Tìm hiểu thực trạng sử dụng năng lượng sinh khối ở Việt Nam và thế giới

Trong đề tài này, nhóm chúng tôi sẽ tìm hiểu về nguồn năng lượng sinh học này.Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng tái tạo gồm hai loại năng lượng đó là nănglượng sinh khối và năng lư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Khoa Vật Lý- lớp Lý 3A

  

Bài Tiểu Luận Cuối Khóa:

Môn : Phương Pháp Nghiên Cứu Khoa Học

Đề Tài:

Giảng viên hướng dẫn: Thầy Lê Văn Hoàng Sinh viên thực hiện: 1 Ngô Thị Thuỳ Dung

2 Nguyễn Ngọc Thanh Ngân

3 Nguyễn Lâm Hữu Phước

4 Trần Hồng Nghĩa

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 – 2009

Mục Lục

Mục Lục 1

Mở đầu 2

Chương 1: Đại cương về năng lượng 5

1 Năng lượng – vai trò của năng lượng đối với cuộc sống con người 5

2 Năng lượng hóa thạch 5

3 Năng lượng tái tạo 7

Chương 2: Năng lượng sinh học 12

1 Năng lượng sinh khối 12

1.1 Thành phần và nguuồn gốc của sinh khối 12

1.2 Sự chuyển hoá sinh khối sang năng lượng hữu ích 13

2 Năng lượng nội nhân 35

Tổng kết 43

Tài liệu tham khảo 45

Mở đầu

Môi trường hiện nay đã và đang bị ô nhiễm với mức độ ngày càng tăng, đe doạ trựctiếp đến sự sống của tất cả các loại sinh vật trong đó có con người Nhiệt độ ngày càngtăng lên, hàng loạt các thiên tai như động đất, sóng thần, lũ lụt… tàn phá các nước NhậtBản, Trung Quốc, Myanmar,…đó là cảnh báo đối với con người chúng ta về một thảmcảnh không xa khi mà môi trường sống bị tàn phá tới mức không còn cứu chữa được nữa.Vấn đề cấp thiết hiện nay là cần tìm cách khắc phục những nguyên nhân gây ra ô nhiễmmôi trường Thủ phạm chính gây ô nhiễm môi trường đó là các khí nhà kính cacbonđiôxít, mêtan, nitơ oxít,…được thải ra chủ yếu trong các quá trình đốt nhiên liệu nhưxăng dầu, than đá,… để thu năng lượng và năng lượng ấy gọi là năng lượng bẩn Vậy làmthế nào để có năng lượng để sử dụng mà không làm ô nhiễm môi trường? Một loạt cácloại năng lượng sạch đã được thế giới nghiên cứu và đưa vào sử dụng Trong đó có nănglượng sinh học Năng lượng sinh học mới được nghiên cứu gần đây và thực sự là niềm hyvọng mới cho con người về vấn đề bảo vệ môi trường và là một phương hướng giải quyếtcho vấn đề nhiên liệu hoá thạch hiện nay đang dần trở nên cạn kiệt

Trong đề tài này, nhóm chúng tôi sẽ tìm hiểu về nguồn năng lượng sinh học này.Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng tái tạo gồm hai loại năng lượng đó là nănglượng sinh khối và năng lượng nội nhân Về bản chất hai loại năng lượng này giống nhauđều được lấy từ sinh vật, tuy nhiên về mức độ ứng dụng thì rất khác nhau Năng lượngsinh khối chỉ mới được nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu là khí mêtan và êtanol sinhhọc Khí mêtan – sản phẩm phân huỷ của vi sinh vật – và là một trong các khí nhà kính

có nguy cơ làm ô nhiễm môi trường còn etanol sinh học là một loại nhiên liệu nhân tạotương lai có thể dùng làm nhiên liệu thay cho xăng và than đá, do đó năng lượng sinhkhối hiện nay đang được đánh giá cao và là phương hướng áp dụng của nhiều quốc giatrên thế giới Trong khi đó năng lượng nội nhân đã được nghiên cứu từ rất lâu là nănglượng điện được lấy trực tiếp từ bên trong cơ thể của con người, nguồn năng lượng nàychỉ được thể hiện ở một số ít người “có khả năng đặc biệt” và một số trường hợp đặc biệtnên nó vẫn còn là bí ẩn đối với các nhà khoa học Bên cạnh đó không ít người cho rằngnăng lượng nội nhân là không có thật, đó chẳng qua chỉ là sản phẩm của mê tín dị đoan Như vậy, nguồn năng lượng sinh khối có thật sự là một là một nguồn năng lượng hyvọng cho con người nhằm đảm bảo vấn đề môi trường và thay thế cho nguồn năng lượnghoá thạch đang cạn kiệt? Việt Nam ta có tiềm lực sử dụng năng lượng sinh khối haykhông và đã sử dụng được loại năng lượng này hay chưa? Nghiên cứu năng lượng nộinhân liệu có phải là một sự nghiên cứu khoa học đúng đắn hay chỉ là sản phẩm của tưởngtượng? Việc đi tìm câu trả lời cho những câu hỏi như trên thực sự có ý nghĩa quan trọng

và mang tính thực tiễn cao Từ những vấn đề được nêu ra ở trên và do tính giới hạn về

mặt thời gian cũng như kiến thức của đề tài, chúng tôi đã định hướng và lựa chọn đề tài:

“Tìm hiểu về năng lượng sinh học” Trong đó chúng tôi sẽ tìm hiểu về cả hai loại nănglượng sinh học và nội nhân và tập trung tìm hiểu kỹ về vấn đề sử dụng của hai loại nănglượng này ở Việt Nam cũng như trên thế giới

Mục đích chính của đề tài là sử dụng thông tin và số liệu mà chúng tôi thu thậpđược trên sách, báo và Internet để trả lời cho câu hỏi: “Năng lượng sinh học là gì và vấn

đề sử dụng năng lượng sinh học trong việc bảo vệ môi trường sinh học là như thế nào ?”

từ đó đưa ra nhận định đánh giá về việc sử dụng năng lượng sinh học ở Việt Nam và đềxuất xuất phương hướng phát triển cho loại năng lượng này

Để đạt được kết quả cuối cùng như mong muốn, nhóm chúng tôi thấy rằng cần phảithực hiện được những nhiệm vụ cần thiết sau:

- Tìm tài liệu liên quan

- Nghiên cứu về năng lượng một cách tổng quát

- Nghiên cứu nguyên tắc sử dụng năng lượng sinh khối để chuyển thành điện năng

- Tìm hiểu năng lượng sinh khối góp phần bảo vệ môi trường như thế nào

- Tìm hiểu thực trạng sử dụng năng lượng sinh khối ở Việt Nam và thế giới

- Tìm hiểu về năng lượng nội nhân

Với các nhiệm vụ cụ thể nêu trên, chúng tôi đã từng bước tìm hiểu được các kiếnthức nền tảng về năng lượng sinh học, vấn đề sử dụng năng lượng sinh học nhằm bảo vệmôi trường cũng như vần đề sử dụng năng lượng sinh học ở Việt Nam và thế giới Kếtquả tìm hiểu cho thấy:

- Năng lượng sinh khối quả thật là một nguồn năng lượng sạch, nó có tác dụng triệttiêu khí nhà kính mêtan trong bầu khí quyển của Trái Đất và trên thế giới hiệnđang sử dụng mêtan như là một chất đốt để thu điện năng Còn êtanol sinh họcđang được dùng để thay thể cho xăng, dầu, than đá không chỉ bởi các nhiên liệuhoá thạch này đang ngày càng cạn kiệt mà việc sử dụng êtanol sinh học thay xăngcũng làm giảm lượng khí nhà kính đi nhiều lần

- Năng lượng nội nhân đó là năng lượng điện có được từ sự phóng điện chỉ xảy ra ở

số ít người có sự sắp xếp tế bào ở một cầu trúc đặc biệt nào đó Tuy nhiên conngười có thể đạt được sự sắp xếp cấu trúc ấy bằng sự tập luyện mỗi ngày các mônnhư yoga, khí công, dưỡng sinh… Mặc dù vẫn có nhiều dư luận cho rằng đây làmột điều phản khoa học nhưng việc nghiên cứu về năng lượng nội nhân là một vấn

đề nghiên cứu khoa học nghiêm túc, cần được phát triển

- Việc ứng dụng năng lượng sinh học này trên thế giới phát triển rất mạnh Ở ViệtNam, năng lượng sinh học còn quá mới mẻ Việt Nam có tiềm lực rất lớn cho việcphát triển năng lượng sinh khối và đã có nhiều dự án sử dụng năng lượng sinh học

sẽ được hoàn tất trong thời gian không xa Năng lượng nội nhân ở Việt Nam cũng

có rất nhiều nhân chứng cho các trường hợp về nhân điện, tuy nhiên vẫn chưa cómột ngiên cứu nào về loại năng lượng này ở Việt Nam

Kết quả, nhóm chúng tôi đã thực hiện được mục tiêu đưa ra của đề tài này Tuynhiên do thời gian là không nhiều nên những gì mà chúng tôi thực hiện còn mang tínhtổng quát mà chưa đi sấu vào cụ thể Chúng tôi nghĩ đây là một đề tài hấp dẫn, có ý nghĩavới thực tiễn và có khả năng mở rộng Với mức độ nghiên cứu sâu hơn, chúng tôi sẽ chia

đề tài này làm hai đề tài riêng biệt hoàn toàn: “Năng lượng sinh khối” và “Năng lượngnội nhân” để từng vấn đề nghiên cứu được sâu hơn, cụ thể hơn và có giá trị hơn

Đề tài này được chia là 2 phần chính:

- Đại cương về năng lượng: sẽ được trình bày ở chương 1 Trong chương này,chúng tôi sẽ trình bày những kiến thức tổng quát nhất về năng lượng, năng lượng hoáthạch và các loại năng lượng sạch

- Năng lượng sinh học: sẽ được trình bày ở chương 2 Chương này sẽ trình bày vềnguồn gốc, nguyên tắc sử dụng, tình hình sử dụng ở Việt Nam, thế giới của năng lượngsinh khối và những nghiên cứu mà khoa học đã đạt được về năng lượng nội nhân

Chương 1: Đại cương về năng lượng

1 Năng l ượ ng – vai trò c ủ a năng l ượ ng đ ố i v ớ i cu ộ c s ố ng con ng ườ i

“Năng lượng là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng sinh công của một vật”[14] Chúng ta biết rằng năng lượng được bảo toàn nhưng có thể chuyển hóa từ dạng nàysang dạng khác Trong thực tiễn năng lượng được khai thác từ nhiều nguồn khác nhau:

gỗ, khí đốt, dầu mỏ, than, thường ở các dạng năng lượng như cơ năng, nhiệt năng, hóanăng, và được chuyển hóa chủ yếu dưới dạng điện năng, để đưa vào sử dụng trong đờisống sinh hoạt hằng ngày Cuộc cách mạng công nghiệp Anh vào thế kỷ XVIII, với thànhtựu đầu tiên là chiếc máy hơi nước và tiếp theo là cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật vớiphát minh động cơ đốt trong và động cơ điện đã giúp con người phát triển với trình độngày càng cao hơn, năng suất lao động ngày càng tăng, đời sống con người ngày càng cảithiện.Vai trò của năng lượng trong cuộc sống ngày càng được khẳng định, năng lượng đãtrở thành nhu cầu không thể thiếu trong xã hội ngày nay, nó quyết định đến sự phát triểncủa cả xã hội loài người Chúng ta thấy rằng, vấn đề khủng hoảng năng lượng ảnh hưởngđến kinh tế, xã hội của tất cả các nước trên thế giới và việc giải quyết bài toán năng lượng

là một trong những vấn mang tính chất cấp thiết đối với mỗi quốc gia và thế giới “Nănglượng trở thành vấn đề sống còn đối với mỗi quốc gia” [13]

2 Năng l ượ ng hóa th ạ ch

Nguồn năng lượng hóa thạch: than, dầu mỏ, khí tự nhiên, được hình thành cáchđây vài trăm triệu năm do thực vật và vi sinh vật sinh trưởng từ xa xưa, trải qua nhữngbiến động của vỏ trái đất ở những điều kiện áp suất, nhiệt độ và một số yếu tố khác thíchhợp Con người đã biết đến chúng từ xa xưa: “người Ai Cập dùng dầu để bảo quản xácướp, người Trung Quốc dùng dầu để đóng gạch và sưởi ấm nhà, ”[16] Việc sử dụngnguồn nhiên liệu hóa thạch trở nên cần thiết và thành nhu cầu không thể thiếu của conngười kể từ khi động cơ hơi nước ra đời Từ đây con người bắt đầu khai thác và sử dụngtriệt để các nguồn nhiên liệu hóa thạch để phuc vụ: nấu ăn, sưởi ấm, phục vụ cho sảnxuất, các nguồn nhiên liệu này có được do sự khai thác các quặng, mỏ có trong tự nhiên.Mức tiêu thụ năng lượng của con người ngày càng tăng lên rất nhanh, “chỉ trong hơn một

thế kỷ, chúng ta đã tiêu thụ một lượng lớn trữ lượng nhiên liệu hóa thạch mà tự nhiên đãkiên trì hàng trăm triệu năm để sản xuất ra Sẽ cần phải hàng trăm triệu năm nữa mới cóthể tái tạo được trữ lượng này” [16], “mức tiêu thụ năng lượng trên thế giới đã tăng lênrất nhanh trong thế kỷ XX, từ năm 1900 đến năm 2000, năng lượng tiêu thụ đã tăng lên

10 lần, trong khi dân số toàn cầu tăng 4 lần, từ 1,6 tỷ lên đến 6,1 tỷ người” [15] trong khicác nguồn năng lượng này không phải là vô hạn

Bắc MỹChâu ÂuChâu PhiTrung ĐôngLiên Xô (cũ)Viễn Đông và Châu Úc

Mỹ Latinh

130,161,034,2

11415910,5

7,54,012,790,86,95,113

6,65,310,951,550,811,66,5Toàn thế giới 508,8 128,0 143,2 “Trữ lượng các nguồn năng lượng cổ điển của thế giới tính đến ngày 01/ 01/ 2003 (tínhtheo đơn vị là tỷ tấn dầu tương đương” [14]

Việc khai thác quá mức các nguồn nhiên liệu này đã để lại những hậu quả nặng nề màcon người phải gánh chịu: ô nhiễm môi trường, mưa axít, phá hủy tầng ôzôn, giảm chấtlượng nguồn nước, biến đổi khí hậu, “trong suốt quá trình tiến hóa của nhân loại, có lẽloài người chưa bao giờ đứng trước một thách thức nghiêm trọng và phức tạp như hiệnnay đó là hiện tượng biến đổi khí hậu và những hệ lụy của nó Những hệ lụy đó đã vàđang sẽ làm đảo lộn cuộc sống của nhân loại làm tiêu tán bao nhiêu công phu mà conngười đã bỏ ra để xây dựng thế giới giàu đẹp trên các mặt vật chất và tinh thần”[15]

Để giải quyết bài toán năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt và những hậu quảcủa nó thì chúng ta cần phải sử dụng tiết kiệm, hợp lý và cần tìm ra nguồn năng lượngmới để đảm bảo nhu cầu của con người và đồng thời ít tác động đến môi trường “Vấn đề

đi tìm những nguồn năng lượng mới thay thế các nguồn năng lượng cổ điển đang cạn dần

là một vấn đề có tầm quan trọng rất lớn nhằm bảo đảm lâu dài nguồn năng lượng cho conngười”[14]

3 Năng l ượ ng tái t ạ o

Ngày nay con người đang tìm cách thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch đangdần cạn kiệt và bộc lộ những mặt hạn chế Năng lượng tái tạo là ứng cử viên sáng giá choviệc hạn chế các loại khí thải gây ô nhiễm và mỗi quốc gia có khả năng chủ động trongviệc tự cung cấp năng lượng cho mình Dưới những tác động của khoa học kỹ thuật thìnăng lượng tái tạo thu được chủ yếu từ những nguồn sau:

Năng lượng mặt trời: bức xạ phát ra từ mặt trời đến Trái Đất dưới dạng những tiasáng và chúng ta có thể thu lại và chuyển thành các dạng năng lượng khác (nhiệt năng,điện năng, )

Năng lượng gió: do sự chênh lệch của áp suất khí quyển của các vùng trên TráiĐất và sinh ra gió Chúng ta có thể thi lấy nguồn năng lượng này bằng các tua-bin gió Từ

xa xưa, con người đã biết sử dụng nguồn năng lượng này: thuyền buồm, cối xoay gió,

Năng lượng đia nhiệt: nhiệt độ cao trong các địa tầng do các phản ứng hạt nhângây ra trong lòng đất và được con người khai thác và chuyển hóa thành nhiệt năng vàđiện năng

Thủy năng: dưới sự vận động của các dòng nước và những điều kiện tự nhiên thìchúng ta có thể tạo ra điện năng từ chúng Thủy năng bao gồm: năng lượng nước củasông, và năn lượng nước ngoài đại dương Đối với năng lượng nước của sông thì chúng

ta dựa vào thế năng để tạo làm quay tua-bin và tạo ra dòng điện, đối với năng lượng nướcngoài đại dương thì chúng ta dựa vào động năng của sóng biển, thủy triều, thông quacác hệ thống thu và chuyển hóa năng lượng thì ta có được điện năng

Năng lượng sinh học: lấy từ các sinh vật trong tự nhiên và các chất thải trong nôngnghiệp, sinh hoạt, các nguồn này có thể đốt trực tiếp hoặc chuyển sang dưới dạng cácchất mang năng lượng ở thể khí, lỏng, rắn

+ Nguồn sinh khối cổ điển: củi, cành cây, gỗ, rơm rạ, việc sử dụng nguồn sinhkhối này đã có từ khi loài ngoài biết đến lửa, sản phẩm thu được là nhiệt năng

+ Nguồn sinh khối hiện đại: do sự tác động của con người vào các nguồn sinh khối

cổ điển nhưng với trình độ kỹ thuật cao, tạo ra nhiều sản phẩm năng lượng đa dạngnhư: nhiên liệu dưới dạng lỏng, khí, , có tính thân thiện với môi trường Nguồn sinhkhối hiện đại đã trải phát triển qua ba giai đoạn:

- Giai đoạn 1: nguồn sinh khối được sử dụng chủ yếu là ngô, khoai, mía, củcải đường, dầu thực vật, mỡ động vật, nhược điểm của nguồn nhiên liệu này làviệc khai thác chúng ảnh hưởng trực đến vấn đề an ninh lương thực “Xe tải chỉ

đổ một lần đầy bình nhiên liệu bioethanol 100% (tức loại E – 100) là đã lấy đi sốlượng ngũ cốc nuôi sống một người trong một năm”[17]

- Giai đoạn 2: nguồn sinh khối sử dụng chủ yếu là các phụ phẩm hoặc phếphẩm trong sinh hoạt và trong sản xuất như: rơm, vỏ trấu, bã mía, thân ngô, chúng có ưu điểm là tận dụng được các phế phẩm, phụ phẩm, hông ảnh hưởngđến an ninh lương thực nhưng nguồn cung ứng chưa đáp ứng được nhu cầu vàviệc chuyển hoá năng lượng không đạt hiệu suất cao

- Giai đoạn 3: nguồn nguyên liệu được khai thác từ các loại tảo, cỏ (cỏJatropha cuurcas, cỏ switchgrass, ) chúng có ưu điểm tuyệt đối là không gây ảnhhưởng đến an ninh năng lượng cũng như về nguồn cung ứng

+ Năng lượng nội nhân: là nguồn năng lượng tồn tại một cách tiềm ẩn bên trongcon người tạo ra những khả năng đặc biệt cho một số người Đây vẫn còn là một vấn

đề bí ẩn cần các nhà khoa học nghiên cứu

Các nguồn năng lượng tái tạo có thể chia thành 3 nhóm sau:

Năng lượng tái tạo

Năng lượng gió

Năng lượng sông

Năng lượng đại dương: sóng, thủy

triều

Năng lượng quang điện và năng lượng

quang điện hóa học trên cơ sở ánh

nắng mặt trời

Năng lượng địa nhiệtNăng lượng địa mặt trời

Năng lượng sinh khối

Năng lượng chất thải

Bảng “Phân loại các nguồn năng lượng tái tạo” [17]

Dựa vào sự phân nhóm chúng ta thấy rằng:

Nhóm I: các nguồn năng lượng này có đặc điểm là chúng ta không thể chứahay tích trữ nhưng trữ lượng của chúng là vô hạn Chúng ta thu được điện năngkhi khai thác nguồn năng lượng này

Nhóm II: về mặt trữ lượng thì nguồn năng lượng này là vô hạn, không thểtích trữ nhưng bên cạnh việc thu được điện năng chúng ta còn có nhiệt năng

Nhóm III: chúng ta có thể tồn trữ được nguồn năng lượng này, bằng cáchđốt trực tiếp thì ta có thể thu được nhiệt và điện hoặc thông qua các quá trìnhchuyển hóa ta thu được năng lượng dưới dạng nhiên liệu sinh học và được sử dụngtrong nhiều mục đích

Với những ưu điểm về trữ lượng, tính ốn định, không ảnh hưởng đến môi trường,biến đổi khí hậu thì việc sử dụng năng lượng tái tạo trong đời sống ngày càng phổ biến,năng lượng tái tạo đã dần thay thế vị trí của năng lượng hóa thạch

Năng lượng sinh khối hiện đại 8,32 9,01 9,18 2,5

Năng lượng địa nhiệt 0,6 1,09 1,18 18,37

Thủy điện nhỏ 0,79 1,92 2,08 27,47

Năng lượng mặt trời

Nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp

Điện mặt trời (nhiệt)

Quang điện

0,730,680,01

2,52,370,010,06

2,962,780.010,1

41,8341,920,4655Năng lượng biển 0,01 0,01 0.01 0,46

Tổng cộng năng lượng tái tạo 11,16 16,02 17,26 11,51

Tổng cộng năng lượng sơ cấp(*) 418,85 469 477,10 1,6

Phần trăm năng lượng tái tạo 2,7 3,4 3,6

Bảng “Năng lượng tái tạo, sản xuất và tăng trưởng” [15]

(*) Năng lượng sơ cấp là năng lượng chứa trong tài nguyên thiên nhiên, thông quaviệc chuyển hóa năng lượng chúng ta thu được các chất mang năng lượng để sử dụng phùhợp với mục đích và yêu cầu Ví dụ từ dầu mỏ thông qua việc chưng cất ta thu đượcxăng, dầu hỏa, dầu diesel, nhựa đường, như vậy dầu mỏ là một trong những nguồn nănglượng sơ cấp

Như vậy: Các nguồn năng lượng này ngày càng khẳng định vị trí và vai trò củamình trong cuộc phát triển kinh tế, công nghiệp như vũ bão hiện nay với những ưu điểm:gần như vô tận và hạn chế gây ô nhiễm môi trường “Khai thác và sử dụng nguồn nănglượng tái tạo chính là giải pháp cứu cánh cho thách thách khủng hoảng năng lượng vàbiến đổi khí hậu Vì vậy nguồn năng lượng tái tạo ngày nay còn được gọi nhiều tên khácnhau như: nguồn năng lượng mới (của loài người), nguồn năng lượng lựa chọn (cho thếkỷ), nguồn năng lượng thay thế (cho nguồn năng lượng truyền thống) hay nguồn nănglượng xanh (của hành tinh)”[17]

Chương 2: Năng lượng sinh học

Trong các nguồn năng lượng sạch đã được con người phát hiện và sử dụng, thìnguồn năng lượng sinh học là khá mới mẻ, chỉ được sử dụng gần đây và triển vọng tươnglai là rất hứa hẹn Nguồn năng lượng sinh học này bao gồm hai loại:

- Năng lượng sinh khối: là loại năng lượng được lấy các nguồn động vật và thực vật

- Năng lượng nội nhân: còn gọi là nhân điện, là nguồn năng lượng điện tồn tại bêntrong cơ thể con người

Năng lượng sinh học tuy đã được đưa vào sử dụng nhưng vẫn còn có rất nhiều tiềm

ẩn và cần được nghiên cứu Cụ thể là nguồn năng lượng sinh khối đã được đưa vào sửdụng trên thế giới nhưng năng lượng nội nhân vẫn đang là một bí ẩn cần được các nhàkhoa học nghiên cứu

1 Năng l ượ ng sinh kh ố i

3.1 Thành phần và nguồn gốc của sinh khối

Sinh khối được lấy từ xác bả thực vật và động vật là những cơ thể có tổ chức sống,thành phần chủ yếu gồm có carbon, hydro, oxi, nitơ, các oxít bazơ Trong thực tế sinhkhối chủ yếu được tìm thấy trong các nguồn như: xác động vật, gỗ, hoá chất thải, khí thải

- Nguồn sinh khối gỗ được lấy từ các loại cây nông nghiệp như: cây gai dầu, câydương, cây mía, cây ngô, cây liễu, cây lúa miến … và các cây công nghiệp như cây bạchđàn và cây cọ dầu

- Các nguồn sinh khối khác như xác chết hay phân thối rữa của động vật, các chấtthải sinh hoạt của con người khi bị vi sinh vật phân hủy sẽ tạo ra mêtan và nhiều chất khíkhác gọi là chất khí thải sinh học (biogas)

Thành phần hoá học của biogas rất khác nhau tuỳ thuộc vào quá trình phân huỷ Cácbiogas sản sinh ra trong quá trình phân hủy gồm có mêtan (CH4) chiếm khoảng 50 –70%, khí cacbonic (CO2) chiếm khoảng 20 – 50%, Nitơ (N2) chiếm khoảng 0 – 10%,

Hydro (H2) chiếm khoảng 0 – 1%, Hydro Sunfít (H2S) chiếm khoảng 0 – 3% và còn lại làOxi (O2) “Với kỷ thuật phân hủy tiên tiến thì lượng methane sinh ra có thể lên đếnkhoảng 55 – 75% hoặc từ 80 – 90%” [8] Trong quá trình phân hủy còn kèm theo mộtlượng nhỏ hơi nước có tác dụng giữ nhiệt cho biogas Trong một vài trường hợp, biogascòn chứa siloxane Siloxane là một hợp chất hoá học có công thức là R2SiO với R lànguyên từ Hydro hay gốc hydro cacbon Siloxane này thường xuất hiện trong sự phânhủy các chất như xà phòng và thuốc tẩy trong chất thải sinh hoạt Khi bị đốt cháy,silloxane giải phóng ra silic (Si), Si sẽ kết hợp với Oxi trong không khí để tạo thành SiO2

hoặc silicat

3.2 Sự chuyển hoá sinh khối sang năng lượng hữu ích.

Sinh khối có thể được cải tạo để trở thành các dạng năng lượng hữu ích phục vụ chođời sống thực tế Ví dụ như: “etanol sinh học có thể thay xăng làm nhiên liệu cho động cơđốt trong mà không gây ô nhiễm môi trường, hay methane sinh học có thể tự đáp ứng đủnhu cầu chất đốt cho điện khí hóa ở các vùng nông thôn”[18] làm giảm sự phụ thuộc vàonguồn nhiên liệu hoá thạch đang làm ô nhiễm môi trường và ngày càng cạn kiệt

Có nhiều cách để chuyển hoá năng lượng từ sinh khối sang các dạng năng lượng sửdụng khác như: nhiệt năng, điện năng, hoặc các nguồn nhiên liệu sạch mới như nhiên liệusinh học hay khí đốt sinh học Trong đó việc sử dụng năng lượng sinh khối để chuyểnhoá sang điện năng đang là một vấn đề nóng được nhiều nước trên thế giới quan tâm bởihiện nay điện năng là nguồn năng lượng chính cần thiết nhất cho sinh hoạt trong khi cácnguồn cung cấp năng lượng từ hoá thạch gây ô nhiễm quá nhiều và hiện đang có nguy cơcạn kiệt

Trong mục này chúng tôi chỉ đề cập đến sự chuyển hoá năng lượng từ biogas sangđiện năng và dùng biogas để làm nhiên liệu động cơ đốt trong

a) Chuyển hoá điện năng

Nguyên tắc sản xuất điện năng từ biogas

Việc sản xuất điện năng từ sinh khối chủ yếu nhờ vào sự biến đổi khí sinh học(biogas) Trong đó chủ yếu là khí methane (CH4) Trong quá trình phân huỷ các chất thải,methane bị lẫn với các chất khí khác như H2S, CO2… Do đó, trước khi được đưa vàosản xuất điện năng, methane phải được làm sạch

Quá trình làm sạch methane có tên gọi là quá trình nâng cấp biogas (BiogasUpgraders) Theo đó, các biogas tự nhiên được đưa qua một lò làm sạch, lò làm sạch này

có tác dụng khử CO2, H2S, H2O và các chất bẩn khác bằng phương pháp gọi là xử lý amin(Amine Gas treating) Quá trình xử lý amin được thực thực hiện theo sơ đồ sau:

Sơ đồ 1 Sơ đồ xử làm sạch Mêtan

Hệ thống làm sạch gồm hai bộ phận là lò hấp thụ và lò tái tạo Khí biogas cần đượclàm sạch được dẫn vào ngăn dưới của lò hấp thụ Chất làm sạch amin đậm đặc và nướcđược dẫn vào ngăn trên của lò hấp thụ Bên trong lò hấp thụ, sẽ xảy ra các phản ứng giữa

H2S, CO2 với dung dịch amin tạo thành dung dịch muối amin

RNH2 + H2S = RNH3HSRNH2 + CO2 +H2O = RNH3HCO3

Khí methane không phản ứng được dẫn ra ngoài theo ngăn trên của lò hấp thụ.Dung dịch muối amin được dẫn ra từ ngăn dưới của lò đến ngăn trên của lò tái tạo, Tạiđây chúng được làm đông đặc lại và tách ra trở lại thành H2S, CO2 và dung dịch amin

H2S và CO2 được dẫn ra ngoài, còn dung dịch amin được bơm trở lại vào ngăn trên, đixuống ngăn dưới của lò Từ ngăn dưới, dung dịch amin được đưa qua lò đun để làm hoáhơi nước trở thành amin đậm đặc như ban đầu.

Sau khi được làm sạch thì khí methane lúc này được gọi là methane sinh học(biomethane) hay còn gọi là methane sạch Từ đây, methane sạch sẽ được dẫn vào một hệthống khác để tạo ra điện năng Quá trình tạo ra điện năng được thực hiện theo sơ đồ sau:

Sơ đồ 2 Sơ đồ sản xuất điện năng từ biogas

Mêtan sinh học được bơm lên cho vào 3 lò nung để đốt cháy Đồng thời, nước từ bộtrích nhiệt cũng được dẫn vào bên trong lò để làm tăng thêm lượng hơi nước Trong lò sẽxảy ra phản ứng đốt cháy methane tạo CO2 và hơi nước cùng một nhiệt lượng cực lớn

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q với Q = 891kJ/mol CH4

Nhiệt lượng toả ra sẽ làm các phân tử hơi nước chuyển động mạnh gọi là hơi siêunóng Hơi siêu nóng sẽ được dẫn qua bộ phận máy phát điện Tại đó, hơi này sẽ làm quaytua bin máy phát điện với tốc độ khoảng 7500 vòng/phút, tua bin quay sẽ sản sinh ra mộthiệu điện thế vào khoảng 20 000 Vôn Sau khi làm quay tua bin, hơi nước lúc này khôngcòn nóng nữa sẽ được dẫn qua bộ phận làm lạnh để làm ngưng tụ hơi nước thành nước đểrồi từ đây, lại cung cấp nước cho bộ phận trích nhiệt đưa nước vào lò

Lợi ích sử dụng biogas sản xuất điện năng

Với việc chuyển hoá sang điện năng từ khí methane, vấn đề về thiếu thốn nănglượng và ô nhiễm môi trường được cải thiện đáng kế Vấn đề ô nhiễm môi trường phải kểđến hiệu ứng nhà kính và sự nóng lên toàn cầu và khi đề cập đến vấn đề này, người ta lạinghĩ ngay đến khí CO2 như là thủ phạm hàng đầu Tuy nhiên, tầm ảnh hưởng của mêtan

CH4 vượt xa CO2 “Mêtan ảnh hưởng gấp 25 lần so với Cacbon điôxít trong khoảng thờigian 100 năm”[1] Nói như thế có nghĩa là với cùng một khối lượng là như nhau thìmethane phá huỷ tầng Ozon và làm tăng nhiệt độ Trái Đất nhiều hơn cacbon điôxít là gầp

25 lần trong khoảng thời gian là 100 năm

Hình 1 [19]

Khí Công thức Hàm lượng trong khí quyển

Hơi Nước H2O 36 – 72 %Cacbon Điôxít CO2 9 – 26 %

Bảng 1: Hàm lượng một số khí trong khí quyển[4]

Qua các biểu đồ và bảng trên chúng tôi thấy rằng, hàm lượng mêtan trong không khíkhông phải là nhỏ, hầu hết methane tập trung trên bán cầu Bắc của Trái Đất Đó cũng là

lý do dễ hiểu bởi vì bán cầu Bắc là nơi tập trung sinh hầu hết dân số trên thế giới, tậptrung vô số nhà máy công nghiệp với lượng lớn chất thải sinh hoạt lẫn chăn nuôi trồngtrọt mỗi ngày tạo ra hàm lượng methane cực kỳ lớn Hơn nữa những lớp trầm tích nằmsâu bên dưới lớp băng ở địa cực bắc khi phân huỷ cũng tạo ra một lượng lớn methane Vìvậy, nếu không có cách gì triệt tiêu lượng methane này thì chỉ trong một thời gian ngắnthôi, tầng Ozon sẽ bị phá họai nghiêm trọng Và lúc đó, bức xạ nhiệt, bức xạ tử ngoại từmặt trời sẽ không còn rào cản mà đi đến thẳng bề mặt Trái Đất, làm Trái Đất ngày càngnóng dần lên, kéo theo một loạt các thiên tai huỷ diệt con người Và hiện nay, sự tăngnhiệt độ không chỉ ở Việt Nam mà hầu hết các nước khác, một loạt các thiên tai như độngđất, sóng thần, ngập lụt…ở một loạt các nước như Nhật Bản, Trung Quốc, Thái Lan,Myanmar… đó chính là điểm báo cho một kết cục không xa mà thủ phạm là các khí nhàkính đặc biệt là methane

Với việc chuyển hoá sang điện năng từ khí methane, vấn đề về thiếu thốn nănglượng và ô nhiễm môi trường được cải thiện đáng kể Vì nhiều lý do mà con người nênlấy methane làm nhiên liệu thay cho nhiên liệu hoá thạch:

+ Nguyên liệu hoá thạch không phải là vô tận, chúng đang ngày càng cạn kiệttrong khi methane là nguồn nguyên liệu tái chế, là vô tận không bao giờ cạn kiệt

+ Mặc dù trong quá trình xử lý biogas cũng như chuyển hoá sinh khối thành điệnnăng cũng có sinh ra lượng khí nhà kính là CO2, tuy nhiên chỉ sinh khí CO2 mà thôi trong

khi việc đốt cháy nhiên liệu hoá thạch ngoài việc sinh ra CO2 còn sinh ra nhiều chất cựcđộc khác như SO2, CO, H2S, SO3…

+ Đốt cháy methane sản sinh ra lượng CO2 ít hơn là đốt cháy nhiên liệu hoá thạchtrên một cùng một nhiệt lượng giải phóng

Vd: Cứ 1kg than đá khi đốt cháy sẽ sản sinh ra 1.83 kg CO2 và một nhiệt lượng là2kWh = 7.2 x 103 kJ Tức là ứng với 1.83kg CO2 sẽ có 7.2 x 103 kJ  với 0.23 kg CO2 sẽ

có 891 kJ Trong khi đó, theo như ở trên ta có nhiệt lượng 891 kJ sẽ ứng với 1 mol CO2,tức là 44g = 0.044 kg CO2 Như vậy với cùng một nhiệt lượng thì đốt than đá, lượng CO2

sinh ra sẽ nhiều hơn khi đốt methane là khoảng 5.23 lần

+ Bản thân methane là một chất gây ô nhiễm, nên việc xử lý methane là bức thiếthơn

Vấn đề sử dụng biogas để sản xuất điện năng ở Việt Nam và thế giới

Tuy được biết methane là chất khí nhà kính gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sựthay đổi khí hậu trên Trái Đất và cũng tìm ra được những cách để xử lý methane mộtcách có ích, nhưng cho đến ngày nay, việc dùng methane để sản xuất điện vẫn cón khámới mẻ Cần có một thời gian đủ dài để các nước trên thế giới phổ cập và tiến hành thaythế nhiên liệu hoá thạch bằng nhiên liệu từ sinh khối Thêm nữa là nguồn năng lượng từsinh khối này vẫn chưa được biết đến nhiều, khi mọi người nhắc đến năng lượng sạch aicũng nghĩ tới năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thuỷ triều Đó là nhữngphát minh rất quan trọng về các loại năng lượng sạch, tuy nhiên chúng cũng có các nhượcđiểm như: năng lượng mặt trời thì giá thành quá mắc, năng lượng thuỷ triều và gió thìphụ thuộc quá nhiều vào điều kiện tự nhiên Năng lượng sinh khối tuy mới mẻ nhưngđang là mối quan tâm của rất nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam ta Tuỳtrình độ phát triển và điều kiện kinh tế của các nước trên thế giới mà nguồn năng lượngsinh khối được đưa vào những dự án năng lượng với quy mô lớn hay nhỏ

Hình 2 [9]

Năng lượng sinh khối lấy methane là chủ yếu Dựa vào biểu đồ trên, ta thấy rằngphần lớn methane được lấy từ sản phẩm nông nghiệp, từ quá trình thu hồi nhiên liệu hoáthạch và từ việc xử lý chất thải sinh hoạt Với cơ cấu methane như trên, rõ ràng ngay cảnhững nước kém và đang phát triển vẫn có thể tận dụng nguồn năng lượng sinh khối nàykhông kém những nước phát triển Đặc biệt là đối với nước nông nghiệp như Việt Nam tathì tiềm năng cho năng lượng sinh khối là rất lớn Cho đến nay, ở nước ta cũng đã cónhiều dự án tận dụng nguồn năng lượng sinh khối này Tuy nhiên, các dự án về nănglượng sinh khối ở nước ta là không lớn và còn được xây dựng lẻ tẻ, mang tính tự phát

Điển hình nhất là việc xây hầm biogas.

“Tại ĐBSCL, việc xây hầm biogas đã được thực hiện từ khá lâu ở một số vùng Tuynhiên, trừ việc thay thế chất đốt đun nấu, chỉ số ít trang trại chăn nuôi khai thác khá hiệuquả khí biogas thay thế các loại năng lượng khác (điện, xăng - dầu ) Nhìn chung, "côngnăng" từ biogas vẫn chưa được khai thác hết; việc nhân rộng mô hình xây hầm biogasvẫn chưa được chú ý đúng mức ”[12]

Với việc xây dựng hệ thống hầm biogas này, không chỉ xử lý được vấn đề ô nhiễmmôi trường bởi các chất khí biogas mà người dân còn nhận thấy được hệ thống hầmbiogas còn mang lại lợi nhuận cho họ, giúp họ tiết kiệm được từ 4 tới 5 triệu đồng /tháng: “Trang trại của kỹ sư Cao Huỳnh Lâm ở huyện Mang Thít (Vĩnh Long) nuôi 120heo nái Cách đây khoảng 4 năm, ông Lâm xây 5 hầm biogas (20m3/hầm) với mục đíchgiải quyết chuyện môi trường Thế nhưng ngay sau đó, ngoài việc sử dụng khí từ biogasthay chất đốt đun nấu cho trên 10 công nhân, ông Lâm còn sử dụng khí biogas vào nhiều

"công đoạn" khác của trang trại: Chạy môtơ máy phát điện, máy nghiền thức ăn cho cáchầm nuôi cá tra; sưởi ấm cho heo con bằng thiết bị chuyên dùng Ông Lâm cho biết:Việc sử dụng khí từ biogas thay điện để vận hành các thiết bị liên quan tới hoạt động nuôi

cá, nuôi heo giúp trang trại của ông tiết kiệm bình quân 4 - 5 triệu đồng tiền điện mỗitháng Ấy là kỹ sư Lâm mới sử dụng khí của 2 trong số 5 hầm biogas đã xây dựng Chiphí đầu tư xây dựng 1 hầm biogas (20m3) thời điểm ông Lâm thực hiện (năm 2004)khoảng trên 6 triệu đồng (hiện khoảng 15 triệu đồng - theo ông Lâm) Ngoài hiệu quả từmục đính chính (bảo vệ môi trường), lợi ích mà biogas mang lại từ việc tiết kiệm nănglượng (cho xã hội), tiết kiệm chi phí sử dụng năng lượng (cho gia đình) là rất rõ; nhất làtrong tình hình khó khăn về năng lượng như hiện nay - kỹ sư Lâm khẳng định Hiện ôngLâm sẵn sàng cho bà con sống chung quanh khu vực trang trại của mình sử dụng miễnphí nguồn khí biogas còn thừa, chỉ với điều kiện: Bà con phải sử dụng các loại ống dẫnkhí chất lượng tốt để đảm bảo an toàn Vì - ông Lâm nhấn mạnh - khí gas rò rỉ có thể gâycháy nổ, ngộ độc.”[12]

Tuy nhiên với những hiểu biết như thế, với những lợi nhuận như vậy, việc sử dụnghầm biogas vẫn còn quá mới mẻ so với người dân Họ chưa tận dụng được hết triệt đểnguồn năng lượng mà biogas đã mang lại cho họ:

“Từ sự hỗ trợ về kỹ thuật của Trường Đại học Cần Thơ, cách đây trên 11 năm, tạilàng nghề "làm bột nuôi heo" ở Tân Phú Đông (thị xã Sa Đéc, Đồng Tháp), bà con đã xây

400 hầm biogas (từ 4 - 18m3/hầm) Ông Trần Văn Dũng (cán bộ UBND xã Tân PhúĐông) cho biết: Trừ một số hầm không sử dụng do gia đình không còn nuôi heo, các hầmbiogas đều vẫn đang hoạt động tốt; chỉ xảy ra hư hỏng nhỏ Một hộ nuôi 5 con heo thìlượng phân thải ra dư cung ứng cho hầm biogas sử dụng cho gia đình có 10 nhân khẩu.Nếu gia đình đó sử dụng gas bình, thì sử dụng khí từ biogas thay thế có thể tiết kiệm 4 - 5trăm ngàn đồng/tháng Tuy nhiên, hầu hết hộ xây hầm biogas ở Tân Phú Đông chỉ sửdụng khí biogas thay chất đốt (gas bình, củi, than, điện) đun nấu Cái lợi đã rõ, song rõràng vẫn chưa khai thác hết "công năng" mà khí từ biogas có thể mang lại

Kỹ sư Cao Huỳnh Lâm thì cho biết: khí biogas còn có thể sử dụng chạy máy nướcnóng, tủ lạnh, thắp sáng, các loại máy sử dụng nhiên liệu là xăng, dầu Tuy nhiên, trừviệc sử dụng khí thay chất đốt khá đơn giản, sử dụng khí biogas vận hành các loại thiết bịkhác thường phải có chút ít cải tiến Ví dụ một số loại máy chạy bằng xăng, dầu; naymuốn thay bằng khí biogas phải cải tiến bình xăng con, hệ thống lọc Có lẽ đây chính lànguyên nhân khiến nhiều hộ dân xây hầm biogas, nhưng chỉ mới sử dụng khí thay chấtđốt đun nấu.”[12]

Đó là những gì mà Việt Nam ta đã đạt được trong vấn để tận dụng sinh khối để làmnăng lượng Tuy là với quy mô nhỏ nhưng chúng tôi hy vọng chỉ trong một thời gianngắn thôi, sinh khối sẽ được biết đến và sử dụng rộng rãi khắp cả nước Điều này sẽ gópphần cứu chữa tầng ozon, cứu chữa môi trường cho Việt Nam và cho toàn thế giới

Là nước phát triển, không phải là nước nông nghiệp, tiềm năng của những nướcphát triển là không hơn được Việt Nam ta, tuy nhiên, họ đã có những dự án rất lớn trongvấn đề sử dụng năng lượng sinh khối

“Hàn Quốc đã xây dựng cho mình một Chiến lược tăng trưởng xanh, thải ra ít

CO2trong vòng 60 năm tới với các công cụ chính là công nghệ, chính sách và thay đổi lốisống Đối với lãnh đạo đất nước này, tăng trưởng xanh không phải là một sự lựa chọn mà

là sự lựa chọn duy nhất Một trong những mục tiêu mà Chiến lược đề ra là đến 2050, HànQuốc sẽ hoàn toàn không bị phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giải pháp chính là tăngcường năng lượng hạt nhân, phát triển năng lượng tái tạo Năng lượng sinh học đang

được tích cực nghiên cứu, phát triển ở đất nước này với mục tiêu đến năm 2030 nănglượng tái tạo sẽ đạt 11%, trong đó năng lượng từ sinh khối sẽ đạt 7,12% Ngoài các côngnghệ chế tạo biogas thông thường như từ sinh khối, từ chất thải chăn nuôi, Hàn Quốcđang tích cực phát triển bioga từ bùn thải.”[20]

“Ở Nhật Bản, Chính phủ đã ban hành Chiến lược năng lượng sinh khối (NipponBiomas Strategy) từ năm 2003 và hiện nay đang tích cực thực hiện Dự án phát triển các

đô thị sinh khối (biomass town) và đã có 208 đô thị đạt danh hiệu này”[10]

“Ở Đức, Luật Năng lượng tái tạo có hiệu lực từ năm 2000, đã đưa ra cơ chế khuyếnkhích ưu tiên phát lên lưới điện quốc gia những nguồn điện từ năng lượng tái tạo (mặttrời, gió, thuỷ điện, sinh khối và địa nhiệt) Sản xuất điện từ bioga từ sinh khối hiện nayđang rất phát triển với số lượng nhà máy đã đạt tới 4600 nhà máy với tổng công suất1700MW năm 2009, và dự kiến sẽ tăng lên 5400 nhà máy năm 2015.”[10]

“Trung Quốc đã có Luật năng lượng tái tạo và hiện nay đã có hơn 80 nhà máy điệnsản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy Tiềm năng là có thể đạt được30GW điện từ loại hình năng lượng này và Chính phủ hiện đang thúc đẩy hợp tác, mờigọi đầu tư Việc nghiên cứu phát triển bioga để chạy máy phát điện từ bùn thải từ cáctrạm xử lý nước thải cũng đang được thực hiện Đây là một hoạt động rất có tiềm năng vìhiện nay trên toàn Trung Quốc đã có đến 1521 nhà máy xử lý nước thải được xây dựngtính đến năm 2008”[10]

Nhà máy Iwakuni

Điạ điểm: Nhật Bản

Xây dựng năm: 2006

Nhiên liệu: Gỗ

Thông tin: Đây là nhà máy đầu tiên của

Nhật bản dùng năng lượng sinh khối Công

suất của nhà máy vào khoảng 10 MW

Nguồn nhiên liệu gỗ được lấy từ Iimori

Mokuzai