuất ... 66
3.2.4. Thử nghiệm trên động cơ ... 68
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">v
3.2.4.1. Phương pháp thực nghiệm ... 68
3.2.4.2. Kiểm tra hiệu suất động cơ ... 70
3.2.4.3. Kiểm tra khí thải động cơ ... 74
3.2.5. Tiềm năng và thách thức của nhiên liệu Ethanol ... 77
CHƯƠNG 4. DIESEL SINH HỌC (BIO-DIESEL) ... 79
4.1. Giới thiệu về Diesel sinh học ... 79
4.2. Đặc tính và các thơng số đặc trưng của dầu Diesel sinh học ... 81
4.2.1. Khả năng tạo ra hỗn hợp cháy tốt ... 82
4.2.2. Khả năng tự bốc cháy phù hợp ... 82
4.2.3. Ít ăn mịn và có khả năng bảo vệ động cơ ... 83
4.2.4. An tồn cháy nổ và khơng gây ơ nhiễm mơi trường ... 84
4.2.5. Tính lưu biến tốt ... 84
4.3. Nguyên liệu và quy trình sản xuất ... 86
4.3.1. Nguyên liệu trong sản xuất Diesel sinh học ... 86
4.3.2. Quy trình sản xuất Diesel sinh học... 88
4.3.3. Quy trình sản xuất theo mẻ ... 91
4.3.4. Các phương thức khác trong sản xuất Diesel sinh học ... 93
4.4. Thử nghiệm trên động cơ ô tơ ... 93
4.4.1. Khí thải ... 95
4.4.2. Hiệu năng ... 98
4.5. Những tiềm năng và thách thức ... 100
4.5.1. Trên thế giới ... 100
4.5.2. Tại Việt Nam ... 103
CHƯƠNG 5. KHÍ SINH HỌC (BIOGAS) ... 105
5.1. Giới thiệu về Biogas ... 105
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">vi
5.2. Đặc tính nhiên liệu của biogas ... 107
5.3. Nguyên liệu và quy trình sản xuất ... 108
5.4. Kiểm nghiệm trên động cơ ... 113
5.4.1. Phương pháp thực nghiệm ... 113
5.4.2. Kiểm tra hiệu suất động cơ ... 115
5.4.3. Kiểm tra khí thải động cơ ... 117
6.4. Thử nghiệm trên động cơ... 134
6.4.1. Hiệu năng động cơ LPG ... 134
6.4.2. Hiệu năng động cơ CNG ... 137
6.4.3. Khí thải trên động cơ LPG và CNG ... 140
6.5. Tiềm năng và thách thức ... 148
6.5.1. LPG ... 148
6.5.2. CNG ... 152
CHƯƠNG 7. HYDROGEN ... 157
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">7.3. Nguyên liệu và quy trình sản xuất ... 165
7.3.1. Sản xuất hydro từ nhiên liệu hóa thạch ... 165
7.3.1.1. Cơng nghệ “reforming” hydrocarbon ... 166
7.3.1.2. Công nghệ nhiệt phân hydrocarbon ... 169
7.3.2. Sản xuất hydro từ nhiên liệu tái tạo ... 170
7.3.2.1. Sản xuất hydro từ nước ... 170
7.3.3. Sản xuất hydro từ sinh khối ... 172
7.4. Thử nghiệm trên động cơ... 173
7.4.1. Thay đổi của động cơ để ứng dụng Hydrogen làm nhiên liệu ... 173
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">viii
7.4.4. Hiệu năng ... 181
7.4.5. Khí thải ... 183
7.5. Tiềm năng và thách thức ... 188
7.5.1. Những thách thức hiện tại với thị trường Hydro xanh ... 188
7.5.1.1. Chi phí sản xuất, lưu trữ và vận chuyển cao ... 188
7.5.1.2. Tác động của việc sản xuất hydro đến nguồn nước và đất đai ... 191
7.5.1.3. Sự chấp nhận của cơng chúng và sự an tồn của hydro ... 192
7.5.2. Tiềm năng và cơ hội trong tương lai của thị trường hydro xanh ... 193
7.5.2.1. Giảm mức thải carbon ... 193
7.5.2.2. Thúc đẩy sự phát triển của năng lượng tái tạo và đảm bảo tính linh hoạt của hệ thống điện ... 194
CHƯƠNG 8. Ô TÔ LAI – Ô TÔ ĐIỆN ... 195
8.1. Giới thiệu về ô tô điện - ô tô lai ... 195
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">ix
8.4.2. Ơ tơ lai ... 218
8.4.2.1. Vận hành kiểu nối tiếp ... 218
8.4.2.2. Vận hành kiểu song song ... 219
8.4.2.3. Vận hành kiểu song song-nối tiếp ... 219
8.4.2.4. Vận hành kiểu phức tạp ... 222
8.5. Tiềm năng và thách thức ... 223
8.5.1. Ơ tơ điện ... 223
8.5.2. Ô tô lai ... 225
CHƯƠNG 9. PIN NHIÊN LIỆU (FUEL CELL) ... 227
9.1. Giới thiệu về pin nhiên liệu ... 227
9.2. Pin nhiên liệu ... 230
9.2.1. Cấu tạo và nguyên lý ... 230
9.2.2. Phân loại... 232
9.2.3. Điều kiện vận hành tối ưu của pin nhiên liệu ... 237
9.3. Ơ tơ điện sử dụng pin nhiên liệu hydrogen (FCV) ... 239
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">x 9.5.2. Các thách thức hiện tại cho xe sử dụng pin nhiên liệu ... 253 CHƯƠNG 10. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ... 256 TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 258
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">xi
<b>DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU </b>
AFR: Air–Fuel Ratio
BTE: Brake Thermal Efficiency BEV: Battery Electric Vehicle
BSFC: Brake Specific Fuel Comsumption CNG: Compressed Natural Gas
DI: Direct Injection
EVB: Electric Vehicle Battery FC: Fuel Cell
FCV: Fuel Cell Vehicle
HEV: Hybrid Electric Vehicle ICE: Internal Combustion Engine LHV: Low Heating Value
LNG: Liquefied Natural Gas
PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle PM: Particulate Matter
RPM: Round Per Minute REV: Range-extended EV
SFC: Specific Fuel Comsumption WGS: Water-Gas Shift
WOT: Wide Open Throttle
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">xii
<b>DANH MỤC CÁC HÌNH </b>
Hình 2.1. Xếp hạng tồn cầu về các nguy cơ theo tổng số ca tử vong do mọi nguyên nhân năm 2019 [11] ... 13Hình 2.2. Bản đồ chất lượng khơng khí tồn cầu ghi nhận ngày 19/10/2023 [12] ... 14Hình 2.3. Bản đồ chất lượng khơng khí tại Việt Nam ghi nhận ngày 19/10/2023 [12] ... 15Hình 2.4. Nhiệt độ khơng khí bề mặt trung bình những năm 2011–21 so với 1956–76 [9] ... 16Hình 2.5. Khí thải do đốt cháy hồn tồn và khơng hồn tồn [15] ... 19Hình 2.6. So sánh lượng chất ô nhiễm tương đối được thải ra từ các phương tiện chạy bằng xăng và dầu diesel đạt tiêu chuẩn Euro 6 ... 19Hình 2.7. Khí thải theo chế độ lái xe [15] ... 21Hình 2.8. Tỉ lệ khơng khí – nhiên liệu ảnh hưởng tới khí thải [50] ... 24Hình 2.10. Tỉ lệ phát thải CO2 từ các phương tiện của Hoa Kỳ [16] ... 37Hình 2.11. Nồng độ CO2 trong khí quyển qua từng thời kỳ trên Trái đất [17] ... 39Hình 2.12. Lượng khí thải CO2 từ giao thông vận tải qua các năm đến cột mốc giảm CO2 đề ra [14] ... 40Hình 3.1. Thị trường Methanol trên thế giới từ năm 2021-2030. [19] ... 44Hình 3.2. Ảnh hưởng của áp suất mở đến tốc độ phun. [20] ... 47Hình 3.3. Ảnh hưởng của mật độ môi trường xung quanh đến sự xâm nhập của phun. [20] ... 47Hình 3.4. Ảnh hưởng của mật độ môi trường xung quanh đến tốc độ phun. [20] ... 48Hình 3.5. Ảnh hưởng của đường kính vịi phun đến khả năng xuyên qua của tia phun. [20] ... 48Hình 3.6. Mức tiêu thụ nhiên liệu ở các tải khác nhau. [20] ... 53Hình 3.7. Mức tiêu thụ nhiên liệu ở các thời điểm phun. [20] ... 54Hình 3.8. Hiệu suất nhiệt ở các tải khác nhau. [20] ... 55
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">xiii Hình 3.9. Hiệu suất nhiệt ở các thời điểm phun khác nhau và ở tải 20Nm. [20] ... 55Hình 3.10. Nhiệt độ khí thải ở các tải khác nhau. [20] ... 57Hình 3.11. Ảnh hưởng của các tỷ lệ pha trộn methanol khác nhau đến lượng khí thải CO ở các tốc độ xe khác nhau. [20] ... 57Hình 3.12. Ảnh hưởng của các tỷ lệ pha trộn methanol khác nhau đến lượng khí thải CO2 ở các tốc độ xe khác nhau. [20] ... 58Hình 3.13. Ảnh hưởng của các tỷ lệ pha trộn methanol khác nhau đến lượng khí thải NOX ở các tốc độ xe khác nhau. [20] ... 59Hình 3.14. Mô-men xoắn hiệu dụng so với RPM đối với hỗn hợp etanol-xăng và mức octan khác nhau. [22] ... 70Hình 3.15. Công suất hiệu dụng so với RPM đối với các hỗn hợp xăng-etanol và mức octan khác nhau. [22] ... 71Hình 3.16. Mức tiêu thụ cụ thể so với RPM đối với các hỗn hợp xăng-etanol và mức octan khác nhau. [22] ... 72Hình 3.17. Hiệu suất so với RPM đối với hỗn hợp etanol-xăng và mức octan khác nhau. [22] ... 73Hình 3.18. Carbon monoxide so với RPM đối với các nồng độ ethanol-xăng và octan khác nhau. [22]... 74Hình 3.19. Nitơ Monoxide so với RPM đối với hỗn hợp etanol-xăng và mức octan khác nhau. [22]... 75Hình 3.20. Carbon dioxide so với RPM đối với các hỗn hợp etanol-xăng và mức octan khác nhau. [22]... 76Hình 4.1. Phản ứng tạo thành dầu Diesel sinh học [23] ... 90Hình 4.2. Sơ đồ quá trình sản xuất theo mẻ [24] ... 92Hình 4.3. Lượng khí thải giữa dầu Diesel và các hỗn hợp Diesel sinh học [26] ... 96Hình 4.4. Công suất và mô-men xoắn giữa Diesel thông thường, hỗn hợp Diesel B30, B50 và B100 [26] ... 99
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">xiv Hình 4.5. Sức tiêu thụ nhiên liệu giữa Diesel thông thường, hỗn hợp Diesel B30, B50 và B100 [26] ... 100Hình 4.6. Nhu cầu nhiên liệu sinh học theo NZE trong những năm 2016 – 2030 [25] .. 101Hình 5.1. Tiềm năng tạo khí sinh học từ các chất thải sinh khối khác nhau. [29] ... 106Hình 5.2. Sơ đồ bố trí hệ thống thử nghiệm động cơ khí sinh học. 1 Khí sinh học nén. 2 lưu lượng kế. 3 bình nhiên liệu diesel. 4 Buret. 5 Động cơ (TBMC3-02). 6 Động lực kế. 7 Máy tính thu thập dữ liệu 8 Máy phân tích khí thải. 9 Máy trộn khí sinh học. [30] ... 114Hình 5.3. Sự thay đổi hiệu suất nhiệt theo tải động cơ. [31] ... 116Hình 5.4. Sự thay đổi mức tiêu thụ nhiên liệu theo tải động cơ. [31] ... 117Hình 5.5. Sự thay đổi CO theo tải trọng. [31] ... 118Hình 5.6. Sự thay đổi CO theo tải trọng. [31] ... 119Hình 5.7. Sự thay đổi HC theo tải trọng. [31] ... 120Hình 5.8. Sự thay đổi NOX theo tải trọng. [31] ... 121Hình 6.1. Hàm lượng carbon trong các loại nhiên liệu khác nhau [32] ... 124Hình 6.2. Số liệu thống kê phương tiện sử dụng LPG: (a) phân loại theo loại phương tiện và (b) dựa trên hệ thống nhiên liệu [36]... 126Hình 6.3. Sơ đồ của một hệ thống tiếp nhiên liệu CNG [20] ... 134Hình 6.4. Sự thay đổi của hiệu suất nhiệt tùy thuộc vào tải động cơ [34] ... 136Hình 6.5. Sự thay đổi của BSFC tùy thuộc vào tải động cơ [34] ... 137Hình 6.6. Cơng suất tại WOT [33]... 138Hình 6.7. Momen tại WOT [33] ... 139Hình 6.8. Mức tiêu hao nhiên liệu tại WOT [33] ... 140Hình 6.9. Phịng thử nghiệm khí thải BOSMAL [1] ... 141Hình 6.10. Sơ đồ tổng quan của thử nghiệm [32] ... 141Hình 6.11. Chu trình Lái xe Châu Âu mới [32] ... 142Hình 6.12. Lượng phát thải THC [32] ... 143
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">xv Hình 6.13. Lượng phát thải CH4 [32] ... 144Hình 6.14. Lượng phát thải HC không chứa metan [32] ... 144Hình 6.15. Lượng phát thải CO [32]... 145Hình 6.16. Lượng phát thải NOX [32] ... 146Hình 6.17. Lượng phát thải CO2 [32] ... 146Hình 6.18. Mức tăng trưởng của phương tiện LPG tại một số quốc gia [36] ... 150Hình 6.19. Mức giảm của phương tiện LPG tại một số quốc gia [36] ... 152Hình 6.20. Sự tăng trưởng của xe sử dụng CNG trên toàn thế giới [35] ... 153Hình 6.21. 10 quốc gia có số lượng phương tiện sử dụng CNG cao nhất [35]... 154Hình 6.22. Nhu cầu năng lượng sơ cấp trên thế giới theo nhiên liệu [35] ... 155Hình 7.1. Mơ tả q trình sản xuất hydro màu xám, xanh lam và xanh lục ... 160Hình 7.2. Tỷ lệ giãn nở giữa hydro lỏng và khí [38] ... 162Hình 7.3. So sánh hiệu suất nạp và năng lượng buồng đốt cho động cơ chạy bằng nhiên liệu xăng và hydro [38] ... 173Hình 7.4. Sơ đồ tổng quan về xe H2 -ICE ... 174Hình 7.5. Hệ thống phun thể tích khơng đổi [38] ... 176Hình 7.6. Kim phun điện tử [38] ... 177Hình 7.7. Sơ đồ thử nghiệm [40] ... 181Hình 7.8. (a) Sự thay đổi của cơng suất, (b) mơmen, (c) tỷ lệ khơng khí dư thừa và (d) Hiệu suất thể tích tùy thuộc vào tốc độ động cơ và nồng độ hydro [40] ... 182Hình 7.9. (a) Sự thay đổi giá trị BSFC ở các lượng hydro khác nhau dựa trên tốc độ động cơ và (b) sự thay đổi giá trị BTE ở các lượng hydro khác nhau dựa trên tốc độ động cơ [40] ... 183Hình 7.10. Lượng giảm khí thải CO khi sử dụng nhiên liệu hydro trong động cơ diesel [40] ... 184
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">xvi Hình 7.11. Lượng giảm khí thải CO2 khi sử dụng nhiên liệu hydro trong động cơ diesel [40] ... 185Hình 7.12. Lượng giảm khí thải HC khi sử dụng nhiên liệu hydro trong động cơ Diesel [40] ... 186Hình 7.13. Mức tăng khí thải NOX khi sử dụng nhiên liệu hydro trong động cơ Diesel [40] ... 186Hình 7.14. Mức giảm lượng PM khi sử dụng nhiên liệu hydro trong động cơ Diesel [40] ... 187Hình 8.1. Quy mơ thị trường ơ tơ điện tồn cầu. [43] ... 196Hình 8.2. Quy mơ thị trường của ơ tơ lai tồn cầu. [44] ... 197Hình 8.3. Tỉ lệ sử dụng các loại xe ở các quốc gia phát triển. [45] ... 197Hình 8.4. Phân loại HEV. [20] ... 198Hình 8.5. Cấu hình cơ bản của các loại ơ tơ lai. [20] ... 202Hình 8.6. Động cơ DC nối tiếp ... 204Hình 8.7. Động cơ DC song song ... 204Hình 8.8. Động cơ DC hỗn hợp ... 205Hình 8.9. Đặc tính tốc độ và mơ-men xoắn của các loại động cơ DC. ... 206Hình 8.10. Động cơ từ trở đồng bộ SynRM ... 207Hình 8.11. Động cơ SRM từ trở thay đổi ... 208Hình 8.12. Động cơ IM khơng đồng bộ. ... 209Hình 8.13. Động cơ IPM-động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm ... 209Hình 8.14. Cấu tạo của mỗi ngăn trong pin ... 211Hình 8.15. Cấu tạo của ắc quy ... 212Hình 8.16. Phương trình phản ứng trong pin axit-chì ... 212Hình 8.17. Chế độ hoạt động nối tiếp. [20] ... 218Hình 8.18. Chế độ hoạt động song song. [20] ... 219
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">xvii Hình 8.19. Chế độ nặng về động cơ kiểu song song- nối tiếp. [20] ... 220Hình 8.20. Chế độ nặng về động cơ kiểu song song- nối tiếp. [20] ... 221Hình 8.21. Các chế độ vận hành hybrid phức hợp trục kép (Trước hybrid-Sau điện). [20] ... 222Hình 9.1. FCV ở các nước phát triển tính đến cuối năm 2020 [47] ... 230Hình 9.2. Doanh số ước tính của các loại xe hạng nhẹ khác nhau để đạt được các mục tiêu về khí hậu [47] ... 230Hình 9.3. Sơ đồ hoạt động cơ bản của pin nhiên liệu [48] ... 231Hình 9.4. Pin Oxide rắn [48] ... 233Hình 9.5. Pin methanol [48] ... 234Hình 9.6. Pin màng điện ly polymer [48] ... 235Hình 9.7. Pin kiềm [48] ... 236Hình 9.8. Pin acid phosphoric [48] ... 237Hình 9.9. Cơng suất của FCV trong các phương tiện khác nhau trên quãng đường đã đi. [46] ... 240Hình 9.10. Ơ tơ điện hoạt động hồn tồn bằng pin nhiên liệu [46] ... 243Hình 9.11. Ơ tơ điện hoạt động với bộ mở rộng phạm vi bằng FC [46] ... 244Hình 9.12. Hybrid kết hợp pin nhiên liệu và pin điện [46] ... 245Hình 9.13. Hybrid kết hợp pin nhiên liệu, pin điện và siêu tụ điện [46] ... 246Hình 9.14. Kịch bản áp dụng cho giá thành phương tiện sử dụng pin nhiên liệu hydro hạng nhẹ ở Hoa Kỳ [47] ... 247Hình 9.15. Phạm vi hoạt động của BEV (Mẫu 2019) trong một lần sạc đầy [47] ... 248
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">xviii
<b>DANH MỤC CÁC BẢNG </b>
Bảng 1.1. Mục tiêu và chính sách của Chính phủ một số nước Đông Nam Á đối với phát triển nhiên liệu sinh học ... 9 Bảng 2.1. Các chỉ số trong tiêu chuẩn khí thải Euro 6 ... 34 Bảng 2.2. Lượng khí thải CO2 trong suốt vịng đời của xe [18] ... 41 Bảng 3.1. Các thông số cơ bản của methanol [20] ... 44 Bảng 3.2. Tính chất nhiên liệu Ethanol so với xăng và dầu diesel [20] ... 66 Bảng 3.3. Sản lượng ethanol của thế giới (triệu lít) [21] ... 67 Bảng 3.4. Các đặc tính chính của động cơ được sử dụng trong thử nghiệm. [22] ... 68 Bảng 3.5. Tính chất lý hóa của xăng và etanol. [22] ... 69 Bảng 3.6. Nồng độ thể tích của nhiên liệu tham gia thử nghiệm [22]... 69 Bảng 4.1. Đặc tính nhiên liệu Diesel thơng thường và Diesel sinh học trong thử nghiệm [26] ... 94 Bảng 4.2. Các thông số kỹ thuật của xe trong thử nghiệm [26] ... 95 Bảng 5.1. Thành phần của biogas. [30] ... 107 Bảng 5.2. Thành phần của biogas với công nghệ của các nước khác nhau [30]... 108 Bảng 5.3. Thông số động cơ TBMC3-02 được sử dụng thực nghiệm với biogas. [31] .. 114 Bảng 5.4. Dải đo của Máy phân tích khí thải ơ tơ SV-50. [31] ... 115 Bảng 6.1. Đặc tính của LPG so với Diesel ... 128 Bảng 6.2. Đặc tính của CNG so với xăng và Diesel... 130 Bảng 7.1. Mật độ hơi và lỏng của Hydrogen so với xăng [38] ... 161 Bảng 7.2. Mật độ năng lượng của hydrogen với xăng và Diesel [38] ... 164 Bảng 7.3. Điểm chớp cháy của hydrogen với các loại nhiên liệu khác [38] ... 164 Bảng 7.4. Nhiệt độ tự bốc cháy của hydrogen với các loại nhiên liệu khác [38] ... 164 Bảng 7.5. Chỉ số octan của hydrogen với các loại nhiên liệu khác [38] ... 165
</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">xix Bảng 7.6. Tóm tắt cơng nghệ sản xuất hydro từ nhiên liệu hóa thạch [39] ... 166 Bảng 7.7. Tóm tắt cơng nghệ sản xuất hydro từ nước [39] ... 170 Bảng 7.8. Thông số kỹ thuật của động cơ [40] ... 180 Bảng 7.9. Chi phí sản xuất các loại hydro khác nhau [41] ... 189 Bảng 9.1. Các loại pin nhiên liệu theo chất điện ly [48] ... 232 Bảng 9.2. Phạm vi di chuyển của các mẫu xe FCV (Ra mắt ở năm 2019) [47] ... 248 Bảng 9.3. Mật độ năng lượng và năng lượng riêng của bộ pin BEV trên một số dòng xe [47] ... 249
</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">1
<b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Lí do chọn đề tài </b>
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế, xã hội, có sự gia tăng nhanh chóng các phương tiện giao thơng và thiết bị động lực được trang bị động cơ đốt trong. Kéo theo đó là mức tiêu thụ nhiên liệu ngày càng tăng, đặc biệt là nhiên liệu hóa thạch truyền thống là xăng và dầu diesel. Điều này đang gây ra nguy cơ cạn kiệt nhanh chóng các nguồn nhiên liệu truyền thống và ơ nhiễm mơi trường nghiêm trọng do khí thải độc hại của động cơ.
Việt Nam là một nước đang phát triển nên khơng nằm ngồi quy luật phát triển chung của thế giới. Tình trạng thiếu nhiên liệu và tình trạng ơ nhiễm mơi trường do khí thải từ động cơ chạy bằng nhiên liệu truyền thống đang ở mức báo động. Vì vậy, vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu, sử dụng các loại nhiên liệu mới có lượng khí thải độc hại thấp để giảm ơ nhiễm mơi trường, mặt khác có thể bù đắp một phần sự thiếu hụt của hệ thống nhiên liệu truyền động. Nhiên liệu mới được ưu tiên là những loại có lượng khí thải độc hại thấp, trữ lượng lớn, chi phí thấp và có thể dễ dàng sử dụng trong các động cơ hiện có mà khơng cần phải thay đổi nhiều về kết cấu. Một số nhiên liệu mới điển hình có thể kể đến như hydro, khí dầu mỏ hóa lỏng, khí thiên nhiên nén (Compression Natural Gas - CNG), khí sinh học... Theo dự báo của Bộ Năng lượng Mỹ, đến năm 2030, tỷ trọng năng lượng hóa thạch truyền thống trong tổng năng lượng sử dụng vẫn ở mức cao, trên 80%, năng lượng tái tạo chỉ tăng không đáng kể, khoảng 8,1%. Ngồi ra, ơ nhiễm mơi trường và hiệu ứng nhà kính đặt ra nhiều thách thức khó khăn cho con người. Điều đó đã thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu các phương pháp sử dụng nhiên liệu tiết kiệm hơn (sử dụng phụ gia tiết kiệm nhiên liệu, sử dụng thiết bị, động cơ nhiệt hiệu suất cao...) và phát triển các nguồn nhiên liệu thay thế, nguồn nhiên liệu mới, tái tạo, giảm phát thải ô nhiễm mơi trường. Vì vậy nhóm chúng em chọn đề tài “Chuyên đề năng lượng mới trên ô tô”.
<b>1.2. Mục đích nghiên cứu </b>
Đề tài này nghiên cứu và sử dụng các loại nhiên liệu mới có lượng phát thải độc hại thấp một mặt nhằm giảm thiểu ô nhiễm mơi trường, mặt khác có thể bù đắp một phần sự thiếu hụt các loại nhiên liệu truyền thống. Các mục đích chính của nghiên cứu này gồm:
</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31"> Nhận thức được lợi ích và hạn chế của nhiên liệu mới.
Hiểu các nguồn nhiên liệu tái tạo thay thế, hiểu các loại nhiên liệu mới khác nhau hiện có.
Biết các tính chất hóa học của nhiên liệu mới.
<b>1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu </b>
Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là các nguồn năng lượng dồi dào và có thể tái tạo hiện nay nhằm khắc phục tình trạng thiếu hụt năng lượng truyền thống và vấn đề ơ nhiễm khí thải động cơ.
Phạm vi nghiên cứu tập trung vào cơ sở lý luận, thống kê và so sánh thực tế trên nhiều khía cạnh của nhiên liệu thay thế so với xăng và dầu diesel truyền thống như hiệu suất động cơ, khí thải, giá thành...
<b>1.4. Các nguồn năng lượng truyền thống </b>
Từ xa xưa khi con người tạo ra lửa thì đồng thời những nguồn năng lượng truyền thống cũng đã dần được con người phát hiện, sau đó khai thác và sử dụng. Có thể nói gỗ cũng là một loại nhiên liệu đầu tiên được con người sử dụng để làm chất đốt tạo ra lửa. Sau này, qua các quá trình phát triển của con người, khoa học kĩ thuật phát triển thì con người cũng đã khám phá ra các nhiên liệu hóa thạch. Bao gồm:
Than đá là một dạng nhiên liệu hóa thạch được hình thành từ thực vật bị chơn vùi trải qua các giai đoạn kéo dài lên tới hàng triệu năm. Than đá được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp hiện nay từ các ngành công nghiệp năng lượng đến cơng nghiệp sản xuất, cơng nghiệp nặng. Giải phóng một lượng năng lượng lớn khi cháy tuy nhiên song hành với đó, việc đốt than đá cũng mang lại nhiều tác hại lớn đối với môi trường cũng như sức khỏe của con người, nó có thể gây ung thư và các bệnh liên quan tới đường hô hấp.
</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">3
Dầu mỏ hay dầu thô là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục, dầu mỏ chỉ tồn tại trong các lớp đất đá tại một số nơi trong vỏ Trái Đất. Dầu mỏ sau khi được thu hồi bằng khoan dầu sẽ được tinh chết và tách biệt thành nhiều sản phẩm như xăng, dầu hỏa đến nhựa đường và các hóa chất thuốc thử để sản xuất plastic và dược phẩm. Việc sử dụng dầu mỏ có nhiều tác động tiêu cực đến nền sinh quyển của Trái đất, làm tổn hại hệ sinh thái nói chung và sức khỏe của con người nói riêng.
<b>Khí tự nhiên </b>
Khí tự nhiên hay khí thiên nhiên là hỗn hợp các loại khí cháy được, giống than đá và dầu mỏ, khí tự nhiên là một loại nhiên liệu hóa thạch thường được tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở lớp vỏ trái đất. Khí thiên nhiên với thành phần chủ yếu là meetan, có chu kỳ bán rã khoảng 7 năm, ngắn hơn khá nhiều so với carbondioxit, vì thế nó thường được mơ tả là loại nhiên liệu hóa thạch sạch nhất, tuy nhiên về mặt tuyệt đối, lượng khí CO<sub>2</sub>do khí tự nhiên gây ra vẫn ở một con số khổng lồ.
<b>1.5. Các nguồn năng lượng tái tạo</b>
Hiện nay, hai nguồn năng lượng được nghiên cứu và phát triển sử dụng phổ biến trên ô tô đó là năng lượng hydro và năng lượng sinh khối (năng lượng sinh học). Nhiên liệu sinh học có thể được chia thành các nhóm chính sau:
<b> Biodiesel </b>
Biodiesel à một loại nhiên liệu lỏng có tính chất tương tự và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống. Biodiesel được điều chế bằng cách dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật), thường được thực hiện bằng các ủ hạt có dầu với methanol và hidroxit natri, các chất hiện đang được sử dụng để chế biến dầu chiết tách.
<b> Biogasoline </b>
Biogasoline là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì. Ethanol được chế biến thơng qua q trình lên men các sản phẩm hữu cơ. Ethanol được trộn với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học, chúng có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống hiện nay.
</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">4
<b> Biogas </b>
Biogas là một loại khí hữu cơ gồm methane và các đồng đẳng khác. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là xenlulozo, tạo thành sản phẩm ở dạng khí. Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí gas từ sản phẩm dầu mỏ.
<b> Hydrogen </b>
Năng lượng Hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu hoặc sản xuất điện. Hiện nay thì hydro cũng được sử dụng trong pin nhiên liệu và là nguồn năng lượng cho một số động cơ điện. Nguyên liệu để sản xuất Hydro là rất dồi dào tuy nhiên cần cơng nghệ để có thể
<b>sản xuất ở quy mơ lớn và áp dụng rộng rãi. Những ưu điểm của các loại năng lượng trên có thể kể đến như sau: </b>
Thân thiện với mơi trường: Lượng khí thải độc hại qua q trình sử dụng ít hơn, từ đó ít gây tác động tiêu cực tới khơng khí và môi trường sống.
Là nguồn nhiên liệu tái sinh: Các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nơng nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp chúng ta giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên khơng tái sinh truyền thống.
<b>1.6. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu mới trên Việt Nam và thế giới </b>
Theo báo cảo của Viện Năng lượng Anh (EI) cho thấy nhiên liệu hóa thạch chiếm 82% tổng mức tiêu thụ năng lượng trên thế giới năm 2022. Lượng khí thải nhà kính cũng tăng 0.8% khi mà thế giới dùng nhiều năng lượng hơn. Các sản phẩm dầu, khí đốt và than đá tiếp tục dẫn dầu trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng trong năm 2022 dù công suất năng lượng tái tạo đã tăng tổng cộng 266 GW. Lượng tiêu thụ nhiên liệu hóa tạch và phát thải khí nhà kinh dự kiến cịn tăng cao nữa trong năm 2023. Vì thế nên động lực thúc đẩy nghiên cứu và phát triển năng lượng tái tạo hiện nay là rất lớn, nó giúp giảm áp lực sử dụng nhiên liệu hóa thạch và giảm phát thải khí nhà kính. [1]
Trên thực tế, Rudolf Diesel là nhà phát minh ra động cơ diesel người Đức đã thiết kế động cơ diesel chạy bằng dầu lạc và sau đó, Henry Ford là người thiết kế ơ tơ Model T được sản xuất năm 1903-1926. Chiếc xe này được thiết kế hoàn toàn để sử dụng nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ cây gai dầu làm nhiên liệu. Với sự phát triển của khoa học công
</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">5 nghệ kỹ thuật trong việc thăm dị, khai thác và chế biến nhiên liệu hóa thạch với chi phí rẻ và lượng tài nguyên dồi dào đã dẫn đến khó khăn cho việc phát triển xuất khẩu sản phẩm công nghệ cũng như ứng dụng.
Tuy nhiên, sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ nghiêm trọng năm 1973 và 1979, việc nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học lại được chú trọng. Và kể từ năm 2000, các nước trên thế giới đã thực sự tuân thủ công ước Rio de Janeiro (1992), rồi đến Kyoto (1997), tìm ra các kỹ thuật hạn chế khí nhà kính (CO2, metan, 𝑁<sub>2</sub>O, v.v.) nhiên liệu hóa thạch được thay thế bằng năng lượng xanh như năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, v.v.. Trong hai thập kỷ qua, dự đoán với tốc độ khai thác và tiêu thụ như hiện nay, các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu thơ sẽ cạn kiệt trong vài thập kỷ tới, đồng thời nhận thức về hiệu ứng nhà kính do việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, nhiên liệu sinh học một lần nữa được quan tâm và trở thành mục tiêu quan trọng trong chương trình phát triển kinh tế bền vững cho cộng đồng các quốc gia.
Các nguồn năng lượng tái tạo sẽ là nguồn năng lượng chính của thế giới trong vòng hai thập niên tới và đang tạo dựng chỗ đứng trong hệ thống năng lượng toàn cầu nhanh hơn bất kỳ nhiên liệu nào trong lịch sử. Bristish Petroleum (BP), một trong những tập đồn dầu khí đa quốc gia hàng đầu thế giới, ước tính vào năm 2040, năng lượng gió, năng lượng mặt trời và các năng lượng tái tạo khác sẽ chiếm khoảng 30% nguồn cung điện năng trên thế giới, đặc biệt ở khu vực các nước châu Âu, tỷ lệ này có thể lên tới 50%”. Ngoài ra, BP cũng đặt nhiều kỳ vọng vào tốc độ tăng trưởng của năng lượng tái tạo: “Trong khi dầu mất gần 45 năm để tăng từ mức 1% năng lượng toàn cầu lên 10% và khí đốt mất hơn 50 năm, thì năng lượng tái tạo dự kiến sẽ chỉ trong vòng 25 năm”. Năng lượng tái tạo dự kiến sẽ tăng trưởng 7,1% mỗi năm trong hai thập niên tới, sau đó thay thế than đá để trở thành nguồn năng lượng hàng đầu thế giới vào năm 2040.[2]
Ngoài ra, hiện nay trên thế giới có hơn 50 nước đã tiến hành nghiên cứu và sản xuất đưa vào sử dụng nhiên liệu sinh học. Nhiên liệu sinh học được sử dụng làm nhiên liệu trong lĩnh vực giao thông vận tải bao gồm dầu thực vật sạch, ethanol, diesel sinh học, dimethyl ether (DME), ethyl tertiary butyl ether (ETBE) và các sản phẩm của chúng. Theo thống kê, đối với nhiên liệu sinh học ethanol sinh học, năm 2023 tổng quy mô thị trường ethanol là 106,79 tỷ lít, ước tính đến năm 2028 quy mô thị trường cả thế giới vào khoảng 137,29 tỉ lít
</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">6 [3]. Về nhiên liệu biodiesel, có một vài quốc gia có sản lượng lớn như là Indonesia với 137.000 thùng mỗi ngày, Mỹ là 112.000 thùng và Brazil với 99.000 thùng. [4]
Hoa Kỳ hiện là quốc gia sản xuất ethanol lớn nhất trên thế giới với công suất 60 tỷ lít/năm, đồng thời cũng là quốc gia xuất khẩu ethanol nhiều nhất với trên 5 tỷ lít/năm. Để khuyến khích sử dụng nhiên liệu sạch, hiện nay chính phủ chấp nhận việc giảm thuế 0,50 USD/gallon ethanol .Đồng thời, chính phủ Mỹ ln có chính sách hỗ trợ các doanh nghiệp vừa và nhỏ trong lĩnh vực sản xuất nhiên liệu sinh học. Người đứng đầu Nhà Trắng tuyên bố sẽ đưa nước Mỹ thoát khỏi sự phụ thuộc vào dầu mỏ nước ngoài bằng cách đầu tư mạnh vào R&D để tạo ra những nhiên liệu sinh học mới và sạch.[5]
Trung Quốc với đặc điểm dân số hàng đầu thế giới, mỗi ngày cần sử dụng 1.1-1.2 triệu thùng dầu. Để giải quyết tình trạng thiếu hụt năng lượng, một mặt Trung Quốc đầu tư mạnh ra ngoài lãnh thổ để khai thác khai thác dầu, mặt khác tập trung khai thác và sử dụng năng lượng tái tạo, đầu tư cơ sở khoa học cho nghiên cứu nhiên liệu sinh học. Đầu năm 2003 xăng E10 (10% ethanol và 90% xăng) được chính thức sử dụng ở 5 thành phố lớn và sẽ mở rộng hơn nữa ở 9 thành phố đông dân cư khác. Cuối năm 2005, Nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu công suất 600.000 tấn/năm (lớn nhất thế giới thời điểm đó) đã đi vào hoạt động tại Cát Lâm - Miền Trung. Sau đó, sản lượng ethanol vào khảng 2.8 triệu tấn vào năm 2017, khoảng 4 triệu tấn vào năm 2020. [6]
Ngồi ra, TQ cịn nghiên cứu phát triển khai thác một loại nguyên liệu mới - Tảo. Khi nghiên cứu loại dầu sinh học từ tảo thành công và được đưa vào sản xuất, quy mô sản xuất loại dầu này có thể đạt tới hàng chục triệu tấn. Mỹ vận dụng công nghệ sinh học hiện đại như nghiên cứu gien đã thực hiện tại phịng thí nghiệm năng lượng tái sinh quốc gia tạo được một giống tảo mới có hàm lượng dầu trên 60%, một mẫu có thể sản xuất được trên 2 tấn dầu diesel sinh học. Đại học hải dương Thanh Đảo - TQ cũng đã nhận trách nhiệm nghiên cứu công nghệ nhân giống và trồng tảo biển, họ cũng đã có kinh nghiệm phát triển nguồn nguyên liệu tảo nước ngọt và tảo nước mặn. Nếu có thể kết hợp cơng nghệ sinh học hiện đại và kỹ thuật nuôi trồng truyền thống thì sẽ có thể ni trồng giống tảo lấy dầu sản lượng cao trên quy mô lớn. Đầu tư của Trung Quốc cho quá trình chuyển đổi năng lượng trong giai đoạn 2016- 2020 là 1.048 tỷ USD, trong khi đầu tư của Mỹ là khoảng 540 tỷ USD. Năng lượng hydro được coi là nguồn năng lượng trong tương lai nhằm giải quyết
</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), 17 chính phủ đã đưa ra chiến lược năng lượng hydro và hơn 20 chính phủ đã cơng bố kế hoạch phát triển chiến lược năng lượng hydro vào năm 2021. Việc hoạch định chính sách về năng lượng hydro đã được ưu tiên ở các nước Đông Á. Nhật Bản đã triển khai chiến lược năng lượng hydro vào năm 2017 với kế hoạch đưa Nhật Bản trở thành một “xã hội năng lượng hydro”. Hàn Quốc đã cơng bố Lộ trình Kinh tế năng lượng hydro vào tháng 1/2019 với mục tiêu sản xuất 6,2 triệu ô tô điện chạy bằng pin nhiên liệu năng lượng hydro (FCV) và 1.200 trạm tiếp nhiên liệu vào năm 2040
Ở Đông Nam Á, việc phát triển nghiên cứu sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học được quan tâm và phát triển từ hơn 10 năm nay. Từ năm 1985, Thái Lan đã huy động hàng chục cơ quan khoa học hàng đầu thực hiện Dự án Hồng gia phát triển cơng nghệ hiệu quả sản xuất ethanol và diesel sinh học từ dầu cọ. Năm 2001, cả nước đã thành lập Ủy ban Nhiên liệu Ethanol Quốc gia (NEC) do Bộ trưởng Bộ Cơng Thương chủ trì, chịu trách nhiệm điều hành chương trình phát triển nhiên liệu sinh học. Năm 2003, đã có hàng chục trạm xăng E10 ở Bangkok và các vùng lân cận. Chính phủ khẳng định E10 và B10 sẽ sử dụng được lịch sử nước chủ yếu vào đầu thập kỷ tới. Với Malaysia, Ủy ban dầu chà MPOB cho biết năm 2015, nước này sẽ có 5 máy xuất khẩu sản phẩm máy diesel sinh học từ dầu cọ, với tổng công suất gần 1 triệu tấn phục vụ tiêu dùng trong nước và xuất khẩu sang EU. Indonesia phấn đấu sử dụng B5 rộng rãi trên toàn quốc vào năm 2015. [7]
Ngoài ra, một số nước khác như Mexico có chiến lược phát triển dầu cọ và Jatropha curcas để cung cấp dầu cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học. Colombia đã ban hành luật
</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">8 yêu cầu các thành phố có hơn 500.000 dân phải sử dụng E10. Argentina đã thông qua Luật Nhiên liệu sinh học (tháng 4 năm 2006) quy định năm 2010 nhà máy lọc dầu trộn 5% ethanol và 5% dầu diesel sinh học vào xăng để bán trên thị trường. Costa Rica, Philippines... thậm chí cịn tiết lộ sử dụng dầu sinh ra từ dầu cọ, dầu dừa. Các nước châu Âu có chương trình nhiên liệu sinh học như: Đức, Anh, Pháp, Tây Ban Nha, Ý, Hà Lan, Thụy Điển, Bồ Đào Nha, Thụy Sĩ, Áo, Bulgaria, Ba Lan, Hungary, Ukraine, Belarus, Nga, Slovakia... Ngay cả ở Lào, họ cũng có chương trình này. cũng đang xây dựng nhà máy sản xuất diesel sinh học ở ngoại ô thủ đô Viêng Chăn. Một số nước châu Phi như Ghana... cũng đang tiến gần đến nhiên liệu sinh học.
<b>Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam </b>
Ở Việt Nam, với mục tiêu là phát triển nhiên liệu sinh học - một dạng năng lượng mới, tái tạo được để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường, Chính phủ đã ban hành nhiều đề án, quyết định về phát triển nhiên liệu sinh học.
Việt Nam là một nước nơng nghiệp được đánh giá có điều kiện thuận lợi để sản xuất nhiên liệu sinh học. Để phát triển nhiên liệu sinh học, Chính phủ cùng các bộ/ngành đã có những cố gắng thúc đẩy tiềm năng phát triển một số cây trồng cung cấp nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học như ngô, sắn, mía (sản xuất cồn); các cây có dầu như lạc, đậu tương, vừng, hướng dương, dừa, bông (sản xuất diesel)…
Nghiên cứu ethanol sinh học ra đời, phát triển mạnh mẽ từ vài năm trở lên đến đây, khi Việt Nam ra chương trình đẩy mạnh nghiên cứu và xây dựng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu diesel và nhiên liệu sinh học QCVN1:2020/BKHCN.
Theo Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, hàng loạt nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học (NLSH) đã ra đời nhằm cung cấp cồn ethanol để pha chế xăng E5 phục vụ nhu cầu của thị trường. Năng lực sản xuất ethanol nhiên liệu của cả nước đạt 535 triệu lít/năm, sản lượng ethanol đủ để phối trộn 8,35 triệu tấn xăng E5 hoặc 4,17 triệu tấn xăng E10, bảo đảm đủ và vượt để cung cấp cho thị trường cả nước. [8]
Nhận thức rõ về tầm quan trọng của NLSH đối với vấn đề an ninh năng lượng của đất nước, góp phần bảo vệ, gìn giữ mơi trường và góp phần giúp đỡ bà con nông dân, đặc
</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">9 biệt là những hộ trồng sắn có đầu ra nhanh hơn, ổn định hơn, cuộc sống đỡ khó khăn hơn, Tập đồn Dầu khí Việt Nam đã đi đầu trong việc xây dựng chiến lược phát triển NLSH.
Tuy nhiên cho tới thời điểm năm 2018, hầu hết các doanh nghiệp phối trộn, kinh doanh xăng E5 hiện nay đều đang lỗ nặng do phải đầu tư thêm khá nhiều cơ sở vật chất như nâng cấp, cải tạo, sửa chữa cột bơm, bể chứa… trong khi các ưu đãi về thuế, phí quá thấp, chưa hấp dẫn, khuyến khích được doanh nghiệp đầu tư. 5/7 nhà máy sản xuất ethanol trên toàn quốc đã phải dừng hoạt động.
Nếu so sánh với các nước trong khu vực Đông Nam Á, chúng ta sẽ thấy một bức tranh toàn cảnh về phát triển NLSH ở Việt Nam. Theo nghiên cứu của các chuyên gia đến từ IEA (Cơ quan Năng lượng Quốc tế), so sánh các mục tiêu, chính sách phát triển sản xuất nhiên liệu và sinh học sử dụng ở một số nước Đông Nam Á cho thấy, bảng 1.1, mức độ quan tâm của chính phủ đối với nhiên liệu sinh học ở mức trung bình, trong khi chính sách dành cho chương tình phát triển năng lượng ở Thái Lan được quan tâm rất cao.
<b>Bảng 1.1. Mục tiêu và chính sách của Chính phủ một số nước Đơng Nam Á đối với phát triển nhiên liệu sinh học </b>
Mục tiêu phát triển
Trung bình
Trung bình
Trung bình
Khơng áp
Trung bình Ngân
phi tài chính
Thấp <sup>Trung </sup>bình
Trung
Trung bình
Nhìn chung, các nước Đơng Nam Á có tiềm năng về nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học, đặc biệt là Việt Nam. Tuy nhiên vẫn còn nhiều rào cản đối với việc phát triển loại nhiên liệu này. Theo các chuyên gia, trong những năm tới, nếu giữ nguyên chính sách phát triển nhiên liệu sinh học như hiện nay thì Việt Nam vẫn là nước đi sau trong lĩnh vực khai thác tiềm năng sử dụng nhiên liệu sinh học trong thực tế. Vì vậy mà cần phải có chính sách,
</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">10 chiến lược lâu dài. Nếu phát triển ứng dụng nhiên liệu sinh học bền vững thì Việt Nam sẽ có sự phát triển kinh tế bền vững dựa trên nhiên liệu sinh học.
<b>1.7. Tính cấp thiết của năng lượng mới sử dụng cho ô tô </b>
Các nhiên liệu truyền thống bao gồm dầu mỏ sẽ cạn kiệt sau một thời gian. Bởi vì chúng khơng thể tái tạo được.
Việc sử dụng nhiên liệu mới có thể giảm lượng khí thải có hại đáng kể. Giảm thiểu những tác động tiêu cực cho môi trường và sức khỏe con người.
Theo một lý thuyết khoa học được chấp nhận rộng rãi, việc đốt nhiên liệu hóa thạch đang khiến nhiệt độ trong bầu khí quyển trái đất tăng lên. Mặc dù hiện tượng nóng lên tồn cầu liên tục chỉ là lý thuyết nhưng rất nhiều người trên toàn cầu tin rằng việc khám phá ra các nguồn nhiên liệu đốt sạch hơn là một bước thiết yếu để nâng cao chất lượng môi trường của chúng ta.
Phần lớn các mỏ dầu nằm ở Trung Đông và phần lớn các nước OPEC đều có liên quan đến các vấn đề cả về chính trị lẫn kinh tế. Vì vậy, tốc độ sản xuất khơng ổn định và có thể khơng đáp ứng được nhu cầu. Điều này khiến giá tăng đột ngột. Mặt khác, nguyên liệu cho nhiên liệu mới có thể tái tạo và có thể được sản xuất tại địa phương với chi phí thấp hơn. Điều này có nghĩa là tiết kiệm tiền trong dài hạn cho một quốc gia.
Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao đã tạo ra khoảng cách lớn giữa cung và cầu. Vậy nên ta phải tìm ra, nghiên cứu và sản xuất các nguồn nhiên liệu mới để tăng lượng cung, tránh phụ thuộc vào một số nguồn cùng nhất định.
</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">11
<b>CHƯƠNG 2. Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG TỪ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1. Ơ nhiễm mơi trường và biến đổi khí hậu </b>
<b>2.1.1. Ơ nhiễm mơi trường </b>
Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (Environmental Protection Agency - EPA) định nghĩa ô nhiễm là bất kỳ chất nào trong nước, đất hoặc khơng khí làm suy giảm chất lượng tự nhiên của môi trường, làm ảnh hướng đến các giác quan, gây nguy hiểm cho sức khỏe hoặc làm suy yếu tính hữu ích của tài nguyên thiên nhiên. Nói một cách đơn giản, ơ nhiễm là bất kỳ chất nào gây hại khi xâm nhập vào môi trường.
Có nhiều cách để phân loại ơ nhiễm, nhưng có một khn khổ chung để phân biệt, đó là “ơ nhiễm nguồn điểm” - hay ô nhiễm đến từ một nguồn có thể xác định được - với "ơ nhiễm nguồn khơng điểm", khó xác định hơn.
“Nguồn điểm” (Point Source) là một nguồn cụ thể hoặc điểm cụ thể nơi ô nhiễm xuất phát. Nguồn điểm thường dễ xác định và theo dõi. Ví dụ điển hình là các nhà máy, nhà xưởng, cơ sở sản xuất, trạm xử lý nước thải hoặc bất kỳ cơ sở công nghiệp hoặc hợp pháp nào khác có thể được xác định là nguồn gây ra ơ nhiễm. Ơ nhiễm từ nguồn điểm thường được quản lý và kiểm soát bằng các phương pháp và luật pháp nghiêm ngặt.
Ngược lại, “nguồn khơng điểm” (Non-point Source) là loại ơ nhiễm khó xác định một nguồn cụ thể và thường phát ra từ nhiều nguồn phân tán khắp nơi. Ví dụ bao gồm ô nhiễm từ việc thoát nước mưa trên các bề mặt đất như đường phố, cánh đồng nông nghiệp, khu dân cư, hoặc từ các hoạt động đô thị như việc sử dụng phân bón và hóa chất trong vườn tại gia đình. Ơ nhiễm từ nguồn khơng điểm thường khó kiểm sốt hơn và địi hỏi các biện pháp quản lý mơi trường rộng hơn và tối ưu hóa các hành vi cá nhân để giảm thiểu tác động.
Điều đó nói lên rằng, có nhiều loại ơ nhiễm có thể gây ra những tác hại đến môi trường như: ô nhiễm khơng khí, ơ nhiễm nguồn nước, ơ nhiễm chất phóng xạ, ơ nhiễm đất, v.v. Trong đó, ơ nhiễm khơng khí là dạng ơ nhiễm ảnh hưởng trực tiếp và dễ nhận thấy nhất trong đời sống của chúng ta.
<b>2.1.2. Ơ nhiễm khơng khí </b>
Ơ nhiễm khơng khí là khi các loại khí độc hại và sol khí (chất rắn và chất lỏng lơ lửng trong khơng khí) được thải ra vào tự nhiên thông qua cả quá trình tự nhiên và hoạt động
</div>
