III. Công nghệ sử dụng chất phế thải sinh khối Triển vọng ứng dụng trong nông nghiệp, nông thôn.
3.1.2. Quá trình biến đổi sinh khố
* Nhiệt
- Đốt: nhiệt, điện và năng l−ợng cơ khí; - Khí hóa: Khí, nhiệt, điện;
- Nhiệt phân: Khí, nhiên liệu rắn; - Carbon hóa: than.
* Hóa sinh
- Phân compst: phân, nhiệt (loại thấp); - ủ hầm: Khí sinh học, phân.
15
* Vật lý:
- ép: Viên ép; - ép: dầu, cồn.
ở các n−ớc đang phát triển th−ờng sử dụng chất phế thải sinh khối trong đun nấu và tạo nhiệt cho quá trình làm khô nông lâm sản.
Qúa trình biến đổi sinh khối đ−ợc trình bày ở hình 3.1.
Hình 3.1. Quá trình biến đổi chất phế thải sinh khối
Việc lựa chọn hệ thống đốt cần căn cứ trên yếu tố “đầu vào”. Mục tiêu chính là đảm bảo cháy hoàn toàn; đảm bảo trong sạch môi tr−ờng. Hiệu suất của hệ thống đốt phụ thuộc độ ẩm vật liệu cung cấp, độ cháy hoàn toàn và sự truyền nhiệt trong hệ thống.
1. Đồng phát nhiệt điện
Hiện nay nhiều n−ớc trên thế giới đã tận dụng chất thải sinh khối trong nông lâm nghiệp để đồng phát nhiệt - điện, với cỡ công suất từ 100 ữ 1000 KW, kèm
Chất thải sinh khối
Hoá nhiệt Qúa trình Vật lý Hoá sinh
Đốt Khí hóa Tách, ép Đóng Bánh ủ Phân compost Phân nhiệt
Nhiên liệu rắn Nhiên liệu khí
Cháy Cồn, dầu
Phân bón
16
theo sản xuất hơi nóng phục vụ cho khâu làm khô nông, lâm, thuỷ sản. Tuỳ thuộc yêu cầu của dây chuyền công nghệ, tỷ lệ giữa điện và hơi sản xuất từ chất thải sinh khối có thể điều chỉnh thích hợp.
Tro sau khi đốt là hợp chất đ−ợc sử dụng trong công nghiệp chế tạo vật liệu xây dựng, luyện gang thép.
2. Khí hóa
Nhiệt độ trong quá trình khí hóa t−ơng đối cao. L−ợng không khí cung cấp vào quá trình này hạn chế (oxy hóa một phần) sẽ biến sinh khối thành nhiên liệu khí (50% là N; 20% CO và 15% -H2). Khí tạo ra với nhiệt trị thấp, đ−ợc sử dụng trong làm khô, kéo turbine khí hoặc làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.
3. Nhiệt phân
Nhiệt phân là quá trình biến đổi sinh khối thành 3 phần: nhiên liệu lỏng, hỗn hợp khí gọi là “khí phát sinh” và các chất thải rắn. Quá trình nhiệt phân sinh khối với nhiệt độ cao, mức độ ôxy hóa thấp, không đ−ợc cháy hoàn toàn do nhiệt phân nhanh và phát sáng.
−u điểm của việc biến đổi sinh khối rắn (gỗ, mùn c−a, trấu...) sang nhiên liệu lỏng (dầu nhiệt phân) có c−ờng độ năng l−ợng cao hơn, sử dụng vạn năng và dễ vận chuyển. Công nghệ nhiệt phân đang ở giai đoạn nghiên cứu ban đầu vì còn vấn đề về kỹ thuật và chi phí cao. Việc sử dụng dầu nhiệt phân phức tạp, cho đến nay ch−a đ−ợc ứng dụng rộng.
4. Carbon hoá
Carbon hoá là một dạng của quá trình nhiệt phân chuyển hoá than hầm sang năng l−ợng. Sự biến đổi truyền thống từ gỗ sang than hầm có hiệu suất rất thấp vì công nghệ đơn giản.
5. Phân
Chế biến phân là quá trình sinh học tự nhiên trong đó nguyên liệu hữu cơ đ−ợc phân hủy chậm với sự giúp đỡ của vi sinh vật.
Công nghệ chế biến phân trộn là tạo ra các điều kiện yếm khí có kiểm soát ở nhiệt độ cao. Quá trình này th−ờng xảy ra trong rơm, rạ. Sử dụng phân từ phế thải sinh khối để bón cho cây trồng và cải tạo đất. Tỉ lệ nguyên liệu đầu vào/đầu ra là 1/10. ở Việt nam có trên 60 cơ sở chế biến phân hữu cơ vi sinh từ các nguồn nguyên liệu “vào” khác nhau.
17
6. Hầm yếm khí (khí sinh học)
ủ chất thải trong hầm là một quá trình vi sinh tự nhiên làm phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí (thiếu ô xy). Điều này xảy ra ở các hệ thống không đ−ợc kiểm soát nh− trong các đống phế thải, các bãi rác hoặc trong các điều kiện có kiểm soát (nh− các lò khí sinh học, các bãi rác có kiểm soát v.v...) Mục đích chính của công nghệ yếm khí là tạo khí năng l−ợng cao (chứa đến 70% khí mê tan); tạo ra phân và làm giảm ô nhiễm môi tr−ờng. Quá trình này gọi là “lên men”.
Quá trình yếm khí đ−ợc sử dụng rộng rãi để xử lý n−ớc thải công nghiệp và các chất thải dạng bùn sệt, phân dùng trong nông nghiệp. Việc xử lý chất thải rắn (các chất hữu cơ đã đ−ợc tách ra) là ứng dụng t−ơng đối mới, nh−ng đ−ợc phổ cập nhanh vì có −u điểm là tạo ra năng l−ợng.
Công nghệ yếm khí phụ thuộc nguyên liệu đầu “vào”. Sau đây giới thiệu quy mô các loại hầm yếm khí.
Đơn vị: m3
Cỡ hầm 10 - 20 < 200 < 2000
Đối t−ợng sử dụng Dùng cho sinh hoạt gia đình
Cung cấp điện thắp sáng cho liên hộ
Trạm, trại chăn nuôi cơ sở chế biến
7. Lên men (cồn)
Đ−ờng, cặn và các chất hữu cơ senlulô đ−ợc biến đổi nhờ vi khuẩn và chuyển sang các sản phẩm có gốc r−ợu cồn. Sản phẩm ethanol t−ơng đối tinh khiết sau khi đ−ợc ch−ng cất. Công nghệ này phát triển rộng vì r−ợu đ−ợc dùng phổ biến. Do đòi hỏi vốn đầu t− lớn và cần nhiều nguyên liệu “đầu vào”, công nghệ lên men ch−a có hiệu quả cao.
8. Đóng bánh
Th−ờng sử dụng chất thải sinh khối ở dạng gốc (vỏ dừa, chất hữu cơ phơi khô: mùn c−a, vỏ trấu ...) đóng thành bánh với đ−ờng kính viên ép là 55 - 65 mm, trọng l−ợng mỗi bánh từ 5 kg đến 50 kg. Chất l−ợng cháy, hiệu suất thu hồi nhiệt cao hơn khi đốt củi (hoặc đốt than hầm).
Về ph−ơng diện kinh tế giá thành vẫn còn cao so với đốt vật liệu tr−ớc khi ép. Tuy nhiên công nghệ đóng bánh dễ vận chuyển vì thể tích chất phế thải đ−ợc thu nhỏ.
18
9. Bếp đun cải tiến
Hiệu suất sử dụng nhiệt ≈10%. Dùng bếp cải tiến tăng hiệu suất nhiệt lên khoảng 30%. Qua quá trình sử dụng bếp đun đã dần dần đ−ợc hoàn thiện, hiệu suất nhiệt tăng đáng kể. Tuy nhiên bếp đun cải tiến cũng chỉ phù hợp với gỗ (củi); còn các chất thải sinh khối khác ít đ−ợc dùng vì nhiều lý do, trong đó có vận chuyển và kho cất giữ.
3.2. Triển vọng phát triển công nghệ đốt tầng sôi sử dụng chất phế thải sinh khối để phát nhiệt - điện (xem thêm phụ lục 4; 5; 6) khối để phát nhiệt - điện (xem thêm phụ lục 4; 5; 6)
3.2.1. Sử dụng chất phế thải sinh khối dùng trong công nghệ nhiệt điện.
Nguyên liệu truyền thống tạo ra năng l−ợng ở các n−ớc là: nhiệt điện, thủy điện, than, nhiên liệu lỏng và năng l−ợng tái tạo. Theo tài liệu của Ngân hàng thế giới: các n−ớc phát triển Châu âu, Bắc Mỹ đi đầu trong việc phát triển sử dụng năng l−ợng tái tạo, công suất có nơi lên đến 4.000 kW/tổ máy phát chiếm 6%/tổng năng l−ợng phát ra. Cũng theo dự báo của Ngân hàng thế giới đến năm 2010 sẽ có khoảng 50.000 MW, đ−ợc phát điện bằng chất phế thải sinh khối.
Các n−ớc Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, ấn Độ... và các n−ớc ASEAN: Myama, Philippines, Insonesia, Thái Lan, Malaysia... đã tận dụng chất thải sinh khối (trấu, bã mía, mùn c−a...) làm nhiên liệu đốt theo công nghệ mới (công nghệ tầng sôi) để phát điện, phục vụ đời sống và sản xuất. Nhà máy dùng chất thải sinh khối th−ờng có công suất từ 50 - 4000 kW, với một l−ợng hơi lớn, do đó cũng đặt bên cạnh các nhà máy sấy, chế biến nông sản, thuỷ sản. Riêng ch−ơng trình hợp tác theo kênh Australia - ASEAN đã hình thành 4 dây chuyền công nghệ: Indonesia sử dụng mùn c−a đốt theo công nghệ tầng sôi dùng phát nhiệt điện (55 kW), hơi thứ cấp dùng sấy gỗ, với l−ợng hơi 2,5 tấn/h. ở Philippin dùng công nghệ tầng sôi để sản xuất nhiệt điện và dây chuyền, công nghệ này đ−ợc lắp đặt bên cạnh nhà máy sản xuất các sản phẩm gia đình bằng mây tre, công suất tổ máy phát điện 100 kW hơi cung cấp từ nồi hơi theo công nghệ tầng sôi 3,0 at. ở Thái Lan sử dụng công nghệ đốt (tầngsôi) nguyên liệu đốt là phụ phẩm của dừa (xơ vỏ, mùn dừa...) với công suất 250 kW, cung cấp hơi 10t/h (30 at) dùng sấy các sản phẩm từ quả dừa để xuất khẩu. Tập đoàn công nghiệp nặng Mitsubishi đã lắp đặt 15 dây chuyền công nghệ sử dụng trấu và hoạt động hơn 16 năm tại Malaisia, Mianma với công suất từ 150 đến 445 kW, mỗi kWh. tiêu thụ từ 3,0 đến 5 kg trấu. Với
19
công nghệ cao trấu sau khi đốt sẽ tạo tro có màu trắng, ứng dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng. Mỹ, Australia, Nhật, Italia sử dụng công nghệ đồng phát nhiệt điện tại vùng có nhiều nguyên liệu “đốt”.
Tóm lại, công nghệ đốt chất phế thải sinh khối dùng trong nông nghiệp đ−ợc các n−ớc rất quan tâm và đã ứng dụng thành công vì:
+ Tạo đ−ợc l−ợng hơi lớn, từ đó cung cấp cho turbin phát điện; + Thiết bị tạo nhiệt hình thành trong nồi hơi;
+ Sử dụng công nghệ đốt chất phế thải (với điều kiện dùng trấu từ lúa gạo) đảm bảo trấu đ−ợc đốt ở nhiệt độ cao ổn định. Sau khi đốt, tro thu đ−ợc có màu trắng tỷ lệ Si02 (trong tro) chiếm trên 90%, phạm vi ứng dụng rộng loại tro này trong công nghiệp xây dựng.
+ L−ợng hơi (thứ cấp) từ công nghệ đốt này là dạng công nghệ sạch có thể sử dụng để sấy thóc gạo, sấy sản phẩm của nông, lâm, thủy, hải sản chất l−ợng cao hơn.
3.2.2. Về mức độ ứng dụng: