Chương 1 - TỔNG QUAN 1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa 1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa trên thế giới Lúa gạo là thực phẩm quan trọng đối với khoảng một nửa dân số thế giới. Riêng khu vực châu Á đã sản xuất 618,24 triệu tấn, hơn 90% tổng sản lượng gạo toàn cầu (Bảng 1.
Thống kê trong năm 2009 cho thấy, Trung Quốc đã sản xuất 196,7 triệu tấn lúa trên diện tích 29,8 triệu ha, trong khi Ấn Độ đã sản xuất 133,7 triệu tấn lúa trên diện tích 41,9 triệu ha [81]. Mặc dù Trung Quốc và Ấn Độ sản xuất lúa gạo lớn nhất trên thế giới nhưng số lượng xuất khẩu của họ là tương đối thấp do nhu cầu lớn từ dân số của họ. Sản lượng lúa và phụ phẩm cây lúa trên thế giới năm 2009 Khu vực Sản lượng Rơm rạa Trấub (triệu tấn) (triệu tấn) (triệu tấn) Châu Phi 24,51 24,51 4,9 Châu Mỹ 38,1 38,1 7,62 Châu Á 618,24 618,24 123,65 Trung Quốc 196,68 196,68 39,336 Ấn Độ 133,7 133,7 26,74 Indonesia 64,4 64,4 12,88 Bangladesh 47,72 47,72 9,544 Châu Âu 4,1 4,1 0,82 Châu đại dương 0,29 0,29 0,058 Thế giới 685,24 685,24 137,05 Nguồn: [81] a tỉ lệ so với sản lượng là 1 b tỉ lệ so với sản lượng là 0,2 Nhu cầu gạo dự kiến sẽ vẫn mạnh mẽ trong vài thập kỷ tới do sự tăng trưởng kinh tế và dân số ở các nước châu Phi và châu Á [138]. Dự đoán rằng đến năm 2020, tổng lượng tiêu thụ gạo sẽ là 450 triệu tấn, tăng 6,6% so với 422 triệu tấn vào năm 2007 [169].
Nhìn chung, ngành sản 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com xuất lúa gạo sẽ vẫn duy trì ổn định trong một thời gian dài, dẫn đến việc phụ phẩm từ cây lúa vẫn ở mức cao (Bảng 1. Việc sử dụng phụ phẩm cây lúa cho các mục đích khác nhau ở các nước cũng khác nhau. Ví dụ như ở Indonesia, phụ phẩm cây lúa chủ yếu được sử dụng cho mục đích năng lượng hoặc đốt bỏ trên đồng ruộng. Ở Philippin chủ yếu sử dụng cho cung cấp năng lượng, sản xuất phân bón hoặc đốt bỏ.
Ở Trung Quốc, phụ phẩm chủ yếu được sử dụng để sản xuất phân bón và làm thức ăn gia súc hoặc đốt bỏ (Bảng 1. Một số hình thức sử dụng rơm rạ và trấu ở các nước trên thế giới Hình thức sử dụng Quốc gia Indonesia , Nepal, Thái Lan, Malaysia, Cung cấp năng lượng Philippin, Thụy Sỹ, Nigeria. Phân bón Philippin, Israel, Trung Quốc. Lebanon, Pakistan, Syria, Iraq, Israel, Thức ăn cho động vật Tanzania, Trung Quốc, châu Mỹ.
Trồng nấm Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ. Đốt cháy Trung Quốc, Mỹ, Philippin, Indonesia. Theo một cuộc khảo sát tại Thái Lan, 90% rơm rạ trong vụ thu hoạch cao điểm giữa tháng mười một và tháng mười hai được xử lý bằng cách đốt cháy trên đồng ruộng [170]. Do việc đốt làm ảnh hưởng đến vấn đề sức khỏe và môi trường, nhiều quốc gia đã áp đặt các quy định mới để hạn chế các hoạt động đốt phụ phẩm trên đồng ruộng [102].
Gần đây, rơm rạ và trấu đã được sử dụng làm vật liệu xây dựng [185], làm vật liệu hấp phụ KLN [114] và sử dụng vào mục đích sản xuất năng lượng và nhiên liệu. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Rơm rạ và trấu giống như nhiều loại sinh khối khác có chứa nhiều xenlulo và có một số đặc tính phù hợp để làm nguyên liệu cho việc chuyển đổi sinh hóa thành nhiên liệu như ethanol [181]. Rơm rạ cũng có tiềm năng sử dụng như một nguồn sinh khối để sản xuất năng lượng, nhưng việc ứng dụng với quy mô lớn của nó khá hạn chế so với việc sử dụng trấu [48]. Việc sử dụng trấu để sản xuất điện đã được áp dụng phổ biến ở những khu vực do có nguồn cung dồi dào từ các nhà máy xay xát lúa.
Ngược lại, việc thu gom rơm rạ là khó khăn hơn do các vấn đề liên quan đến vận chuyển, xử lý và thu gom từ đồng ruộng [69]. Tình hình thu gom và sử dụng phụ phẩm cây lúa ở Việt Nam Các hình thức thu gom, sử dụng và xử lý các phụ phẩm cây lúa chủ yếu là rơm rạ, là khá đa dạng và không thống nhất. Tùy theo điều kiện từng vùng và tập quán sử dụng của từng địa phương mà hình thức thu gom, sử dụng và xử lý rơm rạ sau thu hoạch cũng rất khác nhau. Với sản lượng lúa ước tính năm 2013 của cả nước trên 40 triệu tấn [24], nếu tính tỉ lệ thu hoạch là 1,0 và tỉ lệ giữa khối lượng trấu trên khối lượng hạt là 0,2 thì cả nước có trên 40 triệu tấn rơm rạ và trên 8 triệu tấn trấu.
Đây là một nguồn nguyên nhiên liệu rất lớn. Đặc điểm của sản xuất nông nghiệp ở nước ta có quy mô nhỏ, việc thu gom và sử dụng rơm rạ đều bằng các hình thức thủ công. Rơm rạ thường được dự trữ ngoài trời nên phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, chưa khai thác được hết lợi ích từ lượng rơm đã dự trữ. Theo kết quả điều tra trong năm 2015 cho thấy, việc sử dụng rơm ra ngày nay vẫn còn nhiêu mục đích khác nhau.
Tuy nhiên đa số rơm rạ được để lại tại ruộng sau đó đốt bỏ: 42,2%, hoặc vùi lại: 16,2%, làm thức ăn cho đại gia súc: 18%, Ủ làm phân: 5,5%, chất độn chuồng nuôi: 5,6%, tủ gốc: 4,7%, ngoài ra còn sử dụng làm nấm, chất đốt nhưng không đáng kể (Bảng 1. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Một số tỉnh vùng ĐBSCL rơm đã được thu gom, đóng bánh bằng cơ giới và bán cho thương lái. Tỷ lệ các hình thức sử dụng rơm rạ tại một số tỉnh ở Việt Nam, (%) Thức Chất Làm Đốt tại Vùi tại Làm Tủ Địa phương Ủ phân ăn gia độn chất Bán ruộng ruộng Nấm gốc súc chuồng đốt Sơn La 75,5 5,0 4,5 10,0 5,0 - - - Lào Cai 70,0 10,0 2,0 3,0 5,5 - 9,5 - - Phú Thọ 60,0 20,0 1,0 6,0 - - 13,0 - - Bắc Giang 30,3 25,0 11,7 23,0 - 5,0 - 5,0 - Nam Định 26,0 30,0 15,0 14,0 5,0 - 5,0 5,0 - Hà Tĩnh 24,0 15,0 40,0 10,0 1,5 2,0 7,5 - Bình Định 15,0 20,0 10,0 35,0 10,0 - 5,0 5,0 - Bến tre 45,0 10,0 30,0 5,0 - 4,0 - 6,0 Tiền giang 32,0 12,0 7,5 6,0 8,5 - 6,0 - 28,0 Sóc Trăng 45,0 15,0 4,0 11,0 7,5 - 2,5 - 15,0 Tỷ lệ % TB 42,2 16,2 5,5 18,0 5,6 0,6 4,7 2,3 4,9 Nguồn: [3] Đối với vỏ trấu nông dân chủ yếu sử dụng làm chất đốt, ở các tỉnh ĐBSCL có nhiều nhà máy xay xát, trấu được gom lại và cung cấp cho các nhà máy sấy, lượng trấu sử dụng làm chất đốt là 60,2%, dùng lót chuồng nuôi: 17,4%, Ủ phân: 14,1% (Bảng 1. Một số tỉnh đã có xưởng sản xuất thanh củi trấu như Bến Tre, Sóc Trăng, Tiền Giang, Nam Định.
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu sử dụng các chế phẩm sinh học để xử lý rơm rạ rất được quan tâm, khi bổ sung vi sinh vật vào rơm rạ như Arpergillus, Trichoderma, Penicillium, Pseudomonas, Bacillus và Azotobacter, Pleurotus sojarcaju và Trichoderma viride thì rơm rạ phân hủy nhanh hơn. Một trong những thành tựu gần đây của Viện Lúa ĐBSCL là nghiên cứu, tuyển chọn và sản xuất thành công chế phẩm Trichoderma có khả năng xử lý rơm rạ 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trực tiếp ngoài đồng với quy mô lớn, giảm chi phí thu gom rơm, vận chuyển và đánh đống ủ. Kết quả bước đầu đã tận dụng được nguồn rơm rạ tại chỗ phục vụ cho sản xuất lúa, góp phần ổn định sự bền vững cho đất lúa thâm canh tăng năng suất, giảm chi phí phân bón hóa học và góp phần gia tăng hiệu quả kinh tế trồng lúa, đáp ứng chiến lược sản xuất nông nghiệp bền vững và bảo vệ tốt môi trường [31]. Tỷ lệ các hình thức sử dụng trấu tại một số tỉnh ở Việt Nam, (%) Than sinh Địa phương Chất đốt Ủ phân Lót chuồng Tủ gốc học Sơn La 50,5 25,0 20,3 - 4,2 Lào Cai 70,0 8,5 15,6 - 5,9 Phú Thọ 74,5 10,5 15,0 - - Bắc Giang 62,0 20,0 12,0 - 6,0 Nam Định 46,4 20,0 25,0 4,6 4,0 Hà Tĩnh 65,3 15,0 9,7 - 10,0 Bình Định 51,0 4,5 44,5 - - Bến tre 55,0 10,0 15,0 15,0 5,0 Tiền giang 60,5 15,0 12,4 10,0 2,1 Sóc Trăng 66,3 12,0 4,7 15,0 2,0 Tỷ lệ % TB 60,2 14,1 17,4 4,5 3,9 Nguồn: [3] Than trấu và củi trấu có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là đối với nước nông nghiệp như nước ta.
Vỏ trấu không cháy dễ dàng để thành ngọn lửa trừ khi có không khí thổi qua. Vỏ trấu có khả năng chống ẩm và mục rữa nên nó là vật liệu cách nhiệt tốt. Khi đốt cháy vỏ trấu tạo ra một lượng tro khoảng 17 - 26%, cao hơn rất nhiều so với gỗ 0,2 - 2%, do đó, nó là một nguồn năng lượng tái tạo có giá trị [23]. 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp xử lý rơm rạ bằng phương pháp đốt không thu hồi nhiệt lượng là phương pháp vốn được người nông dân Nam bộ sử dụng từ lâu để tiêu hủy lượng rơm rạ trên đồng ruộng và tro sau quá trình cháy được xem là phân bón.
Theo phân tích của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa (2005), % hàm lượng tro trong một số loại chất đốt cho thấy tỷ lệ của vỏ trấu và rơm là cao hơn đáng kể (Bảng 1. Thành phần trong một số chất đốt, (%) Tính chất Vỏ trấu Rơm Gỗ Chất dễ bay hơi 64,7 69,7 85 Các bon 15,7 11,1 13 Tro 19,6 19,2 2 Nguồn: [32] Nghiên cứu cũng cho thấy thành phần một số nguyên tố dinh dưỡng trong rơm rạ như N = 0,5%, P2O5 = 0,2% và K2O = 0,6 - 1,5%, đồng thời một số thành phần của một số loại tro từ các phụ phẩm trồng trọt (rơm rạ, trấu, thân ngô) được phân tích và đánh giá là có lợi cho cây trồng (Bảng 1. Thành phần một số loại tro, (%) % tan % tan STT Loại tro trong trong SiO2 Al2O 3 Fe2O 3 P2O 5 K 2O CaO nước HCl 1 Rạ chiêm 3,2 13,3 86,7 2,04 3,19 0,9 2,0 2,6 2 Rạ mùa 6,8 18,2 81,8 0 3,29 1,2 4,1 3,8 3 Rạ nếp 5,9 11,0 89,0 0,3 1,29 0,6 3,5 1,7 4 Trấu 4,2 4,6 95,4 0 2,39 0,6 2,5 0,8 5 Thân ngô 13,7 36,2 63,8 0 2,09 9,5 8,3 5,2 Nguồn: [32]. Đốt thu hồi nhiệt lượng ở quy mô nhỏ, các chất thải dễ cháy được sử dụng thay thế củi để đun nấu phục vụ sinh hoạt trong gia đình như nấu nướng, 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đun nước, sưởi ấm.