Chỉ cần thêm nước, khí thải diesel có thể giảm hơn 60%

Động cơ diesel vẫn là "xương sống" của nhiều lĩnh vực, từ xe tải đường dài, máy nông nghiệp đến máy phát điện và thiết bị công nghiệp. Loại động cơ này được đánh giá cao nhờ khả năng vận hành bền bỉ, tiết kiệm nhiên liệu và tạo mô-men xoắn lớn.

Tuy nhiên, khí thải diesel cũng là một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí đáng lo ngại, phát thải các oxit nitơ (NOx) và bụi mịn có hại cho sức khỏe con người cũng như môi trường.

Trong bối cảnh đó, các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Liên bang Owerri (Nigeria) đã tổng hợp kết quả từ nhiều nghiên cứu trên thế giới và chỉ ra một hướng tiếp cận khá bất ngờ: Trộn một lượng nhỏ nước vào nhiên liệu diesel.

Công nghệ này được gọi là Water-in-Diesel Emulsion (WiDE) hay còn gọi là nhũ tương nước trong dầu diesel. Theo đó, thay vì đổ nước trực tiếp vào bình nhiên liệu, nước được phân tán thành các giọt siêu nhỏ và giữ lơ lửng trong diesel nhờ các chất hoạt động bề mặt (surfactant).

Những chất này giúp hai thành phần vốn không hòa tan vào nhau tạo thành một hỗn hợp ổn định, có thể duy trì trong khoảng 60 ngày mà không bị tách lớp.

Theo nhóm nghiên cứu, điều đặc biệt xảy ra khi hỗn hợp này được phun vào buồng đốt. Dưới nhiệt độ cao, các giọt nước nhanh chóng hóa hơi và giãn nở đột ngột, tạo ra hiện tượng gọi là "vi nổ" (micro-explosion). Quá trình này làm các giọt nhiên liệu bị phá vỡ thành những hạt nhỏ hơn, giúp diesel hòa trộn với không khí hiệu quả hơn trước khi cháy.

Việc nhiên liệu cháy đều và hoàn toàn hơn mang lại hai lợi ích cùng lúc:

Thứ nhất, nhiệt độ cực đại trong buồng đốt giảm xuống, từ đó hạn chế sự hình thành các NOx (tên gọi chung của một nhóm các hợp chất khí oxit nitơ, phổ biến nhất là NO (Nitric oxide) và NO₂ (Nitrogen dioxide) - nhóm khí góp phần tạo sương mù quang hóa và gây kích ứng đường hô hấp.

Thứ hai, quá trình cháy hoàn toàn hơn cũng làm giảm lượng muội than và bụi mịn phát sinh trong khí thải.

Các nghiên cứu được tổng hợp cho thấy, công nghệ WiDE có thể giúp giảm tới 67% lượng khí NOx và 68% lượng bụi mịn so với nhiên liệu diesel thông thường.

Không chỉ giảm ô nhiễm, nhiều thử nghiệm còn ghi nhận hiệu suất nhiệt của động cơ được cải thiện. Điều này đồng nghĩa với việc động cơ chuyển đổi nhiều năng lượng từ nhiên liệu thành công cơ học hơn, thay vì thất thoát dưới dạng nhiệt.

Theo TS. Chukwuemeka Fortunatus Nnadozie, tác giả chính của nghiên cứu, ưu điểm lớn nhất của công nghệ là có thể áp dụng trên các động cơ diesel hiện có mà không cần thay đổi thiết kế. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí triển khai so với nhiều giải pháp xử lý khí thải đang được sử dụng hiện nay.

Tuy nhiên, để công nghệ hoạt động hiệu quả, việc lựa chọn chất hoạt động bề mặt đóng vai trò rất quan trọng. Nếu nhũ tương không đủ ổn định, nước và diesel sẽ nhanh chóng tách lớp, ảnh hưởng đến hiệu suất cũng như độ an toàn khi sử dụng.

Nhóm nghiên cứu cho biết việc kết hợp nhiều loại chất hoạt động bề mặt thường tạo ra hỗn hợp ổn định hơn và cải thiện quá trình cháy.

Dù kết quả khá hứa hẹn, các nhà khoa học nhấn mạnh vẫn cần thêm các nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng lâu dài của nhiên liệu này đối với độ bền của động cơ cũng như xác định công thức phối trộn tối ưu.

Theo nhóm nghiên cứu, WiDE không nhằm thay thế các giải pháp như nhiên liệu sinh học hay các hệ thống xử lý khí thải hiện đại.

Thay vào đó, đây có thể là một công nghệ bổ trợ, giúp giảm phát thải ngay trên các phương tiện và thiết bị đang sử dụng động cơ diesel, đặc biệt tại những quốc gia mà loại động cơ này vẫn đóng vai trò quan trọng trong vận tải và sản xuất.

Kết quả nghiên cứu cho thấy đôi khi một thay đổi tưởng chừng rất đơn giản - bổ sung một lượng nước được kiểm soát vào nhiên liệu - cũng có thể mang lại tác động đáng kể trong nỗ lực giảm ô nhiễm và hướng tới các hệ thống giao thông, công nghiệp bền vững hơn./.

Xuân Bình