Hiện nay, các phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ lắp động cơ Diesel chiếm một tỷ lệ lớn trong. Những tác động có tính tiêu cực đến sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng của động cơ Diesel thể hiện ở 4 yếu tố chính: Ôxit Nitơ; các chất hạt ô nhiễm; mùi khó chịu và khói đen; Ngoài ra, sự phát thải ôxit lƣu huỳnh Sulphur oxides) trong quá trình hoạt động của các phƣơng tiện lắp động cơ Diesel cũng là điều chúng ta cần phải quan tâm.
Để giải quyết những vấn đề này, Thành phố cần thực hiện các nhóm giải pháp công nghệ nhằm góp phần kiểm soát, khống chế những tác động tiêu cực của các phƣơng tiện lắp động cơ Diesel.
1. Kiểm soát sự phát thải NOX
NOx đƣợc tạo ra trong xi lanh động cơ ở điều kiện nhiệt độ cao. Do đó lƣợng thải NOx lớn nhất xảy ra ở giai đoạn bắt đầu cháy. Từ đó, ngƣời ta giảm nhiệt độ cực đại
của quá trình cháy hoặc giảm nồng độ ôxy trong khí nạp nhằm giảm lƣợng thải NOx. Tuy nhiên việc giảm nhiệt độ cực đại của quá trình cháy sẽ làm giảm công suất cực đại của động cơ.
Hiện nay, các giải pháp chính có thể sử dụng để làm giảm sự hình thành NOx trong động cơ Diesel là:
- Tuần hoàn lại một phần khí xả - EGR (Exhaust Gas Recirculation) nhằm làm giảm tốc độ giải phóng nhiệt của khí cháy trong xi lanh động cơ. Tuy nhiên việc sử dụng EGR với động cơ Diesel có thể dẫn đến làm giảm tính kinh tế nhiên liệu, tăng khói và tăng lƣợng thải Hydro cacbon (HC) và các chất hạt ô nhiễm. Hơn nữa nó cũng có thể làm tăng mài mòn với động cơ.
- Phun nƣớc vào trong xi lanh nhằm giảm nhiệt độ cực đại của quá trình cháy. Mặc dù kết quả đạt đƣợc rất khả quan, nhƣng đây là giải pháp khá phức tạp về công nghệ, chƣa đƣợc áp dụng rộng rãi.
- Giảm góc phun sớm nhiên liệu và giảm tốc độ phun nhiên liệu từ đó có thể giảm lƣợng phát thải NOx bằng việc giảm nhiệt độ cháy với sự chấp nhận của việc tăng lƣợng tiêu thụ nhiên liệu, tăng khói thải và chịu giảm một chút mô men xoắn của động cơ.
- Giảm hệ số dƣ lƣợng không khí và giảm bớt mức độ xoáy lốc của dòng khí trong buồng cháy có thể làm giảm nhiệt độ cực đại của quá trình cháy và dẫn đến giảm sự phát thải NOx.
Phần lớn các giải pháp trên đều làm giảm hiệu suất nhiệt của chu trình. Điều này cho thấy trạng thái đối lập tiềm ẩn phát sinh từ việc đồng thời cố gắng để giảm NOx, giảm khói đen, và giảm chất hạt ô nhiễm trong khi tăng cao tính kinh tế nhiên liệu. Chúng ta không thể đồng thời tối ƣu hóa cả hai mục tiêu (giảm ô nhiễm và tăng cao tính kinh tế nhiên liệu). Trong thực tế mối quan hệ giữa NOx với lƣợng khói thải và lƣợng tiêu thụ nhiên liệu là một mối quan hệ biến động rất phức tạp, trong đó đặc tính cung cấp nhiên liệu đóng một vai trò quan trọng.
2. Kiểm soát các chất hạt ô nhiễm
- Hiện nay, công nghệ kiểm soát các chất ô nhiễm dạng hạt dùng rộng rãi trên các phƣơng tiện lắp động cơ Diesel là sử dụng hệ thống lọc chất hạt (Particulate Trap System). Các thiết bị này có thể loại bỏ phần quan trọng các chất dạng hạt và các chất hữu cơ kết hợp với chúng.
- Một giải pháp khác đang đƣợc đánh giá cao là điều khiển tối ƣu hoá quá trình cháy. Đây là công việc phức tạp, bao gồm tối ƣu hóa sự hòa trộn nhiên liệu và không
thành phần của nhiên liệu, và giảm lƣợng nhiệt của động cơ truyền cho chất lỏng làm mát,...
Những cách tiếp cận khác nhau nhằm giảm các chất ô nhiễm dạng hạt (tại nguồn phát sinh chúng) sẽ cho phép các thiết bị lọc thực hiện chức năng của chúng có hiệu quả hơn cũng nhƣ tăng đƣợc độ bền của các thiết bị này.
3. Kiểm soát khói đen và mùi khó chịu của khí thải
Nguyên nhân gây ra sự phát thải khói đen là do các hạt cacbon, tạo thành do quá trình cháy không kiệt. Ngoài ra, khi xéc măng dầu hoạt động không tốt, một lƣợng dầu nhờn xục lên buồng cháy, lƣợng dầu này cũng bị đốt cháy và gây ra hiện tƣợng xả khói xanh ở động cơ.
Có 3 vấn đề lớn mà lái xe cần chú ý nhằm kiểm soát sự phát thải khói ở động cơ Diesel là:
- Hiệu chỉnh đúng sự hoạt động của bơm cao áp, đặc biệt là thời điểm phun nhiên liệu và lƣợng nhiên liệu tối đa cung cấp cho một chu trình.
- Sử dụng đúng loại nhiên liệu. Động cơ Diesel, mặc dầu có tính linh hoạt cao hơn so với động cơ xăng trong việc sử dụng nhiên liệu, nhƣng chúng cũng đƣợc thiết kế để sử dụng với một dải đặc tính nhất định của nhiên liệu. Điều đó phải đƣợc tôn trọng một cách nghiêm túc.Việc làm bẩn nhiên liệu ,sự pha trộn nhiên liệu Diesel (ví dụ nhƣ với dầu nhiên liệu nặng) sẽ làm tăng sự cháy không hoàn thiện, tăng lƣợng phát thải khói đen, tăng lƣợng thải HC, đồng thời làm cho động cơ cần phải bảo dƣỡng thƣờng xuyên hơn.
- Chuyên chở đúng tải trọng thiết kế. Các động cơ Diesel đƣợc thiết kế để vận hành trong một dải tải trọng nhất định và nếu vƣợt quá thì lƣợng nhiên liệu không cháy hết sẽ phát thải thành khói đen.
Nguyên nhân làm cho khói thải Diesel có mùi khó chịu là do sự cháy không kiệt của nhiên liệu, do sự mất nhiệt của một số hợp chất nhiên liệu và sự oxy hoá một phần của các thành phần nhiên liệu chƣa cháy hết dẫn đến việc hình thành các Anđêhyt, Phenol và các axít hữu cơ.
- Những cải tiến thiết kế về buồng cháy và vòi phun nhằm đạt đƣợc quá trình cháy hoàn thiện hơn chính là những hƣớng tiếp cận hiệu quả nhất nhằm giảm mùi khó chịu của khí thải.
- Việc sử dụng ống khói thẳng đứng có thể làm cho mùi khó chịu đƣợc khuyếch tán ra xa các đối tƣợng tham gia giao thông khác.
- Việc bảo dƣỡng và thay thế lõi lọc (của bầu lọc nhiên liệu) theo đúng qui định có thể làm giảm mùi khó chịu này của khí thải.
- Ngoài ra, các chất phụ gia cũng có những tác động nhỏ đến mùi khó chịu của khí thải. Một giải pháp khác là cho thêm chất biến đổi mùi (vào nhiên liệu Diesel) nhằm thay đổi mùi đặc trƣng của khí thải động cơ Diesel. Một phƣơng thuốc tiềm năng cho vấn đề này trong tƣơng lai là sử dụng các bộ chuyển đổi xúc tác để biến đổi các Anđêhyt thành các hợp chất ít mùi hơn.
4. Kiểm soát sự phát thải ôxít lưu huỳnh- sulphur oxides
Sự phát thải ôxít lƣu huỳnh liên quan trực tiếp đến lƣợng lƣu huỳnh có trong nhiên liệu, do vậy giải pháp có hiệu quả nhất là sử dụng nhiên liệu Diesel có hàm lƣợng lƣu huỳnh thấp.
Tuy nhiên, hàm lƣợng lƣu huỳnh tỷ lệ nghịch với giá thành của nhiên liệu Diesel. Tại rất nhiều các nƣớc công nghiệp lƣợng lƣu huỳnh trong nhiên liệu đƣợc qui định cụ thể và ít khi vƣợt quá 0,3%. Có đƣợc giới hạn trên là do các hãng dầu mỏ tại các nƣớc này thƣờng tiếp cận đƣợc những nguồn dầu thô có hàm lƣợng lƣu huỳnh thấp hoặc dễ dàng khử lƣu huỳnh. Một số nƣớc phát triển cũng có quy định về hàm lƣợng lƣu huỳnh trong nhiên liệu Diesel (tại Singapore, lƣợng lƣu huỳnh lớn nhất là 0,5%).
Tại Việt Nam, chúng ta sử dụng khá nhiều dầu Diesel chứa 5% lƣu huỳnh - 500ppm (theo Tiêu chuẩn Euro 2). Trong bối cảnh xuống cấp về chất lƣợng phƣơng tiện, thiếu sự bảo dƣỡng sửa chữa cần thiết với động cơ, hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông yếu kém, tình trạng chở quá tải,...sẽ làm cho tình trạng ô nhiễm ôxít lƣu huỳnh trở nên trầm trọng hơn, đặc biệt tại các đầu mối giao thông.
Cũng phải nói thêm rằng, khi sử dụng các chất xúc tác (trong các bộ xử lý khí thải) để giảm các chất ô nhiễm khác nhƣ CO, HC, khi đó đioxyt lƣu huỳnh (sulphur dioxide) có xu hƣớng bị chuyển thành axít lƣu huỳnh (sulphur acid), và đây lại là một chất độc hại hơn.