MỞ ĐẦU Hiện nay, khủng hoảng năng lƣợng không còn mang tính chất quốc gia mà lan rộng toàn cầu. Các nguồn năng lƣợng truyền thống, sẵn có trong tự nhiên đang dần cạn kiệt, suy giảm nghiêm trọng. Nếu con ngƣời không thực sự tỉnh táo để có những thay đổi kịp thời thì trong tƣơng lai không xa nhân loại sẽ rơi vào tình trạng bất ổn về kinh tế, chính trị, xã hội, ô nhiễm môi trƣờng nặng nề hơn. Việc tìm hiểu, nghiên cứu, đƣa ra các phƣơng án ứng dụng năng lƣợng tái tạo vào thực tế cuộc sống con ngƣời đang là nhu cầu bức thiết.
Với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, các công nghệ mới ra đời đã giúp chúng ta có các hƣớng giải quyết khả thi hơn; một trong các dạng năng lƣợng tái tạo đó là năng lƣợng sinh khối, đặc biệt là chất thải rắn, nếu tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu này làm đầu vào để tạo ra các dạng năng lƣợng hữu ích thì nó vừa mang lại hiệu quả kinh tế lại vừa có ý nghĩa to lớn trong lĩnh vực bảo vệ môi trƣờng. Nam Định là tỉnh trọng điểm nông nghiệp của đồng bằng Bắc Bộ. Ngƣời dân Nam Định có truyền thống giỏi trồng lúa từ lâu đời, trong những năm gần đây Nam Đinh ̣ đang dẫn đầu cả nƣớc về chuyển đổi cơ cấu giống lúa và mùa vụ. Đặc biệt là giống lúa lai đã đƣợc gieo cấy ở tất cả 312 hợp tác xã nông nghiệp trong toàn tỉnh.
Các huyện Xuân Trƣờng, Trực Ninh, Ý Yên, Giao Thuỷ, lúa xuân muộn chiếm tới 97% diện tích, lúa lai chiếm tới 50-70% diện tích. Lúa lai đã góp phần quyết định làm cho năng suất lúa Nam Định dẫn đầu cả nƣớc. Việc mở rộng đất trồng lúa của Nam Định rất hạn chế, do đất chƣa sử dụng của tỉnh chủ yếu nằm ven biển, đất đai bị nhiễm mặn, thích hợp cho trồng rừng phòng hộ và nuôi trồng thuỷ sản. Tiềm năng tăng vụ trên đất trồng lúa màu khoảng 45.000 ha Tiềm năng chuyển đổi cơ cấu giống lúa, đặc biệt là giống lúa đặc sản và lúa chất lƣợng cao ở các huyện phía nam của tỉnh khá lớn khoảng 35.
1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tiềm năng đất trồng màu và cây công nghiệp ngắn ngày: đây là loại hình sử dụng đất rất đa dạng, có thể thích nghi trên diện rộng khoảng trên 75. Do đó , lƣơ ̣ng phu ̣ phẩ m nông nghiê ̣p nhƣ rơm ra ̣ , bẹ ngô, thân cây ngô, lạc sau khi đã thu hoạch… thu đƣợc là rất lớn. Nếu chúng ta tận dụng đƣợc lƣợng phu ̣ phẩ m nông nghiê ̣p để tạo ra năng lƣợng hữu ích phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất thì sẽ giảm rất nhiều chi phí và nó cũng mang ý nghĩa to lớn trong lĩnh vực bảo vệ môi trƣờng. Vì những lý do trên đã gợi mở cho tác giả thực hiện đề tài: “Đánh giá tiềm năng năng lượng sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Nam Định”.
Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu một số vấn đề sau: - Xác định thành phần, tính khối lượng phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Nam Định. - Nghiên cứu hiện trạng thu gom và sử dụng các phụ phẩm sau thu hoạch từ các cây nông nghiệp này; - Dự báo tiềm năng năng lượng sinh khố i từ phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Nam Định. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1-TỔNG QUAN 1. Tổng quan lịch sử về năng lƣợng Năng lƣợng là điều kiện tất yếu cho sự tồn tại và tiến hóa của mọi sinh vật.
Năng lƣợng là một dạng tài nguyên quan trọng, cần thiết cho sự phát triển của xã hội loài ngƣời. Trong quá trình phát triển của xã hội loài ngƣời, nguồn năng lƣợng mà con ngƣời sử dụng thƣờng xuyên dịch chuyển từ dạng này sang dạng khác. Dạng năng lƣợng thiên nhiên đầu tiên đƣợc con ngƣời sử dụng là năng lƣợng mặt trời dùng để soi sáng, sƣởi ấm, phơi khô lƣơng thực, thực phẩm, đồ dùng và nhiên liệu gỗ củi. Tiếp đó là năng lƣợng nƣớc, gió, sức kéo của gia súc.
Năng lƣợng khai thác từ than đá ngự trị trong thế kỷ XVIII - XIX. Năng lƣợng dầu mỏ thay thế vị trí của than đá trong thế kỷ XX và từng bƣớc chia sẻ vai trò của mình với năng lƣợng hạt nhân. Các dạng năng lƣợng mới ít ô nhiễm nhƣ năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng gió, năng lƣợng hạt nhân, năng lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng sinh khối….thu nhận đƣợc với những phƣơng pháp và phƣơng tiện công nghệ tiên tiến đang mở rộng phạm vi hoạt động của mình [2]. Nhu cầu năng lƣợng của con ngƣời tăng lên nhanh chóng trong quá trình phát triển.
100000 năm trƣớc công nguyên, mỗi ngày một ngƣời tiêu thụ khoảng 4000 đến 5000 Kcal. 500 năm trƣớc công nguyên tăng lên 12000 Kcal. Đầu thế kỷ XV lên tới 26000 Kcal, giữa thế kỷ XIX là 70000 Kcal và hiện nay trên 200000 Kcal. Tỷ lệ năng lƣợng đƣợc khai thác theo các nguồn khác nhau thay đổi theo từng loại quốc gia.
Tại các nƣớc công nghiệp phát triển các nguồn năng lƣợng thƣơng mại chiếm phần lớn. Ngƣợc lại, tại các nƣớc đang phát triển, các nguồn năng lƣợng phi thƣơng mại (gỗ, củi, phế thải nông nghiệp) lại chiếm phần chính. Nhìn chung mỗi loại nguồn năng lƣợng đều có ƣu, nhƣợc điểm riêng của mình. Do đó mỗi quốc gia cần có một hệ thống các nguồn năng lƣợng hoạt động kết hợp và bổ sung cho nhau, tạo nên một cơ 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cấu hợp lý về năng lƣợng.
Tỷ lệ các nguồn năng lƣợng ở các quốc gia có nền kinh tế khác nhau trên thế giới đƣợc trình bày theo Hình 1. Khai thác và sử dụng năng lƣợng không ngừng tăng lên về tổng số lƣợng và bình quân cho từng ngƣời. Hoạt động đó đang tác động mạnh mẽ tới môi trƣờng sống trên trái đất nhƣ tạo ra các dạng ô nhiễm, gia tăng hiệu ứng nhà kính [6]. Hạt nhân 5% Dầu Thuỷ điện Than 25% Dầu 38% Khí đốt Sinh khối Than Sinh khối 3% Hạt nhân Thủy điện 6% Khí đốt 23% a.
Các nƣớc công nghiệp Hạt nhân 1% Dầu 23% Than 28% Thủy điện 6% Khí đốt 7% Sinh khối 35% b. Các nƣớc đang phát triển Hình 1. Tỷ lệ sử dụng nguồn năng lƣợng thế giới ở các nƣớc khác nhau 1. Các nguồn năng lƣợng của loài ngƣời Các nguồn năng lƣợng của Trái Đất có thể chia thành 3 nhóm lớn: + Năng lƣợng hóa thạch: than, dầu, khí đốt; 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Năng lƣợng tái sinh nguồn gốc mặt trời: sinh khối thực vật, thủy điện, sóng, thủy triều, gió, ánh sáng mặt trời… + Năng lƣợng tàn dƣ của Trái đất: địa nhiệt, năng lƣợng hạt nhân.
Một số dạng năng lượng và tác động của nó tới môi trường: * Than đá: Than đá là một dạng năng lƣợng mặt trời đƣợc tích trữ trong lòng trái đất. Trữ lƣợng các loại than đá trên toàn thế giới có thể đáp ứng nhu cầu của con ngƣời trong khoảng 200 năm nữa. Than đá đƣợc dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện, các hoạt động công nghiệp khác [8]. Khai thác than đá bằng phƣơng pháp lộ thiên tạo nên lƣợng đất đá thải lớn, ô nhiễm bụi, ô nhiễm nƣớc, mất rừng.
Khai thác than bằng phƣơng pháp hầm lò hiện nay làm mất 50% trữ lƣợng, gây lún đất, ô nhiễm nƣớc, tiêu hao gỗ chống lò và gây các tai nạn hầm lò. Chế biến và sàng tuyển than tạo ra bụi và nƣớc thải chứa than, kim loại nặng. Đốt than tạo ra khí SO2, CO2 , NOx và các dạng ô nhiễm khác. Theo tính toán một nhà máy nhiệt điện chạy than công suất 1.000 MW hàng năm thải ra môi trƣờng 5 triệu tấn CO2, 18.000 tấn phế thải rắn.
Trong thành phần chất thải rắn, bụi, nƣớc thải thƣờng chứa kim loại nặng và chất phóng xạ độc hại. * Dầu mỏ và khí thiên nhiên: Dầu mỏ và khí thiên nhiên là dạng nhiên liệu hóa thạch lỏng hoặc khí, tồn tại trong lòng trái đất. Theo tính toán, dự trữ dầu mỏ và khí đốt đáp ứng cho việc sử dụng của loài ngƣời trong khoảng từ 30 - 40 năm nữa. Khai thác dầu mỏ tạo ra ô nhiễm dầu.
Khai thác trên thềm lục địa gây lún đất, ô nhiễm dầu đối với đất, không khí, nƣớc. Khai thác trên biển gây ô nhiễm biển (50% lƣợng dầu ô nhiễm trên biển gây ra là do khai thác trên biển). Chế biến dầu gây ô nhiễm dầu và kim loại nặng kể cả kim loại phóng xạ. Sử dụng dầu tạo ra các loại ô nhiễm tƣơng tự nhƣ than [8].
5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Thủy điện: Tiềm năng thủy điện của thế giới ƣớc tính vào khoảng 2214000 MW, riêng Việt Nam 30.970 MW chiếm 1,4% tổng trữ lƣợng thế giới. Hiện nay thế giới đã khai thác đƣợc trung bình 17% tiềm năng. Thủy điện đƣợc xếp vào loại năng lƣợng sạch không thải ra chất ô nhiễm. Tuy nhiên việc xây dựng các hồ chứa nƣớc lớn và đập chắn có thể tạo ra các tác động lớn tới môi trƣờng và tài nguyên thiên nhiên khu vực nhƣ động đất kích thích, thay đổi khí hậu thời tiết khu vực, mất đất canh tác, tạo ra lƣợng CH4 do phân huỷ chất hữu cơ lòng hồ, tạo ra các biến đổi thuỷ văn hạ lƣu, tăng độ mặn nƣớc sông, ảnh hƣởng đến sự phát triển của các quần thể cá trên sông, tiềm ẩn tai biến môi trƣờng [8].
* Năng lượng hạt nhân: Năng lƣợng hạt nhân có hai dạng: năng lƣợng phân hủy chất phóng xạ nhƣ uran, thori và năng lƣợng tổng hợp hạt nhân các nguyên tố nhẹ nhƣ deterium và tritium. Hiện nay loại thứ nhất đƣợc khai thác dƣới dạng các nhà máy điện hạt nhân, loại thứ hai có trữ lƣợng lớn, nhƣng chƣa đủ điều kiện khai thác quy mô công nghiệp. Nguồn năng lƣợng hạt nhân có ƣu điểm không tạo nên các loại khí nhà kính nhƣ CO2, bụi. Tuy nhiên, các nhà máy điện hạt nhân hiện nay là nguồn gây nguy hiểm lớn về môi trƣờng do chất thải phóng xạ, khí, rắn, lỏng và các sự cố nhà máy.
Sự cố tại nhà máy điện hạt nhân Checnobyl tại Ucraina (Liên Xô cũ) hay gần đây nhất là vụ nổ nhà máy hạt nhân Fukushima tại Nhật Bản là những ví dụ điển hình về các thảm họa do các sự cố điện hạt nhân gây ra. Do vậy, việc vận hành các nhà máy điện hạt nhân tạo ra nguồn điện năng rất lớn nhƣng cần đặc biệt chú trọng tới vấn đề an toàn hạt nhân và xử lý các sản phẩm thải bỏ từ nhà máy hạt nhân.