Hiệu quả sản xuất khí biogas của công trình khí sinh học quy mô trung bình (200 250m3) ở trang trại chăn nuôi lợn tại bắc ninh góp phần vào giảm phát thải khí nhà kính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH ĐẶNG HƢƠNG GIANG HIỆU QUẢ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS CỦA CÔNG TRÌNH KHÍ SINH HỌC QUY MÔ TRUNG BÌNH (200-250m3) Ở TRANG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN TẠI BẮC NINH GÓP PHẦN GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ NỘI – 2017 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC ĐẶNG HƢƠNG GIANG HIỆU QUẢ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS CỦA CÔNG TRÌNH KHÍ SINH HỌC QUY MÔ TRUNG BÌNH (200-250m3) Ở TRANG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN TẠI BẮC NINH GÓP PHẦN GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: Chƣơng trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Văn Chính HÀ NỘI – 2017 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Những nội dung luận văn thực dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Bùi Văn Chính Mọi tham khảo dùng luận văn đƣợc trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chƣa đƣợc công bố công trình Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 21 tháng năm 2017 Tác giả: Đặng Hƣơng Giang iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình Thầy cô, gia đình bạn bè Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Bùi Văn Chính, ngƣời hƣớng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Quý Thầy, Cô dạy suốt thời gian học cao học, chuyên ngành Biến đổi khí hậu, cảm ơn Quý Thầy, Cô khoa sau Đại Học, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện để hoàn thành khóa học Tôi xin cảm ơn đến anh chị, bạn lớp Biến đổi khí hậu K3, ngƣời động viên giúp đỡ trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Văn Quang, chị Trịnh Thị Mý, hai chủ trang trại tạo điều kiện giúp đỡ để hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình đồng nghiệp Trung tâm Năng lƣợng tái tạo, Viện Năng lƣợng động viên hỗ trợ nhiều suốt trình học tập, làm việc hoàn thành nghiên cứu Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 21 tháng năm 2017 Tác giả: Đặng Hƣơng Giang iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ………………………………………………………………………………i v BẢNG CHỮ VIẾT TẮT vii GIỚI THIỆU CHUNG 1 Sự cần thiết nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Kết đóng góp nghiên cứu Bố cục đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KHÍ SINH HỌC, CƠ CHẾ GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ LĨNH VỰC KHÍ SINH HỌC 1.1 Nghiên cứu tổng quan khí sinh học 1.1.1 Khí sinh học đƣợc sản sinh nhƣ nào? 1.1.2 Thành phần khí sinh học 1.1.3 Tính chất KSH 1.1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình hoạt động công trình KSH 1.2 Cơ chế giảm phát thải KNK công nghệ KSH 13 1.2.1 Hiệu ứng nhà kính khí nhà kính 13 1.2.2 Cơ chế giảm phát thải KNK công nghệ KSH 19 1.2.3 Triển vọng tham gia thị trƣờng cacbon Dự án CDM khí sinh học Việt Nam……………… 21 1.3 Tổng quan nghiên cứu phát triển KSH quy mô vừa lớn giới Việt Nam……………………………………………………………………………………22 1.3.1 Tổng quan nghiên cứu phát triển KSH quy mô vừa lớn giới 22 1.3.2 Tổng quan nghiên cứu phát triển KSH quy mô vừa lớn Việt Nam 23 1.4 Tiềm phát triển khí sinh học sử dụng công trình KSH Bắc Ninh 25 1.4.1 Tiềm sử dụng phát triển khí sinh học tỉnh Bắc Ninh 25 1.4.2 Công trình KSH hình ống quy mô trung bình Bắc Ninh 27 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 29 2.1.1 Trang trại 1: Trang trại chăn nuôi lợn bà Trịnh Thị Mý 29 2.1.2 Trang trại 2: Trang trại chăn nuôi lợn Ông Nguyễn Văn Quang 30 2.1.3 Thiết bị khí sinh học 30 v 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 31 2.2.1 Phƣơng pháp kế thừa tài liệu tƣ liệu 31 2.2.2 Phƣơng pháp khảo sát thực địa thu thập thông tin 32 2.2.3 Phƣơng pháp khảo sát đo đạc thực địa 32 2.2.4 Phƣơng pháp tính toán tính toán giảm phát thải khí CH4 hệ thống Biogas trình sử dụng 32 2.2.5 Phƣơng pháp tính toán tính toán phát thải hệ thống Biogas 33 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SẢN XUẤT KSH CỦA CÔNG TRÌNH, TÍNH LƢỢNG GIẢM PHÁT THẢI KNK CỦA CÔNG TRÌNH KSH QUY MÔ TRUNG BÌNH TẠI BẮC NINH 34 3.1 Hiện trạng sản xuất sử dụng Biogas trang trại nghiên cứu 34 3.2 Phƣơng pháp đo đạc sản lƣợng khí 35 3.3 Kết đo đạc 37 3.4 Tính toán lƣợng giảm phát thải khí nhà kính 42 3.4.1 Tính toán lƣợng giảm phát thải khí nhà kính trang trại 42 3.4.2 Tính toán lƣợng giảm phát thải khí nhà kính trang trại sử dụng khí sinh học làm nhiên liệu chạy máy phát điện: 44 3.4.3 Thảo luận kết tính toán giảm phát thải trang trại 44 3.5 Những lợi ích xã hội môi trƣờng từ mô hình trang trại 45 3.5.1 Giảm phát thải khí gây ô nhiễm khu vực xung quanh trang trại 45 3.5.2 Khả tác động đến môi trƣờng đất nƣớc 45 3.5.3 Tỷ lệ chất thải đƣợc xử lý 46 3.5.4 Tác động xã hội 47 3.5.5 Cung cấp lƣợng 47 3.5.6 Góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng - cải thiện vệ sinh: 48 3.5.7 Cung cấp phân bón hữu thức ăn chăn nuôi 48 3.5.8 Lợi ích khác 49 3.6 Lợi ích kinh tế từ mô hình trang trại 49 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 4.1 Kết luận 50 4.2 Kiến nghị 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 vi BẢNG CHỮ VIẾT TẮT Chữ Giải nghĩa ASEAN Hiệp hội quốc gia Đông Nam Á BĐKH Biến đổi khí hậu Biodiesel Diesel sinh học Biogas Khí sinh học CDM Cơ chế phát triển CH4 Khí Metan EEP Chƣơng trình Năng lƣợng Môi trƣờng cho nƣớc tiểu vùng sông Mê Công EPA Cơ quan Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ (United States Environmental Protection Agency) Ethanol Cồn sinh học GDP Tổng sản phẩm nội địa GECI Công ty TNHH Tƣ vấn Đầu tƣ Năng lƣợng Toàn cầu GRDP Tổng sản phẩm địa bàn H2 S Hiđro sunfua HDPE Vật liệu đƣợc dùng sản xuất vật dụng nhựa, túi ni lon IPCC Ủy ban Liên Chính phủ Biến đổi Khí hậu KNK Khí nhà kính KSH Khí sinh học KT1, KT2 Mẫu hầm Biogas Viện Năng lƣợng LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroleum Gas) NOAA Cục Hải dƣơng Khí Quốc gia Mỹ ppm Đơn vị đo mật độ (một phần triệu - Part Per Million) SEI Viện Môi trƣờng Stockhom, Thuỵ Điển SNV Tổ chức Phát triển Hà Lan TNHH Trách nhiệm hữu hạn TP Thành phố USD Đồng tiền Mỹ vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1- Khối lƣợng chất thải hàng ngày động vật Bảng 1.2- Đặc tính sản lƣợng khí số nguyên liệu thƣờng gặp Bảng 1.3- Thành phần khí sinh học Bảng 1.4- Nồng độ H2S ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời Bảng 1.5- Thời gian lƣu phân động vật 12 Bảng 1.6- Dự báo phát thải KNK theo ngành đến năm 2030 Việt Nam 21 Bảng 3.1- Thông số trang trại hệ thống Biogas 34 Bảng 3.2- Thông số trang trại hệ thống Biogas 35 Bảng 3.3- Kết đo sản lƣợng KSH trang trại đợt .37 Bảng 3.4- Kết đo sản lƣợng KSH trang trại đợt .38 Bảng 3.5- Kết đo sản lƣợng KSH trang trại đợt .38 Bảng 3.6- Kết đo sản lƣợng KSH trang trại đợt .39 Bảng 3.7: Sản lƣợng khí trang trại 41 Bảng 3.8- So sánh chất đốt khí sinh học với LPG .43 Bảng 3.9- Lƣợng giảm phát thải trang trại 44 viii DANH MỤC HÌNH Hình 1-1- Quá trình lên men tạo khí sinh học Hình 1-2- Thành phần khí sinh học Hình 1-3- Hiện tƣợng hiệu ứng nhà kính [26] 13 Hình 1-4- Biến đổi nồng độ CO2 khí 15 Hình 1-5- Biến đổi nhiệt độ trái đất giai đoạn 1884 – 2012 [17] 16 Hình 1-6- Một số tác động biến đổi khí hậu 17 Hình 1-7- Dữ liệu sở việc quản lý phân chuồng - Dự án CDM [20] 19 Hình 1-8- Các đƣờng giảm phát thải KNK công trình KSH 20 Hình 1-9 Công trình KSH phủ bạt HDPE 24 Hình 1-10- Công trình Khí sinh học quy mô trung bình hình ống .25 Hình 2-1- Cấ u ta ̣o thiết bị khí sinh ho ̣c dạng ống 31 Hình 3-1 - Sơ đồ lắp đặt đồng hồ hệ thống Biogas .35 Hình 3-2- Hệ thống Biogas lắp đồng hồ đo khí .36 Hình 3-3- Đầu đốt khí thừa hệ thống Biogas 36 Hình 3-4- Biểu đồ đo đợt sản lƣợng khí hàng ngày Trang trại .40 Hình 3-5- Biểu đồ đo đợt sản lƣợng khí hàng ngày Trang trại 40 Hình 3-6- Biểu đồ đo đợt sản lƣợng khí hàng ngày Trang trại 41 Hình 3-7- Biểu đồ đo đợt sản lƣợng khí hàng ngày Trang trại 41 ix GIỚI THIỆU CHUNG Sự cần thiết nghiên cứu Biến đổi khí hậu mối đe doạ môi trƣờng lớn toàn nhân loại Ở Việt Nam, năm gần đây, thiên tai tƣợng khí hậu cực đoan nhƣ bão, lũ, lốc, tố, lụt, triều cƣờng, hạn hán… dƣờng nhƣ xảy với tính chất dị thƣờng hơn, gây nhiều thiệt hại cho sản xuất, đời sống vùng bị ảnh hƣởng việc dự báo, phòng tránh trở nên khó khăn Biến đổi khí hậu làm tăng tần xuất cƣờng độ tƣợng khí hậu, thời tiết cực đoan, nhƣ nắng nóng, gió mạnh bão tố, lốc, mƣa lớn, ngập lụt, sạt lở đất, giông, sét, … làm tăng điều kiện nóng ấm vốn có khí hậu nhiệt đới gió mùa, tác động đến độ bền vật liệu xây dựng công trình xây dựng Trong chƣơng trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu: Phát triển khí sinh học đƣợc coi có vai trò góp phần giảm nhẹ biến đổi khí hậu thuộc lĩnh vực nông nghiệp Cụ thể là: “Phát triển chăn nuôi, gắn chặt với phát triển nông nghiệp, công nghiệp chế biến thúc ăn gia súc, đồng thời xử lý phân thải gia súc (dạng khí sinh học)” Nội dung nằm mục “Xây dựng kế hoạch hành động ứng phó với biến đổi khí hậu” “Chƣơng trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu” đƣợc Bộ Tài nguyên Môi trƣờng ban hành vào tháng 7/2008 [1] Công trình KSH góp phần cải thiện tốt môi trƣờng nông thôn mà góp phần giảm gánh nặng xử lý chất thải nông nghiệp chất thải đô thị Qua đó, giảm phát thải khí nhà kính thành phần khí sinh học sản phẩm trình phân huỷ chất hữu từ chất thải chủ yếu metan (CH4), loại khí nhà kính có hệ số phát thải gấp 21 lần so với khí CO2 Ngoài sử dụng KSH nhƣ loại nhiên liệu thay nhiên liệu khác góp phần tiết kiệm lƣợng sử dụng, đồng thời tiết kiệm đƣợc sử dụng phân hóa ho ̣c sử dụng phân hữu từ công trình KSH, nhƣ góp phần giảm phát thải KNK Hơn thập kỷ qua công nghệ KSH phát triển Việt Nam, đặc biệt bƣớc vào kỷ 21 với chƣơng trình KSH tầm cỡ quốc gia ngành nông nghiệp quản lý với tài trợ Tổ chức Hợp tác Phát triển Hà Lan, đến nửa triệu công trình loại đƣợc xây dựng toàn quốc [3] Nhu cầu xây dựng bể khí sinh học ngày nhiều nhƣng nguồn hỗ trợ tài tổ chức nhà o TT Ngày đo Nhiệt độ ( C) Sản lƣợng khí (m ) 13/06/2016 37,5 51,6 10 14/06/2016 37,9 53,6 11 15/06/2016 37,5 53,5 12 16/06/2016 31,1 51,7 13 17/06/2016 33,7 43,8 14 18/06/2016 36,8 44,1 15 19/06/2016 35,7 48,6 Tổng cộng 71,95 Trung bình 47,97 Bảng 3.6- Kết đo sản lƣợng KSH trang trại đợt TT Ngày đo Nhiệt độ (oC) Sản lƣợng khí (m3) 5/6/2016 34,5 35,7 6/6/2016 34,0 36,4 7/6/2016 34,1 34,2 8/6/2016 33,4 34,9 9/6/2016 34,3 30,4 10/6/2016 33,1 32,6 11/6/2016 37,4 31,1 12/6/2016 37,4 36,8 13/06/2016 37,5 37,3 10 14/06/2016 37,9 35,5 11 15/06/2016 37,5 41,3 12 16/06/2016 31,1 37,7 13 17/06/2016 33,7 33,2 14 18/06/2016 36,8 34,6 15 19/06/2016 35,7 32,7 Tổng cộng 524,4 Trung bình 34,96 39 Các kết đo đạc trang trại đƣợc thể qua biểu đồ sau : Hình 3-4- Biểu đồ đo đợt sản lƣợng khí hàng ngày Trang trại Hình 3-5- Biểu đồ đo đợt sản lƣợng khí hàng ngày Trang trại 40 Hình 3-6- Biểu đồ đo đợt sản lƣợng khí hàng ngày Trang trại Hình 3-7- Biểu đồ đo đợt sản lƣợng khí hàng ngày Trang trại Nhận xét : Trang trại : Sản lƣợng khí trung bình hàng ngày trang trại nhiệt độ môi trƣờng xuống thấp khoảng 200C đạt 43,74m3 khí, đạt 0,31m3 khí/m3 dịch phân giải Vào mùa hè nhiệt độ tăng 300C sản lƣợng khí đạt 47,97 m3/ngày, đạt 0,34m3 khí/m3 dịch phân giải Sản lƣợng khí ổn định, trung bình năm đạt 45,85m3 khí/ngày Sản lƣợng KSH năm : 16.736 m3 Trang trại : Sản lƣợng khí trung bình hàng ngày trang trại nhiệt độ môi trƣờng xuống thấp khoảng 200C đạt 31,45 m3 khí đạt 0,30m3 khí/m3 dịch phân giải Vào mùa hè nhiệt độ tăng 300C sản lƣợng khí đạt 34,96 m3/ngày, đạt 0,33m3 khí/m3 dịch phân giải Trung bình năm đạt 33,2 m3 khí/ngày Sản lƣợng KSH năm : 12.119 m3 Bảng 3.7: Sản lƣợng khí trang trại Sản lƣợng khí trung bình (m3) Hiệu suất sinh khí trung bình (m3 khí/m3 dịch phân giải) Trang trại đo lần 43,74 0,31 Trang trại đo lần 47,97 0,34 Trang trại đo lần 31,45 0,30 Trang trại đo lần 34,96 0,33 Trang trại 45,85 0,33 Thông tin đo đạc 41 Sản lƣợng khí trung bình (m3) Hiệu suất sinh khí trung bình (m3 khí/m3 dịch phân giải) Trang trại 33,20 0,32 Một năm trang trại 16.736 0,33 Một năm trang trại 12.119 0,32 Thông tin đo đạc Sản lƣợng khí sinh học hệ thống ổn định, không phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Hiệu suất sinh khí công trình đạt 0,3 - 0,34m3 khí 1m3 dịch phân giải Hiệu suất cao so với hiệu suất hầm khí sinh học quy mô nhỏ sử dụng công nghệ xây gạch KT1, KT2 khoảng 0,15m3 khí/m3 dịch phân giải, hầm composit cỡ nhỏ 0,15m3 khí/m3 dịch phân giải [2] Có thể lý giải nguyên nhân do: ­ Công nghệ xây dựng hầm KSH theo kiểu dòng chảy hình ống, thời gian lƣu phân lợn đƣợc trì tối ƣu thiết bị nên hiệu suất sinh khí cao ­ Hệ thống sử dụng công nghệ xây dựng gạch đặc, nằm sâu dƣới mặt đất, quán tính nhiệt lớn nên nhiệt độ hầm đƣợc trì ổn định ­ Công nhân trang trại đƣợc tập huấn vận hành thiết bị KSH quy trình ­ Chất thải chăn nuôi lợn quy mô trang trại ổn định lƣợng tỉ lệ phân:nƣớc, hàm lƣợng chất… 3.4 Tính toán lƣợng giảm phát thải khí nhà kính 3.4.1 Tính toán lượng giảm phát thải khí nhà kính trang trại Khí sinh học trang trại dùng cho mục đích: nấu ăn cho 10 công nhân trang trại, phần lại dùng để chạy máy phát điện  Lượng giảm phát thải khí nhà kính sử dụng khí sinh học làm nhiên liệu để đun nấu: Theo điều tra trƣớc có hầm khí sinh học, tháng trang trại sử dụng hết bình gas công nghiệp (LPG) 12 kg Sau có hầm KSH, trang trại sử dụng hoàn toàn KSH cho nhu cầu đun nấu thay LPG Lƣợng LPG đƣợc thay năm là: 12kg/bình*2bình*12tháng = 288kg, nhiệt trị LPG 50.000 kJ/kg, với hệ số phát thải LPG (theo IPCC) 64,3 kg CO2/TJ 42 Áp dụng công thức (1) Ry = M x C = (288 x 50.000 x 64,3)/109= 0,93 tCO2e Vì sử dụng KSH thay LPG đun nấu giảm lƣợng phát thải tƣơng đƣơng 0,93 tCO2/năm  Lượng giảm phát thải khí nhà kính sử dụng khí sinh học làm nhiên liệu chạy máy phát điện Theo tài liệu “Tủ sách khí sinh học tiết kiệm lƣợng công nghệ khí sinh học chuyên khảo” tác giả Nguyễn Quang Khải & Nguyễn Gia Lƣợng [5] Bảng 3.8- So sánh chất đốt khí sinh học với LPG Chất đốt Đơn vị Nhiệt trị (kcal/đv) Loại bếp Hiệu suất (%) Lƣợng thay Khí sinh học m3 5.200 Bếp khí 60 Gas công nghiệp Kg 10.900 Bếp gas 60 0,48  Lƣợng khí sinh học dùng làm chất đốt thay LPG năm trang trại tƣơng đƣơng với lƣợng LPG là: 288/0,48= 600 m3CH4/năm  Lƣợng khí sinh học lại sử dụng cho phát điện đƣợc tính lƣợng KSH đo đƣợc đồng hồ trừ lƣợng KSH sử dụng cho đun nấu: 16.736–600 =16.136m3 Theo tài liệu tính toán Viện Năng lƣợng sử dụng khí sinh học để chạy máy phát điện: 0,7m3 khí sinh học chuyển hóa thành 1kWh Hiệu suất máy phát đặt 80%, lƣợng điện tƣơng ứng thu đƣợc là: (31.600: 0,7) x 80% = 18.441kWh/năm Hệ số đồng phát thải khí nhà kính lƣới điện Việt Nam 0,6612 tCO2/MWh [10], để tính toán giảm phát thải KNK thay 1kWh điện lƣới quốc gia 1kWh điện từ nguồn lƣợng tái tạo khí sinh học Nhƣ vậy, mô hình nghiên cứu góp phần giảm đƣợc 18.441 x 0,6612/1.000 = 12,19 CO2/năm thông qua phát điện Nhƣ tổng lƣợng giảm phát thải mô hình gồm: lƣợng giảm phát thải thay LPG làm chất đốt, phát điện là: 43 0,93 + 12,19 = 13,12 tCO2/năm 3.4.2 Tính toán lượng giảm phát thải khí nhà kính trang trại sử dụng khí sinh học làm nhiên liệu chạy máy phát điện: Trang trại đặc thù chăn nuôi cho tập đoàn CP Thái Lan nên số lƣợng công nhân (4 ngƣời) làm theo ca, không nấu ăn trang trại nên khí sinh học không dùng để đun nấu mà hoàn toàn dùng để chạy máy phát điện Theo tài liệu tính toán Viện Năng lƣợng sử dụng khí sinh học để chạy máy phát điện: 0,7 m3 khí sinh học chuyển hóa thành 1kWh Hiệu suất máy phát đặt 80%, lƣợng điện tƣơng ứng thu đƣợc là: (12.119 : 0,7) x 80% = 13.850 kWh/năm Nhƣ mô hình nghiên cứu góp phần giảm đƣợc 13.850 x 0,6612/1000= 9,16 CO2/năm thông qua phát điện Lƣợng giảm phát thải mô hình hầm khí sinh học Trang trại 9,16 tCO2/năm Bảng 3.9- Lƣợng giảm phát thải trang trại Thông số giảm phát thải Đơn vị Giảm phát thải thay nhiên liệu hoá thạch LPG tCO2e/năm Giảm phát thải thay điện tCO2e/năm 12,19 9,16 21,35 tCO2e/năm 13,12 9,16 22,28 Tổng lƣợng giảm phát thải 3.4.3 Trang trại Trang trại Tổng trang trại 0,93 0,93 Thảo luận kết tính toán giảm phát thải trang trại Tính toán phát thải trang trại 1: Sử dụng công thức: BEy= GWPCH4 × DCH4 × ΣMCFj × Bo,LT × NLT,y × VSLT,y × 365 (2) Tính phát trang trại với số lƣợng lợn trung bình năm trang trại 800 con/năm BEy= 21× 0,67 × 0,7 × 0,29 × 800 × 0,3 × 365 = 250,2 tCO2e/năm Khi chƣa có hầm Biogas phát thải trang trại 250,2 tCO2e/năm Tính toán phát thải trang trại 2: Sử dụng công thức: BEy= GWPCH4 × DCH4 × ΣMCFj × Bo,LT × NLT,y × VSLT,y × 365 44 (2) Tính phát trang trại với số lƣợng lợn trung bình năm trang trại 600 con/năm BEy= 21× 0,67 × 0,7 × 0,29 × 600 × 0,3 × 365 = 187,65 tCO2e/năm Khi chƣa có hầm Biogas phát thải trang trại tính đƣợc 187,65 tCO2e/năm Tổng phát thải trang trại là: 250,2+187,65=437,86 tCO2e/năm Theo số liệu đo đạc tính toán trên, tổng lƣợng giảm phát thải trang trại qua hợp phần phát điện phát nhiệt sử dụng KSH 22,28 tCO2e/năm, từ tính đƣợc phát thải dự án: PEy = 437,86 - 22,28 = 415,58 tCO2e/năm Phát thải dự án gồm phần sau:  Do rò rỉ 10%-15% khí thu đƣợc  Do tồn dƣ COD dịch thải bã thải sinh khí nhà kính ƣớc khoảng 15% tổng phát thải lý thuyết;  Một số lý khác (các thông số IPCC có sai khác thực tế Việt Nam: nhƣ trọng lƣợng trung bình vật nuôi, loại thức ăn chăn nuôi,…) 3.5 Những lợi ích xã hội môi trƣờng từ mô hình trang trại 3.5.1 Giảm phát thải khí gây ô nhiễm khu vực xung quanh trang trại Trong trình phân hủy có lƣợng nhỏ khí khác nhƣ H2S (mùi trứng thối), N2, H2 khí có mùi hôi, thối gây ô nhiễm môi trƣờng Nếu trình xảy tự nhiên hỗn hợp khí phát tán vào không khí gây ô nhiễm môi trƣờng xung quanh trang trại Hệ thống khí sinh học quản lý đƣợc nguồn phân cách hiệu quả, loại phân phân huỷ thiết bị KSH đƣợc kiểm soát quản lý tốt không gây ô nhiễm môi trƣờng xung quanh Bên cạnh đó, khí sinh học sinh đƣợc sử dụng cho mục đích lƣợng góp phần giảm sử dụng lƣợng hoá thạch nhƣ góp phần giảm phát thải khí nhà kính khía cạnh quản lý phân sử dụng lƣợng 3.5.2 Khả tác động đến môi trường đất nước Với phƣơng thức chăn nuôi lƣợng nƣớc sử dụng để rửa chuồng tắm cho lợn lớn trung bình 30 lít/đầu lợn/ngày, việc tạo khối lƣợng nƣớc thải lớn Đây loại nƣớc thải có nồng độ chất hữu cao (70-80%), gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidrat cacbon dẫn xuất chúng có 45 phân thức ăn thừa Hầu hết chất hữu dễ phân hủy, chất vô chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, urê, Ngoài ra, nƣớc thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus, trứng ấu trùng giun, sán gây bệnh Và các chất thải chăn nuôi thải trực tiếp môi trƣờng không qua xử lý làm ô nhiễm môi trƣờng đất, nƣớc không khí xung quanh Các hợp chất hóa học phân thấm ngấm xuống đất làm cho đất có dấu hiệu phì nhƣỡng, có hàm lƣợng chất ô nhiễm cao ảnh hƣởng tới mạch nƣớc ngầm đất Ngoài làm ô nhiễm đất nguồn nƣớc có tự nhiên Mặt khác, ấu trùng trứng giun, sán lan truyền xa nhanh nhiễm vào nƣớc bề mặt tạo thành dịch bệnh cho ngƣời gia súc Mô hình áp dụng hệ thống công trình khí sinh học để xử lý phân nƣớc thải làm cho phân đƣợc quản lý tốt hơn, chất thải môi trƣờng yếm khí tuyệt thời gian lƣu dài 30~35 ngày nên chất hữu bị phân hủy hoàn toàn loại trứng giun, sán, mầm bệnh khả tồn phát triển Nhờ trình phụ phẩm KSH hỗn hợp chất thải sau phân huỷ đƣợc coi loại phân “sạch” cho trồng nuôi thủy sản, giúp cho trồng nhƣ thủy sản hấp thụ tốt tăng suất so với sử dụng loại phân hoá học Việc sử dụng phụ phẩm khí sinh học thay phân hoá học góp phần làm tăng độ hòa tan hấp thụ phân hóa học đất, đồng thời hạn chế suy giảm chất dinh dƣỡng, tăng hiệu suất sử dụng đất lên 10 – 30% Hạn chế sâu bệnh cỏ dại phân khí sinh học có tác dụng hạn chế sâu bệnh Phụ phẩm đƣợc sử dụng làm phân sinh học thúc đẩy hoạt động vi sinh vật giữ phân cho đất, tránh tình trạng đất bị chai đƣợc bón nhiều phân hóa học, 3.5.3 Tỷ lệ chất thải xử lý Lƣợng chất thải trang trại lớn trung bình ngày lợn thải lƣợng phân 2,5 kg/con/ngày Do đó, không đƣợc xử lý trƣớc thải môi trƣờng làm cho ô nhiễm đến môi trƣờng đất, nƣớc, không khí xung quanh trang trại Vì vậy, sử dụng công trình khí sinh học để xử lý chất thải chăn nuôi trang trại thu đƣợc lƣợng khí dùng làm nhiên liệu đốt sử dụng chạy máy phát điện mà phần góp phần làm môi trƣờng chất thải đƣợc phân hủy môi trƣờng kỵ khí thời gian lâu (35 ngày) 46 3.5.4 Tác động xã hội Theo báo cáo chƣơng trình nghiên cứu phát triển công trình khí sinh học cho chăn nuôi Việt Nam tổ chức phát triển Hà Lan (SNV) năm 2015 Sử dụng công trình khí sinh học đem lại lợi ích kinh tế môi trƣờng mà lợi ích mặt xã hội nhƣ giảm lao động cho phụ nữ trẻ em việc thu nhặt củi để đun nấu tiết kiệm thời gian cho phụ nữ việc dọn dẹp gia đình Ngoài ra, gia đình sử dụng công trình khí sinh học đun nấu giảm đƣợc lƣợng củi dùng đun nấu giảm khói bụi Khi tiết kiệm đƣợc thời gian thuận tiện công việc bếp núc Qua phần giúp cho hộ gia đình tham gia vào hoạt đông khác xã hội nhƣ 69,8% hộ gia đình có thêm thời gian cho việc chăm sóc gia đình, 59,2% tăng thu nhập hiệu sử dụng công trình khí sinh học, 35,3% có thêm thời gian để tham gia hoạt động giải trí 18% có thêm thời gian tham gia hoạt động xã hội khác Các công trình khí sinh học phần đáp ứng đƣợc nhu cầu nhiên liệu đun nấu, thắp sáng phát điện Qua đó, công trình khí sinh học mang lại hiệu kinh tế giúp cho ngƣời dân thoát khỏi cảnh đói nghèo, phát triển kinh tế gia đình, trang trại Sau thời gian sử dụng hầm KSH, chị Mý cho biết sử dụng nhiên liệu chạy khí sinh học đồ dùng họ không bị đen, úa thuận lợi Chỉ cần nạp phân có khí sử dụng đun nấu, thắp sáng chạy máy phát điện, họ vừa đun nấu xem ti vi, tiết kiệm đƣợc điện lƣới kinh tế gia đình tăng lên 3.5.5 Cung cấp lượng Khí sinh học có thành phần chủ yếu khí metan chiếm gần 60%, CO2 chiếm gần 40% khí cháy đƣợc, cháy lửa có màu lơ nhạt khói, nhiệt trị từ 5.200kcal/m3 Về nhiệt lƣợng hữu ích: 1m3 khí sinh học tƣơng đƣơng: 0,76 lít dầu; 4,87 kg củi gỗ; 6,10 kg rơm rạ Vì khí sinh học loại nhiên sử dụng cho đun nấu thắp sáng thuận tiện Ngoài sử dụng làm nhiên liệu thay xăng dầu chạy động đốt để phát điện, kéo máy công tác …ở vùng thiếu nhiên liệu 47 Khí sinh học đƣợc dùng để sấy chè, ấp trứng, sƣởi ấm gà con, chạy tủ lạnh hấp thụ hiệu phối hợp với hầm mát để bảo quản hoa tƣơi, ngâm hạt giống 3.5.6 - Góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường - cải thiện vệ sinh: Đun nấu khí sinh học không khói bụi, nóng Do giảm bệnh phổi mắt - Các thiết bị khí sinh học trang trại thƣờng đƣợc nối với nhà xí Chất thải ngƣời động vật đƣa vào để xử lý nên hạn chế mùi hôi thối Ruồi nhặng chỗ để phát triển - Trong môi trƣờng bể phân giải, điều kiện không thuận lợi nên vi trùng gây bệnh trứng giun sán bị tiêu diệt gần nhƣ hoàn toàn sau trình phân hủy dài ngày - Phụ phẩm đƣợc dùng làm phân bón hạn chế sử dụng phân hóa học thuốc trừ sâu 3.5.7 Cung cấp phân bón hữu thức ăn chăn nuôi Nguyên liệu nạp vào hầm KSH phần chuyển hóa thành khí sinh học, phần lại dạng đặc (váng bã cặn) lỏng (nƣớc xả) gọi chung phụ phẩm Phụ phẩm khí sinh học giàu dinh dƣỡng, đặc biệt đạm dạng a-môn NH4+, vitamin… có tác dụng cải tạo đất, chống bạc màu, tăng hàm lƣợng mùn… tốt cho loại trồng, làm thức ăn bổ sung cho lợn, làm phân bón cho ao cá Trong môi trƣờng phân giải kỵ khí, hầu hết loại mầm cỏ dại, trứng giun sán, ký sinh trùng gây bệnh… bị tiêu diệt nhƣ: - Ức chế số vi khuẩn gây bệnh khô vằn lúa, bệnh đốm nâu lúa mì, bệnh thối mềm củ khoai lang - Với lúa nƣớc: bón phân khí sinh học hạn chế rõ rệt sâu đục thân, bọ rầy xanh, bọ rầy nâu, sâu lá, bệnh khô vằn, bệnh đốm nâu, bệnh đốm than Nhƣ dùng phụ phẩm khí sinh học giảm đƣợc thuốc trừ sâu thuốc diệt cỏ, góp phần bảo vệ môi trƣờng, phụ phẩm khí sinh học loại phân sạch, hạn chế sâu bệnh trồng 48 3.5.8 Lợi ích khác - Hiện đại hóa nông thôn - Giải phóng bớt thời gian phụ nữ, trẻ em việc bếp núc - Phát triển rộng rãi công nghệ khí sinh học tạo ngành nghề mới, giải đƣợc công ăn việc làm cho nhiều ngƣời - Dùng khí sinh học thay xăng dầu, phân hóa học, thuốc trừ sâu, quốc gia tiết kiệm đƣợc ngoại tệ cần chi để nhập dầu lửa sản phẩm hóa học - Sử dụng phụ phẩm khí sinh học có tác dụng cải tạo đất, làm tăng độ phì nhiêu đất, hạn chế tƣợng đất bị thoái hóa, xói mòn Do tài nguyên đất đƣợc bảo tồn 3.6 Lợi ích kinh tế từ mô hình trang trại Theo điều tra trƣớc có hầm khí sinh học, tháng trang trại sử dụng hết bình gas công nghiệp (LPG) 12 kg Sau có hầm KSH, trang trại sử dụng hoàn toàn KSH cho nhu cầu đun nấu Lƣợng LPG đƣợc thay năm là: 12 x x 12 = 288kg Giả thiết với giá gas công nghiệp: 25.000 VNĐ/1kg  Tiền gas công nghiệp hàng năm là: 25.000 x 288= 7.200.000 VNĐ Năng lƣợng điện thu đƣợc năm trang trại là: 32.292 kWh Giả thiết với giá điện là: Tiền điện năm (12 tháng) là: 1.500 VNĐ/1kWh 32.292 x 1.500 = 48.438.000 VNĐ Nhƣ vậy, với tính toán trang trại tiết kiệm đƣợc 7.200.000 + 48.438.000 = 55.638.000 VNĐ/năm Qua làm giảm nhu cầu sử dụng điện, chi phí mua gas công nghiệp làm chất đốt trang trại 49 CHƢƠNG 4.1 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận (i) Hiệu công trình KSH qui mô trung bình cho trang trại chăn nuôi rõ rệt Cả trang trại hàng năm xử lý đƣợc 1280 chất thải 16.400 m3 nƣớc thải thông qua bể KSH Do góp phần bảo vệ môi trƣờng nông thôn (ii) Sản lƣợng khí sinh học hàng ngày bể KSH hình ống có dòng chảy đạt cao: 0,29 – 0,34 m3 KSH/m3 bể phân giải, loại bể khác Bể KSH hình tròn, bể compozit Việt Nam đạt 0,15-0,2 m3 KSH/ m3 bể phân giải (iii) Hai công trình KSH qui mô trung bình cung cấp KSH cho nhu cầu đun nấu mà chạy máy phát điện, tiền tiết kiệm đun nấu KSH giảm chi phí từ điện lƣới cho trang trại Hàng năm trang trại tiết kiệm đƣợc 55.638.000 VNĐ (iv) Hai bể KSH hình ống hàng năm làm giảm phát thải khí nhả kính 22,28 CO2e thông qua dùng KSH phát điện thay LPG cho đun nấu Do góp phần bảo vệ môi trƣờng hạn chế nóng lên trái đất 4.2 Kiến nghị - Các công nghệ chín muồi thiết kế, kỹ thuật, thiết bị KSH nhƣ máy phát đƣợc tiêu chuẩn hoá lồng ghép theo mô hình khuyến nông, phát triển vùng an toàn sinh học, hay mô hình VAC để phát huy, nâng cao hiệu kinh tế mô hình Sử dụng tổng hợp tất sản phẩm mà công trình mang lại nhƣ khí sinh học, điện phụ phẩm Đặc biệt phụ phẩm sử dụng để nuôi trồng thuỷ sản ao hồ dùng làm phân bón cho trồng Đề nghị quan chức có sách khuyến khích ngƣời dân sử dụng triệt để KSH phụ phẩm bể KSH để vừa mang lại hiệu kinh tế cho trang trại, vừa góp phần giảm khí nhà kính bảo vệ môi trƣờng sinh thái nông thôn - Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật lọc khí sinh học để đảm bảo chất lƣợng khí cho sử dụng quy mô lớn công nghiệp nhƣ phát điện tiến tới sử dụng cho lò tuabin khí - Đầu tƣ cho công tác tuyên truyền, giáo dục nâng cao nhận thức cộng đồng lợi ích kinh tế, xã hội bảo vệ môi trƣờng việc phát triển chăn nuôi 50 trang trại, công trình khí sinh học sử dụng phụ phẩm Xây dựng hệ thống tài liệu tuyên truyền hƣớng dẫn để ngƣời dân tiếp cận sử dụng - Tăng cƣờng công tác tổ chức hội thảo, hội nghị đầu bờ, đoàn thăm quan, trao đổi kinh nghiệm địa phƣơng, kể tham quan nƣớc - Đúc kết, hoàn thiện mô hình trình diễn nhằm nhân rộng kết nghiên cứu Tiến hành thiết kế, hoàn thiện hệ thống công trình khí sinh học mẫu, hệ thống phát điện quy chuẩn cho quy mô, phạm vi khác - Biên soạn tài liệu chuyên môn, sổ tay tuyên truyền hƣớng dẫn việc phát triển công trình khí sinh học bảo vệ môi trƣờng nhằm phục vụ công tác giáo dục, tuyên truyền, hội thảo nâng cao nhận thức cộng đồng lợi ích triển khai nhân rộng kết mang tính khả thi thực tiễn cao 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2008), Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với Biến đổi khí hậu Bùi Văn Chính, Hồ Thị Lan Hƣơng, Đỗ Ngọc Quỳnh, Nguyễn Ngọc Thái, Dƣơng Nguyên Khang, Nguyễn Ngọc Em (2014), Hướng dẫn quản lý chất lượng số loại bể khí sinh học quy mô nông hộ Việt Nam, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, tr 57,91 Cục Chăn Nuôi (2015), Báo cáo đánh giá đệm lót sinh học Cục Chăn nuôi, Tổ chức Phát triển Hà Lan - SNV (2015), Công Nghệ KSH qui mô hộ gia đình Nguyễn Quang Khải & Nguyễn Gia Lƣợng (2010), Tủ sách khí sinh học tiết kiệm lượng- công nghệ khí sinh học chuyên khảo, tr 209-222 Sở Kế hoạch đầu tƣ tỉnh Bắc Ninh (2015) Báo cáo tình hình kinh tế - xã hội tháng 11 năm 2015 Sở Nông nghiệp phát triển nông thôn tỉnh Bắc Ninh, Trung tâm khuyến nông (2015), Báo cáo tổng kết tình hình chăn nuôi tỉnh Bắc Ninh 2014 Sở Nông nghiệp phát triển nông thôn tỉnh Bắc Ninh, Trung tâm khuyến nông (2015), Báo cáo tình hình sử dụng hầm Biogas 2014 Văn phòng dự án KSH (2010), Khảo sát đánh giá mô hình KSH quy mô nông hộ 10 Thông báo 605/KTTVBĐKH-GSPT ngày 19/5/2016 Cục KTTV Biến đổi khí hậu 11 Viện Năng lƣợng (2011), Phát triển thị trường công trình KSH hình ống quy mô trung bình TÀI LIỆU TIẾNG ANH 12 CDM project design document form Version - 03 (2006), pp 28 -34 13 Hydrometeorological service of Vietnam (1999), economic of greenhouse gas limitations UNEP Collaborating Center on Energy and Environment, Rio National Laboratory, Denmark 14 IAEA (2008), Guidelines for sustainable Manure Management in Asian Livestock production system; Vienna, Austria 52 15 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories (2006) Emission from livestock and manure management, chap 10, pp 41-44 16 Karl TR, Trenberth KE (2003) “Modern Global Climate Change” Science 302 (5651): 1719–1723 doi:10.1126/science.1090228 17 NASA/Goddard Scientific Visualization Studio 18 National Oceanic and Atmospheric Administration – NOAA (2010) 19 SNV (2013) Summary of project completion report, Market introduction of the medium-scale plug-flow biogas digester in Vietnam 20 United Nations Framework Convention Climate Change (2016), CDM Methodology Booklet, pp 162-163,195 21 Yan Zhiying (2014), Anaerobic microbes and biochemistry; International Training document of China, Chengdu, China TÀI LIỆU MẠNG INTERNET 22 http://360.thuvienvatly.com/bai-viet/dia-vat-ly/3119-su-am-len-toan-cau-la-gi 23 https://congnghiepxanh.wordpress.com/2014/11/10/qa-150-cau-hoi-ve-bien-doikhi-hau/ 24 Trang thông tin điện tử Viện khoa học khí tƣợng thủy văn Biến đổi khí hậu http://www.imh.ac.vn/tin-tuc/cat99/436/Thong-tin-moi-nhat-ve-bieu-hien-xu-thebien-doi-cua-khi-hau 25 Trang thông tin “Dự án Chƣơng trình Khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam” - Phát hành lần thứ hai tín bon – VERS http://biogas.org.vn/vietnam/Tin-tuc-Su-kien/Tin-hoat-dong/Phat-hanh-lan-thuhai-tin-chi-cac-bon-%E2%80%93-VERS-cua-D.asp 26 http://www.tinmoitruong.vn/hoi-va-dap/hieu-ve-hien-tuong-hieu-ung-nhakinh_70_13244_1.html 53 ... trại chăn nuôi lợn Bắc Ninh góp phần giảm phát thải khí nhà kính Nhằm đánh giá hiệu sản xuất khí sinh học, khả giảm phát thải khí nhà kính kiểu công trình khí sinh học quy mô trung bình hình... HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC ĐẶNG HƢƠNG GIANG HIỆU QUẢ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS CỦA CÔNG TRÌNH KHÍ SINH HỌC QUY MÔ TRUNG BÌNH (200-250m3) Ở TRANG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN TẠI BẮC NINH GÓP PHẦN GIẢM... trình KSH quy mô trung bình trang trại chăn nuôi lợn Bắc Ninh - Tính lượng giảm phát thải khí CH4 công trình KSH qui mô trung bình dùng để phát điện đun nấu, góp phần giảm phát thải khí nhà kính Kết