Nghiên cứu phát triển công nghệ tạo khí giàu hydro để bổ sung cho động cơ xăng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm phát thải động cơ

0
241

Động cơ đốt trong hiện đang là nguồn cung cấp năng lượng chính cho công nghiệp và phương tiện giao thông vận tải, vì vậy nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải độc hại cho động cơ là hai nhiệm vụ được đặt ra với các công ty, các nhà khoa học hiện nay. Để đạt được những mục tiêu trên, đã có rất nhiều chính sách được đề xuất như chương trình đào tạo lái xe sinh thái, áp dụng các tiêu chuẩn phát thải, chất lượng nhiên liệu… hay một số giải pháp kỹ thuật, xử lý khí thải, phối hợp nguồn động lực cũng như sử dụng nhiên liệu thay thế. Trong đó, giải pháp sử dụng nhiên liệu thay thế là một hướng đi được các nhà khoa học quan tâm do nguồn nhiên liệu gốc hóa thạch ngày càng cạn kiệt cũng như vấn đề ô nhiễm môi trường từ quá trình tiêu thụ, hydro là một trong số đó.

Vấn đề đặt ra là cần có nguồn cung cấp hydro rẻ và đủ để động cơ làm việc liên tục mà không cần các thiết bị tích trữ cồng kềnh theo động cơ, đặc biệt là đối với các động cơ của các phương tiện giao thông vận tải. Để giải quyết vấn đề cung cấp hydro, đề tài này hướng tới nghiên cứu phát triển công nghệ tận dụng nhiệt khí thải để biến đổi nhiệt hóa một phần nhiên liệu hóa thạch trên động cơ với hơi nước tạo hỗn hợp khí giàu hydro cấp vào động cơ. Công nghệ này vừa tận dụng nhiệt thải của động cơ vừa tạo khí giàu hydro từ chính nhiên liệu hóa thạch trên động cơ để cải thiện quá trình cháy mà không cần cung cấp thêm năng lượng khác từ bên ngoài nên sẽ tăng được hiệu suất động cơ đồng thời giảm phát thải độc hại.

Đề tài “Nghiên cứu phát triển công nghệ tạo khí giàu hydro để bổ sung cho động cơ xăng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm phát thải động cơ” do cơ quan chủ trì đề tài Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội phối hợp cùng chủ nhiệm đề tài PGS.TS. Lê Anh Tuấn tập trung nghiên cứu phát triển công nghệ và chế tạo hoàn thiện hệ thống tạo khí giàu hydro để bổ sung cho động cơ xăng nhằm nâng cao tính kinh tế sử dụng nhiên liệu và giảm phát thải độc hại. Trong đó, hướng tới thiết kế, chế tạo và lắp đặt thành công 4 hệ thống thiết bị tạo hỗn hợp khí giàu hydro cho động cơ xe máy và ôtô sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng chế hòa khí và phun xăng điện tử đảm bảo vận hành an toàn, tiết kiệm trên 3% nhiên liệu tiêu thụ và giảm các thành phần phát thải CO, HC đến 20%. Đây là một hướng đi ph hợp nhằm giảm những tác động xấu của khí thải động cơ đến môi trường cũng như vấn đề an ninh năng lượng, những vấn đề đang được cả thế giới quan tâm.

Qua thời gian nghiên cứu, đề tài đã hoàn thành đầy đủ các nội dung nghiên cứu theo hợp đồng. Các sản phẩm nghiên cứu đã được hoàn thành. Sản phẩm dạng 1 đã được l p đặt trên phương tiện và vận hành trong ph ng thí nghiệm cũng như thử nghiệm trên đường. Mục tiêu về cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu và các thành phần phát thải CO và HC đều đạt được một cách vượt mức so với mục tiêu đặt ra ban đầu.

Xúc tác Ni-Cu cho hiệu quả chuyển hóa nhiên liệu đạt cao nhất trong các hệ xúc tác nghiên cứu và được lựa chọn là tổ hợp xúc tác cho bộ xúc tác nhiệt hóa. Hệ xúc tác này cho tỷ lệ chuyển hóa là 42,6% ở nhiệt độ 55 độ C và tỷ lệ chuyển hóa là 53% ở nhiệt độ 6 độ C. Nhờ Ni bẻ gãy liên kết C-C trong mạch cacbon một cách khá thuận lợi nên phản ứng nhiệt hóa nhiên liệu với nước xảy ra dễ dàng hơn. Ni kết hợp với các kim loại có hoạt tính xúc tác mạnh như Cu sẽ làm cải thiện hoạt tính xúc tác của Ni, giúp thúc đẩy một số phản ứng chuyển hóa khí hydro. Tỷ lệ hơi nước nhiên liệu đạt hiệu quả chuyển hóa cao và tỷ lệ hydro tạo thành trong sản phẩm lớn là 6:1.

So sánh so sánh đặc tính khử theo nhiệt độ của vật liệu xúc tác của 6wt Ni.5-Cu0.5/g-Al2O3, 18wt% Ni0.5-Cu0.5/g-Al2O3 và 36wt% Ni0.5-Cu0.5/g-Al O, kết quả cho thấy ở tỷ lệ Ni-Cu, hiệu quả thấp, khi tăng tỷ lệ Ni-Cu lên 18, hiệu quả khử tăng đáng kể, tiếp tăng tỷ lệ Ni-Cu lên 6 thì hiệu quả khử tăng không nhiều.

04 bộ xúc tác tạo hỗn hợp khí giàu hydro từ nhiên liệu xăng cho đối tượng động cơ xe máy và ô tô đã được thiết kế và chế tạo, quy trình thiết kế và chế tạo cũng được hoàn thiện, phục vụ cho các mục đích phát triển sản phẩm sau này.

Nghiên cứu phối hợp sử dụng năng lượng khí xả và năng lượng điện để sấy nóng bộ xúc tác đã được đề cập và tính toán nhằm tạo cơ sở cho việc thực hiện xúc tác nhiệt hóa ngay trên phương tiện.

Dựa trên những đăc điểm về động cơ ôtô, xe máy phun xăng điện tử và động cơ ôtô xe máy dùng chế hòa khí, các hệ thống trên xe đã được nghiên cứu, làm cơ sở cho thiết kế hệ thống xăng và nước cấp cho bộ xúc tác. Căn cứ vào đặc tính của từng loại xe, hệ thống nhiên liệu xăng và nước cấp cho bộ xúc tác đã được thiết kế và chế tạo cho ôtô, xe máy dùng chế hòa khí và phun xăng điện tử.

Các mô hình động cơ, mô hình động học của ôtô, xe máy dùng bộ xúc tác tạo hỗn hợp khí giàu hydro, mô hình bộ điều khiển động cơ sử dụng bộ xúc tác tạo hỗn hợp khí giàu hydro được xây dựng. Trên cơ sở các mô hình này, chương trình điều khiển phần cứng của bộ điều khiển được thiết lập và thử nghiệm hiệu chỉnh trên băng thử, đảm bảo điều chỉnh được các chế độ làm việc của động cơ theo số dư lượng không khí lambda.

Đề tài đã lắp đặt thành công hệ thống tạo khí giàu hyđrô từ nhiên liệu xăng lên xe máy, ô tô chế hòa khí và phun xăng điện tử. Việc lắp đặt không ảnh hưởng đến hoạt động và tính thẩm mỹ của xe.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 12506/2016) tại Cục Thông tin KH&CN Quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)