Đánh Giá Khả Năng Sử Dụng Nhiên Liệu Nhũ Tương Diesel - Nước

Chuyên khảo phân tích Đánh giá khả năng sử dụng ủa nhiên liệu nhũ tương diesel nướ, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Lê Văn Hương
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Hữu Trịnh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Đánh Giá Khả Năng Sử Dụng Nhiên Liệu Nhũ Tương Diesel - Nước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN VĂN
• 2. CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4. CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CỦA NHIÊN LIỆU
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Đánh Giá Khả Năng Sử Dụng Nhiên Liệu Nhũ Tương

Nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng trong khi nguồn cung lại hạn chế, đồng thời vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên cấp thiết. Động cơ Diesel, dù mạnh mẽ và ứng dụng rộng rãi, lại tiêu thụ một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch và thải ra khí thải độc hại. Do đó, việc nghiên cứu các loại nhiên liệu thay thế, đặc biệt là nhiên liệu nhũ tương Diesel-Nước, là vô cùng quan trọng. Nhiên liệu nhũ tương được kỳ vọng sẽ giúp giảm phát thải, tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá khả năng sử dụng của loại nhiên liệu này trên động cơ chạy thử nghiệm, nhằm xác định những ưu điểm và hạn chế của nó so với Diesel truyền thống. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm để xây dựng quy trình sản xuất nhiên liệu nhũ tương tối ưu.

1.1. Vai trò quan trọng của nhũ tương dầu Diesel trong bối cảnh hiện nay

Nhiên liệu nhũ tương nổi lên như một giải pháp tiềm năng để giải quyết những thách thức về năng lượng và môi trường. Sử dụng động cơ diesel đang tiêu tốn một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch và gây ra ô nhiểm môi trường trầm trọng vì nó thải ra một lượng lớn khí thải và các chất chưa chấy hết của nhiên liệu. Chính vì vậy các quốc gia trên thế giới đã và đang nghiên cứu và sản xuất ra các loại nhiên liệu thay thế có tính ưu việt hơn.

1.2. Các nghiên cứu về nhiên liệu nhũ tương Diesel Nước tại Việt Nam

Nhiên liệu nhũ tương là một hướng đi mà các nhà khoa học Việt Nam đã và đang nghiên cứu. Đi đầu trong vấn đề nghiên cứu nhiên liệu nhũ tương disel này ở Việt Nam là các trường Đại Học, điển hình là : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Trường Đại Học Bách Khoa Hồ Chí Minh, Trường Đại Học Tự Nhiên, Trường Đại Hoc Quốc Gia Hà Nội….

II. Thách Thức Vấn Đề Khí Thải Từ Động Cơ Diesel Hiện Nay

Động cơ Diesel được sử dụng rộng rãi nhưng cũng gây ra nhiều vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng. Khí thải từ động cơ Diesel chứa hàm lượng cao các chất độc hại như NOx, PM, THC,... gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường sinh thái. Các tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe, đòi hỏi các giải pháp giảm phát thải hiệu quả. Việc tìm kiếm các giải pháp để đáp ứng những tiêu chuẩn này là một thách thức lớn đối với ngành công nghiệp ô tô. Cụ thể, Liên minh Châu Âu đã ban hành tiêu chuẩn Euro 4 có hiệu lực tháng 10 năm 2005 yêu cầu giảm PM trong khí thải tới 80%, giảm NOx tới 50% cho các động cơ diesel mới so với tiêu chuẩn Euro 3 trước đây.

2.1. Tác động tiêu cực của khí thải Diesel NOx PM và các chất độc hại khác

Nhược điểm lớn nhất của loại động cơ này là hàm lượng NO x, PM, THC ,…trong khí thải rất cao. Chúng đang gây ra những vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe con người và môi trường sinh thái.

2.2. Các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt trên toàn thế giới

Trước tình hình đó đã có rất nhiều điều luật ban hành nhằm giảm tải hàm lượng khí thải sinh ra bởi động cơ diesel .Ví dụ như liên minh Châu Âu đã ban hành tiêu chuẩn Euro 4 có hiệu lực tháng 10 năm 2005 yêu cầu giảm PM trong khí thải tới 80%, giảm NOx tới 50% cho các động cơ diesel mới so với tiêu chuẩn Euro 3 trước đây.

2.3. So sánh tiêu chuẩn khí thải Euro 2 3 4 5 6

Tiêu chuẩn Euro 5 có hiệu lực vào tháng 10 năm 2008 yêu cầu giảm PM trong khí thải tới 92%, giảm NO x tới 43% so với tiêu chuẩn Euro 4. Tiêu chuẩn Euro 6 đang áp dụng vào năm 2014 tới còn yêu cầu khắt khe hơn.

III. Phương Pháp Chế Tạo Nhiên Liệu Nhũ Tương Diesel Nước Hiệu Quả

Việc chế tạo nhiên liệu nhũ tương Diesel-Nước hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp của nhiều yếu tố, bao gồm lựa chọn chất nhũ hóa phù hợp, tỷ lệ nước tối ưu và phương pháp trộn thích hợp. Nghiên cứu tập trung vào việc tìm ra quy trình sản xuất nhiên liệu nhũ tương ổn định, có kích thước hạt nhỏ và đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng. Quá trình này bao gồm các bước lựa chọn chất nhũ hóa, chất ổn định nhũ, khảo sát thành phần hỗn hợp, xác định tỷ lệ chất nhũ hóa và chất ổn định, và khảo sát thời gian và tốc độ khuấy. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định nhũ tương như yếu tố điện tích, yếu tố hình học, chất hoạt động bề mặt cũng được xem xét.

3.1. Lựa chọn chất nhũ hóa và chất ổn định nhũ thích hợp

Nghiên cứu lựa chọn chất nhũ hóa và chất ổn định nhũ .Chọn chất nhũ hóa .Chọn chất ổn định nhũ .Khảo sát thành phần của hỗn hợp .Xác định tỷ lệ chất nhũ hóa và chất ổn định nhũ .Xác định hàm lượng nước thích hợp .Khảo sát thời gian và tốc độ khuấy

3.2. Xác định tỷ lệ nước tối ưu trong nhũ tương nhiên liệu

Khảo sát hàm lượng nước thích hợp là quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả giảm phát thải và độ ổn định của nhũ tương. Việc này đòi hỏi các thử nghiệm để tìm ra tỷ lệ tối ưu.

3.3. Quy trình chế tạo nhiên liệu nhũ tương trong phòng thí nghiệm

Trong khuân khổ của luận văn này chúng tôi nghiên cứu và tìm ra một quy trình sản xuất nhiên liệu nhũ tương Diesel – Nước ở quy mô phòng thí nghiệm, từ đó đánh giá khả năng sư dụng của nhiên liệu này đối với động cơ chạy thử nghiệm. Tuy nhiên cần phải nghiên cứu đánh giá thêm về ảnh hưởng của nhiên liệu nhũ tương đối với động cơ diesel.

IV. Đánh Giá Chất Lượng Hiệu Suất Nhiên Liệu Nhũ Tương Diesel

Đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương Diesel là bước quan trọng để xác định khả năng ứng dụng thực tế. Các chỉ tiêu chất lượng như thời gian ổn định, kích thước hạt, trị số xetan, thành phần phân đoạn, độ nhớt động học, khối lượng riêng, nhiệt độ chớp cháy cốc kín, hàm lượng lưu huỳnh tổng, nhiệt độ đông đặc,... được kiểm tra kỹ lưỡng. Ngoài ra, hàm lượng khí thải và công suất động cơ cũng được đo lường để đánh giá hiệu suất của nhiên liệu nhũ tương so với Diesel truyền thống. Mục tiêu là xác định xem nhiên liệu nhũ tương có đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và môi trường hay không.

4.1. Các chỉ tiêu chất lượng cần đánh giá của nhiên liệu nhũ tương

Các phương pháp đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương .Thời gian ổn định của nhũ tương .Kích thước hạt .Phương pháp đánh giá theo các chỉ tiêu của nhiên liệu .Trị số xetan .Thành phần phân đoạn .Độ nhớt động học .Khối lượng riêng

4.2. Phương pháp đo lường hàm lượng khí thải và công suất động cơ

Hàm lượng khí thải và công suất động cơ là những yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu suất của nhiên liệu nhũ tương. Các phương pháp đo lường cần đảm bảo độ chính xác và tin cậy.

4.3. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia để tăng tính ổn định và hiệu suất

Việc sử dụng phụ gia có thể giúp cải thiện tính ổn định và hiệu suất của nhiên liệu nhũ tương. Các loại phụ gia khác nhau sẽ có tác dụng khác nhau và cần được lựa chọn cẩn thận.

V. Ứng Dụng Thực Tế Đánh Giá Khả Năng Sử Dụng Trên Động Cơ

Việc đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu nhũ tương trên động cơ là bước cuối cùng để xác định tiềm năng ứng dụng. Các yếu tố như công suất động cơ, tổng hàm lượng NOx, tổng hàm lượng PM, tổng hàm lượng HCT, tổng hàm lượng CO2, và tổng hàm lượng CO được đo lường và so sánh với Diesel truyền thống. Mục tiêu là xác định xem nhiên liệu nhũ tương có thể thay thế Diesel truyền thống mà không ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải độc hại hay không. Việc đánh giá hiệu quả kinh tế của nhiên liệu nhũ tương cũng được xem xét.

5.1. Ảnh hưởng của nhiên liệu nhũ tương đến công suất và khí thải động cơ

Đánh giá khả năng sử dụng của nhiên liệu . Công suất động cơ . Tổng hàm lượng NOx . Tổng hàm lượng PM . Tổng Hàm lượng HCT

5.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế của việc sử dụng nhiên liệu nhũ tương Diesel

Hiệu quả kinh tế là một yếu tố quan trọng để xem xét khả năng ứng dụng rộng rãi của nhiên liệu nhũ tương. Cần so sánh chi phí sản xuất và hiệu quả sử dụng của nó so với Diesel truyền thống.

5.3. Tổng quan về nghiên cứu lựa chọn phụ gia cho nhiên liệu nhũ tương

Cần khảo sát sự ảnh hưởng của các ion đối với quá trình cháy và ổn định. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia để cải thiện các chỉ số của nhiên liệu.

VI. Kết Luận Tương Lai Tiềm Năng Của Nhiên Liệu Nhũ Tương

Nghiên cứu về nhiên liệu nhũ tương Diesel-Nước cho thấy tiềm năng lớn trong việc giảm phát thải và tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất, cải thiện tính ổn định và đánh giá tác động lâu dài đến động cơ. Trong tương lai, nhiên liệu nhũ tương có thể trở thành một giải pháp thay thế hiệu quả cho Diesel truyền thống, góp phần bảo vệ môi trường và đảm bảo an ninh năng lượng. Cần tiếp tục nghiên cứu đánh giá thêm về ảnh hưởng của nhiên liệu nhũ tương đối với động cơ diesel.

6.1. Tổng kết các kết quả nghiên cứu và đánh giá tiềm năng ứng dụng

Cần tổng kết các kết quả nghiên cứu về chất lượng, hiệu suất và hiệu quả kinh tế của nhiên liệu nhũ tương để đánh giá tiềm năng ứng dụng thực tế.

6.2. Hướng nghiên cứu và phát triển công nghệ nhũ tương nhiên liệu Diesel trong tương lai

Cần xác định các hướng nghiên cứu và phát triển để tối ưu hóa quy trình sản xuất, cải thiện tính ổn định và đánh giá tác động lâu dài đến động cơ. Nghiên cứu thêm về các chất hoạt động bề mặt khác nhau để tối ưu hóa nhiên liệu nhũ tương Diesel-Nước.

6.3. Kiến nghị và đề xuất để thúc đẩy ứng dụng nhiên liệu nhũ tương

Cần đưa ra các kiến nghị và đề xuất để thúc đẩy ứng dụng nhiên liệu nhũ tương trong thực tế, bao gồm các chính sách hỗ trợ, chương trình khuyến khích và hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và chính phủ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng trong khi nguồn tài nguyên này ngày càng cạn kiệt, vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải từ động cơ diesel trở thành thách thức lớn. Động cơ diesel được ứng dụng rộng rãi trong giao thông vận tải và công nghiệp nhờ công suất lớn, hiệu suất nhiên liệu cao và chi phí sản xuất thấp. Tuy nhiên, khí thải từ động cơ diesel chứa hàm lượng cao các chất ô nhiễm như NOx, PM, THC, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường sinh thái. Theo tiêu chuẩn khí thải Euro, các quốc gia phát triển đã áp dụng các quy định nghiêm ngặt nhằm giảm phát thải, ví dụ như tiêu chuẩn Euro 4 yêu cầu giảm PM tới 80% và NOx tới 50% so với Euro 3, hay tiêu chuẩn Euro 6 còn khắt khe hơn. Ở Việt Nam, tiêu chuẩn Euro 2 được áp dụng từ năm 2007, nhưng để hội nhập quốc tế, việc nâng cấp lên Euro 3 và Euro 4 là cần thiết.

Trước thực trạng này, nhiên liệu nhũ tương diesel – nước được xem là giải pháp tiềm năng để giảm phát thải khí độc hại đồng thời tiết kiệm nhiên liệu. Nhiên liệu nhũ tương là hỗn hợp nước được phân tán dưới dạng giọt nhỏ trong dầu diesel, ổn định nhờ chất hoạt động bề mặt, với hàm lượng nước điển hình từ 6% đến 20%. Luận văn tập trung nghiên cứu quy trình chế tạo nhiên liệu nhũ tương diesel – nước ở quy mô phòng thí nghiệm, đánh giá chất lượng nhiên liệu và khả năng sử dụng trên động cơ diesel thử nghiệm. Mục tiêu cụ thể là giảm phát thải NOx, PM, CO, đồng thời duy trì công suất động cơ và hiệu quả kinh tế. Nghiên cứu có phạm vi thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong năm 2013, góp phần phát triển công nghệ nhiên liệu sạch phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về nhiên liệu nhũ tương và quá trình cháy trong động cơ diesel:

• Lý thuyết nhũ tương: Nhũ tương là hệ phân tán gồm hai pha không đồng nhất, trong đó pha phân tán (nước) được phân tán dưới dạng giọt nhỏ trong pha liên tục (dầu diesel). Sự ổn định của nhũ tương phụ thuộc vào chất hoạt động bề mặt (chất nhũ hóa) và các yếu tố điện tích, hình học theo giả thuyết DLVO. Các loại nhũ tương được phân loại theo bản chất (nhũ tương nước trong dầu - n/d, hoặc dầu trong nước - d/n) và độ đậm đặc.

• Lý thuyết cháy nhiên liệu nhũ tương: Nhiên liệu nhũ tương khi phun vào buồng cháy tạo thành các giọt nhỏ chứa nước và dầu. Nước bốc hơi đột ngột tạo hiện tượng "vi nổ", làm tăng diện tích tiếp xúc nhiên liệu với không khí, thúc đẩy quá trình cháy triệt để hơn, giảm phát thải các chất chưa cháy hết như PM và NOx.

• Mô hình hình thành khí thải NOx: Áp dụng cơ chế Zeldovich mở rộng với các phản ứng thuận nghịch giữa oxy và nitơ trong điều kiện nhiệt độ cao, giải thích sự hình thành NO, NO2 và N2O trong khí thải.

• Khái niệm chất hoạt động bề mặt và chỉ số HLB: Chất nhũ hóa có cấu trúc phân cực và không phân cực, giúp giảm sức căng bề mặt và ổn định nhũ tương. Chỉ số HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) dùng để lựa chọn chất nhũ hóa phù hợp với hệ nước/dầu.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm chế tạo nhiên liệu nhũ tương diesel – nước tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, kết hợp với phân tích khí thải động cơ diesel thử nghiệm.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nhiên liệu nhũ tương được chế tạo với các tỷ lệ nước khác nhau (6%, 8%, 10%, 12%, 14%) và các loại chất nhũ hóa, chất ổn định khác nhau để khảo sát tính ổn định và chất lượng. Động cơ diesel thử nghiệm được vận hành ở các chế độ tải khác nhau để đo công suất và khí thải.

• Phương pháp phân tích: Đánh giá tính chất nhiên liệu bao gồm kích thước hạt nhũ tương, thời gian ổn định, trị số xetan, độ nhớt, khối lượng riêng, nhiệt độ chớp cháy, hàm lượng lưu huỳnh. Phân tích khí thải đo NOx, PM, CO, CO2, THC bằng thiết bị chuyên dụng. So sánh kết quả với nhiên liệu diesel thông thường.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong năm 2013, bao gồm giai đoạn chế tạo nhiên liệu, thử nghiệm động cơ, phân tích dữ liệu và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chất lượng nhiên liệu nhũ tương: Nhiên liệu nhũ tương với hàm lượng nước từ 8% đến 12% và tỷ lệ chất nhũ hóa phù hợp có thời gian ổn định từ 10 đến 14 ngày, kích thước hạt trung bình dưới 1 µm, đảm bảo tính ổn định cần thiết cho sử dụng thực tế.

2. Ảnh hưởng đến công suất động cơ: Khi sử dụng nhiên liệu nhũ tương, công suất động cơ giảm nhẹ từ 5% đến 8% so với diesel thông thường, nhưng vẫn trong giới hạn chấp nhận được cho ứng dụng thực tế.

3. Giảm phát thải khí độc hại: Nhiên liệu nhũ tương giảm lượng NOx từ 10% đến 20%, giảm PM từ 15% đến 60% tùy theo tỷ lệ nước và chất nhũ hóa. Lượng CO và THC cũng giảm đáng kể, góp phần cải thiện chất lượng khí thải.

4. Hiệu quả kinh tế: Do giảm lượng diesel tiêu thụ tương ứng với hàm lượng nước, nhiên liệu nhũ tương giúp tiết kiệm nhiên liệu khoảng 1-3%, đồng thời giảm chi phí xử lý khí thải và bảo trì động cơ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm phát thải NOx và PM là do hiện tượng "vi nổ" khi nước trong nhiên liệu bốc hơi, làm tăng diện tích tiếp xúc nhiên liệu với không khí, thúc đẩy quá trình cháy triệt để hơn và giảm nhiệt độ đỉnh trong buồng cháy, từ đó giảm sự hình thành NOx. Kích thước hạt nhỏ và sự phân bố đồng đều của nhũ tương giúp nhiên liệu cháy hiệu quả hơn, giảm lượng muội than (PM).

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả giảm NOx và PM của nhiên liệu nhũ tương trong nghiên cứu này tương đương hoặc cao hơn một số sản phẩm thương mại như AquazoleTM hay GecamTM. Việc giảm công suất động cơ nhẹ là do hàm lượng nước làm giảm năng lượng nhiên liệu, tuy nhiên không ảnh hưởng lớn đến hiệu suất vận hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng nước trong nhiên liệu và các chỉ tiêu khí thải, cũng như bảng so sánh công suất động cơ và tiêu hao nhiên liệu giữa nhiên liệu nhũ tương và diesel thông thường.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa tỷ lệ nước và chất nhũ hóa: Khuyến nghị sử dụng nhiên liệu nhũ tương với hàm lượng nước từ 8% đến 12% và hỗn hợp chất nhũ hóa có chỉ số HLB phù hợp để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả cháy. Thời gian thực hiện: 6 tháng, chủ thể: các nhà sản xuất nhiên liệu.

2. Nâng cấp thiết bị chế tạo nhũ tương: Đầu tư thiết bị phân tán siêu âm và máy nghiền keo để tạo nhũ tương có kích thước hạt nhỏ, đồng đều, tăng độ ổn định. Thời gian: 1 năm, chủ thể: viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

3. Thử nghiệm mở rộng trên các loại động cơ khác nhau: Mở rộng nghiên cứu đánh giá hiệu quả nhiên liệu nhũ tương trên động cơ diesel cỡ lớn và nhỏ, trong các điều kiện vận hành thực tế. Thời gian: 1-2 năm, chủ thể: các trường đại học và trung tâm nghiên cứu.

4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình kiểm soát chất lượng: Phát triển tiêu chuẩn quốc gia về nhiên liệu nhũ tương diesel – nước, bao gồm các chỉ tiêu về tính ổn định, thành phần, khí thải và an toàn. Thời gian: 1 năm, chủ thể: Bộ Công Thương, Bộ Khoa học và Công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật hóa học, cơ khí động lực: Nghiên cứu về nhiên liệu sạch, công nghệ chế tạo nhũ tương và đánh giá hiệu quả động cơ.

2. Doanh nghiệp sản xuất và phân phối nhiên liệu: Áp dụng công nghệ nhiên liệu nhũ tương để phát triển sản phẩm thân thiện môi trường, tiết kiệm chi phí.

3. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và năng lượng: Xây dựng chính sách, tiêu chuẩn khí thải và khuyến khích sử dụng nhiên liệu sạch.

4. Các đơn vị vận tải và công nghiệp sử dụng động cơ diesel: Tìm hiểu giải pháp giảm phát thải, nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu, giảm chi phí vận hành.

Câu hỏi thường gặp

1. Nhiên liệu nhũ tương diesel – nước là gì?
   Nhiên liệu nhũ tương là hỗn hợp nước được phân tán dưới dạng giọt nhỏ trong dầu diesel, ổn định nhờ chất nhũ hóa, giúp giảm phát thải khí độc hại và tiết kiệm nhiên liệu.

2. Nhiên liệu nhũ tương có ảnh hưởng đến công suất động cơ không?
   Có thể giảm nhẹ công suất từ 5% đến 8% do hàm lượng nước làm giảm năng lượng nhiên liệu, nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất vận hành trong giới hạn chấp nhận được.

3. Làm thế nào nhiên liệu nhũ tương giảm phát thải NOx và PM?
   Nước trong nhiên liệu bốc hơi tạo hiện tượng "vi nổ", làm tăng diện tích tiếp xúc nhiên liệu với không khí, thúc đẩy cháy triệt để hơn và giảm nhiệt độ đỉnh, từ đó giảm NOx và PM.

4. Nhiên liệu nhũ tương có cần thay đổi cấu trúc động cơ không?
   Không cần thay đổi cấu trúc động cơ, nhiên liệu nhũ tương có thể sử dụng trực tiếp trên động cơ diesel hiện có.

5. Thời gian ổn định của nhiên liệu nhũ tương là bao lâu?
   Thời gian ổn định dao động từ 10 đến 14 ngày tùy thuộc vào tỷ lệ nước và loại chất nhũ hóa sử dụng, cần bảo quản đúng cách để đảm bảo chất lượng.

Kết luận

• Nhiên liệu nhũ tương diesel – nước với hàm lượng nước 8-12% và chất nhũ hóa phù hợp có thể chế tạo ổn định trong phòng thí nghiệm.
• Sử dụng nhiên liệu nhũ tương giúp giảm phát thải NOx từ 10-20%, PM từ 15-60%, đồng thời giảm CO và THC.
• Công suất động cơ giảm nhẹ 5-8% nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả vận hành.
• Giải pháp nhiên liệu nhũ tương góp phần tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường, phù hợp với xu hướng nhiên liệu sạch.
• Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu mở rộng, hoàn thiện công nghệ và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật để ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm quy mô lớn và phối hợp với các cơ quan quản lý để phát triển chính sách hỗ trợ sử dụng nhiên liệu nhũ tương trong ngành giao thông và công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I.Tính cấp thiết của luận văn Hiện nay, động cơ diesel được sử dụng rất rộng rãi trong các nghành công nghiệp và giao thông vận tải. Bên cạnh những ưu điểm là tỷ số nén cao, khả năng duy trì công suất trong điều kiện rộng hoạt động, chi phí sản xuất nhiên liệu diesel rẻ hơn nhiều động cơ xăng, Tiêu tốn nhiên liệu thấp…thì nhược điểm lớn nhất của loại động cơ này là hàm lượng NO x, PM, THC ,…trong khí thải rất cao. Chúng đang gây ra những vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe con người và môi trường sinh thái. Ô nhiễm khí thải do động cơ diesel xe bus Trước tình hình đó đã có rất nhiều điều luật ban hành nhằm giảm tải hàm lượng khí thải sinh ra bởi động cơ diesel .Ví dụ như liên minh Châu Âu đã ban hành tiêu chuẩn Euro 4 có hiệu lực tháng 10 năm 2005 yêu cầu giảm PM trong khí thải tới 80%, giảm NOx tới 50% cho các động cơ diesel mới so với tiêu chuẩn Euro 3 trước đây.

Tiêu chuẩn Euro 5 có hiệu lực vào tháng 10 năm 2008 yêu cầu giảm PM trong khí thải tới 92%, giảm NO x tới 43% so với tiêu chuẩn Euro 4. Tiêu chuẩn Euro 6 đang áp dụng vào năm 2014 tới còn yêu cầu khắt khe hơn. Đối với các đời động cơ cũ chưa kịp thay thế sẽ bị đánh thuế rất nặng dựa trên hàm lượng khí thải động cơ đó sinh ra [15,20]. Ở Mỹ, cơ quan bảo vệ môi trường EPA có ban hành tiêu chuẩn HDE 2007 trong đó động cơ diesel phải giảm hàm lượng PM trong khí thải từ HVTH: LÊ VĂN HƯƠNG 12 GVHD: PGS.

TS NGUYỄN HỮU TRỊNH Luận văn tốt nghiệp Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu dạng nhũ tương 85-90% còn NOx phải giảm trên 25-30% [17,18]. Ở Việt Nam mặc dù mức ô nhiễm không khí tại các thành phố lớn là đáng báo động nhưng do khó khăn về mặt kinh tế, kỹ thuật nên Việt Nam mới chỉ áp dụng tiêu chuẩn Euro 2 vào tháng 7 năm 2007. Nhưng trong thời gian tới, để đáp ứng được yêu cầu hội nhập và cạnh tranh với các dòng sản phẩm sẽ phải áp dụng tiêu chuẩn khí thải Euro 3 và Euro 4. Dù sớm hay muộn, áp dụng các tiêu chuẩn Euro để kiểm soát lượng khí thải là nhiệm vụ cần thiết bởi những ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người là hết sức to lớn.

CO HC HC+NOx NOx PM PN Giai đoạn Ngày g/km /km Compression ignition ( Diesel ) 2.16) 8) Euro 2, IDI 1992,01 1,0 - 0,7 - 0,08 - Euro 2, IDI 1992,01l 1,0 - 0,9 - 0,10 - Euro 3 2000,01 0.0x1011 Khả năng đánh lửa của nhiên liệu( Xăng ) 2.16) Euro 2 1992,01l 2,2 - 0,5 - - - Euro 3 2000,01 2,3 - - 0,15 - - Euro 4 2005,01 1,0 - - 0,08 - - Euro 5 2.009,09b 1,0 - - 0,06 0,005ef - Euro 6 2014,09 1,0 - - 0,06 0,005ef 6,0x1012 eg Bảng 1. EU Tiêu chuẩn khí thải cho ô tô tải hành khách loại M1) HVTH: LÊ VĂN HƯƠNG 13 GVHD: PGS. TS NGUYỄN HỮU TRỊNH Luận văn tốt nghiệp Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu dạng nhũ tương Tier Ngày Kiểm tra CO HC NOx PM Hút thuốc Euro I Năm 1992,< 85 Kw ECER-49 4,5 1,1 8,0 0,612 Năm 1992,>85 Kw 4,5 1,1 8,0 0,36 Euro II Năm 1996,10 4,0 1,1 7,0 0,25 Năm 1998,10 4,0 1,1 7,0 0,15 Euro III Năm 1999,10EEVS ESC&ELR 1,5 0,25 2,0 0,02 0,15 Năm 2000,10 ESC&ELR 2,1 0,66 5,0 0,10 0,8 0,13l Euro IV Năm 2005,10 1,5 0,46 3,5 0,02 0,5 Euro V Năm 2008,10 1,5 0,46 2,0 0,02 0,5 Euro VI Năm 2013,01 1,5 0,13 0,4 0,01 Bảng 1. EU Tiêu chuẩn khí thải cho HD động cơ Diesel,g/kwh(khói trong m-1) Cuộc song trung gian ( 5 năm/ 50.000 mi) Hữu ích cuộc sống đầy đủ Bin # NMOG CO NOx PM HCH NMOG CO NOx PM HCHO O Tạm thời thùng 11MDP 0,280 7,3 0,9 0,32 Vc 10,b,d,e 0,125(0,1 3,4(4,4) 0,2 - 0,015 0,156(0, 4,2(6,4) 0,6 0,018 6) 230) (0,027 ) 9,b,e,f 0,075(0,1 3,4 0,4 - 0,015 0,090(0, 4,2 0,3 0,018 4) 180) Thường Trực thùng 8b 0,100(0,1 3,4 0,14 - 0,015 4,2 0,2 0,02 0,02 0,018 7 0,075 3,4 0,11 - 0,015 4,2 0,15 0,02 0,02 0,018 6 0,075 3,4 0,05 - 0,015 4,2 0,10 0,01 0,01 0,018 5 0,075 - - - 0,015 4,2 0,07 0,01 0,01 0,018 4 - - - - - 2,1 0,04 0,01 0,01 0,011 3 - - - - - 2,1 0,03 0,01 0,01 0,011 2 - - - - - 2,1 0,02 0,01 0,01 0,014 1 - - - - - 0,0 0,00 0,00 0,00 0,000 HVTH: LÊ VĂN HƯƠNG 14 GVHD: PGS.

TS NGUYỄN HỮU TRỊNH Luận văn tốt nghiệp Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu dạng nhũ tương Năm HC CO NOx PM Xe động cơ diesel Heavy – Dusty 1988 1,3 - 10,7 0,60 1990 1,3 - 6,0 0,60 1991 1,3 - 5,0 0,25 1994 1,3 - 5,0 0,10 1998 1,3 - 4,0 0,10 Đô thị Bus Enginer 1991 1,3 - 5,0 0,25 1993 1,3 - 5,0 0,10 1994 1,3 - 5,0 0,07 1996 1,3 - 5,0 0,05 * 1998 1,3 - 4,0 0,05* - Trong sử dụng PM tiêu chuẩn 0,07 Bảng 1. Tier 2 Tiêu chuẩn khí thải,75 FTP ,g/km Hình 1. Nhũ tương hóa nhiên liệu là biện pháp hiệu quả để giảm ô nhiễm môi trường Trước những yêu cầu nghiêm ngặt đó, đã có rất nhiều biện pháp được đề nghị như: sử dụng thiết bị “ bẫy hạt”, bộ xúc tác oxy hóa, xúc tác có tính chọn lựa (SCR), bộ thiết bị tuần hoàn khí thải (EGR), hệ thống bin lọc (CRT), sử dụng nhiên liệu HVTH: LÊ VĂN HƯƠNG 15 GVHD: PGS. TS NGUYỄN HỮU TRỊNH Luận văn tốt nghiệp Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu dạng nhũ tương sinh học biodiesel thay thế nhiên liệu thông thường….Tuy nhiên các phương pháp này có nhược điểm là đắt, kết cấu của động cơ bị thay đổi, những biện pháp như sử dụng thiết bị “ bẫy hạt” thì chỉ áp dụng cho động cơ diesel cỡ nhỏ, còn nhiên liệu sinh học biodiesel vẫn còn trong giai đoạn nghiên cứu và chưa được sử dụng rộng rãi [20].

Một biện pháp khác hiệu quả hơn là nghiên cứu sử dụng nhiên liệu nhũ tương nước - diesel. Nhũ tương hóa nhiên liệu diesel có thể tăng hiệu quả nhiên liệu, do đó làm giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Công nghệ này được cung cấp "ba vương miện" của cả lợi ích môi trường và kinh tế nhũ hoá, công nghệ nhiên liệu (EFT). Việc sử dụng nhiên liệu nhũ tương nước - diesel không những có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm tải khí thải, bảo vệ môi trường mà còn đồng thời tiếc kiệm nguồn nguyên liệu hóa thạch đang dần ngày càng cạn kiệt.

Xuất phát từ ý nghĩa đó đề tài “ Nghiên cứu chế tạo và đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương nước - diesel ” đã được thực hiện. ▪ EGR-Bộ tuần hoàn khí thải ▪ SCR-Xúc tác chọn lọc ▪ DPF-Sử dụng thiết bị bẫy hạt Hình 1. Các giải pháp công nghệ để đáp ứng tiêu chuẩn EURO mới HVTH: LÊ VĂN HƯƠNG 16 GVHD: PGS. TS NGUYỄN HỮU TRỊNH Luận văn tốt nghiệp Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu dạng nhũ tương Hình 1.

Nhiên liệu nhũ tương có thể làm giảm đồng thời PM và NOx I. Tình hình nghiên cứu hiện nay I. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Trên thế giới việc đưa nước vào nhiên liệu diesel đã được biết đến từ sau thập niên 90. Hàng trăm sáng chế đã đưa ra trên cơ sở hỗn hợp pha trộn nước với diesel [23,26].

Tuy nhiên phải đến nay nhiên liệu nhũ tương nước - diesel mới được nhiều nước nghiên cứu hoàn chỉnh và áp dụng rộng rãi với hàm lượng nước điển hình từ 8 đến 35% tùy theo yêu cầu ứng dụng. Mẫu nhiên liệu nhũ tương GeCamTM HVTH: LÊ VĂN HƯƠNG 17 GVHD: PGS. TS NGUYỄN HỮU TRỊNH Luận văn tốt nghiệp Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu dạng nhũ tương Nhiều sản phẩm của nhiên liệu nhũ tương này đã được thương mại hóa như: PuriNOxTM , Qwhite, Aspira của tập đoàn Lubrizol (Mỹ) chứa hàm lượng từ 10 đến 20% giảm 14% NOx và 62,9% PM, AquazoleTM của ToTal (Pháp) chứa hàm lượng nước từ 14% đến 17% giảm 16% NOx và 60% PM, GecamTM của Pirelli EcoTechnology (Ý) hàm lượng nước 10 % giảm hơn 50 % PM, 5-6 % NOx và trên 30 % CO, DOE của Alternative Petroleum Technologies (Mỹ ) chứa hàm lượng nước từ 6% đến 16%, ít hơn 2% phụ gia, giảm 10-30 % NOx , 60 % PM và 10 - 60 % CO , 2 - 4 % CO2 … [23]. Hiện đã có 4 nước ở Châu Âu bao gồm Pháp, Ý, Anh, Switzerland sử dụng thực tế nhiên liệu nhũ tương, trong đó toàn bộ hệ thống xe bus ở LonDon đã sử dụng từ năm 2003, các loại xe bus ở Paris cũng vậy.

Hiện có khoảng 9000 xe bus sử dụng loại nhiên liệu này. Như vậy loại nhiên liệu này đã được các nước Châu Âu cũng như Mỹ sử dụng phổ biến và được xem là nhiên liệu sạch để thay thế cho nhiên liệu diesel. Sản xuất công nghiệp nhiên liệu nhũ tương a. Hiệp hội sản xuất nhiên liệu nhũ tương châu âu Thành viên của hiệp hội : ▪ Pirelli Eco Technology ▪ Total ▪ Lubrizol Được sử dụng ❖ Các đội tàu đô thị (xe bút ,dịch vụ vệ sinh) ❖ Công nghệ trên đường • Đầu máy xe lửa • Thiết bị phát điện • Thiết bị xây dựng HVTH: LÊ VĂN HƯƠNG 18 GVHD: PGS.

TS NGUYỄN HỮU TRỊNH Luận văn tốt nghiệp Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu dạng nhũ tương ❖ Sưởi ấm và công nghiệp ➢ Nhũ tương diesel được sử dụng rộng rải đồng thời làm giảm PM và NOx. Sản phẩm thương mại nhũ tương của các thành viên trong hiệp hội A. GECAM, DIESEL TRẮNG ™ ▪ GECAM ™ - cấp bằng sáng chế do Tập đoàn Pirelli Eco Technology - là một nhũ tương của nước (10%) trong dầu diesel sử dụng trong xe và hệ thống sưởi ấm. Ưu điểm: - Giảm lượng khí thải hạt 50%.

- Giảm 5-6% các oxit nitơ - Giảm 30% Khí thải carbon monoxide A. PURINOXTM ▪ PURINOXTM là một nhũ tương của nước trong dầu diesel do tổng công Lubrizol sản xuất Ưu Điểm: - Giảm NOx lên đến 30% - Giảm ham lượng hạt bụi lên đến 65% - Tiết kiệm năng lượng 1-3% - Sử dụng lưu trữ hiện có, phân phối và thúc đẩy thiết bị với sửa đổi nhỏ. - Xử lý Giống như nhiên liệu Diesel nhưng với các thông số ổn định được xác định A. AQUAZOLETM Ưu Điểm : - Giảm 16% các oxit nitơ (NO x ) HVTH: LÊ VĂN HƯƠNG 19 GVHD: PGS.

TS NGUYỄN HỮU TRỊNH Luận văn tốt nghiệp Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu dạng nhũ tương - Giảm 60% (PM) B.