Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học butanol trên động cơ đánh lửa cưỡng bức

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

HUỲNH TẤN TIẾN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU
SINH HỌC BUTANOL TRÊN ĐỘNG CƠ
ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

ĐÀ NẴNG - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

HUỲNH TẤN TIẾN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU
SINH HỌC BUTANOL TRÊN ĐỘNG CƠ
ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 62.52.01.16

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1: GS.TS. TRẦN VĂN NAM
2: PGS.TS. DƯƠNG VIỆT DŨNG

Đà Nẵng – 2019


-i-

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Đà Nẵng, ngày

tháng 10 năm 2019

Tác giả luận án


-ii-

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................... vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................ viii
MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1
Chương 1.
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ............................. 7

1.1. Khái quát ..............................................................................................................7
1.1.1. Phương tiện giao thông và ô nhiễm môi trường ...............................................7

1.1.2. Nhiên liệu thay thế sử dụng trên phương tiện giao thông ...............................10

1.1.3. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới và ở Việt Nam ...............12
1.1.4. Sử dụng nhiên liệu Butanol sinh học trên động cơ đốt trong .........................15
1.2. Sự cần thiết cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ đánh lửa cưỡng
bức .............................................................................................................................18
1.2.1. Lịch sử phát triển của hệ thống nhiên liệu động cơ đánh lửa cưỡng bức .......18
1.2.2. Cải tiến hệ thống phun nhiên liệu động cơ đánh lửa cưỡng bức nhằm giảm tiêu
hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường ......................................................................19
1.3. Đặc điểm các quá trình trong động cơ đốt cháy cưỡng bức sử dụng nhiên liệu
sinh học Butanol ........................................................................................................23
1.3.1. Đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu Butanol sinh học đến tính năng kinh tế kỹ thuật
trên động cơ đốt trong ...............................................................................................23
1.3.2. Đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu Butanol sinh học trên động cơ đốt trong đến
quá trình lan tràn màng lửa .......................................................................................25

Chương 2.

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ............................ 28

2.1. Tính chất nhiên liệu Butanol sinh học sử dụng trong động cơ đánh lửa cưỡng

bức .............................................................................................................................28
2.1.1. Giới thiệu về Butanol sinh học........................................................................28
2.1.2. Một số tính chất lý hóa của Butanol ...............................................................28
2.1.3. Đánh giá một số chỉ tiêu của xăng và Butanol [4, 36] ..................................30
2.2. Lý thuyết phun nhiên liệu trên động cơ đánh lửa cưỡng bức ............................33
2.2.1. Hệ thống phun xăng trên đường nạp ...............................................................33
2.2.2. Hệ thống phun xăng trực tiếp ..........................................................................34
2.3. Lý thuyết mô phỏng quá trình phun nhiên liệu động cơ đánh lửa cưỡng bức ...37
2.3.1. Hệ phương trình đối lưu-khuếch tán ...............................................................37
2.3.2. Hệ phương trình mô tả dòng chảy rối .............................................................39

2.3.3. Phương trình mô tả tia phun ............................................................................41


-iii-

2.3.4. Lý thuyết bay hơi của giọt nhiên liệu ..............................................................45
2.4. Ứng dụng ansys-fluent mô phỏng quá trình phun..............................................50
2.4.1. Xác lập quá trình phun nhiên liệu ...................................................................50
2.4.2. Mô hình hình học ............................................................................................54
2.4.3. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên ...............................................................56

Chương 3.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ..................... 60

3.1. Mục tiêu và đối tượng thực nghiệm ...................................................................60

3.1.1. Mục tiêu thực nghiệm .....................................................................................60
3.1.2. Đối tượng thực nghiệm ...................................................................................61
3.2. Lắp đặt động cơ lên cụm băng thử APA204/08 .................................................62
3.3. Quy trình thực nghiệm .......................................................................................64
3.3.1. Trình tự thực nghiệm.......................................................................................64
3.3.2. Bảo dưỡng hệ thống ........................................................................................64
3.3.3. Chế độ thực nghiệm ........................................................................................65
3.4. Kết quả thực nghiệm ..........................................................................................67
3.4.1. Kết quả phân tích tính chất nhiên liệu.............................................................67
3.4.2. Kết quả thực nghiệm đánh giá tính tương thích vật liệu .................................67
3.4.3. Kết quả thực nghiệm trên băng thử động cơ ...................................................73

Chương 4.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................ 74

4.1. Kết quả thực nghiệm trên động cơ Daewoo A16DMS ......................................74
4.1.1. Tính kỹ thuật của động cơ khi sử dụng xăng-Butanol ....................................74
4.1.2. Tính kinh tế của động cơ khi sử dụng xăng-Butanol ......................................81
4.2. Kết quả mô phỏng quá trình phun nhiên liệu và bay hơi hình thành hòa khí
động cơ Daewoo A16DMS sử dụng xăng-Butanol ..................................................92

4.2.1. Đánh giá tính bay hơi của Butanol so với xăng ..............................................93
4.2.2. Đánh giá ảnh hưởng cấu hình phun đến quá trình bay hơi và hình thành hòa khí
.................................................................................................................................100
4.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của phun trực riếp trong buồng cháy (DI) và phun trên
đường nạp (PI).........................................................................................................105

KẾT LUẬN .................................................................................. 109
KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................ 111
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC .............................. 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................... 113


-iv-

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Thực trạng giao thông ở thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội ................................ 8
Hình 1.2: Diễn biến nồng độ TSP trung bình năm gần các tuyến đường giao thông tại các
thành phố lớn (Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2016) ............................................................ 8
Hình 1.3: Khí thải ô tô đã gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường không khí ..................... 10
Hình 1.4: Sản lượng Biodiesel ở một số nước trên thế giới năm 2016................................ 12

Hình 1.5: Sản lượng nhiên liệu sinh học ở một số khu vực trên thế giới ............................ 13
Hình 1.6: Các hệ thống phun nhiên liệu [37] ....................................................................... 18
Hình 1.7: Vị trí của kim phun của hệ thống cung cấp nhiên liệu kết hợp trực tiếp và gián tiếp
[37] ....................................................................................................................................... 19
Hình 1.8: So sánh hệ thống chuẩn bị hỗn hợp PFI [40] và GDI [60] .................................. 22
Hình 1.9: So sánh lượng nhiên liệu cần thiết để khởi động lạnh động cơ GDI và PFI ở các
nhiệt độ môi trường khác nhau [38] .................................................................................... 23
Hình 1.10: Sơ đồ bố trí động cơ thí nghiệm [48]. ................................................................ 24
Hình 1.11: Mối quan hệ áp suất trong xylanh và góc quay trục khuỷu tại các thời điểm đánh
lửa khác nhau của n-Butanol và tỷ số nén bằng 10 [48]. ..................................................... 25
Hình 1.12: Mối quan hệ lượng phun và góc quay trục khuỷu [48]...................................... 25
Hình 1.13: a) Tỷ lệ hòa khí cháy 10-90% ứng với thời gian đánh lửa cho n-Butanol và xăng
PON 87. b) Tỷ lệ hòa khí cháy 0-10% ứng với thời gian đánh lửa cho n-Butanol và xăng
PON 87 [48] ......................................................................................................................... 25
Hình 1.14: Áp suất trong xylanh và tốc độ tỏa nhiệt theo góc quay trục khuỷu [52] .......... 26
Hình 1.15: Hình ảnh ngọn lửa của xăng và Bu40 [52] ........................................................ 26
Hình 2.1: Cấu trúc không gian của Butanol......................................................................... 28
Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn sự phân tích pha với nước theo % thể tích Butanol và Ethanol
............................................................................................................................................. 31
Hình 2.3: Hệ thống phun xăng đa điểm điều khiển điện tử Bosch Motronic [5]................. 34
Hình 2.4: Sơ đồ điều kiển hệ thống phun xăng đa điểm điều khiển điện tử Bosch Motronic
[5] ......................................................................................................................................... 35
Hình 2.5: Bố trí hệ thống động cơ GDI điển hình [43]....................................................... 36
Hình 2.6: So sánh các đặc tính phun của kim phun cao áp kiểu lỗ và xoáy cho áp suất phun
20 MPa [51] ......................................................................................................................... 36
Hình 2.7: Thiết kế điển hình của vòi phun xoáy .................................................................. 37
Hình 2.8: Trình tự tính toán bằng ANSYS-FLUENT [63] .................................................. 50
Hình 2.9: Xác lập các lựa chọn mô hình Discrete phase ..................................................... 51
Hình 2.10: Xác lập mô hình phân rã tia phun ...................................................................... 52
Hình 2.11: Xác lập thông số động học vòi phun ................................................................. 53

Hình 2.12: Xác lập thành phần nhiên liệu theo tỷ lệ pha trộn ............................................. 53
Hình 2.13: Mô hình phun xăng-Butanol trên đường nạp..................................................... 55


-v-

Hình 2.14: Xác lập áp suất khí nạp tại cửa nạp ................................................................... 57
Hình 2.15: Xác lập nhiệt độ khí nạp tại cửa nạp.................................................................. 57
Hình 2.16: Xác lập thành phần khí nạp tại cửa nạp ............................................................. 57
Hình 2.17: Xác lập áp suất khí sót trong xilanh đầu quá trình nạp ...................................... 58
Hình 2.18: Xác lập nhiệt độ khí sót trong xilanh đầu quá trình nạp .................................... 58
Hình 2.19: Xác lập thành phần khí sót trong xilanh đầu quá trình nạp ............................... 58
Hình 3.1: Bố trí hệ thống các trang thiết bị thí nghiệm ....................................................... 62
Hình 3.2: Thiết bị sấy và giữ nhiệt Memmert...................................................................... 63
Hình 3.3: Cân điện tử Mettler Toledo.................................................................................. 64
Hình 3.4: Đặc tính tốc độ động cơ xăng [5] ........................................................................ 66
Hình 3.5: Phạm vi làm việc trong thực tế của động cơ phun xăng điện tử sử dụng trên ô tô
[62] ....................................................................................................................................... 66
Hình 4.1: Mô men có ích (Me) ở 10%BG ............................................................................ 77
Hình 4.2: Mô men có ích (Me) ở 30%BG ............................................................................ 77
Hình 4.3: Mô men có ích (Me) ở 50%BG ............................................................................ 78
Hình 4.4: Mô men có ích (Me) ở 70%BG ............................................................................ 78
Hình 4.5: Công suất có ích (Ne) ở 10%BG .......................................................................... 79
Hình 4.6: Công suất có ích (Ne) ở 30%BG .......................................................................... 79
Hình 4.7: Công suất có ích (Ne) ở 50%BG .......................................................................... 80
Hình 4.8: Công suất có ích (Ne) ở 70%BG .......................................................................... 80
Hình 4.9: Mức độ tăng giảm mô men và công suất có ích theo tỷ lệ Butanol ..................... 81
Hình 4.10: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (ge) của động cơ................................................ 83
Hình 4.11: Suất tiêu hao năng lượng có ích (qe) của động cơ ............................................. 84
Hình 4.12: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (ge) và suất tiêu hao năng lượng có ích (qe) ..... 85

Hình 4.13: Hệ số dư lượng không khí () theo tốc độ động cơ........................................... 86
Hình 4.14: Phát thải CO của động cơ .................................................................................. 87
Hình 4.15: Phát thải HC của động cơ .................................................................................. 88
Hình 4.16: Phát thải CO2 của động cơ ................................................................................. 89
Hình 4.17: Phát thải NOx của động cơ ................................................................................. 90
Hình 4.18: Phát thải CO và HC ........................................................................................... 91
Hình 4.19: Phát thải CO2 và NOx ........................................................................................ 92
Hình 4.20: So sánh tỷ lệ bốc hơi, nồng độ hơi và áp suất, nhiệt độ môi chất ứng với phun
Butanol và xăng tinh khiết ở n=2000 v/ph, Tkn=315K ........................................................ 94
Hình 4.21: Ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp lên quá trình bay hơi xăng (a) và Butanol (b) ở
tốc độ động cơ 2000 v/ph..................................................................................................... 95
Hình 4.22: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ lên quá trình bay hơi khi phun riêng xăng ...... 97


-vi-

Hình 4.23: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến quá trình bay hơi khi phun riêng Butanol
(Bu100) ................................................................................................................................ 98
Hình 4.24: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ lên quá trình bay hơi khi phun riêng Butanol.. 99
Hình 4.25: Ảnh hưởng của phun hỗn hợp và phun riêng rẽ xăng/Butanol đến bay hơi của
nhiên liệu Bu50 .................................................................................................................. 101
Hình 4.26: Diễn biến bay hơi phun nhiên liệu Bu50 từ 1 phía và từ 2 phía ...................... 102
Hình 4.27: Phân bố nồng độ hơi nhiên liệu và hệ số tương đương theo phương ngang (x) khi
phun 1 phía và phun 2 phía ................................................................................................ 103
Hình 4.28: Ảnh hưởng của thời điểm phun đến bay hơi khi phun riêng rẽ (a) và khi phun hỗn
hợp (b); đường màu đồng mức phân bố nồng độ hơi nhiên liệu tại mặt cắt y=0 ở 330 oCA(c)
(n=3000 v/ph, Bu50) .......................................................................................................... 104
Hình 4.29: Tốc độ bốc hơi và nồng độ hơi ứng với trường hợp DI nhiên liệu hỗn hợp (Blend)
và nhiên liệu riêng rẽ (Dual) ở vị trí vòi phun Xj = 0mm .................................................. 105
Hình 4.30: So sánh quá trình bay hơi và tạo hỗn hợp trong các trường hợp BUDI-GPI, GDIBUPI và vị trí vòi phun pha trộn DI tại Xj = 0 (n = 3000 v/ph, Bu50, Tkn = 315K): phân bố

hạt (a), tốc độ bay hơi và nồng độ hơi (b) và đường đồng mức nồng độ hơi trên mặt cắt y =
0 tại 330oCA (c) ................................................................................................................. 107


-vii-

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1: Đặc tính lý hóa của Butanol [48] ........................................................................ 29
Bảng 2-2: So sánh tính chất hóa học và vật lý của Butanol và xăng [20, 24, 58] ............... 29
Bảng 2-3: Độ nhớt động học của một số loại nhiên liệu [23] .............................................. 33
Bảng 2-4: Các hệ số khuếch tán và các thuật ngữ nguồn cho các phương trình vô hướng khác
nhau ...................................................................................................................................... 42
Bảng 2-5: Động cơ Daewoo A16DMS ................................................................................ 55
Bảng 2-6: Thông số vật lý các hạt nhiên liệu ...................................................................... 56
Bảng 2-7: Điều kiện khí nạp và khí sót ............................................................................... 56
Bảng 2-8: Thành phần môi chất xăng/Butanol-không khí................................................... 58
Bảng 3-1: Tiến trình đo và lưu trữ dữ liệu đo ...................................................................... 66
Bảng 3-2: Một số chi tiết chính thuộc hệ thống nhiên liệu ô tô và xe gắn máy dùng để thực
nghiệm ................................................................................................................................. 68
Bảng 3-3: Bảng tiến trình thực nghiệm đánh giá tính tương thích vật liệu ......................... 69
Bảng 3-4: Hình ảnh chụp các chi tiết sau khi thử nghiệm ................................................... 69
Bảng 3-5: Trọng lượng các chi tiết sau khi ngâm ................................................................ 71
Bảng 3-6: Mức độ tương đương và ảnh hưởng của nhiên liệu phối trộn Xăng-Butanol lên
các chi tiết động cơ .............................................................................................................. 72
Bảng 4-1: So sánh mức thay đổi mô men có ích ở 10%BG ................................................ 75
Bảng 4-2: So sánh mức thay đổi mô men có ích ở 30%BG ................................................ 75
Bảng 4-3: So sánh mức thay đổi mô men có ích ở 50%BG ................................................ 76
Bảng 4-4: So sánh mức thay đổi mô men có ích ở 70%BG ................................................ 76
Bảng 4-5: So sánh mức thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu có ích ở 10%BG ........................ 81
Bảng 4-6: So sánh mức thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu có ích ở 30%BG ........................ 81

Bảng 4-7: So sánh mức thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu có ích ở 50%BG ........................ 82
Bảng 4-8 So sánh mức thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu có ích ở 70%BG ......................... 82
Bảng 4-9: Mật độ giọt nhiên liệu và nồng độ hơi nhiên liệu cuối quá trình nén (330 oCA) khi
phun riêng xăng và Butanol theo nhiệt độ khí nạp .............................................................. 95
Bảng 4-10: Mật độ giọt nhiên liệu và nồng độ hơi nhiên liệu cuối quá trình nén (330 oCA)
khi phun riêng xăng và Butanol theo tốc độ động cơ .......................................................... 97
Bảng 4-11: Mật độ giọt nhiên liệu và nồng độ hơi nhiên liệu cuối quá trình nén (330 oCA)
khi phun hỗn hợp Bu50 theo tốc độ động cơ ..................................................................... 100
Bảng 4-12: Mật độ giọt nhiên liệu và nồng độ hơi nhiên liệu cuối quá trình nén (330 oCA)
khi phun hỗn hợp và phun riêng rẽ nhiên liệu Bu50.......................................................... 101


-viii-

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa

P

Áp suất

CO2

Carbon dioxide

CO

Carbon monoxide

Ne

Công suất có ích

s

Góc đánh lửa sớm



Góc quay trục khuỷu



Hệ số dư lượng không khí



Hệ số tương đương

HC

Hydrocacbon chưa cháy



Khối lượng riêng

BH

Lượng tiêu hao nhiên liệu

Me

Mô men có ích

T

Nhiệt độ

NOx

Nitrogen oxides

qe

Suất tiêu hao năng lượng có ích

ge

Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

Vc

Thể tích buồng cháy

Vh

Thể tích công tác xilanh

Va

Thể tích toàn bộ của xilanh

SOC

Thời điểm bắt đầu cháy (Start Of Combustion)

EOC

Thời điểm két thúc cháy (End Of Combustion)

MFB10%

Thời điểm tỷ lệ hòa khí cháy 10%

MFB90%

Thời điểm tỷ lệ hòa khí cháy 90%

n

Tốc độ động cơ

TSOT

Trị số octane

MFB

Tỷ lệ cháy của hòa khí (Mass Fraction Burn)

Bu

Tỷ lệ Butanol trong nhiên liệu

A/F

Tỷ lệ không khí/nhiên liệu



Tỷ số nén

v/ph

Vòng/phút

Bu10

Xăng pha 10% thể tích Butanol

Ghi chú


-ix-

Bu15

Xăng pha 15% thể tích Butanol

Bu20

Xăng pha 20% thể tích Butanol

Bu25

Xăng pha 25% thể tích Butanol

Bu30

Xăng pha 30% thể tích Butanol

Bu40

Xăng pha 40% thể tích Butanol

Bu50

Xăng pha 50% thể tích Butanol

Bu0

Xăng RON92

Bu100

Butanol tinh khiết

ONKK

Ô nhiễm không khí

NLSH

Nhiên liệu sinh học

VOC

Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

TSP

Hạt bụi lơ lửng

TDC

Điểm chết trên

BDC

Điểm chết dưới

ATDC

Sau điểm chết trên

BTDC

Trước điểm chết trên

SMD

Sauter mean diameter – Kích thước trung bình của hạt

CFD

Computational Fluid Dynamics – Tính toán động lực
học chất lỏng bằng phương pháp số

TAB

Taylor Analogy Breakup – Mô hình phân rã tia phun

DPM

Đường kính giọt

ICE

Động cơ đốt trong

CAD

Độ theo góc quay trục khuỷu

SI

Động cơ đốt cháy cưỡng bức

PFI

Phun trên đường nạp

GPI

Phun xăng trên đường nạp

BuDI

Phun trực tiếp Butanol trong buồng cháy

BG

Bướm ga


-1-

MỞ ĐẦU
Năng lượng và môi trường đã, đang và sẽ là vấn đề quan tâm hàng đầu của nhiều
quốc gia trên thế giới. Cùng với tốc độ phát triển kinh tế, sự gia tăng nhanh dân số,
giao lưu văn hóa, xã hội giữa các quốc gia trên thế giới làm cho nhu cầu đi lại và vận
chuyển hàng hóa ngày càng tăng cao. Áp lực về ô nhiễm môi trường ngày càng
nghiêm trọng, gần đây các nhà sản xuất ô tô phải giảm mức độ phát thải, cải thiện
tính kinh tế nhiên liệu và cho phép sử dụng nhiên liệu phát triển từ các nguồn năng
lượng tái tạo để có thể đạt mục tiêu giảm lượng khí thải CO2 của mỗi chiếc xe.
Việt Nam là một nước nông nghiệp, nơi có tiềm năng lớn về nguyên liệu để sản
xuất nhiên liệu sinh học phục vụ cho đời sống, đã có chủ trương đúng đắn thể hiện

qua Đề án Phát triển và sử dụng nhiên liệu sinh học đến năm 2015 và tầm nhìn đến
năm 2025. Sử dụng nhiên liệu sinh học là xu thế phát triển tất yếu trên thế giới, nhất
là ở các nước nông nghiệp và phải nhập nhiên liệu, do các lợi ích của nhiên liệu sinh
học đem lại như: giảm thiểu khí gây hiệu ứng nhà kính, giảm nhập khẩu nhiên liệu,
tận dụng nguyên liệu thực vật tại chỗ, công nghệ sản xuất không phức tạp, tạo việc
làm và tăng thu nhập cho người lao động, tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp.
Ở Việt Nam, xăng sinh học E5 đã xuất hiện và chính thức sử dụng rộng rãi từ
01/12/2014 tại các thành phố lớn như Hà Nội, Đà Nẵng, Cần Thơ... Trên thế giới,
ngoài Ethanol sinh học ra, Butanol sinh học cũng được chú ý sử dụng làm nhiên liệu
cho động cơ đốt trong thời gian gần đây. Xét về khả năng dùng làm nhiên liệu,
Butanol có một số ưu điểm so với các loại nhiên liệu cồn khác như methanol và
ethanol [11, 33], Butanol sinh học cũng đã và đang được các nhà khoa học tập trung
nghiên cứu [22, 24]. Có một số công bố thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của việc sử
dụng hỗn hợp nhiên liệu gasoline và n-Butanolvề tính năng động cơ, quá trình cháy
và phát thải của động cơ [24, 41]. Các công bố này cho thấy kết quả khả quan của
việc sử dụng gasoline-Butanol cho động cơ đốt trong.
Trong bối cảnh đó việc nghiên cứu nhiên liệu sinh học, Butanol là một hướng
đi mới rất cần thiết, Butanol gây hấp dẫn trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học vì nó có
thể trộn với xăng theo tỷ lệ lớn, dùng chung hệ thống phân phối và nạp liệu xăng, và
sử dụng trên các động cơ chạy xăng hiện hành được.


-2Hiện nay, Butanol sinh học có thể sử dụng làm nhiên liệu thay thế một phần
xăng sản xuất từ dầu mỏ [3]. Tuy nhiên các tính chất lý hóa của Butanol và xăng khác
nhau nên quá trình hình thành hỗn hợp và cháy của nhiên liệu phối trộn xăng - Butanol
diễn ra cũng khác nhau. Nhằm góp phần làm đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sạch dùng
cho động cơ đốt trong, góp phần nâng cao hiệu quả của động cơ sử dụng hỗn hợp
nhiên liệu xăng – Butanol, cần thiết phải có những nghiên cứu cơ bản và chuyên sâu
về sựu hình thành hỗn hợp và cháy của hỗn hợp này. Những năm gần đây, dựa vào
những thành tựu của công nghệ tin học và cơ điện tử, việc nghiên cứu quá trình hỗn

hợp và cháy được thực hiện bằng phương pháp mô hình hóa. Cùng đồng nghiệp ở các
quốc gia phát triển, các nhà khoa học Việt Nam bắt kịp những tiến bộ khoa học và đã
hòa nhập vào trào lưu chung của thế giới trong hướng nghiên cứu này. Tuy nhiên,
hiện nay vẫn chưa thấy công trình nào công bố liên quan đến nghiên cứu mô hình hóa
các quá trình hình thành hỗn hợp và cháy một cách chuyên sâu của động cơ sử dụng
hỗn hợp nhiên liệu này. Vì vậy “Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học Butanol
trên động cơ đánh lửa cưỡng bức” có ý nghĩa khoa học và thiết thực.
1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng thể của luận án là đưa ra được các định hướng về mặt kỹ thuật
nhằm đảm bảo tính tương thích của động cơ xăng truyền thống khi sử dụng xăng sinh
học có tỷ lệ pha Butanol theo thể tích lần lượt là 10% (Bu10), 20% (Bu20), 30%
(Bu30), 40% (Bu40) và 50% (Bu50).
Cụ thể, luận án đánh giá tính chất của xăng sinh học có tỷ lệ pha Butanol, đánh
giá được ảnh hưởng của xăng sinh học đến tính năng và phát thải động cơ xăng truyền
thống và đưa ra khuyến cáo cần thiết khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ lần lượt là
10% (Bu10), 20% (Bu20), 30% (Bu30), 40% (Bu40) và 50% (Bu50) cho động cơ
xăng truyền thống.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Sử dụng hỗn hợp Butanol-xăng với các tỷ lệ lần lượt là 10% (Bu10), 20%
(Bu20), 30% (Bu30), 40% (Bu40) và 50% (Bu50) về thể tích trên động cơ đốt cháy
cưỡng bức.


-3Thực nghiệm được tiến hành trên động cơ A16DMS do hãng DAEWOO sản
xuất, đây là động cơ kiểu Dual Overhead Cam L - 4 1.6L DOHC phun xăng điện tử
trên đường nạp, tỷ số nén 9,5; đường kính xy lanh 79; hành trình piston 81,5.
Luận án nghiên cứu về lý thuyết liên quan đến đặc tính quá trình phun khi sử
dụng nhiên liệu xăng sinh học và thực hiện mô phỏng trên phần mềm mô phỏng
ANSYS-FLUENT.
Các nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện với các loại nhiên liệu Bu0, Bu10,

Bu20, Bu30, Bu40 và Bu50.
Các nội dung nghiên cứu của luận án được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Động
cơ đốt trong, Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng.
3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu trong luận án gồm phương pháp mô hình hóa, phương
pháp thực nghiệm, phương pháp phân tích, phương pháp nghiên cứu tài liệu, phương
pháp hội đồng (brainstorming) và phương pháp đánh giá.
Luận án sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết tổng hợp các nghiên cứu
về sử dụng xăng sinh học trên thế giới và tập hợp, kế thừa các kết quả trước đây của
các đề tài liên quan và tính toán lý thuyết trên các phần mềm mô phỏng hiện đại về
động cơ đốt trong với thực nghiệm kiểm chứng và đánh giá. Trao đổi và tiếp thu ý
kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu để hoàn thiện
phương pháp nghiên cứu.
Tính tương thích trong sử dụng xăng sinh học cho động cơ xăng truyền thống
được thể hiện thông qua những nghiên cứu đánh giá tác động của tính chất xăng sinh
học đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, phát thải, cũng như chất lượng quá trình cháy
của động cơ. Đánh giá tính chất của xăng sinh học ở các tỷ lệ khác nhau theo các tiêu
chuẩn quy định hiện hành cũng được đưa ra nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng xăng sinh
học ở Việt Nam.
Luận án sử dụng các phương pháp và kỹ thuật sau đây:
Đánh giá các chỉ tiêu so sánh bao gồm: ngoại quan, kích thước, trọng lượng,
chụp ảnh bề mặt, phân tích nhiên liệu trước và sau ngâm. Kết quả nghiên cứu tương


-4thích vật liệu có ý nghĩa trong việc khuyến cáo điều chỉnh vật liệu (nếu cần) của một
số chi tiết khi động cơ sử dụng xăng sinh học.
Nghiên cứu lý thuyết bằng phần mềm mô phỏng hiện đại và thử nghiệm đối
chứng trên băng thử động cơ nhằm đánh giá tác động của xăng sinh học đến đặc tính
phun, tính kinh tế, kỹ thuật, phát thải của động cơ.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Hiệu quả kinh tế xã hội: Nghiên cứu một loại nhiên liệu sinh học mới có nhiều
ưu điểm, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, có thể pha trộn với xăng theo tỷ lệ lớn giảm
chi phí nhiên liệu xăng và giảm áp lực lên nguồn nhiên liệu hóa thạch đảm bảo an
ninh năng lượng quốc gia.
Hiệu quả khoa học: Đề xuất sử dụng Butanol sinh học phù hợp với động cơ chạy
xăng thông thường.
* Ý nghĩa khoa học:
Luận án đã góp phần đánh giá được quá trình hình thành hỗn hợp của nhiên liệu
xăng sinh học trong động cơ đốt trong thông qua các mô hình mô phỏng được xây
dựng trên phần mềm ANSYS-FLUENT. Từ các mô hình mô phỏng này, ảnh hưởng
của nhiên liệu xăng sinh học ở các tỷ lệ Butanol khác nhau đến đến quá trình bay hơi
và hòa trộn, các thông số kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ được khảo sát và
đánh giá để làm cơ sở cho việc đánh giá các kết quả thực nghiệm trên động cơ thực
và kiến nghị điều chỉnh các thông số vận hành của động cơ một cách phù hợp khi
chuyển sang sử dụng xăng sinh học.
Luận án cũng đã đánh giá quá trình hòa trộn đối với nhiên liệu xăng sinh học ở
các tỷ lệ Butanol 0%, 50% và 100%, so sánh với cùng các tỷ lệ trên khi pha xăng với
Butanol.
Các quy trình này được xây dựng dựa trên cơ sở các tiêu chuẩn đánh giá hiện
hành cũng như hệ thống thiết bị đánh giá hiện đại hiện có ở Việt Nam.
* Ý nghĩa thực tiễn:
Luận án đã đánh giá được tương thích vật liệu của hệ thống cung cấp nhiên liệu
động cơ xe ô tô với các loại xăng sinh học Bu10, Bu20, Bu30, Bu40 và Bu50, của


-5các chi tiết tới hiện tượng ăn mòn, rỉ sét ở vật liệu kim loại, trương nở ở vật liệu phi
kim.
Luận án đã đánh giá được ảnh hưởng của xăng sinh học Bu10, Bu20, Bu30,
Bu40 và Bu50 tới tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ. Từ đó, đưa ra
các nhận định cũng như giải pháp kỹ thuật, điều kiện vận hành đối với động cơ nhằm

đáp ứng việc sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ pha Butanol lên đến 50% trên động cơ.
5. Đóng góp mới của luận án
- Kết quả thực nghiệm của luận án khẳng định có thể sử dụng xăng-Butanol với
tỷ lệ đến Bu30 ở mức tải và tốc độ mà động cơ thường xuyên làm việc lần lượt 3070% độ mở bướm ga và 1250-4250 v/ph sẽ không làm ảnh hưởng đến tính năng kinh
tế của động cơ so với khi sử dụng xăng (Bu0).
- Từ những kết quả về các mẫu nhiên liệu của hỗn hợp xăng-Butanol kết hợp
với kết quả mô phỏng các phương án phun hỗn hợp xăng-Butanol khẳng định rằng
phun hỗn hợp xăng-Butanol sẽ cải thiện khả năng bay hơi cho Butanol so với khi
phun riêng rẽ xăng/Butanol, tuy nhiên phun hỗn hợp có thể làm cho việc bay hơi của
xăng không hoàn toàn. Phun riêng rẽ xăng/Butanol làm tăng khả năng bay hơi hoàn
toàn của xăng, tuy nhiên dẫn đến Butanol khó bay hơi hoàn toàn, trong trường hợp
này nên phun sớm Butanol so với xăng. Phun 2 phía hỗn hợp làm tăng sự đồng nhất
cho hòa khí, phun hai phía riêng rẽ xăng/Butanol sẽ phân tầng hòa khí trong buồng
cháy, phía nửa trái xilanh có tỷ lệ Bu cao hơn so với phía nửa phải xilanh. Phun 1
phía hỗn hợp trên đường nạp sẽ tạo điều kiện hình thành hòa khí có nồng độ hơi nhiên
liệu và hệ số tương đương cao tập trung ở giữa buồng cháy và cách xa cửa xả, điều
này giúp giảm thời gian cháy trễ và giảm nguy cơ cháy kích nổ cho động cơ. Tốc độ
bay hơi của nhiên liệu khi phun PI nhanh hơn đáng kể so với phun DI và tốc độ bay
hơi xăng nhanh hơn so với Butanol ở cùng điều kiện hoạt động, tốc độ bốc hơi của
BuDI-GPI là cao nhất, sau đến GDI-BuPI và thấp nhất là DI hỗn hợp. Hòa khí của
DI hỗn hợp đồng nhất hơn so với BuDI-GPI và GDI-BuPI.
6. Nội dung chính của luận án có thể tóm lược như sau:
(1). Lý thuyết mô phỏng tia phun nhiên liệu và quá trình tạo hỗn hợp;


-6(2). Đánh giá ảnh hưởng của các phương án phun nhiên liệu xăng/Butanol đến
quá trình cháy và mức độ phát thải ô nhiễm của động cơ;
(3). Nghiên cứu thực nghiệm tính năng kỹ thuật và mức độ phát thải ô nhiễm
của động cơ chạy bằng xăng/Butanol;
(4). Kiểm chứng kết quả dự báo bởi mô phỏng.

Ngoài phần mở đầu và kết luận; luận án được cấu tạo thành 4 chương. Chương1:
Nghiên cứu tổng quan; Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết; Chương 3: Nghiên cứu thực
nghiệm; Chương 4: Kết quả và bàn luận.


-7-

Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu trong lĩnh vực
liên quan của đề tài, tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam
và trên thế giới. Trong đó đặc biệt chú ý đến khả năng sản xuất Butanol sinh học và
các nghiên cứu để ứng dụng làm nhiên liệu sinh học. Chương này cũng nghiên cứu
các hệ thống cung cấp nhiên liệu cũng như đặc điểm các quá trình khi sử dụng nhiên
liệu sinh học pha Butanol. Từ đó có thể đề xuất cải tiến đường nạp để cait thiện tính
năng động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

1.1. Khái quát
1.1.1. Phương tiện giao thông và ô nhiễm môi trường
Phát triển giao thông vận tải là một yêu cầu quan trọng trong quá trình phát triển
kinh tế xã hội của mỗi quốc gia. Theo dự báo, số lượng ô tô ở Châu Á - Thái Bình
Dương sẽ tăng 93% (từ năm 1985 đến 2020) và tiếp tục tăng 50% (từ năm 2020 đến
2060). Mức độ gia tăng số lượng ô tô phụ thuộc vào thu nhập bình quân đầu người
của mỗi quốc gia. Theo Tổng cục thống kê, lượng ô tô nhập khẩu về thị trường Việt
Nam trong những năm qua tăng mạnh. Nếu như năm 2013, Việt Nam chỉ nhập khẩu
34 nghìn chiếc ô tô, thì trong năm 2014 lượng ô tô nhập là 72 nghìn chiếc, tăng gấp
đôi so năm trước đó và năm 2015 là 125 nghìn chiếc, tăng 74% so năm 2014. Năm
2016, lượng ô tô nhập khẩu giảm nhẹ, chỉ đạt 115 nghìn chiếc, giảm 8% so năm 2015,
song trong 3 tháng đầu năm 2017 tình hình nhập khẩu ô tô tăng mạnh trở lại, với 28
nghìn chiếc, tăng 43,4% so cùng kỳ năm trước.
Ô nhiễm không khí (ONKK) không chỉ là vấn đề nóng tập trung ở các đô thị

phát triển, các khu, cụm công nghiệp… mà đã trở thành mối quan tâm của toàn xã
hội. ONKK được xem là một trong những tác nhân hàng đầu có nguy cơ tác động
nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng. Giao thông với xu hướng số lượng phương
tiện giao thông gia tăng mạnh mẽ qua các năm được đánh giá là nguồn đóng góp đáng
kể gây suy giảm chất lượng môi trường không khí (như Hình 1.1). Trong đó, các khí
CO, VOC, TSP chủ yếu do các loại xe máy phát thải còn đối với ô tô thì nguồn ô
nhiễm chính gồm các khí SO2 và NO2 [1, 65].


-8-

Hình 1.1: Thực trạng giao thông ở thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội

Hình 1.2: Diễn biến nồng độ TSP trung bình năm gần các tuyến đường giao thông tại các
thành phố lớn (Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2016)

Bầu không khí tại thủ đô Hà Nội bị cho là ô nhiễm hơn Thành phố Hồ Chí Minh
(như Hình 1.2). Điểm đáng chú ý là dù dân số và phương tiện giao thông tại Hà Nội
ít hơn Thành phố Hồ Chí Minh, thế nhưng mức độ ô nhiễm không khí lại tệ hơn. Cụ
thể theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường thì số ngày trong một năm ghi
nhận chất lượng không khí tại Hà Nội kém là 237 ngày, số ngày chất lượng không
khí xấu là 21 và 1 ngày ô nhiễm ở mức nguy hại. Xe máy chiếm đến 95% phương
tiện giao thông tại Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, chỉ tiêu thụ 56% xăng nhưng
thải ra 94% hydro cacbon (HC), 87% cacbon oxit (CO), 57% oxit nitro (NOx)… trong
tổng lượng phát thải của các loại xe cơ giới. Nhiều xe sử dụng không bảo đảm tiêu
chuẩn phát thải vì cũ kỹ [65].


-9Thủ tướng chính phủ Việt Nam vừa ký Quyết định số 985a về việc ban hành Kế
hoạch hành động quốc gia về quản lý chất lượng không khí mục tiêu đến năm 2020

và tầm nhìn đến năm 2030. Theo quyết định này thì khuyến khích chủ nhân các
phương tiện giao thông như xe máy, ô tô sử dụng xăng sinh học. Từ năm 2007, Chính
phủ đã có đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025;
tuy nhiên đến nay số điểm bán xăng sinh học vẫn còn hạn chế.
Theo thống kê về môi trường, ước tính khoảng 40% NOx, 60% HC, 80% CO
và nhiều dạng hạt rắn PM (kích thước rất nhỏ) trong bầu khí quyển là do khí thải của
ô tô gây ra [7, 8]. Vì vậy, từ những năm 50 của thế kỷ trước, các quốc gia công nghiệp
phát triển đã quan tâm vấn đề này. Nhiều luật bảo vệ môi trường đã ban hành với mức
độ càng nghiêm ngặt hơn yêu cầu các nhà chế tạo ô tô phải nghiên cứu cải tiến sản
phẩm của mình tốt hơn nhằm hạn chế nồng độ chất ô nhiễm khí thải. Các giá trị giới
hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải của ô tô theo Tiêu chuẩn Euro và bắt đầu
áp dụng ở cộng đồng Châu Âu từ năm 1995: Euro I (1995), Euro II (1997), Euro III
(2001), Euro IV (2006).
Ở Việt Nam, tiêu chuẩn khí thải mới áp dụng từ năm 2006 [64] như mức 2
(Euro II) vào ngày 01/7/2006, mức 3 (Euro III) vào năm 2008, mức 4 (Euro IV) vào
năm 2017 và mức 5 (Euro V) sẽ thực hiện năm 2022.
Xu hướng phát triển của phương tiện giao thông trên thế giới được tóm tắt như
sau: Động cơ chính làm nguồn động lực cho ô tô có thể chia thành 4 nhóm: động cơ
xăng, động cơ diesel truyền thống, động cơ điện và động cơ sử dụng nhiên liệu thay
thế. Hai loại động cơ xăng và diesel truyền thống có ưu điểm là việc cung cấp nhiên
liệu đơn giản và nhanh chóng; tuy nhiên, hiệu suất của nó hạn chế và mức độ phát
thải ô nhiễm cao. Nhờ kỹ thuật xử lý trên đường thải: lọc hạt PM, sử dụng bộ xúc tác
ba chức năng là các giải pháp hữu hiệu nhằm tiếp tục khử đến mức thấp nhất các chất
độc hại còn lại trong khí thải động cơ. Các hệ thống mới áp dụng tiến bộ khoa học và
kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử và công nghệ thông tin đã điều khiển các quá trình
làm việc của động cơ đốt trong ngày càng hiện đại hơn như kỹ thuật tổ chức quá trình
cháy phân lớp, thời điểm đóng mở cơ cấu phân phối khí thay đổi, hệ thống tự động
hồi lưu khí thải, hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử đã cho phép tối ưu hóa

-10quá trình công tác của động cơ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Một xu
hướng khác được nghiên cứu là sử dụng năng lượng điện trên động cơ ô tô giảm thiểu
đáng kể lượng khí thải ô nhiễm môi trường; tuy nhiên, giải pháp này phụ thuộc vào
nguồn năng lượng sử dụng để sản xuất điện năng nạp vào ac-quy cung cấp động lực
cho ô tô. Hơn nữa, khả năng tích trữ điện năng của ac-quy có giới hạn, nên hạn chế
quãng đường hoạt động độc lập của phương tiện giao thông sử dụng năng lượng này.

Hình 1.3: Khí thải ô tô đã gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường không khí

Trước những ưu điểm và hạn chế của phương tiện giao thông, các nhà khoa học
và hãng chế tạo ô tô có xu hướng: Nâng cao hiệu suất và giảm thiểu khí thải gây ô
nhiễm môi trường; Tối ưu hóa hệ thống điều khiển tự động và nâng cao tiện ích trên
ô tô; Tiếp tục nghiên cứu sử dụng có hiệu quả nhiên liệu sạch thay thế nhiên liệu
truyền thống đang ngày càng cạn kiệt. Động cơ sử dụng nhiên liệu thay thế cũng đang
được các nhà khoa học quan tâm và ô tô sinh thái là mục tiêu hướng tới của các nhà
khoa học và hãng chế tạo ô tô ngày nay.

1.1.2. Nhiên liệu thay thế sử dụng trên phương tiện giao thông
Những năm gần đây, khi nhu cầu năng lượng thế giới tăng, nguồn nhiên liệu
hóa thạch đang nhanh chóng cạn kiệt và tiêu chuẩn khí thải phương tiện giao thông
ngày càng nghiêm ngặt hơn. Khủng hoảng năng lượng toàn cầu và nguồn cung cấp
hạn chế nhiên liệu lỏng từ dầu đã nhóm lên một cuộc cách mạng về sự phát triển công
nghệ bền vững sản xuất nhiên liệu thay thế có nguồn gốc phi hóa thạch. Chính vì vậy,
đã có nhiều nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sạch thay thế nhiên liệu truyền thống trên


-11động cơ đốt trong như khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên (CNG), nhiên liệu
cồn, dầu thực vật, năng lượng điện, nhiên liệu hydrogen. Khi được sử dụng làm nhiên
liệu thay thế cho động cơ đốt trong, mỗi loại nhiên liệu sạch đều có ưu và nhược
điểm.

Khí dầu hóa lỏng (LPG) là một sản phẩm trong quá trình tinh chế dầu và cũng
được tìm thấy trong các mỏ khí tự nhiên. Sản phẩm này góp phần cải thiện môi
trường, giải phóng rất ít hạt bụi lơ lửng và không thải ra lưu huỳnh. Tuy nhiên, LPG
lại không mạng lại những lợi ích đáng kể đối với sự thay đổi khí hậu.
Khí thiên nhiên nén (CNG) và khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG): Các phương
tiện vận tải sử dụng khí thiên nhiên có thể mang lại những lợi ích thiết thực cho cả sự
thay đổi khí hậu và chất lượng không khí. Những phương tiện vận tải sử dụng khí
thiên nhiên sẽ thải ra ít hơn CO2 và NOx so với các phương tiện vận tải sử dụng xăng
và không thải ra những hạt bụi lơ lửng. Các phương tiện vận tải sử dụng khí thiên
nhiên cũng tạo ra ít tiếng ồn hơn.
Dầu diesel sinh học có thể được sản xuất từ những loại dầu thực vật mới hoặc
đã được sử dụng như dầu hướng dương, dầu đậu nành... Muốn sử dụng biodiesel như
nhiên liệu cho động cơ diesel thì chúng thường được pha trộn với diesel thông thường
và cần thêm chất phụ gia. Khi sử dụng dầu diesel sinh học có thể giảm việc phát xạ
khí nhà kính so với nhiên liệu truyền thống nhưng việc thải ra NOx làm cho dầu diesel
sinh học ít phù hợp đối với những vùng đô thị.
Cồn (Ethanol, Butanol và Propanol) có nguồn gốc từ thực vật có thể sử dụng
như là một nhiên liệu thay thế nhiên liệu hóa thạch. Trong thực tế, tính chất của cồn
tương tự như xăng và được xem là một nhiên liệu thay thế có thể được sản xuất từ sự
lên men đường và đang được sản xuất rộng rãi trên khắp thế giới.
Điện: những phương tiện vận tải điện không gây ô nhiễm khói bụi và sự phát
xạ khí nhà kính phụ thuộc vào phương pháp sử dụng để phát ra điện năng. Bộ nguồn
được nạp điện khi xe hơi dừng lại hoặc xuống dốc và sau đó được sử dụng như một
nguồn phụ khi tăng tốc. Tesla là hãng chuyên sản xuất ô tô điện, theo dự đoán của các
chuyên gia, sẽ sớm vượt lên dẫn đầu ngành công nghiệp xe hơi, trở thành hãng xe giá
trị nhất, tương tự điều mà Apple đã làm được đối với ngành điện thoại di động.


-12Pin nhiên liệu Hydrogen: Công nghiệp ô tô đang hướng tới tương lai sử dụng
pin nhiên liệu. Tất cả nhà sản xuất đều có một chương trình phát triển pin nhiên liệu.

Nếu bắt nguồn từ khí thiên nhiên, có thể hạn chế đến 60% khả năng giải phóng CO 2.
Hãng ô tô BMW đang phát triển việc sử dụng nhiên liệu hydrogen thay cho những
động cơ đốt trong truyền thống.

1.1.3. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.3.1. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới
Hiện nay có khoảng 50 nước trên thế giới khai thác và sử dụng nhiên liệu sinh
học ở các mức độ khác nhau. Nhiên liệu sinh học được dùng bao gồm: dầu thực vật
sạch, Butanol, diesel sinh học, dimetyl ether, ethy tertiary butyl ether và các sản phẩm
từ chúng. Năm 2006, toàn thế giới đã sản xuất khoảng 50 tỷ lít Ethanol (75% dùng
làm nhiên liệu) so với năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến năm 2012 là 80 tỷ lít; năm 2005
sản xuất 4 triệu tấn diesel sinh học, năm 2010 tăng lên khoảng trên 20 triệu tấn.

Hình 1.4: Sản lượng Biodiesel ở một số nước trên thế giới năm 2016

Hình 1.4 biểu diễn sản lượng biodiesel tại một số quốc gia trên thế giới năm
2016. Đứng đầu về sản lượng biodiesel trên thế giới là Mỹ với 5,5 triệu lít, tiếp sau
đó là Brazil với 3,8 triệu lít. Đứng thứ 3 lần lượt là các quốc gia Đức, Indonesia,


-13Agentina với 3 triệu lít năm 2016. Các quốc gia còn lại như Pháp, Thái Lan, Tây Ban
Nha, Bỉ, Colombia, Canada, Trung Quốc lần lượt chia nhau ở các vị trí còn lại và
đóng góp vào tổng sản lượng biodiesel trên toàn thế giới.

Hình 1.5: Sản lượng nhiên liệu sinh học ở một số khu vực trên thế giới

Hình 1.5 biểu diễn sản lượng nhiên liệu sinh học bao gồm Ethanol và biodiesel
ở Châu Âu, Châu Á, Nam và Trung Mỹ, Bắc Mỹ, và các khu vực khác trên thế giới
năm 2006 và năm 2016. Sản lượng ở tất cả các khu vực năm 2016 đều lớn hơn rất
nhiều so với năm 2006. Khu vực Bắc Mỹ có sản lượng lớn nhất thế giới với khoảng

33 tỷ tấn năm 2016. Các nước thuộc khu vực Châu Á và Châu Âu có sản lượng
biodiesel lớn nhất với khoảng hơn 10 tỷ tấn năm 2016. Mỹ có sự tăng trưởng lớn
nhất, 1930 chỉ vài nghìn tấ). Sản lượng biodiesel tăng 6,5%, trong đó Indonesia cung
cấp tới hơn 50% của sự tăng trưởng này.
Mỹ là quốc gia có sản lượng nhiên liệu sinh học lớn, quá trình sản xuất nhiên
liệu sinh học chủ yếu từ hạt bắp, hạt cao lương, thân cây cao lương ngọt và củ cải
đường. Khoảng 17% sản lượng bắp sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ dùng để sản xuất
Ethanol. Mỹ đặt chỉ tiêu sản xuất xăng sinh học để cung cấp 46% nhiên liệu cho xe
hơi năm 2010, 100% vào năm 2012. Đức là một nước tiêu thụ nhiều nhất xăng sinh
học trong cộng đồng EU, trong đó có khoảng 0,48 triệu tấn Butanol. Nguyên liệu
chính sản xuất Butanol là củ cải đường. Pháp là nước thứ hai tiêu thụ nhiều nhiên liệu
sinh học trong cộng đồng Châu Âu với mức khoảng 1,07 triệu tấn Butanol và diesel


-14sinh học năm 2006. Thụy Điển có chương trình chấm dứt hoàn toàn nhập khẩu xăng
cho xe hơi vào năm 2020, thay vào đó là tự túc bằng xăng sinh học. Hiện nay, 20%
xe ở Thụy Điển chạy bằng xăng sinh học, nhất là xăng Ethanol.
Để khuyến khích sử dụng xăng sinh học, chính phủ Thụy Điển không đánh thuế
xăng sinh học và trợ cấp xăng sinh học rẻ hơn 20% so với xăng thông thường. Ở Ấn
Độ, Chính phủ đã có chính sách sử dụng xăng sinh học trong những năm tới. Ấn Độ
gia tăng diện tích trồng cây dầu lai để sản xuất diesel sinh học. Thái Lan bắt đầu
nghiên cứu sản xuất xăng sinh học từ năm 1985. Năm 2011 Thái Lan thành lập Ủy
Ban nhiên liệu sinh học để điều hành và phát triển nghiên cứu, xăng sinh học đã bắt
đầu bán ở các trạm xăng từ 2003.

1.1.3.2. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam
Để đảm bảo an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường và thúc đẩy phát triển kinh
tế nông thôn tại các vùng sâu, vùng xa, ngày 20-11-2007, Thủ tướng Chính phủ đã
phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2025”. Theo
Quyết định số 53/2012/QĐ-TTg ngày 22 tháng 11 năm 2012 về việc ban hành lộ trình

áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống thì từ ngày
1/12/2014 xăng E5 được sản xuất, sử dụng ở một số thành phố và được sử dụng trên
toàn quốc kể từ 1/12/2015. Để thực hiện lộ trình trên, các địa phương đã tích cực triển
khai, đưa xăng E5 vào lưu thông, thay thế xăng RON92. Một số địa phương đã quyết
định triển khai sớm hơn so với lộ trình, như Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi và
Bà Rịa – Vũng Tàu.
Nhằm đảm bảo nguồn cung Ethanol cho thị trường, hiện Tập đoàn Dầu khí quốc
gia Việt Nam có 2 Nhà máy NLSH: Nhà máy NLSH Miền Trung và Nhà máy NLSH
Bình Phước đã hoàn thành và đi vào hoạt động thương mại, với công suất thiết kế
200.000 m3/năm. Theo Bộ Công Thương thì tính đến cuối năm 2013 đã có 03 nhà
máy ở các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Phước, Đồng Nai sản xuất Ethanol đạt tiêu chuẩn
đảm bảo cho việc phối trộn sinh học, với công suất thiết kế là 210.000 tấn/năm; 01
nhà máy ở Quảng Nam đang ngừng sản xuất để tái cơ cấu lại; 02 nhà máy ở Đắk
Nông và Kon Tum chưa sản xuất được Ethanol đạt tiêu chuẩn cho phép. Tổng công