Đánh giá tiềm năng khai thá nguồn năng lượng khí sinh học từ các hoạt động chăn nuôi tại việt nam

Trang 1 UYỄN THỊ MAI NGAB GIÁO ỤC D VÀ TTRƯỜNG ĐẠI ỌC H BÁCH KHOA HÀ N ỘI--- ---LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌCNGÀNH: KỸ THUẬT MễI TRƯỜNG Trang 2 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌCĐánh giá tiềm năng

Cơ sở lý thuyết quá trình nên men tạo khí sinh học

Các giai đoạn của quá trình lên men tạo KSH

Quá trình phân huỷ tạo khí mêtan là một quá trình phức tạp, bao gồm ba giai đoạn chính và sự tham gia của nhiều loại vi sinh vật khác nhau Kết quả cuối cùng của quá trình này là khí sinh học, trong đó thành phần chủ yếu là khí CH4.

Phơng trình tổng quát của quá trình lên men đợc biểu diễn nh sau:

Giai đoạn thuỷ phân

Trong giai đoạn này, vi khuẩn thực hiện quá trình lên men và thủy phân, tiết ra men hydrolaza để phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản và tan được Các chất như carbohydrate (chủ yếu là xenluloza và tinh bột), chất béo và protein bị thủy phân thành đường đơn, peptit, glycerin, axit béo và axit amin dễ tan trong nước Quá trình này giúp chuyển hóa các chất cao phân tử thành các chất đơn phân tử, sau đó tiếp tục được lên men thành các chất trung gian như axetat, propionat và butyrat.

Giai đoạn sinh axit1

Sự hiện diện của các vi khuẩn sinh axit dẫn đến việc các axit béo bậc cao và axit amin thơm được phân hủy thành các axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn, như axit axetic, axit propionic, và axit butyric Quá trình này cũng tạo ra các aldehyt, rượu, cùng với một số loại khí như nitơ, hydro, carbonic và amoniac.

Trong giai đoạn thủy phân và giai đoạn sinh axit, nhu cầu oxy sinh học (BOD) bằng không, dẫn đến sự gia tăng axit và làm giảm mạnh độ pH của môi trường.

Giai đoạn sinh mêtan

Giai đoạn này đóng vai trò quan trọng trong toàn bộ quá trình, khi các vi khuẩn sinh metan chuyển hóa các axit hữu cơ và hợp chất đơn giản như axit axetic, axit fomic, và hydrocacbon thành khí metan, khí carbonic, oxy, nitơ, và khí sulfua hydro.

Khí mêtan có thể được tạo thành qua hai con đường chính: thứ nhất, nhóm metyl của axit axetic phân huỷ trực tiếp thành mêtan; thứ hai, nhóm cacboxyl của axit axetic trước tiên chuyển hoá thành đioxit cacbon, sau đó biến đổi thành mêtan.

Trong điều kiện kỵ khí, CO2 có thể chuyển hóa thành CH4 và H2O thông qua phản ứng hóa học: CO2 + 4H → 2CH4 + H2O Ngoài ra, đioxit cacbon, mêthanol hoặc axetat cũng có thể chuyển hóa thành CH3 và XH, sau đó biến thành mêtan.

Có hai nhóm vi khuẩn: nhóm đầu thuộc chủng vi khuẩn không sinh metan với tốc độ sinh trưởng tương đối nhanh, trong khi nhóm cuối thuộc chủng vi khuẩn sinh metan lại có tốc độ sinh trưởng chậm hơn, với thời gian nhân đôi thường kéo dài từ 4 đến 6 ngày.

* M ối quan hệ giữa các quá trình lên men

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình lên men tạo KSH

Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình lên men tạo khí sinh học

Mức độ kỵ khí

Sự hiện diện của oxy hòa tan trong dịch lên men gây cản trở cho quá trình phân hủy kỵ khí Quá trình lên men sinh khí có sự tham gia của nhiều loại vi khuẩn, trong đó vi khuẩn sinh methane là quan trọng nhất, thuộc nhóm vi khuẩn kỵ khí bắt buộc Oxy có thể ức chế hoặc tiêu diệt các vi khuẩn này, do đó cần đảm bảo môi trường lên men hoàn toàn kỵ khí.

Nhiệt độ

Hoạt động của vi khuẩn sinh metan chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ nhiệt độ, với nhiệt độ lý tưởng khoảng 35°C Khi nhiệt độ môi trường giảm xuống dưới 10°C, sản lượng khí metan giảm rõ rệt và quá trình sinh metan gần như ngừng hẳn.

Các vi khuẩn sinh metan nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ trong ngày, điều này có thể dẫn đến giảm sản lượng khí Do đó, vào mùa đông, cần giữ ấm cho thiết bị và đảm bảo cách nhiệt tốt, đặc biệt ở những vùng lạnh, để hỗ trợ quá trình lên men Ngoài ra, trong các quá trình lên men nhanh, việc gia nhiệt cho dịch lên men có thể giúp giảm thời gian lưu trong các thiết bị lên men.

Hình 1.2: ảnh hởng của nhiệt độ đối với sản lợng khí [1]

Độ pH tối ưu cho hoạt động của vi khuẩn (VK) là từ 6,8 đến 7,5, tương ứng với môi trường hơi kiềm Tuy nhiên, vi khuẩn sinh metan vẫn có khả năng hoạt động trong khoảng pH từ 6,5 đến 8,5.

Thêi gian lu

Thời gian lưu là khoảng thời gian mà nguyên liệu được giữ trong thiết bị phân hủy, trong đó diễn ra quá trình lên men và phân hủy hoàn toàn, tạo ra khí sinh học Đối với phân động vật, thời gian phân hủy có thể kéo dài hàng tháng, trong khi đối với nguyên liệu thực vật, thời gian này có thể lên đến hàng năm.

Bảng 1.1 Thời gian lu của các loại nguyên liệu (ở 27 0 C)[1]

Loại phân Trâu, bò Lợn Gia cầm Ngời

Thời gian lưu của thiết bị KSH hoạt động liên tục có ảnh hưởng trực tiếp đến lượng khí thu được từ nguyên liệu Cụ thể, thời gian lưu càng lớn (50, 40, 30, 60 ngày) thì lượng khí thu được từ một lượng nguyên liệu nhất định sẽ càng nhiều.

Để tối ưu hóa quá trình sinh khí, cần lựa chọn thời gian lưu phù hợp, nhằm đạt được tốc độ sinh khí mạnh nhất Thời gian lưu này phụ thuộc vào đặc điểm thời tiết của khu vực và loại nguyên liệu sử dụng Ở những vùng có nhiệt độ trung bình cao, thời gian lưu có thể được rút ngắn, trong khi ở các khu vực khác có nhiệt độ thấp hơn, thời gian lưu cần kéo dài để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Hàm lợng chất khô

Hàm lượng chất khô là tỷ lệ giữa khối lượng chất khô và tổng khối lượng của nguyên liệu, thường được biểu thị dưới dạng phần trăm.

Quá trình phân huỷ sinh mêtan diễn ra hiệu quả nhất khi môi trường có hàm lượng chất khô từ 7 đến 9% Đối với bèo tây, hàm lượng chất khô này là

Hàm lượng chất khô trong nguyên liệu ban đầu thường cao hơn giá trị tối ưu, với rơm rạ có tỷ lệ 5-8% và các nguyên liệu khác khoảng 4-5% Do đó, khi nạp vào thiết bị KSH, cần pha thêm nước để đạt được tỷ lệ pha loãng thích hợp, cụ thể là từ 2-4 lít nước cho 1 kg phân tươi.

Bảng 1.2 Đặc tính của nguyên liệu thường gặp [1,97]

Nguyên liệu Thành phần (gram chất khô)

Hình 1.3: Quan hệ giữa hàm lợng chất khô và hiệu suất sinh khí [1,98]

Tỷ lệ cácbon và nitơ của nguyên liệu

Các chất hữu cơ đợc cấu tạo bởi nhiều nguyên tố hoá học trong đó chủ yếu là cacbon (C), hydrô (H), nitơ (N), phôtpho (P) và lu huỳnh (S)

Tỷ lệ giữa trọng lượng carbon và nitrogen (C/N) trong nguyên liệu là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá khả năng phân huỷ Vi khuẩn kỵ khí tiêu thụ carbon gấp 30 lần so với nitrogen, do đó tỷ lệ C/N tối ưu là 30/1 Nếu tỷ lệ này quá cao, quá trình phân huỷ sẽ diễn ra chậm Ngược lại, tỷ lệ C/N quá thấp sẽ dẫn đến sự tích tụ amôniắc, gây độc cho vi khuẩn và làm ngừng trệ quá trình phân huỷ.

Phân trâu bò và lợn có tỷ lệ C/N phù hợp, trong khi phân người và gia cầm có tỷ lệ C/N thấp Nguyên liệu thực vật thường có tỷ lệ C/N cao, đặc biệt là những nguyên liệu già Để duy trì tỷ lệ C/N hợp lý cho các loại nguyên liệu này, việc sử dụng hỗn hợp nhiều loại nguyên liệu là cần thiết.

Bảng 1.3 ỷ lệ cacsbon và nitơ của một số chất [1,98] T

Chất thải Tỷ lệ Cacbon/Nitơ

Thực vật Tỷ lệ Cacbon/Nitơ

Phõn bũ 24 - 25 Bèo tây tơi 12 25-

Phõn trõu 24 - 25 Rơm, rạ khô 48 117-

Các độc tố

Hoạt động của vi khuẩn bị ảnh hưởng bởi nhiều loại độc tố, bao gồm thuốc trừ sâu, diệt cỏ, thuốc sát trùng, chất kháng sinh, nước xà phòng, thuốc nhuộm và dầu nhờn Việc đổ các hóa chất này vào thiết bị KSH là không được phép.

Tóm tắt các điều kiện tối u cho quá trình sản xuất khí sinh học đợc cho ở bảng dới đây

Bảng 1.4 Điều kiện tối u cho quá trình lên men tạo khí sinh học

TT Yếu tố ảnh hởng Giá trị tối u

3 Thời gian lu - Phân động vật

Tổng quan tình hình phát triển công nghệ KSH

Sơ lợc lịch sử phát triển

Công nghệ chuyển đổi các chất hữu cơ thành khí sinh học (KSH) đã tồn tại hàng trăm năm, bắt đầu từ những phát hiện của Van Helmont vào năm 1630 về khí sinh ra từ sự phân hủy của chất hữu cơ Đến năm 1667, Shirley đã phát hiện ra khí đầm lầy, và Volta vào năm 1766 đã chứng minh rằng khối lượng khí đầm lầy phụ thuộc vào lượng thực vật phân hủy ở đáy Từ 1804 đến 1810, các nhà khoa học như Dalton, Henry và Davy đã xác định công thức hóa học của mêtan, khẳng định rằng khí đầm lầy trong thí nghiệm của Volta tương tự với khí ở mỏ than đá.

Năm 1859 một thiết bị KSH đầu tiên đợc xây dựng ở Bombay, ấn Độ để xử lý phân ngời, KSH thu đợc dùng để thắp sáng

Cuối những năm 1920, nghiên cứu hoá sinh về phân huỷ kỵ khí đã được tăng cường, với Buswell là người tiên phong trong việc khám phá vai trò của các nguyên tố hoá học trong quá trình này Ông đã nghiên cứu sự sản sinh khí sinh học (KSH) từ chất thải trang trại và ứng dụng quy trình này ở quy mô công nghiệp.

Ngày nay phân huỷ kỵ khí đã phát triển mạnh thành một hệ thống tiên tiến đa chức năng, gồm:

- Xử lý chất thải hữu cơ và nớc thải với phạm vi tải lợng hữu cơ và nồng độ cơ chất rộng

- Sản xuất và sử dụng làm nhiên liệu

- Cải thiện vệ sinh, giảm mùi hôi thối, phát triển bền vững

- Sản xuất phân bón chất lợng cao

Nghiên cứu hiện nay đã chuyển từ việc tìm hiểu cơ bản về quá trình phân huỷ kỵ khí của các cơ chất đồng nhất với hàm lượng chất rắn hữu cơ khoảng 5-10% sang việc phân huỷ các nguyên liệu phức tạp hơn Điều này đòi hỏi việc phát triển các kiểu bể phân huỷ cải tiến và hiệu quả hơn để đáp ứng nhu cầu xử lý chất thải phức tạp.

Tình hình phát triển công nghệ KSH trên thế giới

Công nghệ khí sinh học (KSH) đang được phát triển mạnh mẽ ở cả các nước phát triển và đang phát triển, với Trung Quốc và Ấn Độ dẫn đầu khu vực Châu Á Trung Quốc hiện có hơn 8 triệu công trình cỡ gia đình và hơn 2500 công trình lớn, cung cấp khí cho hơn 50 triệu người, sản xuất hơn 3 tỷ m3 khí mỗi năm, tương đương với 6 triệu tấn than đá Công nghệ KSH cho phát điện cũng rất phát triển, với công suất lắp đặt đạt 866kW vào năm 2001 Ngoài ra, Trung Quốc sản xuất 24.900 tấn phân vi sinh và hơn 700 tấn thức ăn bổ sung cho gia súc từ cặn bùn của các bể khí sinh học Ấn Độ có khoảng 3 triệu công trình hoạt động, sản xuất lượng khí gần tương đương với Trung Quốc Cả hai nước đã đầu tư mạnh cho nghiên cứu và ứng dụng KSH, với các lĩnh vực thành công như đun nấu, thắp sáng, phát điện, sản xuất nhiệt ấp trứng gia cầm, sưởi ấm gia cầm, và bảo quản nông sản Ở các nước phát triển, KSH còn được chuyển hóa thành hydrogen để vận hành hệ thống pin nhiên liệu, cung cấp điện cho những vùng khó tiếp cận lưới điện và đáp ứng các nhu cầu đặc biệt khác.

Thiết bị khí sinh học phổ biến tại Trung Quốc và Ấn Độ bao gồm các loại nắp cố định hình trụ xây bằng gạch, với vòm cầu phía trên làm bằng gạch hoặc bê tông Ngoài ra, còn có thiết bị nắp nổi với gioăng nước và các thiết bị có năng suất cao để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp.

Từ năm 1955, sự hỗ trợ của một cha cố người Đức đã giúp phát triển hệ thống khí sinh học (KSH) tại Nêpan, với tổng số 54.000 thiết bị được lắp đặt vào năm 2002, trải dài trên 64 huyện Hệ thống này đã dẫn đến việc thành lập 50 công ty KSH và 40 tổ chức phi chính phủ quốc gia, cùng với 5 tổ chức phi chính phủ quốc tế Tại châu Âu, các thiết bị khí sinh học chủ yếu được lắp đặt quy mô lớn, với Đức chứng kiến sự gia tăng từ 100 thiết bị/năm vào đầu những năm 1990 lên 200 thiết bị/năm vào cuối thập niên 1990 và đầu những năm 2000, tổng cộng có 1.200 công trình, trong đó khoảng 30 công trình có thể tích từ 4.000 đến 8.000 m3 Khí sinh học sản xuất được sử dụng để phát điện hoặc cấp cho các tổ máy đồng phát có công suất từ 20 đến 500 kWe Ở Đan Mạch, Hà Lan, Úc, Anh và một số quốc gia phát triển khác, việc xây dựng các nhà máy kỵ khí tập trung đang trở thành lựa chọn phổ biến để quản lý chất thải từ nhiều nguồn khác nhau.

1.4.3 Tình hình phát triển công nghệ KSH ở Việt Nam

Công nghệ khí sinh học (KSH) đã được nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam từ những năm 60 của thế kỷ 20 Tuy nhiên, do những hạn chế về mặt kỹ thuật và quản lý, các công trình này không đạt được hiệu quả như mong đợi và sau một thời gian ngắn đã bị bỏ dở, không được khai thác sử dụng hiệu quả.

Sau năm 1975, các dạng năng lợng mới và tái tạo nói chung, trong đó có KSH nói riêng lại đợc chú ý tới [2] Tháng 12/1979 UBKHKT nhà nớc đã tổ chức

"Hội nghị chuyên đề về bể KSH" tại Hà Nội để sơ kết về thiết kế, xây dựng và vận hành thí điểm các bể khí sinh học

Trong kế hoạch 5 năm từ 1981 đến 1990, công nghệ khí sinh học (KSH) được xác định là một trong những lĩnh vực ưu tiên trong chương trình nghiên cứu nhà nước về năng lượng mới Nhiều sản phẩm nghiên cứu đã đạt thành công, bao gồm các thiết bị KSH nắp nổi bằng tôn, bể phân huỷ xây bằng gạch, và thiết bị nắp cố định bằng gạch và xi măng lưới thép Ngoài ra, các loại bếp và đèn cũng được phát triển Gần đây, một số thiết bị KSH mới, như nắp cố định vòm cầu bằng composit và thiết bị hình hộp chữ nhật, đã được ứng dụng tại một số địa phương, tuy nhiên vẫn còn nhiều tranh cãi về kỹ thuật nên chưa được áp dụng rộng rãi.

Năm 1996, Chương trình quốc gia về nước sạch và vệ sinh môi trường đã phát triển thiết bị nắp cố định có vòm cầu làm từ composite hoặc xi măng lưới thép, được lắp đặt trên phần hình trụ xây bằng gạch bên dưới.

Ngoài nghiên cứu, hoạt động chuyển giao công nghệ và ứng dụng công nghệ KSH đã thu hút sự tham gia của nhiều cơ quan, địa phương, đơn vị quân đội và cá nhân Đặc biệt, nhiều tổ chức quốc tế như Viện Sinh lý Sinh hoá Vi sinh vật Liên Xô (cũ), OXFAM, UNICEF, FAO, ACCT và SIDA đã hỗ trợ và hợp tác Hiện nay, dự án đang được thực hiện với sự tài trợ của tổ chức SNV của Hà Lan.

Thực trạng và nguồn thải chăn nuôi ở Việt Nam

Việt Nam với74 % dõn số sống ở vựng nụng thụn.Ởđú chăn nuôi vẫn là ngành sản xuất có ý nghĩa rất lớn trong nông nghiệp, phát triển chăn nuôi

Theo Tổng cục Thống kê, tính đến ngày 1/4/2008, tổng đàn lợn cả nước đạt 25,58 triệu con, trong đó có 3,76 triệu con lợn nái và 21,82 triệu con lợn thịt Tổng gia cầm năm 2008 là 241 triệu con, tăng 7% so với năm 2007 Đàn bò sữa cũng ghi nhận sự tăng trưởng với 120.000 con, tăng gần 20% so với năm trước.

2007 Tổng đà trâu cả nước 2900 nghìn con giảm so với năm 2007 2996.4 nghìn con

Tình hình phát triển chăn nuôi cả nớc trong cỏc năm 2006,2007,2008 được thể hiện trên bảng 2.1

Bảng 2.1 Quy mô gia súc, gia cầm của cả nuớc [14]

TT Chỉ tiêu Năm 2006 Năm 2007 Năm 2008

* Một số đặc iểm về thực trạng chđ ăn nuôi ở nước ta

Tình hình ch n nuôi ă ở nước ta chủ yếu tập trung ở hai hình thức: Quy mô hộ gia ình và quy mô trang trại.đ

- Quy mô trang trại: Theo tổng cục thống kê đến n m 2008 cả n ớc có gần ă ư

Quy mô hộ gia đình đang trở nên phổ biến ở vùng nông thôn Việt Nam, với nhiều người dân tập trung chăn nuôi theo hình thức này Mỗi hộ thường nuôi từ 3 đến 10 con lợn, 5 đến 15 con gia cầm, 1 đến 2 con trâu và 1 đến 5 con bò, phù hợp với các hộ có ít lao động và kinh tế hạn chế, không đủ khả năng đầu tư vào trang trại lớn Tuy nhiên, lượng chất thải phát sinh từ quy mô này không được thu gom và xử lý đúng cách, dẫn đến việc sử dụng làm phân bón cho cây trồng hoặc ảnh hưởng đến nguồn nước, gây tác động tiêu cực đến môi trường.

Tóm lại, mặc dù Việt Nam đã và đang phát triển mô hình chăn nuôi theo hình thức trang trại, nhưng số lượng trang trại còn hạn chế và quy mô vẫn nhỏ, với số lượng gia súc, gia cầm trong mỗi trang trại chưa cao Chăn nuôi gia súc vẫn còn phân tán trong khu vực dân cư, chủ yếu là quy mô hộ gia đình Tập quán chăn nuôi chủ yếu mang tính tận dụng, và cơ chế chính sách hỗ trợ đầu tư cho phát triển chăn nuôi còn thiếu cụ thể, đặc biệt là về chính sách đất đai, hỗ trợ giống và vay vốn.

- V ề công tác quả lý chấ thải:n t

Chất thải từ hoạt động chăn nuôi ở khu vực nông thôn được xử lý theo hai hình thức chính: một phần được ủ thành phân bón, trong khi phần còn lại bị thải thẳng ra cống rãnh và ao hồ xung quanh Tập quán này đang gây ra những tác động nghiêm trọng đến chất lượng môi trường.

Chất lượng phân tích nước thải chăn nuôi của Viện Năng lượng cho thấy môi trường nước mặt tại các tỉnh đang suy giảm, đặc biệt ở khu vực nông thôn Nồng độ ô nhiễm trong nước đang gia tăng, với nhiều chỉ tiêu vượt tiêu chuẩn cho phép như COD, BOD5, NH3, và Coliform Nguyên nhân chủ yếu là do kết cấu hạ tầng nông thôn yếu kém, chất thải sinh hoạt và chăn nuôi không được thu gom và xử lý, cùng với tập quán canh tác lạc hậu Tại tỉnh Hà Nam, hàm lượng chất hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật rất cao, với nồng độ COD dao động từ 18.1315 mg/l đến 26.840 mg/l, BOD5 từ 1.580 mg/l đến 21.169 mg/l, tổng photpho từ 970 đến 1.624 mg/l, nitơ từ 986 đến 1.256,5 mg/l, NO2 từ 4,85 đến 10,11 mg/l, và cặn tổng số từ 76 đến 13.406 mg/l Số lượng vi khuẩn dị dưỡng hiếu khí và nấm mốc cũng ở mức cao.

- Hiệ trạng ận dụng biogas từ chất thải chăn nuôi n t

Theo thống kê, số lượng chăn nuôi gia súc, gia cầm tại các vùng nông thôn chiếm khoảng 74% dân số cả nước Do trình độ dân trí còn thấp và chưa nhận thức đúng đắn về lợi ích của khí sinh học, người dân nông thôn chủ yếu chăn nuôi để lấy thịt mà chưa hiểu rõ các chất thải sinh ra trong chăn nuôi cũng mang lại nhiều lợi ích Họ cũng chưa nhận thức đầy đủ về tác hại của phân thải từ chăn nuôi nếu không qua xử lý Số hộ chăn nuôi nhận thức được lợi ích từ khí sinh học còn rất ít, và việc xây dựng hầm biogas cũng chưa phổ biến.

Khi xây dựng hệ thống thu khí sinh học (biogas), nhận thức của người vận hành về quy trình còn mơ hồ Các thao tác thường mang tính chủ quan và không tuân thủ quy trình thiết kế, dẫn đến việc sử dụng nguyên liệu không hợp lý, như lượng nguyên liệu quá nhiều làm tràn vào bể chứa khí, gây tắc đường dẫn khí Điều này làm giảm hiệu suất thu hồi khí sinh học.

Sản lợng khí sinh học(biogas) sinh ra từ chăn nuôi

Sản lợng lý thuyết

Nguyên liệu lên men khí sinh học bao gồm các hợp chất hữu cơ với thành phần và đặc tính khác nhau, dẫn đến năng suất khí khác nhau sau quá trình phân huỷ Mối quan hệ giữa thành phần chất hữu cơ và năng suất khí là yếu tố quan trọng để xác định năng suất lý thuyết trong quá trình lên men, được thể hiện qua phương trình Buswell.

Trong công thức hóa học, n đại diện cho số lượng nguyên tử carbon, a là số lượng nguyên tử hydro, và b là số lượng nguyên tử oxy có trong phân tử gam của hợp chất.

Xác định phân tử gam của hợp chất hữu cơ giúp dễ dàng tính lượng CO2 và CH4 sinh ra theo phương trình (2.1) Phương trình Buswell có thể áp dụng để tính toán năng suất KSH lý thuyết cho mọi loại chất hữu cơ, từ đơn giản đến phức tạp.

Nguyên liệu lên men sinh khí rất đa dạng, nhưng các thành phần chính của chúng chủ yếu là carbohydrate, protein và lipid Do đó, phương trình tính năng suất khí sinh học lý thuyết được trình bày như sau: [1]

E - Khối lợng mêtan lý thuyết sinh ra khi lên men 1 gram nguyên liệu

A - Khốilợng cacbohydrat có trong 1 gram nguyên liệu (g)

B Khối lợng prôtein có trong 1 gram nguyên liệu (g)-

C - Khối lợng lipit có trong 1 gram nguyên liệu (g) và D = 0,37A + 0,49B + 0,36C (2.3)

D Khối lợng CO2 lý thuyết sinh ra khi lên men 1 gr nguyên liệu -

A, B, C là các đại lợng giống phơng trình (2.2).

Năng suất KSH lý thuyết của một số hợp chất thông thờng được xỏc ịnh đ trong bảng sau

Bảng 2.2 Năng suất lý thuyết KSH của 1 số hợp chất hữu cơ

Bảng 2.3: Thành phần hoá học của một vài nguyên liệu lên men thông thờng và năng suất KSH lý thuyết của chúng [1]

Thành phần (gram chất khô) Năng suất (lớt/gram chất khô) Cacbohydrat Protêin Lipit CH4 CO2

Rong cá sấu 0,5963 0,0972 0,0271 0,3964 0,2780 Thân cây ngô 0,6263 0,0633 0,0463 0,3109 0,2794 Rơm lúa mỳ 0,6396 0,0298 0,0234 0,2756 0,2597

Phân bắc 0,4157 0,1753 0,0814 0,3244 0,2690 Phân lợn 0,4204 0,1148 0,0603 0,2745 0,2335 Ph©n gia cÇm 0,4703 0,0882 0,0455 0,2645 0,2332 Ph©n ngùa 0,4536 0,0946 0,0283 0,2436 0,2244 Phân trâu, bò 0,2704 0,1046 0,0528 0,2062 0,1703

Sản lợng thực tế

Sản lượng khí thu được từ quá trình lên men nguyên liệu trong các thiết bị khí sinh học thường thấp hơn nhiều so với lý thuyết do điều kiện thực tế không đạt tối ưu cho các quá trình lên men Các yếu tố ảnh hưởng bao gồm nhiệt độ (30 – 40°C), pH (6.5 – 7.5), thời gian lưu (đối với động vật là 30 – 50 ngày, thực vật là 100 ngày), và hàm lượng chất khô (động vật 7 – 9%, thực vật 4 – 8%) Ngoài ra, sản lượng khí còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức độ kỵ khí, tỷ lệ C/N, và các điều kiện môi trường khác Theo kinh nghiệm và kết quả phân tích từ Viện Năng lượng, có thể đưa ra một số liệu sơ bộ trong bảng sau.

Bảng 2.4 Đặc tính và sản lợng khí của một số nguyên liệu thờng gặp [1] Loại nguyên liệu

Lợng thải hàng ngày (kg/đầu động vËt)

Sản lợng khớ sinh học hàng ngày (lít/kg nguyên liệu tơi)

Chất thải từ gia súc, gia cầm

Sản lượng khí thu được phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Theo tính toán và kiểm soát thực tế từ một số mô hình chuẩn, lượng khí thu được hàng ngày tương ứng với mỗi kg nguyên liệu nạp vào.

Bảng 2 Lợng chất thải 5 và sản lượng khớ biogas

Lượng thải hàng ngày (Tấn)

Lượng thải hàng ngày (Tấn)

Lượng thải hàng ngày (Tấn)

Lượng thải hàng ngày (Tấn)

Thiết bị Khí sinh học

Phân loại thiết bị KSH

Căn cứ theo cách thu tích khí, thiết bị KSH được chia thành 3 lo i chính:ạ

Thiết bị chứa khí nổ được trang bị bộ tích khí, bao gồm một nắp đậy nằm trên bể phân huỷ, có khả năng nổi lên hoặc chìm xuống tùy thuộc vào lượng khí tích tụ bên trong.

- Thiết bị có bộ phận tích khí kết hợp với bể phân huỷ

Thiết bị nắp cố định bao gồm bộ tích khí kết hợp với phần phân huỷ phía dưới, tạo thành bể phân huỷ Bên cạnh bể phân huỷ, thiết bị còn tích hợp bể điều áp nối với đầu ra của bể phân huỷ, đảm bảo quá trình xử lý hiệu quả.

+ Thiết bị túi chất dẻo: một biến thể của thiết bị nắp cố định, được chế tạo bằng túi chất dẻo

- Thiết bị có bộ phận tích khí tách riêng: bộ tích khí tách riêng với bể phân huỷ

2.3.3.1 Hầm khí sinh học có nắp nổi

*Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Loại này có nguồn gốc từ Ấn Độ do tổ chức KVIC ( Khadi and Village Industries Commision ) phát triển Cấ ạu t o thi t b ế ị được trình bày trong hình 2.2

Bộ phận chứa khí là nắp dạng thùng, được đặt trực tiếp lên dịch phân huỷ Khí sinh ra từ bể phân huỷ được giữ lại ở nắp, làm cho nắp nổi lên cao hơn khi khí tích tụ nhiều Trọng lượng của nắp tạo ra áp suất nén vào khí bên trong Khi khí được lấy ra để sử dụng, nắp sẽ dần chìm xuống Đồng thời, khi nạp nguyên liệu mới qua bể nạp, dịch phân huỷ sẽ tràn ra qua lối ra.

Kiểu thiết kế của KVIC đã được cải tiến tại một số quốc gia bằng cách xây dựng thêm vành đai chứa nước quanh cổ bể phân huỷ (gioăng nước) và lắp nắp vào đáy, giúp phân hoàn toàn được che kín và không tiếp xúc với không khí Điều này đảm bảo môi trường kỵ khí tốt hơn, đồng thời bảo vệ phân khỏi tác động trực tiếp của mưa và nắng (Hình 2.3 minh họa kiểu thiết bị này do Viện Năng Lượng phát triển từ năm 1983 trở về trước).

H ình 2.4: H m bioga ầ s có n ắ p nổi có gio ă ng n ước kiểu của Viện Nă ng l ượng

*Ưu nhược điểm Ưu điểm:

+ Dễ đảm bảo kín khí do nắp được chế tạo riêng tại công xưởng bằng vật liệu thích hợp như thép hoặc xi măng lưới thép hay compozit

+ Dịch phân huỷ được giữ ở điều kiện kỵ khí tốt vì không tiếp xúc với không khí , cả với thiết bị có kích thước lớn

+ Áp suất khí không thay đổi khi sử dụng khí

+ Biết được lượng khí hiện có một cách trực quan thông qua độ nối của nắp

+ Chi phí chế tạo và vận chuyển máy cao vì việc sản xuất nắp đòi hỏi phải làm ở công xưởng

+ Áp suất khí thấp vì áp suất khí là do trọng lượng của nắp quyết ịnh, sử dụng đ để thắp sáng kém hiệu quả

Nhiệt độ của dịch phân huỷ có sự chênh lệch lớn so với nhiệt độ không khí bên ngoài, do khí trong nắp và không khí bên ngoài tiếp xúc trực tiếp với nắp kim loại, vốn có khả năng truyền nhiệt tốt.

+ Tuổi thọ nắp không dài, thường khoảng 10 năm với thép dầy 2mm

+ Phải định kỳ sơn lại nắp thép và khung đỡ để chống han rỉ

2.3.3.2 Loại thiết bị nắp cố định

* Nguyên lý cấu tạo và hoạt động

Loại thiết bị này được phát triển đầu tiên tại Trung Quốc, với bộ phận chứa khí và bể phân huỷ được kết nối chặt chẽ thành một bể kín, như được mô tả trong hình 2.5.

Khí sinh ra sẽ tích tụ ở phía trên, tạo ra áp suất nén xuống mặt phân hủy Điều này đẩy một phần dịch phân hủy tràn lên bể điều áp, nơi được nối với lối ra.

Giữa bề mặt dịch phân huỷ trong bể và không khí bên ngoài tồn tại một độ chênh áp suất nhất định Khi lượng khí tích tụ nhiều, độ chênh này sẽ gia tăng Khi khí được sử dụng, dịch phân huỷ từ bể điều áp sẽ chảy vào bể phân huỷ, đẩy khí ra ngoài và làm giảm áp suất khí dần dần cho đến khi không còn.

Hình 2.5 Cấu tạo hầm KSH có nắp cố định

Hình 2.6 Hầm KSH có nắp cố định

- Giá thành hạ do không phải dùng nắp chứa khí đắt tiền

- Sử dụng vật liệu thông thường , dễ có ở địa phương

- Tiết kiệm được mặt bằng vì có thể đặt ngầm dưới mặt đất

Hệ thống được bảo ôn hiệu quả nhờ việc lắp đặt ngầm, giúp duy trì nhiệt độ ổn định và ít bị ảnh hưởng bởi sự biến đổi của nhiệt độ không khí Điều này cho phép hệ thống hoạt động hiệu quả ngay cả trong điều kiện thời tiết lạnh giá của mùa đông, khi nhiệt độ ngoài trời giảm xuống dưới 10°C.

- Ít đòi hỏi phải bảo dưỡng , sửa chữa, thay thế vì không có bộ phận chuyển động, không có bộ phận bị ăn mòn ,han rỉ

Sử dụng khí để đun nấu và thắp sáng bằng đèn mạng mang lại hiệu suất cao hơn so với các loại nắp nổi và túi, nhờ vào khả năng tạo ra áp suất khí cao.

- Phải có thêm bộ phận điều áp

- Đòi hỏi kỹ thuật xây dựng cao hơn để đảm bảo giữ kín khí

- Áp suất khí không ổn định trong quá trình sử dụng

Điều kiện kỵ khí trong bể phân hủy thường kém hơn do dịch phân hủy bị đẩy lên bể biến áp, tiếp xúc với không khí và hòa tan ôxy Khi dịch trở lại bể phân hủy, lượng ôxy hòa tan này sẽ được mang theo, làm trầm trọng thêm nhược điểm, đặc biệt với thiết bị cỡ lớn Bể điều áp có bề mặt rộng để hạn chế áp suất khí, khiến điều kiện kỵ khí càng suy giảm Do đó, nắp cố định thường được ứng dụng cho các công trình có thể tích phân hủy khoảng 10m³ trở xuống.

* Hầm khí sinh học làm bằng túi chất dẻo

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Loại thiết bị bằng túi chất dẻo đầu tiên được phát triển ở Đài Loan và chế tạo bằng loại chất dẻo bùn đỏ(Red Mud plasic RMP) năm 1974.-

H ình 2.7 Hầm khí sinh h c làm b ng ọ ằ túi dẻo

Hình 2.8: Hầm khí sinh học bằng túi dẻo

* Ưu nhược điểm Ưu điểm:

+ có thể sản xuất hàng loạt nên dễ tiêu chuẩn hoá

+ Kỹ thuật lắp đặt đơn giản

+ Tốn diện tích mặt bằng

+ Tuổi thọ ngắn, dễ hư hỏng, (bị chọc thủng hoặc chuột, dễ cắn)

+ Khó lấy bỏ váng và lắng cặn Sau một thời gian ( khoảng 3 năm) túi sẽ đầy và phải thay

+ Độ an toàn thấp, (nguy cơ hoả hoạn, ngạt )

+ nếu xây kè thành hố và đổ tấm đan đậy thì giá thành không thấp so với loại thiết bị nắp cố định

+ Bảo ôn kém Với mùa đông lạnh giá , thiết bị hoạt động kém hiệu quả

+ Áp suất thấp nên sử dụng khí hiệu suất thấp , khó dẫn khí đi xa

2.3.3.3 Thi t bế ị có b phận tách khí riêng ộ

Bể phân huỷ và bộ tích khí được tách riêng và kết nối với nhau qua ống dẫn khí Khí sinh ra từ bể phân huỷ được dẫn vào bộ tích khí Do đó, thiết bị này không cần bể điều áp để hoạt động hiệu quả.

Với kết cấu phân tán, hệ thống có thể bố trí nhiều bể phân hủy tại nhiều vị trí khác nhau và thu gom khí về một bộ tích khí chung, rất thích hợp với hệ thống khí sinh học (KSH) lớn, áp dụng cho một trang trại có nhiều khu chăn nuôi.

Hầm có nắp cố định là loại hầm được sử dụng phổ biến nhất, bao gồm một bể hình trụ làm bằng gạch xi măng Phần trên của hầm được che kín bằng một nắp vòm cầu, cũng được chế tạo từ bê tông hoặc gạch xi măng, và có lắp một ống dẫn với van để lấy khí Bể phân hủy hình trụ ở phần dưới được kết nối với các bể nạp liệu và bể chứa nước thải, cũng được xây dựng bằng gạch.

Lợi ích về năng lượng

Khí sinh học mang lại lợi ích về nguồn năng lượng là chủ yếu :

Biogas (khí sinh học) là khí được tạo ra từ quá trình phân hủy phân động vật và chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy Thành phần chính của biogas bao gồm khoảng 2/3 khí mêtan (CH4) và 1/3 khí CO2, với năng lượng từ 4500 đến 6000 calo/m³ Một mét khối biogas có năng lượng tương đương với 1 lít cồn, 0.8 lít xăng, 0.6 lít dầu thô, hoặc 1.4 kg than hoa (Nguồn: Nghiên cứu phát triển công nghệ biogas ở Việt Nam).

Bảng 3.2 Quy đổi khí sinh học ra các dạng năng lượng khác

Năm Sản lượng khí sinh học(m 3 )

X ăng (lit) Điện năng kw

Khí sinh học, mặc dù chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong tổng nhu cầu năng lượng quốc gia, nhưng lại là nguồn tài nguyên bền vững và không cạn kiệt Nếu được khai thác đúng cách, tiềm năng phát triển của năng lượng từ khí sinh học (biogas) sẽ ngày càng lớn hơn theo thời gian.

Nhu cầu tiêu thụ cho đun nấu cho 1 người là 0.25m 3 (Nguồn : Năng lượng mới - viện năng lượng trung tâm nghiên cứ và chuyển giao kỹ thuật năng – lượng mới)

Bảng 3.3 Lượng khí si nh học cung cấp cho người dân

Năm Lượng khí sinh học m 3

Nhu cầu khí cho 1 người (m 3 )

Số dân ở vùng nông thôn nghìn người

Khả năng cung cấp cho số dân nghìn người

(Ngu ồn niên giám thống kê 2008)

Theo bảng thống kê, lượng khí sinh học cung cấp cho nhu cầu đun nấu của người dân đạt tỷ lệ lần lượt là 71.2% vào năm 2008, 71.1% vào năm 2007 và 70.9% vào năm 2006.

Nguồn khí sinh học đang trở thành giải pháp quan trọng để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao ở Việt Nam và trên toàn thế giới Bên cạnh việc cung cấp năng lượng, nguồn năng lượng này còn giúp tăng thu nhập cho người dân và mang lại lợi ích kinh tế cho toàn xã hội.

Lợi ích kinh tế

Các chỉ tiêu đánh giá hiệu qủa dự án đầu tư

Để đưa ra quyết định đầu tư, việc đánh giá hiệu quả đầu tư là rất quan trọng Trong đó, khía cạnh tài chính chủ yếu tập trung vào hiệu quả kinh tế của dự án Các chỉ tiêu chính để đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án đầu tư thường được sử dụng bao gồm:

- Chỉ tiêu giá trị hiện tại thuần (NPV)

NPV (Giá trị hiện tại ròng) là hiệu số giữa dòng thu và dòng chi của dự án trong suốt thời gian phân tích, được quy đổi thành giá trị tương đương tại thời điểm hiện tại Đây là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả đầu tư của một dự án, vì nó phản ánh giá trị gia tăng mà dự án mang lại cho nhà đầu tư Giá trị hiện tại (NPV) được tính bằng tổng giá trị hiện tại của dòng tiền ròng của dự án với suất chiết khấu phù hợp.

Công thức xác định NPV nh sau:

At : Giá trị dòng tiền mặt ở cuối năm t

Bt: Doanh thu của dự án ở năm t

Ct : Chi của dự án ở năm t ( bao gồm cả chi đầu t và chi phí hoạt động) r : SuÊt chiÕt khÊu n : Tuổi thọ dự án t : Thêi gian

• NPV > 0 thì dự án có lãi

• NPV = 0 thì lợi ích đủ bù đắp chi phí

• NPV < dự án bị thua lỗ, khi đó chủ đầu t phải xét mục tiêu đầu t của mình để đa ra quyết định có nên đầu t hay không

Sử dụng NPV để ra quyết định lựa chọn dự án :

+ Bác bỏ dự án khi NPV < 0

+ Khi phải lựa chọn giữa các dự án loại trừ nhau, chọn dự án có NPV dơng và lín nhÊt

+ Trong trờng hợp có sự hạn chế của ngân sách sẽ chọn tổ hợp các dự án có tổng NPV cao nhất

- Chỉ tiêu hoàn vốn ( Thv)

Thời gian hoàn vốn là khoảng thời gian tích luỹ dòng tiền trở nên dơng Thời gian hoàn vốn có chiết khấu T hv đợc tính nh sau :

Dự án đợc chấp nhận khi thời gian hoàn vốn có chiết khấu bằng hoặc nhỏ hơn thời gian đã định : T< T* ( T* là thời gian đã định )

+ Tiêu chuẩn T hv cho nhà đầu t biết dự án này sẽ hoàn vốn trong bao nhiêu năm

Tiêu chuẩn T hv không xem xét dòng tiền sau khi hoàn vốn, dẫn đến việc dự án A có thời gian hoàn vốn ngắn hơn dự án B, nhưng NPV của dự án B lại cao hơn NPV của dự án A.

Tiêu chuẩn T được sử dụng phổ biến trong phân tích kinh tế và đánh giá các dự án có mức rủi ro cao, đặc biệt là những dự án chủ yếu dựa vào vốn vay.

- Chỉ tiêu tỷ suất thu hồi nội tại (IRR – internal Rate of return )

Tỷ suất thu lợi nội tại (IRR) là lãi suất chiết khấu mà tại đó giá trị hiện tại ròng (NPV) của một dự án bằng 0 Đây là chỉ số quan trọng giúp đánh giá hiệu quả đầu tư của dự án, thể hiện mức lãi suất mà dự án có khả năng tạo ra.

IRR, hay suất sinh lời thực tế, là yếu tố quyết định sự chấp nhận của một dự án đầu tư Một dự án sẽ được xem là khả thi khi IRR của nó bằng hoặc lớn hơn suất sinh lời yêu cầu, hay còn gọi là suất chiết khấu.

Trong đó :r1 : Suất chiết khấu ứng với NPV(r1) r2 : Suất chiết khấu ứng với NPV(r2) NPV(r1) : Giá trị hiện tại ròng ứng với r1

NPV(r2) : Giá trị hiện tại ròng ứng với r2

Trong thực tế ngời ta cố gắng tìm r1 và r2 sao cho NPV(r1) và NPV(r2) gần bằng 0 nhất, điều này giúp cho IRR đạt đợc độ chính xác cao

- Tỷ số lợi ích – chi phí ( B/C)

Là tỷ số giữa tổng giá trị hiện tại của doanh thu và tổng giá trị hiện tại của chi phí dự án

Trong đó : Bt : thu nhập năm t

Ct: Chi phÝ n¨m t Điều kiện lựa chọn dự án đầu t dựa vào tiêu chuẩn B/C:

• B/C ≥ 1 thì dự án có thu nhập bù đắp đợc chi phí Khi dự án có tính đối kháng, loại trừ nhau thì chọn dự án nào có B/C lớn hơn

• B/C < 1 thì dự án bị thua lỗ

• B/C = max thì tối u đối với dự án độc lập và có cùng qui mô vốn ®Çu t

Tóm lại, các chỉ tiêu được đưa ra có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau Tùy thuộc vào từng dự án, cần lựa chọn chỉ tiêu phù hợp để tính toán Đối với dự án quy mô nhỏ và vừa, nên ưu tiên chỉ tiêu hoàn vốn; trong khi đó, dự án có khả năng huy động vốn cao thì nên lựa chọn chỉ tiêu giá trị lợi nhuận.

Chăn nuôi gia súc và gia cầm tại Việt Nam chủ yếu diễn ra ở hai quy mô: trang trại và hộ gia đình Bài viết này sẽ trình bày mô hình chăn nuôi cho cả hai quy mô, giúp người đọc hiểu rõ hơn về đặc điểm và phương thức hoạt động của từng loại hình chăn nuôi.

3.2.2.1 Quy mô hộ gia đình

Gia đình nông thôn có quy mô chăn nuôi từ 5 đến 10 con lợn, với giả thiết quy mô hộ gia đình là 5 người, lựa chọn nuôi 10 con lợn Dự án chăn nuôi này sẽ kéo dài trong 15 năm, do thiết bị hầm công nghệ được bảo dưỡng trong thời gian tương tự.

Lượng chất thải hàng ngày (kg)

Lượng khí thải hàng ngày (lít/kg)

Bảng 3.4.Tính toán lựa chọn kích cỡ hầm biogas

Số liệu đầu vào Số liệu tính toán

Lượng phân P = 2000 kg Thể tích bể phân huỷ Vd = 3.2 Thời gian lưu T = 40 ngày Sản lượng khí G = 2

Hiệu suất sinh H = 50 lit/ngày Thể tích trữ khí Vg = 1.5

Tổng đầu tư xây dựng: 6.800.000 ( đồng )

Bảng 3.5.Tình hình tiêu thụ điện trong hộ gia đì nh

T sử dụng trong ng y à của 1 thiết bị (h) Điện năng (kWh)

T sử dụng trong ng y à của 1 thiết bị (h) Điện năng (kWh)

Trong tháng m a n ng, điện năng sử dụng đạt 163.8 kWh, trong khi tháng m a lạnh tiêu thụ 143.4 kWh Các tháng còn lại, điện năng không có sự thay đổi đáng kể, chỉ có quạt 75w không hoạt động, dẫn đến mức tiêu thụ điện năng là 150.3 kWh/tháng.

Lượng khí sinh học hàng tháng (m 3 )

Nhu cầu tiêu thụ điện (kw) Khả năng đáp ứng (kw) Mùa nóng Mùa khác Mùa lạnh

Vậy lượng điện tiết kiệm được là:

Mùa Tháng Tiền điện tiết kiệm/tháng(nghìn đồng)

( Giá điện mới được trình bày trong bảng 1 phụ lục 2)

Giả định chi phí sử dụng vốn là 10% Ở đây tác giả xin tính theo chỉ tiêu hoàn vốn:

Thời gian thu hồi vốn có chiết khấu của dự án trên như sau :

Bảng 3.6 Thời gian thu hồi vốn của dự án

Năm Dòng tiền của dự án

Vốn đầu tư còn lại thu hồi vào năm thời gian thu hồi luỹ kế (năm)

(Đơn vị tính: Triệu đồng)

Thv = 12 năm + 0.6 * 12 = 12 năm 7.2 tháng < 15 năm Như vậy vẫn chấp nhận

Trang trại lựa chọn quy mô chăn nuôi 00 con lợn nhằm tận dụng lượng khí biogas sản xuất từ chăn nuôi để phục vụ nhu cầu đun nấu và cung cấp điện thay thế Các hộ trang trại sẽ đầu tư vào hệ thống hầm biogas theo công nghệ của Trung Quốc, với sản lượng khí thu được ước tính được thể hiện trong bảng 3.7.

Bảng 3.7 Lượng chất thải và sản lượng KSH ở mô hình 1000 con lợn

Lượng chất thải hàng ngày (kg)

Lượng khí thải hàng ngày (lít/kg)

Bảng 3.8.Tính toán lựa chọn kích cỡ hầm biogas

Số liệu đầu vào Số liệu tính toán

Lượng phân P = 4000 kg Thể tích bể phân huỷ

Thời gian lưu T = 40 ngày Sản lượng khí G = 200 m 3

H = 50 lít/ngày Thể tích trữ khí Vg = 100 m 3

Cỡ thiết bị ( Vd + Vg)

Mức giá xây dựng cho một mét khối hầm hoàn chỉnh hiện nay là 550.000 đồng, bao gồm tất cả các chi phí như nguyên vật liệu, đào đất, chống thấm và công xây dựng (Nguồn: Viện Năng Lượng Cung Cấp)

Vậy đầu tư xây dựng là: 330.000.000 (đồng)

* Tình hình sử dụng năng lượng của trang trại

Nhu cầu về điện năng trong trang trại là rất quan trọng, vì điện năng là nguồn năng lượng chủ yếu đảm bảo mọi hoạt động diễn ra bình thường Nhu cầu điện trong trang trại được phân chia thành hai nhóm chính.

Đặc tính của bã thải về mặt phân bón

- Thành phần của bã thải

Bã thải đợc tháo ra từ một bể phân huỷ KSH chứa 1 12% chất khô (thờng từ 6 -

- 10%).Hợp phần của bã thải bao gồm:

+ Những chất hữu cơ có ở thể rắn (ch tấ mùn)

+ Các chất dinh dỡng dễ hoà tan (có đặc tính phân bón và tác dùng cải tạo đất)

+ Các nguyên tố vi lợng (Cu, Zn, Fe, Mn…)

Bã thải KSH có thể dùng làm phân bón cho cây trồng, thức ăn gia súc, nuôi cá, nuôi giun, trồng nấm, xử lý hạt giốn…

- Hàm lợng các chất dinh dỡng

Hàm lượng dinh dưỡng trong bã thải KSH vượt trội hơn so với phân ủ theo phương pháp truyền thống như ủ kín hay ủ hở.

Các chất hữu cơ được lên men trong thiết bị KSH dưới điều kiện yếm khí kín, dẫn đến sự phân hủy chậm và chuyển hóa các chất dinh dưỡng từ dạng rắn sang dạng lỏng Điều này rất thuận lợi cho việc bảo quản các dạng đạm dễ tiêu Thông thường, lượng đạm trong bã thải KSH chỉ giảm 10% so với tổng số, trong khi các phương pháp ủ khác có thể giảm từ 25% đến 30%, thậm chí lên đến 50%.

∗ Lợng lân giảm ít, tốc độ khoán hoá châm

Tỷ lệ khoáng hoá của lân trong phân ủ thông thường cao gấp 5 lần so với bã thải KSH Đặc biệt, trong quá trình phân ủ thông thường, tỷ lệ lân giảm mạnh

Trong bã thải KSH lợng Kali đạt tới hơn 90% Trong lúc đó bằng cách ủ thông thờng sau quá trình phân huỷ lợng Kali mất đi rất lớn

Trong: + Bã thải đặc : Kali tổng số bằng 0,6 1,5%-

+ Bã thải lỏng : Kali tổng số bằng 0,05 - 1%

∗ Ngoài đạm, lân, Kali, bã thải KSH còn có các nguyên tố vi lợng cần thiết cho cây trồng (Cu, Fe, Zn, Mn )…

∗ Bã thải KSH còn giàu axit humic, Xenlulo, (hemixenlulo, lignin)

Bảng 3.1 : Hàm lợng tổng số (NPK) của các loại phân hữu cơ4

( Trên cơ sở sấy khô bằng tủ sấy)

Bã thải KSH phơi khô 1,60 1,40 1,20

Hiệu quả của bã thải KSH

Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng phụ phẩm lỏng phun lên lá có thể tăng năng suất cây trồng trung bình khoảng 10% so với việc bón trực tiếp vào đất Bên cạnh đó, khi kết hợp bón phụ phẩm với phân vô cơ, độ hòa tan và khả năng hấp thu phân bón hóa học của đất sẽ được cải thiện, giúp hạn chế sự suy giảm chất dinh dưỡng và tăng hiệu suất sử dụng NPK từ 10-30%.

Phân KSH có tác dụng hiệu quả trong việc hạn chế sâu bệnh và cỏ dại, đặc biệt là trong nông nghiệp Sản phẩm này giúp ức chế một số vi khuẩn gây bệnh khô vằn ở lúa, bệnh đốm nâu ở lúa mì và bệnh thối mềm ở củ khoai lang Đối với lúa nước, việc bón phân KSH đã chứng minh khả năng giảm thiểu rõ rệt sự xuất hiện của sâu đục thân, bọ rày xanh, bọ rày nâu, sâu cuốn lá, cùng với các bệnh lý như khô vằn, đốm nâu và đốm than.

Bón phân KSH không chỉ thúc đẩy hoạt động của vi sinh vật mà còn giữ phân cho đất, giúp đất tơi xốp và tránh tình trạng chai đất do bón quá nhiều phân hóa học Theo nghiên cứu của Viện nghiên cứu KSH Thành Đô (Trung Quốc), phương pháp bón phối hợp có thể tăng năng suất cây trồng từ 7-9% so với bón riêng lẻ và từ 12,1-14,5% so với nhóm đối chứng không bón phân Đặc biệt, với các loại cây như lúa nước, khoai lang và bắp cải, việc bón phối hợp với lân đã giúp tăng năng suất từ 5,8-8,9%.

Giun sống trong cặn bã hữu cơ đã phân huỷ và có sức sinh sản mạnh mẽ, với hơn 60% cơ thể là protein và 18 loại axit amin, trong đó 58-62% là axit amin có hiệu quả Chúng là nguồn thức ăn quý giá cho gia súc và gia cầm Phân giun chứa hàm lượng axit humic cao, giúp đất trở nên sinh động và tăng năng suất cây trồng Phương pháp nuôi giun bằng bã thải KSH đơn giản, ít đầu tư nhưng mang lại lợi ích cao Đặc biệt, việc kết hợp bã thải KSH để nuôi giun tại trang trại chăn nuôi gia cầm không chỉ phát huy hiệu quả mà còn làm sạch môi trường.

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC NHẰM PHÁT TRIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG KHÍ SINH HỌC

Những khó khăn, tồn tại trong việc sử dụng KSH tại Việt Nam

Việt Nam sở hữu tiềm năng phát triển khí sinh học to lớn nhờ vào hơn 74% dân số làm nông nghiệp và 70% sống tại nông thôn Cuộc sống của người dân nông thôn chủ yếu dựa vào trồng trọt và chăn nuôi Nếu chất thải từ chăn nuôi được thu gom hiệu quả, nguồn nguyên liệu để sản xuất khí sinh học sẽ rất phong phú.

Các chính sách và thể chế đang dần được hình thành nhằm thúc đẩy sự phát triển của năng lượng sinh khối, đặc biệt là khí sinh học.

- Sự nhận thức về sử dụng năng lượng thân thiện với môi trường, cơ chế phát triển sạch (CDM )

Tuy nhiên vẫn tồn tại nhiều điểm yếu và những khó khăn như sau:

Phát triển phân tán nhỏ lẻ trong lĩnh vực khí sinh học tại Việt Nam hiện chủ yếu tập trung ở quy mô hộ gia đình Nhiều hộ nông thôn vẫn chưa nhận thức rõ ràng về lợi ích từ việc sử dụng chất thải chăn nuôi để sản xuất khí sinh học (biogas) Thêm vào đó, các hộ dân nuôi ít gia súc, gia cầm thường gặp khó khăn trong việc xây dựng hầm biogas do nguồn nguyên liệu cung cấp cho quá trình sản xuất khí sinh học còn hạn chế.

- Điều kiện của một số vùng nông thôn của nước ta còn khó khăn khi đáp ứng chi phí đầu tư ban đầu cho việc xây bể

- Chất lượng của bể chưa có một tiêu chuẩn cụ thể nào để đánh giá

- Chi phí cho việc xây dựng bể Biogas còn cao so với mức thu nhập của người dân

Thiếu lao động lành nghề trong xây dựng hầm biogas đang là một thách thức lớn, vì yêu cầu về trình độ và kinh nghiệm của công nhân ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sinh khí của thiết bị Hiện tại, số lượng lao động lành nghề trong lĩnh vực này vẫn còn rất thấp so với nhu cầu thực tế.

Đề xuất một số giải pháp nhằm phát triến sử dụng năng lượng KSH

Thay đổi cái nhìn của người dân về KSH

Để phát triển KSH và nâng cao sản lượng, cần có nguồn nguyên liệu lớn phù hợp với quy mô thiết bị, đồng thời xây dựng hầm sản xuất KSH (hầm biogas) Điều quan trọng là phải chứng minh lợi ích của KSH cho người chăn nuôi, giúp họ nhận thức rõ những ưu điểm như năng lượng, kinh tế, và giảm thiểu ô nhiễm môi trường vào nguồn nước và khí quyển, như đã phân tích ở chương 3.

Ngoài ra nếu được điều kiện sinh hoạt của người dân được cải thiện văn minh hơn, có bếp nấu, nhà tắm, hố xí mới khép kín… liên hoàn

+ Phụ nữ, trẻ em sẽ được giải phóng về công việc đun nấu trước kia phải dùng bằng rơm, rạ, củi…

Nhận thức rõ ràng về lợi ích của KSH không chỉ mang lại giá trị cho bản thân mà còn cho gia đình và cộng đồng xung quanh, từ đó tạo nên cái nhìn tích cực hơn về phương pháp này.

Các chính sách của nhà nước

Cần thiết phải thành lập một cơ quan nhà nước chuyên trách về lĩnh vực khí sinh học, bởi kinh nghiệm từ Trung Quốc và Ấn Độ cho thấy rằng việc thiết lập cơ quan này trực thuộc chính phủ đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ về số lượng và chất lượng trong việc quảng bá khí sinh học.

Đối với vùng nông thôn Việt Nam, thu nhập của người dân còn thấp, do đó Chính Phủ nên xem xét hỗ trợ kinh phí một phần hoặc toàn bộ Mặc dù điều này có thể tốn kém cho ngân sách nhà nước, nhưng lợi ích mang lại là đáng kể: nâng cao đời sống cộng đồng, thu hẹp khoảng cách giữa thành thị và nông thôn, giảm chi phí thuốc men nhờ cải thiện sức khỏe người dân và môi trường trong sạch hơn, bao gồm cả không khí và nguồn nước.

- Có chính sách khuyến khích đối với các tổ chức và cá nhân có nhiều đóng góp cho sự phát triển khí sinh học

Các phương tiện thông tin đại chúng cần hợp tác chặt chẽ với chính quyền các cấp để nâng cao nhận thức và hiểu biết của người dân về sự cần thiết phát triển KSH, đặc biệt trong lĩnh vực Biogas Việc cung cấp thông tin đầy đủ và chính xác sẽ giúp người dân nhận thức rõ hơn về lợi ích và tiềm năng của Biogas trong cuộc sống.

Chính phủ cần ủy quyền cho một cơ quan chuyên trách thực hiện tổng kết và đánh giá toàn diện các công trình Biogas đã được triển khai trên toàn quốc.

Cần thành lập một cơ quan chuyên trách về kỹ thuật để nghiên cứu, cải tiến và thiết kế các hệ thống hầm Biogas Cơ quan này sẽ có nhiệm vụ sản xuất các chi tiết và thiết bị phụ kiện chuyên dụng cho công nghệ Biogas, nhằm nâng cao hiệu quả và ứng dụng của hệ thống này.

Để phát triển bền vững công nghệ Biogas, chúng tôi đề xuất các cấp chính quyền chọn hội nông dân làm nòng cốt Khuyến khích sự liên kết giữa các cơ quan khoa học và tổ chức hội nông dân nhằm truyền bá công nghệ Biogas, góp phần vào lợi ích Quốc gia và lợi ích thiết thực cho cộng đồng.

Mỗi huyện hoặc cụm xã nên thành lập một đội kỹ thuật chuyên trách để duy tu, sửa chữa và hướng tới việc kinh doanh mua bán KSH Điều này không chỉ củng cố niềm tin của người dân mà còn khuyến khích họ ứng dụng và tuyên truyền, quảng bá trong cộng đồng.

Để giải quyết ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi ở nông thôn và đô thị, Chính Phủ cần giao trách nhiệm cho Chủ tịch các tỉnh Việc này nhằm đôn đốc các ban ngành thực hiện triển khai rộng rãi công nghệ Biogas trên toàn quốc.

Giải pháp để à ho n thi n công nghệ…………………………………… ệ 77 4.2.4 Xây dựng mục tiêu, chiến lược, quy họach và kế hoạch phát triển

Để cải thiện kỹ thuật thi công trong bối cảnh địa chất phức tạp và chưa ổn định của nước ta, cần bổ sung thiết kế cho các công trình Cụ thể, việc thêm vành đai chống lún và ổ chống nghiêng tại bể chính là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho dự án.

Nâng cao hiệu suất sinh khí là một thách thức phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn nguyên liệu đầu vào, nhiệt độ, độ yếm khí (khả năng chống thoát khí) và thời gian lưu giữ nguyên liệu trong bể.

Để nâng cao tuổi thọ của hệ thống, trong quá trình thi công, cần thực hiện đồng thời việc đổ bê tông bể áp lực cùng với đổ bê tông b chính.

Để ngăn chặn hiện tượng lọt khí trên vòm cầu trữ khí và nắp bể phân hủy, cần chú trọng đến quy trình thi công, bao gồm việc đổ bê tông cho vòm cầu và xây dựng cổ bể Việc gia tăng liên kết giữa ống dẫn khí tổng và nắp bể là rất quan trọng Đồng thời, nắp vòm và thành bể cũng cần được quét keo chống thấm để đảm bảo dung dịch không thấm vào thân bể, từ đó nâng cao khả năng chống thấm và chống lọt khí.

4.2.4 Xây dựng mục tiêu, chiến lược, quy họach và kế hoạch phát triển Tuỳ theo điều kiện thực tế của nước ta l à m ột n ư ớc đang ph át tri ển m ạnh về các ngành nghề nên nhu cầu về năng lượng cho các ngành rất lớn nên xây dựng chiến lược, quy họach, kế hoạch trung hạn, dài hạn phát triển riêng cho từng loại nguồn có tiềm năng với những chỉ tiêu cụ thể trong từng giai đoạn phát tiển kinh tế Theo đánh giá của viện Khoa học Năng lượng, việc phát triển công nghệ Biogas phát điện quy mô nhỏ từ 500W đến 5kW là hợp lý và có tính khả thi cao ở nhiều vùng nông thôn, vùng núi, hải đảo Đối với các trang trại quy mô lớn có thể lắp đặt hệ thống phát điện Biogas từ 10kW đến 50kW hoặc lớn hơn tuỳ tiềm lực kinh tế của từng vùng

Tình hình phát triển khí sinh học tại Việt Nam chủ yếu tập trung ở các vùng nông thôn, trong khi các khu vực sâu, vùng xa vẫn chưa được khai thác nhiều Sự chênh lệch này góp phần làm gia tăng khoảng cách giàu nghèo giữa các vùng Do đó, việc đẩy mạnh phát triển mô hình khí sinh học tại những khu vực khó khăn là cần thiết để cải thiện đời sống của người dân.

Xây dựng cơ sơ pháp lý hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo

Để phát triển năng lượng tái tạo, cần xây dựng và ban hành nhiều cơ chế, chính sách hỗ trợ đầu tư và giá cả, cũng như các ưu đãi về thuế Một số quốc gia đã thành công trong việc thiết lập luật về năng lượng tái tạo, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển bền vững trong lĩnh vực này.

Liên minh Châu Âu, Mỹ, Canada, Ấn Độ và gần đây là Trung Quốc đã ban hành luật năng lượng tái tạo từ năm 2006, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nguồn năng lượng này Các giải pháp này đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy năng lượng tái tạo, mở ra cơ hội hình thành thị trường công nghệ khí sinh học (SH), xã hội hóa đầu tư, và nâng cao nhu cầu sử dụng Tại mỗi địa phương, có thể thiết lập quỹ nhỏ để hỗ trợ các hộ gia đình vay vốn xây dựng hầm biogas, với cam kết hoàn trả vốn sau một thời gian, từ đó luân chuyển nguồn vốn này cho các hộ khác.

Đầu tư mạnh mẽ cho nghiên cứu khoa học và hợp tác quốc tế

Để năng lượng tái tạo phát triển bền vững trên toàn cầu và tại từng quốc gia, nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực này cần được coi là nhiệm vụ khoa học công nghệ trọng điểm cấp quốc gia Điều này đòi hỏi sự đầu tư ưu tiên cho tất cả các hoạt động khoa học công nghệ liên quan, từ nghiên cứu thăm dò, nghiên cứu cơ bản, đến nghiên cứu triển khai và xây dựng chính sách, chiến lược phát triển.

Tại các quốc gia công nghiệp phát triển như Tây Âu, Bắc Mỹ, Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản và Úc, chính phủ đã đầu tư mạnh mẽ vào các tổ chức nghiên cứu khoa học và phòng thí nghiệm hiện đại chuyên ngành cho từng loại nguồn năng lượng Sự quan tâm và đầu tư này đã góp phần tạo ra những thành tựu to lớn cho nhiều quốc gia và cho cả thế giới hiện nay.

Các quốc gia tiên tiến trong lĩnh vực năng lượng tái tạo đã tích cực hỗ trợ các nước nghèo và đang phát triển thông qua việc chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp kinh phí, chuyển giao công nghệ và đào tạo Những hoạt động này giúp các quốc gia này có cơ hội tiếp cận và ứng dụng các công nghệ tiên tiến, từ đó thúc đẩy sự phát triển của năng lượng tái tạo.

Đào tạo nguồn nhân lực khoa học công nghệ về năng lượng tái tạo

Bằng cách áp dụng đồng bộ và hiệu quả các giải pháp nêu trên, Việt Nam sẽ đạt nhiều thành tựu lớn trong lĩnh vực năng lượng mới và tái tạo biogas, đồng thời thúc đẩy việc khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sạch trên toàn cầu.