L ời cam đoan
4.12.2.2 Tháp tách CO2
Hình 4.10: Tháp tách CO2
Việc tách CO2 ra khỏi biogas được thực hiện dựa vào tính chất hấp thụ khí carbonic của nước. Nguyên lý của phương pháp này là cho khí tiếp xúc ngược chiều với nước trong đó, khí đi từ dưới lên, còn nước chảy từ trên xuống. Để tăng cường sự tiếp xúc của khí và nước, nhóm đư sử dụng các vật liệu trơ như gỗ, đá, gạch để làm đệm. Để cốđịnh lớp đệm trong bên trong tháp, nhóm đư sử dụng một đĩa đục lỗ bằng mica, đặt ở phần dưới của tháp.
Với kích thước tháp tách CO2 như hình trên, lưu lượng biogas là 0,86 m3/h, thành phần CO2 ở đầu vào tháp là 36,47%, thành phần CO2 ở đầu ra của tháp là
98
19,22%, chúng ta đạt được hiệu quả xử lý CO2 là 47,30%. Tổn thất áp suất khi đi qua thiết bị hấp thụ CO2 là 5 mbar.
4.12.2.3 Tách hơi n c
Hình 4.11: Bình lọc khí Biogas
Bình lọc khí Biogas có công dụng làm giảm lượng H2O có trong khí sau khi được lấy từ hầm chứa và khửđi thành phần H2S.
Bình lọc sẽ giữ lại phần H2O trước khi cho khí vào bình tích của máy nén, ta chọn thể tích bình khoảng 0,02 – 0,05 m3, cho vào trong bình một phần là nước có thêm long nưo để khử mùi hôi và hoá chất KOH để làm mất đi lượng H2S, lớp giữa là than hoạt tính để tách lần cuối và trên là bông gòn hoặc rơm xay nát để giữ lại phần ẩm còn sót lại, phần trên cùng là để khí Biogas thoát ra sau khi chúng được cho sục vào nước, hơi nước gặp nước sẽđược giữ lại, sau đó khí thoát ra đi qua lớp rơm sẽ bị rơm giữ lại phần nước còn lại và thoát lên phần trên của bình đi vào máy nén khí.
4.12.3 Đ ng cơ sử dụng k t h p biogas/xăng
Khí biogas sau khi qua hệ thống lọc H2S và CO2 trên đây có đủ tiêu chuẩn để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Trong nghiên cứu này, khí biogas sau khi qua lọc được dùng để cung cấp điện cho động cơ 2 mư lực kéo máy phát điện.
Thí nghiệm sử dụng động cơ phối hợp nhiên liệu biogas – xăng. Khi khởi động và chạy không tải động cơ sử dụng xăng, sau khi kéo tải động cơ sử dụng
99
Biogas. Tốc độđộng cơ được khống chế một cách tự động nhờ van tiết lưu Biogas và van hỗn hợp.
Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tạo hỗn hợp cho động cơ đốt trong kéo máy
phát điện chạy bằng Biogas
Hệ thống gồm van công suất 1 với vòi phun chính 3 đặt tại họng bộ chế hòa khí; Van không tải 11 với vòi ziclơ không tải 10 nối thông với lỗ cấp khí 6 đặt sau bướm
ga; Van làm đậm kiểu điện từ 12 với ziclơ làm đậm 9 mắc song song với cụm 11, 10; Mạch điều khiển van điện từ 14 được cung cấp điện một chiều 12 volts thông qua các cực 13 và nhận tín hiệu từ máy phát điện thông qua đầu nối 15. Hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng nguyên thủy của động cơ không thay đổi gồm bộ chế hòa khí 7, khóa xăng 8, bướm gió khởi động 2, bướm ga 5 được điều khiển bởi bộ điều tốc thông qua cánh tay đòn 4.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Không khí Hỗn hợp
100
Nguyên lý hoạt động của hệ thống được mô tả tóm tắt như sau:
- Khi động cơ chạy bằng xăng, khóa ga cung cấp cho hệ thống ở vịtrí đóng, khóa xăng mở, động cơ hoạt động bình thường như trước khi cải tạo.
- Khi chạy bằng biogas, khóa xăng đóng, khóa ga mở, khí biogas sau khi qua lọc được đưa vào hệ thống ởđầu ống 16.
Áp suất trong buồng cháy của động cơ đối với nhiên liệu Biogas và xăng được trình bày trong đồ thị sau:
Hình 4.13: So sánh quá trình cháy sử dụng nhiên liệu Xăng và Biogas (Nguồn: Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng số 3.2008) [30]
101
Hình 4.14: Kết quả thực nghiệm trên động cơ đánh lửa cưỡng bức 2 HP để kéo
máy phát điện [30].
Sử dụng các bóng đèn làm phụ tải, khi động cơ bắt đầu khởi động thì điện áp của máy phát tăng lên đạt mức 220 V. Khi chuyển sang chạy bằng Biogas, ta thay đổi tải bằng cách tắt mở các bóng đèn thì nhận thấy rằng điện áp của máy phát lên xuống ở mức 5% so với bình thường.
Hình 4.15: Đồ thịđiện áp phát ra của máy phát điện [30]
102
- Theo kết quả thực nghiệm của trường đại học bách khoa Đà Nẵng thì 1 m3 Biogas sẽ tạo ra được công suất điện 1 Kwh, máy phát điện tạo ra 1 Kw sẽ tiêu tốn 5 lít xăng trong 10 h, nên nếu chạy 10 h/ngày bằng Biogas chúng ta có thể tiết kiệm được 3,4 triệu đồng/tháng (lấy giá xăng trung bình theo thực tế hiện nay là 23.000 lít).
- Lượng khí thải CO2 khi đốt cháy bằng nhiên liệu xăng là 2,31 kg/lit, máy phát hoạt động công suất 1 Kw chạy bằng xăng trong 10 h/ngày sẽ thải ra 11,55 kg CO2 hoặc 3,5 tấn trên một năm. Vì vậy khi chạy bằng Biogas chúng ta có thể giảm được khí thải CO2 khoảng 3,5 tấn.
Hình 4.16: So sánh nồng độ HC và CO trong khí xả của động cơ lưỡng nhiên liệu biogas-xăng khi sử dụng xăng và biogas [30].
(Nguồn: tạp chí khoa học và công nghệ, số 3.2008, ĐH Đà Nẵng).
- Theo kết quả của đồ thị, mức độ khí thải của động cơ khiđộng cơ sử dụng nhiên liệu Biogas là rất thấp, với số lượng nhỏ khí CO và HC ra môi trường (0,07% CO, 30 ppm HC). Sử dụng xăng thìlượng CO và HC rất cao ởcùng điều liện công suất.
4.12.4 Các nghiên c u sử dụng khí biogas trên đ ng cơ xe máy và đ ng cơ diesel
Khí biogas sau khi xử lý được cung cấp cho động cơ xe máy 110cc với bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu GA5. Hình 4.17 là hình chụp xe gắn máy được cung cấp khí biogas. Kết quả bước đầu cho thấy động cơ làm việc bình thường, chạy êm và rất dễ khởi động.
103
Hình 4.17: Chạy thử nghiệm biogas trên động cơ xe máy 110cc với bộ phụ kiện GA5 [31]
Kết quả phân tích khí thải động cơ xe gắn máy chạy bằng biogas được giới thiệu ở bảng 4.9. Theo TCVN, ở chế độ không tải, giới hạn cho phép của HC là 1200 ppm và CO là 4,5 %. Nếu xem chếđộ này ứng với khi động cơ làm quay bánh xe không tải 200 vòng/phút thì khi chạy bằng biogas, mức độ phát thải của động cơ chỉ bằng 10 % đối với HC và 1 % đối với CO so với giới hạn cho phép của TCVN. Điều này cho thấy sử dụng biogas để chạy động cơ là rất lý tưởng về mặt bảo vệ môi trường. Nhưng khó khăn cần giải quyết là tìm kiếm công nghệ lưu trữ biogas trên phương tiện giao thông vận tải. Điều này không gây trở ngại đối với việc sử dụng biogas trên động cơ tĩnh tại.
Bảng 4.9: Kết quả phân tích khí xả xe gắn máy chạy bằng biogas
Tốc độ quay bánh xe (vòng/phút) không tải Tốc độ quy đổi (km/h) Hàm lượng khí xả HC (ppm) CO (% vol) CO2 (%vol) 200 18,85 102 0,04 2,56 300 28,27 738 0,08 2,38 450 42,41 644 0,09 2,80
104
Hình 4.18: Máy phát điện biogas/diesel 5 kW [32]
105
Hình 4.20: Hệ thống cung cấp biogas cho động cơ 6 xylanh [33]
Hình 4.21: Van cung cấp biogas cho động cơ 6 xylanh [33]
4.12.5 Ti m năng sử dụng biogas Vi t Nam
Khí hậu Việt Nam có các đặc tính phù hợp với điều kiện sản xuất khí Biogas, nước ta có diện tích đất nông nghiệp lớn, ngành nông nghiệp phát triển ở các vùng nông thôn, nhiều hộ chăn nuôi và nông trang trại lớn chưa được khai thác triệt để. Do đó đây là điều kiện thuận lợi để chúng ta có thể sử dụng nguồn chất thải chế biến thành khí Biogas cung cấp chất đốt và nhiên liệu thay thế cho động cơ nhỏ được sử dụng rất phổ biến trên cánh đồng lúa và nông trại, nâng cao thu nhập cho bà con nông dân, nền kinh tế nông thôn được phát triển góp phần tăng trưởng nền kinh tế quốc gia.
Nguồn chất thải từ con người, các trại chăn nuôi gia súc và gia cầm ở Việt Nam cũng có thể thu gom dùng làm nguồn năng lượng nhiên liệu Biogas để phục vụ
106
cho đời sống nông dân, làm nguồn nhiên liệu cho động cơ đốt trong là điều thuận lợi, vì số lượng gia súc và gia cầm ở các trang trại chiếm tỉ lệ tương đối lớn.
Bảng 4.10: Theo nguồn từ Cục Thống Kê năm 2004, sốlượng Lợn, Bò ở Việt Nam
Lợn Bò
Số lượng (con) Số lượng (con) Số lượng (con) kg phân/ngày Miền Bắc 12.465.400 1.432.800 1.432.800 14.328.000 Miền Trung 7.561.600 2.455.400 2.455.400 24.554.000 Miền Nam 6.116.500 1.019.500 1.019.500 10.195.000 Tổng Cộng 26.143.500 4.907.700 4.907.700 49.077.000 1 con lợn = 2 kg phân/ngày 1 con bò = 10 kg phân/ngày 1 kg phân lợn = 0,18 m3 khí 1 kg phân bò = 0,36 m3 khí
“Thực tế 1 m3 khí Biogas ở trạng thái thường 1 atm, nhiệt độ 28 0C, có thể làm nguồn thắp sáng từ 60 – 100 Wat trong 6 giờ dùng để nấu ăn được 3 bữa ăn cho 5 – 6 người và thay thế cho nhiên liệu tương đương với 0,7 Kg xăng”.
Theo tính toán sơ bộ khối lượng nguồn nhiên liệu khí Biogas trong cả nước thu gom từ lợn và bò thống kê năm 2004 là 27.079.380 m3/ngày.
Và được qui đổi tuơng đương với nhiên liệu xăng trong một ngày là: 27.079.380 m3/ngày x 0,7 kg xăng = 18.955.566 kg xăng/ngày.
Đây là đánh giá khối lượng khí Biogas được phân huỷ từ chất thải khô, còn thực tế khi lấy chất thải trực tiếp từ chuồng trại thì có pha với một lượng nước, vì khi vệ sinh chuồng trại sẽ có nước lẫn vào thì lượng khí phân hủy sẽ lớn hơn. Ngược lại trong khí Biogas có lẫn hơi nước nên khi sử dụng cho động cơ đốt trong ta phải dùng phương pháp tách nước và sấy khô, để khi Biogas được đưa vào động cơ ở dạng không còn hơi nước thì động cơ mới hoạt động đạt được công suất tối ưu.
107
Nếu chúng ta tận dụng thu gom tất cả các nguồn chất thải từ con người, gia súc, gia cầm và rác thải sinh hoạt hằng ngày để tạo thành nguồn khí Biogas làm nguồn năng lượng thay thế cho nhiên liệu là một giải pháp hợp lý, đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng cho công nghiệp và nông nghiệp.
Những điều kiện thuận lợi trên đây cho thấy một tương lai khả quan cho Dự án hỗ trợchương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi ở một số tỉnh Việt Nam do chính phủ Hà Lan tài trợ và chương trình Năng suất xanh của chính phủ Việt Nam hứa hẹn sẽđạt thành công lớn góp phần giải quyết bài toán năng lượng, kinh tế và môi trường tại Việt Nam.
Theo khuyến cáo của Viện Khoa học năng lượng, đối với gia đình có quy mô trang trại chăn nuôi khoảng 10 con lợn là đư có thể xây dựng hầm biogas có khả năng cung cấp năng lượng gas cho nhu cầu sử dụng của hộ gia đình có 4 đến 5 người. Đối với những trang trại chăn nuôi có quy mô từ 10 - 20 con lợn trở lên đư có thể xây dựng hầm chứa biogas bảo đảm cung cấp nhiên liệu cho các loại máy phát điện 1.500 W.
Một hộ gia đình nuôi khoảng 20 con heo là có đủ khí để vận hành cho máy phát điện cỡ nhỏ chạy, chỉ cần 3 triệu đồng để xây dựng hầm biogas dạng túi nylon, 10 triệu đồng máy phát điện động cơ diesel 5 - 7kW; 1,2 triệu đồng cho bộ phụ kiện thì hộgia đình sẽ không phải sử dụng nguồn điện quốc gia.
Những thành tựu nghiên c u đư đ t đ c v m t tích cực
- Từ những nghiên cứu tại các trường Đại Học lớn trong cả nước cho thấy:
Chúng ta đư nghiên cứu và tìm ra được nhiều loại xúc tác, nhiều phương pháp để điều chế biodiesel, sản xuất ethanol.
Chúng ta đư nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu biodiesel từ: dầu dừa, dầu jatropha, mỡ cá tra, cá ba sa, dầu đậu nành, dầu tảo, dầu ăn phế thải, dầu hạt cao su… nhiên liệu ethanol từ: mía, sắn, rơm… trên các loại động cơ.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt, khảo nghiệm nhiều loại động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ xe gắn máy sử dụng khí biogas.
108
- Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Chế biến Dầu khí (PVPro) thuộc Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) nghiên cứu thử nghiệm xăng E5/E10 đư cho kết quả là sử dụng xăng E5/E10 giúp giảm mạnh hàm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường, các thông số vận hành (như công suất, lực kéo có ích, khả năng tăng tốc, khả năng vượt dốc) và mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ chạy xăng E5 trên các phương tiện ngoài thực tế tương đương như khi sử dụng xăng gốc khoáng (A92).
Những t n t icần kh c phục
Những nghiên cứu trong các trường Đại Học đa số chỉ mới thực hiện trong phòng thí nghiệm, chưa được ứng dụng trong thực tế nhiều. Các nghiên cứu còn đang trong giai đoạn cần hoàn chỉnh thêm và phải có một quá trình thửnghiệm lâu dài thì mới có thểđưa vào sử dụngđược. Đồngthời cần có sựủng hộ của nhà nước về mặt kinh phí, trang thiết bị thì các thử nghiệm và thí nghiệm này mới có độ tin cậy cao về mặt khoa học. Vì vậy nhà nước cần có kế hoạch, phương hướng để hỗ trợ vànhanh chóng ứng dụng các nghiên cứu này vào trong thực tế để chúng không bị lưng phí và cũng để ngành công nghiệp nhiên liệu của nước ta phát triển ngày càng mạnh hơn cả về chất lượng và sản lượng.
Việc quy hoạch vùng cây nhiên liệu vẫn chưa phù hợp và cụ thể, vẫn chưa có chính sách thống nhất của chính phủ về việc phát triển các loại cây nhiên liệu.
Hiện nay, cây jatropha vẫn là loại cây cần được ưa chuộng nhất để sản xuất biodiesel ở Việt Nam vì tính thích nghi của loại cây này rất phù hợp với khí hậu của nước ta. Ngoài ra, chúng ta còn có nguồn nguyên liệu từ mỡ cá ba sa cũng để sản xuất biodiesel. Còn sản xuất ethanol thì nước ta vẫn chủ yếu dựa vào cây sắn.
Công nghệ chế biến nhiên liệu sinh học ở nước ta vẫn chưa đồng bộ, chủ yếu là những nghiên cứu đơn lẻ. Việc triển khai ứng dụng nhiên liệu sinh học vẫn chưa được quan tâm đúng mức, vẫn chưa trở thành quốc sách.
4.13 K tlu n
- Từ các nghiên cứu trên đư làm tiềnđề cho các ứngdụng việc sửdụng nhiên liệu sinh họctại Việt Nam.
109
- Tuy nhiên, các ứng dụng này còn nhỏ lẻ, chủ yếu tập trung tại các vùng có nguồn nguyên liệudồi dào, dễ khai thác và sửdụnghoặctại các thành phốlớn.
- Tóm lại, bức tranh toàn cảnh cho ta thấy ở Việt Nam, nhiên liệu sinh học chưa được quan tâm, chưa có chính sách phát triển nên ai làm được gì thì làm. Chưa có cơ quan nào chuyên trách.
110
Ch ơng V
TỊNH HỊNH NG D NG NHIÊN LIỆU SINH H C
5.1 Các dự án xây dựng Nhà máy ethanol nhiên li u t i Vi t Nam
Bảng 5.1: Tóm tắt các dự án xây dựng Nhà máy ethanol nhiên liệu tại Việt Nam
(Nguồn: orientbiofuels.com.vn)
Nhà máy sản xuất cồn sinh học - Nhà máy ethanol Đại Tân, đư được khánh thành và chính thức cung cấp xăng cho thị trường tháng 8/2010. Nhà máy có tổng vốn đầu tư khoảng 900 tỉ đồng đặt tại xư Đại Tân, huyện Đại Lộc, Quảng Nam do Công ty CP Đồng Xanh đầu tư. Với công suất của nhà máy là 100.000 tấn
111
ethanol/năm, nhà máy cần 300.000 tấn sắn khô mỗi năm. Ngoài ra sản phẩm phụ của nhà máy là CO2 có công xuất 20 ngàn tấn/năm và 40 ngàn tấn phân vi sinh/năm.