Chuyên đề Môi trường và tác động của ô tô đến môi trường

n hệ thống đường ống nạp (Còn được kết hợp chung với phương pháp biến thiên lưu lượng và tốc độ dòng khí nạp (hoặc hỗn hợp khí nạp) theo tốc độ động cơ). Giải pháp này nhằm: tạo ra xoáy lốc cho dòng không khí nạp; tăng xoáy lốc cho quá trình nén để hòa trộn đều không khí và nhiên liệu giúp cho quá trình cháy xảy ra tốt hơn; biến thiên lưu lượng hỗn hợp khí nạp theo tốc độ động cơ. Kết quả: giảm thiểu được đáng kể lượng thải CO và HC; làm tăng công suất có ích của động cơ. Tuy nhiên, điều này có thể làm tăng nhiệt độ cháy, dễ dàng phát sinh NOx, vì thế cần có biện pháp kết hợp song để kiểm soát nhiệt độ buồng đốt. Phương án trên được các hãng sản xuất động cơ phát triển mạnh mẽ như: VVT-i trên Toyota (Variable Valve Timing with intelligence), MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system), i-VTEC trên Honda (Valve Timing and Lift Control), VarioCam Plus trên Porsche,.. 4.1.2.3. Kỹ thuật cháy phân lớp với hỗn hợp nghèo Khi áp dụng kỹ thuật này phải tạo ra vùng có hòa khí đậm (a=0,8¸0,9) để bảo đảm cho hỗn hợp có thể bắt lửa. Còn tại những khu vực khác hòa khí có thể rất nghèo, a >1,22 trở lên. Như vậy tính kinh tế nhiên liệu vừa tốt lại vừa ít ô nhiễm. Ở động cơ thế hệ mới làm việc với hỗn hợp nghèo, người ta khống chế thêm vận động rối của hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong quá trình cháy để làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm, đặc biệt là HC. Sự tăng cường chuyển động rối sẽ làm tăng tốc độ lan tràn màng lửa và hạn chế việc xuất hiện những vùng 'chết' (gần thành buồng cháy). Các cách thực hiện phương án này: + Gia tăng vận động xoáy lốc của hỗn hợp trên đường ống nạp. + Sử dụng kỹ thuật phân lớp theo chiều đứng. + Mitsubishi sử dụng kỹ thuật MVV (Mitsubishi Vertical Vortex): với kỹ thuật này α có thể đạt từ 1/25 đến 1/40, tiết kiệm 13% nhiên liệu và giảm ô nhiễm khí thải. Công nghệ “độc quyền” của Mitsubishi là: “cổ góp nạp vuông góc” giúp dòng khí chuyển động trong đường nạp được êm dịu nhưng vẫn tạo dòng xoáy lốc thẳng đứng mạnh mẽ khi nạp vào xylanh Hình 4.2. Kỹ thuật Mitsubishi Vertical Vortex + Sử dụng hai soupape nạp khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải và một soupape khi làm việc ở tải cục bộ. + Sử dụng buồng cháy xoáy lốc. + Tạo ra một tia khí tốc độ cao phun vào đường nạp phụ có kích thước nhỏ hơn đường ống nạp chính. Cuối cùng, đối với động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo, việc làm giảm nồng độ NOx trong khí xả có thể được thực hiện riêng rẽ hay đồng thời hai giải pháp sau đây: + Tổ chức quá trình trình cháy với độ đậm đặc rất thấp (f=0,60-0,70). + Hồi lưu một bộ phận khí xả (EGR: Exhaust Gas Recirculation). 4.1.2.4. Cải tiến hệ thống đánh lửa Các yếu tố liên quan đến đánh lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu như: góc đánh lửa sớm, điện áp đánh lửa, năng lượng tia lửa… ảnh hưởng đến tính động lực, tính kinh tế của nhiên liệu và còn ảnh hưởng đến mức độ ô nhiễm của khí thải. Hệ thống đánh lửa của các động cơ kiểu cũ tồn tại những nhược điểm: + Điện áp thứ cấp giảm dần theo số vòng quay động cơ và số xylanh động cơ (góc ngậm điện giảm). + Tiếp điểm dễ bị cháy hỏng do năng lượng tự cảm trong hệ thống. + Dòng sơ cấp bị hạn chế (thường nhỏ hơn 5A) nên năng lượng tia lửa thấp, thường trong khoảng 63 ¸ 209 cal. + Điện áp thứ cấp bị tổn thất rò rỉ rất nhanh khi bugi có cáu than. + Điện áp thứ cấp bị nhiễu trên đường dây cao áp. Các động cơ thế hệ mới ngày nay đã áp dụng hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử theo chương trình tạo điều kiện cho quá trình cháy xảy ra tốt nhất, tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảm ô nhiễm. 4.1.2.5. Phun xăng điều khiển theo chương trình PGM (Programmed fuel injection) Với bộ chế hòa khí rất khó bảo đảm khống chế a chính xác như mong muốn. Ngoài ra, với các trạng thái phát ra công suất khác nhau của động cơ, bằng cơ học không thể cho a thích hợp nhất bởi sự trễ của điều khiển và quán tính cơ học khi điều khiển. Ở hệ thống phun xăng điều khiển theo chương trình, bộ điều khiển điện tử điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp phù hợp với các điều kiện tải và trạng thái nhiệt độ của động cơ, lượng nhiên liệu cung cấp là tối ưu nhất, do đó giảm được ô nhiễm. Kết hợp phương pháp điều khiển khép kín (closed loop), cho phép kiểm tra và hiệu chỉnh lại hệ số α, bằng việc so sánh hàm lượng oxygen tồn lưu trong khí xả. Điều này đảm bảo lượng xăng cấp cho chu trình luôn ở mức tối ưu và quá trình cháy xảy ra tốt nhất. 4.1.2.6. Hoàn lưu sản vật cháy (Exhaust Gas Recirculation) Mục đích: Khí thải hoàn lưu sẽ làm giảm nhiệt độ cháy, giảm khả năng phát sinh NOx trong khí thải. Ngày nay, hệ thống hồi lưu khí xả được dùng phổ biến trên tất cả loại động cơ đánh lửa cưỡng bức cổ điển hay động cơ thế hệ mới làm việc với hỗn hợp nghèo. Nó cho phép làm bẩn hỗn hợp ở một số chế độ công tác của động cơ nhằm làm giảm nhiệt độ cháy và do đó làm giảm được nồng độ NOx. Về mặt kết cấu nói chung, hệ thống hồi lưu khí xả gồm một van hồi lưu, một hệ thống điều khiển điện trợ lực khí nén và một bộ vi xử lý chuyên dụng. Bộ vi xử lý này nhận tín hiệu từ các cảm biến về nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, tốc độ động cơ, lượng nhiên liệu cung cấp... Sau khi xử lý thông tin nhờ các quan hệ lưu trữ sẵn trong bộ nhớ, bộ vi xử lý phát tín hiệu để điều khiển hệ thống điện trợ lực khí nén đóng mở van hồi lưu để cho quay ngược một lượng khí xả thích hợp vào đường nạp. Hệ thống hồi lưu khí xả phải được điều chỉnh theo tốc độ và tải của động cơ để tránh xảy ra hiện tượng cháy không bình thường làm gia tăng HC trong khí xả. Trong quá trình làm việc, van điều khiển khí xả hồi lưu có thể bị kẹt do sự ngưng tụ của sản phẩm cháy nên cần phải pha chất phụ gia tẩy rửa vào xăng. Hình 4.3. Tương quan giữa khối lượng EGR và NOx 4.1.2.7. Hệ thống sấy nóng đường nạp và giữ nhiệt độ khí nạp tối ưu Thông thường nhiệt độ khí nạp khoảng 400C là thuận lợi cho việc cháy trọn vẹn nhiên liệu và tính kinh tế của động cơ. Các phương án được sử dụng: + Dùng nước giải nhiệt động cơ bao quanh đường nạp + Dùng nhiệt độ khí thải sấy nóng khí nạp. 4.1.2.8. Phương pháp phun nhiên liệu Việc lựa chọn phương pháp phun nhiên liệu riêng rẽ cho từng cylinder hay phun tập trung ở cổ góp đường nạp phụ thuộc nhiều yếu tố (khả năng điều chỉnh, tính năng kinh tế-kỹ thuật, giá thành...). Phương pháp phun nhiên liệu cũng có ảnh hưởng đến sự hình thành các chất ô nhiễm. Thật vậy, phương pháp phun tập trung có ưu điểm là thời gian dành cho việc bốc hơi nhiên liệu tương đối dài do đó hạn chế được hiện tượng ngưng tụ nhiên liệu trên đường ống nạp, còn phương án phun riêng rẽ cho phép tránh được sự không đồng đều về thành phần hỗn hợp giữa các cylinder. 4.1.2.9. Góc phối khí Việc điều chỉnh góc độ phối khí cũng là một biện pháp làm hài hòa giữa tính năng của động cơ và mức độ phát ô nhiễm HC và NOx. Gia tăng góc độ trùng điệp sẽ làm tăng lượng khí xả hồi lưu do đó làm giảm NOx. Sự thay đổi quy luật phối khí cũng gây ảnh hưởng đến sự phát sinh HC. Những động cơ mới ngày nay có khuynh hướng dùng nhiều soupape với trục cam có thể điều chỉnh được góc độ phối khí. Giải pháp này cho phép giảm nồng độ HC và NOx từ 20 đến 25% so với động cơ kiểu cũ có cùng các tính năng kinh tế-kỹ thuật. 4.1.3. Công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) Đây là một phát triển rất cao của kỹ thuật cháy phân lớp với hỗn hợp siêu nghèo. Trong các động cơ dùng GDI, nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt, điều này cho phép khắc phục hạn chế còn tồn tại trong việc kiểm soát quá trình cháy của công nghệ cũ đó là có thể tăng hoặc giảm lượng nhiên liệu sau khi soupape nạp đóng. Kiểm soát và tác động vào quá trình cháy một cách chính xác, GDI vô hình trung đã kết hợp hoàn thiện giữa tiết kiệm nhiên liệu; tăng công suất động cơ; và khắc phục ô nhiễm. Với các công nghệ cũ, hòa khí được phối trộn bên ngoài xylanh nên tồn tại một khoảng cách vật lý nhất định giữa xylanh và điểm tạo hỗn hợp, vì thế không thể hoàn thiện một cách tốt nhất việc điều khiển thời điểm phun nhiên liệu bằng bất cứ phương án nào (kể cả phun nhiên liệu gián tiếp theo chương trình, PGM). Trong động cơ GDI, nhiên liệu được phun thẳng vào buồng đốt với thời điểm phun tuyệt đối chính xác nên đã tận dụng tối đa hiệu suất nhiệt của nhiên liệu, cho một quá trình cháy gần như hoàn hảo. Phát thải chất độc hại NOx, HC, CO gần như không có, hàm lượng CO2 giảm khoảng 25% so với động cơ PGM. Ở GDI, bằng sự điều khiển chính xác tỷ lệ l= trong một ngưỡng rộng, cho phép nhiên liệu phun sương xa bugi hơn so với động cơ dùng các công nghệ cũ, giúp nhiên liệu và không khí có đủ thời gian và không gian để hòa trộn một cách tốt nhất. Trong quá trình cháy đa tầng, nghèo nhiên liệu, nhiên liệu được phun thẳng vào mặt cong trên chóp đỉnh của piston trong suốt kỳ nén bằng áp suất cao ở dạng sương. Sự chuyển động của các hạt nhiên liệu lệch hướng với phương chuyển động của piston và phương của dòng khí nạp làm cho các hạt nhiên liệu dễ dàng hòa trộn với không khí và bốc hơi. Kết quả là hơi nhiên liệu được nén thẳng đến bugi chuẩn bị tốt nhất cho sự đánh lửa. Lợi thế lớn nhất của hệ thống này là cho phép điều khiển rất chính xác tỷ lệ l (theo hướng nghèo xăng) ở ngay chính tâm điểm của đám cháy (bugi). Ngoài ra trên động cơ GDI còn kết hợp nhiều giải pháp khác như: Kết hợp công nghệ GDI với VVTi (Variable Valve Timing intelligent, hiệu chỉnh thời điểm đóng mở soupape thông minh), cho phép tăng thêm moment xoắn và công suất của động cơ, đồng thời giảm hàm lượng độc tố có trong khí xả. VVTi điều khiển đồng bộ việc mở sớm soupape nạp tương ứng với tăng số vòng quay trục khuỷu để nâng cao lượng không khí nạp vào xylanh, tương ứng cho phép tăng thêm lượng nhiên liệu trong một chu trình. Trong động cơ kiểu cũ, hệ thống EGR (Exhaust Gases Return) được ứng dụng để kiểm soát hàm lượng NOx có trong khí xả, tuy nhiên có hạn chế là nếu tăng thêm lượng khí luân hồi để giảm NOx thì lại làm giảm công suất. Với động cơ GDI, mật độ của hỗn hợp hòa khí lớn, nên có thể tăng thêm lượng khí luân hồi để hạ nhiệt độ buồng đốt, kết quả lượng NOx trong khí xả giảm đáng kể (90-95%) mà hầu như không ảnh hưởng đến công suất của động cơ. Hàm lượng NOx có trong khí xả được kiểm soát bằng việc tính toán lại quá trình đánh lửa của bugi và bằng bộ xúc tác khí xả. Các bộ xúc tác khí xả sản xuất gần đây cho phép giảm NOx trong khí xả thấp hơn mức quy định và không đổi trong suốt quá trình động cơ hoạt động ở chế độ hỗn hợp nghèo xăng. Động cơ GDI đã thực hiện được năm công nghệ cốt lõi trong động cơ đó là: hiệu suất nhiệt cao, nhiên liệu tiết kiệm, cháy kiệt, công suất mạnh mẽ và tất nhiên là giảm thiểu ô nhiễm. 4.2. Các giải pháp kỹ thuật giảm khói thải độc hại cho động cơ Diesel trên ôtô 4.2.1. Các giải pháp cải tiến Đối với động cơ Diesel các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm ngay trong buồng cháy cần phải được cân nhắc giữa nồng độ của các chất HC, NOx và bồ hóng trong khí xả. Như chúng ta đã phân tích ở trên, việc thay đổi góc phun sớm có ảnh hưởng trái ngược nhau đến nồng độ HC và NOx Các nhà chế tạo động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn nồng độ hai chất ô nhiễm này. Các biện pháp chính là: - Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc độ hòa trộn nhiên liệu-không khí. - Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp. - Điều chỉnh dạng quy luật phun (quan hệ lưu lượng-thời gian) theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảm HC. - Đối với động cơ Diesel, dạng hình học của buồng cháy ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm quan trọng hơn là đối với động cơ xăng. Cải tiến buồng cháy theo xu hướng làm gọn lại. - Cũng như động cơ xăng, hồi lưu khí xả là một trong những biện pháp hiệu quả nhất để giảm mức độ phát sinh NOx trong động cơ Diesel. Tuy nhiên, về mặt kết cấu, hệ thống hồi lưu khí xả trên động cơ Diesel phức tạp hơn vì độ chân không trên đường nạp quá bé không đủ sức mở van hồi lưu. Vì vậy, ngoài bộ vi xử lý chuyên dụng, van điện từ trợ lực khí nén và van hồi lưu, hệ thống còn có một bơm tạo chân không. Mặt khác, người ta cũng sử dụng thêm các phương pháp phụ sau đây để tăng độ chân không để hút khí xả vào đường nạp: Tiết lưu trên đường nạp để tạo ra độ chân không cần thiết Sử dụng một bơm đặc biệt để hút khí xả Trích khí cháy hồi lưu ở trước turbine và sau khi đã qua lọc - Hiện nay, tỉ lệ khí xả hồi lưu của động cơ Diesel trên ô tô du lịch còn thấp. Trong tương lai, chắc chắn tỉ lệ này phải tăng lên để thỏa mãn luật môi trường ngày càng trở nên khắt khe hơn. Tuy nhiên, khí xả hồi lưu có thể làm tăng một ít nồng độ bồ hóng, và đó là điều cần phải xem xét. Cũng như đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức, khí xả hồi lưu là nguồn gây bẩn đường nạp và buồng cháy. Vì vậy, việc sử dụng rộng rãi hệ thống hồi lưu khí xả trên động cơ Diesel cần phải đi song song với việc phát triển dầu Diesel có chứa chất tẩy. Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống hồi lưu khí xả động cơ Diesel Hình 4.5. Quan hệ giữa hồi lưu khí xả và phát sinh bố hóng - Cuối cùng, trong tương lai, việc hoàn thiện bộ điều chỉnh điện tử tổ hợp, tác động cùng lúc đến nhiều thông số: góc phun sớm, lượng nhiên liệu chu trình, lượng khí xả hồi lưu... lắp trên xe du lịch cũng như xe vận tải sẽ góp phần đáng kể vào việc làm giảm mức độ phát ô nhiễm ngay từ trong quá trình cháy. 4.2.2. Ứng dụng hệ thống phun nhiên liệu Common Rail trên động cơ Diesel Hệ thống Common Rail có những đặc điểm sau : •Hệ thống common rail có độ tin cậy và tuổi thọ cao. Common rail là một hệ thống phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng điện, nghĩa là lượng nhiên liệu có thể được phun vào động cơ một cách chính xác. Điều này cải tiến sự đốt cháy và giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu, giảm các chất thải độc hại. Với common rail, áp suất phun có thể dùng cho hầu hết các trạng thái hoạt động độc lập của động cơ. Điều này có nghĩa là momen xoắn của động cơ có thể được gia tăng trong phạm vi tốc độ động cơ thấp hơn, nhằm làm tăng tuổi thọ của các loại xe sử dụng động cơ Diesel. •Áp suất phun common rail thường là 1.350 bar. Áp suất phun cao và quá trình phun nhiều đợt, cho phép quá trình cháy nghèo trong hệ thống common rail dẫn đến làm giảm đáng kể tiếng ồn động cơ, quá trình cháy được cải tiến, giảm khói thải. Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống common rail Hình 4.7. Liên quan giữa hàm lượng phát thải NOx với áp suất phun 4.3. Giải pháp sử dụng bộ xúc tác khí xả Từ giữa thập niên 1960, khí xả từ động cơ đã được Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ quy định rất nghiêm ngặt. Trước năm 1966, khí xả từ các loại xe khách đã không được kiểm soát. Vào năm 1966, để đối phó lại với tình trạng ô nhiễm không khí, Bang California, Mỹ đã ban hành những quy định để hạn chế lượng hydrocacbon và CO trong khí xả. Vào năm 1968, chính phủ Mỹ đã thông qua một đạo luật về khí xả áp dụng trên khắp lãnh thổ. Những quy định về lượng khí xả đã trở thành những thách thức rất lớn và cũng đặt ra một nhiệm vụ khó khăn cho các nhà sản xuất xe. Qua nhiều giai đoạn phát triển, các nhà sản xuất xe hơi đã chế tạo rất nhiều bộ lọc cho động cơ xe và các hệ thống nhiên liệu để đảm bảo tuân thủ các đạo luật này. Một trong những thay đổi lớn đã xuất hiện vào khoảng năm 1975 do sự ra đời của một thiết bị thu hút nhiều sự chú ý được gọi là “bộ lọc khí dùng chất xúc tác”. Nhiệm vụ của bộ lọc xúc tác này là chuyển hóa khí thải từ động cơ chứa chất ô nhiễm nặng thành chất khí thải có hại ít hơn cho môi trường trước khi chúng được thải ra ngoài không khí qua hệ thống ống xả của xe. Trong bộc lọc dùng chất xúc tác, có hai loại chất xúc tác khác nhau tham gia các hoạt động chính của bộ lọc là xúc tác khử và xúc tác ôxi hóa. Cả hai loại chất xúc tác này đều có chứa gốm được bọc bên ngoài bởi một lớp kim loại xúc tác quý hiếm, thường là platinum, rôđi và/hoặc palađium. Ý tưởng tạo ra kết cấu như vậy để bề mặt bộ lọc có diện tích tiếp xúc lớn nhất với luống khí xả, tăng hiệu suất lọc, trong khi đó lại giảm đến mức thấp nhất lượng chất xúc tác cần phải sử dụng khi mà các kim loại quý này rất đắt tiền. Một vài loại bộ lọc mới gần đây được sản xuất ra đã bắt đầu sử dụng vàng làm kim loại xúc tác thay cho kim loại quý ở trên trộn lẫn với các chất xúc tác truyền thống. Vàng rẻ hơn, có thể tăng cường phản ứng ôxi hóa, giảm được lượng chất ô nhiễm lên dến 40%.  Hầu hết các kiểu xe hiện đại đều được trang bị bộ lọc dùng chất xúc tác ba thành phần. Tên gọi này có liên quan đến việc giảm thiểu hàm lượng của ba chất ô nhiễm trong khí xả.  Phản ứng khử của chất xúc tác là phản ứng xúc tác sơ cấp trong bộ lọc xúc tác. Phản ứng này sử dụng platinum và rôđi để giảm lượng NOx thải ra. Khi một phân tử NO hoặc NO2 tiếp xúc với chất xúc tác, nó sẽ tách nguyên tử nitơ ra khỏi phân tử và giữ lại trên bề mặt của nó, giải phóng nguyên tử ôxi tại thành O2. Các nguyên tử nitơ kết hợp với các nguyên tử nitơ khác kẹt trên bề mặt bộ lọc để tạo thành N2. Cụ thể: 2NO  Þ  N2 + O2  hoặc  2NO2  Þ  N2 + 2O2  Phản ứng ôxi hóa là phản ứng xúc tác thứ cấp trong bộ lọc xúc tác. Nó làm giảm lượng hydrocacbon và cacbon monoxit không cháy hết bằng cách ôxi hóa chúng khi đi qua xúc tác platinum và palađium. Các chất xúc tác này sẽ kích thích và tăng cường phản ứng của CO và các hydrocacbon với ôxi còn lại trong khí xả. Cụ thể: 2CO + O2  Þ 2CO2 Hình 4.8. Bộ xúc tác khí xả Có hai loại kết cấu chính được sử dụng trong các bộ lọc xúc tác – dạng tổ ong và dạng các hạt gốm. Hầu hết các loại xe ngày nay đều sử dụng dạng cấu trúc tổ ong.  Hình 4.9. Kết cấu dạng tổ ong  Giai đoạn thứ ba của quá trình chuyển hóa là hệ thống kiểm soát dòng khí xả và sử dụng các thông tin này để điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu. Ở đây, người ta bố trí một cảm biến lượng ôxi đặt ở đường vào của bộ lọc xúc tác, gần vị trí đặt động cơ. Cảm biến này sẽ gửi tín hiệu đến ECU động cơ để xác định chính xác hàm lượng ôxi trong khí xả. ECU của động cơ sẽ điều chỉnh tăng hoặc giảm lượng ôxi trong khí xả bằng cách điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu – không khí. Phương pháp điều chỉnh này cho phép ECU động cơ đảm bảo chắc chắn cho động cơ hoạt động với tỷ lệ hỗn hợp gần nhất với tỷ lệ lý tưởng và cũng đảm bảo sẽ có đủ lượng ôxi trong khí xả để giúp chất xúc tác ôxi hóa hết lượng hydrocarbon và CO chưa cháy trong khí xả.   Bộ lọc xúc tác đã thực hiện một nhiệm vụ tuyệt vời là giảm lượng các chất ô nhiễm, nhưng về cơ bản nó vẫn cần  phải được cải thiện. Một trong những khuyết điểm lớn nhất của bộ lọc là nó chỉ làm việc hiệu quả ở nhiệt độ tương đối cao. Khi mới khởi động xe, động cơ vẫn còn chưa nóng, vì vậy mà hầu như bộ lọc xúc tác không có tác dụng giảm chất ô nhiễm trong khí xả. Hình 4.10. Hoạt động của chất xúc tác phụ thuộc nhiệt độ  Một giải pháp đơn giản để giải quyết vấn đề này là di chuyển bộ lọc đến gần động cơ hơn. Điều này có nghĩa là bộ lọc sẽ tiếp xúc với khí xả ở nhiệt độ cao hơn và nó sẽ được làm nóng nhanh hơn nhưng việc này có thể làm giảm tuổi thọ của bộ lọc bởi nó dễ bị phá hủy khi nhiệt độ quá cao. Hầu hết các nhà sản xuất xe hơi đều đặt bộ lọc ở vị trí phía dưới ghế ngồi hành khách phía trước, đủ xa khỏi động cơ để giữ cho nhiệt độ khí xả đủ thấp để không làm hại bộ lọc.  Hâm nóng sơ bộ cho bộ lọc cũng là một phương pháp tốt để tăng cường khả năng của bộ lọc. Cách đơn giản nhất để hâm nóng trước bộ lọc là sử dụng bộ gia nhiệt bằng điện. Nhưng không may là hệ thống điện trên xe với điện áp 12V là không đủ để cung cấp cho bộ lọc làm nóng nhanh được. Hầu như mọi người đều không thể chờ lâu trong vài phút như vậy để bộ lọc được làm nóng lên trước khi họ khởi động xe. Tuy nhiên các loại xe hơi hybrid ngày nay có bộ ắc quy lớn và điện áp khá cao có thể cung cấp đủ năng lượng để làm nóng nhanh bộ lọc. Ngoài ra, người ta cũng nghiên cứu các giải pháp khác để cho bộ xúc tác làm việc nhanh ngay sau khi khởi động động cơ. Một trong những giải pháp đó là lắp đặt ở trước bộ xúc tác chính một bộ xúc tác khởi động. Bộ xúc tác khởi động này có đặc điểm là nhiệt dung thấp và khởi động nhanh do đó nó cho phép xử lý khí xả ngay sau khi khởi động động cơ. Người ta cũng áp dụng một số những kĩ thuật khác như: - Sấy bộ xúc tác bằng điện: Bộ xúc tác này cho phép xử lý triệt để khí xả để đạt được tiêu chuẩn ULEV (Ultra-Low Emissions Vehicle). Việc sấy thường được thực hiện ở bộ xúc tác khởi động. Công suất điện (cũng chính là năng lượng cần thiết) để gia tốc việc khử các chất ô nhiễm tới một giới hạn cho trước trong trường hợp đó thấp hơn là trong trường hợp sấy trực tiếp bộ xúc tác chính. Trong trường hợp cụ thể người ta sử dụng bộ sấy có công suất điện khoảng 1kW tiêu thụ chưa đầy 4Wh để đảm bảo khí xả động cơ thỏa mãn tiêu chuẩn ULEV. Các giá trị năng lượng tiêu tốn này sẽ tăng lên ít nhất 2 lần khi bộ sấy đặt ngay ở ống xúc tác chính. - Sấy bằng nhiệt do đốt nhiên liệu: năng lượng tỏa ra có thể do đốt cháy bộ phận nhiên liệu còn sót hoặc lượng nhiên liệu phun vào khí xả. Cả 2 trường hợp đều cần phải cấp thêm một lượng không khí phụ vào ống xả để đảm bảo đốt cháy lượng nhiên liệu này. Hình 4.11. Gia nhiệt bộ xúc tác bằng vòi đốt nhiên liệu - Phun không khí: Việc phun không khí được thực hiện ngay sau soupape xả bắt đầu khi khởi động động cơ. Giải pháp này cho phép điều chỉnh thành phần khí xả phù hợp với điều kiện xử lý tối ưu bằng bộ xúc tác ba chức năng, đồng thời nó cũng tạo điều kiện khi khởi động động cơ. Giải pháp này cho phép điều chỉnh thành phần khí xả phù hợp với điều kiện xử lý tối ưu bằng bộ xúc tác ba chức năng, đồng thời nó cũng tạo điều kiện oxy hóa trước CO và HC góp phần làm tăng nhiệt độ bộ xúc tác. - Lưu giữ tạm thời HC: Việc lưu giữ tạm thời HC trong khí xả được thực hiện ở bộ hấp thụ. Hệ thống này có thể đi kèm với bộ xúc tác khởi động. Hình 4.12. Bộ xúc tác khí xả có thêm bộ lưu giữ tạm thời HC Các bộ lọc xúc tác trong các loại xe sử dụng động cơ Diesel đều không có khả năng giảm lượng NOx tốt. Lý do đưa ra là động cơ Diesel khi làm việc có nhiệt độ thấp hơn các động cơ khác. Một số các chuyên gia hàng đầu về xe hơi thân thiện với môi trường đã đề ra ý tưởng cho ra đời một hệ thống mới trong cuộc chiến chống ô nhiễm môi trường. Họ đưa ra giải pháp là cho urê vào trong đường ống xả. Trước khi khí xả đi qua bộ lọc, urê bay hơi và hòa lẫn vào trong khí xả và tạo ra phản ứng hóa học làm giảm lượng NOx. Urê cũng được biết đến với tên gọi cacbamit, là một chất hữu cơ được tạo thành từ cacbon, nitơ, ôxi và hydro. Nó được phát hiện trong nước tiểu của động vật có vú và động vật lưỡng cư. Urê phản ứng với NOx để tạo thành nitơ và hơi nước, đóng vai trò quyết định đến hơn 90% lượng ôxit nitơ trong khí xả. 4.4. Giải pháp khắc phục ô nhiễm từ nhiên liệu cho động cơ 4.4.1. Xăng Nhiên liệu cũng gây ảnh hưởng đến sự phát ô nhiễm, các yếu tố ảnh hưởng bao gồm: chỉ số carbon/hydrogen, đặc tính bay hơi, các chất phụ gia cho thêm vào, hàm lượng carbon mạch vòng… Tuy nhiên, các yếu tố này cho một dạng xăng “sạch” và đạt tiêu chuẩn thương mại hiện nay trên thế giới thì hoàn toàn có thể xác lập các thông số của động cơ như: kết cấu, phương thức trộn hỗn hợp, tỷ số không khí/nhiên liệu,… để khắc phục ô nhiễm do xăng. Ở đây chỉ đề cập đến một số giải pháp: Sử dụng xăng có chỉ số octane phù hợp với từng loại động cơ. Chỉ số octane có ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm, đặc biệt khi động cơ bị kích nổ. Sự giảm chỉ số octane dẫn đến sự gia tăng tính kích nổ, do đó làm tăng NOx nhất là khi hỗn hợp nghèo. Hạn chế (hoặc cấm) sử dụng Tetra ethyl chì C2H5(Pb)4 trong xăng để loại bỏ hoàn toàn oxide chì (PbOx) có trong khí xả. Pha acetone (CH3)2CO vào xăng: việc sử dụng xăng có chỉ số HC lớn, mạch dài để chống kích nổ cho động cơ có thể dẫn đến nhiên liệu cháy không hoàn toàn, làm tăng lượng HC trong khí xả. Do đó, có thể pha thêm vào xăng mạch dài một lượng acetone (1-3 phần nghìn). Acetone là một dung môi cực mạnh, có tác dụng cắt đứt nhỏ các phần tử của xăng, giúp hóa trình hòa trộn hỗn hợp diễn ra tốt hơn, thúc đẩy nhiên liệu cháy trọn vẹn, nhằm giảm HC trong khí xả. Nếu hàm lượng acetone pha vào quá nhiều có thể làm hư hỏng các chi tiết bằng cao su của hệ thống nhiên liệu, hoặc thay thế các chi tiết cao sau này cao su Nitrile. Tuy nhiên, vấn đề pha acetone vào xăng cần tổ chức các cuộc nghiên cứu thực nghiệm cụ thể để đánh giá hàm lượng pha vào và mức giảm thiểu HC trong khí xả - Nghiên cứu và phát triển thiết bị tạo từ trường lắp trên đường ống nhiên liệu: xăng dưới tác dụng của từ trường bên ngoài, sẽ làm mất trạng thái tự cân bằng lực hút phân tử ban đầu, sau đó sẽ thiết lập một trạng thái cân bằng mới có bề mặt bay hơi tăng lên. Điều này làm cho sự hình thành hỗn hợp tốt hơn, làm cho cháy kiệt, hạn chế ô nhiễm, tăng công suất. - Nghiên cứu và phát triển các “viên nhiên liệu” cho thêm vào xăng nhằm làm thúc đẩy quá trình hòa trộn tạo hỗn hợp, giúp động cơ cháy kiệt, hạn chế ô nhiễm, tăng công suất. Hình 4.13. Cấu trúc phân tử của acetone 4.4.2. Diesel Lượng bồ hóng giảm khi thời gian cháy trễ kéo dài, nghĩa là khi dùng nhiên liệu có chỉ số cetane thấp. Tuy nhiên, việc sử dụng nhiên liệu có chỉ số cetane thấp có thể dẫn đến những nhược điểm quan trọng: gia tăng độ ồn nếu quá trình cháy bắt đầu quá muộn, gia tăng lượng nhiên liệu bám trên thành cylinder và buồng cháy làm tăng mức độ phát sinh HC và bồ hóng. - Sử dụng Diesel có khối lượng phân tử lớn có thể làm tăng các chất thải rắn trong khí xả. - Hạn chế lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu để hạn chế oxide sulfure và giảm bồ hóng. - Pha một lượng nước nhất định vào nhiên liệu nhằm hạ nhiệt độ cháy, nhằm giảm NOx. 4.4.3. Dùng nhiên liệu thay thế Hiện nay, với sự khan hiếm của dầu mỏ, các nước bắt đầu quan tâm mạnh mẽ đến các loại nhiên liệu thay thế xăng và Diesel truyền thống. Tuy nhiên, ở khía cạnh ô nhiễm khí xả, các nhiên liệu thay thế còn được đánh giá thân thiện hơn với môi trường. Có được điều này là do: Thành phần của chúng có chỉ số C-H trong cấu trúc phân tử thấp. Không có Nitrogen, lưu huỳnh, chì, ... Chỉ số octane, cetane cao. Giới hạn bắt lửa rộng, tốc độ lan truyền nhanh. Vì thế, có thể loại trừ được nhiều chất nguy hại trong khí xả. Mặt khác, hàm lượng phát thải CO2 cũng thấp hơn nếu so với xăng dầu truyền thống giảm thiểu hiệu ứng nhà kính. Do đó, cần phải thúc đẩy hơn nữa công tác nghiên cứu và thử nghiệm nhằm tìm ra các nhiên liệu thay thế khả thi nhất trong bối cảnh hiện nay. 4.4.3.1. Cồn Các loại cồn thường được sử dụng làm nhiên liệu thay thế cho xăng là: Ethanol (C2H5OH). Methanol (CH3OH). Pha ethanol vào xăng với tỷ lệ 5% (E5) hoặc 10% (E10) sẽ được xăng có phẩm chất cao, thân thiện với môi trường hơn so với xăng truyền thống. Việc này hiện đang nghiên cứu ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam. 4.4.3.2. MDE (Diemethyl Ether, C2H6O) Tuy nhiên, các loại cồn khi cháy sinh ra các aldehyde độc hại cho thần kinh, vì thế hiện nay người ta đang nghiên cứu sử dụng MDE để thay thế cho Diesel truyền thống. Khói thải của MDE có hàm lượng CO chỉ bằng 1/5 so với Diesel, HC thì bằng ½, NOx thì tương đương nếu giảm góc phun sớm. 4.4.3.3. Khí hóa lỏng, LPG (Liquefied Petroleum Gas) Đây là loại nhiên liệu thu được từ hóa lỏng các khí đồng hành thu được của các túi dầu mỏ. Thành phần của LPG chủ yếu là propane C3H8 (60%) và butane C4H10 (40%). Trên một số thử nghiệm động cơ chạy bằng LPG, cho thấy các chất thải độc hại được giảm như sau: HC giảm 30-50%, CO giảm 70-90%, NOx giảm 20-30%. 4.4.3.4. Khí thiên nhiên hóa lỏng (CNG, LNG) (Compressed Natural Gas hoặc Liquefied Natural Gas) CNG và LNG có thành phần chính là khí methane (81-98%), chỉ khác nhau ở công nghệ hóa lỏng để tồn trữ. Do chỉ số H-C có trong nhiên liệu thấp, vì thế khi cháy phát thải ít CO2, lượng nhiên liệu cháy thừa thải trong khí xả ra môi trường chủ yếu là CH4, ít độc hại đến con người. 4.4.3.5. Khí sinh học (biogas) Biogas thu được từ quá trình lên men yếm khí của các chất hữu cơ như: xác động, thực vật, rác thải, chất thải chăn nuôi, chất thải sinh hoạt,… Có thành phần chủ yếu là methane (60-68%), CO2 (20-32%), còn lại là các chất khí khác như H2S, hơi nước, ... Biogas đang được nghiên cứu mạnh mẽ để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong do phát thải ít CO2. Mặt khác, sử dụng biogas còn gián tiếp bảo vệ môi trường từ việc sản xuất biogas bằng chất thải hữu cơ trong sinh hoạt, trong chăn nuôi, giảm lượng thải CH4 vào khí quyển gây hiệu ứng nhà kính. Tuy nhiên, cần phải áp dụng nhiều biện pháp tinh lọc các tạp chất có trong biogas trước khi dùng. 4.4.3.6. Các loại Diesel sinh học Có nguồn gốc động vật: chế biến từ mỡ cá, mỡ động vật… Có nguồn gốc từ thực vật: dầu cọ, dầu cải, dầu Jatropha… Tuy nhiên, việc ứng dụng các nhiên liệu này còn nhiều hạn chế bởi độ nhớt, tạp chất gây hại cho bơm cao áp và kim phun,… Nhưng chúng vẫn có mặt tích cực với môi trường bởi phát thải ít CO2, NOx. 4.5. Giải pháp khắc phục ô nhiễm từ trạng thái vận hành Như đã phân tích ở chương 3, chế độ vận hành không ổn định của động cơ khi tải trọng ngoài thay đổi liên tục, là nguyên nhân phát sinh nhiều khí độc trong khói xả NOx, HC, CO,… Mặc dù, đã có nhiều phát triển vượt trội trong giải pháp điều khiển động cơ như: điều khiển bằng điện tử theo chương trình, nhưng xét trên phương diện truyền tín hiệu thì vẫn có một độ trễ nhất định giữa tín hiệu thu nhận (các sensor) đến bộ điều khiển (ECU) và từ ECU đến cơ cấu chấp hành. Vì thế, trên thực tế, các động cơ điều khiển xem như là hiện đại nhất vẫn có phát thải chất gây độc hại. Hơn nữa, vẫn còn một số lượng rất lớn động cơ chạy bằng chế hòa khí, mà ở trạng thái tải trọng thay đổi liên tục thì các động cơ này thải khói độc ghê gớm. Do đó, một giải pháp tránh đưa động cơ vào trạng thái hoạt động không ổn định là cách hạn chế ô nhiễm được coi là hiệu quả nhất. Ứng dụng công nghệ tắt và mở tự động động cơ khi ôtô dừng bánh trong khoảng thời gian nhất định. Ngắt nhiên liệu khi xuống dốc, … 4.6. Giải pháp khắc phục ô nhiễm tiếng ồn của ôtô Các nguồn phát ra tiếng ồn của xe cơ giới gồm có : Tiếng ồn phát ra từ động cơ. Từ ma sát giữa bánh xe và mặt đường. Từ tiếng gió bị xé khi xe chuyển động. Từ tải trọng của xe (nguyên nhân gián tiếp). Qua đó cho thấy việc giảm ồn do động cơ phát ra có thể được hạn chế ngay từ khâu thiết kế, tính toán. Ngoài ra, việc thiết kế hình dáng động lực học của xe, hoa văn và kích thước lốp xe cũng cần phải quan tâm. Cuối cùng là kỹ thuật điều khiển xe, lương tâm, ý thức bảo vệ môi trường, chăm lo sức khỏe cộng đồng của lái xe. Ngoài các giải pháp chủ thể trên, các giải pháp khách thể cũng có thể hạn chế tiếng ồn do xe cơ giới gây ra như xây tường chắn âm, trồng cây phát tán âm, tường tán xạ âm v.v… 4.6.1. Dùng bộ giảm thanh Bộ giảm thanh (Muffer) được lắp ở phía cuối đường ống thải của xe có tác dụng dập tắt tiếng ồn phát ra từ động cơ ôtô. Bên trong bộ giảm thanh là một bộ các ống (tubes). Các ống này được thiết kế để tạo ra các sóng phản xạ gây cản trở hoặc dập tắt lẫn nhau trước khi thoát ra ngoài.Như đã phân tích về công dụng của bộ phận giảm thanh lắp cho động cơ, nhưng trên thực tế vẫn có một số phương tiện giao thông lắp đặt bộ giảm thanh khác với nghiên cứu của nhà sản xuất. Điều này làm cho đường phố càng thêm huyên náo khi các phương tiện này hoạt động, góp phần làm tăng thêm ô nhiễm tiếng ồn. Cơ quan quản lý nhà nước cần nghiên cứu ban hành quy định cho phép về âm lượng của động cơ đốt trong lắp trên ôtô, xe máy, khi đo ở chế độ công suất tối đa. Hình 4.14. Bộ giảm thanh 4.6.2. Sử dụng còi ôtô hợp lý Còi ôtô với tác dụng chính là phát cảnh báo nguy hiểm từ người lái xe khi vận hành. Nhưng cũng là nguyên nhân góp phần không nhỏ vào ô nhiễm tiếng ồn, nhất là ở các thành phố lớn với mật độ xe cộ cao. Khi sử dụng còi không hợp lý thì tác hại của ô nhiễm càng trầm trọng hơn. Sử dụng còi không hợp lý: - Có âm lượng quá cao so với mức quy định. Hiện nay quy định của Việt Nam cho âm lượng của còi là không nhỏ hơn 90dB và không lớn hơn 115dB. Nhưng một số phương tiện giao thông tự tiện lắp đặt, hoán cải để dùng còi có âm lượng quá lớn, gây nguy hiểm cho người điều khiển phương tiện khác và góp phần là tăng ô nhiễm. Xét ở một khía cạnh khác, quy định về âm lượng như thế là cao hơn so với ngưỡng chịu đựng cho phép của con người. - Sử dụng còi ở những nơi không được phép sử dụng: bệnh viện, trường học… - Sử dụng còi có tiếng kêu không phù hợp với quy định: tiếng còi ưu tiên, tiếng còi tàu hỏa, tiếng chó sủa, … Giải pháp đề xuất cho vấn đề này: - Giám sát và chế tài mạnh mẽ với các phương tiện giao thông sử dụng còi không hợp lý. Vận động, tuyên truyền một nét “văn hóa sử dụng còi khi lái xe”. Nghiên cứu lại về quy định âm lượng cho phép của còi lắp trên ôtô khi tham gia giao thông. 4.6.3. Thiết kế hợp lý Thúc đẩy nghiên cứu về mặt thiết kế của ôtô sao cho khi vận hành trên đường gây tiếng ồn là nhỏ nhất có thể. Như: dạng của hoa lốp, dạng khí động học của vỏ ôtô, ống xả động cơ có bộ giảm âm hữu hiệu, ... 4.7. Sử dụng các nguồn động lực khác động cơ đốt trong trên ôtô Động cơ đốt trong lắp trên ôtô mặc dù trải qua bao giai đoạn phát triển, nhưng với bản chất về quá trình cháy của nhiên liệu, thì hiện đại đến thế nào đi nữa vẫn tồn tại một loại nguy hại cho môi trường. Đó là phát thải khí CO2 gây ra hiệu ứng nhà kính. Do đó, với yêu cầu cấp thiết từ phía môi trường, cộng với dầu mỏ ngày càng cạn kiệt nên các nhà khoa học đã nghiên cứu đến các nguồn động lực khác cho ôtô ngoài động cơ đốt trong nhằm loại bỏ hoàn toàn phát thải CO2 khi ôtô hoạt động. 4.7.1. Ôtô dùng năng lượng mặt trời ( solar car) Xét về khía cạnh ô nhiễm môi trường, thì ôtô dùng năng lượng mặt trời được xem như là phương tiện “sạch” hoàn toàn. Trong quá trình hoạt động không xả chất độc hại gây ảnh hưởng đến con người và sinh vật. Hình 4.15. Ôtô dùng năng lượng mặt trời Về cấu tạo, ôtô dạng này được lắp các tấm pin mặt trời (solar cell) xung quanh phần vỏ của xe. Các tế bào quang điện hấp thu ánh sáng mặt trời và chuyển hóa thành điện năng, tích trữ vào các accu. Động cơ điện trên xe sẽ chuyển điện năng của accu thành cơ năng. Tuy nhiên, chúng có nhược điểm là giá thành của các tấm pin mặt trời khá cao, hiệu suất chuyển hóa thành điện năng thấp, hoạt động của xe phụ thuộc vào nguồn ánh sáng và dung lượng tích trữ của accu. Do tính thân thiện với môi trường nên solar car cần được nghiên cứu mạnh mẽ trên thế giới để có thể triển khai sử dụng phổ biến. 4.7.2. Ôtô điện dùng năng lượng từ accu Loại này giống như solar car, chỉ khác điện năng nạp cho accu từ nguồn bên ngoài xe. Xét về phương diện môi trường thì xe điện không thải khí xả gây hại. Nhược điểm là thời gian hoạt động của xe giới hạn, phụ thuộc vào dung lượng của accu. 4.7.3. Ôtô điện dùng năng lượng từ pin nhiên liệu (fuel cell) Ôtô dùng fuel cell là hướng nghiên cứu khá mới trên thế giới. Pin nhiên liệu là một thiết bị có thể chuyển đổi trực tiếp hóa năng của nhiên liệu thành điện năng nhờ vào các quá trình điện hóa. Hai nhiên liệu cơ bản cần thiết cho pin nhiên liệu vận hành là hydrogen (hoặc nhiên liệu giàu hydrogen) và oxygen (thường là oxygen từ không khí). Quá trình biến đổi năng lượng trong pin nhiên liệu được thực hiện theo phản ứng hóa học tổng quát sau: Hình 4.16. Sơ đồ mô tả pin nhiên liệu Như vậy, trong pin nhiên liệu hoàn toàn không có sự cháy như trong động cơ đốt trong. Do đó, nó sinh ra lượng khí gây hiệu ứng nhà kính ít hơn nhiều và không sinh ra các khí thải gây ô nhiễm môi trường. Nếu nhiên liệu sử dụng là hydrogen nguyên chất và oxygen thì pin nhiên liệu chỉ sinh ra nhiệt và sản phẩm phụ là nước (một số loại còn có thêm CO2). Mặt khác, nó không có sự chuyển hóa nhiệt thành cơ năng nên hiệu suất của nó không bị giới hạn bởi hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot, ngay cả khi vận hành ở nhiệt độ tương đối thấp. Và cũng tương tự như accu, pin nhiên liệu cũng là một thiết bị tạo ra dòng điện thông qua cơ chế phản ứng điện hóa. Tuy nhiên, điểm khác biệt nằm ở chỗ, pin nhiên liệu có thể tạo ra dòng điện liên tục khi cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho nó, trong khi đó, accu cần phải được nạp điện lại (sạc) từ một nguồn điện bên ngoài sau một thời gian sử dụng. Như vậy, muốn tái sử dụng lại accu thì cần phải có một thời gian dài để nạp điện lại, trong khi pin nhiên liệu thì chỉ cần cung cấp nhiên liệu thì có thể có điện để sử dụng. 4.7.3. Ôtô hybrid (hybrid vehicle) Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc-quy cao áp. Điểm đặc biệt là ắc-quy được nạp điện với cơ chế nạp “thông minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng. Nhờ vậy mà ôtô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết. Đó là xét trên phương diện năng lượng. Còn trên phương diện ô nhiễm, ôtô hybrid đã hạn chế rất nhiều các tác hại đến môi trường so với các ôtô thông thường. Có được điều đó là do: - Cơ chế chuyển đổi thông minh giữa động cơ điện và động cơ đốt trong: khi xe chạy chậm, trong đô thị thì hoạt động bằng động cơ điện, không thải khí xả. Hơn nữa, ở chế độ hoạt động này, động cơ thường thay đổi tốc độ liên tục, nếu là động cơ đốt trong thì sẽ thải khí độc rất nhiều. - Luôn thiết lập động cơ đốt trong hoạt động ở dãy công suất tối ưu nhằm tận dụng lợi ích về năng lượng, đồng thời phát thải ít chất gây hại nhất. Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới. Ngày càng có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ôtô này. 4.8. Các giải pháp kỹ thuật khắc phục ô nhiễm khác - Nghiên cứu và phát triển hệ thống thu hồi các chất ô nhiễm cơ học trong khói xả: bẩy bụi, lọc bụi, … - Nghiên cứu hệ thống thu bụi lắp trên đường giao thông. - Nghiên cứu lớp vật liệu mặt đường để giảm tiếng ồn do bánh xe lăn trên đường. - Hạn chế phát triển dòng động cơ hai kỳ. 4.9. Các giải pháp từ phía xã hội nhằm khắc phục ô nhiễm do xe ôtô Trong phần này, chỉ nêu một số giải pháp có thể khả thi, dĩ nhiên để đạt hiệu quả thì cần phải có sự đồng thuận cao từ cấp quản lý nhà nước, nhà sản xuất ôtô, và người sử dụng ôtô, ... Ở đây đề nghị các giải pháp theo hiện trạng ở Việt Nam, bao gồm: - Hạn chế phương tiện giao thông cá nhân hoạt động trong các thành phố lớn. Quy hoạch, xây dựng và hoàn thiện phương tiện vận chuyển công cộng. - Quy định giờ hoạt động của các ôtô vận tải lớn hoạt động trong nội thị. - Quy hoạch đường sá thông suốt, mạng lưới đèn tín hiệu điều khiển giao thông sao cho hoạt động hiệu quả nhất, hạn chế thấp nhất kẹt xe. Như đã phân tích bên trên, chế độ cầm chừng, chế độ tải trọng ngoài thay đổi liên tục sẽ phát sinh khí độc trong khói thải nhiều nhất. Vì thế, phương tiện giao thông hoạt động với tốc độ ổn định sẽ hạn chế nhiều ảnh hưởng xấu đến môi trường. - Quy định dung tích động cơ xe hai bánh ở mức thấp nhất có thể, sao cho công suất động cơ sinh ra đủ để cung cấp cho xe chở 2 người, hoạt động ở một tốc độ thích hợp trong nội thị. Ở đây đề nghị dung tích thích hợp cho xe hai bánh là 50cc. Điều này sẽ hạn chế được lượng khói thải của động cơ. Ngược lại, nếu chọn dung tích động cơ lớn hơn, sẽ rơi vào tình trạng thường xuyên thừa công suất, tức không phải là vùng hoạt động tối ưu của động cơ (cả về công suất lẫn khí thải). Mặc khác, sẽ chọn dãy tốc độ hoạt động của động cơ sao cho suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất, và khí thải đạt được sạch nhất. - Loại bỏ các ôtô có động cơ cũ, công nghệ lạc hậu, thải nhiều khí độc. - Quy định chuẩn khí xả của ôtô, có lộ trình tiến đến chuẩn cao hơn. Kết hợp biện pháp chế tài chặt chẽ khi kiểm tra và xử phạt ôtô vi phạm tiêu chuẩn khí xả. - Quy định chuẩn về tiếng ồn của động cơ. Có biện pháp chế tài cụ thể. - Ban hành quy chuẩn về khí xả, hệ thống xử lý khí xả, hệ thống thoát khí xả đối với ôtô lắp ráp trong nước. - Kiện toàn hoạt động của các trung tâm đăng kiểm ôtô. - Giáo dục và tuyên truyền sâu rộng ý thức lái xe “vì môi trường”. - Tập trung nghiên cứu thử nghiệm, ứng dụng các loại nhiên liệu thay thế xăng, dầu. Đi kèm với quy hoạch mạng lưới phân phối nhiên liệu thay thế. - Ban hành quy chuẩn về nhiên liệu và hệ thống nhiên liệu cho ôtô lắp ráp trong nước. - Xây dựng các chính sách thuế phù hợp cho: nhập khẩu, lắp ráp, sản xuất, sử dụng, … ôtô theo hướng có lợi cho các sản phẩm thân thiện với môi trường. - Thường xuyên vệ sinh đường phố. Chế tài các hành vi làm dơ bẩn đường phố. - Lắp đặt hệ thống các trạm quan trắc môi trường đô thị, kết nối tự động dữ liệu quan trắc với hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông. Chương trình điều khiển sẽ tự động hạn chế lượng ôtô tập trung tại một khu vực, khi mà nồng độ khí độc tại đó sắp vượt chuẩn chịu đựng của con người. B- KHẮC PHỤC Ô NHIỄM DO CÁC NGUYÊN NHÂN KHÁC Năm 1987 Ủy ban Môi trường và Phát triển của Liên Hợp Quốc đã đưa ra khái niệm Phát triển môi trường bền vững: "Phát triển môi trường bền vững là sự phát triển nhằm thỏa mãn các nhu cầu hiện tại của con người nhưng không tổn hại tới sự thỏa mãn các nhu cầu của thế hệ tương lai, nhất là đối với môi trường". Để xây dựng một xã hội phát triển bền vững, Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc đã đề ra 9 nguyên tắc: - Tôn trọng và quan tâm đến cuộc sống cộng đồng. - Cải thiện chất lượng cuộc sống của con người. - Bảo vệ sức sống và tính đa dạng của Trái đất. - Quản lý những nguồn tài nguyên không tái tạo được. - Tôn trọng khả năng chịu đựng được của Trái đất. - Thay đổi tập tục và thói quen cá nhân. - Để cho các cộng đồng tự quản lý môi trường của mình. - Tạo ra một khuôn mẫu quốc gia thống nhất, thuận lợi cho việc phát triển và bảo vệ. - Xây dựng một khối liên minh toàn cầu. 1. Ở các thành phố lớn - Di dời các nhà máy vào các khu công nghiệp tập trung. - Kiểm soát ô nhiễm công nghiệp. - Quan trắc chất lượng không khí. - Di dời các sân bay ra xa trung tâm. - Hoạt động truyền thông về bảo vệ môi trường: Hãy hành động vì chất lượng không khí. Khi đi gần, nên sử dụng xe đạp hay đi bộ. Nên sử dụng xe buýt vừa giảm chi phí, hạn chế kẹt xe, vừa giảm ô nhiễm môi trường. Nên ăn trưa ở gần nơi làm việc, nơi học tập nhằm hạn chế việc sử dụng xe gắn máy, ô tô. Nên đi chung xe khi đi làm, đi học, vui chơi, giải trí. Nên bảo trì ôtô, xe máy đúng phương pháp nhằm tăng độ bền xe và giảm khói thải ra môi trường. 2. Trồng cây gây rừng Rừng là lá phổi xanh của trái đất. Cây xanh, trong quá trình quang hợp, hấp thụ khí CO2 và nhả ra khí oxygen cần thiết cho sự sống. Rừng có tác dụng làm trong sạch không khí. Tán lá cản và giữ bụi. Lá cây tiết ra nhiều loại chất kháng khuẩn có tác dụng tiêu diệt vi trùng gây bệnh trong không khí. Rừng là nơi sinh sống của nhiều loài động vật hoang dã, trong đó có nhiều loài quý hiếm. Trong rừng có nhiều loại cây khác nhau. Đây là nguồn thực phẩm, nguồn nguyên liệu quý cho công nghiệp và dược phẩm, là nguồn gen hoang dại có giá trị trong lai tạo giống mới cho nông nghiệp và chăn nuôi. Rừng bảo vệ và cải tạo đất. Nhờ có tán lá xòe rộng như chiếc ô, nước mưa không xối thẳng xuống mặt đất, nắng không đốt cháy mặt đất, nên lớp đất trên mặt khó bị rửa trôi theo nước mưa. Rừng nuôi đất, bồi bổ cho đất. Đất rừng hầu như tự bón phân, vì cành lá rơi rụng từ cây sẽ bị phân hủy, tạo thành các chất dinh dưỡng, làm tăng độ màu mỡ của đất. Đất phì nhiêu, tơi xốp sẽ thấm tốt, giữ nước tốt và hạn chế xói mòn. Vùng bãi triều ven biển có các rừng sú, vẹt, đước, vừa chắn sóng, vừa giữ phù sa, làm cho bờ biển không những không bị xói, mà còn được bồi đắp và tiến ra phía trước. Rừng có tác dụng điều hoà dòng chảy trong sông ngòi và dưới đất. Nước mưa rơi xuống vùng có rừng bị giữ lại nhiều hơn trong tán cây và trong đất, do đó lượng dòng chảy do mưa trong mùa lũ giảm đi. Rừng cản không cho dòng chảy mặt chảy quá nhanh, làm cho lũ xuất hiện chậm hơn, giảm mức độ đột ngột và ác liệt của từng trận lũ. Nước thấm xuống đất rừng vừa là nguồn dự trữ nuôi cây và các sinh vật sống trong đất, vừa chảy rất chậm về nuôi các sông trong thời gian không mưa. Do đó những vùng có nhiều rừng che phủ sẽ giảm bớt được thiên tai hạn hán và lũ lụt. Rừng càng nằm gần đầu nguồn sông, tác dụng điều hoà dòng chảy càng lớn hơn. Rừng có giá trị lớn về du lịch. Vì rừng có nhiều phong cảnh đẹp, với nhiều loại động thực vật hoang dã, lôi cuốn sự ham hiểu biết, trí tò mò của mọi người. Khí hậu trong rừng mát mẻ, điều hoà, không khí sạch sẽ còn có tác dụng chữa bệnh rất tốt. Nói tóm lại, rừng có giá trị nhiều mặt cho con người. Vì các nhu cầu ngày càng tăng của mình, con người không thể không khai thác rừng. Tuy nhiên, nếu biết khai thác một cách hợp lý và có kế hoạch trồng rừng thích hợp, chúng ta sẽ vẫn vừa thỏa mãn được các nhu cầu của mình, vừa không làm tổn hại đến rừng. 3. Hoạt động khai thác tài nguyên, khoáng sản Các tài nguyên khoáng sản có thể kể ra: nước, không khí, đất, ánh sáng, các khoáng vật, rừng… Song song quá trình chinh phục trái đất và phát triển, con người đã khai thác các nguồn tài nguyên mà thiên nhiên đã ban tặng, đó cũng là quy luật của sinh tồn. Tuy nhiên, cần phải có chiến lược, phải cân đối giữa lợi ích kinh tế với mất cân bằng sinh thái, tổn hại cho môi trường. Việc tận diệt tài nguyên sẽ mang lại một hậu quả khôn lường: gây lũ lụt, biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính, băng tan nhanh ở hai cực trái đất, nước biển dâng cao… đó là những hậu quả đã thấy. 4. Tìm các nguồn năng lượng mới Khi mà khai thác các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ, các mỏ kim loại,… ngày càng cạn kiệt. Khi mà khai thác nguồn nước từ các con sông, thác… để sản xuất điện tiềm tàng nhiều ẩn họa cho môi trường như mất cân bằng sinh thái, ảnh hưởng trên diện rộng đối hàng loạt sinh vật. Khi mà năng lượng hạt nhân đe dọa toàn cầu, nổ nhà máy điện Chernobyl (26/4/1986, Ukraina) là một điển hình. Lúc này con người cần phải nhanh chóng nghiên cứu tìm ra các nguồn năng lượng khác: 4.1. Năng lượng mặt trời Hoạt động sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời được xem là sạch đối với môi trường, đang được nghiên cứu phát triển. Tuy nhiên, để có thể ứng dụng đại trà, giá điện rẻ, hiệu suất cao thì còn phải có thời gian và nhiều công sức nghiên cứu. Hình 4.17. Sản xuất điện năng bằng solar cell 4.2. Năng lượng gió Sản xuất điện năng bằng năng lượng gió được nhiều nước ứng dụng khá phổ biến như Hà Lan, Đức… Công nghệ này hoàn toàn thân thiện với môi trường và cũng là giải pháp mà các nước đang phát triển nhắm đến. Hình 4.18. Sản xuất điện năng từ năng lượng gió 4.3. Năng lượng thủy triều, năng lượng từ tia sét… Là những nguồn năng lượng khổng lồ mà con người nhắm đến. Tuy nhiên, hiện vẫn chưa có công trình nào được cho là thành công để có thể nhân rộng. 4.4. Năng lượng từ pin nhiên liệu (fuel cell) Đây là nguồn năng lượng hứa hẹn nhiều tiềm năng trong tương lai. So với năng lượng gió và năng lượng mặt trời, pin nhiên liệu không phụ thuộc vào thời tiết và độ dài của ngày, nó có thể đảm bảo cung cấp năng lượng 24/24 giờ. Khi nào còn được cung cấp hóa chất, pin sẽ cung cấp điện. Nguồn nhiên liệu sử dụng cho pin nhiên liệu rất dồi dào. Oxygen thì đã có sẵn trong không khí, còn hydrogen có thể thu được từ nhiều nguồn khác nhau như: nhiên liệu hóa thạch, những nguồn nhiên liệu tái sinh, năng lượng hạt nhân, nguồn tài nguyên có trong nước,… Điều này làm giảm sự phụ thuộc dầu mỏ vào các nước khác. Như vậy, có thể thấy, pin nhiên liệu là một trong những nguồn năng lượng tiên tiến nhất hiện nay, nó đóng vai trò như một máy sản xuất điện thực thụ với nhiên liệu đầu vào chỉ cần hydrogen và oxygen. Hình 4.19. Sơ đồ nguyên lý pin nhiên liệu 4.5. Năng lượng từ nhiên liệu sinh học có thể tái tạo Nguồn nhiên liệu hiện đang được nghiên cứu và hoàn thiện để có thể ứng dụng rộng khắp như khí thiên nhiên, biogas, bio-Diesel, các loại cồn… cung cấp cho động cơ đốt trong để sản xuất điện năng. Trên phương diện môi trường thì nguồn năng lượng này ít gây ô nhiễm. Tuy nhiên, lại bị phản ứng mạnh mẽ nếu xét theo phương diện an ninh lương thực. Do đó, tùy từng quốc gia mà có chiến lược khai thác sao cho hài hòa giữa: môi trường – năng lượng – lương thực. Mặc khác, để sản xuất 1 litre cồn cần phải tiêu tốn 3500 litre nước, mất diện tích trồng cây lương thực, ô nhiễm phân, thuốc trừ sâu,… vì thế loại nhiên liệu sinh học này không được đánh giá cao, một số nước thì trồng xen canh cây nguyên liệu sản xuất cồn với cây lương thực và kết hợp đồng bộ với nhiều giải pháp khác. Sản xuất bio-Diesel từ cây Jatropha được ưa chuộng hơn do đặc điểm cây này chịu hạn, chịu nắng nóng… CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN Có thể nói rằng, mọi vấn đề về môi trường đều bắt nguồn từ phát triển. Nhưng con người cũng như tất cả mọi sinh vật khác không thể đình chỉ tiến hóa và ngừng sự phát triển của mình. Con đường để giải quyết mâu thuẫn giữa môi trường và phát triển là phải chấp nhận phát triển, nhưng giữ sao cho phát triển không tác động một cách tiêu cực tới môi trường. Các giải pháp về môi trường, cần có sự phối hợp nhịp nhàng giữa các quốc gia, giữa nhà quản lý, nhà sản xuất, nhà khoa học, người dân…Vả lại, môi trường là một thể thống nhất và cân bằng, cho nên cần phải thực hiện các giải pháp đồng bộ và dài hơi. Đây là điều mà các nước đang phát triển khó lòng đạt được, vẫn loay hoay giữa lợi ích kinh tế và phát triển môi trường bền vững. Môi trường đang bị hủy hoại từng ngày và hậu quả để lại cho con người là cái mà ai cũng thấy rõ. Nhưng hành động như thế nào để cứu lấy trái đất này là điều mà khiến cho ai cũng phải suy nghĩ. Khi mà đang chờ đợi sự quyết liệt của các nhà quản lý, chúng ta, mỗi thành viên trên trái đất hãy góp sức dù là nhỏ nhất để cùng chung tay bảo vệ hành tinh thân yêu. Bảo vệ môi trường đã là vấn đề sống còn của nhân loại. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS.TS Nguyễn Lê Ninh (2010), Bài giảng Ôtô và môi trường, Tp.HCM. 2. Bùi Văn Ga (2002), Quá trình cháy trong động cơ đốt trong, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 3. Bùi Văn Ga (2002), Ôtô và môi trường, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 4. 5. 6. 7. EG&G Services Parsons, Inc. Science Applications International Corporation, Fuel Cell Handbook, U.S. Department of Energy Office of Fossil Energy National Energy Technology Laboratory, October 2000.