Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ biomass (sinh khối)

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ biomass. Tổng quan công nghệ, thực trạng và tiềm năng của nguồn năng lượng tái tạo.

• Tác giả: Vũ Đại Phong
• Người hướng dẫn: TS. Lê Văn Thái
• Trường học: Trường Đại học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Máy và thiết bị cơ giới hoá Nông - Lâm nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ Biomass
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Luận văn sản xuất viên nhiên liệu biomass Tổng quan chi tiết

Luận văn thạc sĩ về sản xuất viên nhiên liệu từ biomass là một công trình nghiên cứu khoa học chuyên sâu, tập trung vào việc chuyển hóa các nguồn phế phẩm thành nguồn năng lượng có giá trị. Nghiên cứu này không chỉ giải quyết bài toán tận dụng tài nguyên mà còn mở ra hướng đi cho năng lượng tái tạo, góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững. Bối cảnh toàn cầu cho thấy sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch đang gây ra nhiều hệ lụy về môi trường và an ninh năng lượng. Do đó, việc tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế như nhiên liệu sinh học rắn trở nên cấp thiết. Việt Nam, với tiềm năng dồi dào từ phế phẩm nông nghiệp và lâm nghiệp, có cơ hội lớn để phát triển ngành công nghiệp này. Luận văn đi sâu phân tích thực trạng, từ đó đề xuất các giải pháp công nghệ để tối ưu hóa quy trình sản xuất viên nén sinh khối. Các nghiên cứu tập trung vào việc xác định các thông số kỹ thuật then chốt, đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế. Công trình này là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà khoa học, doanh nghiệp và nhà hoạch định chính sách trong lĩnh vực năng lượng sạch, cung cấp cơ sở khoa học vững chắc để ứng dụng và nhân rộng mô hình sản xuất.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu năng lượng tái tạo từ sinh khối

Trên thế giới, cuộc khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu đã thúc đẩy các quốc gia tìm kiếm giải pháp thay thế bền vững. Năng lượng tái tạo từ biomass nổi lên như một lựa chọn hàng đầu. Luận văn trích dẫn các số liệu từ Anh, Mỹ, Thụy Điển cho thấy biomass chiếm một tỷ trọng đáng kể trong cơ cấu năng lượng quốc gia, có khả năng cung cấp từ 4-15% tổng năng lượng tiêu thụ. Nguồn nguyên liệu biomass rất đa dạng, bao gồm phụ phẩm lâm nghiệp như mùn cưa, phoi bào, và phế phẩm nông nghiệp như trấu, bã mía. Việc chuyển đổi các vật liệu này thành viên nén sinh khối (wood pellets) không chỉ tạo ra năng lượng mà còn giúp giảm phát thải khí nhà kính. Luận văn nhấn mạnh, không giống như năng lượng gió hay mặt trời, năng lượng biomass có thể kiểm soát được, cung cấp cả nhiệt và điện một cách ổn định. Đây là nền tảng cho việc phát triển một nền kinh tế tuần hoàn, nơi chất thải của ngành này trở thành đầu vào cho ngành khác.

1.2. Tính cấp thiết của việc sản xuất viên nhiên liệu tại Việt Nam

Việt Nam là một quốc gia nông nghiệp, hàng năm tạo ra hàng chục triệu tấn phế phẩm. Theo thống kê trong luận văn, chỉ riêng khu vực Đồng bằng sông Cửu Long đã có thể thu gom 1,4 triệu tấn trấu. Các vùng Tây Nguyên và Tây Bắc cũng cung cấp một lượng lớn phế phẩm từ cây cà phê và chế biến gỗ. Hiện trạng này đặt ra một thách thức lớn về xử lý chất thải và ô nhiễm môi trường. Luận văn chỉ ra tính cấp thiết của việc nghiên cứu công nghệ sản xuất viên nén để biến thách thức thành cơ hội. Sản xuất viên nhiên liệu từ biomass không chỉ giúp giải quyết vấn đề môi trường mà còn tạo ra một nguồn nhiên liệu sinh học rắn có giá trị kinh tế cao, giảm sự phụ thuộc vào than đá và dầu mỏ. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia và thực hiện các cam kết quốc tế về phát triển bền vững.

II. Thách thức chính khi dùng biomass thô sản xuất viên nhiên liệu

Mặc dù sở hữu tiềm năng lớn, việc sử dụng trực tiếp nguyên liệu biomass thô làm nhiên liệu gặp phải nhiều rào cản đáng kể. Những thách thức này là động lực chính thúc đẩy nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất viên nén sinh khối. Hạn chế lớn nhất đến từ đặc tính vật lý của vật liệu. Biomass thô thường có khối lượng riêng thấp, cồng kềnh, gây khó khăn và tốn kém cho quá trình vận chuyển và lưu trữ. Độ ẩm cao và không đồng nhất cũng là một vấn đề nghiêm trọng, làm giảm hiệu quả năng lượng khi đốt và tăng phát thải khói. Thêm vào đó, nhiệt trị viên nén ở dạng thô (như củi, rơm rạ) thường thấp hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch, đòi hỏi lò đốt phải có thiết kế đặc biệt và quy mô lớn hơn. Luận văn đã phân tích kỹ lưỡng những nhược điểm này để nhấn mạnh sự cần thiết của công đoạn nén ép, một giải pháp công nghệ giúp khắc phục triệt để các vấn đề cố hữu của biomass thô, biến chúng thành một dạng nhiên liệu đồng nhất, đậm đặc và hiệu quả.

2.1. Hạn chế về nhiệt trị và độ ẩm của nguyên liệu biomass

Một trong những rào cản kỹ thuật lớn nhất là các đặc tính cố hữu của biomass. Luận văn chỉ ra rằng nhiệt trị của củi gỗ chỉ đạt 15-18 MJ/kg, trong khi của rơm, trấu là 12-15 MJ/kg, thấp hơn đáng kể so với than đá. Độ ẩm của biomass tươi sau thu hoạch thường rất cao, làm giảm mạnh hiệu quả năng lượng vì một phần năng lượng sinh ra bị tiêu tốn để làm bay hơi nước. Hơn nữa, độ tro của biomass sau khi đốt cũng là một yếu tố cần xem xét. Tro từ một số loại phế phẩm có thể gây ăn mòn thiết bị lò hơi. Quá trình sản xuất pellet gỗ giúp giải quyết các vấn đề này bằng công đoạn sấy để giảm độ ẩm xuống mức tối ưu (thường dưới 10%) và nén chặt vật liệu, giúp cải thiện đáng kể nhiệt trị và mật độ năng lượng trên một đơn vị thể tích.

2.2. Vấn đề logistics và chi phí khi sử dụng biomass thô

Biomass thô có khối lượng riêng rất thấp, dẫn đến chi phí vận chuyển và lưu trữ tăng vọt. Ví dụ, một xe tải chở mùn cưa hoặc rơm rạ sẽ không thể tối ưu hóa tải trọng, làm tăng chi phí logistics trên mỗi đơn vị năng lượng. Nguồn cung cấp nguyên liệu biomass thường phân tán và mang tính thời vụ, gây khó khăn cho việc duy trì hoạt động sản xuất liên tục ở quy mô công nghiệp. Luận văn nhấn mạnh rằng việc chuyển đổi biomass thành dạng viên nén sinh khối giúp tăng mật độ vật liệu lên 5-10 lần. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí vận chuyển, lưu trữ mà còn chuẩn hóa sản phẩm, giúp quá trình cung ứng và sử dụng trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn, tương tự như các loại nhiên liệu truyền thống.

III. Phương pháp sản xuất viên nén sinh khối từ phế phẩm nông nghiệp

Luận văn đã hệ thống hóa một cách chi tiết về công nghệ sản xuất viên nén, mô tả một quy trình khép kín và hiệu quả. Quá trình này được tiêu chuẩn hóa để đảm bảo sản phẩm đầu ra đạt các tiêu chuẩn chất lượng viên nén quốc tế. Cốt lõi của công nghệ là biến đổi các loại nguyên liệu biomass có đặc tính khác nhau như mùn cưa, trấu, bã mía thành một dạng nhiên liệu đồng nhất. Quy trình bắt đầu từ khâu xử lý nguyên liệu thô, bao gồm sấy để giảm độ ẩm và nghiền để giảm kích thước hạt. Đây là những bước chuẩn bị quan trọng quyết định hiệu quả của công đoạn ép viên. Giai đoạn tiếp theo và quan trọng nhất là ép viên, nơi vật liệu được nén dưới áp suất và nhiệt độ cao. Cuối cùng, sản phẩm được làm mát và sàng lọc để loại bỏ bụi trước khi đóng gói. Toàn bộ dây chuyền sản xuất pellet được thiết kế để tối ưu hóa năng lượng và giảm thiểu tác động môi trường, tạo ra một sản phẩm pellet gỗ chất lượng cao.

3.1. Phân tích dây chuyền sản xuất pellet sinh khối tiêu chuẩn

Một dây chuyền sản xuất pellet điển hình được mô tả trong luận văn bao gồm bốn công đoạn chính: Sấy, Nghiền, Nén và Làm mát. Giai đoạn sấy có mục đích giảm độ ẩm của nguyên liệu biomass xuống dưới 15%, thường sử dụng lò hơi đốt bằng chính sản phẩm biomass. Tiếp theo, vật liệu được đưa vào máy nghiền để đạt kích thước đồng nhất, thường nhỏ hơn 3mm, giúp quá trình nén diễn ra thuận lợi và tiết kiệm năng lượng. Giai đoạn nén là trái tim của dây chuyền, sử dụng máy ép viên nén để tạo ra các viên trụ có đường kính 6-8mm. Cuối cùng, viên nén nóng được làm mát nhanh để ổn định cấu trúc và tăng độ cứng trước khi được sàng lọc và đóng gói. Quy trình này đảm bảo viên nén sinh khối có chất lượng đồng đều, đáp ứng yêu cầu của thị trường.

3.2. Vai trò của máy ép viên nén và công nghệ ép

Luận văn đặc biệt nhấn mạnh tầm quan trọng của giai đoạn ép viên. Chất lượng viên nén phụ thuộc rất lớn vào thiết kế của máy ép viên nén và các thông số vận hành. Có nhiều công nghệ ép khác nhau như ép bằng piston thủy lực, piston cơ khí, trục vít hoặc rulô. Nghiên cứu trong luận văn tập trung vào máy ép thủy lực. Áp suất nén cực cao (từ 30-150 MPa) kết hợp với nhiệt độ sẽ làm giải phóng lignin, một chất kết dính tự nhiên có trong gỗ và các loại thực vật. Lignin hoạt động như keo, giúp các hạt vật liệu liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành viên nén rắn chắc mà không cần phụ gia. Việc kiểm soát chính xác áp suất, nhiệt độ và thời gian ép là yếu tố quyết định đến mật độ, độ bền và hiệu quả năng lượng của sản phẩm cuối cùng.

IV. Bí quyết tối ưu hóa quá trình sản xuất viên nhiên liệu biomass

Để đạt được chất lượng sản phẩm cao nhất và hiệu quả kinh tế, việc tối ưu hóa quá trình sản xuất là yếu tố sống còn. Luận văn của tác giả Vũ Đại Phong đã dành một phần quan trọng để nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các thông số công nghệ tối ưu. Thay vì dựa trên kinh nghiệm, nghiên cứu này sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm khoa học để phân tích ảnh hưởng của từng yếu tố. Ba thông số đầu vào chính được xem xét là: áp suất ép (P), nhiệt độ ép (t), và thời gian ép (T). Các thí nghiệm được thiết kế để kiểm tra độc lập và đồng thời ảnh hưởng của các yếu tố này đến hai chỉ tiêu chất lượng đầu ra quan trọng: mật độ viên và độ bền cơ học. Kết quả nghiên cứu cung cấp một bộ thông số vàng, làm cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế tạo và vận hành máy ép viên nén, đảm bảo sản xuất ra viên nén sinh khối đạt tiêu chuẩn chất lượng viên nén với chi phí thấp nhất.

4.1. Ảnh hưởng của áp suất ép đến chất lượng viên nén sinh khối

Áp suất là yếu tố then chốt quyết định mật độ của viên nén. Luận văn đã tiến hành các thí nghiệm trong khoảng áp suất từ 5 MPa đến 10 MPa. Kết quả cho thấy khi áp suất tăng, mật độ và độ bền cơ học của viên nhiên liệu từ biomass cũng tăng lên đáng kể. Áp suất cao giúp các phân tử vật liệu được nén chặt hơn, loại bỏ các khoảng trống không khí và tăng cường liên kết lignin. Tuy nhiên, áp suất quá cao có thể dẫn đến hiện tượng cháy bề mặt viên nén và tiêu tốn năng lượng không cần thiết. Do đó, việc tìm ra một khoảng áp suất tối ưu là rất quan trọng để cân bằng giữa chất lượng sản phẩm và hiệu quả vận hành của dây chuyền sản xuất pellet.

4.2. Tác động của nhiệt độ và thời gian đến độ bền viên nén

Nhiệt độ ép đóng vai trò xúc tác, làm mềm vật liệu và kích hoạt chất kết dính tự nhiên lignin. Theo tài liệu [6] được trích dẫn, lignin bắt đầu được giải phóng ở nhiệt độ 175°C. Các thí nghiệm trong luận văn được thực hiện trong khoảng 200°C - 300°C. Kết quả chỉ ra rằng nhiệt độ tối ưu sẽ giúp tạo ra viên nén có bề mặt nhẵn bóng và độ bền cao. Thời gian ép, được khảo sát từ 5 đến 15 phút, cũng ảnh hưởng đến mức độ hoàn thiện của liên kết. Thời gian đủ dài cho phép nhiệt lượng truyền đều và lignin phát huy tối đa tác dụng. Việc kết hợp hài hòa ba yếu tố áp suất, nhiệt độ, thời gian chính là chìa khóa cho việc tối ưu hóa quá trình sản xuất.

V. Kết quả nghiên cứu và đánh giá hiệu quả năng lượng viên nén

Phần kết quả của luận văn cung cấp những bằng chứng khoa học cụ thể về chất lượng của viên nhiên liệu từ biomass được sản xuất trong điều kiện tối ưu. Thông qua các thí nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố, nghiên cứu đã xây dựng được các mô hình toán học, mô tả mối quan hệ giữa các thông số đầu vào (áp suất, nhiệt độ, thời gian) và các đặc tính của sản phẩm đầu ra. Các chỉ số quan trọng như mật độ, độ bền cơ học, nhiệt trị viên nén và độ tro của biomass đã được đo lường và phân tích chi tiết. Kết quả khẳng định rằng viên nén sinh khối từ mùn cưa có thể đạt được các tiêu chuẩn chất lượng viên nén tương đương với sản phẩm thương mại trên thế giới. Việc lượng hóa được hiệu quả năng lượng và các lợi ích môi trường đã chứng minh tính khả thi và tiềm năng to lớn của công nghệ này tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh cần giảm phát thải khí nhà kính.

5.1. Phân tích mật độ và nhiệt trị của viên nén thành phẩm

Kết quả thực nghiệm cho thấy, với các thông số tối ưu, mật độ của viên nén sinh khối có thể đạt từ 700 kg/m³ đến 1200 kg/m³, cao hơn nhiều so với vật liệu thô. Mật độ cao đồng nghĩa với mật độ năng lượng lớn, giúp tiết kiệm không gian lưu trữ và chi phí vận chuyển. Nhiệt trị của viên nén cũng được cải thiện đáng kể do độ ẩm thấp và vật chất được cô đặc. Sản phẩm cuối cùng có nhiệt trị cao, cháy ổn định và sinh ra ít khói, phù hợp để sử dụng trong cả lò đốt dân dụng và lò hơi công nghiệp. Đây là những ưu điểm vượt trội so với việc đốt trực tiếp phế phẩm nông nghiệp.

5.2. Đánh giá độ bền cơ học và các tiêu chuẩn chất lượng khác

Độ bền cơ học là một tiêu chuẩn chất lượng viên nén quan trọng, ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển và tỷ lệ hao hụt. Luận văn sử dụng máy thử cơ lý tính để xác định ứng suất nén của viên nhiên liệu. Kết quả cho thấy các mẫu được sản xuất trong điều kiện tối ưu có độ bền rất cao, ít bị vỡ vụn. Ngoài ra, độ tro của biomass sau khi nén và đốt cũng được phân tích. Viên nén chất lượng cao thường có hàm lượng tro thấp (dưới 1,5%), giảm thiểu chi phí xử lý và bảo trì thiết bị. Những kết quả này chứng tỏ công nghệ sản xuất viên nén có thể tạo ra một nguồn nhiên liệu sinh học rắn sạch, hiệu quả và đáng tin cậy.

VI. Tiềm năng thị trường pellet gỗ và hướng phát triển bền vững

Luận văn không chỉ dừng lại ở các kết quả kỹ thuật mà còn mở ra một tầm nhìn chiến lược về tương lai của ngành sản xuất viên nén sinh khối tại Việt Nam. Với xu hướng toàn cầu dịch chuyển sang năng lượng sạch, thị trường viên nén gỗ thế giới đang tăng trưởng mạnh mẽ, đặc biệt tại các quốc gia như Nhật Bản, Hàn Quốc và châu Âu. Việt Nam có lợi thế lớn về nguồn nguyên liệu biomass dồi dào và chi phí nhân công cạnh tranh. Do đó, phát triển ngành sản xuất pellet gỗ không chỉ phục vụ nhu cầu năng lượng trong nước mà còn có tiềm năng xuất khẩu rất lớn. Việc nhân rộng mô hình này sẽ đóng góp trực tiếp vào mục tiêu phát triển bền vững, tạo công ăn việc làm ở khu vực nông thôn, tăng giá trị cho chuỗi sản xuất nông lâm nghiệp và quan trọng nhất là góp phần giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường cho các thế hệ tương lai.

6.1. Phân tích tiềm năng của thị trường viên nén gỗ Việt Nam

Nhu cầu về năng lượng tái tạo ngày càng tăng đang thúc đẩy thị trường viên nén gỗ toàn cầu. Luận văn chỉ ra rằng Việt Nam có thể trở thành một trong những nhà cung cấp pellet gỗ hàng đầu thế giới. Các doanh nghiệp trong nước có thể tận dụng nguồn phụ phẩm lâm nghiệp như mùn cưa từ ngành công nghiệp chế biến gỗ để sản xuất. Việc đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng viên nén quốc tế sẽ mở ra cánh cửa xuất khẩu sang các thị trường khó tính. Đồng thời, thị trường nội địa cũng rất tiềm năng khi các nhà máy công nghiệp đang tìm kiếm giải pháp thay thế than đá để giảm chi phí và tuân thủ các quy định về môi trường. Đây là cơ hội vàng để ngành năng lượng sinh khối Việt Nam bứt phá.

6.2. Hướng đi phát triển bền vững và giảm phát thải khí nhà kính

Phát triển ngành sản xuất viên nhiên liệu từ biomass là một bước đi chiến lược hướng tới phát triển bền vững. Quá trình này tạo ra một vòng tuần hoàn năng lượng: cây cối hấp thụ CO2 trong quá trình phát triển, và lượng CO2 này được giải phóng trở lại khi viên nén bị đốt cháy, tạo ra một chu trình carbon trung tính. So với nhiên liệu hóa thạch, việc sử dụng viên nén sinh khối giúp giảm phát thải khí nhà kính một cách đáng kể, đặc biệt là các khí độc hại như SO2. Luận văn kết luận rằng, việc đầu tư vào công nghệ sản xuất viên nén không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn là một giải pháp môi trường hiệu quả, phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 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 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 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.

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 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. Hiện nhóm nghiên cứu của Trung tâm đang tiến hành xây dựng cơ sở dữ liệu về quá trình về sản xuất sinh khối trong lĩnh vực trồng trọt và chăn nuôi tại xã Thái Mỹ huyện Củ Chi, nghiên cứu công nghệ sản xuất cồn sinh học từ rơm rạ… Theo thống kê, gỗ vẫn là nguồn năng lượng Biomass nhiều nhất trên thế giới. Đối với ngành Lâm nghiệp, đặc biệt trong ngành Công nghiệp khai thác gỗ thì một trong những phế phẩm của ngành này đó là mùn cưa, phoi bào, gỗ phế liệu.