Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương

Đề tài;Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương

Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh LỜI MỞ ĐẦU Là một quốc gia đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, nhu cầu về năng lượng sử dụng cho các ngành công nghiệp và cho sinh hoạt ở Việt Nam ngày càng tăng. Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống (thủy điện, than đá, dầu mỏ .) đang ngày càng khan hiếm. Theo dự báo, trữ lượng dầu thô của thế giới sẽ cạn kiệt vào khoảng năm 2050 – 2060. Sự phụ thuộc quá nhiều vào năng lượng hoá thạch gây ra những vấn đề: an toàn nguồn năng lượng, hiệu ứng nhà kính do khí thải và sự bất ổn về chính trị và chủ nghĩa khủng bố thế giới. Những tiến bộ về khoa học và công nghệ của nhân loại đang đặt ra cho các nước trên thế giới phải quan tâm đến việc sản xuất và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) và quan tâm đến bảo vệ môi trường. Một trong số các nguồn NLTT đó là năng lượng sinh khối. Năng lượng sinh khối (NLSK) là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con người sử dụng khi bắt đầu biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm. Ngành nông nghiệp của Việt Nam có vị trí vô cùng quan trọng với tỷ trọng chiếm 20,3% trong toàn bộ nền kinh tế, 70% dân số làm nông nghiệp. Hiện nay, Việt Nam luôn nằm trong tốp các nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Trong quá trình canh tác nông nghiệp, bên cạnh các sản phẩm chính luôn tạo ra một lượng lớn phụ phẩm. Nếu không được quản lý tốt nguồn phụ phẩm này chúng sẽ biến thành lượng rác thải rất lớn và gây ô nhiễm môi trường. Việc áp dụng đưa nguồn NLSK vào sử dụng không chỉ thay thế nguồn năng lượng hoá thạch mà còn góp phần xử lý chất thải rắn trong môi trường hiện nay. Mặc dù ngành điện lực đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện nhu cầu năng lượng phục vụ sinh hoạt và sản xuất, nhưng tình trạng thiếu điện trên toàn quốc, ở Việt Nam vẫn còn rất lớn. Do đó, việc nghiên cứu và đưa ra phương án hợp lý để sử dụng hiệu quả các phụ phẩm sinh khối trong nông nghiệp làm nguồn năng lượng là rất cần Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 1 Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh thiết, không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng mà còn làm giảm sức ép đến môi trường. Hải Dương là tỉnh có điều kiện tự nhiên rất thuận lợi cho việc phát triển nông nghiệp do đó lượng phụ phẩm nông nghiệp cũng rất lớn. Tuy nhiên, cho tới nay chưa có một nghiên cứu nào thống kê cụ thể về số lượng, thành phần, và đặc biệt là nghiên cứu đề xuất phương án sử dụng nguồn sinh khối này một cách hiệu quả. Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương” với mục tiêu: Đánh giá tiềm năng NLSK các phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch từ canh tác lúa (trấu, rơm, rạ), từ sản xuất ngô (thân, lá, lõi bắp) và từ sản xuất lạc (thân, lá, vỏ củ) trên địa bàn tỉnh Hải Dương; trên cơ sở đó đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sinh khối này. Nội dung chính của luận văn bao gồm: 1. Tìm hiểu hiện trạng sản xuất một số cây nông nghiệp (lúa, ngô, lạc) trên địa bàn tỉnh Hải Dương; 2. Nghiên cứu hiện trạng thu gom và sử dụng các phụ phẩm sau thu hoạch từ các cây nông nghiệp này; 3. Đánh giá tiềm năng NLSK các phụ phẩm này trên địa bàn tỉnh; 4. Đo đạc, phân tích một số chỉ tiêu môi trường không khí (CH 4 , CO 2 , CO) theo thời vụ và theo các giai đoạn phát triển của cây lúa; 5. Đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn sinh khối này. Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 2 Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung 1.1.1. Khái quát sinh khối và năng lượng sinh khối Sinh khối (SK) là các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng tái tạo như cây cối, phân gia súc, … khi được đốt cháy năng lượng sinh học này được giải phóng dưới dạng nhiệt. SK được xem là một phần của chu trình cacbon. Cacbon từ khí quyển được biến đổi thành vật chất sinh học qua quá trình quang hợp của thực vật. Khi phân giải hoặc đốt cháy, cacbon quay trở lại khí quyển hoặc đất. Vì vậy cacbon khí quyển được giữ ở mức tương đối ổn định. Năng lượng sinh khối (NLSK) là năng lượng được sản sinh từ nguồn SK. Bản chất của NLSK là năng lượng Mặt trời được lưu giữ trong SK thông qua quá trình quang hợp của cây cối để biến đổi CO 2 thành hiđratcacbon (đường, tinh bột, xenlulô) là những hợp chất cấu tạo nên SK. Khi sử dụng các SK này xảy ra quá trình giải phóng năng lượng tích trữ trong các hiđratcacbon và phát thải CO 2 vào khí quyển. SK bao gồm nhiều dạng như thức ăn động vật, rơm rạ, vỏ trấu, gỗ vụn, chất thải từ thực phẩm . và được phân thành 3 loại như trong Bảng 1.1 Bảng 1.1. Phân loại và các dạng sinh khối [3] Phân loại Dạng Nguồn từ mùa màng Thức ăn nuôi đông vật và cây tinh bột Sinh khối chưa sử dụng Rơm, vỏ trấu, gỗ vụn và chất thải từ gỗ Chất thải sinh khối Chất thải từ giấy, phân động vật, chất thải từ thực phẩm, chất thải từ xây dựng, chất thải lỏng và bùn cống Trong cách dùng phổ biến hiện nay, hiểu theo nghĩa nhiên liệu thì sinh khối (biomas) là nhiên liệu rắn trên cơ sở SK, còn nhiên liệu sinh học (biofuel) là những nhiên liệu lỏng được lấy từ SK và khí sinh học (biogas) là sản phẩm của Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 3 Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh quá trình phân giải yếm khí của các chất hữu cơ. Trong luận văn này chỉ đề cập đến nhiên liệu rắn từ các phụ phẩm của một số cây trồng. 1.1.2. Những con đường biến đổi sinh khối  Các nhiên liệu SK được sử dụng theo 2 con đường (Hình 1.1) đó là: oĐốt cháy trực tiếp để sinh nhiệt và điện; oBiến đổi thành những loại nhiên liệu khác tiện dụng hơn. • Nguồn SK rất đa dạng và phong phú vì vậy công nghệ NLSK cũng rất đa dạng. Các công nghệ NLSK có thể được chia làm 2 loại: - Công nghệ biến đổi trực tiếp SK thành năng lượng hữu ích như việc đốt trực tiếp SK để phục vụ sinh hoạt và phục vụ sản xuất; - Công nghệ trong đó SK được biến đổi thành các nhiên liệu thứ cấp khác như: đóng bánh SK, sản xuất than gỗ, khí hoá . • Các công nghệ được thực hiện thông qua 3 quá trình là vật lý, nhiệt hoá và sinh học (Hình 1.2). Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 4 ĐIỆN SINH KHỐI NHIỆT CÔNG CƠ HỌC NHIÊN LIỆU §èt ch¸y trùc tiÕp Động cơ nhiệt Biến đổi Đốt cháy Động điện, máy phát điện Pin nhiªn liÖu Hình 1.1. Sơ đồ biến đổi nhiên liệu sinh khối [3]