Khí thải ô tô và các công nghệ ứng dụng làm giảm ô nhiễm môi trường

154 KHÍ THẢI Ô TÔ VÀ CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG LÀM GIẢM Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG Lê Văn Thanh, Nguyễn Hữu Tài, Nguyễn Hoàng Anh Thảo Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Nguyễn Đỗ Minh Triết TÓM TẮT Đề tài phân tích thành phần, nguồn gốc phát sinh ra các loại khí thải của ô tô và các công nghệ ứng dụng làm giảm ô nhiễm môi trường có những nội dung chính là chỉ ra được mức độ ảnh hưởng, nguyên nhân hình thành, tác hại và nêu ra những công nghệ ứng dụng làm giảm các chất khí độc hại có chứa trong khí thải ô tô: Cacbon monoxit (CO), Cacbon dioxit (CO2), Nhóm khí Nito oxit (NOx), Hydrocacbon (xăng dư) nhằm khắc phục và bảo vệ môi trường. Từ khóa: ô nhiễm môi trường, công nghệ làm giảm ô nhiễm môi trường, khí thải ô tô. 1 MỞ ĐẦU Hiện nay, khi xã hội ngày càng phát triển kéo theo đó là các vấn đề về môi trường ngày càng cao. Trong đó, tình trạng ô nhiễm môi trường đang là một trong những vấn đề được quan tâm và mang tính toàn cầu. Sự ô nhiêm môi trường do rất nhiều nguyên nhân, trong đó có khí thải ô tô. Ô tô là một phương tiện đi lại phổ biến hiện nay, nó góp phần rút ngắn thời gian đi lại, vận chuyển hàng hóa, thúc đẩy nền kinh tế và đời sống phát triển. Tuy nhiên bên cạnh những lợi ích về sự phát triển và thuận tiện đó thì khí thải ô tô là vấn đề hết sức nghiệm trọng gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và cũng là yếu tố gây ô nhiễm môi trường. Vậy khí thải ô tô là gì mà nó có ảnh hưởng như vậy? Khí thải ô tô được định nghĩa là các khí thoát ra từ ô tô do phản ứng ô xy hóa nhiên liệu (xăng), trong môi trường không khí và tia lửa điện (bugi đánh lửa) bên trong động cơ ở cuối kỳ nén. Khí cháy sau khi xảy ra phản ứng và phát thải ra ngoài môi trường có chưa các chất độc hại như: Cacbon monoxit (CO), Cacbon dioxit (CO2), Nhóm khí Nito oxit (NOx), Hydrocacbon. 2 PHƯƠNG TRÌNH HÓA HỌC PHẢN ỨNG CHÁY CỦA HÒA KHÍ Xăng (C8H18) là các hợp chất hydrocacbon (CxHy) với thành phần chính là các nguyên tử hydro và cacbon. Sự đốt cháy xăng là phản ứng hóa học của quá trình cháy. Nếu sự cháy là hoàn hảo thì toàn bộ xăng trong buồng đốt sẽ cháy hết với phương trình phản ứng sau: CxHy + O2  COx + H2O (1) (Để đơn giản phương trình phản ứng nhóm tác giả sẽ không cân bằng phương trình hóa học). 155 Tuy nhiên trong không khí vẫn còn một khí nữa là nito (N2), vì vậy phương trình hóa học tổng quát thực tế của sự cháy dưới nhiệt độ cao và áp suất cao trong lòng xi-lanh sẽ là: (2) Giả sử nhiệt độ và áp suất không đổi trong suốt quá trình cháy, ta sẽ dựa vào hệ số dư lượng không khí thực tế đưa vào để đốt cháy 1kg nhiên liệu. Nếu hệ số dư lượng không khí bằng 1 được coi như là phù hợp với điều khiện cháy lý thuyết của phương trình hóa học [1]. Nếu hệ số này lớn hơn 1 có nghĩa lượng không khí vào cylinder nhiều hơn nhiên liệu làm tăng khí CO2 và NOx. Nếu hệ số này nhỏ hơn 1, tức thiếu không khí sẽ làm tăng khí CO do không được oxy hóa và tang lượng nhiên liệu thải ra môi trường (CxHy dư). Vì trong thực tế hai trường hợp hệ số dư lượng không khí lớn hơn 1 và nhỏ hơn 1 luôn diễn ra, vì hiện tại tất cả các vùng trong buồng đốt hòa trộn nhiên liệu và không khí chưa đồng đều một cách tuyệt đối và chúng đều chứa những thành phần khí có hại nên hướng khắc phục tốt nhất đó là trồng nhiều cây xanh hoặc nuôi cá voi để giảm lượng CO2 trong không khí, sử dụng cá phương tiện công cộng hoặc hạn chế việc lái xe, các phương tiện đạt tiêu chuẩn chất lượng khí thải. 3 TÁC HẠI, NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH KHÍ THẢI Khí CxHy (dư) do một phần xăng bị cháy không hết và thải ra khỏi buồng đốt, tác nhân gây hại tới con người gây ra một số bệnh như hen suyễn, giảm khả năng mang oxy của máu. CO là sản phẩm cháy không hoàn chỉnh do thiếu O2 và là chất khí vô cùng nguy hiểm con người hít phải quá nhiều khí này sẽ bị giảm khả năng hấp thụ oxy, tổn hại mô nghiêm trọng và có nguy cơ tử vong với các triệu chứng nhức đầu, khó thở, buồn nôn và dẫn tới hôn mê. Khí NOx được sinh ra do nitơ (N2) và ôxy (O2) trong hỗn hợp không khí - nhiên liệu, khi nhiệt độ của buồng đốt tăng cao trên 1800°C. Nhiệt độ của buồng đốt càng cao, lượng NOx sản ra càng nhiều. Khí NOx có tác hại xấu đến sức khỏe con người, đặc biệt là những người có tiền sử về bệnh hô hấp. Khí NOx cũng được biết đến với nguyên nhân gây ra mưa axit gây hại cho cây cối và đất đai. Khí CO2 xảy ra trong quá trình cháy bình thường của động cơ, khí CO2 không phải là khi quá độc nhưng khi hàm lượng khí này vượt quá mức cho phép, nó sẽ gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính, gây ra tác hại như mệt mỏi, khó thở, kích thích thần kinh, tăng nhịp tim đối với con người. Như vậy tất cả các khí thoát ra từ ô tô đều có những tác hại đến môi trường và đặc biệt với con người. Phân tích phương trình phản ứng giữa lượng nhiên liệu và không khí, cho thấy khi điều chỉnh thành phần hòa khí đầu vào có ảnh hưởng đến số lượng và thành phần khí thải đầu ra. Khi giảm CxHy tang lượng O2 nạp vào buồng đốt sẽ làm tang lượng khi CO2, tang NOx, giảm CO, giảm CxHy(dư). 4 CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG LÀM GIẢM Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG Hiện nay trên các phương tiện ô tô sử dụng các công nghệ nhằm tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu - không khí và bảo vệ môi trường gồm công nghệ phun xăng trực tiếp GDI (giảm lượng nhiên liệu phun ra trong mỗi lần phun) (Gasoline direct injection) cho phép điều chỉnh 156 làm giảm lượng nhiên liệu phù hợp với lượng không khí đi vào. Công nghệ Turbo Charge hoặc Super Charge bằng việc nén thêm không khí (tang lượng O2, N2) vào động cơ mà lượng nhiên liệu lại giảm làm cho việc hòa trộn được tối ưu, giúp động cơ thải sạch, nạp đầy hơn. Công nghệ thay đổi chiều dài đường ống nạp ACIS (Acuostic Control Induction Systerm), công nghệ này sử dụng van điều khiển khí nạp để chia đường ông snapj thành hai đoạn cho phép thay đổi chiều dài hiệu dụng cảu đường ống nạp phù hợp với tốc độ động cơ và góc mở bướm ga. Ngoài ra sau khi khí thải được ra khoảng buồng đốt sẽ được xử lý ngoài động cơ bằng cách lọc khí thải và hồi lưu một phần khí thải quay lại đường ống nạp. 5 KẾT LUẬN Với sự nỗ lực của cả nhóm trong quá trình tìm hiểu về khí thải ô tô và những công nghệ ứng dụng làm giảm ô nhiễm môi, mặc dù có nhiều khó khăn nhất định tuy nhiên việc nghiên cứu này mang lại rất nhiều lợi ích về mặt kiến thức, nâng cao khả năng tư duy và những bài học quý giá để hoàn thiện chính bản thân mình. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Daniel Yergen, The Prize, The Epic Quest for Oil, Money & Power, Simon & Schuster, 1992, pp. 150–63. [2] HENLEY, Michael, et al. Health assessment of gasoline and fuel oxygenate vapors: generation and characterization of test materials. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2014, 70.2: S13-S17. [3] Trần Ngọc Chấn. Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - tập 1,2, Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội (2001).