Nghiên cứu và thử nghiệm bộ xử lý khí thải xúc tác gắn trên động cơ xăng

Hiện nay, giải pháp kỹ thuật xử lý ô nhiễm khí thải của các loại động cơ đốt trong bằng bộ xúc tác đã được nhiều nhà sản xuất và quốc gia trên thế giới áp dụng, đây là giải pháp cho thấy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Nha Trang, năm 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật tàu thủy

Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học Nha Trang

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô trường Đại học Nha Trang, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời gian học tập tại trường

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Văn Nhận đã

dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Nha Trang cùng quí thầy trong Khoa Kỹ thuật tàu thủy đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học

Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn quí anh, chị và ban lãnh đạo trường Cao đẳng nghề Phú Yên đã tạo điều kiện cho tôi về thiết bị đo đạc để có dữ liệu thực nghiệm viết luận văn

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên đây là lần đầu độc lập thực hiện một công trình mang tính tổng hợp và nghiên cứu khoa học, với kiến thức bản thân còn hạn chế, tài liệu tham khảo chưa đầy đủ nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn

Nha Trang, tháng 8 năm 2011

Học viên

Lê Đát Toa

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Lê Đát Toa

Trang

Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1

1.1.1 Lý do nghiên cứu 1

1.1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.1.3 Tính khả thi và ý nghĩa ứng dụng của đề tài 3

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 3

1.2.1 Xử lý khí thải động cơ xăng bằng công nghệ xúc tác trên thế giới 3

1.2.2 Xử lý khí thải động cơ xăng bằng công nghệ xúc tác ở Việt Nam 8

1.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 9

1.4 PHẠM VỊ VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 9

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM DO KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG 10

2.1.1 Một số định nghĩa liên quan vấn đề ô nhiễm môi trường 10

2.1.2 Vấn đề ô nhiễm không khí do khí thải của động cơ đốt trong 12

2.1.3 Tác hại của khí thải của động cơ đốt trong 19

2.2 GIẢI PHÁP GIẢM ĐỘ ĐỘC HẠI CỦA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ XĂNG 27

2.2.1 Cơ chế hình thành các chất độc hại trong khí thải của động cơ 27

2.2.2 Yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải của động cơ 33 2.2.3 Các giải pháp giảm độ độc hại trong khí thải của động cơ đốt trong 35

2.3 BỘ XỬ LÝ KHÍ THẢI XÚC TÁC Ở ĐỘNG CƠ XĂNG 51

2.3.1 Đặc điểm cấu tạo của bộ xử lý khí thải xúc tác 51

2.3.3 Phân loại bộ biến đổi xúc tác 68

2.3.4 Đặc điểm khai thác bộ biến đổi xúc tác 72

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 80

3.1 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 80

3.1.1 Mục tiêu và nội dung thí nghiệm 80

3.1.2 Phương pháp và qui trình thí nghiệm 80

3.2 TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 83

3.2.1 Động cơ TOYOTA 83

3.2.2 Động cơ KIA 84

3.2.3 Bộ xử lý khí thải xúc tác S10 84

3.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 86

3.4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 92

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 93

4.1 KẾT LUẬN: 93

4.2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN: 94

Trang

H 1-1 Lõi lọc bộ xúc tác bằng gốm 5

H.1-2 Các dạng lõi lọc bằng gốm .5

H 1-3 Các dạng xúc tác bằng kim loại 5

H 1-4 Cấu trúc lõi lọc của bộ xúc tác kim loại .6

H.1-5 Cấu trúc các dạng tiết diện lõi kiểu METALIT của EMITEC 6

H.1-6a Kim loại bạch kim đã dùng xúc tác cho ô tô của Johnson Matthey 8

H 1-6b Biểu đồ phát triển catalyst và giảm ô nhiễm của Johnson Matthey .8

H.1-7 Bộ xương gốm tổ ong dùng cho xe máy (chưa tẩm xúc tác) 9

H 2-1 Số lượng phương tiện cơ giới hoạt động hàng năm của Việt Nam 13

H 2-2 Nhu cầu xăng dầu của Việt Nam những năm qua và dự báo cho đến năm 2025 14

H 2-3 Cơ cấu tiêu thụ xăng dầu theo các ngành của Việt Nam 14

H.2-4 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các nguồn thải chính ở Việt Nam năm 2005 15

H 2-5 Diễn biến nồng độ bụi PM10 trung bình năm trong không khí xung quanh một số đô thị từ năm 2005 đến 2009 16

H 2-6 Diễn biến nồng độ TSP tại một số tuyến đường phố giai đoạn 2005-2009 16

H 2-7 Diễn biến nồng độ bụi TSP trong không khí xung quanh ở các khu dân cư của một số đô thị giai đoạn 2005-2008 17

H 2-8 Diễn biến nồng độ NO2 ven các trục giao thông của một số đô thị 17

H 2-9 Diễn biến nồng độ SO2 tại các trục đường giao thông ở một số đô thị 18

2002-2006 18

H 2-11 Nồng độ BTX trung bình 1 giờ của các khu vực thuộc thành phố Hà Nội (quan trắc trong thời gian 12/1/2007-5/2/2007) 19

H 2-12 Khói bụi, ô nhiễm đang gây hại cho người dân 23

H 2-13 Phổ bức xạ từ mặt trời 24

H 2-14 Phổ bức xạ từ mặt đất .24

H 2-15 Hiệu ứng nhà kính 25

H 2-16 Biến thiên nồng độ các chất ô nhiễm theo hệ số dư lượng không khí 27

H 2-17 Biến thiên nồng độ một số hydrocarbure theo góc quay trục khuỷu 32

H 2-18 Sự hình thành HC do tôi màng lửa trên thành buồng cháy 32

H 2-19 Mức độ phát xả HC của động cơ không xử lý xúc tác và động cơ có xử lý xúc tác 43

H 2-20 Cấu tạo của một bộ xử lý khí thải xúc tác 51

H 2-21 Monolithe céramique và monolithe kim loại 53

H 2-22 Cấu tạo của monolithe kim 55

H 2-23 Công nghệ cải tiến mật độ rãnh của monolithe 56

H 2-24 Cấu trúc của khối monolithe với lớp vật liệu nền 58

H 2-25 Sự di chuyển của nguyên tử O trong mạng tinh thể Ce 59

H 2-26 Những bộ xúc tác hoàn thiện 63

H 2-27 Quá trình xử lý khí thải của bộ xúc tác hai thành phần 68

H 2-28 Hình dạng của một bộ xúc tác ba chức năng 69

H.2-29 Vị trí lắp đặt của bộ cảm biến trên hệ thống xả .70

H 2-31 Biến thiên hiệu quả xử lý của bộ xúc tác 3 chức năng 72

H 2-32 Kỹ thuật sấy bộ xúc tác bằng điện 77

H 2-33 Kết quả phát xả HC trên quy trình thử FTP khi sử dụng những phương pháp khởi động xúc tác khác 79

H 3-1 Vị trí lắp đặt BXLKTXT trên động cơ Toyota 81

H 3-2 Vị trí lắp đặt BXLKTXT trên động cơ Kia 82

H 3-3 Thực hiện đo khí thải trên động cơ Toyota 82

H 3-4 Thực hiện đo khí thải trên xe Kia 83

H 3-5 Động cơ xăng Toyota 84

H 3-6 Ôtô du lịch Kia 84

H.3-7 Bộ xử lý khí thải xúc tác S10 85

H.3-8 Thiết bị đo khí thải HG-520 85

H 3-9 Đồ thị nồng độ CO (% vol) trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT 87

H.3-10 Đồ thị nồng độ CO2 (%) trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT 87

H 3-11 Đồ thị nồng độ O2 (%) trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT 87

H 3-12 Đồ thị nồng độ HC (ppm) trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT 88

H 3-13 Đồ thị nồng độ NOx (ppm vol) trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT 88

H 3-14 Đồ thị nồng độ CO (%) trong khí thải khi động cơ Kia có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT 90

Trang Bảng 2-1 Diễn biến đô thị hóa ở nước ta trong ¼ thế kỷ qua và dự báo đến

2020 13

Bảng 2-2 Ước tính thải lượng các chất gây ô nhiễm từ các nguồn thải chính của Việt Nam năm 2005 15

Bảng 2-3 Tác hại của khí thải phương tiện đến sức khoẻ và môi trường 19

Bảng 2-4 Hậu quả của sự nhiễm độc CO ở các nồng độ khác nhau 20

Bảng 2-5 Mức độ phát sinh ô nhiễm trung bình của quá trình cháy 28

Bảng 2-6 Thành phần các chất độc hại khi sử dụng những nguồn nhiên liệu khác nhau ở phương tiện vận tải 28

Bảng 2-7 Mức độ phát xả trước và sau khi xử lý xúc tác 44

Bảng 2-8 Tiêu chuẩn Mỹ đối với động cơ ô tô du lịch 45

Bảng 2-9 Tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu đối với động cơ ô tô tải hạng nhẹ 45

Bảng 2-10 Tiêu chuẩn Euro đối với từng loại động cơ ô tô 46

Bảng 2-11 Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với động cơ vận tải nhẹ sử dụng động cơ xăng 46

Bảng 2-12 Nồng độ giới hạn ô nhiễm ở một số nước đang phát triển 47

Bảng 2-13 Giới hạn khí thải cho ô tô và xe máy tại Việt Nam 48

Bảng 2-14 So sánh những tính chất đặc trưng của một số loại chất mang 57

Bảng 2-15 Năng lượng hoạt hoá của phản ứng nhiệt và phản ứng xúc tác 63

Bảng 2-16 Thành phần khí xả của các loại động cơ 64

Bảng 2-17: Thành phần các chất ô nhiễm ở điều kiện cân bằng và trong thực tế 64

Bảng 2-18 Quá trình mất hoạt tính của bộ xúc tác dưới tác động của nhiệt độ 73

Bảng 3-1 Một số đặc điểm kỹ thuật của động cơ TOYOTA 83

Bảng 3-3 Một số đặc điểm kỹ thuật của BXLKTXT S10 84

Bảng 3-4 Một số đặc điểm kỹ thuật của thiết bị đo khí thải HG-520 85

Bảng 3-5 Thành phần khí thải của động cơ Toyota không trang bị BXLKTXT 86

Bảng 3-6 Thành phần khí thải cơ động cơ Toyota với BXLKTXT S10 86

Bảng 3-7 So sánh nồng độ các chất trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không có sử dụng BXLKTXT 88

Bảng 3-8 Thành phần khí thải của động cơ Kia không trang bị BXLKTXT 89

Bảng 3-9 Thành phần khí thải của động cơ Kia với BXLKTXT 89

Bảng 3-10 So sánh nồng độ các chất trong khí thải khi động cơ Kia có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT 91

Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1.1 Lý do nghiên cứu

Động cơ đốt trong đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Và

là nguồn động lực chính của các phương tiện vận tải như: Ôtô, tàu thủy, tàu hỏa, máy bay… hay các máy công tác như: máy phát điện, máy xây dựng, các máy công cụ trong công nghiệp, nông nghiệp… năng lượng mà do động cơ đốt trong cung cấp chiếm khoảng 80% tổng năng lượng toàn trái đất Tuy nhiên động cơ đốt trong cũng là nguồn gốc gây ra ô nhiễm môi trường

Trong tình hình thế giới đang ngày càng phát triển với tốc độ chóng mặt, sản lượng công nghiệp hằng năm ngày càng tăng nhanh thì nguồn năng lượng tiêu thụ trên thế giới ngày càng lớn Động cơ đốt trong là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu trên trái đất Chính vì vậy mà lượng sản phẩm khí thải từ động cơ đốt trong hằng năm trên thế giới ngày càng tăng, gây ô nhiễm môi trường nặng nề ảnh hưởng trực tiếp biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp, trái đất ngày càng nóng lên, ảnh hưởng rất xấu tới sức khoẻ con người, gây nạn tuyệt chủng động thực vật… trên toàn thế giới

Để giảm lượng độc hại phát ra từ sản phẩm khí thải động cơ đốt trong mà vẫn

có thể duy trì được tốc độ phát triển của nền công nghiệp trên thế giới Một số nước có nền công nghiệp phát triển hàng đầu trên thế giới, cũng là các nước có lượng khí thải phát sinh độc hại gây ô nhiễm nhiều nhất trên thế giới như: Mỹ, Nhật Bản và một số nước Châu Âu đã đi đầu trong việc nghiên cứu và đưa ra các biện pháp giảm thiểu lượng khí thải độc hại ra môi trường Bên cạnh đó các nước này cũng đưa ra các tiêu chuẩn về nồng độ các chất độc hại trong khí thải động cơ và bắt buộc các hãng sản xuất trong nước cũng như nhập khẩu đều phải tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải

Để đánh giá chất lượng động cơ đốt trong về phương diện khí thải, động cơ phải được thử nghiệm trong những điều kiện cụ thể và theo một chu trình thử nghiệm quy định Hiện nay trên thế giới có nhiều chu trình thử như: Chu trình của Mỹ, Nhật Bản, Châu Âu… ứng với mỗi chu trình thử là một tiêu chuẩn khí thải Các hệ thống tiêu chuẩn được xây dựng cho các loại động cơ khác nhau như: Động cơ xe máy, động

cơ tàubiển, động cơ tĩnh tải, động cơ ô tô … Ở Châu Âu áp dụng một số chu trình thử

như: ECE15, EUDC, NEDC… để thử nghiệm công nhận kiểu cho các dòng xe mới.Bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 1 vào năm 1992, EURO 2 vào năm 1996, EURO 3 vào năm 2000, EURO 4 vào năm 2005, EURO 5 vào năm 2008 Các tiêu chuẩn ngày càng đòi hỏi khắt khe hơn về nồng độ các chất trong khí thải động cơ

Ở Việt Nam trước tình hình nền kinh tế đang bước vào giai đoạn đầu của những nước có nền kinh tế phát triển chúng ta cũng phải tuân theo xu hướng chung của thế giới đó là: Phát triển bền vững, tức là phát triển nhưng bảo vệ môi trường Chính vì vậy mà nhà nước ta đã áp dụng chu trình thử tiêu chuẩn Châu Âu để thử nghiệm và công nhận kiểu cho các dòng xe Đặc biệt nhà nước ta đã bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn EURO 2 từ ngày 01/07/2007 cho tất cả phương tiện vận tải trên đất nước ta

Từ các vấn đề nêu trên cho thấy cần thiết phải đẩy mạnh phát triển và ứng dụng các giải pháp hạn chế ô nhiễm do khí thải từ các động cơ đốt trong, trong đó chủ yếu là động cơ xăng và động cơ Diesel Hiện nay, giải pháp kỹ thuật xử lý ô nhiễm khí thải của các loại động cơ đốt trong bằng bộ xúc tác đã được nhiều nhà sản xuất và quốc gia trên thế giới áp dụng, đây là giải pháp cho thấy hiệu quả cao, có khả năng đáp ứng được các quy định ngày càng chặt chẽ về hạn chế ô nhiễm Nhằm góp phần vào việc nghiên cứu ứng dụng các giải pháp hạn chế ô nhiễm từ khí thải các động cơ đốt trong

ở nước ta, tôi chọn thực hiện nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu, thử nghiệm bộ xử lý khí thải xúc tác gắn trên động cơ xăng”

Luận văn được bố cục thành 4 chương:

Chương 1: Đặt vấn đề

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 4: Kết luận và đề xuất ý kiến

1.1.2 Mục đích nghiên cứu

- Phân tích, tổng hợp các vấn đề cơ bản về lý thuyết liên quan đến giải pháp xử

lý ô nhiễm trong khí thải động cơ xăng bằng kỹ thuật xúc tác và nghiên cứu giải pháp

sử dụng bộ xúc tác để xử lý giảm ô nhiễm khí thải của một số loại động cơ xăng gắn trên các phương tiện giao thông vận tải thông dụng đang lưu hành ở nước ta chưa được trang bị hệ thống xử lý khí thải từ nhà sản xuất

- Đề xuất phương án ứng dụng rộng rãi giải pháp xử lý khí thải bằng bộ xúc tác cho các loại phương tiện giao thông vận tải nêu trên vào thực tế, giúp các loại phương

tiện này hạn chế mức phát thải ô nhiễm, đáp ứng được tiêu chuẩn quy định về ô nhiễm, với công nghệ và chi phí phù hợp với điều kiện, đặc điểm ở nước ta, góp phần đẩy mạnh hạn chế ô nhiễm từ các loại phương tiện giao thông dùng động cơ xăng nói chung và các động cơ tàu thủy cỡ nhỏ loại cao tốc nói riêng

1.1.3 Tính khả thi và ý nghĩa ứng dụng của đề tài

- Do chỉ nghiên cứu trang bị thêm cho các loại động cơ xăng thông dụng đang lưu hành với hệ thống xử lý khí thải bằng bộ xúc tác, nên sẽ hạn chế tối đa việc thay đổi kết cấu, thông số các hệ thống của động cơ; có mức độ công nghệ và chi phí phù hợp với điều kiện ở nước ta, tạo khả năng ứng dụng dễ dàng và rộng rãi vào thực tế

- Đây là đề tài có liên quan đến một trong những vấn đề mang tính thời sự cấp thiết hiện nay là hạn chế ô nhiễm, bảo vệ môi trường sống, đồng thời góp phần vào xu hướng cải tạo, phát triển các loại phương tiện giao thông sạch, ít gây ô nhiễm phù hợp với các đặc điểm, điều kiện của một nước đang phát triển như Việt Nam

- Với một số lượng phương tiện dùng động cơ xăng rất lớn đang hoạt động hiện nay, nghiên cứu giải pháp xử lý khí thải động cơ xăng bằng bộ xúc tác có khả năng ứng dụng rộng rãi sẽ mang lại lợi ích về nhiều mặt, nhất là góp phần cải thiện môi trường không khí, đảm bảo sức khỏe cho người dân trong các thành phố lớn và các khu du lịch biển

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.2.1 Xử lý khí thải động cơ xăng bằng công nghệ xúc tác trên thế giới

Chương trình kiểm soát khí thải ô tô của Mỹ là dùng bộ xúc tác khí thải Năm

1974, ở Mỹ chiếc xe đầu tiên được lắp bộ xúc tác Từ bộ xúc tác ô xy hóa hai chức năng đầu tiên đến bộ xúc tác 3 chức năng thuận lợi như ngày nay, đã cắt giảm ô nhiễm hơn 1,5 tỷ tấn và 100 nghìn tấn chì trong nhiên liệu ở Mỹ Đó là bước ngoặc lớn đối với ngành công nghiệp Hơn 30 năm, bộ xúc tác đã có uy tín trong việc cải thiện chất lượng không khí trên thế giới và những năm gần đây, các nước châu Á đang hướng đến áp dụng Mốc lịch sử trong việc phát triển tính pháp lý môi trường và bộ xúc tác là nguyên nhân mù sương quang hóa ở Mỹ vào những năm 50 là do ô nhiễm khí thải của động cơ đốt trong

CAA của Mỹ đã thông qua vào năm 1963 và tiếp tục bổ sung, điều chỉnh để giới hạn các tiêu chuẩn khí thải dần đến mức thấp nhất cho động cơ xăng từ năm 1970 cho đến nay Vào những năm 70 bộ xúc tác chỉ đáp ứng yêu cầu kiểm soát HC và CO

còn NOx kiểm soát trong vài năm sau Johnson Matthey chuyên gia catalyst đã chứng minh chỉ có bộ xúc tác, động cơ xăng mới đạt tiêu chuẩn khí thải đề ra Từ đó các đạo luật, tiêu chuẩn kiểm soát khí thải và ứng dụng bộ xúc tác của Mỹ được truyền bá sang Đức, Nhật, Úc và các nước khác

Ban đầu các nhà sản xuất bộ xúc tác quan tâm đến hợp kim cơ bản Crôm-Đồng, Nhôm-Silic, phủ lên lõi lọc gốm Tuy nhiên, khả năng dẫn nhiệt của các hợp kim lúc này còn kém, trở lực lớn do vậy, độ phát ô nhiễm cao xảy ra khi động cơ xăng khởi động lạnh Bộ xúc tác cần phải đạt nhanh đến thời điểm nhiệt độ làm việc "light-off"

có nghĩa nhiệt độ bắt đầu xúc tác có hiệu quả Từ đó, các nhà nghiên cứu đã tìm ra việc xúc tiến Platin với kim loại khác có ưu điểm hơn xúc tác chỉ có Platin (Pt) Nhiều tác động xúc tiến được tìm thấy ngoài nhóm kim loại Pt đó là xúc tác giữa Platin(Pt)- Rôđi (Rh) và Pt- Pallađi (Pd) Năm 1971, Johnson Marthey chứng minh cho chính phủ

Mỹ việc dùng Rh xúc tiến chất xúc tác Pt để kiểm soát NOx Bộ xúc tác động cơ xăng thành công là phụ thuộc vào sự phát triển của kim loại hỗ trợ (chất nền) có thể đương đầu với môi trường khắc nghiệt của khí xả động cơ xăng như: Nhiệt độ thay đổi lên đến 10000C, dao động lớn và chịu các rung động từ động cơ, hệ thống khí xả và tác hại xấu của lượng chì, phốt pho và lưu huỳnh ở mức độ cao

Năm 1981, bộ xúc tác 3 chức năng được đưa vào áp dụng và có sự phát triển của cảm biến ô xy Nhiệm vụ bộ xúc tác 3 chức năng là chia cách xử lý CO, HC và

NOx, phụ thuộc mạnh vào tỷ lệ không khí /nhiên liệu trong động cơ là duy trì tỷ lệ cân bằng lý tưởng cho sự biến đổi của cả 3 chất ô nhiễm.Hầu hết bộ xúc tác có chứa hai chất xúc tác khác biệt: xúc tác khử và xúc tác ô xy hóa Dòng khí xả đi qua chất xúc tác khử trước tiên, bao gồm một khối tổ ong bằng gốm bình thường(H 1-1) được phủ

Pt -Rh Trong đoạn này, NOx được chuyển thành ô xy và nitơ Khi khí xả đi qua chất xúc tác ô xy hóa, Pt - Pd/ hoặc Rh, HC không cháy và CO được ô xy hóa thành CO2 và

H2O

Diện tích bề mặt tiếp xúc là yếu tố cần thiết để phát triển kỹ thuật phủ cho lõi lọc Bộ xúc tác phải phủ lớp áo ('washcoat') để hỗ trợ, việc phủ lớp áo lên các kênh hẹp bên trong lõi có khả năng làm kênh bị hẹp hoặc tắc nghẽn và yêu cầu phải đạt được sự hút bám mạnh của nó lên chất nền Song song với việc phát triển bộ xúc tác gốm, chất nền kim loại phát triển khá nhanh và có nhiều ưu điểm hơn gốm nhờ ứng dụng kỹ thuật nano để chế tạo cấu trúc lõi lọc

Lõi lọc bằng gốm cũng đa dạng về hình dáng như kim loại Tuy nhiên, sản phẩm kim loại phát triển mạnh vào năm 1986 khi kỹ thuật hàn nếp gấp phát triển nên

có nhiều ưu điểm như đa dạng về hình dạng và kích thước cho các loại động cơ, diện tích bề mặt tiếp xúc tăng hơn 4 lần, độ bền nhiệt cao và trở lực thấp hơn so với gốm và

dễ hàn gắn

H 1-1 Lõi lọc bộ xúc tác bằng gốm

H.1-2 Các dạng lõi lọc bằng gốm H 1-3 Các dạng xúc tác bằng kim loại

Trước đây, bộ xúc tác động cơ xăng thường là gốm Cordierite Honeycomb vì

có độ dãn nở nhiệt thấp, độ xốp lớn, và được sử dụng cho đến nay Bên cạnh đó, chất nền kim loại xoắn tên METALIT_S thiết kế kiểu chuẩn S (Standard) được đưa ra thị trường vào năm 1986 đã khắc phục độ bền mõi và ứng suất nhiệt

Cấu trúc dạng phân lớp

H 1-4 Cấu trúc lõi lọc của bộ xúc tác kim loại

Năm 1991 thiết kế kiểu SM (H.1-4) được sử dụng với những ứng dụng có trọng tải rất cao Các dạng cấu trúc nếp gấp lá lõi lọc theo chiều ngang kiểu TS, chiều dọc

LS và kiểu đục lỗ PE của EMITEC, được ứng dụng cho các loại ô tô tải và ô tô khách

sử dụng xăng, diesel Thiết kế dạng rối TS và LS có khả năng biến đổi xúc tác tốt hơn

so với S trong cùng điều kiện trên H 1-5

H.1-5 Cấu trúc các dạng tiết diện lõi kiểu METALIT của EMITEC

Ngày nay, có thể sản xuất chất xúc tác trên chất nền gốm đạt đến 900cpsi và chiều dày thành 0,05 mm, trong khi đó chất nền kim loại đạt đến 1000cpsi và chiều dày thành đến 0,025 mm Do ưu điểm trên, bộ xúc tác với chất nền kim loại được đưa gần sát đến cổ ống xả, để kiểm soát tốt khí thải khi khởi động lạnh Nhờ đó bộ xúc tác đảm bảo vượt qua tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt mà vẫn có khả năng giảm được lượng kim loại quý làm phủ xúc tác

Tuy nhiên, đến nay tính năng kinh tế kỹ thuật của bộ xúc tác còn phụ thuộc vào một số yếu tố: Tỷ lệ thành phần hỗn hợp λ, hàm lượng chì, lưu huỳnh trong nhiên liệu Chì và Lưu huỳnh làm hỏng đi chất xúc tác kim loại nền

Do vậy, EPA điều chỉnh đầu tiên đối với lượng chì và phốt-pho thêm vào trong xăng năm 1973 Thời điểm đó lượng chì trung bình có trong xăng ở Mỹ từ 2÷3 gram/gallon, kết quả là mỗi năm động cơ xăng thải ra vào khoảng 200.000 tấn chì

Đầu năm 1996, khi nhiên liệu có chì bị giới hạn hoàn toàn, lượng phát thải của chì giảm xuống gần 2000 tấn mỗi năm Lượng lưu huỳnh cũng được quy định hạn chế đến giá trị thấp để tạo thuận lợi cho việc áp dụng bộ xúc tác

Kiểm soát khí thải động cơ xăng trở nên cấp thiết và lan rộng trên thế giới trong những năm 90 Catalyst được giới thiệu ở châu Âu, Mê xi cô, Brazil và dần dần pháp

lý cũng được bắt kịp ở các nước ở khu vực châu Á, như Ấn Độ, Trung Quốc, Đài Loan Trên hình 1.6a, 1.6b, cho thấy việc sử dụng bộ xúc tác ô tô và lượng kim loại bạch kim đã giảm được 4 triệu tấn ô nhiễm của Johnson Matthey

Đến nay, bộ xúc tác trên thế giới đã đạt những thành công nhất định trong việc cắt giảm khá lớn lượng ô nhiễm khí thải từ động cơ đốt trong Các thành tựu đó được đúc kết lại như sau:

- Động cơ đốt trong của ô tô ngày nay đạt tiêu chuẩn khí thải với yêu cầu giảm đến 98% đối với HC, 96% đối với CO và 95% cho NOx so với mức chưa kiểm soát của ô tô bán ra vào những năm 1960

- Vì bộ xúc tác bị hủy hoại do chì, nên sử dụng nó giúp đem lại việc loại bỏ chì

ra khỏi xăng dầu, tức loại bỏ một loạt mối nguy hại cho sức khỏe con người

- Ngày nay, một bộ xúc tác là một phần công nghệ cao của ô tô

- Bộ xúc tác cũng được phát triển dùng cho xe tải, khách, xe buýt lắp động cơ diesel, mô tô-xe máy, thiết bị xây dựng, động cơ tàu biển và các động cơ khác

- Bộ xúc tác cũng được dùng để giảm ô nhiễm khí thải từ các động cơ đốt trong

đã thay thế nhiên liệu như LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol và propane

- Năm 2003, gần 500 triệu ô tô có trang bị bộ xúc tác được bán trên khắp thế giới (H.1-6a và 1-6b)

- Năm 2000, 100% xe mới được bán ở Mỹ được trang bị bộ xúc tác và trên thế giới có trên 85% xe mới được bán có BXT

- Hiệp Hội kỹ sư ô tô của Mỹ (SAE) đã bình chọn bộ xúc tác 10 thành tựu lớn nhất hơn 100 năm qua

Lượng phương tiện giao thông gia tăng nhanh với số lượng lớn ở các nước châu

Á như Ấn Độ, Trung Quốc, Malaysia, Việt Nam, Thái Lan và Đài Loan, Do đó, lượng phát thải ô nhiễm ra không khí càng gia tăng thì yêu cầu các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường càng khắt khe Khuynh hướng phát triển sử dụng bộ xúc tác cho động cơ xăng đã và đang được các quốc gia Ấn Độ, Đài Loan và Singapore quan tâm

H.1-6a Kim loại bạch kim đã dùng xúc

tác cho ô tô của Johnson Matthey

H 1-6b Biểu đồ phát triển catalyst và

giảm ô nhiễm của Johnson Matthey

Bộ xúc tác gắn trên động cơ xăng sẽ biến đổi đủ thỏa mãn các tiêu chuẩn khí thải đề ra Các quá trình sản xuất và làm vật liệu lá tương tự như chất nền METALIT thông thường cho ô tô Có tiết diện, bề mặt hình học như chất nền mạng, nhưng tỷ lệ biến đổi của nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: đường kính (D) và chiều dài lõi lọc (L), hàm lượng phủ chất xúc tác và điều kiện làm việc

1.2.2 Xử lý khí thải động cơ xăng bằng công nghệ xúc tác ở Việt Nam

Việt Nam chưa sử dụng bộ xúc tác để giảm ô nhiễm khí thải cho động cơ đốt trong Vì tiêu chuẩn giới hạn khí thải xe cơ giới của ta còn thấp hơn nhiều so với các tiêu chuẩn khí thải của các nước trong khu vực và thế giới Xu thế hội nhập thương mại với các nước thế giới sẽ đến gần Chính vì vậy, nền công nghiệp giao thông vận tải trong nước cần phát huy, bắt kịp quy chế hội nhập và các tiêu chuẩn giới hạn khí thải cũng như dây chuyền công nghệ sản xuất Đây là cơ hội để động cơ xăng sử dụng công nghệ xúc tác khí thải để đạt được các tiêu chuẩn hiện hành

Năm 1995 đến nay, Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu xử lý khí thải

từ động cơ đốt trong bằng ứng dụng xúc tác trên cơ sở Platin và một số vật liệu xúc tác trên cơ sở các kim loại chuyển tiếp và kim loại hiếm đáp ứng được yêu cầu sử dụng cho ống xả xe máy Viện Vật liệu đã chế tạo bộ xương gốm tổ ong bằng vật liệu gốm Silica trên H 1-7

Một số loại xúc tác kiểu perovskite có kích thước nanomet (20÷ 40 nm) đã được chế tạo từ La, Sr, Mn, Co, Sn và tẩm lên bộ xương gốm nói trên Viện nghiên cứu Khoa học Vật liệu đã tìm ra được tổ hợp chất xúc tác (VN1, VN2, VN3, ) Kết quả chuyển hóa các khí thải độc hại như CO, CxHy, NOx hoạt động trong vùng nhiệt độ khá rộng 200÷600OC Nhưng kết quả trên còn đang thử nghiệm

Ở Hội nghị xúc tác khí thải vào tháng 5/2006, Trường ĐHBK Hà Nội đã đo thử mẫu xúc tác kim loại Metalit_S, 3 chức năng của EMITEC Loại 100cpsi, DxL: 33x60mm; mật độ chất xúc tác 20g/ft3, tỷ lệ Pt/Rh = 5:1 cho mẫu xe Honda SuperDream dung tích 100 cm3 Kết quả lượng độc hại giảm trung bình 43%

H.1-7 Bộ xương gốm tổ ong dùng cho xe máy (chưa tẩm xúc tác)

Ứng dụng kỹ thuật xử lý khí thải tiên tiến trên thế giới sẵn có vào điều kiện của Việt Nam để đem lại hiệu quả tối ưu, đó là mục tiêu cho việc xử lý xúc tác khí thải

động cơ xăng

1.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Khảo sát, thu thập thông tin, tài liệu về thực trạng, mức độ gây ô nhiễm môi trường từ khí thải động cơ xăng

- Thu thập, tham khảo, tổng hợp, phân tích các tài liệu về nghiên cứu, xử lý khí thải động cơ xăng bằng kỹ thuật xúc tác

- Tìm hiểu, phân tích một số giải pháp xử lý khí thải có dùng bộ xúc tác có khả năng ứng dụng cho các loại động cơ xăng thông dụng đang lưu hành nhưng chưa được trang bị hệ thống xử lý ô nhiễm khí thải, thực hiện lắp đặt thử nghiệm và đánh giá kết quả; từ đó đề xuất khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế

1.4 PHẠM VỊ VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở kế thừa, sử dụng các kết quả nghiên cứu, ứng dụng giải pháp xử lý khí thải bằng bộ xử lý khí thải xúc tác cho động cơ xăng đã có trên thế giới và trong nước, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng giải pháp xử lý khí thải dùng bộ xử lý khí thải xúc tác cho một số loại động cơ xăng thông dụng ở nước ta chưa được trang bị

hệ thống xử lý khí thải từ nhà sản xuất Trong đó có thực hiện ứng dụng lắp đặt, đo đạc thử nghiệm khí thải động cơ xăng có dùng bộ xúc tác, làm cơ sở để phân tích đánh giá,

đề xuất giải pháp ứng dụng rộng rãi, phù hợp với điều kiện thực tế

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM DO KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG

2.1.1 Một số định nghĩa liên quan vấn đề ô nhiễm môi trường

Thuật ngữ môi trường (môi trường) - environment (tiếng Anh), tiếng Hoa: 情

況 Hoàn cảnh Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật (Điều 3, Luật bảo vệ môi trường của Việt Nam, 2005)

• Định nghĩa 1

Theo nghĩa rộng nhất thì môi trường là tập hợp các điều kiện và hiện tượng bên ngoài có ảnh hưởng tới một vật thể hoặc sự kiện Bất cứ một vật thể, một sự kiện nào cũng tồn tại và diễn biến trong một môi trường Theo Lê Văn Khoa (1995) [5], Đối với

cơ thể sống thì “Môi trường sống” là tổng hợp những điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng tới đời sống và sự phát triển của cơ thể

• Định nghĩa 2

Môi trường bao gồm tất cả những gì bao quanh sinh vật, tất cả các yếu tố vô sinh và hữu sinh có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự sống, phát triển và sinh sản của sinh vật (Hoàng Đức Nhuận, 2000) Theo tác giả, môi trường có các thành phần chính tác động qua lại lẫn nhau:

Môi trường tự nhiên bao gồm nước, không khí, đất đai, ánh sáng và các sinh vật - môi trường kiến tạo gồm những cảnh quan được thay đổi do con người

Môi trường không gian gồm những yếu tố về địa điểm, khoảng cách, mật độ, phương hướng và sự thay đổi trong môi trường

• Định nghĩa 3

Môi trường là một phần của ngoại cảnh, bao gồm các hiện tượng và các thực thể của tự nhiên, mà ở đó, cá thể, quần thể, loài, có quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp bằng các phản ứng thích nghi của mình (Vũ Trung Tạng, 2000) [8]

Đối với con người, môi trường chứa đựng nội dung rộng Theo định nghĩa của UNESCO (1981) thì môi trường của con người bao gồm toàn bộ các hệ thống tự nhiên

và các hệ thống do con người tạo ra, những cái hữu hình (tập quán, niềm tin ) trong

đó con người sống và lao động, họ khai thác các tài nguyên thiên nhiên và nhân tạo nhằm thỏa mãn những nhu cầu của mình Như vậy, môi trường sống đối với con người không chỉ là nơi tồn tại, sinh trưởng và phát triển cho một thực thể sinh vật và con người mà còn là “khung cảnh của cuộc sống, của lao động và sự vui chơi giải trí của con người”

Như vậy, có thể nêu định nghĩa chung về môi trường: môi trường là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội bao quanh con người có ảnh hưởng tới con người và tác động qua lại với các hoạt động sống của con người như: không khí, nước, đất, sinh vật, xã hội loài người

Môi trường sống của con người thường được phân chia thành các loại sau:

- Môi trường tự nhiên: Bao gồm các yếu tố tự nhiên như vật lý, hóa học, sinh học, tồn tại ngoài ý muốn của con người nhưng cũng ít nhiều chịu tác động của con người

- Môi trường xã hội: Là tổng thể các quan hệ giữa người và người tạo nên sự thuận lợi hoặc khó khăn cho sự tồn tại và phát triển của các cá nhân và cộng đồng

- Môi trường nhân tạo: Là tất cả các yếu tố tự nhiên, xã hội do con người tạo nên và chịu sự chi phối của con người

Như vậy, môi trường sống của con người theo nghĩa rộng là tất cả các nhân tố

tự nhiên và xã hội cần thiết cho sự sống, sản xuất của con người như tài nguyên thiên nhiên, không khí, đất, nước, ánh sáng, cảnh quan, quan hệ xã hội, Theo nghĩa hẹp, thì môi trường sống của con người chỉ bao gồm các nhân tố tự nhiên và nhân tố xã hội trực tiếp liên quan tới chất lượng cuộc sống của con người

Chúng ta có thể tham khảo định nghĩa về không khí do cộng đồng Châu Âu đưa

ra vào năm 1967: “ Không khí gọi là ô nhiễm khi thành phần của nó bị thay đổi, hay khi có sự hiện diện của những chất lạ gây ra những tác hại mà khoa học chứng minh được, hay gây ra sự khó chịu đối với con người” Theo định nghĩa đó thì:

- Các chất gây ô nhiễm có thể nguy hại đến tự nhiên và con người mà khoa học nhận biết được hay đơn giản là gây ra sự khó chịu chẳng hạn như mùi hôi, màu sắc…

- Các chất ô nhiễm và giới hạn về nồng độ cho phép của chúng trong các nguồn phát thải có thể thay đổi theo thời gian

Ngày nay, người ta đã xác định được các chất ô nhiễm trong không khí, mà phần lớn là các chất đó có trong khí xả động cơ đốt trong

2.1.2 Vấn đề ô nhiễm không khí do khí thải của động cơ đốt trong

2.1.2.1 Các chất ô nhiễm chủ yếu trong khí thải

Khí thải từ cylindre động cơ đi ra môi trường, ngoài các sản vật cháy hoàn toàn

CO2, H2O, N2, còn chứa các sản vật chưa cháy hoàn toàn, các sản vật được phân giải

từ sản vật cháy hoặc từ nhiên liệu Các chất độc chứa trong khí thải gồm có:

- Oxít nitơ, NO và NO2, gọi chung là NOx tồn tại rất ít trong sản vật cháy NOx góp phần tạo nên hiện tượng sương mù và mưa axít

- Oxít cacbon (CO) có trong khí thải do thiếu oxy nên C không được cháy hoàn toàn Động cơ xăng hoạt động với hòa khí đậm (α < 1) lượng CO có thể tới 10÷12% thể tích sản vật cháy

- Các chất hydrocacbua (HC), hay VOC: sinh ra chủ yếu từ nhiên liệu cháy chưa hết Ánh sáng mặt trời tác động tới những khí này, tạo ra ozone (O3), thành phần chủ yếu có trong sương mù HC chứa trong sản vật cháy dưới dạng các chất CnHm và benzơpiren-3, 4, rất dễ gây bệnh ung thư

- Khí SO2 và H2S, khi động cơ dùng nhiên liệu có lưu huỳnh Số lượng SO2 có thể tới 250 mg/m3, hàm lượng H2S không đáng kể

- Các sản vật chứa ôxy chủ yếu là alđêhit (khoảng vài mg/l)

- Các hợp chất của chì, trong khí thải của động cơ chạy bằng xăng pha chì, cũng gây nhiều độc hại về người và ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ bộ xúc tác

2.1.2.2 Tình hình ô nhiễm không khí ở Việt Nam

• Việt Nam trong quá trình đô thị hóa nhanh:

Bảo vệ môi trường đô thị ngày càng có tầm quan trọng trong phát triển bền vững quốc gia, bởi vì dân số đô thị càng lớn, chiếm tỷ lệ trong tổng dân số ngày càng cao Các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia ngày càng tập trung trong các đô thị Thí dụ, riêng Metro Bangkok (2005) đóng góp 44% GDP của Thái Lan, Metro Manila (2006) đóng góp 37% GDP của Philippine, Thành phố Hồ Chí Minh (2006) đóng góp 23,5% cho GDP Việt Nam

Năng lượng tiêu thụ ở các đô thị có thể chiểm tới ¾ tổng năng lượng tiêu thụ của quốc gia Năng lượng tiêu thụ, tức là tiêu thụ nhiên liệu than, dầu, xăng, khí đốt càng nhiều, nguồn khí thải càng lớn, do đó các vấn đề ô nhiễm không khí trầm trọng thường xảy ra ở các đô thị, đặc biệt là thường xảy ra ở các đô thị lớn

Ở nước ta trong thời gian khoảng ¼ thế kỷ qua, cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước là quá trình đô thị hóa tương đối nhanh ( Bảng 2-1)

Bảng 2-1 Diễn biến đô thị hóa ở nước ta trong ¼ thế kỷ qua và dự báo đến 2020 [3]

Dự báo Năm 1986 1990 1995 2000 2003 2006 2009

• Phương tiện giao thông cơ giới tăng nhanh:

Đô thị càng phát triển thì số lượng phương tiện giao thông vận tải càng tăng (H 2-1) Đây là áp lực rất lớn đối với môi trường không khí đô thị

H 2-1 Số lượng phương tiện cơ giới hoạt động hàng năm của Việt Nam

(Nguồn: Cục Đăng kiểm Việt Nam và Vụ KHCN&MT, Bộ GTVT, 2009)

Số lượng phương tiện cơ giới này tập trung chủ yếu tại các đô thị lớn, đặc biệt

là ở Tp Hồ Chí Minh và Hà Nội Một đặc trưng của các đô thị Việt Nam là phương tiện giao thông cơ giới 2 bánh chiếm tỷ trọng lớn

• Nhu cầu tiêu thụ năng lượng xăng dầu:

Nhu cầu tiêu thụ xăng dầu trong nước ngày càng tăng và dự báo trong 25 năm tới còn tiếp tục tăng cao (H.2-2) Nếu các tiêu chuẩn về chất lượng xăng dầu không được thắt chặt thì chúng ta sẽ phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm không khí đô thị rất nghiêm trọng

Tiêu thụ xăng dầu là một trong những nguyên nhân phát thải các chất độc hại như CO, hơi xăng dầu (HmCn, VOC), SO2, chì, BTX (Benzen, toluen và xylen) Phát thải những chất này liên quan chặt chẽ đến chất lượng xăng dầu Trong cơ cấu tiêu thụ

xăng dầu của quốc gia thì giao thông vận tải chiếm tỷ trọng lớn nhất (H 2-3), là nguồn phát thải ô nhiễm lớn nhất trong đô thị

H 2-2 Nhu cầu xăng dầu của Việt Nam những năm qua và dự báo cho đến năm 2025

(Nguồn: Quy hoạch phát triển ngành dầu khí Việt Nam giai đoạn 2006-2015 - Định

hướng đến năm 2025, Bộ Công nghiệp, 7/2007)

H 2-3 Cơ cấu tiêu thụ xăng dầu theo các ngành của Việt Nam

(Nguồn: Qui hoạch phát triển ngành dầu khí Việt Nam giai đoạn 2006 – 2015

Định hướng đến năm 2025, Bộ Công nghiệp, 7/2007)

• Ô nhiễm môi trường không khí:

Hoạt động giao thông vận tải, các ngành công nghiệp, thủ công nghiệp và hoạt động xây dựng là những nguồn chính gây ô nhiễm không khí ở các khu vực Theo đánh giá của các chuyên gia, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra chiếm tỷ

lệ khoảng 70%

Xét các nguồn thải gây ra ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn quốc (bao gồm

cả khu vực đô thị và khu vực khác), ước tính cho thấy, hoạt động giao thông đóng góp tới gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs Trong khi đó, các hoạt động công nghiệp là nguồn đóng góp khoảng 70% khí SO2 Đối với NO2, hoạt động giao thông và hoạt động sản xuất công nghiệp có tỷ lệ đóng góp xấp xỉ nhau (H 2- 4 và Bảng 2-2)

H.2-4 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các nguồn thải chính

ở Việt Nam năm 2005 (Nguồn: Cục bảo vệ môi trường, 2006) Bảng 2-2 Ước tính thải lượng các chất gây ô nhiễm từ các nguồn thải chính

của Việt Nam năm 2005( Đơn vị: tấn/năm)

TT Ngành sản xuất CO NO2 SO2 VOCs

1 Nhiệt điện 4.562 57.263 123.665 1.389

3 Sản xuất công nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt 54,004 151,031 272,497 854

4 Giao thông vận tải 301.779 92.728 18.928 47.462

Cộng 360.345 301.022 415.090 49.705

(Nguồn: Cục bảo vệ môi trường, 2006)

• Hiện trạng chất lượng môi trường không khí:

Môi trường không khí đô thị bị ô nhiễm bụi có tính phổ biến, nặng nề và ô nhiễm các khí độc hại có tính cục bộ

Ô nhiễm bụi, vấn đề nổi cộm của chất lượng không khí hiện nay:

Môi trường không khí xung quanh của hầu hết các khu vực trong thành phố đều

bị ô nhiễm bụi, đặc biệt là ở các nút giao thông, các khu vực có công trường xây dựng

và nơi tập trung hoạt động sản xuất công nghiệp

PM10 trung bình năm của các thành phố lớn của Việt Nam như Tp Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng nhìn chung đều vượt ngưỡng trung bình năm theo khuyến nghị của WHO ( 20 µg/m3)

So sánh với tiêu chuẩn Việt Nam, tại hầu hết các khu vực của Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh, nồng độ bụi PM10 các năm gần đây đều vượt quy định chuẩn cho phép (50 µg/m3), (H 2-5)

Số liệu quan trắc tại các trạm trong khu dân cư như trạm Đà Nẵng (TP Đà Nẵng) cho thấy PM10 trung bình năm dao động xung quanh ngưỡng cho phép Tuy nhiên, tại các trạm này, vẫn có những thời điểm PM10 trung bình 24 giờ vượt ngưỡng cho phép rất nhiều

H 2-5 Diễn biến nồng độ bụi PM10 trung bình năm trong không khí

xung quanh một số đô thị từ năm 2005 đến 2009

(Nguồn: TTKTTV Quốc gia, 2010; Chi cục BVMT Tp Hồ Chí Minh, 2010)

Tình trạng ô nhiễm đối với bụi lơ lửng tổng số (TSP) rất đáng lo ngại, đặc biệt

là ô nhiễm dọc hai bên các đường giao thông chính của đồ thị (H 2-6)

H 2-6 Diễn biến nồng độ TSP tại một số tuyến đường phố giai đoạn 2005-2009

(Nguồn: Các trạm QT&PTMT– Mạng lưới QT&PTMT quốc gia, 2010) Không chỉ ở các tuyến đường giao thông đường phố mà các khu vực dân cư của

các đô thị cũng gặp phải vấn đề ô nhiễm bụi, đặc biệt là các khu vực dân cư nằm sát khu vực đang có hoạt động xây dựng hoặc gần đường có mật độ xe lớn (H 2-7)

H 2-7 Diễn biến nồng độ bụi TSP trong không khí xung quanh

ở các khu dân cư của một số đô thị giai đoạn 2005-2008

(Nguồn: Các trạm QT&PTMT– Mạng lưới QT&PTMT quốc gia, 2010)

Ô nhiễm một số khí độc hại:

Các khí CO, SO2, NO2 trong không khí tại các đô thị nhìn chung vẫn trong ngưỡng cho phép Tuy nhiên, tại một số địa điểm và trong một số thời điểm, nồng độ các chất này có tăng lên, một số trường hợp đã vượt trị số cho phép

H 2-8 Diễn biến nồng độ NO2 ven các trục giao thông của một số đô thị

(Nguồn: Các trạm QT&PTMT– Mạng lưới QT&PTMT quốc gia, 2010)

Do ảnh hưởng của các hoạt động giao thông, nồng độ NO2 ở gần các trục đường giao thông cao hơn hẳn các khu vực khác Đặc biệt tại những đô thị có mật độ phương tiện giao thông cao như Tp Hồ Chí Minh, nồng độ NO2 trong không khí cao hơn hẳn những đô thị khác (H 2-8) Điều này chứng tỏ NO2 được phát sinh chủ yếu từ các hoạt động giao thông trong thành phố

Nồng độ SO2 và CO trung bình năm tại các khu vực trong thành phố nhìn chung vẫn trong giới hạn cho phép của TCVN

Do phần lớn SO2 phát sinh từ các hoạt động sản xuất công nghiệp nên sự chênh lệch nồng độ SO2 giữa khu vực dân cư và trục đường giao thông không nhiều và có xu

hướng giảm đi do một phần các cơ sở sản xuất được di dời ra khỏi các thành phố trong các năm vừa qua (H 2-9)

H 2-9 Diễn biến nồng độ SO2 tại các trục đường giao thông ở một số đô thị

(Nguồn: Các trạm QT&PTMT– Mạng lưới QT&PTMT quốc gia, 2010)

Tại những nơi có mật độ giao thông cao, nồng độ CO cao hơn hẳn Tại các đô thị phía Nam, nồng độ CO tại các đường giao thông các năm 2005-2009 đều vượt TCVN (H 2-10)

H 2-10 Diễn biến nồng độ CO tại các tuyến đường phố

của một số đô thị 2002-2006[2]

Nồng độ khí benzen, toluen và xylen (BTX) đều có xu hướng tăng cao ở ven các trục giao thông đường phố Tại Hà Nội, một số nghiên cứu cho thấy nồng độ BTX cao nhất ở dọc hai bên các tuyến đường giao thông và có giảm đi ở các khu dân cư nằm xa các trục đường lớn (H 2-11) Điều này chứng tỏ nguồn gốc của những khí này chủ yếu từ các phương tiện giao thông

H 2-11 Nồng độ BTX trung bình 1 giờ của các khu vực

thuộc thành phố Hà Nội (quan trắc trong thời gian 12/1/2007-5/2/2007)

(Nguồn: Chương trình Không khí sạch Việt Nam - Thuỵ Sỹ, 2007)

2.1.3 Tác hại của khí thải của động cơ đốt trong

2.1.3.1 Tác hại của khí thải ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Phương tiện giao thông đã phát thải ra một khối lượng đáng kể các chất ô nhiễm với những ảnh hưởng khác nhau được tóm tắt trong bảng 2-3

Bảng 2-3 Tác hại của khí thải phương tiện đến sức khoẻ và môi trường [4]

Mưa axít

Sinh thái

Có thể nhìn thấy Trực

tiếp

Gián tiếp

• Monoxyde Carbon (CO):

CO là chất khí không màu, không vị Nó đe dọa nghiêm trọng đến sức khoẻ con người, đặc biệt đối với thai nhi và người mắc bệnh tim Do áp lực của hemoglobin (Hb) trong máu đối với CO lớn hơn 200 lần so với O2 nên CO sẽ cản trở vận chuyển

O2 từ máu đến các mô Khi vào cơ thể CO tấn công HbO2 tạo nên phức bền cacboxyhemoglobin (HbCO) như sau:

HbO2 + CO
HbCO + O2

Rất nhiều nguyên cứu trên người và động vật chứng tỏ rằng những người yếu tim sẽ thêm căng thẳng khi lượng CO trong máu tăng Người khoẻ mạnh cũng bị ảnh hưởng nhưng chỉ khi tiếp xúc CO ở nồng độ cao và thường dẫn đến những hiện tượng như suy giảm thị lực, sự khéo léo, năng lực làm việc, học tập…

Bảng 2-4 Hậu quả của sự nhiễm độc CO ở các nồng độ khác nhau.[4]

Nồng độ CO

(ppm)

Tỷ lệ chuyển hoá (%) HbO2
HbCO Ảnh hưởng đối với con người

10 2 Giảm khả năng phán đoán, đau đầu,

• Oxyde Nitơ (NO x ):

Monoxyde nitơ (NO) là chất chiếm đại bộ phận trong họ các oxyde nitơ NO không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde nitơ (NO2), đây là chất khí màu hồng nhạt, có mùi, khứu giác có thể phát hiện ở nồng độ khoảng 0,12 ppm trong không khí NO2 gắn liền với việc gia tăng lây nhiễm đường hô hấp, làm nghẽn thở ở người mắc bệnh hen và giảm chức năng của phổi Nguyên nhân là do NO2 khó hòa tan nên có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của

cơ quan hô hấp NOx còn góp phần tăng lượng bụi hạt, tạo mưa acide làm hư hại cây cối ở vùng cao và tăng nồng độ acide ở các ao, hồ và sông suối, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh vật dưới nước

• Dioxyde Sunphur (SO 2 ):

SO2 với nồng độ cao có thể gây suy giảm khả năng thở tạm thời đối với trẻ em

bị hen và với những người lớn làm việc nặng ngoài trời Những người bị hen chỉ cần tiếp xúc trong thời gian ngắn với mức SO2 cao có thể gây nên giảm chức năng phổi kèm theo các triệu chứng như tức ngực, thở ngắn Những ảnh hưởng khác do tiếp xúc lâu dài với nồng độ SO2 cao gồm bệnh hô hấp, thay đổi khả năng bảo vệ phổi và làm trầm trọng bệnh tim mạch hiện có

• Hydro Cacbon (HC):

Benzen

Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) mới đây đã khẳng định lại benzen

là chất gây ung thư cho con người khi tiếp xúc bằng bất kỳ cách nào Khi hệ hô hấp tiếp xúc với nồng độ benzen cao trong một thời gian dài sẽ gây ung thư các mô tạo ra bạch cầu trong máu Tiếp xúc với benzen hay chất chuyển hoá của nó cũng dẫn đến biến đổi gen ở người và động vật Hiện tượng biến đổi nhiễm sắc thể ở những người tiếp xúc với benzen được coi là biểu hiện ban đầu về nguy cơ nhiễm bệnh bạch cầu

Formaldehyt và Acetandehyt

US-EPA đã xếp formaldehyt vào loại chất có khả năng gây ung thư tuy chưa

có đủ căn cứ về gây ung thư cho người nhưng lại đủ căn cứ về gây ung thư cho động vật Các nguyên cứu dịch tễ học ở những công nhân phải tiếp xúc formaldehyt do nghề nghiệp đã đưa ra giả thuyết là hít thở formaldehyt lâu ngày có thể liên quan đến các khối u trong vòm họng, khoang mũi và xoang Nguyên cứu đã chứng minh rằng formaldehyt gây ra hoạt động biến đổi gen trong quá trình nuôi dưỡng tế bào Trong không khí, hoá tính của acetandehyt về nhiều mặt tương tự như formaldehyt, nó cũng

là chất gây ung thư cho con người

nó trong máu vượt quá 200 đến 250 mg/lít Những ảnh hưởng khác có thể xảy ra là:

- Giảm thiểu chức năng vận động giác quan

- Suy giảm chức năng thận

có thể gây tác hại đến sức khoẻ con người (ung thư phổi, chết yểu, làm trầm trọng thêm bệnh hô hấp và tim mạch, làm biến đổi mô và cấu tạo phổi), làm giảm tầm nhìn

và huỷ hoại các lớp vật chất, góp phần làm lắng đọng acide…

 HẬU QUẢ TỪ VIỆC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ BỊ Ô NHIỄM Các nghiên cứu được tiến hành ở Mỹ và Châu Âu đã thiết lập rõ mối liên hệ giữa ô nhiễm môi trường không khí và những căn bệnh về tim mạch, hen suyễn, các bệnh về đường hô hấp Trong khi đó ở Châu Á, rất ít các nghiên cứu về ảnh hưởng của ô nhiễm không khí đến sức khoẻ của người dân Điều này phản ánh khả năng yếu kém nói chung của các nước Châu Á trong việc tiến hành các nghiên cứu về ảnh hưởng của ô nhiễm không khí đến sức khoẻ Ước tính của WHO về tỷ lệ tử vong hàng năm do tiếp xúc nhiều với không khí ở các vùng đông dân cư là khoảng 800.000 người, trong đó có khoảng 500.000 người ở Châu Á Ngoài ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, ô nhiễm không khí còn gây tổn thất đáng kể về tài chính và kinh tế đối với các hộ gia đình, ngành công nghiệp và Chính phủ các nước Châu Á Sự chênh lệch lớn trong số liệu tính toán về chi phí cho sức khoẻ ở một số thành phố Châu Á là minh chứng cho sự cần thiết phải có những nghiên cứu tổng hợp hơn nữa về ảnh hưởng của chất lượng không khí ở Châu Á

Nghiên cứu về Giải pháp Năng lượng và Ảnh hưởng Sức khoẻ của Thượng Hải

đã xác định được số người mắc bệnh nghẽn tắc phổi kinh niên (COPD) do bụi hạt lơ lửng (SPM) là 173.500 người vào năm 1990 Số trường hợp bị viêm phế quản kinh niên tại các quận nội thành của Thượng Hải do tiếp xúc với SPM vào năm 1999 ước tính khoảng 30.800 người, trong đó 15.200 người ở độ tuổi 45-60 Tại Đài Loan, các nhà nghiên cứu đã theo dõi điều tra 165.173 học sinh phổ thông độ tuổi 11-16 trong

hai khu vực và đi đến nhận định rằng có một mối liên hệ đáng kể giữa bệnh hen suyễn

và hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong không khí Một nghiên cứu tương tự tại Hồng Kông cũng cho thấy khi ô nhiễm không khí tăng thì khả năng thở bình thường giảm xuống và các bệnh về đường hô hấp tăng nhanh

Một nghiên cứu của Ngân hàng thế giới năm 1997 tại Niu Đêli đã chứng minh được mối liên hệ mật thiết giữa ô nhiễm bụi hạt và con số tử vong hàng ngày không do chấn thương cũng như những nguyên nhân nhất định khác Người ta ước tính rằng ở Niu Đêli cứ tăng 100mg/m3 SPM thì sẽ mất đi 51.403 năm tuổi thọ Điều này tương đương với 1.385 người chết trong một năm ở các nhóm tuổi khác nhau Trong thời gian nghiên cứu (1991-1994), mức SPM trung bình tại Niu Đêli là 378mg/m3 gần bằng

5 lần tiêu chuẩn trung bình hàng năm của WHO Một nghiên cứu khác của tổ chức này kết luận rằng ô nhiễm không khí tại Mumbai gây ra 2.800 trường hợp chết yểu, 60 triệu ngày có triệu chứng đường hô hấp và 19 triệu ngày hoạt động hạn chế, tất cả tổn thất tính ra bằng 18 tỉ rupi Ấn Độ mỗi năm

H 2-12 Khói bụi, ô nhiễm đang gây hại cho người dân

Phát hiện từ một nghiên cứu của Ngân hàng thế giới tại Bangkok ước tính rằng thiệt hại về tài chính do ô nhiễm không khí đối với các hộ tiếp xúc là 131 baht/tháng Lợi ích có được khi giảm 20mg/m3 nồng độ PM10 trung bình hàng năm tại Bangkok sẽ tiết kiệm được từ 1,6-4,2 tỉ USD Đánh giá gần đây của Ngân hàng thế giới về chi phí sức khoẻ do PM10 gây ra lên tới 424 triệu USD trong năm 2000

Tại Jarkata các nghiên cứu của Ostro (1994) và Deshazo (1996) ước tính chi phí hàng năm cho sức khoẻ đã lên tới 2,16 tỉ USD (tương đương 2% GNP) do ảnh hưởng của thành phần chì và bụi hạt vượt quá tiêu chuẩn của WHO Con số này là 392 triệu USD/năm tại thủ đô Manila Một nghiên cứu khác do Ngân hàng thế giới thực hiện nói rằng bụi hạt ở Jarkata gây ra 4364 ca chết yểu, 32 triệu ngày hoạt động hạn chế, 101

triệu ngày có triệu chứng đường hô hấp, bệnh hen suyễn, viêm phế quản, vô số những

ca cấp cứu…

Tiến sĩ Nguyễn Đình Tuấn, Chi cục trưởng Chi cục Bảo vệ môi trường, khẳng định chính người tham gia lưu thông cũng có một phần lỗi trong việc tạo ra những tác nhân gây ô nhiễm không khí ven đường, nói một cách nôm na: người dân vừa là thủ phạm vừa là nạn nhân Tình trạng lấn đường, lấn tuyến là một trong những nguyên nhân gây ra kẹt xe

Càng kẹt xe lâu, khí thải từ các phương tiện giao thông càng tỏa ra nhiều hơn tại một khu vực Hệ quả là mức độ ô nhiễm nơi đó tăng lên Vì thế lời khuyên ở đây là: hãy chấp hành luật giao thông, đi đúng phần đường quy định khi tham gia lưu thông trên đường

2.1.3.2 Tác hại của khí xả ảnh hưởng đến môi trường, khí hậu [4], [10]

• Thay đổi nhiệt độ khí quyển:

Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí carbonic CO2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành phần carbon Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự hiện diện của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính có thể được giải thích như sau:

- Quả đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ lại ra không gian một phần nhiệt lượng mà nó nhận được Phổ bức xạ nhiệt của mặt trời và vỏ trái đất trình bày trên các H 2-13 và H 2-14 Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được ( có bước sóng trong khoảng 0,4 – 0,73 mm) còn bức xạ cực đại của vỏ trái đất nằm trong vùng hồng ngoại (7 – 15mm)

H 2-13 Phổ bức xạ từ mặt trời H 2-14 Phổ bức xạ từ mặt đất

- Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau Do đó, thành phần các chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữa mặt trời, quả đất và không gian Carbonic là chất khí có dải hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15mm, vì vậy nó được xem như trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng đối với tia bức xạ hồng ngoại từ mặt trời Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO2 giữ lại sẽ bức xạ ngược lại về trái đất (H 2-15) làm nóng thêm bầu khí quyển theo hiệu ứng nhà kính (Serre)

H 2-15 Hiệu ứng nhà kính

Với tốc độ gia tăng nồng độ khí carbonic trong bầu khí quyển như hiện nay, người ta dự đoán vào khoảng giữa thế kỷ 22, nồng độ khí carbonic có thể tăng lên gấp đôi Khi đó, theo dự tính của các nhà khoa học, sẽ xảy ra sự thay đổi quan trọng đối với sự cân bằng nhiệt trên quả đất:

- Nhiệt độ bầu khí quyển sẽ tăng lên từ 2 đến 30C

- Một phần băng ở vùng Bắc cực và Nam cực sẽ tan làm tăng chiều cao mực nước biển

- Làm thay đổi chế độ mưa gió và xa mạc hóa thêm bề mặt trái đất

• Lắng đọng Acide:

Lắng đọng acide hay còn gọi là mưa acide góp phần phá hoại cây cối ở vùng cao và làm cho sông hồ nhiễm acide, nhiều loại sinh vật dưới nước bị tuyệt chủng gây phá hoại hệ sinh thái nói chung Ảnh hưởng đến đất trồng bao gồm làm giảm chất dinh dưỡng của đất, làm tăng khả năng hoà tan của kim loại Hơn nữa, lắng đọng acide đẩy nhanh quá trình ăn mòn vật liệu xây dựng và sơn, trong đó có các công trình xây dựng không thể thay thế, các pho tượng và các công trình điêu khắc mà chúng là một phần

di sản văn hoá của nhiều nước Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành ở Bắc Mỹ và Tây

Âu, trong khi rất ít được thực hiện ở Châu Á, nơi mà mức tăng khí thải gây lắng đọng acide chiếm phần lớn trong vài thập kỷ tới

• Biến đổi khí hậu:

Tính từ năm 1800, nồng độ các khí nhà kính như CO2, CH4, và N2O trong không khí đã tăng tới 30%, 145%, và 15% tương ứng với từng loại (Uỷ ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu năm 1996) Sự tích tụ này đã làm thay đổi thành phần bầu khí quyển trái đất và có thể ảnh hưởng đến hệ khí hậu toàn cầu do nó ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển

Các nghiên cứu cho thấy ích lợi của động cơ Diesel, loại động cơ được coi là kinh tế hơn động cơ xăng về tiêu thụ nhiên liệu, đã bị suy giảm bởi bụi hạt Diesel có hại hơn là lợi ích của nó do lợi thế bù đắp của CO2 mang lại, do nó làm giảm mây và mưa Như tiến sĩ James Hasen của NASA đã nói “cacbon đen làm giảm suất phân chiếu sol khí, bán trực tiếp làm giảm đám mây che phủ, và giảm suất phân chiếu của hạt trong mây”

• Ảnh hưởng đến sinh thái:

Sự gia tăng NOx, đặc biệt là protoxyde nitow N2O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc cực tím phát xạ

từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất giống như điều kiện hiện nay trên Sao Hỏa

Oxyde nitơ cũng tạo nên lắng đọng nitơ xuống hệ sinh thái và dẫn đến các cửa biển dễ bão hoà nitơ Khi tiến hành quan trắc một thời gian dài ở Hoa Kỳ, Châu Âu và những khu vực phát triển trên thế giới, người ta đã chỉ ra rằng mức nitơ trong nước bề mặt ở vùng lưu vực sông đã tăng lên đáng kể gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái dưới nước Vấn đề này là mối quan tâm đặc biệt ở vùng bờ biển nơi có dòng chảy kém hoặc phân tầng Ngoài ra, NOx còn ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của thực vật khi nồng độ của chúng lớn hơn 0,5-0,7ppm

Trên đây là những tác hại vô cùng nghiêm trọng của một số chất độc hại có trong thành phần khí xả động cơ đốt trong Vì vậy chúng ta cần sớm có những biện pháp thật hữu hiệu để hạn chế sự phát xả này nếu không cuộc sống của chính chúng ta

sẽ bị đe dọa nghiêm trọng

2.2 GIẢI PHÁP GIẢM ĐỘ ĐỘC HẠI CỦA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ XĂNG

2.2.1 Cơ chế hình thành các chất độc hại trong khí thải của động cơ đốt trong[4]

Quá trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu-không khí là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến công suất, hiệu suất và mức độ phát ô nhiễm của động cơ Quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp hydrocacbon với không khí chỉ sinh ra CO2, H2O

và N2 Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp cũng như tính chất phức tạp của các hiện tượng lý hóa diễn ra trong quá trình cháy nên trong khí xả động cơ luôn chứa một lượng đáng kể các chất độc hại như oxyde nitơ (NOx), monoxyde cacbon (CO), các hydrocacbon chưa cháy (HC), các hạt rắn Nồng độ các chất ô nhiễm này sẽ phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vận hành

H 2-16 Biến thiên nồng độ các chất ô nhiễm theo hệ số dư lượng không khí

Những tạp chất, đặc biệt là các hợp chất chứa lưu huỳnh và các phụ gia có trong nhiên liệu cũng có ảnh hưởng đến thành phần các chất ô nhiễm trong sản phẩm cháy Một trong những thông số có tính tổng quát ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ là hệ số dư lượng không khí λ Động cơ xăng thường làm việc với hệ số

dư lượng λ ≈ 1 Đồ thị H 2-16 cho thấy động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo có mức

độ phát sinh ô nhiễm thấp hơn, tuy nhiên nếu hỗn hợp quá nghèo thì tốc độ cháy thấp,

dễ có tình trạng mất lửa và đó là nguyên nhân làm gia tăng nồng độ HC chưa cháy

Khi hỗn hợp cháy có hệ số dư lượng không khí λ = 1 thì mức độ phát sinh ô

nhiễm trung bình như trong bảng 2-5 Tuy nhiên, trong những điều kiện cháy đặc biệt