Nghiên cứu chế tạo thiết bị tạo khí HHO làm nhiên liệu cho động cơ xe gắn máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

-----------***-----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ TẠO KHÍ HHO LÀM
NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY

SVTH: NGUYỄN ĐÀI
MSSV: 13145066
SVTH: NGUYỄN KHẮC THẮNG
MSSV: 13145245
GVHD: TS. TRẦN THANH THƯỞNG


Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

-----------***-----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Tên đề tài
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ TẠO KHÍ HHO LÀM
NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY

SVTH: NGUYỄN ĐÀI
MSSV: 13145066
SVTH: NGUYỄN KHẮC THẮNG
MSSV: 13145245
GVHD: TS. TRẦN THANH THƯỞNG


Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt bốn tháng làm đồ án khó khăn và vất vả, nhóm
chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với
các thầy cô của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, đặc biệt là các
thầy cơ khoa Cơ khí động lực của trường đã tạo điều kiện cho nhóm
có thể hồn thành tốt đồ án này. Nhóm cũng chân thành gửi lời cảm
ơn đến Thầy TS. Trần Thanh Thưởng đã tận tình hướng dẫn và giúp
đỡ nhóm hồn thành đồ án này. Cuối cùng cũng không quên gửi lời
cảm ơn tới gia đình và bạn bè và người thân đã ln giúp đỡ động
viên khi nhóm gặp khó khăn, cảm ơn chính bản thân mỗi cá nhân
trong nhóm đã cùng nhau hồn thành tốt đồ án.
Trong q trình tìm kiếm tài liệu, làm đồ án cũng như quá trình
chế tạo thiết bị, các thành viên trong nhóm khó tránh khỏi sai sót,
rất mong các Thầy, Cơ bỏ qua. Đồng thời do trình độ dịch thuật cũng
như kinh nghiệm thực tiễn cịn hạn chế nên bài báo cáo khơng thể
tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót, nhóm rất mong nhận được ý
kiến đóng góp Thầy, Cơ để nhóm có thêm được nhiều kinh nghiệm
sau khi ra trường.
Nhóm xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT
Đồ án này nghiên cứu các vấn đề liên quan đến cách thức để
tạo ra nguồn khí HHO, những điều kiện để hình thành cũng như thu
thập khí HHO với hiệu suất cao, ít tốn năng lượng.
Các vấn đề mà nhóm nghiên cứu bao gồm:
Thực trạng về vấn đề ô nhiễm môi trường chung hiện nay,
nguyên nhân vì sao hiện nay trên thế giới đang quan tâm đến nguồn
nhiên liệu mới, sạch, thân thiện với mơi trường?
Khí HHO là gì, đặc điểm nổi bật nào của khí HHO có thể thay
thế nguồn nhiên liệu hóa thạch?
Điện phân nước là gì? Cấu trúc phân tử của nước, điều kiện để
hình thành và tạo ra khí HHO.
Có 2 hướng nhóm đã phân loại để tiếp cận đề tài: “Phương
pháp điện phân tương tác vật lý” và “Phương pháp điện phân tương
tác hóa học”.
Sau q trình tìm hiểu và thực hiên đề tài, nhóm đã giải quyết
các mục tiêu đã đề ra ban đầu, giải quyết từng bước và đặt ra những
vấn đề mới giúp cho bài đồ án mang tính logic và hồn thiện hơn.
Q trình tìm hiểu đề tài thơng qua các tài liệu trong nước và ngoài
nước, nguồn kiến thức mà giảng viên hướng dẫn đã tích lũy nhiều
năm có giúp ích rất nhiều cho nhóm trong thời gian làm đồ án.
Những điều mà nhóm làm được trong đề tài:
Nắm rõ kiến thức không chỉ về chuyên ngành mà cịn về nhiều
vấn đề xã hội khác.
Giải thích được q trình điện phân nước, và giới thiệu một lý
thuyết điện phân mới dùng tương tác vật lý để phân tách phân tử


nước có hiệu suất điện phân rất cao. Từ đó tìm được hướng giải

quyết hợp lý cho giải pháp tạo ra thiết bị tạo khí HHO sử dụng ít
năng lượng hơn so với phương pháp truyền thống.

Chế tạo được thiết bị tạo khí HHO theo mục tiêu mà nhóm
hướng đến. Vì một số lý do chủ quan cũng như khách quan mà hiệu
suất cũng như chất lượng của thiết bị khơng giống hồn tồn như lý
thuyết đã nói đến. Hiệu suất điện phân là quá thấp cao nhất chỉ
37,8% so với hiệu suất 100% theo định luật Faraday. Tuy nhiên nhóm
đã đạt được một số khía cạnh của lý thuyết là sự hạn chế cường độ
dòng điện trong một khoảng tần số nhất định và biết được sự rò rỉ
điện nước ảnh hưởng rất lớn đến hiệu ứng tích lũy điện áp trên các tế
bào điện phân.


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................1
TÓM TẮT.............................................................................ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH.......................................................viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỂ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU...................1
1.1. Lý do chọn đề tài...............................................................................................1
1.2. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu.............................................................4
1.3. Các nghiên cứu điện phân tạo khí HHO..........................................................4
1.3.1. Điện phân truyền thống..............................................................................5
1.3.2. Điện phân dùng xung điện áp cực ngắn.....................................................5
1.3.3. Điện phân dùng xung điện áp kết hợp cộng hưởng điện..........................5
1.3.4. Điện phân dùng xung điện áp DC biên độ cao, hạn chế cường độ dòng
điện kết hợp cộng hưởng điện..............................................................................6
1.3.5. Điện phân dùng xung điện áp DC biên độ thấp kết hợp cộng hưởng
điện......................................................................................................................... 6

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT..............................................8
2.1. Khí HHO là gì....................................................................................................8
2.2. Ưu nhược điểm của khí HHO...........................................................................9
2.3. Phương pháp điện phân tương tác hóa học với phân tử nước.....................10
2.3.1. Định nghĩa điện phân tương tác hố học.................................................10
2.3.2. Mơ hình......................................................................................................10
2.3.3. Cơ chế.........................................................................................................10
2.3.4. Điều khiển quá trình điện phân................................................................11
2.3.5. Phương trình..............................................................................................11
2.3.6. Nhiệt động lực học.....................................................................................11
2.3.7. u cầu năng lượng...................................................................................15
2.4. Tính tốn tốc độ sinh khí để chạy động cơ.....................................................16
2.5. Phương pháp điện phân tương tác vật lý với phân tử nước.........................16
2.5.1. Định nghĩa điện phân tương tác vật lý.....................................................16


2.5.2. Cơ chế.........................................................................................................16
2.5.3. Mơ hình......................................................................................................17
2.5.4. Quy trình phân cực điện...........................................................................18
2.5.5. Mạch khuếch đại điện áp VIC (Voltage Intensifier Circuit)..................18
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG THIẾT BỊ TẠO KHÍ HHO.....................28
3.1. Bình điện phân.................................................................................................28
3.2. Mạch điện tử tạo xung dao động....................................................................30
3.2.1. Cấu tạo của IC 555....................................................................................33
3.2.2. Các chức năng của IC 555........................................................................34
3.2.3. Cấu tạo của IC 74LS90.............................................................................35
3.2.4. Cấu tạo IC 74LS74....................................................................................36
3.2.5. Cấu tạo và chức năng của IC 74LS08......................................................36
3.2.6. Cấu tạo của Mosfet IRFP460....................................................................38
3.3. Mạch điện tử tạo xung dao động thực tế........................................................39

3.4. Cuộn cảm tích điện cộng hưởng.....................................................................40
CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ TẠO KHÍ HHO...............41
4.1. Dụng cụ thí nghiệm.........................................................................................41
4.2. Sơ đồ kết nối mạch điện của các thí nghiệm..................................................41
4.3. Kết quả thí nghiệm..........................................................................................42
4.3.1. Với điện áp đầu vào 12,5V........................................................................42
4.3.2. Với điện áp đầu vào 24V...........................................................................46
4.4. Nhận xét...........................................................................................................47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................51


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A/G: Biến áp xung.
B: diode chặn.
A: cuộn dây thứ cấp.
aq: trạng thái ion của nước.
C: cuộn cảm tích điện cộng hưởng.
DC: dịng điện khơng đổi hướng.
o
ECell
: điện áp áp dụng trên tế bào điện phân lý tưởng (V).

ECell : điện áp áp dụng thực tế trên tế bào điện phân (V).
Eη: quá thế (V).
EThermoneutral: thế nhiệt độ trung lập (V).
EAnode: quá thế hoạt kích hoạt của Anode (V).
ECathode: quá thế hoạt kích hoạt của Cathode(V).
Emt: quá thế vận chuyển khối lượng như vận chuyển ion qua lớp
điện tích kép, vận chuyển khí thốt ra tại bản cực (V).

El / E2: điện cực dương và âm của tế bào điện phân.
ER: tụ điện với dung môi là nước (tế bào điện phân).
f: tần số cộng hưởng (Hz).
fC: tần số dao động của tụ điện ER (Hz).
fL: tần số dao động của cuộn cảm tích điện cộng hưởng (Hz).
F: hằng số Faraday, F = 96485,34 C.mol -1.
g: trạng thái khí.


G: năng lượng tự do Gibbs (kJ/mol).
H: enthalpy của hệ điện phân (kJ/mol).
IR: quá thế do điện trở (R là điện trở của tế bào gồm: điện cực,
dung dịch điện phân) (V).
l: trạng thái lỏng.
n: số electron trao đổi trong quá trình điện phân.
P: áp suất của hệ điện phân (atm).
R = 8,314 J.mol-1.K-1 là hằng số khí lý tưởng.
S: entrolpy của hê điện phân (J/mol K).
U: nội năng của hệ điện phân (kJ/mol).
T: nhiệt độ của hệ điện phân (K).
V: thể tích của hệ điện phân (lít).
VT: điện áp tổng hai đầu cuộn cảm tích điện cộng hưởng và tế
bào điện phân (V).
VC: điện áp hai đầu tế bào điện phân (V).
VL: điện áp hai đầu cuộn cảm tích điện cộng hưởng (V).
VIC (Voltage Intensifier Circuit) : Mạch khuếch đại điện áp.
XC: trở kháng của tế bào điện phân ().
XL: trở kháng của cuộn cảm tích điện cộng hưởng ().
Z: trở kháng của mạch điện phân ().
ΔAo: năng lượng tự do Helmholtz ở điều kiện chuẩn (kJ/mol).

ΔGo: biến đổi năng lượng tự do Gibbs dưới điều kiện tiêu chuẩn
(kJ/mol).


H: biến đổi enthalpy của hệ (kJ/mol).
∆n: tổng số mol khí được sinh ra trong q trình điện phân.
S: biến đổi entrolpy của hệ (J/mol K).
εmax hiệu suất lý tưởng trong quá trình điện phân.
: hiệu suất thực tế của tế bào điện phân.
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Biểu đồ nhiệt độ qua từng năm theo thống kê của NASA......1
Hình 1.2 Đồ thị nồng độ CO2 trong khơng khí...............................................2
Hình 2.1 Cấu trúc nguyên tử của phân tử nước [4]....................................8
Hình 2.2 Mơ hình điện phân hóa học nước..................................................10
Hình 2.3 Mơ hình điện phân tương tác vật lý với phân tử nước............17
Hình 2.4 Mạch khuếch đại điện áp (AA)........................................................18
Hình 2.5 Sự phân phối điện dung của cuộn cảm.......................................19
Hình 2.6 Mạch cộng hưởng LC..........................................................................20
Hình 2.7 Sơ đồ lắp đặt mạch khuếch đại điện áp......................................21
Hình 2.8 Dạng sóng điều khiển cuộn sơ cấp...............................................22
Hình 2.9 Hiệu ứng bước sạc trên tụ điện ER................................................22
Hình 2.10 Dạng sóng của cuộn sơ cấp..........................................................23
Hình 2.11 Dạng sóng tạo bởi hai cuộn cảm tích điện cộng hưởng......23
Hình 2.12 Dạng sóng áp dụng trên tụ điện ER...........................................24
Hình 2.13 Điện áp thực hiện cơng việc.........................................................24
Hình 2.14 Q trình phân cực điện.................................................................26
Hình 2.15 Trạng thái của phân tử nước khi tụ điện ER từng bước tích
lũy điện áp............................................................................................................... 26
Hình 3.1 Sơ đồ khối tổng thể của mơ hình...................................................................28
Hình 3.2 Các điện cực sau khi được kết nối với nhau..............................29

Hình 3.3 Bình chứa nước....................................................................................29


Hình 3.4 Bình điện phân sau khi hồn thành..............................................30
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý phần tạo xung dao động.................................31
Hình 3.6 Sơ đồ tải.................................................................................................32
Hình 3.7 Sơ đồ chân của IC 555.......................................................................33
Hình 3.8 Sơ đồ chân của IC 74LS90...............................................................35
Hình 3.9 Sơ đồ chân IC 74LS74..................................................................................36
Hình 3.10 IC 74LS08...................................................................................................36
Hình 3.11 Sơ đồ chân 74LS08..............................................................................37
Hình 3.12 Mosfet IRFP460..........................................................................................38
Hình 3.13 Sơ đồ chân Mosfet IRFP460.......................................................................38
Hình 3.14 Mạch tao xung dao động sau khi hồn thành........................39
Hình 3.15 Cuộn cảm tích điện cộng hưởng..................................................40
Hình 4.1 Sơ đồ kết nối mạch điện cho thí nghiệm 1....................................................41
Hình 4.2 Sơ đồ kết nối mạch điện cho thí nghiệm 2....................................................42
Hình 4.3 Sơ đồ kết nối mạch điện cho thí nghiệm 3....................................................42
Hình 4.4 Khí HHO sinh ra...........................................................................................43
Hình 4.5 Kết quả đo đạt cường độ dòng điện và điện áp.............................................43
Hình 4.6 Kết quả đo đạt cường độ dòng điện và điện áp.............................................44
Hình 4.7 Kết quả đo đạt cường độ dòng điện và điện áp.............................................45
Hình 4.8 Kết quả đo đạt cường độ dòng điện và điện áp.............................................46
Hình 4.9 Khí HHO sinh ra khi điện phân.....................................................................46
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỂ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. Lý do chọn đề tài
Trái Đất đang nóng dần lên. Đó là câu nói đang trở nên “phổ
biến” trong nhiều năm trở lại đây. Chúng ta nhận thấy sự nóng lên
của Trái Đất đơn giản nhất qua biểu đồ nhiệt độ qua từng năm theo
thống kê củaƯớc

NASA.
tính trung bình tồn cầu dựa trên dữ liệu trên đất liền và đại dương


Nhiệt độ biến đổi (oC)

Hình 1.1 Biểu đồ nhiệt độ qua từng năm theo thống kê của
NASA.
Nguyên nhân chính của sự nóng lên tồn cầu hiện nay là do sự
gia tăng lượng khí CO2 trong khí quyển. Lượng khí này gây ra hiện
tượng nhà kính khiến cho lượng nhiệt bức xạ từ mặt trời được hấp
thụ, chính lượng nhiệt này làm cho nhiệt độ bầu khí quyển Trái Đất
tăng lên.
Các tổ chức trên thế giới, đặc biệt là Liên Hiệp Quốc từ lâu đã
quan tâm tới vấn đề này, điển hình là Hội nghị liên hiệp quốc về Biến
đổi khí hậu (UNCED) của hơn 194 nước đã đi tới kết quả là kí kết
được Cơng ước khung của liên hiệp quốc về biến đổi khí hậu
(UNFCCC) vào năm 1994. Hằng năm, Liên Hiệp Quốc đều đặn tổ
chức các cuộc hội nghị về Biến đổi Khí hậu (COP). Tuy nhiên tình hình
giảm phát thải CO2 vẫn khơng khả quan. Theo thống kê mới nhất
của tổ chức Khí tượng thế giới WMO hàm lượng CO2 trong khí quyển
Trái Đất hiện nay đã vượt qua ngưỡng 400ppm, và theo các nhà
nghiên cứu sẽ rất khó để lượng CO2 trong hành tinh giảm xuống mức
đó 1 lần nữa.


Nồng độ CO2 vượt mức 400ppm

Hình 1.2 Đồ thị nồng độ CO2 trong khơng khí.
Trên biểu đồ, giá trị 400ppm được các nhà khoa học về khí hậu

quy ước vạch đứt màu cam là giá trị không thể vượt qua.
Theo số liệu trên trang Wikipedia, các cường quốc về công
nghiệp cũng như các nước đứng đầu về dân số là ngun nhân chính
đóng góp hơn 68,2% tổng lượng phát thải CO2 trên thế giới.
Với lượng phát thải khí khí CO2 cao ngất ngưỡng như vậy hiện
nay, việc giảm số lượng khí thải này vào khí quyển là một nhiệm vụ
cấp bách. Một trong số vấn đề phát sinh khí CO2 lớn nhất nhì hiện
nay là từ các phương tiện di chuyển như ô tô, xe máy… Trên thế giới
hiện nay đã áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 6 cho các phương tiện
giao giao thơng. Cịn đối với Việt Nam vẫn còn đang áp dụng chuẩn
EURO 2 trong vòng nhiều năm qua. Tuy nhiên Việt Nam đã dần quan
tâm tới thực trạng ơ nhiễm khí thải hơn, bằng chứng là các doanh


nghiệp đã bắt đầu bán ra thị trường loại xăng RON 95 – IV chuẩn
EURO 4. Dù đạt chuẩn cao hơn nhưng bản chất thì loại nhiên liệu này
vẫn phát thải khí CO2 ra ngồi mơi trường.
Xe điện là một hướng phát triển bền vững nhất tuy nhiên do
vấn đề về nguồn điện di động trên xe không lưa trữ được nhiều và
thời gian nạp điện dài nên quãng đường đi ngắn, nếu thay đổi nguồn
điện mà không cần chờ nạp điện thì cần có rất nhiều trạm thay thế
giống như các trạm xăng do đó phải tốn đầu tư vào cơ sở hạ tầng.
Do đó, xe điện chỉ thịnh hành ở một số nước phát triển. Pin nhiên liệu
cũng là một hướng phát triển nhiên liệu mới rất bền vững, tuy nhiên
giá thành và tuổi thọ của pin là một vấn đề lớn đối với xu hướng này.
Ngoài ra cịn có vấn đề về nguồn nhiên liệu hóa thạch dự trữ
đang dần cạn kiệt hiện nay. Cũng bởi nguồn năng lượng hóa thạch
mất hàng ngàn năm mới hình thành. Trong khi đó nhu cầu sử dụng
nhiên liệu của con người khơng có dấu hiệu giảm, vả lại nhiên liệu
hóa thạch đang là nguồn cung cấp chính cho mọi hoạt động trên Trái

Đất, chỉ có một số rất rất ít sử dụng năng lượng gió, mặt trời để thay
thế… Ngày nay việc cải tạo động cơ chạy bằng dầu diesel sang chạy
bằng khí nén thiên nhiên CNG đang là xu hướng mới ở nước ta bằng
chứng là ngày càng có nhiều tuyến xe buýt tại thành phố Hồ Chí
Minh đang chạy bằng nhiên liệu khí CNG do trữ lượng của khí vẫn
cịn rất nhiều,…tuy nhiên vấn đề ơ nhiễm vẫn cịn đặt ra với loại khí
này.
Chính vì những lý do như trên mà nhóm nghĩ rằng phải thay đổi
nhiên liệu hóa thạch bằng nhiên liệu HHO. Với mong muốn giảm
thiểu ô nhiễm môi trường và mong muốn các tổ chức chính phủ quan
tâm hơn tới ngồn năng lượng mới là lý do mà nhóm ấp ủ dự án:
“Nghiên cứu, chế tạo thiết bị tạo khí HHO làm nhiên liệu cho
động cơ xe gắn máy”.



1.2. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu
Vì những lý do đã nêu trên, đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết
bị tạo khí HHO làm nhiên liệu cho động cơ xe máy” được lựa
chọn với mục tiêu nghiên cứu một lý thuyết điện phân mới có hiệu
suất điện phân cao nhằm giảm yêu cầu điện năng trong quá trình
điện phân. Đồng thời chế tạo một mơ hình mơ tả thực nghiệm một
phần lý thuyết và tìm hướng phát triển. Mơ hình thiết bị tạo ra khí
HHO dựa trên ngun lý điện phân nước (quá trình điện phân nước
hình thành hỗn hợp khí Hydro và Oxy, hỗn hợp khí này, cịn được gọi
ngắn gọn là khí HHO) - nguồn tài nguyên sạch và là phân tử chiếm
phần lớn trên Trái Đất.
Theo nhóm, có 2 hướng để tiếp cận đề tài: “Phương pháp điện
phân tương tác vật lý” và “Phương pháp điện phân tương tác hóa
học”. Nhóm sẽ phân tích từng đặc điểm của từng phương pháp để từ

đó chọn ra phương pháp theo nhóm là hay nhất, tốt nhất để áp dụng
cho thiết bị. Phương pháp mà nhóm tập trung nghiên cứu ở đây là
“Phương pháp điện phân tương tác vật lý” mà nhóm sẽ phân tích ở
chương sau.
Phương pháp điện phân tương tác hóa học là dùng dịng điện
khơng đổi (DC) ưu điểm của phương pháp này là đơn giản dễ thực
hiện, tuy nhiên nhược điểm năng lượng tổn thất lớn do đó hiệu quả
điện phân khơng cao. Việc ứng dụng phương pháp điện phân mới
“phương pháp điện phân tương tác vật lý sử dụng xung điện
áp DC kết hợp cộng hưởng điện” có hiệu suất điện phân cao mở
ra một con đường mới cho việc giải quyết vấn đề nhiên liệu và ơ
nhiễm khơng khí.
Những cơng việc cơ bản để thực hiện đề tài:


1. Tiềm hiểu lý thuyết điện phân nước, các phương pháp điện phân hiệu quả
cao nhằm tăng lượng khí HHO tạo ra sao cho tiết kiệm năng lượng điện
nhất;
2. Tiến hành tạo ra sản phẩm “thiết bị sản xuất khí HHO”;
3. Thực nghiệm đo kết quả tạo khí HHO của thiết bị.
1.3. Các nghiên cứu điện phân tạo khí HHO
Trên thế giới đã phát triển lý thuyết điện phân nước để tạo hỗn
hợp khí HHO từ nhiều năm nay, cho ra nhiều đề tài có giá trị thực
tiễn, có thể ứng dụng được. Ngay cả Việt Nam cũng đã nghiên cứu và
ứng dụng thành cơng thiết bị tạo khí HHO hỗ trợ cho ngư dân trên
tàu đánh cá để tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải khí ơ nhiễm.
Cơng nghệ mà Việt Nam ứng dụng là tách khí hydro trộn vào nhiên
liệu diezen để sử dụng trong động cơ diezen, làm tăng hiệu quả sử
dụng nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Thực tế, thử nghiệm
tại tàu cá ngư dân Bình Định, mức tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ

giảm được 4,98 lít/giờ (16,6%); nếu tính trên 1 hải lý là 0,56 lít/hải lý
(17,5%) và tổng số nhiên liệu khi thử nghiệm trên cùng một hành
trình giảm được 22 lít dầu (tương đương khoảng 17,6%)[ CITATION
lad15 \l 1033 ]. Ngồi ra cịn có một vài cá nhân tự mình nghiên cứu
và thử nghiệm, đơn cử như ơng Vũ Hồng Khánh chế tạo thành công
thiết bị ứng dụng cho máy hàn sử dụng khí HHO, nhưng chưa thể
ứng dụng rộng rãi do cịn một vài hạn chế về cơng nghệ, nguồn vốn
cũng như vấn đề an toàn trong khâu tách và sử dụng khí HHO.
Các nghiên cứu của các nhà khoa học Việt Nam đều dựa trên lý
thuyết điện phân của thế giới, có rất nhiều cách để tách khí HHO từ
nước, nhóm sẽ trình bày một vài cách như sau:
1.3.1. Điện phân truyền thống
Là dùng dòng điện DC đặt lên hai đầu điện cực với giá trị điện
áp nhỏ khoảng 1,5 - 2V và cường độ dòng điện qua dung dịch điện


phân lớn để tăng quá trình phân hủy nước. Nhược điểm của phương
pháp điện phân này là nếu yêu cầu sản lượng khí sinh ra lớn thì
cường độ dịng điện cần lớn do đó tổn thất nhiệt rất lớn làm giảm
hiệu suất điện phân, hơn nữa việc giới hạn khả năng khuếch tán ion
đến các điện cực trong quá trình điện phân cũng có sự ảnh hưởng
lớn.
1.3.2. Điện phân dùng xung điện áp cực ngắn
Có thể hạn chế được giới hạn khuếch tán này. Bằng cách dùng một xung điện
áp DC có chu kỳ cực ngắn khoảng vài ns làm cho lớp điện tích kép (hình thành khi các
pha tiếp xúc nhau như kim loại – kim loại, kim loại – dung dịch,.. ) chưa kịp hình
thành, do đó khuếch tán ion không bị giới hạn và hiệu suất điện phân được nâng
cao[ CITATION NAO05 \l 1033 ].
1.3.3. Điện phân dùng xung điện áp kết hợp cộng hưởng
điện

Được Henry K Puharich phát minh, phương pháp của ông bắt
đầu từ cấu trúc phân tử của nước tứ điện không đều (các góc liên kết
109o18’ và 104o), ơng kích hoạt các phân tử nước bằng sóng điện để
thay đổi góc liên kết 104° thành cấu hình hình học tứ diện 109°18’,
việc thay đổi này có ý nghĩa rất quan trọng: thứ nhất làm mất ổn
định cấu trúc phân tử nước do đó có thể bẻ gãy liên kết cộng hóa trị
khi đạt đúng tần số cộng hưởng; thứ hai làm tăng sự phân cực của
phân tử nước các cặp electron dùng chung liên kết chặt chẽ hơn với
nguyên tử oxy làm cho liên kết cộng hóa trị bị yếu đi (các nguyên tử
oxy tích điện âm hơn và các nguyên tử hydro tích điện dương hơn).
Các sóng điện có bốn dải tần số khác nhau được cung cấp vào tế bào
điện phân, theo ông các nguyên tử hidro hay các electron ở bốn đỉnh
của phân tử nước sẽ cộng hưởng với một trong dải tần số này. Và ông
tin rằng sự kết hợp của các lực đẩy kéo ở các điện cực đối với các
nguyên tử hay elcetron cùng với tần số cộng hưởng sẽ cùng nhau để


phá vỡ phân tử nước thành các thành phần hydro và các nguyên tử
oxy của nó. Với cách điện phân này ơng có thể đạt hiệu suất gần
100%.[ CITATION Hen83 \l 1033 ]
1.3.4. Điện phân dùng xung điện áp DC biên độ cao, hạn
chế cường độ dòng điện kết hợp cộng hưởng điện
Được Stanley A. Meyer đề xuất. Stanley A. Meyer có lẽ là người
nổi tiếng nhất trong lĩnh vực công nghệ sử dụng nước như nhiên liệu
cho động cơ dốt trong. Ơng có rất nhiều bằng sáng chế trong lĩnh
vực này như: phương pháp sản xuất khí đốt nhiên liệu, hệ thống
phun khí hydro trên động cơ đốt trong, điều khiển việc tạo ra năng
lượng nổ nhiệt từ khí,… Cách thức điện phân của ơng hồn tồn mới
đó là sự trao đổi electron trong chính phân tử nước chứ không phải là
sự trao đổi electron giữa các ion và điện cực như phương pháp điện

phân truyền thống. Giống như Puharich dựa trên cấu trúc phân tử
của nước có sự phân cực trong phân tử nước (cặp electron dùng
chung trong liên kết cộng hóa trị bị kéo vế phía ngun tử oxy do oxy
có độ âm điện lớn hơn hydro), từ đó ơng tạo ra hai trường tĩnh điện
đối nghịch về điện thế ở hai đầu điện cực, dưới tác dụng của lực tĩnh
điện sẽ làm tăng sự phân cực của nước đến mức bẻ gãy liên kết cộng
hóa trị của phân tử nước đồng thời ông sử dụng hiện tượng cộng
hưởng điện để nâng cao năng lượng cung cấp cho sự phân hủy nước
từ đó tăng sản lượng khí HHO sinh ra. Việc cường độ dòng điện được
giảm xuống mức tối thiểu làm cho tế bào điện phân hầu như khơng
sản sinh nhiệt vì thế giảm rất nhiều tổn thất nhiệt, nâng cao hiệu
suất điện phân. Ông tuyên bố trong cuộc phỏng vấn Meyer interview,
Channel 4, UK, 17 dec. 1995 rằng hiệu suất ông đạt được là 1700%
so với mức tối đa theo lý thuyết của Fraday.[ CITATION Sta95 \l
1033 ]


1.3.5. Điện phân dùng xung điện áp DC biên độ thấp kết
hợp cộng hưởng điện
Được Boyce Bob thực hiện; ông dùng ba xung điện áp có tần số
cao và khác nhau đưa vào một biến áp xung lõi xuyến để hiệu chỉnh
và cung cấp vào tế bào điện phân của mình; điện áp áp dụng trên
mỗi tế bào điện phân khoảng 1,5V; cường độ dòng điện qua tế bào
điện phân được điều chỉnh thông qua nồng độ KOH được thêm vào
dung dịch điện phân (theo ông tối đa khoảng 28% về khối lượng);
trong hoạt động cộng hưởng của mạch thì hiệu suất điện phân đạt
được ông tuyên bố là khoảng 600 – 1200% so với mức tối đa theo lý
thuyết của Fraday.
Việc điểm lại một số thành tựu và cách thức điện phân nhóm
nhận thấy chìa khóa để nâng cao sản lượng khí sinh ra trong quá

trình điện phân là “tạo ra sự dao động để đạt được sự cộng
hưởng trong mạch” và phương pháp của Stanley A. Meyer có
cường độ dòng điện thấp vì thế tế bào điện phân sẽ khơng nóng và
do đó tính chất của nước khơng bị thay đổi không gây ảnh hưởng
đến quá trình điện phân và tổn thất vì nhiệt được loại bỏ nên hiệu
suất điện phân cao.[ CITATION Pat \l 1033 ]
Nhóm lựa chọn hướng nghiên cứu và làm thiết bị sản xuất
khí HHO theo phương pháp điện phân của Stanley A. Meyer.


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Khí HHO là gì
Khí HHO là hỗn hợp gồm 2 loại khí Hydro và Oxy, là sản phẩm
của quá trình điện phân nước.
Cấu trúc phân tử của nước bao gồm nguyên tử Oxy kết hợp với
hai nguyên tử Hydro bằng cách chấp nhận hai electron của hai
nguyên tử Hydro (aa ' trong hình (2.1)); do đó, ngun tử Oxy mang
điện tích âm (-), cấu trúc ngun tử thay đổi Oxy có 10 electron điện
tích âm nhưng chỉ có 8 proton điện tích dương. Các proton của hai
nguyên tử Hydro cân bằng lực điện với các điện tích âm của hai
electron (aa ') dùng chung với nguyên tử Oxy. Tổng năng lượng của
hai nguyên tử Hydro mang điện tích dương (++) bằng nguyên tử Oxy
mang điện tích âm (--) tạo nên một phân tử nước trung hịa về điện.
Vì độ âm điện của Oxy lớn nên nó hút cặp electron dùng chung về
phía mình do đó tạo ra phân tử nước có tính phân cực. Liên kết hóa
học của phân tử nước là liên kết cộng hóa trị.


Nguyên tử Oxy
Proton nguyên tử

Obitan nguyên
tử
Lực hút điện giữa hai
nguyên tử

Nguyên tử Hydro
Nguyên tử Hydro
Hình 2.3 Cấu trúc nguyên tử của phân tử nước[ CITATION
Sta95 \l 1033 ].


Như vậy để phân tách phân tử nước thành hỗn hợp khí HHO, ta
cần bẻ gãy liên kết cộng hóa trị của chúng. Bằng cách điện phân
chúng ta có thể bẻ gãy liên kết này.
2.2. Ưu nhược điểm của khí HHO
Khí HHO có nhiều ưu điểm mà nhiên liệu hóa thạch truyền
thống khơng có được:
- Sản phẩm của q trình đốt cháy khí HHO là nước. Nước sinh ra từ quá
trình cháy giúp giải nhiệt cho động cơ, thân thiện với môi trường.
- Không sinh ra muội than trong quá trình đốt cháy.
- Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy Hydro cao hơn rất nhiều so với xăng hay
dầu diezel. Năng suất tỏa nhiệt của xăng là 47,3 MJ/kg trong khi đó của Hydro là
141,8 MJ/kg.[CITATION Wik17 \l 1033 ]
- Hỗn hợp khí HHO nhẹ hơn khơng khí nên khi bị rị rỉ, khí HHO sẽ bay
lên trên cao, an tồn hơn so với những loại khí khác đang sử dụng hiện nay.
Tuy nhiên khí HHO vẫn cịn nhiều điểm hạn chế:
- Nguyên nhân đầu tiên là ở nhiệt độ thơng thường, khí HHO tồn tại dưới
dạng khí. Xăng và dầu Diesel là chất lỏng nên có thể dễ dàng chứa trong bình, và sẽ
tồn tại cho tới khi sử dụng hết. Ngược lại, Hydro sẽ dần bay hơi nếu bình khơng kín.

Một giải pháp đặt ra là có thể chuyển nó sang dạng lỏng, nhưng lúc đó cần có các bình
chứa đặc biệt để giữ cho nhiệt độ bên trong ln thấp hơn so với mơi trường. Hoặc
cũng có thể giữ nó trong một bình điều hồ áp suất. Có điều khi một bình gặp sự cố,
nó sẽ gây nổ.
- Khí hydro khơng có mùi và cháy hồn tồn. 2 đặc tính này khiến cho
người ta khơng thật sự quan tâm đến nguy cơ phát nổ cho tới lúc điều đó thực sự diễn
ra. Bất cứ nhiên liệu nào cũng có thể gây nổ khi sử dụng cho động cơ đốt trong, nhưng
điều đáng nói ở đây là hydro có đặc tính dễ nổ hơn so với xăng.
- Khi đã có hydro, cịn cần lập ra các điểm tiêu thụ (giống như các cây
xăng), nơi khách hàng có thể nạp vào bình chứa. Do lượng khí các xe tiêu thụ lớn hơn
rất nhiều so với xăng, sẽ đòi hỏi một mạng lưới vận chuyển khổng lồ. Một chuyên gia
cho biết: "Nếu tất cả các xe trên thế giới hiện nay chuyển sang dùng nhiên liệu hydro,


thì cứ 5 xe đang lưu thơng sẽ có 1 chiếc là xe téc chở khí". Điều này làm ảnh hưởng
đến giao thông và một lần nữa đặt ra các vấn đề về an toàn.[ CITATION Car03 \l
1033 ]
2.3. Phương pháp điện phân tương tác hóa học với phân tử
nước
2.3.1. Định nghĩa điện phân tương tác hoá học
“Điện phân tương tác hóa học với phân tử nước là phương pháp
dùng dịng điện để kích thích phản ứng phân hủy nước và tương tác
hóa học quyết định đến sự hình thành sản phẩm.”
2.3.2. Mơ hình
Mơ hình gồm:
- Nguồn điện DC.
- Hai điện cực được nối với nguồn DC, điện cực được nối với cực dương
của nguồn gọi là điện cực dương (Anode), điện cực được nối với cực âm của nguồn
gọi là điện cực âm (Cathode).
- Dung dịch phân: nước tinh khuyết hoặc nước có pha thêm các chất điện

ly mạch để tăng độ dẫn điện của dung dịch (NaOH, KOH, H2SO4).

Hình 2.4 Mơ hình điện phân hóa học nước.