Tải bản đầy đủ

Nhiên liệu thay thế viễn cảnh của công nghệ tương lai







NHIÊN LIỆU THAY THẾ
VIỄN CẢNH CỦA CÔNG NGHỆ TƢƠNG LAI
















1. NHU CẦU VỀ CÁC NHIÊN NHIÊN LIỆU THAY THẾ DẦU MỎ
Các nhiên liệu thay thế bao gồm dầu phi truyền thống và các nhiên liệu khí đồng
hành sử dụng trong lĩnh vực giao thông. Thị trường nhiên liệu cho giao thông, gồm cả
giao thông thủy chiếm khoảng 53% nhu cầu sản xuất của các nhà máy tinh lọc dầu trên
thế giới. Ngược lại, sử dụng dầu trong sản xuất nhiên liệu cho ngành giao thông, bitum
làm nhựa rải đường, kể cả dầu nhờn và lượng dầu sử dụng trong ngành giao thông thậm
chí chiếm tới 60%. Lượng nhiên liệu trong giao thông trên thị trường dầu mỏ dự báo sẽ
tăng cao hơn trong các thập kỷ tới. Phần còn lại của sản phẩm dầu mỏ sử dụng để đốt
nóng trong công nghiệp (đặc biệt là các nguyên liệu đầu vào để sản xuất nhựa và các vật
liệu tổng hợp khác trong ngành công nghiệp hóa dầu) và sản xuất điện. Một nhà máy lọc
dầu sản xuất hỗn hợp các sản phẩm nhẹ (chủ yếu là nhiên liệu cho giao thông) và các sản
phẩm khó bay hơi. Vẫn chưa có loại nhiên liệu thay thế nào có quy mô sản lượng lớn
thay thế cho dầu mỏ (xăng, diesel và LPG- khí hóa lỏng) và sự thay đổi hỗn hợp các sản
phẩm tinh lọc nhằm tăng chất lượng các nhiên liệu dùng trong giao thông và tăng cường
sử dụng năng lượng của các nhà máy tinh lọc dầu. Nhu cầu nhiên liệu dùng trong giao
thông vẫn là cơ sở để xác định sự gia tăng nhu cầu dầu thô.
Theo báo cáo Tổng quan năng lượng thế giới năm 2004, khả năng nguồn dầu mỏ
hiện nay sẽ đáp ứng tới năm 2030, đảm bảo để tạo ra các khoản đầu tư và các công nghệ
tiên tiến thu hồi dầu (IOR) hoặc phương pháp khả thi tăng dầu thu hồi (EOR). Các dự án
năm 2004 của Tổ chức năng lượng Thế giới theo kịch bản tham khảo ý kiến cho thấy sự
gia tăng nguồn cung cấp dầu mỏ không hề giảm sút từ 151 EJ (1 EJ = 1018 Jun), năm
2000 sẽ lên tới 241 EJ vào năm 2030, tương đương với 77 triệu thùng dầu /ngày và 121
triệu thùng/ngày. Nguồn cung cấp này bao gồm cả dầu phi truyền thống. Việc sản xuất
dầu phi truyền thống được ước tính mức tăng trưởng từ 1,6 triệu thùng/ngày năm 2002
lên tới 10,1 triệu thùng/ngày vào năm 2030, gồm 6 triệu thùng/ngày dầu cát và cát nhựa,
2,4 triệu thùng/ngày khí hóa lỏng và còn lại là 1,7 triệu thùng/ngày dầu đá phiến, than
hóa lỏng và nhiên liệu sinh học.
Phương pháp áp dụng để khai thác dầu mỏ sau năm 2030 vẫn còn là một ẩn số.
Một phần do nguồn tài nguyên cơ bản chưa biết chắc chắn, khả năng khai thác các nguồn
tài nguyên chưa rõ ràng, và một phần do các chính sách quốc gia về đầu ra chưa ổn định.
Tuy nhiên, các công nghệ sản xuất dầu sơ cấp, thứ cấp và sau thứ cấp có thể được
áp dụng. Các công nghệ này được gọi là công nghệ “thu hồi”. Hàng loạt các công nghệ
như vậy hiện đang được sử dụng. Sự thích nghi và hiệu quả của các công nghệ này phụ
thuộc vào nguồn cung cấp và các đặc tính của dầu mỏ. Vì vậy, đối với một số khu vực,
các công nghệ được sử dụng để đánh giá khả năng thu hồi lượng dầu và phân loại dầu
mỏ. Tuy nhiên, EOR vẫn không được áp dụng rộng rãi. Ở Hoa Kỳ, năm 2004, sản xuất
dầu theo EOR đạt tới 0,66 triệu thùng/ngày, bằng với mức sản xuất tương tự ở các nước
còn lại trên thế giới (loại trừ xử lý dầu và cát dầu).

Tổng lượng dầu thu được do áp dụng EOR (không tính dầu cát) lên đến 1-1,5%
tổng sản lượng dầu trên toàn cầu. Hơn một nửa lượng dầu thu hồi này là dầu nặng thu hồi
bằng nhiệt. Chỉ có EOR liên quan tới CO2 sẽ được nghiên cứu kỹ hơn, vì đây là một lựa
chọn có thể được áp dụng ở nhiều mỏ dầu. CO2 ở mức trên giới hạn được bơm vào một
bể dầu không còn sử dụng. Việc bơm CO2 và nước thường được thực hiện luân phiên.
CO2 và dầu được trộn trong bể chứa, vì vậy một lượng dầu lớn sẽ được thu hồi. CO2
được thải ra cùng với dầu và được tái chế trong bể chứa. EOR bơm ép CO2 có thể tách ra
thành chất lưu bơm ép và dầu hòa tan và không hòa tan vào nhau, được hạn chế theo các
bể chứa với nhiệt độ thấp hơn 120oC. Sử dụng nhiệt độ cao để bơm ép chất lưu không
hòa tan. Tuy nhiên, trong trường hợp bơm ép này hệ số thu hồi dầu sẽ giảm đi một nửa.
Tổng lượng dầu bổ sung đạt 8-15% tổng lượng dầu ban đầu. Theo ngành địa chất
về mỏ dầu và loại dầu, việc tăng thu hồi dầu có thể đạt được ở mức 10-100%. Một đánh
giá của Na Uy về EOR cho rằng có thể tăng sản lượng dầu tối đa ở mức 300 m3, tương
ứng khoảng 10% sản lượng và vẫn duy trì được các bể chứa. Như vậy, công nghệ mới
như phương pháp EOR bơm ép CO2 có thể tăng lượng dầu thu hồi. Khoảng 3,3% sản
lượng dầu của Hoa Kỳ thu được từ việc bơm ép CO2 theo phương pháp EOR (phương
pháp CO2 EOR), sản lượng này tương đương với 28% tổng lượng dầu thu hồi bằng
phương pháp EOR. Mỗi năm, 32 triệu tấn CO2 được sử dụng từ các nguồn tài nguyên
thiên nhiên và 11 triệu tấn từ các quy trình xử lý công nghiệp.
Một phân tích chi tiết đối với từng mỏ đòi hỏi phải đưa ra đánh giá phù hợp với
khả năng của nó trên phạm vi toàn cầu. Đặc biệt, trong các khu vực sản xuất dầu hoàn
thiện như biển Bắc, thì lựa chọn này có thể sớm được thực hiện. Phương pháp EOR áp
dụng bơm ép khí CO2 có thể giảm sự lệ thuộc vào nguồn dầu đầu vào từ Trung Đông.
Trong 25 năm qua, chi phí đầu tư cho phương pháp CO2 - EOR đã giảm đi một
nửa. Các chi phí dự án thay đổi theo độ lớn của mỏ, khoảng cách, vị trí và các nhà máy
hiện tại, nhưng nhìn chung tổng chi phí vận hành, (ngoại trừ chi phí CO2). Dựa theo giá
dầu của các nước và thế giới, mức giá này có thể không thu hút đươc đầu tư của các
công ty dầu mỏ. Trong tương lai, chi phí CO2 sẽ giảm và bất kỳ các cơ hội chi phí thấp
để thu giữ cácbon sẽ không được áp dụng trong ngành điện. Sử dụng CO2 - EOR trong
tương lai có thể tăng, nếu như CO2 được lưu giữ thường xuyên và việc lưu trữ này có giá
trị đích thực. Tính khả thi của việc lưu trữ CO2 dài hạn được kết hợp với phương pháp
EOR hiện nay đang được thử nghiệm trong nhiều dự án trình diễn.
CO2 - EOR có thể làm tăng mức độ an ninh nguồn cung cấp đầu vào, tăng dữ trữ
dầu và giảm phát thải CO2 cho dù giá đang ở mức cạnh tranh. Đây là sự kết hợp những
đặc trưng, sẽ tạo ra sự lựa chọn hấp dẫn. Tuy nhiên, sự kết hợp này có thể làm giảm sản
lượng dầu đỉnh điểm, nhưng sẽ không ngăn cản được sản xuất dầu truyền thống tăng ở
mức đỉnh điểm.
Do an ninh nguồn cung cấp, những quan tâm về môi trường ngày càng đóng vai
trò quan trọng. Các chính sách nhằm mục đích giảm thiểu biến đổi khí hậu có thể dẫn đến
nhu cầu giảm phát thải CO2 trong lĩnh vực giao thông và trong sản xuất nhiên liệu cho
giao thông, điều này có thể dẫn tới làm tăng nhu cầu về nhiên liệu cho giao thông không
phát thải CO2, như nhiên liệu sinh học và hyđrô. Một vấn đề môi trường khác như ô
nhiễm không khí cục bộ phụ thuộc vào nhiên liệu ở mức độ nhất định, nhưng các phát
thải CO2, NOx, các hạt và hydrocarbons có thể giảm đi thông qua các biện pháp thích
hợp mà không cần có sự chuyển đổi nhiên liệu.
2. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ
Hiện nay, xăng, diesel, nhiên liệu phản lực và dầu đốt là các nhiên liệu chính dùng
trong giao thông. Các loại nhiên liệu này là các sản phẩm của nhà máy tinh lọc dầu. Một
khối lượng nhỏ nhiên liệu thay thế như khí hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên, ethanol và
biodiesel sẽ được bổ sung vào các nhiên liệu trên. Các nhiên liêu thay thế có thể tạo ra từ
các nguồn:
- Nguồn dự trữ dầu phi truyền thống.
- Sản xuất từ Quy trình Fischer - Tropsch, thường sử dụng để sản xuất nhiên liệu
hydrocacbon (như xăng); diesel từ than, khí thiên nhiên và sinh khối.
- Khí thiên nhiên.
- Bioethanol.
- Hyđrô.
- Methanol và DME.
- Điện.
Một số loại nhiên liệu trong giao thông
Để có thể hoàn toàn thay thế động cơ đốt trong bằng động cơ điện, ngành công
nghiệp vận tải sử dụng động cơ nói chung và ngành xe hơi nói riêng còn nhiều việc để
làm, mất nhiều thời gian và qua nhiều bước đệm. Với sự thay đổi lớn như vậy, nhiều vấn
đề liên quan đến kỹ thuật, kinh tế và xã hội cần được cân nhắc giải quyết.
Phương tiện giao thông ngày nay vẫn đang ứng dụng các công nghệ hiện đại nhất
nhằm giảm lượng khí thải, đáp ứng yêu cầu của chính phủ và người tiêu dùng. Các phần
mềm phức tạp được cài đặt để xe có thể vận hành êm và ổn định trong hàng chục ngàn
km mà vẫn “sạch” hơn gấp 140 lần so với xe của hồi thập niên 60. Mặc dù vậy, từ nhiều
năm nay, ngành công nghiệp xe hơi vẫn đang đứng trước sức ép cả về kinh tế và môi
trường, khiến họ phải nỗ lực tìm kiếm các nhiên liệu thay thế và kéo theo đó là công nghệ
động cơ thay thế.
Một thách thức lớn cho các nhà sản xuất là bất kỳ sản phẩm thay thế nào khi có
mặt trên thị trường cũng phải thỏa mãn người tiêu dùng về tính tiện lợi, an toàn và kinh
tế; nếu không sẽ không được thị trường chấp nhận. Trên thị trường hiện nay đã xuất hiện
một số hướng đi mới cho vấn đề nhiên liệu và động cơ. Mỗi dự án đều có những ưu điểm
riêng, hãy cùng điểm qua…

Khí hoá lỏng
LPG là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô. Nhiên liệu khí hoá
lỏng có thể thu được từ công đoạn lọc dầu hoặc làm tinh khiết khí thiên nhiên. Chúng
thường có trong phần còn lại (cặn) của quá trình chưng cất dầu hoả, được hoá lỏng ở áp
suất nhỏ hơn áp suất khí quyển và ở nhiệt độ môi trường chúng thường ở trạnh thái khí.
Về mặt lý thuyết, LPG chứa 50% Propan và 50% Butan.
Ôtô sử dụng LPG ít gây ô nhiễm nhờ giảm một lượng lớn các chất độc hại như
hydro carbon (HC), oxit nitơ (Nox), khí cacbonic (CO2), oxit cacbon (CO). Lượng khí
độc của động cơ sử dụng LPG chỉ bằng 10% ÷ 20% so với động cơ xăng và Diesel. Do
LPG có các đặc tính kỹ thuật như có tính chống kích nổ cao, không có chì nên sản phẩm
cháy không có muội than, không có hiện tượng đóng màng do đó động cơ dùng LPG ít
gây kích nổ hơn, ít gây mài mòn xy lanh, piston, xéc măng (segment), và các chi tiết kim
loại khác trong động cơ. Trữ lượng khí thiên nhiên trên thế giới để sản xuất ra LPG rất
lớn, chi phí sản xuất LPG thấp và LPG có tính kinh tế nhiên liệu cao hơn so với các loại
nhiên liệu truyền thống.
Dầu Điesel
Đây là nhiên liệu cần cho động cơ đốt trong. Động cơ diesel có hiệu quả sử dụng
nhiên liệu cao hơn động cơ xăng ít nhất là 30%. Nếu tất cả ô tô ở Hoa Kỳ đều dùng động
cơ diesel thì nước này sẽ tiết kiệm được 30% mức tiêu thụ nhiên liệu. Tuy nhiên, trên
thực tế, chỉ có chưa đến 1% xe hơi ở Hoa Kỳ dùng động cơ diesel, tỷ lệ quá nhỏ so với
các nước châu Âu và châu Á (hơn 50%). Một tín hiệu tích cực là các vấn đề lâu nay như
tiếng ồn, muội đen, mùi và sự thiếu linh hoạt khiến động cơ diesel chưa được chấp nhận
trên thị trường đã được giải quyết.
Ngày nay, động cơ diesel chạy êm hơn và được trang bị bộ tăng áp (turbocharger),
hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp, và hệ thống xử lý khí thải. Bộ tăng áp giúp động cơ
đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn bằng cách nén thêm nhiên liệu vào xi-lanh trong mỗi chu
kỳ nổ. Mercedes Benz đang tự hào là sở hữu công nghệ “sạch” nhất thế giới - BLUETEC
- tổ hợp trung hòa khí thải dùng cho động cơ diesel do Audi, Mercedes-Benz và
Volkswagen hợp tác phát triển.
Điện sinh học
Về lý thuyết, động cơ diesel có thể chạy bằng bất cứ nhiên liệu nào, bao gồm cả
dầu ăn đã qua sử dụng. Tuy nhiên, các yếu tố thực tế như độ lỏng, mức ổn định nhiệt
độ… đã dẫn đến việc phải xác định tiêu chuẩn cho các loại nhiên liệu dùng cho động cơ
diesel là loại nhiên liệu có nguồn gốc từ các loại dầu tự nhiên như dầu nành hay dầu hạt
cải, có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn về khí thải và môi trường. Biodiesel, hay còn gọi
là “diesel sinh học”, là hỗn hợp tỷ lệ 2-5% dầu tự nhiên với dầu diesel làm từ dầu mỏ.
Lợi ích của việc sử dụng biodiesel là giảm lượng khí carbon monoxide (CO),
hydrocarbons, và sulfur dioxide ra môi trường. Biodiesel nhờn hơn nên sẽ giúp chủ xe
giảm chi phí bảo dưỡng động cơ, đây là nhiên liệu có thể tái chế.
Bio-DME (Dimethyl Ether)
Bio-DME sử dụng khí tổng hợp để sản xuất. Loại khí tổng hợp này được lấy từ
quá trình khí hóa sinh khối. Tuy nhiên, có thể sản xuất loại khí này rất dễ dàng từ than đá
và khí thiên nhiên trên quy mô lớn, tại các nhà máy điện và các quá trình khí hóa lỏng.
Ethanol
Một loại nhiên liệu khác có thể thay thế xăng là ethanol. Đây là một loại rượu cồn
làm từ thực vật, thường là từ ngô và mía. Vì cồn vốn có hàm lượng octane cao nên
ethanol là loại nhiên liệu lý tưởng cho động cơ có tỷ số nén cao. Có thể dễ dàng hiệu
chỉnh các loại động cơ hiện nay, với mức chi phí không cao, để sử dụng ethanol hoặc hỗn
hợp ethanol và xăng - thông dụng nhất hiện nay là E85, một hỗn hợp gồm 85% ethanol
và 15% xăng. Hiện nay ở Hoa Kỳ có gần 2 triệu xe "flex-fuel" (ô tô có động cơ dùng
nhiên liệu linh hoạt) đang sử dụng có thể chạy bằng ethanol.
Một ưu điểm lớn của ethanol là có lượng khí thải thấp, nhờ hàm lượng ôxy cao.
Nhiên liệu khác
Khí thiên nhiên: Là khí được khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong tự nhiên. Thành phần
chủ yếu của khí thiên nhiên là mêtan (CH4) từ 80÷90%. Khí thiên nhiên dùng làm nhiên
liệu cho ôtô dưới 3 dạng sau đây:
- Khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas/CNG): khí nén ở thể tích nhỏ
hơn với một áp suất cao 250 bars và chứa trong một bình chứa chắc chắn. Bình
chứa chứa được 40-50 lít khí.
- Khí thiên nhiên hoá lỏng (Liquid Natural Gas/LNG): khí được làm lạnh ở nhiệt
độ -162oC, áp suất khoảng 8,9 bars để chuyển sang trạng thái lỏng và chứa
trong các bình cách nhiệt.
- Khí thiên nhiên hấp thụ (Adsorbed Natural Gas/ANG): khí thiên nhiên được
chứa dưới dạng hấp thụ trong các vật liệu đặc biệt (như ống mao dẫn Cacbon
hoạt tính) ở áp suất 30-40 bars.
Thành phần khí xả của khí thiên nhiên so với nhiên liệu xăng và Diesel ít ô nhiễm
môi trường hơn vì nó giảm được khí CO, năng lượng Hydrocacbon, lượng Sunfuadioxit
SO2 và không có chì (Pb). Đồng thời việc sản xuất khí thiên nhiên đơn giản, an toàn hơn
và lượng khí thiên nhiên trên thế giới có trữ lượng rất lớn.

Hyđrô, CNG, propane và methanol cũng là các nhiên liệu có thể dùng cho động cơ xăng;
tất nhiên, cần phải có một số hiệu chỉnh cơ bản. Khí tự nhiên nén hiện đang được sử dụng
rộng rãi cho xe buýt ở các đô thị của Mỹ nhằm góp phần giảm lượng khí thải ra môi
trường. Các nhà sản xuất cũng đang dùng công nghệ DOD (displacement-on-demand,
hay dung tích xi-lanh biến thiên) để tăng hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu. Sử dụng hộp số tự
động 6, 7, thậm chí là 8 cấp để tối đa hóa hiệu quả công suất động cơ. Một số hãng như
Nissan còn dùng hộp số vô cấp CVT cho hầu hết tất cả các xe. Công nghệ này cho phép
động cơ hoạt động ở mức hiệu quả nhất trong hầu hết mọi điều kiện. Tăng áp
(turbocharge) cũng là một công nghệ nổi tiếng trong việc tăng hiệu quả đốt nhiên liệu.
Động cơ Hybrid
Ôtô chạy điện rất lý tưởng về việc hạn chế mức độ gây ồn cũng như không phát
sinh các chất gây ô nhiễm thông thường như bồ hóng và các chất độc hại dạng khí khác.
Ôtô điện đựoc xếp vào dạng ôtô sạch (ZEV: Zero Emission Vehicles).
Hiện nay những ôtô vừa hoạt động bằng nhiệt, vừa hoạt động bằng điện được gọi
là ôtô Hybrid đựoc quan tâm nghiên cứu. Đây là loại động cơ sử dụng động cơ tổ hợp kết
hợp giữa một động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện sử dụng điện năng
của ắc quy. Ôtô Hybrid hoạt động theo nguyên tắc: động cơ điện sử dụng để khởi động
xe, sau đó trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ. Động cơ điện còn có
công dụng tăng cường năng lượng để xe gia tốc hoặc leo dốc. Khi phanh xe hoặc xuống
dốc, động cơ điện sẽ được sử dụng như một máy phát để nạp điện cho ắc quy. Việc điều
khiển sự phối hợp đồng bộ giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sẽ được quyết định
bởi một bộ điều khiển điện tử. Với sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện,
động cơ Hybrid đựơc mở rộng giới hạn làm viêc, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ
đốt trong, hiệu suất tổ hợp động cơ cao, moment lớn ở số vòng quay nhỏ và giảm thiểu ô
nhiễm môi trường.
Hybrid - động cơ kết hợp xăng-điện - đang là đề tài nóng hổi hiện nay, với Toyota
và Honda thống lĩnh thị trường. Nhiều nhà sản xuất khác cũng đã sẵn sàng nhập cuộc.
Động cơ hybrid có nhiều ưu điểm, trong đó nổi bật nhất là giảm khí thải, tăng hiệu quả sử
dụng nhiên liệu, vận hành êm và mang lại cho chủ xe cảm giác mình đang góp phần bảo
vệ môi trường.
Pin nhiên liệu
Công nghệ pin nhiên liệu hiện đang được nhiều nhà sản xuất ô tô lớn nghiên cứu
phát triển. Đây là giải pháp hứa hẹn nhất cho dự án ô tô chạy bằng điện trong tương lai,
theo đó, dòng điện dùng để chạy mô-tơ được sinh ra từ một thiết bị điện hóa. Pin nhiên
liệu có sức hấp dẫn rất lớn vì nó không chỉ cung cấp năng lượng cho ô tô mà còn có thể
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như nông nghiệp nông thôn, quân sự… Pin nhiên
liệu sạch, không có khí thải nào khác ngoài hơi nước.

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×