Đồ Án Tốt Nghiệp: Năng Lượng Mới Trên Ô Tô

Năng lượng mới trên ô tô đang trở thành một chủ đề nóng trong bối cảnh biến đổi khí… 291 trang · Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh · 2023.

• Tác giả: Vũ Duy Đạt
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Trạng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Chuyên Đề Năng Lượng Mới Trên Ô Tô
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lí do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Các nguồn năng lượng truyền thống
• 1.5. Các nguồn năng lượng tái tạo
• 1.6. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu mới trên Việt Nam và thế giới
• 1.7. Tính cấp thiết của năng lượng mới sử dụng cho ô tô
• 2. CHƯƠNG 2: Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG TỪ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
• 2.1. Ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu
• 2.1.1. Ô nhiễm môi trường
• 2.1.2. Ô nhiễm không khí
• 2.1.3. Ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu
• 2.1.4. Các tác nhân ảnh hưởng đến ô nhiễm môi trường
• 2.2. Ô nhiễm từ khí thải động cơ ô tô
• 2.2.1. Biến thiên nồng độ các chất trong khí xả động cơ
• 2.2.2. Cơ chế hình thành các chất gây hại trong khí thải động cơ đốt trong
• 2.2.2.1. Hydrocarbon chưa cháy hết (HC)
• 2.2.2.2. Các hạt bụi PM (Particulate Matter)
• 2.2.3. Ảnh hưởng đến môi trường
• 2.2.4. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người
• 2.3. Kiểm soát ô nhiễm không khí
• 2.3.1. Tiêu chuẩn khí thải và chất lượng không khí
• 2.3.2. Giải pháp kiểm soát khí thải
• 2.4. Vòng đời CO2 và nhiên liệu thay thế
• 2.5. Xu hướng nhiên liệu trên động cơ ô tô
• 3. CHƯƠNG 3: NHIÊN LIỆU CỒN
• 3.1. Giới thiệu về Methanol
• 3.2. Đặc tính nhiên liệu của Methanol
• 3.3. Nguyên liệu và quy trình sản xuất
• 3.4. Thử nghiệm trên động cơ
• 3.4.1. Phương pháp thực nghiệm
• 3.4.2. Kiểm tra hiệu suất động cơ
• 3.4.3. Kiểm tra khí thải động cơ
• 3.5. Tiềm năng và thách thức của nhiên liệu methanol
• 3.6. Giới thiệu về Ethanol
• 3.7. Đặc tính nhiên liệu của Ethanol
• 3.8. Nguyên liệu và quy trình sản xuất
• 3.9. Thử nghiệm trên động cơ
• 3.9.1. Phương pháp thực nghiệm
• 3.9.2. Kiểm tra hiệu suất động cơ
• 3.9.3. Kiểm tra khí thải động cơ
• 3.10. Tiềm năng và thách thức của nhiên liệu Ethanol
• 4. CHƯƠNG 4: DIESEL SINH HỌC (BIO-DIESEL)
• 4.1. Giới thiệu về Diesel sinh học
• 4.2. Đặc tính và các thông số đặc trưng của dầu Diesel sinh học
• 4.2.1. Khả năng tạo ra hỗn hợp cháy tốt
• 4.2.2. Khả năng tự bốc cháy phù hợp
• 4.2.3. Ít ăn mòn và có khả năng bảo vệ động cơ
• 4.2.4. An toàn cháy nổ và không gây ô nhiễm môi trường
• 4.2.5. Tính lưu biến tốt
• 4.3. Nguyên liệu và quy trình sản xuất
• 4.3.1. Nguyên liệu trong sản xuất Diesel sinh học
• 4.3.2. Quy trình sản xuất Diesel sinh học
• 4.3.2.1. Quy trình sản xuất theo mẻ
• 4.3.2.2. Các phương thức khác trong sản xuất Diesel sinh học
• 4.4. Thử nghiệm trên động cơ ô tô
• 4.5. Những tiềm năng và thách thức
• 4.5.1. Trên thế giới
• 4.5.2. Tại Việt Nam
• 5. CHƯƠNG 5: KHÍ SINH HỌC (BIOGAS)
• 5.1. Giới thiệu về Biogas
• 5.2. Đặc tính nhiên liệu của biogas
• 5.3. Nguyên liệu và quy trình sản xuất
• 5.4. Kiểm nghiệm trên động cơ
• 5.4.1. Phương pháp thực nghiệm
• 5.4.2. Kiểm tra hiệu suất động cơ
• 5.4.3. Kiểm tra khí thải động cơ
• 5.5. Tiềm năng và thách thức
• 6. CHƯƠNG 6: NHIÊN LIỆU LPG – CNG
• 6.1. Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG
• 6.2. Khí thiên nhiên nén CNG
• 6.3. Đặc tính của nhiên liệu
• 6.3.1. Đặc tính của LPG
• 6.3.2. Đặc tính của CNG
• 6.4. Nguyên liệu và quy trình sản xuất
• 6.5. Thử nghiệm trên động cơ
• 6.5.1. Hiệu năng động cơ LPG
• 6.5.2. Hiệu năng động cơ CNG
• 6.5.3. Khí thải trên động cơ LPG và CNG
• 6.6. Tiềm năng và thách thức
• 7. CHƯƠNG 7: NHIÊN LIỆU HYDROGEN
• 7.1. Giới thiệu về Hydrogen
• 7.1.1. Thể tích riêng
• 7.1.2. Trọng lượng riêng
• 7.1.3. Tỉ lệ giãn nở
• 7.1.4. Hàm lượng hydro
• 7.1.5. Hàm lượng năng lượng
• 7.1.6. Khả năng cháy
• 7.2. Nguyên liệu và quy trình sản xuất
• 7.2.1. Sản xuất hydro từ nhiên liệu hóa thạch
• 7.2.1.1. Công nghệ “reforming” hydrocarbon
• 7.2.1.2. Công nghệ nhiệt phân hydrocarbon
• 7.2.2. Sản xuất hydro từ nhiên liệu tái tạo
• 7.2.2.1. Sản xuất hydro từ nước
• 7.2.2.2. Sản xuất hydro từ sinh khối
• 7.3. Thử nghiệm trên động cơ
• 7.3.1. Thay đổi của động cơ để ứng dụng Hydrogen làm nhiên liệu
• 7.3.1.1. Vấn đề cháy sớm và giải pháp
• 7.3.1.2. Hệ thống phân phối nhiên liệu
• 7.3.1.3. Giảm nhiệt độ khí nạp
• 7.3.1.4. Thiết kế động cơ
• 7.3.1.5. Hệ thống đánh lửa
• 7.3.2. Nguyên liệu và phương pháp thử nghiệm
• 7.4. Tiềm năng và thách thức
• 7.4.1. Những thách thức hiện tại với thị trường Hydro xanh
• 7.4.1.1. Chi phí sản xuất, lưu trữ và vận chuyển cao
• 7.4.1.2. Tác động của việc sản xuất hydro đến nguồn nước và đất đai
• 7.4.1.3. Sự chấp nhận của công chúng và sự an toàn của hydro
• 7.4.2. Tiềm năng và cơ hội trong tương lai của thị trường hydro xanh
• 7.4.2.1. Giảm mức thải carbon
• 7.4.2.2. Thúc đẩy sự phát triển của năng lượng tái tạo và đảm bảo tính linh hoạt của hệ thống điện
• 8. CHƯƠNG 8: Ô TÔ LAI – Ô TÔ ĐIỆN
• 8.1. Giới thiệu về ô tô điện - ô tô lai
• 8.2. Nguyên lý hoạt động, vận hành
• 8.2.1. Bộ điều kiển motor
• 8.2.2. Hệ thống sạc và công nghệ sạc
• 8.2.3. Vận hành kiểu nối tiếp
• 8.2.4. Vận hành kiểu song song
• 8.2.5. Vận hành kiểu song song-nối tiếp
• 8.2.6. Vận hành kiểu phức tạp
• 8.3. Tiềm năng và thách thức
• 9. CHƯƠNG 9: PIN NHIÊN LIỆU (FUEL CELL)
• 9.1. Giới thiệu về pin nhiên liệu
• 9.1.1. Pin nhiên liệu
• 9.1.2. Cấu tạo và nguyên lý
• 9.1.3. Điều kiện vận hành tối ưu của pin nhiên liệu
• 9.2. Ô tô điện sử dụng pin nhiên liệu hydrogen (FCV)
• 9.2.1. Cấu trúc hệ thống truyền động
• 9.2.2. Sự khác nhau giữa FCV và BEV
• 9.2.3. Quãng đường di chuyển và thời gian tiếp nhiên liệu
• 9.2.4. Mật độ năng lượng
• 9.2.5. Sự phụ thuộc vào tài nguyên và mối quan tâm về môi trường
• 9.2.6. Sự an toàn
• 9.3. Tiềm năng và thách thức
• 9.3.1. Các thách thức hiện tại cho xe sử dụng pin nhiên liệu
• KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Năng Lượng Mới Trên Ô Tô Giải Pháp Bền Vững

Năng lượng mới trên ô tô đang trở thành một chủ đề nóng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường. Các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, và năng lượng hydro đang được nghiên cứu và phát triển để thay thế cho các nguồn năng lượng truyền thống. Việc chuyển đổi sang các nguồn năng lượng này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn đảm bảo sự bền vững cho tương lai. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ pin và năng lượng tái tạo có thể giảm đáng kể lượng khí thải từ ô tô.

1.1. Năng Lượng Tái Tạo Lợi Ích và Tiềm Năng

Năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng gió có tiềm năng lớn trong việc cung cấp năng lượng cho ô tô. Các nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng năng lượng mặt trời có thể giảm thiểu chi phí vận hành và giảm phát thải khí CO2.

1.2. Công Nghệ Pin Đột Phá Trong Ngành Ô Tô

Công nghệ pin, đặc biệt là pin lithium-ion, đang trở thành lựa chọn hàng đầu cho ô tô điện. Các nghiên cứu cho thấy rằng công nghệ pin không chỉ giúp tăng hiệu suất mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Môi Trường Từ Khí Thải Ô Tô Thách Thức Cần Giải Quyết

Ô nhiễm môi trường từ khí thải ô tô đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Các chất ô nhiễm như CO2, NOx và PM từ động cơ đốt trong gây ra nhiều tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường. Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới, ô nhiễm không khí là nguyên nhân gây ra hàng triệu ca tử vong mỗi năm. Việc chuyển đổi sang năng lượng mới là cần thiết để giảm thiểu những tác động này.

2.1. Tác Động Của Khí Thải Đến Sức Khỏe Con Người

Khí thải từ ô tô có thể gây ra nhiều bệnh lý nghiêm trọng như bệnh hô hấp và tim mạch. Nghiên cứu cho thấy rằng việc giảm thiểu khí thải có thể cải thiện sức khỏe cộng đồng.

2.2. Ô Nhiễm Không Khí Nguyên Nhân và Giải Pháp

Ô nhiễm không khí chủ yếu do khí thải từ động cơ đốt trong. Các giải pháp như sử dụng năng lượng tái tạo và công nghệ sạch đang được triển khai để giảm thiểu ô nhiễm.

III. Phương Pháp Sử Dụng Năng Lượng Mới Trên Ô Tô Giải Pháp Bền Vững

Việc áp dụng các phương pháp sử dụng năng lượng mới trên ô tô không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn nâng cao hiệu suất vận hành. Các loại nhiên liệu như hydro, ethanol, và diesel sinh học đang được nghiên cứu và phát triển. Những nhiên liệu này có khả năng giảm phát thải khí độc hại và bảo vệ môi trường.

3.1. Nhiên Liệu Hydro Tương Lai Của Giao Thông

Nhiên liệu hydro được coi là một trong những giải pháp tiềm năng nhất cho ngành ô tô. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng hydro có thể giảm thiểu khí thải carbon xuống mức tối thiểu.

3.2. Diesel Sinh Học Giải Pháp Thay Thế Hiệu Quả

Diesel sinh học là một lựa chọn thay thế cho dầu diesel truyền thống. Nó không chỉ giúp giảm ô nhiễm mà còn có thể được sản xuất từ các nguồn tài nguyên tái tạo.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Năng Lượng Mới Trong Ngành Ô Tô

Năng lượng mới đang được áp dụng rộng rãi trong ngành ô tô. Các nhà sản xuất ô tô lớn đang đầu tư vào công nghệ ô tô điện và ô tô lai. Những ứng dụng này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn nâng cao hiệu suất và tiết kiệm chi phí cho người tiêu dùng.

4.1. Ô Tô Điện Xu Hướng Mới Trong Ngành Giao Thông

Ô tô điện đang trở thành xu hướng chính trong ngành giao thông. Các nghiên cứu cho thấy rằng ô tô điện có thể giảm thiểu khí thải và tiết kiệm chi phí vận hành.

4.2. Ô Tô Lai Giải Pháp Kết Hợp Hiệu Quả

Ô tô lai kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

V. Kết Luận Tương Lai Của Năng Lượng Mới Trên Ô Tô

Tương lai của năng lượng mới trên ô tô hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho môi trường và sức khỏe con người. Việc chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn đảm bảo sự bền vững cho ngành giao thông. Các nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này cần được đẩy mạnh để đạt được mục tiêu không có khí thải vào năm 2050.

5.1. Tầm Quan Trọng Của Năng Lượng Tái Tạo

Năng lượng tái tạo đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng năng lượng tái tạo có thể giúp đạt được mục tiêu phát triển bền vững.

5.2. Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Hướng phát triển trong tương lai cần tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới. Điều này sẽ giúp ngành ô tô chuyển mình mạnh mẽ hơn trong việc bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của nền kinh tế và xã hội hiện đại kéo theo sự gia tăng nhanh chóng số lượng phương tiện giao thông và thiết bị động lực sử dụng động cơ đốt trong (ICE). Nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch truyền thống gồm xăng và dầu diesel tăng cao, dẫn đến nguy cơ cạn kiệt tài nguyên dầu mỏ và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do khí thải độc hại. Báo cáo năm 2018 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) cho thấy 24,34% tổng lượng phát thải carbon hằng năm bắt nguồn từ lĩnh vực giao thông vận tải. Bên cạnh đó, theo dự báo từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, đến năm 2030, tỷ trọng năng lượng hóa thạch trong tổng tiêu thụ năng lượng toàn cầu vẫn duy trì ở mức cao trên 80%, trong khi năng lượng tái tạo chỉ chiếm mức tăng khiêm tốn khoảng 8,1%.

Tại Việt Nam, tính đến đầu năm 2020, cả nước có gần 3,6 triệu xe ô tô và hơn 45 triệu xe mô tô, xe gắn máy đang lưu hành. Mật độ phương tiện tập trung dày đặc tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh với lưu lượng hàng ngày lên tới gần 10 triệu lượt xe. Khảo sát của Sở Tài nguyên và Môi trường TP. Hồ Chí Minh vào cuối năm 2022 ghi nhận nồng độ bụi mịn PM2.5 dao động từ 21 đến 52 µg/m³, vượt 4 đến 5 lần ngưỡng khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO là 10 µg/m³), chỉ số chất lượng không khí (AQI) thường xuyên rơi vào mức xấu từ 150 đến trên 200. Tình trạng xe cũ kỹ, công nghệ lạc hậu và chất lượng nhiên liệu thấp làm gia tăng gánh nặng khí xả độc hại.

Trong bối cảnh đó, đồ án tốt nghiệp "Chuyên đề năng lượng mới trên ô tô" do sinh viên Vũ Duy Đạt và Vũ Nguyễn Minh Đạo thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Trạng tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (tháng 12/2023) đã xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Phân tích, thống kê số liệu cụ thể về hệ số phát thải sinh ra từ các nguồn nhiên liệu mới.
2. Cho thấy mức độ cấp bách của vấn đề môi trường và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống.
3. Nhận thức được lợi ích và hạn chế của nhiên liệu mới.
4. Hiểu các nguồn nhiên liệu tái tạo thay thế, hiểu các loại nhiên liệu mới khác nhau hiện có.
5. Biết các tính chất hóa học của nhiên liệu mới.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là các dạng năng lượng thay thế sạch và có khả năng tái tạo ứng dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ, bao gồm: nhiên liệu cồn (methanol, ethanol), diesel sinh học (biodiesel), khí sinh học (biogas), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên nén (CNG), khí hydro, cùng các cấu hình ô tô lai (HEV), ô tô điện (BEV) và ô tô sử dụng pin nhiên liệu hydro (FCV). Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc khảo sát cơ sở lý thuyết, tổng hợp dữ liệu thống kê kỹ thuật, đánh giá các thông số vận hành động cơ (công suất, mô-men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất nhiệt) và đặc tính phát thải (CO, CO2, HC, NOx, PM) so với xăng và dầu diesel thương phẩm.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên các khái niệm nhiệt động lực học động cơ đốt trong, cơ chế phát thải khí xả và các tiêu chuẩn kiểm soát môi trường:

• Khái niệm ô nhiễm: Phân định ô nhiễm nguồn điểm (Point Source) và nguồn không điểm (Non-point Source) theo định nghĩa của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA); phân loại chất ô nhiễm sơ cấp (PM, SO2, NOx, HC, VOC, CO, NH3) và chất ô nhiễm thứ cấp (khí ozone tầng đối lưu O3, khói quang hóa, mưa axit).
• Cơ chế hình thành khí xả động cơ: Quá trình cháy hoàn toàn sinh ra CO2 và H2O; quá trình cháy không hoàn toàn do thiếu oxy tạo ra CO (chiếm khoảng 50% tổng lượng khí xả độc hại) và HC; sự oxy hóa nitơ ở nhiệt độ cao trong buồng đốt hình thành NOx; sự phân hủy nhiệt hydrocacbon tạo ra các hạt muội than PM. Đồ án xem xét ảnh hưởng của tỷ lệ không khí/nhiên liệu (AFR), thời điểm phun, áp suất phun và chế độ tải đến sự biến thiên nồng độ khí xả.
• Khung quy chuẩn và văn bản pháp lý: Tiêu chuẩn khí thải Euro 6 áp dụng cho động cơ xăng và diesel; Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 1:2020/BKHCN về xăng, nhiên liệu diesel và nhiên liệu sinh học; Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 của Thủ tướng Chính phủ Việt Nam; phương pháp luận đánh giá vòng đời khí thải CO2 (Well-to-Wheel).

Phương pháp nghiên cứu thực hiện:

• Phương pháp tổng quan và phân tích tài liệu: Thu thập, phân loại và hệ thống hóa dữ liệu lý thuyết từ các tổ chức năng lượng quốc tế (IEA, Viện Năng lượng Anh - EI, Tập đoàn BP) và hệ thống tài liệu chuyên ngành động cơ ô tô.
• Phương pháp thống kê và so sánh kỹ thuật: Đối chiếu các đặc tính lý hóa cốt lõi (khối lượng riêng, nhiệt trị thấp LHV, chỉ số octan, chỉ số cetan, tỷ lệ giãn nở, nhiệt độ tự bốc cháy, giới hạn cháy) giữa nhiên liệu truyền thống và nhiên liệu thay thế.
• Phương pháp phân tích dữ liệu thực nghiệm kế thừa: Khảo sát các thông số kỹ thuật đo đạc từ các công trình thử nghiệm chuẩn hóa, bao gồm thử nghiệm động cơ TBMC3-02 dùng biogas qua máy phân tích khí thải SV-50; chu trình thử nghiệm NEDC tại phòng thử nghiệm khí thải BOSMAL đối với xe chạy LPG/CNG; các hệ thống băng thử động cơ chạy cồn và động cơ H2-ICE.

Nguồn dữ liệu bao gồm các ấn bản khoa học công bố quốc tế, số liệu quan trắc môi trường năm 2019–2023, báo cáo của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Hiệp hội Phổi Hoa Kỳ (báo cáo State of the Air 2023) và 50 tài liệu tham khảo chuyên khảo được lập danh mục chi tiết.

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1. Lí do chọn đề tài

Chương 1 thiết lập bức tranh tổng quan về an ninh năng lượng và sự chuyển dịch năng lượng toàn cầu. Theo báo cáo của Viện Năng lượng Anh (EI), nhiên liệu hóa thạch chiếm 82% tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu năm 2022, dù công suất năng lượng tái tạo tăng thêm 266 GW. BP dự báo năng lượng tái tạo tăng trưởng trung bình 7,1%/năm, sẽ chiếm khoảng 30% nguồn cung điện toàn cầu vào năm 2040 (tại châu Âu đạt 50%).

Trên bình diện quốc tế, hơn 50 quốc gia đã ứng dụng nhiên liệu sinh học. Thị trường ethanol sinh học toàn cầu năm 2023 đạt 106,79 tỷ lít (dự kiến đạt 137,29 tỷ lít vào năm 2028). Hoa Kỳ dẫn đầu sản xuất ethanol với 60 tỷ lít/năm, trợ cấp thuế 0,50 USD/gallon; Trung Quốc triển khai xăng E10 từ 2003, sản lượng ethanol đạt 4 triệu tấn năm 2020 và đầu tư 1.048 tỷ USD cho chuyển dịch năng lượng giai đoạn 2016–2020; Ấn Độ đầu tư 4 tỷ USD, quy hoạch 13 triệu ha cây Jatropha curcas.

Tại Việt Nam, tổng công suất sản xuất ethanol nhiên liệu đạt 535 triệu lít/năm (đáp ứng phối trộn 8,35 triệu tấn xăng E5 hoặc 4,17 triệu tấn E10). Tuy nhiên, đến năm 2018, có 5/7 nhà máy sản xuất ethanol phải dừng hoạt động do chi phí nâng cấp hạ tầng phân phối cao và chính sách trợ giá chưa thỏa đáng. Bảng so sánh chính sách Đông Nam Á (Bảng 1.1) chỉ ra mức ưu đãi tài chính và phi tài chính của Việt Nam vẫn còn khoảng cách lớn so với các chính sách nhất quán tại Thái Lan.

CHƯƠNG 2. Ô nhiễm môi trường từ khí thải động cơ đốt trong

Chương này đi sâu vào hiện trạng ô nhiễm và các cơ chế biến thiên nồng độ khí xả. Dữ liệu y tế toàn cầu năm 2019 ghi nhận ô nhiễm không khí là nguyên nhân gây tử vong đứng thứ 4 thế giới với 6,67 triệu ca tử vong (chiếm tỷ lệ 1/9 ca tử vong), vượt xa số ca tử vong do tai nạn giao thông (1,28 triệu ca). Thập kỷ 2011–2020 ghi nhận nhiệt độ Trái Đất tăng trung bình 1,09 °C so với thời kỳ tiền công nghiệp (1850–1900), tốc độ tăng xấp xỉ 0,2 °C mỗi thập kỷ.

Phân tích biến thiên khí xả cho thấy nồng độ phát thải phụ thuộc mật thiết vào chế độ làm việc của động cơ. Khi vận hành ở chế độ tải thấp, tỷ lệ không khí/nhiên liệu không tối ưu khiến quá trình cháy không hoàn toàn, làm nồng độ CO và HC tăng cao. Ở chế độ tăng tốc đột ngột, việc bổ sung nhiên liệu tức thời tạo ra đỉnh phát thải CO, HC và NOx cao nhất trong toàn bộ chu trình lái. Chế độ chạy hành trình ổn định cho mức phát thải vừa phải, trong khi chế độ không tải có lưu lượng phát thải thấp nhất. Về mặt kỹ thuật, độ mòn cơ cấu piston - xy lanh và sự tắc nghẽn kim phun làm suy giảm chất lượng hòa trộn, trực tiếp gia tăng hàm lượng muội than PM và khí độc xả ra môi trường.

CHƯƠNG 3. Nhiên liệu cồn

Chương 3 khảo sát chi tiết hai hợp chất cồn chính:

• Methanol (CH3OH): Sản xuất từ khí tổng hợp than đá hoặc sinh khối. Dù nhiệt trị thấp hơn xăng, methanol sở hữu ẩn nhiệt hóa hơi cao và chỉ số octan cao. Thử nghiệm trên động cơ cho thấy áp suất mở kim phun và mật độ môi trường nạp ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và độ xuyên sâu của tia phun. Khi sử dụng hỗn hợp xăng pha methanol, nồng độ phát thải CO và HC giảm rõ rệt ở dải tốc độ ổn định, nhưng NOx có xu hướng tăng tại các chế độ tải cao do nhiệt độ cục bộ trong buồng cháy.
• Ethanol (C2H5OH): Sản xuất từ tinh bột (sắn, ngô) hoặc mía đường. Kết quả thử nghiệm động cơ cho thấy việc phối trộn ethanol giúp cải thiện công suất và mô-men xoắn hiệu dụng tại các vòng tua máy cao nhờ đặc tính chống kích nổ tốt. Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng (BSFC) tăng lên tương ứng do nhiệt trị của ethanol thấp hơn xăng thương phẩm, song phát thải CO và CO2 theo chu trình đóng góp giảm đáng kể.

CHƯƠNG 4. Diesel sinh học (Bio-diesel)

Diesel sinh học được sản xuất thông qua phản ứng chuyển vị este (transesterification) giữa dầu mỡ thực vật/động vật với methanol dưới sự tham gia của chất xúc tác kiềm (NaOH hoặc KOH), tạo thành alkyl este của axit béo và sản phẩm phụ glycerol. Dầu diesel sinh học sở hữu chỉ số cetan cao, khả năng bôi trơn tốt, tính lưu biến ổn định, không chứa hợp chất lưu huỳnh thơm và có điểm chớp cháy cao hơn diesel khoáng, giúp tăng độ an toàn trong bảo quản.

Thử nghiệm động cơ chạy các hỗn hợp phối trộn B30, B50 và B100 cho thấy công suất và mô-men xoắn cực đại có mức suy giảm nhẹ, suất tiêu hao nhiên liệu tăng tỉ lệ thuận với hàm lượng este sinh học do mật độ năng lượng thấp hơn. Đổi lại, lượng phát thải muội than PM, hydrocarbon chưa cháy (HC) và CO giảm rõ rệt so với dầu diesel thông thường.

CHƯƠNG 5. Khí sinh học (Biogas)

Biogas thu được từ quá trình phân hủy kỵ khí các chất thải hữu cơ và phế thải nông nghiệp, thành phần chủ yếu gồm methane (CH4 chiếm 50–70%) và carbon dioxide (CO2 chiếm 30–40%), cùng một lượng nhỏ H2S, N2.

Đồ án trích dẫn kết quả thực nghiệm trên động cơ TBMC3-02 kết nối với máy phân tích khí xả SV-50 và hệ thống hòa trộn khí sinh học nén. Kết quả thử nghiệm cho thấy:

• Hiệu suất nhiệt (BTE) của động cơ tăng dần khi tải động cơ tăng, đạt giá trị tối ưu ở chế độ đầy tải.
• Suất tiêu hao nhiên liệu giảm theo mức tăng của phụ tải.
• Hàm lượng phát thải CO và HC giảm mạnh khi chạy bằng biogas nhờ mạch carbon ngắn và cấu trúc phân tử khí hòa trộn đồng nhất với không khí; tuy nhiên lượng phát thải NOx có chiều hướng tăng ở các chế độ tải cao do sự gia tăng nhiệt độ buồng đốt.

CHƯƠNG 6. Nhiên liệu LPG – CNG

Nhiên liệu khí hóa lỏng LPG (chủ yếu là propan C3H8 và butan C4H10) cùng khí thiên nhiên nén CNG (thành phần chính là CH4 nén ở áp suất 200–250 bar) được đánh giá là các nhiên liệu chuyển tiếp quan trọng. Dữ liệu thử nghiệm chu trình lái xe châu Âu mới (NEDC) tại phòng thử nghiệm khí thải BOSMAL chứng minh các động cơ sử dụng LPG và CNG giảm đáng kể lượng phát thải tổng hydrocarbon (THC), CO và CO2 so với xăng và diesel. Suất tiêu hao nhiên liệu BSFC tại độ mở bướm ga cực đại (WOT) có sự khác biệt do tỷ trọng năng lượng theo thể tích của khí nén thấp hơn nhiên liệu lỏng, đòi hỏi bình chứa chịu áp suất cao và hệ thống cấp nhiên liệu chuyên dụng.

CHƯƠNG 7. Nhiên liệu Hydrogen

Hydro là nhiên liệu có tỷ lệ năng lượng trên khối lượng cao nhất (nhiệt trị xấp xỉ 120 MJ/kg, gấp gần 3 lần xăng), giới hạn cháy trong không khí rất rộng (4–75% thể tích) và nhiệt độ tự bốc cháy cao (585 °C). Đồ án phân loại công nghệ sản xuất hydro theo màu sắc: Hydro xám (từ reforming hơi nước hydrocarbon), Hydro lam (kết hợp bẫy carbon CCS) và Hydro lục (điện phân nước bằng năng lượng tái tạo).

Khi chuyển đổi sang động cơ đốt trong sử dụng hydro (H2-ICE), vấn đề kỹ thuật phức tạp nhất là hiện tượng cháy sớm (pre-ignition) và kích nổ ngược (backfire) qua đường ống nạp. Tác giả tổng hợp các giải pháp kỹ thuật gồm: làm mát khí nạp, sử dụng hệ thống phun thể tích không đổi kết hợp kim phun điện tử trực tiếp (DI), và tối ưu hóa hệ thống đánh lửa. Thực nghiệm bổ sung hydro vào động cơ diesel cho thấy lượng phát thải CO, CO2, HC và bụi PM giảm sâu, song NOx tăng mạnh do nhiệt độ cháy đỉnh buồng đốt rất cao.

CHƯƠNG 8. Ô tô lai – Ô tô điện

Chương này phân tích các cấu hình truyền động của ô tô lai điện (HEV) gồm: kiểu nối tiếp (Series), kiểu song song (Parallel), kiểu song song - nối tiếp (Series-Parallel) và kiểu phức tạp (trục kép). Đồ án khảo sát cấu tạo và đặc tính tốc độ - mô-men xoắn của các hệ thống động cơ điện kéo: động cơ một chiều (DC nối tiếp, song song, hỗn hợp), động cơ đồng bộ từ trở (SynRM), động cơ từ trở thay đổi (SRM), động cơ không đồng bộ (IM) và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm (IPM). Hệ thống lưu trữ năng lượng được phân tích từ ắc quy axit-chì đến các khối pin điện hóa cao cấp (EVB), làm rõ các chế độ sạc và điều kiện tối ưu hóa bộ biến tần điều khiển mô-tơ.

CHƯƠNG 9. Pin nhiên liệu (Fuel Cell)

Pin nhiên liệu thực hiện biến đổi trực tiếp hóa năng của phản ứng giữa hydro và oxy thành điện năng thông qua phản ứng điện hóa, không qua chu trình nhiệt Carnot nên đạt hiệu suất lý thuyết cao. Các cấu trúc pin chính gồm: pin màng trao đổi proton (PEMFC), pin oxit rắn (SOFC) và pin axit phosphoric (PAFC).

Đồ án lập bảng so sánh giữa ô tô điện chạy pin nhiên liệu (FCV) và ô tô điện chạy pin tích lũy (BEV): FCV vượt trội về thời gian nạp nhiên liệu (chỉ mất 3–5 phút) và phạm vi hành trình dài tương đương xe chạy xăng truyền thống; tuy nhiên BEV có lợi thế về hạ tầng trạm sạc điện sẵn có và giá thành sản xuất pin thấp hơn đáng kể so với pin nhiên liệu sử dụng chất xúc tác kim loại quý (platin).

CHƯƠNG 10. Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển

Chương tổng kết khẳng định xu hướng tất yếu của việc ứng dụng năng lượng mới trong giao thông đường bộ nhằm cắt giảm phát thải carbon và đáp ứng cam kết Net Zero vào năm 2050. Tác giả kiến nghị lộ trình chuyển dịch năng lượng gồm hai giai đoạn: giai đoạn ngắn hạn sử dụng nhiên liệu sinh học (E5, E10, B5) và nhiên liệu khí (CNG, LPG) trên các động cơ đốt trong hiện hữu; giai đoạn dài hạn đầu tư phát triển hệ sinh thái xe điện BEV và phương tiện chạy pin nhiên liệu hydro FCV.

---

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã tổng hợp và xây dựng các bảng số liệu kỹ thuật phản ánh bản chất lý hóa và hiệu năng phát thải của từng loại nhiên liệu mới so với nhiên liệu truyền thống:

Loại nhiên liệu	Trạng thái tồn tại	Chỉ số Octan / Cetan	Nhiệt trị thấp LHV (MJ/kg)	Mức độ giảm phát thải chính	Rào cản kỹ thuật chính
Xăng khoáng (Tham chiếu)	Lỏng	RON 92 – 95	~44,0	Chuẩn đối chứng	Cạn kiệt hóa thạch, CO2 cao
Diesel khoáng (Tham chiếu)	Lỏng	Cetan 45 – 50	~42,5	Chuẩn đối chứng	Bụi PM và NOx cao
Methanol (CH3OH)	Lỏng	RON > 105	~19,9	Giảm CO, giảm HC ở tải vừa	Ẩn nhiệt hóa hơi cao, ăn mòn vật liệu
Ethanol (C2H5OH)	Lỏng	RON > 108	~26,8	Giảm CO, giảm chu trình CO2	BSFC tăng, khó khởi động nguội
Diesel sinh học (Biodiesel)	Lỏng	Cetan 51 – 62	~37,5	Giảm mạnh PM, HC và CO	Đông đặc ở nhiệt độ thấp, NOx tăng nhẹ
Biogas (CH4 + CO2)	Khí	RON > 110	~20,0 – 25,0	Giảm CO, giảm khói đen	Cần lọc sạch CO2 và H2S, bình chứa cồng kềnh
LPG (Propan/Butan)	Khí hóa lỏng	RON 105 – 110	~46,0	Giảm THC, CO2 và CO	Bình áp suất 10–15 bar, nguy cơ rò rỉ
CNG (CH4 nén)	Khí nén	RON > 120	~48,0	Giảm đáng kể CO, CO2, PM	Bình áp suất cao (200 bar), giảm công suất nạp
Hydrogen (H2)	Khí / Hóa lỏng	RON > 130	~120,0	Không phát thải CO, CO2, HC, PM	Cháy sớm, chi phí sản xuất và lưu trữ cao

Đóng góp cụ thể của đồ án:

• Hệ thống hóa đồng bộ các tham số kỹ thuật, chu trình thử nghiệm (NEDC, BOSMAL, băng thử TBMC3-02) và phân tích định lượng khí xả giữa 8 giải pháp năng lượng thay thế khác nhau.
• Phân tích nguyên nhân thực tiễn dẫn đến sự đình trệ của các nhà máy sản xuất ethanol tại Việt Nam năm 2018 dưới góc độ kinh tế kỹ thuật và hạ tầng thương mại.
• Tổng hợp chi tiết các phương án cải tạo kết cấu cơ khí động cơ đốt trong (hệ thống phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa, làm mát khí nạp) để tương thích an toàn với nhiên liệu hydro.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

• Nội dung đồ án mang tính chất chuyên đề tổng quan lý thuyết và tổng hợp số liệu thực nghiệm kế thừa từ các công trình nghiên cứu đã công bố, chưa thực hiện trực tiếp chu trình đo đạc thực nghiệm trên một cụm động cơ cụ thể tại xưởng thực hành.
• Chưa tiến hành phân tích định lượng chi tiết bài toán kinh tế kỹ thuật (chi phí đầu tư vòng đời, giá thành trên mỗi km vận hành) cho từng loại xe tại thị trường Việt Nam.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Thiết kế, lắp đặt bộ phụ trợ phun bổ sung khí hydro hoặc khí sinh học nén trực tiếp vào đường ống nạp của động cơ thử nghiệm tại phòng thí nghiệm chuyên ngành để khảo sát thực tế đường đặc tính ngoài.
• Ứng dụng phần mềm mô phỏng nhiệt động lực học (như AVL Boost hoặc ANSYS Forte) để mô phỏng quá trình tạo hỗn hợp và diễn biến cháy của buồng đốt động cơ khi sử dụng nhiên liệu hỗn hợp cồn - xăng hoặc hydro - diesel.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là nguồn tài liệu hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Nhiệt và Quản lý Năng lượng.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

• Bảng thông số kỹ thuật so sánh đặc tính cháy của các loại nhiên liệu thay thế tại Chương 3, Chương 4, Chương 6 và Chương 7.
• Các giải pháp kỹ thuật giải quyết hiện tượng cháy sớm và hiệu chỉnh hệ thống cấp nhiên liệu trên động cơ H2-ICE tại Chương 7.
• Hệ thống phân loại cấu hình động cơ điện và sơ đồ phối hợp công suất trong hệ thống truyền lực hybrid và pin nhiên liệu tại Chương 8 và Chương 9.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Thực trạng sản xuất và tiêu thụ nhiên liệu sinh học ethanol tại Việt Nam được đồ án ghi nhận như thế nào?
Năng lực sản xuất ethanol nhiên liệu của Việt Nam đạt 535 triệu lít/năm, đủ để phối trộn 8,35 triệu tấn xăng E5 hoặc 4,17 triệu tấn xăng E10. Tuy nhiên, tính đến năm 2018, có 5 trong tổng số 7 nhà máy sản xuất ethanol trên cả nước phải dừng hoạt động do chi phí cải tạo hạ tầng (cột bơm, bể chứa) của các doanh nghiệp phối trộn quá cao trong khi các chính sách ưu đãi thuế, phí chưa đủ bù đắp chi phí vận hành.

2. Hiện tượng cháy sớm (backfire/pre-ignition) trên động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu hydro xuất phát từ nguyên nhân nào và có những giải pháp gì?
Nguyên nhân do hydro có năng lượng đánh lửa tối thiểu cực thấp (chỉ khoảng 0,02 mJ) và giới hạn cháy rất rộng trong không khí (4–75%), khiến hòa khí hydro - không khí dễ dàng tự bốc cháy khi tiếp xúc với các điểm nóng (hot spots) bên trong buồng đốt hoặc nắp máy trước khi bugi đánh lửa. Các giải pháp kỹ thuật được đề xuất gồm: làm mát nhiệt độ khí nạp, sử dụng kim phun điện tử phun trực tiếp (DI) vào trong xi-lanh sau khi xupap nạp đã đóng, giảm nhiệt độ bugi và điều chỉnh hệ thống đánh lửa trễ thích hợp.

3. Tại sao khi sử dụng nhiên liệu hydro hoặc khí sinh học biogas ở chế độ phụ tải cao, phát thải NOx của động cơ lại có xu hướng gia tăng?
Cơ chế hình thành oxit nitơ (NOx) phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ cục bộ trong buồng cháy và nồng độ oxy sẵn có. Ở chế độ phụ tải cao, tốc độ cháy của hydro cực nhanh và nhiệt độ cháy đỉnh buồng đốt tăng vọt, tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng nhiệt hóa giữa nitơ và oxy trong không khí, dẫn đến hàm lượng phát thải NOx gia tăng dù các khí thải độc hại chứa carbon (CO, HC, PM) triệt tiêu hoàn toàn.

4. Sự khác nhau căn bản về mặt vận hành giữa ô tô điện dùng pin tích lũy (BEV) và ô tô điện dùng pin nhiên liệu (FCV) là gì?
Xe BEV tích trữ điện năng trực tiếp vào các mô-đun pin hóa học, có nhược điểm là thời gian sạc đầy kéo dài (từ vài chục phút ở trạm sạc nhanh đến nhiều giờ ở trạm sạc tiêu chuẩn) và khối lượng pin lớn làm giảm mật độ năng lượng toàn tải. Ngược lại, xe FCV tự sản sinh dòng điện thông qua phản ứng điện hóa giữa hydro nén và oxy khí quyển tại pin nhiên liệu, sở hữu thời gian tiếp nhiên liệu nhanh chỉ từ 3–5 phút và tầm hoạt động xa tương đương xe động cơ đốt trong truyền thống.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chuyên đề năng lượng mới trên ô tô" đã tổng hợp và phân tích một cách có hệ thống các giải pháp nhiên liệu thay thế gồm nhiên liệu cồn, diesel sinh học, biogas, LPG, CNG, hydro, cùng các cấu hình xe lai, xe điện và pin nhiên liệu. Dữ liệu đối chiếu cho thấy các nhiên liệu mới có khả năng cắt giảm đáng kể lượng phát thải các khí độc hại CO, HC, PM và CO2 so với xăng và dầu diesel thương phẩm, đồng thời giải quyết sức ép cạn kiệt tài nguyên dầu mỏ. Công trình cung cấp nguồn cơ sở dữ liệu kỹ thuật toàn diện, phục vụ trực tiếp cho công tác đào tạo chuyên ngành và định hướng nghiên cứu ứng dụng phương tiện giao thông xanh tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Lí do chọn đề tài Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế, xã hội, có sự gia tăng nhanh chóng các phương tiện giao thông và thiết bị động lực được trang bị động cơ đốt trong. Kéo theo đó là mức tiêu thụ nhiên liệu ngày càng tăng, đặc biệt là nhiên liệu hóa thạch truyền thống là xăng và dầu diesel. Điều này đang gây ra nguy cơ cạn kiệt nhanh chóng các nguồn nhiên liệu truyền thống và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do khí thải độc hại của động cơ.

Việt Nam là một nước đang phát triển nên không nằm ngoài quy luật phát triển chung của thế giới. Tình trạng thiếu nhiên liệu và tình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải từ động cơ chạy bằng nhiên liệu truyền thống đang ở mức báo động. Vì vậy, vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu, sử dụng các loại nhiên liệu mới có lượng khí thải độc hại thấp để giảm ô nhiễm môi trường, mặt khác có thể bù đắp một phần sự thiếu hụt của hệ thống nhiên liệu truyền động. Nhiên liệu mới được ưu tiên là những loại có lượng khí thải độc hại thấp, trữ lượng lớn, chi phí thấp và có thể dễ dàng sử dụng trong các động cơ hiện có mà không cần phải thay đổi nhiều về kết cấu.

Một số nhiên liệu mới điển hình có thể kể đến như hydro, khí dầu mỏ hóa lỏng, khí thiên nhiên nén (Compression Natural Gas - CNG), khí sinh học. Theo dự báo của Bộ Năng lượng Mỹ, đến năm 2030, tỷ trọng năng lượng hóa thạch truyền thống trong tổng năng lượng sử dụng vẫn ở mức cao, trên 80%, năng lượng tái tạo chỉ tăng không đáng kể, khoảng 8,1%. Ngoài ra, ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính đặt ra nhiều thách thức khó khăn cho con người. Điều đó đã thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu các phương pháp sử dụng nhiên liệu tiết kiệm hơn (sử dụng phụ gia tiết kiệm nhiên liệu, sử dụng thiết bị, động cơ nhiệt hiệu suất cao.) và phát triển các nguồn nhiên liệu thay thế, nguồn nhiên liệu mới, tái tạo, giảm phát thải ô nhiễm môi trường.

Vì vậy nhóm chúng em chọn đề tài “Chuyên đề năng lượng mới trên ô tô”. Mục đích nghiên cứu Đề tài này nghiên cứu và sử dụng các loại nhiên liệu mới có lượng phát thải độc hại thấp một mặt nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, mặt khác có thể bù đắp một phần sự thiếu hụt các loại nhiên liệu truyền thống. Các mục đích chính của nghiên cứu này gồm: 1  Phân tích, thống kê số liệu cụ thể về hệ số phát thải sinh ra từ các nguồn nhiên liệu mới.  Cho chúng ta thấy mức độ cấp bách của vấn đề môi trường và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống.

 Nhận thức được lợi ích và hạn chế của nhiên liệu mới.  Hiểu các nguồn nhiên liệu tái tạo thay thế, hiểu các loại nhiên liệu mới khác nhau hiện có.  Biết các tính chất hóa học của nhiên liệu mới. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là các nguồn năng lượng dồi dào và có thể tái tạo hiện nay nhằm khắc phục tình trạng thiếu hụt năng lượng truyền thống và vấn đề ô nhiễm khí thải động cơ.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào cơ sở lý luận, thống kê và so sánh thực tế trên nhiều khía cạnh của nhiên liệu thay thế so với xăng và dầu diesel truyền thống như hiệu suất động cơ, khí thải, giá thành. Các nguồn năng lượng truyền thống Từ xa xưa khi con người tạo ra lửa thì đồng thời những nguồn năng lượng truyền thống cũng đã dần được con người phát hiện, sau đó khai thác và sử dụng. Có thể nói gỗ cũng là một loại nhiên liệu đầu tiên được con người sử dụng để làm chất đốt tạo ra lửa. Sau này, qua các quá trình phát triển của con người, khoa học kĩ thuật phát triển thì con người cũng đã khám phá ra các nhiên liệu hóa thạch.

Bao gồm:  Than đá Than đá là một dạng nhiên liệu hóa thạch được hình thành từ thực vật bị chôn vùi trải qua các giai đoạn kéo dài lên tới hàng triệu năm. Than đá được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp hiện nay từ các ngành công nghiệp năng lượng đến công nghiệp sản xuất, công nghiệp nặng. Giải phóng một lượng năng lượng lớn khi cháy tuy nhiên song hành với đó, việc đốt than đá cũng mang lại nhiều tác hại lớn đối với môi trường cũng như sức khỏe của con người, nó có thể gây ung thư và các bệnh liên quan tới đường hô hấp.  Dầu mỏ 2 Dầu mỏ hay dầu thô là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục, dầu mỏ chỉ tồn tại trong các lớp đất đá tại một số nơi trong vỏ Trái Đất.

Dầu mỏ sau khi được thu hồi bằng khoan dầu sẽ được tinh chết và tách biệt thành nhiều sản phẩm như xăng, dầu hỏa đến nhựa đường và các hóa chất thuốc thử để sản xuất plastic và dược phẩm. Việc sử dụng dầu mỏ có nhiều tác động tiêu cực đến nền sinh quyển của Trái đất, làm tổn hại hệ sinh thái nói chung và sức khỏe của con người nói riêng.  Khí tự nhiên Khí tự nhiên hay khí thiên nhiên là hỗn hợp các loại khí cháy được, giống than đá và dầu mỏ, khí tự nhiên là một loại nhiên liệu hóa thạch thường được tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở lớp vỏ trái đất. Khí thiên nhiên với thành phần chủ yếu là meetan, có chu kỳ bán rã khoảng 7 năm, ngắn hơn khá nhiều so với carbondioxit, vì thế nó thường được mô tả là loại nhiên liệu hóa thạch sạch nhất, tuy nhiên về mặt tuyệt đối, lượng khí CO2 do khí tự nhiên gây ra vẫn ở một con số khổng lồ.

Các nguồn năng lượng tái tạo Hiện nay, hai nguồn năng lượng được nghiên cứu và phát triển sử dụng phổ biến trên ô tô đó là năng lượng hydro và năng lượng sinh khối (năng lượng sinh học). Nhiên liệu sinh học có thể được chia thành các nhóm chính sau:  Biodiesel Biodiesel à một loại nhiên liệu lỏng có tính chất tương tự và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống. Biodiesel được điều chế bằng cách dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật), thường được thực hiện bằng các ủ hạt có dầu với methanol và hidroxit natri, các chất hiện đang được sử dụng để chế biến dầu chiết tách.  Biogasoline Biogasoline là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì.

Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ. Ethanol được trộn với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học, chúng có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống hiện nay. 3  Biogas Biogas là một loại khí hữu cơ gồm methane và các đồng đẳng khác. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là xenlulozo, tạo thành sản phẩm ở dạng khí.

Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí gas từ sản phẩm dầu mỏ.  Hydrogen Năng lượng Hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu hoặc sản xuất điện. Hiện nay thì hydro cũng được sử dụng trong pin nhiên liệu và là nguồn năng lượng cho một số động cơ điện. Nguyên liệu để sản xuất Hydro là rất dồi dào tuy nhiên cần công nghệ để có thể sản xuất ở quy mô lớn và áp dụng rộng rãi.

Những ưu điểm của các loại năng lượng trên có thể kể đến như sau:  Thân thiện với môi trường: Lượng khí thải độc hại qua quá trình sử dụng ít hơn, từ đó ít gây tác động tiêu cực tới không khí và môi trường sống.  Là nguồn nhiên liệu tái sinh: Các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp chúng ta giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên không tái sinh truyền thống. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu mới trên Việt Nam và thế giới  Tình hình nghiên cứu trên thế giới Theo báo cảo của Viện Năng lượng Anh (EI) cho thấy nhiên liệu hóa thạch chiếm 82% tổng mức tiêu thụ năng lượng trên thế giới năm 2022.

Lượng khí thải nhà kính cũng tăng 0.8% khi mà thế giới dùng nhiều năng lượng hơn. Các sản phẩm dầu, khí đốt và than đá tiếp tục dẫn dầu trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng trong năm 2022 dù công suất năng lượng tái tạo đã tăng tổng cộng 266 GW. Lượng tiêu thụ nhiên liệu hóa tạch và phát thải khí nhà kinh dự kiến còn tăng cao nữa trong năm 2023. Vì thế nên động lực thúc đẩy nghiên cứu và phát triển năng lượng tái tạo hiện nay là rất lớn, nó giúp giảm áp lực sử dụng nhiên liệu hóa thạch và giảm phát thải khí nhà kính.

[1] Trên thực tế, Rudolf Diesel là nhà phát minh ra động cơ diesel người Đức đã thiết kế động cơ diesel chạy bằng dầu lạc và sau đó, Henry Ford là người thiết kế ô tô Model T được sản xuất năm 1903-1926. Chiếc xe này được thiết kế hoàn toàn để sử dụng nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ cây gai dầu làm nhiên liệu. Với sự phát triển của khoa học công 4 nghệ kỹ thuật trong việc thăm dò, khai thác và chế biến nhiên liệu hóa thạch với chi phí rẻ và lượng tài nguyên dồi dào đã dẫn đến khó khăn cho việc phát triển xuất khẩu sản phẩm công nghệ cũng như ứng dụng. Tuy nhiên, sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ nghiêm trọng năm 1973 và 1979, việc nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học lại được chú trọng.

Và kể từ năm 2000, các nước trên thế giới đã thực sự tuân thủ công ước Rio de Janeiro (1992), rồi đến Kyoto (1997), tìm ra các kỹ thuật hạn chế khí nhà kính (CO2, metan, 𝑁2 O, v.) nhiên liệu hóa thạch được thay thế bằng năng lượng xanh như năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, v. Trong hai thập kỷ qua, dự đoán với tốc độ khai thác và tiêu thụ như hiện nay, các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu thô sẽ cạn kiệt trong vài thập kỷ tới, đồng thời nhận thức về hiệu ứng nhà kính do việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, nhiên liệu sinh học một lần nữa được quan tâm và trở thành mục tiêu quan trọng trong chương trình phát triển kinh tế bền vững cho cộng đồng các quốc gia.