4. MỤC ĐÍCH VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
2.3 Phương pháp nghiên cứu dòng vật chất
a. Khái niệm
Phân tích dòng vật chất (MFA) là một mô hình đơn giản giữa các nền kinh tế và môi trường, trong đó nền kinh tế là một hệ thống phụ thuộc vào môi trường. Hệ thống này phụ thuộc vào một thông tin liên tục của vật chất và năng lượng. Nguyên liệu, nước và không khí được lấy từ tự nhiên như là đầu vào, chuyển đổi từ các sản phẩm cuối cùng rồi lại chuyển sang hệ thống tự nhiên như là kết quả của đầu ra (chất thải và khí thải).
Mục tiêu của các nghiên cứu dòng nguyên liệu là để đảm bảo quy hoạch quốc gia, đặc biệt là đối với các nguồn tài nguyên khan hiếm và cho phép dự báo nguồn nguyên liệu này trong tương lai. Từ những nghiên cứu này chúng ta có thể đánh giá được gánh nặng môi trường thông qua các hoạt động kinh tế của một quốc gia, để xác định được nguồn nguyên liệu chuyên sâu của một nền kinh tế.
Việc phân tích dòng vật chất có thể được chia ra thành 3 loại: Trên quy mô quốc gia hoặc khu vực: nghiên cứu các vật liệu trao đổi giữa một nền kinh tế và môi trường tự nhiên được phân tích. Các chỉ số được tính toán để đánh giá mức độ của cường độ nguồn tài nguyên.
- Phân tích dòng vật chất cho nghành, hoặc dọc theo một chuỗi cung ứng công nghiệp liên quan đến một số công ty: mục tiêu của phân tích dòng vật chất công ty
HU
TE
CH
là để tối ưu hóa quá trình sản xuất theo cách thức sử dụng hiệu quả nhất vật liệu và nguồn năng lượng (bằng cách tái chế và giảm chất thải). Các công ty thực hiện một phân tích dòng vật chất có thể sử dụng kết quả để cải thiện hoạt động của họ và chi phí và giảm thiểu ảnh hưởng tới môi trường.
- Phân tích trong vòng đời của một sản phẩm: nghiên cứu để đánh giá chu kỳ vòng đời sản phẩm .
Đã có nhiều định nghĩa về phân tích dòng vật chất như:
Phân tích dòng vật chất (MFA) là một thủ tục định lượng để xác định dòng lưu thông của vật liệu và năng lượng thông qua các nền kinh tế. Nó sử dụng phương pháp đầu vào đầu ra, bao gồm cả vật liệu và thông tin kinh tế. Là một hệ thống kế toán ghi lại các cân đối trong nền kinh tế, đầu vào (khai thác và nhập khẩu) bằng kết quả đầu ra (tiêu dùng, xuất khẩu, tích lũy và chất thải).
Phân tích dòng vật chất còn là một sự kiểm tra hệ thống của một nguyên tố hóa học, một hợp chất hoặc vật liệu thông qua quá trình tự nhiên và chu kỳ kinh tế. Một phân tích dòng vật chất nói chung là dựa trên nguyên tắc cân bằng vật lý (German comission of inquiry “ Schutz des Menschen under Umwelf” – Protection of human life and the environment – of the Deutsche Bundestag, 1993).
Trong đó định nghĩa của Brunner & Rechberger, được coi là một định nghĩa tổng quát và chỉ rõ được sự phát triển của dòng vật chất.
Phân tích dòng vật chất (MFA) được định nghĩa như hệ thống hạch toán của các dòng vật chất và dự trữ của các vật liệu trong một hệ thống được xác định trong không gian và thời gian. Nó kết nối các nguồn, các con đường, và các nơi trung gian và cuối cùng của một chất. Phân tích dòng vật chất cơ bản dựa trên định luật bảo toàn khối lượng bởi tất cả các yếu tố đầu vào, lưu trữ và kết quả đầu ra của một quá trình (Brunner & Rechberger, 2004).
2.3.2 Tình hình nghiên cứu dòng vật chất
Nhu cầu của con người như nhà ở, giao thông vận tải, thực phẩm hoặc giao tiếp đòi hỏi sự tham gia của các vật liệu trong thiên nhiên. Khi xã hội phát triển và hoạt động kinh tế phát triển, việc sản xuất, sử dụng và xử lý các vật liệu sử dụng phát
HU
TE
CH
triển với một quy mô tác động không mong muốn trên môi trường và xã hội như dòng chảy độc hại. Nguồn tài nguyên thiên nhiên với sự khai thác và sử dụng đang rất lãng phí, con người bắt đầu nhận thấy hậu quả của việc phí phạm này.
Trên thế giới, việc sử dụng công nghệ khoa học và các ứng dụng để sử dụng tái chế nguồn rác thải tạo thành các sản phẩm có ứng dụng nhiều trong cuộc sống, trong sinh hoạt hằng ngày. Việc làm này giúp tận dụng được một nguồn nguyên liệu dồi dào đồng thời còn giúp làm giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường sử dụng tiết kiệm năng lượng và nguồn nguyên liệu khi mà nguồn nguyên liệu ngày càng cạn kiệt. Các sản phẩm phế thải, rác thải và việc khan hiếm tài nguyên được tất cả các nước chú trọng và đó là cốt lõi của vấn đề môi trường tại các nước. Ngoài ra sự thay đổi dần dần từ truyền thống để khai thác đô thị ở các nước đang phát triển, vấn đề môi trường được quan tâm nhiều hơn, do đó đòi hỏi phải có những nghiên cứu, đánh giá chi tiết về sử dụng và các vật liệu trong môi trường sống của con người. Việc nghiên cứu dòng vật chất giúp cho việc sửa đổi, hạch toán kinh tế và việc quản lý chất lượng đầu vào, đầu ra của các sản phẩm khi đưa ra thị trường.
Việc nghiên cứu MFA còn sử dụng để đánh giá nền kinh tế thông qua việc sử dụng đầu vào, đầu ra kinh tế và các dữ liệu trên việc trao đổi vật chất giữa các thành phần khác nhau của nền kinh tế.
Việc xác định chất thải là một vấn đề lớn trong MFA, như mục đích tiến hành một MFA là để giảm thiểu dòng chảy của vật liệu, tối đa hóa phúc lợi cho con người khi tiến hành cải thiện quản lý đầu vào đầu ra.Phương pháp này cho phép giám sát các chất thải nguy hại cho môi trường, đồng thời đưa ra được các biện pháp đánh giá hiệu quả trong việc sử dụng nguồn nhiên liệu. MFA đã được phát triển mạnh tạiChâu Âu, Phần lớn bởi Viện WuppertalĐức, Hiện nay đã được thông qua như là một phương pháp của Liên minh châu Âu đối với chương trình phát triển bền vững của nó. Cho đến nay, trọng tâm của MFA đã được chủ yếu là khu vực hoặc quốc
gia, một loạt các nghiên cứu MFA về chất thải rắn, sử dụng MFA để tối ưu hóa sản xuất sạch hơn và sử dụng các ứng dụng của MFA để hỗ trợ các chính sách phát triển tài nguyên thế giới, nghiên cứu dòng vật chất năng lượng,.. đã được thực hiện cho
HU
TE
CH
cả hai nước phát triển và các nền kinh tế đang chuyển đổi,trong đó có Đức, Anh, Nhật Bản, Brazil, Venezuela, Chile và Trung Quốc.Nghiên cứu rộng của EU đã được thực hiện, và một MFA toàn cầu đang tiến hành.
Nghiên cứu dòng vật chất trong lĩnh vực tái chế: Danh mục các công trình nghiên cứu có liên quan:
- Ahmed, R., Klundert, A. and Lardinois, I. (1996). Rubber waste, options for small-scale resource recovery, TOOL Publications and WASTE;
- Material flow analysis (MFA) for resource policy decision support; Klagenfurt, Dessau, Wien, Edinburgh, Rome, London, Dublin, Bilbao, Bern, 11.09.2009
- Rubber recycling Symposium, The evolution of tire recycling, September 29– October 1, 2010, Sheraton Centre, Toronto, Ontario;
Tại Việt Nam việc nghiên cứu các dòng vật liệu chưa được đề cao và đi sâu vào nghiên cứu một cách cụ thể, đó chỉ là những ứng dụng khoa học công nghệ vào từng hoạt động sản xuất, vào hoạt động tái chế. Các loại sản phẩm xuất phát từ cao su có mặt trong tất cả các lĩnh vực sản xuất, tiêu dùng và các ngành công nghiệp. Chỉ có một số đề tài nghiên cứu như Phân tích dòng vật liệu trong ngành công nghiệp dệt may Việt Nam, của TS. Thái Văn Nam hay về chất thải điện tử ở Việt Nam của Urenco Envionment Việt Nam. Tuy nhiên, chưa có đề tài nào đề cấp đến phân tích dòng vật chất cho cao su và những đề tài trên chưa qui đổi vật chất về đơn vị chung là khối lượng mà hấu hết tính ở dạng số lượng như: cái, chiếc, m2
.
2.3.3 Phương pháp ứng dụng
Các ứng dụng trong thực tế như :
Nghiên cứu phân tích dòng vật chất của Nitơ và photpho của tác giả Toshiya Aramaki, Nguyễn Thị Thu Thủy trong đô thị áp dụng tại Hải Phòng để đánh giá hiệu quả của việc quản lý chất thải tại các đô thị, các khu vực. Mục đích của nghiên cứu này là để định lượng dòng chảy của nitơ và phốt pho tại các khu vực đô thị của thành phố Hải Phòng bằng cách sử dụng phân tích dòng vật chất để xác định các điểm yếu liên quan đến quản lý chất chất thải trong khu vực này. Tiềm năng chính
HU
TE
CH
của nghiên cứu này là để giảm thiểu các tác động môi trường bởi các chất chất thải và việc quản lý chất thải và nước thải đối với môi trường.
Dự án quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) Quản lý "Nước Việt Nam" đã áp dụng việc phân tích dòng vật chất trong việc nghiên cứu xử lý nguồn nước, quản lý nguồn nước, hệ thống xử lý chất thải và nước thải. Nghiên cứu này triển khai tại Nam Định, tập trung vào làng nghề Tống Xá – Yên Xá – Ý Yên. Những vấn đề chủ gây ra ô nhiễm môi trường nước do nông nghiệp, hộ gia đình và công nghiệp, lũ lụt và nhiễm măn. Đặc biệt việc thoát nước thải của ngành công nghiệp kim loại là một vấn đề nghiêm trọng. Tháng 1 năm 2007 các nhà khoa học từ trường đại học Greifswald, Đức, điều tra lên đến 20 xưởng đúc trong khu vực làng nghề Tống Xá. Các dữ liệu lấy mẫu từ các xưởng đúc đã được xác định, sắp xếp và phân tích bởi Fraunhofer UMSICHT. Kết quả này được so sánh với các mô hình hiện có trên nước Đức và các nước khác. Các chỉ tiêu phân tích cho thấy chất lượng nước thải vượt quá giới hạn đến 50 lần Dự án này giúp phát hiện các tác động ẩn đối với môi trường như dòng chảy không rõ bị ô nhiễm và tiềm năng tiết kiệm được năng lượng, nguyên liệu. Nghiên cứu này nhằm đưa ra các biện pháp làm giảm khí thải, nước thải và sản xuất sạch hơn trong các làng nghề đúc đồng ở Việt Nam.
2.3.4 Sơ đồ dòng vật chất của lốp xe ô tô
Để tìm hiểu quá trình sản xuất cũng như vòng đời của lốp xe ô tô, quá trình điều tra khảo sát, đánh giá hiện trạng của quá trình từ sản xuất tới tiêu dùng và thải bỏ, quá trình bắt đầu cũng như kết thúc một chuỗi cung ứng. Dòng vật chất giúp tìm hiểu rõ được nguồn phát sinh, nguồn thải và quá trình kết thúc của một sản phẩm.
Đưa ra sơ đồ dòng vật chất của lốp xe phế thải để đánh giá được thực trạng của lốp xe phế thải, đánh giá nghiên cứu vòng đời của lốp xe ô tô và tận dụng được nguồn tài nguyên thiên nhiên dồi dào từ khối lượng lốp xe thải bỏ này. Để từ đó lựa chọn những ứng dụng khoa học kỹ thuật, công nghệ vào để tái chế cao su phế thải, các giải pháp quản lý môi trường..
HU
TE
CH
Lưu đồ dòng vào và ra của lốp xe cao su
Hình 2. 1 : Lưu đồ dòng vào và ra của lốp xe cao su
Dựa trên lưu đồ dòng vật chất, ta có phương trình cân bằng của vật chất như sau:
A + N + T = S + I + X + K + B + D (2.1)
Trong đó:
- A: Lượng lốp ô tô sản xuất trong nước - N: Lượng nhập khẩu lốp ô tô
- S: Lượng sử dụng
- I: Lượng tồn lưu lốp xe ô tô - X: Lượng xuất khẩu lốp ô tô - K: Lượng tái chế lốp xe ô tô
- B: Lượng lốp xe không được thu gom - D: Lượng tiêu hao trong sử dụng
Qua sơ đồ dòng vật chất của cao su phế thải ta tính toán khối lượng lốp xe theo từng giai đoạn. Xuất khẩu Sản xuất trong nước Nhập khẩu Hao mòn trong sử dụng Tái sử dụng
Tái chế (Tạo nguyên liệu cho sản xuất các sản phẩm khác).
-Tồn lưu
HU
TE
CH
Chi tiết quan hệ giữa các quá trình được thể hiện ở trong hình 2.2
Hình 2. 2 : Sơ đồ dòng vật chất của lốp xe ô tô (tính trong một năm)
Phương pháp tính toán cho từng đại lượng (xét trong năm 2010) được trình bày như sau:
A: Sản xuất các sản phẩm lốp trong nước
Tổng số lốp xe sản xuất trong nước bao gồm số lượng lốp xe được các doanh nghiệp, các nhà máy sản xuất lốp ô tô, sản xuất được trong một năm. Số lượng lốp xe sản xuất này được đưa vào sử dụng, tồn động lưu trữ và lượng lốp xe ô tô xuất khẩu ra nước ngoài.
Số lượng lốp xe từng loại được tính toán theo số liệu thống kê của các doanh nghiệp sản xuất trong nước, dựa theo số liệu của cục đăng kiểm hoặc một tổ chức thống kê.
Xử lý săm lốp
Tái sử dụng (T) Lốp xe không được thu gom (B)
Lốp xe ô tô phế thải (P)
Xuất khẩu cao su tái chế
Xuất khẩu lốp(X) SX trong nước lốp xe ô tô (A) Nhập khẩu lốp ô tô (N)
Tồn lưu lốp ô tô (I) Lốp xe được đưa vào sử dụng (S)
Thu gom (M)
Tái chế ( K) Tiêu hủy, chôn lấp
Tiêu hao SD (D)
HU
TE
CH
Lượng sản xuất được tính theo công thức A= a1* t1 + a2*t2 + ...+ an*tn (kg) ( 2.2) Trong đó: a1, a2,..., an: lượng ô tô sản xuất theo các chủng loại ( chiếc)
t1, t2, tn: Khối lượng lốp xe nhập khẩu, xuất khẩu theo từng loại b1, b2, bn (kg)
N: Nhập khẩu, Xuất khẩu các sản phẩm lốp ô tô
Tổng số lốp ô tô được nhập khẩu, xuất khẩu qua số liệu thống kê từ tổng cục hải quan, khối lượng lốp ô tô được nhập khẩu chủ yếu là các sản phẩm lốp xe ô tô theo các hãng chuyên dụng được bộ khoa học công nghệ đồng ý và có văn bản phê duyệt về chủng loại, đảm bảo các yêu cầu về chất lượng theo quy định. Tổng lượng lốp xe nhập khẩu được ước tính theo công thức 2.3
N(X) = b1*t1 + b2*t2 + ... + bn*tn ( kg) (2.3)
Trong đó: b1, b2, bn: Số lượng lốp xe nhập khẩu, xuất khẩu theo từng chủng loại b1, b2, bn (Chiếc/ năm)
t1, t2, tn: Khối lượng lốp xe nhập khẩu, xuất khẩu theo từng loại b1, b2, bn (kg)
S: Lượng sử dụng
S là lượng sử dụng trong thay thế các lốp xe thải bỏ. Dựa vào số liệu thống kê từ Cục Đăng Kiểm Việt Nam ta có được số liệu các phương tiện ô tô đang sử dụng. Mỗi chủng loại lốp xe ô tô hàng năm có một định mức thay thế lốp xe ô tô (theo nghiên cứu của tập đoàn Hóa chất Việt Nam). Từ đó ta tính được tổng lượng lốp xe ô tô sử dụng trong năm.
Công thức tính toán lượng lốp xe sử dụng trong năm S = s1 *h1+ s2* h2 + ...+ sn* hn (kg) (2.4)
Trong đó: s1, s2, ..., sn: Số lượng lốp xe sử dụng theo từng chủng loại
h1, h2, hn: Khối lượng lốp xe thay thế theo từng loại s1, s2, ..., sn (kg)
Từ lượng lốp xe sử dụng ta tính toán lượng lốp xe phế thải (P) P = T + K + B
P= s1 *i1+ s2* i2 + ...+ sn* in = p1+ p2+...+pn (kg) (2.5) Trong đó: i1, i2, in: Khối lượng lốp xe phế thải theo từng chủng loại
HU
TE
CH
Lượng lốp xe ô tô tái sử dụng đó là các loại lốp xe hư hỏng nhẹ được khắc phục sửa chữa như đắp lốp, tạo gai lốp, hấp… và được mang tái sử dụng lại. Số lượng lốp này là nhỏ, tuy nhiên sự hạn chế của loại lốp này là thời gian sử dụng thấp và mức độ an toàn không cao, chất lượng lốp xe đã không còn đảm bảo được đúng tiêu chuẩn kiểm định. Việc sử dụng của loại lốp xe này tại Việt Nam là khá phổ biến bởi giá thành thấp hơn rất nhiều so với lốp ô tô mới, nhưng nó chỉ mang tính kinh tế tạm thời, mức độ rủi ro là rất cao.
Lượng lốp xe tái sử dụng được tính toán cụ thể như sau:
Khối lượng lôp xe thu gom (M) bao gồm lượng lốp xe tái sử dụng (T) và lốp xe tái chế (K).
Khối lượng lốp xe thu gom M= (p1+ p2+...+ pn)* 70% (kg) (2.6) Trong đó : p1, p2, ..., pn: Tổng khối lượng lốp xe phế thải theo từng chủng loại. 70%: Tỷ lệ lốp xe thu gom (lấy theo tỷ lệ thu gom tại Trung Quốc) Dựa theo số liệu điều tra thực tế ta tính toán được tỷ lệ lốp xe tái sử dụng và tỷ lệ lốp xe tái chế. Khối lượng lốp xe tái sử dụng
T= α* M (2.7)
Trong đó α: tỷ lệ lốp xe được tái sử dụng theo khối lượng thu gom lốp xe ô tô