NGHIÊN cứu CHỈ số sử DỤNG nước và CHẤT LƯỢNG nước TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG SINH học tại VIỆT NAM

Như vậy, có thể thấy vai trò vô cùng quan trọng của phát triển nhiên liệu sinh học trong bối cảnh hiện nay. Tuy nhiên, để phát triển bền vững nguồn năng lượng sinh học cần quan tâm đặc biệt đến vai trò của tài nguyên nước. Tài nguyên nước đóng vai trò quan trọng tham gia vào hầu hết các quá trình sản xuất và chế biến năng lượng sinh học như: tưới tiêu cho cây trồng nguyên liệu, nước dùng cho quá trình chế biến sản xuất nguyên liệu, nước dùng cho chăn nuôi gia súc và nước rửa chuồng trại... Trong bối cảnh trên, nghiên cứu về việc sử dụng nước và hiệu quả sử dụng tài nguyên nước trong quá trình sản xuất và chế biến nguyên liệu phục vụ sản xuất năng lượng sinh học là vô cùng cần thiết. Bên cạnh đó, cũng cần nghiên cứu về chất lượng nước như là phương thức giám sát tác động của quá trình sản xuất và chế biến nguyên liệu năng lượng sinh học đến tài nguyên nước. Nghiên cứu các chỉ số sử dụng nước và sử dụng nước hiệu quả, chỉ số về chất lượng nước là những cơ sở quan trọng cho đánh giá quá trình phát triển cũng như tiềm năng phát triển năng lượng sinh học bền vững tại Việt Nam.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-NGUYỄN QUANG CHUNG

NGHIÊN CỨU CHỈ SỐ SỬ DỤNG NƯỚC VÀ

CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2018

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-NGUYỄN QUANG CHUNG

NGHIÊN CỨU CHỈ SỐ SỬ DỤNG NƯỚC VÀ

CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS Nguyễn Kiều Băng Tâm

2 TS Lương Hữu Thành

Hà Nội – Năm 2018

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới PGS.TS NguyễnKiều Băng Tâm, T.S Lương Hữu Thành, người cô, người thầy mẫu mực đã tận tụyhướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài cũngnhư luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong cuộc sống

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong Khoa Môi trường,Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã dành mọi tâmhuyết giảng dạy, trang bị kiến thức cho chúng tôi trong suốt khóa học này

Tôi cũng xin lời cảm ơn đến tập thể các anh, chị, Bộ Môn Sinh học Môitrường, Viện Môi trường Nông nghiệp đã nhiệt tình cộng tác và giúp đỡ tôi trongsuốt quá trình thực hiện đề tài này

Cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn ở bênđộng viên, và chia sẻ khó khăn giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luậnvăn này

Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2017

Học viên

Nguyễn Quang Chung

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Quang Chung xin cam đoan rằng: Đề tài luận văn thạc sỹ

“Nghiên cứu chỉ số sử dụng nước và chất lượng nước trong quá trình phát triển năng lượng sinh học tại Việt Nam” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của

PGS.TS Nguyễn Kiều Băng Tâm, T.S Lương Hữu Thành, tài liệu nghiên cứu trongluận văn là trung thực, các tài liệu được trích dẫn trong luận văn có nguồn gốc vàtrích dẫn rõ ràng

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bàytrong luận văn này

Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2017

Học viên

Nguyễn Quang Chung

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 8

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về hiện trạng khai thác và sử dụng năng lượng sinh học ở Việt Nam và Thế giới 4

1.2 Tổng quan về hiện trạng sản xuất và chế biến năng lượng sinh học từ cây sắn và biogas ở Việt Nam 11

1.2.1 Hiện trạng sản xuất và chế biến năng lượng sinh học từ cây sắn ở Việt Nam 11

1.2.2 Hiện trạng sản xuất và chế biến năng lượng sinh học từ biogas ở Việt Nam 13

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 18

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 18

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 18

2.2 Phương pháp nghiên cứu 18

2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 18

2.2.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 18

2.2.3 Phương pháp phân tích mẫu nước trong phòng thí nghiệm 20

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu 20

2.3 Tổng quan về chỉ số sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước (Chỉ số 1) 21

2.3.1 Miêu tả chỉ số và đơn vị đo đường 21

2.3.2 Cơ sở khoa học 21

2.3.3 Ý nghĩa 24

2.4 Tổng quan về chỉ số đánh giá chất lượng nước (Chỉ số 2) 25

2.4.1 Miêu tả chỉ số và đơn vị đo lường 26

2.4.2 Ý nghĩa 27

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Chỉ số sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước 29

3.1.1 Kết quả đánh giá chỉ số sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước cho cây sắn 29

3.1.2 Kết quả đánh giá chỉ số sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước cho biogas 34

3.2 Chỉ số chất lượng nước 40

3.2.1 Kết quả phân tích chỉ số chất lượng nước cho cây sắn 40

3.2.2 Kết quả phân tích chỉ số chất lượng nước cho biogas 42

3.3 Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nước và giảm ô nhiễm nguồn nước trong sản xuất, chế biến nguyên liệu sinh học 47

3.3.1 Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nước và giảm ô nhiễm trong trồng trọt và chế biến sắn nguyên liệu phục vụ nhu cầu phát triển năng lượng sinh học 48

3.3.2 Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nước và giảm ô nhiễm trong sản xuất biogas phục vụ nhu cầu phát triển năng lượng sinh học 49

KẾT LUẬN 51

1 Chỉ số “sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước” 51

2 Chỉ số “chất lượng nước” 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 57

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Sản lượng và năng suất sắn từ năm 2009- 2014 11

Bảng 1.2: Công suất sản xuất ethanol của 4 nhà máy lớn nhất Việt Nam 13

Bảng 1.3: Số lượng gia súc, gia cầm giai đoạn 2000 – 2016 13

Bảng 1.4 : Quy mô trang trại chăn nuôi gia súc, gia cầm tại Việt Nam (2009) 14

Biểu đồ 1: Lượng nước lấy ra theo mục đích sử dụng ở Việt Nam 29

Bảng 3.1: Lượng nước sử dụng cho sản xuất ethanol sinh học tại Việt Nam 32

Bảng 3.4: Sử dụng nước trong sản xuất biogas ở Việt Nam 39

Bảng 3.5: Kết quả phân tích mẫu nước xung quanh các khu vực trồng sắn 41

Bảng 3.6: Kết quả phân tích 30 mẫu nước thải biogas thu thập tại tỉnh Phú Thọ 43

Bảng 3.7: Thông tin về chất lượng nước thải phát từ các công trình KSH 44

Bảng 3.8 Nồng độ N, P, K trong hầm khí sinh học 46

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

BOD Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical oxygen Demand)COD Nhu cầu oxy hóa học(Chemical Oxygen Demand)

NN & PTNT Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn

DO Oxy hoà tan (Dissolved Oxygen)

FAO Tổ chức nông lương thế giới

TAWW Tổng lượng nước lấy ra sử dụng hàng năm

TARWR Tổng nguồn nước có thể tái tạo

TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Turbidity & Suspendid Solids)

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, có nguồn tài nguyênnhiên liệu năng lượng phong phú và đa dạng như: than, dầu khí và các nguồn nănglượng tái tạo như năng lượng: mặt trời, gió, mưa, thủy triều, sóng trong đó, đángchú ý là tiềm năng năng lượng sinh học

Trong những năm qua, ngành năng lượng Việt Nam đã phát triển mạnh trongtất cả các khâu thăm dò, khai thác, sản xuất, phân phối và xuất nhập khẩu nănglượng góp phần quan trọng trong quá trình kinh tế đất nước

Hiện nay, ngành năng lượng Việt Nam vẫn dựa trên ba trụ cột chính là than

đá, dầu khí, và thủy điện với trữ lượng ước tính lần lượt là: than đá 6,14 tỷ tấn, dầukhí 3,8-4,2 tỷ tấn, thủy điện 80 tỷ kWh Tuy nhiên, hiệu quả khai thác và sử dụngnăng lượng các nguồn nhiên liệu hóa thạch còn thấp, chưa đảm bảo an ninh nănglượng quốc gia Hiện tượng thiếu điện vẫn thường xuyên xảy ra vào mùa nóng, trữlượng than đá đang bị khai thác không đảm bảo tính bền vững, dự trữ dầu quốc giachưa đủ khả năng bình ổn giá khi xảy ra khủng hoảng giá dầu mỏ trên thị trường thếgiới Theo dự báo quá trình công nghiệp hóa nhanh chóng sẽ khiến Việt Nam sẽphải đối mặt với tình trạng thiếu hụt năng lượng trong tương lai không xa nếu giữnguyên tốc độ khai thác và tiêu thụ như hiện nay Ngoài ra, việc khai thác và sửdụng năng lượng hóa thạch đang gây suy thoái nghiêm trọng môi trường Quá trìnhkhai thác và tiêu thụ than đá thải vào môi trường một lượng lớn khí CO2, NOX, SOX,thủy ngân và nhiều kim loại nặng như chì, cadmium, asen Nước thải từ các mỏ thanchứa axit, các chất gây ô nhiễm đất, nguồn nước và tác động nghiêm trọng tới hệsinh thái và sức khỏe con người Đối với việc khai thác dầu khí cũng đã tạo ra nhiềuvấn đề môi trường như ô nhiễm dầu với đất, không khí và nước, rò rỉ giếng khoan,dầu loang, đắm tàu và các sự cố tràn dầu, nguy cơ lún đất khi khai thác thềm lụcđịa

Việc cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch và sức ép lên môi trường cũng như nhucầu năng lượng cũng mở ra cơ hội phát triển cho ngành năng lượng tái tạo ở ViệtNam, trong đó, năng lượng sinh học có tiềm năng đặc biệt lớn và là loại hình nănglượng thân thiện với môi trường Việt Nam nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới ẩmgió mùa, là một nước nông nghiệp với nền nông nghiệp đa dạng và phát triển vớinhiều sản phẩm nông nghiệp có sản lượng lớn như: lúa, sắn, ngô đây là tiềm năng

để chúng ta xem xét sản xuất năng lượng sinh học từ các sản phẩm nông nghiệptrên Bên cạnh đó, nền nông nghiệp với phương phức trồng trọt và chăn nuôi tạo ralượng phế thải chăn nuôi, phân chuồng, chất thải hữu cơ dồi dào là nguồn nguyênliệu đầu vào tiềm năng cho sản xuất năng lượng sinh học Theo ước tính tiềm năng

và khả năng khai thác năng lượng sinh học rắn cho năng lượng và phát điện củaViệt Nam có thể đạt 170 triệu tấn và đạt mức sản lượng điện 2000 MW

Mới đây, Ngày 06 tháng 06 năm 2017 Văn phòng Chính phủ đã ra thông báokết luận số 255/TB-VPCP “Kết luận của Phó thủ tướng Chính Phủ Trịnh Đình Dũngtại cuộc họp về việc thực hiện đề án phát triển nhiên liệu sinh học và lộ trình ápdụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống” Theo đó, kể từngày ngày 01 tháng 01 năm 2018, chỉ cho phép sản xuất kinh doanh xăng E5 RON

92 và xăng khoáng RON 95 nhằm góp phần bảo đảm mục tiêu an ninh năng lượng,giảm dần sự lệ thuộc vào xăng khoáng, cải thiện môi trường, đồng thời thực hiện tốtcác cam kết của Chính phủ Việt Nam với quốc tế về giảm khí thải nhà kính, gópphần tạo thu nhập bền vững cho khu vực nông nghiệp và thúc đẩy tái cơ cấu ngànhnông nghiệp

Như vậy, có thể thấy vai trò vô cùng quan trọng của phát triển nhiên liệu sinhhọc trong bối cảnh hiện nay Tuy nhiên, để phát triển bền vững nguồn năng lượngsinh học cần quan tâm đặc biệt đến vai trò của tài nguyên nước Tài nguyên nướcđóng vai trò quan trọng tham gia vào hầu hết các quá trình sản xuất và chế biếnnăng lượng sinh học như: tưới tiêu cho cây trồng nguyên liệu, nước dùng cho quátrình chế biến sản xuất nguyên liệu, nước dùng cho chăn nuôi gia súc và nước rửachuồng trại Trong bối cảnh trên, nghiên cứu về việc sử dụng nước và hiệu quả sử

dụng tài nguyên nước trong quá trình sản xuất và chế biến nguyên liệu phục vụ sảnxuất năng lượng sinh học là vô cùng cần thiết Bên cạnh đó, cũng cần nghiên cứu vềchất lượng nước như là phương thức giám sát tác động của quá trình sản xuất và chếbiến nguyên liệu năng lượng sinh học đến tài nguyên nước Nghiên cứu các chỉ số

sử dụng nước và sử dụng nước hiệu quả, chỉ số về chất lượng nước là những cơ sởquan trọng cho đánh giá quá trình phát triển cũng như tiềm năng phát triển nănglượng sinh học bền vững tại Việt Nam

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, tôi tiến hành nghiên cứu áp dụng đề tài:

“Nghiên cứu chỉ số sử dụng nước và chất lượng nước trong quá trình phát triển

năng lượng sinh học tại Việt Nam”.

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu áp dụng chỉ số sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước cho 2 giaiđoạn sản xuất và chế biến nhiên liệu sinh học ở Việt Nam

- Nghiên cứu áp dụng chỉ số chất lượng nước do ảnh hưởng của 2 giai đoạn sản xuất

và chế biến nhiên liệu sinh học ở tình Phú Thọ

- Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nước và giảm ô nhiễm nguồnnước trong sản xuất, chế biến nguyên liệu phục vụ phát triển năng lượng sinh học ởtỉnh Phú Thọ và Việt Nam

3 Bố cục luận văn

Ngoài các phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và phụ lục, bố cục luận văn gồm 3chương:

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về hiện trạng khai thác và sử dụng năng lượng sinh học ở Việt Nam và Thế giới

Hiện nay trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư,chiếm tới 14-15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới Ở các nước đang pháttriển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn nhất, trung bình đóng góp khoảng35% trong tổng cung cấp năng lượng, khoảng 50 nước ở khắp các châu lục khaithác và sử dụng năng lượng sinh học ở các mức độ khác nhau Năm 2006, toàn thếgiới đã sản xuất khoảng 50 tỷ lít ethanol (75% dùng làm nhiên liệu) so với năm

2003 là 38 tỷ lít, năm 2018 là khoảng 80 tỷ lít; năm 2005 sản xuất 4 triệu tấn dieselsinh học (B100), năm 2020 sẽ tăng lên khoảng trên 20 triệu tấn [9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Brasil

Brasil là quốc gia đầu tiên sử dụng ethanol sinh học làm nhiên liệu ở quy môcông nghiệp từ năm 1970 Tất cả các loại xăng ở quốc gia này đều pha khoảng 25%ethanol (E25), mỗi năm tiết kiệm được trên 2 tỷ USD do không phải nhập dầu mỏ.Hiện tại, ở nước này có 3 triệu ôtô sử dụng hoàn toàn ethanol và trên 17 triệu ôtô sửdụng E25 Thành công này bắt nguồn từ chương trình Proalcool của Chính phủđược thực thi từ năm 1975, chương trình này đã trở thành mẫu hình cho nhiều quốcgia khác tham khảo.[9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Mỹ

Mỹ hiện là quốc gia sản xuất ethanol sinh học lớn nhất thế giới (năm 2006đạt gần 19 tỷ lít, trong đó 15 tỷ lít dùng làm nhiên liệu – chiếm khoảng 3% thịtrường xăng) Năm 2012 sẽ cung cấp trên 28 tỷ lít ethanol và diesel sinh học, chiếm3,5% lượng xăng dầu sử dụng Để khuyến khích sử dụng nhiêu liệu sạch, Chính phủ

đã thực hiện việc giảm thuế 0,50 USD/gallon ethanol và 1 USD /gallon diesel sinhhọc, hỗ trợ các doanh nghiệp nhỏ sản xuất năng lượng sinh học Người đứng đầuNhà trắng đã tuyên bố sẽ đưa nước Mỹ thoát khỏi sự phụ thuộc dầu mỏ từ nước

ngoài, bằng cách đầu tư lớn cho nghiên cứu và phát triển để tạo công nghệ mới sảnxuất năng lượng sạch và năng lượng sinh học.[9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Đức

Ở Đức, Luật Năng lượng tái tạo có hiệu lực từ năm 2000, đã đưa ra cơ chếkhuyến khích ưu tiên phát lên lưới điện quốc gia những nguồn điện từ năng lượngtái tạo (mặt trời, gió, thuỷ điện, sinh khối và địa nhiệt) Sản xuất điện từ biogas vàsinh khối hiện nay đang rất phát triển với số lượng nhà máy đã đạt tới 4600 nhà máyvới tổng công suất 1700MW/năm (năm 2009), và dự kiến sẽ tăng lên 5400 nhà máynăm 2018.[9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Nga

Công ty JSC PromSviaz Automatika của Nga sẽ hợp tác với chính quyền tỉnhNam Sulawesi (Inđônêxia) xây dựng một nhà máy điện sử dụng năng lượng sinhhọc mới có công suất từ 20-100 MW nhằm giúp Nam Sulawesi khắc phục tình trạngthiếu điện kéo dài.[9]

Báo Bưu điện Giacácta ngày 10/11 dẫn lời ông Vladimir Khusainov, Tổnggiám đốc JSC PromSviaz Automatika cho biết nhà máy điện trên sẽ sử dụng vỏ trấu

và rơm để làm nhiên liệu chạy máy phát điện Khu vực Nam Sulawesi có thể cungcấp đầy đủ số lượng vỏ trấu và rơm với chất lượng đảm bảo cho hệ thống máy phátđiện Ông Khusainov cho biết nhà máy điện sử dụng loại năng lượng sinh học mớinày có giá thành thấp hơn các nhà máy điện sử dụng than và dầu diesel, đồng thờigóp phần làm giảm bớt ô nhiễm môi trường Mặt khác, than của vỏ trấu và rơm saukhi bị đốt cháy trong các lò có thể được thu hồi và đem bán cho các nhà máy ximăng hoặc các cơ sở công nghiệp chế biến dầu thô Một triệu tấn vỏ trấu có thể sảnxuất ra 100 MW điện và 5 triệu tấn rơm có thể sản xuất được 400 MW Trong khi

đó, ông Shyahrul, Chủ tịch tỉnh Nam Sulawesi cho biết tỉnh này hiện đang bị thiếuhụt từ 50-80 MW điện Ngoài việc sử dụng vỏ trấu và rơm để sản xuất điện, nhàmáy sử dụng năng lượng sinh học mới còn giúp khuyến khích bà con nông dântrồng lúa và mang lại thu nhập thêm cho họ Tờ báo cũng dẫn lời ông Vasily Tsarev,

dựng một số nhà máy điện sử dụng năng lượng sinh học mới ở Đảo Java và ở BắcSumatra.[9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Canada

Ở Canada, trường đại học Lakehead hiện đang nghiên cứu chế tạo dầu sinhhọc thông qua việc hoá lỏng các loại sinh khối, chất thải trong nông nghiệp nhưphần thải từ cây lúa mì, ngô, v.v… Theo đó, qua một quá trình thuỷ phân dưới điềukiện nhiệt độ và áp suất cao từ các loại sinh khối này sẽ thu được dầu sinh học (bio-crude oil) có thể dùng để phát triển biodiesel sau này Một hướng nghiên cứu khác

là thay thế ethanol bằng butanol sinh học bởi nó cung cấp nhiều năng lượng hơn khicùng một đơn vị thể tích Một số trường đại học, viện nghiên cứu ở Mỹ và HànQuốc đã nghiên cứu để chế tạo butanol sinh học từ các loại sinh khối [9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Achentina

Achentina đã phê duyệt Luật Năng lượng sinh học (tháng 4.2006) quyđịnh năm 2010 các nhà máy lọc dầu pha 5% ethanol và 5% diesel sinh học trongxăng dầu để bán trên thị trường Costa Rica, Philipin… đều có lộ trình sử dụngdiesel sinh học từ dầu cọ, dầu dừa Các quốc gia thuộc châu âu đều có chươngtrình Năng lượng sinh học như: Đức, Anh, Pháp, Tây Ban Nha, Italia, Hà Lan,Thụy Điển, Bồ Đào Nha, Thụy Sĩ, áo, Bungari, Ba Lan, Hungari, Ucraina,Belarus, Nga, Slôvakia [9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Nhật Bản

Ở Nhật Bản, Chính phủ đã ban hành Chiến lược năng lượng sinh học(Nippon Biomas Strategy) từ năm 2003 và hiện nay đang tích cực thực hiện Dự ánphát triển các đô thị sinh khối (biomass town) và đã có 208 đô thị đạt danh hiệu này,mục tiêu đến 2020 sẽ đạt 300 thành phố/đô thị.[9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Hàn Quốc

Hàn Quốc đã xây dựng cho mình một Chiến lược tăng trưởng xanh, phát thải

ít cac-bon ( chiến lược tăng trưởng xanh và ít các-bon) trong vòng 60 năm tới vớicác công cụ chính là công nghệ, chính sách và thay đổi lối sống Đối với lãnh đạo

đất nước này, tăng trưởng xanh không phải là một sự lựa chọn mà là sự lựa chọnduy nhất Một trong những mục tiêu mà Chiến lược đề ra là đến 2050, Hàn Quốc sẽhoàn 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 họcđang được tích cực nghiên cứu, phát triển ở đất nước này với mục tiêu đến năm

2030 năng lượng tái tạo sẽ đạt 11%, trong đó năng lượng từ sinh khối sẽ đạt 7,12%.Ngoài các công nghệ chế tạo biogas thông thường như từ sinh khối, từ chất thảichăn nuôi, Hàn Quốc đang tích cực phát triển bioga từ bùn thải Theo tính toán củacác nhà khoa học thì cứ 100kg COD bùn thải (từ hệ thống xử lý nước thải) khi đivào bể yếm khí sẽ cho ra 40-45m3 khí mê-tan, 5kg bùn và nước thải có chứa 10-20

kg COD [9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Trung Quốc

Trung Quốc đã có Luật năng lượng tái tạo và hiện nay đã có hơn 80 nhà máyđiện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy Tiềm năng là có thểđạt được 30GW điện từ loại hình năng lượng này và Chính phủ hiện đang thúc đẩyhợp tác, mời gọi đầu tư Việc nghiên cứu phát triển biogas để chạy máy phát điện từbùn thải từ các trạm xử lý nước thải cũng đang được thực hiện Đây là một hoạtđộng rất có tiềm năng vì hiện nay trên toàn Trung Quốc đã có đến 1521 nhà máy xử

lý nước thải được xây dựng tính đến năm 2008 và sẽ tiếp tục tăng, với tỷ lệ nướcthải được xử lý là 28% (1999), 63% (2008) và 70% (dự kiến 2018) [9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Thái Lan

Từ năm 1985, Thái Lan đã huy động hàng chục cơ quan khoa học đầu ngành

để thực thi dự án Hoàng gia phát triển công nghệ hiệu quả sản xuất ethanol và dieselsinh học từ dầu cọ Năm 2001, nước này đã thành lập ủy ban ethanol nhiên liệuquốc gia (NEC) do Bộ trưởng Công nghiệp phụ trách để điều hành chương trìnhphát triển NLSK Năm 2003, đã có hàng chục trạm phân phối xăng E10 ở Băngcốc

và vùng phụ cận Chính phủ khẳng định E10 và B10 sẽ được sử dụng trong cả nướcvào đầu thập kỷ tới.[9]

Ở Thái Lan, Chính phủ đề ra mục tiêu năng lượng tái tạo đạt 20% trên tổngnăng lượng tiêu thụ vào năm 2022 Thái Lan đã bãi bỏ việc sử dụng dầu diesel100% từ 2008, thay vào đó là B2 và dự kiến đến năm 2011 sẽ chuyển sang B5.Biodiesel chủ yếu được sản xuất từ dầu cọ (palm oil) với tổng khối lượng là 1,3triệu tấn biodiesel/ngày (2008) và dự kiến đến 2022, số lượng này sẽ là 4,5 triệulít/ngày Thái Lan cũng tích cực thức đẩy việc thu mua, tái chế các loại dầu ăn thải

bỏ sau sử dụng từ các cơ sở công nghiệp thực phẩm, từ các nhà hàng, khách sạn, các

hộ gia đình để sản xuất thức ăn gia súc và chế biến biodiesel.[9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Phillipine

Ở Phillipine, Luật nhiên liệu sinh học (Biofuel Act) được ban hành từ năm

2006 với mục tiêu giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch Hiện nay việc sảnxuất B2 và E5 là bắt buộc đối với các nhà sản xuất, phân phối nhiên liệu ởPhillipine.[9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Malaysia và Indonesia

Malaysia và Indonesia là hai quốc gia sản xuất dầu cọ lớn nhất thế giới, riêngsản lượng của Malaysia là 15,8 triệu tấn (2008) và việc sản xuất dầu biodiesel đãđược thực hiện từ 20 năm nay, mặc dù Luật công nghiệp nhiên liệu sinh học mớiđược ban hành gần đây (2007) Indonesia, ngoài sản xuất biodiesel từ dầu cọ, hiệncũng đang thúc đẩy thực hiện Dự án làng tự cung cấp về năng lượng theo đó khuyếnkhích phát triển năng lượng từ sinh khối như chất thải vật nuôi, chất thải của sảnxuất cacao, v.v… Ngoài dầu cọ, Indonesia đang phát triển mạnh cây cọc rào(jatropha) để sản xuất diesel sinh học.[9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Ấn Độ

Ấn Độ hiện tiêu thụ khoảng 2 triệu thùng dầu mỏ /ngày nhưng có tới 70%phải nhập khẩu Chính phủ đã có kế hoạch đầu tư 4 tỷ USD cho phát triển nhiên liệutái tạo, mỗi năm sản xuất khoảng 3 tỷ lít ethanol Từ tháng 1.2003, 9 bang và 4 tiểuvùng đã sử dụng xăng E5, thời gian tới sẽ sử dụng ở các bang còn lại, sau đó sửdụng trong cả nước Để phát triển diesel sinh học dùng cho giao thông công cộng,

Chính phủ có kế hoạch trồng các cây có dầu, đặc biệt là dự án trồng 13 triệu héctacây Jatropha curcas /physic nut (cây cọc rào, cây dầu mè) để năm 2010 thay thếkhoảng 10% diesel dầu mỏ [9]

Sử dụng năng lượng sinh học ở Việt Nam

Để đảm bảo an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường và thúc đẩy phát triểnkinh tế nông thôn tại các vùng sâu, vùng xa, ngày 20-11-2007, Thủ tướng Chính

phủ đã phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn

2025” Đề án bao gồm hoạt động của các cơ quan chính phủ và doanh nghiệp nhằmxây dựng lộ trình sử dụng nhiên liệu sinh học của Việt Nam, khung pháp lý, cácchính sách khuyến khích sản xuất, xây dựng mô hình thử nghiệm sản xuất và phânphối nhiên liệu sinh học cũng như các dự án đầu tư của Chính phủ để phát triểnnhiên liệu sinh học đến năm 2025 Việt Nam sẽ đẩy mạnh phát triển nhiên liệu sinhhọc và mục tiêu dự kiến đến năm 2025 sẽ sản xuất và đưa vào sử dụng xăng E5(95% xăng khoáng và 5% etanol) và dầu B5 (95% diezel khoáng và 5% diezen sinhhọc) trên phạm vi cả nước, đáp ứng 5% nhu cầu xăng dầu cả nước [6]

Mới đây, ngày 06 tháng 06 năm2017 Văn phòng Chính phủ đã ra thông báokết luận số 255/TB-VPCP “Kết luận của Phó thủ tướng Chính Phủ Trịnh Đình Dũngtại cuộc họp về việc thực hiện đề án phát triển nhiên liệu sinh học và lộ trình ápdụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống” Theo đó, kể từngày ngày 01 tháng 01 năm 2018, chỉ cho phép sản xuất kinh doanh xăng E5 RON

92 và xăng khoáng RON 95 nhằm góp phần bảo đảm mục tiêu an ninh năng lượng,giảm dần sự lệ thuộc vào xăng khoáng, cải thiện môi trường, đồng thời thực hiện tốtcác cam kết của Chính phủ Việt Nam với quốc tế về giảm khí thải nhà kính, gópphần tạo thu nhập bền vững cho khu vực nông nghiệp và thúc đẩy tái cơ cấu ngànhnông nghiệp [7]

Một số dự án liên quan đến nhiên liệu sinh học đã và đang triển khai trong nước:

- Nghiên cứu và sản xuất nhiên liệu sạch đã được Petrolimex, Petro VietNam triển khai và đã có những kết quả Đại học Bách Khoa TP.HCM đã pha chế, thửnghiệm để chứng minh ethanol có thể thay thế xăng dùng làm nhiên liệu cho động

cơ đốt trong.

- Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam, Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng –Viện KH&CNVN đã triển khai sản xuất điêzen sinh học từ dầu, mỡ động thực vật(biodiesel thế hệ 1)

- Viện Nghiên cứu rượu bia NGK cũng đã nghiên cứu và đưa ra các kết quả về

sử dụng ethnol làm nhiên liệu thay thế cho một số loại động cơ

- Công ty Phụ gia dầu mỏ APP đã pha chế, thử nghiệm sản xuất mỡ bôi trơn từ

mỡ thực vật hoá học

- Viện Công nghệ thực phẩm đã và đang nghiên cứu sản xuất ethanol từ phế thảinông nghiệp Nhiều đơn vị trong đó có APP, Sài Gòn Petro, Công ty Mía đườngLam Sơn đã lên kế hoạch pha chế thử nghiệm và tiến tới sản xuất ở quy mô phùhợp và đưa vào sử dụng

- Công ty Cổ phần Cồn sinh học Việt Nam đã đầu tư xây dựng nhà máy sảnxuất cồn công nghiệp với công suất 66.000 m3/năm tại Đắc Lắc Để đảm bảonguyên liệu, công ty đã lên kế hoạch trồng 4.000 ha cây tinh bột Tiboca

- Bên cạnh đó là các dự án hợp tác đầu tư liên doanh liên kết giữa Công tyđường Biên Hoà với Công ty của Singapore ký kết hợp tác tháng 8/2007 đầu tư nhàmáy sản xuất cồn sinh học công suất 50.000 tấn/năm; dự án hợp tác Công tyPetrosetco Việt Nam và Itochu Nhật Bản đầu tư khoảng 100 triệu USD để xây nhàmáy etanol công suất 100 triệu lít/năm từ nguyên liệu sắn lát tại Khu công nghiệpPhước Hiệp - TP.HCM Dự kiến, khoảng 99,8% sản phẩm etanol sẽ được cung ứngcho thị trường phục vụ sản xuất xăng sinh học

- Mới đây, nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng sản phẩm phế thải nông, lâmnghiệp như rơm rạ thành etanol sinh học đã được triển khai ở Viện Công nghệ Sinhhọc-Viện KH&CNVN, Đại học Bách khoa Hà Nội…Tuy nhiên kết quả đạt đượccòn khiêm tốn, chưa thể áp dụng triển khai sản xuất lớn và thương mại hóa

- Viện Hóa học- Viện KH&CNVN đã tiến hành nghiên cứu nhiệt phân rơm rạ

có xúc tác và không xúc tác thành nhiên liệu lỏng - dầu sinh học (bio-oil) [10]

1.2 Tổng quan về hiện trạng sản xuất và chế biến năng

lượng sinh học từ cây sắn và biogas ở Việt Nam

1.2.1 Hiện trạng sản xuất và chế biến năng lượng sinh học từ cây sắn ở Việt Nam

Cây sắn là cây lấy củ được du nhập vào nước ta từ đầu thế kỷ 19; cùng vớilúa và ngô, sắn là cây lương thực và cây cứu đói Hiện nay, cây sắn đã chuyển đổivai trò từ cây lương thực sang cây trồng xuất khẩu và mang tính hàng hóa cao.Quan niệm đối với cây sắn gần đây đã có những thay đổi vì lợi ích và giá trị mà nómang lại cho các ngành công nghiệp chế biến như: sản xuất tinh bột, thức ăn giasúc, đường, bột ngọt, nhiên liệu sinh học… Sắn cùng với lúa, ngô là ba cây trồngđược ưu tiên phát triển trong tầm nhìn chiến lược đến năm 2020 của Bộ Nôngnghiệp& PTNT Năm 2014, diện tích trồng sắn toàn quốc đạt 551,30 ngàn ha, năngsuất củ tươi bình quân 18,55 tấn/ha, sản lượng 10,2 triệu tấn (Tổng cục Thống kêViệt Nam, 2014) So với năm 2000, sản lượng sắn Việt Nam đã tăng hơn 3,93 lần,năng suất sắn đã tăng lên gấp hai lần Tuy nhiên năng suất sắn của Việt Nam cònthấp hơn so với một số nước Đông Nam Á như Lào (25,17 tấn/ha), Indonesia (22,86tấn/ha), Thái Lan (21,82 tấn/ha) [3]

Bảng 1.1 Sản lượng và năng suất sắn từ năm 2009- 2014

trồng sắn chính của Việt Nam thì chỉ có vùng Đông Nam bộ và một ít diện tích củavùng Bắc Trung bộ, Duyên hải miền Trung là sắn được trồng trên đất bằng; còn lạisắn được trồng chủ yếu trên đất dốc, đất nghèo dinh dưỡng đã và đang bị xói mòn

và thoái hóa rất nghiêm trọng Do vậy, năng suất sắn của Việt Nam hiện nay cònthấp (18,55 tấn/ ha) chỉ tương đương với năng suất sắn trung bình của thế giới Mặtkhác, nông dân thường quan niệm rằng cây sắn là cây dễ trồng nên đầu tư thâmcanh thấp, ít đầu tư về phân bón, chưa chú trọng các biện pháp bảo vệ và duy trìdinh dưỡng đất Do vậy, đất trồng sắn đã nghèo lại càng cạn kiệt dinh dưỡng hơn

Kinh nghiệm sản xuất sắn ở Việt Nam cho thấy: sắn là cây dễ trồng, đầu tưthấp và không kén đất lại cho năng suất trên một đơn vị diện tích cao (có thể trồngđược trên các loại đất xấu, đất khô hạn, nghèo dinh dưỡng mà các cây trồng kháckhông thể sống nổi; ví dụ: đất cát khô hạn ở ven biển Duyên hải miền Trung) Ở cáctỉnh phía Nam sắn được trồng vào đầu mùa mưa và thu hoạch vào mùa nắng nênkhông bị động về nhân công và có thể cơ khí hóa toàn bộ từ khâu trồng đến chămsóc và thu hoạch; do vậy, có thể tăng năng suất và hạ giá thành sản xuất Thực tếtrồng sắn của nông dân cho thấy: nếu trồng sắn đúng kỹ thuật, có đầu tư thâm canhthì hoàn toàn có thể duy trì được năng suất sắn cao ổn định và bảo vệ được dinhdưỡng đất trồng sắn Một thí dụ điển hình là tỉnh Tây Ninh có năng suất sắn bìnhquân đạt 30 tấn/ ha; cá biệt có những hộ nông dân đạt từ 60 đến 100 tấn/ ha ở cácchân đất đã trồng sắn nhiều năm liên tục (20- 30 năm)

Hiện nay, các vùng đất cát ven biển Duyên hải miền Trung của nước ta cóquỹ đất tự nhiên còn để hoang hóa rất lớn; có thể tận dụng trồng sắn, tạo công ănviệc làm và thu nhập cho các hộ nghèo vùng sâu- vùng xa Cây sắn còn là cây cholượng hydrat cacbon cao và cũng là cây có tỷ lệ thu hồi ethanol cao nhất Việc sửdụng nhiên liệu sạch trong các đô thị hiện đại đang trở thành nhu cầu tất yếu; hiệnnay và sắp tới chưa có cây trồng nào có thể thay thế cây sắn trong lĩnh vực chế biếnnhiên liệu sinh học (kể cả cây cao lương và cây mía)

Như vậy, sắn vẫn sẽ tiếp tục là một loại cây chiến lược quan trọng ở ViệtNam đến năm 2020 Theo Quyết định của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thônban hành năm 2012 về phát triển đến năm 2020 với tầm nhìn đến năm 2030: đến

năm 2020 diện tích sắn sẽ ổn định ở mức 450.000 ha, thâm canh với năng suất 11triệu tấn rễ tươi cho thức ăn gia súc và nhiên liệu sinh học Hiện nay, nhiều ngànhcông nghiệp chế biến đang sử dụng sắn làm nguyên liệu chính cho sản xuất tinh bột,thức ăn gia súc và nhiên liệu sinh học [3] Bên cạnh đó, từ năm 2007 nhiều nhà máysản xuất ethanol quy mô lớn đã được xây dựng.

Bảng 1.2: Công suất sản xuất ethanol của 4 nhà máy lớn nhất Việt Nam S

ố

Nhà máy ethanol sản xuất năng

lượng sinh học

Công suất (Triệu lít/năm)

Sắn nguyên liệu (tấn/năm)

2 Nhà máy ethanol Đại Tân, Công ty

( Nguồn: [10])

1.2.2 Hiện trạng sản xuất và chế biến năng lượng sinh học từ biogas ở Việt Nam

Bảng 1.3: Số lượng gia súc, gia cầm giai đoạn 2000 – 2016

Bảng 1.4 : Quy mô trang trại chăn nuôi gia súc, gia cầm tại Việt Nam (2009)

Loại gia

cầm

Tổng số trang trại

(trang trại)

Qui mô

Dưới 5000 (con)

Từ 8000 (con)

5000-Từ 11000 (con)

8000-Từ 15000 (con)

11000-Trên 15000 (con)

Loại gia súc

Tổng số trang trại

(trang trại)

Qui mô

Dưới 100 con

Từ 100-300 con

Từ 300-500 con

Trên 500 con

(Nguồn: Bộ Nông nghiệp và PTNT , 2009)

Đối với chăn nuôi lợn nái và lợn thịt, quy mô trang trại chăn nuôi cũng tươngđối nhỏ, 88.26% số trang trại chăn nuôi lợn nái và 89.05% trang trại chăn nuôi lợnthịt có quy mô dưới 100 con Như vậy, với quy mô chăn nuôi trang trại như hiệnnay có thể đáp ứng được đủ nguyên liệu cho biogas Tuy nhiên, cũng như chăn nuôigia cầm, chăn nuôi lợn phân tán ở hầu hết các nông hộ đều ở quy mô nhỏ

Đối với chăn nuôi trang trại bò, trên 80% trang trại chăn nuôi bò có quy môdưới 100 con Tuy nhiên, vấn đề chăn nuôi bò ở nước ta vẫn chủ yếu là chăn nuôi

phân tán, việc thu gom phân trâu bò nhất là tại các tỉnh trung du, miền núi còn gặpnhiều khó khăn.

Đối với chăn nuôi trâu, dê, ngựa quy mô chăn nuôi trang trại cũng tương tự,gần 90% trang trại nuôi dưới 50 con Số hộ chăn nuôi nhỏ lẻ là rất phổ biến vì bìnhquân mỗi nông hộ không quá một con trâu, bò Việc chăn nuôi phân tán gây khókhăn cho công tác thu gom, quy hoạch và phát triển hệ thống hầm khí sinh họcNhận thức được vấn đề trong quy hoạch và phát triển chăn nuôi, Bộ Nôngnghiệp và PTNT đã có quy hoạch phát triển ngành chăn nuôi theo hướng tập trung,công nghiệp quy mô vừa và lớn; có năng suất, chất lượng, hiệu quả, sức cạnh tranhcao; bảo đảm vệ sinh thú y, môi trường và an toàn vệ sinh thực phẩm Theo đó, BộNông nghiệp và PTNT chủ trương đẩy mạnh cơ cấu ngành chăn nuôi lên 30% vàonăm 2010 và 35% vào năm 2015 [5]

Hiện nay đã có rất nhiều biện pháp xử lý phế thải chăn nuôi như chôn lấp hoặc

ủ đánh đống, sinh học, v.v trong đó, xử lý phế thải chăn nuôi theo phương phápsinh học không những đạt hiệu quả cao, rút ngắn thời gian ủ, hạn chế ô nhiễm môitrường mà sản phẩm tạo thành sau khi xử lý còn có thể sử dụng như nguồn phânbón có chất lượng Phế thải chăn nuôi rắn ở quy mô nhỏ được chế biến thành phânhữu cơ (phân chuồng) theo phương pháp truyền thống hoặc sử dụng trực tiếp làmthức ăn cho cá hay bón phân cho cây trồng Trường hợp sử dụng trực tiếp phế thảichăn nuôi rắn có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường rất cao, ảnh hưởng không tốt đếnsức khoẻ cộng đồng và hiệu quả chăn nuôi Sản xuất phân ủ theo phương pháptruyền thống sẽ không thể áp dụng tại các cơ sở chăn nuôi tập trung vì không có đủđiều kiện cơ sở hạ tầng và nhân công

Xử lý phế thải chăn nuôi tập trung chỉ được quan tâm trong thời gian gần đây,khi chăn nuôi trang trại ở qui mô tập trung được hình thành và phát triển Mô hìnhvườn ao chuồng (VAC) đã phát triển nhanh chóng trong cơ cấu sản xuất nôngnghiệp của người dân Việt Nam Tuy nhiên, mặt trái của mô hình VAC đã có tácđộng xấu đến môi trường Chất thải từ vật nuôi và ao cá đã gây ô nhiễm nguồn nước

với nồng độ cao của ammonium và phosphate Công nghệ biogas đã được triển khai

ứng dụng tại các hộ chăn nuôi mang lại hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trườngtương đối rõ rệt “Kỹ thuật hầm ủ Biogas” của Hội làm vườn Việt Nam đã được BộNông nghiệp & PTNT công nhận là tiến bộ kỹ thuật và cho áp dụng vào sản xuất từtháng 10 năm 2002 (QĐ 4414-BNN-KHCN) Tuy nhiên công nghệ này được xâydựng trên cơ sở công nghệ biogas của Trung Quốc ở qui mô nhỏ nên vẫn còn một sốhạn chế như hiệu suất thu hồi khí chưa cao và khả năng ô nhiễm từ chất lỏng vàchất lắng cặn sau sản xuất biogas vẫn còn tồn tại [5].

Công nghệ khí sinh học (Biogas technology) đã được giới thiệu và phát triểntại Việt Nam từ năm 1960 Sau khi thống nhất đất nước vào năm 1975, công nghệkhí sinh học là một trong những hướng nghiên cứu được Nhà nước quan tâm, trong

đó có thể kể đến:

Chương trình năng lượng mới và tái tạo đến năm 1990: xây dựng các dự ánnghiên cứu tập trung vào công nghệ khí sinh học Bên cạnh đó công tác nghiên cứu,Nhà nước cũng hỗ trợ một phần ngân sách để phát triển công khí sinh học tại ViệtNam Các tổ chức tham gia vào chương trình là: Viện Năng lượng, Công nghệ Đạihọc Hà Nội, Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh, Đại học Công nghệ Đà Nẵng,Đại học Cần Thơ, Các Sở Khoa học Công nghệ và Môi trường Từ năm 1991, mặc

dù chương trình này đã không kết thúc, các hoạt động nghiên cứu và phát triển vẫnđược tiếp tục

Từ năm 1992, trong khuôn khổ các dự án của Bộ Nông nghiệp và Phát triểnnông thôn (Bộ NN & PTNT) được hỗ trợ của FAO, SAREC, SIDA, Viện Chăn nuôi(NIAH), một số mô hình phát triển khí sinh học đã ứng dụng và phát triển hệ thốngbiogas bằng túi PE Do chi phí thấp và xây dựng đơn giản, công nghệ này đã đượcnhân rộng thông qua các mạng lưới Khuyến nông, Hiệp hội làm vườn Việt Nam(VACVINA)

Những năm gần đây với sự hỗ trợ của Chương trình quốc gia về nước sạch và

vệ sinh môi trường, Trung tâm Hỗ trợ Phát triển nông thôn (RDAC) đã phát triển hệthống biogas theo mô hình nắp cố định và nắp di động, vật liệu xây dựng là ximăng, cát và gạch, một số địa phương đã bắt đầu ứng dụng vật liệu composite để

xây dựng hầm khí sinh học Chương trình khí sinh học cho ngành Chăn nuôi ViệtNam (BP), một Dự án hợp tác giữa hai Chính phủ Việt Nam và Hà Lan đã hỗ trợnông dân toàn quốc xây dựng 18.000 hầm khí sinh học trong giai đoạn I (2003 -2005) tại 12 tỉnh của 8 vùng sinh thái; 27.000 hầm khí sinh học vào cuối năm 2006

và đến cuối năm 2007 khoảng 16.000 hầm khí sinh học sẽ được xây dựng Tronggiai đoạn II Dự án khí sinh học (2008 - 2011) đã nhân rộng mô hình biogas ra hơn

50 tỉnh trong số 64 tỉnh, thành phố trong cả nước với mục tiêu xây dựng được140,000 hầm khí sinh học [16]

Trong những năm gần đây, số lượng các hầm sinh học kỵ khí (AD) đã tăng lênnhanh chóng Không có số liệu chính xác và cập nhật số lượng hầm sinh học kỵ khí

ở Việt Nam hiện đang có Việt Nam có 7 triệu hộ gia đình với mật độ trung bình

10-30 con heo/ hộ, 3-5 con gia súc / hộ và 7% tổng số hộ có hầm khí sinh học (tươngđương với 500.000 hầm) Trong đó khoảng 300.000 hầm được thay thế cho than đểnấu ăn ở vùng đồng bằng nông thôn và 200.000 hầm được thay thế cho gỗ để nấu ăn

ở vùng núi [19]

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

2 nguồn sản xuất năng lượng sinh học là: cây sắn và biogas

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu

- Lãnh thổ Việt Nam đối với chỉ số “sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước”

- Địa bàn tỉnh Phú Thọ đối với chỉ số “chất lượng nước”

2.1.3 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu chỉ số sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước cho 2 giai đoạn sảnxuất và chế biến nhiên liệu sinh học ở Việt Nam

- Nghiên cứu chỉ số chất lượng nước do ảnh hưởng của 2 giai đoạn sản xuất và chếbiến nhiên liệu sinh học ở tình Phú Thọ

- Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nước và giảm ô nhiễm nguồnnước trong sản xuất, chế biến nguyên liệu phục vụ phát triển năng lượng sinh học ởtỉnh Phú Thọ và Việt Nam

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp

Thu thập các tài liệu, các nghiên cứu, báo cáo, số liệu về:

- Tiềm năng phát triển năng lượng sinh học ở tỉnh Phú Thọ và Việt Nam

- Hiện trạng khai thác và sử dụng năng lượng sinh học ở tỉnh Phú Thọ, ViệtNam và Thế giới

- Hiện trạng sản xuất và chế biến năng lượng sinh học từ cây sắn và biogas ởViệt Nam

- Nguồn nước sử dụng cho sản xuất nguyên liệu và chế biến năng lượng sinh học

2.2.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp

- Khảo sát thực địa: Khảo sát địa hình trồng sắn, khảo sát hiện trạng các côngtrình khí sinh học tại tỉnh Phú Thọ

- Thu thập mẫu: Lấy mẫu nước trồng sắn theo phương pháp quy định tại Thông tư

số 65/2015/TT-BTNMT ( QCVN 08:2015/BTNMT )

Yêu cầu mẫu: Đảm bảo tính đại diện, mẫu được chọn đại diện cho vùngtrồng sắn nguyên liệu phục vụ sản xuất năng lượng sinh học

Cơ sở chọn mẫu: Dựa vào mục đích nghiên cứu chất lượng nước tưới rỉ ramôi trường ( ao, hồ, mương) trong quá trình trồng sắn nguyên liệu

Dung lượng mẫu: 15 mẫu nước được lấy từ ao, hồ, mương tưới tiêu sát cáckhu vực trồng sắn nguyên liệu ở tỉnh Phú Thọ

- Thu thập mẫu: Lấy mẫu nước thải ra môi trường của các công trình khí sinhhọc (KSH) theo phương pháp quy định tại Thông tư số 47/2011/TT-BTNMT(QCVN 40:2011/BTNMT )

Yêu cầu mẫu: Đảm bảo tính đại diện cho tổng thể, mẫu được chọn đại diệncho 3 quy mô chăn nuôi lớn, vừa và nhỏ

Cơ sở để lựa chọn lấy mẫu: mục đích nghiên cứu chất lượng nước thải ra môitrường sau xử lý qua công trình hầm khí sinh học

Dung lượng mẫu: 30 mẫu nước Địa điểm lấy mẫu nước thải sau biogas là vịtrí cuối cùng trước khi thải ra môi trường

- Điều tra phỏng vấn (hộ gia đình, cán bộ quản lý cấp cơ sở, kỹ sư vận hànhnhà máy)

Xây dựng 4 mẫu phiếu điều tra: Mẫu phiếu điều tra số 1 dành cho các hộ giađình sử dụng hầm khí sinh học được thiết kế gồm 6 phần với 37 câu hỏi; mẫu phiếuđiều tra số 2 dành cho các hộ nông dân trồng sắn Mẫu phiếu điều tra số 3 dành chocán bộ quản lý cấp cơ sở tại địa phương khảo sát hầm khí sinh học gồm 31 câu hỏi;mẫu phiếu điều tra số 4 dành cho các cán bộ quản lý địa bàn trồng sắn và kỹ sư kỹthuật nhà máy sản xuất tinh bột sắn Phiếu điều tra bao gồm cả câu hỏi mở và câuhỏi đóng và phần hướng dẫn cho khảo sát viên đảm bảo dữ liệu thu thập có chấtlượng cao và đầy đủ Phiếu điều tra đã được thử nghiệm và sửa đổi cùng với cácchuyên gia, cán bộ quản lý của dự án

2.2.3 Phương pháp phân tích mẫu nước trong phòng thí nghiệm

- Phân tích các chỉ tiêu cho mẫu nước trong kênh rạch tưới tiêu cạnh các khuvực trồng sắn:

Các chỉ tiêu phân tích pH, COD, BOD5, Nitrat, Phosphat

 Xác định pH: TCVN 6492-1999 (ISO 10523-1994)

 Xác định COD: TCVN 6491-1999 (ISO 6060-1989)

 Xác định BOD5: TCVN 6001-1995 (ISO 5815-1989)

 Xác định Nitrat: phương pháp đo quang

 Xác định phosphat: phương pháp đo quang

- Phân tích các chỉ tiêu cho mẫu nước thải sau xử lý qua hầm khí sinh học:

Các chỉ tiêu phân tích TSS, pH, BOD, COD, Nts, Pts, Coliforms.

 Xác định pH: Đo bằng pH-meter trong huyền phù theo tỷ lệ đất: dung dịch là1:2,5 (nước cất hoặc KCl 1M tùy theo xác định pHH2O hoặc pHKCl)

 Phân tích các chỉ số BOD, COD, hàm lượng chất lơ lửng, P, N, trong chấtthải lỏng theo TCVN 6496 : 1999; TCVN 5989 : 1995

 Xác định đạm tổng số (%N): Phương pháp Kjedahl: Phá hủy mẫu bằngAcid sunfuric, chuyển N hữu cơ về dạng Sunphat Amon, cho kiềm tác độngchuyển về dạng NH3 và được thu vào dung dịch Acid Boric, chuẩn độ với axittiêu chuẩn HCl 0,01N

 Phân tích chỉ tiêu vi sinh gây bệnh ( Coliforms) đối với người, động vật

trong phế thải rắn và lỏng theo TCVN 4829 : 2001, TCVN 6187-2:1996; TCVN4883:1993

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu

- Kiểm tra và tổng hợp bảng hỏi

- Mã hóa nhập số liệu khảo sát vào bản dữ liệu

- Sử dụng phần mềm Word, Excel để xử lý số liệu và so sánh kết quả phân tíchmẫu với QCVN để rút ra nhận xét, đánh giá

2.3 Tổng quan về chỉ số sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước (Chỉ số 1)

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đã đề ra “Nghiên cứu chỉ số sử dụng nước

và hiệu quả sử dụng nước cho 2 giai đoạn sản xuất và chế biến nhiên liệu sinh học ởViệt Nam” đề tài tiến hành nghiên cứu tình hình cung cấp nước, nhu cầu, hiện trạng

sử dụng nước thực tế Sau đó, phân tích các yêu cầu về nước và thực tế nước lấy ra

sử dụng bởi hoạt động trồng sắn và khai thác hầm khí sinh học đã cung cấp thôngtin về tổng nguồn nước có thể tái tạo hàng năm lấy ra để sản xuất nguyên liệu sinhhọc Cuối cùng, kết quả của việc thu thập dữ liệu về hiệu quả sử dụng nước ở cáckhu vực trồng sắn và các hầm khí sinh học đã cung cấp thông tin về tỷ lệ tổng lượngnước lấy ra sử dụng hàng năm cho sản xuất năng lượng sinh học

2.3.1 Miêu tả chỉ số và đơn vị đo đường

* Miêu tả và đơn vị đo lường

- Lượng nước lấy ra từ các lưu vực sông xác định trên toàn quốc cho sản xuất

và chế biến năng lượng sinh học ( chỉ số 1.1), thể hiện qua:

+ Tỷ lệ phần trăm của tổng nguồn nước có thể tái tạo (TARWR) ( đơn vị: phầntrăm) ( chỉ số1.1a)

+ Tỷ lệ tổng lượng nước lấy ra sử dụng hàng năm (TAWW), được phân thànhcác nguồn nước tái tạo và không tái tạo được (đơn vị: phần trăm) ( chỉ số1.1b)

- Khối lượng nước lấy ra từ lưu vực sông xác định trên toàn quốc sử dụng choquá trình sản xuất và chế biến nguyên liệu năng lượng sinh học trên một đơn vị sảnlượng năng lượng sinh học, được phân thành các nguồn nước tái tạo và không táitạo (đơn vị: m3/MJ hoặc m3/kWh; m3/ha hoặc m3/tấn đối với giai đoạn sản xuấtnguyên liệu nếu xét riêng) ( chỉ số 1.2)

2.3.2 Cơ sở khoa học

* Phương pháp tiếp cận

Các định nghĩa liên quan:

- Sử dụng nước: Việc lấy nước cho các mục đích cụ thể của ngành như côngnghiệp, nông nghiệp hoặc sinh hoạt (UNESCO- Báo cáo phát triển tài nguyên nướcthế giới)

- Sự lấy nước: Quá trình rút nước từ nguồn nước mặt hoặc nước ngầm chomục đích tiêu thụ (UNESCO- Báo cáo phát triển tài nguyên nước thế giới)

- Sự tiêu thụ nước: Tỷ lệ nước lấy ra không quay trở lại các nguồn nước mặtsau khi sử dụng, vì bị mất qua quá trình bốc hơi hoặc được đưa vào trong một sảnphẩm công nghiệp hoàn chỉnh, các sản phẩm phụ hoặc chất thải rắn (UNESCO- Báocáo phát triển tài nguyên nước thế giới)

- Nguồn nước không tái tạo: Các tầng nước ngầm (các tầng sâu chứa nước) có

tỷ lệ hồi phục không đáng kể theo thời gian và do đó có thể coi là không thể tái tạođược (FAO AQUASTAT)

- Nguồn nước tái tạo: Nguồn nước sau khi sử dụng có thể quay trở lại mức tích

trữ trước đó bằng các quá trình bổ sung tự nhiên (FAO AQUASTAT).

- Dấu chân nước (water footprint): là chỉ sổ sử dụng nước ngọt thông qua

sử dụng nước cả trực tiếp và gián tiếp của người tiêu dùng và nhà sản xuất( Hoekstra, 2002)

Dấu chân nước được chia thành 3 loại như sau:

+ Dấu chân nước màu xanh lá (green water footprint): là lượng nước mưa tiêuhao trong quá trình sản xuất Đặc biệt phù hợp đối với các sản phẩm nông nghiệp vàlâm nghiệp (các sản phẩm dựa trên cây trồng hoặc rừng), trong đó đề cập đến tổnglượng nước bốc hơi nước (từ các cánh đồng và trang trại) cộng với nước kết hợpvào vụ thu hoạch

+ Dấu chân nước xanh lam (blue water footprint) là lượng nước mặt, nướcngầm tiêu hao trong quá trình tạo ra sản phẩm (bao gồm quá trình sinh trưởng-pháttriển và sản xuất tạo ra sản phẩm)

+ Dấu chân nước xám (gray water footprint) là lượng nước cần thiết để phaloãng các chất gây ô nhiễm trong quá trình sinh trưởng, phát triển và sản xuất tạo rasản phẩm

* Mục đích:

Chỉ số 1.1: đánh giá lượng nước lấy ra sử dụng cho 2 giai đoạn sản xuất và

chế biến nhiên liệu sinh học, biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm của tổng nguồn nước táitạo (TARWR) và tỷ lệ phần trăm tổng lượng nước lấy ra sử dụng hàng năm(TAWW)

Nếu nước có thể được chia thành các nguồn nước tái tạo và không tái tạo nhưtrong chỉ số phụ 1.1 thì sẽ thích hợp hơn để so sánh tổng nguồn nước tái tạo sử dụngcho sản xuất và chế biến năng lượng sinh học với TARWR của cả nước Đồng thời

có thể so sánh nguồn nước tái tạo sử dụng cho năng lượng sinh học với nguồn nướckhông tái tạo sử dụng cho sản xuất năng lượng sinh học vì tỷ lệ suy giảm TARWR

có liên quan nhất đến quá trình sản xuất và chế biến năng lượng sinh học

Các khía cạnh sử dụng nước của các chỉ số này có thể được thể hiện bằngtoán học như:

Chỉ số (1.1a): % của TARWR = (W bioenergy_ren/TARWR) x 100%

Chỉ số (1.1b): % của TAWW = (W bioenergy/TAWW) x 100%

Trong đó: Tính đối tất cả các quá trình sản xuất năng lượng sinh học trong 1 haynhiều lưu vực sông trên toàn quốc

- Wbioenergy_ren = W feedstock_ren + W processing_ren

- Wbioenergy = (W feedstock_ren + W feedstock_nonren) + (Wprocessing_ren + W processing_nonren),

+ Nguồn nước trong phạm vi một quốc gia (lưu vực);

+ Nước chảy vào một quốc gia (lưu vực)

+ Nước chảy ra khỏi một quốc gia (lưu vực)

- TAWW là tổng lượng nước sử dụng hàng năm được tính từ tất cả lượng nước sửdụng cho hoạt động của con người bao gồm: công nghiệp, nông nghiệp và sinhhoạt

Chỉ số 1.2: đánh giá hiệu quả sử dụng nước trong sản xuất và chế biến năng

lượng sinh học Nó là một công cụ giám sát hiệu quả sử dụng nước và so sánh với

các số liệu thực tế để khuyến khích sử dụng tối ưu các nguồn nước trên một đơn vịsản xuất năng lượng sinh học.

Lượng nước sử dụng trên một đơn vị năng lượng sinh học = Wbioenergy / E totalTrong đó:

- W bioenergy = (W feedstock_ren + W feedstock_nonren) + (Wprocessing_ren + W processing_nonren)

- E total là tổng lượng năng lượng sinh học được sản xuất

kể cả về sản lượng nông nghiệp và nguồn nước có sẵn cho sử dụng nội địa Tiếp cậnvới nguồn cung cấp nước đầy đủ là việc làm rất quan trọng để đảm bảo khả năngcung cấp lâu dài cho sản xuất và chế biến nguyên liệu năng lượng sinh học

Chỉ số 1.1 Đối với khu vực mà trong đó sản xuất nông nghiệp nói chung

không thay đổi, sử dụng nước tổng thể có thể không thay đổi Tuy nhiên, sự pháttriển nhiều năng lượng sinh học có thể dẫn đến tăng cao nhu cầu sử dụng nước từ đógây áp lực lên nguồn nước hiện có Chỉ số này đo lượng nước sử dụng cho hai giaiđoạn của sản xuất năng lượng sinh học cần nước nhất là giai đoạn sản xuất và chếbiến nguyên liệu sinh học

Chỉ số 1.2 Chỉ số này nhằm cung cấp thông tin về khối lượng nước đã được sử

dụng để sản xuất một đơn vị năng lượng Đồng thời chỉ số này sẽ liên quan đến các vấn

đề như: phát thải khí nhà kính (ví dụ: một số khí nhà kính phát ra do sử dụng các thiết

bị điện thủy lợi trong sản xuất nguyên liệu năng lượng sinh học, khả năng sản xuất củađất và hệ sinh thái từ việc lượng nước mất đi quá lớn có thể ảnh hưởng đến chất lượngđất và đa dạng sinh học (ví dụ: cây trồng nguyên liệu cho sản xuất năng lượng sinh học

có thể cạnh tranh với thảm thực vật tự nhiên vì nhu cầu dùng nước)

2.4 Tổng quan về chỉ số đánh giá chất lượng nước (Chỉ số 2)

Để đo được chỉ số chất lượng nước đối với đối tượng cây sắn, việc lấy mẫunước đã được thực hiện ở các khu vực trồng sắn ở Phú Thọ 15 mẫu nước đãđược thu thập từ các hồ, mương tưới tiêu bên cạnh các khu vực trồng sắn Cácphân tích mẫu trong phòng thí nghiệm được thực hiện bởi Trung tâm Phân tích

và Chuyển giao Công nghệ Môi trường, IAE Các thông số chính được phân tích

là nồng độ nitơ, phốt pho, BOD, COD Kết quả phân tích đã được trình bày và sosánh với tiêu chuẩn Việt Nam 08 về chất lượng nước mặt do Bộ Tài nguyên vàMôi trường ban hành năm 2015 (QCVN 08: 2015 / BTNMT) trong bảng 3.5.Việc sử dụng phân bón sâu bao gồm số lượng và tỷ lệ phân bón được áp dụng sẽđược ước tính thông qua phỏng vấn trực tiếp với nông dân địa phương

Để đo được chỉ số chất lượng nước đối với đối tượng là hầm khí sinh học, việclấy mẫu nước được thực hiện ở các hộ gia đình và trang trại chăn nuôi có công trìnhkhí sinh học ở tỉnh Phú Thọ 30 mẫu nước được lấy tại vị trí cuối cùng trước khiđược thải ra môi trường ( bể điều áp) tại các xã Quang Húc - huyện Tam Nông và xãXuân Lộc – huyện Thanh Thủy Các phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm được

thực hiện bởi Viện Môi trường Nông nghiệp Ở Việt Nam, nước thải của gia súcđược phân loại là nước thải công nghiệp nên các kết quả phân tích mẫu nước thảiđược so sánh theo tiêu chuẩn 40 của Việt Nam do Bộ Tài nguyên và Môi trường(2011) áp dụng (QCVN 40: 2011 / BTNMT) Các thông số chính được phân tích là

TSS, pH, BOD, COD, Nts, Pts, Coliforms.

2.4.1 Miêu tả chỉ số và đơn vị đo lường

* Miêu tả và đơn vị đo lường

- Nồng độ chất gây ô nhiễm đối với nguồn nước do sử dụng phân bón cho sảnxuất nguyên liệu sinh học và thể hiện dưới dạng tỷ lệ phần trăm nồng độ chất ônhiễm từ tổng sản lượng nông nghiệp trong lưu vực ( Đơn vị: kg N, P / ha / năm)(chỉ số 2.1)

- Nồng độ chất gây ô nhiễm đối với nguồn nước do các chất thải từ quá trìnhchế biến sinh học trong lưu vực ( Đơn vị: mg/ lít) (chỉ số 2.2)

* Yêu cầu tham số:

- Tổng số lượng phân bón N và P được áp dụng trên một ha đối với tổng sảnlượng nông nghiệp ở lưu vực

- Tổng N, P trong nguồn nước

- Nồng độ chất ô nhiễm từ nước thải từ các cơ sở chế biến nhiên liệu sinh học

và các cơ sở chế biến nông nghiệp khác và tỷ lệ lưu lượng xả

- Số lượng năng lượng sinh học được sản xuất trong các cơ sở chế biếnnguyên liệu sinh học

- Diện tích đất sử dụng cho sản xuất nguyên liệu sinh học / sản xuấtnông nghiệp

* Phương pháp tính:

Chỉ số 2.1: Nồng độ Nitơ và phốt pho trong nguồn nước là kết quả của việc

sản xuất nguyên liệu năng lượng sinh học và của tất cả các hoạt động sản xuất nôngnghiệp khác trong lưu vực Do đó, kết quả thường được ước tính thông qua mô hình

kỹ thuật do sự tương tác phức tạp giữa các hoạt động quản lý nông nghiêp, đất, đặcđiểm khí hậu và tình trạng dinh dưỡng của nguồn nước

Tuy nhiên, trong một số trường hợp, dữ liệu giám sát chất lượng nước và các

dữ liệu có thể được tham khảo từ các nghiên cứu để ước tính nồng độ Nitơ, phốtpho trong phạm vi diễn ra các hoạt động nông nghiệp và lưu vực nguồn nước đãđược nghiên cứu Chỉ số này cho phép các quốc gia xác định áp lực các chất dinhdưỡng và thuốc trừ sâu từ hoạt động nông nghiệp để xác định mức độ mà những áplực này sẽ dẫn đến ô nhiễm nguồn nước

Chỉ số 2.2: Nồng độ chất gây ô nhiễm đối với nguồn nước do các chất thải từ

quá trình chế biến sinh học trong lưu vực có thể đo trực tiếp tại các điểm xả thải củacác nhà máy chế biến năng lượng sinh học

Một thước đo quan trọng để đo nồng độ chất ô nhiễm trong nguồn nước donước thải chế biến năng lượng sinh học và nồng độ ô nhiễm từ tổng lượng nước thải

từ chế biến nông nghiệp trong lưu vực là BOD và COD

Hàng ngày hoặc hàng năm, nồng độ ô nhiễm từ một nhà máy chế biến có thểđược tính bằng cách nhân nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải với lưu lượng xảthải của nó Nồng độ hàng ngày có thể được so sánh với tổng giá trị nồng độ tối đahàng ngày Giá trị hàng năm của nồng độ ô nhiễm (kg/năm) có thể được tổng hợp từtất cả các lưu vực để tính toán cho quy mô quốc gia

2.4.2 Ý nghĩa

Đo lường và giám sát tác động của sản xuất và chế biến nguyên liệu nănglượng sinh học đến chất lượng nước Tác động đáng kể nhất của sản xuất và chếbiến nguyên liệu sinh học đến chất lượng nước từ việc sử dụng nitơ và phốt-photrong phân bón

Nitơ là một chất dinh dưỡng quan trọng cho các loài động thực vật và quátrình tuần hoàn, giữ lại nitơ là một chức năng quan trọng của hệ sinh thái Tuy nhiênkhi nồng độ nitơ từ phân bón lắng đọng trong khí quyển vượt quá khả năng chứacủa hệ sinh thái trên cạn, mức dư thừa có thể xâm nhập vào các vùng nước mặt theodòng nước Phốt-pho cũng là một chất dinh dưỡng quan trọng cho tất cả các sinhvật sống Nhưng cũng giống như nitơ, thừa phốt-pho góp phần gây ra hiện tượngtảo nở hoa và tăng trưởng theo cấp số nhân của vi khuẩn lam, ngoài ra còn gây mùi

khó chịu và cạn kiệt oxy cần thiết cho sinh vật dưới nước

Chỉ số 2.1 Theo dõi nồng độ của Nitơ và phốt-pho trong nguồn nước do

sản xuất nguyên liệu năng lượng sinh học sẽ giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơntác động của sản xuất nguyên liệu năng lượng sinh học có thể gây ra với chấtlượng nước

Chỉ số 2.2 Theo dõi nồng độ ô nhiễm từ nước thải của các nhà máy chế biến

nguyên liệu năng lượng sinh học sẽ giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn tác độngcủa các nhà máy chế biến năng lượng sinh học có thể gây ra với chất lượng nước

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chỉ số sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước

3.1.1 Kết quả đánh giá chỉ số sử dụng nước và hiệu quả sử dụng nước cho cây sắn

Theo FAO AQUASTAT (2012) TARWR của Việt Nam là 884,1 km3 / năm.Tổng nguồn nước mặt tái tạo ước tính khoảng 847,7 km3 / năm và nguồn nướcngầm 71,42 km3 / năm Tổng tài nguyên nước khai thác ước đạt 371,9 km3 / năm.Năm 2005, tổng lượng nước lấy ra hàng năm cho nông nghiệp, các ngành côngnghiệp và các mục đích đô thị ước đạt 82,03 km3 Nông nghiệp tưới tiêu sử dụngnhiều nước nhất, chiếm 77,75 km3 hay 94,8% tổng lượng nước lấy ra Các ngànhcông nghiệp và đô thị chiếm 3,07 km3 (3,7 %) và 1,21 km3 (1,5 %)

Biểu đồ 1: Lượng nước lấy ra theo mục đích sử dụng ở Việt Nam

94.80%

3.70% 1.50%

Agricultural sector Industrial sector Municipal sector

(Nguồn: FAO AQUASTAT)

Ở Việt Nam, trồng trọt sắn sử dụng nước mưa [14] Do đó, tiêu thụ nước chotrồng sắn chủ yếu là nước xanh (green water) Việc lấy nước cho sản xuất sắn đượcước tính bằng sự bốc thoát hơi nước (ET) trên vùng trồng sắn Do thiếu dữ liệu về

sự bốc thoát hơi nước trên vùng trồng sắn ở Việt Nam nên số liệu về thông số này ởThái Lan đã được sử dụng vì điều kiện khí hậu ở hai nước là tương tự nhau TheoPanjai và Pojanie (2006) về tỷ lệ ET trên cây trồng sắn ở vùng nhiệt đới, tỷ lệ ETcủa sắn ở vùng nhiệt đới cao vào ban ngày (8:00 đến 17:00) với giá trị trung bình

0,30 mm h-1 BR và 0,33 mm h-1 đối với phương pháp MPM (do FAO AQUASTAT

đề xuất tính toán tỷ lệ ET của cây trồng) Vào ban đêm, giá trị ET thấp hoặc bằngkhông [18] Kết quả này cũng giống tính toán tỷ lệ ET trung bình hàng ngày trênvùng trồng sắn được báo cáo bởi Attarod và các cộng sự (2009) [13] Ở Việt Nam,trồng sắn (từ trồng trọt đến thu hoạch) kéo dài 10 - 12 tháng tùy thuộc vào một sốvùng (trung bình 330 ngày) Như vậy, tổng lượng nước tiêu thụ trên một hécta sắnkhoảng 29,7 m3 / ngày hoặc 9801 m3 / năm Theo báo cáo ngày 15 tháng 12 năm

2016 “Kết quả thực hiện công tác 2016 và triển khai kế hoạch năm 2017 lĩnh vựctrồng trọt” của Cục Trồng trọt, năm 2016, với 560 nghìn ha sắn được trồng, tổnglượng nước tiêu thụ đạt 5,49 km 3 Theo số liệu của Viện Khoa học Công nghệ quốc

tế Việt Nam- Nhật Bản (VJIIST), tiêu thụ bio-ethanol ở Việt Nam năm 2016 là19.000.000 lít và sản lượng 19.000.000 lít ethanol cần 114.000 tấn sắn tươi Năngsuất sắn trung bình năm 2016 là 19 tấn / ha Do đó, 6000 ha sắn được sử dụng chosản xuất ethanol sinh học và lượng nước lấy ra cho trồng trọt sắn để sản xuấtethanol là 58,806 triệu m 3

Do thiếu số liệu về lượng nước được sử dụng trong quá trình chế biến sắnphục vụ sản xuất ethanol, kết quả nghiên cứu được tiến hành ở Thái Lan trước đây

đã được sử dụng Theo Aweewan và Prasert (2013), dấu chân nước của ethanolđược sản xuất từ sắn khoảng 2300 - 2820 lít nước / lít ethanol Tại nhà máy ethanol,nước được sử dụng cho quá trình pha trộn, lên men và chưng cất và pha loãng cácchất ô nhiễm để xử lý nước thải Cụ thể, sản xuất ethanol từ sắn khô cần 8,30 –18,97 lít nước / lít ethanol và ethanol từ sắn tươi cần 26,60 lít nước/ lít ethanol Hơnnữa, xử lý nước thải cần 7,8 - 9,9 lít nước / lít ethanol [12] Sản xuất ethanol sửdụng sắn khô thái lát Như vậy, trung bình 1 lít ethanol cần 22,5 lít nước trong giaiđoạn chế biến Nếu dữ liệu của Thái Lan được sử dụng, vào năm 2016, sản xuất 19triệu lít ethanol ở Việt Nam cần sử dụng 427,5 triệu lít ( 427 500 m3) nước Lượng

này quá nhỏ, chỉ chiếm 0,72% so với lượng nước dùng trong toàn bộ quá trình sảnxuất nhiên liệu sinh học từ sắn.

Từ dữ liệu về lượng bio-ethanol ở Việt Nam của VJIIST năm 2016 là19.000.000 lít (1 lít ethanol tương đương 20,1 MJ năng lượng) và số lượng nướcđược lấy ra để phục vụ giai đoạn trồng sắn và chế biến sắn (59.287.500 m 3) , tínhtoán được 0,155 m3 nước được sử dụng cho sản xuất 1 MJ nhiên liệu sinh học

Do thiếu dữ liệu về tổng lượng nước thực tế lấy ra của Việt Nam trong nhữngnăm gần đây (số liệu mới nhất từ năm 2009 (8 năm trước) và không đáng tin cậy để

sử dụng), chỉ số phụ 1.1b không được tính

Bảng 3.1: Lượng nước sử dụng cho sản xuất ethanol sinh học tại Việt Nam

TARWR ở Việt Nam (FAO AQUASTAT, 2010) 884,1 km3 năm-1

Nhu cầu nước trồng trọt sắn ở Việt Nam 9.801 m3 ha-1 năm-1

Nhu cầu về nước trồng trọt sắn cho mục đích sản

xuất ethanol sinh học ở Việt Nam 0,058806 km

3 năm-1

Nhu cầu nước cho chế biến sắn ethanol sinh học ở

3 năm-1

Tổng lượng nước lấy ra cho sản xuất và chế biến

nguyên liệu theo tỷ lệ phần trăm của TARWR tại

Việt Nam(chỉ số 1.1a)

0,0067%

Lượng nước lấy ra để sản xuất và chế biến nguyên

liệu sinh học tại Việt Nam trên đơn vị sản lượng

0,155 m3/MJ

năng lượng (chỉ số 1.2)

Kết quả cho thấy phần lớn lượng nước lấy ra trong sản xuất nhiên liệu sinhhọc liên quan đến giai đoạn trồng trọt sắn nguyên liệu Trên thực tế, nước sử dụngcho giai đoạn chế biến nguyên liệu chỉ chiếm 0,72% trong toàn bộ quá trình sảnxuất nguyên liệu Do thiếu số liệu về sử dụng nước, tỷ lệ nước lấy ra hàng năm từcác lưu vực sông được xác định trên toàn quốc cho sản xuất và chế biến năng lượngsinh học, chia thành nguồn nước tái tạo và không tái tạo không được đánh giá ( chỉtiêu 1.1b) Sản xuất năng lượng sinh học ở Việt Nam theo tính toán sử dụng0,0067% tổng nguồn nước tái tạo thực tế, vì mỗi MJ của năng lượng sinh học cần0,155 m3 nước Trong khi đó, trung bình thế giới (5 nước: Ấn Độ, Indonesia,Nicaragua, Brazil và Guatemala) tiêu thụ 0,125 m3 nước cho mỗi MJ năng lượngsinh học sản xuất từ sắn (theo báo cáo The Water footprint of bio-energy, 2008).Như vậy, sản xuất năng lượng học từ cây sắn ở Việt Nam tiêu thụ nhiều nước hơn sốliệu trung bình của Thế giới

Theo quyết định mới nhất của Chính phủ ban hành năm 2015 về chiến lượcphát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến năm 2030 với tầm nhìn đến năm

2050, ngành năng lượng sinh học tiếp tục mở rộng ở Việt Nam, theo dõi chỉ số “sửdụng nước và hiệu quả sử dụng nước” trong quá tình trồng trọt và chế biến nguyênliệu năng lượng sinh học tại các lưu vực đầu nguồn là thực sự cần thiết Nhìn chung,Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên nước dồi dào Tuy nhiên, có sự khácnhau rất lớn về phần bố nguồn nước giữa các lưu vực sông và giữa mùa khô vớimùa mưa Sắn là một loại cây chiến lược cho sự phát triển của đất nước và nhu cầutưới tiêu cho sắn sẽ không thể tránh được trong tương lai để tăng sản lượng sắn.Nếu việc quản lý tài nguyên nước không được thực hiện tốt Điều này có thể gây ra

sự cạnh tranh nguồn nước giữa canh tác sắn với các hoạt động nông nghiệp kháchoặc làm giảm nguồn nước dành cho các hoạt động khác Những điều kiện này đòihỏi một sự tiến bộ trong quản lý tài nguyên nước Việc ứng dụng nông nghiệp thông