Công bố kết quả thử nghiệm sử dụng xăng sinh học

PV Oil sẵn sàng kinh doanh xăng E5 quy mô lớn
Năng lượng Việt Nam và vấn đề phát triển bền vững

So sánh các thông số tinh năng và phát thải của động cơ xe máy khi sử dụng nhiên liệu sinh học E5 và E10 với nhiên liệu RON92.

Hình trên thể hiện kết quả so sánh (tính theo % chênh lệch) giữa các thông số tính năng (công suất, lực kéo và suất tiêu thụ nhiên liệu) và nồng độ phát thải của động cơ xe máy khi sử dụng xăng pha cồn sinh học E5 và E10 so với khi sử dụng xăng khoáng RON92 thị trường.

Khi sử dụng nhiên liệu sinh học E5, công suất và lực kéo lần lượt tăng 6,50% và 6,24% so với khi sử dụng nhiên liệu xăng khoáng RON92. Suất tiêu thụ nhiên liệu giảm tới 6,37% nhờ công suất được cải thiện trong khi lượng nhiên liệu tiêu thụ tính theo kg trên giờ (kg/h) gần như không thay đổi.

Các thành phần phát thải monoxit cacbon (CO) và hydro cacbon (HC) giảm lần lượt là 14,40% và 21,65% đối với nhiên liệu sinh học E5 so với khi sử dụng xăng khoáng RON92. Đây là kết quả rất có lợi đối với môi trường, nhất là đối với thành phần phát thải CO, một thành phần phát thải được quan tâm nhất đối với động cơ xe máy. Quá trình cháy được cải thiện nhờ hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu đồng đều hơn do khả năng bay hơi tốt của nhiên liệu sinh học E5.

Ngoài ra, sự có mặt của thành phần oxy trong nhiên liệu sinh học E5 là yếu tố giúp cho nhiên liệu được cháy trong điều kiện không quá thiếu oxy (cháy với hỗn hợp nhạt hơn so với trường hợp động cơ xăng dùng bộ chế sử dụng nhiên liệu xăng RON92) và cháy kiệt. Đây là cơ sở tạo ra ít khí thải độc hại CO và HC.

Tuy nhiên, phát thải NOx và CO2 trong trường hợp này cao hơn đối với nhiên liệu sinh học E5 và E10. Kết quả này là hệ quả của việc cải thiện quá trình cháy trong động cơ. Nhiệt độ cháy tăng dẫn tới phát thải NOx cao hơn.

Ngoài ra, nhờ nhiên liệu được cháy kiệt mà hầu hết hydro cacbon đều được chuyển thành CO2. Cũng cần phải nói thêm rằng, xét về mặt tinh chất của nhiên liệu sinh học etanol, như đã trao đổi ở trên, thì phát thải CO2 và NOx có thể giảm so với khi sử dụng nhiên liệu xăng nhờ tỷ lệ phân tử giữa cacbon và hydro thấp hơn và nhiệt hóa hơi cao hơn (làm giảm nhiệt độ cháy) so với xăng.

Mặc dù vậy, kết quả nghiên cứu này cho thấy sự phù hợp so với một số kết quả được công bố trên thế giới.

Thử nghiệm xe máy trên băng thử cho thấy, công suất động cơ khi sử dụng xăng sinh học E10 có xu hướng tăng nhẹ, trung bình khoảng 4,4% ở tay số III và 1,7% ở tay số IV, suất tiêu hao nhiên liệu được cải thiện với mức giảm lớn nhất là 6,25% tại tay số III. Trong khi đó với xăng sinh học E15 và E20 công suất và tiêu hao nhiên liệu ít thay đổi so với xăng thông thường. Phát thải CO và HC giảm mạnh trong khi phát thải NOx tăng do quá trình cháy được cải thiện rõ rệt khi sử dụng xăng sinh học. Phát thải CO2 tăng lên nhờ quá trình cháy hoàn hảo hơn đã chuyển đổi phần lớn phát thải độc hại CO thành CO2.

Như vậy, động cơ xe máy sử dụng xăng sinh học đến E20 không cần thiết phải điều chỉnh tăng lượng nhiên liệu cung cấp. Tuy nhiên, thời điểm đánh lửa có thể phải điều chỉnh theo hướng giảm góc đánh lửa sớm do thời gian cháy trễ của xăng sinh học E20 giảm đi rõ rệt so với khi sử dụng xăng khoáng RON92.

Đối với động cơ ô-tô, xu hướng thay đổi công suất động cơ ô-tô khi sử dụng nhiên liệu xăng sinh học với tỷ lệ khác nhau cũng tương tự như với động cơ xe máy. Thử nghiệm xe ô-tô phun xăng điện tử cho thấy công suất động cơ với xăng sinh học E10, E15 và E20 rất ít thay đổi so với xăng thông thường: công suất tăng nhỏ với xăng sinh học E10, trung bình tăng 1,86% tại tay số IV và 1,34% tại tay số V, trong khi giảm không đáng kể với xăng sinh học E15, 1,78% tại tay số IV và 0,67 tại tay số V, với xăng sinh học E20 giảm khoảng 3% tại cả hai tay số.

Đặc biệt đối với xe chế hòa khí, công suất động cơ khi sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 đều có xu hướng tăng, tương ứng 7,91%, 6,81% và 6,97%, điều đó có nghĩa tinh năng công suất động cơ dùng chế đã được cải thiện rõ nét khi sử dụng xăng sinh học.

Về vấn đề tương thích vật liệu, các chi tiết bằng kim loại thép như kim ba cạnh trong bộ chế hòa khí, tác động của xăng sinh học E10 và xăng khoáng RON92 là tương đương. Tuy nhiên với các chi tiết bằng kim loại màu như đồng, vật liệu của các chi tiết như gic-lơ nhiên liệu, vít điều chỉnh không khí, vít điều chỉnh xăng ở chế độ không tải, vít xả xăng… thì xăng sinh học E10 có tác động oxy hóa bề mặt, làm xỉn màu, rỗ bề mặt mạnh hơn so với xăng khoáng RON92. Các lớp oxit kim loại theo thời gian và tùy vào điều kiện hoạt động cụ thể của động cơ có thể bong tróc tạo hạt và đi vào khe hở giữa các bề mặt chuyển động làm tăng mức độ mòn của chi tiết. Đồng thời khi lớp oxit bong tróc cũng làm thay đổi kích thước như đường kính lỗ gic-lơ, mòn vít điều chỉnh xăng, vít điều chỉnh không khí dẫn đến sai lệch trong việc định lượng nhiên liệu và không khí tạo hỗn hợp trong bộ chế hòa khí.

Các giắc nối bơm điện bằng đồng bị oxy hóa có thể dẫn đến hiện tượng tiếp xúc điện kém. Ngoài ra, lớp kim loại tráng phủ trên mặt bộ báo mức xăng bị oxy hóa nhiều hơn, tuy nhiên, các vạch nền bằng thiếc không bị ảnh hướng do đó không dẫn đến sai lệch trong việc chỉ báo mức xăng.

Các chi tiết phi kim (nhựa, cao su, giấy…) khi ngâm trong nhiên liệu xăng khoáng RON92 và xăng sinh học E10 đều có hiện tượng phôi màu, trong đó mức độ phôi màu của các chi tiết tiếp xúc với xăng sinh học E10 mạnh hơn. Đồng thời trên các mẫu giấy lọc cũng thu được nhiều cặn bẩn, màng bám, chứng tỏ vật liệu từ các chi tiết bong ra.

Trên thực tế sử dụng, các cặn bẩn hình thành trong quá trình vận hành trước đó của xe nằm trong hệ thống cung cấp nhiên liệu hoặc trong thùng chứa nhiên liệu có thể và hòa lẫn vào nhiên liệu xăng sinh học và đi đến bộ phận lọc gây tắc lọc.

Để tránh hiện tượng này, sau khi phương tiện chuyển sang sử dụng xăng sinh học khoảng 400km vận hành (tương đương với 2 lần điền đầy bình xăng, đối với xe máy) và khoảng 1000km vận hành (tương đương với 2 lần điền đầy bình xăng, đối với ô-tô) các lọc nhiên liệu cần được bảo dưỡng làm sạch hoặc thay mới.

Các chi tiết bằng nhựa trắng như vỏ bộ lọc, lưới lọc bằng nhựa… tiếp xúc thời gian dài với xăng sinh học E10 bị chuyển sang màu vàng rõ hơn so với xăng khoáng RON92 cho thấy khả năng bị lão hóa của các chi tiết nhanh hơn. Chi tiết phao xăng trong thùng nhiên liệu, phao xăng trong buồng phao của bộ chế hòa khí, vật liệu nhựa màu, bị giảm khối lượng có thể dẫn đến sự sai lệch mức xăng trong buồng phao ảnh hưởng đến tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu/không khí trong bộ chế hòa khi, báo không đúng mức nhiên liệu trong bình chứa.

Tuy nhiên mức ảnh hưởng của xăng sinh học E10 đến các chi tiết này không lớn so với xăng khoáng RON92 vì thế vẫn có thể coi là tương thích với xăng sinh học E10.

Các chi tiết cao su như màng bơm tăng tốc của bộ chế hòa khí bị biến dạng nhiều hơn đối với nhiên liệu sinh học E10, vòng gioăng làm kín trở nên cứng hơn, khối lượng các chi tiết này tăng lên sau thời gian tiếp xúc với nhiên liệu do bị trương nở, lão hóa. Các chi tiết này cần lưu ý thay thế trước khi chuyển sang sử dụng xăng sinh học E10.

Khi sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 khả năng khởi động lạnh và khởi động nóng đối với các loại nhiên liệu này tương tự như với xăng khoáng RON92, tuy nhiên với tỷ lệ cao hơn nữa khả năng khởi động có thể bị ảnh hưởng do nhiệt hóa hơi của nhiên liệu cao hơn làm lạnh đường ống nạp và cần có biện pháp sấy nóng đường ống nạp. Khả năng tăng tốc của xe cũng không bị ảnh hưởng, thậm chí còn được cải thiện chút ít so với xăng khoáng RON92.

Các nghiên cứu thực nghiệm đánh giá độ bền và tuổi thọ của động cơ xe máy và ô-tô cho thấy mức độ ảnh hưởng của xăng sinh học E10 và xăng truyền thống là khá tương đồng nhau và đều nằm trong giới hạn cho phép về mòn cũng như biến đổi các tinh chất của dầu bôi trơn.

Tuy nhiên, xăng sinh học E10 có ảnh hưởng rõ nét hơn đối với sự biến đổi của áp suất nén, công suất, lượng nhiên liệu tiêu thụ, phát thải, mức độ mài mòn cũng như chất lượng của dầu bôi trơn.

Tóm lại, khi sử dụng xăng sinh học E5, E10 cho động cơ xe máy đang lưu hành, động cơ phát huy công suất vượt trội hơn so với xăng thông thường, suất tiêu hao nhiên liệu được cải thiện, có thể sử dụng lẫn với nhiên liệu xăng thông thường mà không cần phải điều chỉnh hệ thống nhiên liệu.

Khi sử dụng xăng sinh học E5, E10 cho động cơ xe ô-tô đang lưu hành gồm cả loại thiết kế phun xăng điện tử và chế hòa khí, công suất động cơ không bị ảnh hưởng, thậm chí còn được cải thiện (đối với xe dùng chế hòa khí), có thể sử dụng lẫn với nhiên liệu xăng thông thường mà không cần phải điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp. Với tỷ lệ etanol trong hỗn hợp xăng sinh học lớn hơn 10% cần quan tâm đến việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp, thời điểm đánh lửa…

Xăng sinh học E5, E10 không ảnh hưởng nhiều tới chi tiết bằng vật liệu thép nhưng có ảnh hưởng hơn so với xăng khoáng RON92 đối với các chi tiết bằng kim loại màu như đồng cũng như các chi tiết phi kim. Đối với xe thế hệ cũ, các chi tiết bằng đồng có nhiều trong bộ chế hòa khí còn với xe thế hệ mới số lượng các chi tiết bằng đồng không nhiều (đã được chuyển sang vật liệu hợp kim đồng) mà chủ yếu là ở các giắc nối. Các chi tiết làm bằng cao-su tự nhiên như bơm tăng tốc bộ chế hòa khí và vòng gioăng làm kín cần lưu ý thay thế bằng vật liệu cao-su nhân tạo có độ bền cao hơn khi tiếp xúc với cồn etanol.

Cần lưu ý đến việc bảo dưỡng các lọc nhiên liệu cho động cơ sau khi chuyển sang sử dụng xăng sinh học E10. Ngoài ra, chu kỳ thay dầu cần được rút ngắn khoảng 5% đến 10% so với khi sử dụng xăng khoáng RON92, trong trường hợp động cơ luôn được vận hành ở chế độ làm việc khắc nghiệt trong suốt chu kỳ thay dầu, nhằm bảo đảm sự hoạt động ổn định và đáp ứng tuổi thọ cho động cơ.

TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM