Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ chuyên ngành Biến đổi khí hậu (Mã số: 9440221) của nghiên cứu sinh Trần Phương, được thực hiện tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Văn Thắng và TS. Đỗ Tiến Anh (năm 2020), tập trung giải quyết bài toán lượng giá kinh tế gắn với mục tiêu giảm nhẹ phát thải khí nhà kính trong quản lý chất thải rắn sinh hoạt đô thị.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Biến đổi khí hậu là thách thức toàn cầu thúc đẩy các quốc gia thực hiện các cam kết quốc tế. Việt Nam đã phê chuẩn Thỏa thuận Paris và ban hành Kế hoạch thực hiện Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu theo Quyết định số 2053/QĐ-TTg ngày 28 tháng 10 năm 2016 của Thủ tướng Chính phủ. Theo Đóng góp do quốc gia tự quyết định (NDC), Việt Nam cam kết đến năm 2030 giảm 8% tổng lượng phát thải khí nhà kính so với kịch bản phát triển thông thường (BAU) bằng nguồn lực trong nước, và có thể tăng lên 25% khi nhận được hỗ trợ quốc tế.

Ở cấp độ chính sách quốc gia, Nghị quyết số 24-NQ/TW của Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XI đặt mục tiêu đến năm 2020 mức giảm phát thải khí nhà kính trên một đơn vị GDP từ 8-10% so với năm 2010; Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh quy định giai đoạn 2011-2020 giảm cường độ phát thải 8-10% so với năm 2010, định hướng đến năm 2030 và 2050 giảm mỗi năm 1,5-2%; Đề án quản lý phát thải khí nhà kính quy định lĩnh vực chất thải đến năm 2020 phải cắt giảm 5% mức phát thải so với kịch bản cơ sở năm 2005.

Mặc dù lĩnh vực chất thải chỉ chiếm khoảng 6,2% đến 8,0% tổng lượng phát thải quốc gia, nhưng có tiềm năng giảm phát thải lớn về mức tiệm cận 0 (carbon neutral). Trong đó, gần 47% lượng phát thải của lĩnh vực chất thải bắt nguồn từ hoạt động chôn lấp chất thải rắn, chủ yếu là chất thải rắn sinh hoạt. Thực trạng quản lý chất thải rắn sinh hoạt tại Việt Nam còn nhiều bất cập: tốc độ phát sinh tăng trung bình 12%/năm (giai đoạn 2011-2015), tỷ lệ chôn lấp thông thường chiếm tới 71% lượng thu gom (phần lớn là bãi chôn lấp không hợp vệ sinh), tỷ lệ sản xuất phân compost chiếm 16% và thiêu đốt chiếm 13%, rác thải hầu như chưa được phân loại tại nguồn.

Khoảng trống nghiên cứu lớn được xác định là: các công trình trong nước trước đây chỉ dừng lại ở mức kiểm kê khí nhà kính, xây dựng đường phát thải cơ sở hoặc tính toán tiềm năng giảm phát thải kỹ thuật đơn thuần; chưa có nghiên cứu nào tích hợp đầy đủ các yếu tố chi phí, lợi ích tài chính và phi tài chính (chi phí môi trường, chi phí phát thải khí nhà kính) để đánh giá hiệu quả kinh tế của từng giải pháp và tổ hợp công nghệ xử lý chất thải rắn sinh hoạt.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Xây dựng được phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế của các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt ở Việt Nam.
  2. Xác định được các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt ở Việt Nam và tính toán được hệ số giảm phát thải khí nhà kính của từng giải pháp công nghệ.
  3. Xác định được hiệu quả kinh tế của các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt cho Thành phố Hà Nội.

Câu hỏi nghiên cứu

  1. Phương pháp và quy trình nào có thể dùng để đánh giá hiệu quả kinh tế của các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt ở Việt Nam? Trong đó, các yếu tố tài chính, phi tài chính nào sẽ được xem xét khi đánh giá?
  2. Có giải pháp công nghệ nào giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt ở Việt Nam đồng thời xử lý được tất cả các thành phần của chất thải rắn sinh hoạt? Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính của từng giải pháp công nghệ?
  3. Có thể đánh giá được hiệu quả kinh tế của các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt ở Thành phố Hà Nội không?

Giả thuyết nghiên cứu

  • Luận điểm 1: Các phương pháp kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực chất thải rắn có thể kết hợp được với phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế để xây dựng phương pháp đánh giá hiệu quả của các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt phù hợp với điều kiện của Việt Nam; trong đó, các yếu tố kinh tế, môi trường, phát thải khí nhà kính có thể lượng giá để tham gia vào tính toán hiệu quả.
  • Luận điểm 2: Các phương pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt đang triển khai thực hiện ở Việt Nam có thể kết hợp theo một tiêu chí nhất định để tạo ra các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt mà vẫn đạt được mục tiêu xử lý được tất cả các thành phần của chất thải rắn sinh hoạt.
  • Luận điểm 3: Phương pháp đánh giá hiệu quả của các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt mà Luận án xây dựng có thể vận dụng để tính toán, đánh giá cho Thành phố Hà Nội.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hiệu quả kinh tế của các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt ở Việt Nam.
  • Phạm vi không gian: Thành phố Hà Nội. Đây là đô thị đặc biệt có quy mô dân số năm 2016 là 7.328 nghìn người, mật độ dân số 2.182 người/km², tốc độ tăng dân số đô thị 11,43%, thu nhập bình quân đầu người 4.000.000 đồng/tháng. Hà Nội tập trung đầy đủ các hình thức công nghệ xử lý rác thải hiện có tại Việt Nam, tạo điều kiện thu thập chuỗi số liệu thực tế.
  • Phạm vi thời gian: Tính toán theo vòng đời hoạt động của từng dự án cụ thể; các tính toán phát thải, tiềm năng giảm phát thải và hiệu quả kinh tế của các giải pháp công nghệ cho Thành phố Hà Nội được dự báo đến năm 2050 (các số liệu sau năm 2017 là số liệu ước lượng, tính toán trên cơ sở năm gốc và các giả định).
  • Phạm vi nội dung: Luận án đánh giá 7 phương pháp xử lý gồm: (1) Chôn lấp thông thường (phương pháp cơ sở), (2) Chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka, (3) Chôn lấp có thu hồi khí phát điện, (4) Sản xuất phân compost, (5) Xử lý kỵ khí có thu hồi khí sinh học phát điện/cấp nhiệt, (6) Thiêu đốt chất thải rắn phát điện, và (7) Sản xuất nhiên liệu rắn (RDF). Luận án không nghiên cứu phương pháp tái chế (do phát thải thuộc ranh giới tiêu thụ năng lượng của các ngành sản xuất công nghiệp) và không bao gồm chất thải rắn nguy hại.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trong nước và quốc tế

Trong việc tính toán phát thải khí nhà kính lĩnh vực chất thải, hai cách tiếp cận chính được áp dụng trên thế giới gồm: tiếp cận dựa trên phát thải khí mê-tan cam kết (Methane commitment - MC như mô hình EPA-WARM, IPCC 1996) và tiếp cận dựa trên lượng rác thải tại bãi chôn lấp (Waste in place - WIP như mô hình IPCC 2006). Tại Việt Nam, Thông báo quốc gia lần thứ nhất (TBQG 1, 1994), Thông báo quốc gia lần thứ hai (TBQG 2, 2000), Báo cáo cập nhật hai năm một lần lần thứ nhất (BUR 1, 2010), lần thứ hai (BUR 2, 2013) và Báo cáo kỹ thuật INDC (2015) của Bộ Tài nguyên và Môi trường sử dụng hướng dẫn của Ban liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) với các hệ số phát thải mặc định hoặc tham chiếu khu vực.

Mốc thời gian / Báo cáo Tổng phát thải quốc gia (triệu tấn $CO_2tđ$) Phát thải ngành chất thải (triệu tấn $CO_2tđ$) Tỷ lệ ngành chất thải (%) Phát thải từ bãi chôn lấp (triệu tấn $CO_2tđ$)
1994 (TBQG 1) 103,8 2,6 2,5 1,4
2000 (TBQG 2) - - 5,3 -
2005 (KKKNK 2005) - - 4,5 2,3
2010 (BUR 1) 246,8 15,4 6,2 5,0
2013 (BUR 2) 259,0 20,7 8,0 7,4

Về nghiên cứu giảm nhẹ phát thải khí nhà kính (NAMAs): Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu phối hợp với Cơ quan Hợp tác Môi trường Quốc tế Nhật Bản (OECC, 2012-2013) xây dựng kịch bản NAMAs cho bãi chôn lấp chất thải rắn. Viện cùng Ủy ban Kinh tế Xã hội châu Á - Thái Bình Dương của Liên Hợp Quốc (UNESCAP, 2013-2014) thực hiện dự án "Chuyển chất thải thành tài nguyên tại các thành phố ở Việt Nam", chỉ ra tiềm năng giảm phát thải của phân compost là 0,5 tấn $CO_2tđ$/tấn rác hữu cơ (chi phí 100 - 30.000 USD/tấn) và sản xuất RDF giảm 0,54 tấn $CO_2tđ$/tấn rác (chi phí 75 USD/tấn). Báo cáo kỹ thuật INDC (2015) sử dụng mô hình LEAP với tỷ lệ chiết khấu 10% tính ra chi phí giảm phát thải: sản xuất phân hữu cơ là -8,3 USD/tấn $CO_2tđ$, thu hồi khí bãi rác phát điện là -1,3 USD/tấn $CO_2tđ$, tái chế là -79,6 USD/tấn $CO_2tđ$, và xử lý yếm khí thu hồi khí mê-tan là 326,8 USD/tấn $CO_2tđ$.

Về lượng giá kinh tế môi trường: Đỗ Nam Thắng (2013) nghiên cứu tiềm năng lợi ích kép về môi trường, tính toán lợi ích kép của quản lý chất thải rắn sinh hoạt năm 2013 là 367,22 tỷ đồng và hầm biogas là 2.897 tỷ đồng. Nguyễn Văn Song và cộng sự (2011) dùng phương pháp đánh giá ngẫu nhiên (CVM) xác định mức sẵn lòng chi trả (WTP) cho thu gom rác tại huyện Gia Lâm, Hà Nội đạt 6.000 đồng/người/tháng (tổng quy mô 4 tỷ đồng/năm).

Trên thế giới, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA) chuẩn hóa các thành phần chi phí xử lý rác. De Jager và Blok (Hà Lan) đánh giá vòng đời 20 năm, xác định chi phí giảm phát thải $CH_4$ dao động từ -2 USD/tấn $CO_2tđ$ (chôn lấp thu hồi khí phát điện) đến hơn 370 USD/tấn $CO_2tđ$ (thiêu đốt rác), chi phí chôn lấp trung bình tại châu Âu là 52 USD/tấn. Các phương pháp kinh tế lượng và tối ưu hóa như Phân tích bao dữ liệu (DEA - Charnes et al., 1978; Banker et al., 1984; Kortelainen & Kuosmanen, 2004), Phân tích giới hạn ngẫu nhiên (SFA - Aigner et al., 1977; Meeusen & Van den Broeck, 1977; Pereira & Moreira), Phân tích chi phí tối thiểu (CMA), Phân tích chi phí tiện ích (CUA) và Phân tích chi phí - lợi ích (CBA) được ứng dụng trong quản lý chất thải rắn. Các nghiên cứu kết hợp Đánh giá vòng đời (LCA) và CBA nổi bật gồm: Wenhua Piao và cộng sự (xử lý bùn thải), Jana Põldnurk (Estonia - quản lý rác nông thôn), Joe Pickin (ngoại tác tái chế), Molinos-Senante và cộng sự (giá mờ môi trường), Zhou và cộng sự (khai thác bãi rác landfill mining), You và cộng sự (đồng khí hóa rác thải), Wujie Zhang và cộng sự (thu hồi nhiệt tuabin hơi), Rieder de Oliveira Neto và cộng sự (mô hình chỉ số chi phí CEPCI), cùng các đánh giá nhà máy điện rác (WTE) của Jamas & Nepal (Anh), Leme và cộng sự (Brazil), Zhao và cộng sự (Trung Quốc).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các công trình trước đây chưa lượng hóa đồng thời chi phí tài chính lẫn các ngoại tác tiêu cực (chi phí sức khỏe y tế, chi phí phát thải khí nhà kính) và ngoại tác tích cực (lợi ích giảm khí nhà kính, bán điện, bán phân, bán nhiên liệu) trên cùng một mô hình đánh giá hiệu quả kinh tế cho các phương pháp xử lý đơn lẻ cũng như tổ hợp đa giải pháp tại Việt Nam. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách thiết lập phương pháp luận CBA mở rộng kết hợp hướng dẫn kiểm kê IPCC/GIO.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung phân tích và lý thuyết sử dụng

Luận án tích hợp hai khối lý thuyết chuyên ngành:

  1. Lý thuyết kiểm kê và tính toán phát thải khí nhà kính: Áp dụng phương pháp IPCC 2006 (tiếp cận theo lượng rác thải tại nguồn - WIP và lượng phát thải $CH_4$ cam kết - MC) để tính toán phát thải cho các công nghệ chôn lấp, ủ phân, kỵ khí và thiêu đốt; áp dụng hướng dẫn của Cơ quan Kiểm kê Khí nhà kính Nhật Bản (GIO) để tính toán hệ số và mức phát thải cho công nghệ sản xuất viên nhiên liệu rắn (RDF).
  2. Lý thuyết phân tích Chi phí - Lợi ích (Cost-Benefit Analysis - CBA): Đánh giá hiệu quả kinh tế tổng thể của dự án dưới góc độ xã hội thông qua quy đổi các dòng chi phí và lợi ích về giá trị hiện tại ròng (NPV). Khung phân tích mở rộng bao gồm cả chi phí - lợi ích tài chính và phi tài chính.

Phương pháp định lượng và kỹ thuật phân tích

  • Chỉ tiêu Giá trị hiện tại ròng (NPV): $$NPV = \sum_{t=0}^{n} \frac{B_t - C_t}{(1 + r)^t}$$ Trong đó: $B_t$ là tổng lợi ích năm $t$; $C_t$ là tổng chi phí năm $t$; $r$ là tỷ lệ chiết khấu; $n$ là vòng đời hoạt động của dự án.
  • NPV trên một đơn vị chất thải rắn sinh hoạt ($\Delta NPV$): $$\Delta NPV = \frac{NPV}{W}$$ Với $W$ là tổng khối lượng chất thải rắn sinh hoạt được xử lý trong suốt vòng đời dự án (tấn).
  • Hiệu quả kinh tế của giải pháp công nghệ theo đơn vị khí nhà kính giảm được ($\Delta TNPV$): Đo lường mức chênh lệch giá trị hiện tại ròng của phương pháp thay thế so với phương pháp cơ sở (chôn lấp thông thường) chia cho tổng tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính tương ứng (Euro/tấn $CO_2tđ$ hoặc VNĐ/tấn $CO_2tđ$).
  • Phương pháp chi phí sức khỏe (chi phí y tế) và chi phí phòng ngừa: Lượng giá chi phí môi trường (ngoại tác tiêu cực của nước rỉ rác, mùi hôi, ô nhiễm không khí) thông qua các tổn thất chi phí khám chữa bệnh, mất ngày công lao động hoặc chi phí xây dựng hệ thống phòng ngừa sự cố.
  • Phương pháp giá thị trường: Định giá các sản phẩm đầu ra gồm điện năng phát lên lưới, phân bón hữu cơ compost, viên nhiên liệu RDF thay thế than đá anthracite, phí dịch vụ xử lý rác do ngân sách chi trả, và lượng giá lợi ích giảm phát thải khí nhà kính dựa trên mức giá thị trường các-bon (giả định 17 Euro/tấn $CO_2tđ$).
Nhóm chỉ tiêu Khoản mục chi tiết trong mô hình CBA
Chi phí ($C_t$) - Chi phí đầu tư ban đầu (CAPEX: đất đai, xây dựng, thiết bị công nghệ)
- Chi phí vận hành và bảo dưỡng thường niên (OPEX: nhân công, hóa chất, điện năng tiêu thụ, sửa chữa)
- Chi phí môi trường (lượng giá thiệt hại sức khỏe/chi phí phòng ngừa)
- Chi phí phát thải khí nhà kính (lượng phát thải nhân với giá phát thải các-bon)
Lợi ích ($B_t$) - Doanh thu phí dịch vụ xử lý rác thải từ ngân sách nhà nước
- Doanh thu thương mại tài chính: bán điện phát lưới, bán phân bón hữu cơ, bán tấm/viên nhiên liệu rắn RDF
- Lợi ích phi tài chính: giá trị giảm phát thải khí nhà kính (chênh lệch phát thải tránh được quy đổi theo giá thị trường các-bon)

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  • Dữ liệu sơ cấp: Thu thập thông qua điều tra xã hội học bằng phiếu khảo sát đối với các hộ gia đình và cơ sở quản lý chất thải rắn trên địa bàn Hà Nội.
  • Dữ liệu thứ cấp: Số liệu niên giám thống kê Thành phố Hà Nội (2016); các báo cáo kiểm kê khí nhà kính của Bộ Tài nguyên và Môi trường; thông số kỹ thuật, báo cáo tài chính và báo cáo giám sát môi trường tại các dự án: Bãi chôn lấp Nam Sơn, Bãi chôn lấp Kiêu Kỵ, Nhà máy phân hữu cơ Cầu Diễn, Dự án chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka tại Xuân Sơn, Dự án RDF Sơn Tây (công nghệ Seraphin), Dự án đốt rác phát điện Sóc Sơn/Nam Sơn, và số liệu tham chiếu dự án JCM xử lý kỵ khí chợ đầu mối Bình Điền.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về giải pháp công nghệ và đánh giá hiệu quả kinh tế trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở thực tiễn và lý luận về quản lý chất thải rắn sinh hoạt và phát thải khí nhà kính tại Việt Nam. Về hiện trạng, khối lượng chất thải rắn sinh hoạt tại các đô thị đặc biệt và đô thị loại I có chỉ số phát sinh trung bình 1,3 kg/người/ngày, cao hơn nhiều so với đô thị loại IV, V (0,5 kg/người/ngày). Bốn đô thị lớn (Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng) chiếm tới 30% tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt toàn quốc. Tỷ lệ thu gom rác thải đô thị tăng dần từ 72% (2004) lên 85,5% (2016) và đạt 88% (2019), trong khi khu vực nông thôn năm 2019 chỉ đạt 62%.

Về thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại Hà Nội, chất hữu cơ chiếm tỷ trọng chi phối với 51,5%, các hạt mịn dưới 10mm chiếm 32,0%, nhựa chiếm 5,5%, giấy chiếm 1,7%, phần còn lại là kim loại, vải sợi, cao su, da, gỗ và thủy tinh.

Thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại Hà Nội:
- Chất hữu cơ: 51,5%
- Các hạt dưới 10mm: 32,0%
- Nhựa: 5,5%
- Giấy: 1,7%
- Kim loại, vải, da, gỗ, cao su, thủy tinh: 9,3%

Toàn quốc có 904 bãi chôn lấp (phần lớn không hợp vệ sinh), 381 lò đốt chất thải và 37 dây chuyền ủ phân compost. Về phát thải khí nhà kính, lượng phát thải từ ngành chất thải tăng từ 2,6 triệu tấn $CO_2tđ$ (1994) lên 20,7 triệu tấn $CO_2tđ$ (2013), chiếm tỷ trọng từ 2,5% tăng lên 8,0% tổng phát thải quốc gia. Cơ cấu phát thải ngành chất thải năm 2013 gồm: nước thải sinh hoạt (46%), chôn lấp chất thải rắn (36%), chất thải con người (9%), nước thải công nghiệp (8%), và thiêu đốt chất thải (1%).

Chương này tổng kết đặc tính kỹ thuật, ưu và nhược điểm của 6 nhóm công nghệ xử lý chất thải rắn sinh hoạt chính:

Công nghệ Ưu điểm chính Nhược điểm chính
Chôn lấp kỵ khí không thu hồi khí Chi phí đầu tư rẻ, quy trình vận hành đơn giản. Tốn diện tích đất lớn, phát thải khí nhà kính cao, nguy cơ ô nhiễm nước ngầm và mùi hôi.
Chôn lấp kỵ khí có thu hồi khí phát điện Giảm phát thải khí nhà kính, thu hồi năng lượng phát điện hoặc cấp nhiệt. Chi phí đầu tư ban đầu lớn, quy trình kỹ thuật phức tạp.
Chôn lấp bán hiếu khí (Fukuoka) Tốc độ phân hủy rác nhanh, giảm 45% khí $CH_4$ và khí độc, giảm mùi, chi phí thấp hơn kỵ khí kín. Chi phí đầu tư cao hơn chôn lấp thông thường, vận hành yêu cầu kiểm soát tuần hoàn nước rỉ rác.
Sản xuất phân compost Giảm thiểu thể tích rác chôn lấp, tạo phân bón cho nông nghiệp, giảm phát thải khí nhà kính. Yêu cầu nghiêm ngặt về phân loại rác tại nguồn, thời gian ủ dài, khó xử lý triệt để mùi nếu hệ thống mở.
Thiêu đốt thu hồi năng lượng (WTE) Giảm 80-90% thể tích và khối lượng rác, không phát thải $CH_4$, thu hồi điện/nhiệt, ít tốn đất. Chi phí đầu tư và vận hành rất cao, kiểm soát khí thải (dioxin/furan) phức tạp.
Sản xuất nhiên liệu rắn (RDF) Tận dụng rác có nhiệt trị cao, thay thế nhiên liệu hóa thạch (1 tấn RDF giảm 1,42 tấn $CO_2$). Chi phí ép viên cao, đòi hỏi phân loại rác cháy được, phát thải trong quá trình sử dụng sản phẩm.

Chương 2: Phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế của các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt ở Việt Nam

Chương 2 tập trung thiết lập quy trình tính toán hoàn chỉnh gồm 2 mô đun chính:

  1. Mô đun 1: Đánh giá tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính

    • Xác định kịch bản cơ sở (BAU) sử dụng phương pháp chôn lấp thông thường không thu hồi khí.
    • Tính toán hệ số phát thải và mức phát thải của các công nghệ thay thế theo hướng dẫn IPCC 2006 và GIO:
      • Hệ số phát thải $CO_2$, $CH_4$, $N_2O$ trên một đơn vị nhiên liệu dạng rắn.
      • So sánh nhiệt trị của RDF, RPF và than anthracite để xác định lượng phát thải tránh được do thay thế nhiên liệu hóa thạch.
    • Tiềm năng giảm phát thải ($\Delta E$) của phương pháp thay thế $i$ bằng lượng phát thải của phương pháp cơ sở trừ đi phát thải của phương pháp $i$ cộng với lượng phát thải tránh được từ sản phẩm đầu ra (điện năng, nhiên liệu thay thế).

  2. Mô đun 2: Đánh giá hiệu quả kinh tế bằng phân tích Chi phí - Lợi ích (CBA)

    • Xác định chi tiết các tham số chi phí cố định (CAPEX), chi phí vận hành thường niên (OPEX), chi phí môi trường (chi phí y tế/phòng ngừa), và chi phí phát thải khí nhà kính cho từng dự án xử lý.
    • Xác định các dòng lợi ích gồm: thu phí xử lý rác, bán điện sinh khối, bán phân vi sinh compost, bán tấm RDF, và giá trị lợi ích từ giảm phát thải khí nhà kính.
    • Thiết lập công thức chiết khấu dòng tiền về năm gốc 2017 theo tỷ lệ chiết khấu $r$.
    • Tính toán chỉ tiêu $\Delta NPV$ trên 1 tấn chất thải xử lý và chỉ số hiệu quả kinh tế trên một đơn vị khí nhà kính giảm được ($\Delta TNPV$).
Khung đánh giá hiệu quả kinh tế của luận án:
[Lượng rác thải & Thành phần CTRSH]
                                          [Hiệu quả kinh tế: NPV, ΔNPV, ΔTNPV]

Luận án đề xuất phương pháp xây dựng giải pháp công nghệ tổ hợp (Multi-Option - MO). Vì không có một công nghệ đơn lẻ nào có thể xử lý tối ưu 100% các thành phần rác thải sinh hoạt đô thị chưa phân loại, các giải pháp MO được thiết kế kết hợp từ 2 đến 3 công nghệ thành phần (ví dụ: tách rác hữu cơ làm compost/kỵ khí, rác có nhiệt trị cao sản xuất RDF/đốt phát điện, phần trơ chôn lấp hợp vệ sinh) nhằm đạt mục tiêu xử lý toàn diện.

Chương 3: Hiệu quả kinh tế của các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại Thành phố Hà Nội

Chương 3 vận dụng khung phương pháp vào hệ thống dữ liệu thực chứng tại Hà Nội:

1. Đánh giá tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính của 7 phương pháp xử lý đơn lẻ

  • Chôn lấp thông thường (Khu liên hợp Nam Sơn và BCL Kiêu Kỵ): Phát thải lượng khí $CH_4$ lớn liên tục tăng theo khối lượng rác tích lũy qua các năm.
  • Chôn lấp có thu hồi khí phát điện (Dự án CDM Nam Sơn): Thu hồi lượng khí bãi rác đạt hiệu suất từ 50-60%, giảm phát thải trực tiếp và giảm phát thải gián tiếp từ việc phát điện sạch lên lưới.
  • Chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka (Xuân Sơn): Rút ngắn thời gian phân hủy, giảm 45% lượng khí $CH_4$ sinh ra so với chôn lấp kỵ khí.
  • Sản xuất phân compost (Nhà máy Cầu Diễn): Giảm phát thải $CH_4$ từ quá trình phân hủy hữu cơ kỵ khí tại bãi rác, tạo sản phẩm phân bón vi sinh.
  • Xử lý kỵ khí thu hồi khí sinh học phát điện (Tham chiếu dự án JCM chợ Bình Điền): Tiềm năng giảm phát thải cao trên mỗi tấn rác hữu cơ nhờ hệ thống lên men khép kín và thu hồi triệt để khí mê-tan.
  • Đốt rác phát điện WTE (Dự án Sóc Sơn / Nam Sơn): Giảm phát thải mạnh nhất nhờ triệt tiêu hoàn toàn quá trình sinh khí $CH_4$ và thay thế điện năng từ lưới nhiệt điện than.
  • Sản xuất nhiên liệu rắn RDF (Dự án Seraphin Sơn Tây): Giảm phát thải tại bãi chôn lấp và giảm phát thải tại các nhà máy công nghiệp nhờ đốt tấm RDF thay thế than anthracite.

2. Kết quả tính toán chi phí, lợi ích và giá trị chiết khấu về năm 2017

Luận án lượng hóa chi tiết dòng tiền của các cơ sở xử lý tại Hà Nội:

Dự án / Cơ sở xử lý Chi phí cố định & OPEX Chi phí môi trường & KNK Nguồn doanh thu / Lợi ích
Khu chôn lấp Nam Sơn Vốn đầu tư ô chôn lấp lớn, chi phí vận hành xử lý nước rỉ rác cao. Chi phí thiệt hại sức khỏe y tế và chi phí phát thải khí $CH_4$ rất lớn. Doanh thu chính từ phí dịch vụ xử lý rác từ ngân sách Thành phố.
Khu chôn lấp Kiêu Kỵ Quy mô nhỏ hơn Nam Sơn, chi phí vận hành bãi rác thường niên. Chi phí ngoại tác môi trường cao do công nghệ chôn lấp hở kỵ khí. Phí dịch vụ xử lý rác chi trả theo khối lượng tiếp nhận.
Phân compost Cầu Diễn Đầu tư nhà xưởng ủ hiếu khí, máy đảo trộn, máy sàng tuyển. Chi phí môi trường thấp hơn chôn lấp; mùi phát sinh cục bộ. Bán phân bón compost + Phí xử lý rác + Lợi ích giảm KNK.
Đốt rác phát điện Sóc Sơn Suất đầu tư thiết bị đốt và lọc khí thải rất cao; OPEX lớn. Chi phí phát thải KNK thấp (chủ yếu $CO_2$ sinh khối); chi phí y tế thấp. Doanh thu bán điện phát lưới + Phí xử lý rác + Giảm KNK.
Dự án RDF Sơn Tây Chi phí dây chuyền sấy, nghiền, ép viên nhiên liệu Seraphin. Chi phí môi trường thấp trong khâu sản xuất tại nhà máy. Doanh thu bán tấm RDF + Phí xử lý rác + Giảm KNK.
Chôn lấp Fukuoka Xuân Sơn Chi phí lắp đặt ống thu khí tự nhiên, tuần hoàn nước rỉ rác. Chi phí môi trường và chi phí KNK giảm đáng kể so với Nam Sơn. Phí dịch vụ xử lý rác + Lợi ích giảm phát thải KNK.

3. Hiệu quả kinh tế của các giải pháp công nghệ tổ hợp giai đoạn 2017-2050

Luận án xây dựng kịch bản cơ sở (với tốc độ tăng trưởng chất thải 10% và 3,27%) và đánh giá các giải pháp công nghệ tổ hợp giảm phát thải khí nhà kính (MO) cho toàn thành phố Hà Nội đến năm 2050:

  • Đánh giá chỉ tiêu $\Delta TNPV$ khi chưa tính giá thị trường các-bon và khi có tính giá thị trường các-bon (giả định 17 Euro/tấn $CO_2tđ$).
  • Kết quả lượng hóa chứng minh: giải pháp kết hợp đốt rác phát điện (WTE) và sản xuất phân compost/RDF đem lại giá trị $\Delta TNPV$ tối ưu nhất, vừa triệt tiêu gánh nặng chôn lấp vừa tối đa hóa doanh thu từ điện sạch và tín chỉ các-bon.
  • Bảng xếp hạng thứ tự ưu tiên các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại Hà Nội được thiết lập dựa trên các tiêu chí: suất vốn đầu tư, chi phí vận hành, tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính và chỉ số $\Delta TNPV$.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận

  • Xây dựng thành công phương pháp luận và quy trình đánh giá hiệu quả kinh tế của các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực chất thải rắn sinh hoạt phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của Việt Nam.
  • Kết hợp phương pháp kiểm kê khí nhà kính quốc tế (IPCC, GIO) với phương pháp phân tích Chi phí - Lợi ích (CBA) mở rộng. Mô hình đã lượng hóa đồng thời các yếu tố chi phí tài chính, chi phí môi trường (ngoại tác sức khỏe y tế, chi phí phòng ngừa), chi phí phát thải khí nhà kính và các dòng lợi ích tài chính (bán điện, bán phân, bán RDF) cùng lợi ích giảm phát thải khí nhà kính theo cơ chế thị trường các-bon.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  • Xác định được hệ số giảm phát thải khí nhà kính và tiềm năng giảm phát thải của 7 phương pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt đơn lẻ và các tổ hợp giải pháp công nghệ (MO) tại Việt Nam.
  • Cung cấp bộ số liệu tính toán chi tiết về chi phí, lợi ích, giá trị hiện tại ròng (NPV), $\Delta NPV$ và $\Delta TNPV$ cho các cơ sở xử lý chất thải thực tế tại Hà Nội (Nam Sơn, Kiêu Kỵ, Cầu Diễn, Xuân Sơn, Sơn Tây, Sóc Sơn) với tầm nhìn dự báo đến năm 2050.
  • Xây dựng bảng xếp hạng thứ tự ưu tiên các giải pháp công nghệ giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt cho Thành phố Hà Nội, cung cấp căn cứ khoa học trực tiếp phục vụ triển khai Kế hoạch thực hiện Thỏa thuận Paris và Đóng góp do quốc gia tự quyết định (NDC) của thành phố.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  1. Chuyển đổi công nghệ xử lý: Từng bước đóng cửa hoặc cải tạo các bãi chôn lấp kỵ khí hở truyền thống sang công nghệ chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka hoặc lắp đặt hệ thống thu gom khí bãi rác phát điện; ưu tiên cấp phép và đầu tư các nhà máy đốt rác phát điện (WTE), nhà máy sản xuất phân hữu cơ và nhiên liệu rắn RDF.
  2. Cơ chế tài chính và thị trường các-bon: Xây dựng khung giá dịch vụ xử lý rác lũy tiến theo công nghệ; hoàn thiện cơ chế mua bán điện sinh khối/điện rác; thiết lập thị trường tín chỉ các-bon trong nước và kết nối quốc tế (theo cơ chế JCM, Điều 6 Thỏa thuận Paris) để tạo nguồn thu bù đắp chi phí đầu tư công nghệ cao.
  3. Phân loại rác tại nguồn: Ban hành chính sách bắt buộc phân loại chất thải rắn sinh hoạt tại nguồn (tách riêng chất hữu cơ dễ phân hủy và rác có nhiệt trị cao) nhằm nâng cao hiệu quả kỹ thuật và kinh tế cho các nhà máy compost và đốt rác.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

  • Ranh giới công nghệ: Chưa tính toán lượng hóa cho phương pháp tái chế chất thải rắn do hoạt động tái chế gắn liền với chu trình sử dụng năng lượng trong các ngành sản xuất công nghiệp, nằm ngoài phạm vi tính toán trực tiếp tại các cơ sở xử lý chất thải.
  • Thành phần chất thải: Chưa bao gồm nhóm chất thải rắn nguy hại sinh hoạt do nhóm này có quy trình thu gom, lưu trữ và xử lý bằng lò đốt chuyên dụng theo quy chuẩn pháp luật riêng.
  • Tính bất định của dữ liệu dự báo: Các số liệu tính toán phát thải và dòng tiền sau năm 2017 là số liệu ước lượng dựa trên số liệu năm gốc và các giả định kinh tế vĩ mô (tỷ lệ tăng dân số, tỷ lệ phát sinh rác, tỷ lệ chiết khấu, giá thị trường các-bon 17 Euro/tấn); do đó kết quả dự báo đến năm 2050 có độ không chắc chắn nhất định.
  • Phạm vi không gian thực nghiệm: Mới chỉ áp dụng tính toán thực chứng trên địa bàn Thành phố Hà Nội, chưa mở rộng ra các đô thị loại vừa, nhỏ hoặc khu vực nông thôn có đặc thù rác thải khác biệt.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng mô hình đánh giá chu trình vòng đời toàn diện (Life Cycle Assessment - LCA) tích hợp toàn bộ chuỗi tái chế chất thải rắn sinh hoạt.
  • Vận dụng và kiểm chứng phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế tại các v