Tại sao khí thải ô tô lại gây ô nhiễm môi trường?

Ô tô đang dần trở thành phương tiện đi lại chính tại Việt Nam, nhằm phục vụ nhu cầu tiêu dùng của con người là rút ngắn thời gian đi lại, vận chuyển hàng hóa, thúc đẩy kinh tế và đời sống phát triển. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích kinh tế thì khí thải ô tô đang là một vấn đề đau đầu, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng ở các thành phố lớn. Vậy khí thải ô tô gây ô nhiễm như thế nào?

Trước hết, khí thải ô tô là gì?

Khí thải ô tô là khái niệm nói chung về các khí thoát ra từ chiếc xe ô tô như khí lọt, khí nhiên liệu bay hơi và khí xả. Vậy chúng là những chất hóa học gì?

Khí thải ô tô chứa những chất độc như CO, NOx, HC,… không những có hại cho môi trường mà còn có hại đến sức khỏe con người. Ngoài những chất khí độc này, thì đối với động cơ diesel còn có những hạt cacbon siêu mịn, có thể thẩm thấu sâu vào trong phổi nếu như chúng ta hít vào.

Mức độ ô nhiễm do khí thải từ động cơ đốt (khí thải của ô tô) đang lên cơn báo động trong rất nhiều năm qua. Đây cũng là những nguyên nhân gây tác hại đến con người và tất cả vạn vật xung quanh. Điều này đã trở thành gánh nặng cho các nhà sản xuất xe.

Hiện nay, loại động cơ hybrid đã và đang thể hiện ưu điểm vượt trội so với các động cơ truyền thống về khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm nồng độ khí thải độc hại.

Tuy nhiên, Động cơ đốt trong ra đời đã mở ra một kỷ nguyên mới cho sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật của loài người, tuy nhiên nó cũng gây ra không ít tác động xấu đến sức khoẻ con người và môi trường sinh thái bởi khí thải độc hại.

Thành phần của khí thải có gì?

Trong quá trình hoạt động, động cơ đốt trong thải ra các chất như CO, CO2, NOx, HC, Pb, CFC và các hợp chất của lưu huỳnh. Hiện nay không chỉ ở nước ta mà trên thế giới đã cấm sử dụng các loại xăng có pha chì (Pb) – một chất phụ gia làm tăng chỉ số octan có tính độc tố cao. Ngoài việc gây ô nhiễm trực tiếp, các chất thải này khi phát tán vào không khí sẽ bị phân tích hoặc tổng hợp tạo ra các hợp chất khác nhau có thể gây ung thư cho con người và làm thay đổi môi trường sinh thái, khí hậu.

Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng thành phần khí thải, người ta chia làm 2 nhóm:

- Các chất ô nhiễm thông thường: Bao gồm HC, CO, NOx, chất thải dạng hạt-PM (Particulates Matter). Trong một số trường hợp thì CO2 cũng được đưa vào nhóm này do nó là khí hình thành dưới tác động của hiệu ứng nhà kính.

- Các chất ô nhiễm đặc trưng: Mặc dù các chất này chiếm tỷ lệ khá nhỏ trong khí thải nhưng chúng có thể là các tiền chất gây ung thư hoặc biến đổi gen. Tại các nước phát triển, người ta còn quan tâm chi tiết đến các thành phần khác có trong khí thải như andehit, hydrocarbon thơm nhiều nhân - PAH (polynuclear aromatic hydrocarbon) và một số hợp chất độc hại khác (buta-l,3-diene; formaldehyde,).

Tiêu chuẩn khí thải là gì?

Tiêu chuẩn khí thải bạn có thể hiểu là: tiêu chuẩn khí thải là các định mức về nồng độ của các loại khí (thành phần khí thải) sinh ra trong quá trình xe hoạt động nhằm mục đích kiểm soát và hạn chế tác hại của các chất gây ô nhiễm.

Tiêu chuẩn khí thải càng cao thì định mức về nồng độ của các thành phần khí thải càng thấp, càng ít gây ô nhiễm môi trường hơn, ngoài ra nó còn nói lên mức độ phát triển của nền kinh tế, công nghệ kỹ thuật của nước đang áp dụng nó.

Có bao nhiêu tiêu chuẩn khí thải?

Hầu hết các nước công nghiệp phát triển đều đã xây dựng tiêu chuẩn về hàm lượng các chất độc hại trong khí thải động cơ đốt trong, song trên thế giới có 3 tiêu chuẩn chính: Mỹ, Nhật Bản và Liên minh châu Âu.

Tiêu chuẩn khí thải của Liên minh châu Âu (Euro) ra đời từ năm 1970. Hiện nay, Liên minh này đang áp dụng tiêu chuẩn khí thải Euro V và sang năm 2014 tới đây sẽ là Euro VI. Hệ thống Euro áp dụng cho tất cả các loại xe trên 4 bánh lắp động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu xăng, dầu, LPG (Liquefied Petroleum Gas) và chia theo tính năng như: Xe du lịch, xe công suất nhỏ, xe công suất lớn và xe khách.

Tại Mỹ, tồn tại song song 2 hệ thống luật liên quan đến ô nhiễm từ ôtô là luật của Liên bang (gọi là Tier) và luật của bang California. Khi so sánh với châu Âu, điều luật ô nhiễm phương tiện cơ giới đường bộ của Mỹ có vài điểm khác biệt. Hai chất ô nhiễm HC và NOx được xem xét độc lập, và khí thải HC là một nhóm (gồm tất cả các hợp chất chứa các-bon và hyđrô).

Tiêu chuẩn khí thải đầu tiên của Nhật Bản có hiệu lực từ những năm 1990 và được gọi là MOE. Các quy định MOE ngày càng nghiêm ngặt hơn trong đó đặc biệt chú ý đến sự phát thải NOx và PM của động cơ diesel.

Tiêu chuẩn khí thải của Việt Nam áp dụng theo tiêu chuẩn khí thải của Liên minh châu Âu. Vào ngày 01/01/2022, tiêu chuẩn Euro V đã được ban hành chính thức.

Giải pháp xử lý khí thải?

Nhìn chung, các giải pháp giảm ô nhiễm khí thải có thể chia thành 4 nhóm chính.

Nhóm thứ nhất:

Tổ chức tốt quá trình cháy nhằm giảm ô nhiễm do các chất như NOx, CO, HC ngay tại nguồn (trong xy-lanh). Nhóm này bao gồm các biện pháp liên quan đến việc tối ưu hóa kết cấu của các chi tiết, cụm chi tiết và hệ thống có ảnh hướng đến quá trình cháy:

Thiết kế đỉnh pít-tông và nắp máy tạo hiệu ứng lốc xoáy, tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí tốt hơn, quá trình cháy diễn ra nhanh hơn – thường áp dụng cho động cơ diesel và phun xăng trực tiếp; sử dụng hệ thống tăng áp, tăng đường kính xu-páp, giảm tổn thất trên đường nạp để tăng hiệu suất nạp; tính toán thiết kế thời điểm mở sớm xu-páp thải một cách tối ưu; sử dụng các hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử, tăng áp suất phun, lựa chọn kiểu phun đơn điểm hay đa điểm…

Mặc dù đây là các biện pháp rất hữu hiệu nhưng chỉ riêng bản thân chúng chưa thể giúp động cơ đáp ứng được các tiêu chuẩn ô nhiễm ngày càng nghiêm ngặt hơn.

Nhóm thứ hai:

Xử lý khí thải. Đây là các biện pháp nhằm đảm bảo hàm lượng các chất độc hại có trong khí thải trước khi thải vào môi trường phải nhỏ hơn giới hạn cho phép đã được quy định trong các điều luật. Có rất nhiều công nghệ khác nhau để xử lý khí thải: Bộ xử lý khí thải kiểu xúc tác 3 đường (trung hòa 3 thành phần cơ bản trong khí thải là CO, HC và NOx); Bộ lọc PM, Bộ xử lý khí thải kiểu ô-xy hóa dùng cho động cơ diesel, Bộ xử lý NOx kiểu tích lũy...).

Nhóm thứ ba:

Sử dụng kết hợp các hệ thống phụ trợ. Để phát huy hiệu quả của hai nhóm giải pháp trên cũng như hạn chế sự phát thải quá mức của động cơ ở một số chế độ làm việc, cần phải sử dụng thêm các hệ thống phụ trợ như: Hệ thống kiểm soát vòng lặp kín (hồi lưu khí thải); hệ thống đảm bảo nhiệt độ khí nạp; hệ thống phun khí (ô-xy) nhằm hỗ trợ phản ứng trên đường thải; hệ thống tự chẩn đoán - OBD (OnBoard Diagnostics) ...

Nhóm thứ tư:

Các giải pháp có liên quan đến nhiên liệu. Nhiên liệu có ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính ô nhiễm khí thải của động cơ đốt trong. Có nhiều giải pháp giảm ô nhiễm khí thải có liên quan đến nhiên liệu như: Đảm bảo sự phù hợp giữa động cơ và nhiên liệu (động cơ có tỷ số nén càng cao thì sử dụng xăng có chỉ số octan càng lớn); nâng cao chất lượng nhiên liệu (ít tạp chất và các phụ gia độc hại); sử dụng nhiên liệu xanh, nhiên liệu thay thế; sử dụng phụ gia trong nhiên liệu, ...