Những phương pháp và công nghệ xử lý khí thải ô tô hiện nay

Số lượng ô tô được sử dụng trên thế giới ngày càng tăng, kéo theo đó là các mối nguy hại từ khí thải ra của các phương tiện này khi chúng có thể xâm nhập vào da, phổi và tác động đến các cơ quan trong cơ thể con người. Bên cạnh đó, các khí thải ô nhiễm từ ô tô phát tán ra môi trường, có khả năng phân tách hay kết hợp tạo ra nhiều hợp chất độc hại khiến hiệu ứng nhà kính gia tăng, dẫn đến biến đổi khí hậu ngày càng đe dọa sức khỏe và cuộc sống con người. Vậy làm sao để xử lý khí thải ô tô một cách hiệu quả hướng đến nền công nghiệp xanh? Để trả lời câu hỏi này, trong bài viết dưới đây, RX Tradex tổng hợp thông tin về những phương pháp và công nghệ xử lý khí thải ô tô hiện nay, giúp doanh nghiệp dễ dàng tham khảo.

1. Những phương pháp và công nghệ xử lý khí thải ô tô hiện nay.

Các công nghệ thiết kế động cơ nhằm giảm phát thải khí độc hại.

Việc cải tiến động cơ chính là bước đầu tiên quan trọng để làm giảm ô nhiễm do các khí thải: Oxit Nitơ (NOx), carbon mono-oxide (CO), oxit lưu huỳnh (SOx), hydro-carbon (HC) và bụi mịn (PM) tạo ra. Một số công nghệ xử lý khí thải ô tô mới được dùng kết hợp với các động cơ tân tiến nhằm tiết kiệm nhiên liệu và hiệu suất, đồng thời đáp ứng các quy định về khí thải như:

• Làm mát không khí nạp: Giữ nhiệt độ không khí nạp thấp không chỉ giúp giảm tạo ra NOx mà còn cải thiện độ bền của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và chi phí lắp đặt thấp hơn.
• Giải pháp trong xi lanh: Bao gồm một số phương pháp sau:
  • Thiết kế nắp máy và đỉnh pít tông tạo hiệu ứng lốc xoáy, tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí tốt hơn, thời gian đốt cháy nhiên liệu nhanh hơn. Cách này áp dụng cho động cơ phun xăng trực tiếp hoặc diesel.
  • Đánh lửa nén trộn sẵn (PCI): Cải tiến cách phun nhiên liệu để làm giảm nhiệt độ buồng đốt, giúp giảm tạo ra NOx mà không cần sử dụng tuần hoàn khí thải.
• Tuần hoàn khí thải (EGR): Một phương pháp xử lý chất thải hiệu quả để giảm nhiệt độ đốt cháy trong buồng đốt nhờ tuần hoàn khí thải trở lại đường ống nạp và trộn với không khí mới đi vào. Nhờ đó giúp giảm nồng độ NOx, đồng thời nâng cao hiệu suất động cơ.
• Tăng áp: Sử dụng bộ tăng áp tiêu chuẩn hoặc tăng áp thải làm tăng mật độ không khí đi vào xi lanh, do đó giúp hiệu suất thể tích cao hơn so với hút tự nhiên. Từ đó, động cơ đốt cháy được nhiều nhiên liệu hơn, tạo ra công suất cao và giảm khí thải hơn. Ngoài ra còn có bộ tăng áp hình học biến thiên VGT giúp thúc đẩy quá trình tuần hoàn khí thải, điều chỉnh lượng khí trộn với không khí trong lành, giúp tối đa hóa công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm.
• Hệ thống phun nhiên liệu: Thời gian phun ngắn hơn nhưng tăng số lần và áp suất phun nhiên liệu cao hơn, kết hợp với các công nghệ kiểm soát NOx như EGR có thể giúp hạn chế lượng khí thải như: Bụi mịn (PM), NOx, HC và CO.
• Xử lý sau/hậu xử lý (After Treatment): Có nhiều phương pháp: Khử xúc tác chọn lọc (SCR), chất xúc tác Lean-NOx (Lean-NOx catalyst), chất xúc tác oxy hóa diesel (DOC), bộ lọc hạt diesel hoạt động (DPF). Mỗi giải pháp này sẽ có một số tác động cụ thể như: Giảm tạo ra các loại khí thải khác nhau từ NOx, CO, HC, PM và cả các phân tử hữu cơ dễ bay hơi VOF, hoặc thậm chí khử được lưu huỳnh khỏi chất xúc tác, lọc các hạt trong khí thải trước khi thải ra.

Các phương pháp giảm ô nhiễm khí thải ô tô bằng việc sử dụng nhiên liệu và dầu bôi trơn phù hợp.

Nhiên liệu và dầu bôi trơn tác động lớn đến đặc tính khí thải, khả năng ô nhiễm khí thải của động cơ đốt trong, cụ thể một số giải pháp như sau:

• Dầu bôi trơn: Chất bôi trơn có độ nhớt thấp rất quan trọng trong việc giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng CO2. Tuy nhiên phải đảm bảo hạn chế các chất độc xúc tác như: Lưu huỳnh, phốt pho, tro vô cơ,… và các yếu tố khác để đảm bảo độ bền và hiệu suất của công nghệ kiểm soát khí thải.
• Nhiên liệu thay thế: Mục tiêu giảm phát thải CO2 bằng cách tăng vòng đời của chất này, hoặc tác động lên các chất gây ô nhiễm như: PM, NOx, SOx,… mà không cần tới bước hậu xử lý.
• Phụ gia nhiên liệu: Chất phụ gia cetane giúp đảm bảo chất lượng đánh lửa ổn định và có thể dự đoán được, phụ gia làm sạch kim phun và phụ gia bôi trơn nhằm làm cho các bộ phận của hệ thống phun nhiên liệu sạch sẽ, giảm mài mòn để đảm bảo độ bền lâu dài và hiệu suất ổn định, hoặc phụ gia hỗ trợ tái tạo bộ lọc hạt diesel,…

Phương pháp giúp xử lý khí thải ô tô sử dụng các hệ thống phụ trợ.

Hệ thống phụ trợ sử dụng các công nghệ điều khiển, chẩn đoán và truyền động tiên tiến nhằm hỗ trợ các động cơ giảm phát thải ra môi trường quá mức, giảm tiêu thụ nhiên liệu, nâng cao hiệu suất, như:

• Phương pháp lai tạo (Hybridization): Lai tạo với hệ thống dẫn động điện bằng pin có thể giúp động cơ hoạt lâu hơn với hiệu suất cao hơn và giảm tiêu hao nhiên liệu.
• Hệ thống chẩn đoán lỗi trên xe OBD: Nhằm phát hiện các trục trặc có thể khiến lượng khí thải ra vượt quá ngưỡng xác định.
• Hệ thống điều khiển điện tử: Kiểm soát chính xác nhiều loại khí thải và đảm bảo các bộ phận điều khiển hệ thống truyền động có thể được duy trì hoạt động trong suốt thời gian sử dụng của xe.
  • Trong động cơ diesel sẽ có: Điều khiển EGR, tăng áp suất nạp, điều khiển thời điểm phun nhiên liệu và quá trình đốt cháy, định lượng urê, quản lý nhiệt độ để đảm bảo hiệu quả giảm phát thải cao, điều khiển hệ thống tích hợp.
  • Trong động cơ SI bao gồm: Điều khiển tỷ lệ không khí/nhiên liệu, thời điểm đánh lửa, tốc độ không tải, quản lý nhiệt độ để đảm bảo khởi động nhanh và hiệu quả giảm phát thải cao, điều khiển hệ thống tích hợp.

Các công nghệ xử lý khí thải ô tô độc hại trước khi phát tán vào môi trường.

Đây là giải pháp nhằm đảm bảo lượng chất ô nhiễm độc hại có trong khí thải, trước khi ra môi trường phải nhỏ hơn nồng độ cho phép, được quy định trong các điều luật. Một số công nghệ xử lý khí thải ô tô phổ biến hiện nay gồm:

Trong động cơ đánh lửa nén diesel có các phương pháp, công nghệ xử lý chất thải tiềm năng sau:

• Chất xúc tác oxy hóa diesel (DOC): Trong các động cơ hiện đại, được dùng làm chất xúc tác phụ trong hệ thống hậu xử lý SCR/DPF, giúp giảm lượng khí thải HC/CO cao, chuyển đổi chỉ số PM từ thấp đến trung bình. Quá trình oxy hóa NO thành NO2 giúp nâng cao hiệu suất của hệ thống SCR/DPF.
• Chất xúc tác oxy hóa hạt: Ứng dụng trong các động cơ xe tải, giảm giúp phát thải PM tới 50%.
• Bộ lọc hạt diesel: Công nghệ lọc khí thải ô tô phổ biến trong nhiều loại động cơ khác nhau, giảm hơn 90% lượng phát thải PM.
• Chất xúc tác urê SCR: Giúp giảm hơn 90% khí thải NOx.
• Chất xúc tác hấp phụ NOx: Giúp giảm tới 70-90% NOx tùy thuộc vào chu kỳ truyền động.
• Chất xúc tác Lean-NOx: Giảm NOx 10-20% trong hệ thống thụ động và lên tới 50% trong hệ thống chủ động.

Trong động cơ đánh lửa SI có các phương pháp, công nghệ sau:

• Chất xúc tác oxy hóa (OC): Giảm phát thải HC và CO hơn 90%.
• Chất xúc tác ba chiều (TWC): Là công nghệ kiểm soát khí thải động cơ xăng quan trọng nhất, được sử dụng rộng rãi trên các động cơ SI cân bằng hóa học (stoichiometric) trên toàn thế giới, giúp giảm phát thải NOx, HC và CO lên đến 90%.
• Chất xúc tác hấp phụ NOx: Được sử dụng trong các loại xe hạng nhẹ phun xăng trực tiếp (GDI), giúp giảm 70-90% NOx.
• Bộ lọc hạt xăng: Sử dụng cho các xe GDI hạng nhẹ, giảm hơn 90% phát thải PN.

2. Các mẹo làm giảm thiểu lượng khí thải ra môi trường mà chủ phương tiện có thể thực hiện.

Ngoài các công nghệ xử lý khí thải ô tô tiên tiến do các tập đoàn xe hơi hay các nhà khoa học nghiên cứu ở trên thì chính các chủ phương tiện cũng có thể sử dụng các biện pháp đơn giản giúp giảm thiểu tối đa lượng khí thải độc hại ra môi trường như:

• Thay bộ lọc nhiên liệu: Đây là bộ lọc khí thải ô tô có tác dụng loại bỏ cặn bẩn, gỉ sắt cho xăng, dầu trước khi đi vào động cơ. Bộ lọc này dễ bị tắc với bụi bẩn theo thời gian, khiến nhiên liệu không sạch, làm cho động cơ đốt nhiều xăng, dầu hơn và tăng lượng khí thải phát ra.
• Thay dầu nhớt định kỳ: Nếu tài xế để quá lâu mới thay dầu, xe có khả năng gặp tình trạng đốt dầu. Khi đó, xe sẽ thải nhiều khói và khí độc hại hơn vào môi trường.
• Định kỳ vệ sinh và thay bộ lọc khí: Đây là bộ lọc khí thải ô tô có tác dụng làm sạch không khí đi vào động cơ. Nếu bộ lọc khí bẩn, không khí sẽ khó luồn qua động cơ. Điều này khiến xe đốt xăng nhiều hơn, từ đó làm tăng lượng khói thải ra không khí.
• Dùng van PCV mới: Van PCV giúp kiểm soát khí thải trong động cơ ôtô. Nếu van bị cũ hoặc quá bẩn và bị tắc nghẽn với dầu cũ, sẽ mất chức năng ngăn cản quá trình giảm phát thải.
• Lựa chọn phương tiện: Ưu tiên sử dụng các dòng xe ô tô ít hao tốn nhiên liệu và thân thiện với môi trường.
• Thường xuyên kiểm tra lốp ô tô: Lốp xe quá mềm cũng gây cản trở lớn, động cơ cần nhiều nhiên liệu hơn để vận hành nên cũng gây tăng lượng khí thải ra môi trường.
• Chở đúng trọng tải quy định: Điều này giúp xe ô tô hoạt động đúng công suất và tiêu hao nhiên liệu hợp lý, hạn chế được lượng khí thải ra hơn.

3. Tổng kết.

Như vậy bài viết đã cung cấp thông tin về những phương pháp và công nghệ xử lý khí thải ô tô hiện nay, vai trò của mỗi nhóm trong quá trình giảm thiểu chất ô nhiễm phát tán ra môi trường. Hy vọng đã giúp doanh nghiệp có một cái nhìn toàn diện và rõ ràng hơn về lĩnh vực xử lý khí thải ô tô, cách ứng dụng cho việc phát triển công nghệ xanh trong tương lai. Trong nhằm giúp doanh nghiệp Việt hội nhập vào chuỗi cung ứng toàn cầu và nâng tầm thương hiệu Việt trong ngành quản lý chất thải nói chung, RX Tradex tổ chức Triển lãm Công nghệ xử lý và Tái chế chất thải. Ngoài ra cũng nhằm mục đích trên, RX Tradex còn thực hiện 3 Triển lãm Quốc tế hàng đầu khu vực là: Vietnam Manufacturing Expo, METALEX Vietnam, và NEPCON Vietnam trong năm 2023.