Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 1. Xu hướng phát triển của động cơ 1. Sự phát triển và vai trò quan trọng của động cơ đốt trong Xu hướng phát triển chính của động cơ đốt trong là hướng tới tốc độ, tiết kiệm nhiên liệu, nhỏ gọn hơn và đặc biệt là giảm thiểu ô nhiễm môi trường, thân thiện hơn với môi trường, phục vụ đời sống con người ngày càng hoàn thiện hơn.
Động cơ đốt trong đóng một vai trò quan trọng cho nền kinh tế quốc dân, là nguồn động lực chính của các phương tiện vận tải như: ôtô, tàu thuỷ, tàu hoả, máy bay, hay các máy công tác như: Máy phát điện, máy xây dựng, các máy công cụ trong công nghiệp, nông nghiệp…Năng lượng do động cơ đốt trong cung cấp chiếm khoảng 80% tổng năng lượng toàn Trái đất, tới thời điểm hiện tại những cải tiến đáng kể trên động cơ đã tạo ra sự khác biệt rất lớn về tốc độ, tiết kiệm nhiên liệu, nhỏ gọn hơn… Đặc biệt động cơ diesel hiện nay được sử dụng hầu hết trên các loại xe tải và xe chở khách của tất cả các hãng xe trên toàn thế giới, ngoài ra động cơ diesel còn được sử dụng cho các loại tầu thủy, máy công tác… Theo thống kê của Cục đăng kiểm Việt Nam tại TP. Hồ Chí Minh năm 2009 có trên 400 nghìn xe ô tô, tăng 211% so với cuối năm 2000 còn tại TP. Hà Nội, năm 2009 có trên 300 nghìn xe ô tô, tốc độ tăng phương tiện cá nhân từ 12 ÷ 15%/năm. Theo thống kê của Cục đăng kiểm Việt Nam thì số lượng các phương tiện gia tăng hàng năm tăng lên đột biến do nhu cầu sử dụng nhiều và được thể hiện trong bảng 1.1 như sau [2]: Bảng 1.
Sự gia tăng các phương tiện cơ giới của Việt Nam [2] (chiếc) Nă Số l Ô tô Ngày 31.1999 460,000 2003 500,000 2004 523,509 2008 ≈ 700,000 Cuối năm 2011 1,5 triệu -5- Theo Bộ GTVT, số lượng các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ tiếp tục tăng nhanh, theo Cục đăng kiểm trong tháng 4/2009 số lượng ô tô đăng ký mới là 10. Tổng số phương tiện cơ giới đăng ký lưu hành tính đến hết tháng 4/2009 là trên 36,6 triệu chiếc. Trong đó số lượng ô tô trên 1,9 triệu chiếc [2]. Bùng nổ giao thông cơ giới (ước tính) [3] Năm 1980 Năm 2000 Hiện nay Ô tô, xe Ô tô,xe Ô tô, xe Xe đạp GTCC Xe đạp GTCC Xe đạp GTCC máy máy máy 80% 5% 15% 65% >30% <5% 2-3% 87- 88% 10% Bảng 1.
Số liệu dự báo mức độ tăng trưởng kinh tế và phương tiện tham gia giao thông ở các đô thị lớn Việt Nam và một số nước trong khu vực [6] Tp. Chỉ tiêu Tp. Hà Nội Jakatta Manila Bangkok HCM Chengdu Năm 1994 1996 1993 2002 2001 2001 2005 2010 2020 2030 Xe máy/ 118 8 136 377 54 302 (350) (380) (150) (80) 1000 dân Ô tô con/ 74 85 142 12 43 8 15 28 66 132 1000 dân GNP 3034 2455 5614 1000 2800 990 1377 2054 4234 8329 USD/người Hình 1. Số lượng ôtô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam [3] Nghìn xe ô tô Triệu xe máy 1.000 30 Ô tô con Ô tô khách Ô tô tải Ô tô khác Tổng số xe máy 600 20 400 15 200 10 0 5 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 7/207 2008 2/2009 -6- Qua những số liệu thống kê cụ thể ở trên có thể thấy xu hướng phát triển của động cơ đốt trong, khi mà hầu hết các phương tiện nói chung và ô tô nói riêng đều sử dụng các loại động cơ đốt trong, từ đơn giản đến phức tạp.
Các số liệu trong bảng (1.1 cho thấy tốc độ gia tăng của các phương tiện xe cơ giới đồng nghĩa với lượng phát thải độc hại ra môi trường cũng tăng lên, gây ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và sức khỏe con người. Tác động của phát thải từ các phương tiện giao thông sử dụng động cơ đốt trong đến môi trường Sự gia tăng đột biến các phương tiện giao thông đồng nghĩa với lượng phát thải độc hại của chúng ra môi trường cũng rất lớn. Nếu chúng ta không kiểm soát được và thực hiện nghiêm túc các tiêu chuẩn khí thải đối với các phương tiện cơ giới thì sẽ gây ra những thiệt hại đáng kể về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe cộng đồng. Các chất có trong phát thải của phương tiện giao thông gây tác hại đối với sức khỏe con người chủ yếu là (PM 2,5), SO2, NOX, CO, CO2, O3, Pb và hơi xăng dầu.Ước tính nguồn thải bụi do hoạt động GTVT gây ra chiếm khoảng 30% trong tổng lượng bụi thải ra ở đô thị chiếm tới 80% trong tổng lượng bụi có trong không khí.
Ở các đô thị lớn, lượng thải khí NO2 của ngành GTVT chiếm tới 30%; lượng thải khí CO là 85% và lượng thải khí SO khoảng 5%, lượng thải bụi chì và hơi chì chiếm tới (80 ÷ 90)% trong tổng số lượng các chất thải gây ô nhiễm ở khu vực đô thị [2]. Phát thải của các phương tiện giao thông gây ra các bệnh về đường hô hấp (viêm mũi, viêm xoang, viêm họng, viêm phế quản, ho, viêm phổi, bụi phổi, ung thư phổi vv…), các bệnh về da (viêm da, mề đay, dị ứng da vv…), các bệnh về thị giác (đau mắt, viêm mắt…) [7]. Theo báo cáo môi trường quốc gia 2012, tỷ lệ người mắc bệnh liên quan đến ô nhiễm không khí ở các thành phố lớn như: TP. Hà Nội, TP.
Hồ Chí Minh, TP. Hải Phòng, TP. Đà Nẵng thường cao hơn ở các tỉnh, thành phố khác. Các thiệt hại ước tính về kinh tế do ô nhiễm không khí tác động đến sức khoẻ con người tại TP.
Hà Nội là 2,58 tỷ đồng/ngày (tương đương khoảng 60 triệu USD/năm), tại TP. Hồ Chí Minh là 4,93 tỷ đồng/ngày (khoảng 120 triệu USD/năm). -7- Theo tổ chức y tế Thế giới (WHO), có khoảng (4÷8)% số người trên thế giới bị tử vong do ô nhiễm không khí. Còn ở Việt Nam, các loại bệnh có liên quan đến đường hô hấp tăng nhanh, ở các khu vực TP.
Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh. hàng năm có 626 người chết, 1547 người mắc các bệnh về hô hấp (theo số liệu năm 2003) do ô nhiễm vượt quá TCVN: 5937-1995. Đối với khí hậu: Phát thải từ các phương tiện giao thông làm phá hủy tầng ôzôn (tấm áo bảo vệ Trái đất làm giảm tác hại của tia cực tím, tia vũ trụ…) gây ra hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ trung bình Trái đất tăng lên 0,7 oC trong vòng 100 năm qua (nhiệt độ trung bình hiện nay là 17 oC thay vì -15 oC).
Theo dự báo của các nhà khoa học, với tốc độ tiêu thụ năng lượng hiện nay (tốc độ phát thải CO 2 vào tầng bình lưu) thì nhiệt độ trung bình Trái đất sẽ tăng từ (1,5 ÷ 4) o C trong 50 năm tới, làm cho băng ở hai bán cực tan, nước biển dâng gây ngập lụt các thành phố, làng mạc, đồng bằng ven biển, ảnh hưởng cuộc sống hàng trăm triệu người [7]. Theo đánh giá của chương trình phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP), Việt Nam nằm trong tốp 5 nước bị tổn hại vì biến đổi khí hậu. Nếu nước biển tăng 1 mét sẽ làm mất 5% diện tích đất đai, 11% số người bị mất nhà, giảm 7% sản lượng nông nghiệp và 10% GDP. Nếu mực nước biển dâng lên là (3÷5) m thì có thể xảy ra thảm họa ở Việt Nam [7].
Thực trạng phát thải từ các phương tiện tham gia giao thông sử dụng động cơ diesel 1. Sự gia tăng các phương tiện sử dụng động cơ diesel Động cơ diesel từ lâu là nguồn động lực chủ yếu cho các phương tiện xe hạng nặng, các động cơ nông nghiệp, máy công cụ và gần đây được sử dụng nhiều cho các xe hạng nhẹ bởi vì động cơ diesel có suất tiêu hao nhiên liệu thấp và phát thải rất ít thành phần CO, HC [5]. Số lượng và tỷ lệ xe con sử dụng động cơ diesel ở Đức [5] -8- Ở một số nước Châu Âu số lượng xe con dùng động cơ diesel chiếm tới 50% vào năm 2009 và dự báo sẽ tiếp tục tăng trong những năm tiếp theo như thể hiện trên hình 1. Trong những năm qua cùng với sự phát triển của nền kinh tế - xã hội của đất nước nhu cầu đi lại, vận chuyển hàng hóa của người dân tăng nhanh dẫn tới số lượng, mật độ xe cơ giới lưu hành tăng lên rất nhanh các phương tiện giao thông đặc biệt là các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong diesel tăng lên rất nhanh như xe bus, xe khách và hầu hết các loại xe tải từ nhỏ nhất là 0,5tấn đến các loại xe siêu trường, siêu trọng, tập trung ở những khu đô thị lớn nhất là TP.
Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, các tỉnh lân cận và những khu công nghiệp. Theo thống kê của Cục đăng kiểm Việt Nam, số lượng xe bus ở TP. Hà Nội có khoảng 1.300 chiếc với tuổi đời từ 5 đến 10 năm.
Trong đó có trên 30% xe bus xả khói đen nhiều hơn mức cho phép. Còn theo Trung tâm quản lý và điều hành Giao thông - Đô thị Hà Nội, tại địa bàn thành phố xe bus đang hoạt động trên 120 tuyến (số liệu năm 2012) tất cả các loại xe này đều sử dụng động cơ diesel [17]. Thực trạng phát thải của các phương tiện sử dụng động cơ diesel Theo Cục đăng kiểm Việt Nam cho biết, khi tiến hành kiểm tra ngẫu nhiên tại các điểm đầu và cuối của các trạm dừng đỗ xe bus ở TP. Hà Nội cứ 10 xe kiểm tra thì có 3 xe không đạt tiêu chuẩn khí thải, chiếm khoảng 33% cụ thể có 12/35 xe bus và 25/82 xe khách liên tỉnh được kiểm tra không đạt chuẩn khí thải (số liệu kiểm tra tháng 12-2012).
Hồ Chí Minh có 4/21 xe bus và 5/20 xe khách liên tỉnh được kiểm tra không đạt chuẩn khí thải (số liệu kiểm tra tháng 7-2012) và chiếm khoảng 30%, tất cả các loại xe này đều sử dụng động cơ diesel [17]. Khí thải xe bus rất độc hại do tình trạng kỹ thuật của động cơ bị xuống cấp, tuổi đời động cơ cao và chất lượng nhiên liệu diesel không đảm bảo theo tiêu chuẩn quy định. Mặt khác xe bus thường xuyên chở quá tải, quãng đường di chuyển ngắn, dừng đỗ nhiều, hệ thống đường giao thông chưa đáp ứng được nhu cầu đi lại, tốc độ chậm nên phải chạy chế độ đậm nhiên liệu do đó khí thải thường đen đậm, công tác chăm sóc bảo dưỡng không thường xuyên và đồng bộ theo quy định của nhà chế -9- tạo, là tác nhân chính gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nặng nề.