Vấn đề đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế và nhu cầu dân sinh đã trở thành mối quan tâm hàng ưu tiên của hầu hết các quốc gia trên thế giới. Vấn đề này càng thêm nóng bỏng khi các nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt dần với sự khai thác quá mức của con người.Con người đã và đang tìm nhiều nguồn năng lượng thay thế nhằm đáp ứng nhu cầu trong tương lai của mình. Trong đó năng lượng sinh khối là dạng năng lượng sạch được nước ta chú ý phát triển từ lâu có đang trên đà phát triển thêm. Mà trong đó Biogas được áp khá rộng rãi ở các trang trại chăn nuôi, tận dụng nguồn phân thải ra của vật nuôi tạo ra khí biogas để chạy máy phát điện và nhiều công dụng khác. Năng lượng là một trong những yếu tố thiết yếu cho sự tồn tại và phát triển của xã hội. Trong nhiều thập kỉ qua việc tiêu thụ năng lượng trên thế giới tang lên cùng phát triển kinh tế và hơn nữa năng lượng có tính quyết định đối với hệ thống chính trị, hòa bình quốc gia hay sự phát triển bền vững của các quốc gia. Nói năng lượng là nói đến năng lượng hóa thạch như than đá và đặc biệt là dầu và các sản phẩm từ dầu mỏ. Cho đến nay, phần lốn các nguồn năng lượng mà chúng ta đang sử dung bắt nguồn từ năng lượng hóa thạch là loại năng lượng dưới dạng tài nguyên, được khai thác lên và sử dụng. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp trên thế giới đang không ngừng phát triển và ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phát triển của các quốc gia trên thế giới. Nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt từ đó những nghiên cứu về nguồn năng lượng thay thế năng lượng khoáng sản đang trở nên cấp bách. Vấn đề đặt ra ở đây chinh là giá trị chuyển đổi năng lượng điện từ năng lượng tái tạo cao hơn nhiều so với năng lượng khoáng thạch.Mục tiêu đề tài: Đề tài thực hiện với mục tiêu tìm hiểu nghiên cứu về khí biogas, tìm hiểu tính khả thi , vấn đề kĩ thuật, kinh tế và ảnh hưởng đến môi trường nhằm ứng dụng và thực tiễn mang lại hiệu quả kinh tế cao.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY TIỂU LUẬN Đề tài: “BIOGAS DẠNG HẦM Ủ” Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2014 ThS HỒNG TRÍ NGUYỄN THANH YÊN 11243059 112430A LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đại học đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ q Thầy Cơ, gia đình bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến q Thầy Cơ Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Và đặc biệt, học kỳ này, Khoa tổ chức cho chúng em tiếp cận với môn học mà theo em hữu ích sinh viên ngành Công Nghệ Chế Tạo Máy tất sinh viên thuộc chuyên ngành Khoa Học Kĩ Thuật khác Đó mơn học “Năng Lượng Và Quản Lý Năng Lượng” Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồng Trí tận tâm hướng dẫn chúng em qua buổi học lớp buổi nói chuyện, thảo luận lĩnh vực sáng tạo nghiên cứu khoa học Nếu khơng có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy em nghĩ thu hoạch em khó hồn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy Bài thu hoạch thực khoảng thời gian gần tuần Bước đầu vào thực tế, tìm hiểu lĩnh vực sáng tạo nghiên cứu khoa học, kiến thức em hạn chế cịn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót điều chắn, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý Thầy bạn học lớp để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện Tuy có nhiều cố gắng chắn tiểu luận em có nhiều thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy bạn sinh viên Em xin chân thành cảm ơn! Sinh Viên Thực Hiện Nguyễn Thanh Yên TÓM TẮT TIỂU LUẬN TÊN ĐỀTÀI “Biogas dạng hầm ủ” Vấn đề đa dạng hóa nguồn cung cấp lượng phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế nhu cầu dân sinh trở thành mối quan tâm hàng ưu tiên hầu hết quốc gia giới Vấn đề thêm nóng bỏng nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt dần với khai thác mức người Con người tìm nhiều nguồn lượng thay nhằm đáp ứng nhu cầu tương lai Trong lượng sinh khối dạng lượng nước ta ý phát triển từ lâu có đà phát triển thêm Mà Biogas áp rộng rãi trang trại chăn nuôi, tận dụng nguồn phân thải vật nuôi tạo khí biogas để chạy máy phát điện nhiều công dụng khác Năng lượng yếu tố thiết yếu cho tồn phát triển xã hội Trong nhiều thập kỉ qua việc tiêu thụ lượng giới tang lên phát triển kinh tế lượng có tính định hệ thống trị, hịa bình quốc gia hay phát triển bền vững quốc gia Nói lượng nói đến lượng hóa thạch than đá đặc biệt dầu sản phẩm từ dầu mỏ Cho đến nay, phần lốn nguồn lượng mà sử dung bắt nguồn từ lượng hóa thạch loại lượng dạng tài nguyên, khai thác lên sử dụng Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghiệp giới không ngừng phát triển ảnh hưởng mạnh mẽ đến phát triển quốc gia giới Nguồn lượng hóa thạch dần cạn kiệt từ nghiên cứu nguồn lượng thay lượng khoáng sản trở nên cấp bách Vấn đề đặt chinh giá trị chuyển đổi lượng điện từ lượng tái tạo cao nhiều so với lượng khoáng thạch Mục tiêu đề tài: Đề tài thực với mục tiêu tìm hiểu nghiên cứu khí biogas, tìm hiểu tính khả thi , vấn đề kĩ thuật, kinh tế ảnh hưởng đến môi trường nhằm ứng dụng thực tiễn mang lại hiệu kinh tế cao Chương 1: Tổng quan khí biogas Chương 2: Các dạng hầm ủ biogas Chương 3: Kết luận Đề tài cho người có nhìn rõ lượng sinh khối dạng khí tiềm nguồn lượng nước ta Mặc dù cố gắng nhiều trình làm khơng tránh thiếu sót Rất mong thầy hướng dẫn bảo thêm MỤC LỤC Trang LỜI CÁM ƠN TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ BIOGAS CHƯƠNG 2: CÁC DẠNG HẦM BIOGAS CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 14 DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Sơ đồ : Biến đổi chất hữu phức tạp thành chất hữu đơn giản Bảng : Vi khuẩn sản phẩm axit tạo Bảng : tiềm nguyên liệu Hình : lọc khí Hình : Hầm sản xuất biogas nắp cố định vòm cầu .9 Hình : Hầm biogas nắp 10 Hình : Hầm biogas dạng túi nilon .11 Hình : Hầm Biogas Composite 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ BIOGAS Khái niệm khí biogas: - Biogas sản phẩm khí q trình lên men kị khí phân giải hợp chất hữu phức tạp thành hợp chất hữu đơn giản có thành phần khí metan Thành phần Biogas CH4 (50¸60%) CO2 (30%) cịn lại chất khác nước N2, O2, H2S, CO … Các nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất biogas: Các loại bùn từ ao tù đầm lầy Các loại phế thải sản xuất nông lâm nghiệp chế biến nông lâm sản Các sản phẩm phụ phế thải từ sinh hoạt ngày người Các sản phẩm phụ phế thải từ ngành chăn ni Q trình lên men metan: Giai đoạn 1: Biến đổi chất hữu phức tạp thành chất hữu đơn giản Vi khuẩn Chất hữu phức tạp (Protein, Acid Amin, Lipid) Chất hữu đơn giản (Glycerin, Acid béo…) Closdium Bipiclobacterium Bacillus gram âm không sinh bào tử Staphyloccus Giai đoạn 2: Hình thành Acid - Nhờ vào vi khuẩn Acetogenic Bacteria (vk tổng hợp acetat), hydrates cacbon biến đổi thành acid có phân tử lượng thấp (C2H5COOH, C3H7COOH, CH3COOH) pH môi trường nên gây thối Vi khuẩn Sản phẩm, Acid tạo Bacillus cereus Acetic, Lactic Bacillus knolkampi Acetic, Lactic Bacillus megaterium Acetic, Lactic Bacterodies succigenes Acetic, Sucinic Clostridium carbefectium Acetic, Fomic Clostridium cellobinharus Lactic, Etanol, CO2 Clostridium dissolves Acetic, Fomic Clostridium thermocellaceum Lactic, Sucinic, Etanol Pseudomonas Acetic, Fomic, Lactic, Sucinic, Etanol Ruminococcus sp Acetic, Fomic,Sucinic, CO2 Giai đoạn : Hình thành khí Metan Sản phẩm acid nguyên liệu để phân hủy giai đoạn này, tạo hỗn hợp khí CH 4, CO2, H2S, N2, H2 pH ( môi trường chuyển sang kiềm) Các phản ứng hóa học: Cao phân tử → CO2 + H2 + CH3COO- + C2H5COOH + C3H8COOH CH3COO- + H2O → CH4 + HCO3 + Q 4H2 + HCO3 + H2O → CH4 + H2O + Q 4H2 + H+ + HCO3 → CH4 acid Formic: 4HCOOH → CH4 + 3HCO3 + 3H HCOOH → H2 + CO2 acid Propionic: C2H5COO- + 2H2O → CH3COO- + 3H2 + 3CO2 Metanol: 4CH3OH + H2O → CH3COO- + 3H+ + H2O Etanol: C2H5OH + H2O → 3/2CH4 + 1/2CO2 + H2O Propanol: C3H7OH + 3H2O → 9/4CH4 + 3/4CO2 + 5/2H2O STT Vật liệu 10 11 12 Thân lúa mạch Thân ngô Thân khoai tây Lá củ cải đường Rau bỏ Phân bò Phân lợn Phân gà Bùn Phế thải lị mổ Bã mía Vỏ Khả khai thác biogas (l/kg vc khô) 200 – 310 380 – 460 280 – 490 400 – 500 330 – 360 200 – 400 340 – 350 330 – 620 310 – 740 1200 – 1300 450 379 Bảng 2: tiềm nguyên liệu LÊN MEN _ Lên men điều kiện kỵ khí: khơng có O2 _ Nhiệt độ: Quy mô nhỏ: 30-35oC Quy mô lớn: 50-55oC Độ pH: 6,5 – 7,5 (nếu 7/1 (Tỷ lệ pha loãng phân bò: 1/1, phân lợn: 2/1) Các ion NH4, Ca, K, Zn, SO4 nồng độ cao có ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển vi khuẩn sinh metan Thu làm khí: Loại trừ CO2 Sục Biogas qua nước coi pp đơn giản để loại CO2 Ngồi CO2 cịn bị hấp thu dd kiềm, ta dùng dd NaOH, Ca(OH)2 KOH để loại CO2: 2NaOH + CO2 -> Na2CO3 + H2O (*) Na2CO3 + CO2 + H2O -> 2NaHCO3 Ca(OH)2 + CO2 > CaCO3 + H2O Ố ng 23 L ố i r a c ủ a b io g a s Ố ng L ố i v nước Đ ệm T hân Đ ĩa đ ụ c lỗ L ố i v o c ủ a b io g a z Ống Ố ng L ố i nư ớc THU VÀ LÀM SẠCH KHÍ Loại trừ H2S : NaCO3 pt (*) dùng để loại H2S Biogas qua phản ứng sau: H2S + Na2CO3 -> NaHS + NaHCO3 Một cách đơn giản khác cho Biogas qua mạt sắt trộn lẫn với dăm bào: Fe2O3 + 3H2S -> Fe2S3 + 3H2O Sau sử dụng oxyt sắt tái sinh cách đem Fe2S3 phơi nắng, ta có: 2Fe2S3 + 3O2 -> 2Fe2O3 + 6S Chương II: CÁC DẠNG HẦM BIOGAS Hầm sản xuất biogas nắp cố định vòm cầu: 1.Bể phân huỷ 2.Bộ phận chứa khí 3.Cửa nạp 4.Ống dẫn 5.Cửa lấy khí 6.Cửa thải bã Bộ phận chứa khí bể phân hủy gắn liền với thành bể kín Dịch phân hủy chứa khí thu giữ phía Khí sinh phía tạo áp suất nén xuống mặt dịch phân hủy, đẩy phần dịch phân hủy tràn lên bể điều áp thông với lối Ưu điểm + Kết cấu mặt đất, nhiệt độ ổn định, tiết kiệm diện tích + Đảm bảo áp suất khí cao + Xây dựng với vật liệu dễ kiếm địa phương + Bền, phận cố định, địi hỏi bảo dưỡng Nhược điểm: + Phần chứa khí khó xây dựng, địi hỏi kỹ thuật cao + Áp suất khí lớn tác động lên thành bể gây nứt + Nước đầu vào dềnh lên gây khó khăn nạp nguyên liệu + Giá thành cao 1,2 đến 1,5 triệu đồng /m2 Hầm biogas nắp nổi: Bể phân hủy; Bể chứa khí; Bể nạp nguyên liệu; Bể xả; Cửa lấy khí Bộ phận chứa khí đai nước quanh miệng bể phân hủy Khí tích lại nhiều nắp cao Ưu điểm + Áp suất khí lên thành bể điều chỉnh dễ dàng + Phù hợp với loại hầm lớn + Dễ sử dụng, dễ bảo dưỡng Nhược điểm + Bị ảnh hưởng nhiều nhân tố môi trường nhiệt độ + Nắp hầm dễ bị ăn mòn (làm sắt), dễ bị lão hóa (làm chất dẻo) + Áp suất gas thấp gây bất tiện cho việc đun nấu, thắp sáng (khắc phục: treo thêm nặng vào nắp hầm) 10 Hầm biogas dạng túi nilon: Bể phân hủy Bể chứa khí Bể nạp nguyên liệu Bể xả Cửa lấy khí Ưu điểm: + Kỹ thuật lắp đặt dễ dàng + Chi phí thấp + Vận hành đơn giản, sửa chữa dễ dàng Nhược điểm: + Chất dẻo dễ bị lão hóa trước ánh nắng mặt trời + Cần tránh tác động học dễ rách, nên cần biện pháp bảo vệ trước vật nuôi, chuột, trẻ em… + Chiếm diện tích lớn 11 Hầm Biogas Composite: Ưu điểm: +Độ bền cao kín tuyết đối, khơng có khả nứt gãy, khơng bị acid ăn mịn +Hiệu suất sinh khí cao áp suất lớn kín tuyệt đối +Khơng tốn nhiều thời gian nhân cơng lắp đặt +Có áp lực gas cao, tự điều áp, tự động phá váng +Có di chuyển dễ dàng Nhược điểm: + Cửa nạp cửa xả đặt bình độ dùng làm bể điều áp chi cách 1.1-1.6m, phân chưa kịp phân hủy bị đẩy ngoài, ảnh hưởng đến vệ sinh môi trường 12 Sử dụng biogas: Dùng để phát điện:Động biến 1m3 biogas thành 1kWh điện, tiết kiệm 0,4 lít dầu diesel góp phần giảm phát thải 1kg CO2 vào khí “Nếu áp dụng công nghệ năm nước ta có tỷ kWh điện từ biogas, 10% lượng điện nhiên liệu thay thế, tiết kiệm 1,6 tỷ lít dầu Nấu ăn, cặn bả dung làm phân bón Lợi ích biogas: Về môi trường: Tạo môi trường nông thôn đẹp Xử lí lượng chất thải lớn Thanh tốn mơi trường di trú mầm bệnh cho người gia súc, gia cầm Hạn chế nạn phá rừng làm chất đốt Về kinh tế: Thu khí đốt dạng nhiên liệu thay chất đốt thương mại khác Thu nguồn phân phục vụ trồng trọt Phát triển chăn nuôi theo hướng công nghiệp bền vững Sử dụng sưởi ấm, thắp sáng chuồng trại số lợi ích khác Về xã hội Tạo không gian chuồng trại, môi trường nơng thơn đẹp Xố bỏ tập qn sử dụng phân tươi trồng trọt 13 Chương III: KẾT LUẬN Năng lượng sinh khối ngày thu hút quan tâm xã hội, đáng kể năm cuối kỷ 20, đầu kỷ 21 Đó nhờ kết hợp yếu tố sau: Sự thay đổi cách nhanh chóng thị trường lượng tồn cầu, thúc đẩy tiến trình tư nhân hóa, deregulation phân tán (decentralisation) Xã hội bắt đầu nhận thức cách rộng rãi vai trò tương lai lượng sinh khối với vai trò phương thức chuyển hóa lượng (energy carrier), kết hợp với dạng nltt khác Sự dời dào, dễ khai thác tính chất bền vững lượng sinh khối Xã hội nhận thức đóng góp việc khai thác lượng sinh khối vào tiến trình bảo vệ cân mơi trường sống vai trị việc điều tiết khí hậu Các hội sẵn có tiềm phát triển thương mại lượng sinh khối Tiến hiểu biết lượng sinh khối phát triển kỹ thuật khai thác chuyển đổi lượng sinh khối dạng lượng tái tạo khác Ngoài điểm kể trên, phát triển lượng sinh khối cịn khuyến khích thêm yếu tố cụ thể sau: Mối lo ngại ngày tăng thay đổi khí hậu tồn cầy dẫn tới việc tăng cường sách cứng rắn việc giảm thiểu nhiễn khơng khí Sự nhận thức rộng rãi tổ chức sách tồn cầu tầm quan trọng lượng sinh khối Sự gia tăng nhu cầu lượng tăng trưởng nhanh thị trường lượng tái tạo Con số quốc gia bắt đầu vạch thảo áp dụng sách hỗ trợ phát triển lượng ngày tăng, với lượng sinh khối đóng vai trị trọng tâm Các áp lực môi trường, cộng với cạn kiệt nguồn tài nguyên dẫn tới việc tăng giá nhiên liệu hóa thạch, chưa kể tới chi phí "phụ trợ" khác khiến giá lượng ngày tăng cao Điều rút giảm dần khoảng cách chi phí nl tái tạo lượng truyền thống Cho dù kỹ thuật chưa đạt mức thỏa mãn thương mại hóa luợng sinh khối, với tốc độ phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật, khoảng cách thời gian rút ngắn dần 14 15 ... khí Hình : Hầm sản xuất biogas nắp cố định vòm cầu .9 Hình : Hầm biogas nắp 10 Hình : Hầm biogas dạng túi nilon .11 Hình : Hầm Biogas Composite ... giới Nguồn lượng hóa thạch dần cạn kiệt từ nghiên cứu nguồn lượng thay lượng khoáng sản trở nên cấp bách Vấn đề đặt chinh giá trị chuyển đổi lượng điện từ lượng tái tạo cao nhiều so với lượng khoáng... khí biogas, tìm hiểu tính khả thi , vấn đề kĩ thuật, kinh tế ảnh hưởng đến môi trường nhằm ứng dụng thực tiễn mang lại hiệu kinh tế cao Chương 1: Tổng quan khí biogas Chương 2: Các dạng hầm ủ biogas