NĂNG LƯỢNG MỚI SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ

hoangtrungspkt

14 Tháng mười 2006 - #1

NĂNG LƯỢNG MỚI SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ
(Lượt xem: 2,644)

<div align='center'><span style="color:#990000">NĂNG LƯỢNG MỚI
SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ</span>

<span style="color:#CC0000">Nội san CKĐ 2005</span></div>
<span style="color:#000099">Ngày nay cùng với xu hướng toàn cầu hoá, nhu cầu đi lại của con người ngày càng tăng trong đó ôtô là một phương tiện cần thiết không thể thiếu trong xã hội loài người. Việc sử dụng nhiên liệu truyền thống như: xăng, diesel…trên phần lớn ôtô đã đem lại những ưu điểm như: độ ổn định, độ tin cậy làm việc cao, nạp nhiên liệu nhanh và an toàn, đáp ứng linh hoạt các chế độ hoạt động thay đổi của xe…Bên cạnh những ưu điểm đó, do quá trình cháy không hoàn toàn trong ôtô đã tạo ra các sản phẩm cháy như: CO, CO2, HC, NOx, SOx, các hạt rắn(PM)...gây ô nhiễm môi trường, hiện đang là mối quan tâm của toàn xã hội và một vấn đề mới phát sinh nữa là nguồn nhiên liệu hoá thạch sử dụng trên ôtô ngày càng cạn kiệt. Đứng trước các vấn đề trên đã thúc đẩy con người tìm ra các nguồn nhiên liệu mới thay thế vừa ít gây ô nhiễm môi trường, vừa không phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hoá thạch, đồng thời thoả mãn được các yêu cầu mà ôtô đòi hỏi. Ngoài các nguồn nhiên liệu sạch sớm được nghiên cứu trên ôtô như: nhiên liệu hoá lỏng LPG, cồn, nhiên liệu có nguồn gốc sinh khối Biofuel, nhiên liệu khí thiên nhiên NGV…thì gần đây với sự ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại đã tạo ra các nguồn nhiên liệu mới trên ôtô như: động cơ Hybrid, pin nhiên liệu Fuel Cell…
1. Nhiên liệu hoá lỏng LPG:
LPG là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô, nhiên liệu khí hoá lỏng có thể thu được từ công đoạn lọc dầu hoặc làm tinh khiết khí thiên nhiên. Chúng thường có trong phần còn lại (cặn) của quá trình chưng cất dầu hoả, được hoá lỏng ở áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển và ở nhiệt độ môi trường chúng thường ở trạnh thái khí. Về mặt lý thuyết, LPG chứa 50% Propan và 50% Butan.
Ôtô sử dụng LPG ít gây ô nhiễm nhờ giảm một lượng lớn các chất độc hại như HC, NOx, CO2, CO. Lượng khí độc của động cơ sử dụng LPG chỉ bằng 10% ÷ 20% so với động cơ xăng và Diesel. Do LPG có các đặc tính kỹ thuật như có tính chống kích nổ cao, không có chì nên sản phẩm cháy không có muội than, không có hiện tượng đóng màng do đó động cơ dùng LPG ít gây kích nổ hơn, ít gây mài mòn xy lanh, piston, segment, và các chi tiết kim loại khác trong động cơ. Trữ lượng khí thiên nhiên trên thế giới để sản xuất ra LPG rất lớn, chi phí sản xuất LPG thấp và LPG có tính kinh tế nhiên liệu cao hơn so với các loại nhiên liệu truyền thống.
2. Nhiên liệu có nguồn gốc sinh khối Biofuel:
Nhiên liệu có nguốn gốc sinh khối sử dụng làm nhiên liệu trên ôtô chủ yếu là dầu thực vật và biodiesel.
 Dầu thực vật là loại dầu được chiết suất từ các hạt, các quả của cây có chứa dầu với chiết suất lớn như: đậu phộng, đậu nành, dầu cải, hạt bông, hướng dương, cây dừa, cây cọ…
 Biodiesel là những mono ankyl ester, nó là sản phẩm của quá trình ester hoá của các axit hữu cơ có nhiều trong dầu mỡ động thực vật. Dưới tác dụng của chất xúc tác, dầu thực vật + methanol hoặc ethanol cho sản phẩn ester + glycerine + axit béo, các ester này chính là biodiesel. Thông thường biodiesel được sử dụng ở dạng nguyên chất hay dạng hổn hợp với dầu Diesel. Ví dụ như B20 là hỗn hợp gồm 20% biodiesel và 80% Diesel có nguồn gốc dầu mở.
Dầu thực vật và biodiesel được sử dụng chủ yếu trên động cơ Diesel. Đối với dầu thực vật chỉ sử dụng trên buồng cháy phân cách, còn biodiesel thì sử dụng được trên cả buồng cháy phân cách và buồng cháy gián tiếp, đây chính là ưu điểm nổi bật của biodiesel. Dầu thực vật và biodiesel là loại nhiên liệu có chứa nhiều ôxy nên có thể cháy với dư lượng không khí bé mà vẫn cháy hoàn toàn, do đó ít thải ra các chất gây ô nhiễm môi trường. Do có độ nhớt cao hơn dầu Diesel nên khi sử dụng dầu thực vật và biodiesel thường sấy nóng nhiên liệu hay pha loãng với dầu Diesel, việc pha loãng này còn có tác dũng tăng hệ cetan khi sử dụng trên động cơ Diesel.
3. Cồn
Nhiên liệu cồn được sản xuất từ nhiên liệu tái sinh như bắp ngô và thậm chí giấy phế thải, cỏ hay mùn cưa, dăm bào,…Methanol và ethanol là hai dạng nhiên liệu cồn sử dụng trên xe ôtô
Cồn nguyên chất khi cháy dưới điều kiện lý tưởng, theo lý thuyết thì chỉ có CO2 và H2O, nhưng thực tế thì CO cũng được sinh ra. Tuy nhiên lượng CO thường thấp hơn đối với xăng, đồng thời nhiên liệu cồn không chứa sulfur và các chất khác độc hại. Nhiên liệu cồn cháy sạch hơn xăng, giảm ô nhiễm không khí do cồn có chỉ số cacbon rất thấp và cồn được tạo ra từ nhiên liệu tái sinh nên không gây hiệu ứng nhà kính. Trên ôtô cồn có thể sử dụng nguyên chất hoặc khi pha ethanol vào xăng thì chỉ số nén sẽ tăng lên từ đó có thể tăng năng suất động cơ. Ngoài cồn sử dụng trên các động cơ đốt trong, nó còn sử dụng trong các hệ thống pin nhiên liệu.
4. Khí thiên nhiên:
Là khí được khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong tự nhiên. Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là Methane (CH4) từ 80 ÷ 90%. Khí thiên nhiên dùng làm nhiên liệu cho ôtô dưới 3 dạng sau đây:
 Khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas/CNG): khí nén ở thể tích nhỏ hơn với một áp suất cao 250 bars và chứa trong một bình chứa chắc chắn.Bình chứa chứa được 40 – 50 lít khí.
 Khí thiên nhiên hoá lỏng (Liquefield Natural Gas/LNG ): khí được làm lạnh ở nhiệt độ -1620C, áp suất khoảng 8,9 bars để chuyển sang trạng thái lỏng và chứa trong các bình cách nhiệt.
 Khí thiên nhiên hấp thụ (Adsorbed Natural Gas/ANG): khí thiên nhiên được chứa dưới dạng hấp thụ trong các vật liệu đặc biệt (như ống mao dẫn Cacbon hoạt tính) ở áp suất 30-40 bars.
Thành phần khí xả của khí thiên nhiên so với nhiên liệu xăng và Diesel ít ô nhiễm môi trường hơn vì nó giảm được khí CO, năng lượng Hydrocacbon, lượng Sunfuadioxit SO2 và không có chì Pb. Đồng thời việc sản xuất khí thiên nhiên đơn giản, an toàn hơn và lượng khí thiên nhiên trên thế giới có trữ lượng rất lớn.
5. Động cơ Hybrid:
Về phương tiện ô nhiễm, ôtô chạy điện rất lý tưởng về giới hạn mức độ gây ồn cũng như không phát sinh các chất gây ô nhiễm thông thường như bồ hóng và các chất độc hại dạng khí khác. Ôtô điện đựoc xếp vào dạng ôtô sạch (ZEV: Zero Emission Vehicles).
Hiện nay những ôtô vừa hoạt động bằng nhiệt, vừa hoạt động bằng điện được gọi là ôtô Hybrid đựoc quan tâm nghiên cứu. Đây là loại động cơ sử dụng động cơ tổ hợp kết hợp giữa mợt động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện sử dụng điện năng của ắc quy. Ôtô Hybrid hoạt động theo nguyên tắc: động cơ điện sử dụng để khởi động xe, sau đó trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ. Động cơ điện còn có công dụng tăng cường năng lượng để xe gia tốc hoặc leo dốc. Khi phanh xe hoặc xuống dốc, động cơ điện sẽ được sử dụng như một máy phát để nạp điện cho ắc quy. Việc điều khiển sự phối hợp đồng bộ giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sẽ được quyết định bởi một bộ điều khiển điện tử. Với sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, động cơ Hybrid đựơc mở rộng giới hạn làm viêc, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ đốt trong, hiệu suất tổ hợp động cơ cao, moment lớn ở số vòng quay nhỏ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
6. Pin nhiên liệu Fuel Cell:
Từ lâu pin nhiên liệu được sử dụng trong các phi thuyền chinh phục không gian, mãi cho đến những năm gần đây pin nhiên liệu mới được nghiên cứu để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhất làm làm nhiên liệu thay thế trong ôtô. Trên ôtô loại pin nhiên liệu sử dụng phổ biến là Hydro, pin nhiên liệu có ưu điểm so với các loại nhiên liệu truyền thống là không gây ô nhiễm môi trường vì chúng chỉ thải ra H2O và sinh nhiệt. Ngoài ra pin nhiên liệu còn có ưu điểm là: hiệu suất cao, độ tin cậy cao và không gây ra tiếng ồn…Tuy nhiên một thử thách đặt ra đối với các nhà thiết kế là khả năng ứng dụng của nó trên ôtô chưa khả thi vì giá thành rất cao.
Kết luận:
Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay chủ yếu là do các chất thải của các động cơ đốt trong gây ra, việc sử dụng các loại nhiên liệu sạch như: LPG, NGV, cồn, Biofuel, Fuel Cell, động cơ Hybrid là một sữ thay thế tối ưu về mặt môi trường cũng như về mặt phụ thuộc các nguồn nhiên liệu hoá thạch ngày càng cạn kiệt. Việc sử dụng nhiên liệu sạch trên ôtô hiện nay là rất cần thiết nhưng một trở ngại rất lớn được đặt ra là làm sao khai thác và sử dụng chúng một cách kinh tế, hiệu quả trên ôtô là một vấn đề mà chúng ta cần phải quan tâm và nghiên cứu.

Hoàng Trung.
(Nội san CKĐ 2005)

TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Thạc sĩ Văn Thị Bông – Bài giảng “ Năng lượng sử dụng trên Ôtô” - Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
- Karl Kordesh, Gunter Simader – Fuel Cell And Their Applications.
- PGS. TS Nguyễn Lê Ninh – Bài giảng “ Ôtô và môi trường”- Trường ĐH Bách khoa Tp.HCM


</span>