đánh giá ảnh hưởng của co2 và n2 đến đặc tính cháy của khí metan

Tuy nhiên, hiểu biết về ảnh hưởng của các khí khác như CO2 và N2 đến đặc tính cháy của khí Metan là quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tác động tiêu cực đối với môi trường.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐẶC TÍNH CHÁY CỦA KHÍ METAN

Người hướng dẫn : TS Nguyễn Minh Tiến Sinh viên thực hiện : 1Trần Văn Chương 2Trần Ngọc Hoàng Long

3Vũ Đình Khoa Mã sinh viên : 12050421200116

22050421200163 32050421200158 Lớp : 223DATNKSDL01

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐẶC TÍNH CHÁY CỦA KHÍ METAN

Người hướng dẫn : TS Nguyễn Minh Tiến Sinh viên thực hiện : 1Trần Văn Chương 2Trần Ngọc Hoàng Long

3Vũ Đình Khoa Mã sinh viên : 12050421200116

22050421200163 32050421200158 Lớp : 123DATNKSDL01

Đà Nẵng, 06/2024

Tên đề tài: Đánh giá ảnh hưởng của CO2 và N2 đến đặc tính cháy của khí Metan

Tóm tắt nội dung đồ án như sau:

Nhiên liệu hóa thạch đang gây biến đổi khí hậu và đang cạn kiệt Ngành giao thông vận tải tiêu thụ nhiên liệu này lớn và gây ô nhiễm môi trường Cần tìm giải pháp thay thế sạch và bền vững Vì vậy đây là một đề tài quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật ô tô và là một loại nhiên liệu khí thiên nhiên, được đánh giá là một phương tiện tiềm năng trong tương lai do tính hiệu quả và ít gây hại Tại Việt Nam, chưa có nhiều nghiên cứu về CH4 và các hỗn hợp liên quan Tuy nhiên, với thách thức về biến đổi khí hậu, cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch và tiêu chuẩn khí xả nghiêm ngặt, việc nghiên cứu về sử dụng khí metan thay thế cho nhiên liệu truyền thống là rất quan trọng Điều này giúp giảm phát thải khí CO2 và N2 xử lý chất thải hiệu quả, và hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050

Khí metan là một hydrocarbon đơn giản và là thành phần chính của khí tự nhiên Khí metan là một loại khí có tốc độ cháy của metan là tương đối cao, điều này có nghĩa là phản ứng cháy của nó diễn ra rất nhanh và giải phóng năng lượng mạnh mẽ Vì vậy,

chúng tôi đề xuất đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của khí CO2 và N2 đến đặc tính cháy của khí Metan” để tìm hiểu rõ hơn về vấn đề này Chúng tôi đặt ra câu hỏi về cách mà sự

hiện diện của khí CO2 và N2 trong môi trường ảnh hưởng đến quá trình cháy của khí metan, và liệu có những yếu tố nào có thể làm thay đổi quá trình cháy này Đồ án có thể bao gồm các công cụ thực nghiệm để đo tốc độ cháy, nhiệt độ cháy và sản phẩm cháy khí metan với các nồng độ khác nhau của CO2 và N2 Đề tài kết hợp phương pháp thực nghiệm và mô phỏng số để nghiên cứu quá trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu CH4 Đo áp suất trong buồng cháy ở nhiều điều kiện khác nhau, áp suất 1atm, với các tỷ lệ hòa trộn thay đổi (ϕ = 0.8-1.4) và biến đổi thành phần của các khí trong hỗn hợp nhiên liệu Thiết bị thực nghiệm bao gồm buồng đốt đẳng tích và các thiết bị đo đạc liên quan Đối với phương pháp mô phỏng số, phần mềm Chemkin Pro được sử dụng để mô phỏng dựa trên các cơ chế phản ứng chính từ tài liệu tham khảo Sau đó, so sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng để hiệu chỉnh và tối ưu hóa mô hình cơ chế phản ứng cho hỗn hợp nhiên liệu CH4 /không khí

Kết quả nghiên cứu có thể cung cấp thông tin quan trọng cho việc phát triển và tối ưu hóa các hệ thống đốt trong động cơ để sử dụng khí thiên nhiên làm nhiên liệu Trong bối cảnh nhiên liệu hóa thạch ngày càng trở nên không bền vững, việc nghiên cứu và áp dụng các nhiên liệu thay thế như CH4 trở nên quan trọng trong công cuộc giảm thiểu ô

chỉ mang lại kiến thức mới mẻ cho cộng đồng khoa học mà còn đóng góp vào việc xây dựng chiến lược và chính sách năng lượng bền vững tại Việt Nam, giúp đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 và thúc đẩy sự chuyển đổi đến năng lượng sạch

KHOA CƠ KHÍ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Minh Tiến

Sinh viên thực hiện: Trần Văn Chương Mã SV: 2050421200116 Trần Ngọc Hoàng Long Mã SV: 2050421200163 Vũ Đình Khoa Mã SV: 2050421200158

1 Tên đề tài:

“Đánh giá ảnh hưởng của CO2 và N2 đến đặc tính cháy của khí Metan”

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Các tài liệu liên quan đến đề tài - Tài liệu hướng dẫn sử dụng mô phỏng Chemkin-Pro - Các số liệu ban đầu: các chất CH4, CO2, N2 có độ tinh khiết 99.9%

3 Nội dung chính của đồ án:

- Chương 1: Giới thiệu chung - Chương 2: Tổng quan về khí Metan và khí sinh học - Chương 3: Phương pháp thực nghiệm và mô phỏng đặc tính cháy của hỗn hợp khí Metan, CO2 và N2

- Chương 4: Phân tích kết quả thực nghiệm và mô phỏng - Chương 5: Tối ưu hoá phương trình

- Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

4 Các sản phẩm dự kiến

- Bài báo cáo kết quả thực nghiệm và mô phỏng của đề tài - Các dữ liệu thu được trong quá trình thực nghiệm và mô phỏng

5 Ngày giao đồ án: 6 Ngày nộp đồ án:

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2024

Trong thời đại công nghiệp hiện đại, ngành công nghệ kỹ thuật ô tô đóng vai trò không thể phủ nhận trong việc phát triển và cung cấp các phương tiện giao thông quan trọng cho xã hội Tuy nhiên, sự phát triển của ngành ô tô cũng đặt ra một loạt các thách thức về môi trường, trong đó khí CO2 và N2, như là sản phẩm cháy của động cơ đốt trong, đóng một vai trò quan trọng

Khí Metan, một nguồn nhiên liệu tiềm năng để giảm thiểu phát thải khí nhà kính so với nhiên liệu hóa thạch, đang nhận được sự quan tâm ngày càng tăng từ cộng đồng khoa học và người làm trong ngành ô tô Tuy nhiên, hiểu biết về ảnh hưởng của các khí khác như CO2 và N2 đến đặc tính cháy của khí Metan là quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tác động tiêu cực đối với môi trường

Đồ án tập trung vào việc nghiên cứu và phân tích các ảnh hưởng của khí CO2 và N2 đối với đặc tính cháy của khí Metan trong ngành công nghệ ô tô Bằng việc hiểu rõ hơn về quá trình cháy và tương tác giữa các loại khí này, chúng tôi hy vọng có thể đưa ra những phương pháp và giải pháp mới để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tác động môi trường trong sản xuất và vận hành các phương tiện ô tô

Mặc dù đã rất cố gắng và được sự hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn là thầy Nguyễn Minh Tiến Nhưng trong quá trình thực hiện do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những thiếu sót trong cách hiểu, lỗi trình bày Nhóm em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy để báo cáo đạt được kết quả tốt hơn, giúp chúng em vững vàng hơn trên con đường công tác sau này

Xin chân thành cảm ơn thầy!

Để có được thành quả như ngày hôm nay, chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ quý thầy cô Những gì quý thầy cô truyền đạt cho chúng em không chỉ là chữ mà còn là cả tấm lòng của một người thầy Chúng em xin chân thành cảm ơn đến:

Toàn thể quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu trong bốn năm học đại học vừa qua Không những kiến thức về chuyên ngành ô tô, mà còn có những kiến thực thực tiễn ngoài xã hội

Chúng em xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô ở khoa Cơ Khí Động Lực đã

giúp đỡ tận tình, tạo điều kiện thuận lợi để chúng em sớm hoàn thành đồ án “Đánh giá

ảnh hưởng của khí CO2 và N2 đến đặc tính cháy của khí Metan” Đặc biệt, chúng em

xin chân thành cảm ơn đến thầy T.S Nguyễn Minh Tiến của khoa cơ khí đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp Chúng em xin kính chúc trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng ngày càng lớn mạnh, chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe để tiếp tục cống hiến cho sự nghiệp giáo dục nước nhà

Cuối cùng là lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã động viên khích lệ và tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành nhiệm vụ được giao

Chúng em xin cam đoan đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của khí CO2 và N2 đến đặc tính cháy của khí Metan” là quá trình tìm hiểu, nghiên cứu một cách độc lập của nhóm chúng em dưới sự hướng dẫn và giám sát của Thầy TS Nguyễn Minh Tiến Những số liệu và kết quả nghiên cứu là trung thực, hoàn toàn không sao chép bất kỳ nguồn nào khác Ngoài ra, trong bài báo cáo có sử dụng một số nguồn tài liệu tham khảo đã được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng Toàn bộ nội dung và dữ liệu của bài báo cáo nghiên cứu này chúng em xin được giao lại cho thầy TS Nguyễn Minh Tiến toàn quyền sử dụng

Nhóm chúng em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước thầy TS Nguyễn Minh Tiến về sự cam đoan này

Sinh viên đại diện

Nhận xét người hướng dẫn Nhận xét người phản biện Tóm tắt

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 4

1.1 Ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu 4

1.2 Cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch 12

1.3 An ninh năng lượng 14

1.4 Chiến lược ‘Net-Zero’ Carbon 16

1.4.1 Định nghĩa net-zero Carbon 16

1.4.2 Tầm quan trọng của Net-Zero 17

1.4.3 Việt Nam trong cuộc đua Net-Zero 2050 20

1.5 Vai trò của nhiên liệu thay thế 21

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ KHÍ METAN VÀ KHÍ SINH HỌC 25

2.1 Tính chất của CH4 và khí sinh học 25

2.1.1 Tính chất của CH4 25

2.1.2 Tính chất của khí sinh học 26

2.2 Quá trình sản xuất khí sinh học và nhiên liệu từ khí sinh học 26

2.2.1 Tổng quan về quá trình sản xuất khí sinh học 26

2.2.2 Tổng quan về quá trình sản xuất nhiên liệu từ khí sinh học 29

2.3 Một số khái niệm cơ bản 30

2.3.1 Tỷ lệ hòa trộn tương đương 30

2.3.3 Tốc độ cháy 31

CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG 32

3.1 Phương pháp thực nghiệm 32

3.1.1 Điều kiện thí nghiệm: 32

3.1.2 Thiết bị và sơ đồ bố trí thí nghiệm 32

3.1.2.1 Các thiết bị thí nghiệm: 32

3.1.2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 40

3.1.2 Quy trình thí nghiệm: 41

3.1.2.1 Phương trình hoá học, tính toán số mol từng chất 41

3.1.2.2 Quy trình tiến hành thí nghiệm 41

3.1.3 Xử lý dữ liệu thực nghiệm 44

3.1.3.1 Xử lý nhiễu 44

3.1.3.2 Chuyển đổi điện áp sang áp suất 46

3.1.3.3 Tính toán các thông số cháy cơ bản 46

3.2 Phương pháp mô phỏng 49

3.2.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Ansys ChemKin Pro 49

3.2.2 Các bước mô phỏng trên phần mềm Chemkin Pro 50

CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG 554.1 Nhiệt độ cháy 55

4.2 Phân tích độ nhạy với sự lan truyền ngọn lửa cháy tầng 55

4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ hòa trộn 57

4.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ hòa trộn đến thời gian cháy: 57

4.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ hòa trộn đến áp suất cháy 58

4.3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ hòa trộn đến tốc độ cháy: 58

4.4 Ảnh hưởng của N2 và CO2 đến thời gian cháy 59

4.4.1 Ảnh hưởng của N2 đến thời gian cháy 59

4.4.2 Ảnh hướng của khí CO2 đến thời gian cháy 60

4.5.1 Ảnh hưởng của N2 đến áp suất cháy 60

4.5.2 Ảnh hưởng của CO2 đến áp suất cháy 61

4.6 Ảnh hưởng của CO2 và N2 đến tốc độ cháy tầng 62

4.6.1 Ảnh hưởng của N2 đến tốc độ cháy 63

4.6.2 Ảnh hưởng của CO2 tới tốc độ cháy 63

CHƯƠNG 5 :TỐI ƯU HOÁ PHƯƠNG TRÌNH 65

5.1 Mục đích 65

5.2 Phương pháp tối ưu 65

5.3 Kết quả sau khi tối ưu hoá 67

5.3.1 Kết quả tại tỷ lệ hòa trộn bằng 1 67

5.3.2 Kết quả tại các tỷ lệ hòa trộn khác nhau 72

CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 73

6.1 Kết luận 73

6.2 Hướng phát triển 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74PHỤ LỤC

Danh sách hình vẽ:

Hình 1.1: Ô nhiễm môi trường 4

Hình 1.2: Khói mù ô nhiễm bao phủ dày đặc tại New Delhi Ấn Độ ( 11-2023) 5

Hình 1.3: Chủ đề phục hồi đất chống hạn hán và sa mạc hóa 6

Hình 1.4: Môi trường đất bị nhiễm xâm nhập mặn [1] 7

Hình 1.5: Ô nhiễm môi trường nước [2] 8

Hình 1.6: Các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước 10

Hình 1.7: Tăng trưởng nhu cầu nhiên liệu sinh học theo quốc gia và khu vực, từ 2021-2022 [10] 11

Hình 1.8: Lượng nước biển trong quá khứ và dự đoán tăng dần theo các năm do nóng lên toàn cầu [3] 12

Hình 1.9: Ước tính tiêu thụ năng lượng toàn cầu qua các giai đoạn 13

Hình 1.10: Sản xuất điện trên thế giới bằng các loại nhiên liệu giai đoạn 2005-2030 [8] 14

Hình 1.11: Net zero carbon emissions 2050 16

Hình 1.12: 7 thuộc tính quan trọng để đạt được Net-zero thành công 18

Hình 1.13: Tổng phát thải khí nhà kính từ quá trình đốt nhiên liệu trên mỗi sản phẩm, Thế giới [3] 19

Hình 1.14: Phát thải CO2 toàn cầu theo lĩnh vực, 2019-2022 [6] 19

Hình 1.15: Việt Nam cam kết đạt Net-zero vào năm 2050 20

Hình 1.16: Đầu tư cho năng lượng sạch qua các năm [4] 22

Hình 1.17: Đầu tư hàng năm toàn cầu vào sản xuất điện bằng công nghệ chọn lọc, 2020-2023 [9] 23

Hình 1.18: Tăng trưởng nhu cầu nhiên liệu sinh học theo quốc gia và khu vực, từ 2021-2022 [11] 24

Hình 2.1: Cấu trúc phân tử metan (CH4) [14] 25

Hình 2.2: Lộ trình sản xuất khí sinh học và mục đích sử dụng khác nhau của nó 27Hình 2.3: Lịch sử sản xuất và dự báo lượng khí sinh học toàn cầu 2010-2028 [17] 28

Hình 2.4: Lịch sử và dự báo sản lượng khí sinh học toàn cầu và mục tiêu không phát thải ròng vào năm 2030 [17] 28

Hình 2.5: Sự quan tâm tới CBG [18] 29

Hình 2.6: Sự quan tâm tới LBG [18] 29

Hình 2.7: Xác định thời gian cháy của hỗn hợp 30

Hình 3.1: Buồng đốt và các thiết bị khác 33

Hình 3.2: Máy phát xung GW INSTEK AFG-2225 33

Hình 3.3: Máy hiện sóng số Gwinstek GDS-1104B 34

Hình 3.4: Bơm hút chân không value FY-1N-C 35

Hình 3.5: Bobin đơn có IC và Đế giữ điện cực Omron BS-1 35

Hình 3.6: Ắc quy 12V 36

Hình 3.7: Que điện cực được lắp đặt trực tiếp trong buồng đốt 36

Hình 3.8: Thiết bị hiển thị ADTEX 37

Hình 3.16: Dữ liệu đưa ra sau khi đánh lửa từ máy tạo xung 44

Hình 3.17: Dữ liệu đưa vào phần mềm Matlab thu được từ phương pháp thực nghiệm 44

Hình 3.18: Đoạn code được sử dụng trong phần mềm Matlab 45

Hình 3.19: Kết quả sau khi xử lý nhiễu 45

Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa điện áp và áp suất khi sử dụng cảm biến 0-25 Bar 46

Hình 3.21: Giao diện phần mềm GasEq 48

Hình 3.22: Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm Chemkin Pro 50

Hình 3.23: Chọn và thiết lập các khu vực lưu dữ liệu đầu vào đầu ra 50

Hình 3.24: Thiết lập và cài đặt các thông số 51

Hình 3.25: Chọn sản phẩm khí đầu vào và sau khi kết thúc quá trình đốt cháy 52

Hình 3.26: Giao diện chạy mô phỏng 52

Hình 3.27: Kết quả tốc độ cháy dưới dạng số liệu excel 53

Hình 3.28: Kết quả nhiệt độ cháy Tad dưới dạng đồ thị 53

Hình 3.29: Kết quả độ nhạy dưới dạng excel 54

Hình 4.1: Biểu đồ thể hiện nhiệt độ cháy 55

Hình 4.2: Hệ số độ nhạy 56

Hình 4.3: Chỉ số độ nhạy 30% của CO2 và N2 57

Hình 4.4: Biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ hòa trộn đến thời gian cháy 57

Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của tỷ lệ hòa trộn đến tốc độ cháy 59

Hình 4.7: Biểu đồ ảnh hưởng của N2 đến thời gian cháy 59

Hình 4.8: Biểu đồ ảnh hưởng của CO2 tới thời gian cháy 60

Hình 4.9: Biểu đồ ảnh hưởng của N2 đến áp suất cháy 61

Hình 4.10: Biểu đồ ảnh hưởng của CO2 đến áp suất cháy 62

Hình 4.11: Biểu đồ ảnh hưởng của N2 đến tốc độ cháy 63

Hình 4.12: Biểu đồ ảnh hưởng của CO2 tới tốc độ cháy 64

Hình 5.1: Các phương trình và độ nhạy dưới dạng excel 66

Hình 5.2: Mô hình chuỗi phản ứng bắt buộc khi mô phỏng 66

Hình 5.3: Xoá phương trình trong file Gas- phase kinetics 67

Hình 5.4: Kiểm tra tốc độ cháy 67

Hình 5.5: Biều đồ kiểm tra kết quả tốc độ cháy tại tỷ lệ hòa trộn 1 71

Hình 5.6: Biểu đồ kết quả tại các tỷ lệ hòa trộn khác nhau 72

Danh sách bảng biểu: Bảng 2.1: Tính chất hoá học và vật lý của CH4 [14] 25

Bảng 2.2: Tính chất của thành phần nhiên liệu khí sinh học 26

Bảng 3.1: Điều kiện thí nghiệm 32

Bảng 3.2: Thông số nạp nhiên liệu vào buồng đốt của N2 42

Bảng 3.3: Thông số nạp nhiên liệu vào buồng đốt của CO2 43

Bảng 3.4: Số liệu γ và pe 48

Bảng 3.5: Giá trị các tham số cài đặt trong phần mềm Chemkin Pro 51

Bảng 5.1.a: Nhóm A gồm 100 phương trình độ nhạy đầu tiên 68

Bảng 5.1.b: Nhóm A gồm 100 phương trình độ nhạy đầu tiên 69

Bảng 5.2.a: Nhóm B gồm 100 phương trình độ nhạy tiếp theo 69

Bảng 5.2.b: Nhóm B gồm 100 phương trình độ nhạy tiếp theo 70

Bảng 5.3: Nhóm C gồm 40 phương trình còn lại 71

KÝ HIỆU:

: Tỷ lệ hoà trộn tương đương SL: Tốc độ cháy tầng của hỗn hợp nhiên liệu R: Bán kính trong của buồng đốt hình trụ Pt=to: Áp suất trước thí nghiệm

p0, p: Lần lượt áp suất ban đầu và áp suất tức thời của hỗn hợp pe: Áp suất cân bằng trong điều kiện cháy đoạn nhiệt với thể tích không đổi γ: Tỷ lệ nhiệt dung riêng của hỗn hợp không cháy

c: Hệ số phụ thuộc nhiệt độ áp suất

CHỮ VIẾT TẮT:

WHO: Tổ chức Y tế Thế giới UNEP: Chương trình Môi trường của Liên hợp quốc UNCCD: Theo Công ước Liên hợp quốc về chống sa mạc hóa UNICEF: Quỹ nhi đồng liên hợp quốc

EIA: Cơ quan quản lý thông tin năng lượng của Mỹ Net zero: Không thêm vào tổng lượng khí nhà kính thải ra khí quyển IPCC: Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu

GHG: Khí nhà kính COP: Hội nghị Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu STP: Mật độ của một chất khí khi được đo ở điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và áp suất NZE: Lượng phát thải ròng bằng 0

CBG: Khí sinh học nén LBG: Khí sinh học hóa lỏng

MỞ ĐẦU

Các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên đã và đang đáp ứng hầu hết nhu cầu năng lượng của nhân loại Có thể nói rằng, nhiên liệu hóa thạch đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với đời sống và sự phát triển chung của toàn nhân loại Trong vài thập kỷ qua, nhiên liệu hóa thạch đã xâm nhập và tác động đến mọi khía cạnh trong đời sống, từ hoạt động sinh hoạt hằng ngày đến sản xuất và phát triển công nghiệp, đặc biệt là ngành giao thông vận tải Các chất ô nhiễm như CO2 , CO, SO2, NOX, và các hạt bụi mịn , được giải phóng do quá trình khai thác và đốt cháy nhiên liệu từ hoá thạch, những chất này gây nên ô nhiễm không khí, đất, nước, và hiệu ứng nhà kính gây biến đổi khí hậu Trong đó CO2 là tác nhân chính gây nên sự nóng lên toàn cầu Biểu hiện rõ nhất là trái đất nóng lên, băng tuyết tan, nước biển dâng cao; các hiện tượng thời tiết bất thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán, rét đậm kéo dài, cùng với đó là vấn đề năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt

Đối mặt với thách thức biến đổi khí hậu và cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch, việc xem xét khí sinh học thay thế nhiên liệu truyền thống và nhiên liệu từ khí sinh học như (CBG và LBG) làm năng lượng tái tạo trong nghành giao thông vận tải là rất quan trọng Hành động này không chỉ giảm sự cạn kiệt về năng lượng hoá thạch, xử lý chất thải rắn, mà còn giảm thiểu phát thải CO2

Trong các công nghệ nhằm giảm phát thải khí ô nhiễm ra môi trường của thì việc sử dụng giải pháp hồi lưu khí xả (EGR) có tiềm năng tốt trong việc giảm lượng khí NOx

góp phần bảo vệ môi trường, việc đưa khí cháy trở lại vào khí tươi sẽ làm loãng hỗn hợp và giảm nhiệt độ cháy, một trong những tiêu chí hình thành NOx Trong việc hồi lưu khí xả có các thành phần như CO2 và N2 sẽ trở về buồng đốt Vậy nếu kết hợp sử dụng nhiên liệu từ khí sinh học và hồi lưu khí xả cho ngành công nghiệp giao thông vận tải thì sẽ là một giải pháp tốt về việc bảo vệ môi trường

Để đánh giá ảnh hưởng của các thành phần CO2 hoặc N2 khi sử dụng hồi lưu khí xả (EGR) đối với buồng đốt sử dụng nhiên liệu từ khí sinh học (CH4) Chúng tôi đề xuất

đề tài “: Đánh giá ảnh hưởng của CO2 và N2 tới đặc tính cháy của khí metan”

Từ lý do này, nhóm chúng tôi đã chọn đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của CO2 và N2

tới đặc tính cháy của khí metan”

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: + Buồng đốt đẳng tích + Hỗn hợp nhiên liệu gồm CH4, N2 hoặc CO2 và không khí Trong quá trình thử nghiệm thành phần nhiên liệu được kiểm soát

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu đặc tính cháy (áp suất, tốc độ cháy, thời gian cháy) của hỗn hợp tại điều kiện:

+ Tỷ lệ hoà trộn tương đương: ϕ = 0.8-1.4 + Tỷ lệ CO2 hoặc N2: Tăng dần từ 0% tới 30% + Tỷ lệ CH4 trong hỗn hợp: Giảm dần từ 100% xuống 70%

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm bằng cách đo diễn biến áp suất trong buồng cháy và mô phỏng ở nhiệt độ không khí tại áp suất ở 1 atm ứng với các thành phần hòa trộn ϕ = 0.8-1.4 và theo các tỷ lệ phần trăm khác nhau Thiết bị thực nghiệm bao gồm buồng đốt đẳng tích, các van điều áp và các thiết bị đo đạc kèm theo Đối với phương pháp mô phỏng số, tốc độ cháy tầng được mô phỏng bằng cách kết hợp các cơ chế phản ứng chính trong các tài liệu tham khảo và sử dụng mô-đun tốc độ cháy tầng hòa trộn trước của phần mềm Chemkin Pro

IV Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

− Ý nghĩa khoa học Báo cáo góp phần đánh giá quá trình cháy và thời gian cháy của hỗn hợp CH4/CO2

hoặc N2/không khí thông qua mô hình buồng đốt đẳng tích Từ mô hình này, chúng ta có thể nghiên cứu ảnh hưởng của chất CO2 và N2 đến đặc tính cháy của khí metan theo tỷ lệ CO2 và N2 thay đổi Đây là cơ sở lý thuyết để so sánh với thực nghiệm, từ đó có thể đưa ra các đề xuất cho động cơ sử dụng nhiên liệu khí sinh học theo tỷ lệ thích hợp, cũng như đề xuất điều chỉnh hợp lý các thông số vận hành khi sử dụng nhiên liệu khác theo tỷ lệ khác nhau

− Ý nghĩa thực tiễn Mô hình được thiết lập trong báo cáo này có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho việc đào tạo chuyên sâu liên quan đến hoạt động thực tế của động cơ đốt trong nói riêng Kết quả báo cáo cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các thành phần nhiên liệu đến đặc điểm của quá trình cháy và mức độ phát thải NOx Ứng dụng thành tựu này vào thực tiễn sẽ giúp giải quyết vấn đề cấp bách hiện

nay là cạn kiệt nguồn năng lượng, hơn nữa nó còn đóng góp vai trò to lớn tới quá trình đổi mới và hiện đại hóa

V Tính mới của đề tài

Nguồn năng lượng hóa thạch đang gắn bó trong đời sống con người và xã hội Tuy nhiên việc khai thác quá mức khiến nguồn năng lượng này dần cạn kiệt, và việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch vào cuộc sống gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng sức khoẻ con người Vì vậy, các dạng năng lượng tái tạo, năng lượng xanh ít phát thải đang được quan tâm và phát triển Khí sinh học là nguồn năng lượng thay thế tiềm năng để giải quyết vấn đề trên Đặc biệt với ngành giao thông vận tải CH4 thể hiện các đặc tính phù hợp đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức, do khả năng chống tự bốc cháy và nhiệt độ tự bốc cháy cao và giảm lượng khí thải độc hại Hiện Việt Nam có nguồn nguyên liệu sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp dồi dào để sản xuất khí sinh học Nên việc sử dụng khí sinh học sẽ giúp tận dụng tối ưu các phụ phẩm nông nghiệp và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, giúp giảm thiểu khí thải độc hại Hiện nay sử dụng công nghệ hồi lưu khí xả để giảm mức độ NOx từ động cơ đốt trong đang được phổ biến Vì vậy nghiên cứu và làm rõ đặc tính cháy của hỗn hợp CH4/CO2 hoặc N2 với tỷ lệ thành phần N2 và CO2 thay đổi từ 0-30% là thực sự cần thiết, để đánh giá chính xác hơn về đặc tính cháy và tính ứng dụng của CH4 khi kết hợp với công nghệ hồi lưu khí xả

VI Các nội dung chính

- Chương 1: Giới thiệu chung - Chương 2: Tổng quan về khí metan và khí sinh học - Chương 3: Phương pháp thực nghiệm và mô phỏng đặc tính cháy của hỗn hợp - Chương 4: Phân tích kết quả thực nghiệm và mô phỏng

- Chương 5: Tối ưu hoá phương trình - Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu

Ô nhiễm môi trường là khái niệm được nhiều ngành khoa học định nghĩa Dưới góc độ sinh học, khái niệm này chỉ tình trạng của môi trường trong đó những chỉ số hóa học, lí học của nó bị thay đổi theo chiều hướng xấu đi Dưới góc độ kinh tế học, ô nhiễm môi trường là sự thay đổi không có lợi cho môi trường sống về các tính chất vật lí, hóa học, sinh học mà qua đó có thể gây tác hại tức thời hoặc lâu dài đến sức khỏe của con người, các loài động thực vật và các điều kiện sống khác

Dưới góc độ pháp lí: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đối của các thành phần môi

trường không phù hợp với quy chuẩn kĩ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật” (khoản 8 Điều 3 Luật bảo vệ môi trường năm

Hình 1.2: Khói mù ô nhiễm bao phủ dày đặc tại New Delhi Ấn Độ ( 11-2023) Ô nhiễm không khí ngoài trời là một vấn đề sức khỏe môi trường lớn ảnh hưởng đến mọi người ở các nước có thu nhập thấp, trung bình và cao Ô nhiễm không khí xung quanh (ngoài trời) ở cả thành phố và nông thôn ước tính gây ra 4,2 triệu ca tử vong trên toàn thế giới mỗi năm Vào năm 2019 tỷ lệ tử vong này là do tiếp xúc với vật chất hạt mịn, gây ra bệnh tim mạch, hô hấp và ung thư WHO ước tính rằng vào năm 2019, khoảng 37% số ca tử vong sớm liên quan đến ô nhiễm không khí ngoài trời là do bệnh tim thiếu máu cục bộ và đột quỵ, lần lượt là 18% và 23% số ca tử vong là do bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính và nhiễm trùng đường hô hấp dưới cấp tính và 11% số ca tử vong là do ung thư đường hô hấp

Những người sống ở các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình phải gánh chịu gánh nặng ô nhiễm không khí ngoài trời một cách không cân xứng với 89% (trong số 4,2 triệu ca tử vong) xảy ra ở những khu vực này Gánh nặng lớn nhất thuộc về khu vực Đông Nam Á và Tây Thái Bình Dương Các ước tính gánh nặng mới nhất phản ánh vai trò quan trọng của ô nhiễm không khí đối với bệnh tim mạch và tử vong

+ Ô nhiễm môi trường đất Ngày Môi trường thế giới 5/6/2024 được Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP) phát động với chủ đề "Phục hồi đất, chống hạn hán và sa mạc hóa" Đây là chủ đề xuyên suốt trong thập kỷ phục hồi hệ sinh thái của Liên Hợp Quốc (2021-2030), để đối phó với ba cuộc khủng hoảng toàn cầu liên quan đến biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trường và suy giảm đa dạng sinh học

Hình 1.3: Chủ đề phục hồi đất chống hạn hán và sa mạc hóa Theo Công ước Liên hợp quốc về chống sa mạc hóa (UNCCD), có tới 40% diện tích đất đai trên hành tinh bị suy thoái, ảnh hưởng trực tiếp đến một nửa dân số thế giới và đe dọa khoảng một nửa GDP toàn cầu Tần suất và thời gian hạn hán đã tăng 29% kể từ năm 2000 Nếu không có hành động khẩn cấp, hạn hán có thể ảnh hưởng đến hơn 3/4 dân số thế giới vào năm 2050

Với nhịp độ gia tăng dân số và tốc độ phát triển công nghiệp và hoạt động đô thị hóa như hiện nay thì diện tích đất canh tác ngày càng bị thu hẹp, chất lượng đất ngày càng bị suy thoái, diện tích đất bình quân đầu người giảm

Môi trường đất là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các sinh vật cạn, là nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hóa Đất là một nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất vào hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực phẩm cho con người Nhưng với nhịp độ gia tăng dân số, tốc độ phát triển công nghiệp và hoạt động đô thị hoá như hiện nay thì diện tích đất canh tác ngày càng bị thu hẹp, chất lượng đất ngày càng bị suy thoái, diện tích đất bình quân đầu người giảm

Đất ô nhiễm bị gây ra bởi sự có mặt của hóa chất xenobiotic (sản phẩm của con người) hoặc do các sự thay đổi trong môi trường đất tự nhiên Nó được đặc trưng gây nên bởi các hoạt động công nghiệp, các hóa chất nông nghiệp, hoặc do vứt rác thải không đúng nơi quy định Các hóa chất phổ biến bao gồm: Hydrocacbon dầu, hydrocacbon

thơm nhiều vòng (như là naphthalene and benzo(a)pyrene),… dung môi, thuốc trừ sâu, chì, và các kim loại nặng Mức độ ô nhiễm có mối tương quan với mức độ công nghiệp hóa và cường độ sử dụng hóa chất

Hình 1.4: Môi trường đất bị nhiễm xâm nhập mặn [1] Các tác nhân cơ bản gây ô nhiễm môi trường đất như do muối trong nước biển, thủy triều hay từ các mỏ muối,…nồng độ áp suất thẩm thấu cao gây hạn sinh lí cho thực vật – Gley hóa trong đất sinh ra nhiều chất ảnh hưởng cho hệ sinh thái như ( CH4, N2O, CO2, H2S, FeS…) Chất thải công nghiệp: khai thác mỏ, sản xuất hóa chất, nhựa dẻo, nilon, các loại thuốc nhuộm, các kim loại nặng tích tụ trên lớp đất mặt làm đất bị chai, xấu, thoái hóa không canh tác tiếp được Các chất khí độc hại trong không khí như: ôxit lưu huỳnh, các hợp chất nitơ… kết tụ hoặc hình thành mưa axit rơi xuống đất làm ô nhiễm đất Một số loại khói bụi có hại ngưng tụ cũng là nguyên nhân của ô nhiễm đất

Ở Việt Nam hiện nay có 33 triệu ha diện tích đất tự nhiên, trong đó diện tích đang sử dung là 22.226.830 ha, chiếm 68,83% tổng quỹ đất còn 10.667.577 ha đất chưa sử dụng, chiếm 33,04% diện tích đất tự nhiên Đất nông nghiệp ít, chỉ có 8,146 triệu ha, chiếm 26,1% diện tích đất tự nhiên (Theo Tổng cục Địa chính, 1999)

Theo thông tin từ Cục Môi trường Việt Nam, chất lượng đất ở hầu hết các khu vực đô thị đông dân cư đang bị ô nhiễm nghiêm trọng nguyên nhân chính là do chất thải từ các hoạt động công nghiệp, xây dựng, sinh hoạt và rác thải từ các hộ dân Hiện giờ, dọc theo bất cứ con đường, góc phố nào chúng ta cũng bắt gặp những đống rác thải sinh hoạt vứt bừa bãi vừa gây mất mỹ quan vừa ảnh hưởng đến chất lượng đất xung quanh Ngay cả những vùng nông thôn thì hiện trạng rác thải sinh hoạt vứt bừa bãi vẫn xảy ra không kiểm soát

Bên cạnh thực trạng đó, quỹ đất càng ngày càng thấp và giảm theo thời gian do sức ép tăng dân số, quá trình công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước ở Việt Nam Quá trình quy hoạch và sử dụng đất của nhiều tỉnh thành vẫn còn bộc lộ những hạn chế và bất hợp lý trong phân bổ quỹ đất cho các ngành và lĩnh vực Tình trạng phổ biến hiện nay là việc chuyển đổi cơ cấu mục đích sử dụng đất, suy giảm mạnh diện tích đất sản xuất nông nghiệp do đô thị hoá, quỹ đất nông nghiệp được chuyển sang sử dụng vào mục đích xây nhà ở, các khu công nghiệp và thương mại, xây dựng cơ sở hạ tầng, đường giao thông

Với đặc điểm đất đồi núi chiếm 3/4 lãnh thổ lại nằm trong vùng nhiệt đới mưa nhiều và tập trung, nhiệt độ không khí cao, các quá trình khoáng hóa diễn ra rất mạnh trong đất nên dễ bị rửa trôi, xói mòn, nghèo chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng dẫn đến thoái hóa đất Đất đã bị thoái hóa rất khó có thể khôi phục lại trạng thái màu mỡ ban đầu

+ Ô nhiễm môi trường nước Ô nhiễm môi trường nước có tên gọi bằng tiếng Anh là Water pollution, dùng để chỉ hiện tượng nguồn nước (bao gồm cả nước mặt và nước ngầm) bị nhiễm bẩn, thay đổi thành phần và chất lượng theo chiều hướng xấu, trong nước có các chất độc hại ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống, sức khỏe người và hệ sinh vật

Biểu hiện ô nhiễm môi trường nước thường thấy nhất là nước có màu lạ (màu vàng, màu đen, màu nâu đỏ, ), mùi lạ (mùi tanh hôi, thối nồng nặc, …) và xuất hiện váng, nổi bọt khí, có nhiều sinh vật sống trong nước bị chết

Hình 1.5: Ô nhiễm môi trường nước [2]

− Vấn đề ô nhiễm môi trường nước trên thế giới hiện nay không chỉ xảy ra ở đới ôn hòa, mà còn có trên đới nóng, đới lạnh, tức là bao trùm khắp các châu lục Theo báo cáo ô nhiễm môi trường nước của UNEP, có tới 60% dòng sông của châu Á – Âu – Phi bị ô nhiễm sinh vật và ô nhiễm hữu cơ Theo báo cáo của Liên Hợp Quốc, khoảng 80% nước thải trên thế giới không được xử lý, và hơn 2 tỷ người trên thế giới không có quyền truy cập vào nước sạch Ngoài ra, các vấn đề như biến đổi khí hậu và sự suy thoái của hệ sinh thái cũng góp phần vào ô nhiễm môi trường nước trên thế giới

− Châu Á là một trong các châu lục được đánh giá là nơi có nồng độ ô nhiễm nguồn nước cao nhất thế giới với lượng chất độc hại nồng độ cao gấp 3 lần so với các chỉ số ô nhiễm trung bình của thế giới

− Theo đánh giá của tổ chức quốc tế UNICEF có 5 quốc gia có nguồn nước mặt ô nhiễm lớn nhất thế giới gồm Thái Lan, Philippines, Indonesia, Trung Quốc và Việt Nam chúng ta

− Hiện tại khu vực Châu Âu thì Bangladesh hiện đang là quốc gia có nguồn nước sạch đạt tiêu chuẩn và có khoảng 1.2 triệu người đang cần đến nguồn nước sạch này Còn với Indonesia, số lượng người dân đang thiếu nước sạch để sử dụng là khoảng 200 triệu người Tình trạng ô nhiễm môi trường nước ở Việt Nam cũng không chỉ xảy ra ở nông thôn, mà ô nhiễm môi trường nước ở Thành phố Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh cùng các tỉnh lân cận cũng rất nghiêm trọng

Ví dụ dẫn chứng về ô nhiễm môi trường nước ở nước ta hiện nay tại Thành phố Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh:

− Tại Thành phố Hà Nội: Khoảng 350 – 400 nghìn m3 nước thải và hơn 1.000 m3rác thải xả ra mỗi ngày, nhưng chỉ 10% được xử lý, số còn lại xả trực tiếp vào sông ngòi gây ô nhiễm nước khiến cá chết hàng loạt ở Hồ Tây, mức độ ô nhiễm rộng khắp 6 quận (Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Cầu Giấy, Tây Hồ)

− Tại Thành phố Hồ Chí Minh: Ô nhiễm môi trường nước điển hình nhất là ở cụm công nghiệp Thanh Lương, có tới khoảng 500.000m3 nước thải/ngày từ các nhà máy bột giặt, giấy, nhuộm…

Hình 1.6: Các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước Những số liệu về ô nhiễm môi trường nước được dẫn chứng ở trên sẽ không ngừng gia tăng mỗi ngày nếu chúng ta không nhanh chóng xác định nguyên nhân và có biện pháp giảm thiểu, loại trừ

Nước thải và rác thải từ hoạt động sản xuất công nghiệp phần lớn đều được xả trực tiếp ra ao, hồ, sông suối mà chưa qua xử lý Do đó, đây cũng chính là một trong các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước điển hình nhất

Trong nước thải công nghiệp có rất nhiều các anion gây ô nhiễm môi trường nước là Cl-, SO42-, PO43, Na+, K+ và vô số các hợp chất kim loại nặng mang độc tính cao như Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr, F… chúng sẽ hòa tan trong nước, khiến nguồn nước bị thay đổi tính chất theo chiều hướng có hại

Lượng phát thải CO2 toàn cầu và thay đổi hàng năm về lượng phát thải CO2 toàn cầu từ quá trình đốt năng lượng và công nghiệp, 1900-2022 [5]

Sự thải ra khí CO2 và các khí thải từ các nguồn năng lượng hóa thạch như than, dầu và khí đốt tự nhiên đang làm gia tăng nhanh chóng lượng khí CO2 trong không khí Điều này không chỉ gây ra hiện tượng tăng nhiệt đới mà còn ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn, đồng thời làm giảm chất lượng không khí và nước Phát thải từ khí đốt tự nhiên đã giảm 1,6% tương đương 118 triệu tấn vào năm 2022 do nguồn cung cấp khí đốt vốn đã eo hẹp lại trở nên trầm trọng hơn do cuộc xung đột giữa Nga và Ukraine cùng với đó là sự gián đoạn thương mại lan rộng sau đó Lượng phát thải từ đốt than đã tăng 243 Mt lên mức cao mới mọi thời đại là gần 15,5 Gt Mức tăng 1,6% này nhanh hơn mức tăng trưởng trung bình hàng năm 0,4% trong thập kỷ qua

Hình 1.7: Tăng trưởng nhu cầu nhiên liệu sinh học theo quốc gia và khu vực, từ

2021-2022 [10] Biến đổi khí hậu là một vấn đề lớn trên thế giới hiện nay Các nhà khoa học tin rằng biến đổi khí hậu chủ yếu là do dư thừa khí nhà kính, như metan, carbon dioxide và oxit nitơ Con người đưa những thứ này vào bầu khí quyển trong các hoạt động hàng ngày của chúng ta Lượng carbon dioxide dư thừa trong khí quyển là do đốt nhiên liệu hóa thạch mà chúng ta sử dụng để cung cấp năng lượng cho ô tô Biến đổi khí hậu được dự đoán sẽ gây ra nhiều vấn đề trong tương lai như hạn hán, cháy rừng, bão mạnh, nước biển dâng cao và mất hệ sinh thái Các nhà khoa học dự đoán băng ở Bắc Cực sẽ tan hoàn toàn vào năm 2050

Nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu tăng lên, là tác động chính của biến đổi khí hậu Ngoài những tác động trực tiếp như mùa hè nóng hơn, nhiệt độ tăng còn ảnh hưởng đến lượng mưa, gió và mực nước biển dâng, tất cả đều ảnh hưởng đến tần suất, cường độ, quy mô và thời gian diễn ra các hiện tượng thời tiết và khí hậu cực đoan Nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu đã tăng lên ở tất cả các khu vực trên thế giới kể từ khi kết thúc cuộc cách mạng công nghiệp và tăng tốc trong những thập kỷ gần đây Kết quả là trong những năm 2010, nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu cao hơn khoảng 1,1°C so với thời kỳ tiền công nghiệp Năm 2021 là năm thứ 7 liên tiếp (2015-2021) nhiệt độ trung bình toàn cầu cao hơn 1°C so với thời kỳ tiền công nghiệp Mặc dù tất cả các khu vực đều đang chứng kiến sự gia tăng nhiệt độ bề mặt, nhưng một số khu vực đang có mức tăng lớn hơn những khu vực khác Sự nóng lên toàn cầu ảnh hưởng mạnh mẽ nhất đến các vùng cực, trong đó tốc độ nóng lên ở Bắc Cực nhanh gấp đôi mức trung bình toàn cầu Các khu vực khô cằn và nội địa như lục địa châu Á, Đông Âu, bán đảo Ả Rập và Bắc Phi cũng đang ấm lên với tốc độ nhanh hơn Trong số các quốc gia thành viên và hiệp hội của IEA(International Energy Agency), Cộng hòa Türkiye, Trung Âu (bao

Coal : Than Natural gas : Khí tự nhiên Oil : Dầu

gồm Cộng hòa Slovakia, Áo, Cộng hòa Séc và Hungary), Ba Lan và các nước vùng Baltic ghi nhận mức tăng nhiệt độ cao hơn mức trung bình thế giới trong hai thập kỷ qua [4]

Hình 1.8: Lượng nước biển trong quá khứ và dự đoán tăng dần theo các năm do nóng

lên toàn cầu [3]

1.2 Cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch

Nguồn nhiên liệu hóa thạch, như dầu, than đá và khí đốt đã là nguồn năng lượng chính của thế giới trong nhiều thập kỷ Tuy nhiên, sự tiêu thụ lớn mạnh và không kiểm soát đã dẫn đến tình trạng cạn kiệt nguồn nhiên liệu này, gây ra những hậu quả đáng lo ngại cho môi trường và kinh tế toàn cầu Một trong những thách thức lớn nhất của việc cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch là tác động tiêu cực đến môi trường Sự đốt cháy các nhiên liệu này phát ra lượng lớn khí thải, góp phần vào hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu và ô nhiễm không khí Bên cạnh đó, quá trình khai thác nhiên liệu hóa thạch cũng gây ra sự phá hủy môi trường sống, từ việc khai mỏ đến việc phá rừng và sụp đổ đất đá

Ngoài ra, cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch cũng mang lại những thách thức kinh tế nghiêm trọng Giá cả biến động không ổn định, tăng cao và giảm sút theo thời gian Đồng thời, các nước phụ thuộc nhiều vào nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch có thể gặp rủi ro liên quan đến sự không ổn định chính trị ở các khu vực cung cấp năng lượng Tuy nhiên, trong bóng tối của thách thức cũng có những cơ hội nổi lên Sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch đang thúc đẩy sự chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo như

năng lượng mặt trời, gió, và nước Công nghệ ngày càng tiên tiến hơn, giúp làm giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu suất sử dụng năng lượng tái tạo Điều này không chỉ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường mà còn tạo ra cơ hội mới cho sự phát triển kinh tế bền vững Để vượt qua thách thức của sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch, các quốc gia cần hợp tác chặt chẽ hơn trong việc đầu tư vào nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng sạch Chính sách hỗ trợ và khuyến khích sử dụng năng lượng tái tạo cũng cần được thiết lập để thúc đẩy sự chuyển đổi từ năng lượng hóa thạch sang năng lượng tái tạo Chỉ khi đó, chúng ta mới có thể đối mặt với thách thức này một cách hiệu quả và tạo ra một tương lai bền vững cho thế hệ tới

Hình 1.9: Ước tính tiêu thụ năng lượng toàn cầu qua các giai đoạn Một trong những vấn đề lớn nhất của cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch là sự giảm sút nguồn cung năng lượng, đặt ra thách thức lớn về việc đảm bảo nguồn cung năng lượng ổn định cho các quốc gia Điều này có thể dẫn đến giảm hiệu suất sản xuất và tăng giá cả năng lượng, tác động đặc biệt lớn đối với các nền kinh tế phát triển và những quốc gia nghèo đang phát triển

Các dự báo trong Triển vọng Năng lượng Thế giới 2023 cho thấy tỷ lệ nhiên liệu hóa thạch trong nguồn cung năng lượng toàn cầu, vốn đã bị giữ ở mức khoảng 80% trong nhiều thập kỷ, giảm xuống còn 73% vào năm 2030 theo các chính sách hiện nay, với lượng phát thải CO2 liên quan đến năng lượng toàn cầu đạt đỉnh điểm vào năm 2023 giữa những năm 2020 Lộ trình phát thải ròng bằng 0 của IEA cho thấy nhu cầu nhiên liệu hóa thạch giảm hơn 25% vào năm 2030 và 80% vào năm 2050 [7]

1.3 An ninh năng lượng

An ninh năng lượng đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ sự ổn định của mỗi quốc gia và toàn cầu Năng lượng không chỉ là một nguồn cung cấp đặc biệt quan trọng cho sự phát triển kinh tế, mà còn đóng vai trò quyết định trong đảm bảo an ninh quốc gia Việc đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng ổn định và an toàn không chỉ ảnh hưởng đến phát triển kinh tế mà còn liên quan đến sự ổn định chính trị và xã hội

Một trong những thách thức chính đối với an ninh năng lượng là sự phụ thuộc quá mức vào nguồn năng lượng từ một nguồn cung hoặc một số quốc gia cụ thể Nhiều quốc gia phụ thuộc quá mức vào dầu mỏ, khí tự nhiên hoặc than đá, điều này tạo ra một tình trạng rủi ro khi có thay đổi về giá cả, tình hình chính trị hoặc sự không ổn định trong các quốc gia cung cấp Để giảm thiểu rủi ro này, các quốc gia cần đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng và chú trọng phát triển các nguồn năng lượng tái tạo

Sự phát điện trên toàn thế giới tăng trung bình 2.4% mỗi năm từ năm 2006 đến năm 2030 Từ 23,2 nghìn tỷ kWh vào năm 2015 và 31,8 tỷ kWh vào năm 2030 Các nguồn năng lượng sơ cấp được sử dụng để phát điện đã có sự thay đổi đáng kể qua hơn 4 thập kỷ

Theo báo cáo của tổ chức EIA, mức tiêu thụ năng lượng của thế giới được dự báo sẽ tăng 44% trong thời gian 24 năm, từ năm 2006 đến 2030 Các nguồn năng lượng hóa thạch được mong đợi là sẽ tiếp tục cung cấp cho hầu hết nhu cầu sử dụng của thế giới Trong đó các dạng nguồn năng lượng tái tạo được sử dụng để phát ra điện sẽ tăng sản lượng điện trung bình 2.9% mỗi năm [8]

Hình 1.10: Sản xuất điện trên thế giới bằng các loại nhiên liệu giai đoạn 2005-2030

[8]

Biến đổi khí hậu đang đe dọa an ninh năng lượng toàn cầu Nó ảnh hưởng đến việc khai thác, xử lý và vận chuyển nhiên liệu và khoáng sản, đồng thời làm thay đổi tiềm năng, hiệu quả và độ tin cậy của việc phát điện Một số gián đoạn lớn trong ngành năng lượng xảy ra vào năm 2022 là do điều kiện khí hậu khắc nghiệt đang trở nên thường xuyên và gay gắt hơn do biến đổi khí hậu Những đợt nắng nóng này bao gồm các đợt nắng nóng ở châu Âu, cơn bão Ian ở Hoa Kỳ và Cuba cho đến lũ lụt kỷ lục ở Pakistan Hạn hán nghiêm trọng ở Chile và lũ lụt ở Nam Phi cũng làm gián đoạn nguồn cung đồng và coban toàn cầu Nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu sẽ tiếp tục tăng cho đến ít nhất là giữa thế kỷ, kéo dài mùa hè, gây ra nhiều đợt nắng nóng hơn và gây ra hiện tượng tuyết tan sớm và thậm chí là tan băng vĩnh cửu Biến đổi khí hậu cũng dẫn đến sự biến đổi lớn hơn về mặt địa lý và thời gian về lượng mưa, làm tăng khả năng xảy ra mưa lớn, lũ lụt và hạn hán Bão nhiệt đới ngày càng dữ dội hơn và xu hướng này dự kiến sẽ tiếp tục Mực nước biển cũng sẽ tiếp tục dâng cao, đe dọa các khu vực ven biển với hiện tượng xói mòn bờ biển, lũ lụt do nước dâng do bão và xâm nhập mặn

Tác động của biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến năng lượng có thể sẽ tăng lên trong những thập kỷ tới Nhiệt độ bề mặt trung bình ở các vị trí nhà máy lọc dầu, mỏ, nhà máy điện và lưới điện dự kiến sẽ đạt trên 2,1°C vào năm 2080 - 2100 so với thời kỳ tiền công nghiệp trong kịch bản phát thải thấp, đồng thời ghi nhận thêm 6,5-16,8 ngày nóng (tối đa nhiệt độ trên 35°C) Trong kịch bản phát thải cao, nhiệt độ sẽ vượt quá 5,5°C và có thêm 27,7-54,4 ngày nắng nóng Nhiệt độ cao hơn có thể dẫn đến các đợt nắng nóng thường xuyên hơn và tuyết tan sớm, lượng mưa biến đổi lớn hơn với khả năng xảy ra lũ lụt và hạn hán ngày càng tăng cũng như các cơn bão nhiệt đới dữ dội hơn Ví dụ, trong kịch bản phát thải cao hơn, hơn 80% các địa điểm sản xuất nhiên liệu hóa thạch, khoáng sản quan trọng, điện và lưới điện được dự đoán sẽ chứng kiến lượng mưa tối đa trong một ngày tăng hơn 10% Các điểm tới hạn của khí hậu có thể dẫn đến những tác động khó đảo ngược, chẳng hạn như tan băng vĩnh cửu và mực nước biển dâng cao hơn, có thể bị vượt qua trong các kịch bản phát thải cao hơn [6]

Lượng khí thải không giảm có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực hơn đến khả năng phục hồi của hệ thống năng lượng Nếu sự nóng lên toàn cầu được giới hạn ở mức dưới 2°C thì lốc xoáy nhiệt đới, cháy rừng và lượng mưa ngày càng tăng cùng với lượng mưa lớn và lũ lụt là những rủi ro khí hậu nghiêm trọng nhất đối với việc cung cấp năng lượng Bão nhiệt đới dữ dội hơn gây ra rủi ro đặc biệt cho các nhà máy sản xuất dầu khí và điện gió Bên cạnh việc gây thiệt hại tài sản, các hạt khói của cháy rừng còn làm giảm khả năng sản xuất năng lượng mặt trời Khí hậu ẩm ướt hơn với lượng mưa lớn và lũ lụt có thể tạm dừng các hoạt động khai thác than và khoáng sản quan trọng, đồng thời làm

giảm chất lượng sản phẩm, đồng thời làm gián đoạn hoạt động sản xuất thủy điện Nếu sự nóng lên toàn cầu vượt quá 4°C, những tác động này sẽ trầm trọng hơn do nhiệt độ cao hơn, hạn hán và mực nước biển dâng cao sẽ gây ra rủi ro lớn cho việc cung cấp năng lượng Nhiệt độ tăng và các đợt nắng nóng có thể làm tan băng vĩnh cửu, gây thêm căng thẳng cho hoạt động sản xuất dầu và khí đốt tự nhiên Chúng cũng sẽ ảnh hưởng đến khả năng cung cấp nước làm mát cho các nhà máy nhiệt điện và làm giảm hiệu quả sản xuất điện gió Hạn hán thường xuyên và gay gắt hơn ở một số vùng cũng có thể làm gián đoạn hoạt động sản xuất khoáng sản quan trọng, làm mát nhà máy nhiệt điện và sản xuất thủy điện

1.4 Chiến lược ‘Net-Zero’ Carbon 1.4.1 Định nghĩa net-zero Carbon

Net Zero hay "Phát thải ròng bằng 0", là một mục tiêu môi trường nhằm giảm lượng phát thải khí nhà kính (như CO2, CH4, N2O) do con người gây ra xuống mức cân bằng với khả năng hấp thụ hoặc loại bỏ khí thải của Trái Đất, đến mức mà tổng lượng khí thải ròng được giảm xuống bằng không Vấn đề này không chỉ đòi hỏi việc giảm thiểu phát thải từ các nguồn như giao thông, sản xuất công nghiệp và sản xuất điện năng, mà còn bao gồm việc tăng cường khả năng hấp thụ carbon thông qua các biện pháp như trồng rừng mới, bảo tồn rừng, công nghệ thu giữ, lưu trữ carbon và nghiên cứu cho việc tái sử dụng

Hình 1.11: Net zero carbon emissions 2050

1.4.2 Tầm quan trọng của Net-Zero

Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) đã chỉ ra rằng nhiệt độ trung bình trong giai đoạn 2006 – 2015 cao hơn 0,87°C so với giai đoạn 1850 – 1990, nghĩa là khí nhà kính nhân tạo đã làm nhiệt độ tăng lên đáng kể 0,2°C mỗi thập kỷ Sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu dẫn đến mực nước biển dâng cao, nhiệt độ cực đoan và sự gia tăng tần suất và cường độ của các trận mưa và hạn hán Ví dụ, vào năm 2022, Châu Âu đã trải qua thời kỳ từ tháng 6 đến tháng 8 nóng nhất trong lịch sử, dẫn đến nắng nóng và cháy rừng khiến hơn một nghìn người thiệt mạng Mỹ cũng có đêm Giáng sinh lạnh nhất trong 40 năm với bão khiến hơn 50 người thiệt mạng Vì vậy, việc kiểm soát phát thải khí nhà kính đã trở thành một vấn đề cấp bách Để ngăn chặn biến đổi khí hậu gây ra tác động thảm khốc cho nhân loại, IPCC đã đề xuất kế hoạch kiểm soát mức tăng nhiệt độ lên 1,5 – 2°C kể từ Cách mạng Công nghiệp Để duy trì mức tăng nhiệt độ ở mức 1,5°C, lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu phải giảm 45% vào năm 2030 và phải đạt mức 0% trước năm 2050 Theo Thỏa thuận Paris, các quốc gia đã đồng ý hạn chế sự nóng lên ở mức dưới 2 độ C (3,6 độ F), lý tưởng nhất là ở mức 1,5 độ C (2,7 độ F) Các tác động đến khí hậu toàn cầu vốn đang diễn ra dưới mức nóng lên 1,1 độ C (1,98 độ F) hiện nay, từ băng tan đến các đợt nắng nóng tàn khốc và những cơn bão dữ dội hơn – cho thấy sự cấp bách của việc giảm thiểu sự gia tăng nhiệt độ

Khoa học mới nhất cho thấy rằng việc hạn chế sự nóng lên ở mức 1,5 độ C phụ thuộc vào lượng khí thải CO2 đạt mức 0 trong khoảng thời gian từ 2050 đến 2060 Việc đạt mức 0 thực sớm hơn trong phạm vi đó (gần năm 2050) sẽ tránh được nguy cơ tạm thời vượt quá 1,5 độ C Đạt net zero muộn hơn (gần đến năm 2060) gần như vượt qua 1,5 độ C trong một thời gian trước khi nhiệt độ toàn cầu có thể giảm trở lại giới hạn an toàn hơn thông qua việc loại bỏ carbon Điều này không có nghĩa là tất cả các quốc gia cần đạt mức phát thải ròng bằng 0 cùng một lúc Tuy nhiên, cơ hội hạn chế sự nóng lên ở mức 1,5 độ C phụ thuộc đáng kể vào việc các nguồn phát thải cao nhất sẽ đạt mức 0 trong bao lâu Những cân nhắc liên quan đến công bằng, bao gồm trách nhiệm về lượng khí thải trong quá khứ, sự bình đẳng về lượng khí thải bình quân đầu người và năng lực hành động, cũng đề xuất thời hạn sớm hơn đối với các quốc gia giàu có hơn, phát thải cao hơn Đối với lượng khí thải không phải CO2, đạt được Net zero sẽ muộn hơn, một phần vì các mô hình cho rằng một số lượng khí thải này, chẳng hạn như khí metan từ các nguồn nông nghiệp, khó loại bỏ dần hơn Tuy nhiên, những loại khí mạnh nhưng tồn tại trong thời gian ngắn này sẽ đẩy nhiệt độ lên cao hơn trong thời gian tới, có khả năng đẩy sự thay đổi nhiệt độ vượt quá ngưỡng 1,5 độ C sớm hơn nhiều Vì lý do này, điều quan trọng là các quốc gia phải xác định rõ liệu mục tiêu về mức 0 ròng của họ chỉ

bao gồm CO2 hay tất cả khí nhà kính Mục tiêu toàn diện về lượng phát thải ròng bằng 0 sẽ bao gồm tất cả các loại khí nhà kính, đảm bảo rằng các loại khí không phải CO2

cũng được giảm thiểu một cách khẩn cấp

Hình 1.12: 7 thuộc tính quan trọng để đạt được Net-zero thành công Kể từ cuộc cách mạng công nghiệp, đốt cháy là phương pháp chuyển đổi năng lượng chính cho các hoạt động của con người, bao gồm sản xuất điện và vận chuyển Cho đến nay, các lĩnh vực này vẫn tiếp tục phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hydrocacbon Như vậy, một phần đáng kể lượng khí thải CO2 được tạo ra thông qua các ngành này, là thủ phạm chính góp phần làm trái đất nóng lên, làm suy yếu cuộc chiến chống biến đổi khí hậu Mặc dù các nỗ lực đã được mở rộng để giảm phát thải khí nhà kính bằng cách cải thiện hiệu quả đốt cháy, nhưng những nỗ lực này vẫn chưa đủ để đạt được mục tiêu giảm phát thải cụm khí nhà kính (GHG) Việc khử cacbon của các động cơ chính trong lĩnh vực sản xuất điện và năng lượng công nghiệp dường như là điều cần thiết để khắc phục vấn đề này và thực hiện các nghĩa vụ môi trường liên quan đến phát thải khí nhà kính Tuy nhiên, tương lai của sản xuất điện không carbon sẽ giải quyết sự gia tăng nhu cầu năng lượng trong khi giảm thiểu tác động môi trường trong quá trình sản xuất năng lượng

Hình 1.13: Tổng phát thải khí nhà kính từ quá trình đốt nhiên liệu trên mỗi sản phẩm,

Thế giới [3] Động cơ đốt trong là nguồn đóng góp xấp xỉ một nửa lượng chất ô nhiễm NOx, CO, và HC trong không khí, tỷ lệ này còn cao hơn ở các khu đô thị và thành phố lớn Các thành phần độc hại trong khí thải động cơ đốt trong này gây nhiều tác hại khác nhau cho sức khỏe và môi trường Tùy thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng, phương pháp hình thành hỗn hợp và cháy, và tình trạng của động cơ mà nồng độ các thành phần phát thải của các động cơ đốt trong khác nhau Trong khi động cơ xăng có hàm lượng các thành phần phát thải CO và HC cao thì động cơ diesel lại được biết đến với các thành phần phát thải NOx

Hình 1.14: Phát thải CO2 toàn cầu theo lĩnh vực, 2019-2022 [6]

Việc sử dụng than đá và các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt sẽ tạo ra một lượng lớn khí nhà kính, mang lại nhiều hệ quả xấu cho môi trường Cụ thể như, quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch sẽ tạo ra một lượng lớn khí CO2 và các chất gây ô nhiễm như NO2, SO2, bụi mịn, các kim loại nặng,

Với tốc độ biến đổi khí hậu đang diễn ra mạnh mẽ trên toàn cầu, hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) đã tổ chức hội nghị COP 27 và đã đạt được thoả thuận Glasgow Hơn 50 quốc gia cam kết đưa mức phát thải khí nhà kính bằng 0 vào năm 2050 Hiện nay các nước đang gấp rút tìm kiếm và phát triển loại nhiên liệu không chứa Carbon và các nguồn nhiên liệu có thể tái tạo để đạt được mức phát thải bằng 0 vào năm 2050

1.4.3 Việt Nam trong cuộc đua Net-Zero 2025

Tại Hội nghị COP26 của Liên Hợp Quốc diễn ra vào năm 2021, Thủ tướng Phạm Minh Chính đã đưa ra cam kết Việt Nam sẽ đạt mục tiêu Net Zero vào năm 2050 Đồng thời, trong Quy hoạch điện VIII mới được công bố gần đây, Chính phủ cũng đã áp đặt yêu cầu kiểm kê khí thải nhà kính đối với các doanh nghiệp lớn, nhằm thúc đẩy việc thực hiện cam kết trung hòa carbon của đất nước

Trong kế hoạch phát triển ngành điện đến năm 2030, mục tiêu về kiểm soát lượng khí nhà kính phát thải được đề ra là khoảng từ 204 đến 254 triệu tấn, dự kiến còn từ 27 đến 31 triệu tấn vào năm 2050 Chúng ta hướng tới việc giảm mức phát thải đạt đỉnh không vượt quá 170 triệu tấn vào năm 2030, với điều kiện rằng các cam kết theo JETP của các đối tác quốc tế được thực hiện đầy đủ và hiệu quả Việt Nam cũng đã áp dụng chính sách khích lệ người dân chuyển đổi sang sử dụng xe điện Trong vòng ba năm tính từ ngày 1/3/2022, lệ phí trước bạ lần đầu đối với ô tô điện chạy bằng pin là 0%

Hình 1.15: Việt Nam cam kết đạt Net-zero vào năm 2050

Từ ngày 1/3/2025 đến 28/2/2027, lệ phí trước bạ đối với các ô tô điện chạy pin có dung tích dưới 9 chỗ ngồi sẽ bằng 50% lệ phí trước bạ của xe xăng tương đương về số chỗ ngồi Việt Nam sẽ không tiến hành xây dựng các nhà máy nhiệt điện than mới sau năm 2030, nhằm đảm bảo việc giảm lượng khí thải carbon và thúc đẩy mục tiêu trung hòa carbon, như đã cam kết tại Hội nghị COP 26 Thông qua Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu và Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh giai đoạn 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050, Chính phủ Việt Nam thể hiện rõ ràng sự quyết tâm và khao khát phát triển đất nước theo hướng bền vững, thịnh vượng Là quốc gia đặt tham vọng lớn trong chiến lược Net zero tại Châu Á, Việt Nam cam kết đến năm 2030 sẽ giảm 43,5% lượng phát thải Tuy nhiên, sức ép từ các quy định môi trường ngày càng nghiêm ngặt của các nước phát triển đang thúc đẩy Chính phủ và các doanh nghiệp tại Việt Nam phải tiếp tục nỗ lực, tăng cường hơn nữa quá trình chuyển đổi sang mô hình phát triển xanh và bền vững Việc giảm phát thải không chỉ là một ưu tiên mà còn là một mệnh lệnh cấp bách của cả quốc gia

1.5 Vai trò của nhiên liệu thay thế

Sự sụt giảm nguồn năng lượng hóa thạch và vấn đề ô nhiễm môi trường đã thúc đẩy sự tìm kiếm và phát triển nhiên liệu thay thế, một khía cạnh quan trọng trong nỗ lực chuyển đổi sang hệ thống năng lượng bền vững và giảm thiểu tác động xấu đến môi trường Nhiên liệu thay thế, đặc biệt là những nguồn năng lượng tái tạo, đang trở thành một giải pháp quan trọng trong cuộc chiến chống lại ô nhiễm và cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch

Việc triển khai năng lượng tái tạo trong lĩnh vực điện, nhiệt và giao thông là một trong những yếu tố chính giúp duy trì mức tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu ở mức dưới 1,5°C so với mức tiền công nghiệp Trong kịch bản không phát thải ròng vào năm 2050, năng lượng tái tạo cho phép sản xuất điện gần như được khử cacbon hoàn toàn Trong khi đó, nhiên liệu tái tạo và nhiệt tái tạo góp phần giảm đáng kể lượng khí thải trong giao thông, tòa nhà và công nghiệp Các dạng năng lượng tái tạo được dùng làm nhiên liệu thay thế thay như là năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, thủy triều, năng lượng sinh học…Năng lượng thay thế đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch và giảm lượng khí thải gây ra ô nhiễm môi trường Đồng thời, năng lượng thay thế cũng giúp tăng cường bảo vệ môi trường, tạo ra cơ hội cho phát triển bền vững và tạo ra nguồn việc làm mới Cụ thể, năng lượng thay thế như năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, hạt nhân, sinh học, và điện từ động cơ chất lượng là những nguồn năng lượng thông thường được sử dụng để thay thế cho năng lượng hóa thạch

Các nguồn năng lượng này có thể được sản xuất một cách thân thiện với môi trường và ít tạo ra khí thải, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến không khí, nước và đất đai

Ngoài ra, năng lượng thay thế còn có vai trò quan trọng trong việc giảm chi phí năng lượng và tăng cường sự an toàn và ổn định trong nguồn cung cấp năng lượng Đồng thời, nó cũng giúp giảm thiểu rủi ro về biến đổi khí hậu và thúc đẩy sự phát triển kinh tế xanh và bền vững

Hình 1.16: Đầu tư cho năng lượng sạch qua các năm [4] Sau khi Hiệp định Paris được ký kết (năm 2015), đầu tư vào năng lượng sạch chỉ tăng khoảng 2% mỗi năm Nhưng kể từ năm 2020, vốn đầu tư vào năng lượng sạch đã tăng nhanh đáng kể lên 12%, nhờ sự hỗ trợ tài chính từ các chính phủ, xu hướng tài chính bền vững, đặc biệt là ở các nền kinh tế tiên tiến Năng lượng tái tạo, lưới điện và lưu trữ năng lượng hiện chiếm hơn 80% tổng vốn đầu tư của ngành điện Đầu tư cho điện mặt trời, pin và xe điện hiện cũng đang được đẩy nhanh hơn để phù hợp với mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng 0 trên toàn cầu vào năm 2050.Tại Việt Nam, năng lượng tái tạo vẫn đang là lĩnh vực hấp dẫn các nhà đầu tư, đặc biệt khi Việt Nam đang thể hiện quyết tâm mạnh mẽ hiện thực hóa các cam kết về ứng phó biến đổi khí hậu tại Hội nghị COP 26 cũng như đang có những bước tiến trong tiến trình chuyển đổi cơ cấu nguồn năng lượng, ưu tiên các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sạch, phát thải thấp

Theo Quyết định số 896/QĐ-TTg ngày 26/7/2022 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu giai đoạn đến năm 2050, tỷ lệ các nguồn năng lượng tái tạo bao gồm thủy điện, điện gió, điện mặt trời, sinh khối đến năm 2030 sẽ chiếm ít nhất 33% tổng sản lượng điện phát Đến năm 2050, tỷ lệ nguồn năng lượng tái tạo chiếm ít nhất 55% trong tổng sản lượng điện phát Để đạt được mục tiêu này, cần nguồn vốn đầu tư rất lớn Nhận định từ nhiều chuyên gia trong ngành, cơ chế, chính

sách rõ ràng, mang tính chắc chắn và lâu dài sẽ thu hút thêm nguồn vốn đầu tư trong lĩnh vực năng lượng sạch, từ đó có thể duy trì thị trường phát triển trong dài hạn nhằm đáp ứng nhu cầu điện cũng như mục tiêu phát triển kinh tế bền vững cho Việt Nam

Hình 1.17: Đầu tư hàng năm toàn cầu vào sản xuất điện bằng công nghệ chọn lọc,

2020-2023 [9] Năng lượng sinh học được sản xuất từ vật liệu hữu cơ, được gọi là sinh khối, có chứa carbon được thực vật hấp thụ thông qua quá trình quang hợp Khi sinh khối này được sử dụng để sản xuất năng lượng, carbon sẽ được giải phóng trong quá trình đốt cháy và quay trở lại khí quyển Khi nhiều sinh khối được tạo ra thì lượng carbon tương đương sẽ được hấp thụ, khiến năng lượng sinh học hiện đại trở thành nhiên liệu gần như không phát thải Đây là nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất trên toàn cầu, chiếm 55% năng lượng tái tạo và hơn 6% nguồn cung năng lượng toàn cầu Kịch bản không phát thải ròng vào năm 2050 (NZE) chứng kiến sự gia tăng nhanh chóng trong việc sử dụng năng lượng sinh học để thay thế nhiên liệu hóa thạch vào năm 2030 Việc sử dụng năng lượng sinh học hiện đại đã tăng trung bình khoảng 3% mỗi năm từ năm 2010 đến năm 2022 và đang có xu hướng tăng lên Cần nhiều nỗ lực hơn nữa để đẩy nhanh việc triển khai năng lượng sinh học hiện đại để đi đúng hướng với Kịch bản NZE, trong đó yêu cầu triển khai tăng 8% mỗi năm từ năm 2022 đến năm 2030, đồng thời đảm bảo rằng việc sản xuất năng lượng sinh học không gây ra hậu quả tiêu cực về xã hội và môi trường