XE GẮN MÁY SẠCH CHẠY BẰNG BIOGAS NÉN
NCS. Nguyễn Văn Đông
GATEC
Tóm tắt kết quả nghiên cứu
Việc sử dụng nhiên liệu tái tạo để thay thế dần nhiên liệu hóa thạch là xu thế tất yếu của văn minh nhân loại vì nhiên liệu hóa thạch sẽ cạn kiệt dần, gây ảnh hưởng đến mọi nền kinh tế trên toàn thế giới. Sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong là một trong những giải pháp phát triển năng lượng tái tạo phù hợp với Việt Nam nơi có đến 80% dân số sống ở vùng nông thôn.
Sử dụng biogas càng có ý nghĩa hơn khi chúng ta có thể chế biến chúng để có thể cung cấp cho phương tiện giao thông cơ giới, trong đó xe gắn máy là phương tiện giao thông cá nhân chính ở nước ta hiện nay.
Đề tài này góp phần xử lý 2 vấn đề quan trọng để có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho xe gắn máy, đó là (1) nén biogas vào bình chịu áp lực và (2) cung cấp biogas nén cho xe gắn máy đảm bảo cho xe hoạt động tối ưu trong mọi điều kiện vận hành.
Kết quả nghiên cứu cho phép chúng ta rút ra được những kết luận sau đây.
Việc lọc tạp chất trong biogas phụ thuộc vào yêu cầu và qui mô sử dụng của nhiên liệu khí. Đối với qui mô nhỏ thì phương pháp lọc đơn giản sử dụng tháp có vật liệu đệm với dung môi bằng nước cho kết quả đáp ứng tiêu chuẩn nhiên liệu khí sử dụng cho các phương tiện vận tải cơ giới. Khi dùng dung dịch NaOH để lọc, ta có thể loại trừ hoàn toàn H2Svà nâng cao hàm lượng CH4 trong biogas lên đến 97%CH4. Đối với những trạm cấp biogas lớn, ta có thể kết hợp loại trừ H2S bằng các phương pháp lọc hấp phụ, hấp thụ truyền thống và phương pháp loại trừ CO2 bằng nén áp suất cao trong quá trình nén biogas.
Lọc Biogas bằng dug dịch hóa chất Mô hình tính toán lọc CO2 bằng phương pháp nén
Hệ thống cung cấp biogas nén cho xe gắn máy bao gồm bình chứa biogas áp suất cao, van giảm áp, bộ phụ kiện tạo hỗn hợp. Có thể sử dụng bình chứa khí thiên nhiên nén dung tích 3,5 lít nén chịu được áp suất 200 bar để lưu trữ nhiên liệu trên xe gắn máy biogas. Mặt khác có thể điều chỉnh bộ phụ kiện cung cấp LPG cho xe gắn máy gồm 3 van chức năng: van không tải, van cấp ga chính và van gia tốc để cung cấp biogas nén cho xe gắn máy. Kết quả thí nghiệm cho thấy nếu sử dụng 2 bình 3,5 lít chứa biogas nén có 85% CH4 ở áp suất nén 75 bar thì xe máy có thể chạy quãng đường độc lập 20 km ở tốc độ trung bình của xe 40 km/h.
Hệ thống van 3 chức năng cấp biogas nén cho xe gắn máy Thử nghiệm xe gắn máy biogas nén
Tốc độ cháy của biogas thấp hơn tốc độ cháy của nhiên liệu lỏng truyền thống. Vì vậy khi chuyển xe gắn máy sang chạy bằng biogas nén chúng ta phải tăng góc đánh lửa để đảm bảo động cơ có thể chạy được ở tốc độ cao. Biogas càng nghèo thì góc đánh lửa sớm tối ưu càng lớn. Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy khi động cơ chạy bằng biogas chứa 90% CH4 ở vùng tốc độ 3000 vòng/phút thì góc đánh lửa sớm tối ưu là 34 độ.
Tính toán mô phỏng quá trình cháy biogas nén trong buồng cháy động cơ xe gắn máy
Khi chuyển sang chạy bằng biogas nén, áp suất chỉ thị cực đại cũng như công chu trình giảm so với khi chạy bằng xăng. Thực nghiệm cho thấy khi động cơ khi sử dụng nhiên liệu xăng RON92 thì áp suất cực đại pmax=58 bar sau điểm chết trên khoảng 10 độ góc quay trục khuỷu và công chu trình là 106,369 J/cyc còn khi chạy bằng nhiên liệu biogas nén có thành phần 85%CH4 áp suấtcực đạiđạt 34,5 bar, ở góc quay trục khuỷu 19 độ sau điểm chết trên và công chu trình là 75,842 J/cyc tức là khoảng 71,3% so với xăng thị trường RON92
So sánh áp suất chỉ thị và công chỉ thị của xe gắn máy chạy xăng và biogas nén
cho bởi thực nghiệm
Tốc độ cháy chảy tầng của hỗn hợp biogas-không khí có thể sử dụng các công thức tính thực nghiệm. Khi chuyển động cơ xe gắn máy wave α 110cc sang chạy bằng biogas nén và không cải tạo buồng cháy thì hệ số cháy rối ff có thể chọn bằng 1,3 đối với nhiên liệu chứa 80% CH4 và động cơ hoạt động trong phạm vi tốc độ trung bình từ 3000 vòng/phút đến 6000 vòng/phút. Trong trường hợp này kết quả tính toán theo mô phỏng với phần mềm FLUENT phù hợp với kết quả thí nghiệm trên băng thử xe gắn máy AVL.
So sánh kết quả cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
