SỬ DỤNG BIOGAS ĐỂ CHẠY ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ NHỎ

Chủ nhiệm đề tài: GS.TSKH. BÙI VĂN GA

Cơ quan chủ trì: Đại học Đà Nẵng

I. MỞ ĐẦU:

Đề tài này tập trung nghiên cứu ứng dụng khí biogas trên động cơ đốt trong đánh lửa cưỡng bức cỡ nhỏ. Nước ta có hơn 80% dân số sống ở nông thôn. Các chất thải rắn hữu cơ từ các quá trình sản xuất nông nghiệp, chế biến lương thực, thực phẩm, chăn nuôi... là nguồn nguyên liệu rất tốt để sản xuất biogas.

Đề tài tiến hành tính toán hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas và phân tích các phương án điều tốc khác nhau đối với động cơ dual-fuel biogas/diesel được cải tạo từ động cơ diesel để đề xuất một kiểu điều tốc phù hợp với động cơ này.

1. Biogas:

Biogas thường được dùng để chỉ khí sinh học được sản xuất từ sự phân hủy kỵ khí hay lên men của chất hữu cơ bao gồm chất thải gia súc, rác thành phố, các chất thải phân rã sinh học khác trong điều kiện thiếu không khí. Biogas cơ bản chứa methane và khí carbonic.

Biogas chứa methane là chất khí có giá trị dùng để sản sinh năng lượng trên ô tô hay nhà máy điện. Nó cũng có thể được sử dụng trực tiếp để đun nấu, sấy, sưởi, thắp sáng hay làm lạnh bằng máy lạnh hấp thụ.

Thành phần khí biogas thay đổi theo nguồn gốc của quá trình phân hủy kỵ khí. Biogas từ bãi chôn lấp rác có thành phần methane khoảng 50%. Với công nghệ xử lý rác hiện đại, thành phần biogas có thể đạt 55-75%CH4.

2. Tình hình sản xuất và sử dụng biogas ở Việt Nam:

Từ khoảng hơn mươi năm nay, việc sử dụng biogas đã trở nên quen thuộc đối với người dân Việt Nam. Thông thường hầm Biogas xây bằng gạch, bằng bê tông. Nhược điểm của các loại hầm này là dễ bị lún nứt, nhất là hầm bê tông hay bị axit ăn mòn gây rò khí ga ra ngoài không khắc phục được, không có khả năng tự phá váng. Hầm gạch, hầm bê tông đòi hỏi phải nạp nguyên liệu (phân súc vật) nhiều và liên tục, vì vậy việc lên men kỵ khí không đạt mức tối ưu, áp lực khí gas thường chỉ đạt 5cm cột nước không có khả năng tự điều tiết áp lực, phải có túi chứa khí rất cồng kềnh. Túi này cũng rất hay sinh rò rỉ do bị thủng vì những tác dụng bên ngoài, thường phải kèm theo thiết bị van bảo vệ. Cũng do áp suất khí ga không đủ nên không thể lắp thêm các thiết bị và phụ kiện trong khu bếp. Đặc biệt việc xây một hầm Biogas bằng gạch hay bằng bê tông rất lâu...

Đến nay, 27.000 công trình biogas đã được xây dựng tại 24 tỉnh ở Việt Nam. Dự kiến, đến 2010, dự án sẽ đạt mục tiêu khoảng 167.000 công trình tại 50 tỉnh, thay thế khoảng 200.000 tấn củi hoặc phế thải nông nghiệp mỗi năm bằng nguồn năng lượng sạch. Nếu dự án thành công, sẽ đưa ra một phương thức tiếp cận mới: ngành khí sinh học - nguồn năng lượng bền vững cho các hộ gia đình. Nhờ đó, hàng triệu hộ dân được dùng nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo để đun nấu và thắp sáng. Bất kỳ hộ gia đình nào có 2 con bò, trâu hoặc 4 con lợn đều có thể xây dựng công trình khí sinh học. Điều quan trọng, với kết cấu khép kín và sử dụng triệt để nguồn chất thải trong chăn nuôi, sinh hoạt, công trình biogas đã góp phần giải quyết một trong những vấn đề bức xúc hiện nay ở nông thôn là tình trạng ô nhiễm môi trường.

Một hầm biogas tiết kiệm được khoảng 2,3 tấn củi đun, tương đương với 0,03ha rừng mỗi năm. Việc sử dụng bã thải sinh học góp phần làm tăng sản lượng cây trồng và rau xanh. Một hầm khí sinh học mỗi năm sản sinh ra 30 tấn bã thải. Các công trình biogas hiện nay đã góp phần giảm thiểu 107.000 tấn CO2, tiết kiệm 13.000 tấn than, gần 3.300 tấn dầu lửa và 208.022 bình gas loại 13kg, đáp ứng nhu cầu năng lượng cho 160.000 người chủ yếu ở vùng nông thôn nghèo khó.

3. Tình hình ứng dụng biogas để chạy động cơ đốt trong:

- Các nghiên cứu đã thực hiện ở Việt Nam: Đã cải tạo động cơ kéo máy phát điện chạy xăng sang chạy bằng biogas; cải tạo động cơ xăng kéo máy phát điện sang chạy bằng biogas dùng để chiếu sáng cho sinh hoạt gia đình; đã thiết kế xây dựng như hệ thống hầm biogas gồm ống dẫn chất thải hữu cơ vào bể nạp, hố gas, hố xả, ống dẫn khí ra. Đầu ra khí sinh học có thể đun nấu bình thường, nhưng để làm nhiên liệu chạy máy phát điện cần phải qua quy trình công nghệ lọc chất độc hại và điều áp, tạo kết cấu áp lực đầu vào của gas thấp. Máy phát điện chạy bằng khí sinh học có cấu tạo như máy phát điện chạy bằng xăng nhưng có thay đổi ở hệ thống đánh lửa và có lắp đặt thêm một bộ phối trộn với khí sinh học vào bộ chế hoà khí. Động cơ máy phát điện chạy khí sinh học là loại động cơ 4 thì, có công suất 1,5kW với vòng quay khoảng 3000 vòng/phút và đường kính xi lanh 60mm, hành trình pitton 46mm. Động cơ chạy khí sinh học đã vận hành ổn định với công suất 650W và nghiên cứu chuyển đổi động cơ máy phát điện chạy bằng xăng sang chạy bằng khí biogas đã qua xử lý nhằm khai thác nguồn nhiên liệu sẵn có, giá rẻ và không bao giờ cạn kiệt ở nông thôn.

- Các nhóm nghiên cứu trên chỉ thực hiện chuyển đổi nhiên liệu trên những động cơ riêng lẻ dựa trên kinh nghiệm cá nhân, chưa thực hiện nghiên cứu một cách có hệ thống cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm nhằm thiết lập những nguyên lý cơ bản của việc cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ để trên cơ sở đó chế tạo các bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu biogas/nhiên liệu lỏng cho động cơ tĩnh tại. Tồn tại quan trọng của các nghiên cứu trên đây là chưa xử lý được bộ điều tốc, đặc biệt là bộ điều tốc của động cơ dual-fuel được chuyển đổi từ động cơ diesel sang chạy bằng biogas. Vì vậy các kết quả nghiên cứu trên đây chưa được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

II. NGHIÊN CỨU LỌC TẠP CHẤT TRONG KHÍ BIOGAS:

1. Nghiên cứu xử lý khí tạp chất:

Việc lựa chọn công nghệ xử lý biogas phụ thuộc vào thành phần và mục đích sử dụng của nó. Các tạp chất như H2S, hơi nước là tác nhân gây ăn mòn trong khi các khí như CO2, N2 làm giảm nhiệt cháy của biogas. Do đó nhiệm vụ của xử lý biogas là loại các khí gây ăn mòn, loại các khí làm giảm nhiệt cháy, hoặc thực hiện kết hợp cả hai việc trên.

H2S có thể được tách loại bằng các quá trình ướt hoặc các quá trình khô. Quá trình ướt sử dụng những dung môi hấp thụ khác nhau để tách loại H2S, nhưng phần lớn cũng tách loại đồng thời CO2 một cách không cần thiết. Trong khi đó, quá trình khô chỉ tách khí H2S nên kinh tế hơn, được sử dụng rộng rãi hơn.