Việc hiểu rõ các nhóm dầu gốc không chỉ giúp lựa chọn sản phẩm phù hợp với thiết bị mà còn giúp tối ưu hóa chi phí và hiệu suất vận hành. API đã phân loại dầu gốc thành 5 nhóm chính dựa trên quy trình sản xuất và các đặc tính hóa lý.

Nhóm I (Group I): Dầu gốc khoáng truyền thống

Dầu gốc Nhóm I được sản xuất bằng công nghệ chiết tách dung môi (solvent-refining). Đây là quy trình đơn giản nhất nhằm loại bỏ các cấu trúc hóa học yếu (như các vòng thơm) khỏi dầu thô.

Đặc tính kỹ thuật:

• Hàm lượng bão hòa (Saturates): < 90%

• Hàm lượng lưu huỳnh (Sulfur): > 0,03%

• Chỉ số độ nhớt (VI): 80 đến 120 (thường nằm trong khoảng 90-105).

Ưu điểm:

• Giá thành rẻ: Quy trình sản xuất đơn giản nhất.

• Khả năng hòa tan tốt: Có khả năng hòa tan các chất phụ gia rất tốt nhờ các cấu trúc phân tử không bão hòa còn sót lại.

• Khả năng bảo quản: Rất tốt cho các ứng dụng bôi trơn tĩnh hoặc các thiết bị cũ không yêu cầu khắt khe về nhiệt độ.

Nhược điểm:

• Độ bền oxy hóa thấp: Dễ bị phân hủy và tạo cặn bùn khi hoạt động ở nhiệt độ cao.

• Biến đổi theo nhiệt độ: Dầu nhanh chóng bị loãng khi nóng và đặc lại khi lạnh (chỉ số VI thấp).

• Chứa tạp chất: Hàm lượng lưu huỳnh cao có thể gây hại trong một số môi trường nhạy cảm. 

Đây là loại dầu có giá thành rẻ nhất nhờ quy trình sản xuất đơn giản. Tuy nhiên, do còn chứa nhiều tạp chất và lưu huỳnh, dầu Nhóm I thường có màu từ hổ phách đến nâu vàng, khả năng chống oxy hóa kém hơn các nhóm cao hơn. Chúng hoạt động tốt nhất trong khoảng nhiệt độ từ 0°C đến 65°C (32 - 150°F)

Nhóm II (Group II): Dầu gốc khoáng cải tiến 

Nhóm II được sản xuất bằng công nghệ hydrocracking (xử lý bằng hydro). Thay vì chỉ chiết tách tạp chất, quy trình này sử dụng khí hydro để bẻ gãy và sắp xếp lại các phân tử hydrocarbon. 

Đặc tính kỹ thuật:

• Hàm lượng bão hòa: > 90%

• Hàm lượng lưu huỳnh: < 0,03%

• Chỉ số độ nhớt: 80 đến 120. 

Ưu điểm:

• Độ tinh khiết cao: Ít tạp chất, màu trong suốt, chống oxy hóa tốt hơn hẳn Nhóm I.

• Tuổi thọ cao: Nhờ quy trình hydrocracking, dầu ổn định hơn dưới tác động của nhiệt.

• Hiệu quả chi phí: Hiệu suất vượt trội so với Nhóm I nhưng giá thành vẫn rất cạnh tranh. 

Nhược điểm:

• Hòa tan phụ gia trung bình: Do đã loại bỏ bớt các hợp chất thơm, khả năng hòa tan phụ gia kém hơn Nhóm I một chút.

• Giới hạn nhiệt độ: Dù tốt hơn Nhóm I nhưng vẫn chưa thể so sánh với dầu tổng hợp trong các điều kiện khắc nghiệt. 

Nhóm II có màu trong suốt và khả năng chống oxy hóa vượt trội so với Nhóm I do các phân tử đã được "bão hòa" hoàn toàn. Hiện nay, dầu Nhóm II đang trở nên rất phổ biến trong dầu động cơ hiện đại vì giá thành đã tiệm cận Nhóm I nhưng hiệu suất bảo vệ tốt hơn đáng kể. Một biến thể là "Group II Plus" có chỉ số VI khoảng 115, nằm ở ranh giới giữa Nhóm II và Nhóm III.

Nhóm III (Group III): Dầu công nghệ tổng hợp 

Quy trình sản xuất Nhóm III tương tự Nhóm II nhưng ở cường độ mạnh hơn (Severe Hydrocracking), với áp suất và nhiệt độ cao hơn nhiều để đạt được độ tinh khiết tối đa.

Đặc tính kỹ thuật:

• Hàm lượng bão hòa: > 90%

• Hàm lượng lưu huỳnh: < 0,03%

• Chỉ số độ nhớt: > 120. 

Ưu điểm:

• Độ ổn định cao: Chỉ số độ nhớt (VI) vượt trội, giúp dầu giữ được màng dầu bảo vệ tốt ở nhiệt độ cao.

• Khả năng chống oxy hóa tuyệt vời: Giúp kéo dài khoảng cách giữa các lần thay dầu.

• Hiệu suất tiệm cận PAO: Có hiệu suất gần bằng dầu Nhóm IV nhưng chi phí thấp hơn đáng kể. 

 Nhược điểm:

• Vẫn là dầu khoáng: Về bản chất hóa học, nó vẫn có nguồn gốc từ dầu thô, nên tính chất không "tinh khiết" tuyệt đối như PAO.

• Giá thành: Cao hơn nhiều so với Nhóm I và II.

Dù có nguồn gốc từ dầu thô, dầu Nhóm III thường được tiếp thị là "dầu tổng hợp" nhờ quy trình biến đổi hóa học mạnh mẽ tạo ra các cấu trúc hydrocarbon mới. Chúng có độ ổn định nhiệt và khả năng chống oxy hóa cực cao, phù hợp cho các động cơ hoạt động dưới áp lực lớn. 

Nhóm IV (Group IV): Dầu tổng hợp hoàn toàn (PAO)

Nhóm IV chỉ bao gồm các Polyalphaolefins (PAO). Đây không phải là sản phẩm của quá trình lọc dầu thô mà được chế biến bằng phương pháp tổng hợp hóa học (synthesizing) trong các nhà máy hóa chất.

Đặc tính kỹ thuật: Chỉ số độ nhớt rất cao (> 120). 

Ưu điểm:

• Chịu nhiệt cực tốt: Hoạt động ổn định từ cực lạnh (-50°C) đến cực nóng.

• Không bay hơi: Tỷ lệ hao hụt do bay hơi cực thấp, giúp tiết kiệm lượng dầu sử dụng.

• Chỉ số độ nhớt rất cao: Không cần nhiều phụ gia cải thiện độ nhớt mà vẫn giữ được độ ổn định. 

Nhược điểm:

• Giá rất cao: Quy trình tổng hợp hóa học phức tạp khiến giá thành đắt đỏ.

• Hòa tan kém: PAO không tự hòa tan tốt các phụ gia hoặc làm mềm phớt chặn (seal), nên thường phải pha thêm dầu Nhóm V (như Ester).

PAO có cấu trúc phân tử đồng nhất tuyệt đối, giúp dầu có khả năng hoạt động cực tốt trong cả điều kiện lạnh giá lẫn nhiệt độ cực cao. Chúng không chứa lưu huỳnh hay sáp (wax), giúp điểm đông đặc rất thấp. Tuy nhiên, giá thành của Nhóm IV cao hơn nhiều so với Nhóm III do chi phí sản xuất đắt đỏ.

Nhóm V (Group V): Các loại dầu gốc khác

Nhóm V bao gồm tất cả các loại dầu gốc không nằm trong 4 nhóm trên. Các ví dụ điển hình là: Esters, Polyglycols (PAG), Silicone, Naphthenic... 

Dầu Nhóm V thường không được dùng làm dầu gốc đơn lẻ mà được pha trộn với các nhóm khác để cải thiện tính chất. Ví dụ:

Esters: Thường được trộn với PAO để cải thiện khả năng hòa tan phụ gia và tăng tính tẩy rửa (detergency).

PAG: Thường dùng cho các ứng dụng đặc biệt như dầu máy nén hoặc dầu thủy lực chống cháy.

Chúng có thể chịu được nhiệt độ cực cao và cung cấp độ bôi trơn ưu việt nhưng thường có giá thành rất đắt. 

Ưu điểm:

• Tính tẩy rửa tự nhiên: Các phân tử Ester có khả năng "hút" cặn bẩn, giữ sạch bề mặt kim loại.

• Độ bền màng dầu: Rất cao, bám dính cực tốt vào bề mặt kim loại để chống mài mòn.

• Khả năng phân hủy sinh học: Nhiều loại dầu Nhóm V rất thân thiện với môi trường.

Nhược điểm:

• Kém bền với nước (Thủy phân): Một số loại Ester có thể phản ứng với nước tạo ra acid gây ăn mòn.

• Ảnh hưởng đến phớt: Có thể làm phớt chặn bị trương nở nếu không được kiểm soát tỷ lệ pha trộn.

• Đắt nhất: Thường là nhóm dầu có chi phí cao nhất. 

Xu hướng hiện nay

Theo các nghiên cứu gần đây, thị trường đang chuyển dịch mạnh mẽ từ dầu Nhóm I sang Nhóm II và III. Cách đây hai thập kỷ, Nhóm I chiếm đa số (56%), nhưng hiện nay Nhóm II đã vươn lên chiếm vị trí dẫn đầu trong các nhà máy công nghiệp nhờ sự cân bằng hoàn hảo giữa giá thành và hiệu suất. 

Dầu Nhóm I: không thể đáp ứng được các tiêu chuẩn dầu động cơ hiện đại (như ILSAC GF-6 hoặc API SP) vốn yêu cầu độ nhớt cực thấp (0W-8, 0W-12, 0W-16) và khả năng chống bay hơi cực cao. Hiện nay Nhóm I chỉ còn "sống khỏe" trong các mảng dầu công nghiệp (dầu thủy lực, dầu bánh răng công nghiệp), dầu hàng hải, và sản xuất mỡ bôi trơn nhờ khả năng hòa tan phụ gia tuyệt vời và giá rẻ.

Dầu Nhóm II: chiếm gần 50% tổng công suất dầu gốc toàn cầu. Các nhà máy khổng lồ tại Trung Quốc, Ấn Độ và Trung Đông liên tục tăng sản lượng. Hiện nay dầu gốc nhóm II là thành phần chính trong các loại dầu động cơ xe máy, xe tải diesel hạng nặng và dầu động cơ ô tô giá tầm trung. Khi khoảng cách giá giữa Nhóm I và Nhóm II đã thu hẹp đến mức nhiều hãng dầu nhớt chuyển hẳn sang dùng Nhóm II cho mọi ứng dụng để tối ưu hóa kho bãi.

Dầu Nhóm III: có tốc độ tăng trưởng mạnh nhất nhờ sự khắt khe của các hãng xe (OEM) như BMW, Mercedes-Benz hay Toyota. Công nghệ GTL (Gas-to-Liquid): Dầu gốc được tổng hợp từ khí gas tự nhiên đang chiếm lĩnh thị trường Nhóm III+. Nó mang lại độ tinh khiết gần như tuyệt đối, hơn hẳn dầu Nhóm III lọc từ dầu thô. Với vai trò là nguyên liệu chính để sản xuất dầu "Full Synthetic" phổ thông. Nếu không có Nhóm III, các hãng xe không thể đạt được mục tiêu giảm khí thải và tiết kiệm nhiên liệu như hiện nay. 

Dầu Nhóm IV và V: Trong khi dầu khoáng Nhóm I-II-III đang chịu áp lực từ xe điện, thì Nhóm IV và V lại tìm thấy cơ hội mới. Xe điện (EV Fluids): Động cơ xe điện quay với tốc độ cực cao (>20.000 vòng/phút), đòi hỏi dầu làm mát và bôi trơn phải có khả năng cách điện, tản nhiệt cực nhanh và độ nhớt siêu thấp. PAO (Nhóm IV) và Esters đặc biệt (Nhóm V) là lựa chọn duy nhất cho các dòng xe điện cao cấp hiện nay.Dầu gốc sinh học (Bio-based): Một xu hướng mới trong Nhóm V là dầu gốc làm từ thực vật (như dầu đậu nành, dầu hạt cải đã qua xử lý hóa học) để đáp ứng tiêu chuẩn bền vững (ESG) của các tập đoàn lớn. 

Lời kết: Việc lựa chọn nhóm dầu gốc phù hợp phụ thuộc vào môi trường vận hành (nhiệt độ, tải trọng) và yêu cầu bảo trì của thiết bị. Dầu tổng hợp (Nhóm III & IV) là lựa chọn tối ưu cho hiệu suất cao, trong khi dầu khoáng cải tiến (Nhóm II) là giải pháp kinh tế cho các ứng dụng tiêu chuẩn.