Nghiên cứu qui trình thí nghiệm tạo biochar từ bã mía

Đồ án nghiên cứu qui trình thí nghiệm tạo biochar từ bã mía tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Thái Gia Khiêm
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhựt Phi Long
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên cứu qui trình thí nghiệm tạo biochar từ bã mía
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu tạo biochar từ bã mía tại ĐH SPKT TP

Nghiên cứu quy trình thí nghiệm tạo biochar từ bã mía do nhóm tác giả Thái Gia Khiêm và Nguyễn Phi Khanh thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Nhựt Phi Long. Đề tài thuộc ngành Công nghệ Chế tạo Máy nhằm giải quyết bài toán tái chế phụ phẩm nông nghiệp thành nguồn năng lượng sạch. Bã mía sau ép nước chiếm khối lượng phế thải rất lớn từ các nhà máy đường và điểm kinh doanh đồ uống giải khát. Việc đốt bỏ tự do hoặc chôn lấp chất thải này gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Than sinh học biochar tạo ra từ bã mía cung cấp giải pháp bền vững thay thế nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Nhóm nghiên cứu tiến hành xây dựng quy trình thực nghiệm nhiệt phân chậm trong điều kiện thiếu oxy. Sản phẩm thu được được đánh giá toàn diện dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật khắt khe. Các tiêu chuẩn này bao gồm độ ẩm toàn phần, hàm lượng chất bốc, lượng tro, carbon cố định và nhiệt lượng tổng. Kết quả đề tài mở ra triển vọng lớn trong chế tạo viên than sinh học nén chất lượng cao.

1.1. Bối cảnh đề tài chế tạo biochar tại ĐH SPKT TP.HCM

Khoa Cơ khí Chế tạo Máy tại ĐH SPKT TP.HCM chú trọng nghiên cứu công nghệ xanh và tái tạo năng lượng. Đề tài mã số CKM-67 tập trung chuyển đổi bã mía thành than sinh học giá trị cao. Bã mía là sinh khối dồi dào tại Việt Nam. Nguồn nguyên liệu này thường bị lãng phí sau vụ ép mía đường. Quá trình xử lý không đúng cách làm phát sinh khí nhà kính và ảnh hưởng sức khỏe cộng đồng. Nhóm nghiên cứu nhận định tiềm năng lớn của chuỗi giá trị tuần hoàn từ phế phẩm nông nghiệp. Việc chế tạo than sinh học không chỉ giảm bớt ô nhiễm rác thải hữu cơ. Quá trình này còn tạo ra nguồn nguyên liệu đốt sạch phục vụ đời sống và sản xuất công nghiệp.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu và tiêu chuẩn đánh giá than sinh học

Nghiên cứu hướng tới việc xác lập bộ thông số nhiệt phân tối ưu cho phế phẩm bã mía. Đề tài kiểm chứng chất lượng than dựa theo hệ thống tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam bao gồm TCVN 251, TCVN 4307, TCVN 173, TCVN 175 và TCVN 200. Các tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định độ ẩm, lượng tro, chất bốc và hàm lượng carbon. Sản phẩm hoàn thiện phải đáp ứng tiêu chí than nướng không khói thương mại. Than cần đạt độ bền cơ học cao, không nứt nổ khi cháy và tỏa nhiệt lượng ổn định. Việc đối chiếu với chuẩn kiểm định tại Quatest 3 và Vinacontrol đảm bảo tính minh bạch và độ tin cậy khoa học của kết quả thí nghiệm.

II. Phân tích vấn đề xử lý phế phẩm và tạo biochar từ bã mía hiện nay

Bã mía chiếm tỷ trọng lớn trong tổng khối lượng cây mía sau chế biến ép nước. Phần lớn bã mía hiện nay được dùng để đốt lò hơi tại các nhà máy đường hoặc thải trực tiếp ra môi trường. Phương pháp đốt truyền thống có hiệu suất nhiệt rất thấp và sinh ra lượng khói bụi khổng lồ. Khí thải chứa hàm lượng khí độc hại làm suy giảm chất lượng không khí xung quanh. Bên cạnh đó, bã mía tươi chứa hàm lượng nước cao nên dễ ẩm mốc và phát sinh mùi hôi nếu tồn trữ lâu ngày. Quá trình tự phân hủy sinh khối ẩm ướt giải phóng lượng lớn khí metan gây hiệu ứng nhà kính. Các cơ sở kinh doanh nước mía nhỏ lẻ ở đô thị cũng gặp bế tắc trong khâu thu gom rác bã mía. Việc chế tạo viên than nén sinh học từ bã mía là bài toán cấp bách cần giải quyết. Tuy nhiên, quy trình nhiệt phân truyền thống thiếu kiểm soát nhiệt độ dẫn đến chất lượng than không đồng đều. Than sinh học thương mại đòi hỏi độ bền nén tốt, hàm lượng tro thấp và nhiệt lượng đốt cao. Nghiên cứu thực nghiệm tại phòng thí nghiệm giúp tìm ra điều kiện tối ưu để giải quyết triệt để các hạn chế trên.

2.1. Thực trạng nguồn phế thải bã mía trong ngành công nghiệp

Việt Nam sở hữu diện tích canh tác mía đường rộng lớn trải dài khắp cả nước. Mỗi niên vụ sản xuất thải ra hàng triệu tấn bã mía thứ cấp. Nguồn sinh khối này có thành phần chủ yếu là cellulose, hemicellulose và lignin. Các thành phần hữu cơ trên rất phù hợp cho quá trình nhiệt phân chuyển hóa carbon. Tuy nhiên, việc quản lý và tận thu nguồn phế phẩm này hiện còn mang tính tự phát. Đa số doanh nghiệp chỉ coi bã mía là rác thải công nghiệp cần tiêu hủy nhanh chóng. Tình trạng đốt tự do gây lãng phí nguồn tài nguyên carbon sinh học dồi dào. Quy trình thu gom thiếu đồng bộ làm tăng chi phí vận chuyển nguyên liệu thô.

2.2. Thách thức về khí thải và hiệu suất năng lượng nhiệt đốt

Than củi tự nhiên ngày càng khan hiếm do chính sách bảo vệ rừng nghiêm ngặt. Nhu cầu sử dụng than nướng sạch trong ẩm thực và than sưởi sinh hoạt liên tục tăng cao. Các loại than bùn hoặc than đá trôi nổi trên thị trường chứa lượng lưu huỳnh rất độc hại. Khi đốt cháy, khí SO2 phát tán ảnh hưởng tiêu cực tới hệ hô hấp của người sử dụng. Trong khi đó, than từ sinh khối bã mía thô thường có nhược điểm là cháy quá nhanh và nhiều tro. Nhiệt lượng sinh ra không kéo dài do cấu trúc xốp rỗng thiếu nén ép chặt chẽ. Việc xác lập quy trình công nghệ nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt đốt là thách thức then chốt.

III. Phương pháp thí nghiệm tạo biochar từ bã mía đạt chuẩn kỹ thuật

Quy trình thí nghiệm tại ĐH SPKT TP.HCM được thiết kế theo các bước bài bản và nghiêm ngặt. Bã mía nguyên liệu ban đầu được rửa sạch tạp chất, phơi khô và sấy kiểm soát để loại bỏ độ ẩm dư thừa. Sinh khối sau đó được nghiền nhỏ và ép định hình thành các viên nén có kích thước tiêu chuẩn thương mại. Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp nhiệt phân chậm trong hộp thí nghiệm kín khí ở môi trường yếm khí hoàn toàn. Lò nung được gia nhiệt theo từng nấc với dải nhiệt độ thí nghiệm khảo sát ở mức 450 độ C và 500 độ C. Thời gian lưu nhiệt được theo dõi sát sao để ghi nhận tốc độ biến đổi cấu trúc sợi thực vật. Mẫu than sau nung được làm nguội từ từ trong bình hút ẩm nhằm hạn chế tiếp xúc oxy không khí. Toàn bộ mẫu biochar thành phẩm được cân đo tỷ trọng và tính toán hiệu suất tạo than trung bình. Sau đó, các kỹ sư tiến hành đo đạc độ ẩm toàn phần, tỷ lệ tro và hàm lượng chất bốc theo tiêu chuẩn TCVN. Kết quả nhiệt lượng tổng được kiểm chứng bằng bom nhiệt lượng kế để đánh giá giá trị sinh nhiệt.

3.1. Quy trình nhiệt phân chậm bã mía ở mức nhiệt 450 đến 500 độ C

Quá trình nhiệt phân chậm đóng vai trò quyết định đến cấu trúc xốp và độ bền của than sinh học. Mẫu bã mía được nung kín trong điều kiện thiếu oxy ở mức nhiệt độ 450 độ C và 500 độ C. Khi nhiệt độ gia tăng, các liên kết hydro và nhóm chức hữu cơ kém bền bị phân hủy hoàn toàn. Hợp chất bốc bay hơi dần, để lại khung sườn carbon cố định vững chắc. Thí nghiệm ghi nhận hiệu suất tạo than đạt mức tối ưu trên 32% khối lượng mẫu khô ban đầu. Bề mặt than sau khi ra lò sở hữu màu đen bóng đồng nhất, kết cấu mịn màng và không xảy ra hiện tượng nứt vỡ bề mặt.

3.2. Đánh giá chất lượng biochar theo tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam

Chất lượng than sinh học được kiểm định chặt chẽ thông qua các chỉ số hóa lý thực nghiệm. Hàm lượng carbon cố định trong biochar đạt tỷ lệ cao giúp duy trì thời gian đốt cháy dài. Độ ẩm toàn phần của sản phẩm được giữ ở mức thấp dưới ngưỡng cho phép theo tiêu chuẩn TCVN 175. Hàm lượng lưu huỳnh độc hại ở mức gần như không đáng kể giúp giảm thiểu tối đa khí SO2 khi đốt. Nhiệt lượng tổng kiểm nghiệm đạt giá trị cao tương đương các dòng than thương phẩm chất lượng trên thị trường. Các kết quả này chứng minh quy trình chế tạo tại ĐH SPKT TP.HCM hoàn toàn đáp ứng tốt tiêu chuẩn xuất khẩu và tiêu dùng nội địa.

IV. Kết luận và tiềm năng ứng dụng biochar từ bã mía trong thực tế

Đồ án tốt nghiệp tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khẳng định tính khả thi vượt trội của quy trình tạo than sinh học từ bã mía. Nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về nhiệt độ và thời gian nhiệt phân tối ưu. Sản phẩm biochar tạo ra không chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn thương mại mà còn mở ra hướng đi bền vững cho kinh tế tuần hoàn. Viên than nén từ bã mía có thể ứng dụng trực tiếp làm nhiên liệu nướng sạch không khói trong ngành ẩm thực nhà hàng. Nguồn năng lượng xanh này bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng và cắt giảm khí thải độc hại vào môi trường sống. Ngoài lĩnh vực năng lượng, biochar còn là vật liệu cải tạo đất nông nghiệp cực kỳ hữu hiệu. Cấu trúc mao dẫn xốp của than giúp đất giữ nước tốt hơn, đồng thời hạn chế thất thoát phân bón hóa học. Đề tài mở đường cho các dự án hợp tác chuyển giao công nghệ giữa trường đại học và doanh nghiệp sản xuất mía đường. Việc nhân rộng mô hình sẽ thúc đẩy chuyển dịch xanh trong nền kinh tế Việt Nam.

4.1. Hiệu quả kinh tế và tiềm năng thương mại hóa than sinh học

Chi phí nguyên liệu đầu vào từ bã mía phế thải gần như bằng không tại các vùng trồng mía. Quá trình sản xuất than viên nén tận dụng tối đa chuỗi cung ứng phụ phẩm sẵn có để gia tăng lợi nhuận. Than sinh học thành phẩm có giá trị kinh tế cao hơn gấp nhiều lần so với bã mía thô chưa qua xử lý. Các doanh nghiệp ngành mía đường có thể chủ động lắp đặt dây chuyền nhiệt phân để tự cung ứng nhiên liệu lò hơi. Đồng thời, sản phẩm than nướng sạch đóng gói xuất khẩu sang các thị trường quốc tế nhiều tiềm năng. Dự án mang lại nguồn thu ổn định và thúc đẩy tái thiết chuỗi cung ứng xanh.

4.2. Định hướng mở rộng quy trình sản xuất biochar quy mô lớn

Nhóm nghiên cứu tại ĐH SPKT TP.HCM đề xuất tiếp tục hoàn thiện thiết kế lò nhiệt phân liên tục công suất lớn. Việc thu hồi khí tổng hợp sinh ra trong buồng đốt sẽ giúp hệ thống tự duy trì năng lượng vận hành. Hệ thống tự động hóa khâu cấp liệu và nén viên giúp tối ưu hóa chi phí nhân công vận hành nhà máy. Các kiểm định sâu hơn về diện tích bề mặt riêng BET và khả năng hấp phụ kim loại nặng cũng cần được triển khai. Hướng phát triển này sẽ đưa biochar bã mía trở thành giải pháp xử lý nước thải và khử độc môi trường trên diện rộng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Theo số liệu từ Hiệp hội Mía đường Việt Nam được trích dẫn trong đồ án, diện tích canh tác mía trên cả nước giai đoạn 2023 - 2024 đạt gần 160 ha, sản lượng bã mía (Sugarcane Bagasse - SCB) chế biến đạt gần 11 triệu tấn/năm, với năng suất mía năm 2022 - 2023 đạt 69,3 tấn/ha. Sau quá trình ép lấy nước phục vụ sản xuất đường và giải khát, lượng bã mía thải ra chiếm từ 25% đến 30% tổng trọng lượng cây mía. Nguồn phụ phẩm khổng lồ này chủ yếu được các nhà máy tận dụng làm chất đốt lò hơi đồng phát điện hoặc bị chôn lấp tại các bãi rác ở các nước đang phát triển. Hoạt động đốt hở các phụ phẩm sinh khối có giá trị thấp diễn ra thường xuyên ở các vùng ven đô thị gây ra tình trạng ô nhiễm không khí nghiêm trọng. Tuy nhiên, bã mía là nguồn sinh khối giàu carbon, thân thiện với môi trường, giá thành rẻ và trữ lượng dồi dào, rất thích hợp để chuyển đổi nhiệt hóa thành than sinh học (biochar).

Tại thị trường Việt Nam, các loại than sinh học thương mại khá đa dạng nhưng chưa có sản phẩm than sinh học chuyên dụng sản xuất trực tiếp từ bã mía phục vụ ngành dịch vụ ăn uống. Than sinh học chế tạo từ bã mía qua khảo sát ban đầu cho thấy các đặc tính thuận lợi: khả năng bắt cháy tốt, nhiệt trị cao, tỏa nhiệt đều, gần như không phát sinh khói đen và giữ được mùi thơm nhẹ tự nhiên của mía, giúp thực phẩm khi nướng không bị ám khói độc hại.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm 4 nội dung:

1. Tạo ra sản phẩm than sinh học từ SCB phục vụ dịch vụ ăn uống dưới dạng than nướng sạch.
2. Đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn của than sinh học sản xuất từ bã mía.
3. Khảo sát các tiềm năng ứng dụng mở rộng khác của than sinh học SCB trong đời sống và kỹ thuật.
4. Xây dựng tài liệu kỹ thuật làm tiền đề tham khảo cho sinh viên và các nhà nghiên cứu quan tâm đến lĩnh vực tái chế phụ phẩm sinh khối.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu sinh khối bã mía (SCB), quy trình công nghệ nhiệt phân chậm (Slow Pyrolysis), và sản phẩm than sinh học (TSH) dạng viên nén.
• Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tiến hành trong khuôn khổ thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm vật liệu học thuộc Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Nguồn nguyên liệu bã mía sạch được thu gom trực tiếp vào cuối ngày tại các cơ sở kinh doanh nước mía trên địa bàn thành phố Thủ Đức và khu vực lân cận.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cây mía (tên khoa học: Saccharum officinarum, thuộc họ Hòa thảo Poaceae) có cấu trúc thân thẳng cao từ 2 đến 6 m, đường kính 2 đến 5 cm. Thân cây chứa 1% - 10% sacaroza, 0,5% chất béo, 0,5% tro và 0,22% protein. Vỏ mía chứa các hợp chất sáp (axit xerotinic, rượu myrixylic) và các axit béo (axit oleic, axit linolic, axit panmatic, axit stearic, axit capronic). Nước mía chứa khoảng 20% sacaroza, glucoza, axit xitric, axit malic, axit tactric, axit aconitic, galactoxylan và $K_2O$. Sau khi chiết xuất nước, phần xơ bã mía còn lại gồm trung bình 49% nước, 48% chất xơ (trong đó cellulose chiếm 45% - 55%, còn lại là hemicellulose và lignin) cùng 2,5% chất hòa tan (đường sót).

Than sinh học (Biochar - TSH) là sản phẩm chất rắn giàu carbon hình thành qua quá trình biến đổi nhiệt hóa sinh khối trong môi trường yếm khí (thiếu hoặc không có oxy) ở dải nhiệt độ từ 450°C đến 550°C. Về thành phần hóa học, TSH chứa từ 50% đến 90% carbon (dưới dạng cấu trúc vô định hình và graphitic có tính ổn định cao, khó phân hủy), 1% - 5% hydro, 1% - 30% oxy, cùng một lượng nhỏ nitơ, phốt pho, kali, mangan, sắt và khoáng chất vô cơ. Nhờ cấu trúc mạng lưới rỗng xốp, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và khả năng trao đổi cation cao, than sinh học có khả năng giữ ẩm, lưu giữ dinh dưỡng và hấp phụ khí, chất ô nhiễm.

Đồ án tổng hợp và so sánh 4 phương pháp chuyển hóa nhiệt hóa sinh khối chính:

• Nhiệt phân chậm (Slow Pyrolysis): Gia nhiệt ở nhiệt độ 450°C - 550°C với tốc độ tăng nhiệt thấp và thời gian lưu dài; sản phẩm rắn thu được tối đa chính là than sinh học.
• Nhiệt phân nhanh (Fast Pyrolysis): Gia nhiệt với tốc độ cực cao trong thời gian rất ngắn nhằm tối ưu hóa việc thu hồi dầu sinh học (bio-oil).
• Carbon hóa thủy nhiệt (Hydrothermal Carbonization - HTC): Sinh khối cùng môi trường nước được đun nóng trong bình kín chịu áp suất cao (2 - 10 MPa) ở nhiệt độ 180°C - 250°C (hoặc 250°C - 310°C) trong vài giờ nhằm chuyển đổi cellulose thành vật liệu giàu carbon.
• Khí hóa (Gasification): Chuyển hóa sinh khối ở nhiệt độ cao 700°C - 1000°C với sự tham gia của tác nhân khí hóa nhằm thu hồi hỗn hợp khí tổng hợp (syngas: $H_2$, $CO$, $CO_2$, $CH_4$); than rắn và hắc ín chỉ đóng vai trò sản phẩm phụ.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được lựa chọn là phương pháp nhiệt phân chậm. Nhóm tác giả sử dụng bã mía sấy khô, ép nén định hình trong hộp kim loại kín và nung trong lò ở dải nhiệt độ 450°C và 500°C (sai số ±10°C) với các mốc thời gian 20 phút, 25 phút và 60 phút.

Các tiêu chuẩn kỹ thuật được áp dụng trong quá trình thực nghiệm và kiểm nghiệm gồm:

• TCVN 7035 : 2002: Tiêu chuẩn sấy khô bã mía ở nhiệt độ 105°C về độ ẩm tuyệt đối 0%.
• ASTM D 2867 - 99: Phương pháp thử nghiệm xác định độ ẩm toàn phần của than sinh học thông qua sấy mẫu ở 140°C - 150°C đến khối lượng không đổi.
• Hệ thống tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng than: TCVN 251, TCVN 4307, TCVN 173, TCVN 175, TCVN 200 dùng để đánh giá độ ẩm toàn phần, hàm lượng tro (Ash content), hàm lượng chất bốc (Volatile matter content), hàm lượng lưu huỳnh (Sulfur content), hàm lượng carbon cố định (Fixed carbon content) và nhiệt lượng tổng (Gross calorific value).

Thiết kế và chế tạo hộp nung thí nghiệm

Nhằm đáp ứng yêu cầu nén ép tạo hình viên than nướng thương mại (kích thước mục tiêu: đường kính 43 mm, chiều cao 25 mm) và đảm bảo điều kiện yếm khí nghiêm ngặt trong suốt quá trình nung nhiệt độ cao, nhóm nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo một cụm hộp nung chuyên dụng.

Kết cấu cơ khí của hộp nung được dựng mô hình 3D và xuất bản vẽ chế tạo bằng phần mềm Creo Parametric 8.0. Toàn bộ các bộ phận chịu lực chính được gia công từ thép kết cấu carbon C45 nhằm đảm bảo độ bền cơ học, khả năng chịu nhiệt ổn định ở dải nhiệt 450°C - 500°C mà không bị biến dạng nhiệt.

Cụm hộp nung gồm 5 chi tiết kỹ thuật:

1. Thân hộp nung: Dạng ống trụ rỗng làm bằng thép C45, đóng vai trò buồng chứa và định hình bã mía.
2. Cục ép (chày nén): Khối kim loại hình trụ trượt khít bên trong lòng hộp nung để truyền lực ép xuống khối sinh khối.
3. Nắp ép và vít ép M16: Nắp ren trung gian gắn trên thân hộp, phối hợp với bu-lông M16 để tác động lực ép cơ học thông qua mỏ lết, giúp nén chặt bột bã mía đạt độ nén cần thiết trước khi nung.
4. Cơ cấu làm kín đa tầng: Gồm tấm sợi thủy tinh phủ trực tiếp lên bề mặt bã mía đã ép, kết hợp lớp lót giấy bạc và vòng đệm làm kín bằng vật liệu amiang chịu nhiệt đặt phía trên miệng buồng ép nhằm ngăn triệt để oxy thâm nhập từ môi trường ngoài.
5. Nắp hộp nung: Đĩa thép C45 đậy kín toàn bộ cụm ép, liên kết chặt chẽ với thân hộp thông qua 4 bu-lông M10 phân bố đều trên chu vi mặt bích.

Chi tiết kỹ thuật	Vật liệu chế tạo	Kích thước / Quy cách	Chức năng kỹ thuật
Thân hộp nung	Thép C45	Đường kính trong ~43 mm	Buồng định hình viên than và truyền nhiệt nung
Cục ép (chày nén)	Thép C45	Ăn khớp trượt với thân hộp	Truyền áp lực trực tiếp nén phẳng bột bã mía
Vít ép cơ học	Thép hợp kim	Bu-lông M16	Tạo lực ép sinh khối thông qua siết cơ khí bằng mỏ lết
Nắp ép trung gian	Thép C45	Lắp ren chịu lực M16	Điểm tựa tựa ren cho bu-lông ép M16
Nắp hộp nung	Thép C45	Liên kết 4 lỗ bu-lông M10	Đóng kín toàn bộ hộp nung, chịu áp suất nhiệt
Đệm làm kín	Amiang chịu nhiệt	Theo biên dạng miệng hộp	Làm kín kín khít mặt bích, ngăn oxy lọt vào buồng nung
Lớp ngăn cách phụ	Sợi thủy tinh, giấy bạc	Tấm phủ bề mặt	Cách ly hoàn toàn sinh khối với lượng khí sót trong hộp

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu về phụ phẩm bã mía và than sinh học trong và ngoài nước. Tác giả dẫn chứng số liệu bã mía thải ra tại Việt Nam đạt gần 11 triệu tấn/năm từ diện tích gần 160 ha trồng mía, phần lớn bị đốt thủ công gây khói bụi ô nhiễm nghiêm trọng. Tại Việt Nam, các công trình đi trước đã thử nghiệm sử dụng bã mía làm chất hấp phụ lọc mangan và thuốc nhuộm trong nước, sản xuất tro bã mía thay thế một phần xi măng trong bê tông xây dựng, hoặc ủ phân bón hữu cơ cải thiện đất phèn. Trên thế giới, các quốc gia có ngành mía đường quy mô lớn như Brazil, Thái Lan và Ấn Độ đã phát triển các công nghệ sinh học chuyển đổi bã mía thành khí sinh học (biogas), xử lý kim loại nặng trong nước thải công nghiệp mía đường và phục hồi đất thoái hóa. Từ thực tiễn đó, chương này khẳng định tính cấp thiết của đề tài mã số CKM-67, thiết lập mục tiêu chế tạo than nướng sạch từ bã mía bằng công nghệ nhiệt phân chậm, xác định rõ đối tượng và phương pháp tiếp cận trong phòng thí nghiệm.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp nền tảng khoa học chi tiết về cây mía và quá trình nhiệt hóa sinh khối. Về sinh học, mía là loại cây thân thảo có nguồn gốc từ vùng New Guinea, sản lượng đường thô toàn cầu đạt 160 triệu tấn/năm (chiếm 60% - 70% tổng lượng đường thế giới). Tại Việt Nam, diện tích vùng nguyên liệu khoảng 250.000 ha tập trung ở Tây Ninh, Đồng Nai, Long An, Quảng Ngãi, Bình Định với sản lượng từ 1,2 đến 1,5 triệu tấn đường/năm. Thân cây mía chứa các chất hữu cơ phức tạp, trong đó bã mía sau ép chiếm 25% - 30% khối lượng, bao gồm 49% nước, 48% chất xơ (45% - 55% là cellulose) và 2,5% chất hòa tan. Chương này đi sâu phân tích cấu trúc xốp vi mô và các đặc tính hóa lý của than sinh học (diện tích bề mặt BET, dung lượng trao đổi cation, hàm lượng carbon cố định). Đồng thời, tác giả phân tích bản chất cơ chế của 4 phương pháp nhiệt hóa: nhiệt phân chậm (tối ưu hóa lượng than rắn), nhiệt phân nhanh (thu dầu sinh học), carbon hóa thủy nhiệt HTC (ở 180°C - 250°C, áp suất 2 - 10 MPa), và khí hóa sinh khối (ở 700°C - 1000°C để tạo syngas).

Chương 3: Thí nghiệm

Chương 3 mô tả hệ thống trang thiết bị thí nghiệm và quy trình 8 bước triển khai thực nghiệm chế tạo than sinh học:

• Trang thiết bị: Đĩa petri, muỗng, máy xay, rây mắt lưới 200 μm, cân điện tử phân tích (độ chính xác 0,001 g), bình hút ẩm, khay inox, lò sấy, cốc nung thủy tinh, hộp nung thí nghiệm thép C45, lò tôi/nhiệt phân.
• Quy trình tiền xử lý: Bã mía tươi thu gom cuối ngày được cắt ngắn thành từng đoạn 1 - 3 cm (hoặc 3 - 5 cm) để tránh bám bẩn. Sau khi xay thô lần thứ nhất, nguyên liệu được trải đều trên khay inox đưa vào lò sấy ở nhiệt độ 105°C trong 4 giờ (cứ sau mỗi 1 giờ tiến hành đảo bã mía một lần) để đưa độ ẩm về 0% theo tiêu chuẩn TCVN 7035 : 2002. Tiếp theo, bã mía khô được xay mịn lần thứ hai và sàng qua rây kích thước mắt lưới 200 μm nhằm đạt cỡ hạt đồng nhất, sau đó bảo quản trong túi zip kín.
• Quy trình nén và nung:
  1. Cân chính xác 23 - 24 g bột bã mía khô (định mức khoảng 200 ml tương ứng 24 - 25 g) bằng cân phân tích.
  2. Nạp bã mía vào lòng hộp nung thép C45 và tiến hành nén ép ban đầu.
  3. Lắp cụm chày ép, nắp ép và dùng mỏ lết siết chặt bu-lông M16 để nén khối bã mía.
  4. Đặt tấm sợi thủy tinh phủ trực tiếp lên mặt bã mía đã nén nhằm tạo lớp cách ly khí.
  5. Đặt tiếp lớp giấy bạc và chèn vòng đệm bằng vật liệu amiang lên trên.
  6. Đậy nắp hộp nung và siết chặt 4 bu-lông M10 định vị.
  7. Đưa toàn bộ hộp nung vào lò nung nhiệt độ cao đã được cài đặt nhiệt độ ổn định ở 450°C hoặc 500°C (sai số nhiệt ±10°C), nung theo các mốc thời gian quy định (20 phút, 25 phút hoặc 60 phút).
  8. Kết thúc thời gian nung, lấy hộp ra để làm nguội trong 1 giờ 30 phút hoặc để nguội hoàn toàn (NHT) về nhiệt độ phòng trong 8 giờ trước khi mở nắp lấy mẫu.
• Công thức xác định hiệu suất tạo than ($H$): $$H = \frac{m_s}{m_t} \times 100%$$ (Trong đó: $m_s$ là khối lượng than sau khi nung; $m_t$ là khối lượng bã mía khô ban đầu; đo bằng cân chính xác 0,001 g).
• Công thức kiểm tra độ ẩm toàn phần theo tiêu chuẩn ASTM D 2867 - 99: $$\text{Độ ẩm theo khối lượng (%)} = \frac{m_t - m_s}{m_t - m} \times 100%$$ (Trong đó: $m$ là khối lượng cốc; $m_t$ là khối lượng cốc và than trước khi sấy ở 140°C - 150°C; $m_s$ là khối lượng cốc và than sau khi sấy).

Chương 4: Kết quả - Thảo luận

Chương 4 công bố các kết quả thực nghiệm thu được từ các mẫu than sinh học. Sản phẩm than sau nung có dạng viên nén hình trụ nguyên vẹn, bề mặt ngoài màu đen bóng, cấu trúc chắc đặc, không bị nứt vỡ nghiêm trọng. Khi tiến hành đốt thử nghiệm, than bén lửa tốt, cháy đều và tỏa nhiệt lượng ổn định trong thời gian dài, gần như không có khói đen và tỏa ra mùi thơm nhẹ của mía. Về hiệu suất tạo than, số liệu thực nghiệm bước đầu cho thấy Mẫu A (chế độ nung 450°C trong thời gian 25 phút, thời gian làm nguội 1,5 giờ) đạt hiệu suất tạo than trung bình là 32.x%. Đồ án tiến hành phân tích mối tương quan giữa hai thông số công nghệ cốt lõi: nhiệt độ và thời gian nung. Nhiệt độ và thời gian có mối quan hệ tỷ lệ nghịch đối với chất lượng than. Khi nhiệt độ gia nhiệt tăng lên 500°C hoặc thời gian nung kéo dài lên 60 phút, hàm lượng chất bốc giảm dần do quá trình phân hủy nhiệt các hợp chất hữu cơ diễn ra triệt để hơn, hàm lượng carbon cố định tăng lên, tuy nhiên hiệu suất thu hồi than rắn $H$ (%) giảm xuống. Tác giả lưu ý nếu nhiệt độ quá cao hoặc thời gian nung quá dài trong điều kiện buồng nung làm kín không tuyệt đối, lượng carbon sẽ bị đốt cháy hoàn toàn thành tro xỉ phế phẩm. Chương này cũng phân tích các biểu đồ đo đạc chỉ tiêu kỹ thuật gồm: độ ẩm toàn phần trung bình, hàm lượng tro, hàm lượng chất bốc, hàm lượng lưu huỳnh (ghi nhận ở mức rất thấp, an toàn cho sức khỏe và môi trường), hàm lượng carbon cố định và nhiệt lượng tổng toàn phần ($kcal/kg$).

Chương 5: Kết luận – Hướng phát triển

Chương 5 tóm kết toàn bộ quy trình công nghệ chế tạo than sinh học từ bã mía quy mô phòng thí nghiệm và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả kỹ thuật trong tương lai. Tác giả khẳng định quy trình nung nhiệt phân chậm bằng hộp nung tự chế tạo hoàn toàn đáp ứng được các tiêu chí kỹ thuật của than nướng sạch. Về hướng phát triển, đề tài đề xuất:

• Cải tiến cơ cấu ép: thay thế lực siết tay bằng mỏ lết trên bu-lông M16 bằng hệ thống ép thủy lực hoặc khuôn ép cơ giới có kiểm soát lực nén, giúp viên than đạt mật độ nén đồng đều hơn.
• Nghiên cứu tỷ lệ phối trộn chất kết dính sinh học hữu cơ nhằm tăng khả năng chịu va đập khi đóng gói và vận chuyển thương mại.
• Rút ngắn chu kỳ làm nguội hoặc nghiên cứu cơ cấu trao đổi nhiệt phụ trợ để tăng năng suất mẻ nung.
• Tiếp tục mở rộng các xét nghiệm phân tích diện tích bề mặt riêng (BET) và cấu trúc mao quản để ứng dụng than bã mía vào lĩnh vực xử lý nước thải và cải tạo đất phèn nông nghiệp.

Kết quả và đóng góp

Các kết quả định lượng cụ thể thu được trong văn bản đồ án:

• Kích thước hạt nguyên liệu: Bã mía sấy khô ở 105°C về độ ẩm 0% được rây qua cỡ hạt đồng nhất 200 μm.
• Khối lượng nạp mỗi mẻ: 23 - 24 g bã mía khô cho một lần ép và nung trong hộp nung C45.
• Kích thước viên than thành phẩm: Đường kính đạt 43 mm, chiều cao đạt 25 mm theo đúng kích thước thiết kế.
• Chế độ nung nhiệt phân: Khảo sát ở các mức nhiệt độ 450°C và 500°C; thời gian nung gồm các mốc 20 phút, 25 phút và 60 phút; chế độ làm nguội gồm 1 giờ 30 phút và 8 giờ (làm nguội hoàn toàn - NHT).
• Hiệu suất tạo than sinh học ($H$): Mẫu A (nung ở 450°C trong 25 phút, làm nguội 1,5 giờ) đạt hiệu suất 32.x%.

Thông số công nghệ / Chỉ tiêu kỹ thuật	Giá trị thực nghiệm trong đồ án	Tiêu chuẩn tham chiếu / Phương pháp
Kích thước đoạn bã mía cắt thô	1 - 3 cm (hoặc 3 - 5 cm)	Cắt cơ học
Nhiệt độ và thời gian sấy bã mía	105°C trong 4 giờ (đảo mẫu mỗi 1 giờ)	TCVN 7035 : 2002 (về độ ẩm 0%)
Kích thước mắt rây bột bã mía	200 μm	Sàng rây cơ học
Khối lượng bã mía nạp mỗi hộp nung	23 - 24 g (định mức lọ 200 ml: 24 - 25 g)	Cân phân tích (sai số 0,001 g)
Kích thước viên than thành phẩm	Đường kính 43 mm, chiều cao 25 mm	Thiết kế hộp nung C45
Nhiệt độ nung nhiệt phân chậm	450°C và 500°C (sai số ±10°C)	Lò nung thí nghiệm
Thời gian nung khảo sát	20 phút, 25 phút, 60 phút	Đồng hồ bấm giờ thực nghiệm
Thời gian làm nguội buồng nung	1 giờ 30 phút hoặc 8 giờ (nguội hoàn toàn)	Làm nguội tự nhiên ngoài không khí
Hiệu suất tạo than Mẫu A (450°C, 25 phút)	32.x%	Công thức: $H = (m_s / m_t) \times 100%$
Phương pháp thử độ ẩm than thành phẩm	Sấy mẫu than ở 140°C - 150°C	Tiêu chuẩn ASTM D 2867 - 99

Giải pháp và khuyến nghị kỹ thuật từ tác giả:

• Bột bã mía bắt buộc phải qua rây sàng 200 μm để các hạt có độ mịn đồng nhất, giúp cấu trúc viên than sau nung liên kết chặt chẽ và ổn định.
• Quy trình làm kín là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm trong nhiệt phân chậm: Phải kết hợp chặt chẽ việc ép chặt bằng bu-lông M16, phủ tấm sợi thủy tinh, lót giấy bạc, chèn vòng đệm amiang và siết đều 4 bu-lông M10 ở nắp hộp. Nếu để lọt oxy vào trong, than sẽ bị oxy hóa bốc cháy tự do ngay trong giai đoạn làm nguội, biến thành tro xỉ phế phẩm.
• Kiểm soát tương quan nhiệt độ và thời gian: Nhiệt độ nung và thời gian nung là hai đại lượng tỷ lệ nghịch. Tăng nhiệt độ cho phép rút ngắn thời gian nung nhưng cần khống chế trong ngưỡng 450°C - 500°C để tránh tiêu hao hàm lượng carbon cố định.

Đóng góp của đồ án:

• Về mặt kỹ thuật cơ khí: Thiết kế và chế tạo thành công cụm hộp nung thí nghiệm bằng thép C45 trên phần mềm Creo Parametric 8.0, tích hợp hai chức năng ép định hình viên than và nung yếm khí nhiệt độ cao trên cùng một cơ cấu gá đặt đơn giản.
• Về mặt quy trình công nghệ: Xây dựng hoàn chỉnh quy trình 8 bước biến đổi phụ phẩm bã mía phế thải thành than sinh học dạng viên nén phục vụ nướng thực phẩm sạch, cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ việc nghiên cứu tái chế sinh khối tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

• Quy mô thí nghiệm còn nhỏ, tiến hành theo từng mẻ đơn lẻ trong phòng thí nghiệm (khối lượng bã mía mỗi mẻ nạp chỉ đạt 23 - 24 g).
• Thao tác ép định hình bã mía trong hộp nung sử dụng lực vặn thủ công qua mỏ lết và bu-lông M16 nên áp lực nén giữa các mẻ chưa được kiểm soát đồng đều bằng các chỉ số áp suất định lượng.
• Chu kỳ làm nguội hộp nung kéo dài (từ 1,5 giờ đến 8 giờ đối với chế độ nguội hoàn toàn) làm hạn chế năng suất và tốc độ lặp lại của chuỗi thí nghiệm.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được văn bản đề cập:

• Thiết kế cải tiến cơ cấu nén ép sử dụng hệ thống xi lanh thủy lực hoặc máy ép chuyên dụng có đồng hồ đo áp lực nhằm chuẩn hóa mật độ nén của viên than.
• Khảo sát phối trộn thêm các chất phụ gia, chất kết dính sinh học thân thiện môi trường để gia tăng độ kết dính và độ bền cơ học của viên than thành phẩm.
• Nghiên cứu cơ cấu làm mát chủ động cho hộp nung nhằm rút ngắn thời gian chờ giữa các mẻ nhiệt phân.
• Triển khai phân tích chuyên sâu các chỉ tiêu diện tích bề mặt (BET), cấu trúc vi mô để đánh giá khả năng ứng dụng than sinh học từ bã mía vào việc xử lý nước thải công nghiệp và cải tạo đất nhiễm phèn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực đối với:

• Giảng viên, sinh viên và học viên chuyên ngành Công nghệ Chế tạo máy, Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Vật liệu, Kỹ thuật Nhiệt và Kỹ thuật Môi trường đang thực hiện đồ án, luận văn liên quan đến thiết kế đồ gá chịu nhiệt và nhiệt phân sinh khối.
• Các nhóm nghiên cứu về năng lượng tái tạo và tận dụng phế phụ phẩm nông nghiệp (bã mía, rơm rạ, gáo dừa, bã cà phê).
• Các cơ sở sản xuất than sạch, than BBQ không khói đang tìm kiếm giải pháp công nghệ tận dụng nguồn bã mía dồi dào từ các nhà máy đường và cơ sở giải khát.

Các nội dung có giá trị tham khảo cao nhất trong tài liệu gồm:

• Bản vẽ chi tiết và quy trình chế tạo cụm hộp nung chịu nhiệt yếm khí tích hợp chày nén cơ học bằng thép C45 (thiết kế trên Creo Parametric 8.0).
• Trình tự 8 bước xử lý nguyên liệu thực tế: từ khâu cắt thô, sấy đạt chuẩn TCVN 7035:2002, nghiền sàng rây 200 μm đến các biện pháp làm kín buồng nung yếm khí bằng vật liệu sợi thủy tinh, giấy bạc và đệm amiang.
• Dữ liệu thực nghiệm về mối tương quan giữa nhiệt độ (450°C, 500°C), thời gian nung (20, 25, 60 phút) và hiệu suất thu hồi than sinh học bã mía.

Câu hỏi thường gặp

1. Hộp nung thí nghiệm tạo than sinh học được chế tạo bằng vật liệu gì và có kết cấu ra sao?

Hộp nung được chế tạo từ thép kết cấu carbon C45 nhằm đảm bảo khả năng chịu nhiệt cao và không biến dạng ở 450°C - 500°C. Kết cấu gồm 5 chi tiết chính: vỏ thân hộp nung (định hình viên than đường kính 43 mm, cao 25 mm), cục ép (chày nén), nắp ép có ren trung gian, vít ép bu-lông M16 siết bằng mỏ lết, và nắp đậy liên kết bằng 4 bu-lông M10 cùng hệ thống gioăng đệm amiang chịu nhiệt.

2. Quy trình chuẩn bị nguyên liệu bã mía trước khi nung nhiệt phân diễn ra như thế nào?

Bã mía tươi thu gom từ các quán nước mía được cắt đoạn 1 - 3 cm (hoặc 3 - 5 cm), xay thô lần 1, rồi đưa vào lò sấy ở 105°C trong 4 giờ (đảo mẫu sau mỗi 1 giờ) để đưa độ ẩm về 0% theo tiêu chuẩn TCVN 7035 : 2002. Sau đó, bã mía khô được xay mịn lần 2, cho qua rây mắt lưới 200 μm để đạt cỡ hạt đồng nhất và bảo quản trong túi zip kín.

3. Tại sao trong quá trình nung nhiệt phân chậm bã mía lại cần phải làm kín đa tầng bằng sợi thủy tinh, giấy bạc và amiang?

Phương pháp nhiệt phân chậm bắt buộc phải diễn ra trong môi trường yếm khí (không có oxy). Việc lót tấm sợi thủy tinh phủ trực tiếp lên mặt bã mía đã ép, kết hợp tấm giấy bạc và vòng đệm amiang siết chặt bằng 4 bu-lông M10 giúp ngăn cách triệt để không khí môi trường. Nếu bị hở khí, oxy lọt vào buồng nung sẽ khiến than bốc cháy tự phát trong giai đoạn làm nguội, làm cháy hết carbon và biến sản phẩm thành tro xỉ.

4. Các thông số nhiệt độ, thời gian nung và chế độ làm nguội được khảo sát trong nghiên cứu gồm những giá trị nào?

Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ nung ở hai mức 450°C và 500°C (sai số ±10°C); thời gian nung được khảo sát tại các mốc 20 phút, 25 phút và 60 phút. Sau khi nung, hộp được làm nguội theo hai chế độ: làm nguội trong thời gian 1 giờ 30 phút hoặc để nguội hoàn toàn (NHT) về nhiệt độ phòng trong 8 giờ.

5. Than sinh học bã mía trong đồ án được định hướng ứng dụng chính cho lĩnh vực gì và có đặc điểm cảm quan ra sao?

Sản phẩm được định hướng làm than nướng sạch phục vụ ngành dịch vụ ăn uống. Viên than thành phẩm có dạng hình trụ màu đen bóng, kết cấu đặc chắc, không bị nứt vỡ lớn, bắt cháy tốt, nhiệt lượng cao, duy trì nhiệt độ ổn định, gần như không sinh khói đen và tỏa ra mùi thơm ngọt nhẹ tự nhiên của mía, không làm ám mùi khói độc hại vào thực phẩm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu qui trình thí nghiệm tạo biochar từ bã mía" của sinh viên Thái Gia Khiêm và Nguyễn Phi Khanh (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã nghiên cứu thành công quy trình nhiệt phân chậm bã mía ở dải nhiệt độ 450°C - 500°C trong môi trường yếm khí. Nhóm tác giả đã hoàn thiện việc thiết kế và chế tạo hộp nung thí nghiệm bằng thép C45 trên phần mềm Creo Parametric 8.0, giải quyết đồng thời bài toán nén ép cơ học tạo hình viên than kích thước 43 x 25 mm và duy trì độ kín khí cách ly oxy tuyệt đối. Sản phẩm than sinh học thu được đạt hiệu suất trên 32% (ở 450°C trong 25 phút), có độ bắt cháy tốt, nhiệt trị cao, không khói và giữ mùi thơm tự nhiên của mía, chứng minh tính khả thi cao của giải pháp biến phụ phẩm bã mía thành nguồn nhiên liệu nướng sạch thân thiện với môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Bã mía (tên tiếng Anh là Sugarcane Bagasse) là thành phần còn sót lại của cây mía sau khi được ép để chiết nước hoặc dùng cho sản xuất đường. Theo Hiệp Hội Mía đường Việt Nam, diện tích mía được trồng trên cả nước năm 2023 - 2024 là gần 160 ha. Sản lượng SCB chế biến là gần 11 triệu tấn/năm.

Sau khi ép với lượng mía gần 11 triệu tấn sẽ có được một lượng SCB khổng lồ, đó là một nguồn nguyên liệu phế thải và sạch được phục vụ cho một số nhu cầu nhất định [1]. Lượng phế phẩm này chủ yếu được sử dụng để sản xuất điện cho các lò hơi đồng phát trong sản xuất đường [2]. Tuy nhiên, SCB từ việc tiêu thụ mía đường chủ yếu bị vứt lại và được lấp đầy trên các bãi rác ở các nước kém phát triển và đang phát triển. Tương tự như các loại sinh khối khác, SCB giàu carbon và thân thiện với giá thành rẻ, dồi dào và thích hợp để sản xuất than sinh học [3].

Bã mía gần đây dã thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong nước và ngoài nước. Với số lượng khổng lồ cùng với các thành phần hóa học đa dạng có trong cây mía. Nhờ vậy, bã mía được ứng nhiều và rộng rãi hơn trong những năm gần đây. Bã mía nhờ có các thành phần chính như Cellulose, Hemicellulose và ligin cùng với nhiều hợp chất hữu cơ khác.

Sự kết hợp này vô tình làm cho bã mía biến thành nguồn nguyên liệu lý tưởng để phục vụ cho nhiều ứng dụng sản xuất khác nhau. Tại Việt Nam, các nghiên cứu bã mía có nhiều bước tiến lớn trong ngành nghiên cứu. Các viện nghiên cứu và các sinh viên trường đại học đã sử dụng nguồn bã mía phục vụ công cuộc nghiên cứu, thí nghiệm và chế tạo các sản phẩm ứng dụng liên quan từ nguồn bã mía. Than sinh học được biết là một sản phẩm chất rắn chứa carbon và các thành phần khoáng chất khác có nguồn gốc từ quá trình chuyển đổi nhiệt hóa sinh khối, với công dụng áp dụng cho nhiều lĩnh vực thực tiễn như môi trường: làm giảm khí thải nhà kính, nhất là giảm nồng độ carbon dioxide trong khí quyển [4], làm vật liệu thay thế một phần xi măng trong xây dựng [5], chất hấp phụ để loại trừ các chất gây ô nhiễm môi trường [6].

Ngoài ra, TSH còn được dùng phổ biến và rộng rải trong vấn đề xử lý nước, chẳng hạn lọc bỏ mangan trong nguồn nước của khu vực khai thác mỏ [7], thuốc nhuộm trong Trang 1 nước [8]. Bên cạnh đó, TSH cũng hổ trợ trong vấn đề cải tạo đất trồng [9], điều chỉnh độ pH của đất [10], … Các nghiên cứu trong nước: Tại Việt Nam nhiều dự án nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng bã mía cho nhiều mục đích như: Xử lý môi trường, sản xuất vật liệu, cải tạo đất trồng… - Sản xuất TSH từ bã mía và các chất phụ gia nhầm đánh giá khả năng hấp phụ nước và tính các chất hóa học của TSH để phụ vụ cho công trình lọc nước, các phế phẩm trong nước nông nghiệp và bảo vệ môi trường nước ở Việt Nam [11]. - Sản xuất vật liệu xây dựng tro bã mía có thể thay thế một phần xi măng và giúp nâng cao khả năng tính chất vật lí của bê tông [12]. - Phân bón hữu cơ từ bã mía giúp cải thiện dinh dưỡng P và độc chất Al trên đất phèn.

Các nghiên cứu nhằm giúp năng cao năng suất cây trồng. Việc sử dụng phân bón hữu cơ còn giúp giảm các lượng phân hóa học cần thiết, từ đó giảm thiểu tác động xấu đến môi trường xung quanh [13].