Đồ án Thiết kế xe ba bánh chạy bằng Biogas phục vụ vận chuyển ở nông thôn

MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 4 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 6 1.1. Những vấn đề môi trường của Việt Nam và thế giới hiện nay 6 1.2. Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế 8 1.3. Mục đích ý nghĩa của đề tài 9 1.3.1. Mục đích của đề tài 9 1.3.2. Ý nghĩa của đề tài 9 2. TỔNG QUAN VỀ BIOGAS 10 2.1. Vấn đề năng lượng hiện nay 10 2.2. Tình hình phát triển Biogas 10 2..2.1. Trên thế giới 10 2.2.2. Ở Việt Nam 11 2.2.3. Kết luận 13 3. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, SẢN XUẤT VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA BIOGAS 13 3.1. Tính chất của Biogas 13 3.2. Yêu cầu của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong 15 3.3. Phương pháp tách lọc H2S và CO2 16 3.3.1. Lý thuyết về hấp phụ và hấp thụ 16 3.3.2. Sự cần thiết phải tách lọc, tinh luyện Biogas 17 3.3.3. Sơ đồ hệ thống tách H2S và CO2 18 3.3.4. Công nghệ tách lọc H2S 19 3.3.5. Công nghệ tách lọc CO2 21 3.4. Sản xuất Biogas 23 3.5. Ứng dụng của Biogas 24 4. HỆ THỐNG NÉN KHÍ BIOGAS VÀO BÌNH LƯU TRỮ 25 4.1 Sơ đồ quá trình nén khí biogas: 25 4.2. Ống nối cao áp, đầu nối giữa máy nén, bình lưu trữ 29 4.2.1. Ống nối cao áp và bình lưu trữ biogas nén 29 4.3.2. Thiết kế các loại đầu nối sử dụng trong quá trình nén 30 5. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH NÉN KHÍ BIOGAS VÀO BÌNH LƯU TRỮ 31 5.1. Thông số tính toán quá trình nén khí Biogas vào bình lưu trữ và thành phần khí Biogas trong các trường hợp nén khác nhau 31 5.2. Tính toán quá trình nén khí Biogas vào bình lưu trữ 32 6. ỨNG DỤNG BIOGAS TRÊN ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY 33 6.1. Giới thiệu đặc tính kỹ thuật động cơ xe Honda Wave α thí nghiệm 33 6.2. Tính toán chu trình nhiệt của động cơ 34 6.2.1. Tính toán chu trình nhiệt cho động cơ dùng Xăng 34 6.2.2. Tính toán chu trình nhiệt cho động cơ dùng Biogas 43 6.2.3. So sánh kết quả tính toán chu trình nhiệt của động cơ 62 6.3. Tính toán thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu Biogas 65 6.3.1. Sơ đồ hệ thống lưỡng nhiên liệu Xăng-Biogas 65 6.3.2. Tính toán bộ hỗn hợp Biogas – Không khí 66 6.3.3.Xác định đường kính lỗ phun của van cung cấp Biogas 70 6.3.4. Cải tạo bộ chế hòa khí để dùng lưỡng nhiên liệu Xăng-Biogas 71 7. MỘT SỐ LOẠI XE BA BÁNH THAM KHẢO . 72 8. PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO, LẮP ĐẶT. 74 8.1. Xe máy cải tạo. 74 8.2. Thùng xe. 74 8.3. Lắp đặt thùng xe với nửa thân xe máy. 75 9. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ 77 9.1. Chọn phương án truyền động. 77 9.2. Chọn loại xích và tính toán bộ truyền xích 79 9.3. Bộ vi sai 85 10. HỆ THỐNG PHANH. 89 10.1. Chọn loại dẫn động phanh và cơ cấu phanh. 89 10.2. Xác định tọa độ trọng tâm xe khi có tải 90 10.3. Xác định tọa độ trọng tâm xe khi không tải 92 10.4. Tính momen cần sinh ra ở các cơ cấu phanh 92 11.HỆ THỐNG TREO. 96 11.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống treo 96 11.2. Hệ thống treo thiết kế. 97 12. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đây, con người trên trái đất của chúng ta đã phải chịu nhiều tai hoạ do thiên nhiên gây ra: lũ lụt, bão gió, hạn hán, cháy rừng, các bệnh dịch ...Vấn đề môi trường là một vấn đề được quan tâm hàng đầu ở nhiều quốc gia trên thế giới. Hằng năm con người đã thải vào môi trường hàng triệu chất thải các loại, làm ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm nguồn đất đai, và đặc biệt là các chất thải khí làm ô nhiễm nguồn không khí, làm thủng tầng ôzôn, gây hiệu ứng nhà kính. Trong các chất độc hại thì NOx, HC, CO, ... do các loại động cơ thải ra, là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng tới sức khoẻ con người, nhiều năm trở lại đây có nhiều căn bệnh hiểm nghèo xuất hiện rất nhiều, tỷ lệ mắc bệnh một ngày một cao. Cho tới ngày nay mặc dù nền khoa học thế giới đã có những bước tiến vượt bậc. Đặc biệt trong công nghệ thông tin, cho phép các nhà khoa học có thể đi sâu vào nghiên cứu quá trình cháy của động cơ, nhằm hoàn thiện quá trình cháy, tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu nồng độ các chất độc hại trong khí xả. Nhưng cho đến nay, câu trả lời cho vấn đề nêu trên vẫn chưa làm thoả mãn các nhà bảo vệ môi trường. Nồng độ các chất độc hại có trong khí xả động cơ vẫn còn cao so với mong đợi của các nhà khoa học. Một xu hướng hiện nay, là nghiên cứu thay thế sử dụng nhiên liệu truyền thống: xăng , dầu diesel,... bằng các loại nhiên liệu “sạch” cho các loại động cơ như: năng lượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hoá lỏng, năng lượng điện, khí sinh vật biogas ...Việc nghiên cứu đa dạng hoá nguồn năng lượng, làm ổn định nguồn năng lượng cho sản xuất và đời sống sẽ giải quyết những vấn đề trên để có một chiến lược phát triển bền vững lâu dài. Để tận dụng nguồn năng lượng sẵn có trong chăn nuôi, giảm chi phí cho chăn nuôi sản xuất, vận chuyển hàng hóa ở nông thôn chúng em tiến hành nghiên cứu sử dụng khí biogas chạy trên xe máy WAVE α. Trong đề tài chúng em đã tiến hành cải thiện hệ thống nhiên liệu động cơ nguyên thuỷ sang sử dụng lưỡng nhiên liệu biogas-xăng, để tìm ra một hướng đi mới và đem lại hiệu quả hữu ích cho xã hội và nhất là bà con nông thôn, chúng em đã thiết kế xe ba bánh chạy bằng xăng-biogas phục vụ ở nông thôn. Sau một thời gian làm đề tài, với sự nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo GS.TSKH Bùi Văn Ga, các thầy cô giáo trong bộ môn, bạn bè, đề tài chúng em đã hoàn thành. Tuy nhiên, do thời gian, trình độ cũng như kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, chắc hẳn đề tài còn nhiều thiếu sót và chưa đáp ứng đầy đủ tính khoa học của đề tài. Kính mong quý thầy cô giáo giúp đỡ và góp ý để đề tài ngày càng hoàn thiện hơn. Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, các thầy ở xưởng động cơ và ô tô, đặc biệt là thầy giáo GS.TSKH Bùi Văn Ga đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án. Đà nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2010. Sinh viên thực hiện Chu Văn Nhiều-lớp 05C4B. Nguyễn Trung Thành-lớp 08C4LT. 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1. Những vấn đề môi trường của Việt Nam và thế giới hiện nay Tài nguyên và môi trường có vị trí đặc biệt quan trọng đối với con người và phát triển. Tạo hóa đã sinh ra chúng ta và hành tinh bé nhỏ để nuôi dưỡng chúng ta từ bao đời nay. Hàng ngày chúng ta sử dụng không khí, nước, thực phẩm để tồn tại và sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường để đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của mình. Mỗi sự biến đổi của tự nhiên, của môi trường đều liên hệ mật thiết đến chúng ta, sự đe dọa nào đối với thiên nhiên, môi trường cũng chính là đe dọa đối với chúng ta. Thế nhưng, việc mở rộng quy mô hoạt động của con người trong những thập niên gần đây, đặc biệt là cùng với những tiến bộ của khoa học và kỹ thuật, con người đã gây nên những vấn đề hết sức nghiêm trọng. Đó chính là vấn đề ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên của hành tinh chúng ta. Điều đó làm cho con người phải thừa nhận rằng sự phát triển kinh tế nhằm làm cho cuộc sống trở nên thịnh vượng hơn, nếu không được quản lý tốt có thể sẽ hủy hoại sự sống của loài người chúng ta. Tuy nhiên, chúng ta cũng phải thừa nhận rằng, sự tồn tại của con người cũng không thể tránh khỏi những tác động lên môi trường. Bản thân tự nhiên không phải luôn ở trạng thái tĩnh mà trái lại nó luôn vận động. Chúng ta coi trọng công tác bảo tồn không có nghĩa là chúng ta xác định tình trạng lý tưởng mà tại đó con người không tác động gì đến môi trường. Điều tốt nhất chúng ta có thể làm là giảm thiểu những ảnh hưởng tiêu cực do các hoạt động của chúng ta lên môi trường hiện nay cũng như trong tương lai. Đất là nguồn tài nguyên vô giá đang bị xâm hại nặng nề. Số liệu của Liên hợp quốc cho thấy cứ mỗi phút trên phạm vi toàn cầu có khoảng 10 ha đất trở thành sa mạc. Diện tích đất canh tác trên đầu người giảm nhanh từ 0,5 ha/người xuống còn 0,2 ha/đầu người và dự báo trong vòng 50 năm tới chỉ còn khoảng 0,14 ha/đầu người. Ở Việt Nam, số liệu thống kê cho thấy sự suy giảm đất canh tác, sự suy thoái chất lượng đất và sa mạc hóa cũng đang diễn ra với tốc độ nhanh. Xói mòn, rửa trôi, khô hạn, sạt lở, mặn hóa, phèn hóa..v.v. đang xảy ra phổ biến ở nhiều nơi đã làm cho khoảng 50% trong số 33 triệu ha đất tự nhiên được coi là “có vấn đề suy thoái”. Nước là nguồn tài nguyên không thể thay thế cũng đang đứng trước nguy cơ bị suy thoái mạnh trên phạm vi toàn cầu, trong đó nước thải là nguyên nhân chính. Theo số liệu thống kê, hàng năm có khoảng hơn 500 tỷ m3 nước thải (trong đó phần lớn là nước thải công nghiệp) thải vào nguồn nước tự nhiên và sau 10 năm thì số lượng này tăng gấp đôi. Khối lượng nước thải này làm ô nhiễm hơn 40% lưu lượng nước ổn định của các dòng sông trên trái đất. Ở nước ta, hàng năm có hơn một tỷ m3 nước thải, mà hầu hết là chưa qua sử lý được thải ra môi trường. Dự báo nước thải sẽ tăng hàng chục lần trong quá trình đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Khối lượng nước thải này đã, đang và sẽ làm nhiều nguồn nước trên phạm vi cả nước ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là các sông hồ tại các đô thị lớn. Rừng là chiếc nôi sinh ra và che chở cho loài người cũng đang phải đối mặt với sự suy giảm nhanh về số lượng và chất lượng. Vào thời kỳ tiền sử, diện tích rừng đạt tới 8 tỷ ha (che phủ 2/3 diện tích lục địa), đến thế kỷ 19 còn khoảng 5,5 tỷ ha và hiện nay chi còn khoảng 2,6 tỷ ha. Số liệu thống kê cho thấy diện tích rừng đang suy giảm với tốc độ chóng mặt (mỗi phút mất đi khoảng 30 ha rừng) và theo dự báo với tốc độ này chỉ khoảng 160 năm nữa toàn bộ rừng trên trái đất sẽ biến mất. Cùng với rừng, đa dạng sinh học cũng đóng vai trò quan trọng đối với con người và thiên nhiên. Từ nhiều thập kỷ nay, hoạt động của con người đã tác động mạnh tới thế giới sinh vật, được xem là tương đương hoặc thậm chí lớn hơn nhiều so với các đợt tuyệt chủng lớn nhất trong thời tiền sử. Việt Nam là nước có mức độ đa dạng sinh học đứng thứ 10 thế giới, nhưng tốc độ suy giảm được xếp vào loại nhanh nhất. Nhiều hệ sinh thái tự nhiên bị xâm phạm, suy giảm diện tích. Trong gần không đầy 50 năm, diện tích rừng ngập mặn suy giảm gần 3/4. Những con số thống kê cho ta thấy bức tranh ảm đạm về tình trạng suy thoái tài nguyên và môi trường ở quy mô toàn cầu và ở nước ta. Có rất nhiều vấn đề được đề cập đến, nhưng trong đó đáng lưu tâm nhất đó là hiện tượng trái đất đang ấm dần lên. Hành tinh của chúng ta là một thể thống nhất, do đó khi có bất kì một yếu tố nào thay đổi thì nó sẽ gây nên những phản ứng dây chuyền đến các yếu tố khác. Sự ấm dần lên của trái đất sẽ kéo theo sự thay đổi về khí hậu theo chiều hướng bất lợi, mà cụ thể là sẽ làm cho thiên tai thường xuyên xảy ra với tần suất cao và diễn biến phức tạp hơn, những đợt hạn hán và lũ lụt sẽ càng thêm dữ dội. Riêng ở Việt Nam vào năm 1998, hiện tượng Enino đã gây nên những đợt hạn hán nghiêm trọng, ở nhiều vùng mà đặc biệt là ở Nam trung bộ và Tây nguyên, người dân không có đủ nước để sinh hoạt chứ chưa dám nói đến nước sạch và nước để sản xuất, gia súc không có đủ nước để uống, hàng trăm hecta rừng bị thiêu rụi vì khô hạn. Sang năm 1999, đến lượt hiện tượng Lalina hoành hành, nó đã gây nên những trận đại hồng thủy dự dội ở miền trung mà đến nay nhiều người vẫn chưa quên được sự khủng khiếp của nó. Là một hiện tượng tự nhiên có tính quy luật là cứ 8 năm một lần, nhưng chưa có bao giờ Eninô lại gây nên những ảnh hưởng nghiêm trọng như vậy. Đó chỉ là những điều mà chúng ta nhìn thấy được ở Việt Nam, sự ấm dần lên của trái đất còn làm cho băng ở các cực sẽ tan ra. Theo dự báo của các chuyên gia ở đại học Oxford (Anh) thì trong vòng 100 năm nữa nhiệt độ trái đất sẽ tăng lên từ 2 đến 11 độ (oC) so với hiện tại. Như vậy thì hàng tỷ mét khối nước đổ vào đại dương do sự tan của băng sẽ nhấn chìm các đảo nhỏ, các quốc gia vốn có địa hình thấp như Hà Lan và phần lớn các vùng duyên hải trên thế giới, nơi cư trú của hàng trăm triệu người cũng sẽ bị nhấn chìm. Tệ hại hơn nữa, sự tan chảy của băng sẽ hình thành những dòng hải lưu lạnh bất thường trong lòng đại dương, các dòng hải lưu này sẽ làm ảnh hưởng đến các dòng hải lưu ấm. Sự thay đổi không theo quy luật của các dòng hải lưu sẽ làm cho khí hậu của trái đất sẽ thay đổi một cách bất thường, đó chính là cách nói khác của một thảm họa thiên tai. 1.2. Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế Từ những năm 1849 - 1850, con người đã biết chưng cất dầu mỏ để lấy ra dầu hỏa, còn Xăng là thành phần chưng cất nhẹ hơn dầu hỏa thì chưa hề được sử dụng đến và phải đem đổ đi một nơi thật xa. Lúc đó con người tạo ra dầu hỏa với mục đích thắp sáng hoặc đun nấu đơn thuần. Nhưng với sự tiến bộ của khoa học và kỹ thuật, từ việc sử dụng những động cơ hơi nước cồng kềnh và hiệu quả thấp, con người đã tìm cách để sử dụng Xăng và dầu Diesel cho động cơ đốt trong, là loại động cơ nhỏ gọn hơn nhưng có hiệu quả cao hơn hẳn. Cùng với những khám phá khoa học vĩ đại khác, sự phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng Xăng và dầu Diesel đã thúc đẩy xã hội loài người đạt những bước phát triển vượt bậc, đem đến cuộc sống ấm no, hạnh phúc và văn minh cho hàng tỷ người trên thế giới. Những hiệu quả và giá trị của dầu mỏ và động cơ đốt trong mang lại thật sự không ai có thể phủ nhận được. Nguồn năng lượng chúng mang lại hầu như là chiếm ưu thế hoàn toàn. Do vậy, mà hầu hết các quốc gia trên thế giới đều muốn chiếm ưu thế và chủ động về nguồn dầu mỏ. Cuộc khủng hoảng năng lượng vào thập kỷ 70 của thế kỷ 20 đã một lần nữa khẳng định tầm quan trọng chiến lược của dầu mỏ đối với mỗi quốc gia và cho toàn thế giới. Nhưng theo dự đoán của các nhà khoa học thì với tốc độ khai thác hiện nay, trữ lượng dầu mỏ còn lại của trái đất cũng chỉ đủ cho con người khai thác trong vòng không quá 40 năm nữa. Bên cạnh đó những hậu quả mà khi chúng ta sử dụng dầu mỏ và động cơ đốt trong đem lại từ các chất thải khí làm ô nhiễm không khí, làm thủng tầng ôzôn, gây hiệu ứng nhà kính. Trong các chất độc hại thì CO, NOx, HC…do các loại động cơ thải ra, là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Do đó, con người phải đứng trước một thách thức lớn là phải có nguồn nhiên liệu thay thế. Một xu hướng hiện nay, là nghiên cứu thay thế sử dụng nhiên liệu truyền thống: Xăng, dầu Diesel,… bằng các loại nhiên liệu mới “sạch”, nhiên liệu tái sinh cho các loại động cơ như năng lượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hóa lỏng, năng lượng điện, khí sinh vật Biogas, năng lượng thủy điện…Việc chuyển dần sang sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống đã trở thành chiến lược trong chính sách năng lượng của nhiều quốc gia phát triển. 1.3. Mục đích ý nghĩa của đề tài 1.3.1. Mục đích của đề tài Nghiên cứu chế tạo xe ba bánh chạy bằng biogas phục vụ vận chuyển hàng hóa ở nông thôn Việt Nam Nghiên cứu cải tạo bộ chế hòa khí nguyên thủy của xe gắn máy dùng Xăng sang dùng lưỡng nhiên liệu Xăng – Biogas. 1.3.2. Ý nghĩa của đề tài Sử dụng Biogas để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong nói chung và các phương tiện giao thông vận tải nói riêng sẽ làm giảm mức độ phát thải khí CO2, NOx, HC, CO … góp phần thực hiện các công ước quốc tế về môi trường mà Việt Nam đã cam kết tham gia. Tìm ra một giải pháp cho vấn đề sử dụng nguồn nhiên liệu Biogas mà hiện nay chúng ta đang lãng phí. 2. TỔNG QUAN VỀ BIOGAS 2.1. Vấn đề năng lượng hiện nay Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão như ngày nay thì nhu cầu về năng lượng là rất cần thiết, trong khi các nguồn năng lượng dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên và ngay cả thủy điện là có hạn khiến cho nhân loại có nguy cơ đứng trước việc thiếu năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió, năng lượng mặt trời … là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng. Dân số thế giới ngày càng tăng khiến cho nhu cầu tiêu thụ năng lượng phục vụ sinh hoạt cũng tăng lên. Do đó, việc nghiên cứu sử dụng các nguồn khí sinh học (Biogas) đã được triển khai và đạt được một số thành tựu đáng kể ở nhiều nước nhất là các nước đang phát triển Châu Á. 2.2. Tình hình phát triển Biogas 2..2.1. Trên thế giới Hiện nay ở quy mô toàn cầu, Biogas là nguồn năng lượng lớn. Tổng sản lượng ứng dụng chiếm 9% đến 10 % tổng năng lượng trên thế giới. Theo tính toán, nếu tận dụng xử lý được hết nguồn phế thải toàn cầu thì hàng năm người ta có thể tạo 200 tỷ m3 khí sinh học, tương đương 150 đến 200 triệu tấn nhiên liệu và kèm theo nó là khoảng 20 triệu tấn phân bón hữu cơ chất lượng cao. Có thể nói rằng, Ấn Độ và Trung Quốc là hai quốc gia có sự phát triển nhanh chóng về công nghệ xây dựng các bể lên men mêtan. - Ấn Độ Công nghệ khí sinh học bắt đầu ở Ấn Độ bắt đầu từ năm 1897. Ban đầu, các trạm Biogas chỉ có quy mô hộ gia đình. Hàng năm có khoảng 200.000 hộ gia đình Ấn Độ chuyển từ sử dụng năng lượng củi đốt sang sử dụng Biogas. Năm 1985, Ấn Độ có khoảng 1 triệu bể với chi phí xây dựng khoảng 55 triệu đô la. Tính tới năm 1999 đã có tới 2,9 triệu công trình hầm khí sinh học gia đình và 2700 công trình hầm khí tập thể xử lý phân người được xây dựng. Ước tính số công trình này hàng năm tiết kiệm 3 triệu tấn củi và 0,7 triệu tấn Urê. Tháng 3 năm 2000, Ấn Độ có 3 triệu công trình hầm khí sinh học. - Trung Quốc Lịch sử phát triển khí sinh học ở Trung Quốc bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX. Năm 1978 đã xây dựng 7,5 triệu bể với hàng năm tạo ra khoảng 2,5 tỷ m3 khí mêtan, tương đương 1,5 triệu tấn dầu mỏ. Cho đến năm 1979, trên lãnh thổ Trung Quốc đã có 301 trạm phát điện nhỏ sử dụng khí Biogas. Riêng ở tỉnh Sichuan các trạm này có tổng công suất là 1.500kW. Đến 1985, Trung Quốc đã xây dựng được 70 triệu bể khí mêtan. Từ những năm cuối thập kỷ 80 của thế kỷ trước, người ta đã tính toán đến việc sử dụng năng lượng sinh học để thay thế các dạng năng lượng sử dụng nhiên liệu hoá thạch và Biogas đã trở thành đối tượng cho chương trình nghiên cứu năng lượng phục vụ nông thôn của Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Năng lượng và Công nghệ mới - Bộ Nông nghiệp Trung Quốc (1994). Cuối năm 2003, Trung Quốc có hơn 9,7 triệu hầm cho các hộ gia đình trên toàn quốc. Trên 90% hầm đang hoạt động tốt, sản xuất ra khoảng 2.980.000 m3/năm. Biogas chủ yếu được sử dụng vào mục đích đun nấu, thắp sáng và chạy các động cơ phát điện. 2.2.2. Ở Việt Nam Công nghệ khí sinh học đã được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam từ những năm 1960. Lịch sử phát triển công nghệ khí sinh học ở Việt Nam chia thành 4 thời kỳ chính. - Thời kỳ 1960 – 1975: Đã tiến hành thí nghiệm biện pháp sản xuất khí Mêtan từ phân động vật nhưng cuối cùng cũng không thành công. Nguyên nhân là do nhập cảnh ồ ạt các loại khí đốt Butan, Propan và phân hóa học. - Thời kỳ 1976 – 1980: Chế tạo thiết bị sản xuất khí sinh học loại nắp nổi bằng tôn, bể phân hủy xây bằng gạch và cổ bể có gioăng nước để giữ kín khí được tích trong nắp chứa khí. Tuy nhiên, việc thử nghiệm trên bị thất bại do kỹ thuật và quản lý. - Thời kỳ 1981 – 1990: Trong hai kế hoạch 5 năm (1981-1985 và 1986-1990), công nghệ khí sinh học đã trở thành một trong những lĩnh vực được ưu tiên. Năm 1990, TP Hồ Chí Minh có trên 700 công trình, Đồng Nai có 468 công trình, Hậu Giang có 240 công trình, Hà Bắc có 50, Lai Châu có 40, Quảng Ngãi có 43 công trình ..... Nói chung toàn quốc có khoảng 2000 công trình. Đa số các công trình đều hoạt động tốt, với thể tích khoảng 2(200 m3. - Thời kỳ 1991 tới nay: Những năm 1991 trở lại đây nhiều nhà khoa học trong nước đã nghiên cứu, triển khai nhiều công trình xử lý chất thải bằng hệ thống khí sinh học Biogas (mô hình hình cầu của Viện năng lượng với thể tích 5m3, 7m3, 8m3, 10m3, 15m3) đã tạo ra một nguồn phân bón đáng kể, khả năng giải quyết nguồn năng lượng sạch tại chỗ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Ở miền Trung, Tây Nguyên, hàng loạt các mô hình bể Biogas cũng được áp dụng cho các hộ chăn nuôi gia súc, các nông trường chăn nuôi trên địa bàn như mô hình của Trung tâm Năng lượng mới (Sở khoa học công nghệ thành phố Đà Nẵng, mô hình bể Biogas phá váng tự động của Phân Viện bảo hộ lao động và Bảo vệ Môi trường miền Trung, Tây nguyên. Nhiều tổ chức quốc tế đang quan tâm phát triển công nghệ ở Việt Nam: họ tổ chức nhiều hội thảo, tài trợ nhiều dự án phát triển năng lượng sinh khối ở nước ta. Các dự án năng lượng sinh khối có cơ hội tận dụng cơ chế phát triển sạch (CDM) để thu hút vốn đầu tư. Nhiều công nghệ đã được hoàn thiện, ứng dụng thương mại nên Việt Nam có thể nhập và ứng dụng, tránh được rủi ro về công nghệ. Hiện nay mô hình xử lý phân gia súc, gia cầm bằng hệ thống Biogas đang ngày càng phổ biến ở Việt Nam. Đối với các cơ sở chăn nuôi lớn, hệ thống Biogas được xây dựng với quy mô lớn, trình độ kỹ thuật cao, điều kiện giám sát chặt chẽ. Các hệ thống này đem lại tác dụng rất lớn trong việc xử lý phân và nước thải khổng lồ thải ra mỗi ngày, loại bỏ được nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, lây lan dịch bệnh cho cộng đồng và sản xuất gas cho các hệ thống phát điện nội bộ. Ngoài ra, khi xây dựng hệ thống Biogas, người ta thường kết hợp với dây chuyền sản xuất phân hưu cơ, đem lại thêm một nguồn lợi kinh tế đáng kể. Đối với qui mô chăn nuôi hộ gia đình, mô hình xử lý Biogas bằng plastic đang phát triển rộng rãi do đặc điểm giá rẻ, dễ lắp đặt và phù hợp với mô hình nông trại kết hợp. Các mô hình nhỏ này giúp các hộ nông dân xử lý được phân và chất thải gia súc, tránh ô nhiễm môi trường, nhất là các khu vực có các hộ chăn nuôi tập trung cao ở miền Bắc, cung cấp gas làm giảm chi phí hoạt động cho gia đình và nước thải ra sau khi xử lý đem bón cho cây trồng rất tốt. Các khu vực đang tập trung nhân rộng mô hình Biogas hiện nay: ở niềm Bắc tập trung các huyện Đan Phượng, Quốc Oai (Hà Nội) theo dự án SGP/VN/98/003, ở miền Nam tập trung ở lân cận thành phố Hồ Chí Minh và ở Tây Nam Bộ thì tập trung ở Cần Thơ. 2.2.3. Kết luận Chất thải của quá trình sản xuất như một nguồn năng lượng, đó là một mô hình lý tưởng cho xã hội. Việc sử dụng nguồn năng lượng này ở những dạng khác nhau phải hết sức cẩn thận, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu từng địa phương, mật độ dân số, nguồn đất sẵn có, điều kiện thổ nhưỡng, thời tiết và nhiều nhân tố khác. Nguồn năng lượng sinh khối từ nhiên liệu tái tạo chiếm một vị trí quan trọng trong nguồn năng lượng tổng số nhưng chỉ mới được tận dụng một phần. Nhiều cơ hội còn tiềm ẩn, nhiều chương trình đã được triển khai, nhiều dự án đã được lên kế hoạch nhằm sử dụng triệt để nguồn năng lượng này. Trong xu thế này, chúng ta là những người trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung, ngành Động Lực nói riêng cần phải phát huy vai trò của mình nghiên cứu cặn kẽ hơn nữa về nguồn năng lượng này để ứng dụng nó làm nguồn năng lượng cho động cơ đốt trong. Điều này không những giải quyết được về vấn đề năng lượng đang có nguy cơ thiếu hụt hiện nay mà còn góp phần giải quyết vấn đề môi trường. Mặt khác cũng mở rộng hơn nữa phạm vi ứng dụng của động cơ đốt trong đối với thực tiễn. 3. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, SẢN XUẤT VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA BIOGAS 3.1. Tính chất của Biogas - Tính chất vật lý và hóa học Tính chất vật lý và hoá học của Biogas có ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn công nghệ sử dụng cho việc xử lý và đốt cháy Biogas. Thành phần chính của Biogas là CH4 và CO2. Các tính chất vật lý liên quan đến chúng và sẽ được liệt kê sau đây: Bảng 3-1 Một số tính chất của Biogas [6], [9] Các tính chất vật lý  Methane (CH4)  Carbon Dioxide (CO2)   Trọng lượng phân tử  16,04  44,01   Tỷ trọng  0,554  1,52   Điểm sôi (1at)  144 0C  60,8 0C   Điểm đông (1at)  -164,8 0C  -38,83 0C   Khối lượng riêng  0,66 kg/m3  1,82 kg/m3   Nhiệt độ nguy hiểm  64,44 0C  48,89 0C   Áp suất nguy hiểm  45,8 at  72,97at   Nhiệt dung Cp (1at)  6,962.10-4 J/ kg-0C  2,643.10-4 J/ kg-0C   Tỷ lệ Cp/Cv  1,307  1,303   Nhiệt cháy  55,432 J/kg    Giới hạn cháy  5-15% Thể tích    Tỷ lệ cháy hoàn toàn trong không khí  0,0947 Thể tích 0,0581 Khối lượng    - Nhiệt trị của nhiên liệu Thông thường Biogas có nhiệt trị khoảng 20 MJ/m3. Nhiệt trị thay đổi phụ thuộc vào chất lượng của Biogas. CH4 là chất cháy cơ bản trong Biogas, có nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp của CH4 là 37,71.103KJ/m3. - Các chất cơ bản trong Biogas Ngoài hai thành phần chính là CH4 và CO2 còn có các tạp chất cơ bản dạng khí có mặt trong Biogas được liệt kê dưới đây: Bảng 3-2. Thành phần khí Biogas [4] Thành phần  %   Methane, CH4  50-75   Carbon dioxide, CO2  25-50   Nitrogen, N2  0-10   Hydrogen, H2  0-1   Hydrogen sulphide, H2S  0-3   Oxygen, O2  0-2   3.2. Yêu cầu của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong Vấn đề đáng quan tâm và cần được nghiên cứu tiếp là làm sao có thể nâng cao hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải động gây ra. Ta biết rằng trong Biogas có một lượng đáng kể hydrogen sulfide H2S (khoảng 10.000ppm thậm chí sau khi qua các thiết bị xử lý vẫn còn khoảng 200-400ppm H2S) là một khí rất độc tạo nên hỗn hợp nổ với không khí. Khi Biogas được sử dụng làm nhiên liệu, khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết của động cơ, sản phẩm của nó l