CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất viên nhiên liệu từ BIOMASS 1. Trên thế giới Nhiên liệu sinh học (NLSH), tiếng Anh là Bio – fuel, là loại nhiên liệu được hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động, thực vật (sinh học). Ví dụ như nhiên liệu chế biến từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa…), ngũ cốc (lúa mì, ngô, đậu, tương…), chất thải trong Nông nghiệp (rơm, rạ, phân), sản phẩm thải trong ngành Lâm nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…).
Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí… được đốt để phóng thích năng lượng. Sinh khối đặc biệt là gỗ, than gỗ (charcoal) cung cấp phần năng lượng đáng kể trên thế giới ít nhất một nửa dân số thế giới dựa trên nguồn năng lượng chính từ sinh khối. Con người đã sử dụng chúng để sưởi ấm và nấu ăn cách đây hàng ngàn năm, nhưng với quy mô nhỏ, mang tính chất gia đình cho hoạt động đun nấu hoặc cũng có thể có trong sản xuất nhỏ. Việc sử dụng sinh khối dạng thô trong qui mô công nghiệp là khó khăn và ít hiệu quả kinh tế do nhiệt trị nhiên liệu thấp (15-18 MJ/kg đối với củi, gỗ và 12-15MJ/kg đối với rơm, trấu), khối lượng riêng thấp, nguồn cung cấp thiếu tập trung dẫn đến việc vận chuyển, khai thác và công nghệ sử dụng tương đối khó khăn.
Tuy nhiên hiện nay, gỗ vẫn được sử dụng làm nhiên liệu phổ biến ở các nước đang phát triển [4]. Theo dự tính của các chuyên gia, việc tiêu thụ năng lượng trên toàn cầu có thể tăng thêm 1/3 trong vòng 15 năm tới. Mức tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng, phần lớn là ở các nước đang phát triển, trong khi các nguồn năng lượng truyền thống (thuỷ điện, than đá, dầu mỏ…) lại ngày càng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 khan hiếm. Vì vậy vấn đề cấp thiết đặt ra là phải tiến hành một cuộc cách mạng đi tìm nguồn năng lượng mới hoặc năng lượng tái sử dụng.
Tình hình giá dầu trên thế giới bất ổn đã buộc nhiều quốc gia mang tính đột phá trong việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu truyền thống. Nguồn NLSH được xem là một lĩnh vực mới mẻ. Một dạng năng lượng mà thế giới có thể sử dụng lâu dài trong thời gian tới là Biomass (năng lượng sinh khối, hay năng lượng từ vật liệu hữu cơ) Biomass - sinh khối là nguồn năng lượng hoá học, tích luỹ từ nguồn năng lượng từ mặt trời trong thực vật qua quá trình quang hợp. Sinh khối là các phế phẩm, phụ phẩm sau thu hoạch nông nghiệp, trong quá trình chăn nuôi gia súc, gia cầm, các phế liệu của các dây chuyền chế biến nông lâm sản như: rơm, rạ, trấu, bã mía, vỏ hạt cà phê, mùn cưa, phoi bào, rác thải, phân gia súc, gia cầm… Năng lượng sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí, được đốt để phóng thích năng lượng.
Đặc biệt sinh khối từ vật liệu gỗ đã và đang cấp một nguồn năng lượng chiếm tỷ trọng đáng kể. Trên thế giới, có khoảng một nửa dân số thế giới, tập trung ở các nước đang phát triển, đang sử dụng nguồn năng lượng chính từ sinh khối. Sinh khối cũng có thể trở thành dạng nhiên liệu lỏng như metanol và etanol dùng cho các động cơ đốt trong, thành các dạng khí sinh học như Bioga dùng đun nấu trong các hộ gia đình. Biomass có thể thay đổi tình trạng khí hậu, biến chất thải, phế phẩm của ngành Nông lâm nghiệp thành nhiệt và năng lượng.
Theo các chuyên gia năng lượng, nguồn năng lượng mới - còn có tên là “vàng xanh”. Tại 30 quốc gia đang trồng cây, hàng loạt những cây nông lâm nghiệp chế ra nguồn nhiên liệu thay thế được xăng, dầu từ dầu mỏ. Theo các chuyên gia năng lượng, đây là nguồn nhiên liệu phong phú và vô tận, mà loài người không còn ám ảnh bởi khủng hoảng nhiên liệu. Loại nhiên liệu này có LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 nhiều ưu điểm với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá…) đó là: tính chất thân thiện với môi trường, chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng làm trái đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi trường như các loại nguồn nhiên liệu truyền thống, loại nhiên liệu tái sinh, các loại nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp và có thể tái sinh.
Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống. Tuy nhiên, hiện nay vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống còn nhiều hạn chế do chưa hạ được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền thống. Trong tương lai khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, thì nó có thể là nguồn nhiên liệu thay thế cho nguồn nhiên liệu truyền thống đó [11]. Kỹ thuật đốt rác phát điện đã từng có lịch sử nghiên cứu phát triển hơn 30 năm trở lại đây, nhiều nhà máy ở Đức (32% lượng rác được xử lý bằng đốt rác phát điện), Đan Mạch (70%), Bỉ (29%), Pháp (38%)… đã trở thành hình mẫu cho ngành công nghệ “năng lượng và bảo vệ môi trường” này.
Ở Châu Á, Singapore (100% lượng rác được xử lý bằng đốt rác phát điện) và Nhật Bản (72,8%) là hai nước đi đầu trong kỹ thuật đốt rác phát điện. Quy trình công nghệ của nhà máy điện rác tương tự như nhà máy nhiệt điện, chỉ khác ở chỗ nhiên liệu không giống nhau và phải trang bị thêm hệ thống sử lý làm sạch khói, khí khá phức tạp. Tính ưu việt của nhà máy điện rác so với các lò đốt rác thông thường chính là ở chỗ trong khi giảm trọng lượng và thể tích nhờ quá trình đốt, nó còn có tác dụng “tài nguyên hoá”, biến rác trở thành nhiên liệu sản xuất năng lượng, “vô hại hoá” rác. Tro bụi từ lò thiêu được phân tuyển bằng từ tính, sau đó trở thành vật liệu phủ mặt đường hoặc san lấp để lấn biển.
Trên thế giới, Mỹ năng lượng sinh khối chiếm 4% tổng năng lượng được tiêu thụ và 45% năng lượng tái sinh, là quốc gia sản xuất điện từ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Biomass lớn nhất thế giới với hơn 350 nhà máy điện sinh học, sản xuất trên 7.500MW điện mỗi năm, đủ cung cấp cho hàng triệu hộ gia đình, tạo ra việc làm cho 60.000 người lao động. Tại Anh, Uỷ ban môi trường hoàng gia (RCEP) của Anh tin rằng tới năm 2050, Biomass có thể cung cấp 10% – 15% tổng năng lượng của Anh. RCEP cho biết, Biomass khác với các dạng năng lượng tái sinh khác ở hai khía cạnh: thứ nhất là không giống năng lượng gió và sóng, Biomass có thể kiểm soát được. Thứ hai là Biomass vừa cung cấp nhiệt vừa sản xuất điện năng.
Mới đây một ý tưởng về nhà máy năng lượng sinh khối Biomass đã được đề xuất, nguồn năng lượng này sẽ cung cấp nhiên liệu là khí đốt cho các hộ gia đình tại Anh. Tại các nước có nền công nghiệp chế biến nông lâm sản phát triển đã nghiên cứu thành công công nghệ tạo viên nhiên liệu từ mùn cưa, phoi bào, gỗ và đang được ứng dụng vào sản xuất ở quy mô công nghiệp lớn. Khối lượng sử dụng viên nhiên liệu sinh khối tại các nước này khá lớn. Ví dụ ở Thuỵ Điển là 1.000 tấn/năm, Canada là 650.000 tấn/năm, Italia là 550.000 tấn/năm, Đức và Đan Mạch đều là 400.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 Thực tế, các nước châu Á như: Nhật Bản, Ấn Độ, Thái Lan… nhiều Công ty đã sử dụng lò hơi đốt bằng năng lượng sinh khối. Trung Quốc là một trong những quốc gia có chủ trương thay thế dầu mỏ bằng NLSH. Quốc gia này có kế hoạch đến năm 2020 sẽ sử dụng NLSH để thay thế 10 triệu tấn chế phẩm dầu mỏ nhằm giảm bới sức ép về nguồn năng lượng trong nước. Phát biểu tại diễn đàn các giải pháp năng lượng bền vững phi tập trung hoá được tổ chức tháng 5/2006, Phó giám đốc Viện Nghiên cứu Năng lượng của Uỷ ban phát triển cải cách Trung quốc (NDRC), Han Wenken cho biết, Trung quốc phấn đấu đến năm 2020 nguồn năng lượng sạch này sẽ chiếm 10% lượng năng lượng hàng năm.
Sản lượng nhiên liệu lỏng sinh học như Ethanol hay Diesel sinh học sẽ lên tới 12 triệu tấn và có thể thay thế khoảng 12 triệu tấn các chế phẩm từ dầu mỏ. Ở Việt nam Việt nam là một nước có nền nông nghiệp phát triển và hàng năm thải ra một lượng lớn đến hàng chục triệu tấn phế thải như: trấu, bã mía, vỏ hạt điều, mùn cưa, rơm (Biomass)… Sử dụng nguồn phế thải một cách thích hợp sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho ngành nông, lâm nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội đặc biệt là hiệu quả kinh tế cao. Những loại chất thải tưởng như bỏ đi (mùn cưa, vỏ trấu, lõi ngô, bã mía…) sẽ có thể sản xuất ra một lượng điện năng tương đối lớn cho con người. Hiện nay, các phế phụ phẩm từ nông lâm nghiệp ở nước ta với tổng sản lượng lên tới hàng triệu tấn (nếu được tập trung lại).
Riêng sản lượng trấu có thể thu gom được ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4 – 1. Ngoài Đồng bằng sông Cửu Long, các khu vực khác như Tây Nguyên cũng có thể cho lượng chất thải sinh khối đạt 0,3 – 0,5 triệu tấn từ cây Cà phê. Còn ở vùng Tây Bắc cũng đem lại tới 55.000 tấn mùn cưa từ việc khai thác và chế biến gỗ. Đặc biệt là chất thải từ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 nhà máy mía đường, hiện tại nhà nước đang có đến 10 - 15% tổng lượng bã mía không được sử dụng, vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa không được tận dụng.
Để tận dụng các phế phẩm của ngành Nông lâm nghiệp. Tại Việt Nam, cụ thể tại Thành phố Hồ Chí Minh, các nhà nghiên cứu khoa học tại Trung tâm nghiên cứu lọc hoá dầu (trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia thành phố HCM) với đề án “Công nghệ Biomass – hướng tới một nền nông nghiệp không chất thải và phát triển bền vững”, đã tinh chế chất thải từ nông thôn như rơm rạ, trấu, mùn cưa,…thành nguồn năng lượng sinh học.