TỔNG QUAN
Khi giá xăng dầu trên thế giới tăng cao, mọi người đều nghĩ đến việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế. Một số giải pháp đã được đưa ra như xe lai (hybrid car) hoặc thậm chí xe chạy không cần xăng. Dưới đây xin giới thiệu rõ hơn về quá trình tìm kiếm nhiên liệu thay thế này.
Xe chạy bằng khí ga tự nhiên
Xe hybrid
Xe điện
Tế bào nhiên liệu
Diesel sinh học
Xe BMW H2R chạy bằng hydro
Xe Hy-wire của General Motor
Phần I
Xe chạy bằng khí tự nhiên
Xe chạy bằng khí tự nhiên (Natural-gas vehicle hoặc NGV) rất hiệu quả trong sử dụng nhiên liệu, thân thiện với môi trường và hứa hẹn chi phí hoạt động thấp.
Phần dưới đây sẽ mô tả vắn tắt nguyên lý hoạt động của NGV cùng với các ưu điểm và hứa hẹn của công nghệ này.
Xe Honda Civic GX nạp nhiên liệu tại nhà
Khí tự nhiên là tên gọi của hỗn hợp khí hydro carbon no với thành phần chính là khí metan (CH4).
Các hydro carbon này ở thể khí trong điều kiện thường nhưng để thuận tiện trong sử dụng và chuyên chở, người ta hoá lỏng chúng bằng cách nén dưới áp suất cao trong thùng chứa.
Cũng giống như xăng, khí tự nhiên cũng dễ bắt lửa, do đó có thể sử dụng làm nhiên liệu cho các động cơ đốt trong. Tuy nhiên, do một số hạn chế về kỹ thuật mà mãi đến năm 1930 mới xuất hiện mẫu xe đầu tiên sử dụng khí tự nhiên.
Khai thác và vận chuyển.
Khí tự nhiên được khai thác từ những túi khí nằm sâu dưới mắt đất. Trong suốt thế kỷ 19, khí tự nhiên chỉ được sử dụng ngay tại nơi khai thác vì không có phương thức vận chuyển đi xa. Chỉ đến khi có những hệ thống ống dẫn khí có mặt phổ biến thì khí tự nhiên mới trở thành chất đốt thông dụng trong gia đình và cả trên xe hơi.
Ngày nay, những người sử dụng xe chạy bằng khí tự nhiên có thể nạp nhiên liệu tại hơn 1.500 điểm trên toàn nước Mỹ. Hãng Honda cũng đã cung cấp miễn phí bộ nạp nhiên liệu tại nhà cho những khách hàng sử dụng xe ô tô Honda Civic GX dùng khí tự nhiên. Bộ nạp này có thể nối trực tiếp vào đường ống gas gia đình để nạp nhiên liệu cho xe.
Thiết kế của xe sử dụng khí tự nhiên
Khí tự nhiên có thể được sử dụng làm nhiên liệu của động cơ đốt trong 4 kỳ tương tự như xăng. Hỗn hợp khí tự nhiên sẽ trộn lẫn với không khí rồi được nạp vào buồng đốt, sau đó nó sẽ được đốt cháy và làm piston chuyển động. Mặc dù giữa khí tự nhiên và xăng có một số điểm khác biết về nhiệt độ bắt cháy và nhiệt độ cháy nhưng nhìn chung xe NGV có cấu tạo gần giống như xe chạy xăng.
Nhiên liệu Khí tự nhiên Xăng Diesel
Hỗn hợp bắt cháy 5-15 1.4-7.6 0.6-5.5
(% thể tích trong
không khí)
Nhiệt độ tự bắt cháy (F) 842 572 446
Nhiệt độ đỉnh (F) 3423 3591 3729
Để có thể sử dụng được khí tự nhiên, xe chạy xăng cần phải cải tiến một số bộ phận như thùng chứa nhiên liệu, khung gầm và động cơ.
Thùng chứa nhiên liệu
Phần lớn NGV sử dụng khí tự nhiên đã được nén để tiết kiệm chỗ chứa. Tại các kho chứa, khí được nén ở áp suất 3.000-3.600 psi để sẵn sàng nạp vào xe. Trước đây, bình chứa khí tự nhiên trên các NGV thường rất to và chiếm nhiều diện tích nhưng ngày nay, nhờ những vật liệu nhẹ, có độ bền cao mà thùng chứa đã nhỏ hơn rất nhiều. Những hệ thống chứa này được gọi là ISSs (Intergrated Storage Systems), chúng được làm từ vật liệu composit cùng với sợi thuỷ tinh để có thể đảm bảo không bị vỡ ngay cả khi xảy ra tai nạn. Các bình chứa này cũng được chế tạo để có thể lắp vừa vào vị trí bình xăng trước đây.
Chỉnh sửa động cơ.
Khi khởi động động cơ trên NGV, dòng khí tự nhiên sẽ từ bình chứa đi vào ống dẫn nhiên liệu. Trước khi đi vào động cơ, khí tự nhiên sẽ được đưa vào bộ điều chỉnh để giảm áp suất. Sau đó, khí lại được dẫn vào hệ thống phun nhiên liệu đa điểm để phun vào trong các xi lanh. Các cảm biến và máy tính sẽ điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu – không khí để có quá trình cháy diễn ra hiệu quả nhất. Động cơ sử dụng khí tự nhiên thường sử dụng các piston chịu nén tốt, các van xả làm bằng hợp kim nicken-tungsten và hệ xúc tác xử lý khí thải phù hợp với khí metane.
Chỉnh sửa khung gầm.
Một vài chỉnh sửa ở hệ thống giảm xóc trên các NGV được thực hiện nhằm mục đích tạo thêm khoảng trống để lắp bình chứa khí tự nhiên. Để tiết kiệm diện tích, trên một số NGV, người ta thay thế lốp xe bằng loại lốp không xịt (run-flat tires) để có thể bỏ cả lốp dự phòng và kích.
Khác biệt trong việc nạp nhiên liệu.
Thông thường, họng nạp nhiên liệu của NGV nằm ở phía trước xe nhưng vẫn có một số xe như Honda Civic GX lại đặt nó ở phía sau. NGV có thể được nạp bằng bơm nạp nhanh (fast-fill pump) tại các trạm nạp nhiên liệu với thời gian nạp đầy bình bằng với thời gian đổ đầy bình xăng. Nhưng NGV cũng có thể nạp với bơm nạp chậm (slow-fill pump) đòi hỏi thời gian từ 5 đến 8 tiếng đồng hồ. Hệ thống nạp tại nhà mà Honda cung cấp cho các chủ xe là loại nạp chậm và cần cả đêm để nạp đầy bình.
Sau đây chúng ta sẽ xem xét về ưu và nhược điểm của xe sử dụng loại nhiên liệu này.
Ưu điểm:
Ưu điểm lớn nhất của NGV là giảm ô nhiễm môi trường. Xe sử dụng khí tự nhiên có thể làm giảm đến 93% lượng oxit carbon thải ra, 33% lượng oxit nitơ và đến 50% lượng hydrocarbon khi so sánh với động cơ xăng.
Ngoài ra có thể kể đến một số ưu điểm khác:
• NGV an toàn hơn. Bình chứa nhiên liệu trên NGV dày và chắc chắn hơn bình chứa xăng và diesel. Trong suốt hơn 2 năm qua chưa có bình chứa khí tự nhiên nào bị nứt vỡ.
• Khí tự nhiên có giá rẻ hơn xăng. Tính trung bình, giá khí tự nhiên chỉ bằng 1/3 giá xăng.
• Việc sử dụng khí tự nhiên rất thuận tiện và trái đất có trữ lượng khí tự nhiên rất lớn để có thể khai thác lâu dài.
• Giá cả khí tự nhiên có tính ổn định trong thời gian dài khác với giá các sản phẩm dầu mỏ thay đổi thất thường.
• NGV có chi phí duy tu bảo dưỡng thấp hơn xe chạy xăng. Do khí tự nhiên cháy có thể cháy hoàn toàn nên động cơ trở nên sạch hơn vì vậy thời gian thay dầu cũng dài hơn.
Nhược điểm
Một trong những nhược điểm lớn nhất của NGV là ít khoảng trống hơn xe sử dụng động cơ xăng vì bình chứa khí tự nhiên lớn hơn bình xăng. Không những thế, các bình chứa cũng có giá thành đắt hơn nên giá của xe sử dụng khí tự nhiên cũng đắt hơn giá xe chạy xăng.
Ngoài ra, phạm vi hoạt động của các NGV thường chỉ bằng một nửa các xe chạy xăng. Ví dụ, xe Honda Civic GX có thể chạy được 220 dặm trước khi hết nhiên liệu, trong khi đó xe Civic chạy xăng thông thường có thể chạy được quãng đường lên đến 350 dặm. Và việc tìm kiếm trạm nạp khí tự nhiên trên đường cũng khó hơn việc tìm trạm xăng.
Và cuối cùng, cũng giống như xăng, khí tự nhiên là loại nhiên liệu hoá thạch và không thế tái tạo được. Theo các kết quả nghiên cứu hiện tại, trữ lượng khí tự nhiên của Mỹ chỉ đủ để sử dụng trong khoảng 67 năm với mức tiêu thụ của năm 2003.
Hiện trạng và tương lai
Mặc dù có rất nhiều ưu điểm nhưng xe sử dụng khí tự nhiên vẫn chưa được phổ biến lắm. Hiện nay mới có khoảng 130.000 NGV được sử dụng ở Mỹ và khoảng 2.5 triệu chiếc trên toàn thế giới.
Hai hãng chế tạo NGV hàng đầu trên thế giới là Honda và DaimlerChrysler. Xe Honda Civic GX là xe sử dụng hoàn toàn khí tự nhiên. Còn xe DaimlerChrysler Mercedes E 200 NGT lại sử dụng cả khí tự nhiên và xăng, với một lần nạp đầy nhiên liệu, nó có thể chạy tới 621 dặm trong đó 186 dặm bằng khí tự nhiên và 435 dặm bằng xăng.
Mặc dù NGV chưa được phổ biến lắm nhưng các chuyên gia tin tưởng rằng, với mức độ tăng giá xăng như hiện nay, trong vòng 2 thập kỷ nữa, chúng ta sẽ chứng kiến sự tràn ngập của loại xe này.
http://auto.howstuffworks.com/ngv.htm/printable
Khi giá xăng dầu trên thế giới tăng cao, mọi người đều nghĩ đến việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế. Một số giải pháp đã được đưa ra như xe lai (hybrid car) hoặc thậm chí xe chạy không cần xăng. Dưới đây xin giới thiệu rõ hơn về quá trình tìm kiếm nhiên liệu thay thế này.
Xe chạy bằng khí ga tự nhiên
Xe hybrid
Xe điện
Tế bào nhiên liệu
Diesel sinh học
Xe BMW H2R chạy bằng hydro
Xe Hy-wire của General Motor
Phần I
Xe chạy bằng khí tự nhiên
Xe chạy bằng khí tự nhiên (Natural-gas vehicle hoặc NGV) rất hiệu quả trong sử dụng nhiên liệu, thân thiện với môi trường và hứa hẹn chi phí hoạt động thấp.
Phần dưới đây sẽ mô tả vắn tắt nguyên lý hoạt động của NGV cùng với các ưu điểm và hứa hẹn của công nghệ này.
Xe Honda Civic GX nạp nhiên liệu tại nhà
Khí tự nhiên là tên gọi của hỗn hợp khí hydro carbon no với thành phần chính là khí metan (CH4).
Các hydro carbon này ở thể khí trong điều kiện thường nhưng để thuận tiện trong sử dụng và chuyên chở, người ta hoá lỏng chúng bằng cách nén dưới áp suất cao trong thùng chứa.
Cũng giống như xăng, khí tự nhiên cũng dễ bắt lửa, do đó có thể sử dụng làm nhiên liệu cho các động cơ đốt trong. Tuy nhiên, do một số hạn chế về kỹ thuật mà mãi đến năm 1930 mới xuất hiện mẫu xe đầu tiên sử dụng khí tự nhiên.
Khai thác và vận chuyển.
Khí tự nhiên được khai thác từ những túi khí nằm sâu dưới mắt đất. Trong suốt thế kỷ 19, khí tự nhiên chỉ được sử dụng ngay tại nơi khai thác vì không có phương thức vận chuyển đi xa. Chỉ đến khi có những hệ thống ống dẫn khí có mặt phổ biến thì khí tự nhiên mới trở thành chất đốt thông dụng trong gia đình và cả trên xe hơi.
Ngày nay, những người sử dụng xe chạy bằng khí tự nhiên có thể nạp nhiên liệu tại hơn 1.500 điểm trên toàn nước Mỹ. Hãng Honda cũng đã cung cấp miễn phí bộ nạp nhiên liệu tại nhà cho những khách hàng sử dụng xe ô tô Honda Civic GX dùng khí tự nhiên. Bộ nạp này có thể nối trực tiếp vào đường ống gas gia đình để nạp nhiên liệu cho xe.
Thiết kế của xe sử dụng khí tự nhiên
Khí tự nhiên có thể được sử dụng làm nhiên liệu của động cơ đốt trong 4 kỳ tương tự như xăng. Hỗn hợp khí tự nhiên sẽ trộn lẫn với không khí rồi được nạp vào buồng đốt, sau đó nó sẽ được đốt cháy và làm piston chuyển động. Mặc dù giữa khí tự nhiên và xăng có một số điểm khác biết về nhiệt độ bắt cháy và nhiệt độ cháy nhưng nhìn chung xe NGV có cấu tạo gần giống như xe chạy xăng.
Nhiên liệu Khí tự nhiên Xăng Diesel
Hỗn hợp bắt cháy 5-15 1.4-7.6 0.6-5.5
(% thể tích trong
không khí)
Nhiệt độ tự bắt cháy (F) 842 572 446
Nhiệt độ đỉnh (F) 3423 3591 3729
Để có thể sử dụng được khí tự nhiên, xe chạy xăng cần phải cải tiến một số bộ phận như thùng chứa nhiên liệu, khung gầm và động cơ.
Thùng chứa nhiên liệu
Phần lớn NGV sử dụng khí tự nhiên đã được nén để tiết kiệm chỗ chứa. Tại các kho chứa, khí được nén ở áp suất 3.000-3.600 psi để sẵn sàng nạp vào xe. Trước đây, bình chứa khí tự nhiên trên các NGV thường rất to và chiếm nhiều diện tích nhưng ngày nay, nhờ những vật liệu nhẹ, có độ bền cao mà thùng chứa đã nhỏ hơn rất nhiều. Những hệ thống chứa này được gọi là ISSs (Intergrated Storage Systems), chúng được làm từ vật liệu composit cùng với sợi thuỷ tinh để có thể đảm bảo không bị vỡ ngay cả khi xảy ra tai nạn. Các bình chứa này cũng được chế tạo để có thể lắp vừa vào vị trí bình xăng trước đây.
Chỉnh sửa động cơ.
Khi khởi động động cơ trên NGV, dòng khí tự nhiên sẽ từ bình chứa đi vào ống dẫn nhiên liệu. Trước khi đi vào động cơ, khí tự nhiên sẽ được đưa vào bộ điều chỉnh để giảm áp suất. Sau đó, khí lại được dẫn vào hệ thống phun nhiên liệu đa điểm để phun vào trong các xi lanh. Các cảm biến và máy tính sẽ điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu – không khí để có quá trình cháy diễn ra hiệu quả nhất. Động cơ sử dụng khí tự nhiên thường sử dụng các piston chịu nén tốt, các van xả làm bằng hợp kim nicken-tungsten và hệ xúc tác xử lý khí thải phù hợp với khí metane.
Chỉnh sửa khung gầm.
Một vài chỉnh sửa ở hệ thống giảm xóc trên các NGV được thực hiện nhằm mục đích tạo thêm khoảng trống để lắp bình chứa khí tự nhiên. Để tiết kiệm diện tích, trên một số NGV, người ta thay thế lốp xe bằng loại lốp không xịt (run-flat tires) để có thể bỏ cả lốp dự phòng và kích.
Khác biệt trong việc nạp nhiên liệu.
Thông thường, họng nạp nhiên liệu của NGV nằm ở phía trước xe nhưng vẫn có một số xe như Honda Civic GX lại đặt nó ở phía sau. NGV có thể được nạp bằng bơm nạp nhanh (fast-fill pump) tại các trạm nạp nhiên liệu với thời gian nạp đầy bình bằng với thời gian đổ đầy bình xăng. Nhưng NGV cũng có thể nạp với bơm nạp chậm (slow-fill pump) đòi hỏi thời gian từ 5 đến 8 tiếng đồng hồ. Hệ thống nạp tại nhà mà Honda cung cấp cho các chủ xe là loại nạp chậm và cần cả đêm để nạp đầy bình.
Sau đây chúng ta sẽ xem xét về ưu và nhược điểm của xe sử dụng loại nhiên liệu này.
Ưu điểm:
Ưu điểm lớn nhất của NGV là giảm ô nhiễm môi trường. Xe sử dụng khí tự nhiên có thể làm giảm đến 93% lượng oxit carbon thải ra, 33% lượng oxit nitơ và đến 50% lượng hydrocarbon khi so sánh với động cơ xăng.
Ngoài ra có thể kể đến một số ưu điểm khác:
• NGV an toàn hơn. Bình chứa nhiên liệu trên NGV dày và chắc chắn hơn bình chứa xăng và diesel. Trong suốt hơn 2 năm qua chưa có bình chứa khí tự nhiên nào bị nứt vỡ.
• Khí tự nhiên có giá rẻ hơn xăng. Tính trung bình, giá khí tự nhiên chỉ bằng 1/3 giá xăng.
• Việc sử dụng khí tự nhiên rất thuận tiện và trái đất có trữ lượng khí tự nhiên rất lớn để có thể khai thác lâu dài.
• Giá cả khí tự nhiên có tính ổn định trong thời gian dài khác với giá các sản phẩm dầu mỏ thay đổi thất thường.
• NGV có chi phí duy tu bảo dưỡng thấp hơn xe chạy xăng. Do khí tự nhiên cháy có thể cháy hoàn toàn nên động cơ trở nên sạch hơn vì vậy thời gian thay dầu cũng dài hơn.
Nhược điểm
Một trong những nhược điểm lớn nhất của NGV là ít khoảng trống hơn xe sử dụng động cơ xăng vì bình chứa khí tự nhiên lớn hơn bình xăng. Không những thế, các bình chứa cũng có giá thành đắt hơn nên giá của xe sử dụng khí tự nhiên cũng đắt hơn giá xe chạy xăng.
Ngoài ra, phạm vi hoạt động của các NGV thường chỉ bằng một nửa các xe chạy xăng. Ví dụ, xe Honda Civic GX có thể chạy được 220 dặm trước khi hết nhiên liệu, trong khi đó xe Civic chạy xăng thông thường có thể chạy được quãng đường lên đến 350 dặm. Và việc tìm kiếm trạm nạp khí tự nhiên trên đường cũng khó hơn việc tìm trạm xăng.
Và cuối cùng, cũng giống như xăng, khí tự nhiên là loại nhiên liệu hoá thạch và không thế tái tạo được. Theo các kết quả nghiên cứu hiện tại, trữ lượng khí tự nhiên của Mỹ chỉ đủ để sử dụng trong khoảng 67 năm với mức tiêu thụ của năm 2003.
Hiện trạng và tương lai
Mặc dù có rất nhiều ưu điểm nhưng xe sử dụng khí tự nhiên vẫn chưa được phổ biến lắm. Hiện nay mới có khoảng 130.000 NGV được sử dụng ở Mỹ và khoảng 2.5 triệu chiếc trên toàn thế giới.
Hai hãng chế tạo NGV hàng đầu trên thế giới là Honda và DaimlerChrysler. Xe Honda Civic GX là xe sử dụng hoàn toàn khí tự nhiên. Còn xe DaimlerChrysler Mercedes E 200 NGT lại sử dụng cả khí tự nhiên và xăng, với một lần nạp đầy nhiên liệu, nó có thể chạy tới 621 dặm trong đó 186 dặm bằng khí tự nhiên và 435 dặm bằng xăng.
Mặc dù NGV chưa được phổ biến lắm nhưng các chuyên gia tin tưởng rằng, với mức độ tăng giá xăng như hiện nay, trong vòng 2 thập kỷ nữa, chúng ta sẽ chứng kiến sự tràn ngập của loại xe này.
http://auto.howstuffworks.com/ngv.htm/printable
Chủ đề tương tự
