Chương 1: TỔNG QUAN 1. Tình hình môi trường hiện nay Không khí có vai trò vô cùng quan trọng đối với con người và sinh vật, là nơi mà con người sinh sống, làm việc và nghỉ ngơi. Sức khỏe và cảm hứng của con người, sự sinh trưởng và phát triển của tất cả các loài động thực vật phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hỗn hợp của không khí, độ trong sạch và đặc tính lý hóa của nó. Ngày nay do sự phát triển nhanh chóng kinh tế xã hội, đặc biệt là sự phát triển của ngành giao thông vận tải đường bộ đã làm phát sinh nhiều khói TSP và khí thải độc hại vào môi trường không khí, làm cho không khí bị ô nhiễm trầm trọng.
Ô nhiễm môi trường đã trở thành một vấn đề không chỉ của một quốc gia, một khu vực mà là mối quan tâm chung của toàn nhân loại. Quá trình phát triển kinh tế - xã hội của các quốc gia trên thế giới dẫn đã đến những tác động to lớn đến môi trường, làm cho môi trường sống của con người bị biến đổi và ngày càng trở nên xuống cấp trầm trọng. Hậu quả kéo theo đó là sự biến đổi của khí hậu, sự nóng lên trên toàn cầu, sự tan chảy băng cũng như các sông băng ở vùng cực, sự suy giảm tầng ôzôn và nguyên nhân chính dẫn đến các vấn đề này là lượng khí thải sinh ra từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Sự thay đổi nhiệt độ từ năm 1850 qua từng mốc thời gian[19] Sinh viên thực hiện: N.
Hưng Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 3 Nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp lưỡng nhiên liệu Butanol/xăng đến hiệu quả làm việc của động cơ đốt trong Khí hậu của Trái Đất đang thay đổi một cách nhanh chóng, nhưng không phải theo chiều hướng tốt hơn.2, có thể thấy nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng xấp xỉ 1,1℃ so với thời kỳ tiền cách mạng công nghiệp và trong những thập kỷ qua, trên thế giới đã ghi nhận hàng loạt cơn bão, hạn hán, lũ lụt, cháy rừng ở mức kỷ lục. Sự thay đổi khí hậu không chỉ tác động đến xã hội và an sinh của con người mà còn ảnh hưởng đến môi trường sống các loài động vật, thực vật. Để tìm ra cách đối phó với biến đổi khí hậu, trước tiên chúng ta cần hiểu tại sao nó lại xảy ra.
Xuyên suốt lịch sử, khí hậu của Trái Đất đã thay đổi, tuy nhiên những sự thay đổi chúng ta đang thấy hiện nay lại diễn ra nhanh hơn so với dự kiến. Nguyên nhân là do con người thải ra lượng cacbon đioxit (CO₂) và những khí khác vào bầu khí quyển. Những khí thải này tác động đến một thứ được gọi là hiệu ứng nhà kính. Hiệu ứng nhà kính liên quan đến một số loại khí nhất định trong khí quyển được gọi là khí nhà kính bao gồm cả khí CO₂.
Khi có thêm những loại khí này trong bầu khí quyển, trái đất sẽ nóng lên. Trong thành phần của khí quyển trái đất, khí nitơ chiếm tới 78% khối lượng khí quyển, khí oxy chiếm 21%, còn lại khoảng 1% là các khí khác như acgon, đioxit cacbon, mêtan, ôxit nitơ, nêôn, hêli, hydro, ôzôn. Tuy chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, nhưng các khí này, đặc biệt là khí điôxit cacbon, mêtan, ôxit nitơ và CFCs (một loại khí chỉ mới có trong khí quyển từ khi công nghệ làm lạnh phát triển), những khí trên có vai trò rất quan trọng đối với sự sống trên trái đất. Trước hết, đó là vì các chất khí nói trên có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại do mặt đất phát ra, sau đó, một phần lượng bức xạ này lại được các chất khí đó phát xạ trở lại mặt đất, qua đó hạn chế lượng bức xạ hồng ngoại của mặt đất thoát ra ngoài khoảng không vũ trụ và giữ cho mặt đất khỏi bị lạnh đi quá nhiều, nhất là về ban đêm khi không có bức xạ mặt trời chiếu tới mặt đất.
Các chất khí nói trên (trừ CFCs), đã tồn tại từ lâu trong khí quyển và được gọi là các khí nhà kính tự nhiên. Nếu không có các chất khí nhà kính tự nhiên, trái đất sẽ lạnh hơn hiện nay khoảng 330C, tức là nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất sẽ khoảng -180C. Hiệu ứng giữ cho bề mặt trái đất ấm hơn so với khi không có các khí nhà kính được gọi là "hiệu ứng nhà kính". Ngoài ra, khí ôzôn tập trung thành 1 lớp mỏng trên tầng bình lưu của khí quyển có tác dụng hấp thụ các bức xạ tử ngoại từ mặt trời chiếu tới trái đất và qua đó bảo vệ sự sống trên trái đất.
Tuy nhiên trong vài thập kỷ trở lại đây việc sử dụng sử dụng nhiên liệu hóa thạch ngày càng nhiều dẫn đến việc khí CO2 thải ra môi trường tăng một cách mất kiểm soát và vượt quá mức cần thiết, hệ quả dẫn tới là làm tăng hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ trái đất nóng lên và kéo theo nhiệu hệ lụy khác. Sinh viên thực hiện: N. Hưng Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 4 Nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp lưỡng nhiên liệu Butanol/xăng đến hiệu quả làm việc của động cơ đốt trong Tổng lượng khí thải phát ra môi trường trên thế giới được ghi nhận trong năm 2016 là 49.
Chưa tính đến các lĩnh vực khác thì chỉ riêng về lĩnh vực năng lượng đã chiếm khoảng 70% tổng lượng khí thải và con số này vẫn đang có xu hướng tăng lên trong những năm tới. Lượng phát thải gây nên hiệu ứng nhà kính từ các lĩnh vực trên thế giới trong năm 2016[19] Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường trên địa bàn ở các đô thị lớn đang trở thành một vấn đề bức xúc. Có thể khẳng định, khí thải ô nhiễm môi trường ở đô thị có tới 70% bắt nguồn từ các phương tiện giao thông. Ở Việt Nam, khoảng 75% số lượng ôtô chạy bằng nhiên liệu xăng, 25% số lượng ôtô chạy bằng dầu DO, 100% xe máy chạy bằng xăng.
Ngoài ra, nồng độ bụi TSP trong không khí trung bình ở các đô thị Việt Nam cao hơn trị số quy chuẩn kỹ thuật về môi trường không khí xung quanh cho phép từ 1,5-3 lần, một số nơi ô nhiễm trầm trọng cao hơn trị số quy chuẩn cho phép 5-7 lần nhưng vẫn chưa có giải pháp nào thỏa đáng để cải thiện tình hình trên. Sinh viên thực hiện: N. Hưng Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 5 Nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp lưỡng nhiên liệu Butanol/xăng đến hiệu quả làm việc của động cơ đốt trong Hình 1.
Lượng phương tiện tham giao thông vào giờ cao điểm tại các thành phố lớn ở Việt Nam Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường trên địa bàn ở các đô thị lớn đang trở thành một vấn đề bức xúc. Có thể khẳng định, khí thải ô nhiễm môi trường ở đô thị có tới 70% bắt nguồn từ các phương tiện giao thông. Ở Việt Nam, khoảng 75% số lượng ôtô chạy bằng nhiên liệu xăng, 25% số lượng ôtô chạy bằng dầu DO, 100% xe máy chạy bằng xăng. Khi các phương tiện sử dụng nhiên liệu để vận hành, động cơ sẽ phát thải một lượng lớn các chất khí có thành phần độc hại gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe người tham gia giao thông và sinh sống dọc các tuyến đường giao thông[1].
Các khí gây ô nhiễm chính từ khí thải của các phương tiện như CO, CO2, NOx (NO, NO2, N2O3, N2O5). Tìm hiểu về khí thải của các phương tiện giao thông cho thấy những ảnh hưởng trực tiếp của các khí này tới sức khỏe của con người[1]: - Cacbon monoxit (CO): CO là sản phẩm cháy không hòan tòan của nhiên liệu. Xe cộ là nguyên nhân chủ yếu gây ra độ tập trung CO cao ở các khu vực đô thị. CO có ái lực đối với hemoglobin cao gấp 200 lần so với O2.
Vì vậy khi xâm nhập vào cơ thể CO sẽ liên kết với hemoglobin trong máu, cản trở việc tiếp nhận O2, gây nghẹt thở. Chính do tính chất này của CO mà nó rất có hại đối với phụ nữ có thai và người mác bệnh tim mạch. Trong nhiễm độc CO cấp tính nhẹ, có thể các triệu chứng: nhức đầu, buồn nôn, Sinh viên thực hiện: N. Hưng Người hướng dẫn: TS.
Nguyễn Minh Tiến 6 Nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp lưỡng nhiên liệu Butanol/xăng đến hiệu quả làm việc của động cơ đốt trong mệt mỏi, rối lọan thị giác. Trong nhiễm độc cấp tính CO thể nặng, theo sự phát triển của tình trạng thiếu oxy trong máu và mô, hệ thần kinh hệ tim mạch sẽ bị tổn thương, rối lọan hô hấp, liệt hô hấp dẫn tới tử vong. - Cacbon dioxit (CO2): Trong những năm gần đây người ta chú ý nhiều đến giao thông vận tải vì nó góp phần thải ra CO2 – khí nhà kính quan trọng nhất. Trên toàn thế giới khoảng 15% CO2 trong không khí là do các phương tiện giao thông vận tải thải ra.
CO2 là một chất gây ngạt. Bình thường tỷ lệ CO2 trong không khí từ 0,3 – 0,4%0. Ở nồng độ thấp CO2 kích thích trung tâm hô hấp. Những nghiên cứu gần đây cho thấy nồng độ CO2 5% đã gây trở ngại cho hô hấp.
Tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 15% người ta không thể làm việc được. Ở nồng độ 30 – 60 % có thể gây nguy hiểm tính mạng cho con người. - Ôxit Nitơ (NOx) cũng là khí không mùi, không vị và ảnh hưởng rất lớn đến đường hô hấp của cơ thể người. Đặc biệt, trên địa bàn các thành phố lớn ôxit Nitơ kết hợp với hydrocacbon (CnHm) trong khí thải của các phương tiện dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời và tạo nên chất oxy hóa do ánh sáng.
Khi đó độc tố của hợp chất này bị tăng lên vài lần so với các hợp chất ban đầu. Ngộ độc ôxit Nitơ bắt đầu bằng dấu hiệu cảm cúm nhẹ. Trong trường hợp hàm lượng của ôxit Nitơ tăng lên thì tình trạng cảm cúm sẽ nặng hơn, thậm chí dẫn đến hiện tượng nôn và đau đầu. Nếu hàm lượng của ôxit Nitơ tăng lên một cách đáng kể thì triệu chứng ngộ độc trở nên trầm trọng hơn và có thể đe dọa đến tính mạng.
- Hydrocacbon (CnHm) có mùi khó chịu đặc trưng, có tác dụng gây mê. Với hàm lượng của hydrocacbon thấp thì sẽ làm giảm hoạt động, gây đau đầu và chóng mặt. Ví dụ trong trường hợp tiếp xúc với khí benzen (C6H6) trong khoảng thời gian 8 giờ với nồng độ xấp xỉ 600 mg/m3 sẽ gây ra đau đầu, cảm cúm và cảm giác khó chịu trong cổ họng. - Đặc biệt, trẻ em là đối tượng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của ô nhiễm không khí.