các trang trại nghiên cứu
Ảnh hƣởng của xả thải khí CH4 ra ngoài khí quyển gây ra tác động xấu đến môi trƣờng và biến đổi khí hậu. Vì vậy, cần phải có giải pháp hữu ích vừa đảm bảo đƣợc lợi ích về môi trƣờng và biến đổi khí hậu. Đồng thời, tạo ra lợi ích kinh tế trong sử dụng năng 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 các động cơ diezen và xăng 4 kỳ để sử dụng khí sinh học đã làm tăng lợi ích về m t kinh tế và giảm đƣợc lƣợng khí CH4 dƣ thừa. Lƣợng khí tiêu thụ 1,3 - 1,7 (m3
/h) cho 1 KW điện. Các cách cải tảo động cơ: + Cải tạo động cơ xăng 4 kỳ bằng việc lắp thêm bộ hòa trộn không khí – khí sinh học vào trƣớc bộ chế hòa khí.
+ Cải tạo động cơ điêzen 4 kỳ cũng lắp thêm bộ trộn hòa khí nhƣ động cơ xăng. Tuy nhiên, vẫn phải dùng dầu diezen để làm mồi cho hỗn hợp không khí – khí sinh học cháy.
b, Sử dụng chạy bình đun nước nóng
Hiện nay, trên thị trƣờng có 2 loại thiết bị đun nƣớc nóng:
+ Loại không có bình tích nƣớc: nƣớc lạnh sẽ đi quan dàn ống đ t trong buồng đốt (nơi cấp nhiệt để đun nóng .
+ Loại có bình tích nƣớc: nƣớc chứa trong bình tích sẽ đƣợc bộ phận đốt khí sinh học làm nóng.
c, Sử dụng trong chế biến nông sản
Sấy khô nông sản cũng là một ƣu điểm của biogas. Bởi vì, Biogas có nhiệt
lƣợng lớn khoảng từ 3.430 – 5.146 Kcal/m3
và 1m3 khí sinh học có thể thay thế cho 4,83 kg củi, 1,62 kg than củi và 5,18 KWh điện. Chính vì vậy, sử dụng biogas trong chế biến nông sản giúp cho việc giảm tiêu thụ năng lƣợng hóa thạch, giảm phát thải khí nhà kính và nông sản khi sấy có chất lƣợng tƣơng đƣơng với sấy sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
3.3.2.Giải pháp công nghệ lọc và tận thu cho mục đích công nghiệp
Sản xuất khí sinh học là một quá trình liên tục, việc không sử dụng hết lƣợng khí sinh học mà phát thải vào không khí, gây nên ô nhiễm môi trƣờng và gia tăng lƣợng khí CH4 vào bầu Khí quyển. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn nhiên liệu này thì nén khí sinh học sạch để dự trữ và sử dụng vào mục đích khác không những giúp bảo vệ bầu Khí quyển mà còn gia tăng lợi ích về m t kinh tế.
Nồng độ khí CH4 trong ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu quả cháy của khí
sinh học. Vì vậy, việc lọc các tạp chất sẽ giúp gia tăng lƣợng khí CH4 nén trong
bình khí mà còn giảm đƣợc sự ăn mòn của H2S. Trƣớc khi, nén khí sinh học đƣợc thực hiện thì việc đầu tiên là phải lọc khí để loại bỏ CO2, H2O và H2S.
Hình 3.4: Sơ đồ lọc khí và nén khí sinh học sạch
Nguồn: [22]
Theo[22], quá trình lọc và nén khí đƣợc miêu tả nhƣ sau: Khí sinh học đƣợc lấy từ bể phân hủy đi qua bộ lọc khí trƣớc khi đƣợc nén lại. Khí sinh học vào bộ phận lọc phải qua một van điều áp để điều chỉnh lƣợng khí, áp suất khí khi lọc để quá trình lọc đƣợc triệt để.
Đầu tiên, khí sinh học sẽ đƣợc lọc H2S bằng cách đi qua lõi thép, ở đây sẽ
xảy ra hiện tƣợng các lƣới thép này sẽ phản ứng với khí H2S và khí H2S sẽ đƣợc
giữ lại ở đây. Một số phản ứng trong quá trình lọc H2S: + Oxi hóa của lõi thép
2 Fe + 3/2 O2 Fe2O3 3 Fe + 2 O2 Fe3O4 + H2S trong khí sinh học phản ứng với FexOy
Fe2O3 + 3 H2S Fe2S3 + 3 H2O Fe3O4 + 4 H2S FeS+Fe2S3 + 4 H2O
FeO + H2S FeS + H2O
Sau đó, khí sinh học đƣợc đƣa tiếp đến bình nƣớc sạch để làm giảm lƣợng khí CO2: CO2 + H2O => H2CO3 đây là liên kết yếu và chúng nhanh chóng bị bẻ gãy để tạo thành CO2 và H2O. Sau khi đã loại bỏ đƣợc H2S và CO2 để lƣợng khí sinh học đƣợc tinh khiết hơn ngƣời ta cho khí sinh học qua các keo silica (đây là vật liệu hấp thụ độ ẩm) để giảm lƣợng H2O.
Kết thúc quá trình lọc, khí sinh học đƣợc đƣa qua bình lƣu trữ biogas tạm thời. Tại đây, khí sinh học sẽ đƣợc nén lại và đƣa vào bình chứa. Máy nén khí đƣợc sử dụng là máy nén khí sử dụng trong sản xuất tủ lạnh và để ghi lại áp suất trong bình lƣu trữ ngƣời ta có sử dụng một đồng hồ đo áp suất để biết đƣợc khi nào đầy bình lƣu trữ. Bình lƣu trữ ở đây thƣờng đƣợc sử dụng là các bình khí gas tự nhiên hóa lỏng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.3.3. Ƣu và nhƣợc điểm của các giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4
- Ƣu và nhƣợc điểm của tăng tiêu thụ CH4 cho mục đích sinh hoạt.
+ Ƣu điểm: Hiệu quả từ việc sử dụng biogas để cải thiện điều kiện sống là vô cùng ý nghĩa. Vì vậy, sử dụng biogas cho bình nóng lạnh, chạy động cơ điện, máy bơm, chia sẻ cho hộ dân xung quanh,… sẽ tiết kiệm đƣợc nhiều chi phí cho sử dụng năng lƣợng hàng ngày, tiết kiệm đƣợc thời gian lao động. Đồng thời,
làm giảm việc sử dụng năng lƣợng hóa thạch và giảm bớt đƣợc lƣợng khí CH4
phát thải vào bầu Khí quyển.
Ví dụ lƣợng phát thải khí CH4 của các trang trại nếu đƣợc dùng cho chạy
máy phát điện với công suất 1,7 (m3/KWh) nghĩa là máy phát điện tạo ra 1 KWh
điện sẽ tiêu thụ 1,7 m3
KSH. Vậy nên, số KWh điện tiết kiệm đƣợc trong một tháng từ lƣợng khí CH4 phát thải sẽ đƣợc tính theo công thức (1):
∑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 của máy phát điện. Đơn vị: m3/KWh
Nhƣ vậy, áp dụng công thức (1) thì lƣợng điện tiết kiệm đƣợc của các 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 năng ăn
mòn kim loại. Vì vây, nếu sử dụng cho chạy máy phát điện thì tuổi thọ của thiết bị giảm xuống rõ rệt và dễ bị hỏng. Hơn nữa, chi phí lắp đ t và giá tiền điện thành phẩm cao hơn giá điện hiện tại của EVN nên chạy máy phát điện không đƣợc khả thi.
M t khác, ba trang trại nghiên cứu nằm xa khu dân cƣ và cơ sở sản xuất nên không thể chia sẻ hay bán khí biogas với các hộ và các cơ sở xuất xung quanh do phải bắc đƣờng ống quá xa, khó quản lý và tính giá tiền. Vì vậy, giải pháp sử dụng biogas cho mục đích sinh hoạt có hiệu quả thấp, nên các trang trại vẫn phải xả thải khí CH4 ra ngoài môi trƣờng.
- Ƣu và nhƣợc điểm giải pháp lọc và tận thu khí cho mục đích công nghiệp
+ Ƣu điểm: Ở các quốc gia trên thế giới, công nghệ thu hồi khí Methane ở tất cả các ngành, trong đó có chăn nuôi là phƣơng pháp hiệu quả nhất. Không những giảm đƣợc lƣợng phát thải khí nhà kính, mà còn có thể bán khí thu hồi tạo thêm thu nhập cho mình. Nhƣng tại Việt Nam, chƣa sử dụng công nghệ này, hầm biogas VACVINA cải tiến có sử dụng túi nilông để chứa khí có thể coi là một dạng của thu hồi, lƣu trữ khí Methane nhƣng hiệu quả của công nghệ này của Việt Nam chƣa mang lại hiệu quả cao vì tuổi thọ của bình chứa khí còn thấp, thời gian lƣu trữ ngắn, dễ bị thủng túi khí và nguy hiểm
hơn là gây cháy nổ. Vì vậy, việc sử dụng công nghệ tận thu, dự trữ khí biogas trong bình chứa khí gas hóa lỏng để sử dụng dần ho c bán khí biogas cho ngƣời có nhu cầu sử dụng cũng là một giải pháp hữu hiệu nhằm giảm lƣợng khí CH4 phát thải. Đồng thời, cũng tạo thêm một khoản thu nhập khác cho trang trại.
Theo [1], 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 và 5,18 KWh điện. M t khác, thể tích khí CH4 phát thải sẽ đƣợc tính theo công thức (2):
∑CH4 phát thải (m3 tháng) = ∑CH4 phát thải (kg tháng) ÷ 0,67 (kg m3) (2)
Trong đó: 0,67 là hệ số chuyển khối lƣợng khí CH4. Đơn vị: kg/m3
Nếu tận thu và lƣu trữ lƣợng phát thải khí CH4 của ba trang trại trên, thì theo [1] và công thức (2) ta đã tiết kiệm đƣợc một lƣợng khá lớn năng lƣợng hóa thạch (bảng 3.6).
Bảng 3.6: Quy đổi khí sinh học sang các dạng năng lƣợng khác
Trang Trại Lƣợng khí CH4 dƣ thừa của các trang trại (m3/tháng Lƣợng thay thế Ghi chú Củi (kg) Than củi (kg) Dầu hỏa (Lít Khí hóa lỏng (kg) Điện (KWh) 1 4,83 1,62 0,76 0,48 5,18 [1] 1 42,46 205,08 68,79 32,27 20,38 219,94 2 13,60 65,69 22,03 10,34 6,53 70,45 3 12,40 59,89 20,09 9,42 5,95 64,23
Xét thấy, nếu quy đổi sang giá thị trƣờng là 3.500 đ/kg than củi, 15.810 đ/lít dầu hỏa, 25.000đ/1kg khí gas và 1.600 đ/KWh điện thì giá trị của việc tận
thu lƣợng khí CH4 phát thải của từng trang trại sẽ tiết kiệm đƣợc một khoản chi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.7: Số tiền tiết kiệm đƣợc sau khi quy đổi
Trang trại
Số tiền tiết kiệm đƣợc (Việt Nam đồng)
Than củi Dầu Hỏa Khí hóa lỏng Điện
1 240.765 510.189 509.500 351.904
2 77.105 163.475 163.250 112.720
3 70.315 148.930 148.750 102.768
Nếu nhƣ việc áp dụng phƣơng pháp giảm thiểu tận thu này thành công nghĩa là các trang trại đã tiết kiệm cho mình một khoản lớn chi phí cho sử dụng
năng lƣợng và cả ba trang trại sẽ giảm đƣợc 0,96 (tCO2e/tháng khí nhà kính vào
bầu Khí quyển.
+ Nhƣợc điểm: Phƣơng pháp lọc và tận thu khí biogas ở dạng khí hóa lỏng (LPG) cần phải có chi phí đầu tƣ cơ sở vật chất và trang thiết bị lớn, lƣợng khí sinh học phải đủ lớn và đều đ n để duy trì cho việc lọc và nén khí. Chính vì vậy mà các trang trại nhƣ ba trang trại nghiên cứu có thể không đầu tƣ đƣợc vì giá thành sản phẩm gas hóa lỏng sẽ rất cao so với thị trƣờng.
KẾT LUẬN
Bằng việc sử dụng phƣơng pháp tính toán lƣợng khí CH4 phát sinh theo IPCC. Đồng thời, kết hợp đo đạc thời gian và công suất tiêu thụ biogas, cho 2 trang trại chăn nuôi lợn quy mô 300 nái và 1 trang trại chăn nuôi lợn quy mô 200 nái thuộc huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hòa Bình ta có thể ƣớc tính đƣợc lƣợng khí CH4 phát sinh trong các trang trại nghiên cứu.
Số lƣợng chăn nuôi lớn nên tiềm năng về khí sinh học của các trang trại cao. Từ các số liệu thu thập và kết quả tính toán thì các trang trại dƣ một lƣợng khí nhƣ sau: Trang trại 1 dƣ 28,45 kg/tháng; Trang trại 2 dƣ 9,11 kg/tháng; Trang trại 3 dƣ 8,31 kg/tháng. Tƣơng đƣơng, với lƣợng xả thải khí nhà kính lần lƣợt cho các trang trại là 0,60 (tCO2e/tháng , 0,19 (tCO2e/tháng , 0,17 (tCO2e/tháng .
Nguyên nhân chính là do sự xả thải khí CH4 tự do của các trang trại gây nên ô
nhiễm môi trƣờng và biến đổi khí hậu.
Để hạn chế đƣợc việc xả thải này, cần có những giải pháp tăng sử dụng khí sinh học nhƣ sấy nông sản, chạy máy phát điện,… hay nhƣ biện pháp lọc và tận thu khí CH4 sẽ giúp gia tăng hiệu quả kinh về kinh tế, cũng nhƣ giảm phát thải khí CH4 vào bầu khí quyển.
KIẾN NGHỊ
Xử lý chất thải chăn nuôi bằng bể biogas là hƣớng đi tốt không chỉ có Việt Nam mà các nƣớc trên Thế giới cũng đã áp dụng. Mỗi năm, đều có các mô hình xử lý biogas khác nhau nhằm cải tiến, khắc phục các khuyết điểm của mô hình trƣớc đó. Nhƣng chủ yếu tập trung vào xử lý nƣớc thải của biogas mà rất ít để ý
đến lƣợng khí CH4 thất thoát ra môi trƣờng không khí do chính cách chúng ta sử
dụng không có hiệu quả. Chính vì vậy, cần phải tổ chức đánh giá lại hiệu quả sử dụng biogas trong xử lý chất chăn nuôi nói riêng và các ngành khác nói chung.
M t khác, cần tích cực nghiên cứu, ứng dụng các khoa học công nghệ vào trong các xử lý chất thải biogas, cũng nhƣ ứng dụng các công nghệ tận thu lƣợng khí sinh học phát thải ra môi trƣờng để tạo hiệu quả về kinh tế trong thu hồi năng lƣợng và giảm nhẹ biến đổi khí hậu.
Kiến nghị các cơ quan chức cần phải tạo hành lang pháp lý, giám sát ch t chẽ và có các quy định cụ thể hơn về sử dụng, buôn bán nguồn năng lƣợng tái tạo này để nó thật sự là nguồn năng lƣợng thay thế cho năng lƣợng hóa thạch trong tƣơng lai.
TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Hoàng Kim Giao (Chủ biên (2011 , Công nghệ khí sinh học quy mô hộ gia
đình (tài liệu dùng để tập huấn cho kỹ thuật viên về khí sinh học), NXB Văn
phòng dự án khí sinh học Trung Ƣơng, Hà Nội, tr.6, 17-19, 90.
2. Hoàng Trung Hiếu (đăng 7/2015 , “ Nguy cơ gia phát thải khí Methane từ các hệ
thống Biogas”, NXB Tạp chí Kinh tế Môi trƣờng.
3. Lƣu Đức Hải và nnk (2010 , Tập bài giảng giáo dục ứng phó với biến đổi khí (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hậu trong các trường cao đẳng kỹ thuật.
4. Nguyễn Hồng Sơn (2011 , PPT Phân loại, đánh giá các loại hầm Biogas, Hà Nội.
5. Tổng cục Thống kê (2012 , Kết quả tổng điều tra nông thôn, nông nghiệp và
thủy sản năm 2011, NXB Thống Kê, tr. 332-334
6. Tổng cục Thống kê (2014 , Niên giám thống kê (tóm tắt), NXB Thống kê, tr.109
7. Trần Thục, Nguyễn Trọng Hiệu, Nguyễn Văn Thắng, Phạm Thị Lan Hƣơng,
Nguyễn Thị Lan, Vũ Văn Thăng (2010 , Biến đổi khí hậu và tác động ở Việt
Nam, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, Chƣơng 4, tr.112 - 218.
8. Trƣơng Quang Học (Chủ biên (2011 , Hỏi và đáp về Biến đổi khí hậu, NXB
Trung tâm phát triển nông thôn bền vững, Hà Nội, tr.12,16.
TÀI LIỆU TIẾNG ANH
9. 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.
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 3.
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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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.