Phụ gia đa năng FNT6VN: Giải bài toán “nhiều trong một”

Gần 10 năm qua, các nhà khoa học ở Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia Lọc hóa dầu đã quan tâm đến việc nghiên cứu một loại phụ gia thế hệ mới có khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu phát thải nguy hại của động cơ trong giao thông và sản xuất.

Ý tưởng này đã được gợi ý từ một bằng sáng chế được cấp ở châu Âu vào năm 2006 về một phụ gia với thành phần chứa hợp chất có chỉ số khúc xạ mol cao có thể pha vào nhiên liệu lỏng, qua đó đem lại cho nó tính năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải. Tuy nhiên, sáng chế này không đề cập đến khía cạnh công nghệ điều chế các hợp phần quan trọng trong phụ gia, chẳng hạn các hợp chất có chỉ số khúc xạ mol cao, cũng như công thức cụ thể của phụ gia. Vì vậy, "vấn đề chúng tôi cần giải quyết là giải mã và thiết kế ra một công thức phụ gia với đầy đủ các thành phần, sau đó sẽ thử nghiệm pha chế, điều chỉnh công thức để tạo ra một công thức hoàn thiện. Trên cơ sở đó mới tính đến việc chế tạo thiết bị sản xuất phụ gia, sau đó thử nghiệm hiệu quả và tác động của phụ gia trong quá trình cháy của động cơ”, lời chia sẻ của giáo sư Vũ Thị Thu Hà, Giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Công nghệ Lọc hóa dầu, trong lễ tổng kết Chương trình KC.05/16-20 đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học.

Có lẽ, một lời giới thiệu như vậy không thể nói hết những mày mò dựa trên những hiểu biết khoa học cơ bản trong quá trình “thử và sai” của chị và cộng sự để đi đến công thức hoàn chỉnh cuối cùng. “Chúng tôi xác định được bảy thành phần chính của phụ gia, trong đó mỗi thành phần đảm bảo một tính năng rất đặc thù, ví dụ có loại chất hoạt động bề mặt có vai trò phân tán pha dầu vào pha nước, có loại chất để tạo ra gốc trong quá trình cháy của động cơ…”, giáo sư Vũ Thị Thu Hà giải thích. Để đạt được tính năng tiên tiến của phụ gia là tỉ lệ pha trộn với nhiên liệu lỏng phải ở mức cực nhỏ, “ngoài việc phải kết hợp nhiều thành phần khác nhau thì quan trọng là họ hợp chất có hệ số khúc xạ mol cao N, N’ diethyl N,N’ diphenyl urea. Tất cả những gì tiên tiến của phụ gia nằm ở trong chất đó”, chị cho biết thêm.

Thông qua việc sử dụng biểu đồ radar (mạng nhện) để đánh giá hiệu quả của mỗi hợp chất, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn được các hợp chất phù hợp với mục tiêu mình theo đuổi, bao gồm isopropanol, muối ammonium của acid acetic, carbamide, pha dầu, chất hoạt động bề mặt và nước cùng và tỷ lệ phối trộn chuẩn xác của từng thành phần đó. “Sự có mặt của những hợp chất này trong phụ gia và công nghệ điều chế chúng chính là ‘bí quyết’ của nhà công nghệ, là thành phần làm nên những tính năng và hiệu quả của phụ gia đa năng”, nhóm nghiên cứu viết như vậy trong báo cáo tổng kết. Việc xác định và nắm được quy trình sản xuất các hợp chất thành phần phụ gia do đó cũng là cách để họ chủ động về nguồn nguyên liệu này cho quá trình sản xuất ở Việt Nam cũng như làm giàu bí quyết công nghệ của mình.

Bí quyết này họ đã thu được qua nhiều pha nghiên cứu ở các đề tài, dự án của Bộ Công thương “Nghiên cứu chế tạo tổ hợp phụ gia nano cho xăng nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải ô nhiễm”, “Hoàn thiện công nghệ sản xuất vật liệu xúc tác để nâng cao hiệu suất đốt và giảm phát thải khí ô nhiễm trong vận hành lò đốt công nghiệp” hay đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu công nghệ chế tạo phụ gia nhiên liệu vi nhũ thế hệ mới dùng cho động cơ diesel”… Việc bám sát các chương trình đầu tư KH&CN của nhà nước đã trở thành cơ hội quý để nhóm nghiên cứu trên đường tới một công thức hoàn hảo, phù hợp cho việc pha trộn trên rất nhiều dạng nhiên liệu lỏng khác nhau như xăng RON 95, xăng sinh học E5, xăng sinh học E10, dầu diesel DO 0,05S và diesel sinh học B5…

Tất cả những điều đó đã mở đường để tạo ra điểm khác biệt giữa FNT6VN - phụ gia đa năng của Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Công nghệ Lọc hóa dầu, với những loại phụ gia tiết kiệm nhiên liệu và làm sạch hệ thống nhiên liệu khác đang có trên thị trường.

FNT6VN của Phòng thí nghiệm trọng điểm Lọc hóa dầu đã phải trải qua một quá trình thử nghiệm để giải đáp một số vấn đề “liệu nó có làm ảnh hưởng đến chất lượng nhiên liệu?”, “khả năng phối trộn với các loại nhiên liệu khác nhau như thế nào”?, “nó có làm ảnh hưởng đến an toàn cháy nổ của động cơ?”, “hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu có như mong đợi”?... Rất nhiều câu hỏi như vậy đã được đặt ra với nhóm nghiên cứu ngay khi FNT6VN thành hình.

Đây cũng là lý do khiến trong quá trình thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm “Hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ gia đa năng nhằm tiết kiệm năng lượng trên cơ sở các hợp chất có chỉ số khúc xạ mol cao, qui mô 5.000 lít/năm” (KC.05.25/16-20), giáo sư Vũ Thị Thu Hà đã mời thêm một số nơi khác tham gia như Công ty KHCN và Thương mại PI Việt Nam, Viện Cơ khí Động lực (ĐH Bách khoa HN), Công ty Cổ phần DG Technology và Công ty Cổ phần TM và DV quốc tế Á châu tham gia vào dự án. Mỗi người đều có một phần công việc của mình trong dự án này, ví dụ thử nghiệm đánh giá hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải được thực hiện trên băng thử động cơ tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong của Viện Cơ khí Động lực; thử nghiệm trên các loại xe khác nhau, sử dụng nhiên liệu RON95, E5, và E10 trên đường trường hoặc xe đang khai thác mỏ tại mỏ than Cọc Sáu, Quảng Ninh; thử nghiệm tại lò hơi sử dụng nhiên liệu dầu DO của Công ty PI Việt Nam (đặt tại Xưởng thực nghiệm của Phòng thí nghiệm trọng điểm), và lò hơi sử dụng nhiên liệu dầu FO tại Nhà máy sản xuất Sorbitol – Công ty Cổ phần Sorbitol Pháp Việt (Tây Ninh).

Những kết quả thu được không phụ công sức của các nhà nghiên cứu. “Theo kết quả thử nghiệm ở Viện Cơ khí Động lực, mức tăng công suất trung bình trên toàn dải tốc độ là trên 6% và giảm suất tiêu hao năng lượng là trên 8%. Theo khảo nghiệm trên xe tải hạng nặng tiết kiệm trên 10% và làm giảm phát thải còn trên lò đốt ở Tây Ninh tiết kiệm 10%. Khi mang sản phẩm tới đánh giá ở Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 1 (Quatest 1), sản phẩm được chứng nhận hợp chuẩn, được cấp mã vạch”, giáo sư Vũ Thị Thu Hà cho biết. “Tỷ lệ phụ gia pha nhiên liệu ở mức siêu thấp, tức là một lít phụ gia thì pha với 160.000 lít xăng hoặc là 60.000 lít dầu diesel, 45 tấn dầu FO. Với tỉ lệ vài phần triệu với xăng và chục phần triệu diesel, phụ gia không làm thay đổi bất cứ chỉ tiêu nào của nhiên liệu”.

Đây là điều mà chị và đồng nghiệp hết sức mong chờ bởi nếu phụ gia này bị lẫn lộn với phụ gia sản xuất nhiên liệu thì đó cũng là thất bại bởi nhiều khả năng, nó sẽ dẫn đến việc không đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như cho động cơ.

Việc làm ra một công thức tối ưu, thử nghiệm sản phẩm trên nhiều động cơ, thiết bị cũ mới khác nhau đã là một quá trình gian nan. Tuy nhiên, đây không phải là đích đến của một dự án sản xuất thử nghiệm. Để chứng thực được độ khả thi của quy trình chế tạo ra một sản phẩm tốt, các nhà nghiên cứu phải thuyết phục bằng “người thật, việc thật”.

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế một sơ đồ hệ thiết bị, chế tạo và lắp đặt hệ thiết bị sản xuất phụ gia đa năng với quy mô 5.000 lít/năm. Quá trình hoàn thiện công nghệ đã cho phép xây dựng được qui trình tổng hợp hợp chất có chỉ số khúc xạ mol cao, quy mô 50 kg sản phẩm/mẻ. “Chúng tôi đã làm chủ được quy trình công nghệ để sản xuất ra chất lõi N, N’ diethyl N,N’ diphenyl urea và làm chủ quy trình pha chế phụ gia. Mặc dù đăng ký với ban chủ nhiệm chương trình là quy mô 5.000 lít nhưng trên thực tế, chúng tôi đã làm chủ được khối lượng gấp đôi. Do đó, lượng phụ gia thu được trên 700 lít, vượt hơn nhiều so với đăng ký”, giáo sư Vũ Thị Thu Hà báo cáo trong lễ tổng kết.

Trên cơ sở này, chị và nhóm nghiên cứu đã đi hết một chuỗi giá trị của sản phẩm của phụ gia đa năng: từ nghiên cứu, làm ra công nghệ đến thử nghiệm sản xuất, đánh giá và cuối cùng là bán hàng với sản phẩm thương mại. “Cả chặng đường gian nan và vất cả để có một loại phụ gia nhưng phù hợp với tất cả các loại nhiên liệu lỏng, đạt hiệu quả 10 đến 15%, giảm phát thải 50%. Tính tổng thể thì tiền phải trả chỉ tương đương với 2% thôi, 8% còn lại là lợi nhuận gia tăng”, chị cho biết. Thêm một điểm lợi nữa là việc pha trộn phụ gia diễn ra rất dễ dàng, “chỉ bằng động tác phối trộn trong bồn mà không cần khuấy vì trong quá trình đổ vào thì phụ gia đã tự tan trong bồn, do đó không cần đầu tư trong hệ thống hạ tầng”.

Cả một chặng đường như vậy đã được Phòng thí nghiệm trọng điểm gây dựng lên với tinh thần lúc nào cũng như một startup, “thất bại không biết bao lần mới gặt được kết quả, đi gặp cả nghìn người mới gặp một nhà đầu tư. Tất cả phải đổ mồ hôi chứ thành công không phải tự dưng đến”, GS. Vũ Thị Thu Hà nói.