Báo cáo "Năng lượng sinh khối và tiềm năng sinh khối của nước ta"

Năng lượng sinh khối và tiềm năng về năng lượng sinh khối ở nước ta

MỞ ĐẦU

Năng lương tái tạo hiện nay đang nhận được sự quan tâm đặc biệt không chỉ

ở Việt Nam mà trên toàn thế giới Ngay cả những nước phát triển như Mỹ cũng đã

có những chính sách để thay thế dần nguồn năng lượng hóa thạch bằng các nguồnnăng lượng tái tạo Nguyên nhân là do các nguồn năng lượng hóa thạch đang cạnkiệt dần và chi phí cho nhiên liệu này ngày càng tăng cao

Nếu với tốc độ tiêu thụ năng lượng hiện tại thì trữ lượng dầu của thế giớiđược dự báo sẽ cạn kiệt trước năm 2050 và các nguồn năng lượng này còn là mộttrong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Trong khi

đó những nguồn năng lượng tái tạo như: mặt trời, gió, sinh khối, thủy triều, địanhiệt,… lại là những nguồn năng lượng vô tận và “sạch” hơn rất nhiều so với nănglượng không tái tạo Rào cản lớn nhất để tiếp cận và khai thác những nguồn nănglượng này chính là công nghệ và chi phí thiết bị đắt hơn so với thiết bị sử dụngnhiên liệu hóa thạch

Việt Nam có điều kiện tự nhiên thuận lợi: nóng ẩm, mưa nhiều, đất đai phìnhiêu vv nên sinh khối phát triển rất nhanh Do vậy, nguồn phụ phẩm từ nông,lâm nghiệp vô cùng phong phú và ngày càng tăng cùng với sự phát triển của nông,lâm nghiệp Tuy nhiên, những nguồn phụ phẩm đó lại đang bị coi là rác thải tựnhiên, đang bị bỏ phí hoặc lại chính là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường (nhưtình trạng đốt rơm rạ ở miền Bắc hoặc đổ trấu xuống song, kênh rạch ở đồng bằngsông Cửu Long, đốt bỏ mùn cưa tại Yên Bái,…) Năng lượng sinh khối nằm trongtrong chu trình tuần hoàn C ngắn (UNEP), được các tổ chức về phát triển bền vững

và môi trường khuyến khích sử dụng Tận dụng được nguồn nhiên liệu này vừacung cấp năng lượng cho phát triển kinh tế và đảm bảo bảo vệ môi trường

CHƯƠNG I: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ

NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI

Năng lượng sinh học trong số các nguồn năng lượng sạch đã được con ngườiphát hiện và sử dụng, thì nguồn năng lượng sinh học là khá mới mẻ, chỉ được sửdụng gần đây và triển vọng tương lai là rất hứa hẹn Nguồn năng lượng sinh họcnày bao gồm hai loại: Năng lượng sinh khối, năng lượng nội nhân, năng lượng sinhhọc tuy đã được đưa vào sử dụng nhưng vẫn còn có rất nhiều tiềm ẩn và cần đượcnghiên cứu Cụ thể là nguồn năng lượng sinh khối đã được đưa vào sử dụng trênthế giới nhưng năng lượng nội nhân vẫn đang là một bí ẩn cần được các nhà khoahọc nghiên cứu

Việt Nam là nước nông nghiệp lâu đời, nguồn nguyên liệu sản xuất nănglượng sinh khối (NLSK) khoảng 118 triệu tấn/năm Nếu quy đổi ra dầu sẽ tươngđương 80,7 triệu tấn quy dầu, gấp 2 lần tổng lượng khai thác dầu khí của Tập đoànDầu khí Việt Nam Tiềm năng lớn như vậy nhưng hầu hết các nguồn năng lượngsinh khối của chúng ta vẫn chưa thể tận dụng, lãng phí thậm chí là nguồn gây ônhiễm môi trường

1 Nguồn năng lượng dồi dào

Hiện nay, trên thế giới năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng thứ tư,chiếm tới 15% tổng năng lượng tiêu thụ toàn thế giới Ở các nước đang phát triển,NLSK thường là nguồn năng lượng lớn nhất, chiếm 35-45% tổng cung cấp nănglượng Sẽ không ngoa khi nói NLSK giữ vai trò sống còn trong việc đáp ứng nhucầu năng lượng của thế giới cũng như ở Việt Nam

Ðất nước ta có điều kiện tự nhiên thuận lợi như nóng ẩm, mưa nhiều, đất đaiphì nhiêu… nên sinh khối phát triển rất nhanh Do vậy, nguồn phụ phẩm từ nông,lâm nghiệp phong phú, liên tục gia tăng Tuy nhiên, những nguồn phụ phẩm đó lạiđang bị coi là rác thải tự nhiên, đang bị lãng phí, nguy hiểm hơn lại trở thànhnguyên nhân gây ô nhiễm môi trường như tình trạng đốt rừng, rơm rạ, mùn cưa ởmiền Bắc hoặc đổ trấu xuống sông, kênh rạch ở Ðồng bằng sông Cửu Long…NLSK nằm trong trong chu trình tuần hoàn ngắn, được các tổ chức về phát triểnbền vững và môi trường khuyến khích sử dụng Tận dụng được nguồn nhiên liệunày sẽ đồng thời cung cấp năng lượng cho phát triển kinh tế và đảm bảo bảo vệmôi trường

Tiềm năng về NLSK của Việt Nam được đánh giá là rất đa dạng và có trữlượng khá lớn Theo tính toán của Viện Năng lượng Việt Nam, tổng nguồn sinhkhối vào khoảng 118 triệu tấn/năm bao gồm khoảng 40 triệu tấn rơm rạ, 8 triệu tấntrấu, 6 triệu tấn bã mía và trên 50 triệu tấn vỏ cà phê, vỏ đậu, phế thải gỗ Nguồnsinh khối chủ yếu của nước ta gồm gỗ và phụ phẩm cây trồng, trong đó gồm rừng

tự nhiên, rừng trồng, cây trồng phân tán, cây công nghiệp và cây ăn quả, phế phẩm

gỗ công nghiệp Theo Viện Năng lượng - Bộ Công Thương, tiềm năng sinh khối

gỗ năng lượng lên đến gần 25 triệu tấn, tương đương với 8,8 triệu tấn dầu thô.Riêng tiềm năng năng lượng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp của nước ta gồmrơm, rạ, trấu, bã mía và các loại nông sản khác lên đến gần 53,5 triệu tấn, tươngđương với 12,8 triệu tấn dầu thô Ðặc biệt nguồn năng lượng này sẽ liên tục đượctái sinh và tăng trưởng đều đặn trong vòng 30 năm

2 Sinh khối

Trong tổng tiêu thụ năng lượng toàn quốc, NLSK vẫn chiếm tỉ lệ lớn, tới trênmột nửa Mặc dù giá trị tuyệt đối vẫn không ngừng tăng nhưng tỉ lệ giảm dần donăng lượng thương mại tăng nhanh hơn

3 Khái niệm năng lượng sinh khối

Năng lượng sinh khối (Biomass) là vật liệu sinh học được lấy từ cơ thể sinhvật, hay vừa mới tồn tại trong cơ thể sinh vật (chất thải) Trong ngữ cảnh củangành năng lượng, sinh chất thường được dùng để nói về các vật liệu từ cây cỏ,nhưng sinh chất có thể được áp dụng cho cả vật liệu từ động vật và thực vật

4 Nguồn gốc và thành phần của năng lượng sinh khối

a Nguồn gốc

Sinh khối được lấy từ xác thực vật và động vật là những cơ thể có tổ chứcsống Trong thực tế sinh khối chủ yếu được tìm thấy trong các nguồn như: xácđộng vật, gỗ, hoá chất thải, khí thải Nguồn sinh khối gỗ được lấy từ các loại câynông nghiệp như: cây gai dầu, cây dương, cây mía, cây ngô, cây liễu, cây lúa miến

… và các cây công nghiệp như cây bạch đàn và cây cọ dầu

b Thành phần

Thành phần hoá học của biogas rất khác nhau tuỳ thuộc vào quá trình phânhuỷ Các biogas sản sinh ra trong quá trình phân hủy gồm có mêtan (CH4) chiếmkhoảng 50 – 70%, khí cacbonic (CO2) chiếm khoảng 20 – 50%, Nitơ (N2) chiếmkhoảng 0 – 10%, Hydro (H2) chiếm khoảng 0 – 1%, Hydro Sunfít (H2S) chiếmkhoảng 0 – 3% và còn lại là Oxi (O2)

c Vật liệu thực vật

Carbon được dùng để tạo thành sinh chất được hấp thụ từ không khí như khícacbônic (CO2) từ các họat động của thực vật, sử dụng năng lượng từ mặt trời Thực vật sau đó có thể bị dùng làm thức ăn cho các loài động vật và do đóđược biến đổi thành sinh khối động vật Tuy nhiên sự hấp thụ cơ bản được tạothành từ thực vật

Nếu thực vật không bị dùng làm thức ăn thì thường sẽ bị phân hủy thành visinh vật hoặc bị đốt cháy:

* Nếu bị phân hủy, nó sẽ thải carbon lại trong không khí, chủ yếu là dưới dạngkhí cacbonic (CO2) hoặc metan (CH4) tùy thuộc vào các điều kiện và quá trìnhphân hủy

* Nếu bị đốt cháy carbon được thải ra môi trường dưới dạng khí cacbonicCO2

Những quá trình này xày ra cho đến khi nào còn có thực vậy trên trái đất và

nó là 1 phần của chu trình tuần hoàn của carbon

d Các nhiên liệu hóa thạch

Các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu và ga cũng tạo ra vật liệu sinh học, tuynhiên các vật liệu đó đã hấp thụ khí cacbônic từ không khí hàng triệu năm từ trướcđây

Vì là nhiên liệu chúng tạo ra mật độ năng lượng cao, nhưng để sử dụng cácnăng lượng đó ta phải thông qua quá trình đốt cháy nhiên liệu, với quá trình oxyhóa của cacbon thành khí cacbonic và hidro thành nước (hơi nước) Trừ khi chúngđược giữ lại, những sản phẩm cháy này thường được thải ra không khí, trở lạithành cacbon hình thành hàng triệu năm trước và do đó góp phần vào việc làm tăngnồng độ không khí

Sinh chất lấy cacbon ra khỏi không khí khi chúng phát triển, và trả lại khôngkhí khi nó bị đốt cháy Nếu được kiểm soát trong sự bền vững cơ bản, sinh chất sẽđược thu hoạch như 1 phần của vụ mùa bổ sung liên tiếp Sinh chất đến từ quátrình trồng rừng, quá trình quản lý cây, vùng trồng cây, hoặc từ 1 giai đọan của quátrình trồng lại cây liên tục Cây phát triển lấy khí CO2 từ không khí ngay khi khíđược thải ra qua quá trình đốt cháy của vụ mùa trước

Chu trình này giữ lại sự tuần hoàn khép kín của cacbon mà không làm tăngmật độ CO2 trong không khí

Các loại vật liệu năng lượng sinh khối

Với định nghĩa này, sinh chất cho năng lượng có thể bao gồm nhiều loại vậtliệu

Vì mục đích kinh doanh, những vật liệu có giá trị cao trong một thị trườngkhác (ko phải thị trường năng lượng), ví dụ như gỗ to, chất lượng tốt, thườngkhông được sử dụng trong ngành năng lượng Tuy nhiên có một lượng lớn từ chấtcặn, phó sản phẩm và rác thải tồn tại ở Anh có tiềm năng được sử dụng với sốlượng lớn với 1 giá tương đối rẻ, hoặc thậm chí giảm được chi phí ở những nơihiện tại đang có yêu cầu trả tiền cho rác thải

5 Phân loại năng lượng sinh khối

 Chất bã của sinh khối đã qua xử lý

Bột giấy và các chất bã trong quá trình sản xuất giấy

Bã cây rừng

Bã nông nghiệp

Chất thải từ gia súc

Các loại bã thải khác

Cây trồng năng lượng

6 Vai trò của năng lượng sinh khối

Bảng 5 – Vai trò của năng lượng sinh khối trong tổng tiêu thụ năng lượng

Năm

Tổng tiêu thụ năng lượng (KTOE)

Tiêu thụ năng lượng

Các bảng 5 cho thấy trên ba phần tư sinh khối hiện được sử dụng phục vụ đunnấu gia đình với các bếp đun cổ truyền hiệu suất thấp Bếp cải tiến tuy đã đượcnghiên cứu thành công nhưng chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ có một vài dự

án nhỏ, lẻ tẻ ở một số địa phương

Một phần tư sinh khối còn lại được sử dụng trong sản xuất:

- Sản xuất vật liệu xây dựng, gốm sứ hầu hết dùng các lò tự thiết kế theokinh nghiệm, đốt bằng củi hoặc trấu, chủ yếu ở phía Nam

- Sản xuất đường, tận dụng bã mía để đồng phát nhiệt và điện ở tất cả 43nhà máy đường trong cả nước với trang thiết bị nhập từ nước ngoài Mới đây Viện

Cơ điện nông nghiệp đã nghiên cứu thành công dây chuyền sử dụng phụ phẩm sinhkhối đồng phát điện và nhiệt để sấy Viện đã lắp đặt được 7 hệ thống và hiện đangtriển khai ứng dụng ở các tỉnh

- Sấy lúa và các nông sản: hiện ở Đồng bằng Cửu Long có hàng vạn máysấy đang hoạt động Những máy sấy này do nhiều cơ sở trong nước sản xuất và cóthể dùng trấu làm nguyên liệu Riêng dự án Sau thu hoạch do Đan Mạch tài trợtriển khai từ 2001 đã có mục tiêu lắp đặt 7000 máy sấy

- Công nghệ cacbon hoá sinh khối sản xuất than củi được ứng dụng ởmột số địa phương phía Nam nhưng theo công nghệ truyền thống, hiệu suất thấp

- Một số công nghệ khác như đóng bánh sinh khối, khí hoá trấu hiện ởgiai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm

7 Hạn chế trong phát triển năng lượng sinh khối

- Gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Nguyên nhân là do các nguồn nănglượng hóa thạch đang cạn kiệt, chi phí cho nhiên liệu này ngày càng tăngcao Dẫn đến tốc độ tiêu thụ năng lượng trữ lượng dầu tăng

- Công nghệ và chi phí thiết bị cao

- Các vấn đề về môi trường, thu hẹp đất nông nghiệp, công nghệ, thiết bị…

Ðể phát huy tiềm năng NLSK, phải tăng sự cạnh tranh từ bên ngoài khiếnChính phủ gặp rất nhiều khó khăn để xây dựng một lộ trình phát triển

NLSK Ðể biến tiềm năng NLSK thành năng lượng chất lượng cao vẫnđang là một vấn đề chờ lời giải.

8 Kết luận

Năng lượng sinh khối tuy vẫn tồn tại một số nhược nhưng nó vẫn được đánh giá

là nguồn năng lượng sạch, lợi ích nhiều và hầu hết là vô hại nhưng cùng với đó làgiá thành cực kỳ rẻ, thích hợp nhất với quy mô hộ gia đình và các mô hình côngnghiệp nhỏ và vừa Vì vậy, cùng với hoàn thiện công nghệ sử dụng nhiên liệu thìphát triển công nghệ phụ trợ như tiền xử lý, đóng gói, chuyên chở… cũng là mộttrong những yếu tố cần quan tâm khi phát triển NLSK

CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG CỦA SINH KHỐI

TRONG PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG SẠCH

Sinh khối có thể được xử lý ở nhiều dạng chuyển đổi khác nhau để tạo ra nănglượng, nhiệt lượng, hơi và nhiên liệu Hầu hết các quá trình chuyển đổi sinh khối

có thể được chia ra làm hai loại như sau:

Chuyển đổi nhiệt hóa (thermochemical): bao gồm đốt nhiệt (combustion), khíhóa và nhiệt phân

Chuyển đổi sinh hóa (biochemical): bao gồm phân hủy yếm khí (sản phẩm sinhkhối và hỗn hợp methane và CO2) và lên men (sản phẩm ethanol)

Một quá trình khác là chiết xuất, chủ yếu là quá trình cơ học, được sử dụng đểsản xuất energy carriers (chất tải năng lượng) từ sinh khối Cũng có các phân biệtnhững cách chiết suất khác nhau, phụ thuộc vào sản phẩm của quá trình này lànhiệt, điện năng hoặc nhiên liệu

1 Sản xuất nhiệt truyền thống

Quá trình khai thác sinh khối để tạo nhiệt có một lịch sử rất lâu dài và vẫn tiếptục đóng một vai trò quan trọng trong xã hội loài người trong thời kỳ hiện đại

Nhiệt lượng từ việc đốt sinh khối được sử dụng để đốt sửa ấm, để nấu chín thức ăn,

để đun nước tạo hơi Thành phần năng lượng trong sinh khối khô (dry biomass)dao động tự 7.000 Btu/lb (rơm) cho đến 8.500 Btu/lb (gỗ) Xin đưa ra đây một ví

dụ so sánh: để nấu một bữa ăn thì cần khoảng 10.000 Btu, trong khi đó một gallonxăng thì tương đương 124.884 Btu

2 Nhiên liệu sinh khối

Sinh khối dạng rắn có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng để cung cấptrong các xe hơi, máy cơ khí (trong đó có các máy phát điện diesel), và thậm chítrong các bộ phận sản xuất công nghiệp Ba dạng nhiên liệu phổ biến sản xuất từsinh khối (biofuel) là methanol, ethanol, và biodiesel Không giống như xăng vàdầu diesel, biofuels có chứa oxy Pha nhiên liệu sinh học vào các sản phẩm dầu khí

sẽ gia tăng hiệu suất đốt của nhiên liệu và từ đó giảm ô nhiễm không khí

- Methanol: Methanol là cồn từ gỗ (wood alcohol) Methanol không có hiệusuất nhiên liệu cao như xăng nên chỉ được dùng chủ yếu như tác chất chốngđông (antifreeze), hoặc được sử dụng trong quá trình sản xuất một số hóachất khác, như formaldehyde Ethanol và bioesel có thể được trộn lẫn vớihoặc được dùng thay thế trực tiếp cho các dạng nhiên liệu từ nhiên liệu hóathạch như xăng và dầu diesel Sử dụng nhiên liệu sinh học giúp giảm cácchất khí thải độc hại, từ đó hạn chế hiệu ứng nhà kính, tăng khả năng độc lậpnăng lượng của quốc gia và đồng thời hỗ trợ phát triển nông nghiệp và kinh

tế nông thôn

- Ethanol (hoặc là cồn ethyl):Ethanol là nhiên liệu dạng lỏng, không màu,trong suốt, dễ cháy Ethanol được dùng như phụ gia cho xăng, với mục đíchtăng chỉ số octane và giảm khí thải hiệu ứng nhà kính Ethanol tan trongnước và phân hủy sinh học được Ethanol được sản xuất từ sinh khối cóthành phần cellulose cao (như bắp), qua quá trình lên men tại lò khô hoặc lòướt Tại cả hai lò này, bã men (hèm) được sản xuất và cung cấp cho gia súctại các nông trại Hầu hết các loại động cơ thông thường có thể dùng xăngpha cồn với nồng độ cồn tối đa là 24% Đối với các loại động cơ hiện đạinhất hiện nay, ví dụ như dạng động cơ FFV (flexible fuel vehicle), hỗn hợp

"cồn pha xăng" với tỷ lệ cồn lên đến 85% (hay còn gọi là nhiên liệu E85) cóthể được sử dụng Trên thế giới hiện nay đã có các loại xe sử dụng E85 đượcsản xuất Brazil hiện nay là quốc gia có nhiều tham vọng nhất về việc sử

dụng nhiên liệu động cơ từ nguồn gốc sinh học này Ethanol hẳn nhiên cótác động môi trường tích cực hơn rất nhiều so với xăng thông thường, trong

cả phương diện cơ sở sản xuất và tiêu thụ (đốt trong động cơ) Các nhà máysản xuất Ethanol thải ra ít hơn các chất khí hiệu ứng nhà kính như CO2,CH4 Hỗn hợp xăng pha cồn 10%, hay còn gọi là E10, thải ra ít khí hiệu ứngnhà kính hơn xăng thông thường đến 26% Theo tính toán của ORNEL, sửdụng 1 tấn nhiên liệu Ethanol sẽ giảm được 2,3 tấn CO2 và các khí thải độchại khác Brazil và Mỹ hiện là 2 hai quốc gia tiên phong về sản suất Ethanol

ở qui mô lớn, bỏ xa các nước còn lại như Cộng Đồng Châu Âu, Argentina,Kenya, Malawi Sản lượng Ethanol trên thế giới hiệu nay là 20-21 tỷlít/năm Mỹ vẫn dẫn đầu về thị trường tiêu thụ, sau đó đến EU và Brazil.Một số quốc gia khác cũng đang lên kế hoặch sản xuất nhiên liệu Ethanol ởqui mô nhỏ như Mexico, Ấn Độ, Colombia