NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ DA465QE SỬ DỤNG BIOGAS-LPG e5695cf4

1. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------- oOo ----------
VÕ NHƯ TÙNG
NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ DA465QE
SỬ DỤNG BIOGAS-LPG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Đà Nẵng, 2019

2. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------- oOo ----------
VÕ NHƯ TÙNG
NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ DA465QE
SỬ DỤNG BIOGAS-LPG
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực
Mã số : 85.20.11.6
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: GS.TSKH. BÙI VĂN GA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: TS. TRƯƠNG LÊ BÍCH TRÂM
Đà Nẵng, 2019

3. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Mọi kết quả
nghiên cứu cũng như ý tưởng của tác giả khác nếu có đều được trích dẫn đầy đủ.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Luận văn này cho đến nay vẫn chưa được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo
vệ luận văn thạc sĩ nào trên toàn quốc cũng như ở nước ngoài và cho đến nay vẫn
chưa được công bố trên bất kỳ phương tiện thông tin nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên
đây.
Tác giả luận văn
Võ Như Tùng

4. LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập và công tác tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Văn Ga và cô Trương Lê Bích Trâm em
đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu tính năng động cơ DA465QE sử dụng Biogas-
LPG”. Trong quá trình thực hiện đề tài em đã có học hỏi rất nhiều kiến thức bổ
ích từ kiến thức chuyên môn, cách thực hiện một đề tài khoa học, điều này sẽ hỗ
trợ em trong công việc sau này.
Xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Văn Ga, người
thầy trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đề tài.
Xin cảm ơn các thầy cô trong Khoa Cơ khí Giao thông, quý thầy cô của
Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng - Đại học Đà Nẵng đã giảng dạy em trong
suốt những năm qua.
Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô để đề tài hoàn
thiện hơn.
Trân trọng!

5. TÓM TẮT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ DA465QE SỬ DỤNG BIOGAS-LPG
Học viên:Võ Như Tùng, Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 8520116, Khóa: K35, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Luận văn tập trung nghiên cứu tính năng của động cơ DA465QE được lắp trên ô
tô tải nhẹ Trường Hải Towner khi chạy bằng Biogas được làm giàu bởi LPG. Đề tài này
nhằm góp phần phát triển công nghệ ứng dụng nhiên liệu tái tạo trên phương tiện giao
thông cơ giới nhằm tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch và giảm phát thải chất khí gây hiệu
ứng nhà kính.
Luận văn sử dụng kết hợp giữa mô phỏng quá trình cung cấp Biogas bằng phần
mềm Ansys Fluent và thực nghiệm trên băng thử công suất APA100 tại Trung tâm Thí
nghiệm Động cơ và Ô tô để đánh giá tính năng kỹ thuật của động cơ DA465QE khi chạy
bằng Biogas được làm giàu bởi LPG.
RESEARCH FEATURES DA465QE ENGINE
USING BIOGAS-LPG
The thesis focuses on researching the features of DA465QE engine installed on
Truong Hai Towner light trucks when running on Biogas enriched by LPG. This project
aims to contribute to the development of renewable fuel application technology in motor
vehicles to save fossil fuels and reduce greenhouse gas emissions.
The thesis uses a combination of simulating the process of supplying Biogas with
Ansys Fluent software and experimenting on the APA100 power test tape at the Center
for Automotive and Engine Testing to evaluate the technical features of the DA465QE
engine when powered by Biogas enriched by LPG.

6. MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..............................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................2
MỤC LỤC.......................................................................................................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..................................................................................10
MỞ ĐẦU..........................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU TÁI TẠO TRÊN
PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG CƠ GIỚI....................................................................4
1.1. Đặt vấn đề nghiên cứu..............................................................................................4
1.2. Phân tích đặc tính kỹ thuật của động cơ DA465QE lắp trên ô tô tải nhẹ Trường
Hải Towner....................................................................................................................12
1.2.1.Những tiện ích và nhu cầu sử dụng của ô tô tải nhẹ Trường Hải Towner 750 ....12
1.2.2.Đặc tính kỹ thuật của động cơ DA465QE lắp trên ô tô Towner 750...................13
1.3. Kết cấu động cơ DA465QE:...................................................................................15
1.4. Mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu ..................................................16
Chương 2: NHIÊN LIỆU BIOGAS...............................................................................17
2.1. Tình hình sản xuất và ứng dụng Biogas trên thế giới và ở Việt Nam....................17
2.1.1. Lịch sử phát triển Biogas.....................................................................................17
2.2. Tình hình sản xuất Biogas trên thế giới trong những năm gần đây .......................19
2.3 Tình hình sản xuất và sử dụng Biogas ở Việt Nam.................................................23
2.4 Công nghệ sử dụng Biogas......................................................................................25
2.4.1. Giới thiệu.............................................................................................................25
2.4.2. Đèn Biogas ..........................................................................................................25
2.4.3. Bếp, lò Biogas .....................................................................................................26
2.4.4. Máy lạnh hấp thụ.................................................................................................28
2.4.5. Pin nhiên liệu.......................................................................................................28
2.4.6. Turbine khí chạy bằng Biogas.............................................................................29
2.4.7. Động cơ đốt trong chạy bằng Biogas ..................................................................29
2.4.8. Phối hợp sản xuất nhiệt năng và cơ năng (CHP).................................................31
2.4.9. Biogas làm nhiên liệu cho ô tô ............................................................................32
2.4.10. Biogas hòa vào hệ thống cung cấp khí đốt thành phố.......................................37

7. 2.4.11. Cung cấp Biogas gia dụng.................................................................................37
2.4.12. Hiệu quả bảo vệ môi trường do sử dụng Biogas làm nhiên liệu .......................38
2. Nhiên liệu Biogas: .....................................................................................................39
3. Sử dụng Biogas trên phương tiện giao thông cơ giới:...............................................41
Chương 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHÍ VÀ SINH CÔNG CỦA
ĐỘNG CƠ DA465QE CHẠY BẰNG BIOGAS-LPG .................................................42
3.1. Thiết lập mô hình tính toán ....................................................................................42
3.2. Cung cấp nhiên liệu Biogas-LPG...........................................................................45
3.3. Độ chân không trên đường nạp khi không cung cấp nhiên liệu.............................46
3.4. Nguyên lý cấp ga liên tục và cấp ga gián đoạn bằng van chân không...................47
3.5 Cung cấp Biogas và LPG riêng rẽ...........................................................................48
2.4. Cung cấp hỗn hợp Biogas và LPG hòa trộn trước .................................................52
3. Mô phỏng quá trình sinh công của động cơ DA465QE chạy bằng nhiên liệu Biogas
pha LPG.........................................................................................................................54
3.1. Thiết lập mô hình tính toán ....................................................................................54
3.2. Biến thiên áp suất trong buồng cháy và đồ thị công ..............................................60
3.3 Nhiệt độ môi chất trong quá trình cháy...................................................................62
3.4. Biến thiên nồng độ nhiên liệu trong quá trình cháy ...............................................64
Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM................................................................68
4.1 Chế tạo, lắp đặt bộ cung cấp nhiên liệu Biogas-LPG cho động cơ DA465QE.......68
4.1.1 Họng Venturi:.......................................................................................................68
4.1.2 Van điện từ và vị trí lắp đặt..................................................................................68
4.1.3 Van tổ hợp cung cấp nhiên liệu khí kiểu chân không ..........................................70
4.1.4. Van ngắt ga tự động kiểu cơ khí..........................................................................71
4.1.5 Bình chứa Biogas nén...........................................................................................72
4.2. Cải tạo máy nén không khí thành máy nén Biogas áp suất thấp............................73
4.3 Tổng quan về băng thử công suất động cơ..............................................................74
4.3.1 Quy trình vận hành thiết bị để thực nghiệm:........................................................77
4.4 Vận hành các thiết bị của hệ thống đo trong phòng thí nghiệm động cơ..............77
4.5. Vận hành máy tính điều khiển trung tâm puma ...................................................78
4.6. Thử nghiệm động cơ chạy bằng Biogas-LPG trên băng thử công suất..................83

8. 4.7. So sánh công suất lý thuyết và thực nghiệm khi động cơ chạy bằng hỗn hợp
Biogas-LPG ...................................................................................................................86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................91
1. Kết luận......................................................................................................................91
2. Kiến nghị ...................................................................................................................91

9. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1: Biến thiên nhiệt độ khí quyển gần mặt đất qua các thời kỳ băng hà..................1
Hình 2: Hiệu ứng nhà kính ..............................................................................................2
Hình 3: Dự báo dâng cao mực nước biển trong thế kỷ 21 theo các mô hình toán họa
khác nhau.........................................................................................................................2
Hình 1.1: Dự báo nước biển dâng theo thời gian ............................................................4
Hình 1.2: Nguy cơ chìm ngập ở khu vực Đông Nam Á do sự dâng cao mực nước biển6
Hình 1.3: Kịch bản cắt giảm phát thải CO2 theo COP21................................................7
Hình 1.4: Cơ cấu năng lượng tương lai cho phương tiện giao thông cơ giới..................8
Hình 1.5: Phát thải ô nhiễm nhiên liệu LPG ...................................................................9
Hình 1.6: Các phương tiện giao thông dùng nhiên liệu LPG..........................................9
Hình 1.7: Trạm cấp LPG cố địnhHình 1.8: Trạm cấp LPG cơ động ............................10
Hình 1.9: Chu trình Carbon khi sử dụng Biogas làm nhiên liệu...................................11
Hình 1.10: Các kiểu hầm Biogas...................................................................................12
Hình 1.11: Ô tô Trường Hải Towner 750......................................................................13
Hình 1.12: Đường đặc tính động cơ DA465QE ...........................................................15
Hình 1.13. Mặt cắt dọc động cơ DA465QE ..................................................................15
Hình 1.14: Mặt cắt ngang động cơ DA465QE..............................................................16
Hình 2.1: Lượng Biogas sản xuất ở Châu Âu năm 2003 ..............................................20
Hình 2.2: Phân bố nguồn sử dụng Biogas ở Châu Âu năm 2010 và dự báo năm 202021
Hình 2.3: Công suất điện chạy bằng Biogas ở Châu Âu...............................................21
Hình 2.4: Đèn măng-sông dùng Biogas ........................................................................26
Hình 2.5: Bếp dùng Biogas ...........................................................................................27
Hình 2.6: Máy phát điện chạy bằng Biogas ..................................................................30
Hình2.7: Sử dụng Biogas trong hệ thống đồng sản xuất năng lượng............................31
Hình 2.8: Hiệu quả sản xuất năng lượng bằng động cơ nhiên liệu kép và động cơ đánh
lửa cưỡng bức chạy bằng Biogas...................................................................................32
Hình 2.9: Sơ đồ sản xuất và cung cấp nhiên liệu Biogas cho ô tô ................................34
Hình 2.10: Trạm cung cấp Biogas cho ô tô...................................................................35
Hình 2.11: Sơ đồ bố trí hệ thống Biogas trên ô tô.........................................................36
Hình 2.12: Ô tô và tàu lửa chạy bằng Biogas ở Thụy Điển ..........................................36
Hình 2.13: Chuyên chở khí Biogas kiểu thủ công (a), ..................................................37
Hình 2.14: Sơ đồ hiệu quả bảo vệ môi trường khi sử dụng nhiên liệu Biogas. ............38
Hình 3.1: giới thiệu thiết kế xi lanh, buồng cháy và đường nạp của động cơ sau khi cải
tạo và chia lưới không gian tính toán. ...........................................................................43
Hình 3.2 : Màn hình kết quả reong một trường hợp tính toán ......................................44

10. Hình 3.3: Các mặt cắt khảo sát trên đường nạp.............................................................45
Hình 3.4: Biễu diễn biến thiên chân không trên đường nạp..........................................45
Hình 3.5: Biến thiên độ chân không trên đường nạp khi độ mở bướm ga 30 độ, trục
khuỷu độn cơ quay ở tốc độ 3000 vòng/phút ................................................................46
Hình 3.6: Biểu đồ cấp ga bằng van chân không............................................................47
Hình 3.7: Sơ đồ van cấp gas gián đoạn (a) và van cấp gas liên tục (b).........................48
Hình 3.8: So sánh biến thiên hệ số tương đương theo tốc độ trục khuỷu. ....................49
Hình 3.9: Biến thiên hệ số tương đương theo góc quay trục khuỷu khi làm giàu LPG 51
Hình 3.10: So sánh hệ số tương đương khi tốc độ động cơ thay đổi ............................52
Hình 3.11: Biến thiên hệ số tương đương của hỗn hợp trong xy lanh khi phun Biogas-
LPG hòa trộn trước........................................................................................................54
Hình 3.12: Không gian xylanh và buồng cháy..............................................................55
Hình 3.13: Áp suất buồng cháy khi thay đổi thành phần LPG......................................60
Hình 3.14: Đồ thị công khi thay đổi thành phần LPG...................................................60
Hình 3.15: Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến áp suất buồng cháy.......................61
Hình 3.16: Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến đồ thị công ...................................61
Hình 3.17: Biến thiên nhiệt độ cháy khi thay đổi hệ số tương đương tại số 2000rpm..63
Hình 3.18: Biến thiên nhiệt độ cháy khi thay đổi hệ số tương đương tại số 4000rpm..63
Hình 3.19: Diễn biến đường cong nhiệt độ khi thay đổi góc đánh lửa sớm..................64
Hình 3.20: Diễn biến đường cong nhiệt độ khi thay đổi tốc độ động cơ ......................64
Hình 3.21: Diễn biến nồng độ nhiên liệu CH4 trong quá trình cháy ............................65
Hình 3.22: Diễn biến nồng độ nhiên liệu C4H10 trong quá trình cháy ........................65
Hình 3.23: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên nồng độ CH4.....................66
Hình 3.24: Hàm lượng LPG ảnh hưởng đến tốc độ tiêu hao nhiêu liệu........................67
Hình 4.1: Hình dạng, kết cấu bộ hòa trộn và van tiết lưu .............................................68
1. Họng venturi; 2. Thân; 3. Vít điều chỉnh ..................................................................68
Hình 4.2. Van điện từ và vị trí lắp đặt...........................................................................69
Hình 4.3: Kết cấu van điện từ.......................................................................................69
Hình 4.4: Van tổ hợp cung cấp Biogas-LPG cho động cơ DA465QE..........................70
Hình 4.5 : Kết cấu van ngắt ga tự động kiểu cơ khí......................................................71
Hình 4.6 : Sơ đồ lắp đặt phụ kiện cung cấp Biogas-LPG cho động cơ DA465QE.......72
Hình 4.7: Kết cấu bình chứa Biogas..............................................................................73
Hình 4.8 Bình chứa Biogas ...........................................................................................73
Hình 4.9: Hệ thống nén Biogas vào bình chứa..............................................................74
Hình 4.10. Băng thử APA 204/8 ...................................................................................75
Hình 4.11: Sơ đồ bố trí phòng thí nghiệm động cơ.......................................................76

11. Hình 4.11. Màn hình khởi động chương trình PUMA .................................................79
Hình 4.12. Bảng điều khiển hệ thống băng thử EMCON 300 ......................................79
Hình 4.14: Bảng thông báo động cơ và các chế độ thí nghiệm.....................................80
Hình 4.15. Màn hình máy tính sau khi hệ thống sẵn sàng hoạt động ...........................81
Hình 4.17: Cách điều chỉnh tốc độ và vị trí tay ga bằng hai núm xoay trên bảng điều
khiển ..............................................................................................................................83
Hình 4.18 Bảng kết quả tính toán công suất lý thuyết của động cơ theo tốc độ ...........84
Hình 4.19 so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm đường đặc tính ngoài động cơ khi
chạy bằng xăng. Chúng ta thấy kết quả thực nghiệm nhỏ hơn kết quả lý thuyết khoảng
5%..................................................................................................................................84
Hình 4.19: So sánh công suất lý thuyết và thực nghiệm ...............................................84
Hình 4.20: Cung cấp Biogas-LPG cho động cơ DA465QE thử nghiệm.......................85
Hình 4.21 dưới thể hiện ảnh hưởng của thành phần CH4 trong Biogas đến công suất
động cơ. .........................................................................................................................86
Hình 4.22: Ảnh hưởng của thành phần CH4 trong Biogas đến công suất động cơ ......86
Hình 4.23: Ảnh hưởng của hàm lượng CH4 trong Biogas đến công suất động cơ.......87
Hình 4.24: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên áp suất trong xi lanh và đồ
thị công (Biogas M7C3, 20% LPG) ..............................................................................87
Hình 4.25: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên áp suất trong xi lanh và đồ
thị công (Biogas M8C2, 10% LPG) ..............................................................................89
Hình 4.26: Biểu đồ so sánh công suất cho bởi lý mô phỏng và thực nghiệm khi động
cơ chạy bằng hỗn hợp 50% Biogas+50% LPG .............................................................90

12. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của động cơ DA465QE....................................................14
Bảng 2.1: So sánh tính năng phát điện bằng Biogas với những giải pháp khác nhau...22
Bảng 2.2. Các tính chất của thành phần Biogas ............................................................39
Bảng 3.1: Biểu diễn ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến hệ số tương đương trong cùng
điều kiện cung cấp nhiên liệu ........................................................................................49
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến đường đồng mức áp suất và hệ số tương
đương trong cùng điều kiện cấp nhiên liệu ...................................................................50
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến phân bố hệ số tương đương khi phun
Biogas-LPG hòa trộn trước ...........................................................................................53
Bảng 3.4: % theo khối lượng các chất khí trong hỗn hợp nhiên liệu ............................55
Bảng 3.5: Biến thiên đường đồng mức của tốc độ dòng khí trong buồng cháy............56
Bảng 3.6: biến thiên trường nhiệt độ trong quá trình cháy ...........................................57
hỗn hợp nhiên liệu Biogas M7C3 pha 20% LPG..........................................................57
Bảng 3.7: Diễn biến hệ số tương đương trong quá trình cháy ......................................58
Bảng 3.8: Bảng kết quả khi thay đổi thành phần LPG..................................................60
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến công suất và công chu trình...........62

13. 1
MỞ ĐẦU
Ô tô sử dung xăng dầu truyền thống là thủ phạm chính làm gia tăng hàm
lượng chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển. Theo cảnh báo của các
nhà khoa học thì nếu nhiệt độ bầu khí quyển tăng vượt 2⁰C so với nhiệt độ trung
bình trong giai đoạn 1850-1950 thì sẽ xảy ra hiện tượng “househot”, khi đó nhiệt
độ khí quyển đạt giá trị cao nhất trong hơn 1,5 triệu năm qua và con người không
còn khả năng điều chỉnh lại hệ thống khí hậu. Để nhân loại không phải đối mặt
với hiện tượng khí hậu cực đoan này, tại Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu
thế giới COP21 năm 2015 tại Paris, đa số các quốc gia đã thống nhất cam kết cùng
hành động để từ 2020 trở đi, mức phát thải CO2 trên phạm vi toàn cầu giảm dần,
đảm bảo nhiệt độ bầu khí quyển cuối thế kỷ 21 không vượt quá ngưỡng cực đoan
2⁰C so với thời kỳ tiền công nghiệp.
Trong vòng 400.000 năm trở lại đây, nhiệt độ khí quyển gần mặt đất đã trải
qua 4 chu kỳ băng hà (hình 1). Sự thay đổi nhiệt độ bầu khí quyển trong quá khứ
phụ thuộc vào các hiện tượng tự nhiên. Từ khi bắt đầu thời kỳ công nghiệp, hoạt
động của con người là nguyên nhân chính gây ra sự gia tăng nhiệt độ bầu khí
quyển. Điều này được khẳng định bởi mô hình tính toán sự gia tăng nhiệt độ khi
xem xét các yếu tố ảnh hưởng khác nhau.
Hình 1: Biến thiên nhiệt độ khí quyển gần mặt đất qua các thời kỳ băng hà

14. 2
Theo diễn biến nhiệt độ khí quyển
thì chúng ta đang sống trong thời kỳ
có nhiệt độ cao nhất trong 2 thiên
niên kỷ qua. Sự ấm lên của khí quyển
diễn ra ở hai giai đoạn, giai đoạn đầu
từ năm 1910 đến 1945 và giai đoạn
sau từ 1976 đến nay. Sự gia tăng
nhiệt độ khí quyển trong khoảng
1906 đến 2005 ước chừng
0,74°C0,18 °C. Trong khoảng
1956-2006, nhiệt độ tăng 0,65°C. Nhiệt độ trung bình của mặt đất trong giai đoạn
2001-2007 là 14,44°C nghĩa là tăng thêm 0,21°C so với giai đoạn 1991-2000. Tốc
độ gia tăng nhiệt độ trung bình hiện nay khoảng 2,5°C trong 100 năm.
Nếu sự gia tăng nhiệt độ trong quá khứ gây ra do quá trình tự nhiên thì sự
gia tăng nhiệt độ ngày nay chủ yếu là do hoạt động của con người. Cân bằng nhiệt
của quả đất được đảm bảo khi hệ thống không tích lũy năng lượng thặng dư từ
mặt trời. Ban ngày bức xạ mặt trời được hấp thụ bởi khí quyển, đại dương và đại
lục và ban đêm các thành phần này truyền ngược bức xạ ra không gian trong vùng
hồng ngoại (hình 2). Các tia bức xạ hồng ngoại này đến lượt nó bị hấp thụ bởi
mây và một số chất khí có mặt trong
khí quyển. Các chất khí gây hiệu ứng
nhà kính phản xạ lại một phần bức xạ
này về mặt đất và làm nóng lớp khí
quyển dưới cùng: Đó là hiệu ứng nhà
kính. Không có hiệu ứng này, nhiệt độ
trung bình của mặt đất là -18°C thay
vì +15°C như hiện nay. Hiệu ứng nhà
kính là một hiện tượng tự nhiên không
thể thiếu trên hành tinh xanh của
chúng ta. Tuy nhiên khi tác động của
nó vượt quá mức cho phép thì nó gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với môi
trường.
Hình 3: Dự báo dâng cao mực nước
biển trong thế kỷ 21 theo các mô hình
toán họa khác nhau
Năm
Gia
tăng
mực
nước
biển
(cm)
Hình 2: Hiệu ứng nhà kính

15. 3
Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính thì CO2 chiếm vị trí quan
trọng nhất. Từ khi bắt đầu thời kỳ công nghiệp đến nay (khoảng 200 năm), sự phát
thải CO2 vào bầu khí quyển đã không ngừng gia tăng. Nồng độ CO2 hiện nay đã
tăng 35% so với thời kỳ tiền công nghiệp, vượt xa nồng độ của chúng 600.000
năm trước. Nồng độ CO2 đã tăng từ 280ppm ở thời kỳ tiền công nghiệp đến
380ppm vào thời điểm hiện nay. Mức tăng trung bình của CO2 là +1,5 ppm/năm
trong khoảng 1970 đến 2000 và +2,1 ppm/năm hiện nay.
Giải pháp hạn hữu hiệu chế phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính là sử
dụng nhiên liệu tái tạo thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Đây là vấn đề mang tính
thời sự đang được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới.
Đề tài này tập trung “Nghiên cứu tính năng động cơ DA465QE sử dụng
Biogas-LPG”. Đề tài này nhằm góp phần phát triển công nghệ ứng dụng nhiên
liệu tái tạo trên phương tiện giao thông cơ giới nhằm tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch
và giảm phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính. Đề tài này có ý nghĩa khoa học
và thực tiễn:
- Góp phần vào việc nghiên cứu sử dụng lưỡng nhiên liệu Biogas-LPG nén
cho các loại động cơ đốt trong;
- Đánh giá về ưu nhược điểm trong việc sử dụng nhiên liệu Biogas-LPG nén
trên xe tải nhẹ vào điều kiện ở Việt Nam;
- Đa dạng hoá nguồn nhiên liệu sử dụng cho các loại động cơ đốt trong và
thân thiện với môi trường khi sử dụng lưỡng nhiên liệu Biogas-LPG nén.
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được cấu trúc trong 4 chương
gồm :
- Tổng quan
- Nhiên liệu Biogas
- Mô phỏng quá trình cung cấp và quá trình cháy nhiên liệu Biogas-LPG
- Thực nghiệm
- Kết luận và hướng phát triển đề tài

16. 4
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU TÁI TẠO TRÊN PHƯƠNG
TIỆN GIAO THÔNG CƠ GIỚI
1.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Ô tô sử dung xăng dầu truyền thống là thủ phạm chính làm gia tăng hàm
lượng chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển. Theo cảnh báo của các
nhà khoa học thì nếu nhiệt độ bầu khí quyển tăng vượt 2⁰C so với nhiệt độ trung
bình trong giai đoạn 1850-1950 thì sẽ xảy ra hiện tượng “househot”, khi đó nhiệt
độ khí quyển đạt giá trị cao nhất trong hơn 1,5 triệu năm qua và con người không
còn khả năng điều chỉnh lại hệ thống khí hậu. Để nhân loại không phải đối mặt
với hiện tượng khí hậu cực đoan này, tại Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu
thế giới COP21 năm 2015 tại Paris, đa số các quốc gia đã thống nhất cam kết cùng
hành động để từ 2020 trở đi, mức phát thải CO2 trên phạm vi toàn cầu giảm dần,
đảm bảo nhiệt độ bầu khí quyển cuối thế kỷ 21 không vượt quá ngưỡng cực đoan
2⁰C so với thời kỳ tiền công nghiệp.
Hình 1.1: Dự báo nước biển dâng theo thời gian
Sự gia tăng nhiệt độ khí quyển gần mặt đất gây ra những hậu quả năng nề
đối với môi trường. Cây cối lớn nhanh hơn và chết sớm hơn. Một số giống động
thực vật biến mất do biến đổi khí hậu. Nếu môi trường tiếp tục bị tác động bởi sự

17. 5
khô hạn, bão lụt thì sự cân bằng hệ thống sinh thái của hành tinh sẽ bị ảnh hưởng
nặng nề. Cường độ những cơn bão tăng mạnh hơn nhưng số lượng các cơn bão có
giảm đi so với trước đây. Nguyên nhân của những biến động môi trường nêu trên
là do nhiệt độ khí quyển gia tăng.
Người ta ước tính đại dương hấp thụ trên 80% năng lượng cấp thêm vào hệ
thống khí hậu. Sự gia tăng nhiệt độ đại dương khiến nước giãn nở và làm tăng cao
mực nước biển. Các số liệu nghiên cứu do vệ tinh cung cấp cho thấy trong thế kỷ
20, mực nước biển đã dâng cao khoảng vài chục cm (0,1-0,2m). Riêng trong giai
đoạn 1961 đến 2003, mực nước biển đã tăng 1,8mm/năm. Sự gia tăng mực nước
biển chủ yếu là do giãn nở nhiệt. Ảnh hưởng của sự tan băng ở các cực thể hiện
trong quãng thời gian dài nhiều thế kỷ. Mực nước biển sẽ dâng cao từ 18 đến
59cm vào năm 2100 (hình 1.1). Nó có thể dâng cao 4m vào năm 2300. Khi toàn
bộ băng tuyết trên mặt đất tan chảy thì mực nước biển có thể dâng lên 80m (hình
4) Sự dâng cao mực nước biển vài cm không gây ảnh hưởng đáng kể đối với bờ
biển đá nhưng nó gây ảnh hưởng nghiêm trọng đối với động học bùn cát của các
bãi biển phẳng. Trong những vùng này, đang ở trạng thái cân bằng động học, sự
dâng cao mực nước biển tạo ra khả năng xâm thực mạnh và làm dịch chuyển sự
cân bằng toàn bộ về phía bãi biển bị xâm thực và lùi dần vào đất liền. Vì vậy sự
dâng cao mực nước biển gây ảnh hưởng quan trọng hơn nhiều so với việc dịch
chuyển bờ biển đối với chiều cao mực nước tương ứng. Việt Nam là một trong
năm quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu và mực nước biển
dâng. Hình 1.2 giới thiệu nguy cơ ngập nước ở một số vùng nước ta nếu mực nước
biển dâng lên 1m.
Khi nồng độ các chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển vượt
quá một giới hạn nào đó thì hiện tượng bùng nổ của hệ thống khí hậu sẽ diễn ra.
Hiện tượng này làm cho quả đất nóng lên nhanh hơn nhiều so tính toán. Vào cuối
kỷ nguyên băng hà khí hậu trong một vài năm có thể tăng lên nhiều độ. Trong quá
khứ, chất khí gây hiệu ứng nhà kính chủ yếu là methane. Tính chất gây hiệu ứng
nhà kính của methane lớn hơn khí CO2 đến 23 lần.
Methane được hình thành do phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường
thiếu không khí và dưới tác động của vi khuẩn. Nếu mặt đất bị đóng băng, methane
bị nhốt trong băng dưới dạng hydrate methane. Nếu mặt đất được sưởi nóng, băng
tan ra, giải phóng methane, gây hiệu ứng nhà kính mạnh làm nhiệt độ mặt đất

18. 6
tăng, dẫn đến băng tan nhanh hơn, giải phóng methane nhiều hơn... và quá trình
đó làm cho tốc độ gia tăng nhiệt độ khí quyển lớn hơn nhiều so với bình thường.
Trong thời đại chúng ta, quả đất nóng lên chủ yếu là do khí CO2 do hoạt
động của con người thải vào khí quyển. Nhờ sự chuyển động của dòng đại dương,
nước biển hấp thụ hơn 50% lượng khí CO2 do con người thải ra. Nếu có sự thay
đổi bất kỳ nào đó đối với dòng đại dương, mức độ hấp thụ CO2 của nước biển đều
bị ảnh hưởng. Động cơ gây ra sự dịch chuyển nước trong đại dương là do chênh
lệch khối lượng riêng. Nước lạnh gần các cực tiếp nhận lượng muối do nước đóng
băng nhả ra nên khối lượng riêng của nó lớn hơn nước ở vùng gần xích đạo. Do
khối lượng riêng lớn, nước gần các cực chìm xuống đáy đại dương hút nước nóng
trên mặt vùng gần xích đạo về các cực. Nước dưới đáy đại dương vùng gần các
cực lại nổi lên và sự dịch chuyển này tạo nên dòng đại dương (hình 6). Khi băng
hà tan ra, động cơ tạo nên dịch chuyển của nước không còn nữa, nước trên mặt
bão hòa CO2, mặt khác khi nhiệt độ nước biển tăng lên khả năng hấp thụ CO2 của
nó cũng giảm đi đáng kể. Do vậy lượng CO2 tích lũy trong bầu khí quyển không
giảm đi, làm cho nhiệt độ quả đất tăng nhanh hơn.
Hình 1.2: Nguy cơ chìm ngập ở khu vực Đông Nam Á do sự dâng
cao mực nước biển

19. 7
Hình 1.3: Kịch bản cắt giảm phát thải CO2 theo COP21
Như vậy vào cuối kỷ nguyên nhiên liệu hóa thạch, lượng CO2 trong bầu khí
quyển đạt cực đại, có thể gây ra sự bùng nổ khí hậu làm nhiệt độ bầu khí quyển
gần mặt đất tăng nhanh. Thiên nhiên và nhân loại khi đó sẽ chịu tác động khủng
khiếp của sự gia tăng nhiệt độ đó.
Để tránh thảm họa nhiệt độ cực đoan của bầu khí quyển, tại Hội nghị thượng
đỉnh về biến đổi khí hậu COP21 năm 2015 tại Paris nguyên thủ các quốc gia trên
thế giới đã thống nhất cùng hành động cắt giảm phát thải các chất khí gây hiệu
ứng nhà kính. Theo kế hoạch hành động này thì kể từ năm 2020 lượng phát thải

20. 8
CO2 bắt đầu giảm để đến năm 2050 mức phát thải CO2 do sử dụng nhiên liệu hóa
thạch tiến về 0 (hình 1.3).
Trong số các nguồn
phát thải CO2 thì phương tiện
giao thông cơ giới chiếm tỷ
trọng lớn nhất. Để giảm phát
thải CO2 theo lộ trình COP21
thì ngành ô tô cần đi đầu
trong việc thay đổi cơ cấu
năng lượng. Hiện nay xăng
dầu truyền thống cung cấp
trên 90% nhu cầu năng lượng
cho giao thông vận tải. Theo
kịch bản cắt giảm CO2 nêu
trên thì đến giữa thế kỷ này,
năng lượng tái tạo/thay thế phải chiếm đến trên 60% tổng số năng lượng sử dụng
cho ngành giao thông vận tải, trong đó năng lượng điện, nhiên liệu sinh học và
nhiên liệu khí là 3 thành phần chính trong cơ cấu năng lượng cho ô tô (hình 1.4).
Trong các loại nhiên liệu khí thì khí dầu mỏ hóa lỏng LPG thuận lợi cho
việc sử dụng nhất. LPG là hỗn hợp của propan có công thức hóa học là C3H8 và
butan có công thức hóa học là C4H10 được sản xuất từ quá trình lọc dầu hay tinh
luyện khí thiên nhiên. LPG thông thường được pha trộn Propan/Butan: 30/70,
40/60, 50/50. Tính chất lý hóa của LPG được giới thiệu trên bảng 1.1. Đặc điểm
nổi bậc của LPG là nó có thể hóa lỏng ở áp suất thấp (khoảng dưới 10 bar) nên nó
có thể lưu trữ dễ dàng hơn trên phương tiện giao thông cơ giới với với khí thiên
nhiên, hydrogen…
Khí dầu mỏ hóa lỏng hòa trộn với không khí đồng đều hơn xăng nên quá
trình cháy diễn ra hoàn toàn hơn, ít phát thải các chất gây ô nhiễm (hình 1.5). Về
mặt kinh tế, xe tiêu thụ1 kg LPG khi chạy được quãng đường tương đương với 2
lít xăng.
Hình 1.4: Cơ cấu năng lượng tương lai cho
phương tiện giao thông cơ giới

21. 9
Bảng 1.1: Tính chất LPG
Hình 1.5: Phát thải ô nhiễm nhiên liệu LPG
Hình 1.6: Các phương tiện giao thông dùng nhiên liệu LPG
Do tính ưu việt của LPG về kinh tế và môi trường nên ở các nước phát triển taxi
chạy trong thành phố phải sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng. Ở các nước
Đông nam Á, xe Tuk Tuk ba bánh cũng chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng (hình
1.6). Ở nước ta LPG cũng đã được áp dụng trên xe taxi, xe gắn máy và xe chở rác

22. 10
3 bánh. Các kết quả áp dụng LPG trên ô tô và xe gắn máy cho thấy khi chạy bằng
khí dầu mỏ hóa lỏng, chi phí nhiên liệu có thể giảm đến 40% và mức độ phát thải
CO có thể giảm đến 80% so với khi chạy bằng xăng. Tuy nhiên do hệ thống nạp
nhiên liệu LPG chưa phát triển, gây khó khăn cho người sử dụng nên việc áp dụng
LPG trên phương tiện vận chuyển cơ giới chưa được phổ biến rộng rãi ở nước ta.
Hình 1.7: Trạm cấp LPG cố định Hình 1.8: Trạm cấp LPG cơ động
Ngày nay người ta đã thương mại hóa những trạm cấp LPG cơ động, nhỏ
gọn có thể giúp cho việc nạp LPG thuận tiện ở bất kỳ nơi đâu (hình 1.8). Đây có
thể xem là giải pháp tình thế giúp mở rộng phạm vi áp dụng khí dầu mỏ trên
phương tiện giao thông cơ giới khi hệ thống nạp ga chưa được phổ biến rộng rãi.
Dù có lợi về mặt kinh tế và môi trường nhưng LPG vẫn là nhiên liệu hóa
thạch, việc sử dụng nó vẫn làm tăng nồng độ CO2 trong bầu khí quyển dù nhẹ
hơn xăng dầu truyền thống. Để giảm triệt để phát thải CO2, chúng ta phải sử dụng
nhiên liệu tái tạo. Ở các nước vùng nhiệt đới thì Biogas là nguồn năng lượng tái
tạo dồi dào. Biogas là năng lượng tái sinh nhận được từ quá trình phân hủy các
chất hữu cơ trong môi trường thiếu không khí. Rác thải sinh hoạt, các chất thải
của quá trình sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi, xử lý nước... là nguồn nguyên liệu
tốt để sản xuất Biogas. Biogas chứa thành phần chính là CH4 và các tạp chất như
CO2, H2S. Để có thể sử dụng Biogas làm nhiên liệu, việc đầu tiên là phải lọc các
tạp chất có hại.

23. 11
Sử dụng Biogas làm nhiên liệu không làm gia tăng CO2 trong bầu khí
quyển vì chu trình C được khép kín. CO2 trong sản phẩm cháy sẽ được thực vật
thế hệ sau hấp thụ để tăng trưởng như hình 12.
Hình 1.9: Chu trình Carbon khi sử dụng Biogas làm nhiên liệu
Sản lượng Biogas trên thế giới tăng gần như tuyến tính qua các năm. Khu
vực sản xuất Biogas nhiều nhất là Châu Âu, tiếp theo là khu vực Châu Á-Thái
Bình Dương và Bắc Mỹ (hình
1.9). Biogas ở các nước phát
triển chủ yếu dùng để phát điện,
chạy ô tô và hòa vào mạng lưới
cung cấp khí thiên nhiên. Ở các
nước đang phát triển, Biogas
chủ yếu dùng để đun nấu. Ở
Thái Lan, Việt Nam, Philipines,
Biogas bắt đầu được nghiên cứu
để sử dụng trên động cơ đốt
trong.
Khó khăn trong khai thác Biogas để phát điện ở nước ta hiện nay là nguồn
nhiên liệu không tập trung và qui mô không đều. Những nơi có sản lượng Biogas
lớn như các bãi chôn lấp rác, các trạm xử lý nước thải... có thể sử dụng động cơ
cỡ lớn để kéo máy phát điện hoặc sử dụng Biogas để làm nhiên liệu cho phương
tiện giao thông cơ giới. Các trại chăn nuôi trung bình và nhỏ, nếu sử dụng động
cơ cỡ lớn thì không đủ Biogas để chạy liên tục, nếu dùng động cơ cỡ nhỏ thì không
đảm bảo được công suất cần thiết cho sản xuất. Vì thế việc sử dụng phối hợp giữa
Ánh sáng
mặt trời
Quang hợp
Chất thải chăn
nuôi
Thực vật
Biomass
Chất thải
hữu cơ
Lên men
Tiêu hóa kỵ khí
Biogas
Sản xuất điện, nhiệt
H2O
CO2 O2
Hình 13: Sản lượng Biogas trên thế giới

24. 12
Biogas và các nguồn năng lượng tái tạo khác để cung cấp năng lượng liên tục
phục vụ sản xuất và đời sống ở nông thôn là rất cần thiết.
Hình 1.10: Các kiểu hầm Biogas
Biogas có chỉ số octane lớn, khoảng 130 nên nó có khả năng chống kích nổ
tốt. Vì thế nó có thể dùng trên động cơ có tỉ số nén cao để cải thiện hiệu suất nhiệt.
Tuy nhiên Biogas có chứa CO2 là một tạp chất làm bẩn nhiên liệu. Nó làm giảm
tốc độ lan tràn màn lửa và giảm nhiệt trị nhiên liệu vì thế ảnh hưởng đến tính năng
của động cơ. Phối hợp sử dụng Biogas và các loại nhiên liệu khí truyền thống là
giải pháp hữu hiệu để cải thiện chất lượng quá trình cháy của loại nhiên liệu tái
tạo này.
Đề tài này tập trung nghiên cứu tính năng của động cơ ô tô tải nhẹ Trường
Hải Tower khi chuyển sang chạy bằng nhiên liệu Biogas-LPG. Đề tài này nhằm
góp phần phát triển công nghệ ứng dụng nhiên liệu tái tạo trên phương tiện giao
thông cơ giới nhằm tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch và giảm phát thải chất khí gây
hiệu ứng nhà kính.
1.2. Phân tích đặc tính kỹ thuật của động cơ DA465QE lắp trên ô tô tải nhẹ
Trường Hải Towner
1.2.1.Những tiện ích và nhu cầu sử dụng của ô tô tải nhẹ Trường Hải
Towner 750
Ngày nay, phương tiện vận chuyển hàng hóa bằng xe tải chắc hẳn
không còn quá xa lạ với mọi người. Vận tải ô tô là hình thức vận tải phổ
biến nhất được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế ở tất cả quốc gia. Vậy

25. 13
việc vận tải bằng xe tải Trường Hải Towner 750 sở hữu những ưu điểm nổi
bật như: tính động cơ cao trong thành phố, tốc độ vận chuyển nhanh, nên
xe tải vận nhỏ này chuyển trực tiếp đến người nhận, không phải thông qua
bất kì phương thức vận tải nào khác. Xe tải Trường Hải Towner 750 có thể
hoạt ở nhiều tuyến đường, thậm chí ở những nơi chưa có đường sá. Tốc độ
vận chuyển hàng của xe tải nhanh hơn đường sắt cả về khoảng cách ngắn
và khoảng cách dài. Chính vì vậy mà việc vận chuyển bằng xe tải nhỏ giữa
các thành phố đang phát triển mạnh. Mức độ phát thải ô nhiễm của các xe
tải cỡ nhỏ cũng ít hơn so với các dòng xe có công suất động cơ lớn, góp
phần hạn chế ô nhiễm môi trường.
Hình 1.11: Ô tô Trường Hải Towner 750
1.2.2.Đặc tính kỹ thuật của động cơ DA465QE lắp trên ô tô Towner 750
Động cơ DA465QE/F1 do hãng DONGAN Trung Quốc sản xuất là loại
động cơ xăng điều khiển điện tử, 4 xi lanh thẳng hàng, làm mát cưỡng bức. Hệ
thống nhiên liệu điều khiển bằng ECU, vòi phun của động cơ hoạt động bằng điện
từ.

26. 14
Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của động cơ DA465QE
Thông số Đơn vị Giá trị
Tên động cơ DA465QE
Loại động cơ Xăng
Kiểu động cơ 4 kỳ, 4 xy lanh, làm mát cưỡng bức
Công suất KW 35/31
Mômen xoắn Nm 72/68
Thể tích xilanh cc 970
Tỷ số nén 9:1
Số vòng quay vg/ph 5000
Đường kính xi lanh mm 65,5
Hành trình piston mm 72
Thứ tự làm việc 1-3-4-2
Góc đánh lửa sớm Độ 6-7
Kích thước (L×W×H) 559×623×426mm
Trọng lượng Kg 95

27. 15
Hình 1.12: Đường đặc tính động cơ DA465QE
1.3 Kết cấu động cơ DA465QE:
Động cơ DA465QE sử dụng cơ cấu phối khí xupáp treo, các xupáp được
dẫn động gián tiếp thông qua cơ cấu đòn bẩy. Trục cam được dẫn động bằng bánh
răng trung gian. Hệ thống nhiên liệu được điều khiển bằng điện tử nhằm tối ưu
hóa quá trình nạp và giảm tiêu hao nhiên liệu của động cơ.
Hình 1.13. Mặt cắt dọc động cơ DA465QE
1. Lò xo xu páp; 2. Xu páp thải; 3. Trục cam; 4. Đòn bẩy; 5. Xu páp nạp;
6. Vòi phun nhiên liệu; 7. Xéc măng; 8. Chốt pít tông; 9. Pít tông;
10. Thân máy; 11. Thanh truyền; 12. Trục khuỷu; 13. Đối trọng;
14. Bơm hút; 15. Que thăm dầu

28. 16
Hình 1.14: Mặt cắt ngang động cơ DA465QE
1. Dây điện; 2. Nắp máy; 3. Trục cam; 4. Quạt gió; 5. Đai ốc khởi động;
6. Trục khuỷu; 7. Đối trọng; 8. Các te; 9. Bơm dầu;10. Nút tháo dầu;
11. Xéc măng; 12. Pít tông; 13. Thân máy; 14. Chốt pít tông
1.4. Mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
- Mục tiêu: Khảo sát tính năng động cơ sử dụng nhiên liệu LPG và Biogas
với các phương án cung cấp nhiên liệu khác nhau nhằm nâng cao hiệu quả
sử dụng năng lượng, giảm phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính.
- Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm
để đánh giá tính năng kỹ thuật và phát thải ô nhiễm của động cơ khi chạy
bằng Biogas-LPG với các phương án cung cấp nhiên liệu khác nhau.
- Đối tượng nghiên cứu: Động cơ xăng DA465QE lắp trên ô tô tải nhẹ
Trường Hải Tower 750
- Giới hạn phạm vi nghiên cứu:
Về sản xuất nhiên liệu: Biogas được lấy từ hầm sản xuất Biogas có sẵn; đề
tài này chỉ tập trung nghiên cứu giải pháp nén Biogas để làm nhiên liệu ô tô.
Về mô phỏng: Nghiên cứu mô phỏng quá trình cung cấp nhiên liệu và quá
trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu Biogas-LPG với các thành phần nhiên liệu khác
nhau.
Về thực nghiệm: Lắp đặt động cơ lên băng thử AVL, đo công suất động cơ
khi chạy bằng Biogas-LPG.

29. 17
Chương 2: NHIÊN LIỆU BIOGAS
2.1. Tình hình sản xuất và ứng dụng Biogas trên thế giới và ở Việt Nam
2.1.1. Lịch sử phát triển Biogas
Một trong những người đề cập sớm nhất đến Biogas là Van Helmont. Vào năm
1630 ông đã viết một tài liệu về một chất khí dễ cháy sinh ra từ chất hữu cơ mục nát.
Van Helmont là một trong những nhà quan sát và suy luận đầu tiên về các hiện tượng tự
nhiên này. Năm 1667, Shirley mô tả chất khí này một cách chính xác hơn. Ngày nay
Shirley được coi là người tìm ra Biogas (Santhianathan, 1975). Alessandron Volta, một
người Ý, đã viết một lá thư vào ngày 14 tháng 11 năm 1776, về một loại nhiên liệu khí
dễ cháy thoát ra khi các lớp trầm tích dưới đáy ao gần thành phố Como, miền Bắc Italy,
và trong hồ Verbano khi được khuấy động. Ông phát hiện thấy khí phát nổ khi trộn với
không khí và đánh lửa. Thậm chí ông còn xác định được tỷ lệ nhiên liệu này và không
khí để hỗn hợp nổ mạnh nhất.
Năm 1870, Joseph Priestly, một người nổi tiếng trong lịch sử của hóa học, báo
cáo một chất khí sinh ra bởi sự phân hủy của các chất khi chìm trong nước.
Humphrey Davy được xem là người đầu tiên phát hiện nhiên liệu khí phát sinh
từ phân hủy các chất thải trại chăn nuôi vào những năm đầu của thế kỷ 19. Davy cũng
nổi tiếng với các phát minh của đèn an toàn dùng cho thợ mỏ. Thậm chí ngày nay các
nguyên tắc liên quan đến loại đèn này có thể được sử dụng như các phương pháp đơn
giản để tránh các vụ nổ trong những trường hợp có sự hiện diện của một chất khí (như
Biogas) bị đánh lửa.
Năm 1804 John Dalton xác định các thuộc tính hóa học của khí methane. Dalton
cũng được coi là cha đẻ của lý thuyết nguyên tử hiện đại. Khí methane sinh ra từ phân
chuồng đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học nổi tiếng thời bấy giờ, không chỉ các
nhà hóa học như John Dalton, Humphrey Davy, và Joseph Priestly, mà còn có những
nhà vật lý như Alessandro Volta, và William Henry.
Hầu như trong khoảng thời gian đó, các nhà khoa học vật lý và hóa học đã nâng
cao tối đa kiến thức về Biogas mà lĩnh vực của họ cho phép. Từ đó ngành vi sinh vật
học đã hình thành. Louis Pasteur cũng đã quan tâm đến quá trình này nhưng chính một
trong số những học trò của ông, Bechamp, vào năm 1868 đã phát hiện ra các vi sinh vật
tham gia trong quá trình sản xuất khí methane từ các chất hữu cơ. Tuy nhiên Bechamp
không có đủ bằng chứng thuyết phục về khám phá của mình nên bằng phát minh được
trao cho Tappeiner với các nghiên cứu liên quan từ 1882-1884.
Từ những kết quả nghiên cứu của John Dalton về thuộc tính hóa học của methane,
tính chất vi sinh vật của quá trình sản xuất methane đã được chứng minh bởi Bechamp

30. 18
và Tappeiner, người ta đã có đủ cơ sở khoa học để sản xuất Biogas từ thời điểm này.
Một học trò của Pasteur là Gayon đã có thể sản xuất đủ khí methane đủ cho việc chiếu
sáng và sưởi ấm gia đình vào thời đó. Việc sản xuất Biogas với qui mô lớn hơn cũng đã
được triển khai. Từ năm 1896, khí đốt sinh ra từ trạm xử lý nước thải đã được sử dụng
cho chiếu sáng một đường phố ở Exeter, Anh.
Sản xuất Biogas với khối lượng lớn từ vật liệu cellulose được phát hiện chậm hơn
so sản xuất Biogas từ chất thải con người hay gia súc. Năm 1914 người Hà Lan đã thử
sản xuất Biogas từ rơm, rạ. Kết quả này sau đó được triển khai thực hiện tại Indonesia.
Sau khi chiến tranh thế giới thứ I, năm 1918, người Mỹ đã quan tâm đến việc sản
xuất khí methane từ chất thải nông nghiệp. Năm 1930 Boruff và Bushwell ở Illinois ở
Hoa Kỳ đã công bố bài viết về sản xuất khí methane từ chất thải trang trại. Jacobs và
Levine ở bang Iowa, Hoa Kỳ, đã sản xuất nhiên liệu khí bằng cellulose có trong các chất
thải trang trại.
Trong những năm khoảng năm 1940, nhiều nhà máy xử lý nước thải ở các thành
phố của Hoa Kỳ và ở những nơi khác đã được sử dụng phương pháp lên men kỵ khí để
sản xuất methane chạy máy phát điện. Tương tự như vậy, trong những năm 1940-1951
người Pháp ở Bắc Phi cũng đã sản xuất khí methane từ các trạm xử lý nước để phát điện
theo mẫu hầm Biogas do G. Ducellier và M. Isman phát triển năm 1937.
Tại Đức có ba nhóm đã phát triển Biogas từ năm 1951 gồm: a) Strell, Goetz và
Liebmann tại Munich, b) Reinhold và Noach tại Darmstadt, c) Schmidt và Eggersgluss
tại Allerhop. Những công trình khác được phát triển song song tại Đông Đức. Nhìn
chung, các công trình sản xuất Biogas này được đánh giá là không tốt vì điều kiện khí
hậu không thuận lợi. Tuy nhiên sản xuất Biogas từ các trạm xử lý nước thải rất được
quan tâm tại Đức. Trong năm 1951 có 48 nhà máy xử lý nước thải ở Tây Đức cung cấp
hơn 16 triệu mét khối khí methane, 3,4% trong số đó đã được sử dụng cho sản xuất điện,
16,7% cho đun nấu, 28,5% đã được chuyển tới hệ thống cung cấp khí đốt thành phố và
51,4% được sử dụng làm nhiên liệu động cơ cho ô tô.
Ở giai đoạn cuối của chiến tranh thế giới thứ II, Đức và các khu vực chiếm đóng
của Đức Quốc xã đã bị khủng hoảng sâu sắc về nhiên liệu ô tô. Không những thiếu nhiên
liệu cho các phương tiện vận chuyển người, thực phẩm, hàng hóa mà còn thiếu cả nhiên
liệu cho cả máy móc thiết bị nông nghiệp như máy cày, máy kéo. Vì vậy việc sản xuất
khí methane để làm nhiên liệu thay thế được Đức Quốc Xã phát triển mạnh mẽ. Do
không thể hóa lỏng nhiên liệu trong điều kiện thực tế nên methane đã được nén ở áp suất
3.000 psi vào các bình thép chịu áp lực. Các bình chứa nhiên liệu methane này khi nạp
đầy có năng lượng tương đương với 10 gallons xăng. Đây được xem là giải pháp nhiên
liệu thay thế hiệu quả trong cuộc khủng hoảng. Kinh nghiệm này của Đức cũng giúp

31. 19
cho các trang trại nông nghiệp có thể tự túc được nguồn năng lượng bằng cách sử dụng
Biogas được sản xuất từ chất thải. Đây cũng là giải pháp tốt khi giá nhiên liệu tăng.
Điểm yếu của quá trình sản xuất Biogas là nhiệt độ hạ thấp trong mùa đông. Để nâng
cao hiệu quả của quá trình sản xuất Biogas, chúng ta phải duy trì nhiệt độ nguyên liệu
cao hơn 26ºC và tốt nhất là 30ºC đến 35ºC.
Với những kinh nghiệm đã đạt được, sau khi chiến tranh thế giới thứ II, việc sản
xuất Biogas được phổ biến ở nhiều quốc gia như Nam Phi, Kenya, Uganda, Nga,
Australia, Italy, Hàn Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Israel, Hoa Kỳ, Ấn Độ, Philippines…
Ở Châu Á, nước đi đầu trong sản xuất Biogas là Ấn Độ. Quá trình phát triển Biogas ở
Ấn Độ có thể được chia thành ba giai đoạn: thử nghiệm 1937-1950; nghiên cứu thí điểm
1950-1963 và giai đoạn hoạt động đầy đủ, từ năm 1964. Đến năm 1973-1974, Ấn Độ có
hơn 7.000 nhà máy Biogas và con số này tăng hơn gấp đôi trong giai đoạn 1974-1975.
Nguồn Biogas không những được dùng để nấu ăn mà còn để thắp sáng và chạy động cơ.
Thành công này do sự đóng góp của nhiều nhà khoa học tài năng của Ấn Độ như J. Patel
và Ram Bux Singh.
2.2. Tình hình sản xuất Biogas trên thế giới trong những năm gần đây
Dầu mỏ đang cạn kiệt dần đã thúc đẩy các nước phát triển nghiên cứu tìm kiếm
các nguồn năng lượng thay thế mang tính bền vững hơn. Cộng Đồng Châu Âu đã kêu
gọi các nước trong khối thực hiện mục tiêu sử dụng 5,75% nhiên liệu sinh học vào năm
2010. Trong kế hoạch ngắn hạn điều này có nghĩa là nhiên liệu sinh học (Biogas, ethanol,
biodiesel) đã có mặt trên thị trường và trong tương lai việc sử dụng chúng sẽ được tăng
cường mạnh mẽ hơn. Do đó, thị trường thế giới về Biogas tăng lên đáng kể trong những
năm gần đây và nhiều nước đã phát triển công nghệ Biogas hiện đại để cạnh tranh trên
thị trường năng lượng thay thế và tiếp nhận các khoản hỗ trợ về bảo vệ môi trường.
Hàng nghìn trung tâm sản xuất Biogas đã được xây dựng ở Châu Âu. Các nước như
Đức, Áo, Đan Mạch và Thụy Điển là những nước đi tiên phong trong phát triển kỹ thuật
Biogas. Một số lượng lớn các trung tâm sản xuất Biogas khác cũng đang được vận hành
trên thế giới. Ở Trung Quốc, ước tính lên đến 18 triệu hầm Biogas gia đình nông thôn
đang hoạt động năm 2006. Tiềm năng Biogas của Trung Quốc ước tính lên đến 145 tỷ
mét khối. Ở Ấn Độ hiện có khoảng 5 triệu nhà máy Biogas quy mô nhỏ đang hoạt động.
Các quốc gia như Nepal và Việt Nam cũng có một số lượng đáng kể hầm Biogas quy
mô rất nhỏ, gia đình.
Phần lớn các hầm Biogas ở Châu Á sử dụng công nghệ đơn giản vì vậy chúng
được thiết kế và xây dựng dễ dàng. Các nước Mỹ, Canada và Châu Mỹ La tinh đang
phát triển ngành Biogas hiện đại trong khuôn khổ các chương trình hỗ trợ của chính phủ
về năng lượng thay thế.

32. 20
Tiềm năng Biogas có thể được ước tính trên cơ sở các nguồn sinh khối đang tồn
tại trên hành tinh của chúng ta. Tiềm năng này được ước tính dựa trên cơ sở các kịch
bản và giả định khác nhau. Dù số liệu còn khác nhau nhưng kết luận chung là cho tới
ngày nay người ta chỉ mới sử dụng một phần rất nhỏ Biogas so với tiềm năng có thể sản
xuất được từ các nguồn sinh khối có sẵn. Nói cách khác tiềm năng sản xuất Biogas còn
rất lớn. Hiệp hội sinh khối Châu Âu (AEBIOM) ước tính năng lượng dựa trên sinh khối
có thể tăng từ 72 triệu tấn (MToE) 2004 lên 220 MToE vào năm 2020. Tiềm năng lớn
nhất từ nguồn gốc sinh khối nông nghiệp. Theo AEBIOM, Liên minh châu Âu có thể sử
dụng diện tích đất lên đến 20-40 triệu ha cho sản xuất năng lượng mà không ảnh hưởng
đến nguồn cấp thực phẩm.
Biogas là nhiên liệu sinh học được dùng để sản xuất điện năng bằng động cơ gas
ở Châu Âu. Mặt khác loại nhiên liệu này cũng đã được dùng trên phương tiện giao thông,
cụ thể như ở Thụy Điển hiện có hơn 4000 ô tô chạy bằng Biogas. Mới đây nhất Thụy
Điển đã chế tạo tàu hỏa chạy bằng Biogas. Tàu hỏa này được lắp hai động cơ xe buýt sử
dụng Biogas, có thể chở 54 hành khách. Quãng đường hoạt động độc lập của tàu là
600km trước khi cần tiếp nhiên liệu và có thể đạt vận tốc 130km/h.
Châu Âu hiện có hơn 4500 nhà máy sản xuất Biogas tại những bãi chôn lấp rác
lớn. Tốc độ phát triển sản xuất Biogas tăng khoảng 6%/năm. Những quốc gia có sản
lượng Biogas trên đầu người lớn là Anh Quốc, Thụy Điển, Thụy Sĩ và Hà Lan. Hiện nay
có ba nước đã ban hành tiêu chuẩn chất lượng Biogas gồm Thụy Sĩ, Đức và Thụy Điển.
Nâng cao chất lượng Biogas được thực hiện bằng hai bước mà bước chính là loại bỏ
CO2 trong nhiên liệu. Những tạp chất có hại khác (như tạp chất có chứa lưu huỳnh) được
loại bỏ trước khi loại CO2.
Hình 2.1 giới thiệu lượng Biogas sản xuất ở Châu Âu năm 2003. Anh và Đức là
hai nước đi đầu về sản lượng Biogas.
Hình 2.1: Lượng Biogas sản xuất ở Châu Âu năm 2003
Sản
lượng
Biogas,
1000
ToE

33. 21
Hình 2.2 cho thấy Biogas chủ yếu dùng để sản xuất điện năng và cung cấp nhiệt
năng ở hầu hết các nước Châu Âu. Ở Áo và Thụy Điển, sản lượng Biogas thấp hơn các
nước trong vùng nhưng được dùng chủ yếu để chạy ô tô.
Hình 2.2: Phân bố nguồn sử dụng Biogas ở Châu Âu năm 2010 và dự báo năm 2020
Hình 2.2 cho thấy công suất điện sản xuất từ Biogas tăng gấp 3 lần từ năm 2010
đến 2020. Điện năng chủ yếu sản xuất bằng động cơ Biogas. Công suất động cơ thay
đổi trong phạm vi rộng từ vài trăm kW đến nhiều MW. Mặt khác microturbine cũng
được dùng để sản xuất điện năng bằng Biogas có công suất trong khoảng 30-250kW.
Hình 2.3: Công suất điện chạy bằng Biogas ở Châu Âu
Động cơ Biogas có thể là động cơ đánh lửa cưỡng bức hay động cơ nhiên liệu
kép. Động cơ nhiên liệu kép phun khoảng 10% nhiên liệu diesel mồi được sử dụng rộng
rãi ở dải công suất nhỏ vì phương án này có hiệu quả phát điện cao. Tuy nhiên mức độ
phát thải cao hơn. Mặt khác phương án này có thuận lợi là khi không còn Biogas, động
cơ vẫn có thể chạy hoàn toàn bằng diesel.
Công
suất
điện
(MW)
Năm

34. 22
Động cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng hệ thống đánh lửa truyền thống và bộ tạo
hỗn hợp Biogas/không khí. Động cơ cơ thể làm việc với thành phần hỗn hợp vừa đủ hay
nghèo. Động cơ cỡ lớn thường làm việc với hỗn hợp nghèo để tăng tính hiệu quả. Bảng
2.1 so sánh tính năng phát điện bằng Biogas với những giải pháp khác nhau. Hầu hết
công nghệ phát điện bằng Biogas hiện nay sử dụng động cơ đốt trong.
Bảng 2.1: So sánh tính năng phát điện bằng Biogas với những giải pháp khác nhau
Tiêu chí
Động cơ xăng
đánh lửa
cưỡng bức
Động cơ dual
fuel
Động cơ đánh
lửa cưỡng bức
cải tạo từ động
cơ diesel
Micro
turbine
Hiệu suất (%) 24-29 30-38 35-42 26-29
Bảo trì Cao Cao Trung bình Thấp
Đầu tư Thấp Trung bình cao Trung bình Cao
Công suất (kW) 5-30 30-200 >200 <100
Tuổi thọ Thấp Trung bình Cao Cao
Ở khu vực Châu Á, Philippines đã có hơn 653 hệ thống Biogas từ chất thải gia
súc được xây dựng trong những năm gần đây. Các hệ thống này đã đem lại những lợi
ích thiết thực về giảm thiểu môi trường và giải quyết vấn đề năng lượng ở nông thôn.
Từ năm 2000 đến nay, đã có 9 công ty chuyên xây dựng và cung cấp thiết bị Biogas
được thành lập ở Philippines. Tại Thái Lan, Biogas từ chất thải nông nghiệp đã được sử
dụng để sản xuất điện với tổng công suất lên đến trên 3.000 MW. Chính phủ Thái Lan
đã đặt ra kế hoạch sản xuất 8% năng lượng điện quốc gia bằng năng lượng tái sinh vào
năm 2011. Ở Nepal đã có hơn 100.000 công trình Biogas được xây dựng ở nông thôn
trong những năm đầu của thế kỷ 21. Tại Ấn Độ, Biogas được sản xuất từ chất thải nông
nghiệp ở qui mô gia đình được gọi với tên quen thuộc là Gober gas. Đến nay, người ta
ước tính có hơn 2 triệu hầm Biogas với qui mô gia đình ở Ấn Độ. Đã có nhiều thử
nghiệm chạy máy phát điện qui mô nhỏ bằng Biogas tại đây. Kết quả cho thấy sử dụng
Biogas để chạy máy phát điện có thể làm giảm đến 40% giá thành nếu chạy bằng nhiên
liệu dầu mỏ. Từ những năm 1980, Trung Quốc đã xây dựng các hầm Biogas qui mô lớn
và cỡ trung ở các trại chăn nuôi. Trong mười năm trở lại đây, Trung Quốc đã thực hiện
một bước tiến đáng kể trong sản xuất và sử dụng Biogas qui mô gia đình. Năm 2005 đã
có hơn 15 triệu hầm Biogas qui mô gia đình với sản lượng Biogas lên đến trên 5,6 tỉ m3
ở Trung Quốc.
Về việc sử dụng Biogas để phát điện qui mô nhỏ, trên thế giới hiện nay đã sản
xuất và thương mại hóa các động cơ chuyên dùng sử dụng Biogas làm nhiên liệu như

35. 23
Hãng GE Energy Jenbacher, Úc, có công suất từ 330kW đến 3MW, hoặc Hãng Jinan
Diesel Engine Co., Ltd. Của Trung Quốc sản xuất các động cơ Biogas chuyên dùng có
công suất từ 150-660kW.
Các động cơ thiết kế chuyên dùng cho Biogas thường có giá thành cao hơn rất
nhiều so với động cơ sử dụng xăng dầu truyền thống. Công ty Yanmar (Nhật Bản) mới
đây đã thương mại hóa máy phát điện chạy bằng Biogas (từ tháng 12 năm 2007) với giá
106.000USD cho một máy có công suất 25kW (http://vietbao.vn/Khoa-hoc/May-phat-
dien-sach/45265746/188/). Hoặc như Hãng Shandong Shengdong Power Machinery của
Trung Quốc (http://www.sdxsgs.com) thương mại hóa các máy phát điện chạy bằng
Biogas có công suất từ 120kW đến 500kW với giá thay đổi từ 52.000USD đến
137.000USD, đắt hơn 3 lần so với máy phát điện chạy bằng diesel cùng cỡ (so sánh với
bảng giá của trang web http://www.vatgia.com, máy phát điện diesel CUMMINS
CW150S, 150KVA giá 16.479USD, máy phát điện diesel 600KVA giá 43.406USD).
Nhiên liệu Biogas sử dụng cho động cơ này phải thỏa mãn một số điều kiện như thành
phần nhiên liệu, áp suất cung cấp…. Những động cơ này chỉ chạy được bằng Biogas,
không chạy được bằng nhiên liệu lỏng.
Một số động cơ cỡ nhỏ (công suất khoảng vài kW) chạy bằng Biogas của Trung
Quốc (như động cơ FYG2500 công suất 2kW của hãng Feigue, HW3500 công suất 3kW
của hãng Huawei) có kết cấu đơn giản làm việc theo nguyên lý động cơ đánh lửa cưỡng
bức. Do cung cấp Biogas trực tiếp cho động cơ qua bộ chế hòa khí đơn giản, điều chỉnh
tải bằng cách thay đổi lượng hỗn hợp cung cấp cho động cơ (điều chỉnh theo lượng)
không có bộ điều tốc tác động phía Biogas nên tốc độ động cơ không ổn định, đặc biệt
là động cơ tắt máy khi tăng tải đột ngột.
2.3 Tình hình sản xuất và sử dụng Biogas ở Việt Nam
Từ khoảng hơn mười năm nay, việc sử dụng Biogas đã trở nên quen thuộc đối
với người dân Việt Nam. Thông thường hầm Biogas xây bằng gạch, bằng bê tông.
Nhược điểm của các loại hầm này là dễ bị lún nứt, nhất là hầm bê tông hay bị axit ăn
mòn gây rò khí ga ra ngoài không khắc phục được, không có khả năng tự phá váng. Hầm
gạch, hầm bê tông đòi hỏi phải nạp nguyên liệu (phân súc vật) nhiều và liên tục, vì vậy
việc lên men kỵ khí không đạt mức tối ưu, áp lực khí gas thường chỉ đạt 5cm cột nước,
không có khả năng tự điều tiết áp lực, phải có túi chứa khí rất cồng kềnh.
Để khắc phục những nhược điểm trên, trong những năm gần đây, người ta đã sản
xuất thành công một loại bể Biogas bằng chất liệu nhựa Composite siêu bền. Với loại
bể Biogas mới này, những nhược điểm trên của hầm gạch, hầm bê tông đã căn bản được
khắc phục: Hầm không bị rò khí, không bị axit ăn mòn, có khả năng tự đẩy bã phân ra
khỏi bể mà không phải bật nắp hầm lên để thao tác bằng tay. Khi hút cặn (như bã thải

36. 24
hay cát sỏi) dưới đáy hầm, bếp ga vẫn hoạt động bình thường (hầm gạch hay hầm bê
tông, khi hút cặn bếp không hoạt động được). Do chịu được áp suất cao nên hiệu suất
sinh khí của hầm nhựa rất lớn, có khả năng tự phá váng để chuyển hóa lên men kỵ khí
100%, áp lực khí ga của hầm nhựa rất cao, đạt tới 1,6 m cột nước so với áp lực 5cm cột
nước của hầm bê tông, hầm gạch. Với những ưu điểm này hầm Biogas composite rất
được người dân ưu chuộng.
Tuy Biogas đã được phổ biến rộng rãi nhưng việc sử dụng nó vẫn còn rất hạn
chế, chủ yếu dùng để đun nấu. Những ứng dụng ban đầu này cũng đã đem lại nhiều lợi
ích về tiết kiệm năng lượng và môi trường. Theo tính toán, một hầm Biogas tiết kiệm
được khoảng 2,3 tấn củi đun, tương đương với 0,03ha rừng mỗi năm. Việc sử dụng bã
thải sinh học góp phần làm tăng sản lượng cây trồng và rau xanh. Riêng các công trình
Biogas trong Chương trình Biogas Việt Nam-Hà Lan hiện nay đã góp phần giảm thiểu
107.000 tấn CO2, tiết kiệm 13.000 tấn than, gần 3.300 tấn dầu lửa và 208.022 bình gas
loại 13kg mỗi năm, đáp ứng nhu cầu năng lượng cho 160.000 người chủ yếu ở vùng
nông thôn nghèo khó.
Nước ta có gần 80% dân số sống ở nông thôn. Hoạt động sản xuất và sinh hoạt
ở khu vực này đòi hỏi một nguồn năng lượng rất lớn. Sự gia tăng giá xăng dầu và giá
điện trong thời gian gần đây đã gây rất nhiều khó khăn đối với vùng nông thôn. Nhu cầu
sử dụng nguồn năng lượng tại chỗ để phát điện nhằm giảm chi phí năng lượng đã trở
nên rất bức xúc, đặc biệt ở những nơi sản xuất nông nghiệp tập trung, các trại chăn nuôi
có sẵn hầm Biogas.
Như phần trên đã trình bày, các động cơ chuyên dùng Biogas sản xuất ở nước
ngoài rất đắt tiền. Những động cơ Biogas đơn giản, cỡ nhỏ thì làm việc không tin cậy
và không phù hợp với nguồn Biogas đa dạng ở nước ta. Do những tồn tại trên đây nên
động cơ Biogas cho đến nay chưa được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
Để thỏa mãn nhu cầu đa dạng của việc ứng dụng Biogas trên động cơ đốt trong,
giải pháp công nghệ chuyển đổi động cơ truyền thống sang sử dụng Biogas cần thỏa
mãn các điều kiện sau:
- Mang tính vạn năng cao, nghĩa là nguyên lý của bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên
liệu có thể áp dụng cho hầu hết các động cơ đang được sử dụng phổ biến với
phạm vi thay đổi công suất rất rộng.
- Khi chuyển đổi động cơ sang chạy bằng Biogas, bản chất quá trình công tác và
kết cấu của các hệ thống động cơ nguyên thủy không thay đổi, nghĩa là khi không
chạy bằng Biogas, động cơ có thể sử dụng lại xăng, dầu như trước khi cải tạo.

37. 25
- Các bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu cho động cơ sang chạy bằng Biogas phải
có độ tin cậy cao, dễ lắp đặt, vận hành, giá thành thấp, phù hợp với điều kiện sử
dụng ở vùng nông thôn.
2.4 Công nghệ sử dụng Biogas
2.4.1. Giới thiệu
Biogas có thể được dùng để sản xuất điện năng, nấu nướng, sưởi ấm, đun nước
nóng hay cấp nhiệt. Khi nén Biogas trong bình áp suất cao nó có thể thay thế khí thiên
nhiên để chạy ô tô bằng động cơ nhiệt hay bằng pin nhiên liệu. Biogas cũng có thể được
tinh luyện đạt tiêu chuẩn khí thiên nhiên, gọi là biomethane khi lọc bỏ các tạp chất như
carbonic, nước, H2S, các hạt rắn. Nếu hệ thống cấp ga cho phép, biomethane có thể được
hòa chung vào mạng lưới cấp ga thành phố. Nhiên liệu Biogas nén ngày càng được sử
dụng phổ biến.
Trong sử dụng thông thường 1m3
Biogas tương đương:
- Thắp sáng bóng đèn có công suất 60-100 watt trong 6h;
- Nấu 3 bữa ăn cho một gia đình 5-6 người;
- Thay thế 0,7 kg xăng dầu;
- Chạy động cơ 1 mã lực trong 2 giờ;
- Sản xuất 1,25kwh điện bằng động cơ nhiệt.
Hiệu suất nhiệt của Biogas phụ thuộc vào mục đích sử dụng và thiết bị. Thông
thường hiệu suất nhiệt Biogas đạt khoảng 55% ở bếp lò, 24% trong động cơ, nhưng chỉ
3% để thắp đèn. Hiệu suất đèn Biogas chỉ bằng nửa hiệu suất đèn dầu. Hiệu suất nhiệt
sử dụng trong hệ thống đồng sản xuất năng lượng có thể đạt đến 88% nhưng chỉ đối với
những trạm công suất lớn và sử dụng nhiệt thải có hiệu quả.
2.4.2. Đèn Biogas
Hiệu quả sử dụng năng lượng của đèn Biogas rất thấp do tổn thất nhiệt lớn. Mặt
khác khi treo đèn Biogas dưới trần nhà cần hết sức chú ý vấn đề an toàn do nó có thể
gây hỏa hoạn bất thường. Đèn Biogas có thể được cải tạo đèn măng-sông thông thường
sử dụng dầu lửa (hình 2.4).

38. 26
Hình 2.4: Đèn măng-sông dùng Biogas
Cường độ tỏa sáng (luminous flux) được đo bằng lumen (lm). Đèn Biogas có thể
đạt cực đại 400-500 lm, tương đương với bóng đèn 25-75 W. Hiệu suất tỏa sáng khoảng
1,2-2 lm/W so với hiệu suất tỏa sáng của bóng đèn dây tóc 3-5 lm/W và hiệu suất bóng
đèn huỳnh quang 10 -15 lm/W. Một đèn Biogas tiêu thụ khoảng 120-150 lít
Biogas/ngày.
Đèn Biogas được điều chỉnh bằng thay đổi lưu lượng Biogas và không khí sơ cấp
để làm cho măng-sông cháy đều và ổn định. Phần lớn các đèn làm việc ở áp suất Biogas
khoảng 5-15 cm cột nước. Nếu áp suất thấp, măng-sông không sáng rực nhưng nếu áp
suất cao, măng-sông dễ bị xé rách.
2.4.3. Bếp, lò Biogas
Thông thường phần lớn Biogas được dùng để đun nấu ở nông thôn các nước đang
phát triển hiện nay (hình 2.5). Lượng Biogas cần thiết tương ứng với lượng chất đốt sử
dụng trước khi thay thế, ví dụ 1kg củi tương đương 200 lít Biogas, 1kg than tương đương
500 lít Biogas.
Lượng Biogas cũng có thể xác định theo thời gian đun nấu mỗi ngày, ví dụ cần
150-300 lít Biogas để nấu một bữa ăn cho một người; cần 30-40 lít Biogas để đun sôi 1
lít nước; cần 120-140 lít Biogas để nấu chín 1/2kg gạo; cần 160-190 lít Biogas để luộc
1/2kg rau.

39. 27
Hình 2.5: Bếp dùng Biogas
(http://www.fastonline.org/CD3WD_40/BIOGSHTM/EN/BASICS/
APPLIANCE.HTML#COOKSTOVE)
Thông thường Biogas dùng cho bếp lò có áp suất Biogas từ 8-25mbar và hàm
lượng H2S dưới 1000ppm. Tuy nhiên cũng có tài liệu nói hàm lượng H2S trong Biogas
sử dùng làm nhiên liệu cho bếp lò có thể lên đến 1%.
Việc chuyển đổi hệ thống lò đốt ga truyền thống nói chung thành hệ thống lò đốt
Biogas chỉ đơn giản bằng cách thay đổi lỗ vòi phun và hệ thống cung cấp nhiên liệu.
Tuy nhiên khi áp dụng giải pháp này cho hệ thống đốt mới hay cải tạo hệ thống đốt
truyền thống, chúng ta cần xem xét nhiều thông số bao gồm tốc độ cấp nhiệt, khả năng
chịu đựng của hệ thống khí, ổn định ngọn lửa và môi trường buồng đốt.
- Tốc độ cấp nhiệt: Vì đôi khi Biogas có nhiệt trị thấp hơn 400 Btu/SCF, một
vài hệ thống cháy bị giới hạn bởi lưu lượng nhiên liệu cung cấp, bao gồm cả
việc cung cấp cho buồng đốt. Kết quả là công suất lò đốt bị giảm.
- Khả năng chịu đựng của hệ thống khí: Ngoài buồng đốt ra, các bộ phận khác
của hệ thống nhiên liệu (các ống, van, hệ thống kiểm soát…) cần phải được
tính toán lại xem có chịu đựng được sự gia tăng lưu lượng dòng khí hay không.
- Sự ổn định ngọn lửa: Vì sự ổn định của ngọn lửa phụ thuộc trước tiên vào tốc
độ cháy và giới hạn cháy, điều ấy cần được tính toán lại cả về lý thuyết lẫn
thực nghiệm đối với các nguồn cung cấp Biogas khác nhau. Tốc độ màng lửa
Biogas thấp hơn trường hợp khí thiên nhiên và lượng Biogas cung cấp cho
buồng đốt phải lớn hơn để đảm bảo cùng công suất lò. Do đó ngọn lửa có thể
bị thổi tắt.
- Môi trường buồng đốt: Do Biogas có chứa H2S và hơi nước gây ăn mòn nên
khu vực buồng cháy cần được bảo vệ thỏa đáng. Sự ăn mòn các chi tiết bằng
thép, đồng trong buồng cháy, bộ trao đổi nhiệt, ống dẫn khí xả cần phải được
đánh giá cẩn thận. Để tránh ăn mòn do H2S và độ ẩm, ta cần giữ nhiệt độ của
hệ thống cao hơn điểm sương (khoảng 260 độ F) để đề phòng hơi nước ngưng

40. 28
tụ. Trong Biogas có hàm lượng H2S cao, thành phần lưu huỳnh thường tích
tụ quanh miệng vòi phun.
Để giữ nhiệt độ trên điểm sương, nước trong lò hơi cần phải giữ luôn luôn ở nhiệt
độ trên 220 độ F. Trong trường hợp khởi động lạnh, lò hơi cần được đốt bằng khí thiên
nhiên, propane hay dầu mỏ để nâng nhiệt độ lò lên đến điểm hoạt động.
Cải tạo vòi đốt để sử dụng Biogas thay thế cho khí thiên nhiên hay propane cần
đảm bảo tốc độ Biogas tương ứng với mức độ giảm áp suất được duy trì để đảm bảo sự
hòa trộn không khí-nhiên liệu (Parish 1986). Mức độ giảm áp suất qua lỗ vòi đốt sẽ tăng
khi giảm nhiệt trị và khối lượng riêng (specific gravity) của Biogas so với khí thiên
nhiên và propane.
Sự gia tăng mức độ giảm áp được xác định theo phương trình:
GasB
GasA
2
GasA
2
GasB
GasB
GasA
Sp
Sp
)
HV
(
)
HV
(
P
P

Ví dụ nếu khí thiên nhiên 1050 Btu/SCF, 0,65 Spg được thay bằng Biogas 550
Btu/SCF, 0,80 Spg thì mức độ tăng tụt áp qua lỗ vòi phun là:
490
,
4
65
,
0
80
,
0
)
SCF
/
Btu
550
(
)
SCF
/
Btu
1050
(
P
P
2
2
NatGas
Biogas

 lần mức độ tụt áp qua lỗ vòi
phun khí thiên nhiên.
2.4.4. Máy lạnh hấp thụ
Máy lạnh dạng hấp thụ sử dụng amoniac và nước có trang bị hệ thống thermo-
siphon tự động có thể chuyển sang chạy được bằng Biogas. Trong trường hợp này chỉ
cần thay thế vòi phun nhiên liệu.
Phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, tủ lạnh hấp thụ có thể tích 100 lít tiêu thụ
khoảng 2000 lít Biogas mỗi ngày. Thông thường tủ lạnh hấp thụ gia đình cỡ lớn tiêu thụ
khoảng 3000 lít Biogas mỗi ngày.
2.4.5. Pin nhiên liệu
Những pin nhiên liệu thế hệ mới không cần dùng hydrogen mà có thể chạy bằng
các loại nhiêu liệu sinh học như ethanol, Biogas. Các nhà khoa học Phần Lan đã phát
minh pin nhiên liệu solid oxide fuel cell (SOFC) chạy bằng Biogas. Đây là giải pháp
biến đổi năng lượng có hiệu quả cao nhất và thân thiện với môi trường nhất với hiệu
suất cao hơn 60% và phát thải thấp. Biogas dùng cho pin nhiên liệu được lọc kỹ để loại
bỏ những tạp chất như H2S và siloxane.
Trong pin nhiên liệu SOFC, methane được reform carbonaceous methane thành
hydrogen để cung cấp cho pin. CO2 trong nhiên liệu có thể được thu hồi và lưu trữ bởi
quá trình decarbonising. Trong tương lai khi SOFC được phát triển rộng thành nguồn

41. 29
cung cấp điện sạch, hệ thống thu hồi CO2 có thể được tích hợp để lưu trữ CO2 tại nơi an
toàn. Vì vậy pin nhiên liệu SOFC chạy bằng Biogas là giải pháp sản xuất năng lượng
carbon âm (carbon-negative).
2.4.6. Turbine khí chạy bằng Biogas
Khi sử dụng làm nhiên liệu cho turbine khí, Biogas phải có độ ẩm và nồng độ hạt
rắn ở mức thấp tương tự như khí thiên nhiên trong hệ thống cung cấp khí đốt. Turbine
khí có hiệu suất cao hơn turbine hơi ở dải công suất trung bình và thấp và có hiệu suất
cao hơn động cơ đốt trong ở dải công suất cao. Vì vậy nếu vấn đề xử lý độ ẩm và hạt
rắn trong Biogas được thực hiện tốt thì sử dụng turbine khí để biến đổi năng lượng trong
Biogas có tính ưu việt về hiệu suất.
2.4.7. Động cơ đốt trong chạy bằng Biogas
Để sản xuất 1kWh điện, động cơ tiêu thụ khoảng 1m3
Biogas. Vì vậy để có thể
sử dụng Biogas làm nhiên liệu cho động cơ trong thực tiễn, hầm Biogas phải sản sinh ít
nhất 10m3
Biogas mỗi ngày. Những hầm Biogas quá nhỏ không phù hợp với mục đích
sử dụng trên động cơ.
Động cơ đốt trong tĩnh tại chạy bằng Biogas chủ yếu dùng để kéo máy phát điện
và các máy công tác phục vụ sản xuất và đời sống ở nông thôn (hình 1.31).
Vì Biogas có năng lượng thể tích thấp hơn khí thiên nhiên hay diesel nên công
suất động cơ có thể bị giảm khi chuyển sang chạy bằng Biogas. Mức giảm này có thể
đến 13% so với động cơ chạy bằng khí thiên nhiên. Mặt khác sự tụt giảm công suất có
thể gia tăng nếu không điều chỉnh góc đánh lửa sớm, thay đổi kích cỡ bougie và khe hở
các cực, góc độ phối khí…
Động cơ đánh lửa cưỡng bức có thể được chuyển đổi dễ dàng thành động cơ
Biogas nhờ các thiết bị liên quan đối với khí thiên nhiên có sẵn trên thị trường. Khi đó
bộ chế hòa khí xăng được thay bằng bộ tạo hỗn hợp Biogas. Hệ thống đánh lửa về
nguyên tắc được giữ nguyên nhưng phải tăng góc đánh lửa sớm (khoảng 5-10 độ góc
quay trục khuỷu) để phù hợp với tốc độ cháy Biogas thấp hơn xăng. Cũng vì lý do này,
tốc độ động cơ Biogas đánh lửa cưỡng bức nên giới hạn ở khoảng 3000 vòng/phút.
Khi chuyển động cơ xăng khi chuyển sang chạy bằng Biogas, công suất định mức
của nó có thể giảm đến 30%. Có thể tăng công suất định mức động cơ Biogas nhờ tăng
tỉ số nén động cơ lên ε =11-12 nhưng điều này làm tăng tải cơ và tải nhiệt lên động cơ.

42. 30
Hình 2.6: Máy phát điện chạy bằng Biogas
Động cơ diesel có thể chuyển sang chạy bằng Biogas theo 2 cách:
- Động cơ nhiên liệu kép: Việc chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ nhiên
liệu kép Biogas-diesel được thực hiện bằng cách bổ sung bộ chế hòa khí để cung cấp
Biogas, cơ cấu chỉnh lượng phun diesel tối thiểu để đánh lửa và cơ cấu chỉnh góc phun
sớm. Động cơ nhiên liệu kép thường sử dụng 15-20% nhiên liệu diesel để đánh lửa.
Biogas có thể thay thế đến 80% nhiên liệu diesel. Thông thường tính năng động cơ nhiên
liệu kép Biogas-diesel tương đương với tính năng của động cơ khi chạy hoàn toàn bằng
diesel.
Khi động cơ nhiên liệu kép làm việc ở tốc độ thấp, hiệu suất của nó tương đương
với hiệu suất động cơ diesel. Ở tốc độ cao, hiệu suất động cơ giảm. Do tốc độ màng lửa
Biogas thấp nên góc đánh lửa sớm động cơ nhiên liệu kép được nâng lên từ 19 độ lên
23 (tương ứng với việc tăng góc phun sớm). Persson (1981) cho rằng góc đánh lửa sớm
tốu ưu của động cơ nhiên liệu kép là 24 trước ĐCT.
Khi lượng diesel của ngọn lửa pilot cao động cơ có thể bị kích nổ làm tăng áp
suất và nhiệt độ động cơ. Khi động cơ nhiên liệu kép làm việc với hỗn hợp methane-
không khí nghèo, thành phần các chất ô nhiễm trong khí thải giảm.
- Cải tạo thành động cơ đánh lửa cưỡng bức chạy bằng Biogas: Trong trường hợp
này cần giảm tỉ số nén động cơ xuống còn khoảng ε=11-12. Hệ thống phun được thay
thế bằng hệ thống đánh lửa và hệ thống cung cấp diesel được thay thế bằng hệ thống
cung cấp Biogas qua bộ chế hòa khí. Tỉ số nén cao của động cơ và kết cấu bền vững của

43. 31
nó là ưu điểm khi chuyển thành động cơ đánh lửa cưỡng bức chạy bằng Biogas. Những
động cơ diesel có buồng cháy dự bị hay xoáy lốc không phù hợp với phương án chuyển
đổi này.
2.4.8. Phối hợp sản xuất nhiệt năng và cơ năng (CHP)
Phối hợp tạo năng lượng được định nghĩa là việc sản sinh đồng thời hai hay nhiều
dạng năng lượng từ một nguồn nhiên liệu. Thông thường là năng lượng điện và năng
lượng nhiệt dưới dạng nước nóng (hình 2.7). Chẳng hạn nhiên liệu cung cấp cho động
cơ đốt trong để sinh công và nhiệt thải từ động cơ được dùng để sưởi, làm nóng nước
hay chạy máy lạnh hấp thụ, hoặc sử dụng Biogas để chạy lò hơi cung cấp hơi nước cho
turbine hơi và tận dụng nhiệt thừa để đun nước nóng…
Hình2.7: Sử dụng Biogas trong hệ thống đồng sản xuất năng lượng
Động cơ đốt trong thường được dùng nhất trong hệ thống CHP vì giá thành thấp,
dễ chuyển đổi nhiệt. Turbine khí (micro turbine có công suất 25-100kW, turbine lớn có
công suất lớn hơn 100kW) có hiệu suất tương đương với động cơ đánh lửa cưỡng bức
có thể được sử dụng trong hệ thống CHP để sản xuất đồng thời nhiệt năng và cơ năng.
Việc sử dụng Biogas trong các hệ thống này đòi hỏi lọc sạch hơi nước và lọc H2S xuống
dưới 1.000ppm.
Trong thực tế sử dụng, người ta cố gắng sao cho sự phối hợp tạo năng lượng đem
lại hiệu quả cao nhất có thể được trong khoảng thời gian dài nhất. Nếu Biogas có đủ để
sản xuất 1.000kWh điện mỗi ngày thì việc sản xuất 50kW trong 20 giờ mỗi ngày tốt hơn
là chạy 100kW trong 10 giờ mỗi ngày.

44. 32
Quá tải một bộ phận có thể dẫn đến ảnh hưởng nghiêm trọng đối với hiệu suất
điện của hệ thống. Thông thường hệ thống đồng tạo năng lượng được thiết kế sao cho
khi hoạt động công suất của nó không thấp hơn 60% công suất cực đại.
Khi tính toán tải nhiệt của quá trình, chất luợng nhiệt thu hồi cũng cần được xem
xét. Nguồn năng lượng dự trữ có thể được bổ sung cho nguồn năng lượng này trong quá
trình sử dụng, ví dụ việc khống chế nhiệt độ của hệ thống kỵ khí có thể cần đến hơn
40% năng lượng chứa trong Biogas để duy trì nhiệt độ.
Hiệu quả sử dụng năng lượng đối với hệ thống đồng sản xuất điện năng và nhiệt
năng sử dụng động cơ nhiên liệu kép Biogas-diesel và động cơ Biogas được giới thiệu
trên hình 2.8.
Hình 2.8: Hiệu quả sản xuất năng lượng bằng động cơ nhiên liệu kép và động cơ đánh
lửa cưỡng bức chạy bằng Biogas
2.4.9. Biogas làm nhiên liệu cho ô tô
Có thể dùng Biogas để làm nhiên liệu cho ô tô (ô tô du lịch, ô tô vận tải, máy kéo…).
Những bộ phận cơ bản trong hệ thống cấp Biogas cho ô tô gồm hệ thống lọc, nén, trạm
cung cấp, bình chứa nhiên liệu trên ô tô, bộ chế hòa khí… Sơ đồ hệ thống sản xuất và
cung cấp Biogas cho ô tô được giới thiệu trên hình 2.9. Những yếu tố cần xem xét khi
sử dụng Biogas làm nhiên liệu cho ô tô bao gồm:
- Mức độ sử dụng: Cần phải xác định rõ lượng Biogas có thể thay thế nhiên liệu
dầu mỏ vì Biogas sau khi sinh ra phải được sử dụng trong vòng một hay hai ngày. Vì
30-40%
Điện
40-50%
Nhiệt
90% Biogas
10% Diesel
Động cơ nhiên liệu
kép Biogas-Diesel
Máy phát
điện
20-35%
Điện
45-55%
Nhiệt
100% Biogas
Động cơ Biogas
Máy phát
điện

45. 33
vậy cần xác định lượng Biogas tiêu thụ hằng ngày cho ô tô để chuyển đổi ô tô và đầu tư
cho hệ thống nén, lưu trữ và nạp nhiên liệu (hình 2.10).
- Chất lượng Biogas: Chất lượng Biogas ảnh hưởng đáng kể đến khả năng lưu trữ
Biogas trên ô tô. Lọc bỏ CO2 và các tạp chất khí trơ khác sẽ làm tăng khả năng lưu trữ
Biogas trong bình chứa khí nén. Do tính chất ăn mòn của H2S và hơi nước đối với hệ
thống nén, hệ thống lưu trữ và cung cấp nên Biogas phải được lọc tương đối sạch.
- Phạm vi công suất ô tô: Cần phải xem xét lượng xăng dầu tương đương với lượng
Biogas nén chứa trong các bình có thể lắp trên ô tô. Thời gian máy kéo hoạt động cũng
như quãng đường ô tô có thể chạy được phụ thuộc trực tiếp vào thể tích bình chứa Biogas
nén.
- Thông thường 100 SCF methane tinh khiết tương đương 1 gallon xăng. Một bình
chứa 327 SCF (2400 psi) (có thể tích 16 gallons) methane tinh khiết tương đương với
khoảng 3,7 gallons xăng. 4 bình chứa Biogas chứa 60% methane nén đến áp suất 2900
psia tương đương 10,6 gallons diesel, cho phép máy kéo công suất 80 mã lực hoạt động
toàn tải trong 3,5 giờ hoặc 7 giờ ở chế độ 40% tải (Fankhauser, 1983).
- Cải tạo động cơ: Khi chuyển động cơ ô tô chạy bằng xăng dầu sang chạy bằng
Biogas chúng ta cần quan tâm đến mức độ giảm công suất cũng như giảm tính năng gia
tốc. Việc chuyển đổi động cơ diesel máy kéo sang chạy nhiên liệu kép Biogas-diesel
thuận lợi hơn. Trở ngại thường gặp là CO2 bị đông khi dãn nở Biogas từ bình chứa
Biogas nén để sử dụng. Moment và công suất động cơ máy kéo nhiên liệu kép Biogas-
diesel tương đương với các thông số động cơ khi chạy bằng diesel. Tuy nhiên việc duy
trì tốc độ động cơ ổn định ở khu vực tải thấp có khó khăn. Khi chuyển đổi động cơ ô tô
xăng sang chạy bằng khí thiên nhiên, công suất động cơ giảm khoảng 10-15% (Born
1982 và Evans 1986).

46. 34
Hình 2.9: Sơ đồ sản xuất và cung cấp nhiên liệu Biogas cho ô tô
Sử dụng Biogas làm nhiên liệu cho ô tô có những điểm lợi sau:
- Biogas là nhiên liệu tái tạo nên việc sử dụng nó làm nhiên liệu không làm tăng
nồng độ CO2 trong khí quyển góp phần hạn chế hiện tượng ấm dần lên toàn cầu;
- Làm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, góp phần đảm bảo an ninh năng
lượng;
- Biogas là một sản phẩm của quá trình xử lý chất thải hữu cơ nên việc sử dụng
Biogas làm nhiên liệu một mặt làm giảm chất thải, mặt khác tận dụng được năng
lượng;
- Khí thải từ ô tô sử dụng nhiên liệu Biogas có hàm lượng hạt rắn và NOx tương
đối thấp, góp phần bảo vệ môi trường không khí.
Để có thể sử dụng Biogas làm nhiên liệu cho ô tô, chúng ta phải tinh luyện Biogas
đạt tối thiểu 95% methane và nén vào bình chứa. Những công đoạn này đòi hỏi năng
lượng và đầu tư.
Hầu hết các ô tô cá nhân chạy bằng Biogas được cải tạo từ ô tô thông thường
bằng cách thêm các bình chứa Biogas nén đặt trong khoang hành lý và dưới sàn xe.
Nhiên liệu khí được nén đến áp suất 200-250 bars trong bình chứa bằng thép hay vật
liệu composite nhôm.
Chất thải
Gia nhiệt
Biogas
Hệ thống xử lý
Bùn
Hầm sinh khí
Biogas
Trạm cấp Biogas

47. 35
Hình 2.10: Trạm cung cấp Biogas cho ô tô
Ô tô chạy bằng Biogas có ưu điểm vượt trội so với ô tô chạy bằng xăng dầu về
mức độ phát thải ô nhiễm. Phụ thuộc nguồn điện sử dụng để tinh luyện và nén Biogas,
mức độ giảm phát thải CO2 có thể lên đến trên 99%. Ở các quốc gia đi đầu về nhiên liệu
Biogas như Thụy Điển, Thụy Sĩ, phần lớn điện năng được sản xuất điện bằng thủy điện
hay năng lượng hạt nhân nên việc sử dụng Biogas làm nhiên liệu cho ô tô, mức độ phát
thải CO2 gần như bằng 0. Mức độ phát thải hạt rắn hay bồ hóng cũng giảm một cách
mạnh mẽ ngay cả khi so sánh với động cơ diesel hiện đại sử dụng lọc bồ hóng. Mức độ
phát thải NOx và các Hydrocarbons Non-Methane (NMHC) cũng giảm mạnh.
Các ô tô hạng nặng chạy bằng Biogas thường được chuyển thành động cơ đánh
lửa cưỡng bức nhưng đôi khi người ta cũng sử dụng giải pháp động cơ nhiên liệu kép.
Chi phí cải tạo và bảo trì động cơ nhiên liệu kép thấp hơn tuy nhiên mức độ phát thải ô
nhiễm của nó không tốt bằng động cơ chạy hoàn toàn bằng Biogas. Bên cạnh việc giảm
gần 100% phát thải CO2, động cơ chạy hoàn toàn bằng Biogas với bộ xử lý khí thải kiểu
xúc tác cho thấy chất lượng khí thải tốt hơn nhiều so với hầu hết các động cơ diesel hiện
đại (Euro IV hay V).

48. 36
Hình 2.11: Sơ đồ bố trí hệ thống Biogas trên ô tô
Nhiên liệu khí được lưu trữ trên ô tô bằng hai cách: nén và hóa lỏng. Dạng nhiên
liệu nén được dùng phổ biến hơn. Trong trường hợp này, nhiên liệu khí thường được
nén trong bình đến áp suất khoảng 200 bar. Năng lượng nhiên liệu Biogas chứa trong
bình nhỏ hơn đáng kể so với nhiên liệu lỏng chứa trong bình cùng thể tích. Vì vậy phạm
vi hoạt động của ô tô giảm. Để tăng phạm vi hoạt động của ô tô, trong một số trường
hợp người ta lưu trữ methane dưới dạng lỏng. Khi đó nhiên liệu khí được nén và làm
lạnh để hóa lỏng. Giải pháp này thường áp dụng trên ô tô tải hạng nặng chạy bằng khí
thiên nhiên.
Hình 2.12: Ô tô và tàu lửa chạy bằng Biogas ở Thụy Điển
Biogas có thể được tinh luyện đạt tiêu chuẩn khí thiên nhiên để sử dụng trên ô tô
như là khí thiên nhiên dùng cho ô tô. Đến cuối năm 2005, có khoảng hơn 5 triệu ô tô
chạy bằng khí thiên nhiên trên thế giới. Ô tô bus, ô tô tải chở chất thải tăng đáng kể từ