Khảo sát tiềm năng sử dụng phế phẩm nông nghiệp sản xuất điện tại Đồng Tháp

Đồ án khảo sát tiềm năng sản xuất điện từ phế phẩm nông nghiệp tại Đồng Tháp. Phân tích nguồn rơm rạ, vỏ trấu, đề xuất giải pháp năng lượng sạch.

• Tác giả: Nguyễn Thị Xuân Duyên
• Người hướng dẫn: Th.S Trần Thị Tường Vân
• Đề tài: Khảo sát tiềm năng sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguồn nhiên liệu sản xuất điện tại tỉnh Đồng Tháp
• Loại tài liệu: Đề tài nghiên cứu

Tóm tắt

I. Tiềm năng phế phẩm nông nghiệp tại Đồng Tháp

Đồng Tháp là một trong những tỉnh có nền nông nghiệp phát triển nhất Việt Nam với sản lượng lúa, lúa mì và chăn nuôi cao. Mỗi năm, tỉnh tạo ra lượng phế phẩm nông nghiệp khổng lồ bao gồm rơm rạ, vỏ trấu và bã mía. Những phế phẩm này chứa năng lượng cao và có thể được tái chế để sản xuất điện. Hiện nay, phần lớn phế phẩm vẫn được đốt trực tiếp, gây ô nhiễm môi trường. Việc khai thác tiềm năng phế phẩm nông nghiệp không chỉ giải quyết vấn đề rác thải mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo bền vững cho tỉnh.

1.1. Nguồn gốc và thành phần phế phẩm nông nghiệp

Phế phẩm nông nghiệp tại Đồng Tháp chủ yếu bao gồm vỏ trấu từ milling, rơm rạ từ cắt lúa, bã mía từ nhà máy và chất thải chăn nuôi. Các phế phẩm này giàu cellulose, hemicellulose và lignin - những chất có khả năng cháy cao. Theo khảo sát, Đồng Tháp sản xuất hàng triệu tấn phế phẩm hàng năm, nhưng tỷ lệ tái chế còn rất thấp.

1.2. Lợi ích kinh tế từ tái chế phế phẩm

Sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nhiên liệu có thể giảm chi phí sản xuất điện so với than hay khí đốt. Ngoài ra, các nông dân có thể tạo thêm nguồn thu nhập từ việc bán phế phẩm cho nhà máy, thay vì đốt bỏ không. Điều này tạo ra vòng kinh tế xanh bền vững cho tỉnh.

II. Mô hình sản xuất điện từ phế phẩm nông nghiệp

Mô hình nhà máy nhiệt điện chạy phế phẩm đã được áp dụng thành công tại nhiều nước trên thế giới như Thái Lan, Ấn Độ và Brasil. Tại Việt Nam, một số nhà máy đã bắt đầu sử dụng vỏ trấu và bã mía làm nhiên liệu chính. Quy trình hoạt động khá đơn giản: phế phẩm được thu gom, xử lý, sấy khô, sau đó đốt để tạo hơi nước chuyển động tua-bin phát điện. Đối với Đồng Tháp, mô hình này vô cùng phù hợp do có nguồn nguyên liệu dồi dào và nhu cầu điện luôn tăng cao.

2.1. Công nghệ xử lý và chuyển đổi năng lượng

Công nghệ đốt trực tiếp (direct combustion) là cách đơn giản nhất, được sử dụng rộng rãi. Phế phẩm được đốt trong lò đốt, tạo nhiệt độ cao để tạo hơi. Hơi nước này chạy tuabin phát điện với hiệu suất khoảng 20-25%. Một số nhà máy hiện đại sử dụng gasification để nâng hiệu suất lên 30-35%.

2.2. Quy mô và công suất nhà máy đề xuất

Dựa trên lượng phế phẩm khả dụng tại Đồng Tháp, có thể xây dựng nhà máy 5-10 MW để cung cấp điện cho khu vực nông thôn. Công suất này đủ để cấp điện cho 10,000-20,000 hộ gia đình và các hoạt động sản xuất nông nghiệp. Đây là quy mô vừa phải, giảm rủi ro kinh doanh.

III. Lợi ích môi trường và xã hội

Phát triển sản xuất điện từ phế phẩm nông nghiệp mang lại nhiều lợi ích đáng kể. Thứ nhất, giảm ô nhiễm không khí do đốt phế phẩm ngoài trời. Thứ hai, giảm phát thải khí nhà kính bằng cách thay thế điện từ nguồn khí hóa thạch. Thứ ba, tạo ra việc làm cho cộng đồng địa phương trong công đoạn thu gom, vận chuyển và vận hành nhà máy. Thứ tư, góp phần phát triển nông thôn bằng cách cung cấp điện giá rẻ. Cuối cùng, thúc đẩy nông nghiệp bền vững khi nông dân có lợi ích từ việc bán phế phẩm.

3.1. Giảm ô nhiễm và phát thải các bon

Đốt phế phẩm ngoài trời phát thải hạt PM2.5 và PM10 nguy hại sức khỏe. Nhà máy hiện đại được trang bị hệ thống lọc khí giảm ô nhiễm 90%. Ngoài ra, điện từ phế phẩm thay thế điện than giảm phát thải CO2 khoảng 500 tấn/năm cho mỗi MW công suất.

3.2. Tạo việc làm và phát triển cộng đồng

Nhà máy 10 MW cần 100-150 lao động trực tiếp. Thêm nữa, chuỗi cung ứng phế phẩm tạo việc làm cho 1,000-2,000 người trong thu gom, xử lý, vận chuyển. Các cộng đồng xung quanh được hưởng lợi từ thuế địa phương và phí cộng đồng.

IV. Khuyến nghị triển khai tại Đồng Tháp

Để triển khai thành công mô hình sản xuất điện từ phế phẩm nông nghiệp, cần có sự hỗ trợ của chính phủ địa phương thông qua chính sách ưu đãi giá điện, miễn thuế, hỗ trợ vốn ban đầu. Cần xây dựng cơ sở hạ tầng để thu gom phế phẩm bao gồm các điểm tập kết, nhà kho bãi khô. Quan trọng là phải giáo dục nông dân về lợi ích của mô hình này để khuyến khích họ tham gia. Ngoài ra, cần hợp tác với nhà đầu tư có kinh nghiệm vận hành nhà máy nhiệt điện.

4.1. Các bước thực hiện chiến lược

Bước 1: Khảo sát chi tiết lượng phế phẩm có sẵn theo từng huyện. Bước 2: Lên kế hoạch xác định vị trí nhà máy gần khu vực có nguồn nguyên liệu tập trung. Bước 3: Xây dựng hợp đồng với nông dân để mua phế phẩm ổn định. Bước 4: Xin phép từ bộ và liên hệ nhà đầu tư. Bước 5: Khởi công xây dựng.

4.2. Hỗ trợ chính sách từ nhà nước

Chính phủ nên cấp giấy phép điều hành ưu tiên, miễn thuế nhập khẩu thiết bị, hỗ trợ lãi suất vay từ ngân hàng chính sách. Tỉnh Đồng Tháp có thể ban hành chính sách khuyến khích nông dân bán phế phẩm, ví dụ trừ trợ cấp khi đốt ngoài trời. Nên hợp tác với EVN để đảm bảo điện từ nhà máy được tiêu thụ ổn định.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP 1.1 Định nghĩa về phế phẩm nông nghiệp. Phế phẩm nông nghiệp là chất thải phát sinh trong quá trình hoạt động nông nghiệp [12].2 Nguồn gốc phát sinh phế phẩm nông nghiệp. Phế phẩm nông nghiệp phát sinh trong quá trình chế biến các loại cây công nghiệp, cây lương thực, cây hoa màu, sản xuất hoa quả, thực phẩm, sinh ra từ hoạt động chăn nuôi,.3 Phân loại phế phẩm nông nghiệp. Chất thải nông nghiệp là các chất dư thừa sau các vụ thu hoạch.

Chúng có thể được thu gom với các thiết bị thu hoạch thông thường cùng lúc hoặc sau khi gặt hái. Các chất thải nông nghiệp bao gồm thân và lá bắp, rơm rạ, vỏ trấu, mía,. Ở một số nơi, đặc biệt những vùng khô, các chất bã cần phải được giữ lại nhằm bổ sung các chất dinh dưỡng cho đất cho vụ mùa kế tiếp. Tuy nhiên, đất không thể hấp thu hết tất cả các chất dinh dưỡng từ cặn bã, các chất bã này không được tận dụng tối đa và bị mục rữa làm thất thoát năng lượng.

Vỏ trấu Cùi ngô Bã mía Rơm rạ Hình 1.1 Các loại bã nông nghiệp.S Trần Thị Tường Vân 4 SVTH: Nguyễn Thị Xuân Duyên Khảo sát tiềm năng sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguồn nhiên liệu sản xuất điện tại tỉnh Đồng Tháp 1.2 Chất thải từ chăn nuôi gia súc. Chất thải từ chăn nuôi gia súc, như phân trâu, bò, heo và gà, có thể được chuyển thành gas hoặc đốt trực tiếp nhằm cung cấp nhiệt và sản xuất năng lượng. Phần lớn phân gia súc có hàm lượng methane khá cao nên các bánh phân được dùng như nhiên liệu cho việc nấu nướng. Tuy vậy, phương pháp này khá nguy hiểm vì các chất độc hại sinh ra từ việc đốt phân là nguy hại đối với sức khỏe người tiêu dùng, là nguyên nhân gây ra 1,6 triệu người chết mỗi năm ở các nước đang phát triển [11].

Các chất thải gia súc có thể được sử dụng để sản xuất ra nhiều loại sản phẩm và tạo ra điện năng thông qua các phương pháp tách methane và phân hủy yếm khí. Để đáp ứng nhu cầu về thực phẩm của con người, ngành chăn nuôi thế giới đã phát triển rất nhanh và đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Ngành chăn nuôi thế giới hiện chiếm 70% diện tích đất nông nghiệp và 30% diện tích đất tự nhiên (không kể diện tích đất bị băng bao phủ). Chăn nuôi đóng góp khoảng 40% tổng GDP nông nghiệp toàn cầu [11].

Tuy nhiên, bên cạnh việc sản xuất và cung cấp một lượng lớn sản phẩm quan trọng cho nhu cầu của con người, ngành chăn nuôi cũng đã gây nên nhiều hiện tượng tiêu cực về môi trường. Ngoài chất thải rắn và chất thải lỏng, với các khí thải gây hiệu ứng nhà kính như: CO2, CH4, N2O… chăn nuôi hiện đang đóng góp tới 18% hiệu ứng nóng lên của trái đất, và theo dự đoán các loại chất thải này sẽ tăng lên trong thời gian tới [11].4 Thu gom, xử lý và tái chế phế phẩm nông nghiệp. Bên cạnh mức tăng trưởng xuất khẩu nông sản thì các phụ, phế phẩm trong quá trình chế biến các loại cây công nghiệp, sản xuất hoa quả, thực phẩm, phân gia súc, gia cầm. cũng rất đa dạng về chủng loại và phong phú về số lượng.

Và đó cũng là nỗi lo về các bãi chứa, đầu ra cho các phế phẩm nông nghiệp sau thu hoạch như rơm rạ, vỏ trấu, thân cây chuối, xơ dừa, bã mía, lõi ngô, phân gia súc,… Số liệu hàng trăm ngàn tấn nông sản xuất khẩu hàng năm, tương ứng với con số gấp nhiều lần như thế về phế phẩm nông nghiệp thải ra môi trường sẽ là vấn nạn về rác, đe dọa ô nhiễm môi trường cho các tỉnh đang có thế mạnh về sản xuất nông nghiệp.S Trần Thị Tường Vân 5 SVTH: Nguyễn Thị Xuân Duyên Khảo sát tiềm năng sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguồn nhiên liệu sản xuất điện tại tỉnh Đồng Tháp Do đặc thù của sản xuất nông nghiệp của nước ta hiện nay vẫn mang tính nhỏ lẻ, phân tán, nên việc thu gom, phân loại phụ, phế thải rất khó khăn. Còn các cơ sở chế biến nông sản, thực phẩm thì chủ yếu tập trung đầu tư cho dây chuyền sản xuất chính, ít quan tâm tận thu, tái chế sử dụng lại phụ, phế phẩm trong quá trình sản xuất. Nhiều doanh nghiệp còn sản xuất trong điều kiện không bảo đảm vệ sinh môi trường, huống chi nói đến đầu tư công đoạn xử lý sản phẩm phụ, phế thải để tái chế. Các phụ, phế phẩm sau khi sử dụng thường được xử lý bằng các biện pháp chôn lấp, đốt bỏ, đổ xuống hồ, ao, sông, suối.

vừa lãng phí, vừa gây ô nhiễm môi trường. Chỉ một phần nhỏ trong số đó được sử dụng làm nhiên liệu đốt, thức ăn gia súc, phân bón, còn phần lớn đổ ra các hồ ao, cống rãnh làm ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường sinh thái. Việc sử dụng các phế thải nông nghiệp trong sinh hoạt nông thôn ngày càng giảm và dần dần được thay thế bằng các nguồn nhiên liệu thuận lợi hơn như gas, điện,. Trong khi đó, các cơ sở sản xuất và chế biến nông sản lại cần rất nhiều nguồn năng lượng mà hiện đang phải sử dụng các nhiên liệu hoá thạch đắt như than, dầu, gas.

Vì vậy, việc nghiên cứu tận dụng phế thải nông nghiệp tạo ra nguồn năng lượng, nguyên vật liệu phục vụ công nghiệp, xây dựng, đời sống sinh hoạt hàng ngày của người dân là việc làm hết sức cần thiết và cấp bách hiện nay.5 Tổng quan về rơm rạ.1 Nguồn gốc của rơm rạ. Lúa là một loại cây lượng thực có hạt phổ biến ở Châu Á và Châu Mỹ La Tinh. Cây lúa khi thu hoạch thì người ta lấy hạt đem sấy khô, tách vỏ lúa ra khỏi hạt. Phần hạt được sử dụng gọi là hạt gạo, còn phần thân, gốc lúa bị bỏ trực tiếp ngoài đồng được gọi là rơm rạ.

Khi nhắc đến rơm rạ thì đa số những người nông dân đều nghĩ đến rơm rạ được sử dụng làm thức ăn cho gia súc, dùng để lót chuồng trại, lợp nhà, đốt tạo ra tro để bón ruộng,.S Trần Thị Tường Vân 6 SVTH: Nguyễn Thị Xuân Duyên Khảo sát tiềm năng sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguồn nhiên liệu sản xuất điện tại tỉnh Đồng Tháp Hình 1. Gốc rạ và rơm có chứa nhiều cellulose, lignin, hemicellulose, các hợp chất trich ly, và nhiều thành phần khác.1 Thành phần hóa học của rơm rạ [8]. Thành Các hợp Độ Cellulose Hemicellulos Lignin Tro Tổng phần chất trich ly ẩm Tỷ lệ 7,08 42,41 12,65 18,62 6,48 12,76 100 % Những cách thông thường để quản lý rơm ra sau khi thu hoạch bao gồm việc thu về làm nhiên liệu đun nấu, đốt, rải trên đồng, cày vùi vào đất hoặc sử dụng như là chất che phủ cho các cây trồng v. Mỗi cách quản lý khác nhau, về lâu dài, đều ảnh hưởng đến toàn bộ sự cân bằng và tình trạng dinh dưỡng trong đất.

Theo thói quen của người nông dân thu hoạch xong là đốt đồng. Việc đốt rơm rạ không được khuyến khích vì nhiều lý do:  Đốt rơm rạ gây ra sự mất mát gần như hoàn toàn N. Lượng P mất đi khoảng 25%, K mất đi khoảng 20% và S mất từ 5-60% [8].  Lượng dinh dưỡng mất mát tuỳ thuộc vào cách thức đốt rơm rạ.

Ở những vùng mà thu hoạch đã được cơ giới hoá, hầu như tất cả rơm rạ được để lại trên đồng và được đốt nhanh chóng tại chỗ, vì thế sự mất mát S, P và K là nhỏ. Một số nơi khác rơm rạ được để thành đống ở chỗ tuốt lúa và được đốt sau khi thu hoạch, GVHD: TH.S Trần Thị Tường Vân 7 SVTH: Nguyễn Thị Xuân Duyên Khảo sát tiềm năng sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguồn nhiên liệu sản xuất điện tại tỉnh Đồng Tháp vì thế tro không được rải đều trên đồng, nên gây ra sự mất mát khoáng chất rất lớn. Các nguyên tố K, Si, Ca, Mg dễ bị rửa trôi từ đống tro. Hơn nữa, việc làm như vậy sẽ gây nên sự chuyển dịch dinh dưỡng rất lớn từ ngoại vi vào giữa ruộng, và đôi khi là từ những thửa ruộng xung quanh vào ruộng trung tâm, làm cho hiệu quả sử dụng chúng bị giảm đi rất nhiều, vì nơi quá thừa, nơi quá thiếu [8].

Tuy nhiên, việc đốt rơm rạ gây ra ô nhiễm không khí và mất mát dinh dưỡng, nhưng lại là biện pháp giảm giá thành và giảm thiểu sâu bệnh hại. Trong lĩnh vực trồng lúa nếu có kỹ thuật canh tác tốt thì sẽ giảm lượng phân bón hóa học bón cho đất và cây rất lớn, góp phần sử dụng bền vững tài nguyên đất đai, tăng chất lượng gạo,. Tuy nhiên không phải là sau khi vùi rơm rạ thì chất dinh dưỡng của chúng sẽ được sử dụng toàn bộ cho vụ lúa kế tiếp mà chỉ sử dụng một lượng rất nhỏ, đa số là cần có thời gian để chuyển hóa thành các chất cho cây dễ hấp thụ, nên chúng sẽ có tác dụng về lâu dài.2 Thành phần tro của rơm rạ [8]. Thành phần SiO2 K Na Các chất khác Tổng Tỷ lệ % 72,593 2,636 0,369 24,402 100 1.2 Hiện trạng rơm rạ tại Việt Nam.

Rơm rạ có mặt ở những cánh đồng lúa chạy dài khắp đất nước nhưng chúng tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Tại những vùng này thì rơm rạ được người nông dân chủ yếu dùng lót chuồng cho trâu, bò, một số ít được dùng trầm nấm, phần lớn còn lại là đổ bỏ ngoài đồng,. Theo số liệu thống kê thì năm 2010 Việt Nam có khoảng 4 triệu ha đất trồng lúa, sản lượng năm 2010 là 38 triệu tấn lúa [13]. Theo nghiên cứu của các nhà chuyên môn thì 1 tấn thóc sẽ tạo ra 1.

Điều này có nghĩa là hàng năm nước ta thải ra khoảng 51 triệu tấn rơm rạ. Nhưng khoảng 50 % được tái sử dụng để trồng nấm, lót chuồng trại, còn lại là đổ bỏ bừa bãi ngoài đồng, gây ô nhiễm môi trường. Thói quen của người nông dân là sau khi gặt xong lúa thì sẽ chất rơm thành đống ngoài đồng rồi đốt cả rơm và gốc rạ. Việc đốt rơm rạ không những gây ô nhiễm môi GVHD: TH.S Trần Thị Tường Vân 8 SVTH: Nguyễn Thị Xuân Duyên Khảo sát tiềm năng sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguồn nhiên liệu sản xuất điện tại tỉnh Đồng Tháp trường mà còn lãng phí một lượng rất lớn chất dinh dưỡng mà đất rất cần.

Các nhà khoa học khuyến cáo người nông dân nên vùi rơm rạ vào đất bằng biện pháp cày, xới để bổ sung dưỡng chất cho đất.