Nghiên cứu khả năng ứng dụng xăng pha cồn cho một số loại động cơ công suất nhỏ dùng trong nông nghiệp

bộ giáo dục và đào tạo

trờng đại học nông nghiệp I
-----------------------------------

Ngô Văn Phơng

Nghiên cứu khả năng ứng dụng
xăng pha cồn cho một số loại động
cơ công suất nhỏ dùng trong nông
nghiệp

luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành

: Kỹ thuật máy và thiết bị
cơ giới hóa nông lâm nghiệp

M số

: 60.52.14

Ngời hớng dẫn khoa học PGS.TS. Nông Văn Vìn

Hà Nội 2006


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận
văn này là trung thực và cha hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đÃ

đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đà đợc chỉ rõ
nguồn gốc.

Tác giả

Ngô Văn Phơng

i ii


Lời cảm ơn

Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại lớp cao học cơ khí khóa 13,
trờng Đại học Nông nghiệp I. Tôi đà nhận đợc sự giúp đỡ, giảng dạy nhiệt
tình của các thầy giáo, cô giáo trong nhà trờng, các thầy cô khoa Cơ điện. Nhân
dịp này tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô trong trờng
ĐHNN I.
Đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình chu đáo, trách nhiệm cao của thầy giáo
PGS.TS Nông Văn Vìn, ngời đà hớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian
nghiên cứu và hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong
quá trình tôi học tập, nghiên cứu, thí nghiệm của Ban giám đốc Trung tâm Giám
định máy nông nghiệp, sự nhiệt tình giúp đỡ của các bạn đồng nghiệp, đồng môn
trong quá trình tôi thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giúp đỡ của gia đình đặc biệt là
Vợ tôi đà luôn luôn động viên tạo mọi điều kiện thuận lợi cho quá trình học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Một lần nữa tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất của mình tới tất cả
những tập thể và cá nhân đà dành cho tôi mọi sự giúp đỡ quý báu, cộng tác và tài
trợ kinh phí cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn !
Hà nội, ngày

tháng năm 2006

Tác giả

Ngô Văn Phơng

ii
iii


Mục lục
Trang
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các bảng

v

Danh mục các hình

vi

Mở đầu

1

Chơng 1: Tổng quan nghiên cứu

3

1.1

Tình hình chung về nguồn năng lợng và sử dụng năng lợng

3

1.2

Tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu thay thế

4

1.2.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay thế trên thế giới

4

1.2.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay thế trong nớc

15

1.3

17

Nhận xét chung

Chơng 2: Mục tiêu, nhiệm vụ, đối tựơng và phơng pháp nghiên 19
cứu
2.1

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

19

2.1.1 Mục tiêu

19

2.1.2 Nhiệm vụ

19

2.2

Đối tợng nghiên cứu

19

2.2.1 Động cơ và máy nông nghiệp

19

2.2.2 Nhiên liệu

20

2.3

22

Phơng pháp nghiên cứu

2.3.1 Phơng pháp nghiên cứu lý thuyết

22

2.3.2 Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm.

22

2.4

23

Các thiết bị chính dùng để nghiên cứu

Chơng 3: Nghiên cứu cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu động 24

cơ xăng để sử dụng loại nhiên liệu hỗn hợp xăng pha cồn
3.1

Lựa chọn phơng án cải tiến

24

3.2

Hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng dùng bộ chÕ hoµ khÝ

27

iii
iv


3.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng

27

3.2.2 Các loại chế hoà khí dùng trên động cơ xăng

27

3.3

30

Một số phơng pháp cải thiện hỗn hợp cung cấp ở hệ thống chính

3.3.1 Hệ thống chính giảm độ chân không sau gíc lơ chính.

30

3.3.2. Hệ thống chính có gíc lơ bổ sung

31

3.3.3 Hệ thống chính điều chỉnh độ chân không ở họng khuyếch tán

32

3.3.4 Hệ thống chính thay đổi tiết diện gíc lơ kết hợp với hệ thông

33

không tải
3.4

Cơ sở tính toán cải tiến một số chi tiết chính bộ chế hoà khí

33

3.4.1 Cơ sở xác định các thông số chính của bộ chế hoà khí đơn giản

34

3.4.2 Tính toán cải tiến gíc lơ động cơ GS130-2CN

37

Chơng 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
4.1. Thử động cơ trong phòng thí nghiệm

44
44

4.1.1 Mục đích thử

44

4.1.2. Phơng pháp thử

44

4.1.3 Thiết bị thử

44

4.1.4. Kết quả thử động cơ GS130-2CN trên băng phanh

49

4.1.5 Đánh giá khả năng tăng tốc của động cơ với các loại nhiên liệu

64
67

4.2

Thử động cơ trong thực tế sản xuất

4.2.1 Mục đích thử

67

4.2.2 Phơng pháp thử

67

4.2.3 Kết quả thử động cơ GS130-2CN trong thực tế sản xuất

68

Kết luận Kiến nghị

74

1

Kết luận

74

2

Kiến nghị

75

Tài liệu tham khảo

76

Phần phụ lục

78

ivv


Danh mục các bảng
Số
bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Sản lợng cồn thế giới giai đoạn 1995 2000

5

1.2

Một số nớc sản xuất cồn nhiên liệu hàng đầu thế giới

6

2.1

Các đặc tính cơ bản của nhiên liệu dùng thử nghiệm

21

2.2

Danh mục các thiết bị và dụng cụ đo chính

23

3.1

Kết quả tính toán đờng kính lỗ gíc lơ

41

3.2

Kết quả kiểm tra lu lợng qua giclơ trớc và sau khi cải tiến

43

4.1

Điều kiện thử nghiệm động cơ GS130-2CN trên băng phanh

50

4.2

Kết quả khảo nghiệm đặc tính động cơ khi sử dụng nhiên
liệu A92 với bộ chế hòa khí nguyên bản

51

4.3

Kết quả khảo nghiệm đặc tính động cơ khi sử dụng nhiên
liệu cồn E100 với bộ chế hòa khí nguyên bản

52

4.4

Kết quả khảo nghiệm đặc tính động cơ khi sử dụng nhiên
liệu cồn E100 với bộ chế hòa khí đà cải tiến

53

4.5

Kết quả khảo nghiệm đặc tính động cơ khi sử dụng nhiên
liệu E10 với bộ chế hòa khí nguyên bản

54

4.6

Kết quả khảo nghiệm đặc tính động cơ khi sử dụng nhiên
liệu E20 với bộ chế hòa khí nguyên bản

55

4.7

Số liệu so sánh công suất và mô men trên trục động cơ

56

4.8

Số liệu so sánh suất tiêu thụ nhiên liệu động cơ

60

4.9

Kết quả kiểm tra nhiệt độ động cơ trong quá trình thử

61

4.10

Thời gian tăng tốc của động cơ với các loại nhiên liệu

67

4.11 Tổng hợp điều kiện và kết quả thử động cơ GS130-2CN lắp
trên máy gặt lúa KUBOTA làm việc trên đồng

70

4.12

72

Số liệu so sánh năng suất và chi phí nhiên liệu máy gặt lúa
với 6 phơng án thí nghiệm

vvi


Danh mục các hình

Số hình

Tên hình

Trang

3.1

Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ xăng sử dụng bộ chế hoà

27

khí
3.2

Sơ đồ bộ chế hòa khí đơn giản

34

3.3

Cấu tạo chế hòa khí động cơ GS130-2CN

37

3.4

Quan hệ giữa đờng kính lỗ gic lơ và tỷ lệ cồn trong hỗn hợp

41

3.5

Sơ đồ kiểm tra lu lợng qua giclơ

43

4.1

Sơ đồ cấu tạo đầu đo tốc độ

45

4.2

Thiết bị đo mô men 0143 SD

45

4.3

Thiết bị đo nhiên liệu DFL - 2

46

4.4

Thiết bị thu tín hiệu đo DEWE 3010

46

4.5

Sơ đồ bố trí động cơ và thiết bị đo

48

4.6

Sơ đồ nối ghép các module trong chơng trình đo

48

4.7

Đặc tính làm việc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu A92

51

với bộ chế hòa khí nguyên bản
4.8

Đặc tình làm việc của động cơ khi sử dụng

nhiên liệu

52

Đặc tính làm việc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu cồn

53

cồn E100 với bộ chế hòa khí nguyên bản
4.9

E100 với bộ chế hòa khí đà cải tiến
4.10

Đặc tính làm việc của động cơ khi sử dụng

nhiên liệu

54

nhiên liệu

55

Công suất và mô men động cơ khi sử dụng xăng A92, cồn

57

E10 với bộ chế hòa khí nguyên bản
4.11

Đặc tính làm việc của động cơ khi sử dụng
E20 với bộ chế hòa khí nguyên bản

4.12

E100, hỗn hợp xăng pha cồn E10, E20 với bộ chế hòa khí
nguyên bản và bộ chế hòa khí cải tiÕn ®Ĩ sư dơng E100

vi
vii


4.13

Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ khi sử dụng xăng A92,

59

cồn E100, hỗn hợp xăng pha cồn E10, E20 với bộ CHK
nguyên bản và bộ CHK cải tiến để sử dụng E100
4.14

Đồ thị tăng tốc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu xăng A92

65

với bộ chế hòa khí nguyên bản
4.15

Đồ thị tăng tốc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu cồn E100

65

với bộ chế hòa khí nguyên bản
4.16

Đồ thị tăng tốc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu cồn E100

66

với bộ chế hòa khí đà cải tiến
4.17

Đồ thị tăng tốc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu cồn E10

66

với bộ chế hòa khí nguyên bản
4.18

Đồ thị tăng tốc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu cồn E20
với bộ chế hòa khí nguyên bản

vii
viii

66


Mở đầu
Trong thời gian gần đây tốc độ tăng trởng kinh tế đà làm tăng đáng kể
mức tiêu thụ nhiên liệu, nguồn nhiên liệu dầu mỏ đang đứng trớc nguy cơ
cạn kiệt dần. Vấn đề ô nhiễm môi trờng do khí thải của động cơ gây ra đang
là mối đe dọa sức khoẻ con ngời, nhất là đối với các thành phố đông dân, mật
độ xe quá nhiều, trong khi dân số thế giới tăng nhanh và đòi hỏi tiêu chuẩn
sống cao hơn.
Khi nguồn dầu mỏ cạn dần, bên cạnh các giải pháp tiết kiệm và sử dụng
năng lợng hạt nhân, năng lợng mặt trời, năng lợng gió, thì việc đẩy
mạnh nghiên cứu sử dụng các loại năng lợng tái tạo nhằm đảm bảo an ninh
năng lợng và bảo vệ môi trờng sống đà đặt ra nhiệm vụ cho các nhà khoa
học-kỹ thuật phải tìm nguồn nhiên liệu thay thế cho xăng, dầu. Loại nhiên liệu
thay thế xăng dầu không chỉ đốt cháy sạch hơntạo ra chất thải thấp hơn mà
còn có khả năng tái tạo đợc.
Với những lý do nêu trên, nhiều nớc trên thế giới kể cả các nớc có
nguồn dầu khí lớn đà sản xuất và sử dụng cồn ethanol thay thế một phần xăng
dầu, nh Brazil, Mỹ, Canađa, Thái Lan, Trung Quốc, ấn Độ,... Brazil là quốc
gia sản xuất và sử dụng cồn nhiên liệu lớn nhất thế giới, là nớc tiên phong sử

dụng ethanol thay xăng cách đây gần 40 năm. Hiện nay Brazil có trên 3 triệu ô
tô sử dụng hoàn toàn cồn khan làm nhiên liệu và 17 triệu ôtô sử dụng xăng
pha 24% cồn. ở mỹ đến nay đà có 20 nhà máy sản xuất ethanol với công suất
khoảng 13 triệu tấn. ấn Độ là nớc dẫn đầu Châu á sử dụng ethanol làm
nhiên liệu, năm 2003 có 9 thành phố đà sử dụng ethanol thay 5% xăng dầu.
Các nớc ở Đông Nam á nh Thái Lan, Inđônêxia, Malayxia đà phát triển
công nghệ sản xuất ethanol dùng thay xăng. Nhiều tập đoàn dầu khí lớn trên
thế giới cũng đang chú ý để đầu t phát triển loại nhiên liệu mới này [13].

1


ở nớc ta, giới khoa học đà quan tâm nghiên cứu dùng cồn làm nhiên
liệu từ hơn một thập kỷ qua nh các trờng Đại học, các Viện nghiên cứu
nhng việc ứng dụng cồn làm nhiên liệu vẫn còn nhiều hạn chế. Đến nay các
kết quả nghiên cứu mới đợc thử nghiệm trên các phơng tiện giao thông,
song nghiên cứu cho loại máy nông nghiệp với những đặc thù riêng (tải trọng
thay đổi trong phạm vi rộng, mang tính ngẫu nhiên ,). Đặc điểm này đòi hỏi
động cơ phải có tính ổn định cao, có khả năng vơt tải tốt thì cha có.
Với những lý do trên chúng tôi đề xuất đề tài: Nghiên cứu khả năng
ứng dụng xăng pha cồn cho một số loại động cơ công suất nhỏ dùng trong
nông nghiệp
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Thăm dò khả năng ứng dụng nhiên liệu cồn và hỗn hợp xăng pha cồn cho
một số loại động cơ xăng công suất nhỏ thông dụng dùng trong nông nghiệp.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài đợc giới hạn với loại động cơ có bộ chế hoà
khí đơn giản. Phơng pháp nghiên cứu của đề tài là kết hợp nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm.
Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cho việc cải tiến hệ thống cung cấp nhiên

liệu trên động cơ xăng để sử dụng nhiên liệu cồn và hỗn hợp xăng pha cồn.
- Xây dựng đờng đặc tính ngoài của động cơ với các loại nhiên liệu
trong phòng thí nghiệm.
- Thử nghiệm động cơ liên hợp với máy nông nghiệp trong thực tế sản
xuất khi sử dụng các loại nhiên liệu xăng, cồn và hỗn hợp xăng pha cồn để sơ
bộ so sánh, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật.
Đối tợng nghiên cứu của đề tài
Đề tài chọn động cơ xăng công suất nhỏ và máy gặt lúa rải hàng là loại
động cơ và máy nông nghiệp đang đợc sử dụng phổ biÕn trong s¶n xt hiƯn
nay.

2


Chơng 1

Tổng quan Nghiên cứu
1.1. Tình hình chung về nguồn năng lợng và sử dụng năng
lợng

Tất cả các dạng nhiên liệu đều cần thiết và có vị trí tơng xứng trong
từng giai đoạn. Dầu mỏ đà có đóng góp to lín trong h¬n mét thÕ kû qua kĨ tõ
khi E.Drake lần đầu tiên tìm ra nó ở Pennsylvania (Mỹ) vào năm 1859 và hiện
nay vẫn là dạng năng lợng chủ yếu. Xăng dầu và các sản phẩm hoá dầu đÃ
đem lại văn minh cho nhân loại. Theo dự báo đến cuối thế kỷ XXI, năng
lợng hoá thạch (đặc biệt là dầu mỏ) vẫn là dạng năng lợng chủ yếu, cha có
dạng năng lợng nào có thể thay thế đợc. Đây là dạng năng lợng khoáng,
dù trữ lợng có lớn đến đâu rồi cũng sẽ cạn kiệt. Theo công bố mới nhất của
tập đoàn dầu mỏ BP, trữ lợng dầu mỏ đà thăm dò trên toàn cầu đến năm 2003
là khoảng 150 tỷ tấn. Nếu không phát hiện thêm trữ lợng mới, nguồn dầu mỏ

cũng chỉ đủ dùng trong vòng 40 năm nữa [8].
Các chuyên gia kinh tế năng lợng cho rằng trong vòng 15 năm tới,
cung vẫn thấp hơn cầu về dầu mỏ. Nhu cầu dầu tăng cha thấy điểm dừng là
nguyên nhân làm giá dầu luôn tăng. Dầu mỏ lại tập trung chủ yếu ở các khu
vực luôn có tình hình chính trị bất ổn nh Trung Đông (chiếm 2/3 trữ lợng
dầu thế giới), Trung á, Trung Phi Mỗi đợt khủng hoảng dầu mỏ, giá dầu
tăng làm lay chuyển nền kinh tế của nhiều nớc, nhất là các nớc nghèo.
Nớc ta cũng không đứng ngoài xu thế này.
Các chuyên gia năng lợng trên thế giới đà có dự báo quan trọng về
chiến lợc phát triển nhiên liệu toàn cầu, dự báo nhiên liệu hoá thạch (than,
dầu, khí) vốn đợc coi là nguồn nhiên liệu chủ yếu hiên tại cho xà hội sẽ bị
cạn dần trong vài thập kỷ tới. Dự báo trong vòng 15 năm tới, tiêu thụ dầu mỏ
trên toàn Thế giới sẽ đạt mức cao nhất, khoảng 90 - 95 triệu thùng/ngày so với

3


hiện tại là 70 - 77 triệu thùng/ngày sau đó sẽ giảm dần vì khai thác giảm đi,
các nớc có thể rơi vào khủng hoảng năng lợng và nhiên liệu, biến động về
kinh tế [8] .
Nớc ta, theo kết quả nghiên cứu của Chơng trình Khoa học Công
nghệ cấp Nhà nớc, giai đoạn 1996 - 2000 về chiến lợc và chính sách phát
triển năng lợng, có trữ lợng dầu mỏ khoảng 1,9 tỷ tấn dầu quy đổi, khí thiên
nhiên khoảng 1,8 tỷ m3, nhng trữ lợng khai thác kinh tế chỉ ở mức 35%. Trữ
lợng dầu khí nh trên cũng chỉ đảm bảo mức khai thác 30 triệu tấn/năm
trong giai đoạn 2015 - 2016, sau đó sẽ giảm nhanh nếu không tìm ra các mỏ
mới. Hiện nay nớc ta mỗi năm cần khoảng 5 triệu tấn xăng và dầu diezen
dùng cho động cơ đốt trong: dự báo năm 2010, 2020 sẽ tăng tơng ứng 10 - 11
triệu tấn, 17 - 18 triệu tấn. Nhà máy lọc dầu số 1 và sè 2 Dung Qt (dù kiÕn
hoµn thµnh 2008) cịng míi chỉ đáp ứng tối đa 70% nhu cầu. Lợng nhiên liệu

thiếu hụt đó hoàn toàn có thể thay thế bằng Ethanol [13].
1.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu thay thế

1.2.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay thế trên thế
giới
Nguồn dầu mỏ Thế giới đang cạn kiệt dần khiến nguồn cung không
đảm bảo liên tục gây lo ngại cho các nớc khát dầu phục vụ cho nền kinh tế
phát triển. Vì thế, tìm kiếm nguồn năng lợng thay thế đang đợc các nớc
đặt lên hàng đầu. Các nớc trên thế giới đà đi theo nhiều xu hớng nh: tìm
nguồn năng lợng hạt nhân, năng lợng mặt trời, năng lợng gió, và các
loại nhiên liệu thay thế sử dụng ngày nay gồm: cồn êtylic, cồn mêtylic, hyđrô,
biofuels, biodiezen, diesohol, khí thiên nhiên, propane, năng lợng điện.
Trong số những nhiên liệu thay thế, cồn nổi lên nh một ứng cử viên sáng giá
nhất, đáp ứng đợc các tiêu chuẩn nh để sản xuất, giá rẻ và thân thiện víi
m«i tr−êng.

4


1.2.1.1. Nhiên liệu êtylic (cồn ethanol - C2H5OH)
Cồn êtylic là chất lỏng không mầu linh động, nồng độ tại 00C là
0,806kg/lít, sôi ở 780C và kết tinh tại -110,50C. Nó cháy với ngọn lửa chói
sáng và hoà tan trong nớc ở mọi tỷ lệ [15].
a) Tình hình sản xuất

Cồn êtylic đợc sản xuất bằng phơng pháp lên men các chất xacaro
nh: sắn, ngô, đờng, bà mía,... Ngoài ra, cồn êtylic còn đợc tổng hợp từ
êtylen lấy từ các mỏ khí tự nhiên và thành phần khí chng cất từ dầu mỏ [15].
Bảng 1.1: Sản lợng cồn thế giới giai đoạn 1995 2000 [18]
Nguồn: F.O Lichts (đơn vị :triệu lít)

Khu vực

1995

1996

1997

1998

1999

2000

EU

21.098

20.608

21.298

21.311

20.306

20.049

Châu Âu

46.495

44.288

45.205

43.950

43.018

42.455

Châu Mỹ

197.906 202.552 227.585 215.663 207.840 211.471

Châu á

50.302

56.851

56.320

56.461

57.570

58.520

Châu Đại Dơng

1.042

1.051

1.108

1.170

1.256

1.475

Châu Phi

6.082

6.289

5.835

5.476

5.427

5.434

Tổng cộng

301.827 311.031 336.053 322.720 315.111 319.264

Sản lợng cồn trên thế giới đang tăng nhanh. Ton th gii nm 2002
đã sản xuất gần 33 triệu tấn Ethanol, trong đó 70% dùng làm nhiên liệu được
phân bổ ở Châu Mỹ 65% , Châu Á 19%, Châu Âu 3%, các lục a khỏc 13%.
Năm 2003 sản xuất cồn trên thế giới ớc tính đạt 38,5 tỷ lít. Sản xuất tập trung
chủ yếu ở Châu Mỹ ớc tính chiếm 71% sản lợng toàn thế giới, Châu á đứng
thứ hai với sản lợng chiếm 17%, Châu Âu đứng thứ ba chiếm 10%. Sản
lợng trên toàn thế giới sẽ tăng nhanh trong những năm tiếp theo. Tổng sản
lợng đến năm 2012, thời điểm kết thúc của nghị định th Kyoto dự tính sẽ
đạt 79 tỷ lít (gấp đôi so với năm 2003). Trong đó gia tăng lớn nhất sẽ xảy ra ở

5


Châu Mỹ với sản lợng gia tăng 22 tỷ lít. Châu á tuy chơng trình cồn nhiên
liệu mới chỉ phôi thai nhng ớc tính đến năm 2012 cũng đạt mức gia tăng 46
tỷ lít, thị phần lớn nhất là Trung Quốc. Châu Âu cũng có một quyết sách mạnh
về vấn đề cồn nhiên liệu đến 2012 ớc tính đạt sản lợng 11,2 tỷ lít [8].
Sản lợng cồn của một số quốc gia hàng đầu thế giới đợc thể hiện qua
bảng 1.2.
Bảng 1.2: Một số nớc sản xuất cồn nhiên liệu hàng đầu thế giới [18]
Nguồn: F.O Lichts (đơn vị :triệu lít)

TT

Đất nớc

Năm 2003

Năm 2004

1

Brazil

14.428

15.338

2

Mỹ

10.900

13.950

3

Trung Quốc

3.400

3.650

4

ấn Độ

190

2.000

5

Pháp

817

830

6

Nga

745

760

7

Tây Ban Nha

304

420

8

Nam phi

404

409

9

Vơng Quốc Anh

410

400

10

ả Rập

350

340

11

Ucraina

284

290

12

Thái lan

250

280

13

Đức

280

270

14

Canađa

240

245

b) Tình hình sử dụng

Nghiên cứu sử dụng cồn thay thế một phần xăng dầu đợc xem là một
trong những biện pháp mang tính chiến lợc vì vừa giảm thiểu tác động tiêu
cực của giá xăng dầu cao, đảm bảo tăng trởng kinh tế và bảo vệ môi tr−êng.

6


Đi theo hớng này, trên thế giới đà ghi nhận đợc nhiều thành công và số
nớc ứng dụng ngày một tăng, trong đó có Brazil, Mỹ, Canađa, Thái Lan,
Trung Quốc, ấn Độ,...
Brazil là nớc có bớc đi đầu tiên với chơng trình quốc gia proalcool
từ năm 1975, sử dụng cồn ethanol để pha vào xăng với tỷ lệ đến 20% dùng
trong vận tải. Năm 1975, Chính phủ Brazil đà ban hành một sắc lệnh thành lập
chơng trình cồn quốc gia. Từ năm 1979, họ đà sản xuất các xe ca trang bị
động cơ chuyên dùng cồn êtylic. Năm 2004, Brazil x¶n xt cån ë møc kû lơc
víi 15,2 tû lÝt, tăng 3,4% so với năm 2003, năm 2005 sản lợng này lên tới
16,2 tỷ lít. Cồn của Brazil chủ yếu xuất khẩu sang thị trờng ấn Độ với 451
triệu lít, thứ hai là thị trờng Mỹ với 418 triệu lít, tiếp đó là các thị trờng Hàn
Quốc 230 triệu lít và Nhật Bản 197 triệu lít. Hiện nay, 9 công ty sản xuất xe
hơi ở Brazil, trong đó có General Motor v Ford cung cấp cho thị trờng loại
xe sử dụng nhiên liệu lỡng tính tức là chạy bằng xăng thông thờng hoặc
bằng cồn hoặc bằng hỗn hợp xăng - cồn đều đợc. Tỷ lệ cồn pha trong xăng
khoảng 20 24% [7]. Đến nay, gần 1/3 số xe hơi bán ra thị trờng Brazil có
thể sử dụng cả êtylic và xăng thông thờng. Tiến đến mức xa hơn, Brazil đà sử
dụng cồn cho máy bay và đến nay có khoảng 300 n 400 máy bay nhỏ s
dng cồn êtylic, hầu hết đợc cải tiến từ máy bay sử dụng xăng [1].
Nớc Mỹ sau đợt khủng hoảng năng lợng năm 1976, họ bắt đầu thử
nghiệm và đến năm 1978, Quốc hội đà công nhận những lợi ích của cồn êtylic
trong nhiên liệu và dùng biện pháp giảm thuế để khuyến khích phát triển thị
trờng nhiên liệu này. Năm 1992 những chiếc xe tải cỡ lỡn với động cơ 300
mà lực đà đa vào chạy bằng nhiên liệu chứa 95% cồn và 5% xăng. Đến nay,
quốc hội Mỹ đà ban hành luật cho phép các bang đợc pha trộn cồn vào xăng
ô tô với tỷ lệ khoảng 10% và gần đây họ đà nhất trí thông qua một nghị quyết

đòi hỏi các nhà máy lọc dầu của Mỹ phải tăng lên gấp hai lần việc sử dụng
cồn êtylic và các loại nhiên liệu có thể đợc tái tạo khác trớc năm 2012. C¸c

7


bang California, New York, Wasington,l những nơi đà sử dụng rộng rÃi
xăng pha cồn (thờng pha vào xăng tỷ lệ 5% cồn, nhng có một số loại xe hơi
có thể dùng hỗn hợp tới 85% ethanol) [7].
Canada, sau ngày 15/7/2002 khi đạo luật sinh học ethanol đợc phê
duyệt đa ra sự bắt buộc sử dụng ethanol, chính quyền đà công bố các qui
định về pha trộn có hiệu lực từ 1/7/2004 với khối lợng bình quân 2,5%
ethanol đợc duy trì trong suốt mạng lới cung ứng và tiêu thụ xăng dầu, và sẽ
tăng lên 7,5% từ 1/4/2005 [7].
Thái Lan, hiện nay đà sử dụng xăng pha cồn với tỷ lệ 15%. Tháng
9/2004, một cuộc họp Quốc tế về chủ đề sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn đÃ
đợc tổ chức tại Băng cốc. Với chiến lợc an ninh năng lợng mới trị giá 2 tỉ
USD, xăng pha cồn sẽ đợc khuyến khích lu hành trên thị trờng Thái Lan
[13].
Trung Quốc tiến hành chơng trình sử dụng gasohol thí điểm tại 5
thành phố lớn từ giữa năm 2003. Hiện gasohol đang đợc sử dụng rộng rÃi và
chiếm hơn 80% thị phần nhiên liệu tại tỉnh Hắc Long Giang, Tề Lâm, Liêu
Ninh và Hà Nam. Năm 2004, gần 800.000 tấn nhiên liệu loại này đà đợc bán
tại tỉnh Tề Lâm. Tới cuối năm 2005, sẽ có thêm 27 thành phố tại tỉnh Sơn
Đông, Giang Tô và Hà Bắc buộc sử dụng gasohol. Đợc biết lợng xăng dầu
đợc sử dụng tại các khu vực thí điểm trên chiếm 25% tổng mức tiêu thụ
Quốc gia [13].
ấn Độ là nớc dẫn đầu Châu á sử dụng ethanol làm nhiên liệu, năm
2000 đà pha 5% cồn ethanol vào xăng. Chính phủ ấn Độ dự kiến pha 10% cồn
ethanol vào xăng trong vài năm tới [13].

c) Tình hình nghiên cứu

Từ những năm 60, Liên xô đà có những nghiên cứu và năm 1970, ban
hành tiêu chuẩn nhà n−íc GOCT 1970-43 vỊ bé chÕ hoµ khÝ khi sư dụng các
loại nhiên liệu: Xăng, Benzôn, Rợu cồn, Ete, [19].

8


Từ năm 1967, Brazil đà có những công trình nghiên cứu chuyển đổi
động cơ xe VOLKSWAGENS để sử dụng nhiên liệu cồn và đà chạy thử hơn
một năm với quÃng đờng hơn 1.200 dặm (1 dặm = 1,618 km) không có chất
phụ gia mà cha xuất hiện h hỏng gì [7].
Nhiều hÃng ôtô lớn trên thế giới nh Toyota, Ford, GM. BMW, đÃ
nghiên cứu chế tạo loại động cơ dùng cồn êtylic để giảm ô nhiễm môi trờng
vì khí thải của loại động cơ này rất sạch. Hiện nay có bốn phơng án dùng cồn
ethanol trên động cơ xăng [7]:
- Cách thứ nhất: Dùng nhiên liệu ethanol 100% trên những động cơ chế
tạo dành riêng cho nó (1/4 số xe của Brazil là loại xe này).
- Cách thứ hai: Dùng xe FFV (Flex- Fuel Vehicles- ô tô nhiên liệu linh
hoạt), những xe này có thể dùng xăng pha từ 0 – 85% cån ethanol. Xe FFV cã
thĨ tù ®éng nhËn biết hàm lợng cồn trong bình nhiên liệu để tự điều chỉnh
góc đánh lửa sớm và thay đổi lợng phun nhiªn liƯu. Dïng xe FFV cã tÝnh
kinh tÕ nhiªn liƯu cao hơn các xe không FFV, vì xe đà đợc thiÕt kÕ tèi −u vỊ
vËt liƯu, vỊ kÕt cÊu bng cháy và hệ thống nhiên liệu. Nhiên liệu E85 (có
85% cồn ethanol trong xăng) là loại nhiên liệu tốt nhất cho xe FFV.
- C¸ch thø ba: Dïng E7 hay E10 thËm chÝ E15 hay E20. Khi dïng E7
hay E10 th× hoàn toàn không cần thiết phải thay đổi hay hiệu chỉnh gì động cơ
xăng. Khi dùng E15 hay E20 thì nên thay đổi một chút góc đánh lửa sớm và
mở rộng thêm lỗ gíc lơ nhiên liệu để giữ cho công suất động cơ không giảm.

- Cách thứ t: Dùng ethanol dới dạng nhiên liệu ETBE (Ethyl Tertiary
Butyl Ether). ETBE là một dạng nhiên liệu gồm 45% ethanol và 55%
izobutylene. Nhiên liệu này có những tính chất vợt trội hơn ethanol nh ít
bay hơi, không ăn mòn máy, ít háo n−íc.
1.2.1.2. Cån Mªtylic (Cån methanol - CH3OH) [11 ]

Cån mªtylic là loại nhiên liệu lỏng có trị số ốc tan cao, rất thích hợp với
việc dùng trên ô tô có động cơ chế hòa khí. Động cơ sử dụng cồn mêtylic thải

9


ra chất ô nhiễm không khí ít hơn so với các động cơ sử dụng xăng.
Từ những năm 1970, ở Mỹ có nhiều cơ quan, tổ chức nghiên cứu về
mêtylic làm nhiên liệu thay thế nh: Viện nghiên cứu dầu mỏ; hÃng ESSO,
Năm 1974 bộ Nghiên cứu và Công nghệ thuộc liên bang Đức đà giới
thiệu một công trình nghiên cứu về sản xuất, phân phối, sử dụng, tính kinh tế
và sự nguy hiểm của mêtylic và hyđrô khi làm nhiên liệu.
Năm 1976 Công ty phát triển mêtylic Thuỵ Điển đà tổ chức hội nghị
Quốc tế về mêtylic kết hợp với hội nghị khoa học tại viện Hàn lâm Khoa học
Thuỵ Điển
ấn Độ, trong những năm 1981 và 1982 đà có một số công trình nghiên
cứu về mêtylic nh: bổ xung mêtylic vàodiezen làm nhiên liệu cho động cơ
đốt trong không tăng áp, hiệu suất, tính kinh tế nhiên liệu và đặc tính khí xả;
công trình nghiên cứu bằng lý thuyết và thực nghiệm về quá trình cháy, hiệu
suất và các đặc tính xả của mêtylic dùng cho động cơ đánh lửa cỡng bức,...
Ngoài ra còn nhiều công trình nghiên cứu về mêtylíc làm nhiên liệu
thay thế đợc công bố qua các tạp chí, hoặc trên sách báo, Có thể tóm lợc
các kết luận khi nghiên cứu sử dụng mêtylíc làm nhiên liệu thay thế trên động
cơ đốt trong nh sau:

Ưu điểm:
Mêtylic là loại nhiên liệu có những đặc tính cháy hỗn hợp nghèo tốt,
giới hạn bốc cháy rộng và tốc độ lan tràn màng lửa cao hơn xăng trong điều
kiện hỗn hợp nghèo.
Khi cháy với hỗn hợp nghèo, giảm đợc lợng xả CO và SOx, giảm tiêu
hao năng lợng từ 26 đến 45% so với xăng.
Tiêu hao năng lợng riêng của mêtylic tốt hơn so với các loại xăng
thông thờng không pha chì.
Những công trình nghiên cứu về mêtylic trong phòng thí nghiệm và trên
đờng đà cho thấy mêtylic là một chất phụ gia tăng TSOT có hiệu quả. Thªm

10


10% mêtylic với xăng không pha chì đà tăng TSOT lên 2- 3 đơn vị.
Mêtylic là một loại nhiên liệu linh hoạt đối với động cơ đánh lửa cỡng
bức vì nã cã TSOT cao (> 100) ®iỊu ®ã cho phÐp làm việc với tỷ số nén cao
hơn mà không gây kích nổ và kết quả là hiệu suất nhiệt cao hơn.
Nhiệt ẩn hoá hơi cao do vậy động cơ làm việc mát hơn và hiệu quả sử
dụng thể tích tốt hơn.
Nhợc điểm:
Nhiệt ẩn hoá hơi cao (gấp gần 4 lần xăng), nồng độ năng lợng theo thể
tích thấp, điểm sôi đơn của mêtylic có thể gây ra nút hơi bất lợi khi dùng trên
ôtô.
Lợng xả NOx nhiều hơn izôôctan khi cháy với hỗn hợp. Để hạn chế
việc tạo thành NOx ngời ta pha thêm nớc vào mêtylic.
Ngoài ra khi pha thêm nớc vào mêtylic, TSOT của chúng tăng lên
nhng giảm hiệu suất và công suất, tăng lợng xả hữu cơ.
Khi cháy với hỗn hợp nghèo khả năng kéo của ô tô giảm.
Sự nhạy cảm nớc của hỗn hợp mêtylic xăng đòi hỏi hệ thống nhiên

liệu tách biệt.
Mêtylic chỉ sử dụng có hiệu quả trong các xe ô tô, đặc biệt đà đợc thiết
kế và xử lý chống mài mòn, hấp thụ nớc và đảm bảo hoá hơi tốt.
Lợng xả nhiên liệu cha cháy khi dùng mêtylic lớn hơn 4 lần so với
xăng, lợng anđêhit của mêtylic lớn hơn nhiều (từ 3 4 lần). Lợng xả hữu cơ
của mêtylíc cao không phải do việc chuẩn bị không khí nhiên liệu cha tốt mà
nguyên nhân chủ yếu là do nhiệt ẩn hoá hơi lớn.
Hệ thống hoà khí đối với mêtylic khá phức tạp vì nhiệt ẩn hoá hơi cao
và phải cấp một lợng nhiên liệu lớn nên phải hiệu chỉnh hệ thống định lợng.
Tóm lại:
Mêtylic có thể dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, rất phù hợp
đối với động cơ chế hòa khí do khả năng chống kích nỉ tèt. Cã thĨ dïng

11


mêtylic nguyên chất hoặc trộn với 5 10% nớc vừa tăng TSOT vừa giảm
lợng xả NOx.
Mêtylic có nhợc điểm:
Nhiệt ẩn hoá hơi cao, nhiệt trị thấp và gây ăn mòn kim loại, phá hỏng
một số chất dẻo, cao su, manhê, nhôm, chì khi tiếp xúc.
Khi chuyển từ chạy xăng sang chạy mêtylic cần có những cải tạo cần
thiết nh: tăng tỷ số nén để lợi dụng TSOT hoặc cải tạo hệ thống nhiên liệu.
1.2.1.3. Nhiên liệu Hyđrô

Hyđrô là một nguyên tố đơn giản và dồi dào, có mặt trong tất cả các
hợp chất hữu cơ, khi cháy trong không khí sẽ cho một sản phẩm tinh khiết là
hơi nớc và tỏa ra một nhiệt lợng lớn hơn gấp 3 lần so với khi cháy cùng một
lợng các bon trong không khí. Hyđrô có thể kết hợp với xăng, cồn mêtylic
hoặc khí ga tự nhiên nhằm giảm khí thải NO. Sử dụng hyđrô trong động cơ đÃ

có từ cuộc chiến tranh thế giới lần thứ nhất, khi đó hyđrô đợc sử dụng làm
nhiên liệu cho tầu ngầm.
Hyđrô đợc coi là nhiên liệu lý tởng cho động cơ đốt trong trong
tơng lai, đứng về mặt kỹ thuật và bảo vệ môi trờng, vì có nhiều u việt hơn
so với xăng [11]:
- Có thể làm việc trong động cơ có tỷ số nén cao (đến 14) trong khi
dùng xăng không pha chì chỉ có thể dùng trong động cơ có tỷ số nén bằng 8
hoặc 9.
- Giới hạn bốc cháy rộng nên có thể dùng ở hỗn hợp nghèo để giảm
NOx.
- Nhiệt lợng toả ra theo một đơn vị khối lợng cao.
- Nhiệt độ tự bốc cháy cao (5820C) nên cho phép dùng trong động cơ có
tỷ số nén cao, đem lại hiệu suất lớn.
- Năng lợng của hỗn hợp hyđrô - không khí (686 kcal/kg) cao hơn của
hỗn hợp xăng kh«ng khÝ (645 kcal/kg).

12