Ký ức nhà khoa học

Chuyện về một đề tài gắn với thực tiễn

Năm 1989, ông Mai Văn Thanh được cử đi chuyên gia ở Algerie, giảng dạy môn công nghệ dầu mỏ tại khoa Công nghệ hóa học, trường Đại học Tổng hợp Bejaia. Trong quá trình giảng dạy, ông luôn trăn trở về việc ứng dụng những lý thuyết trong bài giảng vào thực tế Việt Nam. Ông đặc biệt quan tâm đến phần bảo quản xăng dầu. Sự bay hơi của xăng không những làm tổn thất kinh tế, ô nhiễm môi trường mà còn làm giảm chất lượng của xăng. Vì vậy, việc làm giảm tổn hao xăng do bay hơi được nhiều quốc gia quan tâm. Hướng chung là cải tiến cấu trúc của bồn bể, cách ly bồn bể với môi trường, dùng phao để giảm thể tích khoảng không, dùng sơn phản nhiệt,… Trong các giải pháp đó thì việc sử dụng sơn phản nhiệt mặt trời có nhiều ưu việt hơn cả do tính đơn giản, chi phí thấp, có thể tiến hành bảo dưỡng khi bồn đang hoạt động mà hiệu quả hoàn toàn không thấp hơn các phương pháp khác. Việt Nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, mùa hè có nơi nhiệt độ môi trường lên tới trên 400C, trong khi xăng có nhiệt độ bắt đầu sôi thấp (40-410C) nên lượng xăng bị tổn thất do bay hơi trong quá trình bảo quản, vận chuyển là rất lớn.

Năm 1994, khi kết thúc nhiệm kỳ chuyên gia giáo dục tại Algerie, ông Mai Văn Thanh về nước tiếp tục làm việc tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia[1]. Khi tìm hiểu tình hình thực tế, ông thấy rằng hầu hết các kho xăng dầu trong nước không dùng sơn phản nhiệt mặt trời mà dùng sơn nhũ nhôm để sơn mặt ngoài các bồn. Có một vài đơn vị dùng sơn phản nhiệt nhập từ Úc nhưng không chịu được khí hậu nhiệt đới ẩm nên sau thời gian ngắn sơn bị hóa phấn nặng. Ở thời điểm đó không có cơ sở nào trong nước sản xuất sơn phản nhiệt mặt trời. 

Năm 1996, PGS Mai Văn Thanh chính thức đăng ký với Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia đề tài “Nghiên cứu chế tạo và sử dụng hệ sơn phản nhiệt mặt trời”. Được Trung tâm phê duyệt, với thời gian thực hiện trong ba năm và mỗi năm đề tài được cấp kinh phí là 15 triệu đồng. Nhóm nghiên cứu gồm ông Mai Văn Thanh (Chủ nhiệm đề tài) và hai cán bộ cùng phòng Nghiên cứu khoa học Hóa cao phân tử, Viện Kỹ thuật nhiệt đới là KS Hoàng Ngọc Tảo và KS Trịnh Văn Thành. Qua sự giới thiệu của một số học trò cũ ở trường Đại học Bách khoa Hà Nội, PGS Mai Văn Thanh đến Xí nghiệp Kho vận xăng dầu K130 ở Quảng Ninh thuộc Công ty xăng dầu B12 khảo sát. Xí nghiệp đã cung cấp cho ông nhiều số liệu về tổn hao xăng dầu, nhiệt độ mái bồn, thân bồn trong một ngày. Ông Nguyễn Oánh, Giám đốc Công ty xăng dầu B12 đặt ra hai vấn đề mà các xí nghiêp xăng dầu gặp phải. Thứ nhất, xăng dầu trong quá trình vận chuyển đã bị lẫn nước biển nên khi đưa về các bồn chứa, nước biển sẽ lắng ở dưới khiến đáy bồn dần bị ăn mòn, có bồn chứa đã bị thủng.Thứ hai, nhiệt độ bồn đựng xăng cao dẫn tới xăng bị bay hơi.

Sau tìm hiểu thực tế, nhóm nghiên cứu tiến hành tham khảo các tài liệu liên quan đến quá trình chế tạo sơn phản nhiệt, tìm nguyên liệu sao cho phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam. Đã từng thực hiện một số đề tài liên quan đến chế tạo sơn như: Sơn cách điện chịu nhiệt cấp B trên cơ sở Cresolfformaldehyde và nhựa Alkyde; Sơn tẩm cách điện trên cơ sở cardanolformaldehyde biến tính,… nên Chủ nhiệm đề tài Mai Văn Thanh bắt tay vào công việc khá thuận lợi. Hệ sơn phản nhiệt mặt trời mà nhóm nghiên cứu, chế tạo gồm hai phần: Sơn lót và Sơn phản nhiệt. Lớp sơn lót có nhiệm vụ chống ăn mòn kim loại, gồm hai thành phần: nhựa alkyd Urethane biến tính một thành phần là chất kết dính; chất ức chế ăn mòn silica canxi được nghiên cứu chế tạo từ silicagel và Ca(OH)2. Nó hoạt động theo cơ chế trao đổi ion nên phản ứng trao đổi diễn ra từ từ, màng sơn không bị bong rộp. Lớp sơn phản nhiệt có hai thành phần chủ yếu gồm chất kết dính và hạt silica tổng hợp. Về chất kết dính, ông thấy rằng vật liệu đầu tiên phù hợp với kiểu khí hậu nhiệt đới gió mùa như Việt Nam lại có tính chịu nhiệt cao là silicon tuy nhiên giá thành cao nên việc đưa vào sơn là không khả thi. Bởi vậy, các thành viên trong đề tài quyết định lựa chọn polymer hữu cơ làm chất kết dính. Khi tìm hiểu, nhóm nghiên cứu thấy Polymer dòng Acrylic trong suốt, chịu tác động của thời tiết tốt hơn nên phù hợp với yêu cầu của sơn phản nhiệt. Qua quá trình nghiên cứu tính hấp thụ nước và tham khảo tài liệu, giữa các loại Polymer Acrylate như FLG 54, 64, 46…, nhóm chọn Polymer Acrylate FLG 46 làm chất kết dính cho lớp sơn phủ phản nhiệt mặt trời. Thành phần thứ hai của sơn phản nhiệt là silica tổng hợp được sản xuất bằng cách phân tán các hạt bột mầu trắng trong môi trường silica gel[2]. Cấu trúc lỗ của silica tổng hợp có thể làm tăng tính phản xạ các tia tán xạ trong lớp sơn phủ.Bản thân, sơn có bột màu trắng có khả năng phản xạ 80% ánh sáng trắng, tính phản xạ  được tăng lên 95-98% khi có các hạt silica bột màu trắng[3], PGS Mai Văn Thanh chia sẻ.

PGS.TS Mai Văn Thanh trong buổi làm việc, ngày 14-6-2019

Ngày 7-9-1998, căn cứ kết quả nghiệm thu trên thực tế đó, Giám đốc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia đã ký quyết định cho phép phát triển đề tài “Nghiên cứu chế tạo và sử dụng hệ sơn phản nhiệt mặt trời” thành dự án “Hoàn thiện công nghệ sản xuất sơn dùng trong công nghiệp xăng dầu”. Trong khuôn khổ dự án, các ông mở xưởng, thuê công nhân sản xuất khoảng 30 tấn sơn để sử dụng ở một số cơ sở như: Xí nghiệp Xăng dầu B12, Công ty Xăng dầu khu vực 3 (Hải Phòng), Công ty Xăng dầu khu vực 5 (Đà Nẵng), Công ty Xăng dầu Thừa thiên Huế, Công ty vật tư Tổng hợp Quảng Bình, Kho 101 Bộ đội Biên phòng, Xí nghiệp Xăng dầu Cát Lái (TP Hồ Chí Minh), Xí nghiệp xăng dầu Cái Mép, Kho xăng Cam Ranh… Tuy nhiên, việc đưa một sản phẩm từ phòng thí nghiệm ra thực tế không hề dễ dàng. Như PGS Mai Văn Thanh chia sẻ: Làm trong phòng thí nghiệm mệt về đầu còn ra ngoài hiện trường thì mệt tay chân. Thời gian đầu đi thuyết phục các xí nghiệp xăng dầu sử dụng sơn của mình rất khó. Họ không tin tưởng nên không chi tiền để mua. Chúng tôi phải tự bỏ tiền để sản xuất sơn, thuê nhân công để họ cho sơn thử. Ông Mai Văn Thanh và ông Trịnh Văn Thành phải thay nhau đến từng xí nghiệp xăng dầu để tiếp thị sản phẩm của dự án. Khi thi công, ông Thanh trực tiếp ra hiện trường, ông luôn chủ động “lăn xả” làm việc cùng các công nhân. Ông hướng dẫn họ từ cách xử lý bề mặt bồn chứa sao cho sạch, cách sơn như thế nào để đảm bảo hiệu quả. May mắn, trong quá trình làm việc, ông Thanh đã thuê được một người thợ khá chuyên nghiệp là Trần Trọng Đông. Ông Đông đã gắn bó với nhóm nghiên cứu trong hơn 10 năm triển khai ứng dụng sơn phản nhiệt mặt trời PNA96.Tháng 2-1998, sau hơn hai năm khảo sát, nghiên cứu làm việc miệt mài ở phòng thí nghiệm, nhóm thực hiện đề tài hoàn thành việc chế tạo sơn phản nhiệt mặt trời PNA96. Chế phẩm được sơn thử nghiệm sơn mặt ngoài các bồn chứa xăng tại Xí nghiệp Kho vận xăng dầu K130. So với bồn dùng sơn nhũ nhôm, bồn dùng sơn phản nhiệt mang lại hiệu quả rất tốt: giảm nhiệt độ mái từ 10-14oC, nhiệt độ khoảng không giảm từ 10-15,5oC, nhiệt độ trong lòng xăng giảm từ 5-9,7oC, nhiệt độ mặt thoáng 3.5-4.5oC, giảm được 2/3 lượng xăng tổn hao do bay hơi.

Trong quá trình triển khai ứng dụng, nhóm nghiên cứu vẫn phải tiếp tục hoàn thiện một số hạn chế trong sản phẩm của mình, như vấn đề sơn thành phẩm sau một thời gian thì có hiện tượng các hạt bột màu liên kết lại với nhau, lắng xuống đáy thùng. Khi muốn sơn phải dùng xà beng cạy lên rồi khuấy đều. Ông Thanh hiểu rằng các hạt này có điện tích trái chiều nên hút nhau, trước sản xuất hộp nhỏ thì điện tích không đáng kể nay hộp to hơn nên mới bị kết dính thành mảng. Ông Tảo phụ trách việc tìm ra phương pháp làm mất điện tích của các hạt để loại bỏ tính kết dính. Sau 4 năm tiếp tục nghiên cứu các ông mới khắc phục được tình trạng này.

Năm 2001, nhóm nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu chế tạo và sử dụng hệ sơn phản nhiệt” đã được Liên hiệp Hội Khoa học và kỹ thuật trao tặng giải thưởng Sáng tạo Khoa học công nghệ Việt Nam (Vifotec). Đó là sự động viên to lớn với PGS Mai Văn Thanh và các cộng sự để các ông tiếp tục nghiên cứu, sản xuất đưa sơn phản nhiệt mặt trời PNA96 đến với người tiêu dùng.

Công việc nghiên cứu và triển khai ứng dụng sơn phản nhiệt mặt trời PNA96 là một hành trình đầy gian nan, vất vả. Sơn PNA96 do PGS Mai Văn Thanh và hai cộng sự nghiên cứu, sản xuất, đến nay vẫn có tác dụng đáng kể trong việc giảm tổn hao xăng do bay hơi ở điều kiện Việt Nam, góp phần bảo vệ môi trường và đảm bảo giá trị về kinh tế. Đề tài có thể tiếp tục nghiên cứu để mở rộng ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác như kho tàng, tầu chở dầu, công nghiệp xây dựng.

Lê Thị Lợi

Kể chuyện hiện vật

Chuyện về một đề tài gắn với thực tiễn

Năm 1989, ông Mai Văn Thanh được cử đi chuyên gia ở Algerie, giảng dạy môn công nghệ dầu mỏ tại khoa Công nghệ hóa học, trường Đại học Tổng hợp Bejaia. Trong quá trình giảng dạy, ông luôn trăn trở về việc ứng dụng những lý thuyết trong bài giảng vào thực tế Việt Nam. Ông đặc biệt quan tâm đến phần bảo quản xăng dầu. Sự bay hơi của xăng không những làm tổn thất kinh tế, ô nhiễm môi trường mà còn làm giảm chất lượng của xăng. Vì vậy, việc làm giảm tổn hao xăng do bay hơi được nhiều quốc gia quan tâm. Hướng chung là cải tiến cấu trúc của bồn bể, cách ly bồn bể với môi trường, dùng phao để giảm thể tích khoảng không, dùng sơn phản nhiệt,… Trong các giải pháp đó thì việc sử dụng sơn phản nhiệt mặt trời có nhiều ưu việt hơn cả do tính đơn giản, chi phí thấp, có thể tiến hành bảo dưỡng khi bồn đang hoạt động mà hiệu quả hoàn toàn không thấp hơn các phương pháp khác. Việt Nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, mùa hè có nơi nhiệt độ môi trường lên tới trên 400C, trong khi xăng có nhiệt độ bắt đầu sôi thấp (40-410C) nên lượng xăng bị tổn thất do bay hơi trong quá trình bảo quản, vận chuyển là rất lớn.

Năm 1994, khi kết thúc nhiệm kỳ chuyên gia giáo dục tại Algerie, ông Mai Văn Thanh về nước tiếp tục làm việc tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia[1]. Khi tìm hiểu tình hình thực tế, ông thấy rằng hầu hết các kho xăng dầu trong nước không dùng sơn phản nhiệt mặt trời mà dùng sơn nhũ nhôm để sơn mặt ngoài các bồn. Có một vài đơn vị dùng sơn phản nhiệt nhập từ Úc nhưng không chịu được khí hậu nhiệt đới ẩm nên sau thời gian ngắn sơn bị hóa phấn nặng. Ở thời điểm đó không có cơ sở nào trong nước sản xuất sơn phản nhiệt mặt trời. 

Năm 1996, PGS Mai Văn Thanh chính thức đăng ký với Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia đề tài “Nghiên cứu chế tạo và sử dụng hệ sơn phản nhiệt mặt trời”. Được Trung tâm phê duyệt, với thời gian thực hiện trong ba năm và mỗi năm đề tài được cấp kinh phí là 15 triệu đồng. Nhóm nghiên cứu gồm ông Mai Văn Thanh (Chủ nhiệm đề tài) và hai cán bộ cùng phòng Nghiên cứu khoa học Hóa cao phân tử, Viện Kỹ thuật nhiệt đới là KS Hoàng Ngọc Tảo và KS Trịnh Văn Thành. Qua sự giới thiệu của một số học trò cũ ở trường Đại học Bách khoa Hà Nội, PGS Mai Văn Thanh đến Xí nghiệp Kho vận xăng dầu K130 ở Quảng Ninh thuộc Công ty xăng dầu B12 khảo sát. Xí nghiệp đã cung cấp cho ông nhiều số liệu về tổn hao xăng dầu, nhiệt độ mái bồn, thân bồn trong một ngày. Ông Nguyễn Oánh, Giám đốc Công ty xăng dầu B12 đặt ra hai vấn đề mà các xí nghiêp xăng dầu gặp phải. Thứ nhất, xăng dầu trong quá trình vận chuyển đã bị lẫn nước biển nên khi đưa về các bồn chứa, nước biển sẽ lắng ở dưới khiến đáy bồn dần bị ăn mòn, có bồn chứa đã bị thủng.Thứ hai, nhiệt độ bồn đựng xăng cao dẫn tới xăng bị bay hơi.

Sau tìm hiểu thực tế, nhóm nghiên cứu tiến hành tham khảo các tài liệu liên quan đến quá trình chế tạo sơn phản nhiệt, tìm nguyên liệu sao cho phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam. Đã từng thực hiện một số đề tài liên quan đến chế tạo sơn như: Sơn cách điện chịu nhiệt cấp B trên cơ sở Cresolfformaldehyde và nhựa Alkyde; Sơn tẩm cách điện trên cơ sở cardanolformaldehyde biến tính,… nên Chủ nhiệm đề tài Mai Văn Thanh bắt tay vào công việc khá thuận lợi. Hệ sơn phản nhiệt mặt trời mà nhóm nghiên cứu, chế tạo gồm hai phần: Sơn lót và Sơn phản nhiệt. Lớp sơn lót có nhiệm vụ chống ăn mòn kim loại, gồm hai thành phần: nhựa alkyd Urethane biến tính một thành phần là chất kết dính; chất ức chế ăn mòn silica canxi được nghiên cứu chế tạo từ silicagel và Ca(OH)2. Nó hoạt động theo cơ chế trao đổi ion nên phản ứng trao đổi diễn ra từ từ, màng sơn không bị bong rộp. Lớp sơn phản nhiệt có hai thành phần chủ yếu gồm chất kết dính và hạt silica tổng hợp. Về chất kết dính, ông thấy rằng vật liệu đầu tiên phù hợp với kiểu khí hậu nhiệt đới gió mùa như Việt Nam lại có tính chịu nhiệt cao là silicon tuy nhiên giá thành cao nên việc đưa vào sơn là không khả thi. Bởi vậy, các thành viên trong đề tài quyết định lựa chọn polymer hữu cơ làm chất kết dính. Khi tìm hiểu, nhóm nghiên cứu thấy Polymer dòng Acrylic trong suốt, chịu tác động của thời tiết tốt hơn nên phù hợp với yêu cầu của sơn phản nhiệt. Qua quá trình nghiên cứu tính hấp thụ nước và tham khảo tài liệu, giữa các loại Polymer Acrylate như FLG 54, 64, 46…, nhóm chọn Polymer Acrylate FLG 46 làm chất kết dính cho lớp sơn phủ phản nhiệt mặt trời. Thành phần thứ hai của sơn phản nhiệt là silica tổng hợp được sản xuất bằng cách phân tán các hạt bột mầu trắng trong môi trường silica gel[2]. Cấu trúc lỗ của silica tổng hợp có thể làm tăng tính phản xạ các tia tán xạ trong lớp sơn phủ.Bản thân, sơn có bột màu trắng có khả năng phản xạ 80% ánh sáng trắng, tính phản xạ  được tăng lên 95-98% khi có các hạt silica bột màu trắng[3], PGS Mai Văn Thanh chia sẻ.

PGS.TS Mai Văn Thanh trong buổi làm việc, ngày 14-6-2019

Ngày 7-9-1998, căn cứ kết quả nghiệm thu trên thực tế đó, Giám đốc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia đã ký quyết định cho phép phát triển đề tài “Nghiên cứu chế tạo và sử dụng hệ sơn phản nhiệt mặt trời” thành dự án “Hoàn thiện công nghệ sản xuất sơn dùng trong công nghiệp xăng dầu”. Trong khuôn khổ dự án, các ông mở xưởng, thuê công nhân sản xuất khoảng 30 tấn sơn để sử dụng ở một số cơ sở như: Xí nghiệp Xăng dầu B12, Công ty Xăng dầu khu vực 3 (Hải Phòng), Công ty Xăng dầu khu vực 5 (Đà Nẵng), Công ty Xăng dầu Thừa thiên Huế, Công ty vật tư Tổng hợp Quảng Bình, Kho 101 Bộ đội Biên phòng, Xí nghiệp Xăng dầu Cát Lái (TP Hồ Chí Minh), Xí nghiệp xăng dầu Cái Mép, Kho xăng Cam Ranh… Tuy nhiên, việc đưa một sản phẩm từ phòng thí nghiệm ra thực tế không hề dễ dàng. Như PGS Mai Văn Thanh chia sẻ: Làm trong phòng thí nghiệm mệt về đầu còn ra ngoài hiện trường thì mệt tay chân. Thời gian đầu đi thuyết phục các xí nghiệp xăng dầu sử dụng sơn của mình rất khó. Họ không tin tưởng nên không chi tiền để mua. Chúng tôi phải tự bỏ tiền để sản xuất sơn, thuê nhân công để họ cho sơn thử. Ông Mai Văn Thanh và ông Trịnh Văn Thành phải thay nhau đến từng xí nghiệp xăng dầu để tiếp thị sản phẩm của dự án. Khi thi công, ông Thanh trực tiếp ra hiện trường, ông luôn chủ động “lăn xả” làm việc cùng các công nhân. Ông hướng dẫn họ từ cách xử lý bề mặt bồn chứa sao cho sạch, cách sơn như thế nào để đảm bảo hiệu quả. May mắn, trong quá trình làm việc, ông Thanh đã thuê được một người thợ khá chuyên nghiệp là Trần Trọng Đông. Ông Đông đã gắn bó với nhóm nghiên cứu trong hơn 10 năm triển khai ứng dụng sơn phản nhiệt mặt trời PNA96.Tháng 2-1998, sau hơn hai năm khảo sát, nghiên cứu làm việc miệt mài ở phòng thí nghiệm, nhóm thực hiện đề tài hoàn thành việc chế tạo sơn phản nhiệt mặt trời PNA96. Chế phẩm được sơn thử nghiệm sơn mặt ngoài các bồn chứa xăng tại Xí nghiệp Kho vận xăng dầu K130. So với bồn dùng sơn nhũ nhôm, bồn dùng sơn phản nhiệt mang lại hiệu quả rất tốt: giảm nhiệt độ mái từ 10-14oC, nhiệt độ khoảng không giảm từ 10-15,5oC, nhiệt độ trong lòng xăng giảm từ 5-9,7oC, nhiệt độ mặt thoáng 3.5-4.5oC, giảm được 2/3 lượng xăng tổn hao do bay hơi.

Trong quá trình triển khai ứng dụng, nhóm nghiên cứu vẫn phải tiếp tục hoàn thiện một số hạn chế trong sản phẩm của mình, như vấn đề sơn thành phẩm sau một thời gian thì có hiện tượng các hạt bột màu liên kết lại với nhau, lắng xuống đáy thùng. Khi muốn sơn phải dùng xà beng cạy lên rồi khuấy đều. Ông Thanh hiểu rằng các hạt này có điện tích trái chiều nên hút nhau, trước sản xuất hộp nhỏ thì điện tích không đáng kể nay hộp to hơn nên mới bị kết dính thành mảng. Ông Tảo phụ trách việc tìm ra phương pháp làm mất điện tích của các hạt để loại bỏ tính kết dính. Sau 4 năm tiếp tục nghiên cứu các ông mới khắc phục được tình trạng này.

Năm 2001, nhóm nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu chế tạo và sử dụng hệ sơn phản nhiệt” đã được Liên hiệp Hội Khoa học và kỹ thuật trao tặng giải thưởng Sáng tạo Khoa học công nghệ Việt Nam (Vifotec). Đó là sự động viên to lớn với PGS Mai Văn Thanh và các cộng sự để các ông tiếp tục nghiên cứu, sản xuất đưa sơn phản nhiệt mặt trời PNA96 đến với người tiêu dùng.

Công việc nghiên cứu và triển khai ứng dụng sơn phản nhiệt mặt trời PNA96 là một hành trình đầy gian nan, vất vả. Sơn PNA96 do PGS Mai Văn Thanh và hai cộng sự nghiên cứu, sản xuất, đến nay vẫn có tác dụng đáng kể trong việc giảm tổn hao xăng do bay hơi ở điều kiện Việt Nam, góp phần bảo vệ môi trường và đảm bảo giá trị về kinh tế. Đề tài có thể tiếp tục nghiên cứu để mở rộng ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác như kho tàng, tầu chở dầu, công nghiệp xây dựng.

Lê Thị Lợi