Giáo trình Khí Xả và Xử Lý Khí Xả Động Cơ Đốt Trong (PGS.TS Lê Hoài Đức)

Khí quyển, lớp vỏ ngoài bảo vệ Trái Đất, đang đối mặt với những thách thức nghiêm trọng do ô nhiễm. 164 trang.

• Đề tài: Khí Xả Và Xử Lý Khí Xả

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
• 1.1. CÁC NGUỒN TẠO RA KHÍ XẢ VÀ BỤI
• 1.1.1. Khí quyển và vấn đề ô nhiễm môi trường
• 1.1.1.1. Nguồn ô nhiễm tự nhiên
• 1.1.1.2. Nguồn ô nhiễm nhân tạo
• 1.2. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ Ô TÔ GÂY RA Ở VIỆT NAM
• 1.2.1. Sự phát triển phương tiện giao thông ở Việt Nam
• 1.2.2. Tình hình ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ gây ra ở Việt Nam

Tóm tắt

I. Khám Phá Tổng Quan Về Khí Xả Và Vấn Nạn Ô Nhiễm Hiện Nay

Khí quyển, lớp vỏ ngoài bảo vệ Trái Đất, đang đối mặt với những thách thức nghiêm trọng do ô nhiễm. Ô nhiễm không khí được định nghĩa là sự hiện diện của các chất lạ hoặc sự biến đổi thành phần không khí, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Theo TCVN 5966-1995, ô nhiễm không khí là sự có mặt của các chất trong khí quyển từ hoạt động con người hoặc tự nhiên với nồng độ và thời gian đủ lớn để gây hại. Một trong những nguồn gây ô nhiễm nhân tạo lớn nhất chính là khí xả từ động cơ đốt trong, loại động cơ chiếm tới 80% tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu. Tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP.HCM, nồng độ bụi và các khí độc hại từ phương tiện giao thông đã vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Các chất ô nhiễm chính bao gồm Carbon Monoxide (CO), Hydrocarbon (HC), Oxit Nitơ (NOx) và hạt vật chất (PM). Mỗi chất đều có cơ chế hình thành và tác động riêng biệt, đòi hỏi các giải pháp xử lý khí xả chuyên sâu. Hiểu rõ bản chất, nguồn gốc và các thành phần trong khí xả là bước đầu tiên và quan trọng nhất để xây dựng các chiến lược kiểm soát ô nhiễm hiệu quả, bảo vệ môi trường sống và sức khỏe cộng đồng. Việc nghiên cứu các phương pháp xử lý khí xả không chỉ là yêu cầu kỹ thuật mà còn là trách nhiệm cấp bách của xã hội hiện đại.

1.1. Định nghĩa ô nhiễm không khí và các nguồn phát thải chính

Ô nhiễm môi trường không khí là sự thay đổi lớn trong thành phần không khí, làm cho không khí không còn sạch, có mùi khó chịu hoặc chứa các chất độc hại. Nguyên nhân gây ô nhiễm được chia thành hai nguồn chính: tự nhiên và nhân tạo. Nguồn tự nhiên bao gồm núi lửa phun trào (phát tán sunfua, metan), cháy rừng (thải bụi và khí độc), bão bụi và quá trình phân hủy sinh học. Tuy nhiên, nguồn ô nhiễm nhân tạo mới là tác nhân nguy hiểm hơn do khả năng tập trung cục bộ với nồng độ cao. Hoạt động công nghiệp, đốt nhiên liệu hóa thạch và giao thông vận tải là những nguồn nhân tạo chủ yếu. Động cơ đốt trong của ô tô, xe máy là nguồn phát thải di động lớn nhất tại các khu đô thị, thải ra các chất như CO, CO2, NOx, và bụi than.

1.2. Phân loại các thành phần độc hại trong khí xả động cơ

Các chất độc hại trong khí xả động cơ đốt trong bao gồm nhiều thành phần khác nhau, có thể phân loại dựa trên trạng thái vật lý và tính chất hóa học. Các chất ở dạng khí bao gồm Carbon Monoxide (CO), Carbonic (CO2), Oxit Nitơ (NOx), và Oxit lưu huỳnh (SOx). Các chất dạng hạt (PM) là các hạt rắn hoặc lỏng nhỏ li ti, chủ yếu là bồ hóng (muội than) và các hợp chất hữu cơ bám dính. Ngoài ra còn có các Hydrocarbon (HC) là nhiên liệu chưa cháy hết hoặc các sản phẩm của phản ứng phụ. Đặc biệt, đối với động cơ xăng sử dụng xăng pha chì, các hợp chất chứa chì là thành phần cực kỳ nguy hiểm. Tỷ lệ các chất này thay đổi tùy thuộc vào loại động cơ (xăng hay diesel), chế độ vận hành và chất lượng nhiên liệu. Việc nhận diện và phân loại chính xác các thành phần này là cơ sở cho việc phát triển công nghệ xử lý khí xả.

II. Phân Tích Tác Hại Của Khí Xả Lên Sức Khỏe Và Môi Trường

Khí xả từ động cơ đốt trong chứa các thành phần độc hại gây ra những ảnh hưởng tiêu cực sâu rộng đến sức khỏe con người và môi trường sống. Các chất ô nhiễm này, dù vô hình, lại là nguyên nhân của nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, từ các bệnh về đường hô hấp đến nguy cơ ung thư. Carbon Monoxide (CO) có khả năng liên kết với hemoglobin trong máu mạnh hơn oxy khoảng 200 lần, gây cản trở quá trình vận chuyển oxy và có thể dẫn đến tử vong nếu hít phải nồng độ cao. Hydrocarbon (HC), đặc biệt là các hợp chất thơm đa vòng, có thể gây đột biến tế bào và ung thư. Oxit Nitơ (NOx) khi phản ứng với hơi nước tạo thành axit nitric, gây kích ứng hệ hô hấp, tổn thương niêm mạc và phổi. Bên cạnh đó, các hạt vật chất siêu mịn (PM) có thể đi sâu vào phổi, gây viêm và phá hủy tế bào. Về phương diện môi trường, khí xả là tác nhân chính gây ra mưa axit, làm xói mòn công trình và thoái hóa đất đai. Nghiêm trọng hơn, khí CO2 là nguyên nhân hàng đầu gây ra hiệu ứng nhà kính, làm nhiệt độ Trái Đất tăng lên, gây biến đổi khí hậu toàn cầu, tan băng ở hai cực và dâng cao mực nước biển. Việc tìm hiểu kỹ lưỡng các tác động này nhấn mạnh sự cấp thiết của các biện pháp kiểm soát và xử lý khí xả.

2.1. Tác động của CO HC và các chất độc khác đến cơ thể

CO là một khí không màu, không mùi, rất độc. Khi xâm nhập vào cơ thể, nó ngăn cản khả năng cung cấp oxy của máu cho các tế bào, gây ngạt và tổn thương hệ thần kinh. HC bao gồm nhiều loại, trong đó các hydrocacbon thơm như benzen có thể gây ung thư. Các loại HC khác góp phần tạo ra sương mù quang hóa, gây hại cho mắt và đường hô hấp. Các hợp chất chì (trong xăng pha chì cũ) là chất độc thần kinh, ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển trí tuệ, đặc biệt ở trẻ em. Anđehit, một sản phẩm cháy không hoàn toàn khác, có mùi gắt, gây tê và một số loại cũng có khả năng gây ung thư.

2.2. Ảnh hưởng của NOx PM và SOx đến hệ hô hấp con người

NOx, chủ yếu là NO và NO2, gây tác hại trực tiếp lên phổi và niêm mạc. NO2 là một khí màu nâu đỏ, mùi gắt, có thể gây viêm phế quản và làm suy giảm chức năng phổi. Trong khí quyển, NOx còn là tiền chất tạo ra ozon tầng đối lưu, một chất ô nhiễm thứ cấp nguy hiểm. PM, hay còn gọi là bồ hóng, là các hạt rắn siêu nhỏ có thể xâm nhập sâu vào phế nang, mang theo các chất độc hại khác bám trên bề mặt, gây ra các bệnh hô hấp mãn tính và tim mạch. SOx, sinh ra từ lưu huỳnh trong nhiên liệu, khi kết hợp với nước tạo thành axit sunfuric, gây kích ứng mạnh mẽ đường hô hấp và góp phần tạo nên mưa axit.

2.3. Vấn đề hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu toàn cầu

Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng các khí như CO2, CH4, N2O trong khí quyển hấp thụ bức xạ nhiệt từ Trái Đất, làm cho hành tinh ấm lên. Khí xả từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch là nguồn phát thải CO2 lớn nhất. Sự gia tăng nồng độ CO2 trong khí quyển đang làm nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng nhanh chóng. Các nhà khoa học dự báo, nếu không có biện pháp khắc phục, nhiệt độ Trái Đất có thể tăng từ 1,5 đến 4,5°C vào năm 2050. Hậu quả của hiện tượng này là băng tan, nước biển dâng, các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, lũ, hạn hán xảy ra thường xuyên hơn, đe dọa trực tiếp đến an ninh lương thực và cuộc sống của hàng trăm triệu người.

III. Phương Pháp Phân Tích Cơ Chế Hình Thành Chất Độc Trong Khí Xả

Để thực hiện việc xử lý khí xả hiệu quả, cần phải hiểu rõ cơ chế hình thành của từng chất độc hại bên trong buồng cháy của động cơ đốt trong. Quá trình này vô cùng phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần nhiên liệu, tỷ lệ không khí-nhiên liệu, nhiệt độ và áp suất. Carbon Monoxide (CO) là sản phẩm của quá trình cháy thiếu oxy. Khi hệ số dư lượng không khí λ nhỏ hơn 1 (hỗn hợp giàu), lượng oxy không đủ để oxy hóa hoàn toàn carbon thành CO2, dẫn đến nồng độ CO cao. Ngược lại, Hydrocarbon (HC) chủ yếu sinh ra từ nhiên liệu chưa cháy hết do hiện tượng dập tắt ngọn lửa gần thành xylanh lạnh (hiệu ứng sát vách) và nhiên liệu lọt vào các khe hẹp (khe hở piston, xéc-măng) nơi màng lửa không thể lan tới. Oxit Nitơ (NOx) được hình thành ở nhiệt độ rất cao (trên 1100°C) khi nitơ và oxy trong không khí phản ứng với nhau. Quá trình này đạt cực đại khi hỗn hợp hơi nghèo (λ ≈ 1.05 - 1.1) vì tại đây vừa có nhiệt độ cháy cao, vừa có đủ oxy dư. Cuối cùng, bồ hóng (PM), đặc trưng của động cơ diesel, là kết quả của quá trình phân hủy nhiệt nhiên liệu trong những vùng cục bộ rất giàu nhiên liệu, thiếu oxy.

3.1. Quá trình tạo ra Carbon Monoxide CO và Hydrocarbon HC

Sự hình thành CO là một bước trung gian trong chuỗi phản ứng oxy hóa hydrocarbon. Phản ứng chính để chuyển hóa CO thành CO2 là CO + OH ↔ CO₂ + H. Khi hỗn hợp giàu nhiên liệu, lượng oxy không đủ để hoàn tất phản ứng này, làm cho CO tồn tại với nồng độ cao trong khí xả. Đối với HC, ngoài hiệu ứng sát vách và thể tích chết, một nguồn phát thải khác là do dầu bôi trơn trên thành xylanh hấp thụ hơi nhiên liệu trong kỳ nén và nhả ra trong kỳ giãn nở sau khi quá trình cháy chính đã kết thúc. Do đó, việc thiết kế buồng cháy gọn và tối ưu hóa màng dầu bôi trơn có thể giúp giảm thiểu phát thải HC.

3.2. Điều kiện hình thành Oxit Nitơ NOx trong buồng cháy

Sự hình thành NOx tuân theo cơ chế Zeldovich, diễn ra mạnh mẽ ở nhiệt độ đỉnh của chu trình cháy. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến nồng độ NOx là nhiệt độ cháy, nồng độ oxy và thời gian lưu của khí ở nhiệt độ cao. Vì vậy, nồng độ NOx thường tỷ lệ thuận với tải của động cơ. Bất kỳ giải pháp nào làm giảm nhiệt độ cháy đỉnh, chẳng hạn như làm mát khí nạp hoặc luân hồi khí xả (EGR), đều có tác dụng giảm đáng kể lượng NOx tạo thành. Đây là một trong những thách thức lớn nhất trong việc thiết kế động cơ hiện đại, vì các biện pháp tăng hiệu suất (như tăng tỷ số nén) thường làm tăng nhiệt độ cháy và kéo theo tăng phát thải NOx.

3.3. Cơ chế phức tạp của việc tạo ra bồ hóng PM trong diesel

Bồ hóng (PM) trong động cơ diesel được hình thành qua ba giai đoạn chính. Giai đoạn đầu tiên là tạo hạt nhân từ các phân tử hydrocarbon lớn thông qua quá trình phân hủy nhiệt và polymer hóa. Giai đoạn thứ hai là sự phát triển của các hạt này bằng cách ngưng tụ thêm các chất khí lên bề mặt và liên kết các hạt nhỏ lại với nhau thành các chuỗi lớn hơn (agrégat). Giai đoạn cuối cùng là quá trình oxy hóa, nơi một phần bồ hóng đã hình thành sẽ bị đốt cháy nếu gặp được oxy ở nhiệt độ đủ cao. Tốc độ tạo bồ hóng cuối cùng là hiệu số giữa tốc độ sinh ra và tốc độ oxy hóa. Do đó, việc cải thiện sự hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí để hạn chế các vùng quá giàu nhiên liệu là chìa khóa để giảm phát thải PM.

IV. Hướng Dẫn Các Giải Pháp Xử Lý Khí Xả Tối Ưu Cho Động Cơ

Để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường ngày càng khắt khe, nhiều giải pháp xử lý khí xả và cải tiến động cơ đã được áp dụng. Các giải pháp này có thể được chia thành hai nhóm chính: xử lý bên trong động cơ (cải tiến quá trình cháy) và xử lý bên ngoài (xử lý khí xả sau khi ra khỏi xylanh). Việc tối ưu hóa các thông số vận hành của động cơ đóng vai trò nền tảng. Điều chỉnh chính xác hệ số dư lượng không khí λ là yếu tố quan trọng hàng đầu. Đối với động cơ xăng, vận hành ở chế độ hỗn hợp nghèo (λ > 1) giúp giảm đáng kể CO và HC, nhưng lại có thể làm tăng NOx. Do đó, việc sử dụng các hệ thống phun xăng điện tử hiện đại có cảm biến oxy để duy trì λ xấp xỉ 1 là giải pháp tối ưu cho bộ xử lý xúc tác 3 đường. Ngoài ra, điều chỉnh góc đánh lửa sớm và thiết kế buồng cháy hợp lý cũng góp phần quan trọng. Các kỹ thuật tiên tiến như luân hồi khí xả (EGR) được sử dụng rộng rãi để giảm nhiệt độ cháy, qua đó hạn chế sự hình thành NOx. Sự kết hợp đồng bộ giữa các giải pháp này giúp giảm thiểu ô nhiễm ngay tại nguồn, trước khi khí xả được đưa đến hệ thống xử lý cuối cùng.

4.1. Tối ưu hóa hệ số dư lượng không khí λ cho động cơ

Hệ số dư lượng không khí λ là tỷ lệ giữa lượng không khí thực tế nạp vào và lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu. Với động cơ xăng, việc duy trì λ xung quanh giá trị 1.0 là lý tưởng để bộ xử lý xúc tác hoạt động hiệu quả nhất. Với động cơ diesel, động cơ luôn hoạt động với λ lớn hơn 1 (hỗn hợp nghèo). Tuy nhiên, khi tải tăng, λ giảm xuống, nồng độ PM và CO sẽ tăng lên. Việc kiểm soát chính xác lượng nhiên liệu phun vào tương ứng với lượng không khí nạp ở mọi chế độ tải là yếu an tố cốt lõi để cân bằng giữa hiệu suất và phát thải.

4.2. Ảnh hưởng của góc đánh lửa phun sớm và thiết kế buồng cháy

Giảm góc đánh lửa sớm (đánh lửa muộn hơn) trong động cơ xăng sẽ làm giảm nhiệt độ và áp suất cực đại của chu trình cháy, dẫn đến giảm đáng kể NOx. Tuy nhiên, điều này có thể làm giảm hiệu suất và tăng tiêu hao nhiên liệu. Đối với động cơ diesel, phun nhiên liệu muộn hơn cũng có tác dụng tương tự trong việc giảm NOx, nhưng lại làm tăng phát thải PM. Thiết kế buồng cháy gọn, có tỷ số diện tích bề mặt trên thể tích nhỏ, giúp giảm tổn thất nhiệt và giảm phát thải HC do hạn chế hiệu ứng sát vách. Việc tạo ra xoáy lốc phù hợp trong buồng cháy cũng cải thiện sự hòa trộn, giúp nhiên liệu cháy kiệt hơn.

4.3. Kỹ thuật luân hồi khí xả EGR để giảm thiểu phát thải NOx

Luân hồi khí xả (EGR) là kỹ thuật đưa một phần khí xả đã được làm mát quay trở lại đường nạp để hòa trộn với không khí mới. Vì khí xả chứa ít oxy và có nhiệt dung riêng cao, nó làm giảm nồng độ oxy trong hòa khí và hấp thụ một phần nhiệt lượng trong quá trình cháy. Kết quả là nhiệt độ cháy đỉnh giảm xuống đáng kể, từ đó ức chế mạnh mẽ quá trình hình thành NOx. Đây là một trong những phương pháp hiệu quả và phổ biến nhất để kiểm soát NOx trên cả động cơ xăng và động cơ diesel hiện đại. Tuy nhiên, tỷ lệ EGR quá cao có thể làm tăng phát thải HC và PM do quá trình cháy không ổn định.

V. Tương Lai Của Công Nghệ Xử Lý Khí Xả Và Các Xu Hướng Mới

Tương lai của ngành công nghiệp ô tô gắn liền với việc phát triển các công nghệ xử lý khí xả và động cơ sạch hơn. Trước áp lực từ các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt trên toàn cầu như Euro 6, Euro 7, các nhà sản xuất buộc phải đầu tư mạnh mẽ vào nghiên cứu và phát triển. Xu hướng chính hiện nay là kết hợp nhiều công nghệ xử lý khác nhau để đạt được hiệu quả tối ưu. Đối với động cơ diesel, hệ thống xử lý phức tạp bao gồm bộ oxy hóa xúc tác (DOC), bộ lọc hạt diesel (DPF) và hệ thống khử xúc tác chọn lọc (SCR) sử dụng AdBlue đã trở thành tiêu chuẩn. Đối với động cơ xăng, công nghệ phun xăng trực tiếp (GDI) kết hợp với bộ lọc hạt xăng (GPF) đang được áp dụng để giải quyết vấn đề phát thải hạt siêu mịn. Bên cạnh đó, việc chuyển đổi sang các loại nhiên liệu thay thế có hàm lượng carbon thấp hoặc không có carbon như hydro, nhiên liệu sinh học, và điện hóa là con đường tất yếu. Việc nghiên cứu các động cơ hiệu suất cao hơn, giảm tiêu thụ nhiên liệu cũng là một giải pháp quan trọng, bởi lẽ giảm lượng nhiên liệu đốt cháy đồng nghĩa với việc giảm tổng lượng khí xả phát thải vào môi trường. Cuộc cách mạng về xử lý khí xả đang mở ra một kỷ nguyên mới cho giao thông bền vững.

5.1. Các tiêu chuẩn khí thải Euro ngày càng trở nên nghiêm ngặt

Lộ trình áp dụng các tiêu chuẩn khí thải như Euro là động lực chính thúc đẩy sự tiến bộ của công nghệ xử lý khí xả. Bắt đầu từ Euro 1 vào năm 1992 cho đến Euro 6 và các tiêu chuẩn sắp tới, giới hạn cho phép đối với các chất ô nhiễm như NOx, PM, HC và CO đã giảm xuống hàng chục, thậm chí hàng trăm lần. Các tiêu chuẩn mới không chỉ giới hạn lượng phát thải trong các chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn mà còn yêu cầu kiểm tra trong điều kiện vận hành thực tế trên đường (Real Driving Emissions - RDE), đặt ra những thách thức kỹ thuật to lớn nhưng cũng đảm bảo rằng các phương tiện thực sự sạch hơn khi lưu thông.

5.2. Hướng tới nhiên liệu thay thế và động cơ có hiệu suất cao

Giảm phát thải khí xả không chỉ phụ thuộc vào công nghệ xử lý mà còn vào nguồn năng lượng sử dụng. Các loại nhiên liệu thay thế như ethanol, biodiesel giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và có thể giảm một số thành phần ô nhiễm. Xa hơn nữa, các phương tiện sử dụng pin nhiên liệu hydro chỉ thải ra hơi nước, được coi là giải pháp không phát thải tại chỗ. Song song đó, việc cải tiến hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong thông qua các công nghệ như chu trình Atkinson/Miller, tăng áp, và giảm ma sát vẫn tiếp tục được nghiên cứu. Một động cơ tiêu thụ ít nhiên liệu hơn để sinh ra cùng một công suất sẽ phát thải ít CO2 và các chất ô nhiễm khác, góp phần trực tiếp vào mục tiêu bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Khí xả và xử lý khí xả do PGS. TS Lê Hoài Đức chủ biên, cùng các tác giả ThS. Khương Thị Hà, ThS. Lê Công Báo và ThS. Nguyễn Thìn Quỳnh thuộc Bộ môn Động cơ đốt trong, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải biên soạn, được Nhà xuất bản Giao thông Vận tải ấn hành năm 2017. Giáo trình được xây dựng trên cơ sở đề cương môn học đã được Hội đồng Khoa học và Đào tạo Trường Đại học Giao thông Vận tải phê duyệt.

+------------------------------------------------------------------------------------+
|                             TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI                      |
|                                        KHOA CƠ KHÍ                                 |
|                                BỘ MÔN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                            |
|                                                                                    |
|                               GIÁO TRÌNH HỌC THUẬT                                 |
|                            KHÍ XẢ VÀ XỬ LÝ KHÍ XẢ                                  |
|                                                                                    |
| Chủ biên: PGS. TS Lê Hoài Đức (Biên soạn Chương 1 & 2)                             |
| Đồng tác giả: ThS. Khương Thị Hà (Chương 3),                                       |
|               ThS. Lê Công Báo & ThS. Nguyễn Thìn Quỳnh (Chương 4)                 |
| Nhà xuất bản: Giao thông Vận tải - Hà Nội (Năm 2017)                               |
+------------------------------------------------------------------------------------+

Trong chương trình đào tạo kỹ sư, giáo trình giữ vai trò là tài liệu giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Máy Động lực, đồng thời là tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành Kỹ thuật Cơ khí và Cơ khí chuyên dùng. Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc trang bị cho người học hệ thống lý thuyết về nguồn gốc phát thải, động học hình thành các chất ô nhiễm trong buồng cháy, phương pháp định lượng và các giải pháp kỹ thuật điều chỉnh - kết cấu nhằm giảm thiểu độc hại trong khí thải động cơ đốt trong.

Tài liệu được cấu trúc thành 4 chương với phương pháp tiếp cận từ tổng quan môi trường khí quyển, phân tích thực trạng giao thông đường bộ tại Việt Nam, đi sâu vào cơ chế phản ứng hóa học vi mô của từng chất ô nhiễm, và mở rộng sang các giải pháp giảm phát thải trên động cơ xăng cũng như động cơ diesel.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             CẤU TRÚC KIẾN THỨC CỐT LÕI
  [CHƯƠNG 1]                       [CHƯƠNG 2]                       [CHƯƠNG 3 & 4]
Tổng quan khí xả              Cơ chế hình thành độc hại           Giải pháp giảm phát thải
  - Cấu trúc khí quyển          - Động học hình thành CO            - Điều chỉnh hệ số λ
  - Phân loại bụi & khí         - Nguồn phát thải HC                - Góc đánh lửa/phun sớm
  - Thực trạng phát thải VN     - Mô hình nhiệt Zeldovich (NOx)     - Kết cấu buồng cháy & EGR
  - Định lượng: me, ms, ei      - Cơ chế Fusco & Borghi (PM)        - Công nghệ xử lý khí xả

Các chương và chủ đề chính

Chương 1: Tổng quan về khí xả của động cơ đốt trong (PGS. TS Lê Hoài Đức biên soạn)

• Cấu trúc khí quyển và môi trường: Phân tích các tầng khí quyển (đối lưu, bình lưu, trung gian, nhiệt, điện ly). Khối lượng toàn bộ khí quyển xấp xỉ $5 \cdot 10^{15}$ tấn, tập trung chủ yếu ở tầng đối lưu và bình lưu. Trình bày hiện tượng suy giảm tầng ôzôn ở độ cao 25 km và hiệu ứng nhà kính do gia tăng nồng độ các khí $CO_2$, $CH_4$, $N_2O$, $O_3$, $CFC-11$, $CFC-12$ (Bảng 1.6).
• Phân loại nguồn và vật chất gây ô nhiễm: Phân định nguồn tự nhiên (núi lửa, cháy rừng, bão bụi, phân hủy sinh học) và nguồn nhân tạo (nhiệt điện, công nghiệp hóa chất, luyện kim, giao thông vận tải). Phân loại tác nhân theo dải kích thước hạt và trạng thái vật chất gồm khí ($CO$, $CO_2$, $NO_x$, $SO_x$), bụi ($0,1 - 2000,\mu m$), khói ($0,001 - 0,1,\mu m$), sương ($0,1 - 10,\mu m$), hơi ($0,005,\mu m$) theo Bảng 1.1 và Bảng 1.2.
• Thực trạng ô nhiễm do phương tiện giao thông tại Việt Nam: Thống kê sự gia tăng số lượng phương tiện đường bộ, đường sắt, đường thủy nội địa, hàng không (Bảng 1.3 theo số liệu Cục Đăng kiểm Việt Nam). Trích dẫn các đánh giá môi trường từ Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP), nghiên cứu chỉ số môi trường của Đại học Yale (2006), tiêu chuẩn TCVN 5966-1995, cùng các quy định niên hạn xe cơ giới (Nghị định 92/2001/NĐ-CP và 23/2004/NĐ-CP).
• Nguồn phát thải và thành phần khí xả: Xác định 3 nguồn thải từ động cơ đốt trong gồm khí xả trên đường ống thải (chứa khoảng 83% $N_2$ và hơi nước, cùng $CO$, $CO_2$, $HC$, $NO_x$), khí rò lọt qua khe hở piston - xy lanh (90% là $N_2$ và $O_2$), và khí bay hơi từ bình nhiên liệu. Thống kê tỷ lệ đóng góp ô nhiễm theo chủng loại phương tiện (Bảng 1.4) và hàm lượng chất điển hình ở chế độ không tải/toàn tải (Bảng 1.5).
• Công thức định lượng phát thải: Thiết lập các công thức xác định lượng độc hại thải vào môi trường:
  • Lượng phát thải cho một đơn vị công suất theo thời gian: $$m_e = \frac{G_i}{N_e \cdot t} = g_e \cdot \psi_i (1 + \lambda L_0) \quad [\text{g/kWh}]$$
  • Lượng phát thải cho một đơn vị quãng đường di chuyển: $$m_s = \psi_i \frac{G_{nl}}{S} (1 + \lambda L_0) \quad [\text{g/km}]$$
  • Lượng phát thải cho một đơn vị khối lượng nhiên liệu tiêu thụ: $$e_i = \psi_i (1 + \lambda L_0) \quad [\text{g/kg nhiên liệu}]$$

Chương 2: Cơ chế hình thành các thành phần độc hại trong khí xả của động cơ đốt trong (PGS. TS Lê Hoài Đức biên soạn)

• Cơ chế hình thành CO: Hình thành qua chuỗi oxy hóa trung gian $RH \rightarrow R \rightarrow RO_2 \rightarrow RCO \rightarrow CO$. Phản ứng chuyển hóa tiếp theo diễn ra theo cân bằng $CO + OH \rightleftharpoons CO_2 + H$ và $CO + O_2 \rightleftharpoons CO_2$. Khi nhiệt độ giãn nở giảm xuống dưới 1700 K, nồng độ $CO$ bị đông kết.
• Cơ chế hình thành Hydrocacbon (HC): Phân tích các nguyên nhân phát sinh $HC$ chưa cháy gồm hiệu ứng sát vách làm dập tắt màng lửa, nhiên liệu chèn vào thể tích khe kẽ chết (giữa đỉnh piston, séc-măng và xy lanh), màng dầu bôi trơn hấp thụ và nhả hơi nhiên liệu, và hiện tượng cháy rớt trong quá trình giãn nở.
• Cơ chế hình thành $NO_x$: Phân tích mô hình nhiệt động học Zeldovich với hệ 3 phản ứng thuận nghịch: $$\begin{aligned} O_2 + N_2 &\rightleftharpoons NO + N - 316,\text{kJ/kmol} \ N + O_2 &\rightleftharpoons NO + O + 136,\text{kJ/kmol} \ N + OH &\rightleftharpoons NO + H \end{aligned}$$ Nồng độ $NO_x$ đạt cực đại trong dải hệ số dư lượng không khí $\lambda = 1,05 - 1,1$ do điều kiện nhiệt độ cao ($> 1100^\circ\text{C}$) và nồng độ oxy tối ưu.
• Cơ chế hình thành bồ hóng (PM): Mô tả cấu trúc agrégat gồm nhân carbon rắn và phần hữu cơ hòa tan hấp phụ (SOF - Soluble Organic Fraction) cùng sulfate. Trình bày mô hình 3 giai đoạn của Fusco (tạo hạt nhân từ axetylen và hydrocarbon thơm đa vòng HAP, phát triển bề mặt - liên kết hạt, và oxy hóa bởi $OH$, $O_2$), kết hợp mô hình động hóa học Borghi từ các cấu tử aromatic/aliphatic.
• Các hợp chất chì và lưu huỳnh: Tác hại của phụ gia chống kích nổ tetraethyl chì $Pb(C_2H_5)_4$, lộ trình loại bỏ xăng pha chì theo TCVN 6776-2001 và TCVN 6776-2005 (hàm lượng chì $\le 0,013,\text{g/l}$). Ảnh hưởng của tạp chất lưu huỳnh ($[S] < 0,05%$) tạo thành $SO_2$, $SO_3$ và axit sulfuric.

                           CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BỒ HÓNG (FUSCO)
       [GIAI ĐOẠN 1]                [GIAI ĐOẠN 2]                 [GIAI ĐOẠN 3]
       Tạo hạt nhân              Phát triển & Hợp dính               Oxy hóa
  - Phân hủy nhiệt nhiên liệu   - Ngưng tụ pha khí lên bề mặt   - Tác nhân: OH, O, O2, CO2
  - Tạo mầm từ Axetylen & HAP   - Liên kết chuỗi tĩnh điện      - Phụ thuộc áp suất, nhiệt độ
  - Đường kính hạt: d < 2 nm    - Kích thước agrégat ~ 0,3 µm   - Cân bằng tốc độ sinh/mất

Chương 3: Các nhân tố ảnh hưởng và giải pháp giảm phát thải độc hại trong khí xả động cơ đốt trong (ThS. Khương Thị Hà biên soạn)

• Động cơ xăng:
  • Hệ số dư lượng không khí ($\lambda$): Điểm cực tiểu của $HC$ nằm ở $\lambda = 1,1 - 1,25$; $CO$ tăng mạnh khi hỗn hợp đậm ($\lambda < 1$); $NO_x$ đạt đỉnh ở $\lambda = 1,05 - 1,1$.
  • Góc đánh lửa sớm ($\varphi_s$): Giảm $\varphi_s$ giúp hạ nhiệt độ cực đại trong buồng cháy làm giảm $NO_x$, tăng nhiệt độ khí xả hỗ trợ oxy hóa $CO$ và $HC$ trên đường thải.
  • Năng lượng đánh lửa ($E$): Năng lượng tia lửa trong khoảng $30 - 50,\text{mJ}$ giúp mở rộng giới hạn cháy sang vùng hỗn hợp nghèo thêm $0,2 - 0,3$ đơn vị $\lambda$.
  • Kết cấu buồng cháy: Tối ưu tỷ số diện tích tản nhiệt trên thể tích buồng cháy ($F_{ch}/V_c$), thiết kế diện tích chèn trên đỉnh piston đạt $10 - 15%$ để tạo xoáy lốc, bố trí bugi trung tâm hoặc hệ thống đa bugi/đa xupap.
  • Hệ thống luân hồi khí xả (EGR): Đưa một phần khí xả trở lại đường nạp nhằm giảm nồng độ oxy và hạ nhiệt độ cháy cục bộ, giảm thiểu sự hình thành $NO_x$.
• Động cơ diesel:
  • Đặc tính làm việc: Hoạt động với hỗn hợp nghèo ($\lambda = 1,2 - 10$), điều chỉnh tải bằng phương pháp điều chỉnh chất (không dùng bướm ga tiết lưu đường nạp).
  • Phương pháp tạo hỗn hợp: So sánh buồng cháy thống nhất (phun trực tiếp) và buồng cháy phân cách (phun gián tiếp). Buồng cháy phân cách có nồng độ $CO$, $NO_x$, $HC$ thấp hơn nhưng lượng phát thải hạt bồ hóng (PM) cao hơn ở chế độ tải cục bộ.
  • Góc phun sớm: Giảm góc phun sớm làm giảm nhiệt độ cháy cực đại (giảm $NO_x$) nhưng đồng thời làm giảm cường độ oxy hóa muội than (tăng PM).

Chương 4: Các giải pháp và công nghệ xử lý khí xả (ThS. Lê Công Báo và ThS. Nguyễn Thìn Quỳnh biên soạn)

Trình bày nguyên lý và cấu tạo của các hệ thống xử lý sau động cơ: bộ chuyển đổi xúc tác 3 đường (Three-Way Catalytic Converter), bộ lọc hạt diesel (DPF), và các thiết bị xử lý khí thải chuyên dụng.

---

Kiến thức nền tảng được xây dựng

1. Lý thuyết nhiệt động hóa học và động học cháy: Cung cấp mô hình cân bằng phản ứng cháy hydrocacbon lý tưởng và không lý tưởng, cơ chế phân hủy nhiệt, phản ứng tạo gốc tự do và quá trình polymer hóa.
2. Cơ sở động học môi trường: Xây dựng hiểu biết về sự phân bố và chuyển hóa các chất khí độc hại trong các tầng khí quyển, cơ chế hình thành mưa axit và sự hấp thụ bức xạ nhiệt của các phân tử khí nhà kính.
3. Kỹ thuật điều khiển quá trình nhiệt động trong động cơ: Thiết lập mối quan hệ tương quan giữa các thông số vận hành động lực học (áp suất, nhiệt độ, xoáy lốc khí nạp, tỷ số nén $\varepsilon$, góc phối khí/đánh lửa/phun nhiên liệu) với phát thải ô nhiễm.

---

Kỹ năng phát triển cho người học

• Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Sử dụng thành thạo các biểu thức toán học để xác định suất phát thải độc hại ($m_e$, $m_s$, $e_i$) dựa trên các thông số đo quang phổ, tiêu hao nhiên liệu và điều kiện thử nghiệm.
• Kỹ năng phân tích đồ thị đặc tính: Đọc hiểu và phân tích đồ thị quan hệ giữa hệ số dư lượng không khí $\lambda$, góc đánh lửa sớm $\varphi_s$, góc phun sớm với nồng độ phát thải $CO$, $HC$, $NO_x$, $PM$ và suất tiêu hao nhiên liệu $g_e$.
• Kỹ năng tối ưu hóa kết cấu và vận hành: Đánh giá ảnh hưởng của các giải pháp thiết kế buồng cháy (tỷ số $F_{ch}/V_c$, diện tích chèn đỉnh piston, buồng cháy thống nhất so với ngăn cách) và ứng dụng hệ thống EGR vào các chu trình động cơ thực tế.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

                              QUY TRÌNH HỌC TẬP VÀ ĐÁNH GIÁ
    [LÝ THUYẾT]                       [PHÂN TÍCH ĐỒ THỊ]                  [ĐÁNH GIÁ]
- Cấu trúc khí quyển             - Khảo sát đường cong phát thải       - Câu hỏi tự luận ôn tập
- Động học phản ứng Zeldovich      theo hệ số dư lượng λ               - Trắc nghiệm kiểm tra nhận thức
- Cơ chế tạo bồ hóng Fusco       - Đối chiếu góc đánh lửa/phun sớm       về cơ chế và tiêu chuẩn

Phương pháp sư phạm

Giáo trình kết hợp phương pháp diễn dịch từ cơ sở khoa học tự nhiên đến quy trình kỹ thuật chuyên sâu. Các tác giả xây dựng bài giảng dựa trên các số liệu thực nghiệm, bảng đối chiếu thông số và hình vẽ mô tả cấu trúc buồng cháy, giúp người học chuyển hóa kiến thức từ mô hình lý thuyết sang thực tế vận hành.

Hệ thống câu hỏi ôn tập và bài tập trắc nghiệm

Sau mỗi chương, giáo trình thiết lập ngân hàng câu hỏi tự luận và trắc nghiệm:

• Câu hỏi tự luận: Yêu cầu giải thích bản chất hiện tượng (ví dụ: phân tích cơ chế hình thành $CO$ ở hai vùng $\lambda < 1$ và $\lambda > 1$; phân tích nguồn phát sinh $HC$ từ thể tích khe kẽ và màng dầu; giải thích mô hình Zeldovich tạo $NO_x$).
• Câu hỏi trắc nghiệm đa phương án: Đánh giá nhận thức toàn diện về tính chất hóa lý của các chất phát thải (màu sắc, mùi, độc tính tương đối của $NO$ và $NO_2$), nguồn gốc phát sinh bụi/khí, đặc tính biến thiên nồng độ chất ô nhiễm khi thay đổi $\lambda$, và các điều kiện vận hành quá độ (chế độ khởi động nguội, tăng tốc).

Hướng dẫn tự học

Sinh viên tự học bằng cách liên hệ chặt chẽ giữa đồ thị thực nghiệm (Hình 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4) với các công thức động học. Người học cần tự giải quyết các câu hỏi trắc nghiệm ở cuối chương 1 và chương 2 để kiểm tra mức độ nắm vững các khái niệm định lượng.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Tính thực chứng và dữ liệu nội địa: Giáo trình tích hợp số liệu thống kê thực tế về mật độ phương tiện và hiện trạng môi trường không khí tại các đô thị lớn của Việt Nam (Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng) dựa trên công bố của Cục Đăng kiểm Việt Nam và Bộ Công Thương.
• Gắn kết khung tiêu chuẩn kỹ thuật: Trích dẫn và phân tích các văn bản quy chuẩn như tiêu chuẩn không khí xung quanh TCVN 5966-1995, quy chuẩn nhiên liệu xăng không chì TCVN 6776-2001 và TCVN 6776-2005, cùng lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải Euro 2 tại Việt Nam từ ngày 01/07/2007.
• Mô hình hóa chi tiết quá trình vi mô: Giải thích tường tận cơ chế hình thành hạt bồ hóng Diesel thông qua cấu trúc agrégat, sơ đồ hình thành hạt nhân Fusco và mô hình phản ứng Borghi.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

+------------------------+-------------------------------------------------------------+
|    NHÓM ĐỐI TƯỢNG      |                     MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG                        |
+------------------------+-------------------------------------------------------------+
| Sinh viên đại học      | Học phần Khí xả và xử lý khí xả chuyên ngành Kỹ thuật Máy   |
| (Năm 3 - Năm 4)        | Động lực, Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Giao thông.        |
+------------------------+-------------------------------------------------------------+
| Học viên Cao học, NCS  | Tài liệu nghiên cứu cơ sở lý thuyết về động học phát thải   |
|                        | và mô hình hóa quá trình cháy giảm thiểu ô nhiễm.           |
+------------------------+-------------------------------------------------------------+
| Giảng viên & Kỹ sư     | Tham khảo biên soạn giáo án, thiết kế hệ thống luân hồi     |
|                        | khí xả (EGR) và tính toán phát thải phương tiện.            |
+------------------------+-------------------------------------------------------------+

• Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Người học cần có kiến thức nền tảng về Hóa học đại cương, Nhiệt động lực học kỹ thuật, Truyền nhiệt và Lý thuyết Động cơ đốt trong.

---

Câu hỏi thường gặp

                                 HỆ THỐNG CÂU HỎI THƯỜNG GẶP
 [Câu hỏi 1]       [Câu hỏi 2]         [Câu hỏi 3]         [Câu hỏi 4]         [Câu hỏi 5]
Đối tượng học   Kiến thức tiên quyết  Điểm đặc trưng     Phương pháp tự học   Công cụ đánh giá

1. Giáo trình này phù hợp với những ngành học nào?

Giáo trình được biên soạn chính cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Máy Động lực, Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí và Cơ khí chuyên dùng của các trường đại học kỹ thuật, đặc biệt là Trường Đại học Giao thông Vận tải.

2. Cần chuẩn bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học giáo trình?

Người học cần nắm vững kiến thức về Nhiệt động lực học kỹ thuật (chu trình công tác, quá trình nén - giãn nở), Hóa học (cân bằng phản ứng cháy hydrocacbon) và nguyên lý cấu tạo động cơ đốt trong (hệ thống nạp, phun nhiên liệu, đánh lửa).

3. Điểm khác biệt về mặt học thuật của giáo trình là gì?

Giáo trình đi sâu vào bản chất động học phản ứng hóa học (mô hình Zeldovich cho $NO_x$, mô hình Fusco và Borghi cho bồ hóng PM) thay vì chỉ mô tả định tính, đồng thời tích hợp các số liệu thực tế về phương tiện và quy chuẩn môi trường tại Việt Nam.

4. Làm thế nào để tự học giáo trình hiệu quả?

Người học nên kết hợp việc đọc lý thuyết cơ chế với việc đối chiếu các biểu đồ đặc tính (quan hệ giữa $\lambda$, $\varphi_s$, $\varepsilon$ với phát thải), tự giải lại các công thức định lượng $m_e, m_s, e_i$ và hoàn thành hệ thống câu hỏi trắc nghiệm sau mỗi chương.

5. Giáo trình có cung cấp công cụ tự kiểm tra đánh giá không?

Có. Cuối các chương 1 và 2 đều có hệ thống câu hỏi tự luận mở và bộ câu hỏi trắc nghiệm khách quan đa phương án, phản ánh đầy đủ các mức độ nhận thức từ ghi nhớ khái niệm đến phân tích quy luật nhiệt động.

---

Kết luận

Giáo trình Khí xả và xử lý khí xả của Bộ môn Động cơ đốt trong - Trường Đại học Giao thông Vận tải cung cấp hệ thống tri thức hoàn chỉnh và chuẩn xác về ô nhiễm phát thải từ phương tiện cơ giới. Lộ trình học tập được thiết kế khoa học: nắm vững cấu trúc khí quyển và các chỉ tiêu phát thải (Chương 1) $\rightarrow$ nghiên cứu sâu cơ chế hóa lý và động học phản ứng buồng cháy (Chương 2) $\rightarrow$ làm chủ các giải pháp điều chỉnh và thiết kế kết cấu động cơ (Chương 3) $\rightarrow$ nghiên cứu công nghệ thiết bị xử lý khí xả (Chương 4). Người học có thể kết hợp tài liệu này với các tiêu chuẩn quốc gia hiện hành (TCVN) và các quy chuẩn quốc tế (Euro) để phục vụ công tác học tập, nghiên cứu và thực hành kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 ‘TONG QUAN VE KHI XA CUA DONG CO DOT TRONG 1. CAC NGUON TAO RA KHi XA VA BUI 1. Khi quyén va van dé 6 nhiém mdi truéng Khi quyén là lớp vỏ ngoài của trái đất với ranh giới dưới là bề mặt thuỷ quyên, thạch quyên và ranh giới trên là khoảng không giữa các hành tính. Khí quyên trái đất được hình thành do sự thoát hơi nước, các chất khí từ thuỷ quyên và thạch quyền.

trái dat có cấu trúc phân lớp với các tầng đặc trưng từ dưới lên trên như sau: Tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung gian, tầng điện ly. ° Tang đối lưu là tầng thấp nhất của khí quyền, ở đó luôn có chuyên. động đối lưu của khối không khí bị nung từ mặt đất, thành phần khí khá đồng nhất. Ranh giới trên của tầng đối lưu trong khoảng 7 - 8 km ở hai cực và ló - 18 km ở vùng xích đạo.

Tầng đối lưu là nơi tập trung nhiều nhất hơi nước, bụi và các hiện tượng thời, tiết chính như mây, mưa, tuyết, mưa đá, bão v. ¢ Tang bình lưu nằm trên tầng đối lưu với ranh giới trên đao động trong khoảng độ cao 50 km. Không khí tầng bình lưu loãng hơn, ít chứa bụi và các hiện tượng thời tiết. Ở độ cao khoảng 25 km trong tầng bình lưu tổn tại một lớp không khí giàu khí Ozon (O2) thường được gọi là tang Ozon.

e Bên trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80 km được gọi là tầng trung gian. Nhiệt độ tâng này giảm dân theo độ cao. ị — « Từ độ cao 80 km đến 500 km gọi là tầng nhiệt, ở đây nhiệt độ ban ngày thường rất cao, nhưng ban đêm xuông thâp. se Từ độ cao 500 km trở lên được gọi là tầng điện ly.

Do tác động của tỉa tử ngoại, các phan tử không khí loãng trong tầng bị phân huỷ thành các ion nhẹ như He”, H”, O”. Tầng điện ly là nơi xuất hiện cực quang và phản xạ các sóng ngắn vô tuyến, Giới hạn bên ngoài của khí quyền rất khó xác định, thông thường người ta ước định vào khoảng từ 1000 - 2000 kilômét. Cấu trúc tầng của khí quyên được hình thành do kết quả của lực hập dẫn và nguồn phát sinh khí từ bề mặt trái đất, có tác động to lớn trong:việc bảo vệ và duy trì sự sống trái đất. Thành phần khí quyên trái đất khá ổn định theo phương nằm ngang và phân dị.

- theo phương thẳng đứng. Phần lớn khối lượng 5. 103 tấn của toàn. bộ khí quyên tập trung ở tầng đối lưu và bình lưu.

Thành phần khí quyên trái đất gồm chủ yêu la Nito, Oxy, hơi nước, CÓ, Hạ, O03, NH4g, các khi tro. ` KX&XLKX*5 Trong tầng đối lưu, thành phần các chất khí chủ yếu tương đối ôn định, nhưng nông độ CO; và hơi nước dao động mạnh. Lượng hơi nước thay đổi theo thời tiết khí hậu, từ 4% thể tích vào mùa nóng ẩm tới 0,4 % khi mùa khô lạnh. Trong không khí tầng đối lưu thường có một lượng nhất định khí SO; và bụi.

Trong tầng bình lưu luôn tổn tại một quá trình hình thành và phá huỷ khí ozon, dẫn tới việc xuất hiện một lớp ozon mỏng với chiều dày trong điều kiện mật độ không khí bình thường khoảng vài chục cm. Lớp khí nảy có tác dụng ngăn các tia tử ngoại. chiều xuống bể mặt trái đất. Hiện nay, do hoạt động của con người, lớp khí ozon Có xu hưởng mỏng dẫn, có thể đe doạ tới sự sống của con người và sinh vật trên trái đất.

Sự gia tăng tiêu thụ nhiên liệu hoá thạch của loài người đang làm cho nông độ khí CO; của khí quyên tăng lên.