2.3.2.1. Tiềm năng và lợi ích của việc tái sử dụng, tái chế các loại CTR trồng trọt chính ở nước ta
a. Tiềm năng và lợi ích của việc sản xuất điện năng từ CTR trồng trọt
Hiện nay, trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ 4, chiếm tới 14 – 15% tổng năng lượng tiêu thụ trên thế giới [12]. Ở các nước đang phát triển, sinh khối cung cấp năng lượng và giữ vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới tương lai. Ở nước ta, nguồn sinh khối, đặc biệt là rơm, trấu, bã mía phát sinh hàng năm tương đối lớn và ổn định nên nguồn cung cấp năng lượng giữ một vai trò quan trọng để thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt dần.
Bảng 2-7: Nhiệt trị của một số phế phẩm trồng trọt chính [11]
Loại phế phẩm Nhiệt trị (kcal/kg) Quy đổi KJ/ kg
Trấu 3.400 14.235
Rơm 2.500 10.421
Bã mía 1.850 7.746
Từ bảng 2 - 7 cho thấy, trấu, rơm, bã mía có nhiệt trị cao nên nhiệt lượng
sinh ra trong quá trình cháy tương đối lớn. Ngoài việc sử dụng trực tiếp nguồn nhiệt này trong các lò sấy, lò nung hay trong quá trình đun nấu thì sản xuất điện năng từ
Luận văn Thạc sĩ Viện KH & CN Môi trường
Nguyễn Thị Kim Hoa – QLMT – CH2009 32 nguồn nhiên liệu này cũng có tiềm năng rất lớn. Tiềm năng này đang được chú trọng triển khai áp dụng ở nước ta hiện nay.
a1. Công nghệ sử dụng để tạo điện năng từ lò hơi sinh khối
Có nhiều kiểu lò hơi khác nhau được thiết kế cho nhiều loại nhiên liệu khác nhau. Đối với lò hơi đốt sinh khối thông thường thì hiệu suất đạt khoảng 75 – 80%, công suất hơi 500 – 15000 kg/h [24].
Hiện nay ở nước ta, công nghệ khai thác năng lượng từ sinh khối phổ biến nhất là đốt trực tiếp chất thải trong lò hơi công nghiệp để sản xuất hơi cấp cho công nghiệp hoặc phát điện. Công nghệ này có ưu điểm cơ bản là hiệu suất nhiệt cao và tận dụng xỉ lò làm vật liệu xây dựng. Do đó, nó được chú trọng phát triển.
Quy trình đốt chất thải trong lò hơi được biểu diễn qua hình 2 – 3.
Hình 2-3: Sơđồ công nghệđốt sinh khối trong lò hơi
Với công nghệ này, chất thải được đưa thẳng vào buồng nhiên liệu, được sấy và xử lý sơ bộ, sau đó được đưa vào lò. Nhiên liệu được đốt cháy trong khoảng không của buồng đốt. Hơi nước sinh ra được đưa qua tuabin để phát điện hoặc được sử dụng vào những mục đích khác. Chất thải Lò hơi Hơi nước Phát điện và các ứng dụng khác Buồng nhiên liệu Xỉ lò Các ứng dụng
Luận văn Thạc sĩ Viện KH & CN Môi trường
Nguyễn Thị Kim Hoa – QLMT – CH2009 33 Ở nước ta, tại Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch đã xây dựng được dây chuyền công nghệ FBC tại xí nghiệp lương thực số 2 ( Long An). Dây chuyền sản xuất gồm 6 bộ phận chính: nồi hơi và lò đốt, tuabin hơi, máy phát, thiết bị trao đổi nhiệt, máy sấy tầng sôi, máy sấy thấp.
Nguyên lý: Nước sạch từ hệ thống cấp nước được đưa vào bộ phận xử lý nước rồi chảy vào bể chứa. Từ đây, hệ thống bơm sẽ cấp nước cho nồi hơi của hệ thống đốt tầng sôi. Nhiên liệu được cung cấp cho nồi hơi bằng một bộ phận cấp liệu. Lò đốt tầng sôi làm việc tạo ra một nhiệt lượng cung cấp hơi nước có áp suất cao, lưu lượng nước đạt 2,5 tấn/h và tuabin quay máy phát điện phát ra điện áp cung cấp cho nhà máy điện hoặc máy sấy. Điện áp này đạt 220/380V, công suất 50 kwh. Không chỉ tạo ra điện, dây chuyền còn dùng nhiệt để sấy nông sản với công suất đạt 8 tấn/h.
a2. Ước tính tiềm năng phát điện từ trấu, rơm, bã mía
Việc sản xuất điện từ trấu, bã mía, rơm đang được nhà nước quan tâm và khuyến khích phát triển nhằm giải quyết vấn đề an ninh năng lượng quốc gia và giảm phát thải KNK.
a21. Sản xuất điện từ lò hơi sinh khối
Trấu
Một số cơ hội để khai thác tiềm năng:
-Lượng trấu ở nước ta dồi dào: Với 50% lượng trấu đang bị thải bỏ hiện nay (tương đương với 3,875 triệu tấn). Theo các chuyên gia, ba nhà máy có công suất khoảng 10 MW cùng đi vào hoạt động thì cũng chỉ sử dụng được một lượng trấu khoảng hơn 300.000 tấn. Như vậy, lượng trấu có khả năng khai thác cho mục đích phát điện là rất lớn;
-Việc thu gom, vận chuyển trấu cho mục đích khai thác điện có tính khả thi cao: Theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn và báo cáo đánh giá nguồn trầu để sản xuất năng lượng, cả nước hiện có hơn 128 nhà máy xay xát công suất hơn 10 tấn/ca và hàng trăm điểm (cụm xay xát tư nhân) có công suất 2,5 tấn/h, tập trung chủ yếu ở ĐBSH và ĐBSCL. Trong đó, riêng khu vực ĐBSCL
Luận văn Thạc sĩ Viện KH & CN Môi trường
Nguyễn Thị Kim Hoa – QLMT – CH2009 34 chiếm đến 4 triệu tấn trấu/năm. Các cụm này chỉ cách nhau khoảng 1 km nên rất dễ dàng thu gom tập trung để xây dựng nhà máy cấp điện/hơi cho các vùng nông thôn
[11];
-Nguồn nguyên liệu vô tận, nhiệt trị cao, giá chỉ khoảng 1- 30 % giá nhiên liệu hóa thạch;
-Công nghệ sản xuất đơn giản;
-Hiện nay cả nước có khoảng 7 dự án xây dựng nhà máy điện trấu với công suất đạt 10 MW, tại các tỉnh như: Kiên Giang, Tiền Giang, Cần Thơ, Đồng Tháp
[31].
Ước tính lượng điện có thể khai thác:
Giả sử sử dụng các thông số của lò hơi tại nhà máy điện trấu Long An (công suất hơi 2,5 tấn/h, công suất điện 50kwh) với hiệu suất lò hơi 75% vào trong quá trình tính toán ta có:
Tính nhiệt lượng cần thiết để tạo 1 tấn hơi nước từ nhiệt độ 300C đến 1800C trong 1h:
+ Nhiệt lượng cần cung cấp cho 1kg nước từ 300C lên 1000C: Qn = Cn * ∆T = 1*(100−30)=70kcal/kg
Cn: nhiệt dung riêng của nước 4200 (J/kg độ) = 1 kcal/kg độ
+ Nhiệt lượng cần cung cấp cho 1kg hơi nước từ nhiệt độ 1000C lên 1800C: Q’n = C’n * ∆T = 0,61 * 80 = 48,8 kcal/kg
C’n: nhiệt dung riêng của hơi nước 0,61 kcal/kg độ
+ Nhiệt hóa hơi của nước (nhiệt cần để chuyển 1kg nước sang hơi) Qhh = L*m = 2257.103 * 1 = 2257.103 J = 540 kcal
L: nhiệt hóa hơi (J/kg) m: khối lượng của nước (kg)
Nhiệt lượng cần thiết để tạo 1 tấn hơi nước từ 300C đến 1800C: Q = Qn + Q’
n + Qhh = 658800 kcal
Như vậy, lượng trấu cần để tạo ra 1 tấn hơi nước là: 258,4kg/h
3400 * 75 , 0 658800 =
Luận văn Thạc sĩ Viện KH & CN Môi trường
Nguyễn Thị Kim Hoa – QLMT – CH2009 35 Lượng nhiên liệu cần dùng để tạo ra 2,5 tấn hơi là: 2,5 * 0,258 = 0,646 tấn/h. Như vậy, với 50% lượng trấu thải bỏ năm 2008 ở nước ta thì tiềm năng điện
thu được là: 300 646 , 0 50 * 10 * 875 , 3 6 = triệu kwh điện.
Lượng điện thu được từ trấu được tiêu thụ ở các hộ gia đình, khu vực xung quanh hoặc hòa vào lưới điện quốc gia, bên cạnh đó nguồn hơi thứ còn được dùng để sấy nông sản.
Bã mía và rơm
Lượng rơm phát sinh hàng năm tương đối lớn, hiện nay chỉ một phần nhỏ được sử dụng vào mục đích có ích còn lại thải ra môi trường. Bên cạnh đó, rơm, bã mía giá thành rẻ, nhiệt trị cao, công nghệ sản xuất đơn giản… nên tiềm năng sản xuất điện cũng rất lớn.
-Như đã đề cập, hiện nay lượng rơm mà chúng ta có thể khai thác được cho mục đích phát điện khoảng 40 – 50% (tương đương từ 5,12 triệu tấn đến 6,4 triệu tấn). Tiềm năng được ước tính cho 6,4 triệu tấn.
-Lượng bã mía có thể khai thác được cho mục đích phát điện hiện nay chỉ khoảng 10 – 15% (tương đương từ 1,05 triệu tấn đến 1,57 triệu tấn) [28]. Tiềm năng điện được ước tính cho 1,57 triệu tấn bã mía.
Theo [24] công suất hơi ở hầu hết các nhà máy đường ở nước ta hiện nay khoảng 2 tấn/h.
Các thông số tính toán và cách tính tương tự như đối với trấu, kết quả tính được trình bày ở bảng 2 – 8.
Bảng 2-8: Sản lượng điện có thể khai thác từ bã mía và rơm
Loại chất thải rắn Bã mía Rơm Tiềm năng có thể khai thác (triệu tấn) 1,570 6,400 Lượng nhiên liệu cần dùng để tạo ra 1 tấn hơi/h (tấn/h) 0,475 0,351 Sản lượng điện (triệu kwh điện) 82,600 364,500
Luận văn Thạc sĩ Viện KH & CN Môi trường
Nguyễn Thị Kim Hoa – QLMT – CH2009 36
Tóm lại: Qua ước tính sơ bộ cho thấy, tiềm năng điện có thể khai thác từ trấu, bã mía, rơm là 747,1 triệu kwh điện = 0,75 Gwh. Lượng điện này có được sử dụng tại các nhà máy hoặc cung cấp cho các hộ gia đình, các khu vực lân cận, giúp giảm tiêu thụ điện lưới quốc gia. Đảm bảo an ninh năng lượng.
Kết quả trên được ước tính đối với lò hơi thông thường có hiệu suất 75%, nếu sử dụng các loại lò hơi có hiệu suất cao hơn thì tiềm năng điện tạo ra sẽ lớn hơn so với kết quả ước tính.
Trong tương lai, nếu được sự quan tâm đúng mức của nhà nước, các cơ chế chính sách về năng lượng tái tạo, về thu gom, tái sử dụng, tái chế nguồn thải này được ban hành và thực hiện hiệu quả, lượng điện tạo ra này được hòa vào lưới điện quốc gia thì hàng năm nước ta sẽ giảm được một phần điện nhập khẩu.
a22. Sản xuất điện từ KSH
Hai dạng công trình tạo KSH phổ biến nhất hiện nay là dạng bể vòm cầu có nắp cố định và dạng ống.
Sản lượng KSH của một số loại nguyên liệu được trình bày ở bảng 2 – 9. Bảng 2-9: Sản lượng KSH của một số loại nguyên liệu [18] Loại nguyên liệu Hàm lượng chất khô (%) Cacbon/Nito (C/N) Sản lượng KSH hàng ngày (lít/kg nguyên liệu tươi)
Bèo Tây tươi 4 – 6 12 – 25 0,3 – 0,5
Rơm 80 – 85 48 – 117 1,5 – 2,0
Phân bò 18 – 20 24 – 25 15 – 32
Phân lợn 24 – 33 12 – 13 40 – 60
Các số liệu nêu ở bảng 2 – 9 cho thấy, năng suất tạo KSH của CTR trồng trọt
nhỏ hơn rất nhiều so với chất thải từ động vật. Vì thế, đối với CTR nông nghiệp, việc tạo KSH chủ yếu được sử dụng đối với CTR chăn nuôi.
Giả sử toàn bộ lượng rơm phát sinh năm 2008 bị thải bỏ là 6,4 triệu tấn được thu gom và sử dụng vào mục đích tạo KSH. Chọn sản lượng KSH tạo ra từ 1kg rơm
Luận văn Thạc sĩ Viện KH & CN Môi trường
Nguyễn Thị Kim Hoa – QLMT – CH2009 37 tươi là 2 lít/kg rơm. Tiềm năng KSH tạo ra từ rơm là 6,4.109kg*2.10−3m3 =12,8triệu m3/năm.
Mặc khác, để tạo ra 1kwh điện cần khoảng 0,7m3 KSH [6]. Như vậy, tiềm năng điện tạo ra khoảng 18,3 triệu kwh điện/năm.
Kết quả tính toán về hai phương án tạo điện từ rơm được biểu diễn bằng đồ thị hình cột như sau:
Kết luận: Từ biểu đồ trên cho thấy: Với cùng một lượng rơm, lượng điện tạo
ra từ lò hơi sinh khối gấp 20 lần so với lượng điện tạo ra từ KSH. Như vậy, việc sử dụng rơm để tạo KSH đem lại hiệu quả không cao. Vì thế, trong tương lai cần khai thác nguồn thải này cho mục đích phát điện thông qua việc đốt trực tiếp trong lò hơi.
Ở nước ta, cơ hội khai thác tiềm năng điện đối với trấu cao hơn so với rơm, bã mía.
a3. Lợi ích của việc sử dụng trấu, bã mía, rơm cho mục đích sản xuất điện
Sử dụng trấu, rơm, bã mía cho mục đích sản xuất điện đem lại lợi ích to lớn cả về mặt môi trường, kinh tế và xã hội:
-Về mặt môi trường:
Luận văn Thạc sĩ Viện KH & CN Môi trường
Nguyễn Thị Kim Hoa – QLMT – CH2009 38 Hàm lượng cacbon, lưu huỳnh, nitơ trong trấu, rơm, bã mía ít hơn rất nhiều so với nhiên liệu hóa thạch nên khi đốt sẽ giảm một lượng lớn KNK cũng như các khí độc hại phát sinh: NOx, SOx. Các thành phần này được biểu diễn ở hình 2 – 5
Hình 2-5: So sánh thành phần cấu tạo nguyên tử của nhiên liệu hóa thạch và sinh khối [9].
Mặc khác, tận dụng lượng trấu, rơm, bã mía thải bỏ hiện nay cho mục đích phát điện giúp giảm một lượng lớn khí CH4 phát sinh. Đây là nguồn gây hiệu ứng nhà kính lớn nhất hiện nay trong ngành nông nghiệp. Điều này được chứng minh ở
phần 2.4.1.
-Về mặt kinh tế: Giảm lượng nhiên liệu hóa thạch sử dụng và tiết kiệm được
chi phí nhiên liệu.
Theo ước tính của các chuyên gia, tùy vào từng công nghệ khác nhau, để tạo ra 1 kwh điện, lượng trấu cần sử dụng khoảng 2 – 4 kg trấu tương đương với 1 kg than. Như vậy, nếu lấy lượng trấu sử dụng gấp 3 lần lượng than thì hàng năm nước ta sẽ tiết kiệm được một lượng than tương ứng là 1,19 triệu tấn.
Nếu lấy trung bình giá bán trấu hiện nay ở nước ta là 200.000 đồng/tấn, giá than 1.400.000 đồng/tấn thì sẽ tiết kiệm được khoảng 1.031 tỷ đồng/năm (theo thời giá hiện tại).
Luận văn Thạc sĩ Viện KH & CN Môi trường
Nguyễn Thị Kim Hoa – QLMT – CH2009 39 Ngoài ra, tro sau khi đốt trấu, rơm, bã mía chứa chủ yếu là silic (90%) nên được sử dụng để trộn với xi măng làm vật liệu xây dựng không gây hại cho môi trường, làm phân bón cho cây trồng và một số ứng dụng khác.
-Về mặt xã hội: Góp phần giải quyết an ninh năng lượng quốc gia, tạo việc làm và nâng cao thu nhập cho người dân,…
b. Một số tiềm năng khác của CTR trồng trọt
b1. Làm phân vi sinh từ CTR trồng trọt
Công nghệủ
Hiện nay đã có nhiều công nghệ ủ tạo phân vi sinh được nghiên cứu và triển khai ứng dụng ở nước ta. Quy trình thực hiện tương đối đơn giản, thích hợp với người dân. Có thể áp dụng cho quy mô hộ gia đình hoặc quy mô liên hộ.
Một vài công nghệ sản xuất phân vi sinh từ CTR trồng trọt đã được triển khai thực hiện ở một số tỉnh nước ta.
-Quy mô liên hộ: Đã được triển khai ở một số nơi của Huyện Bình Giang, tỉnh Hải Dương
Luận văn Thạc sĩ Viện KH & CN Môi trường
Nguyễn Thị Kim Hoa – QLMT – CH2009 40
Hình 2-6: Quy trình sản xuất phân vi sinh [34]
Với quy mô này, lượng phân đạm và lân cần sử dụng cho 1 tấn rơm lần lượt là: 0,1 kg và 1 kg. Trong quá trình đảo trộn cần bổ sung thêm dung dịch đạm với lượng 0,1 kg/tấn nguyên liệu. Kiểm tra độ ẩm trong suốt quá trình ủ bằng cách: cầm nắm rơm vắt đều, thấy nước rỉ qua kẽ tay là đảm bảo độ ẩm.
Ngoài ra, quy trình này cũng đã được triển khai ở một số tỉnh: Sóc Trăng, Vĩnh Phúc, Lâm Đồng, Đak Nông.
-Quy mô hộ gia đình: Đã được triển khai ở một số hộ dân tỉnh Nam Định.
Sử dụng 1kg chế phẩm Vixura, 1kg phân NPK hòa tan vào nước, tưới đều cho 1 tấn rơm. Sau đó, phủ nylon che kín để giữ nhiệt và ẩm. Sau khoảng 21 ngày, có
Rơm Băm chặt Máy băm Rơm vụn Độ ẩm (80 – 90)% Nước Rải thành lớp (30 – 40) cm
Men vi sinh Super lân
Đạm Ure Ủ đống (1,5 – 1,6) m Phủ nylon Đảo trộn (sau 10 ngày) Phân vi sinh (sau 45 – 50 ngày) Nước Nước Dung dịch đạm