Một chiếc ô tô vừa có thể di chuyển trên đường vừa góp phần thu gom bụi mịn trong không khí là ý tưởng đang được hiện thực hóa tại Hàn Quốc. Viện Cơ khí và Vật liệu Hàn Quốc (KIMM) đã phát triển công nghệ “ô tô lọc không khí”, sử dụng chính cấu trúc và luồng gió của xe để thu gom bụi mịn khi phương tiện vận hành.
Điểm đáng chú ý là công nghệ không chỉ xử lý bụi mịn trong không khí xung quanh xe mà còn hướng tới một nguồn phát sinh bụi khác thường ít được chú ý hơn: bụi mài mòn phanh.
Theo KIMM, nhóm nghiên cứu do ông Han Bang-woo, Trưởng bộ phận Nghiên cứu Môi trường Đô thị, dẫn đầu đã lắp đặt hệ thống thu bụi trên các mẫu xe thực tế như Carnival và Sonata để kiểm chứng hiệu quả. Kết quả cho thấy xe có thể xử lý khoảng 1.800 m³ không khí mỗi giờ, trong khi ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu được ghi nhận ở mức dưới 1%.
Ô tô trở thành “máy lọc không khí di động”
Ý tưởng của công nghệ mới khá khác biệt so với các hệ thống lọc không khí truyền thống.
Thay vì đưa không khí vào một máy lọc cố định trong nhà, nhóm nghiên cứu tận dụng việc ô tô liên tục di chuyển qua những khu vực có nồng độ bụi khác nhau. Không khí phía trước xe được đưa vào thông qua lưới tản nhiệt, sau đó bụi mịn được tách ra bằng công nghệ lọc tĩnh điện.
Trong hệ thống này, các hạt bụi được tích điện và sau đó bị hút về những tấm thu bụi nhờ lực điện. Nhóm nghiên cứu sử dụng các sợi carbon rất mảnh làm điện cực tích điện, giúp giảm nhu cầu tiêu thụ điện năng.
Một ưu điểm khác là khi xe đang chạy, hệ thống có thể tận dụng luồng gió tự nhiên do chuyển động của xe tạo ra, thay vì phải sử dụng một quạt công suất lớn để hút không khí.
Theo KIMM, thiết kế này giúp hạn chế mức tiêu thụ năng lượng bổ sung và giảm những vấn đề có thể phát sinh từ quá trình lọc tĩnh điện, trong đó có việc tạo ozone. Một số báo cáo về công nghệ cho biết nồng độ ozone phát sinh trong quá trình vận hành được kiểm soát ở mức rất thấp.
Điều này đặc biệt quan trọng nếu công nghệ được ứng dụng trên quy mô lớn, bởi một hệ thống lọc bụi trên ô tô sẽ không mang nhiều ý nghĩa nếu bản thân quá trình lọc lại làm phát sinh một loại chất ô nhiễm khác.
Xe có thể xử lý khoảng 1.800 m³ không khí mỗi giờ
Nhóm nghiên cứu đã lắp đặt thiết bị thu bụi trên các mẫu xe thực tế, trong đó có Kia Carnival và Hyundai Sonata, nhằm đánh giá khả năng hoạt động trong điều kiện gần với sử dụng thực tế.
Theo kết quả được công bố, hệ thống thu bụi dạng lưới tản nhiệt có thể loại bỏ trên 95% PM2.5 và trên 99% nhóm hạt bụi PM2.5-10 ở tốc độ khoảng 30 km/h. Kết quả tương tự được ghi nhận khi xe chạy ở tốc độ 50 km/h.
Một chiếc xe được trang bị hệ thống có thể xử lý khoảng 1.800 m³ không khí mỗi giờ.
Để hình dung quy mô, các nguồn truyền thông Hàn Quốc ví công suất này tương đương khả năng lọc không khí của nhiều máy lọc không khí dân dụng hoạt động trong không gian lớn. Một số bài viết mô tả công suất tương đương khoảng hai máy lọc không khí loại 40 pyeong, trong khi DongA Science quy đổi theo một cách khác thành năng lực lọc tương đương khoảng 87 pyeong.
Tuy nhiên, cần hiểu rằng con số 1.800 m³/giờ là lưu lượng không khí được hệ thống xử lý, không đồng nghĩa với việc một chiếc ô tô có thể làm sạch toàn bộ không khí của một khu phố.
Đây là điểm quan trọng khi đánh giá công nghệ. Tác động thực tế đối với chất lượng không khí đô thị sẽ còn phụ thuộc vào số lượng xe được trang bị, thời gian hoạt động, mật độ phương tiện, nồng độ bụi, điều kiện thời tiết và khả năng duy trì hiệu suất trong thời gian dài.
Bụi phanh: nguồn ô nhiễm vẫn tồn tại ngay cả với xe điện
Một trong những điểm đáng chú ý nhất của công nghệ Hàn Quốc là khả năng xử lý bụi mài mòn phanh.
Xe điện thường được xem là phương tiện có lợi thế về môi trường do không phát thải khí từ động cơ đốt trong khi vận hành. Tuy nhiên, việc chuyển sang xe điện không đồng nghĩa mọi nguồn phát sinh hạt bụi từ phương tiện giao thông đều biến mất.
Trong quá trình xe giảm tốc hoặc dừng lại, má phanh và đĩa phanh vẫn có thể tạo ra bụi do ma sát. Ngoài ra, lốp xe cũng là một nguồn phát sinh các hạt vật chất do quá trình tiếp xúc và mài mòn với mặt đường.
KIMM tập trung xử lý một phần vấn đề này bằng cách đưa bộ thu bụi tới gần vị trí phát sinh bụi phanh.
Thiết bị dạng caliper được lắp phía sau cụm phanh để thu gom các hạt bụi ngay tại nguồn. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu tận dụng một hiện tượng vật lý quan trọng: bụi sinh ra trong quá trình ma sát giữa má phanh và đĩa phanh có thể tự mang điện.
Nhờ đặc tính này, hệ thống có thể dùng lực điện để thu gom bụi mà không cần bổ sung một hệ thống hút công suất lớn.
Thu được 22,2 mg bụi phanh sau mỗi km
Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống thu bụi phanh có thể thu gom khoảng 22,2 mg bụi mài mòn phanh trên mỗi km trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn.
Nếu quy đổi theo quãng đường 450 km, lượng bụi thu gom được vào khoảng 10 g.
Con số này cho thấy hướng tiếp cận của nhóm nghiên cứu không chỉ nhằm “lọc không khí” sau khi bụi đã phát tán, mà còn cố gắng can thiệp ngay tại nguồn phát sinh.
Đây là khác biệt quan trọng.
Nếu bụi phanh đã phát tán ra môi trường, việc thu gom sẽ khó hơn rất nhiều vì các hạt bụi có thể bị gió phát tán hoặc hòa vào lớp bụi đường. Trong khi đó, việc đặt thiết bị gần cụm phanh có thể tạo điều kiện thu gom trực tiếp hơn.
Công nghệ này cũng có ý nghĩa trong bối cảnh các tiêu chuẩn môi trường đối với phương tiện giao thông ngày càng mở rộng sang những nguồn phát thải không đến từ ống xả.
Xe điện không có nghĩa là hoàn toàn không tạo bụi
Sự phát triển của xe điện đang làm thay đổi ngành công nghiệp ô tô, nhưng vấn đề bụi từ phương tiện giao thông vẫn còn.
Một chiếc xe điện không sử dụng động cơ đốt trong nên không phát thải khí xả theo cách của xe chạy xăng hoặc diesel. Tuy nhiên, xe vẫn sử dụng lốp, hệ thống phanh và tiếp xúc thường xuyên với mặt đường.
Đặc biệt, khi phương tiện có trọng lượng lớn, quá trình mài mòn lốp và phanh có thể tiếp tục tạo ra các hạt vật chất.
Do đó, các công nghệ thu gom bụi phanh như KIMM phát triển có thể trở thành một hướng bổ sung cho quá trình điện hóa giao thông.
Nói cách khác, tương lai của giao thông sạch không chỉ nằm ở việc thay thế động cơ đốt trong bằng mô-tơ điện mà còn có thể bao gồm việc kiểm soát những nguồn bụi không phải khí thải.
Công nghệ có ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu?
Một trong những câu hỏi quan trọng đối với bất kỳ thiết bị bổ sung nào trên ô tô là liệu nó có làm tăng lực cản hoặc tiêu hao năng lượng hay không.
Nhóm nghiên cứu KIMM đã thử nghiệm vấn đề này trên các xe được trang bị thiết bị lọc bụi.
Kết quả cho thấy mức thay đổi về hiệu suất nhiên liệu của Carnival và Sonata đều nằm trong phạm vi dưới 1%. Yonhap dẫn KIMM cho biết mức thay đổi trước và sau khi lắp đặt thiết bị ở cả hai mẫu xe đều dưới 1%.
Một số nguồn đưa ra các con số cụ thể hơn, như mức giảm khoảng 0,77% trên Carnival và 0,07% trên Sonata trong thử nghiệm. Những mức thay đổi này được nhóm nghiên cứu đánh giá là rất nhỏ và nằm trong phạm vi sai số thử nghiệm.
Lý do là hệ thống không phụ thuộc vào một quạt hút công suất lớn để liên tục đưa không khí qua bộ lọc.
Thay vào đó, khi xe chạy, luồng gió tự nhiên được tạo ra bởi chuyển động của xe được tận dụng để đưa không khí qua hệ thống thu bụi.
Không chỉ lọc khi xe đang chạy
Một điểm khác trong công nghệ KIMM là khả năng mở rộng chức năng lọc không khí khi xe đang đỗ.
Hệ thống được phát triển với ba nhóm công nghệ chính gồm thu bụi dạng lưới tản nhiệt, thu bụi dạng caliper và truyền điện không dây phục vụ lọc không khí khi xe đỗ.
Tại những vị trí đỗ được trang bị hệ thống cấp điện không dây phù hợp, xe có thể kích hoạt quạt tản nhiệt để tiếp tục xử lý không khí xung quanh ngay cả khi không di chuyển.
Nếu được phát triển hoàn thiện, điều này có thể biến ô tô thành một dạng thiết bị lọc không khí di động có khả năng hoạt động ở nhiều trạng thái khác nhau.
Tuy nhiên, đây vẫn là công nghệ đang trong quá trình phát triển và cần thêm các thử nghiệm thực tế trước khi có thể đánh giá đầy đủ hiệu quả trên quy mô đô thị.
Từ xe Carnival, Sonata đến khả năng ứng dụng rộng hơn
Việc nhóm nghiên cứu lắp đặt thiết bị trên nhiều mẫu xe là bước quan trọng bởi cấu trúc đầu xe, hệ thống làm mát và khoang bánh của mỗi loại phương tiện có thể khác nhau.
Một công nghệ hoạt động tốt trên một mẫu xe chưa chắc có thể được tích hợp trực tiếp vào tất cả các dòng xe.
KIMM cho biết nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục đánh giá hiệu suất trong điều kiện đường thực tế và kiểm tra độ bền trong thời gian dài. Đây là hai yếu tố quan trọng trước khi công nghệ có thể tiến tới giai đoạn thương mại hóa rộng rãi.
Nhóm nghiên cứu cũng đã công bố các kết quả liên quan trên những tạp chí quốc tế như Atmosphere và Tribology International, đồng thời nộp đơn đăng ký sáng chế tại Hàn Quốc, Mỹ, Đức và một số quốc gia khác.
Liệu ô tô có thể thực sự giúp giảm bụi mịn trong thành phố?
Đây là câu hỏi lớn nhất đối với công nghệ mới.
Kết quả thử nghiệm cho thấy thiết bị có hiệu suất thu bụi cao trong các điều kiện được kiểm tra. Nhưng từ hiệu suất của một chiếc xe trong phòng thử nghiệm hoặc điều kiện kiểm soát đến khả năng giảm nồng độ bụi trên quy mô toàn thành phố là hai vấn đề hoàn toàn khác nhau.
Để đánh giá tác động thực tế, cần biết có bao nhiêu xe được trang bị, chúng hoạt động bao nhiêu giờ mỗi ngày, thường xuyên di chuyển ở khu vực nào và tổng lượng bụi được thu gom là bao nhiêu.
Ngoài ra, bụi trong đô thị đến từ nhiều nguồn khác nhau như giao thông, xây dựng, công nghiệp, hoạt động dân sinh và điều kiện tự nhiên. Vì vậy, ô tô lọc không khí chỉ có thể được xem là một giải pháp bổ sung, chứ chưa thể thay thế các chính sách kiểm soát nguồn phát thải khác.
Chính nhóm nghiên cứu cũng cho biết cần tiếp tục kiểm chứng hiệu quả trong điều kiện đường thực tế và độ bền vận hành lâu dài.
Công nghệ mới có thể mở ra hướng đi cho “giao thông chủ động làm sạch không khí”
Điểm đặc biệt của công nghệ do KIMM phát triển nằm ở cách tiếp cận: thay vì coi phương tiện giao thông chỉ là nguồn phát sinh ô nhiễm cần kiểm soát, chiếc xe có thể trở thành một phần của hệ thống xử lý môi trường.
Trong tương lai, nếu công nghệ được tối ưu về chi phí, kích thước, độ bền và khả năng bảo trì, những chiếc xe di chuyển liên tục trong các khu vực đông dân cư có thể đồng thời thu gom một phần bụi mịn trên tuyến đường.
Đặc biệt, khả năng xử lý bụi phanh tại nguồn có thể trở nên quan trọng khi các tiêu chuẩn môi trường đối với phương tiện ngày càng nghiêm ngặt. KIMM cho biết công nghệ này có thể góp phần ứng phó với các quy định môi trường mới, trong đó bụi phanh ngày càng được chú ý.
Tuy nhiên, từ một công nghệ thử nghiệm đến sản phẩm thương mại vẫn còn nhiều bước. Độ bền của bộ thu bụi, khả năng tích tụ bụi, việc vệ sinh hoặc thay thế bộ phận thu gom, chi phí sản xuất và hiệu quả trong các điều kiện thời tiết khác nhau đều cần được đánh giá.
Đáng chú ý hơn, hệ thống còn hướng tới việc thu giữ bụi phanh ngay tại nguồn. Đây là vấn đề ngày càng được quan tâm khi quá trình chuyển đổi sang xe điện khiến trọng tâm kiểm soát ô nhiễm giao thông dần mở rộng từ khí thải động cơ sang các nguồn phát sinh hạt bụi khác.
Dù vậy, hiệu quả trên quy mô thành phố vẫn cần được kiểm chứng thêm. Công nghệ mới hiện mới được thử nghiệm trên một số mẫu xe và trong các điều kiện cụ thể. Khả năng thương mại hóa sẽ phụ thuộc vào độ bền, chi phí, khả năng tích hợp vào nhiều loại phương tiện và hiệu suất trong điều kiện giao thông thực tế.
Nếu những vấn đề này được giải quyết, chiếc ô tô trong tương lai có thể không chỉ là phương tiện đưa con người từ nơi này đến nơi khác mà còn trở thành một thiết bị xử lý môi trường di động, góp thêm một lớp giải pháp cho bài toán ô nhiễm không khí đô thị.
Câu hỏi về ô tô có thể lọc bụi mịn khi chạy
Ô tô lọc không khí của Hàn Quốc hoạt động như thế nào?
Thiết bị sử dụng hệ thống thu bụi đặt tại lưới tản nhiệt. Bụi mịn đi vào cùng luồng không khí được tích điện và sau đó bị hút vào các tấm thu bụi bằng lực điện. Khi xe chạy, hệ thống tận dụng luồng gió tự nhiên thay vì cần một quạt hút công suất lớn.
Công nghệ có lọc được PM2.5 không?
Có. Theo kết quả thử nghiệm được công bố, hệ thống thu bụi dạng lưới tản nhiệt loại bỏ trên 95% PM2.5 ở tốc độ 30 km/h và duy trì mức hiệu suất tương tự ở 50 km/h trong điều kiện thử nghiệm.
Một chiếc xe có thể lọc bao nhiêu không khí?
Theo nhóm nghiên cứu, một chiếc xe được trang bị hệ thống có thể xử lý khoảng 1.800 m³ không khí mỗi giờ. Đây là lưu lượng không khí được hệ thống xử lý, không có nghĩa toàn bộ không khí của khu vực xung quanh xe được làm sạch.
Xe điện có cần công nghệ thu bụi phanh không?
Có thể vẫn cần. Xe điện không tạo khí thải động cơ khi vận hành, nhưng bụi do mài mòn phanh và lốp vẫn có thể phát sinh. Công nghệ của KIMM tập trung vào việc thu gom bụi phanh ngay tại vị trí phát sinh.
Hệ thống có làm xe tốn nhiên liệu hơn không?
Các thử nghiệm trên Carnival và Sonata cho thấy mức thay đổi hiệu suất nhiên liệu dưới 1%. KIMM cho biết kết quả nằm trong phạm vi ảnh hưởng rất nhỏ của hệ thống đối với mức tiêu hao năng lượng.
Công nghệ đã được thương mại hóa chưa?
Chưa nên xem đây là công nghệ đã được triển khai đại trà. KIMM cho biết nhóm nghiên cứu vẫn cần tiếp tục kiểm chứng hiệu suất trong điều kiện đường thực tế và độ bền lâu dài trước khi hoàn thiện công nghệ.
Ô tô tương lai có thể vừa di chuyển vừa xử lý ô nhiễm?
Công nghệ “ô tô lọc không khí” của Hàn Quốc mở ra một hướng tiếp cận đáng chú ý đối với bài toán bụi mịn đô thị. Thay vì chỉ giảm lượng ô nhiễm do xe tạo ra, phương tiện có thể được thiết kế để thu gom một phần bụi từ chính môi trường xung quanh trong quá trình di chuyển.
