Khảo sát Ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải Đến phát thải của Động cơ weichai wp 6 2106 lắp trên xe bus khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học bằng phần mềm avl boost

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.15 MB, 77 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGÔ THẾ MẠNH

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ TUẦN HỒN KHÍ THẢI ĐẾN PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ WEICHAI WP 6.2106 LẮP TRÊN XE BUS KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC BẰNG PHẦN MỀM AVL BOOST

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2022

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGÔ THẾ MẠNH

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ TUẦN HỒN KHÍ THẢI ĐẾN PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ WEICHAI WP 6.2106 LẮP TRÊN XE BUS KHI SỬ

DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC BẰNG PHẦN MỀM AVL BOOST

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, được sự hướng dẫn khoa học của TS Trần Trọng Tuấn. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thơng tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 5 tháng 9 năm 2022

Học viên

Ngô Thế Mạnh

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới người hướng dẫn chính: TS Trần Trọng Tuấn - thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, định hướng và giúp đỡ tơi trong suốt q trình tôi thực hiện luận văn này với sự tận tâm, trách nhiệm, sáng suốt và khoa học cao.

Xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến thầy giáo TS. Nguyễn Quang Anh – Trưởng khoa Cơ khí, cùng toàn bộ các thầy, cô giáo trong Bộ môn Ơ tơ, Khoa Cơ khí, Trường Đại học công nghệ Giao Thông Vận Tải với những góp ý rất thiết thực trong suốt q trình tơi thực hiện luận văn tốt nghiệp.

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cơ quan tôi đang công tác: Trường Cao Đẳng Hàng Hải đã tạo điều kiện, ủng hộ, giúp đỡ tôi về mọi mặt trong quá trình tơi theo học Cao học.

Xin được gửi lời cảm ơn đặc biệt nhất tới gia đình tơi, những người đã luôn bên cạnh tôi, động viên, chia sẻ những khó khăn và là động lực để tơi hoàn thành luận văn.

Hà Nội, ngày 5 tháng 9 năm 2022

Học viên

Ngô Thê Mạnh

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

LỜI CAM ĐOAN ... i

LỜI CẢM ƠN ... ii

MỤC LỤC ... iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU... v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT... vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ... viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ... ix

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN ... ix

MỞ ĐẦU ... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ... 5

1.1. Cơ chế hình thành các chất độc hại có trong khí thải của động cơ ... 5

1.2.2. Ảnh hưởng đến con người ... 12

1.3. Các phương pháp giảm phát thải NOx trên động cơ ... 16

1.3.1. Biện pháp liên quan đến động cơ và nhiên liệu thay thế ... 16

1.3.2. Biện pháp xử lí khí thải ... 15

1.4. Tổng quan về tuần hồn khí thải ... 17

1.4.1. Lịch sử nghiên cứu và phát triển hệ thống tuần hồn khí thải ... 17

1.4.2. Vai trị của hệ thống tuần hồn khí thải ... 18

1.4.3. Phân loại hệ thống tuần hồn khí thải ... 18

1.4.4. Các phương pháp xác định tỷ lệ tuần hồn khí thải ... 20

1.4.5. Một số lưu ý khi sử dụng hệ thống tuần hồn khí thải ... 21

1.5. Tổng quan về nhiên liệu sinh học ... 22

1.6. Kết luận chương 1 ... 27

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MƠ PHỎNG ... 28

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

2.2. Cơ sở lý thuyết tính tốn chu trình công tác và mức phát thải các chất

độc hại của động cơ trong phần mềm AVL Boost ... 29

2.2.1. Mơ hình vật lý của định luật nhiệt động học thứ nhất ... 30

2.2.2. Mơ hình truyền nhiệt ... 33

2.4. Trình tự xây dựng mơ hình và các phân tử cơ bản trong AVL Boost.. 44

2.4.1. Trình tự xây dựng mơ hình mơ phỏng CTCT ... 44

2.4.2. Các phần tử cở bản trong phần mềm Boost ... 45

2.5. Kết luận chương 2 ... 51

CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ TUẦN HỒN KHÍ THẢI ĐẾN CHỈ TIÊU KỸ THUẬT, MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ LẮP TRÊN XE BUS KHI SỬ DỤNG CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU KHÁC NHAU ... 52

3.1. Xây dựng và hiệu chỉnh mơ hình tính tốn CTCT ... 52

3.1.1. Xác định thơng số đầu vào ... 52

3.1.2. Kết quả xây dựng mơ hình ... 54

3.2. Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu sinh học đến chỉ tiêu kỹ thuật và môi trường của động cơ……….………...55

3.3. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hồn khí thải đến chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và môi trường của động cơ khi sử dụng nhiên liệu biodiesel ... 60

3.4. Kết luận chương 3 ... 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 66

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

B0 (DO) Nhiên liệu diesel dầu mỏ

gct Lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình g

CO Monoxit các bon

ECE R49 Chu trình thử cơng nhận kiểu danh cho xe hạng nặng ECE R83 Chu trình thử công nhận kiểu danh cho xe hạng nhẹ EGR Tuần hồn khí thải (Exhaust Gas Recirculation)

%EGR Tỷ lệ tuần hồn khí thải % %EGRgh

Tỷ lệ tuần hồn khí thải tại đó có sự thay đổi đột biến về chỉ tiêu kinh tế, năng lượng hoặc mơi trường của động cơ

Tỷ lệ tuần hồn khí thải tại đó có sự suy giảm về mơ

Tỷ lệ tuần hồn khí thải tại đó có sự tăng về suất tiêu

thụ nhiên liệu của động cơ % Me Mơ men xoắn có ích N.m

n Tốc độ vòng quay của trục khuỷu vg/ph

 Hệ số dư lượng khơng khí

id (ID) Thời gian cháy trễ Độ GQTK

z Khoảng thời gian cháy Độ GQTK

GQTK xb Quy luật cháy

TNạp Nhiệt độ của khí nạp vào xi lanh OC

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

z Nhiệt độ lớn nhất trong xi lanh

dp/d Tốc độ tăng áp suất trong xi lanh Bar/độ GQTK pi Áp suất chỉ thị trung bình bar pe Áp suất có ích trung bình bar

m Hiệu suất cơ khí của động cơ %

i Hiệu suất chỉ thị của động cơ %

e Hiệu suất có ích của động cơ %

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Ký hiệu Tên gọi Đơn vị

CR Hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử kiểu Common Rail

CTCT Chu trình cơng tác ĐCD Điểm chết dưới ĐCĐT Động cơ đốt trong ĐCT Điểm chết trên

GQTK Góc quay trục khuỷu độ GQTC Góc quay trục cam độ

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Ký hiệu Tên bảng Trang

Bảng 1.1 Các biện pháp và tác dụng đến chất lượng khí thải 14 Bảng 1.2 Các biện pháp xử li khí thải 15 Bảng 1.3 Lượng tiêu thụ biodiesel của các nước thuộc Liên minh Châu Âu 24 Bảng 2.1 Thông số cơ bản của động cơ và xe 26 Bảng 2.2 Các hệ số của phương trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải 35 Bảng 2.3 Các phản ứng hình thành NOx trong khí xả 37 Bảng 2.4 Cơ chế hình thành CO trong khí xả 37 Bảng 2.5 Một số phần tử cơ bản trong Boost 43 Bảng 3.1 Kết quả xác định một số thông số cơ bản của động cơ 50 Bảng 3.2 Kết quả so sánh thành phần các chất độc hại trong khí xả 56 Bảng 3.3 Kết quả xác định phát thải NOx và PM của động cơ khi sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau 57

Bảng 3.4

Kết quả xác định chỉ tiêu kỹ thuật và môi trường của động cơ khi thay đổi %EGR tại chế độ 25% tải ở n=1500 vg/ph sử dụng nhiên liệu biodiesel

Bảng 3.5

. Kết quả xác định chỉ tiêu kỹ thuật và môi trường của động cơ khi thay đổi %EGR tại chế độ 50% tải ở n=1500 vg/ph sử dụng nhiên liệu biodiesel

Bảng 3.6

. Kết quả xác định phát thải NOx và PM của động cơ khi thay đổi %EGR tại chế độ 25% tải ở n=1500 vg/ph sử dụng nhiên liệu biodiesel

Bảng 3.7

Kết quả xác định phát thải NOx và PM của động cơ khi thay đổi %EGR tại chế độ 50% tải ở n=1500 vg/ph sử dụng nhiên liệu biodiesel

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Ký hiệu Tên bảng Trang

Hình 1.1 Phổ bức xạ nhiệt của mặt trời và vỏ trái đất 10 Hình 1.2 Vai trò của EGR trong việc đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải 16 Hình 1.3 Sản lượng nhiên liệu sinh học từ năm 2008 - 2022 20 Hình 1.4 Mức tiêu thụ biodiesel của các nước thuộc OECD và Mỹ 22 Hình 2.1 Giao diện của phần mềm AVL – Boost 27 Hình 2.2 Cân bằng năng lượng trong xi lanh 29 Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn quy luật tỏa nhiệt của Vibe 40 Hình 2.4 Ảnh hưởng của tham số đặc trưng cháy 40 Hình 2.5 Sự kết hợp chức năng của hai hàm Vibe 53 Hình 3.1 Một số hình ảnh đo xác định thơng số kết cấu của động cơ tại xí nghiệp xe bus 10/10 51 Hình 3.2. Các phần tử của động của động cơ weichai wp6.210 52 Hình 3.3 Cửa sổ nhập dữ liệu chung cho mơ hình 53 Hình 3.4. Nhập một số thơng số cơ bản cho phần tử xilanh 54 Hình 3.5.

Mơ hình mơ phỏng động cơ weichai wp6.210 trong phần mềm

Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa độ mở của van EGR và

%EGR theo các chế độ tải khác nhau 55 Hình 3.7. Diễn biến công suất của động cơ theo các chế độ tải và độ mở

Hình 3.8. Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo các chế độ

tải và độ mở của van EGR 57 Hình 3.9. Diễn biến mức phát thải NOx và PM có trong khí xả của động

cơ theo chế độ tải và độ mở van EGR 58 Hình 3.10. Hàm lượng NOX có trong khí xả ứng với mỗi loại nhiên liệu 59 Hình 3.11. Hàm lượng CO có trong khí xả của động cơ 61

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên đề tài luận văn: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hồn khí thải đến phát thải của động cơ weichai wp 6.2106 lắp trên xe bus khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học bằng phần mềm avl boost

Học viên: Ngô Thế Mạnh Mã học viên: K6CH1OT Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Người hướng dẫn: TS Trần Trọng Tuấn Nội dung tóm tắt:

Mục tiêu của luận văn:

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải đến phát thải của động cơ weichai wp 6.2106 lắp trên xe bus khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học bằng phần mềm avl boost nhằm giảm nồng độ ôxy có trong hỗn hợp mơi chất công tác bên trong xilanh thơng qua đó làm giảm hàm lượng phát thải NOx tuy nhiên việc này có

xu hướng làm tăng phát thải PM. Nội dung nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu;

Chương 2: Cơ sở tính tốn chu trình cơng tác của động cơ bằng phần mềm AVL Boost;

Chương 3: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hồn khí thải đến chỉ tiêu kỹ thuật, môi trường của động cơ lắp trên xe bus khi sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau

Phương pháp nghiên cứu:

Kết hợp lý thuyết cơ bản với mơ phỏng phần mềm về khí thải của xe bus tại Việt Nam , cụ thể: lắp trên xe bus TB94 tại xí nghiệp xe bus 10/10.

Kết quả đạt được của luận văn:

Tập trung phân tích, đánh giá tổng quan về tình hình sử dụng nhiên liệu diesel sinh học; sự thay đổi các thuộc tính của biodiesel so với nhiên liệu diesel truyền thống; tổng quan về hệ thống EGR trên động cơ diesel; tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hồn khí thải và loại biodiesel sử dụng đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ diesel bằng lý thuyết và thực nghiệm.

Phân tích sử dụng phương pháp tính tốn chu trình cơng tác của động cơ

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

bằng phần mềm AVL Boost

Đã tính tốn, phân tích và đánh giá được ảnh hưởng của tỷ lệ EGR đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ diesel weichai wp6.210 khi làm việc ở các chế độ tải khác nhau. Với tỉ lệ luân hồi dưới 20%, công suất của động cơ giảm không đáng kể, khơng ảnh hưởng tới tính năng vận hành của động cơ, đồng thời tiêu hao nhiên liệu lại tăng không đáng kể. Khi độ mở van nhỏ hơn 20% thì mức độ sụt giảm về mặt cơng suất khơng vượt quá 6,5%;

Người hướng dẫn khoa học Học viên

TS Trần Trọng Tuấn Ngô Thế Mạnh

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Để giảm sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu hóa thạch các nước trên thế giới hiện đang tìm kiếm nhiều giải pháp khác nhau trong đó có việc sử dụng nhiên liệu sinh học (biodiesel cho động cơ diesel). Đối với động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu sinh học sẽ làm cho thuộc tính lý hóa của nhiên liệu thay đổi điều này làm ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến quá trình cháy và hình thành các chất độc hại trong khí thải của động cơ theo các xu hướng khác nhau trong đó việc giảm độ khói của khí thải là xu hướng đã được các cơng trình trong và ngồi nước chỉ ra rõ nhất.

Động cơ đốt trong được trang bị hệ thống tuần hồn khí thải nhằm đưa một phần khí thải quay trở lại đường nạp với mục đích chính là giảm nồng độ ơxy có trong hỗn hợp môi chất công tác bên trong xilanh thơng qua đó làm giảm hàm lượng phát thải NOx tuy nhiên việc này có xu hướng làm tăng phát thải PM. Vì vậy khi sử dụng nhiên liệu biodiesel sẽ có thể mở rộng thêm tỷ lệ tuần hồn khí thải nhằm tăng hiệu quả giảm phát thải NOx trong khi phát thải PM vẫn được giữ khơng

đổi. Vì những lý do trên mà việc thực hiện đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hồn khí thải đến phát thải của động cơ weichai wp 6.2106 lắp trên xe bus khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học bằng phần mềm avl boost” có ý nghĩa khoa

học và thực tiễn.

Tính cấp thiết của đề tài

Với xu thế xã hội ngày càng phát triển cơ giới kỹ thuật ngày càng được nâng cao thì việc ơ nhiễm mơi trường là điều khơng tránh khỏi. Với tình hình xã hội hiện nay thì vấn đề ơ nhiễm môi trường ngày càng trở nên trầm trọng và nặng nề hơn. Ơ nhiễm mơi trường cịn làm cho mơi trường thay đổi tính chất của môi trường, vi phạm tiêu chuẩn môi trường. Chất gây ô nhiễm là những nhân tố làm cho môi trường trở nên độc hại. Sự ô nhiễm môi trường dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng của các hoạt động tự nhiên như hoạt động núi lửa, động đất, lũ lụt, bão,... Khí thải ơ nhiễm của các phương tiện thải ra ngồi mơi trường ngày càng lớn, cần có các nguồn nhiên liệu thay thế xăng, dầu diesel. Từ thực tế trên học viên đã thực

hiện luận văn Thạc sĩ với đề tài;’’ Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải đến phát thải của động cơ weichai wp 6.2106 lắp trên xe bus khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học bằng phần mềm avl boost’’. Các kết quả nghiên cứu của

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

luận văn góp phần từng bước tạo ra một cơ sở lý thuyết làm giảm hàm lượng phát thải NOx

Mục đích của luận văn:

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hồn khí thải đến phát thải của động cơ weichai wp 6.2106 lắp trên xe bus khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học bằng phần mềm avl boost nhằm giảm nồng độ ôxy có trong hỗn hợp mơi chất công tác bên trong xilanh thơng qua đó làm giảm hàm lượng phát thải NOx tuy nhiên việc này có

xu hướng làm tăng phát thải PM Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của Luận văn được lựa chọn là động cơ weichai wp

6.2106 lắp trên xe bus TB94 tại xí nghiệp xe bus 10/10. Phạm vi nghiên cứu:

Luận văn tập trung nghiên cứu về động cơ weichai wp 6.2106 lắp trên xe bus.

Nội dung nghiên cứu:

Luận văn gồm các nội dung chính như sau:

1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

2. Cơ sở tính tốn chu trình cơng tác của động cơ bằng phần mềm AVL Boost;

3. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hồn khí thải đến chỉ tiêu kỹ thuật, môi trường của động cơ lắp trên xe bus khi sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Cơ chế hình thành các chất độc hại có trong khí thải của động cơ

1.1.1. Cơ chế hình thành NOx.

a. NOx nhiệt.

Ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như nhiệt độ xảy ra trong chất cháy-buồng tion của động cơ diesel, N2 và có O2 thể phản ứng qua một loạt của các bước hóa học được gọi là cơ chế Zeldovich. Sự hình thành NOx xảy ra ở nhiệt độ trên 1500 °C, và tốc độ hình thành trong buồng đốt nhanh chóng khi nhiệt độ tăng. Dưới hầu hết các động cơ Diesel vi-điều kiện đốt gine, NOx nhiệt được cho làngười đóng góp chính vào tổng NOx. Động học của Cơ chế Zeldovich sao cho tỷ lệ thời gian của sự hình thành NOx.

b. Nhắc NOx

Sự hình thành "NOx nhanh" (cịn được gọi là "Fenimore NOx") liên quan đến các mảnh hydrocacbon trung gian từ quá trình đốt cháy nhiên liệu - đặc biệt là CH và CH2 - phản ứng với N2 trong buồng đốt. Kết quả chứa C\N chứa các loài sau đó tiến hành con đường phản ứng liên quan đến O2 để tạo ra NOx. Nhắc nhở NOx chỉ là phổ biến trong điều kiện giàu nhiên liệu, nơi có nhiều của các đoạn hiđrocacbon để phản ứng với N2. Do sự phụ thuộc này trên các mảnh hydrocacbon, NOx nhanh nhạy với hóa học nhiên liệu, trong khi NOx nhiệt phần lớn khơng nhạy cảm với hóa học nhiên liệu, mặc dù người ta thừa nhận rằng NOx nhiệt thường chiếm ưu thế

Hình thành NOx, thay đổi hóa học nhiên liệu hoặc điều kiện đốt cháy có thể thay đổi tầm quan trọng tương đối của NOx nhiệt và nhanh [2].

Ngoài ra, các nghiên cứu mơ hình đốt cháy của Miller và Bowman có cho thấy rằng nếu không xem xét các cơ chế NOx nhanh chóng, tổng số NOx bị đánh giá thấp [8]. Trong một nghiên cứu người mẫu gần đây, Ren và Li cho thấy mối quan hệ nghịch đảo giữa NOx nhanh và sions muội than từ quá trình đốt cháy diesel sinh học [2]. Điều này được giải thích là do báo cáo tóm tắt về các loại CH trung gian có liên quan đến cả hai cơ chế hình thành muội và NOx nhanh chóng Ban-Weiss và cộng sự. Hậu quả là do hàm lượng các hợp chất khơng bão hịa cao,

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

q trình đốt cháy của FAME có thể tạo ra nhiều gốc hydrocacbon hơn là quá trình đốt cháy của dầu diesel thơng thường, do đó dẫn đến sự hình thành NOx cao hơn [4]. Mặc dù có một số hỗ trợ mơ hình hóa cho lý thuyết này, nhưng có rất ít.

c. Nhiên liệu NOx

Các loại nhiên liệu chứa nitơ bị oxy hóa thành NOx trong quá trình đốt cháy trong động cơ diesel. Tuy nhiên, vì mức nitơ natural trong cả nhiên liệu diesel và diesel sinh học đều rất thấp, quá trình hình thành này nói chung là khơng đáng kể. Nhiên liệu NOx có thể trở thành quan trọng hơn khi các chất phụ gia nhiên liệu có chứa nitơ (ví dụ như gents / chất phân tán) được sử dụng ở nồng độ cao.

1.1.2. Cơ chế hình thành PM

“Bụi lơ lửng” (PM) là hỗn hợp các hạt rắn và lỏng có kích thước rất nhỏ lơ lửng trong khơng khí. Có 2 loại kích cỡ của PM trong mơi trường khơng khí xung quanh hiện đang được nghiên cứu nhiều là PM10 (bụi có đường kính động học nhỏ hơn hoặc bằng 10 μm) và PM2.5 (bụi có đường kính động học nhỏ hơn hoặc bằng 2,5 μm). PM2.5 nhỏ hơn (gọi là bụi mịn) và nằm trong tập hợp con của PM10, có thể lưu lại trong khơng khí trong thời gian dài và bay xa hàng trăm km. Các hạt thô hoặc các phần tử của PM10 lớn hơn 2,5μm, không tồn tại trong khơng khí lâu và ảnh hưởng của chúng thường bị hạn chế bởi chúng có xu hướng lắng xuống bề mặt xi theo chiều gió từ các nguồn phát thải. Các hạt thô lớn hơn không bay được dễ dàng qua khu vực đô thị hoặc các khu vực rộng vì chúng quá lớn để lơ lửng trong khơng khí và có xu hướng bị loại bỏ dễ dàng khi tiếp xúc với bề mặt. Nói tóm lại, khi kích thước hạt tăng, lượng thời gian các hạt tồn tại trong khơng khí giảm.

Bụi trong khơng khí có thể được chia theo nguồn phát sinh gồm: Nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo hoặc nguồn sơ cấp và nguồn thứ cấp. PM10, PM2.5 có thể phát thải trực tiếp vào trong mơi trường khơng khí (được gọi là bụi PM sơ cấp) hoặc được hình thành từ các dạng hỗn hợp khí của ơxit sunfua (SO42-), ơxít nitơ (NO3-), amoni (NH4+) và các hợp chất hữu cơ bay hơi không chứa metan (NHVOC) (được gọi là bụi PM thứ cấp). Cả hai loại này đều có thể được hình thành từ nguồn tự nhiên và do con người..

Các yếu tố như gió, bão, cháy rừng, núi lửa là những nguồn phát sinh bụi

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

trong tự nhiên. Một số yếu tố khác như chất phóng xạ trong tự nhiên, sóng biển… cũng góp một phần nhỏ nguyên nhân vào phát sinh sơ cấp của bụi PM. Nguồn do con người gây ra gồm có hoạt động đốt nhiên liệu của động cơ đốt trong (động cơ diesel và xăng dầu), đốt nhiên liệu rắn (than đá, than non, dầu nặng và sinh khối) đốt nhiên liệu cho việc sản xuất năng lượng trong các hộ gia đình và cơng nghiệp, các hoạt động cơng nghiệp khác (xây dựng, khai thác mỏ, sản xuất xi măng, gốm sứ, gạch, và luyện kim), sự xói mịn của mặt đường do giao thơng đường bộ và mài mịn của phanh và lốp xe. Nơng nghiệp là nguồn chính tạo nên bụi PM có chứa amoni (NH4+). Bụi PM thứ cấp được hình thành trong khơng khí thơng qua các phản ứng hóa học của các chất ơ nhiễm dạng khí. Chúng là sản phẩm của sự biến đổi của các oxit nitơ trong khí quyển (chủ yếu phát ra bởi giao thơng và một số quy trình cơng nghiệp) và lưu huỳnh đioxit từ việc đốt các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh. Hạt thứ cấp chủ yếu được tìm thấy trong bụi mịn (PM2.5).

Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về những vấn đề xung quanh bụi PM cũng như những cơ chế để hạn chế những tác động xấu của vấn đề ô nhiễm bụi PM. Tuy nhiên, ở châu Á, nhất là các quốc gia đang phát triển, thông tin về bụi nói chung và bụi mịn nói riêng vẫn cịn khá thiếu. Khi nhận thức về tác hại đối với sức khoẻ và môi trường được nâng lên, gần đây các nghiên cứu về bụi PM ngày càng được chú ý. Nhiều nghiên cứu, đặc biệt ở khu vực châu Á đã tập trung vào bụi PM, đặc biệt PM2.5, trong đó sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như sử dụng đánh giá tương quan, mơ hình lan truyền, giải đoán ảnh vệ tinh hoặc sử dụng phương pháp phân tích hóa học để nghiên cứu về nguồn phát thải, đặc điểm vật lý, hoá học của các loại bụi.

a. Phân tích thành phần chính

Để tiến thêm một bước nữa trong việc nhận diện các nguồn phát ơ nhiễm khơng khí, một số nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phân tích nhân tố theo thành phần chính (Principal Component Factor Analysis, PCFA hay Principal Component Analysis, PCA). Đây là một kỹ thuật thống kê được sử dụng rất phổ biến trên thế giới vào những năm 1980 để tìm nguồn phát ơ nhiễm khơng khí từ những kết quả quan trắc. Kỹ thuật PCA còn được dùng kết hợp với phân tích nhân tố (Factor

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Analysis – FA), trong đó PCA là phương pháp tạo ra các biến mới với các thành phần tuyến tính với các biến gốc để xác định nguồn gốc các chất ô nhiễm; FA thường được áp dụng sau PCA - thể hiện chi tiết biến động các biến quan trọng nhất theo không gian và thời gian đã sử dụng kỹ thuật thống kế đa biến như PCA, FA để xác định nguồn gốc chính của các chất ơ nhiễm trong khu vực Putrajaya, Malaysia. PCA cùng với FA được thực hiện trên các bộ dữ liệu (tốc độ gió, hướng gió, độ ẩm, SO2, NO2, O3, CO, PM10) cho giai đoạn 2011-2013 để xác định các thông số cũng như xác định các nguồn chính đối với sự biến động ở Putrajaya. Kết quả đã xác định có 4 thành phần chính (CPs) được xác định trị số đặc trưng lớn hơn 0,75, đã được tính toán tương ứng 4 trọng số nhân tố với 23%, 46%, 58% và 79% của tổng biến thiên trong bộ dữ liệu khi thực hiện PCA. Chỉ các trọng số > 0,70 mới được diễn giải. Trọng số nhân tố thứ 2 (VF2) có trọng số dương mạnh đối với tốc độ gió, hướng gió (0,828). Việc vận chuyển các chất ô nhiễm sơ cấp và thứ cấp từ nguồn điểm đến nguồn diện là do tốc độ gió. Trọng số nhân tố thứ 3 (VF3) có trọng số dương mạnh đối với SO2 (0,988). Nguồn của SO2 từ đốt nhiên liệu động cơ xe cơ giới, các nhà máy nhiệt điện than và cháy rừng, hoạt động núi lửa và bão bụi từ các nước láng giềng. Trọng số nhân tố thứ 4 (VF4), có trọng số dương mạnh đối với NO2 (0,906) và CO (0,862). Nguồn phát sinh của CO từ động cơ xe cơ giới và tàu thuyền, đặc biệt khi động cơ khởi động dẫn đến việc đốt cháy khơng hồn tồn. NO2 phần lớn từ hoạt động công nghiệp cũng như do tắc đường.[5]

Một nghiên cứu chuyên sâu khác theo phương pháp PCA được thực hiện đối với biến động theo mùa của đặc điểm hóa học ion đối với thành phần vô cơ của PM2.5 và xác định nguồn gốc của mười hai ion vơ cơ có thể hồ tan trong nước (WSII) tại 4 vị trí đại diện của Hàng Châu và Ninh Ba, Trung Quốc. Kết quả PCA cho thấy nguồn gốc của WSII chủ yếu đến từ phát thải cơng nghiệp, đốt sinh khối, chuyển hố của sol khí vơ cơ thứ cấp, một phần khơng nhiều lắm từ bụi và các vật chất từ đất đá, một phần nhỏ từ muối biển..

b. Phân tích thành phần hoá học

Thành phần hoá học kết hợp với PCA sẽ nhận diện tốt hơn đối với nguồn gốc phát sinh của bụi. Norhayati Mohd Tahir et al. 2013 đã sử dụng PCA để phân tích thành phần cấu tạo của bụi thô (PM2.5-10) và bụi mịn (PM2.5) tại thị trấn ven biển

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

ở Kuala Terengganu, Malaysia. Theo nghiên cứu này, có 6 thành phần hố học chính đóng góp vào bụi mịn của khu vực được xác định, bao gồm: sol khí khống chất (đất), khí từ phương tiện cơ giới, sol khí đại dương, sol khí giao thơng, sol khí thứ cấp và đốt sinh khối. Những thành phần này chiếm tới 73% toàn bộ các thành phần trong phân tích thành phần gốc. Đối với bụi thơ, phân tích thành phần gốc cho thấy 80% các thành phần tương tự đối với bụi mịn tuy nhiên mức độ quan trọng thì có khác nhau.[5]

Trong một nghiên cứu về ô nhiễm bụi PM ở 6 thành phố châu Á trong khoảng thời gian 2001-2004, các thành phần hoá học chính của bụi PM10, PM2.5. Các thành phần như nhóm khống chất (bao gồm các oxit của Al, Ca, Si, Ti, Fe, Na, Mg, K), nhóm vật chất hữu cơ, muối biển và các muối NO3-, SO42-, NH4+ đã được phân tích để từ đó xác định các nguồn đóng góp đối với bụi PM10, PM2.5. Kết quả khái quát cho tất cả 6 thành phố, thành phần chính của PM2.5 và PM10 là nhóm vật chất hữu cơ, EC/BC, NO3- và SO42- và các khống chất. Nhóm vật chất hữu cơ và các bon nguyên tố có thể đến từ nhiều nguồn như giao thông, đốt sinh khối và đốt nhiên liệu trong hoạt động dân sinh.[6]

Nguồn PM10 tại Hồng Kông bằng cách sử dụng các phép đo thành phần hoá học kết hợp với ứng dụng mô hình thu nhận Unmix và PMF (Positive Matrix Factorization). Theo đó, 7 nguồn được xác định bởi Unmix và 9 nguồn được xác định bởi PMF từ một bộ dữ liệu kết hợp bao gồm tất cả các trạm quan trắc. Nói chung, phát thải sulfate thứ cấp và ơ tơ địa phương đóng góp lớn nhất vào PM10 ở Hồng Kông (25% mỗi loại), tiếp theo là nitrat thứ cấp (12%). Đóng góp từ các loại nguồn khác dưới 10%.[7]

Ở Việt Nam các nghiên cứu về các thành phần hoá học trong bụi, đặc biệt là bụi mịn bằng phương pháp phân tích hóa học và việc xác định các nguồn ơ nhiễm vẫn cịn một số hạn chế. Việc phân tích thành phần của bụi thường được kết hợp với các mơ hình (chẳng hạn mơ hình PMF) để xác định nguồn gốc bụi. Các nghiên cứu này hầu hết đều được thực hiện trong khuôn khổ các dự án hợp tác quốc tế, địi hỏi kỹ thuật cao và kinh phí lớn, phương pháp phân tích hóa học cũng chưa được các phịng thí nghiệm trong nước triển khai. Tuy nhiên, cũng đã có những nghiên cứu đi

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

theo phương pháp này và đã thu được những kết quả đáng kể.

Nhóm các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã phối hợp với Học viện công nghệ châu Á (AIT) tiến hành lấy mẫu xác định nồng độ bụi PM10, PM2.5 tại 07 điểm (thuộc Hà Nội, Tam Đảo (Vĩnh Phúc), Thuận Thành (Bắc Ninh)) và phân tích thành phần hóa học của các loại bụi kể trên, bao gồm: các Ion, carbon đen (BC), các chất hydro carbon thơm đa vòng (PAHs). Kết quả đã chỉ ra thực trạng chất lượng mơi trường khơng khí tại một số nơi quan trắc đã bị ô nhiễm bụi PM10. Các mơ hình nơi tiếp nhận như PMF, CBM cũng đã được chạy với các số liệu phân tích chỉ ra một số dạng nguồn thải chính của bụi PM10, PM2.5 như nguồn giao thông, nguồn canh tác nông nghiệp (đốt các chất thải nông nghiệp) và nguồn đốt nhiên liệu than đá.[7]

Phân tích về mức độ và thành phần của bụi lơ lửng trong khơng khí xung quanh ở Vườn Quốc gia Tam Đảo – Vĩnh Phúc. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nồng độ PM 24 giờ ở khu vực cao nhất trong mùa khô, tiếp theo là thời gian chuyển tiếp giữa 2 mùa và thấp nhất trong mùa mưa. Bụi mịn (PM2.5) chiếm tỷ lệ lớn, trên 70% khối lượng PM10. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phân tích thành phần hóa học để xác định một số nguồn thải chính của bụi PM. Nghiên cứu cũng sử dụng mơ hình HYSPLIT để phân tích đường đi của các khối khí tới địa điểm nghiên cứu. Một trong những kết quả cho thấy nồng độ bụi PM tại khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng của yếu tố mùa và có sự đóng góp của vận chuyển ô nhiễm xuyên biên giới.

Một đề tài nghiên cứu sử dụng mơ hình PMF mơ phỏng PM10 trong điều kiện gió mùa ở miền bắc Việt nam. Dữ liệu PM10 thô và mịn được quan trắc tại Hà Nội để phân tích BC và các ion hịa tồn trong nước (WSI), sau đó được phân rã cho 3 quỹ đạo: (1) Phía Bắc, qua vùng lục địa Trung Quốc, (2) Đông Bắc, qua vùng biển Đông, và (3) Tây Nam qua bán đảo Indo. Thông qua sử dụng kỹ thuật PMF cho mỗi quỹ đạo riêng biệt, sáu hoặc bảy nguồn phát từ mỗi kiểu quỹ đạo được trích xuất bao gồm bụi đất, phát thải sơ cấp và thứ cấp từ hoạt động đốt (LB), bụi đường giao thông, muối biển, sol khí và nguồn lưu chuyển từ xa (LRT). Kết quả cho thấy nguồn lưu chuyển từ xa đóng góp rất ít vào thành phần bụi thơ, nhưng chiếm tới 50%, 34% và 33% thành phần bụi mịn tương ứng với từng quỹ đạo 1, 2 và 3. Hơn 2/3 các

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

sulfat mịn là do nguồn lưu chuyển từ xa liên kết với các ammonium. So sánh các nguồn LRT và LB cho thấy rằng khơng khí từ phía Bắc – Đơng Bắc ơ nhiễm hơn quỹ đạo phía Tây Nam. Sự đóng góp sol khí từ LRT tương phản theo mùa với nộng độ bụi tối đa vào mùa đông và tối thiểu vào mùa hè. Nghiên cứu cho thấy sol khí vận chuyển từ xa (LRT) đã được phát hiện như một thành phần chủ chốt của PM2.5, chúng chứa Ammonium Sulphate, Cacbon đen và Kali. Thành phần này mạnh hơn cả khi khối khơng khí lạnh đến miền Bắc qua lục địa Trung Hoa. Trung bình, LRT chiếm 35% khối lượng bụi mịn. Nguồn phát bụi thô chủ yếu là bụi đường/bụi đất, thành phần này mạnh lên rất nhiều về mùa khô khi các khối không khí lạnh đi ngang qua lục địa Trung Hoa trước khi đến miền Bắc Việt nam. Sulphate và Nitrate có mặt trong bụi thơ do phản ứng hố học của các khí Sulfur và Nitrogen với thành phần alkaline trong các hạt khoáng vật.[8]

Kết hợp mơ hình PMF và HYSPLIT đánh giá tác động của các yếu tố khí tượng và phát thải ở địa phương và khu vực đến nồng độ và thành phần bụi ở Hà Nội. PMF cho 7 nguồn yếu tố bụi PM2.5 bao gồm: PM hỗn hợp thứ cấp chiếm 40%, hoạt động đun nấu gia đình và thương mại chiếm 16%, sulfate thứ cấp chiếm 16%, hỗn hợp muối biến chiếm 11%, công nghiệp và các lò đốt chiếm 6%, xây dựng chiếm 1%. Sự đóng góp của các nguồn địa phương và khả năng vận chuyển tầm xa được phân tích sử dụng thành phần của PM và sự biến thiên có liên quan đến các nguồn hoạt động và vị trị ở địa phương, quỹ đạo mô hình bởi HYSPLIT.

1.2. Ảnh hưởng của các chất độc hại có trong khí thải của động cơ đến tự nhiên và con người

1.2.1. Ảnh hưởng đến tự nhiên

a. Thay đổi nhiệt độ khí quyển

Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong khơng khí trước hết ảnh hưởng đến q trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển. Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí carbonic CO2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành phần carbon. Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự hiện diện của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính có thể được giải thích như sau: Quả đất nhận năng

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

lượng từ mặt trời và bức xạ lại ra không gian một phần nhiệt lượng mà nó nhận được. Phổ bức xạ nhiệt của mặt trời và vỏ trái đất trình bày trên các hình 1.1

Hình 1.1. Phổ bức xạ nhiệt của mặt trời và vỏ trái đất.

Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được (có bước sóng trong khoảng 0,4-0,73mm) cịn bức xạ cực đại của vỏ trái đất nằm trong vùng hồng ngoại (7-15mm). Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau. Do đó, thành phần các chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữa mặt trời, quả đất và khơng gian. Carbonic là chất khí có dải hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15mm, vì vậy nó được xem như trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng đối với tia bức xạ hồng ngoại từ mặt đất. Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO2 giữ lại sẽ bức xạ ngược lại về trái đất (hình 1.6) làm nóng thêm bầu khí quyển theo hiệu ứng nhà kính (Serre)

Với tốc độ gia tăng nồng độ khí carbonic trong bầu khí quyển như hiện nay, người ta dự đoán vào khoảng giữa thế kỉ 22, nồng độ khí carbonic có thể tăng lên gấp đơi. Khi đó, theo dự tính của các nhà khoa học, sẽ xảy ra sự thay đổi quan trọng đối với sự cân bằng nhiệt trên quả đất: - Nhiệt độ bầu khí quyển sẽ tăng lên từ 2 đến 3°C. - Một phần băng ở vùng Bắc cực và Nam cực sẽ tan làm tăng chiều cao mực nước biển, làm thay đổi chế độ mưa gió và sa mạc hóa thêm bề mặt trái đất.

b. Ảnh hưởng đến sinh thái

Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxyde nitơ N2O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

phát xạ từ mặt trời. Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất giống như điều kiện hiện nay trên Sao Hỏa. Mặt khác, các chất khí có tính acide như SO2, NO2, bị oxy hóa thành acide sulfuric, acide nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù... làm hủy hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa acide) và gây ăn mòn các cơng trình kim loại. NOx chỉ ảnh hưởng đến thực vật khi nồng độ của nó đủ lớn. Người ta thấy ở vùng đơ thị hóa cao, nồng độ NOx đạt khoảng 3,93ppm, sự quang hợp của thực vật chỉ giảm đi 25%. Thí nghiệm đặt cây dưa leo trong khơng khí có nồng độ NOx 0,75ppm trong hai tháng cho thấy không bị ảnh hưởng gì. Những thí nghiệm khác được thực hiện trên cà chua và đậu Hà Lan đặt trong môi trường khơng khí nhân tạo với nồng độ NOx cao hơn 10 lần so với nồng độ của chúng trong không khí khi bị ơ nhiễm nặng nhất cho thấy các loại cây này khơng bị hư hại gì nhưng nồng độ nitơ tổng cộng trong môi trường gia tăng.

Các thí nghiệm trên cây cam trồng trong khơng gian nhà kính với 4 điều kiện mơi trường khơng khí như sau:

a. Khơng khí ngun thủy nơi làm thí nghiệm b. Khơng khí được lọc

c. Khơng khí lọc + NO2 với nồng độ mơi trường

d. Khơng khí lọc + 2 lần nồng độ NO2 trong mơi trường

Thí nghiệm được tiến hành bằng cách cân lá rụng và trái cây thu hoạch được trong thời gian cho trước trên một số cành xác định. Người ta thấy rằng lá cây trong điều kiện c có khuynh hướng rụng nhiều hơn cây trong điều kiện b; Lượng lá rụng nhiều nhất trong môi trường khơng khí d nhưng lượng trái cây thu hoạch được tối ưu nhất trong mơi trường c. Những thí nghiệm khác được tiến hành bằng cách đặt cam trong mơi trường khơng khí ơ nhiễm nặng hơn, có nồng độ NO2 từ 0,5 đến 1ppm, kéo dài trong 35 ngày cho thấy lá cây bị vàng và rụng nghiêm trọng. Vì vậy thực vật chỉ bị tác hại khi nồng độ NOx đủ lớn và thời gian đủ di (2ữ10ppm; 4ữ20àg/m3 trong nhiu ngy). Oxyde nit khụng gây tác hại đến thực vật với nồng độ của chúng hiện nay trong khí quyển. Chỉ có sự tham dự của NOx vào các phản

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

ứng hóa quang mới được xem là nguy hiểm vì NOx tác dụng với một số chất khác có mặt trong khơng khí trong những điều kiện nhất định tạo ra những chất nguy hiểm đối với thực vật. Chẳng hạn dưới tác dụng của tia cực tím trong mơi trường có chứa hydrocarbure, NOx có thể tạo ra những hợp chất nguy hiểm đối với thực vật gấp ngàn lần hơn so với chính bản thân NOx.

1.2.2. Ảnh hưởng đến con người

- CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí khơng màu, không mùi, không vị, sinh ra do ơ xy hố khơng hồn tồn carbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxygène. CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxygène. Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong khơng khí lớn hơn 1000ppm). Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nơn và khi tỉ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh.

- NOx: NOx là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NOx được hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100°C). Monoxyde nitơ (x=1) khơng nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde nitơ (x=2). NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong khơng khí đạt khoảng 0,12ppm. NO2 là chất khó hịa tan, do đó nó có thể theo đường hơ hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở. Protoxyde nitơ N2O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển.

- Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do q trình cháy khơng hồn tồn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường. Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm. Từ lâu người ta đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m3, đơi khi nó là ngun nhân gây các bệnh về gan.

- SO2: Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hịa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

sâu trong phổi. Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân.

- Bồ hóng: Bồ hóng là chất ơ nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ Diesel. Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi. Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngồi việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong khơng khí, nó cịn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong qua trình hình thành.

- Chì: Chì có mặt trong khí xả do chì Pb(C2H5)4 được pha vào xăng để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu. Sự pha trộn chất phụ gia này vào xăng hiện nay vẫn còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học. Chì trong khí xả động cơ tồn tại dưới dạng những hạt có đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc theo đường hô hấp. Khi đã vào được trong cơ thể, khoảng từ 30 đến 40% lượng chì này đi vào máu. Sự hiện hiện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não, gây trở ngại cho sự tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu, và đặc biệt hơn nữa, nó tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Chì bắt đầu gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ của nó trong máu vượt quá 200 đến 250mg/lít.

NOx có thể đi sâu vào phổi con người do ít hịa tan trong nước. Khi vào được trong phổi, 80% lượng NOx bị giữ lại (đối với SO2, cơ quan này chỉ giữ lại khoảng 5%). Trong các chất của NOx, độc tính của NO2 cao hơn rất nhiều lần so với NO. NOx chủ yếu do quá trình cháy gây ra. Ngồi các q trình cháy cơng nghiệp và gia dụng, trong sinh hoạt, con người còn chịu đựng ảnh hưởng trực tiếp của NOx do khói thuốc lá gây ra. Tùy theo loại thuốc lá, khi hút một điếu thuốc người hút đã đưa vào phổi từ 100 đến 600µg NOx, trong đó hơn 5% là NO2. Với thuốc lá nâu thông thường, trung bình mỗi điếu sinh ra 350µg NOx .Nếu con người hít 8 lần, mỗi lần 2s với dung tích 35ml và khoảng thời gian giữa hai lần hít là 60s, chúng ta tính được nồng độ NOx trung bình là 933ppm theo thể tích trong tồn bộ khói thuốc. Nhưng mỗi lần hít vào, khói thuốc lá hịa tan vào phổi có thể tích 3500ml, nghĩa là đã làm loãng đi 100 lần, nồng độ NOx trung bình trong phổi khoảng 9,3ppm đối với người chủ động hút thuốc lá. Đối với người thụ động chịu ảnh hưởng của thuốc lá

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

(người hít khơng khí trong khơng gian bị ơ nhiễm bởi khói thuốc lá) ảnh hưởng này nhỏ nhưng cũng đáng kể. Tính trung bình theo số liệu trên đây thì trong một phịng kín có thể tích 50m3 , khi người ta hút một gói 20 điếu thuốc, thì nồng độ NOx trong phòng đạt khoảng 0,1ppm do người hút thải ra. Nếu tính ln phần khói thuốc thốt ra giữa hai lần hít, người ta ước chừng nồng độ NOx trong phịng gấp 2÷5 lần so với nồng độ trên đây, nghĩa là 0,2 ÷ 0,5ppm

1

.3. Các phương pháp giảm phát thải NOx trên động cơ

1.3.1. Biện pháp liên quan đến động cơ và nhiên liệu thay thế

Bảng 1.1 Các biện pháp và tác dụng đến chất lượng khí thải

Biện pháp Tác dụng đến chất lượng khí thải

Tối ưu hệ thống nhiên liệu, hệ thống nạp, kết cấu buồng cháy, áp dụng điều khiển điện tử

Trong thời gian 1980-1990, áp dụng biện pháp này giảm tới 90% PM, 75% NOx, giảm nhiều HC và CO.

Luân hồi khí thải (EGR) Giảm NOx từ 50 đến 70%

Tối ưu q trình chát Có tiềm năng giảm đáng kể các chất độc hại trong khí thải

Giảm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu, lượng chất vô cơ và phốt pho trong dầu bôi trơn

Giảm ảnh hưởng xấu đến các bộ xử lý khí thải.

Sử dụng nhiên liệu thay thế Có ảnh hưởng khác nhau đến chất lượng khí thải

Sử dụng chất phụ gia trong nhiên liệu Ảnh hưởng ít tới chất lượng khí thải, có thể giúp quá trình tái sinh lọc tốt hơn

Thêm nước vào nhiên liệu diesel Giảm 1% Nox với mỗi 1% nước thêm vào, thường sử dụng cho tàu thủy và động cơ tĩnh tại

1.3.2. Biện pháp xử lí khí thải

Bảng 1.2. Các biện pháp xử li khí thải

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Biện pháp Tác dụng đến chất lượng khí thải

Bộ khử xúc tác dùng ure (SCR) Giảm tới 90% NOx

Bộ hấp thụ NOx Giảm từ 70 đến 90% NOx

Bộ xử lý xúc tác NOx nghèo (LNT) Giảm tới 90% NOx

1.4. Tổng quan về tuần hoàn khí thải

1.4.1. Lịch sử nghiên cứu và phát triển hệ thống tuần hồn khí thải

Tuần hồn khí thải (EGR) là phương pháp đưa một phần khí thải quay trở lại đường nạp nhằm làm giảm nồng độ ô xy trong hỗn hợp môi chất công tác bên trong xi lanh, giảm nhiệt độ cực đại của quá trình cháy, giảm phát thải NOx … Tuần hồn khí thải được áp dụng rất rộng rãi trên động cơ động cơ đốt trong kiểu pít tơng.

Tuần hồn khí thải khơng phải là giải pháp công nghệ mới. Tác dụng làm giảm NOx của EGR được công bố từ rất sớm (Berger 1940). Tuy nhiên, việc tạo ra một hệ thống EGR trên động cơ trên thực tế mãi đến cuối những năm 1950 mới được thực hiện (Kopa 1960). Ban đầu hệ thống EGR chỉ đơn giản là dạng ống phụt jecter nối trực tiếp từ đường thải sang đường nạp. Hệ thống sẽ đưa khí EGR trở lại đường nạp ở tất cả các chế độ làm việc của động cơ. Với thiết kế này làm cho động cơ khó khởi động, làm việc khơng ổn định ở chế độ khơng tải. Các thí nghiệm đầu tiên về hệ thống EGR được thực hiện vào những năm 1960.

Sự phát triển của hệ thống EGR được đánh dấu từ năm 1973 khi Chrysle cho ra đời hệ thống EGR có làm mát khí tuần hồn và van EGR được điều khiển theo độ chân không trên đường nạp. Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát được sử dụng nhằm kích hoạt hệ thống điều khiển của van EGR khi nhiệt độ động cơ ở trạng thái làm việc ổn định.

Từ những năm 1972 đến cuối những năm 1980 EGR thường được sử dụng trong việc kiểm soát phát thải NOx trong động cơ sử dụng nhiên liệu xăng trên xe tải hạng nhẹ và xe khách tại Mỹ. Cuối những năm 1990, hệ thống EGR sử dụng phổ biến trên động cơ xăng. Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống EGR cho động cơ diesel mãi đến đầu những năm 1990 mới được ứng dụng và phát triển (Hawley 1999). Đến đầu những năm 2000 do yêu cầu cần đáp ứng những tiêu chuẩn khí thải

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

nghiêm ngặt dành cho xe tải nên Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đã phát triển các chương trình nghiên cứu giúp cải thiện phát thải của phương tiện (trong đó có việc phát triển hệ thống EGR có làm mát khí EGR). Từ 2000÷2010 hệ thống EGR có làm mát khí EGR được sử dụng phổ biến trên các động cơ diesel tại Mỹ.[8]

1.4.2. Vai trò của hệ thống tuần hồn khí thải

Đối với động cơ diesel các ô nhiễm chính gồm: NOx, HC, CO và hạt bụi (PM). Trong đó, NOx và PM là hai chất cần có các biện pháp xử lý thích hợp nhằm đảm bảo việc thỏa mãn các tiêu chuẩn về khí thải. So với PM thì NOx là chất khó xử lý hơn đặc biệt là với động cơ diesel có tỷ lệ A/F lớn đồng thời nếu giảm NOx bằng các bộ xử lý khi thải (BXLKT) thì phát thải PM có thể ảnh hưởng đến chất lượng làm việc cũng như tuổi thọ của BXLKT . Để làm giảm NOx có thể sử dụng các biện pháp sau: tối ưu hóa q trình cháy, phun nước vào xi lanh, tuần hồn khí thải (EGR), sử dụng các BXLKT…

Vai trò của EGR trong việc đáp ứng các tiêu chuẩn Euro được trình bày trên Hình 1.2. Có thể thấy để động cơ diesel có thể đạt được tiêu chuẩn Euro III trở lên thì khơng thể thiếu hệ thống EGR.

Hình 1.2. Vai trị của EGR trong việc đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải 1.4.3. Phân loại hệ thống tuần hồn khí thải

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Hệ thống EGR trên động cơ hiện nay được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau: (1) áp suất khí EGR (EGR ở áp suất cao và EGR ở áp suất thấp), (2) phương pháp làm mát dịng khí EGR (có làm mát, khơng làm mát), (3) phương pháp điều khiển van EGR (dựa vào độ chân khơng trên đường nạp, van điện từ, bơm khí EGR)

a. Theo áp suất của dịng tuần hồn khí thải

Theo áp suất của dịng khí tuần hồn thì hệ thống EGR được phân chia thành các dạng sau: hệ thống EGR áp suất cao, hệ thống EGR áp suất thấp và hệ thống EGR kết hợp. Hiện nay, hệ thống EGR áp suất cao thường được sử dụng phố biến trên các động cơ diesel lắp trên xe hạng nhẹ.

Đối với hệ thống tuần hồn khí thải áp suất thấp thì có một nhược điểm khó có thể khắc phục là việc đáp ứng với sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ chậm, cần thể tích của hệ thống EGR lớn và điều đặc biệt là cần có một hệ thống kiểm sốt vịng kín cho hệ thống EGR.

Hệ thống EGR áp suất cao và EGR áp suất thấp cũng có thể được kết hợp với nhau để tạo thành một hệ thống EGR dạng lai “hybrid”. Việc kết hợp giữa EGR áp suất cao và EGR áp suất thấp có thể cải thiện khả năng đáp ứng của EGR đến sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ.

b. Theo nhiệt độ dịng khí tuần hồn

Theo phương pháp làm mát dịng khí EGR trước khi hịa trộn với khơng khí có thể chia hệ thống EGR thành hai loại: khơng làm mát khí EGR (hot EGR) và có làm mát khí EGR (cool EGR). So với hệ thống khơng làm mát khí EGR thì hệ thống có làm mát khí EGR có một số ưu điểm như: nhiệt độ khí nạp trước khi vào xi lanh thấp hơn và hiệu quả làm giảm NOx cao hơn.

c. Theo phương pháp điều khiển van tuần hồn khí thải

Hiện nay có hai phương pháp chính để điều khiển độ nâng của van EGR là: dựa trên độ chân không trên đường nạp và điều khiển bằng lực điện từ.

So với van EGR điều khiển bằng lực điện từ thì van EGR điều khiển dựa vào độ chân khơng có kết cấu đơn giản hơn. Để điều khiển được độ chân không trên van EGR có hai phương án chính thường được sử dụng:

- Phương án 1: Đường chân không của van được nối với họng nạp của động cơ.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Vì vậy, độ chân không của van sẽ tỷ lệ thuận với độ chân không trên họng nạp. Phương pháp này thường được sử dụng trên những động cơ có HTPNL kiểu cơ khí truyền thống.

- Phương án 2: Đường chân không của van được nối với bơm chân không trên động cơ và chế độ làm việc của bơm được điều khiển trực tiếp từ ECU theo các chế độ vận hành của động cơ. Vì vậy phương án này thường được sử dụng trên những động cơ có HTPNL điều khiển điện tử.

1.4.4. Các phương pháp xác định tỷ lệ tuần hồn khí thải

Tỷ lệ tuần hồn khí thải là tỷ lệ giữa lượng khí thải tuần hồn trong tổng lượng khí được nạp vào bên trong động cơ. Tỷ lệ tuần hồn khí thải được xác định bằng các công thức sau:

- Dựa trên nhiệt độ của khí EGR và khơng khí tại điểm hịa trộn:

trong đó: CpEGR, Cpair: nhiệt dung riêng đẳng áp của khí EGR và của khơng khí, [J/(kg.K)]; TEGR, Tair, Ti.p: nhiệt độ của khí EGR, nhiệt độ của khí nạp và

nhiệt độ tại vùng hòa trộn giữa khí nạp mới và khí EGR, [K]. Dựa trên phương trình cân bằng nồng độ CO2 :

trong đó: [CO2]air, [CO2]EGR, [CO2]aircharge: nồng độ của khí CO2 có trong khơng khí, khí EGR và hỗn hợp khí nạp tại điểm hòa trộn, [ppm], [%V]

- Dựa vào lưu lượng khối lượng của khơng khí và khí EGR,

trong đó: mEGR , mair Lưu lượng khối lượng của khí EGR và khơng khí, [kg/h]. Để xác định được tỷ lệ EGR theo công thức (1.1) cần bố trí các cảm biến đo nhiệt độ của khí EGR, nhiệt độ của khí nạp và nhiệt độ tại vùng hịa trộn giữa khí nạp

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

mới và khí EGR gây ra những khó khắn nhất định cho q trình bố trí và lắp đặt các thiết bị thử nghiệm. Đồng thời, nhiệt dung riêng đẳng áp của khí EGR và khí nạp thơng thường được tính một cách gián tiếp thơng qua nhiệt độ.

Việc xác định tỷ lệ EGR theo công thức (1.2) sẽ cho kết quả có độ chính xác cao. Tuy nhiên, hệ thống phân tích các chất thải dạng khí phải có hai đầu lấy mẫu và phân tích nồng độ của khí CO2 trong khí xả và khí EGR một cách độc lập.

Căn cứ vào các phân tích trên và căn cứ vào điều kiện thử nghiệm thực tế trong nội dung của luận án NCS đã tính tỷ lệ EGR theo cơng thức (1.3) do có thể đo được trực tiếp lưu lượng của khí EGR và khơng khí nạp mới khi động cơ vận hành ở chế độ tải và tốc độ khác nhau bằng cách sử dụng các cảm biến trên động cơ và cảm biến của bệ thử

1.4.5. Một số lưu ý khi sử dụng hệ thống tuần hồn khí thải

Các cơng trình nghiên cứu trong và ngoài nước đều chỉ ra rằng việc sử dụng EGR là lựa chọn tốt nhất cho việc giảm mức phát thải NOx ngay tại nguồn phát sinh. Tuy nhiên, khi sử dụng EGR cần lưu ý một số vấn đề sau :

- Không sử dụng hệ thống EGR khi động cơ làm việc ở các chế độ sau: Khởi động, toàn tải (khi tốc độ và vị trí ga lớn), khơng tải (khi vị trí chân ga nhỏ hơn 5%), chế độ chạy nóng máy (khi nhiệt độ nước làm mát nhỏ hơn 25 0C);

- Ở động cơ sử dụng HTPNL điều khiển điện tử và có trang bị hệ thống tăng áp kiểu VGT, hệ thống EGR kiểu áp suất cao có làm mát khí EGR thì cần có sự kết hợp chặt chẽ giữa van EGR và van VGT nhằm duy trì hiệu suất làm việc của bộ tua bin - máy nén. Đồng thời, nhằm tạo sự chênh lệch về gradien áp suất giữa đường thải và đường nạp hoặc để nâng cao tỷ lệ EGR tại một số chế độ làm việc của động cơ cần có sự phối hợp làm việc giữa van VGT và van EGR.

- Hệ thống EGR có làm mát dịng khí EGR sẽ đem lại hiệu quả tốt hơn nhiều so với việc không làm mát; đồng thời việc làm mát dịng khí EGR cũng giảm hệ số truyền nhiệt từ buồng cháy.

- Việc sử dụng hệ thống EGR sẽ giúp giảm mức phát thải NOx để động cơ thỏa mãn các tiêu chuẩn khi thải cao hơn tuy nhiên cũng sẽ làm tăng một số các chất thải khác như HC, CO và đặc biệt là PM. Vì vậy, tỷ lệ EGR hợp lý cần được lựa chọn dựa trên việc cân đối giữa các yêu tố nêu trên. Mặt khác, hệ thống EGR cũng cần

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

phải kết hợp chặt chẽ với HTPNL kiểu CR nhằm phát huy một cách tối đa ưu điểm của CR trong việc giảm phát thải PM và của EGR trong việc giảm phát thải NOx.

- Cần cân bằng giữa các chỉ tiêu về bảo vệ môi trường và chỉ tiêu kinh tế của động cơ khi sử dụng hệ thống EGR: việc sử dụng hệ thống EGR sẽ làm giảm NOx nhưng bên cạnh đó sẽ làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu, giảm hiệu suất có ích của động cơ vì vậy tỷ lệ EGR hợp lý được lựa chọn ngoài việc cần đối về mức phát thải NOx và PM cần có sự cân đối về chỉ tiêu kinh tế của động cơ. Tỷ lệ tuần hoàn khí thải lớn nhất đối với động cơ diesel có HTPNL điều khiển điện tử thường thay đổi từ 20÷30 % tùy thuộc vào từng chế độ vận hành và loại động cơ cụ thể, [58, 72]. - Đối với hệ thống EGR áp suất thấp, vị trí trích khí EGR nên sau bộ lọc DPF nhằm lọc các hạt PM có trong khí thải trước khi dẫn khí ngược trở lại đường nạp (tránh ảnh hưởng đến mức độ cân bằng trên rô to của máy nén).

1.5. Tổng quan về nhiên liệu sinh học

Trên thế giới: Theo dự báo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) [5], nếu năm 2014 sản lượng nhiên liệu sinh học tiên tiến là 800 triệu gallon xăng quy đổi (khoảng 2 tỷ lít), thì năm 2017 sẽ tăng lên 1,7 tỷ gallon (khoảng 6,5 tỷ lít) tại 165 nhà máy sản xuất đã hoặc đang đưa vào vận hành thuộc 180 doanh nghiệp với vốn đầu tư khoảng 4 tỷ USD. Điểm đáng lưu ý là các quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học tiên tiến thuộc nhóm xử lý các dầu thực vật bằng hydro cung cấp trên 80% sản lượng các nhiên liệu sinh học tiên tiến.[9]

Hình 1.3. Sản lượng nhiên liệu sinh học từ năm 2008 - 2022

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Theo Bộ Năng lượng Mỹ, trước năm 2009 nhiên liệu sinh học chỉ có “dạng truyền thống” (được hiểu là ethanol và biodiesel chủ yếu được sản xuất từ các nguồn lương thực - thực phẩm), sau đó các dạng nhiên liệu sinh học tiên tiến bắt đầu xuất hiện, từ năm 2015 sản lượng nhiên liệu sinh học truyền thống hàng năm gần như khơng tăng (Hình 1.3). Hình 1.3 cho thấy từ năm 2015 trở đi, quy mô sản xuất nhiên liệu sinh học truyền thống (ethanol và biodiesel được sản xuất từ dầu thực vật và mỡ động vật) gần như không tăng và sản lượng hàng năm chỉ duy trì ở mức 15 tỷ gallon (khoảng 60 triệu tấn), trong khi quy mô sản xuất các dạng nhiên liệu tiên tiến/bền vững lại tăng nhanh. Điều này có nghĩa là từ năm 2015, nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất dừng phát triển (quy mô sản xuất không được mở rộng). Đồng thời, theo các tác giả của quy trình cơng nghệ Ecofining , q trình sản xuất nhiên liệu sinh học tiên tiến (sản phẩm quá trình deoxy-hydro hóa/ deoxy-hydroisomer hóa các acid béo hoặc triglyceride) chỉ có thể được thương mại hóa rộng rãi nếu nguồn nguyên liệu ban đầu khơng cạnh tranh hoặc khơng có tiềm năng cạnh tranh với sản xuất lương thực.[8]

So với nhiên liệu sinh học truyền thống, nhiên liệu sinh học tiên tiến có hiệu quả giảm phát thải CO2 cao hơn, khoảng 60 - 90%.). Nguồn nguyên liệu để sản xuất B100 chủ yếu từ các sản phẩm nông nghiệp. Các nước có mức tiêu thụ biodiesel đứng đầu thế giới như: Mỹ (60 triệu thùng/ngày), Đức (49 triệu thùng/ngày), Brazil và Pháp (lần lượt là 48 và 43 triệu thùng/ngày). Mức tiêu thụ biodiesel của 4 nước dẫn đầu thế giới có sự cách biệt rất lớn so với các nước đứng sau (tổng mức tiêu thụ của 4 nước đứng đầu thế giới bằng tổng của 15 nước đứng phía sau).[8]

Tại các nước có nền kinh tế phát triển: Lượng tiêu thụ biodiesel của các nước trong tổ chức Hợp tác và phát triển kinh tế (OECD) trong giai đoạn 2015÷2020 và dự kiến đến năm 2025 được trình bày trên Hình 1.5-a. Có thể thấy, mức tiêu thụ biodiesel của các nước trong OECD tăng từ 20610 (triệu lít) năm 2015 lên 22739 (triệu lít) năm 2020 (tăng 10,4 % trong 5 năm).

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Hình 1.4. Mức tiêu thụ biodiesel của các nước thuộc OECD và Mỹ

a - Các nước trong tổ chức OECD, b - Mỹ

Tại Mỹ: trong những năm gần đây Mỹ luôn là quốc gia đứng đầu thế giới về lượng tiêu thụ biodiesel. Việc nghiên cứu sử dụng biodiesel cho PTCGĐB tại Mỹ được phát triển từ rất sớm. Tuy nhiên trước, năm 2010 mức tiêu thu biodiesel tại Mỹ ở mức thấp (260÷354 triệu gallon/năm). Sau năm 2010 do những chính sách ưu tiên phát triên nhiên liệu sinh học trong đó có biodiesel làm cho lượng tiêu thụ biodiesel có sự gia tăng đột biến với lượng tiêu thụ năm 2017 gấp 7,5 lần so với năm 2010 (từ 260 triệu gallon năm 2010 lên 1955 triệu gallon trong năm 2017) (Hình 1.4-b). Tất cả các động cơ diesel tại Mỹ đều có thể sử dụng biodiesel với mức pha trộn nhỏ hơn 5% (theo thể tích). Với mức pha trộn 20% thường được sử dụng cho các phương tiện cơng cộng, các đồn xe cơng của chính phủ như: xe buýt trường học, xe buýt trung chuyển, xe thư báo và các loại xe quân sự. Hiện nay, Mỹ cũng đang đầu tư rất nhiều ngân sách vào các dự án nghiên cứu phát triển và sử dụng B10, B20 cho các PTCGĐB. Ngoài ra, ở Mỹ cũng đã hình thành mạng lưới các trạm cung cấp biodiesel tại hầu hết các tiểu bang.[9]

Tại Châu Âu: mức tiêu thụ biodiesel của các nước trong liên minh Châu Âu được trình bày trong Bảng 1.3. Ta thấy, mức tiêu thụ biodiesel tại các nước này liên tục tăng trong các năm gần đây với mức tăng trung bình khoảng 8,1%/năm ở giai đoạn từ 2010÷2018. Đức và Pháp là hai nước có mức tiêu thụ nhiên liệu biodiesel lớn nhất trong khu vực (mỗi nước chiếm từ 15,8÷20,26% lượng tiêu thụ của tồn khối). Trong những năm gần đây Anh cũng có sự tăng trưởng mạnh về sản lượng tiêu thụ

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

biodiesel (từ mức chiếm 8,06% sản lượng của Châu âu năm 2010 lên mức 12,59% trong năm 2018).

Khu vực Châu Á: Thái lan và Indonesia là hai quốc gia có mức tiêu thụ biodiesel lớn nhất trong khu vực đồng thời lần lượt xếp ở vị trí thứ 8 và 11 trong số các nước có lượng tiêu thụ nhiên liệu biodiesel lớn nhất thế giới, nổi bật là:

- Thái Lan: theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp Thái Lan (tháng 6/2017) sản lượng tiêu thụ biodiesel phục vụ cho các hoạt động giao thơng vận tải đã tăng từ 389 triệu lít (năm 2010) lên mức 842 triệu lít (năm 2017). Tỷ lệ pha trộn của biodiesel tại Thái lan cũng tăng từ mức 3,5% (năm 2010) lên mức 6% (năm 2017).

Indonesia: theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp Indonesia (tháng 3/2018) lượng tiêu thụ nhiên liệu biodiesel phục vụ cho các hoạt động giao thông vận tải đã tăng từ mức 178 triệu lít (năm 2010) lên mức 665 triệu lít (năm 2015) và có sự gia tăng mạnh lên mức 2272 triệu lít (năm 2017). Sự gia tăng đột biến về mức tiêu thụ biodiesel tại Indonesia có thể được giải thích do sự tăng tỷ lệ pha trộn (trước năm 2015 tỷ lệ pha trộn nhỏ hơn 2,6%; sau năm 2015 mức pha trộn tăng lên 10,8% và dự kiến trong năm 2018 tỷ lệ pha trộn sẽ đạt 11,3%). [9]

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Bảng 1.3. Lượng tiêu thụ biodiesel của các nước thuộc Liên minh Châu Âu

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

1.6. Kết luận chương 1

- Đã tìm hiểu được cơ chế hình thành các chất độc hại có trong khí thải của động cơ diesel trong đó tập trung vào hai chất chính là NOx và PM. Thành phần của nhiên liệu, nhiệt độ cực đại của quá trình cháy… ảnh hưởng đến phát thải NOx và PM theo hai xu hướng trái ngược nhau.

- Đã đánh giá được ảnh hưởng của khí thải từ động cơ đốt trong đến môi trường tự nhiên và con người có thể thấy khí thải của động cơ đốt trong gây hiệu ứng nhà kính, mưa axit, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người đặc biệt là các hạt bụi mịn có khả năng xâm nhập sâu vào hệ thống hơ hấp.

- Đã tìm hiểu tổng quan các phương pháp xử lý khí thải cho động cơ đốt trong trong đó tập trung vào những giải pháp giảm phát thải NOx. Có thể thấy tuần hồn khí thải là một giải pháp hữu hiệu nhằm giảm mức phát thải NOx do hiệu quả xử lý cao, duy trì hiệu quả giảm phát thải trong thời gian dài, kết cấu đơn giản.

- Đã tìm hiểu tổng quan về các hệ thống tuần hồn khí thải được sử dụng phổ biến trên động cơ ngày nay. Có rất nhiều hệ thống tuần hồn khí thải hiện đang được sử dụng trong đó với động cơ diesel thì hệ thống tuần hồn khí thải kiểu áp suất cao có làm mát khí tuần hồn được sử dụng phổ biến do thời gian đáp ứng của hệ thống nhanh, thể tích của hệ thống nhỏ…

- Đã tìm hiểu tổng quan về nhiên liệu sinh học sử dụng cho động cơ đốt trong có thể thấy sản lượng tiêu thụ nhiên liệu sinh học trên thế giới liên tục tăng trong thời gian qua, một số nước đã có lộ trình pha trộn tỷ lệ nhiên liệu biodiesel. Khi sử dụng nhiên liệu biodiesel phát thải NOx có xu hướng tăng vì vậy để giảm mức phát thải này mà không làm thay đổi kết cấu của động cơ có thể điều chỉnh tỷ lệ tuần hồn khí thải theo hướng mở rộng hơn mà vẫn đảm bảo được phát thải PM không tăng so với khi sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống.

</div>