Bài 1: Khí xả xe cơ giới và biến đổi khí hậu

Ảnh minh họa: IE

Trong khí xả của động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu  từ dầu mỏ và sinh khối có gì ?

Nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong hiện nay là các loại chất hữu cơ dạng lỏng hoặc dạng khí được khai thác từ mỏ dầu – khí hoặc từ sinh khối, từ rác thải hữu cơ trong đời sống. Hỗn hợp nhiên liệu này được trộn với không khí theo tỷ lệ nào đó tuỳ mức phát công suất của động cơ theo nhu cầu trong vận hành và được đốt cháy trong buồng cháy của động cơ sẽ làm nảy sinh phản ứng cháy của nhiên liệu và không khí. Về mặt lý thuyết, khi phản ứng cháy lý tưởng xảy ra, sản phẩm cháy của hỗn hợp nhiên liệu – không khí này sẽ là một lượng nhiệt tương ứng, chuyển biến thành cơ năng qua cơ cấu phát lực dẫn động động cơ và chỉ cho thoát ra khỏi ống xả các loại khí của sản phẩm cháy như CO2, hơi nước (H2O) và khí trơ N2. 
               

Những loại khí này ít hoặc không độc hại đối với sức khoẻ con người.

Tuy nhiên, do không gian của buồng cháy của động cơ rất nhỏ hẹp và thời gian cháy chỉ vài phần nghìn của một giây đồng hồ trong một chu kỳ sinh công nên sự cháy không thể xảy ra hoàn hảo như ở trong điều kiện bình thường và trong buồng cháy của động cơ, lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt sẽ không bao giờ được cháy trọn vẹn. Vì thế nên sản phẩm khí cháy trong động cơ thải ra ngoài theo ống xả lại thường bao gồm : CnHm, CO2, CO, H2O, NO, NO2,NO3 ,N-2O( gọi chung là NOx), SO2,SO3, các hạt bụi than hoặc bồ hóng( C-CnH¬m ) , các hạt bụi hữu cơ hình thành từ sự kết dính của các hạt bụi than, bồ hóng và các phân tử nhiên liệu chưa kịp cháy trong kỳ cháy – phát công  của động cơ. Các hạt bụi hữu cơ này thường được ký hiệu là PM (particulate matter), đơn vị đo độ lớn hạt bụi là Micromet ( ký hiệu là µ ).

Ví dụ như tại TP.HCM, các nhà khoa học đã báo động về tình trạng ô nhiễm không khí, đặc biệt là sự gia tăng nồng độ các chất độc hại trong không khí như: benzene, nitơ oxit… Nồng độ bụi đặc trưng PM10 có nơi đạt tới 80 microgam /m3 trong khi nồng độ cho phép nhỏ hơn con số này nhiều lần. Nồng độ SO2 lên đến 30 microgam/m3, nồng độ benzene có nơi đạt 35-40 microgam/m3. Và hàng năm, tại Việt Nam, các phương tiện giao thông đã thải ra 6 triệu tấn CO2; 61.000 tấn CO; 35.000 tấn NO2; 12.000 tấn SO2 và hơn 22.000 tấn CmHn. nồng độ các chất có hại trong không khí ở các đô thị lớn vượt quá mức cho phép nhiều lần, riêng SO2 cao gấp 2-3 lần.
 

Thành phần khí xả nào của xe cơ giới thải ra  trực tiếp góp phần gây biến đổi khí hậu ?

                                                           
                         Đồ thị 1 – Tỷ lệ % các khí độc gây biến đổi khí hậu

VOC – các chất hữu cơ bay hơi (Volatile Organic Compounds)

EPA (US Environmental Protection Agency) đã theo dõi sự hiện diện của 20 loại VOCs - thường là những dung môi hữu cơ như: Chloroform, 1,1,1-Trichloroethane , Benzene,  Tetrachloride, Carbon, Trichloroethylene, Tetrachloroethylene, Styrene, m,p-Dichlorobenzene, Ethylbenzene, o-Xylene, m,p-Xylene…hơi dung môi sơn, bụi chì hữu cơ…

Theo đánh giá của các chuyên gia, các loại sản phẩm cháy của hỗn hợp nhiên liệu – không khí trong động cơ xe cơ giới thải ra chiếm tỷ lệ khoảng 70% nguyên nhân gây ô nhiễm không khí ở đồ thị 1

Trong đó các loại khí CO2 ,NOx, CnHm  chiếm các tỷ lệ khác nhau và trực tiếp góp phần gây biến đổi khí hậu thể hiện dưới các dạng  khác nhau. 

Theo tài liệu công bố, lượng khí thải, bụi… gây ô nhiễm đang tăng lên hàng năm cùng với sự phát triển về số lượng các phương tiện giao thông đường bộ. Cụ thể, nồng độ bụi trong không khí ở các thành phố như: Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng… tại các nút giao thông cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 3 – 5 lần; nồng độ khí CO, NO2 trung bình ngày ở một số nút giao thông lớn đã vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,2 – 1,5 lần. 
                                                                      
CO2 và hiệu ứng nhà kính

Hiệu ứng nhà kính do Jean Baptiste Joseph Fourier (người Pháp) lần đầu tiên đặt tên. Khái niệm này dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi năng lượng bức xạ của tia nắng mặt trời xuyên qua cửa sổ (hoặc mái nhà bằng kính) một cách dễ dàng nhưng khi các vật thể trong nhà do hấp thụ bức xạ mặt trời nóng lên thì lại sản xuất ra tia hồng ngoại (mà tia hồng ngoại lại khó xuyên qua kính để ra ngoài). Vì vậy, nhiệt như bị “nhốt” lại ở phía trong khiến cho nhà bị nóng lên. 
    

Các bức xạ của mặt trời đi qua lớp khí quyển đến mặt đất cũng tương tự như vậy. Các bước sóng ngắn xuyên qua khí quyển tương đối dễ dàng đi xuống mặt đất làm nóng những vật thể hấp thụ ánh sáng mặt trời trên mặt đất. Khi nóng lên, các vật thể này lại bức xạ nhiệt nhưng vì nhiệt độ thấp nên bước sóng của các tia bức xạ này dài, vào cỡ tia hồng ngoại. Khi bức xạ hồng ngoại đi vào khí quyển, nếu trong khí quyển có CO2 thì các phân tử CO2  hấp thụ tia hồng ngoại rất mạnh (do cấu tạo của phân tử CO2, tia hồng ngoại kích thích mạnh các dao động nguyên tử trong phân tử CO2  ) .. Vì vậy, tia hồng ngoại (cũng tức là sức nóng) không thoát ra khỏi khí quyển được mà bị nhốt lại, khiến khí quyển trái đất nóng lên.

Như vậy, các phân tử khí CO2 trong khí quyển có tác dụng như là lớp kính ở hiệu ứng nhà kính. Trong khí quyển không phải chỉ có khí CO2 gây ra hiệu ứng nhà kính mà còn nhiều loại chất khí khác nữa như hơi nước, khí mê tan, khí CFC (Chlorofluorocarbon)... Tuy nhiên, nếu phát thải ra quá nhiều thì hiệu ứng nhà kính do CO2  gây ra khá lớn, ảnh hưởng mạnh đến sự tăng nhiệt độ trái đất, tức là làm cho nhiệt độ toàn cầu tăng lên. Do đó, muốn giảm thiểu sự ấm lên của toàn cầu cần làm giảm phát thải CO2.

Nhưng đối với xe cơ giới, sự đốt cháy nhiên liệu càng trọn vẹn, lượng CO2 càng nhiều. Điều đó bất lợi cho việc hạn chế tăng hiệu ứng nhà kính và do đó sẽ thúc đẩy việc “…tăng nhiệt độ của trái đất làm tăng mực nước biển, gây hiện tượng thời tiết bất thường, mùa màng thay đổi, nhiều loài sinh, thực vật bị tiêu diệt... Theo dự báo, nếu không ngăn chặn các hoạt động làm trái đất ấm lên thì đếnnăm 2030, ít nhất có 2.000 đảo của Indonesia sẽ biến mất; đến năm 2050, rừng Amazon cũng sẽ không còn và đến năm 2100, mực nước biển lên cao hơn 0,6 m và 2 thành phố (London và New York) sẽ bị nhấn chìm trong nước, chỉ có sa mạc Sahara lại xanh tươi như 12.000 năm trước.

Theo dự tính, tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, vùng duyên hải miền Trung...của nước ta biển cũng sẽ xâm lấn, diện tích đất đai bị thu hẹp lại.

(Còn tiếp)