Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng toàn cầu và yêu cầu cấp thiết về giảm phát thải khí nhà kính, việc tìm kiếm và ứng dụng các nguồn năng lượng thay thế cho nhiên liệu hóa thạch đang trở thành xu hướng tất yếu của ngành giao thông vận tải. Trong đó, nhiên liệu sinh học – đặc biệt là xăng pha cồn E10 (gồm 10% ethanol và 90% xăng khoáng) – được xem là một giải pháp tiềm năng, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường và thúc đẩy phát triển kinh tế bền vững. Đối với Việt Nam – quốc gia có điều kiện thuận lợi về sản xuất nguyên liệu sinh học từ mía, sắn, ngô… – việc nghiên cứu, đánh giá khả năng áp dụng nhiên liệu E10 cho xe máy và ô tô là hướng đi phù hợp với xu thế phát triển năng lượng sạch trên thế giới. Đề tài hướng tới mục tiêu hệ thống hóa các cơ sở lý thuyết và thực tiễn liên quan đến nhiên liệu sinh học E10, phân tích khả năng áp dụng tại Việt Nam trên ba phương diện chính: kinh tế – kỹ thuật – môi trường. Cụ thể, nhóm nghiên cứu tập trung xem xét tính tương thích của E10 với động cơ xăng hiện hành, đánh giá hiệu quả vận hành, tiêu hao nhiên liệu, chi phí sản xuất – phân phối, cũng như tác động đến chất lượng không khí và mức độ phát thải. Trên cơ sở đó, đề tài đề xuất giải pháp và định hướng triển khai phù hợp trong điều kiện hạ tầng, khí hậu và thị trường nhiên liệu Việt Nam hiện nay. Phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung vào phân tích khả năng sử dụng nhiên liệu E10 trong động cơ xăng của xe máy và ô tô dân dụng, không đi sâu vào các loại nhiên liệu sinh học khác hay quá trình thiết kế, chế tạo động cơ chuyên dụng. Các nội dung được triển khai bao gồm: cơ sở lý thuyết về nhiên liệu sinh học, đặc tính kỹ thuật của E10, thực tiễn sử dụng tại Việt Nam và thế giới, phân tích hiệu quả kinh tế, tác động môi trường và đề xuất hướng phát triển trong tương lai. Để đạt được mục tiêu trên, nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp thu thập – tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước, kết hợp với phân tích so sánh và đánh giá định lượng về hiệu suất, mức tiêu hao nhiên liệu và chi phí chuyển đổi. Bên cạnh đó, phương pháp phân tích – tổng hợp được sử dụng để chỉ ra ưu, nhược điểm của E10 so với xăng khoáng truyền thống, từ đó đề xuất giải pháp khả thi về mặt kỹ thuật và chính sách. Trong quá trình thực hiện, nhóm đã gặp không ít khó khăn do phạm vi kiến thức rộng và dữ liệu thực nghiệm còn hạn chế. Tuy nhiên, nhờ sự nỗ lực của tập thể cùng sự hướng dẫn tận tình của Giảng viên Phạm Sơn Tùng, chúng em đã hoàn thành đề tài đúng tiến độ và đạt được các kết quả ban đầu có ý nghĩa. Dù vậy, do giới hạn về thời gian và kinh nghiệm, bài nghiên cứu chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô để hoàn thiện hơn, đồng thời giúp chúng em tích lũy thêm kiến thức và kỹ năng nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực năng lượng mới. Cuối cùng, nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Giảng viên ThS Phạm Sơn Tùng đã tận tâm hướng dẫn, định hướng và hỗ trợ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Đây không chỉ là cơ hội để vận dụng kiến thức chuyên ngành vào thực tiễn, mà còn là bước đệm quan trọng giúp chúng em nâng cao tư duy nghiên cứu, kỹ năng làm việc nhóm và ý thức trách nhiệm đối với sự phát triển của ngành năng lượng sạch Việt Nam. Nhóm sinh vi
Cơ Sở Lý Thuyết và Tổng Quan về Nhiên liệu E10
Khái niệm về Ethanol và Nhiên liệu E10
- Ethanol (còn gọi là cồn etylic) là một hợp chất hữu cơ thuộc nhóm ancol, có công thức hóa học C₂H₅OH
- Ở điều kiện thường, ethanol là chất lỏng không màu, dễ bay hơi, cháy được, có mùi đặc trưng và tan hoàn toàn trong nước
- Nhiên liệu E10 là hỗn hợp nhiên liệu gồm 90% xăng khoáng (xăng thông thường) và 10% ethanol theo thể tích
- Đây là loại nhiên liệu sinh học pha trộn, được nhiều quốc gia khuyến khích sử dụng để giảm khí thải gây ô nhiễm và phụ thuộc vào dầu mỏ
Ethanol (cồn sinh học): Định nghĩa, nguồn gốc sản xuất (tại Việt Nam)
Nhiên liệu ethanol thường được phối trộn với xăng khoáng theo tỷ lệ nhất định, còn gọi là xăng sinh học, ký hiệu là “Ex” trong đó “x” là % thể tích của cồn ethanol trong hỗn hợp, ví dụ E5 có 5% ethanol, E10 có 10% ethanol trong hỗn hợp
Nhiên liệu E10: Thành phần và các tiêu chuẩn kỹ thuật
- Tùy vào vị trí địa lý, điều kiện khí hậu thổ nhưỡng mà nguồn nguyên liệu để sản xuất NLSH ở các khu vực trên thế giới khác nhau Các nguyên liệu chính để sản xuất ethanol sinh học là ngô, mía, củ cải đường, lúa mì, rỉ đường và sắn Mặc dù nguồn nguyên liệu khác nhau, phương pháp chế biến ethanol cơ bản giống nhau, chỉ khác về khâu xử lý nguyên liệu đầu vào
- Xăng khoáng nền phối trộn với ethanol phải là xăng không chì, đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật như trị số octan, thành phần hydrocarbon, lưu huỳnh, olefin, benzen, kim loại, độ bay hơi, cặn, v.v
- Xăng E10 là hỗn hợp giữa xăng không chì và ethanol nhiên liệu, trong đó ethanol chiếm chỉ khoảng 9 - 10 % theo thể tích.
Tính chất của E10 so với xăng truyền thống
Thông số Xăng truyền thống
Thành phần (phân số khối lượng) C: 0,855; H: 0,145; O: 0 C: ~0,77; H: ~0,13; O:
Hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu [%] 0 0
Giá trị nhiệt lượng thấp của nhiên liệu (MJ/kg) 44 ~41–42 (giảm do ethanol có giá trị nhiệt thấp hơn)
Năng lượng hoạt hóa biểu kiến (kJ/mol) 0 0
Khối lượng riêng của nhiên liệu ở 323 K [kg/m³] 720 ~740–750 (tăng nhẹ do ethanol)
Nhiệt hóa hơi riêng [kJ/kg]
Nhiệt dung riêng của nhiên liệu [J/(kgãK)] 2500 ~2600–2800 (tăng do ethanol)
Khối lượng phân tử trung bình của nhiên liệu 115 ~100–110 (giảm do ethanol nhẹ hơn)
Nhiệt độ nhiên liệu [K] 380 ~380 (tương tự) Đặc tính vật lý, hóa học (chỉ số Octane, áp suất hơi, năng suất tỏa nhiệt) và những khác biệt cơ bản ảnh hưởng đến động cơ
+ Ethanol: khoảng 0,79 g/cm³ + Methanol: khoảng 0,79 g/cm³ + Butanol: khoảng 0,81 g/cm³
Có khối lượng riêng thấp hơn so với xăng, ảnh hưởng đến hiệu suất nhiên liệu và khả năng lưu trữ
Các loại rượu (alcohols) có độ nhớt cao hơn so với xăng, làm ảnh hưởng đến quá trình dòng chảy nhiên liệu và thiết kế kim phun
* Nhiệt độ sôi (Boiling Point):
Có nhiệt độ sôi cao hơn xăng, ảnh hưởng đến quá trình bay hơi và đặc tính cháy của nhiên liệu
2.2.2 Tính chất hóa học (Chemical Properties)
- Hàm lượng oxy (Oxygen Content): Các nhiên liệu có gốc rượu (alcohol fuels) chứa lượng oxy đáng kể (khoảng 35% theo khối lượng trong ethanol), giúp quá trình cháy diễn ra sạch hơn và giảm phát thải khí CO
- Tính dễ cháy (Flammability): Có độ dễ cháy cao hơn so với xăng, vì vậy cần các biện pháp an toàn đặc biệt trong lưu trữ và xử lý nhiên liệu
- Mật độ năng lượng (Energy Density): Thấp hơn xăng — ethanol chỉ cung cấp khoảng 67% mật độ năng lượng của xăng, làm giảm quãng đường di chuyển và hiệu suất động cơ
Những khác biệt cơ bản ảnh hưởng của động cơ: Nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp đối chứng tính năng kỹ thuật và phát thải của xe máy Liberty 125 khi sử dụng các xăng sinh học E5RON95 và E10RON so với khi sử dụng xăng RON95 thông thường Đánh giá tính năng kỹ thuật và phát thải ở chế độ toàn tải
Công suất và tiêu thụ nhiên liệu của xe máy tại vị trí 100% ga khi sử dụng E5RON95 và E10RON95 được so sánh với khi sử dụng xăng RON95 thông thường ở tốc độ 30 km/h, 50km/h và 70 km/h (Hình 3) So với xăng RON95 thông thường, công suất lớn nhất của xe hầu như không thay đổi, trong khi tiêu hao nhiên liệu giảm 2.2% và 3.8% tương ứng khi sử dụng E5RON95 và E10RON95 Điều đó cho thấy xăng sinh học với tỷ lệ 5-10% ethanol không ảnh hưởng tới công suất và lượng nhiên liệu tiêu thụ của xe ở chế độ toàn tải Hàm lượng các thành phần phát thải tại chế độ toàn tải có xu hướng giảm khi tăng tốc độ với cả ba loại nhiên liệu (Hình 4) So với xăng RON95 thông thường, thành phần CO và HC giảm khi sử dụng xăng sinh học, mức giảm tăng lên khi tăng tỷ lệ cồn ethanol trong nhiên liệu Trung bình tại ba giá trị tốc độ, CO giảm 5.9% và 10.9%, HC giảm 8.8% và 11.7% tương ứng với các trường hợp sử dụng xăng sinh học E5RON95 và E10RON95 Trong khi đó, hàm lượng NOx tương ứng tăng trung bình 12.3% và 9.6%, còn hàm lượng CO2 hầu như không thay đổi Kết quả này cho thấy rõ cồn ethanol đóng vai trò như chất phụ gia bổ sung thêm ô xy trong nhiên liệu, giúp quá trình cháy triệt để hơn
Đánh giá Khía cạnh Kỹ thuật (Technical Feasibility)
Tương thích của Động cơ (Engine Compatibility)
Tiêu hao nhiên liệu: tăng 3–4% so với xăng truyền thống do mật độ năng lượng thấp hơn
Phát thải: CO và CO₂ giảm lần lượt 5–8% và 4–7%; NOx tăng nhẹ 1–3%; HC ổn định hoặc giảm nhẹ
Vận hành: xe vận hành ổn định trong điều kiện thường (25–35 °C), nhưng khả năng khởi động lạnh dưới 5 °C bị hạn chế
Tương thích vật liệu: ethanol trong E10 gây trương nở NBR (10–15%) và FKM (5– 8%), đồng thời gây ăn mòn nhôm trong bơm nhiên liệu (0.02– 0.04 mm/năm) Honda Vision có nguy cơ ảnh hưởng cao hơn Toyota Vios do sử dụng NBR và nhôm thường
Xăng sinh học E5RON95 và E10RON95 có thể được sử dụng để thay thế xăng RON95 thông thường trên xe máy đạt tiêu chuẩn khí thải mức 3 đang lưu hành, không ảnh hưởng đến tính năng kỹ thuật và giúp giảm các thành phần phát thải CO và HC trong khí thải
Cơ chế hoạt động: Phân tích ảnh hưởng của E10 (hàm lượng cồn cao hơn so với E5) lên quá trình đốt cháy và hiệu suất của động cơ xăng truyền thống
Thử nghiệm trên động cơ xe máy Honda Super Dream, động cơ có dung tích xylanh là 97 cm3 – dung tích xylanh khá phổ biến ở Việt Nam Các thông số kỹ thuật của động cơ được trình bày trong bảng 3 Quá trình thử nghiệm được tiến hành trên băng thử xe máy
CD 20” được sản xuất bởi AVL-Zửllner kết hợp hệ thống thử nghiệm khớ thải cụng nhận kiểu (Type Approval Test) và hệ thống lấy mẫu thể tích không đổi CVS (Constant Volume Sampler) Kết quả khí thải được phân tích bằng tủ AVL CEB II: thành phần CO được đo bằng phương pháp hấp thụ tia hồng ngoại (NDIR), thành phần NOx đo bằng phương pháp quang hoá (CLD), thành phần HC xác định bằng phương pháp ion hoá ngọn lửa Lượng tiêu thụ nhiên liệu được xác định thông qua thiết bị cân khối lượng nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S
Kết quả mô phỏng cho thấy, công suất động cơ giảm đi 0,76% và 1,99%; suất tiêu hao nhiên liệu tăng 0,85% và 2,12% khi sử dụng nhiên liệu E5 và E10 so với khi sử dụng xăng RON92 Điều này có thể được giải thích thông qua khả năng bay hơi tốt của ethanol, điều mà trong phần mềm mô phỏng chưa xét đến Khi đó theo mô phỏng, do nhiệt trị của nhiên liệu thấp và hiện tượng làm nghèo của hỗn hợp, hệ số dư lượng không khí λ tăng lên, tốc độ cháy giảm, dẫn đến giá trị áp suất cực đại giảm xuống, áp suất chỉ thị trung bình (IMEP) sẽ giảm, kéo theo công suất động cơ thấp hơn so với khi sử dụng RON92
Đánh giá tương thích cho các dòng xe
Xe đời mới (phun xăng điện tử - EFI): Khả năng tự điều chỉnh của ECU (Bộ điều khiển động cơ) và hệ thống phun nhiên liệu (kim phun, bơm xăng) với E10
Hai mẫu xe phổ biến tại Việt Nam được lựa chọn là:
+ Honda Vision: xe máy 109.5 cc, động cơ 4 kỳ SOHC, hộp số CVT, tiêu chuẩn khí thải Euro 3/4
+ Toyota Vios: ô tô động cơ 1.5L DOHC, hộp số CVT, tiêu chuẩn khí thải Euro ⅘
Mô phỏng bằng phần mềm Diesel-RK Dữ liệu động cơ từ Honda Vision và Toyota Vios được nhập vào phần mềm Diesel-RK để mô phỏng tiêu hao nhiên liệu và phát thải khi sử dụng E10 Diesel-RK là công cụ mô phỏng nhiệt động lực học, cho phép phân tích chu trình công tác động cơ đốt trong và dự đoán phát thải dựa trên thông số vận hành Điều kiện môi trường trong mô phỏng được hiệu chỉnh theo thực tế tại Việt Nam, với nhiệt độ không khí 25–35 °C và độ ẩm 70–80%
Các bộ phận chính trong hệ thống nhiên liệu và động cơ cần được điều chỉnh để phù hợp khi sử dụng xăng pha ethanol, bao gồm vật liệu gioăng, bơm nhiên liệu, kim phun và hệ thống quản lý động cơ Do đặc tính hút ẩm và ăn mòn của ethanol, các chi tiết này cần
9 được cải tiến hoặc thay thế bằng vật liệu chống chịu tốt hơn đồng thời ECU phải được hiệu chỉnh lại để tối ưu tỷ lệ hòa khí và thời điểm đánh lửa
Kết quả mô phỏng cho thấy khi sử dụng E10
Khí thải của Honda Vision giảm rõ rệt so với xăng thường, do quá trình cháy hoàn thiện hơn nhờ hàm lượng oxy trong ethanol Tuy nhiên, phát thải NOx có xu hướng tăng nhẹ, phù hợp với đặc tính nhiệt độ cháy cao hơn của E10 Tương tự Honda Vision, Toyota Vios khi chạy bằng E10 cho thấy xu hướng giảm phát thải, trong khi NOx tăng so với xăng thường Điều này khẳng định xu thế chung là E10 giúp giảm phát thải các khí gây ô nhiễm trực tiếp (CO, HC) nhưng có thể làm tăng phát thải NOx do điều kiện cháy giàu oxy hơn
Tốc độ tỏa nhiệt của E10 có xu hướng cao hơn ở giai đoạn đầu quá trình cháy, giúp động cơ vận hành ổn định hơn Tuy nhiên, đỉnh nhiệt độ buồng cháy cao hơn dẫn tới khả năng gia tăng NOx Điều này minh chứng cho sự khác biệt về động học cháy giữa E 10 Và xăng truyền thống
Các thông số công suất, áp suất trung bình hiệu dụng và suất tiêu hao nhiên liệu cho thấy công suất và IMEP của E10 gần tương đương xăng truyền thống, thậm chí nhỉnh hơn nhẹ ở một số chế độ tải Tuy nhiên, suất tiêu hao nhiên liệu riêng (SFC) khi dùng E10 cao hơn, phản ánh nhược điểm về mật độ năng lượng thấp của ethanol E10 giúp giảm phát thải
HC và CO, duy trì công suất động cơ ổn định, nhưng làm tăng tiêu hao nhiên liệu và phát thải NOx
Xe đời cũ (chế hòa khí): Những vấn đề có thể gặp phải (nghẽn mạch, ăn mòn)
* Nghẽn mạch nhiên liệu (Fuel System Blockage)
+ Ethanol trong E10 có tính hút ẩm (hút nước) → khi nước tích tụ, nó tách lớp với xăng → tạo cặn hoặc gel trong bình xăng, ống dẫn, hoặc kim phun/chế hòa khí
+ Ethanol cũng có tính tẩy rửa cao, làm bong các cặn bẩn lâu ngày trong bình nhiên liệu → những cặn này trôi vào đường dẫn, gây nghẽn
+ Khó khởi động, máy yếu, chết máy giữa chừng
+ Tốn nhiên liệu, giảm hiệu suất
+ Dùng bộ lọc nhiên liệu mới và thay định kỳ sớm hơn so với xe dùng xăng thường
+ Khi chuyển sang E10, nên vệ sinh bình xăng, chế hòa khí và đường ống trước
+ Tránh để xe lâu ngày có xăng trong bình (vì dễ hút ẩm và tách lớp).
* Ăn mòn và lão hóa vật liệu (Corrosion & Material Degradation)
+ Ethanol ăn mòn kim loại nhẹ (như nhôm, đồng, kẽm) thường có trong bộ chế hòa khí và bơm xăng
+ Một s ron, gioăng cao su hoặc nhựa cũ không chịu được ethanol → bị trương nở, rạn nứt, rò rỉ nhiên liệu
+ Rò xăng, nguy cơ cháy nổ
+ Mất áp suất nhiên liệu, máy hoạt động không ổn định
+ Tốn chi phí sửa chữa thay thế linh kiện
+ Thay các ron, ống dẫn, phao, màng bơm nhiên liệu bằng loại chống ethanol (E10 compatible)
+ Sử dụng phụ gia chống ăn mòn hoặc nhiên liệu chất lượng cao, được khuyến cáo cho xe cũ
Bảo dưỡng định kỳ, tránh để nhiên liệu E10 trong bình lâu quá 1–2 tháng.
Tác động lên Hệ thống nhiên liệu (Fuel System)
Trong hệ thống cung cấp nhiên liệu của ô tô, có rất nhiều chi tiết và vật liệu khác nhau tiếp xúc trực tiếp với nhiên liệu — ví dụ:
+ Ống dẫn nhiên liệu (Fuel lines) + Bình chứa nhiên liệu (Fuel tank) + Bơm nhiên liệu (Fuel pump) + Vòi phun (Fuel injectors) + Ống phân phối nhiên liệu (Fuel rail) + Bộ điều áp áp suất (Pressure regulator) + Vòng đệm, gioăng cao su (O-rings, gaskets) Tất cả những vật liệu này cần chịu được tác động hóa học của hỗn hợp nhiên liệu trong điều kiện nhiệt độ, áp suất, và thời gian sử dụng thực tế
Ethanol gây ảnh hưởng đến vật liệu qua ba cơ chế chính:
🔹 Ăn mòn hóa học (Chemical/Acidic Corrosion)
Ethanol hút nước rất mạnh, và khi hút ẩm từ môi trường, nó tạo ra dung dịch hơi axit yếu
Dung dịch này phản ứng với kim loại như nhôm, đồng, kẽm, gây mòn bề mặt hoặc hình thành lớp oxit
So với xăng tinh khiết, ethanol có khả năng dẫn điện cao hơn nhiều, nên phản ứng điện hóa diễn ra nhanh hơn
🔹 Ăn mòn điện hóa (Galvanic Corrosion)
Khi hai kim loại khác nhau (ví dụ nhôm và thép) tiếp xúc với nhau qua dung dịch dẫn điện (ethanol + nước), chúng tạo thành một pin điện nhỏ (tế bào galvanic).
Dòng điện sinh ra khiến một kim loại bị oxi hóa nhanh hơn, dẫn đến hiện tượng rỗ, bong lớp mạ hoặc hư bề mặt
🔹 Phản ứng hóa học trực tiếp giữa ethanol và vật liệu
Ethanol có thể phản ứng với một số kim loại hoạt động mạnh (như kẽm, chì, đồng) hoặc phá vỡ liên kết polymer trong cao su và nhựa Điều này khiến vật liệu phồng lên, giòn hoặc cứng lại, không còn độ đàn hồi như ban đầu
Nghiên cứu thực hiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn SAE J1748 (vật liệu polymer) và SAE
J1747 (vật liệu kim loại) Điều kiện thí nghiệm:
Dung tích bình chứa 1 lít, chịu áp suất 202,7 kPa
Thời gian thử nghiệm 2000 giờ (≈ 83 ngày liên tục)
Sau khi kết thúc thử nghiệm, kết quả được ghi nhận như sau:
+ Ống cao su (fuel line): Sau khi ngâm, ống phình to, mất hình dạng, lớp ngoài bị bong, nhưng khi làm khô lại co lại và cứng hơn trước → cho thấy vật liệu bị lão hóa và biến chất
→ Kết luận: Không thích hợp với nhiên liệu có tỷ lệ ethanol > E10
+ Bơm nhiên liệu bằng nhôm: Bề mặt xuất hiện ăn mòn và đốm trắng sau khi ngâm trong E20
→ Nguyên nhân: ethanol chứa nước → tạo dung dịch điện ly axit nhẹ → kích hoạt phản ứng ăn mòn điện hóa trên bề mặt nhôm
→ Kết luận: Các bơm xăng hiện tại không thích hợp với nhiên liệu có ethanol cao
Hình 1: Ống nhiên liệu trước và sau khi ngâm E20
Hình 2: Bề mặt bơm xăng bị ăn mòn sau khi ngâm E20
Vật liệu dễ bị hư hại do E85
Các thử nghiệm khác cho thấy, khi dùng E85 (85% ethanol), xuất hiện hai vấn đề lớn:
* Sự suy giảm cơ tính vật liệu (Material Degradation)
– Các vật liệu như đồng thau, kẽm, chì, nhôm bị mòn và oxi hóa nhanh
– Các hạt oxit và cặn kim loại rơi ra có thể làm tắc đường nhiên liệu, kim phun, hoặc bộ điều áp
* Ăn mòn điện hóa mạnh (Electrochemical Corrosion)
– Vì ethanol dẫn điện, nên tạo điều kiện cho dòng điện vi mô chạy qua bề mặt kim loại, đẩy nhanh ăn mòn
– Trong môi trường E85, tốc độ ăn mòn có thể tăng gấp 5–10 lần so với E10 Ngoài ra, các chi tiết bằng nhựa và cao su (như O-ring, gioăng, ống dẫn) cũng giãn nở, mềm hoặc nứt do ethanol thấm vào cấu trúc polymer
Bảng tốc độ ăn mòn của các kim loại trong ethanol nguyên chất
Mức độ ăn mòn (độ xuyên thấu tính bằng mils/năm)
Giới hạn nhiệt độ (°F) Nhận xét
Chịu được tốt trong ethanol nồng độ thấp, nhưng bị ăn mòn nhanh khi có nước Đồng thau
Bị ăn mòn rõ, đổi màu, giảm độ bền cơ học Đồng đỏ
(~43°C) Ăn mòn mạnh, không khuyến khích dùng
Có thể dùng nếu phủ lớp bảo vệ
Tốt, chịu được ethanol nồng độ cao
Rất tốt, khuyến nghị cho hệ thống nhiên liệu E85
Gần như không bị ăn mòn Đồng thiếc
(~204°C) Ổn định ở nhiệt độ cao, nhưng chi phí cao
- Ethanol có thể ăn mòn kim loại, làm lão hóa cao su và nhựa, đặc biệt ở nồng độ cao (E20 trở lên)
- Nhôm, đồng, kẽm và chì là những vật liệu dễ bị ảnh hưởng nhất
- Inox 316 và titan là vật liệu thích hợp nhất cho hệ thống nhiên liệu có ethanol
- Khi tăng tỷ lệ ethanol, cần nâng cấp vật liệu của bơm xăng, vòi phun, ống dẫn và vòng đệm cao su để đảm bảo an toàn và độ bền.
Thử nghiệm trên 2 dòng xăng E10 và E85
Bằng phương pháp thử nghiệm ngâm ta được một số kết quả:
Mục tiêu: Kiểm tra xem nhiên liệu E10 và E85 có gây ảnh hưởng đến vật liệu kim loại và cao su trong hệ thống nhiên liệu hay không
Sau 4 tuần (gram) Giảm khối lượng (%)
Nhôm (Bộ điều áp nhiên liệu)
Thép (Đầu phun nhiên liệu)
Cao su (Vòng đệm O- ring)
- Với E10, hầu như không có thay đổi đáng kể về khối lượng hoặc hình dạng
- Với E85, cao su bị giảm khối lượng tới 3,468%, cho thấy có hiện tượng giãn nở và cứng lại sau ngâm
- Nhôm và thép bị ăn mòn nhẹ, đặc biệt là mẫu ngâm trong E85
Hình: Các mẫu ngâm trong E10 và E85
Hình: Hiện tượng ăn mòn trên đầu phun nhiên liệu – E10 bên trái, E85 bên phải
Hình: Ăn mòn trên bề mặt bộ điều áp nhiên liệu khi dùng E85 Đánh giá tổng quát:
- Cả E10 và E85 đều gây ra một số thay đổi nhỏ về bề mặt vật liệu, nhưng E85 cho thấy ảnh hưởng rõ rệt hơn
- Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước: E10 ít gây tác động đến vật liệu trong xe thông thường, trong khi E85 có thể gây ăn mòn, nứt bề mặt, và mỏi kim loại
- Màu của nhiên liệu sau thử nghiệm cũng thay đổi — từ vàng trong sang vàng đục, do bụi oxit và gỉ sét tan ra từ kim loại
- Trong mẫu E85, xuất hiện các hạt lơ lửng trong dung dịch, được cho là sản phẩm của quá trình oxy hóa kim loại
Quá trình oxy hóa diễn ra khi các điện tử bị mất từ vật liệu kim loại và chuyển sang môi trường nhiên liệu dẫn điện (do ethanol có tính dẫn điện cao) Điều này làm vật liệu mất khối lượng, bề mặt bị ăn mòn, và có thể dẫn đến hư hại hệ thống nhiên liệu nếu sử dụng lâu dài.
Quan sát dưới kính hiển vi
Mục tiêu: So sánh bề mặt kim loại của đầu phun nhiên liệu trước và sau khi ngâm thử
- Trước thử nghiệm: Bề mặt kim loại nhẵn, ít khuyết tật
- Sau thử nghiệm: Không có thay đổi rõ rệt ở mức phóng đại 50 lần, nhưng có thể có biến đổi vi mô nhỏ chưa thể hiện ra ngoài
Cấu trúc bề mặt đầu phun trước khi thử nghiệm, độ phóng đại 50X
Cấu trúc bề mặt đầu phun sau khi thử nghiệm, độ phóng đại 50X
- E10 gần như an toàn với vật liệu hệ thống nhiên liệu trong xe thông thường
- E85 gây ảnh hưởng rõ rệt hơn, bao gồm ăn mòn kim loại và làm cứng cao su
- Hiện tượng này xuất phát từ quá trình điện hóa và oxy hóa, khi ethanol dẫn điện và tương tác với kim loại
- Nếu sử dụng lâu dài E85 trong xe không thiết kế cho nhiên liệu này, nguy cơ hỏng bơm xăng, kim phun và gioăng cao su là khá cao
Khả năng ăn mòn
Tính chất hút ẩm và phân cực cao của ethanol trong E10 làm gia tăng nguy cơ suy giảm độ bền vật liệu trong hệ thống nhiên liệu Phân tích cho thấy:
Honda Vision chủ yếu sử dụng cao su NBR(nitrile) NBR khi tiếp xúc với E10 trong 500 giờ ở 40 °C có mức trương nở 10–15%, làm giảm độ cứng và khả năng kín khít Điều này làm tăng nguy cơ rò rỉ của các vị trí nối ống dẫn và bơm xăng Toyota Vios thường sử dụng FKM(fluorocarbon) trong hệ thống phun xăng điện tử FKM có độ ổn định tốt hơn, chỉ trường nở 5–8% trong cùng điều kiện Tuy nhiên, sau thời gian dài tiếp xúc vẫn ghi nhận hiện tượng lão hóa sớm, dẫn đến giảm độ đàn hồi
Sự khác biệt về độ trương nở của các loại cao su khi tiếp xúc với E10 Cao su NBR có mức trương nở 10–15%, làm giảm độ kín và tăng nguy cơ rò rỉ Trong khi đó, cao su FKM ổn định hơn, chỉ trương nở 5–8%, nhưng vẫn có hiện tượng lão hóa sớm sau thời gian dài
Cơ chế suy giảm vật liệu trong bơm nhiên liệu do ảnh hưởng của E10 Ethanol hút ẩm gây ăn mòn điện hóa nhôm, đồng thời làm các chi tiết nhựa như polyacetal xuất hiện nứt gãy vi mô Những hiện tượng này có thể dẫn đến giảm tuổi thọ và hỏng hóc sớm của bơm nhiên liệu trong điều kiện khí hậu nóng ẩm
Các bộ phận bằng nhôm trong bơm chịu ăn mòn điện hóa do ethanol hút ẩm Trong môi trường E10 chứa 1% nước, tốc độ ăn mòn nhôm đạt 0.02–0.04 mm/năm, dẫn tới hỏng hóc sau 2–3 năm sử dụng liên tục Các chi tiết bằng nhựa như polyacetal cũng bị ảnh hưởng, với hiện tượng nứt gãy vi mô sau khoảng 1.000 giờ tiếp xúc Điều này làm giảm độ bền cơ học và tuổi thọ của bơm
Như vậy, trong điều kiện khí hậu nóng ẩm tại Việt Nam, Honda Vision dễ bị ảnh hưởng hơn sử dụng vật liệu phổ biến giá rẻ (NBR, nhôm thường), trong khi Toyota Vios có độ bền cao hơn nhưng vẫn cần theo dõi định kỳ
Nghiên cứu đã mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của nhiên liệu E10 trên hai phương tiện đại diện là Honda Vision và Toyota Vios bằng phần mềm Diesel-RK, đồng thời đánh giá khả năng tương thích vật liệu hệ thống nhiên liệu Các kết quả chính gồm:
- Tiêu hao nhiên liệu: tăng 3–4% so với xăng truyền thống đo mật độ năng lượng thấp hơn Phát thải: CO và CO₂giảm lần lượt 5–8% và 4–7%; NOx tăng nhẹ 1–3%; ổn định hoặc giảm nhẹ
- Vận hành: xe vận hành ổn định trong điều kiện thường (25–35 °C), nhưng khả năng khởi động lạnh dưới 5 °C bị hạn chế
- Tương thích vật liệu: ethanol trong E10 gây trương nở NBR (10–15%) và FKM (5– 8%), đồng thời gây ăn mòn nhôm trong bơm nhiên liệu (0.02 –0.04 mm/năm) Honda Vision có nguy cơ ảnh hưởng cao hơn Toyota Vios do sử dụng NBR và nhôm thường
- Khuyến nghị kỹ thuật: thay thế NBR bằng FKM hoặc Viton, sử dụng PTFE phủ bề mặt, phay nhôm thường bằng thép không gỉ 316 hoặc nhôm anodized, và bổ sung bộ lọc nước để tăng độ bền hệ thống nhiên liệu
Những kết quả này khẳng định tiềm năng của E10 trong giảm phát thải CO và CO₂, đồng thời chỉ ra các thách thức về tiêu hao nhiên liệu và độ bền vật liệu
Yêu cầu và Công nghệ Chuyển đổi
Nếu xăng ethanol được pha chế đúng tiêu chuẩn, nó sẽ không gây hại cho động cơ hay hệ thống nhiên liệu Phần lớn các dòng xe hiện nay đều được thiết kế để sử dụng an toàn với xăng E10 hoặc tỷ lệ ethanol thấp hơn, và thông tin này thường được ghi rõ trong hướng dẫn sử dụng hoặc trên nắp bình xăng Ở châu Âu, các xe được thử nghiệm và chứng minh vận hành ổn định với E10, nhưng tại những khu vực khác, nếu nguồn nhiên liệu không đạt chuẩn, động cơ có thể bị ảnh hưởng do tính ăn mòn của ethanol Với xe đời mới, việc dùng E10 đúng chuẩn thường không gây vấn đề, trong khi xe cũ dễ gặp hư hại vì ethanol hút ẩm, ăn mòn ống dẫn, kim phun và làm các chi tiết cao su bị giòn, nứt theo thời gian
Vì vậy, ở các dòng xe đời cũ, nếu muốn dùng xăng E10 cho động cơ hoạt động mượt mà cần phải đảm bảo các tiêu chí điển hình như:
+ Kim phun, ống bơm phải chịu được cồn, không bị ăn mòn
+ Các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với cồn cần được chế tạo từ các vật liệu chống ăn mòn như fluorocarbon hoặc teflon.
Kinh nghiệm quốc tế về việc chuyển đổi
Kinh nghiệm từ Thái Lan cho thấy việc chuyển sang sử dụng xăng sinh học có thể diễn ra hiệu quả nếu được quản lý tốt Quốc gia này, với khoảng 20 triệu ô tô và độ tuổi trung bình 11–12 năm, đã bắt đầu áp dụng xăng E10 trên toàn quốc từ năm 2007 và đến năm 2013 thì hoàn toàn thay thế xăng khoáng RON 91 bằng E10, biến nó thành loại nhiên liệu tiêu chuẩn Sau đó, Thái Lan tiếp tục giới thiệu E20 như một dòng xăng cao cấp và E85 dành cho các xe có hệ thống nhiên liệu linh hoạt Về mặt kỹ thuật, các dòng xe ở Thái Lan, kể cả xe cũ sản xuất từ cuối thập niên 1990 đến đầu 2000, vẫn vận hành ổn định với E10 mà không gặp sự cố đáng kể
Tại Hoa Kỳ, xăng E10 đã trở thành loại nhiên liệu phổ biến nhất Theo số liệu của
Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ (EIA), hơn 98% lượng xăng bán ra năm 2023 có pha ethanol, chủ yếu ở tỷ lệ 10% Mỗi năm, Mỹ sản xuất khoảng 15 tỷ gallon ethanol (gần 57 tỷ lít), phần lớn từ ngô – chiếm khoảng 40% sản lượng ngô trong nước Việc phát triển E10 không chỉ giúp giảm phụ thuộc vào dầu mỏ nhập khẩu mà còn tạo đầu ra ổn định cho ngành nông nghiệp Bên cạnh lợi thế về nguồn nguyên liệu, Hoa Kỳ cũng làm tốt công tác truyền thông kỹ thuật Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) khẳng định hầu hết các xe sản xuất từ năm 2001 trở lại đây đều có thể chạy bằng E10 mà không gây hại, nhờ đó xóa bỏ dần tâm lý e ngại của người tiêu dùng.
Đánh giá Khía cạnh Kinh tế (Economic Impact)
Chi phí Sản xuất và Cung ứng
Giá thành sản xuất bioethanol từ sắn vào khoảng 0,7 - 0,86 USD/lít, chi phí sản xuất biodiesel từ dầu ăn đã qua sử dụng và dầu thực vật dao động từ 0,9 – 1,2 USD/lít, trong khi giá xăng dầu nhập khẩu khoảng 0,60 - 0,65 USD/lít Còn mật độ năng lượng của xăng và diesel cao hơn bioethanol và biodiesel từ 10% - 62% Điều này có nghĩa là bioethanol hiện đang có giá thành cao hơn xăng dầu từ 7% đến 43%, chưa kể các chi phí liên quan đến phân phối, lưu trữ và bảo quản
Giá bán và Mức tiêu thụ: Đây là giá bán và mức tiêu thụ của từng loại xăng dựa trên số liệu thực tế của các dòng xe phổ thông (Mazda3, Toyota Vios, )
Loại xăng Giá bán Mức tiêu thụ của động cơ (L/100km)
Xăng RON 95-III 20.070 – 20.470 VNĐ 6.7 – 7.5 L/100 km
Giá xăng và mức tiêu thụ của động cơ vào thời điểm 15h00 ngày 25/09/2025 Đánh giá hiệu suất sử dụng nhiên liệu (Fuel Economy): Do E10 có năng suất tỏa nhiệt thấp hơn xăng, phân tích mức tiêu hao nhiên liệu tăng/giảm trên các loại động cơ khác nhau (ước tính mức tăng chi phí nhiên liệu thực tế cho người dùng)
Tác động đến Ngành Công nghiệp Ô tô & Phụ tùng
- Chi phí nghiên cứu, phát triển và sản xuất động cơ tương thích E10 (từ góc độ nhà sản xuất)
Trợ giá sản xuất: chính phủ cần hỗ trợ một phần (10 25%) chi phí cho các doanh nghiệp sản xuất bioethanol và biodiesel, đặc biệt đối với các nguyên liệu khó sản xuất như bã mía, rơm rạ và dầu ăn đã qua sử dụng, giúp giá nhiên liệu sinh học cạnh tranh hơn với xăng dầu
- Nhu cầu thay thế, bảo dưỡng phụ tùng do ảnh hưởng của E10 (chi phí sửa chữa cho người dùng) Ưu đãi thuế cho người tiêu dùng: để khuyến khích người tiêu dùng chuyển sang sử dụng nhiên liệu sinh học, chính phủ cần áp dụng các biện pháp ưu đãi thuế cho người mua xăng E5, E10 và biodiesel [8, 9] Miễn giảm thuế tiêu thụ đặc biệt cho các loại nhiên liệu sinh học giúp tăng đáng kể nhu cầu thị trường và giảm phụ thuộc vào xăng dầu hóa thạch.
Đánh giá Khía cạnh Môi trường (Environmental Benefits)
Giảm Phát thải khí nhà kính (GHG Reduction)
Kết quả đánh giá vòng đời (Life Cycle Assessment – LCA) theo mô hình “Well-to- Wheel” cho thấy việc sử dụng xăng sinh học E10 giúp giảm đáng kể lượng phát thải khí nhà kính (GHG) so với xăng khoáng truyền thống Khi pha 10% ethanol sinh học vào xăng, tổng lượng phát thải CO₂ tương đương (CO₂e) trong toàn bộ vòng đời nhiên liệu giảm trung bình từ 4–7%, tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol và hiệu suất củ a động cơ sử dụng
Trong giai đoạn Well-to-Pump (từ khai thác đến bơm nhiên liệu), ethanol sinh học mang lại lợi ích lớn nhờ đặc tính tái tạo, khi carbon phát thải trong quá trình cháy được hấp thụ trở lại trong chu trình sinh học của cây trồng Nếu ethanol được sản xuất từ phụ phẩm nông nghiệp hoặc rơm rạ, mức giảm phát thải có thể đạt tới 8–10%, do giảm nhu cầu năng lượng hóa thạch và hạn chế phát thải từ quá trình canh tác mới Ngược lại, ethanol sản xuất từ ngô hoặc sắn cho hiệu quả thấp hơn, chỉ khoảng 3–5% Ở giai đoạn Pump-to-Wheel, việc sử dụng E10 giúp giảm phát thải CO và HC từ
10–20% nhờ quá trình cháy hoàn thiện hơn Tuy nhiên, lượng NOₓ có thể tăng nhẹ (2–5%) do nhiệt độ buồng cháy cao hơn, và tiêu hao nhiên liệu tăng khoảng 2–3% vì năng lượng riêng của ethanol thấp hơn xăng
Tổng hợp hai giai đoạn, E10 cho thấy khả năng giảm phát thải ròng CO₂, đóng góp tích cực vào mục tiêu giảm phát thải ngành giao thông Dù mức giảm chưa lớn, nhiên liệu E10 vẫn được xem là giải pháp chuyển tiếp hiệu quả trong tiến trình thay thế nhiên liệu hóa thạch, hướng tới trung hòa carbon trong tương lai gần
Tỉ lệ các chất ô nhiễm (tính theo %)
- CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị, sinh ra do ô xy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxygène CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxygène Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong không khí lớn hơn 1000ppm) Ở nồng độ thấp hơn, 5 CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỉ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh
- NOx: NOx là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận NOx được hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100°C) Monoxyde nitơ (x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde nitơ (x=2) NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12ppm NO2 là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở Protoxyde nitơ N2O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển
- Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm Từ lâu người ta đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m3, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan
Ảnh hưởng của các chế độ vận hành động cơ xăng
Cắt nhiên liệu khi giảm tốc Để hạn chế nồng độ HC trong giai đoạn động cơ đóng vai trò phanh ô tô (khi giảm tốc nhưng vẫn cài li hợp), biện pháp tốt nhất là ngưng cung cấp nhiên liệu Tuy nhiên động tác này có thể dẫn tới điều bất lợi là làm xuất hiện hai điểm cực đại HC: đỉnh cực đại HC ở thời điểm cắt nhiên liệu và điểm cực đại thứ hai khi cấp nhiên liệu trở lại Đối với động cơ dùng bộ chế hòa khí, để tránh giai đoạn quá độ khi động cơ phát lực trở lại, người ta sử dụng một hệ thống cho phép cung cấp thêm nhiên liệu dự trữ Nhiên liệu này được tích trữ trong hệ thống bù trừ ở giai đoạn giảm tốc Sự cung cấp nhiên liệu bổ sung này cho phép duy trì được độ đậm đặc của hỗn hợp một cách hợp lí ở thời điểm mở đột ngột bướm ga trở lại Đối với động cơ phun nhiên liệu, người ta sử dụng một hệ thống cho phép điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào đường nạp theo lưu lượng không khí Khi giảm tốc, bướm ga đóng lại, một van giảm tốc mở ra để cung cấp không khí cho động cơ và người ta sử dụng lượng không khí này để điều khiển lượng nhiên liệu Trong trường hợp đó, động cơ hút một thể tích khí lớn hơn trong trường hợp động cơ dùng chế hòa khí Hai điểm cực đại của HC cũng xuất hiện giống như 37 trong trường hợp động cơ dùng bộ chế hòa khí
Dừng động cơ ở đèn đỏ Chế độ dừng động cơ hợp lí khi ô tô chạy trong thành phố có thể làm giảm đồng thời mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Thực nghiệm cho thấy khi thời gian dừng ô tô vượt quá một giá trị cực đoan thì nên tắt động cơ Nếu không xét đến suất tiêu hao nhiên liệu thì việc tắt động cơ không đem lại lợi ích gì về mặt giảm ô nhiễm trong trường hợp động cơ có bộ xúc tác trên đường xả Trung bình thời gian dừng cực đoan là 50s Khi vượt quá thời gian này nên tắt động cơ nếu động tác này không làm giảm tuổi thọ của máy khởi động và bình điện.
Phương tiện và quy trình Thử nghiệm
- Mục đích thử nghiệm Đánh giá được hiệu quả của phụ gia nitroparaffins về giảm tiêu hao nhiên liệu và phát thải độc hại của động cơ sửdụng nhiên liệu xăng pha cồn ethanol Việc nghiên cứuđược thực hiện trong phòng thí nghiệm trên động cơ Toyota Vios 1NZ-FE tại Trung tâm Nghiên cứu các Nguồn động lực và Phương tiện tự hành, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
- Phụ gia Nitroparaffinsvà nhiên liệu thử nghiệm Phụ gia nitroparaffins sử dụng cho nhiên liệu xăng pha cồn trong nghiên cứu này có thành phần được chọn tương tự phụ gia nitroparaffins đã nghiên cứu thử nghiệm với nhiên liệu xăng [13] gồm 15-25% nitromethane, 15-25% nitroethane, 40-65%nitropropanevàthêm 5-15% toluene đểcải thiện tính năng chống kích nổ của nhiên liệu thí nghiệm Đây là một hỗn hợp hữu cơ, tồn tại ở thể lỏng được cung cấp bởi Công ty hoá chất Exxon-Mobil Hỗn hợp chất này có khả năng khuếch tán rất tốt trong nhiên liệu lỏng, và có tốc độ cháy nhanh nên có khả năng kích hoạt sự cháy của nhiên liệu ngay cả sát vách và các nơi ngóc ngách của buồng cháy Tỷ Lệ Pha
24 phụ gia với nhiên liệu xăng pha cồn trong nghiên cứu này được chọn là 0,1% thể tích giống như tỷ lệ pha tối ưu đã được nghiên cứu xác định đối với nhiên liệu xăng [13] Nhiên liệu sử dụng trong nghiên cứu này gồm các mẫu xăng thương phẩm RON95(E0), xăng RON95 pha cồn ethanol với tỷ lệ 10% ethanol +90% xăng RON95 (xăng E1E) Lý Do sử dụng xăng E10 mà không sử dụng xăng với tỷ lệ cồn cao hơn là vì xăng E10 có thể sử dụng trực tiếp trên các động cơ xăng hiện hành mà không cần thay đổi kết cấu động cơ [4]
- Trang thiết bị thử nghiệm Hình 1 giới thiệu sơ đồ hệ thống băng thử động lực học cao ETB phục vụ thử nghiệm Hệ Thống gồm phanh điện APA100, hệ thống điều khiển với bảng điều khiển, máy tính PC, phần mềm PUMA, động cơ thử nghiệm 1NZ-FE, hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu AVL 733S.Băng thử cho phép điều chỉnh thiết lập chế độ làm việc của động cơ theo yêu cầu thí nghiệm, đo tốc độ, momen, công suất và tiêu hao nhiên liệu của động cơ Các thiết bị đo và phân tích khí thải, thiết bị đo nhiệt độ và các thiết bị đo khác cũng được lắp đặt để đo các thông số khác của động cơ khi cần
Phanh điện APA 100 hoạt động ở chế độ phanh công suất định mức là 220kW trong dải tốc độ 2.250v/ph ÷ 4.500v/ph và momen định mức 934Nm trong dải tốc độ từ 0 ÷ 2.250v/ph Băng thử được điều khiển thông qua phần mềm PUMA được kết nối với máy tính PC
Phần mềm PUMA có chức năng ghi nhận các tín hiệu từ cảm biến lắp trên băng thử và lắp trên động cơ thông qua hộp chuyển đổi Cable boom
Các tín hiệu cảm biến được chuyển đổi để đưa về màn hình máy tính giúp người điều khiển có thể kiểm soát được quá trình làm việc của động cơ
Quá trình thay đổi tốc độ, momen, vị trí tay ga của động cơ được tiến hành thông qua bảng điều khiển Động cơ thử nghiệm là động cơ Toyota
Vios 1NZ-FE trên băng thử động cơ trong phòng thí nghiệm Đây là động cơ xăng 4 kỳ, 4 xi lanh với thể tích công tác 1,5 lít, công suất định mức
80kW ở 6.000v/p, momen cực đại 140Nm ở
4.200v/p Tủ phân tích khí thải CEB-II (Combustion Emission Bench) bao gồm toàn bộ các môđun phục vụ quá trình phân tích các thành phần khí thải CO, HC, NOx
- Quy trình thử nghiệm Việc thử nghiệm phụ gia với xăng pha cồn trên động cơ để đánh giá hiệu quả giảm tiêu hao nhiên liệu và phát thải độc hại của phụ gia này được thực hiện bằng phương pháp đối chứng kết quả thử nghiệm động cơ với các mẫu nhiên liệu xăng E0, E10.Các mẫu nhiên liệu thí nghiệm này được chuẩn bị và pha trộn tại phòng thí nghiệm theo đúng yêu cầu trước khi thí nghiệm.Động cơ được vận hành lần lượt với các mẫu nhiên liệu thí nghiệm nói trên cùng các chế độ tải và tốc độ, ở mỗi chế độ vận hành tiến hành đo
25 và so sánh tiêu hao nhiên liệu và thành phần khí thải CO, HC, NOx của động cơ chạy với từng mẫu nhiên liệu để đánh giá Đối với mỗi mẫu nhiên liệu, trước khi thí nghiệm chính thức để lấy dữ liệu, động cơ được vận hành 30 phút ở tốc độ thí nghiệm với tải tăng đến 25% để động cơ chạy ổn định với mẫu nhiên liệu thí nghiệm Động cơ được vận hành ở chế độ tốc độ cho mô men cực đại của động cơ là 4.200v/p với các chế độ không tải, 25%, 50% và 75% tải cực đại.
Kết quả và thảo luận Kết quả
Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng xăng pha cồn ethanol và phụ gia nitroparaffines trên động cơ 1NZ-FE được thể hiện qua đặc tính tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ khi chạy với các mẫu nhiên liệu thí nghiệm gồm xăng RON95 (E0), xăng pha cồn (E10)
Tiêu hao nhiên liệu Biểu đồ Hình 2 biểu thị kết quả đo tiêu hao nhiên liệu ở chế độ không tải và đồ thị Hình 3 thể hiện suất tiêu hao nhiên liệu ở các chế độ tải 25%, 50% và 75% tải cực đại của động cơ khi chạy với các mẫu nhiên liệu thí nghiệm khác nhau
Kết quả trên Hình 2 và Hình 3 chỉ ra rằng xăng pha cồn có mức tiêu hao nhiên liệu thấp hơn so với xăng RON95 nguyên bản, cho thấy E10 có độ cải thiện so với E0 Điều này có thể đo mật độ năng lượng của xăng E10 thấp hơn của do nhiệt trị của cồn là 27.000kJ/kg, của xăng là 44.000kJ/kg
Hình 4 chỉ ra hàm lượng phát thải CO của động cơ chạy với các mẫu nhiên liệu E0, E10 có thể thấy, so với xăng E0 thì E10 có hàm lượng phát thải CO thấp hơn Điều này được thấy rõ trên Bảng 2 chỉ ra xăng E10 có mức giảm phát thải CO trung bình so với E0 lần lượt là 9,4%, 1,8%, 12,6% và 8,1%
Hình 5 thể hiện hàm lượng phát thải HC của động cơ chạy với các mẫu nhiên liệu E0, E10 Có thể thấy, so với xăng E0 thì có hàm lượng phát thải HC thấp hơn, Điều này được thấy rõ trên Bảng 3 Theo số liệu trong bảng, xăng E10 có mức giảm phát thải HC trung bình so với E0 lần lượt là 4,0%, 1,4%, 8,3% và 6,4%
Các đồ thị Hình 6 chỉ ra hàm lượng phát thải NOx của động cơ chạy với các mẫu nhiên liệu E0, E10 Có thể thấy, so với xăng E0 thì E10 có hàm lượng phát thải HC thấp hơn, tuy nhiên sự chênh lệch không nhiều lắm Điều này được thấy rõ trên Bảng 3 Theo
28 số liệu trong bảng, xăng E10 có mức giảm phát thải NOx trung bình so với E0 lần lượt tương ứng là 5,1%, 1,3%, 8,5% và 4,4%
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm sử dụng phụ gia nitroparaffins cho xăng pha cồn ethanol E10 đã khẳng định được rằng phụ gia nitroparaffins giúp giảm đáng kể tiêu hao nhiên liệu và phát thải CO, HC, NOx của động cơ
Bảng: Sự thay đổi trong tổng tác động môi trường ở giai đoạn WTP (từ nguồn đến trạm bơm) đối với các phần thể tích khác nhau của xăng pha phụ gia
Việc bổ sung ethanol làm giảm tổng tác động môi trường ở giai đoạn WTP của xăng
Do đó, tác động môi trường của MTBE khi được dùng làm phụ gia luôn cao hơn so với ethanol
Từ những kết luận trên, nhiên liệu E10 lý tưởng nên được sản xuất theo hướng thân thiện với môi trường Trong giai đoạn trồng ngô, việc sử dụng hợp lý phân bón và thuốc trừ sâu có thể giảm lượng hóa chất này, và tưới tiêu hợp lý có thể giảm lượng nước tiêu thụ Trong giai đoạn sản xuất ethanol, việc sử dụng năng lượng sạch hơn để thay thế than và sản xuất hơi nước, điện là yếu tố then chốt giúp giảm tác động môi trường của E10 Hoặc có thể xem xét sử dụng các loại phụ gia khác có lợi ích tổng thể cao hơn ethanol.
Chất lượng không khí đô thị
Giảm ô nhiễm không khí đô thị:
CO, HC và NOx là những chất khí độc hại chủ yếu trong khói thải động cơ Khi giảm được lượng phát thải này, chất lượng không khí được cải thiện đáng kể, đặc biệt là tại các đô thị lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, nơi mật độ phương tiện dày đặc
Giảm hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu:
NOx là tiền chất tạo ra ozone tầng thấp, góp phần gây hiệu ứng nhà kính Giảm NOx đồng nghĩa với việc giảm sự hình thành ozone độc hại và góp phần làm chậm quá trình nóng lên toàn cầu
Giảm hiện tượng mưa axit:
NOx khi kết hợp với hơi nước tạo thành axit nitric (HNO₃), gây mưa axit Việc giảm phát thải NOx giúp hạn chế sự axit hóa đất và nước, bảo vệ hệ sinh thái đô thị và nông nghiệp
Việc giảm phát thải từ xe máy và ô tô – đặc biệt thông qua việc sử dụng nhiên liệu sạch như E10 hoặc nhiên liệu có phụ gia nitroparaffins – mang lại lợi ích to lớn cả về môi trường, sức khỏe cộng đồng và kinh tế xã hội Trong bối cảnh các thành phố lớn của Việt Nam đang phải đối mặt với ô nhiễm không khí nghiêm trọng, việc chuyển đổi sang nhiên liệu thân thiện hơn và cải tiến công nghệ động cơ là giải pháp cần thiết và cấp bách.
