Báo cáo Đề tài Thiết kế, chế tạo mô hình xe điện sử dụng pin mặt trời phục vụ học tập

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH XE ĐIỆN SỬ DỤNG PIN

MẶT TRỜI PHỤC VỤ HỌC TẬP

Mã số: T2019 - 06 - 120

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Đà Nẵng, 09/2020

2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH XE ĐIỆN SỬ DỤNG

PIN MẶT TRỜI PHỤC VỤ HỌC TẬP

Mã số: T2019 - 06 - 120

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ tên, đóng dấu)

(ký, họ tên)

ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

3

DANH SÁCH

NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Đơn vị công tác và

Nội dung nghiên cứu

STT

Họ và tên

lĩnh vực chuyên môn

cụ thể được giao

Trường Đại học Sư phạm Kỹ

thuật, Khoa Cơ khí, Bộ môn

Công nghệ Cơ khí Ô tô

- Trực tiếp nghiên

cứu, tính toán lý

thuyết, thiết kế và chế

tạo mô hình

1 HỒ TRẦN NGỌC ANH

- Trình bày báo cáo

đề tài trước hội đồng

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU....................................................................................................................1

Chương 1- TỔNG QUAN.........................................................................................3

1.1. TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU HIỆN NAY..........................................................3

1.1.1. Tổng quan tình hình năng lượng...............................................................3

1.1.2. Tình hình ô nhiễm không khí....................................................................6

1.1.3. Tình hình phát triển xe sạch trong và ngoài nước ..................................12

1.2. KHẢO SÁT Ô TÔ ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI...........21

1.2.1. Giới thiệu chung .....................................................................................21

1.2.2. Nhu cầu sử dụng xe điện trong đời sống ................................................21

1.2.3. Hệ thống điện và điều khiển trên xe điện ...............................................25

1.2.4. Ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời .......................................................27

Chương 2: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI......................................................30

2.1. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI30

2.1.1. Cấu tạo ....................................................................................................30

2.1.2. Nguyên lý hoạt động...............................................................................32

2.1.3. Ứng dụng của năng lượng mặt trời.........................................................34

2.2. TÍNH TOÁN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ..........................................40

2.2.1. Tính chọn pin năng lượng mặt trời.........................................................40

2.2.2. Tính chọn bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời ..................................41

Chương 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC MÔ HÌNH Ô TÔ CỠ NHỎ........42

3.1. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN................................................42

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

3.2. PHÂN TÍCH, CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN.................44

3.3. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHO BỘ NGUỒN ẮC QUY......................48

Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM......................................................50

4.1. CHẾ TẠO MÔ HÌNH......................................................................................50

4.2. THỬ NGHIỆM, ĐO ĐẠC THÔNG SỐ ........................................................52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................ 54

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Biểu đồ tỉ lệ R/P [Năm] theo khu vực năm 2017 và biểu đồ lịch sử thay đổi

giai đoạn 1997 – 2017 ....................................................................................................... 4

Hình 1.2. Tổng lượng dầu tiêu thụ theo khu vực trên thế giới [tỉ tấn] giai đoạn từ

1992 – 2017....................................................................................................................... 5

Hình 1.3. Nguồn khí thải do cháy rừng............................................................................. 7

Hình 1.4. Nguồn khí thải từ ô tô........................................................................................ 8

Hình 1.5. Ô nhiễm môi trường gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người.................. 10

Hình 1.6. Dị thường nhiệt độ mặt đất trung bình thời gian 1999-2008 so với 1940-1980

......................................................................................................................................... 12

Hình 1.7. Xu hướng phát triển ô tô sạch ......................................................................... 13

Hình 1.8. Mẫu xe Mercedes-Benz E320 CDI Bluetec .................................................... 14

Hình 1.9. Động cơ Skyactiv của Mazda.......................................................................... 15

Hình 1.10. Xe buýt sử dụng nhiên liệu LPG................................................................... 16

Hình 1.11. Xe taxi chạy bằng LPG của hãng taxi Cửu Long.......................................... 17

Hình 1.12. Xe buýt chạy bằng CNG tại Thành phố Hồ Chí Minh.................................. 18

Hình 1.13. Mẫu xe điện Tesla model S........................................................................... 19

Hình 1.14. Toyota Prius, mẫu xe hybrid bán chạy nhất trên thế giới ............................. 20

Hình 1.15. Mẫu xe Immortus đang được nghiên cứu phát triển ..................................... 21

Hình 1.16. Ô tô điện của hãng Nissan............................................................................. 22

Hình 1.17. Ô tô điện sử dụng ở Chicago......................................................................... 22

Hình 1.18. Xe đạp điện của Vinfast sản xuất.................................................................. 22

Hình 1.19. Tàu điện tự hành tốc độ cao tuyến Paris – Lyon........................................... 23

Hình 1.20 Tàu điện ngầm tiện dụng ở Pháp.................................................................... 23

Hình 1.21. Xe điện của hãng Mai Linh ở Đà Lạt............................................................ 24

Hình 1.22. Xe điện sử dụng trong sân golf ..................................................................... 24

Hình 1.23. Hệ thống điện và điều khiển trên ô tô điện hiện đại...................................... 25

Hình 1.24. Nguyên lý làm việc của ô tô sử dụng năng lượng mặt trời ........................... 28

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

Hình 2.1: Một cell pin mặt trời........................................................................................ 30

Hình 2.2. Các loại cấu trúc tinh thể của pin mặt trời ...................................................... 31

Hình 2.3. Các vùng năng lượng....................................................................................... 33

Hình 2.4. Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời.......................................... 34

Hình 2.5. Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời và sơ đồ điển hình lắp đặt hệ

thống điện pin mặt trời nối lưới....................................................................................... 36

Hình 2.6. Tháp năng lượng mặt trời................................................................................ 37

Hình 2.7. Thiết bị sấy khô dùng năng lượng mặt trời ..................................................... 38

Hình 2.8. Thiết bị chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời......................................... 39

Hình 2.9. Động cơ Stirling dùng năng lượng mặt trời .................................................... 39

Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời trên mô hình ........................................ 40

Hình 2.11. Hình ảnh cách bố trí 2 tấm pin mặt trời ........................................................ 40

Hình 2.12. Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời ......................................................... 41

Hình 3.1: Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên xe ...................................................................... 42

Hình 3.2. Đường đặc tính cơ của 3 loại động cơ điện..................................................... 45

Hình 3.3. Động cơ điện 48V-350W ................................................................................ 45

Hình 0.4. Kết cấu của động cơ điện MY1020ZX.................................................................. 46

Hình 0.5. Bộ điều khiển động cơ điện............................................................................. 46

Hình 0.6. Sơ đồ đấu nối mạch điện bộ điều khiển động cơ điện .................................... 47

Hình 0.7. Sơ đồ đấu nối tiếp 2 bình ắcquy (12V- 35AH) ............................................... 49

Hình 4.1. Sơ đồ tổng thể mô hình ................................................................................... 50

Hình 4.2. Sơ đồ các bước thược hiện lắp ráp mô hình.................................................... 51

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel. .......................................9

Bảng 2.1. Cơ cấu nguồn điện năng lượng mặt trời theo Quy hoạch điện VII..........35

Bảng 2.2. Tiềm năng lý thuyết của năng lượng mặt trời ..........................................36

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình xe điện sử dụng pin mặt trời phục vụ học

tập

- Mã số: T2019 - 06 - 120

- Chủ nhiệm: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

- Thành viên tham gia: Không

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng

- Thời gian thực hiện: Từ tháng 8 năm 2019 đến tháng 8 năm 2020

2. Mục tiêu:

- Chế tạo hoàn chỉnh mô hình ô tô sử dụng năng lượng mặt trời.

- Chạy thử nghiệm và đánh giá kết quả của hệ thống.

3. Tính mới và sáng tạo:

Kết hợp hai nguồn năng lượng từ ắc quy và pin mặt trời để cung cấp cho hệ

thống điều khiển mô hình ô tô phục vụ học tập

4. Tóm tắt kết quả nghiên cứu:

Thiết lập được cơ sở thiết kế hệ thống truyền động và điều khiển ô tô điện cỡ

nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời, chế tạo được mô hình tạo tiền đề cho việc nghiên

cứu chế tạo xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời

5. Tên sản phẩm:

- Mô hình hệ thống truyền động trên ô tô cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời

- Báo cáo tổng kết

- Bài báo “Tổng quan về ứng dụng năng lượng mặt trời cho hệ thống điều

hòa không khí trên ô tô” đăng trên Tạp chí Khoa học & Công nghệ Tập 225,

số 06, 2020 - Đại học Thái Nguyên

6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp

dụng:

Đề tài đã thiết lập được cơ sở thiết kế hệ thống truyền động và điều khiển ô

tô điện cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời, chế tạo được mô hình tạo tiền đề cho

việc nghiên cứu chế tạo xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời

Đề tài hướng đến việc ứng dụng các thiết bị thực tế trong quá trình giảng dạy

thực hành cho sinh viên chuyên ngành, đồng thời tăng cường số tín chỉ học thực

hành trong chương trình môn học.

4

7. Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

Pin naêng löôïng maët trôøi

Coâng

taéc

phanh

ñieän

Khoùa

ñieän

Baøn

ñaïp

ga

Caàn

ñaûo

chieàu

?C QUY

12V

20AH

IC

MOTOR

Sơ đồ hệ thống điều khiển và truyền động mô hình xe điện sử dụng năng lượng mặt trời

Mô hình thực tế

Ngày 20 tháng 06 năm 2020

Hội đồng KH&ĐT đơn vị

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên)

Hồ Trần Ngọc Anh

XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

5

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:

Project title: Design and manufacture electric vehicle models using solar cells

for education

Code number: T2019 - 06 - 120

Coordinator: MSc Ho Tran Ngoc Anh

Implementing institution: University of Technology and Education, The

University of Danang

Duration: from August 2019 to August 2020

2. Objective(s):

- Complete manufacturing of automobile models using solar energy

- Run tests and evaluate the results of the system.

3. Creativeness and innovativeness:

- Combining two sources of energy from batteries and solar cells to supply

the car model control system for learning

4. Research results:

- Establishing the basis for designing the power transmission and control

system of small electric cars using solar energy, creating a model to create a

premise for the research and manufacture of small cars using solar energy

5. Products:

- Drive system model of small cars using solar energy

- Final Report;

- Article published in scientific journal.

6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:

The project has established the basis for designing the powertrain and control

system of small electric cars using solar energy, creating a model to create a

premise for the research and manufacture of small cars using Solar

The thesis aims to apply practical equipment in hands-on teaching process

for specialized students, while increasing the number of hands-on credits in the

subject curriculum.

6

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

1

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài:

Tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường là hai vấn đề được quan tâm hiện nay.

Tiêu hao nhiên liệu, ô nhiễm môi trường chính là từ các ngành công nghiệp và khí thải từ

động cơ đốt trong. Vì thế ngày nay hàng loạt các công ty sản xuất ô tô, xe máy, động cơ

đốt trong... khi sản xuất phải đảm bảo thành phần khí xả đáp ứng được tiêu chuẩn bảo vệ

môi trường. Một số giải pháp được nhiều nhà khoa học nghiên cứu là sử dụng nhiên liệu

thay thế, đặc biệt là các loại nhiên liệu sạch. Xe chạy bằng điện chính là giải pháp tốt để

giảm ô nhiễm môi trường và nguồn năng lượng điện là nguồn năng sạch lấy từ các tấm

pin năng lượng mặt trời. Tuy nhiên xe điện sử dụng năng lượng mặt trời chưa phổ biến ở

Việt Nam và trên thế giới vì giá thành quá đắt. Bên cạnh đó các mô hình xe điện sử dụng

pin năng lượng mặt trời để cho sinh viên thực tập tại các trường đại học còn nhiều hạn

chế. Chính vì thế đề tài Thiết kế, chế tạo mô hình xe điện sử dụng pin mặt trời phục vụ

học tập là thực sự cấp thiết về trang thiết bị thực tập, đáp ứng về xu thế phát triển nguồn

nhiên liệu mới và giảm ô nhiễm môi trường.

Mục tiêu đề tài:

- Chế tạo hoàn chỉnh mô hình ô tô sử dụng năng lượng mặt trời.

- Chạy thử nghiệm và đánh giá kết quả của hệ thống.

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu:

- Nghiên cứu mô hình ô tô điện cỡ nhỏ phục vụ học tập

Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm trên mô hình tự chế.

Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận:

- Tiến hành nghiên cứu lý thuyết.

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

2

- Chế tạo mô hình để nghiên cứu thực nghiệm.

Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm.

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

3

Chương 1- TỔNG QUAN

Sự phát triển của các loại ô tô sử dụng động cơ đốt trong là một trong những thành

tựu lớn nhất của công nghệ hiện đại. Ngành công nghiệp ô tô đã có những đóng góp to

lớn vào sự phát triển của xã hội, đáp ứng nhu cầu đi lại và vận tải trong cuộc sống hàng

ngày. Sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp ô tô, không giống như của

bất kỳ ngành công nghiệp khác, để lại dấu ấn sự tiến bộ của xã hội con người từ những

thời kỳ đầu công nghiệp đến một xã hội công nghiệp phát triển như ngày nay. Ngành

công nghiệp ô tô và các ngành công nghiệp phụ trợ của nó tạo thành xương sống của nền

kinh tế với việc tạo ra hàng triệu việc làm trên toàn thế giới. Tuy nhiên, với số lượng ô tô

lớn sử dụng trên khắp thế giới đã và đang gây ra các vấn đề nghiêm trọng về môi trường

và cuộc sống của chính con người. Ô nhiễm không khí, sự nóng lên toàn cầu và sự suy

giảm nhanh chóng các nguồn tài nguyên dầu mỏ của trái đất bây giờ là vấn đề quan tâm

hàng đầu. Trong những năm gần đây, nhiều cuộc nghiên cứu và phát triển các hoạt động

liên quan đến giao thông vận tải đã thúc đẩy sự phát triển các công nghệ với hiệu suất

cao, thân thiện môi trường và an toàn trong giao thông vận tải. Xe điện, xe điện lai ghép

và xe sử dụng pin nhiên liệu đã được đề xuất để thay thế trong tương lai gần. Chương này

sẽ đưa ra một số dẫn chứng và đánh giá các vấn đề về ô nhiễm không khí, lượng phát thải

khí gây nóng lên toàn cầu và sự suy giảm nguồn tài nguyên dầu khí. Đồng thời cũng cung

cấp một số nhận xét về sự phát triển, xu hướng của ngành công nghiệp ô tô trên thế giới

1.1. TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU HIỆN NAY

1.1.1. Tổng quan tình hình năng lượng

Đại đa số các loại nhiên liệu sử dụng cho giao thông vận tải là nhiên liệu lỏng có

nguồn gốc từ dầu mỏ. Dầu mỏ là một nhiên liệu hóa thạch, là kết quả từ sự phân hủy của

sự sống đã bị chôn vùi hàng triệu năm trước trong lớp địa chất ổn định. Quá trình này bao

gồm các khoảng thời gian sau đây: sinh vật (chủ yếu là cây) chết và dần dần được bao

phủ bởi lớp trầm tích, theo thời gian các trầm tích tích lũy tạo thành lớp dày và biến đổi

thành đá. Các thành phần này bị chôn vùi xuống sâu dưới lòng đất hay đại dương, nơi

chúng gặp áp suất và nhiệt độ cao và từ từ biến đổi thành các hydro cacbon hoặc than, tùy

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

4

thuộc vào tính chất của chúng mà quá trình này mất hàng triệu năm. Điều này lý giải tại

sao tài nguyên nhiên liệu hóa thạch của trái đất hữu hạn. Lượng dự trữ được các định từ

thông tin khảo sát địa chất và kỹ thuật cho thấy một cách hợp lý rằng chắc chắn khó có

thể phục hồi trong tương lai gần với tốc độ phát triển của nền kinh tế phát triển nhanh

chóng như hiện tại.

Lượng dự trữ dầu mỏ tính theo năm khai thác được xác định trong ước tính hằng

năm của tổ chức đánh giá trạng thái năng lượng của thế giới (hình 1.1) đặc trưng bởi tỉ lệ

R/P. Tỷ lệ R/P (Reserves/ Productions) là số năm mà lượng dầu mỏ dự trữ được xác định

sẽ cạn kiệt nếu khai thác tiếp tục ở mức hiện nay.

Hình 1.1. Biểu đồ tỉ lệ R/P [Năm] theo khu vực năm 2017 và biểu đồ lịch sử thay

đổi giai đoạn 1997 – 2017

Trong đó:

Bắc Mỹ

Trung đông

Nam và Trung Mỹ

Châu Âu

Châu Phi

Châu Á - Thái Bình Dương

Liên Bang Nga

Ở một số vùng mà khí hậu và mối quan tâm sinh thái là trở ngại lớn để tiến hành khai

thác hoặc khảo sát dầu mỏ thì việc dự toán, xác định chính xác lượng dự trữ tất cả của trái

đất là một nhiệm vụ khó khăn vì lý do chính trị và kỹ thuật.

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

5

Mặc dù tỷ lệ R/P không bao gồm những khám phá trong tương lai, nhưng đó là một dữ

liệu quan trọng đánh giá thực trạng để có những giải pháp kịp thời.

Hình 1.2. Tổng lượng dầu tiêu thụ theo khu vực trên thế giới [tỉ tấn] giai đoạn từ

1992 – 2017

Châu Á - Thái Bình Dương

Châu Phi

Châu Âu

Nam và Trung Mỹ

Bắc Mỹ

Trung đông

Liên Bang Nga

Nội dung hình 1.2 cho thấy trữ lượng và xu hướng tiêu thụ dầu của các khu vực

trên thế giới hằng ngày. Mặc dù lượng dầu tiêu thụ ở khu vực Đông Âu và Liên Bang

Nga giảm nhẹ nhưng xu hướng chung tiêu thụ dầu của thế giới rõ ràng đang tăng lên đều

đặn và với tốc độ nhanh chóng, như minh hoạ trong hình 1.2 cho thấy lượng tiêu thụ đã

tăng từ 68 tỉ tấn lên đến 98 tỉ tấn từ năm 1992 – 2017, tăng 44,1% trong vòng 25 năm.

Khu vực phát triển nhanh nhất là Châu Á - Thái Bình Dương, lý do là hầu hết dân

số thế giới sống ở đây và khu vực này cũng bao gồm hầu hết các quốc gia đang trên đà

phát triển mạnh trong đó có Việt Nam. Một vụ bùng nổ tiêu thụ dầu đã và đang xảy ra, đi

kèm theo đó là tỉ lệ tăng lên lượng phát thải các chất ô nhiễm môi trường và carbon

dioxide gây ra mối lo ngại về vấn đề bảo vệ môi trường và hệ sinh thái trên toàn thế giới.

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

6

1.1.2. Tình hình ô nhiễm không khí

1.1.2.1. Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không phải riêng

của một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh

hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Hàng năm, con người khai thác và sử dụng

hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng thải vào môi trường một khối lượng

lớn các chất thải khác nhau như: chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp

làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng.

Theo định nghĩa của các nhà khoa học “Ô nhiễm không khí là sự có mặt một chất lạ

hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không

sạch hoặc gây sự toả mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa (do bụi)”.

Dưới đây là số liệu thống kê hàng năm khối lượng các chất thải có:

- 20 tỉ tấn CO₂

- 1,53 triệu tấn SiO₂

- Hơn 1 triệu tấn Niken

- 700 triệu tấn bụi

- 1,5 triệu tấn Asen

- 900 tấn Coban

- 600.000 tấn kẽm (Zn), thuỷ ngân (Hg), hơi chì (Pb) và các chất độc hại

khác.

Ô nhiễm môi trường khí quyển tạo nên sự ngột ngạt và "sương mù", gây nhiều bệnh

tật ở người. Nó còn tạo ra mưa axít làm huỷ diệt rừng và các cánh đồng.

Điều đáng lo ngại nhất là con người thải vào không khí các loại khí độc như: CO₂,

NO_X, CH₄, CFC gây hiệu ứng nhà kính. Theo nghiên cứu, chất khí quan trọng gây hiệu

ứng nhà kính là CO₂, nó đóng góp 50% vào việc gây hiệu ứng nhà kính, CH₄là 13%,

Ozon tầng đối lưu là 7%, Nitơ 5%, CFC là 22%, hơi nước ở tầng bình lưu là 3% ...

Nếu như chúng ta không ngăn chặn được hiện tượng hiệu ứng nhà kính thì trong vòng

30 năm tới mặt nước biển sẽ dâng lên từ 1,5 – 3,5 m. Nhiệt độ trung bình của trái đất sẽ

tăng khoảng 3,6°C, và mỗi thập kỷ sẽ tăng 0,3°C. Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong

vòng hơn 130 năm qua nhiệt độ trái đất tăng 0,4°C. Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu

được tổ chức gần đây, các nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm

2050 nhiệt độ của trái đất sẽ tăng thêm 1,5 – 4,5°C nếu con người không có biện pháp

hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

7

quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ôzôn gây hậu quả xấu cho sức khoẻ của con người và

các sinh vật sống trên mặt đất.

1.1.2.2. Các nguồn gây ô nhiễm không khí

a. Nguồn tự nhiên

Hình 1.3. Nguồn khí thải do cháy rừng

- Núi lửa: Núi lửa phun ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sunfua,

mêtan và những loại khí khác.

- Cháy rừng: Các đám cháy rừng và đồng cỏ thường lan truyền rộng, phát thải nhiều

bụi và khí.

- Bão bụi: gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và gió

thổi tung lên thành bụi. Nước biển bốc hơi và cùng với sóng biển tung bọt mang theo bụi

muối lan truyền vào không khí.

- Các quá trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên: phát thải nhiều chất

khí, các phản ứng hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua, nitrit, các

loại muối v.v...Các loại bụi, khí này đều gây ô nhiễm không khí.

b. Nguồn nhân tạo

Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công nghiệp,

đốt cháy nhiên liệu hoá thạch và hoạt động của các phương tiện giao thông.

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

8

Hình 1.4. Nguồn khí thải từ ô tô.

Nguồn ô nhiễm công nghiệp do hai quá trình sản xuất gây ra:

- Quá trình đốt nhiên liệu: thải ra rất nhiều khí độc đi qua các ống khói của các nhà

máy vào không khí.

- Do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát: trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các đường

ống dẫn tải. Nguồn thải của quá trình sản xuất này cũng có thể được hút và thổi ra ngoài

bằng hệ thống thông gió.

- Các ngành công nghiệp chủ yếu gây ô nhiễm không khí bao gồm: nhiệt điện, vật

liệu xây dựng, hoá chất và phân bón, dệt và giấy, luyện kim, thực phẩm ….

Các hợp chất ô nhiễm chính trong khí thải có thể chia làm hai nhóm: khí và hạt rắn.

Người ta phân biệt các chất ô nhiễm sơ cấp được thải ra từ các nguồn xác định (CO, HC,

…) với các chất ô nhiễm thứ cấp (O₃, …) được sản sinh ra từ các phản ứng giữa các chất

ô nhiễm sơ cấp với nhau dưới tác động của điều kiện môi trường như bức xạ mặt trời.

Nhìn chung chất gây ô nhiễm môi trường thải ra từ động cơ gồm các chất sau:

- Dioxyde de carbone (CO₂), sản phẩm của quá trình oxi hóa hoàn toàn nhiên liệu

- Monoxyde de carbone (CO), đến từ quá trình oxi hóa không hoàn toàn nhiên liệu

- Oxyde d’azote (NO_x), gồm: monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d'azote (NO₂).

- Các hạt rắn, sản phẩm của các quá trình hình thành phức tạp.

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

9

- Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (COV-composés organiques volatils), là các hợp

chất hóa học hữu cơ có áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện bình thường có thể bay

hơi một lượng đáng kể vào không khí. Về thành phần COV là sự kết hợp giữa các

hydrocarbure (như alcane, alcène, aromatique,..)

- Các hợp chất hữu cơ đa vòng (hydrocarbures aromatiques polycycliques – HAP),

như benzoapyrene

- Dioxyde de sulfure (SO₂), hình thành từ lưu huỳnh có sẵn trong nhiên liệu.

- Các kim loại, có trong dầu và nhiên liệu.

* Thành phần khí thải của động cơ Diesel

Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thành năng lượng

cơ học. Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong quá trình cháy lý tưởng, nó chỉ

sinh ra CO₂và H₂O. Trong thực tế người ta quan sát thấy một vài sản phẩm khí và rắn

khác. Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của các tạp chất chứa trong các HC

(như các hợp chất chứa lưu huỳnh) và mặt khác liên quan đến sự phức tạp của các phản

ứng hóa học xảy ra trong quá trình cháy. Bảng 1.1 sau giới thiệu thành phần điển hình

của khí thải động cơ Diesel:

Bảng 1.1: Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel

CO₂

H₂O

O₂

2÷12%

3÷17%

NO_X

HC

50÷1000ppm

20÷300 ppm

10÷500 ppm

10÷30 ppm

≈3 ppm

CO

SO₂

N₂O

* Các thành phần khí thải từ động cơ xăng

- HC (unburned hydro cacbon)

- CO (carbon monoxide)

- NO_x(nitơ oxit)

- CO₂(carbon dioxide) và H₂O

- SO_x(oxit lưu huỳnh) sẽ được tạo ra khi lưu huỳnh (S) trong nhiên liệu được ràng

buộc với oxy (O) trong không khí do cháy, nếu nhiên liệu có chứa lưu huỳnh. Tuy nhiên,

kể từ khi xăng hiện nay là desulfurized gần như hoàn toàn, SOx không được đánh giá là

thành phần của lượng phát thải tự động ngay bây giờ.

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh