Nguyên liệu sạch cho động cơ

Để giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn dầu mỏ và ô nhiễm môi trường hiện nay, chúng ta cần tìm ra nguồn nguyên liệu mới để đáp ứng cho nhu cầu xã hội.

Trong khi hầu hết các loại động cơ trong các ngành công nghiệp cũng như trong giao thông vận tải trên thế giới ngày nay đều sử dụng nguyên liệu từ các chế phẩm của dầu mỏ thì các vấn đề về nguồn tài nguyên “Vàng Đen” này đang trở nên cấp thiết. Hầu hết trữ lượng dầu mỏ trên thế giới hiện nay đều tập trung ở các quốc gia khu vực Trung Đông thuộc OPEC và Nga, chỉ cần một biến đổi về chính trị, xã hội xảy ra ở các quốc gia này sẽ gây ra sự khủng hoảng về năng lượng trên thế giới. Và theo các nhà khoa học dự đoán rằng, với mức tiêu thụ và sản lượng khai thác như hiện nay thì khoảng 30 năm nữa nguồn dầu mỏ trên thế giới sẽ cạn kiệt.

Cùng với việc khai thác và sử dụng xăng dầu ồ ạt ngày nay, chúng ta phải đối mặt với một vấn đề vô cùng quan trọng nữa là ô nhiễm môi trường. Cứ mỗi lít xăng - dầu thải ra một lượng lớn carbon, lưu huỳnh, nitơ oxit - nguyên nhân chủ yếu làm khí hậu trái đất nóng lên, các loại kim loại nặng trong phụ gia xăng - dầu như chì, sắt, kẽm và các chất hữu cơ khó phân hủy như benzen, sợi polime nặng...

Một số nguồn nguyên liệu sạch khả thi:

Nguyên liệu hydro: Trước thực trạng ô nhiễm môi trường đang ngày càng trầm trọng, do khí thải của các phương tiện giao thông và sự cạn kiệt của xăng dầu, đã có nhiều giải pháp về nhiên liệu thay thế cho dầu mỏ, trong số đó, nguyên liệu hydro là một trong những giải pháp tối ưu giải quyết được hai vấn đề trên.

Xe chạy bằng nguyên liệu hydro

Hydro là chất khí, khi đốt cháy sinh ra nước và carbon, không ô nhiễm môi trường. Hydro tồn tại rất nhiều trong tự nhiên, có thể điều chế bằng nhiều phương pháp. Phương pháp khả quan nhất để thu được hydro là điện phân từ nước, và nước hầu như vô tận cho việc sản xuất nguyên liệu hydro.

Việc sử dụng hydro là nguyên liệu mới cho động cơ đang là một lời giải mới cho bài toán năng lượng và môi trường. 1 kg hydro có giá thành khoảng 2 USD và sinh ra một lượng năng lượng tương đương với 3,8 lít xăng. Ta có thể thấy nguyên liệu hydro quá rẻ. Tuy nhiên, để sử dụng loại nguyên liệu này thì chúng ta phải thay đổi hoàn toàn các loại động cơ mà thế giới đang sử dụng. Điển hình: hãng FCX Clarity cho ra đời loại xe Honda FCX Clarity, với động cơ sử dụng hydro kết hợp với hệ thống pin lithium-ion có thể chạy quãng đường 620 km sau mỗi lần nạp nhiên liệu, và có tốc độ tối đa 160 km/h.

Pin mặt trời: Pin mặt trời là một giải pháp được đặt ra trong thời buổi khủng hoảng năng lượng và ô nhiễm môi trường ngày nay. Điểm lợi thế của pin mặt trời là tận dụng được nguồn năng lượng vô tận từ các bức xạ phát ra từ mặt trời. Tuy nhiên, tính ổn định, năng suất của pin mặt trời không cao, kèm theo đó giá thành để sản xuất một tấm pin mặt trời còn quá đắt đỏ.

Pin mặt trời

Dầu Bio Basa: Là loại dầu được làm ra từ mỡ thải của cá basa trong ngành công nghiệp thực phẩm. 1 kg mỡ thải từ cá basa có thể làm ra 1,13 lít dầu. Điều này vừa tận dụng tối đa được nguồn nguyên liệu vốn có từ nông sản vừa giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Dầu Bio Basa có thể thay thế hoàn toàn cho dầu DO truyền thống hoặc pha trộn với dầu DO theo bất kỳ tỉ lệ nào. Tuy nhiên, lượng chất thải độc hại được thải ra từ dầu Bio Basa thấp hơn so với dầu DO từ 45 - 78,5%. Điều đặc biệt là dầu Bio Basa không chứa lưu huỳnh và có mùi giống dầu ăn.

Xăng pha cồn (Ethanol): Việc sử dụng cồn (cồn 99,5%) là một giải pháp được các nhà khoa học đặt ra đã lâu nhưng chưa được thực hiện do giá thành của cồn nhập khẩu quá cao. Nhưng hiện nay giá xăng tăng lên và ngày một cạn dần của các mỏ dầu thì đây là một hướng đi lạc quan. Cồn có thể được làm từ các loại thực vật lên men như sắn, ngô… ngay trong nước. Hiệu suất của động cơ cao hơn rõ rệt với xăng pha 5% cồn. Khi hoạt động với xăng pha 5% cồn thì lượng khí hidro carbon và carbon oxit giảm 10% so với xăng thông thường.

Nguyên liệu lỏng từ than đá: Ban đầu than đá sẽ được chuyển thành dạng khí sau đó hóa lỏng thành nguyên liệu cho các động cơ. Loại nguyên liệu này có ưu điểm rẻ tiền hơn dầu, thân thiện với môi trường do đốt cháy sạch hơn so với các loại nguyên liệu thông thường khác. Hiện than đá lỏng đang được dùng tại nhiều nước như Nam Phi. Trong tương lai, loại nguyên liệu này sẽ đáp ứng khoảng 30% nhu cầu nguyên liệu cho ngành giao thông vận tải.

Ethanol chiết xuất từ xác thực vật: Ethanol được làm từ xác các loại thực vật thân gỗ bằng phương pháp sinh học. Người ta đem xác thực vật thân gỗ chưa phân hủy ngâm trong môi trường axit và nước nóng. Các loại vi khuẩn, enzym hoạt động phá vỡ các phân tử xenluloza trong gỗ tạo thành một loại đường mới. Sau đó người ta lên men và chưng cất được Ethanol. Nhược điểm của phương pháp này là tốn nhiều nước.

Loại Ethanol này được pha trong xăng bình thường với tỉ lệ 85%.

Để điều chế 1 lít Ethanol người ta phải sử dụng 11,2 lít nước sạch với hiệu suất 66%.

Ethanol từ thân cây bắp: Đem nung nóng thân cây bắp và vỏ lốp ôtô cũ trong môi trường yếm khí để tạo ra Ethanol. Dưới sức nóng vài nghìn độ C, không có ôxy, hỗn hợp này không cháy mà các mạch carbon bị bẻ gãy (craking) tạo ra carbon oxit, carbon dioxit và hydro. Hỗn hợp thu được dưới dạng khí, đem làm lạnh và chỉ cần chất xúc tác thì chúng ta có thể tách được Ethanol và nhiều loại cồn khác.

Cuối năm 2009, nhiều nhà máy tách Ethanol như thế đã trình làng sản phẩm tại bang Pennsylvania và Georgia của Mỹ. Phương pháp điều chế Ethanol này không tốn nhiều nước và cho hiệu suất cao.

Lượng nước sạch tiêu tốn để có 1 lít Ethanol là 3,78 lít. Hiệu suất là 66%.

Dầu làm từ tảo: Tảo được nuôi trong những túi nhựa lớn với nước và chúng rất thích ứng với khí carbon đậm đặc thải ra từ các nhà máy xi măng, khí đốt lò than hay hơi men bia rượu. Sau đó, tảo sẽ được tách khỏi nước bằng máy li tâm và chiết xuất thành dầu với một loại dung môi. Quá trình tách dầu tảo cho hiệu suất lớn hơn bất cứ loại thực vật nào hiện có như đậu nành, dừa hay chà là… Tuy nhiên, việc nuôi dưỡng chúng khá phức tạp và tốn công.

Nhiều nhà máy chiết xuất dầu tảo đang được xây dựng ở Mỹ, dự kiến vào năm 2013 dầu tảo sẽ có mặt trên thị trường.

Lượng nước sạch tiêu tốn để có 1 lít dầu từ tảo là 0 lít. Hiệu suất là 103%.

Dầu làm từ mía: Đường thô từ mía và các loại cây cùng họ của nó có phản ứng rất mạnh với các chất xúc tác để tách bỏ ôxy trong các phân tử đường và tạo thành các mạch hydrocarbon. Việc tách các phân tử đường thô khá đơn giản, từ đó người ta đã chiết được các loại nhiên liệu như xăng, dầu diesel và khí đốt như chúng ta đã biết.

Dầu làm từ mía

Mía và các loại cây chứa đường cho năng lượng rất sạch mà quá trình chiết xuất không quá phức tạp. Tuy nhiên, việc sử dụng đường thô từ mía làm nhiêu liệu có giá thành cao hơn so với các loại thực vật khác.

Lượng nước sạch tiêu tốn để có 1 lít dầu mía là 0 lít. Hiệu suất là 100%.

Butanol sinh học: Giống như Ethanol, quá trình chiết xuất Butanol cũng từ xác thực vật thuộc họ cây có đường. Các loại vi khuẩn sẽ giúp lên men và biến đường thô thành cồn. Không nhờ đến nước, Butanol sinh học sẽ đậm đặc và dễ chứa cũng như dễ vận chuyển. Butanol là nhiên liệu rất quan trọng cho động cơ tên lửa. Trước đó, theo cách chiết xuất truyền thống chỉ lấy được Butanol từ dầu mỏ.

Nhiều nhà máy của Anh và Mỹ đang xúc tiến chiết xuất Butanol từ các thực vật và sẽ cho ra đời Butanol sinh học.

Lượng nước sạch tiêu tốn để có 1 lít dầu mía là 0 lít. Hiệu suất là 900%.

Hải Phong
Tổng hợp
Ảnh: Internet