1.1 .Tổng quan về biến đổi khí hậu
1.2. Tác động của các thiết bị bay đến biến đổi khí hậu
1.2.3. Cơ chế phát sinh khí nhà kính
Khi TBB hoạt động, trong buồng đốt động cơ của các TBB xảy ra các phản ứng hóa học cháy nhiên liệu, sản phẩm cháy đó là thành phần chính các khí thải từ TBB ra mơi trường. Trên hình 1.4. mơ tả sơ đồ ảnh hưởng khí thải TBB đến bầu khí quyển.
Phương trình hóa học phản ứng cháy tổng quát trong buồng đốt động cơ TBB:
Chất cháy + Chất Oxy hóa → Nhiệt năng + CO + CO2+ H2O+ NOx+ SOx + + CmHn + CFC…. (1.1)
Hình 1.4. Sơ đồ ảnh hưởng khí thải TBB đến bầu khí quyển a)Đối với máy bay: a)Đối với máy bay:
- Chất cháy (xăng dầu máy bay chứa C, N, S và các phụ gia) - Chất Oxy hóa: O2
b)Đối với tên lửa: -Chất cháy (chất G) -Chất Oxy hóa (chất O)
Khí thải máy bay kết hợp với các nguồn khác của con người làm thay đổi thành phần khí quyển. Quá trình thay đổi này gồm: phát thải trực tiếp các khí nhà kính (ví dụ CO2 hoặc hơi nước); phát thải các chất khí ảnh hưởng nồng độ của tầng ozone (ví dụ NOx); và phát thải các chất kích hoạt các thế hệ của các hạt aerosol hoặc dẫn đến những thay đổi các đám mây tự nhiên (ví dụ, contrails).
a. Cơ chế hình thành NOx khi động cơ của TBB hoạt động
Thông thường trong thành phần nhiên liệu của các TBB đều có chứa nguyên tố N, động cơ TBB làm việc ở điều kiện nhiệt độ (hàng nghìn độ C) và áp suất cao (hàng chục Mega Pascal) [8]. Do vậy, các loại khí NOx khi động cơ của TBB hoạt động được sinh ra rất nhiều, trực tiếp thải ra môi trường xung quanh gây hại đến bầu khí quyển, đặc biệt làm thủng tầng ozone.
NOx là tên gọi chung của oxyde nitơ gồm các chất NO, NO2, N2O và N2O5 hình thành do sự kết hợp giữa oxy và nitơ ở điều kiện nhiệt độ cao. Chất ô nhiễm này ngày càng được quan tâm và trong một số trường hợp, nó là chất ơ nhiễm chính được chọn làm tiểu chuẩn khí thải giới hạn tính năng kỹ thuật của động cơ.
Trong họ NOx thì NO chiếm tỉ lệ lớn nhất. NOx chủ yếu do N2 trong khơng khí nạp vào động cơ tạo ra. Nhiên liệu xăng hay Diesel chứa rất ít nitơ nên ảnh hưởng của chúng đến nồng độ NOx khơng đáng kể.
Sự hình thành NO do oxy hóa nitơ trong khơng khí có thể được mơ tả bởi cơ chế Zeldovich. Trong điều kiện hệ số dư lượng khơng khí xấp xỉ 1, những phản ứng chính tạo thành và phân hủy NO là:
O+N2 → NO+N (1.2) N+O2 → NO+O (1.3) N+OH → NO+H (1.4) Sự hình thành NO phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ .
N2+O2 → 2NO (1.5) NO + HO2→ NO2 + OH (1.6) NO2 + O → NO + O2 (1.7) Phản ứng tạo NO có tốc độ thấp hơn nhiều so với phản ứng cháy. Nồng độ NO cũng phụ thuộc mạnh vào nồng độ oxy. Vì vậy trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ O2 lớn thì nồng độ NO trong sản phẩm cháy cũng lớn.
b. Cơ chế tạo thành CO, CO2 khi động cơ của TBB hoạt động
CO là một loại khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị. Trong phản ứng dây chuyền khi hỗn hợp nhiên liệu TBB bị đốt cháy, CO chỉ là một dạng sản phẩm trung gian của q trình oxy hóa nhiên liệu hyđrocácbon tạo thành sản phẩm cuối cùng là CO2
Trong đó R là gốc hyđrocacbua.
CO tạo ra sẽ bị ơxy hóa với tốc độ chậm tạo thành CO2
CO +OH → CO2+H (1.9) Tuy nhiên nhiều phản ứng thường khơng hồn tồn do vậy trong sản phẩm cháy của TBB có mặt cả CO và CO2
c. Cơ chế hình thành SOx
Tất cả các nguyên tố S trong nhiên liệu của TBB đều chuyển thành SOx thơng qua các phương trình phản ứng:
S+O2→ SO2 (1.10) SO2+ OH-→HOSO2- (1.11) HOSO2- + O2 → HO2- + SO3 (1.12) SO3 + H2O → H2SO4 (1.13)