Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Hệ Số Phát Thải Khí Ô Nhiễm Từ Hoạt Động Đốt Rơm Rạ Vùng Tây Nam Bộ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ số phát thải khí ô nhiễm từ đốt rơm rạ tại Tây Nam Bộ, góp phần đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp bảo vệ.

• Chuyên ngành: Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu hệ số phát thải khí ô nhiễm từ đốt rơm rạ Tây Nam Bộ
• Loại tài liệu: Nghiên cứu

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về rơm rạ
• 1.1.1. Nguồn gốc của rơm rạ
• 1.1.2. Hiện trạng sử dụng rơm rạ trên Thế giới
• 1.1.2.1. Mỹ
• 1.1.2.2. Trung Quốc
• 1.1.2.3. Nhật Bản
• 1.1.2.4. Thái Lan
• 1.1.3. Hiện trạng rơm rạ ở Việt Nam
• 1.1.3.1. Hiện trạng phát sinh rơm rạ
• 1.1.3.2. Hiện trạng sử dụng và thải bỏ rơm rạ
• 1.1.3.2.1. Sử dụng rơm rạ trồng nấm
• 1.1.3.2.2. Sử dụng rơm rạ làm phân hữu cơ
• 1.1.3.2.3. Sử dụng rơm rạ sản xuất dầu sinh học
• 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài
• 1.2.1. Hệ số phát thải (Emission Factor, EF)
• 1.2.2. Một số nghiên cứu xác định hệ số phát thải từ hoạt động đốt sinh khối trên thế giới
• 1.2.2.1. Tại Mỹ
• 1.2.2.2. Tại Ấn Độ
• 1.2.2.3. Tại Trung Quốc
• 1.2.2.4. Tại Thái Lan

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Việt Nam là một trong những quốc gia có sản lượng xuất khẩu gạo lớn trên thế giới, với đồng bằng Tây Nam Bộ đóng vai trò quan trọng trong sản xuất. Vùng này có khoảng 4,3 triệu ha lúa, chiếm 55% diện tích trồng lúa cả nước, cung cấp khoảng 25,9 triệu tấn lúa năm 2015 và 39,5 triệu tấn năm 2020. Tuy nhiên, sản xuất lúa gạo cũng tạo ra lượng rơm rạ lớn, khoảng 26,2 triệu tấn/năm. Việc xử lý rơm rạ chủ yếu thông qua phương pháp đốt trực tiếp trên đồng ruộng, chiếm đến 98%. Hành động này không chỉ phát sinh khói bụi mà còn gây ô nhiễm không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và góp phần vào biến đổi khí hậu. Nghiên cứu này nhằm xác định hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ tại Tây Nam Bộ, với An Giang là tỉnh đại diện.

II. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định hệ số phát thải các chất khí gây ô nhiễm không khí như TSP, CO2, CO, NO2, SO2 từ hoạt động đốt rơm rạ trên đồng ruộng tại tỉnh An Giang. Nghiên cứu sẽ được thực hiện thông qua việc chọn ba vị trí có hoạt động đốt rơm rạ, xác định các điều kiện khí tượng như nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió và tốc độ gió. Các thông số ô nhiễm sẽ được đo nhanh từ mẫu khí thu thập trong quá trình đốt. Dữ liệu thu thập sẽ được xử lý để tính toán hệ số phát thải từ các kết quả đo được, nhằm cung cấp thông tin hữu ích cho việc quản lý ô nhiễm môi trường.

III. Tổng quan về rơm rạ

Rơm rạ là phụ phẩm từ sản xuất lúa gạo, bao gồm phần thân cây lúa đã phơi khô và phần gốc cây còn lại sau khi thu hoạch. Rơm rạ thường được sử dụng làm thức ăn cho gia súc, lót chuồng, hoặc đốt để tạo tro bón ruộng. Tuy nhiên, việc đốt rơm rạ không được khuyến khích do gây mất dinh dưỡng của đất và phát sinh ô nhiễm không khí. Theo thống kê, 98% rơm rạ được đốt trực tiếp trên đồng ruộng, dẫn đến việc phát thải một lượng lớn khí ô nhiễm. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc xử lý rơm rạ bằng các phương pháp khác như ủ phân hữu cơ hoặc sản xuất năng lượng sinh học có thể giảm thiểu ô nhiễm và tận dụng nguồn tài nguyên này hiệu quả hơn.

IV. Tình hình nghiên cứu hệ số phát thải

Hệ số phát thải (EF) là đại lượng thể hiện mối liên hệ giữa lượng chất ô nhiễm phát thải từ một nguồn với các hoạt động phát thải. EF được sử dụng rộng rãi để ước tính mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng EF phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ, điều kiện môi trường và loại nhiên liệu sử dụng. Các nghiên cứu quốc tế đã xác định EF từ hoạt động đốt sinh khối, cho thấy sự khác biệt về mức độ phát thải giữa các loại cây trồng và điều kiện đốt. Việc áp dụng EF từ các nghiên cứu khác vào Việt Nam cần được xem xét cẩn thận để tránh sai số lớn.

V. Biện pháp giảm phát thải

Để giảm thiểu ô nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ, cần áp dụng các biện pháp quản lý chất thải nông nghiệp hiệu quả. Các phương pháp như ủ phân hữu cơ, sản xuất năng lượng sinh học từ rơm rạ, và tái sử dụng rơm rạ trong nông nghiệp có thể giúp giảm lượng rơm rạ bị đốt. Chính quyền địa phương cần khuyến khích nông dân áp dụng các biện pháp này thông qua các chương trình đào tạo và hỗ trợ kỹ thuật. Việc nâng cao nhận thức về tác động của việc đốt rơm rạ đến môi trường cũng rất quan trọng để thay đổi hành vi của người nông dân.

Nội dung chính

Nghiên cứu xác định hệ số phát thải khí ô nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ vùng Tây Nam Bộ

---

Tóm tắt nghiên cứu

Hoạt động đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng sau thu hoạch tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (Tây Nam Bộ) là nguồn phát sinh khí thải và bụi mịn quy mô lớn, đe dọa trực tiếp đến chất lượng môi trường không khí và gia tăng hiệu ứng nhà kính. Nghiên cứu tập trung giải quyết câu hỏi cốt lõi: Hệ số phát thải (Emission Factor - EF) thực tế của các chất khí ô nhiễm và bụi từ hoạt động đốt hở rơm rạ tại vùng Tây Nam Bộ là bao nhiêu khi xét đến đặc thù sinh khối và tập quán canh tác địa phương?

Để trả lời vấn đề này, đề tài thuộc nhiệm vụ khoa học công nghệ (Mã số: TNMT.18) đã triển khai phương pháp tiếp cận đa tầng: kết hợp quan trắc thực địa tại tỉnh An Giang (đại diện cho 13 tỉnh, thành Tây Nam Bộ) và mô phỏng buồng đốt kiểm soát trong phòng thí nghiệm tại Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (Đại học Bách Khoa Hà Nội). Các thông số ô nhiễm chính được phân tích gồm tổng bụi lơ lửng (TSP), $\text{CO}_2$, $\text{CO}$, $\text{NO}_2$, và $\text{SO}_2$.

Kết quả nghiên cứu đã thiết lập cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về nồng độ và hệ số phát thải theo phương pháp cân bằng cacbon và cân bằng khối lượng. Phát hiện then chốt chứng minh rằng độ ẩm sinh khối cao (>50%) do phơi tự nhiên ngắn ngày ảnh hưởng sâu sắc đến hiệu suất cháy, làm gia tăng lượng khí cháy không hoàn toàn ($\text{CO}$) và bụi mịn. Nghiên cứu mang ý nghĩa tiên phong trong việc cung cấp hệ số phát thải đặc thù quốc gia, thay thế việc áp dụng các hệ số quốc tế thiếu chuẩn xác, phục vụ trực tiếp cho công tác kiểm kê khí nhà kính và quản lý chất lượng không khí tại Việt Nam.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng

Đồng bằng sông Cửu Long là vựa lúa lớn nhất Việt Nam, đóng vai trò sống còn đối với an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu gạo toàn cầu. Với diện tích canh tác khoảng 4,3 triệu ha (chiếm 55% diện tích lúa cả nước), vùng sản xuất từ 25,9 đến gần 40 triệu tấn lúa mỗi năm. Tuy nhiên, quy mô sản xuất khổng lồ này đồng thời tạo ra hơn 26,2 triệu tấn rơm rạ/năm. Đáng chú ý, có tới 98% lượng rơm rạ sau thu hoạch bị đốt trực tiếp trên đồng ruộng, do các phương pháp tái sử dụng truyền thống hoặc thương mại chưa được nhân rộng đồng bộ.

                      SẢN XUẤT LÚA GẠO TÂY NAM BỘ
              (~4,3 triệu ha | ~26,2 triệu tấn rơm rạ/năm)
         2% Tái sử dụng                    98% Đốt trực tiếp
   (Trồng nấm, ủ phân, thức ăn...)           trên đồng ruộng
       TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG                                                 KHOẢNG TRỐNG NGHIÊN CỨU
 • Khí nhà kính: CO2, CH4, N2O                                       • Trước đây chỉ tính tải lượng dựa trên
 • Ô nhiễm không khí: TSP, CO, NO2, SO2                                hệ số phát thải quốc tế (Mỹ, Thái Lan...)
 • Suy thoái đất nông nghiệp                                         • Chưa có hệ số phát thải (EF) thực nghiệm
                                                                       đặc thù cho sinh khối Tây Nam Bộ

Mặc dù nhiều nghiên cứu trước đây đã cảnh báo về tình trạng ô nhiễm không khí do đốt rơm rạ, nhưng phần lớn mới dừng lại ở việc ước tính tải lượng phát thải thô dựa trên hệ số phát thải ngoại suy từ nước ngoài như bộ dữ liệu AP-42 của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA), hay nghiên cứu từ Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ. Cách tiếp cận này tạo ra sai số rất lớn bởi hệ số phát thải phụ thuộc chặt chẽ vào:

1. Thành phần hóa lý của sinh khối (tỷ lệ cellulose, hemicellulose, lignin, hàm lượng cacbon và tro);
2. Độ ẩm rơm rạ thực tế sau thu hoạch;
3. Tập quán đốt và điều kiện khí tượng nhiệt đới gió mùa đặc thù của Tây Nam Bộ.

Nghiên cứu này được thực hiện kịp thời nhằm lấp đầy khoảng trống dữ liệu thực nghiệm nói trên. Kết quả thu được không chỉ có giá trị học thuật cao mà còn là công cụ pháp lý và kỹ thuật đắc lực hỗ trợ các nhà hoạch định chính sách xây dựng Báo cáo Đóng góp do quốc gia tự xác định (NDC), thúc đẩy kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp và giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng.

---

Methodology và approach

Nghiên cứu áp dụng thiết kế thực nghiệm song song giữa quan trắc hiện trường và phân tích buồng đốt chuẩn hóa, đảm bảo tính đại diện và độ chính xác khoa học cao.

                                      QUY TRÌNH PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
          QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG                                              THỰC NGHIỆM PHÒNG THÍ NGHIỆM
    (3 điểm tại An Giang: VT1, VT2, VT3)                              (Lò đốt mô phỏng - ĐH Bách Khoa Hà Nội)
Đo vi khí hậu & nền              Đo đạc khí phát thải            Xử lý mẫu sinh khối             Xác định hệ số phát thải
(Nhiệt độ, ẩm, gió)              (Testo 350XL, Sibata GT-331)    (Độ ẩm 105°C, C/Tro)            (Cân bằng khối lượng)
                               Phương pháp cân bằng Cacbon                                        Hệ số phát thải chuẩn hóa
                                   & Hiệu suất cháy (MCE)                                           (TSP, CO2, CO, NO2, SO2)

1. Thiết kế lấy mẫu và khảo sát thực địa

Nghiên cứu chọn tỉnh An Giang làm địa bàn đại diện cho 13 tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long nhờ sự tương đồng về thổ nhưỡng, thời tiết và cơ cấu mùa vụ lúa Đông Xuân. Ba vị trí thực nghiệm ngoài cánh đồng được chọn với địa hình bằng phẳng, thoáng đãng, cách xa khu dân cư và các nguồn phát thải khác:

• Vị trí 1 (VT1): Xã An Hòa, huyện Châu Thành (Tọa độ: $10^\circ 28' 21.65''\text{N}$, diện tích đốt $50,\text{m}^2$, độ ẩm rơm $53,8%$).
• Vị trí 2 (VT2): Xã An Bình, huyện Thoại Sơn (Tọa độ: $10^\circ 17' 53.96''\text{N}$, diện tích đốt $60,\text{m}^2$, độ ẩm rơm $56,3%$).
• Vị trí 3 (VT3): Xã An Tức, huyện Tri Tôn (Tọa độ: $10^\circ 23' 24.69''\text{N}$, diện tích đốt $55,\text{m}^2$, độ ẩm rơm $63,8%$).

2. Thiết bị và kỹ thuật thu thập dữ liệu

Quy trình đo đạc được chia làm ba giai đoạn: đo môi trường nền trước khi đốt, đo liên tục trong suốt quá trình đốt và đo sau khi kết thúc đốt:

• Thiết bị đo nhanh khí thải: Sử dụng máy phân tích khí đa chỉ tiêu Testo 350XL (đo $\text{CO}$, $\text{CO}_2$, $\text{NO}_2$, $\text{SO}_2$, nhiệt độ, áp suất dòng khí). Đầu dò lấy mẫu khí được đặt ở độ cao $1,5,\text{m}$ xuôi theo hướng gió chính, cách tâm ngọn lửa từ $4 - 5,\text{m}$ để đảm bảo an toàn nhiệt và thu nhận dòng khí ổn định.
• Thiết bị đo bụi: Máy đếm hạt quang học Sibata GT-331 và hệ thống lấy mẫu bụi trọng lượng AST Sampler theo tiêu chuẩn TCVN 5067:1995 và US EPA Method 1 để xác định nồng độ tổng bụi lơ lửng ($\text{TSP}$) và bụi mịn ($\text{PM}{10}, \text{PM}{2.5}$).
• Quan trắc vi khí hậu: Giám sát liên tục nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối, hướng gió và vận tốc gió.

3. Phân tích phòng thí nghiệm và kỹ thuật tính toán

• Phân tích hàm lượng Cacbon và Độ ẩm: Rơm rạ tươi thu thập từ 3 cánh đồng được đóng gói hút chân không, bảo quản lạnh. Độ ẩm được xác định bằng phương pháp sấy tĩnh ở $105^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi. Hàm lượng cacbon trong rơm khô và trong tro sau đốt được phân tích bằng phương pháp oxy hóa hóa học Walkley-Black với dung dịch $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7/\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc ở $180^\circ\text{C}$, sau đó chuẩn độ bằng muối Morh với chỉ thị màu Feroin.
• Mô phỏng lò đốt tiêu chuẩn: Tiến hành đốt mẫu rơm (giống lúa IR50404, khối lượng $2,5,\text{kg}$/mẻ) trong hệ thống buồng đốt hình nón ngược chuyên dụng tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, loại trừ triệt để ảnh hưởng nhiễu của gió khí quyển.
• Thuật toán tính Hệ số phát thải (EF):
  • Ngoài hiện trường: Áp dụng nguyên lý cân bằng cacbon (Carbon Balance) và Hiệu suất cháy cải tiến (Modified Combustion Efficiency - MCE): $$\text{MCE} = \frac{\Delta\text{CO}_2}{\Delta\text{CO}_2 + \Delta\text{CO}}$$ Nếu $\text{MCE} > 0,9$ (cháy ngọn lửa chiếm ưu thế), $\text{CO}_2$ được chọn làm khí tham chiếu; nếu $\text{MCE} < 0,9$ (cháy âm ỉ chiếm ưu thế), $\text{CO}$ làm khí tham chiếu.
  • Trong phòng thí nghiệm: Áp dụng mô hình cân bằng khối lượng dòng khí tích phân theo thời gian cháy của Jenkins và Guoliang: $$E_i = \frac{10^{-3}}{m_{\text{fd}}} \int_{t_0}^{t_f} A_s \cdot u \cdot C_i \cdot \frac{w_i}{V_m} , dt$$

---

Phát hiện chính

1. Chất lượng không khí nền tại các điểm khảo sát đạt chuẩn

Trước khi đốt rơm rạ, chất lượng môi trường không khí xung quanh tại cả 3 vị trí nghiên cứu đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 05:2013/BTNMT. Nồng độ trung bình của các chất ô nhiễm nền được ghi nhận:

• $\text{CO}_2$: dao động từ $657.000$ đến $723.600,\mu\text{g/m}^3$ (tương đương $365 - 402,\text{ppm}$, trung bình $380,\text{ppm}$).
• $\text{CO}$: $4.353,\mu\text{g/m}^3$ (tương đương mức quan trắc định kỳ của tỉnh An Giang là $4.000,\mu\text{g/m}^3$).
• $\text{NO}_2$: $136,\mu\text{g/m}^3$ (so với quy chuẩn $200,\mu\text{g/m}^3$).
• $\text{SO}_2$: $33,\mu\text{g/m}^3$ (thấp hơn khoảng 4 lần so với mức quan trắc nền $350,\mu\text{g/m}^3$ của tỉnh).
• $\text{TSP}$: $172,\mu\text{g/m}^3$ (thấp hơn ngưỡng giới hạn $300,\mu\text{g/m}^3$).

Điều này chứng minh môi trường nền không bị ô nhiễm cục bộ trước thí nghiệm, tạo điều kiện tin cậy tuyệt đối để bóc tách lượng phát thải ròng sinh ra từ đám cháy rơm.

2. Sự gia tăng nồng độ đột biến của các chất khí trong quá trình cháy

Khi hoạt động đốt bắt đầu, nồng độ các chất ô nhiễm tăng mạnh và đạt đỉnh sau khoảng 1 giờ đến 1 giờ 30 phút đốt:

• Biến động $\text{CO}_2$: Nồng độ $\text{CO}_2$ trung bình toàn bộ 3 điểm tăng từ mức nền $684,6,\text{mg/m}^3$ ($380,\text{ppm}$) lên $706,8,\text{mg/m}^3$ ($393,\text{ppm}$) khi bắt đầu bén lửa, và đạt đỉnh $741,6,\text{mg/m}^3$ ($412,\text{ppm}$) sau 1 giờ 30 phút. Tại điểm VT1, nồng độ đỉnh đạt tới $754,2,\text{mg/m}^3$ ($419,\text{ppm}$).
• Sau khi tắt lửa: Nồng độ các chất khí giảm dần nhưng vẫn duy trì ở mức cao hơn nồng độ nền trong nhiều giờ tiếp theo (trung bình $\text{CO}_2$ đạt $703,2,\text{mg/m}^3$), minh chứng cho sự tồn lưu kéo dài của khói thải trong tầng khí quyển sát mặt đất.

Giai đoạn quan trắc	$\text{CO}_2$ trung bình ($\text{ppm}$)	$\text{CO}_2$ quy đổi ($\text{mg/m}^3$)	$\text{CO}_2$ quy đổi ($\mu\text{g/m}^3$)	Xu hướng so với nền
Không khí nền	380	684,60	684.600	Mức chuẩn tự nhiên
Bắt đầu đốt	393	706,80	706.200	Tăng nhanh khi có lửa
Sau 1h30 phút (Đỉnh)	412	741,60	741.600	Đạt cực đại phát thải
Kết thúc đốt	391	703,20	703.200	Hạ nhiệt chậm, tồn lưu

3. Tác động chi phối của độ ẩm rơm rạ lên hiệu suất cháy

Đặc thù thu hoạch lúa bằng máy gặt đập liên hợp tại Tây Nam Bộ khiến rơm rạ bị trải đều trên ruộng ướt và chỉ được phơi khô tự nhiên từ 1 đến 3 ngày trước khi đốt. Độ ẩm rơm rạ trước khi đốt ghi nhận ở mức rất cao: $53,8%$ (VT1), $56,3%$ (VT2), và $63,8%$ (VT3).

Độ ẩm cao làm giảm nhiệt độ ngọn lửa, kéo dài giai đoạn cháy âm ỉ (smoldering combustion), làm giảm chỉ số hiệu suất cháy $\text{MCE}$ xuống dưới $0,90$. Đây chính là nguyên nhân trực tiếp khiến tỷ lệ phát thải khí $\text{CO}$, hydrocarbon chưa cháy và tổng bụi lơ lửng ($\text{TSP}$) tăng cao hơn đáng kể so với các kịch bản đốt rơm khô kiệt trong điều kiện tiêu chuẩn phòng thí nghiệm.

4. Đặc tính hóa lý sinh khối và hàm lượng khoáng của tro

Kết quả phân tích mẫu rơm rạ vùng Tây Nam Bộ chỉ ra:

• Thành phần hữu cơ: Cellulose chiếm $42,41%$, hemicellulose $12,65%$, lignin $18,62%$, hợp chất trích ly $6,48%$, tro $12,76%$, hàm lượng cacbon cố định khoảng $44%$.
• Thành phần tro: Khi đốt cháy, tro rơm rạ chứa hàm lượng lớn các oxit khoáng vô cơ gồm $\text{SiO}_2$ ($74,67%$), $\text{K}_2\text{O}$ ($12,30%$), $\text{CaO}$ ($3,01%$), $\text{MgO}$ ($1,75%$), $\text{Na}_2\text{O}$ ($0,96%$). Việc đốt hở không chỉ phát tán bụi mịn giàu silic vào khí quyển mà còn làm mất trắng nguồn dinh dưỡng quý giá của đất trồng ($100%,\text{N}$, $25%,\text{P}$, $20%,\text{K}$).

---

Đóng góp khoa học

1. Đóng góp về mặt lý thuyết và học thuật

Nghiên cứu đã bổ sung bộ dữ liệu thực nghiệm đầu tiên về hệ số phát thải ($\text{EF}$) đa thông số cho hoạt động đốt hở rơm rạ tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Đề tài làm sáng tỏ mối quan hệ tương quan giữa độ ẩm sinh khối, hiệu suất cháy ($\text{MCE}$) và tỷ lệ phát thải khí nhà kính trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa.

2. Đổi mới về mặt phương pháp luận

Công trình đã chuẩn hóa quy trình tích hợp giữa quan trắc đo nhanh tại hiện trường theo Thông tư 24/2017/TT-BTNMT và mô phỏng buồng đốt kiểm soát trong phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn quốc tế (Jenkins et al. và US EPA). Quy trình này giải quyết triệt để bài toán sai số do pha loãng gió tự nhiên ngoài đồng ruộng mà vẫn bảo toàn tính chất cháy thực tế của mẫu sinh khối.

                           GIẢI PHÁP VÀ ĐÓNG GÓP THỰC TIỄN
QUẢN LÝ NHÀ NƯỚC               MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG             KINH TẾ TUẦN HOÀN
 • Kiểm kê khí nhà kính chuẩn     • Cung cấp dữ liệu đầu vào       • Trồng nấm rơm (thu 30.000 tấn/năm)
 • Báo cáo NDC quốc gia             cho mô hình phân tán khí       • Phân hữu cơ (Fito-Biomix RR)
 • Cơ chế giám sát đốt hở           (AERMOD, CMAQ)                 • Dầu sinh học (Bio-oil nhiệt phân)

3. Ý nghĩa thực tiễn và định hướng chính sách

• Hoàn thiện hướng dẫn kiểm kê khí thải: Cung cấp bộ hệ số phát thải phục vụ trực tiếp cho Bộ Tài nguyên và Môi trường trong việc xây dựng Báo cáo Hiện trạng Môi trường Quốc gia và Kiểm kê Khí nhà kính theo Công ước Khung của Liên Hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu (UNFCCC).
• Cơ sở chuyển đổi kinh tế tuần hoàn: Cung cấp cơ sở khoa học định lượng về sự lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường, tạo động lực thúc đẩy các giải pháp thu gom phụ phẩm thay thế:
  • Trồng nấm rơm quy mô công nghiệp (1 kg rơm cho ra 0,15 kg nấm thương phẩm);
  • Xử lý rơm tươi thành phân hữu cơ sinh học bằng chế phẩm vi sinh (Fito-Biomix RR);
  • Nhiệt phân nhanh rơm rạ sản xuất dầu sinh học (bio-oil) với tiềm năng sản xuất lên tới 31 triệu tấn bio-oil/năm trên cả nước.

---

Đối tượng quan tâm

                                ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI
Nhà nghiên cứu     Nhà quản lý &                     Doanh nghiệp       Cộng đồng nông dân
khí quyển & đất    hoạch định chính sách             nông nghiệp tuần hoàn  & sức khỏe cộng đồng

• Nhà nghiên cứu khí quyển, môi trường và nông nghiệp: Tiếp cận bộ dữ liệu gốc đáng tin cậy về hệ số phát thải sinh khối lúa nước; sử dụng số liệu làm biến số đầu vào cho các mô hình lan truyền ô nhiễm không khí và biến đổi khí hậu.
• Cơ quan quản lý nhà nước (Bộ TN&MT, Sở TN&MT các tỉnh ĐBSCL): Sử dụng kết quả để xây dựng quy chuẩn kỹ thuật địa phương, ban hành quy chế quản lý và kiểm soát hoạt động đốt phụ phẩm nông nghiệp ngoài đồng ruộng.
• Doanh nghiệp công nghệ sinh học và năng lượng tái tạo: Nắm bắt chính xác các chỉ số lý hóa của rơm rạ để thiết kế các lò nhiệt phân bio-oil, nhà máy phát điện sinh khối hoặc dây chuyền sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh.
• Cộng đồng dân cư và tổ chức nông nghiệp: Nâng cao nhận thức về nguy cơ sức khỏe từ khói bụi đốt rơm rạ, tiếp cận các quy trình kỹ thuật tái sử dụng sinh khối nhằm tăng thêm thu nhập hộ gia đình.

---

FAQ (Câu hỏi thường gặp)

1. Phát hiện quan trọng nhất của nghiên cứu này là gì?

Nghiên cứu đã xác định được nồng độ và hệ số phát thải thực nghiệm của các chất khí ($\text{CO}_2, \text{CO}, \text{NO}_2, \text{SO}_2$) và bụi lơ lửng ($\text{TSP}$) từ việc đốt rơm rạ tại Tây Nam Bộ, đồng thời chứng minh rằng độ ẩm sinh khối cao (>50%) do phơi ngắn ngày là yếu tố chi phối mạnh mẽ làm gia tăng tỷ lệ phát thải khí cháy không hoàn toàn ($\text{CO}$) và khói bụi.

2. Phương pháp nghiên cứu có điểm gì đặc biệt so với các đề tài trước đây?

Nghiên cứu kết hợp đồng thời hai kỹ thuật: đo đạc nhanh đa chỉ tiêu ngoài hiện trường bằng thiết bị Testo 350XL/Sibata GT-331 theo nguyên lý cân bằng cacbon, và đốt mẫu kiểm soát trong lò đốt tiêu chuẩn phòng thí nghiệm theo nguyên lý cân bằng khối lượng. Cách tiếp cận này loại bỏ sai số môi trường ngoài trời và mang lại kết quả có độ tin cậy vượt trội.

3. Kết quả đo đạc tại An Giang có thể khái quát hóa cho toàn bộ vùng Tây Nam Bộ không?

Có thể khái quát hóa cao. Toàn bộ 13 tỉnh thành vùng Tây Nam Bộ có đặc điểm tương đồng lớn về điều kiện khí tượng cận xích đạo, phương thức canh tác lúa nước, cơ giới hóa thu hoạch bằng máy gặt đập liên hợp và tập quán phơi - đốt rơm rạ ngắn ngày tại ruộng. Do đó, các hệ số phát thải từ An Giang hoàn toàn phù hợp để đại diện cho toàn vùng.

4. Các bước tiếp theo cần triển khai của hướng nghiên cứu này là gì?

Cần tiếp tục hoàn thiện đo đạc mở rộng cho các phân đoạn hạt bụi siêu mịn ($\text{PM}{2.5}, \text{PM}{1.0}$), phân tích các hợp chất hữu cơ độc hại như PAH, Dioxin/Furan phát sinh trong pha cháy âm ỉ; đồng thời tích hợp số liệu vào mô hình khí tượng để đánh giá chi tiết bản đồ rủi ro sức khỏe cộng đồng vào các đợt cao điểm thu hoạch lúa.

5. Những ứng dụng thực tiễn trực tiếp từ nghiên cứu này là gì?

Dữ liệu nghiên cứu là căn cứ trực tiếp để tính toán lượng phát thải khí nhà kính hàng năm của ngành nông nghiệp Việt Nam, đồng thời thúc đẩy chuyển đổi rơm rạ từ nguồn chất thải ô nhiễm thành nguyên liệu đầu vào cho sản xuất nấm ăn, phân bón hữu cơ vi sinh và nhiên liệu sinh học bio-oil.

---

Kết luận

Nghiên cứu xác định hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm từ hoạt động đốt hở rơm rạ vùng Tây Nam Bộ (Mã số: TNMT.18) đã giải quyết triệt để bài toán thiếu hụt dữ liệu phát thải sinh khối đặc thù tại Đồng bằng sông Cửu Long. Bằng phương pháp luận chặt chẽ kết hợp giữa hiện trường và thực nghiệm buồng đốt chuẩn hóa, công trình đã xác lập bộ hệ số phát thải có giá trị khoa học và độ tin cậy cao cho $\text{CO}_2$, $\text{CO}$, $\text{NO}_2$, $\text{SO}_2$ và $\text{TSP}$.

Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi tất yếu cho các nghiên cứu chuyên sâu về phân bố ô nhiễm không khí vùng, đồng thời đặt nền móng cho việc ban hành các chính sách kiểm soát nghiêm ngặt hành vi đốt phụ phẩm nông nghiệp. Đã đến lúc các cơ quan quản lý, nhà khoa học và doanh nghiệp cần chung tay hành động: chấm dứt tập quán đốt rơm rạ lộ thiên, nhanh chóng triển khai các mô hình kinh tế tuần hoàn để bảo vệ môi trường không khí và nâng cao giá trị gia tăng bền vững cho chuỗi sản xuất lúa gạo Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về rơm rạ 1. Nguồn gốc của rơm rạ Rơm rạ là phụ phẩm từ hoạt động sản xuất lúa gạo, trong đó rơm là phần thân của cây lúa đã được phơi khô sau khi thu hoạch, còn rạ là phần là gốc cây lúa còn lại sau khi gặt và cắt phần thân. Sau khi thu hoạch lúa, 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,.

Gốc rạ Hình 1. Rơm Gốc rạ và rơm có chứa nhiều cellulose, lignin, hemicellulose, các hợp chất trich ly, và nhiều thành phần khác. Thành phần hóa học của rơm rạ [5] Các hợp Thành Độ Cellulose Hemicellulos chất Lignin Tro Tổng phần ẩm trich ly Tỷ lệ (%) 7,08 42,41 12,65 18,62 6,48 12,76 100 Theo thống kê, 98% rơm rạ được đốt trực tiếp trên cánh đồng [2]. Việc đốt rơm rạ không được khuyến khích do khi đốt rơm rạ sẽ làm mất dinh dưỡng của đất: 100% N, 25% P, 20% K và mất khoảng 5-60% S [8].

Thành phần và các hỗn hợp chủ yếu của tro trong rơm lúa nước, vỏ trấu và rơm lúa mì [6] Rơm lúa Vỏ trấu Rơm lúa mì nước % nhiên liệu khô Cacbon liên kết 15,86 16,22 17,71 Chất bay hơi 65,47 63,52 75,27 Tro 18,67 20,26 7,02 Tổng 100,00 100,00 100,00 Thành phần hỗn hợp của tro (%) SiO2 74,67 91,42 55,32 CaO 3,01 3,21 6,14 MgO 1,75 <0,01 1,06 Na2O 0,96 0,21 1,71 K2O 12,30 3,71 25,60 1. Hiện trạng sử dụng rơm rạ trên Thế giới (1). Mỹ Bang California là nơi sản xuất lúa gạo lớn của nước Mỹ, hàng năm khu vực này sinh ra trên 1 triệu tấn rơm [6]. Sau khi thu hoạch, rơm rạ thường được đốt ngoài đồng sau đó được cày trộn với đất trồng.

Tuy nhiên, đến năm 1997, mới chỉ có 13.500 tấn rơm được sử dụng ở bên ngoài, khoảng 98% rơm không đốt tiếp tục được cày trở lại đất. Đến năm 2000 cũng chỉ có khoảng 2% rơm rạ được sử dụng thương mại. Những giải pháp sử dụng rơm rạ được nghiên cứu bao gồm làm thức ăn cho gia súc, làm ván sợi ép, sản xuất năng lượng, chuyển hóa thành si-rô đường và protein men, và làm bột giấy để làm giấy và các sản phẩm công nghiệp khác. Trung Quốc Tại miền Trung và Nam Trung Quốc, hằng năm có 230 triệu tấn rơm lúa được sản sinh ra.

Rơm thường được coi là các sản phẩm dư thừa hoặc sản phẩm phụ của việc thu hoạch mùa vụ. Mặc dù đã có một số phương pháp để tái sử dụng rơm rạ, một lượng lớn vẫn chưa được sử dụng, gây ra nhiều vấn đề về môi trường và an 5 toàn, ví dụ như ô nhiễm và cháy nổ. Mặt khác, rơm rạ là vật liệu hữu cơ và có thể được sử dụng để sản xuất biogas thông qua phân hủy kị khí, vì vậy mang lại một cách mới để tận dụng rơm rạ và giảm thiểu ô nhiễm. Nhật Bản Tại Nhật Bản, rơm lúa hiện được sử dụng và tiêu hủy theo các cách sau: để cày xới lại vào đất trên đồng 61,5%, làm thức ăn cho động vật 11,6%, làm phân xanh 10,1%, lợp mái cho chuồng nuôi gia súc 6,5%, vật liệu che phủ trên ruộng 4%, đồ thủ công từ rơm 1,3%, các loại khác 0,3%, đốt cháy 4,6%.

Chỉ có 4,6%, tỷ lệ tiêu hủy thông qua đốt cháy hiện tại, là có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng. Cách chính để phân hủy rơm rạ hiện tại ở Nhật vẫn là bón lại cho đồng. Hiện tại, 60% rơm rạ được sản xuất ra theo cách cắt khúc tự động bằng các máy gặt liên hợp, được trải lên ruộng và sau đó được cày lẫn vào với đất. Thái Lan Tại Thái Lan, hàng năm có từ 8-14 triệu tấn chất thải rơm rạ được đốt ngoài đồng sau khi thu hoạch lúa, gây ô nhiễm môi trường.

Việc đầu tư cho các phương pháp tận dụng rơm rạ tỏ ra tốn kém và hiệu quả không cao nên phương pháp phổ biến nhất là đốt ngay tại đồng ruộng để chuẩn bị cho canh tác vụ sau. Việc đốt rơm rạ lộ thiên phổ biến nhất ở các vùng thuộc miền Trung nước này. Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu, nếu được quản lý tốt rơm rạ này có thể là nguồn cung cấp năng lượng đáng kể. Hiện nay tại Thái Lan việc sử dụng rơm rạ mang tính thương mại để sản xuất năng lượng vẫn chưa phát triển.

Do thiếu các biện pháp khuyến khích, hỗ trợ, nên người nông dân chưa thấy được lợi ích của việc thu gom và sử dụng rơm rạ trong công nghiệp. Thái Lan cũng đang nghiên cứu các công nghệ sử dụng phụ phẩm nông nghiệp để tạo ra điện năng và dùng trong đốt nóng nồi hơi công nghiệp, các nước đi đầu ở châu Âu trong lĩnh vực này mà Thái Lan tham khảo là Đan Mạch và Anh. Hiện trạng rơm rạ ở Việt Nam 1. Hiện trạng phát sinh rơm rạ Rơm rạ 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 sử dụng chủ yếu để lót chuồng cho trâu, bò, một số ít được dùng trồng nấm, phần lớn còn lại bỏ ngoài 6 đồng,. Theo số liệu thống kê thì năm 2016 Việt Nam có khoảng 7,7 triệu ha đất trồng lúa, sản lượng năm 2016 là 43,6 triệu tấn lúa [7]. Theo nghiên cứu thì 1 tấn thóc sẽ tạo ra 1. Điều này có nghĩa là hàng năm nước ta thải ra khoảng 59 triệu tấn rơm rạ.

Lượng rơm rạ phát sinh theo từng khu vực [7] Diện tích lúa Sản lượng lúa Lượng rơm rạ phát Khu vực (nghìn ha) (nghìn tấn) sinh (nghìn tấn) Đồng bằng Sông Hồng 1.882 Bắc trung bộ và Duyên 1.287 hải miền Trung Đồng bằng sông Cửu 4.706 Long Cả nước 7.873 Theo kết quả thống kê từ bảng 1.3, lượng rơm rạ phát sinh tại vùng đồng bằng sông Cửu Long nhiều nhất trong cả nước (32. Sau khi thu hoạch lúa xong, đa số lượng rơm rạ này sẽ được đốt trực tiếp ngoài đồng ruộng. Việc đốt rơm rạ không những gây ô nhiễm môi 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.

Hiện trạng sử dụng và thải bỏ rơm rạ  Sử dụng rơm rạ trồng nấm Nhằm mục đích tái sử dụng lại rơm rạ, tạo thêm thu nhập cho gia đình người dân đã tận dụng lại rơm rạ để trồng nấm. Ban đầu chỉ là trồng theo kiểu nhỏ lẻ, manh mún, nên chỉ đủ cung cấp cho gia đình để bổ sung thêm nguồn thực phẩm mới. Tuy nhiên với khối lượng rơm lớn từ những cánh đồng thì nếu trồng theo kiểu nhỏ lẻ sẽ không thể nào giải quyết được vấn đề rác thải nông nghiệp này. Thấy được điều này nên chính quyền các địa phương đã hướng dẫn người dân trồng theo quy trình kỹ thuật để nâng cao chất lượng và sản lượng nấm.

Cũng nhờ chất lượng và sản lượng gia tăng, mang lại nguồn thu lớn nên người nông dân tiếp tục nhân rộng mô hình, 7 mở rộng quy mô sản xuất. Và kết quả là năm 2016 sản lượng nấm tính riêng ở ĐBSCL đã lên tới 30 ngàn tấn. tính trung bình 1kg rơm sẽ cho ra được 0,15kg nấm [7], với cách tính này thì một năm ĐBSCL sẽ sử dụng hết 200. Không chỉ giải quyết được vấn đề tồn đọng rơm mà còn mang về thu nhập khá lớn cho người nông dân.

 Sử dụng rơm rạ làm phân hữu cơ Lê Văn Tri (2012) đã tiến hành nghiên cứu về các chế phẩm vi sinh (Fito- Biomix RR) để xử lý rơm rạ [8]. Quy trình biến rơm rạ thành phân bón hữu cơ được thực hiện thông qua các bước, rơm rạ tươi sau thu hoạch được chất đống với chiều rộng 2m, cứ mỗi lớp 30cm tưới một lượt dung dịch chế phẩm Fito-Biomix RR, bổ sung thêm NPK và phân chuồng nếu có. Sau đó, tiến hành ủ rơm rạ bằng cách sử dụng nilon, bạt, tải rách, bùn che đậy kín đảm bảo nhiệt độ ủ từ 45-500C. Sau 10 đến 15 ngày tiến hành ngày kiểm tra và đảo trộn.

Điều này làm cho rơm rạ vụn thêm do tác động cơ học, đảm bảo độ ẩm cũng như nhiệt độ của đống ủ luôn trong mức tối ưu, tạo điều kiện cho quá trình phân hủy rơm rạ diễn ra nhanh chóng và triệt để. Trong quá trình ủ phát hiện chỗ nào chưa đảm bảo độ ẩm thì tưới bổ sung thêm để cho nguyên liệu hoại hoàn toàn. Sau 25 đến 30 ngày rơm rạ phân hủy tốt thành phân ủ hữu cơ.  Sử dụng rơm rạ sản xuất dầu sinh học Viện Dầu khí Việt Nam và Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tiến hành nghiên cứu việc sản xuất dầu sinh học từ rơm rạ [9].

So với tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu sinh học lỏng nhiệt phân loại G dùng cho lò đốt công nghiệp tại Mỹ ban hành năm 2012, dầu sinh học đi từ rơm rạ theo phương pháp nhiệt phân nhanh này đáp ứng tiêu chuẩn. Với hiệu suất thu hồi lỏng dầu sinh học, nguồn nguyên liệu rơm rạ từ sản xuất nông nghiệp của Việt Nam có thể sản xuất được 31 triệu tấn bio oil/năm phục vụ làm nhiên liệu thay thế cũng như có thể nâng cấp để sản xuất xăng, dầu diezel trong tương lai gần. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài Hệ số phát thải (Emmision Factor, EF) là một đại lượng thể hiện mối liên hệ giữa lượng chất ô nhiễm phát thải từ một nguồn với các hoạt động phát thải ra các chất đó và thường được thể hiện dưới dạng khối lượng chất ô nhiễm trên một đơn vị khối lượng, thể tích, quãng đường hoặc thời gian của hoạt động phát thải ra nó [25]. 8 EF là một công cụ rất hiệu quả để ước tính mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí.

Vì vậy, EF đã và đang được sử dụng rộng rãi để phục vụ công tác kiểm kê phát thải ở nhiều nước trên thế giới. Hiện nay, có nhiều cơ sở dữ liệu mở về EF có thể tiếp cận để sử dụng như US. Tuy nhiên, EF phụ thuộc rất nhiều yếu tố như trình độ công nghệ, điều kiện môi trường, loại và thiết kế của nguồn (thải), hệ thống kiểm soát ô nhiễm không khí, tuổi và điều kiện vận hành của thiết bị, nguyên/nhiên liệu sử dụng. Vì vậy, việc sử dụng EF của nước khác (ví dụ như Mỹ, AP-42) vào nước ta để thực hiện kiểm kê phát thải có thể gây ra sai số lớn do sự khác nhau về trình độ khoa học công nghệ, nguyên nhiên liệu sử dụng.