(Luận văn thạc sĩ) đánh giá phát thải khí CH4 phát sinh trong hoạt động sản xuất và tiêu thụ biogas tại ba trang trại chăn nuôi ở huyện lương sơn, tỉnh hòa bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC HỒNG TRUNG HIẾU ĐÁNH GIÁ PHÁT THẢI KHÍ CH4 PHÁT SINH TRONG HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI BA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Ở HUYỆN LƢƠNG SƠN, TỈNH HỊA BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ NỘI – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC HOÀNG TRUNG HIẾU ĐÁNH GIÁ PHÁT THẢI KHÍ CH4 PHÁT SINH TRONG HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI BA TRANG TRẠI CHĂN NI Ở HUYỆN LƢƠNG SƠN, TỈNH HỊA BÌNH 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 Lƣu Đức Hải HÀ NỘI – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân thực dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Lƣu Đức Hải, khơng chép cơng trình nghiên cứu ngƣời khác Số liệu kết luận văn chƣa đƣợc công bố cơng trình khoa học khác Các thơng tin thứ cấp sử dụng luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đƣợc trích dẫn đầy đủ, trung thực qui cách Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm tính xác thực nguyên luận văn Tác giả Hoàng Trung Hiếu LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình Thầy cơ, Gia đình Bạn bè Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lƣu Đức Hải ngƣời hƣớng dẫn, giúp đỡ em hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Q Thầy, Cơ dạy suốt thời gian học cao học chuyên ngành Biến đổi khí hậu, cảm ơn Qúy Thầy, Cơ khoa Sau Đại Học, Đại học Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện để tơi hồn thành khóa học Tơi xin cảm ơn đến anh chị, bạn lớp Biến đổi khí hậu K3, ngƣời động viên giúp đỡ em trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn anh Phạm Hùng Triệu, Lê Đức Minh, Nguyễn Minh Huấn ba chủ trang trại tạo điều kiện, giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn thời gian quy định Tôi xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC BẢNG CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài 2.Mục tiêu nghiên cứu 3.Dự kiến đóng góp đề tài 4.Bố cục đề tài CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH CỦA HOẠT ĐỘNG CHĂN NI VÀ HỆ THỐNG BIOGAS 1.1 Biến đổi khí hậu phát thải khí nhà kính 1.2 Phát thải KNK (CH4) hoạt động Chăn nuôi 12 1.3 Ảnh hƣởng hoạt động hệ thống Biogas đến phát thải KNK (CH4) 19 1.4 Giới thiệu huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hịa Bình 27 CHƢƠNG II: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 29 2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu 30 CHƢƠNG III: ĐÁNH GIÁ SỰ PHÁT THẢI KHÍ CH4 VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHO CÁC TRANG TRẠI NGHIÊN CỨU 36 3.1 Hiện trạng sản xuất sử dụng Biogas trang trại nghiên cứu 36 3.2 Phân tích đánh giá phát thải khí CH4 hệ thống Biogas ba Trang trại nghiên cứu 38 3.3 Các giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4 hệ thống biogas trang trại nghiên cứu 50 KẾT LUẬN 56 KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 61 BẢNG CHỮ VIẾT TẮT AGA : The animal production and Health division of FAO: Cơ quan chăn nuôi thú y FAO AHDB : Agriculture and horticulture development board: Hội đồng nông nghiệp phát triển trồng trọt Ar : Khí Argon AR5 : Fifth Assesment Report: Báo cáo lần BĐKH : Biến đổi khí hậu CH4 : Khí Methane CO2 : Khí Cacbon dioxit CO2e : Lƣợng CO2 tƣơng đƣơng DE : Effects of Digestibility: Tỷ lệ tiêu hóa thức ăn DNTN SX-DT-TM : Doanh nghiệp tƣ nhân sản xuất, dịch vụ, thƣơng mại EF : Emission factor: Hệ số phát thải FAO : Food and Agriculture Organization of the United Nations: Tổ chức Lƣơng thực Nông nghiệp Liên hợp Quốc FRL : Front rông lạnh GAW : Global Atmosphere Watch: Chƣơng trình giám sát Khí tồn cầu Gt : Gigatonnes = 109 tones GWP : Global Warming Potentinal: Hiệu suất nóng dần lên Trái đất H2O : Hơi nƣớc He : Khí Heli HFCs : Khí Hyđrofuor carbon IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change: Ủy ban liên phú Biến đổi khí hậu KNK : Khí nhà kính KP : Kyoto Protocol: Nghị định thƣ Kyoto KSH : Khí sinh học MCF : Methane Conversion factor: Hiệu suất sinh khí Methane MS : Management system: Hệ thống quản lý Mt : Million tones: Triệu N2O : Khí Nito oxit NH3 : Khí Amoniac NN&PTNT : Nông nghiệp phát triển Nông thôn O3 : Khí Ơzơn PFCs : Khí Perfluorocarbon Ppb : part per billion: phần tỷ = 10-3 ppm Ppm : part per million: phần triệu SF6 : Khí Sulphur Hex flouride TB : Trung bình TNHH : Trách nhiệm hữu hạn TNMT : Tài nguyên môi trƣờng TT : Trung Tâm Ttb : Nhiệt độ trung bình UNEP : United nations environment Programme: Chƣơng trình Mơi trƣờng Liên hợp quốc UNFCCC : United nations framework convention on climate change: Công ƣớc khung Liên hợp Quốc Biến đổi Khí hậu VS : Volatile Solids: Chất khơ WMO : World Meteorological Organization: Tổ chức Khí tƣợng Thế giới XTNĐ : Xốy thuận Nhiệt đới DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU Danh mục bảng biểu Bảng 1.1: Mức tăng nhiệt độ mức thay đổi lƣợng mƣa theo xu 50 năm qua vùng khí hậu trung bình cho nƣớc Bảng 1.2: Một số đ c trƣng biến đổi tần số FRL Bảng 1.3: Hàm lƣợng trung bình khơng khí 10 Bảng 1.4: Mức độ gây hại số khí nhà kính 12 Bảng 1.5: Số lƣợng gia súc, gia cầm từ năm 2010 đến năm 2014 16 Bảng 1.6: Lƣợng KNK chăn nuôi Việt Nam năm 2010 ( nghìn CO2e) 16 Bảng 1.7 Tổng lƣợng khí Methane từ chất thải gia súc (năm 2010 17 Bảng 1.8: Thành phần khí sinh học 19 Bảng 3.1: Thơng tin nhóm lợn Trang trại 39 Bảng 3.2: Thông tin nhóm lợn Trang trại 41 Bảng 3.3: Thơng tin nhóm lợn Trang trại 43 Bảng 3.4: Dữ liệu việc sử dụng KSH tháng trang trại 45 Bảng 3.5: Sản xuất tiêu thụ biogas ba trang trại chăn ni 48 Bảng 3.6: Quy đổi Khí sinh học sang dạng lƣợng khác 54 Bảng 3.7: Số tiền tiết kiệm đƣợc sau quy đổi 55 Bảng P1.1: Hiệu suất sinh khí Methane (MCFs tỷ lệ % chất thải theo kiểu thu gom 61 Danh mục hình Hình 1.1: Ƣớc tính lƣợng phát thải KNK theo lồi 14 Hình 1.2: Lƣợng phát thải khí nhà kính tồn cầu từ chăn ni lợn 15 Hình 1.3: Sơ đồ cách Quản lý phân miền Bắc Việt Nam 18 Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống Biogas thơng dụng 19 Hình 1.5: Hầm biogas nắp trôi 20 Hình 1.6: Hầm biogas nắp cố định 21 Hình 1.7: Hầm biogas dạng túi ủ 21 Hình 1.8: Hầm biogas VACVINA cải tiến 22 Hình 1.9: Sơ đồ trình vi sinh hóa lên men Methane 23 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải hầm biogas Trang trại 36 Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải hầm biogas Trang trại 37 Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải hầm biogas Trang trại 38 Hình 3.4: Sơ đồ lọc khí nén khí sinh học sạch……………………………….51 Hình P2.1: Bốn dãy chuồng chăn ni Trang trại 62 Hình P2.2: Hệ thống quạt thơng gió rãnh thu gom chất thải chăn ni 62 Hình P2.3: Kiểm tra trọng lƣợng lợn 62 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Biến đổi khí hậu vấn đề nóng bỏng đƣợc cộng đồng Thế giới quan tâm Theo [12] nhiệt độ bề m t vào cuối kỷ 21 vƣợt 1,50C so với thời kỳ 1850 – 1900 hầu hết kịch vƣợt 20C nhiều kịch M t khác, từ kỷ 19, tỷ lệ mực nƣớc biển tăng lên đáng kể so với tỷ lệ trung bình hai thiên niên kỷ trƣớc đó, giai đoạn từ 1901 – 2010, mực nƣớc biển trung bình tồn cầu tăng 0,19 m Nhiệt độ Trái đất tăng lên gia tăng nồng độ khí nhà kính Khí hoạt động ngƣời Đó phát thải CO2 đốt nhiên liệu hóa thạch, phá rừng nhiệt đới phát thải CH4, CO2, N2O,… từ nơng nghiệp chăn ni [20] Cũng theo [12], nồng độ khí CO2, CH4, N2O khơng khí tăng lên mức chƣa thấy 800.000 năm qua Nồng độ CO2 tăng lên 40% kể từ thời tiền công nghiệp Theo [11], chăn ni ngành kinh tế phát thải khí nhà kính đạt 7,1 Gigatonnes (Gt) CO2e năm, chiếm 14,5% lƣợng phát thải khí nhà kính ngƣời gây Vì vậy, Chăn ni tác nhân đóng góp vào nguyên nhân gây biến đổi khí hậu Trái đất Trong đó, chăn ni lợn lƣợng phát thải ƣớc tính đạt 688 MtCO2e (chiếm 9% lƣợng khí thải ngành Chăn ni) Nguồn phát thải sản xuất thức ăn lƣu trữ, xử lý phân Sản xuất thức ăn: đóng góp khoảng 48% lƣợng khí thải Trong đó, 12,7% lƣợng khí thải liên quan đến mở rộng đất trồng thức ăn chăn ni, 27% lƣợng khí thải liên quan đến phân bón, máy móc vận tải thức ăn Lưu trữ xử lý phân nguồn phát thải lớn thứ hai chiếm 27,4 % lƣợng khí thải chăn ni lợn Hầu hết lƣợng khí thải dạng CH4 chiếm 19,2% (chủ yếu từ hệ thống lƣu trữ yếm khí , cịn lại N2O chiếm 8,2 % Ở Việt Nam, theo [19], ngành nơng nghiệp phát thải lƣợng khí nhà kính 83,3 triệu CO2e Trong đó, chăn ni phát thải 8,84 MtCO2e (Lên men tiêu hóa: 9.467,51 nghìn CO2e, quản lý phân bón: 8.560 nghìn CO2e) Để giảm phát thải khí nhà kính nhƣ quản lý đƣợc khí phát thải từ chăn ni, việc sử dụng bể biogas lựa chọn tốt Theo [17], bể biogas có lợi ích kinh tế, môi trƣờng xã hội: giảm công việc thời gian cho nông dân thu thập mua nhiên liệu cho nấu ăn, tạo môi trƣờng Nghiên cứu [18] cho thấy: Khí sinh học nguồn nhiên liệu tái sinh rẻ vùng nơng thơn Khí sinh học giúp bảo vệ mơi trƣờng, thay đƣợc củi, giảm phá rừng, giảm phát thải khí nhà kính vào bầu Khí Cũng nhƣ nƣớc khác, Việt Nam chƣơng trình khí sinh học chăn ni đƣợc nghiên cứu ứng dụng từ năm 1960, với mục đích xây dựng ngành khí sinh học phát triển theo hƣớng bền vững, góp phần xử lý chất thải vật nuôi, bảo vệ môi trƣờng giảm thiểu sử dụng nhiên liệu hóa thạch Tuy nhiên, trình sử dụng, ngƣời dân chƣa sử dụng hiệu nguồn lƣợng này, gây thất khí sinh học ngồi mơi trƣờng, làm gia tăng lƣợng khí CH4 vào bầu Khí Do đó, đề tài: Đánh giá phát thải khí CH4 phát sinh hoạt động sản xuất tiêu thụ Biogas ba trang trại chăn ni Huyện Lương Sơn, Tỉnh Hịa Bình Nhằm đánh giá lại hiệu sử dụng Biogas ngƣời dân, đồng thời tìm giải pháp hữu hiệu làm giảm phát thải khí nhà kính tăng đƣợc lợi ích kinh tế cho chủ hộ Đề tài nghiên cứu ba trang trại chăn nuôi lợn có sử dụng bể biogas Trong đó, có hai trang trại chăn nuôi DNTN SX-DV-TM Minh Đức, trang trại chăn nuôi công ty TNHH Thành Long Và ba trang trại đóng địa bàn huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hịa Bình Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá đƣợc phát thải khí CH4 vào bầu Khí q trình sản xuất tiêu thụ Biogas trang trại Từ đó, đề xuất đƣợc giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4 làm tăng lợi ích kinh tế cho ngƣời dân Dự kiến đóng góp đề tài Đánh giá đƣợc tình hình sử dụng Biogas trang trại nghiên cứu nói riêng định hƣớng cho đánh giá khác sau phát thải khí CH4 trang trại chăn nuôi trại sử dụng bể biogas với mục đích lấy khí sử dụng cho nấu ăn, chuồng lại đƣợc xử lý bể lắng thải vào ao sinh học Nhìn chung, hệ thống bể biogas ba trang trại sử dụng thời gian chƣa lâu nên hiệu sinh khí tốt Hơn nữa, hệ thống đƣờng ống dẫn khí bể biogas khơng có dấu hiệu bị rị rỉ khí sinh học ngồi mơi trƣờng khơng khí Vì vậy, ngun nhân phát thải khí CH4 hệ thống biogas g p cố đƣợc loại bỏ Theo bảng 3.5, lƣợng biogas phát sinh Trang trại 1, 2, lớn, lần lƣợt 79,75 (kg/tháng ; 46,07 (kg/tháng ; 35,65 (kg/tháng Theo nhƣ tính tốn mục 3.2, dù trừ lƣợng biogas tiêu thụ ƣớc tính tháng trang trại có lƣợng khí biogas dƣ, cụ thể nhƣ sau: Trang trại dƣ 28,45 (kg/tháng , Trang trại dƣ 9,11 (kg/tháng , Trang trại dƣ 8,31 (kg/tháng Các trang trại buộc phải xả thải khí biogas vào bầu khí Đây nguyên nhân gây nên phát thải biogas ba trang trại nghiên cứu Đ c biệt, khí CH4 có khả hấp thụ nhiệt gấp 21 lần so với khí CO2, nên tháng Trang trại 1, 2, phát thải vào bầu Khí lƣợng khí nhà kính lần lƣợt nhƣ sau: 0,6 (tCO2e/tháng ; 0,19 (tCO2e/tháng ; 0,17 (tCO2e/tháng Bảng 3.5: Sản xuất tiêu thụ biogas ba trang trại chăn nuôi Trang trại Số Các nhóm Lợn Trọng lƣợng lƣợng (con) (Kg) Lƣợng VS thức ăn (Kg / (kg /con con/ /ngày ngày Lợn nái mang thai, chờ phối 230 220 2,8 0,5376 Lợn nái đẻ nuôi 70 200 3,8 0,7296 Lợn 680 8,5 1,6 0,1536 Lợn nái mang thai, chờ phối 160 210 2,8 0,5376 Lợn nái đẻ nuôi 40 200 3,8 0,7296 Lợn 360 1,6 0,1536 Lợn thịt 250 60 2,6 0,4992 48 ∑CH4 phát sinh ∑CH4 ∑CH4 tiêu thụ phát thải (kg/ (kg/ tháng tháng 79,75 51,3 28,45 46,07 36,96 9,11 35,65 27,34 8,31 (kg/ tháng Việc xả khí biogas vào mơi trƣờng gây nhiễm mơi trƣờng khơng khí Đây môi trƣờng trung gian tác động trực tiếp gián tiếp đến môi trƣờng khác + Tác động đến sức khỏe ngƣời: Khí sinh học hỗn hợp gồm nhiều chất khí, Methane chiếm tỷ lệ lớn Khí Methane hồn tồn khơng độc, nhƣng tiếp xúc với mơi trƣờng khơng khí (trong điều kiện thuận lợi) dễ gây cháy nổ Nếu nồng độ khí CH4 khơng khí q 45% gây ngạt, nồng độ khí khoảng 40.000mg/m3 khơng khí gây rối loạn hơ hấp, nhức đầu, rối loạn tiêu hóa giác quan Trƣờng hợp, nồng độ khí CH4 60.000mg/m3 khơng khí rối loạn nhịp tim hơ hấp gây tử vong Hơn nữa, khí sinh học có phần nhỏ khí H2S Đây khí độc, nguy hiểm xâm nhập hấp thụ qua đƣờng hơ hấp Ở nồng độ thấp có mùi trứng ung Nếu nồng độ khí từ 10 – 300 ppm gây viêm kết mạc viêm phế quản Trƣờng hợp nguy hiểm nồng độ khí đạt 400 – 700 ppm khí H2S gây viêm phế quản mãn tính, rối loạn tiêu hóa, ảnh hƣởng đến thần kinh, làm tê liệt khứu giác Tƣơng tự, khí H2S khí NH3 chiếm phần nhỏ KSH Khí NH3 khí gây độc ảnh hƣởng trực tiếp đến hệ hô hấp mắt Nếu tiếp xúc khí nồng độ lớn từ 1500 – 2000 mg/m3 gây nguy hiểm đến tính mạng + M t khác, khí biogas (CH4) xả thải vào bầu khí gây tác động tiêu cực đến động, thực vật Đ c biệt, thực vật nhạy cảm với nhiễm khơng khí, làm giảm trình quang hợp, tăng trƣởng cây, gây bệnh lý cho thực vật động vật Bên cạnh đó, khí NH3 KSH nhân tố gây nên mƣa axit tác động xấu đến ngƣời sinh vật, làm suy thoái tài nguyên đất, phá hủy cơng trình kiến trúc vật dụng ngƣời Ngoài ra, việc xả thải gây gia tăng lƣợng KNK bầu khí Do khí CH4 có tiềm hấp thụ nhiệt gấp 21 lần so với CO2 Vì vậy, lƣợng khí bầu khí lớn gây suy giảm tầng Ơzơn, gia tăng hiệu ứng nhà kính gián tiếp ảnh hƣởng đến hoạt động sống ngƣời, sinh vật Cũng nhƣ làm cho biến đổi khí hậu ngày xấu 49 3.3 Các giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4 hệ thống biogas trang trại nghiên cứu Ảnh hƣởng xả thải khí CH4 ngồi khí gây tác động xấu đến mơi trƣờng biến đổi khí hậu Vì vậy, cần phải có giải pháp hữu ích vừa đảm bảo đƣợc lợi ích mơi trƣờng biến đổi khí hậu Đồng thời, tạo lợi ích kinh tế sử dụng lƣợng cho ngƣời dân 3.3.1 Tiêu thụ khí CH4 cho mục đích cải thiện điều kiện sống a, Sử dụng chạy máy phát điện, máy bơm Bằng việc cải tạo động diezen xăng kỳ để sử dụng khí sinh học làm tăng lợi ích m t kinh tế giảm đƣợc lƣợng khí CH4 dƣ thừa Lƣợng khí tiêu thụ 1,3 - 1,7 (m3/h) cho KW điện Các cách cải tảo động cơ: + Cải tạo động xăng kỳ việc lắp thêm hịa trộn khơng khí – khí sinh học vào trƣớc chế hịa khí + Cải tạo động điêzen kỳ lắp thêm trộn hịa khí nhƣ động xăng Tuy nhiên, phải dùng dầu diezen để làm mồi cho hỗn hợp khơng khí – khí sinh học cháy b, Sử dụng chạy bình đun nước nóng Hiện nay, thị trƣờng có loại thiết bị đun nƣớc nóng: + Loại khơng có bình tích nƣớc: nƣớc lạnh quan dàn ống đ t buồng đốt (nơi cấp nhiệt để đun nóng + Loại có bình tích nƣớc: nƣớc chứa bình tích đƣợc phận đốt khí sinh học làm nóng c, Sử dụng chế biến nông sản Sấy khô nông sản ƣu điểm biogas Bởi vì, Biogas có nhiệt lƣợng lớn khoảng từ 3.430 – 5.146 Kcal/m3 1m3 khí sinh học thay cho 4,83 kg củi, 1,62 kg than củi 5,18 KWh điện Chính vậy, sử dụng biogas chế biến nơng sản giúp cho việc giảm tiêu thụ lƣợng hóa thạch, giảm phát thải khí nhà kính nơng sản sấy có chất lƣợng tƣơng đƣơng với sấy sử dụng nhiên liệu hóa thạch 50 3.3.2 Giải pháp cơng nghệ lọc tận thu cho mục đích cơng nghiệp Sản xuất khí sinh học q trình liên tục, việc khơng sử dụng hết lƣợng khí sinh học mà phát thải vào khơng khí, gây nên nhiễm mơi trƣờng gia tăng lƣợng khí CH4 vào bầu Khí Để sử dụng hiệu nguồn nhiên liệu nén khí sinh học để dự trữ sử dụng vào mục đích khác khơng giúp bảo vệ bầu Khí mà cịn gia tăng lợi ích m t kinh tế Nồng độ khí CH4 ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu cháy khí sinh học Vì vậy, việc lọc tạp chất giúp gia tăng lƣợng khí CH4 nén bình khí mà cịn giảm đƣợc ăn mịn H2S Trƣớc khi, nén khí sinh học đƣợc thực việc phải lọc khí để loại bỏ CO2, H2O H2S Hình 3.4: Sơ đồ lọc khí nén khí sinh học Nguồn: [22] Theo [22], q trình lọc nén khí đƣợc miêu tả nhƣ sau: Khí sinh học đƣợc lấy từ bể phân hủy qua lọc khí trƣớc đƣợc nén lại Khí sinh học vào phận lọc phải qua van điều áp để điều chỉnh lƣợng khí, áp suất khí lọc để q trình lọc đƣợc triệt để Đầu tiên, khí sinh học đƣợc lọc H2S cách qua lõi thép, xảy tƣợng lƣới thép phản ứng với khí H2S khí H2S đƣợc giữ lại Một số phản ứng trình lọc H2S: + Oxi hóa lõi thép Fe + 1/2 O2 FeO 51 Fe + 3/2 O2 Fe2O3 Fe + O2 Fe3O4 + H2S khí sinh học phản ứng với FexOy Fe2O3 + H2S  Fe2S3 + H2O Fe3O4 + H2S  FeS+Fe2S3 + H2O FeO + H2S  FeS + H2O Sau đó, khí sinh học đƣợc đƣa tiếp đến bình nƣớc để làm giảm lƣợng khí CO2: CO2 + H2O => H2CO3 liên kết yếu chúng nhanh chóng bị bẻ gãy để tạo thành CO2 H2O Sau loại bỏ đƣợc H2S CO2 để lƣợng khí sinh học đƣợc tinh khiết ngƣời ta cho khí sinh học qua keo silica (đây vật liệu hấp thụ độ ẩm) để giảm lƣợng H2O Kết thúc q trình lọc, khí sinh học đƣợc đƣa qua bình lƣu trữ biogas tạm thời Tại đây, khí sinh học đƣợc nén lại đƣa vào bình chứa Máy nén khí đƣợc sử dụng máy nén khí sử dụng sản xuất tủ lạnh để ghi lại áp suất bình lƣu trữ ngƣời ta có sử dụng đồng hồ đo áp suất để biết đƣợc đầy bình lƣu trữ Bình lƣu trữ thƣờng đƣợc sử dụng bình khí gas tự nhiên hóa lỏng 3.3.3 Ƣu nhƣợc điểm giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4 - Ƣu nhƣợc điểm tăng tiêu thụ CH4 cho mục đích sinh hoạt + Ƣu điểm: Hiệu từ việc sử dụng biogas để cải thiện điều kiện sống vơ ý nghĩa Vì vậy, sử dụng biogas cho bình nóng lạnh, chạy động điện, máy bơm, chia sẻ cho hộ dân xung quanh,… tiết kiệm đƣợc nhiều chi phí cho sử dụng lƣợng hàng ngày, tiết kiệm đƣợc thời gian lao động Đồng thời, làm giảm việc sử dụng lƣợng hóa thạch giảm bớt đƣợc lƣợng khí CH4 phát thải vào bầu Khí Ví dụ lƣợng phát thải khí CH4 trang trại đƣợc dùng cho chạy máy phát điện với công suất 1,7 (m3/KWh) nghĩa máy phát điện tạo KWh điện tiêu thụ 1,7 m3 KSH Vậy nên, số KWh điện tiết kiệm đƣợc tháng từ lƣợng khí CH4 phát thải đƣợc tính theo cơng thức (1): 52 ∑KWh điện (KWh tháng) = ∑CH4 phát thải (kg tháng) ÷ 0,67 ÷ Pi (1) Trong đó: + 0,67: Hệ số chuyển khối lƣợng khí CH4 Đơn vị: kg/m3 + Pi: Công suất tiêu thụ máy phát điện Đơn vị: m3/KWh Nhƣ vậy, áp dụng cơng thức (1) lƣợng điện tiết kiệm đƣợc trang trại là: Trang trại 1: 28,45 ÷ 0,67 ÷ 1,7 = 24,98 (KWh/tháng) Trang trại 2: 9,11 ÷ 0,67 ÷ 1,7 = 8,00 (KWh/tháng) Trang trại 3: 8,31 ÷ 0,67 ÷ 1,7 = 7,30 (KWh/tháng) + Nhƣợc điểm: Khí biogas có lẫn nhiều tạp chất H2S, có khả ăn mịn kim loại Vì vây, sử dụng cho chạy máy phát điện tuổi thọ thiết bị giảm xuống rõ rệt dễ bị hỏng Hơn nữa, chi phí lắp đ t giá tiền điện thành phẩm cao giá điện EVN nên chạy máy phát điện không đƣợc khả thi M t khác, ba trang trại nghiên cứu nằm xa khu dân cƣ sở sản xuất nên khơng thể chia sẻ hay bán khí biogas với hộ sở xuất xung quanh phải bắc đƣờng ống xa, khó quản lý tính giá tiền Vì vậy, giải pháp sử dụng biogas cho mục đích sinh hoạt có hiệu thấp, nên trang trại phải xả thải khí CH4 ngồi mơi trƣờng - Ƣu nhƣợc điểm giải pháp lọc tận thu khí cho mục đích công nghiệp + Ƣu điểm: Ở quốc gia giới, cơng nghệ thu hồi khí Methane tất ngành, có chăn ni phƣơng pháp hiệu Không giảm đƣợc lƣợng phát thải khí nhà kính, mà cịn bán khí thu hồi tạo thêm thu nhập cho Nhƣng Việt Nam, chƣa sử dụng công nghệ này, hầm biogas VACVINA cải tiến có sử dụng túi nilơng để chứa khí coi dạng thu hồi, lƣu trữ khí Methane nhƣng hiệu cơng nghệ Việt Nam chƣa mang lại hiệu cao tuổi thọ bình chứa khí cịn thấp, thời gian lƣu trữ ngắn, dễ bị thủng túi khí nguy hiểm 53 gây cháy nổ Vì vậy, việc sử dụng cơng nghệ tận thu, dự trữ khí biogas bình chứa khí gas hóa lỏng để sử dụng dần ho c bán khí biogas cho ngƣời có nhu cầu sử dụng giải pháp hữu hiệu nhằm giảm lƣợng khí CH4 phát thải Đồng thời, tạo thêm khoản thu nhập khác cho trang trại Theo [1], m3 khí sinh học tƣơng đƣơng với 4,83 kg củi, 1,62 kg than củi, 0,76 lít dầu hỏa, 0,48 kg khí hóa lỏng 5,18 KWh điện M t khác, thể tích khí CH4 phát thải đƣợc tính theo cơng thức (2): ∑CH4 phát thải (m3 tháng) = ∑CH4 phát thải (kg tháng) ÷ 0,67 (kg m 3) (2) Trong đó: 0,67 hệ số chuyển khối lƣợng khí CH4 Đơn vị: kg/m3 Nếu tận thu lƣu trữ lƣợng phát thải khí CH4 ba trang trại trên, theo [1] cơng thức (2) ta tiết kiệm đƣợc lƣợng lớn lƣợng hóa thạch (bảng 3.6) Bảng 3.6: Quy đổi khí sinh học sang dạng lƣợng khác Lƣợng khí Lƣợng thay CH4 dƣ Trang thừa Trại trang trại Củi (kg) Than Dầu Khí hóa củi hỏa lỏng (kg) (Lít (kg) Điện (KWh) Ghi (m3/tháng 4,83 1,62 0,76 0,48 5,18 42,46 205,08 68,79 32,27 20,38 219,94 13,60 65,69 22,03 10,34 6,53 70,45 12,40 59,89 20,09 9,42 5,95 64,23 [1] Xét thấy, quy đổi sang giá thị trƣờng 3.500 đ/kg than củi, 15.810 đ/lít dầu hỏa, 25.000đ/1kg khí gas 1.600 đ/KWh điện giá trị việc tận thu lƣợng khí CH4 phát thải trang trại tiết kiệm đƣợc khoản chi phí hàng tháng khơng nhỏ cho việc sử dụng lƣợng (bảng 3.7) 54 Bảng 3.7: Số tiền tiết kiệm đƣợc sau quy đổi Số tiền tiết kiệm đƣợc (Việt Nam đồng) Trang trại Than củi Dầu Hỏa Khí hóa lỏng Điện 240.765 510.189 509.500 351.904 77.105 163.475 163.250 112.720 70.315 148.930 148.750 102.768 Nếu nhƣ việc áp dụng phƣơng pháp giảm thiểu tận thu thành công nghĩa trang trại tiết kiệm cho khoản lớn chi phí cho sử dụng lƣợng ba trang trại giảm đƣợc 0,96 (tCO2e/tháng khí nhà kính vào bầu Khí + Nhƣợc điểm: Phƣơng pháp lọc tận thu khí biogas dạng khí hóa lỏng (LPG) cần phải có chi phí đầu tƣ sở vật chất trang thiết bị lớn, lƣợng khí sinh học phải đủ lớn đ n để trì cho việc lọc nén khí Chính mà trang trại nhƣ ba trang trại nghiên cứu khơng đầu tƣ đƣợc giá thành sản phẩm gas hóa lỏng cao so với thị trƣờng 55 KẾT LUẬN Bằng việc sử dụng phƣơng pháp tính tốn lƣợng khí CH4 phát sinh theo IPCC Đồng thời, kết hợp đo đạc thời gian công suất tiêu thụ biogas, cho trang trại chăn nuôi lợn quy mô 300 nái trang trại chăn nuôi lợn quy mô 200 nái thuộc huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hịa Bình ta ƣớc tính đƣợc lƣợng khí CH4 phát sinh trang trại nghiên cứu Số lƣợng chăn ni lớn nên tiềm khí sinh học trang trại cao Từ số liệu thu thập kết tính tốn trang trại dƣ lƣợng khí nhƣ sau: Trang trại dƣ 28,45 kg/tháng; Trang trại dƣ 9,11 kg/tháng; Trang trại dƣ 8,31 kg/tháng Tƣơng đƣơng, với lƣợng xả thải khí nhà kính lần lƣợt cho trang trại 0,60 (tCO2e/tháng , 0,19 (tCO2e/tháng , 0,17 (tCO2e/tháng Nguyên nhân xả thải khí CH4 tự trang trại gây nên ô nhiễm mơi trƣờng biến đổi khí hậu Để hạn chế đƣợc việc xả thải này, cần có giải pháp tăng sử dụng khí sinh học nhƣ sấy nơng sản, chạy máy phát điện,… hay nhƣ biện pháp lọc tận thu khí CH4 giúp gia tăng hiệu kinh kinh tế, nhƣ giảm phát thải khí CH4 vào bầu khí 56 KIẾN NGHỊ Xử lý chất thải chăn nuôi bể biogas hƣớng tốt khơng có Việt Nam mà nƣớc Thế giới áp dụng Mỗi năm, có mơ hình xử lý biogas khác nhằm cải tiến, khắc phục khuyết điểm mơ hình trƣớc Nhƣng chủ yếu tập trung vào xử lý nƣớc thải biogas mà để ý đến lƣợng khí CH4 thất mơi trƣờng khơng khí cách sử dụng khơng có hiệu Chính vậy, cần phải tổ chức đánh giá lại hiệu sử dụng biogas xử lý chất chăn ni nói riêng ngành khác nói chung M t khác, cần tích cực nghiên cứu, ứng dụng khoa học công nghệ vào xử lý chất thải biogas, nhƣ ứng dụng công nghệ tận thu lƣợng khí sinh học phát thải mơi trƣờng để tạo hiệu kinh tế thu hồi lƣợng giảm nhẹ biến đổi khí hậu Kiến nghị quan chức cần phải tạo hành lang pháp lý, giám sát ch t chẽ có quy định cụ thể sử dụng, buôn bán nguồn lƣợng tái tạo để thật nguồn lƣợng thay cho lƣợng hóa thạch tƣơng lai 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Hoàng Kim Giao (Chủ biên (2011 , Cơng nghệ khí sinh học quy mơ hộ gia đình (tài liệu dùng để tập huấn cho kỹ thuật viên khí sinh học), NXB Văn phịng dự án khí sinh học Trung Ƣơng, Hà Nội, tr.6, 17-19, 90 Hoàng Trung Hiếu (đăng 7/2015 , “ Nguy gia phát thải khí Methane từ hệ thống Biogas”, NXB Tạp chí Kinh tế Mơi trƣờng Lƣu Đức Hải nnk (2010 , Tập giảng giáo dục ứng phó với biến đổi khí hậu trường cao đẳng kỹ thuật Nguyễn Hồng Sơn (2011 , PPT Phân loại, đánh giá loại hầm Biogas, Hà Nội Tổng cục Thống kê (2012 , Kết tổng điều tra nông thôn, nông nghiệp thủy sản năm 2011, NXB Thống Kê, tr 332-334 Tổng cục Thống kê (2014 , Niên giám thống kê (tóm tắt), NXB Thống kê, tr.109 Trần Thục, Nguyễn Trọng Hiệu, Nguyễn Văn Thắng, Phạm Thị Lan Hƣơng, Nguyễn Thị Lan, Vũ Văn Thăng (2010 , Biến đổi khí hậu tác động Việt Nam, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, Chƣơng 4, tr.112 - 218 Trƣơng Quang Học (Chủ biên (2011 , Hỏi đáp Biến đổi khí hậu, NXB Trung tâm phát triển nông thôn bền vững, Hà Nội, tr.12,16 TÀI LIỆU TIẾNG ANH AHDB (2012), Pigs and the environment – How the global pork business is reducing its impact, Publish BPEX, United Kingdom, pp 3-5 10 FAO (2006), Livestock’s long shadow - environmental issues and options, Publish FAO, pp 112-114 11 FAO (2013), Tackling climate change through livestock – A global assessment of emissions and mitigation opportunities, Publish FAO, pp.15-16, 35 12 Intergovermental Panel on Climate Change (IPCC) (2007), Climate change 2007: Synthesis report, pp.30 13 IPCC (1996), Guidelines for national Greenhouse Gas Inventories: Reference Manual, Chapter 4: Agriculture 14 IPCC (2000), Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories, Chapter 4: Agriculture 15 IPCC (2006), Guidelines for national Greenhouse Gas Inventories, Volume 4: Agriculture, Forestry and Other Land Use, Chapter 10: Emissions from Livestock and manure management 58 16 IPCC (2007), Glossary of Synthesis report AR4, Annex II: Glossary, pp.81, 82 17 Maria Westerholm (2012), Biogas production through the Syntrophic Acetate-Oxidising Pathway, pp 19-20 18 Mette Ide Lauridsen (1998),“Evaluation of the impact on women's lives of the introduction of low cost polyethylene biodigesters on farms in villages around Ho Chi Minh City, Vietnam”,Livestock Research for Rural Development, Volume 10, Number 19 Ministry of natural resources and environment Viet Nam (2014), The initial biennial updated report of Viet Nam to UNFCCC, Viet Nam Publishing house of Natural resources Environment and Cartography, pp 14,23, 34-40 20 Najeh Dali (2008 , “Principal guidelines for a National Climate Change Strategy: Adaptation, mitigation and international solidarity”, pp.1, in Proceedings International Coference – Livestock and global Climate Change 2008 21 Peter Jacob Jørgensen (2009 , Biogas – Green energy, Publish Faculty of Agricultural Sciences, Aarhus University, pp.4 22 Ramesh Babu Nallamothu, Abyot Teferra, B.V Appa Rao (2013), Biogas purification, compression and bottling, Vol 2, pp 35 -38 23 Rob Bailey, Antony Froggatt and Laura Wellesley (12/2014), Livestock – Climate Change’s Forgotten Sector_Global public opinion on Meat and Dairy consumption, publish the Royal Institute of International Affairs Chatham House, Lon Don, pp.7 24 T.K.V.Vu, M.T.Tran, T.T.S.Dang (2007 , “A survey of manure management on pig farms in Northern VietNam”, Livestock Science, No 112, pp 294 25 WMO (2014), “The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations through 2013”, WMO green house gas bulletin, No.10, 9/9/2014 TÀI LIỆU MẠNG 26 Cơng ty TNHH Dairy Việt Nam (2014 , Tình hình chăn nuôi giới khu vực, mục Sữa giới, 27 TT Tƣ vấn Công nghiệp Tiết kiệm lƣợng tỉnh Thừa Thiên Huế, 11/7/2014, Tìm hiểu loại khí gây hiệu ứng nhà kính, mục Tin tức – kiện, 28 Thùy Dung, 14/5/2014, Các loại khí gây biến đổi khí hậu, mục Biến đổi khí hậu – Biểu Nguyên nhân, 59 29 Trang thông tin điện tử huyện Lƣơng Sơn, 21/5/2014, Điều kiện tự nhiên, mục Tổng hợp tin, 30 Trang thông tin điện tử huyện Lƣơng Sơn, 21/5/2014, Giới thiệu huyện Lƣơng Sơn, mục Tổng hợp tin, 60 PHỤ LỤC PHỤ LỤC I: Số liệu MCF, MS theo hệ thống Quản lý phân chuồng Nhiệt độ Bảng P1.1: Hiệu suất sinh khí Methane (MC s) t lệ % chất thải theo kiểu thu gom Hệ thống ≤10 Đồng cỏ Lƣu trữ phân ƣớt, thời gian 24 tiếng Lƣu trữ phân khô, thời gian vài tháng Lƣu trữ phân khô, thời gian dài Lƣu trữ dạng lỏng/bùn có thảm thực vật phủ bề m t Lƣu dạng lỏng/bùn khơng có thảm thực vật phủ bề m t Bể kị khí,khơng mái che, thời gian năm ho c cao Hầm lƣu trữ bên dƣới chuồng nuôi (1 tháng Bể phân hủy kị khí Cục nhiên liệu làm phân chuồng Xử lý hiếu khí Ủ hoai phân lợn trâu bị (>1tháng Ủ hoai phân lợn trâu bò (