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.