2.1.42.1.42.1.4 LLLLịịịịchchchch ssssửửửử vvvvàààà ththựththựựựcccc trtrtrtrạạngạạngngng tritritritriểểểểnnnn khaikhaikhaikhai áááápppp dddụdụụụngngngng biogasbiogasbiogasbiogas trtrtrtrêêêênnnn ththththếếếế gigiớgigiớớớiiii vvvvàààà ttttạạạạiiii ViViViViệệệệtttt NamNamNamNam
2.1.4.1
2.1.4.12.1.4.12.1.4.1 LLLLịịịịchchchch ssssửửửử vvvvàààà ththththựựựựcccc trtrtrtrạạạạngngngng tritritritriểểểểnnnn khaikhaikhaikhai áááápppp ddddụụụụngngngng biogasbiogasbiogas trbiogastrtrtrêêêênnnn ththếếếế githth gigigiớớớớiiii
Nguyễn Lân Dũng và cộng sự (2010) đã cho rằng thuật ngữ “khí biogas” được thế giới đề cập đến lần đầu tiên vào khoảng giữa thế kỷ XVII. Năm 1630 nhà thực vật học người Bỉ Van Helmont đã phát hiện ra một loại khí khi cháy được nó sẽ sinh khí từ sự phân huỷ của các hợp chất hữu cơ. Năm 1667, một người có tên là Shirley đã làm rõ và miêu tả khí biogas chính xác hơn. Ông được coi là một trong những người đầu tiên khám phá ra loại khí này. Năm 1776 - 1778, nhà khoa học Ý, Alessandro Volta, đã nhắc đến khí biogas khi ông nghiên cứu về hỗn hợp khí sinh ra ở hồ Maggiore (phía Nam nước Ý). Từ cuối thế kỷ 17, hai nhà khoa học Robert Boyle và Stephen Hale đã phát hiện
thấy các khí sinh ra từ việc phân huỷ tự nhiên chất hữu cơ và làm sinh ra chất khí cháy được. Năm 1808, Humphry Davy, một nhà vật lý người Anh, đã tìm thấy me-tan trong các khí sinh ra khi phân giải phân trâu bò. Năm 1895, công nghệ lên men me-tan đã được ứng dụng ở Anh để chiếu sáng đường phố. Năm 1904, cũng ở Anh người ta đã xây các bể lên men me-tan tại Hampton để phân huỷ các chất hữu cơ. Năm 1907, ở Đức người ta cấp bằng sáng chế cho bể lên men mêtan mang tên Imhoff (đặt theo cùng tên kỹ sư người Đức nổi tiếng Karl Imhoff). Từ thập kỷ 30 của thế kỷ trước, những nghiên cứu khoa học về các vi sinh vật kỵ khí sinh me-tan mới bắt đầu được tiến hành. Trong thời kỳ chiến tranh thế giới lần thứ 2, tại Đức và Pháp người ta đã phát triển các quá trình phân giải kỵ khí để xử lý phân hữu cơ. Trong những năm thập niên 90 của thế kỷ XX và những năm đầu thế kỷ XXI, công nghệ khí biogas đã phát triển từ một kỹ thuật biến đổi sinh khối tương đối đơn giản, với mục đích chủ yếu là sản xuất năng lượng, thành một hệ thống đa chức năng: Xử lý các chất thải hữu cơ và nước thải, sản xuất và sử dụng năng lượng, cải thiện vệ sinh, giảm mùi thối, sản xuất phân bón chất lượng cao. Công nghệ khí biogas đã được phát triển rộng ở cả các nước công nghiệp (Đức, Đan Mạch, Pháp..) và các nước đang phát triển (Trung Quốc, Ấn Độ…) với đa chức năng như trên.
Trung Quốc là nước đang dẫn đầu Châu Á về ứng dụng công nghệ khí biogas. Theo Guo, G.L. (2010), có hai mô hình dùng phân để sản xuất khí biogas ở Trung Quốc. Mô hình đầu tiên là dựa vào chăn nuôi gia súc gia đình, mô hình này chủ yếu tập trung vào HGĐ chăn nuôi quy mô nhỏ ở khu vực nông thôn. Những người nông dân sống ở khu vực nông thôn nuôi một số loài động vật sau nhà của mình, đó là hỗn hợp gồm nhiều loài ví dụ lợn, gà, bò. Mô hình này sản xuất biogas này khá phổ biến vì Trung Quốc có dân số lớn ở nông thôn. Các khu vực phù hợp cho việc phát triển mô hình chăn nuôi gia súc gia đình chủ yếu nằm ở dưới khu vực phát triển như Tây Bắc Trung Quốc, phía Tây Nam Trung Quốc và Đông Bắc Trung Quốc. Loại thứ hai được dựa trên các hệ thống chăn nuôi thâm canh trong đó bao gồm các trang trại chăn nuôi vừa và quy mô lớn. Các khu vực thích hợp cho loại hình này là phù hợp ở phía Đông bờ biển của Trung Quốc và hầu hết các vùng ngoại ô của các thành phố trung bình và lớn. Năm 2004, có 15 triệu công trình khí biogas gia đình nông thôn, sản ra khoảng 5,6 tỷ m3khí biogas, tương đương 4 triệu tấn than. Có 137.000 công trình xử lý nước thải sinh hoạt với trên 0,5 tỷ tấn nước thải được xử lý mỗi năm. Tính đến cuối năm 2010, 40 triệu HGĐ, chiếm 1/3 dân số ở khu vực nông thôn tại Trung Quốc đã được tiếp cận với khí biogas. Tại những vùng nghèo nhất của Trung Quốc, khí biogas và năng lượng Mặt Trời được coi là những nguồn năng lượng thân thiện với môi trường và hiệu quả
hơn so với các năng lượng khác. Bộ Nông nghiệp Trung Quốc cho biết một hầm biogas có dung tích 8m3có thể cung cấp 80% nhu cầu tiêu thụ khí đốt của một gia đình từ 3 - 5 người. Mỗi năm, quốc gia đông dân nhất thế giới này sản xuất ít nhất 16 tỷ m3khí biogas, đáp ứng 13% nhu cầu tiêu thụ khí đốt tự nhiên của cả nước.
Đức là nước công nghiệp dẫn đầu thế giới về phát triển công nghệ biogas. Công nghệ của Đức đã được xuất khẩu sang Châu Âu, Châu Phi và Châu Á. Năm 2000, hiệp hội biogas có 800 hội viên (lớn nhất Châu Âu). Sản lượng điện hoạt động bằng khí biogas của Châu Âu là 17.272 GWh, trong đó Đức chiếm 42,5% là 7.388 GWh, bằng 12,4 % sản lượng điện 59.013 GWh của Việt Nam. Khí biogas chiếm 1,2 % sản lượng điện hàng năm, gần 10% năng lượng tái tạo với tổng công suất lắp đặt gần 1.500 MW. Năm 2007, điện khí biogas đã lên tới 22.400 GWh trong đó 49% từ bãi rác và 51% từ các nhà máy biogas thương mại và nông nghiệp.
Trong khu vực Đông Nam Á, Thái Lan được đánh giá là quốc gia rất thành công trong việc phát triển mô hình biogas. Mô hình phát triển của Thái Lan đang được nhiều quốc gia trong khu vực học hỏi trong đó có Việt Nam. Theo Mirko Barz (2013), công nghệ sản xuất biogas Thái Lan xuất hiện tại quốc gia này vào khoảng năm 1950 với hệ thống nắp nổi của Ấn Độ. Năm 1988, chương trình phát triển biogas Thái - Đức, sáng kiến chung của Chính phủ Thái Lan, cơ quan hợp tác quốc tế Đức GTZ (sau này đổi thành GIZ) và trường đại học Chiang-mai bắt đầu thực hiện nhằm thúc đẩy phát triển lĩnh vực sản xuất biogas của Thái Lan bằng cách giới thiệu các công nghệ cải tiến (chương trình giới thiệu công nghệ thu hồi biogas mới để giảm thiểu các quan ngại ngày càng tăng về tác động môi trường do chôn lấp rác thải lộ thiên). Từ năm 2005 đến năm 2010, sản lượng điện từ biogas đã tăng từ 2 lên 214 GWh. Trong dự án phát triển năng lượng nông thôn (2008), Thái Lan đã xác định mục tiêu mới về phát triển hoạt động sản xuất biogas với kế hoạch đặt chỉ tiêu sản xuất 600 MW biogas vào năm 2021. Tháng 02/2013, Hội đồng chính sách Năng lượng quốc gia Thái Lan mới thông qua chương trình hỗ trợ mới "khuyến khích các doanh nghiệp cộng đồng sản xuất xanh". Mục tiêu mới là thúc đẩy phát triển hoạt động sản xuất biogas từ cây trồng năng lượng và tăng cường phát triển các hệ thống năng lượng tái tạo phân phối và dựa vào cộng đồng. Mục tiêu chính sách: xây dựng các nhà máy sản xuất biogas mới có công suất 10.000MW trong vòng 10 năm. Với chính sách mới này, chính phủ Thái Lan sẽ hỗ trợ các nhà máy sản xuất biogas có công suất nhỏ hơn 1MW ở mức 4,5 baht mỗi kWh trong vòng 20 năm.
2.1.4.2
2.1.4.22.1.4.22.1.4.2 LLLLịịịịchchchch ssssửửửử vvvvàààà ththựththựựựcccc trtrtrtrạạạngạngngng tritritritriểểểểnn khainnkhaikhaikhai áááápppp ddddụụụụngngngng biogasbiogasbiogasbiogas ttttạạạạiiii ViViViViệệệệtttt NamNamNamNam
Thị trường tiềm năng cho sản xuất biogas tại Việt Nam là rất lớn, nhưng cho đến nay chưa được khai thác triệt để. Trong lĩnh vực chăn nuôi, các trang trại quy mô vừa và lớn đã bắt đầu sử dụng khí biogas do nhu cầu bức thiết và mong muốn sử dụng. Có hai xu hướng chính sản xuất ứng dụng biogas tại Việt Nam: sử dụng biogas phục vụ đun nấu và phát điện cho chiếu sáng ở quy mô HGĐ và sử dụng biogas cho phát điện và làm nhiên liệu sưởi ấm ở một quy mô lớn hơn (quy mô công nghiệp).
Theo Swedish Environmental Technologies for Viet Nam (2012), ở quy mô HGĐ, Việt Nam có khoảng 500.000 hầm phân hủy biogas. Tuy nhiên hầu hết các hầm này đều có quy mô nhỏ (dưới 10m3) được xây dựng bởi các HGĐ. Mặc dù không có con số chính thức, nhưng người ta ước tính rằng có chưa đến 100 hầm biogas thương mại, với dung tích khoảng 100 - 200m3, trong số đó hầu hết đều được khai thác bởi các trang trại nuôi lợn. Năm 2012, Việt Nam có khoảng 17.000 trang trại lợn với hơn 500 con lợn mỗi trang trại trong số đó chỉ dưới 0,3% có hầm biogas. Do việc thi hành luật vệ sinh môi trường nghiêm ngặt hơn, nhiều trang trại trong số này sẽ cần đến các hầm phân hủy biogas tại chỗ trong tương lai. Xét về mặt công nghệ, hầu hết các hầm ủ nhỏ là loại hầm vòm cố định. Đối với các hầm ủ trung bình và lớn hơn, phổ biến nhất là các hồ kỵ khí phủ bạt có thể tích nằm trong khoảng 300 - 190.000 m3. Các hồ phủ bạt kỵ khí này thường được sử dụng bởi các trang trại lớn, các nhà máy công nghiệp hoặc các khu chứa rác thải đô thị. Ở quy mô lớn hơn (quy mô công nghiệp), người ta ước tính rằng có hàng chục nhà máy sản xuất biogas trên khắp Việt Nam. Mục đích chính của sản xuất biogas là phát điện phục vụ cho tự dùng của nhà máy hoặc để sấy sản phẩm (mục đích sử dụng nhiệt). Cho đến nay, vẫn chưa có nhà máy sản xuất biogas nào được nối lưới vào lưới điện quốc gia.
Theo Cục Chăn nuôi thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2011), chương trình khí biogas đã được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam từ những năm 1960. Lịch sử phát triển chương trình biogas ở Việt Nam có thể được chia thành 4 thời kỳ như sau:
a. Thời kỳ 1960 - 1975
Ở miền Bắc Việt Nam những thông tin về việc sử dụng khí biogas trong phong trào “Đại nhảy vọt” của Trung quốc vào những năm 1957-1960 đã gây được sự chú ý của nhiều người. Tại một số địa phương, nhiều cá nhân và cơ quan đã tìm hiểu và xây dựng thử các thiết bị khí biogas như Hà Nội, Bắc Thái, Hà Nam Ninh, Hải Hưng. Tuy nhiên, vì những lý do về kỹ thuật và quản lý,
các công trình này không đạt hiệu quả mong muốn. Trong khi đó, ở miền Nam Việt Nam, năm 1960 Nha Khảo cứu và Nông lâm súc của chính quyền Sài Gòn có thí nghiệm biện pháp sản xuất khí me-tan từ phân động vật, nhưng do việc nhập cảng ồ ạt các loại khí đốt bu-tan, pro-pan và phân hoá học nên ý đồ triển khai việc nghiên cứu đã không được thực hiện.
b.Thời kỳ 1976 - 1980
Sau khi đất nước thống nhất (1975), trước nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội hoá, nâng cao mức sống của nhân dân, các dạng năng lượng mới và tái tạo nói chung, trong đó có khí biogas nói riêng lại được chú ý tới. Thiết bị sản suất khí biogas được lựa chọn để thử nghiệm ban đầu thuộc loại nắp nổi bằng tôn, bể phân huỷ xây bằng gạch và cổ bể có gioăng nước để giữ kín khí được tích trong nắp chứa khí. Tuy nhiên, những công trình này đã phải bỏ dở vì những lý do kỹ thuật và quản lý. Cuối năm 1979, công trình khí biogas ở nông trường Sao Đỏ (Mộc Châu, Sơn La) có thể tích phân huỷ 27m3 đã hoàn thành và hoạt động tốt. Kết quả này là nguồn cổ vũ khích lệ lớn đối với cán bộ nghiên cứu, những nhà quản lý và nhân dân, đặt cơ sở cho việc triển khai tiếp tục công nghệ khí biogas sau này.
c. Thời kỳ 1981 - 1990
Trong hai kỳ kế hoạch 5 năm, từ 1981 - 1985 và 1986 - 1990 công nghệ khí biogas đã trở thành một trong những lĩnh vực ưu tiên trong chương trình nghiên cứu cấp Nhà nước về Năng lượng mới (mã số 52C). Bộ đại học và Trung học chuyên nghiệp khoa học đã chọn một số Tỉnh làm thí điểm. Đến năm 1990, nhiều tỉnh trong toàn quốc đã có những công trình khí biogas được xây dựng. Phát triển mạnh mẽ nhất là các tỉnh ở phía Nam vì có những điều kiện thuận lợi về kinh tế - xã hội và khí hậu. Giai đoạn này, Việt Nam ghi nhận có khoảng trên 2.000 công trình biogas được xây dựng. Về năng lượng tái sinh, đã ưu tiên đưa tiến bộ kỹ thuật xây bể phân hủy biogas vào các vùng nông thôn. Trong giai đoạn này, các hầm xây dựng kiểu nước ngoài tỏ ra kém hấp dẫn đối với nông dân, nên việc áp dụng hầu như chững lại do nhiều nguyên nhân, nhưng chủ yếu là chăn nuôi chưa phát triển, điều kiện kinh tế của nhiều vùng nông thôn còn khó khăn. Một nguyên nhân khác vẫn kể đến là vấn đề kỹ thuật và quản lý, cũng như sự hoạt động của các hầm biogas làm việc không ổn định, có hiện tượng giảm chất lượng khá nhanh, đặc biệt chưa có biện pháp thích hợp tái sử dụng nguồn phân.
d. Thời kỳ 1991-2013
Sau khi kết thúc kế hoạch 1986 - 1990, chương trình 52C giải thể do Bộ đại học và Trung học chuyên nghiệp khoa học không còn nguồn kinh phí nữa,
việc duy trì các hầm cũ bị khó khăn và một số lớn các loại hầm sau khi đưa vào sử dụng cần được tu dưỡng. Nói chung việc phát triển biogas kiểu xây ở nhiều địa phương bị chững lại. Hoạt động nghiên cứu và triển khai về năng lượng mới không còn được đưa vào chương trình Năng lượng của nhà nước.
Từ năm 1993, công nghệ khí biogas được phát triển mạnh mẽ trong khuôn khổ các dự án về vệ sinh môi trường, nông nghiệp và phát triển nông thôn với nhiều kiểu thiết bị khí biogas mới. Thiết bị dạng túi chất dẻo PE theo mẫu của Cô-lôm-bi-a, được phát triển nhờ Dự án SAREC - S2 - VIE22 do Viện Chăn nuôi Quốc gia, hội làm vườn Trung ương, Cục Khuyến nông và Khuyến lâm, Đại học Nông - Lâm Thành phố Hồ Chí Minh và Đại học Cần Thơ triển khai. Thiết bị nắp cố định có vòm bán cầu bằng composite, phần dưới xây bằng gạch lúc đầu có dạng hình trụ, nay “cải tiến” thành dạng hình hộp do Trung tâm tư vấn hỗ trợ phát triển nông thôn thực hiện. Dự án đã triển khai trên 33 tỉnh với 2000 túi. Bên cạnh đó, nhiều Sở Khoa học công nghệ cũng tự nghiên cứu và đưa ra những kiểu riêng như Phú Thọ, Quảng Trị... Sau nhiều năm thử nghiệm với các loại hầm ủ biogas, các lại hầm ủ cũng được các tác giả, cơ quan chuyên môn nghiên cứu cải tiến không ngừng, để thích hợp với trình độ tiếp thu công nghệ, khả năng tài chính và tập quán sử dụng của các hộ nông dân.
Từ năm 1997, trong khuôn khổ các dự án thí điểm, ban chỉ đạo quốc gia về cung cấp nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn thuộc Hội xây dựng Việt Nam tiếp tục cải tiến công nghệ hầm biogas theo mô hình “Hộ nông dân vệ sinh môi trường bằng hầm biogas và tự sản xuất phân hữu cơ trên than bùn và rác thải công nghiệp”.
Năm 2003, dự án “Chương trình KSH cho ngành Chăn nuôi Việt Nam” do Cục Chăn nuôi thuộc Bộ Nông nghiệp & PTNT chủ trì và phối hợp với Tổ