ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC
NGUYỄN THỊ TRANG
ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA KHÍ THẢI TỪ CÁC THIẾT BỊ BAY
ĐẾN BẦU KHÍ QUYỂN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
CÁC NHIÊN LIỆU SẠCH THAY THẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

ĐẾN BẦU KHÍ QUYỂN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
CÁC NHIÊN LIỆU SẠCH THAY THẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Mã số: Chương trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thiện Hân

HÀ NỘI – 2014LỜI CAM ĐOAN

tận tình hướng dẫn, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận
văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã nhiệt tình
giúp đỡ và chia sẻ kinh nghiệm giúp tôi hoàn thành luận văn.
1
MỤC LỤC
Danh mục các chữ viết tắt 3
Danh mục các bảng 4
Danh mục các hình vẽ 5
MỞ ĐẦU 10
1. Tính cấp thiết 10
2. Mục tiêu nghiên cứu 11
3. Đối tượng và khu vực nghiên cứu 11
4. Cơ sở phương pháp luận 11
5. Kết quả mong đợi 11
6. Bố cục của luận văn 12
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ TÁC ĐỘNG CỦA
THIẾT BỊ BAY ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 13
1.1.Tổng quan về biến đổi khí hậu 13
1.1.1. Khái niệm về Biến đổi khí hậu 13
1.1.2. Hiệu ứng nhà kính 15
1.1.3. Khí nhà kính 16
1.1.4. Tác động của khí nhà kính đến biến đổi khí hậu 17
1.2. Tác động của các thiết bị bay đến biến đổi khí hậu 18
1.2.1. Các loại thiết bị bay 19
1.2.2. Nhiên liệu sử dụng 21
1.2.3. Cơ chế phát sinh khí nhà kính 28


4
Danh mục các bảng
Bảng 1.1.Thực trạng đội máy bay của Việt Nam 47
Bảng 1.2.Thống kê kết quả vận tải hàng không của Việt Nam, [1-7] 49
Bảng 1.3. Dự đoán vận tải hành khách đường hàng không của Việt Nam ,[1-6]
49
Bảng 1.4. Dự đoán vận tải hàng hóa đường hàng không của Việt Nam, [6] 49
Bảng 1.5. Dự báo sản lượng điều hành bay 50
Bảng 3.1. Các kịch bản khí thải TBB 57
Bảng 3.2.Thành phần khí thải một số tên lửa đẩy điển hình 62
Bảng 3.3. Khí thải tên lửa đẩy 63
Bảng 3.4. Khí thải khi phóng tên lửa Satun 5 của Mỹ 65
Bảng 3.6. Khí thải từ tên lửa đẩy Năng lượng của LB Nga 67
Bảng 3.7. Khí thải từ tên lửa đẩy của LB Nga trong 50 năm 67
Bảng 3.8. Khí thải từ tên lửa đẩy của LB Nga trong 1 năm 68
Bảng 3.9. Khí thải từ tên lửa đẩy thế giới trong 1 năm 69
Bảng 3.10. Thành phần khí thải hàng không thế giới năm 1992 71
Bảng 3.11. Thành phần khí NO
x
của hàng không thế giới năm 1992 71
Bảng 3.12. Dự đoán sản lượng các chuyến bay thế giới 72
Bảng 3.13. Khí thải từ một số máy bay khi cất,hạ cánh [18] 74
Bảng 3.14. Số km điều hành bay của HKDD Việt Nam 77
Bảng 3.15. Lượng khí nhà kính tính toán sơ bộ do các máy bay khi bay trong địa
phận của Việt nam thải ra 78
5

10
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Thiết bị bay (TBB) là thuật ngữ chung chỉ các phương tiện bay gồm: Máy
bay (máy bay quân sự và dân sự) và tên lửa (tên lửa quân sự và tên lửa dân sự –
tên lửa phóng tầu vũ trụ, vệ tinh).
Trên thế giới ngành nghiên cứu TBB nói chung được gọi là ngành hàng
không – vũ trụ. Hiện nay, bên cạnh những thành tựu khoa học giúp ích cho loài
người như vận tải hàng không, phóng vệ tinh, tầu vụ trụ…, ngành hàng không –
vũ trụ ít nhiều có ảnh hưởng đến môi trường toàn cầu. Những ảnh hưởng chính
gồm: ảnh hưởng môi trường không khí (khí nhà kính), tiếng ồn, các yếu tố vật lý
(độ rung, điện từ trường, bức xạ ion hóa), môi trường nước, môi trường đất, chất
thải rắn và lỏng.
Hiện nay [9,14,15], với số lượng 16.000 máy bay thương mại của thế giới
trên toàn cầu đã tạo ra hơn 600 triệu tấn dioxitcarbon (CO
2
) hàng năm. Thực tế,
ngành hàng không đã tạo ra khối lượng khí CO2 hàng năm tương đương với
lượng khí CO2 được sinh ra bởi tất cả các hoạt động của con người ở châu Phi.Theo ước tính của Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu (gọi tắt là IPCC)
đã đánh giá [14]: đến năm 2010, ngành hàng không dân dụng đã thải ra 2% tổng
lượng khí CO
2
phát thải do các hoạt động của con người và theo ước tính vào
năm 2050, con số đó sẽ là 4%, sẽ tác động rất lớn đến việc làm trái đất nóng dần

hậu của toàn cầu.
4. Cơ sở phương pháp luận
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về các loại nhiên liệu dùng trong TBB,
trên cơ sở các quá trình lý – hóa xảy ra trong các động cơ của TBB, lý giải
lượng khí nhà kính thải ra môi trường khi các TBB hoạt động.
Dựa trên báo cáo, tài liệu công bố chính thống trong và ngoài nước, đánh
giá tác động khí thải của TBB tác động đến biến đổi khí hậu.
Phần cuối của Luận văn đưa ra phân tích các biện pháp giảm thiểu tác động
của khí thải từ thiết bay đến bầu khí quyển.
5. Kết quả mong đợi
Về mặt lý luận: Đánh giá được tổng quan về tác động của khí thải thiết bị
bay đến biến đổi khí hậu toàn cầu. Nghiên cứu cơ chế phát sinh khí nhà kính thải
ra môi trường của thiết bị bay và đề xuất các biện pháp giảm thiểu.

12
Về mặt thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần là một
trong những cơ sở phương pháp luận cho hướng nghiên cứu ảnh hưởng của
ngành hàng không - vũ trụ đến môi trường.
6. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3 chương
chính:
Chương 1: Tổng quan về biến đổi khí hậu và tác động của các thiết bị bay
đến biến đổi khí hậu
Chương 2: Đối tượng, phạm vi, cách tiếp cận và phương pháp đánh giá
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Nguyên nhân:
Nguyên nhân chính làm biến đổi khí hậu Trái đất là do sự gia tăng các hoạt
động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể
hấp thụ khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất
liền khác. Nhằm hạn chế sự biến đổi khí hậu, Nghị định thư Kyoto nhằm hạn
chế và ổn định sáu loại khí nhà kính chủ yếu bao gồm: CO
2
, CH
4
, N
2
O, HFCs,
PFCs và SF
6
.
- CO
2
phát thải khi đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí) và là
nguồn khí nhà kính chủ yếu do con người gây ra trong khí quyển. CO
2
cũng sinh
ra từ các hoạt động công nghiệp như sản xuất xi măng và cán thép.
- CH
4
sinh ra từ các bãi rác, lên men thức ăn trong ruột động vật nhai lại,
hệ thống khí, dầu tự nhiên và khai thác than.
- N
2
O phát thải từ phân bón và các hoạt động công nghiệp.
- HFCs được sử dụng thay cho các chất phá hủy ôzôn (ODS) và HFC-23

hợp quốc về biến đổi khí hậu (UNFCCC), cho tới thời hạn ngày 31/5/2015 sẽ
phải thông qua các chương trình quốc gia nhằm cắt giảm khí gây hiệu ứng nhà
kính và các quốc gia thành viên sẽ phải bổ sung một bản báo cáo vào ngày
1/11/2015 để đánh giá về các nỗ lực của mình nhằm đạt mục tiêu chung toàn
cầu, kiềm chế được nhiệt độ toàn cầu tăng lên dưới 2 độ C so với thời tiền công
nghiệp.

15
1.1.2. Hiệu ứng nhà kính

Hình 1.1. Mô tả nguyên lý hiệu ứng nhà kính
Khi Mặt Trời xuyên qua kính [14], thì các tia có bước sóng λ lớn hơn
0,7µm bị ngăn không cho qua. Các tia sáng có bước sóng ngắn hơn 0,7µm thì sẽ
qua được kính. Khi đi qua lớp kính (hình 1.1), sẽ xảy ta tương tác của các
photon lên vật chất làm phát xạ các tia nhiệt thứ cấp có bước sóng dài tia hồng
ngoại (lớn hơn 0,7µm) , nên không thể đi ra khỏi nhà kính và kết quả là những
bức xạ nhiệt này làm cho không gian bên trong nhà kính nóng lên.
Hiệu ứng nhà kính, xuất phát từ effet de serre trong tiếng Pháp, do nhà toán
học , nhà vật lý người Pháp Jean Baptiste Joseph Fourier lần đầu tiên đặt tên vào
năm 1824 dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi năng lượng bức xạ của tia sáng mặt
trời, xuyên qua các cửa sổ hoặc mái nhà bằng kính và làm cho toàn bộ không
gian bên trong nóng dần lên.
Các khí nhà kính chứa trong bầu khí quyển như thể là một tấm kính dày
bao bọc Trái Đất, lúc này dựa theo nguyên lý HƯNK, thì khi bức xạ Mặt Trời
chiếu xuống Trái Đất sẽ bị các khí nhà kính giữ lại, kết quả là làm cho toàn bộ
khí quyển nóng dần lên và theo đó Trái Đất cũng nóng dần lên.

Hình 1.2. Hiệu ứng nhà kính

16

O), Methane (CH
4
), Ozone
(O
3
).
Khí nhà kính trong 1% khí quyển có thành phần như sau:
+ CO
2
: 56%
+ CFC: 13%
+ CH
4
: 18%
+ O
3
: 7%
+ N
2
O: 6%

17
1.1.4. Tác động của khí nhà kính đến biến đổi khí hậu
Trước hết, phải khẳng định rằng, chính những hoạt động hằng ngày của
chúng ta là nguyên nhân chính làm cho trái đất nóng lên, hãy nhìn vào tốc độ
chóng mặt của quá trình đô thị hoá và sự gia tăng dân số. Các loại phương tiện
giao thông, các nhà máy sản xuất, các khu công nghiệp, các đống phế thải
“nhả” ra một lượng khí CO
2
khổng lồ vào bầu khí quyển. Những cánh rừng lẽ

- Là loại khí nhân tạo được tạo ra trong quá trình làm lạnh.
- Là loại khí thứ hai gây ảnh hưởng nhiều nhất tới hiệu ứng nhà kính

18
e. Khí CH
4
(metan)
- Là thành phần chính của khí tự nhiên khí dầu mỏ, khí bùn ao, đầm lầy.
- Được tạo ra trong quá trình chế biến dầu mỏ, chưng cất khí than đá.
-Mêtan là một khí gây hiệu ứng nhà kính, trung bình cứ 100 kg mêtan, mỗi
năm làm ấm Trái Đất gấp 23 lần 1 kg CO
2

f. Khí O
3
(ozone)
- Là chất độc có khả năng ăn mòn và là một chất gây ô nhễm chung
- Nó được tạo thành từ O
2
do phóng tĩnh điện (trong các tia chớp), tia cực
tím.
g. Khí NO, N
2
O, NO
2

- Được tạọ ra từ các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và việc đốt các
nhiên liệu hóa thạch
- Mỗi phân tử bặt giữ lượng nhiệt gấp 270 lần so với CO
2

Cl, HCl…) ảnh hưởng trực tiếp đến bầu khí quyển và tầng ozone của trái đất.

19
Khói thoát ra trong các vụ phóng tên lửa có thể bào mòn tầng ozone, tạo
điều kiện cho các tia tử ngoại có hại từ mặt trời xâm nhập vào trái đất. Ví dụ khi
phóng các tên lửa dùng nhiên liệu rắn, chúng thải trực tiếp khí clo ra tầng bình
lưu (cách bề mặt trái đất khoảng 50 km), tại đây clo phản ứng với oxy để tạo ra
clo oxit - chất có khả năng hủy diệt tầng ozone.
Mỗi loại nhiên liệu của tên lửa khi cháy phát thải ra các hóa chất có mức độ
ô nhiễm môi trường khác nhau.Một số ít khí thải đó nhanh chóng biến mất nhờ
những cơn mưa ở tầng không khí thấp. Phần lớn lượng khí thải còn lại ở tầng
bình lưu, nơi chúng tồn tại lâu hơn và phản ứng với hóa chất khác, gây hiểm họa
cho tầng ozone.
Hiện nay, Mỹ, Liên minh châu Âu và Ấn Độ sử dụng cả nhiên liệu lỏng và
nhiên liệu rắn cho tên lửa của họ. Hỗn hợp này tồn tại dưới dạng bột hoặc tinh
thể. Riêng Nga và Trung Quốc chỉ sử dụng nhiên liệu lỏng. Nhiều nhà khoa học
cho rằng nhiên liệu lỏng trong tên lửa có mức độ gây hại đối với tầng ozone thấp
hơn so với nhiên liệu rắn [16].
Trong bối cảnh các vụ phóng vệ tinh, tàu vũ trụ trên khắp thế giới ngày
càng tăng, những quả tên lửa sẽ sớm trở thành hiểm họa đáng sợ nhất đối với
tầng ozone.
Theo công bố [10,13], từ năm 1979 tới năm 1990 lượng ozone trong tầng
bình lưu suy giảm khoảng 5%. Vì tầng ozone ngăn cản phần lớn các tia cực tím
có hại từ mặt trời, sự suy giảm của nó trở thành một mối quan tâm toàn cầu. Các
nước đã ký kết Nghị định thư Montreal về hạn chế phát thải các hợp chất carbon
của clo và flo cũng như các chất hóa học gây suy giảm tầng ozone khác.
1.2.1. Các loại thiết bị bay
Thiết bị bay là thuật ngữ chung chỉ các phương tiện bay gồm: Máy bay
(máy bay quân sự và dân sự) và tên lửa (tên lửa quân sự và tên lửa dân sự – tên
lửa phóng tầu vũ trụ, vệ tinh).

Bên cạnh các loại máy bay dân dụng, các loại máy bay quân sự cũng rất
phong phú, mỗi chủng loại tùy theo nhiệm vụ chiến – kỹ thuật có những đặc tính
bay riêng. Thông thường có các loại máy bay quân sự sau: Máy bay tiêm kích
(các loại máy bay dòng F của Mỹ như F15, F17, F22, các loại dòng máy bay Su

21
25,27,30,30MKI, 31 của Nga vv), Máy bay cường kích (F-35, Harrier,
Euofighter Typhoon ), Máy bay ném bom (B52, F-16, F/A -18, Tu 95…), Máy
bay huấn luyện (Aero L-39 Albatros, Aermacchi MB-326, Folland Gnat, Fouga
Magister và British Aerospace Hawk…).
b. Tên lửa
Trong dân sự, tên lửa đẩy là phương tiện phóng hiện đại nhất dùng để đưa
các tải trọng có ích (tầu vũ trụ, vệ tinh, các thiết bị đo đạc, thí nghiệm,…) lên vũ
trụ. Các cường quốc trên thế giới như Mỹ, Nga, Pháp, Trung quốc, Liên minh
Châu Âu… đều rất chú trọng phát triển công nghiệp tên lửa đẩy của mình để
phục vụ kinh tế - an ninh quốc phòng. Các loại tên lửa đẩy điển hình gồm: các
phiên bản Satun, Scau, Satll, Titan của Mỹ, Arian của Liên minh Châu Âu,
Phương Đông, Proton của Nga, CZ–3 của Trung quốc.Trong quân sự, tên lửa là vũ khí hiện đại, sử dụng trong tác chiến từ xa.
Tên lửa quân sự phân theo nhiều chủng loại: như tên lửa đất đối không, đất đối
đất, tên lửa đối hải, tên lửa vượt đại châu…Một số loại tên lửa hiện đại của Việt
Nam hiện nay gồm: tổ hợp tên lửa phòng không S300 PMU1, tổ hợp tên lửa
phòng không C-125, tổ hợp tên lửa đối hải Uran E, Basiton…
1.2.2. Nhiên liệu sử dụng
1.2.2.1. Nhiên liệu của máy bay
Nhiên liệu máy bay là nhiên liệu trong ngành hàng không được sử dụng
cho các máy bay dân dụng hoặc máy bay quân sự [17].
Nhiên liệu trong ngành hàng không có hai loại là xăng máy bay (AvGas)

Xăng máy bay hiện nay có vài loại với sự phân biệt theo nồng độ chì cực
đại trong xăng. Do TEL là một phụ gia khá đắt, một lượng cực tiểu của nó thông
thường được thêm vào nhiên liệu để nó đạt chỉ số ốctan yêu cầu, vì thế thông
thường trên thực tế nồng độ của nó thấp hơn mức cực đại.
Avgas 80/87: có ít chì nhất, cực đại là 0,5 gam chì trên 1 galông Mỹ, và nó
được sử dụng trong các động cơ có tỷ số nén rất thấp.
Avgas 100/130: là xăng máy bay có chỉ số ốctan cao hơn, chứa tối đa 4
gam chì trên 1 galông Mỹ, hay 1,12 gam/lít.

23
Avgas 100LL: chứa tối đa 2 gam chì trên một galông Mỹ, hay 0,56 gam/lít,
và là xăng máy bay phổ biến nhất. 100LL (LL trong tiếng Anh là ít chì) được tạo
ra để thay thế cho Avgas 100/130.
Trong quá khứ, các loại xăng máy bay khác cũng được sử dụng trong quân
sự, chẳng hạn như Avgas 115/145. Lưu ý rằng chỉ số ốctan của xăng máy bay
không thể so sánh trực tiếp với các chỉ số ốctan của xăng Mogas, do các động cơ
thử nghiệm và phương pháp thử được sử dụng để xác định chỉ số này trong hai
trường hợp là khác nhau. Đối với xăng máy bay, số đầu tiên (nhỏ hơn) là cấp
trộn nghèo, và số thứ hai (lớn hơn) là cấp trộn giàu. Đối với xăng Mogas, chỉ số
"ốctan" thông thường được biểu diễn như là chỉ số chống nổ, nó là trung bình
của chỉ số ốctan, dựa trên các nghiên cứu và phương pháp thử động cơ, hay
(IR+IM)/2.
Để hỗ trợ phi công xác định nhiên liệu trong máy bay của họ, các chất
nhuộm màu được thêm vào nhiên liệu. 80/87 có màu đỏ, 100/130 có màu xanh
lục, và 100LL có màu lam, trong khi đó nhiên liệu máy bay phản lực, JET A1, là
trong suốt hay vàng nhạt thì không được nhuộm màu.
Nhiên liệu dầu máy bay Kerosin
Hiện nay, hầu hết các máy bay phản lực, máy bay quân sự và một số máy
bay dân dụng thế hệ cũ sử dụng dầu máy bay kerosin làm nhiên liệu.
Loại nhiên liệu được dùng cho các máy bay dân dụng trên thế giới là dạng

cường thành phần parafin mạch thẳng thì sẽ làm tăng khả năng mất tính linh
động của nhiên liệu ở nhiệt độ thấp, điều này rất nguy hiểm đối với các máy bay
phản lực hoạt động ở tầm cao (lên cao 10.000m nhiệt độ khí quyển hạ xuống -
56
o
C) trong khi đó các naphten vẫn ở trạng thái lỏng vừa đảm bảo việc cung cấp
nhiên liệu vào buồng đốt không bị gián đoạn, và có nhiệt cháy cũng không kém
gì các parafin.
Quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ phản lực đòi hỏi nhiên liệu
phải cháy hoàn toàn, không được phân hủy trước khi cháy tạo nên các cặn
cacbon, bám vào buồng đốt ở gần tuy-e, hoặc bám vào nến điện ở gần lổ phun
nhiên liệu làm thay đổi hình dạng và kích thước ban đầu của chúng. Về mặt này,
các hydrocacbon thơm có nhiệt độ sôi cao (chủ yếu là loại nhiều vòng có trong

25
phân đoạn) có xu hướng tạo tàn và cặn cốc rất mạnh còn các parafin bao giờ
cũng có khả năng cháy hoàn toàn và ít có xu hướng tạo tàn, tạo cốc.
1.2.2.2. Nhiên liệu tên lửa
Trong lịch sử phát triển tên lửa đẩy [7,8,17], các cường quốc vũ trụ trên
thế giới như Mỹ, Nga, Nhật, Pháp, Trung Quốc chỉ sử dụng hai loại động cơ tên
lửa đẩy: động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng và động cơ tên lửa nhiên liệu rắn. Do ưu
điểm dễ điều khiển và điều khiển chính xác, nên hiện nay khoảng 90 % tên lửa
đẩy trên thế giới sử dụng động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng, còn lại sử dụng động
cơ nhiên liệu rắn, động cơ tên lửa nhiên liệu rắn thường được sử dụng trong
quân sự nhiều hơn.
Qua nhiều nghiên cứu [7], các nhà khoa học đã rút ra kết luận: ngoài không
gian vũ trụ không có không khí (không có khí Ôxy), động cơ muốn làm việc
nhất thiết phải có hai chất kết hợp chất O (chất oxy hóa) và chất cháy G.
Động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng đã sử dụng hàng loạt các chất G sau:
kerosin (hỗn hợp hyđrôcacbon), NH

, Flo lỏng, ClF
3
lỏng, N
2
O
4
lỏng
Sự khác nhau về tính chất của các chất oxy hoá làm cho đặc tính của nhiên
liệu cũng khác nhau. Nhiên liệu trên cơ sở oxy hoá lỏng, axit nitric và
hyđroperoxyt rất khác nhau về đặc trưng nhiệt năng, tính chất sử dụng cho dù
cùng với một loại chất cháy.
Các chất oxy hoá O của nhiên liệu tên lửa được chia thành các nhóm sau:
1. Axit nitric, axit nitric trộn với oxyt nitơ, tetranitro metan.
Chất oxy hoá dùng 97 – 99% HNO
3
ở Mỹ với chỉ danh MPD – 579, dùng
HNO
3
trộn với 15-20% oxyt nit với chỉ danh MPD – 25568. Người ta cũng dùng
chất O với hỗn hợp gồm NO – N
2
O
3
– N
2
O
4
và tetranitrro metan C (NO
2
)