Các giải pháp giảm phát thải cho phương tiện đang lưu hành dùng động cơ diesel

MỤC LỤC

1


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

Ký hiệu
Tên gọi
CO
Monoxit cacbon
Bộ lọc phục hồi liên tục

CRT
(Continuously Regenerating Traps)
Bộ xúc tác oxy hóa
DOC
(Diesel Oxydation Converter)
Bộ lọc giảm phát thải hạt
DPF
(Diesel Particulate Filter)
Hệ thống luân hồi khí thải
EGR
(Exhaust Gas Recirculation)
HAP
Hydrocacbon thơm mạch vòng
HC
Hydrocacbon
Xúc tác hấp thụ NOx dùng cho hỗn hợp nghèo
LNT
(Lean NOx Traps)
PM2.5
Phát thải hạt có kích thước nhỏ hơn 2.5(µm)
Bộ lọc PM trang bị sợi đốt
SFM
(Sintered Metal Filter)
Xử lý xúc tác khử NOx
SCR
(Seclective Catalyst Reduction)
SCRT Hệ thống tổng hợp CRT, SCR
Hàm lượng các chất hữu cơ độc hại bay lên
VOCs
trên không khí

Ppm
nồng độ theo khối lượng (Parts Per Million)
λ
Hệ số dư lượng không khí
SOOT Bồ hóng
thể tích của một chất trong một hỗn hợp, tính
Ppmv
theo phần triệu (Parts Per Million by Volume)
Pm
Các hạt vật chất (Particulates Matter)

2


DANH MỤC HÌNH
Nội dung
Hình 1.1. Sự phụ thuộc nồng độ NO vào nhiệt độ
Hình 1.2. Tỷ lệ NO2/NOx theo chế độ tải
Hình 1.3. Các giai đoạn hình thành PM
Hình 1.4a. Cơ chế trung gian về động hóa học của sự tạo thành bồ
hóng từ các phân tử aromatics

Trang
12
14
15

Hình 1.4b. Cơ chế hình thành PM từ aromatics và aliphatics

16

Hình 1.5. Tỷ lệ phát thải gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới
đường bộ tại Việt Nam

20

Hình 1.6. Tỷ lệ phát thải gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới
đường bộ tại TP.Hà Nội

20

Hình 2.1 a. Vòi phun thông thường, b. Vòi phun có thể tích chết nhỏ.

30

Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý của quá trình xử lý NOx bằng xúc tác chọn
lọc

33

Hình 3.2. Sơ đồ một hệ thống SCR Adblue đã được sử dụng thực tế

35

Hình 3.3. Sơ đồ hệ thống SCR hiện đại nhất hiện nay có thể đáp ứng
hoàn toàn tiêu chuẩn EURO 5

36

Hình 3.4. Sơ đồ hệ thống LNT

38

Hình 3.5. Quá trình hấp thụ NOx trong hỗn hợp nghèo

39

Hình 3.6. Các phẩn ứng trong các buồng xử lý

39

Hình 3.7. Sơ đồ hệ thống luân hồi khí thải EGR

42

Hình 3.8. Ảnh hưởng của luân hồi khí thải EGR đến lượng phát thải

43

Nội dung
Hình 4.1. Mức giảm thải của DOC

Trang
45

Hình 4.2. Kết cấu DOC Catalyst

46

Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý DOC

46

3

16


Hình 4.4. Tác dụng giảm phát thải của DOC

47

Hình 4.4. Sintered Metal Filter

51

Hình 4.5. Nguyên lý lọc của SMF

52

Hình 4.6. Hệ thống SMF

52

Hình 4.7. Khả năng lọc PM của SMF

53

Hình 4.8. Áp suất cản của SMF

54

Hình 4.9. SMF- CRT

55

Hình 4.10. Nguyên lý làm việc của SMF- CRT

55

Hình 4.11. Hệ thống DPF trên động cơ của Mitsubishi

57

Hình 4.12. Xúc tác trước lọc và Bộ lọc

58

Hình 4.13. Bộ xúc tác sau lọc

58

Hình 4.14. Kết quả thử nghiệm XD 90 với PM

62

Hình 4.15. Cấu tạo hệ thống CRT

64

Hình 4.16. Kết cấu bộ phận xúc tác

64

Hình 4.17. Kết cấu bộ phận lọc PM

65

Hình 4.18. Sơ đồ nguyên lý hệ thống CRT

65

Hình 4.19. Đưa thêm Glycol vào khí thải trước khi cho qua bộ xúc
tác

66

Nội dung
Hình 4.20. Hiệu quả làm sạch của CRT

67

Hình 4.21. Tác dụng của CRT đối với các hạt có kích thước nhỏ

68

Hình 4.22. SCRT

69

Hình 4.23. Vòi phun Urê

69

Hình 5.1. Bộ phận của bộ xương (bên trái) và hình ảnh bộ xương
đang được đùn qua khuôn (bên phải)

81

Hình 5.2. Bộ xúc tác oxy hóa của hãng The Sun

85

4

Trang


5


LỜI NÓI ĐẦU
Với lịch sử phát triển hàng trăm năm, ngành động cơ đã phát triển và đạt
được những thành tựu vượt bậc. Trong nhưng năm gần đây việc thiết kế cũng
như phát triển động cơ đốt trong không chỉ chú trọng đến tính năng vận hành
và tính kinh tế mà còn đặc biệt chú ý đến vấn đề môi trường. Động cơ nói
chung và động cơ diesel nói riêng đang là một trong những nguồn phát thải
gây ô nhiễm nặng nề ở nước ta, nhất là các đô thị. Cùng với sự tăng trưởng
của nền kinh tế thì nhu cầu về các loại phương tiện giao thông dùng trong các
lĩnh vực vận tải đường bộ, hang không, vận tải biển ngày một gia tăng. Trong

đó để đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ vận tải công cộng thì số lượng xe buýt
cũng tăng lên. Tuy nhiên số lượng xe buýt đạt tiêu chuẩn phát thải Euro 2 theo
uy định còn rất ít. Để hạn chế các thành phần gây ô nhiễm này, đã có rất nhiều
giải pháp được đưa ra bao gồm các giải pháp với động cơ và giải pháp xử lý
khí thải. Các biện pháp giảm phát thải cho động cơ diesel lắp trên các phương
tiện là một trong những vấn đề hết sức cấp bách
Với đề tài: “Các giải pháp giảm phát thải cho phương tiện đang lưu
hành dùng động cơ diesel” hướng tới góp phần giải quyết các yêu cầu giảm
phát thải của thực tiễn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn ít
nên trong đề tài không thể tránh khỏi thiết sót. Em rất mong sự góp ý của các
thầy cô trong bộ môn, các chuyên gia và những người quan tâm đến vấn đề
này để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin cám ơn thầy Nguyễn Minh Châu đã tận tình hướng dẫn để em có
thể hoàn thành đề tài này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô giáo trong
khoa Kỹ thuật ô tô & Máy động lực, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian qua. Em xin chân thành
cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

6


Phạm Văn Hậu

7


CHƯƠNG I TÌNH HÌNH Ô NHIỄM DO KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ

1.1.
1.1.1.

Thành phần và cơ chế hình thành các chất độc hại trong quá trình khai
thác và sử dụng động cơ diesel
CO
Phản ứng cháy tạo ra CO: 2C + O2 → 2CO

(1.1)

Động cơ Diesel là loại động cơ hình thành hỗn hợp cháy bên trong và
hoạt động cháy xảy ra do bị nén. Tuy hệ số dư lượng không khí λ >1, tức là
thừa Oxy nhưng vẫn có CO trong thành phần khí thải ra vì hỗn hợp hình
thành trong buồng đốt trong thời gian ngắn, độ đồng đều không cao nên vẫn
có những vùng cục bộ thiếu Oxy. Tại đó, lượng Oxy không đủ để chuyển hóa
CO thành CO2:
2CO + O2 → 2CO2

(1.2)

Lượng CO có trong khí thải của động cơ Diesel thường ít hơn rất nhiều
so với động cơ xăng.
1.1.2. HC

Do nguyên lí làm việc của động cơ Diesel, thời gian lưu lại của nhiên
liệu trong buồng cháy ngắn hơn trong động cơ đánh lửa cưỡng bức nên thời
gian dành cho việc hình thành sản phẩm cháy không hoàn toàn cũng rút ngắn
làm giảm thành phần hydrocarbure cháy không hoàn toàn trong khí xả.
Do nhiên liệu Diesel chứa hydrocarbure có điểm sôi cao, nghĩa là khối
lượng phân tử cao, sự phân hủy nhiệt diễn ra ngay từ lúc phun nhiên liệu.

Điều này là tăng tính phức tạp của thành phần hydrocarbure cháy không hoàn
toàn trong khí xả.
Quá trình cháy trong động cơ Diesel là một quá trình phức tạp, trong quá
trình đó diễn ra đồng thời sự bay hơi nhiên liệu và hòa trộn nhiên liệu với
không khí và sản phẩm cháy. Khi độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp quá lớn

8


hoặc quá bé đều làm giảm khả năng tự cháy và lan tràn màng lửa. Trong
trường hợp đó nhiên liệu sẽ được đốt cháy từng phần trong những phản ứng
oxy hóa diễn ra chậm ở giai đoạn giãn nở sau khi hòa trộn thêm không khí.
Chúng ta có thể chia ra hai khu vực đối với bộ phận nhiên liệu được
phun vào buồng cháy trong giai đoạn cháy trễ: khu vực hỗn hợp quá nghèo do
pha trộn với không khí quá nhanh và khu vực hỗn hợp quá giàu do pha trộn
với không khí quá chậm. Trong trường hợp đó, chủ yếu là khu vực hỗn hợp
quá nghèo diễn ra sự cháy không hoàn toàn còn khu vực hỗn hợp quá giàu sẽ
tiếp tục cháy khi hòa trộn thêm không khí.
Đối với bộ phận nhiên liệu phun sau giai đoạn cháy trễ, sự oxy hóa nhiên
liệu hay các sản phẩm phân hủy nhiệt diễn ra nhanh chóng khi chúng dịch
chuyển trong khối khí ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên sự hòa trộn không đồng đều
có thể làm cho hỗn hợp quá giàu cục bộ hay dẫn đến sự làm mát đột ngột làm
tắt màng lửa, sinh ra các sản phẩm cháy không hoàn toàn trong khí xả.
Mức độ phát sinh HC trong động cơ Diesel phụ thuộc nhiều vào điều
kiện vận hành; ở chế độ không tải hay tải thấp, nồng độ HC cao hơn ở chế độ
đầy tải. Thêm vào đó, khi thay đổi tải đột ngột có thể gây ra sự thay đổi mạnh
các điều kiện cháy dẫn đến sự gia tăng HC do những chu trình bỏ lửa.
Cuối cùng, khác với động cơ đánh lửa cưỡng bức, không gian chết trong
động cơ Diesel không gây ảnh hưởng quan trọng đến nồng độ HC trong khí
xả vì trong quá trình nén và giai đoạn đầu của quá trình cháy, các không gian

chết chỉ chứa không khí và khí sót. Ảnh hưởng của lớp dầu bôi trơn trên mặt
gương xylanh, ảnh hưởng của lớp muội than trên thành buồng cháy cũng như
ảnh hưởng của sự tôi màng lửa [2] đối với sự hình thành HC trong động cơ
Diesel cũng không đáng kể so với trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.
1.1.3. NOX
1.1.3.1.

Cơ chế hình thành monoxyde nitơ

Trong họ NOx thì NO chiếm tỉ lệ lớn nhất. NOx chủ yếu do N trong
không khí nạp vào động cơ tạo ra. Nhiên liệu xăng hay Diesel chứa rất ít nitơ
nên ảnh hưởng của chúng đến nồng độ NO x không đáng kể. Nhiên liệu nặng

9


sử dụng ở động cơ tàu thủy tốc độ thấp có chứa khoảng vài phần nghìn nitơ (tỉ
lệ khối lượng) nên có thể phát sinh một lượng nhỏ NO x trong khí xả. Sự hình
thành NO do oxy hóa nitơ trong không khí có thể được mô tả bởi cơ chế
Zeldovich. Trong điều kiện hệ số dư lượng không khí xấp xỉ 1, những phản
ứng chính tạo thành và phân hủy NO là:
O + N 2 € NO + N
N + O2 € NO + O

(1.3)
(1.4)

N + OH € NO + H

(1.5)

Phản ứng (1.5) xảy ra khi hỗn hợp rất giàu. NO tạo thành trong màng lửa
và trong sản phẩm cháy phía sau màng lửa.Trong động cơ, quá trình cháy diễn
ra trong điều kiện áp suất cao, vùng phản ứng rất mỏng (khoảng 0,1mm) và
thời gian cháy rất ngắn; thêm vào đó, áp suất trong xilanh tăng trong quá trình
cháy, điều này làm nhiệt độ
của bộ phận khí cháy trước
cao hơn nhiệt độ đạt được
ngay sau khi ra khỏi khu vực
màng lửa nên đại bộ phận NO
hình thành trong khu vực sau
màng lửa. Sự phụ thuộc nồng
độ NO vào nhiệt độ như hình
1.1 [2]
Hình 1.1. Sự phụ thuộc nồng độ NO vào nhiệt
độ
Sự hình thành NO phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ. Hình cho thấy mức
độ tiến triển của phản ứng:
N 2 + O2 € 2 NO

(1.6)

Phản ứng tạo NO có tốc độ thấp hơn nhiều so với phản ứng cháy. Nồng

10


độ NO cũng phụ thuộc mạnh vào nồng độ oxy. Vì vậy trong điều kiện nhiệt
độ cao và nồng độ O2 lớn thì nồng độ NO trong sản phẩm cháy cũng lớn.
1.1.3.2.

Sự hình thành dioxyde nitơ

Nồng độ NO2 có thể bỏ qua so với NO nếu tính toán theo nhiệt động học
cân bằng trong điều kiện nhiệt độ bình thường của ngọn lửa. Kết quả này có
thể áp dụng gần đúng trong trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức. Đối với
động cơ Diesel, người ta thấy có đến 30% NO x dưới dạng NO2. Dioxyde nitơ
NO2 được hình thành từ monoxyde nitơ NO và các chất trung gian của sản
vật cháy theo phản ứng sau:
NO + HO2 € NO2 + OH

(1.7)

Trong điều kiện nhiệt độ cao, NO2 tạo thành có thể phân giải theo phản
ứng:
NO2 + O € NO + O2

(1.8)

Trong trường hợp NO2 sinh ra trong ngọn lửa bị làm mát ngay bởi môi
chất có nhiệt độ thấp thì phản ứng (1.8) bị khống chế, nghĩa là NO 2 tiếp tục
tồn tại trong sản vật cháy. Vì vậy khi động cơ xăng làm việc kéo dài ở chế độ
không tải thì nồng độ NO2 trong khí xả sẽ gia tăng. Tương tự như vậy, khi
động cơ Diesel làm việc ở chế độ tải thấp thì phản ứng ngược biến đổi NO 2
thành NO cũng bị khống chế bởi các vùng không khí có nhiệt độ thấp.
Dioxyde nitơ cũng hình thành trên đường xả khi tốc độ thải thấp và có sự hiện
diện của oxy.
Hình 1.2 [2] cho thấy biến thiên của tỉ lệ NO 2/NOx trên đường xả động
cơ Diesel theo chế độ tải. Tỉ lệ này càng cao khi tải càng thấp. NO2 là chất
độc khí nhất trong họ NOx vì vậy việc tổ chức tốt quá trình cháy để giảm tốc

độ phản ứng tạo thành và tăng tốc độ phản ứng phân giải chất ô nhiễm này có
ý nghĩa quan trọng.

11


Hình 1.2. Tỷ lệ NO2/NOx theo chế độ tải
1.1.3.3.

Sự hình thành protoxyde nitơ

Protoxyde nitơ N2O chủ yếu hình thành từ các chất trung gian NH và
NCO khi chúng tác dụng với NO:
NH + NO € N 2O + H
NCO + NO € N 2O + CO

(1.9)
(1.10)

N2O chủ yếu được hình thành ở vùng oxy hóa có nồng độ nguyên tử H
cao, mà hydrogène là chất tạo ra sự phân hủy mạnh protoxyde nitơ theo phản
ứng:
NO2 + H € NH + NO
N 2O + H € N 2 + OH

(1.11)
(1.12)

Chính vì vậy N2O chỉ chiếm tỉ lệ rất thấp trong khí xả của động cơ đốt
trong (khoảng 3 ÷ 8ppmV).

1.1.4.

PM (Chất thải dạng hạt- bồ hóng)

12


Các nghiên cứu cơ bản về quá trình hình thành bồ hóng trong các ngọn
lửa và trong buồng cháy động cơ Diesel đã được đề cập nhiều trong các tài
liệu gần đây với 5 cơ chế hình thành hạt bồ hóng điển hình:
- Polyme hóa qua acetylen và polyacetylen
- Khởi tạo các hydrocarbure thơm đa nhân (HAP)
- Ngưng tụ và graphit hóa các cấu trúc HAP
- Tạo hạt qua các tác nhân ion hóa và hợp thành các phân tử nặng
- Tạo hạt qua các tác nhân trung tính và phát triển bề mặt hợp thành

các thành phần nặng.
Hiện nay người ta thường mô tả sự hình thành bồ hóng qua 4 giai đoạn
được tóm tắt trên hình 1.3 [2]

Hình 1.3. Các giai đoạn hình thành PM
Vật chất của pha ngưng tụ đầu tiên phát triển từ những phân tử nhiên liệu

13


thong qua các sản phẩm của sự oxy hóa hoặc các sản phẩm phân hủy nhiệt
(pyrolyse). Những sản phẩn này gồm những hydrocarbure không bão hòa
khác nhau, đặc biệt là acetylen và các đồng vị bậc cao của nó, và những HAP.
Hai dạng phần tử này được coi như là nhân tố chính trong sự hình thành bồ

hóng. Phản ứng ngưng tụ của những phân tử thể khí dẫn đến sự hình thành
các hạt nhân bồ hóng đầu tiên có đường kính rất bé (d < 2nm), đây là các hạt
cơ sở được hợp thành bởi một lượng lớn các gốc tinh thể đơn lẻ có kích thước

từ 20 – 30 A0 [2].
Hình 1.4a. Cơ chế trung gian về động hóa học của sự tạo thành bồ hóng từ
các phân tử aromatics

14


Hình 1.4b. Cơ chế hình thành PM từ aromatics và aliphatics
Cơ chế tổng quát về sự tạo thành hạt nhân bồ hóng ở nhiệt độ thấp và
trung bình được trình bày trên hình 1.4a, b. Ở nhiệt độ thấp (<1700K),
hydrocarbure thơm có thể sinh ra bồ hóng một cách trực tiếp và nhanh chóng
biến thành cấu trúc gần graphite. Khi nhiệt độ cao hơn 1800K, một cơ chế
hình thành bồ hóng khác diễn ra chậm hơn và ít trực tiếp hơn, trước hết qua
trung gian những thành phần HC có khối lượng phân tử nhỏ và sau đó bị
polymer hóa thành những phần tử kém bão hòa có khối lượng phân tử lớn
hơn. Đây là các mầm cơ bản để hình thành các hạt nhân bồ hóng.
Theo Borghi, sự hình thành bồ hóng qua trung gian các aromatics được
viết như sau:
Aromatic → (khử hydro) → Alcanes (CH4, C2H6...) → Các gốc Alcolyles
(CH3, C2H5....→ Alcenes (C2H4) → Alcynes (C2H2) → (khử hydro) → Các
gốc C2H và sau đó: C2H + C2H2 → C4H2+ H.
C2H và Diacetylene C2H4 lại tiếp tục tác dụng với nhau như hình 1.4a và
cơ chế tiếp tục kéo dài. Ở mỗi một chu trình đều có sự tham gia của C2H2.
Hợp chất chứa lưu huỳnh

1.1.5.

Trong nhiên liệu Diesel có chứa Lưu huỳnh là tạp chất còn sót lại trong
quá trình chưng cất dầu mỏ.Lưu huỳnh cháy:
S + O2 → SO2

(1.13)

Khí SO2 được thải ra ngoài môi trường sẽ kết hợp với hơi nước tạo
thành axit gây ăn mòn kim loại hoặc ngưng tụ thành mây gây ra mưa
axit.Ngoài ra, SO2 cũng góp phần tạo ra PM là muối gốc axit.
Tác hại của NOX và PM
NOX

1.2.
1.2.1.
1.2.1.1.

Ảnh hưởng của NOx đến sức khỏe con người

NOx có thể đi sâu vào phổi con người do ít hòa tan trong nước. Khi vào

15


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 NO 2 cao hơn rất nhiều
lần so với NO.
1.2.1.2.

Ảnh hưởng của NOx đến thực vật

NOx chỉ ảnh hưởng đến thực vật khi nồng độ của nó đủ lớn. Người ta
thấy ở vùng đô thị hóa cao, nồng độ NO x đạt khoảng 3, 93 ppm, sự quang hợp
của thực vật chỉ giảm đi 25%. Thí nghiệm đặt cây dưa leo trong không 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 không khí nhân tạo với nồng độ NOx cao hơn 10 lần so với nồng
độ của chúng trong không khí khi bị ô nhiễm nặng nhất cho thấy các loại cây
này không bị hư hại gì nhưng nồng độ nitơ tổng cộng trong môi trường gia
tăng.
Các thí nghiệm trên cây cam trồng trong không gian nhà kính với 4 điều
kiện môi trường không khí như sau:
- Không khí nguyên thủy nơi làm thí nghiệm.
- Không khí được lọc.
- Không khí lọc + NO2 với nồng độ môi trường.
- Không khí lọc + 2 lần nồng độ NO2 trong môi 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 có khuynh hướng rụng nhiều hơn cây trong điều kiện 2.
Lượng lá rụng nhiều nhất trong môi trường không khí 4 nhưng lượng trái cây
thu hoạch được tối ưu nhất trong môi trường 3. Những thí nghiệm khác được
tiến hành bằng cách đặt cam trong môi trường không khí ô 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 dài (2÷10 ppm; 4÷20μg/m3 trong nhiều ngày). Oxyde nitơ
không gây tác hại đến thực vật với nồng độ của chúng hiện nay trong khí

16

quyển. Chỉ có sự tham dự của NOx vào các phản ứng hóa quang mới được
xem là nguy hiểm vì NOx tác dụng với một số chất khác có mặt trong không
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 môi 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.

PM (bồ hóng)

PM là chất ô 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, ngoài việc gây trở
ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong
không khí, nó còn 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. Ngoài ra, bồ hóng cũng có khả năng gây ung thư da nếu nạn nhân tiếp
xúc thường xuyên với chúng và gây bệnh tụ máu dẫn đến những tác động
nguy hiểm đến hệ tim mạch.
Trong môi trường, các hạt bồ hóng trong không khí có tác dụng hấp thụ
và khuếch tán ánh sáng mặt trời, làm giảm độ trong suốt của khí quyển và do
đó làm giảm tầm nhìn. So với nông thôn, ở đô thị bức xạ mặt trời đo được
trên mặt đất nhỏ hơn khoảng 15- 20%.Khi nồng độ bồ hóng trong không khí
đạt khoảng 0, 1mg/m3 thì tầm nhìn xa chỉ còn 12km (so với tầm nhìn xa cực
đại 36km), nhất là trong các đô thị có độ phát tán tầm thấp yếu và trên các
trục lộ có sự tập trung phương tiện Diesel ở giờ cao điểm (nếu có khoảng
20% xe vận tải Diesel trong luồng thì tầm nhìn giảm từ 25- 30%). Điều này
gây mất an toàn giao thông. Ngoài ra, khi bồ hóng bám vào lá cây xanh thì
khả năng quang hợp của lá cây bị giảm, làm cây cối dễ bị héo chết. Bồ hóng

bám vào các công trình xây dựng sẽ gây ra sự ăn mòn kim loại gây thiệt hại
lớn về vật chất cũng như kinh tế.
1.3.
1.3.1.

Thực trạng ô nhiễm do xe sử dụng động cơ diesel đang lưu hành ở
Việt Nam
Thực trạng ô nhiễm

17


Theo báo cáo mới nhất của tổng cục bảo vệ môi trường năm 2007 thì
phát thải từ hoạt động giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm không khí lớn
nhất ở đô thị, chủ yếu gây ra ô nhiễm các khí độc hại như CO, NO x hơi xăng
dầu (HmCn, VOCs), bụi chì, benzene, và bụi PM2,5. Biểu đồ hình 1.5:

Hình 1.5. Tỷ lệ phát thải gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường bộ
tại Việt Nam
Biểu đồ hình 1.5 [3] cho thấy tỷ lệ phát thải các khí ô nhiễm của các loại
phương tiện khác nhau.Xe máy là nguồn đóng góp chính các khí như CO,
HmCn và VOCs. Trong khi đó xe tải lại thải ra nhiều SO2, và NOx.
Phương tiện giao thông chạy xăng phát thải các khí ô nhiễm CO, H mCn,
Pb nhiều hơn hẳn so với phương tiện giao thông chạy dầu Diesel. Ngược lại
phương tiện giao thông chạy dầu Diesel lại phát thải nhiều PM nhất (Biểu đồ
hình 1.6) [3]

18

Hình 1.6. Tỷ lệ phát thải gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường bộ
tại TP.Hà Nội
Ngoài ra, đối với các thành phố có các cảng biển lớn, hoạt động giao
thông vận tải của cảng cũng thải ra một lượng khí ô nhiễm đáng kể. Trong khi
đó tại các thành phố lớn như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh … sự phát triển của
giao thông, xây dựng đã kéo số lượng các phương tiện vận tải tăng lên nhanh
chóng đặc biệt là xe buýt và xe tải. Tuy nhiên, trong quá trình khai thác do
việc nâng cấp, sửa chữa hệ thống giảm thải chưa được quan tâm nên các
phương tiện đã đóng góp không nhỏ vào quá trình làm ô nhiễm không khí.
1.3.2.

Các biện pháp đang được áp dụng

Từ ngày 1/7 năm 2006 xe ô tô lưu hành ở 5 đô thị lớn là Hà Nội, Hải
Phòng, TP.HCM, Đà Nẵng và Cần Thơ sẽ áp dụng tiêu chuẩn khí thải mới.
Đối với động cơ xăng, giới hạn tối đa cho phép của khí thải là không quá 4,
5 CO, không quá 1.200 ppm với động cơ 4 kỳ, 7.800 ppm với động cơ 2 kỳ,
3.300 ppm với động cơ có kết cấu đặc biệt và không quá 72% HSU với động
cơ diesel.
Song song với việc áp dụng chỉ tiêu về khí thải Euro II các biện pháp kỹ
thuật cũng được áp dụng chặt chẽ hơn. Theo quyết định của bộ trưởng BỘ
GIAO THÔNG VẬN TẢI số 992/2003/QĐ- BGTVT ngày 09 tháng 4 năm
2003 ban hành quy định bảo dưỡng kỹ thuật, sửa chữa ôtô như sau:
- Tính năng và tình trạng kỹ thuật của ôtô được duy trì bằng biện pháp bảo

19


dưỡng kỹ thuật bắt buộc và sửa chữa theo yêu cầu cần thiết.
- Trước khi tiến hành bảo dưỡng, sửa chữa phải kiểm tra tính năng kỹ thuật của

ôtô để đề ra giải pháp phù hợp.
- Khi ôtô hoạt động đến chu kỳ bảo dưỡng đã qui định, phải làm công tác bảo

dưỡng.
- Căn cứ theo yêu cầu của nhà chế tạo và đặc thù trong khai thác ôtô (địa hình

hoạt động, phân vùng lãnh thổ, khí hậu, yêu cầu kỹ thuật) để hoạch định chu
kỳ bảo dưỡng, sửa chữa phù hợp.
Việc bảo dưỡng sửa chữa định kỳ đúng theo quy định không chỉ có tác
dụng đảm bảo cho xe hoạt động an toàn, ổn định mà còn đảm bảo việc giảm
phát thải các khí độc hại do hỏng hóc các thiết bị giảm thải khi xe vận hành
lâu ngày.
Đẩy mạnh công tác nghiên cứu, khuyến khích sử dụng các công nghệ
giảm phát thải mới như: sử dụng nhiên liệu sinh học, sử dụng bộ xúc tác xử lý
khí thải Catalyst….
1.3.3.

Sự cần thiết phải nghiên cứu biện pháp giảm phát thải

Theo dự báo của Tổng cụ Bảo Vệ Môi Trường thì với đà tăng số lượng
xe mạnh như hiện nay (10A% đối với xe ô tô và 15% đối với xe gắn máy) thì
đến năm 2010 số lượng xe lưu hành trên địa bàn Hà Nội sẽ là:
Bảng 1.1: Thống kê số lượng xe máy và ô tô tại Hà Nội [4]
Loại xe
Xe máy
Ô tô

2006
1.700.000

157.000

2010
2.720.000
219.000

2020
6.800.000
307.720

Với số lượng xe như vậy hoạt động thì trong tương lai tại Hà Nội, lượng
bụi PM, SO2, NOx và CO phát thải ra sẽ rất lớn ảnh hưởng rất nghiêm trọng
đến sức khỏe của người dân và đến sự phát triển của kinh tế.
Vì vậy, nghiên cứu các biện pháp giảm phát thải cho xe cơ giới đang lưu
hành là công việc rất quan trọng.Việc đưa ra các biện pháp giảm phát thải cho

20


các loại xe cũng nằm trong chiến lược phát triển bền vững của Việt Nam.
1.4.

Ý nghĩa khoa học và thực tế của đề tài

Đề tài tập trung nghiên cứu các giảm pháp giảm phát thải cho phương
tiên cơ giới đang lưu hành dùng động cơ Diesel ở Việt Nam.Vì vậy, về mặt
khoa học đề tài giới thiệu những công nghệ mới nhất về việc xử lý khí thải ở
trên thế giới. Tập trung vào nguyên lý, cơ chế xử lý các chất độc hại trong khí
thải động cơ Diesel. Góp phần vào công việc nghiên cứu và phát triển những
công nghệ mới này ở Việt Nam

Việc áp dụng cho đối tượng xe Buýt và xe tải cũng phù hợp với nhu cầu
thực tế của việc đảm bảo giảm ô nhiễm môi trường ở trong nước vì đây là
nhưng phương tiện đặc thù đang lưu hành ở Việt Nam, đặc biệt là các thành
phố lớn. Từ những nghiên cứu về nguyên lý trong đề tài, có thể áp dụng vào
thực tế để chế tạo các bộ xử lý khí thải hợp lý cho từng loại xe đang lưu hành
ở Việt Nam.

21


CHƯƠNG II: CÁC GIẢI PHÁP GIẢM PHÁT THẢI ĐỐI VỚI
PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL

2.1. Biện pháp xã hội
2.1.1. Tăng cường một số biện pháp nhằm giảm phát thải
Tăng cường phương tiện giao thông công cộng như xe bus, xe điện
ngầm, xe điện trên không…Và các hình thức giao thông gây ô nhiễm. Khuyến
khích sự phát triển của các phương tiện giao sử dụng năng lượng sạch như khí
thiên nhiên, khí hoá lỏng, cồn nhiên liệu…
Thực hiện nghiệm túc các quy định của pháp luật liên quan đến phát thải của
các phương tiện giao thông như:
- Triển khai có hiệu quả việc áp dụng tiêu chuẩn EURO 2.
- Không cho lưu hành những xe quá cũ, không đảm bảo chất lượng, kiểm tra

có hiệu quả giai đoạn cuối trong lộ trình loại bỏ xe liên hạn theo nghị định
23/2004/NĐ- CP của chính phủ.
2.1.2. Đẩy mạnh vấn đề nghiên cứu, đào tạo vấn đề về môi trường không
khí
2.1.2.1. Đẩy mạnh vấn đề nghiên cứu.
-

Tăng cường các hoạt động nghiên cứu khoa học và công nghệ trong
lĩnh vực môi trường.
Tăng cường các hoạt động nghiên cứu về các ảnh hưởng của ô nhiễm
đến con người, phát triển kinh tế để đề ra các biện pháp phù hợp nhằm
bảo vệ sức khoẻ cộng đồng và sự phát triển bền vững của đất nước

2.1.2.2. .Đẩy mạnh vấn đề đào tạo
Tiếp tục mở rộng chỉ tiêu đào tạo của các chuyên nghành môi trường ở tất cả
các trình độ đào tạo, trong đó mở rộng các chuyên nghành về đào tạo môi
trường không khí.

22


Tăng cường lồng ghép các nội dung đào tạo về môi trường vào trong đào tạo
các chuyên nghành khác. Các chuyên gia trong lĩnh vực khác cũng cần đào
tạo và có kiến thức về bảo vệ môi trường
2.1.2.3. Tăng cường sự tham gia của cộng đồng


Nâng cao ý thức của cộng đồng.

-

Tăng cường nâng cao ý thức của các nhà quản lý, lập chính sách về ô
nhiễm môi trường, các tác động và ảnh hưởng do ô nhiễm sinh ra.

-

Nâng cao nhận thức của cộng đồng về tầm quan trọng của chất lượng
môi trường đối với sức khoẻ cộng đồng, cũng như ảnh hưởng của nó
tới chất lượng cuộc sống.

-

Tăng cường tuyên truyền, cung cấp thông tin chất lượng không khí
cho cộng đồng, xây dựng và phổ biến áp dụng chỉ số chất lượng không
khí.

-

Công khai các số liệu, thông tin liên quan đến ôi nhiễm không khí trên
các phương tiện thông tin đại chúng để cộng đồng có nhận thức đúng
về ô nhiễm môi trường và nâng cao ý thức của cộng đồng về bảo vệ
môi trường.



Tăng cường sự tham gia của cộng đồng.

-

Đưa cộng đồng tham gia trực tiếp vào hệ thống quản lý môi trường.

-

Xây dựng các cơ chế cụ thể để thu hút sự ủng hộ và tham gia của cộng
đồng trong công tác bảo vệ môi trường không khí.

2.1.2.4. Tiếp tục triển khai mạnh mẽ chương trình cải thiện chất lượng không
khí
Bộ giao thông vận tải trình thủ tướng chính phủ xem sét phê duyệt trong
thám 10 năm 2008 đề án: “Kiểm soát khí thải môtô, xe máy, đang lưu thông
tại các thành phố lớn” dự án ưu tiên số 6 để tổ chức thực hiện.
Năm 2009 Bộ Giao Thông Vận Tải đưa trung tâm thử nghiệm khí thải xe

23


cơ giới vào hoạt động phục vụ công tác thử nghiệm đánh giá mức phát thải
phương tiện giao thông cơ giới theo quy định.
Bộ giao Thông vận tải xây dựng lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải theo
EURO III và EURO IV.
2.1.2.5. Lựa chọn các giải pháp ưu tiên
Việc triển khai đồng bộ các giải pháp là sự tối ưu. Vấn đề trước mắt là
triển khai một số giải pháp ưu tiên việc lưa chọn các giải pháp ưu tiên hiện
nay dưạ trên các cơ sở sau đây: tính cấp thiết của vấn đề, tính hiệu quả, khả
năng đầu tư và khả năng tổ chức thực hiện.
- Hoàn thiện tổ chức cơ quan quản lý môi trường không khí đô thị do bộ tài

nguyên môi trường chủ trì phối hợp với bộ nội vụ.
- Xác lập cơ chế thông tin về môi trường không khí đô thị do bộ tài nguyên và

môi trường chủ trì.
- Xây dựng các quy chế bảo vệ môi trường không khí đô thị do các thành phố

chủ trì.
- Xây xựng kế hoạch quản lý chất lượng môi trường không khí quốc gia.
- Đẩy mạnh hoạt động quan chắc, kiểm kê nguồn phát thải, kiểm soát môi

trường không khí đô thị.
- Kiểm soát hạn chế các nguồn gây ô nhiễm bụi do các thành phố chủ trì.
- Triển khai mạnh mẽ các dự án của chương trình cải thiện chất lượng không

khí ở các đô thị do bộ giao thông vận tải chủ trì.
2.2. Biện pháp công nghệ
Để đảm bảo các thành phần độc hại trong khí thải trong giới hạn cho phép của
tiêu chuẩn, có nhiều phương pháp nhưng có thể chia làm hai nhóm:
2.2.1. Nhóm thứ nhất
Bao gồm các biện pháp liên quan đến loại nhiên liệu, cấu tạo và tổ chức
các quá trình làm việc của động cơ... còn gọi là các biện pháp nội tại động cơ

24


như: dùng hệ thống nhiên liệu common rail, động cơ lai (hybrid engine), luân
hồi khí thải, dùng nhiên liệu thay thế, lựa chọn phương pháp tạo thành hỗn
hợp thích hợp, dùng hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử.
2.2.1.1. Thay thế nhiên liệu bằng diesel sinh học
 Giới thiệu qua về Diesel sinh học:

Để sản xuất diesel sinh học người ta pha khoảng 10% Mêtanol vào dầu
thực vật và dùng nhiều chất xúc tác khác nhau (đặc biệt là hiđrôxít kali,
hiđrôxít natri và các ancolat). Ở áp suất thông thường và nhiệt độ vào khoảng
60°C liên kết este của glyxêrin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo
sẽ được este hóa với mêtanol. Chất glyxêrin hình thành phải được tách ra khỏi
dầu diesel sinh học sau đấy.
Thông qua việc chuyển đổi Este này dầu diesel sinh học có độ nhớt ít
hơn dầu thực vật rất nhiều và có thể được dùng làm nhiên liệu thay thế cho

dầu diesel mà không cần phải cải biến động cơ để phù hợp.
Tùy theo loại của nguyên liệu cơ bản người ta còn chia ra thành:
- RME (Rape Mêthyl este): Mêthyl este của cây cải dầu.
- SME (Sunflower Mêthyl este): Mêthyl este của dầu cây đậu nành hay dầu

cây hướng dương.
- PME (Palm Mêthyl este): Mêthyl este của dầu dừa hay dầu hạt cau.

Bên cạnh đó còn có mêthyl este từ mỡ nhưng chỉ có những sản phẩm
hoàn toàn từ dầu thực vật (PME và đặc biệt là RME) là được dùng trong các
loại xe diesel hiện đại, khi được các nhà sản xuất cho phép.
 Ưu điểm của Diesel sinh học là:

Diesel sinh học được tạo thành từ một phản ứng hóa học rất đơn giản.
Diesel sinh học có nhiều ưu điểm đối với môi trường so với diesel thông
thường: Diesel sinh học từ cây cải dầu phát sinh khí thải ít hơn rất nhiều so
với nhiên liệu hóa thạch. Bụi trong khí thải được giảm một nửa, các hợp chất
hyđrocacbon được giảm thiểu đến 40%. Diesel sinh học gần như không chứa

25