MỞ ĐẦU Là một quốc gia có nền nông nghiệp phát triển lâu đời, hiện nay Việt Nam đang đứng thứ 3 trên toàn thế giới về sản lượng xuất khẩu lúa gạo, chỉ sau Thái Lan và Ấn Độ. Năm 2019, Việt Nam đạt tổng sản lượng lúa ước tính sơ bộ là 43,4 triệu tấn. Sau thu hoạch, lượng rơm phát sinh đạt tỷ lệ khoảng 0,7-1,4 lần năng suất lúa, tùy thuộc vào giống lúa, năng suất, vụ mùa và cách thu hoạch. Vì thế, sau khi thu hoạch phát sinh một lượng lớn rơm ngoài môi trường.
Đây là một nguồn nhiên liệu sinh khối dồi dào của Việt Nam và có tiềm năng lớn trong việc sản xuất điện nhưng chủ yếu rơm vẫn bị xem là nguồn phụ phẩm dư thừa và thường bị đốt bỏ. Năm 2014, 13 triệu tấn rơm - tương đương với 60% tổng lượng rơm rạ tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long đã bị đốt tại đồng. Tại Cần Thơ và Tiền Giang, tỷ lệ này đạt 87%. Nếu nguồn tài nguyên này được sử dụng đúng cách và hợp lý sẽ đem lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường, đặc biệt là tiềm năng sản xuất điện năng.
Theo quy hoạch phát triển điện VII điều chỉnh, nhu cầu sử dụng điện của Việt Nam sẽ tiếp tục tăng 8,32%/ năm trong giai đoạn 2021 - 2025 và duy trì ở mức 7,26%/ năm cho giai đoạn 2026 - 2030, mục tiêu đạt 129.500 MW tổng công suất nguồn điện vào năm 2030. Để đạt được mục tiêu này, việc đa dạng hóa các nguồn điện và đẩy mạnh đóng góp từ nguồn điện sinh khối và năng lượng tái tạo là một việc vô cùng cần thiết. Chính phủ đã đề ra mục tiêu tăng tỷ lệ điện sản xuất từ nguồn sinh khối trong tổng sản lượng điện sản xuất từ khoảng 1% (2015) lên 3% (2020), 6,3% (2030) và đạt 8,1% vào năm 2050. Hiện nay, nhiều quốc gia phát triển nông nghiệp như Việt Nam, Thái Lan, Trung Quốc, v.
đang tập trung đẩy mạnh nghiên cứu về tiềm năng sản xuất điện năng từ phụ phẩm nông nghiệp (rơm, rạ, trấu) và bước đầu đã có nhiều kết quả. Tuy vậy, chủ yếu các đề tài này mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá tiềm năng sử dụng, phân tích chi phí- lợi ích về mặt kinh tế của việc sản xuất điện từ rơm, rạ, ít nghiên cứu đến các lợi ích và vấn đề về môi trường do hoạt động này gây ra. Từ thực trạng nêu trên, học viên thực hiện đề tài “Bước đầu ước tính chi phí- lợi ích về kinh tế-môi trường trong việc sản xuất điện từ rơm rạ trên đồng ruộng tại Việt Nam” nhằm mục đích tính toán cụ thể hơn về chi phí/ lợi ích của việc sử dụng rơm để sản xuất điện sinh khối tại Việt Nam, đặc biệt dựa trên góc độ môi trường. Kết quả nghiên cứu sẽ chỉ ra tiềm năng sử dụng rơm tại Việt Nam, chi phí và lợi ích ước tính ở góc độ kinh tế và môi trường của việc sản xuất điện năng từ sinh khối rơm.
Từ đó, nghiên cứu này sẽ giúp ích cho việc đánh giá tiềm năng và hiệu quả của việc sản xuất điện từ rơm, phục vụ cho quá trình ra quyết định và là nguồn tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu chuyên sâu sau này. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về đặc điểm cấu tạo của rơm rạ Rơm, rạ là sản phẩm phụ của hoạt động nông nghiệp sau canh tác, là phần thân cây khô của các loại cây lương thực (ví dụ như lúa nước, lúa mạch, lúa mì) sau khi đã thu hoạch hoặc từ các loại cỏ, cây họ đậu, cây thân thảo khác đã được cắt. Rơm rạ từ cây lúa bao gồm vỏ trấu, phiến lá, thân lúa, mắt và rễ rơm [25]. Sau khi cây trồng được thu hoạch, phần rơm rạ c n lại trên cánh đồng có thể được xử lý bằng các hình thức khác nhau như: đốt tại ruộng, làm tro bón cho đất để cải thiện năng suất cây trồng, được thu gom làm thức ăn cho gia súc hoặc phục vụ cho các hoạt động khác trong đời sống thường ngày tại nông thôn như làm chất đốt, lợp mái, trồng nấm.
Năng suất tổng sinh khối rơm dao động từ 7,5 đến 8,0 tấn/ha, trong đó lượng rơm rạ bị loại bỏ dao động từ 2,7 đến 8 tấn/ha, tương ứng với phần cắt nằm trong khoảng từ 50% đến 100% tổng sinh khối rơm [15]. Ước tính, tổng sinh khối rơm rạ hàng năm trên toàn thế giới đạt 370 - 520 triệu tấn/năm, trong đó châu Á nói chung đạt 330 - 470 triệu tấn/ năm và khu vực Nam Á nói riêng đạt 100 - 140 triệu tấn/năm [15].1: Cấu tạo thành phần của rơm rạ Nguồn: Viện Nghiên cứu Lúa thế giới- IRRI (2003) [24] Rơm rạ thuộc nhóm sinh khối lignocelluloza, có cấu tạo từ ba thành phần chính là: lignin (12%), cellulose (38%) và hemi-cellulose (25%) [50], được thể hiện cụ thể ở hình 1. Cellulose và hemi-cellulose là nguồn chất xơ hữu cơ, lignin là thành tế bào thực vật. Các thành phần hóa học này giúp xác định giá trị dinh dưỡng của rơm rạ và khiến chúng có khả năng trở thành nhiên liệu sinh nhiệt năng.
Do được cấu tạo từ các nguồn xơ hữu cơ, rơm rạ rất giàu chất hữu cơ (80%) và Carbon hữu cơ có khả năng 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com oxi hóa (34%) [25], tỷ lệ C/N cao (xấp xỉ 50%), là điều kiện khả thi để các vi sinh vật có thể tồn tại trong điều kiện ủ phân. Về tính chất vật lý, mật độ khối lượng rơm có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào cấu trúc riêng của nó, từ 13 - 18 kg/m3 (đối với rơm rạ) [15] đến 50 - 120 kg/m3 (đối với rơm nghiền nhỏ) [30]. Khi được sử dụng làm năng lượng sinh học, đặc điểm về mật độ khối lượng rơm có thể ảnh hưởng đến quá trình đốt vì nó tác động đến thời gian cần thiết trong l phản ứng [51]. Những tính chất này giúp cho rơm rạ có cấu trúc phù hợp để trộn với bùn thải, khiến các vật liệu này có độ pH, tỷ lệ C/N và độ ẩm phù hợp cho sự phát triển của vi sinh vật có liên quan đến quá trình ủ phân [25].
Các đặc điểm cụ thể vể vật lý, sinh lý và hóa lý của rơm rạ được trình bày cụ thể ở bảng 1.1: Đặc điểm vật lý, sinh lý và hóa lý của rơm rạ Giá trị Chỉ số Đơn vị Phạm vi trung bình C/N - 30 – 58,3 46,8 Tỷ trọng g/cm3 0,05 – 0,1 0,06 Độ ẩm tổng số 11 – 20 12,7 Tồn dư khoáng 10 – 13 11,8 Chất hữu cơ tổng số 78,1 – 85 80,3 Cacbon hữu cơ có thể 32,1 – 35,6 33,6 oxy hóa N tổng số % 0,6 – 1,3 0,93 P2O5 0,12 – 0,35 0,19 K2O5 0,91 – 2,1 1,55 CaO 0,46 – 0,6 0,32 MgO 0,1 – 0,3 0,2 Na2O 0,1 – 0,97 0,5 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com S 0,09 – 0,22 0,15 Fe 100 – 430 174,2 Mn 50 – 130 72,2 Zn 20 – 50 32,2 Cu 3,5 – 7,5 4,32 mg/kg Ni 1,2 – 5,5 3,0 Pb 0,0 – 4,0 0,75 Cd 0,0 – 0,3 0,12 Cr 2,8 – 9,1 9,0 Vi khuẩn 1,8 x 106 – 5 x 106 3,23 x 106 CFU/g Nấm 8,7 x 103 – 9,5 x 106 3,75 x 106 Nguồn: Lê và cộng sự (2017) [25] Với những đặc điểm trên, rơm rạ là một nguồn sinh khối tiềm năng cho việc sản xuất nhiệt năng, nhưng cũng đồng thời là nguồn phát thải các chất khí gây ô nhiễm môi trường nếu bị đốt không đúng cách. Do đó, việc quản lý nguồn phụ phẩm nông nghiệp này một cách đúng đắn và khoa học là vô cùng quan trọng, giúp tận dụng nguồn tài nguyên, hạn chế việc thất thoát dinh dưỡng trong đất và giảm phát thải khí ô nhiễm ra môi trường.2 Tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam Việt Nam là một quốc gia đang phát triển và có nền văn minh lúa nước lâu đời. Trong các năm gần đây từ 2010-2019, ngành nông nghiệp - lâm nghiệp - thủy sản chiếm tỷ trọng trung bình 17,35% [2] tổng sản phẩm trong nước, phần lớn dân số và lực lượng lao động vẫn đang tập trung chủ yếu tại khu vực nông thôn. Tính đến năm 2019, dân số Việt Nam đạt 96,48 triệu người, trong đó 62,67 triệu người tập trung tại khu vực nông thôn, chiếm 65%, 33,81 triệu người tập trung tại khu vực thành thị, chiếm 35%.
Lực lượng lao động cũng chủ yếu tập trung ở khu vực nông thôn, số lao động từ 15 tuổi trở lên là 54,7 triệu người, trong đó 18,8 triệu người đang làm việc 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trong ngành Nông nghiệp - lâm nghiệp - thủy sản, giảm 1,7 triệu người so với năm 2018, chiếm 34,5% tổng số lao động [2]. Sơ bộ năm 2019, tổng diện tích canh tác lúa đạt 7.470,1 nghìn ha, tiếp tục có xu hướng giảm so với năm 2018 do thay đổi cơ cấu cây trồng và ảnh hưởng của thời tiết. Sản lượng lúa đạt 43,4 triệu tấn, giảm 597,8 nghìn tấn so với năm 2018 [2]. Việt Nam có hai khu vực tập trung canh tác lúa lớn là khu vực đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và khu vực đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL).
Đồng bằng sông Hồng thuộc hạ lưu sông Hồng và sông Thái Bình, bao gồm 10 tỉnh thành. Nhờ có hai d ng sông lớn bồi đắp phù sa nên khu vực này có đất đai trù phú, giàu phù sa, thích hợp cho việc nuôi trồng và canh tác nông nghiệp. Diện tích canh tác lúa và sản lượng lúa cả năm tại khu vực đồng bằng sông Hồng thường đạt khoảng 1.000 ha và 6,4 triệu tấn, chiếm lần lượt 13% và 15% cả nước, chỉ đứng sau đồng bằng sông Cửu Long với diện tích và sản lượng trung bình đạt khoảng 4. Trong đó, Hà Nội, Hải Dương, Thái Bình và Nam Định là 4 tỉnh thành có diện tích lúa cả năm lớn nhất khu vực đồng bằng sông Hồng.
Mặc dù là thành phố có diện tích canh tác giảm mạnh nhất từ giai đoạn 2015-2019 (29 nghìn ha), Hà Nội vẫn là khu vực có diện tích lúa lớn nhất đồng bằng sông Hồng, đạt 171,6 nghìn ha vào năm 2019, theo sau là Nam Định (146,9 ha), Thái Bình (155,2 ha) và Hải Dương (114,9 ha) [2]. Về sản lượng, năm 2019, toàn thành phố Hà Nội đạt 0,96 triệu tấn, thấp hơn giai đoạn 2015-2018 với sản lượng trung bình giai đoạn này là 1,09 triệu tấn. Điều này khiến Thái Bình trở thành khu vực có sản lượng lúa cả năm cao nhất ĐBSH năm 2019, đạt 1,02 triệu tấn.