CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan phế phẩm nông nghiệp 1. Định nghĩa phế phẩm nông nghiệp Phế phẩm nông nghiệp được định nghĩa là dư lượng trong quá trình sản xuất nông nghiệp. Những dư lượng này có thể được phân loại thành dư lượng chính và dư lượng thứ cấp.
Dư lượng nông nghiệp được tạo ra trên đồng ruộng tại thời điểm thu hoạch, được định nghĩa là dư lượng chính. Trong khi những phế phẩm trong quá trình chế biến, sơ chế nông sản được gọi là dư lượng thứ cấp [3]. Phân loại phế phẩm nông nghiệp Phế phẩm chính: là những dư lượng chính được tạo ra trên đồng ruộng tại thời điểm thu hoạch hoặc vườn cây ăn trái. Những dư lượng này bao gồm thân cây, lá cây, gốc cây, vỏ hạt như rơm rạ, thân cây ngô, đầu mía chùm dừa rỗng và thân cây vườn cây ăn trái phế phẩm là lá, thân cây chuối.
Phế phẩm thứ cấp: là những dư lượng thứ cấp sau quá trình chế biến, sơ chế nông sản như: trấu, bã mía, lõi ngô, vỏ đậu phộng, vỏ dừa, bụi xơ dừa, bụi cưa, vỏ dầu cọ, xơ [3]. Khái quát chung phế phẩm nông nghiệp Phế phẩm nông nghiệp là sản phẩm phổ biến của những nước có nền nông nghiệp phát triển. Hằng năm lượng phế thải trong quá trình sản xuất nông nghiệp là rất lớn và trong chế biến các loại cây công nghiệp, sản xuất hoa quả, thực phẩm…cũng đa dạng. Đối với Việt Nam, nông nghiệp là một trong những ngành kinh tế quan trọng, cung cấp nguồn lương thực và thực phẩm chủ yếu cho cả nước và xuất khẩu, đóng góp không nhỏ vào nền kinh tế nước ta.
Về cơ cấu kinh tế, khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản chiếm tỷ trọng 13,96% GDP [2]. Chỉ tính riêng việc sản xuất lúa gạo, theo số liệu của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công bố tại hội nghị thúc đẩy sản xuất tiêu thụ lúa gạo đồng bằng sông Cửu Long đầu năm 2019, hiện nay đất sản xuất lúa cả nước chiếm trên 4 triệu ha; năm 2019 diện tích lúa cả nước trên 7,53 triệu ha (2 vụ), sản lượng lúa dự kiến đạt trên 43,8 triệu tấn. Theo tính toán của Cục Trồng trọt (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn), trung bình sản xuất 1 tấn lúa thì tạo ra 1 tấn rơm rạ, như vậy mỗi năm cả nước tạo khoảng 43 − 44 triệu tấn rơm rạ [5]. 4 Mặc dù, nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế và được cơ giới hóa, được chú trọng nhưng nó cũng gây ảnh hưởng tới môi trường.
Hằng năm một lượng phế thải dư thừa trong thu hoạch, chế biến các sản phẩm nông nghiệp, thực phẩm rất lớn và đa dạng về chủng loại thải ra môi trường mà chưa được quan tâm xử lý hiệu quả. Việc tận thu và tái chế cũng có khá nhiều hạn chế, nguồn phế phẩm tái chế chủ yếu tập trung ở nông thôn, nơi trực tiếp sản xuất ra những phế phẩm này trong khi đó nguồn thu mua chủ yếu chủ yếu tập trung ở khu công nghiệp, thành phố hay khu đông dân cư. Đặc thù của sản xuất nông nghiệp ở nước ta mang tính nhỏ lẻ, phân tán nên việc thu gom, phân loại và tái chế còn nhiều khó khăn. Các cơ sở sản xuất, chế biến chủ yếu tập trung vào dây chuyền sản xuất, ít quan tâm tới các khâu khác.
Do đó, những cơ sở này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn gây ra tình trạng lãng phí. Nhiều nơi còn xử lý bằng biện pháp chôn lấp, đốt bỏ, đổ xuống ao hồ. Chăn nuôi và trồng trọt nước ta mỗi năm sản ra lượng phụ phẩm rất lớn: gần 9 triệu tấn trấu, 80 triệu tấn rơm rạ, 90 triệu tấn phân gia súc gia cầm, đó là chưa kể mùn cưa, vỏ bào, thân cây ngô, thân cây chuối, cây đậu và nhiều loại thân cây trồng khác. Trước đây, các loại phụ phẩm này chưa được sử dụng, mà chỉ đốt hoặc xả thải ra môi trường, vừa lãng phí vừa gây ô nhiễm, tăng nguy cơ phát thải khí nhà kính.
Riêng đồng bằng sông Cửu Long trung bình mỗi năm có thể cung cấp 6,5 triệu tấn trấu và 21,5 triệu tấn rơm rạ, đây là tiềm năng rất lớn để xây dựng các nhà máy điện sinh khối. Rõ ràng, trồng lúa không còn chỉ để lấy lúa gạo, mà còn có thể khai thác được nhiều lợi ích từ các phụ phẩm, nâng cao thu nhập cho nông dân [5]. Với tiềm năng dồi dào như vậy, nếu biết tận dụng, tái chế thì không những tạo thêm nhiều điều kiện việc làm cho nhiều lao động nông thôn mà còn góp phần nâng cao giá trị sản phẩm, bảo vệ môi trường. Điều quan trọng, các địa phương, các ngành liên quan cần đẩy mạnh tuyên truyền để nông dân hiểu, mạnh dạn tiếp cận và ứng dụng các biện pháp kỹ thuật trong tái sử dụng hiệu quả nguồn phế phụ phẩm trong nông nghiệp.
Song hành với đó là các chính sách hỗ trợ nghiên cứu, chuyển giao kỹ thuật, đầu tư trang thiết bị để người nông dân có thể dễ dàng áp dụng công nghệ, kỹ thuật mới trong chế biến, tái sử dụng nguồn phế phụ phẩm trong sản xuất nông nghiệp nhằm đạt đa lợi ích, góp phần phát triển nông nghiệp bền vững. Công trình nghiên cứu về phế phẩm nông nghiệp 1. Nghiên cứu trong nước Tại Việt Nam, một số đề tài khoa học tận dụng được tính chất polymer tự nhiên của phế phẩm nông nghiệp để thay thế cho một số sản phẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường: chế tạo tấm panel cách nhiệt làm từ xơ dừa, bả mía, rơm rạ sau đó phối trộn với chất kết dính, sau đó ép thành tấm và phơi khô, sản xuất gạch xây dựng từ rơm rạ. Các sản phẩm phân hữu cơ từ các phế phẩm nông nghiệp ủ từ vi sinh: như thân ngô, rơm,… đã được trường đại học Lâm Nghiệp nghiên cứu quy trình và tính khả thi áp dụng tại Phổ Yên, Thái Nguyên.
Đề tài này đã tiến hành các thí nghiệm ủ phụ gia nông nghiệp bằng chế phẩm sinh học được lựa chọn là Anvi-Tricho và bằng các hỗn hợp khác như men rượu, tro và nước để làm mẫu đối chứng. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng các thành phần dinh dưỡng như N, P, K trong mẫu sử dụng Anvi-Tricho cao hơn các mẫu đối chứng, đặc biệt sau 28 ngày, thì mẫu ủ bằng Anvi-Tricho trở nên tơi xốp, màu đen xám và sẵn sàng mang đi bón cây. Bên cạnh đó, các nghiên cứu về thu nhận bột giấy hiệu suất cao từ thân ngô theo phương pháp xử lý hai công đoạn với hydropeoxit trong môi trường kềm hay thay thế kiềm bằng axit và bổ sung xúc tác Na2MoO4 Nghiên cứu sử dụng phương pháp tạo mẫu thí nghiệm và phân tích mẫu theo tiêu chuẩn TAPPI. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng tro trong thân ngô chiếm khoảng 5.
Hàm lượng chất tan trong dung dịch NaOH 1% (32.4%) rất cao so với một số loại tre nứa, hàm hượng các thành phần chính là cellulose 41. Kết quả thu nhận bột giấy từ thân cây ngô, bao gồm các công đoạn nấu, nghiền, và trích ly kiềm. Dịch nấu chứa các tác nhân tách loại lignin là hydropeoxit và axit sunfuric, xúc tác natri molypdat. Bột giấy thu được sau nấu được xử lý với kềm.
Chế độ công nghệ thích hợp được xác lập khi nấu ở nhiệt độ 100oC trong 90 phút, với mức dùng 5% H2O2, 1.25% Na2MoO4 so với nguyên liệu thân ngô, trích ly kềm ở 100C trong 60 phút, với mức dùng 0.5% NaOH so với nguyên liệu ban đầu. Bột giấy thu được có hiệu suất (65 − 66)%, có hàm lượng lignin (17 − 18)%. Qua phân tích tính chất cơ học, bột giấy có thể sử dụng cho sản xuất bao gói, catton. “Dịch đen” thải của quá trình nấu có thể tái sử dụng nhiều lần [6].
Bài báo trình bày kết quả tiềm năng sinh khối phụ phẩm rơm rạ và hiệu quả tận thu sản xuất than sinh học (biochar) quy mô hộ gia đình ở Tiền Giang, trường hợp nghiên 6 cứu điển hình ở huyện Gò Công Tây. Kết quả nghiên cứu cho thấy tổng sản lượng lúa trên địa bàn huyện là 185.072 tấn/năm và phát sinh tương ứng lượng khối lượng rơm rạ 233. Lượng sinh khối rơm rạ có thành phần hữu cơ và nhiệt lượng cao, lần lượt chiếm tỷ lệ 44,1% và 4. Với khối lượng 100 kg củi rơm nguyên liệu đầu vào, sau 6 giờ đốt lượng than sinh học thu được tương ứng 48,25 ± 2,25 kg (chiếm 48,25%).
Lượng tro sinh ra và than sống có tỷ lệ khá thấp với lần lượt 0,75 ± 0,13 kg và 3,95 ± 1,33 kg. Mô hình sản xuất than sinh học tối ưu có khoảng thời gian đốt ngắn nhất, lượng than cao, hàm tro thấp, khối lượng than sống nhỏ. Thành phần chất hữu cơ và nhiệt lượng đáp ứng yêu cầu chất lượng để sử dụng cho mục đích cải tạo đất, nâng cao nâng suất cây trồng và hướng đến nền nông nghiệp bền vững. Nghiên cứu ngoài nước Năm 2011 học viện kỹ thuật và dệt may DKTE đã nghiên cứu thành công khả năng tạo sợi, màng và giấy từ thân chuối cũng như khả năng loại bỏ lignin của chúng bằng NaOH, NaClO2, H2O2.
Các sợi cellulose được tách khỏi lignin và hemiaelluloses, có thể được thực hiện biến tính về mặt hóa học, cơ học hoặc bằng cách kết hợp hai phương pháp. Kết quả phân tích, phương pháp hóa học ít hoặc không ảnh hưởng đến chiều dài sợi. Số lượng Kappa, năng suất, chỉ số giới hạn độ nhớt được sử dụng để mô tả mức độ loại bỏ lignin trong quá trình nấu [7]. Đại học Kỹ thuật Caledonia, Muscat, Oman nghiên cứu so sánh tính chất sợi của thân chuối và bả mía đối với khả năng tạo ra bột giấy bằng cách thêm phụ gia CaCO 3, tinh bột,… Thông qua các phương pháp đo GSM, pH, độ ẩm, độ dày.
Trong dự án này, phế phẩm nông nghiệp từ bã mía và sợi chuối đã được sử dụng để sản xuất giấy thủ công. Nguyên liệu được phơi khô dưới ánh mặt trời và đi qua thùng nước để loại bỏ bụi bặm. Tiếp theo, nó được nấu với dung dịch xút 10% trong nồi áp suất và sau đó trộn trong máy trộn cho thời gian khác nhau. Dung dịch pha loãng của Clorox đã được sử dụng cho sự đổi màu và thanh lọc bột giấy.
Ba loại giấy tờ được làm từ bột giấy đã được nấu trước đó. Loại đầu tiên được thực hiện bằng cách chỉ sử dụng nguyên liệu thô, loại thứ hai bằng cách thêm 2% CaCO3 và 2% tinh bột. Và loại thứ ba bằng cách thêm 5% của cả hai chất phụ gia. Những giấy tờ này được sấy khô và sau đó ủi cho thẳng.