Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.1. Cơ sở lý luận của công trình khí sinh học
2.1.3. Vai trò của công trình khí sinh học
Giải quyết vấn đề chất đốt và mang lại lợi ích xã hội:
Việc xây dựng công trình khí sinh học là một bước tiến quan trọng để tiến tới giải quyết vấn đề thiếu chất đốt ở khu vực nông thôn, đó là mối quan tâm của cộng đồng dân cư nông thôn. Sử dụng khí sinh học làm chất đốt để thay thế cho các nhiên liệu hóa thạch, củi và phụ phẩm nông nghiệp đã mang lại một sự thay đổi cơ bản trong lịch sử chất đốt ở các vùng nông thôn. Đó là một sáng tạo kỹ thuật quan trọng không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng cho nông thôn và các cư dân nông thôn mà còn tiết kiệm được một khối lượng lớn nhiên liệu cho quốc gia. Nó đã đóng vai trò to lớn trong việc kích thích sản xuất công, nông nghiệp và còn tạo nên một sự hợp tác trong nông thôn.
Phát triển công trình khí sinh học còn góp phần giải quyết một số vấn đề nảy sinh khác do thiếu chất đốt. Phụ phẩm từ công trình khí sinh học có thể đưa ra cánh đồng làm phân bón cải thiện đất trồng trọt và cho phép đẩy mạnh thâm canh nông nghiệp. Rơm rạ làm chất đốt có thể dùng làm thức ăn khô cho gia súc. Một lượng lớn lao động trước đây dùng để kiếm củi và vận chuyển than có thể đưa vào sản xuất nông nghiệp. Việc giảm nhu cầu dùng củi trong đun nấu góp phần làm giảm nạn chặt phá rừng và sẽ làm tăng diện tích rừng. Tiền để mua than và nhiên liệu rắn khác có thể tiết kiệm được và giảm gánh nặng tài chính cho người nông dân. Số lượng than lớn mà nhà nước cấp cho nông thôn và chi phí khổng lồ cho việc vận chuyển cũng sẽ tiết kiệm được để đưa vào đầu tư xây dựng cho các lĩnh vực khác. Sau khi xây dựng công trình khí sinh học, người phụ nữ nông thôn và trẻ em gái cũng được giải phóng khỏi các công việc nội trợ trong gia đình như kiếm củi, nấu ăn, cọ rửa xoong nồi và tham gia vào các hoạt động giải trí, học tập và sản xuất nông nghiệp nhiều hơn vì sử dụng khí sinh học để đun bếp sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian hơn là bằng củi vì nhiệt năng mà khí sinh học sinh ra là cao hơn và xoong nồi cũng sạch sẽ hơn. Sử dụng khí sinh học hiệu quả cũng là một cách để tiết kiệm điện năng và tiền bạc vì có thể sử dụng khí sinh học để chạy các loại đèn thắp sáng, sưởi ấm hay chạy các loại máy phát điện sử dụng loại nhiên liệu khí này.
Kích thích sản xuất nông nghiệp:
Phát triển công trình khí sinh học là con đường quan trọng để kích thích xản xuất nông nghiệp, công trình khí sinh học làm tăng đáng kể số lượng và chất
lượng phân hữu cơ, phân người và vật nuôi, rơm rạ và chất thải thực vật, các loại lá cây đều có thể trả thành phân bón sau lên men của quá trình phân hủy kị khí ở trong bể phân giải của công trình khí sinh học. Thay vì trước kia sau khi thu hoạch, người nông dân có thể mang rơm về nhà làm chất đốt thì bây giờ họ ủ trực tiếp ngoài đồng làm phân bón hay đem về nhà ủ trong công trình khí sinh học vừa lấy được khí gas sử dụng vừa có phân để bón cho đồng ruộng vì thành phần các chất hữu cơ trong phụ phẩm khí sinh học tăng lên rất nhiều, thành phần ni-tơ chuyển thành a-mô-ni-ắc dễ hấp thụ hơn với cây trồng, như vậy cải thiện được phân bón. Theo kết quả nghiên cứu trong nước (Viện Chăn nuôi, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, Học viện Nông nghiệp Việt Nam- Trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội cũ) và trên thế giới (Trung Quốc, Ấn Độ, Philipines v.v) cho thấy: phụ phẩm khí sinh học chứa nhiều loại chất dinh dưỡng cần thiết cho vật nuôi như các nguyên tố Ca, P, N... một số nguyên tố khoáng vi lượng như Cu, Zn, Mn, Fe... nhiều loại protein, acid amin (AA); trong đó có cả 9 AA thiết yếu đối với vật nuôi. Phụ phẩm khí sinh học còn chứa nhiều enzim, có tác dụng làm tăng tính thèm ăn, tăng hiệu quả chuyển hoá thức ăn của vật nuôi. Ngoài ra, phụ phẩm KSH còn là loại phân hữu cơ có 2 đặc tính quan trọng là giàu dinh dưỡng và sạch. Phân này có tác dụng (1) tăng cường hoạt động của hệ vi sinh vật đất thúc đẩy quá trình phân giải chất hữu cơ, tăng cường và duy trì độ phì nhiêu của đất, (2) cải thiện cấu trúc và tính chất lý học của đất, (3) tăng năng suất cây trồng và (4) ít gây nên sâu bệnh hại.
Người ta cũng đã tổng kết các lợi ích của việc sử dụng nước xả cho cây trồng như sau:
- Cải tạo đất. Phụ phẩm KSH đóng vai trò của một hợp chất hữu cơ nên khi sử dụng lâu dài cho đất sẽ có tác dụng: Cải thiện khả năng canh tác của đất; tăng hoạt động của hệ vi sinh vật đất (nhất là vi sinh vật hảo khí) thúc đẩy quá trình phân giải chất hữu cơ, tăng cường và duy trì độ phì nhiêu của đất; cải thiện cấu trúc và tính chất lý học của đất: cải thiện chế độ không khí trong đất làm đất tơi xốp hơn, giảm độ nén chặt, đất mềm, làm tăng khả năng giữ nước, thấm nước, đất dễ vỡ có lợi cho việc canh tác. Làm giảm sự xói mòn do gió và nước.
- Tăng năng suất cây trồng. Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã sử dụng 60m3
nước xả hòa với nước lã theo tỷ lệ 1/1 (một khối lượng nước xả/một khối lượng nước lã) để bón bổ sung cho 1 ha bắp cải (thí nghiệm). Kết quả cho thấy, năng suất bắp cải tăng 24% so với công thức đối chứng chỉ bón bằng NPK (liều lượng:
200kg N, 100kg P2O5, 100kg K2O). Lượng NPK trong lô thí nghiệm giảm so với lô đối chứng tương ứng là 28 kg N, 10,8 kg P2O5 và 27 kg K2O (Sơn và cộng sự, 2008). Thêm vào đó, bón bổ sung nước xả cho bắp cải đã làm giảm 50% số lần cần phun thuốc trừ sâu cắn lá cho một vụ.
Tại Ấn Độ, người ta cũng đã thử nghiệm bón kết hợp nước xả và phân hóa học có so sánh với bón phân chuồng kết hợp với phân hóa học cho đậu, mướp, đậu tương và ngô. Kết quả cho thấy, với cùng lượng phân hóa học như nhau, khi bón bằng nước xả, năng suất tăng 19% với đậu, 14% với mướp, 12% với đậu tương và 32% với ngô so với lô bón phân chuồng kết hợp phân hóa học.
- Hạn chế sâu bệnh. Bón phụ phẩm KSH (chất lượng tốt) có thể kìm hãm, hạn chế: rệp xanh hại rau, bông và lúa mỳ; bệnh đốm lá ở một số loại cây trồng; nói chung có thể hạn chế sự phát triển của sâu bệnh 30-100%. Nếu trộn vào phụ phẩm KSH một lượng nhỏ thuốc trừ sâu (khoảng 10%) sẽ tăng được hiệu quả của thuốc trừ sâu, hiệu quả nhanh (sau 48 giờ đã có tác dụng) do đó có thể giảm bớt lượng thuốc trừ sâu bón cho cây trồng, hạn chế độc hại, ô nhiễm môi trường và tiết kiệm.
Nước xả từ công trình KSH (nước xả) có nhiều ưu điểm khi sử dụng trong nuôi trồng thủy sản (giảm nguy cơ nhiễm bệnh ở cá, tăng tốc độ tăng trưởng của cá vì nước xả có nhiều chất dinh dưỡng có tác dụng làm giàu hệ sinh vật thủy sinh trong ao nuôi.
Góp phần cải thiện sức khỏe cộng đồng và bảo vệ môi trường:
Phát triển xây dựng công trình khí sinh học cũng là con đường hiệu quả để giải quyết vấn đề phân bón hóa học và cải thiện vệ sinh môi trường, tiêu chuẩn sức khỏe ở nông thôn. Nó là biện pháp để thủ tiêu các chứng sán, giun và các loại kí sinh trùng khác sống trong mọi loại phân. Thu gom tất cả chất thải của gia súc và con người vào công trình khí sinh học là biện pháp giải quyết vấn đề chất thải tốt nhất. Viện kí sinh trùng của nhiều nước đã công bố rằng: sau khi ủ lên men, nước xả khí sinh học còn rất ít trứng các kí sinh trùng, gian sán giảm bớt 95%. Số lượng trứng sán, giun và kí sinh trùng gây hại khác tìm thấy có thể giảm tới 99%. Những nơi nào phát triển công trình khí sinh học tốt hơn, nơi đó kiểm soát có hiệu quả các bệnh về kí sinh trùng và bệnh giun sán, vệ sinh nông thôn được triển khai tốt hơn, người làm nông nghiệp được bảo vệ, tiêu chuẩn chung về bảo vệ sức khỏe được nâng lên rõ rệt.
Xử lý chất thải chăn nuôi bằng công trình khí sinh học (KSH) được đánh giá là giải pháp hữu ích nhằm giảm phát thải khí nhà kính. Công trình khí sinh học góp phần giảm phát thải theo 3 cách sau: (i) Giảm phát thải khí mê-tan từ phân chuồng; (ii) Giảm phát thải khí nhà nhà kính do giảm sử dụng chất đốt truyền thống; và (iii) Giảm phát thải khí nhà kính do dùng phụ phẩm KSH thay thế phân bón hóa học.
- Giảm phát thải khí mê-tan từ phân chuồng: Thông thường nếu không có công trình khí sinh học, các hộ gia đình chăn nuôi thu gom phân chuồng để sử dụng làm phân bón và một số hộ khác thì xả xuống hệ thống mương, rãnh công cộng. Tình trạng này sẽ phát thải khí nhà kính rất lớn. Trong môi trường kỵ khí, khí mê-tan (CH4) sẽ phát thải từ phân chuồng. Phát thải khí nitơ oxit (N2O) phức tạp hơn vì nó bao gồm hai bước, trong đó giai đoạn hiếu khí, nơi amoniac bị oxy hóa (nitrat hóa) và giảm số lượng các sản phẩm của quá trình nitrat hóa nitơ và oxit nitơ (khử nitrat), chu kỳ nitơ. Quá trình phát thải cả hai loại khí nhà kính phụ thuộc vào một số nhân tố, trong đó các nhân tố chủ đạo là: mức độ kỵ khí của hệ thống đó, nhiệt độ, thời gian lưu lại tại hệ thống đó. Nhờ có công trình khí sinh học, toàn bộ chất thải chăn nuôi trong nông hộ sẽ được xử lý và chính điều đó sẽ góp phần giảm phát thải khí nhà kính rất hiệu quả.
- Giảm phát thải khí nhà nhà kính do giảm sử dụng chất đốt truyền thống:
Nếu không có công trình khí sinh học, hộ gia đình sẽ tiếp tục sử dụng chất đốt truyền thống như nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu hỏa) hoặc sinh khối (củi, rơm rạ…) để đun nấu. Sinh khối là nhiên liệu chính dùng làm chất đốt ở vùng nông thôn Việt Nam ngay cả đối với các hộ gia đình có điều kiện kinh tế khá giả. Việc dùng nhiên liệu làm chất đốt gây ra phát thải khí carbon dioxide (CO2) (và một số khí khác methane (CH4) và nitơ oxit (N2O) với khối lượng nhỏ hơn). Nhiên liệu hóa thạch, theo định nghĩa là nguồn nhiên liệu không tái sinh do đó toàn bộ lượng phát thải khí nhà kính (GHG) tạo nên từ nguồn này là lượng GHG toàn bộ trong khí quyển. Đối với sinh khối thì tình hình càng phức tạp hơn vì sinh khối được thu thập từ các nguồn có thể tự tái sinh, ví dụ rừng, chất thải nông nghiệp (ví dụ như vỏ trấu) và phân động vật. Việc đốt cháy sinh khối sẽ vẫn gây ra phát thải khí CO2 nhưng bản thân GHG cũng bị hấp thụ bởi chính nguồn chúng được sản sinh ra. Chất thải nông nghiệp và phân động vật luôn tự động tái sinh, đối với gỗ và than củi thì hơi phức tạp hơn vì chúng phụ thuộc vào các nguồn có thế khai thác kiệt quệ. Ví dụ điều này có thể xảy ra với tình trạng phá rừng, rừng đang suy
thoái với tốc độ nhanh hơn mức tăng trưởng do đó khả năng hấp thu CO2 nói riêng đang suy giảm và hậu quả là không thể loại bỏ toàn bộ CO2 đã thải vào bầu khí quyển. Khả năng thực vật có thể tái hấp thụ GHG phát thải từ việc đốt sinh khối là khả năng tái tạo của nguồn tài nguyên này.
- Giảm phát thải khí nhà kính do dùng phụ phẩm KSH thay thế phân bón hóa học:Sản xuất phân bón hóa học cần nhiều năng lượng, cần có nhiên liệu hóa thạch và bón phân cho đất sẽ gây phát thải GHG ví dụ như N2O.
Thông thường thì phân và nước thải (phân lỏng) bị xả vào hệ thống kênh mương và sông ngòi sau khi xử lý kỵ khí qua một loạt các bể xử lý lộ thiên để đạt các tiêu chuẩn xả nước thải. Các hệ thống xử lý hiếu khí này sẽ làm phát thải một lượng lớn khí mê-tan (CH4) và nitơ oxit (N2O).
Việc sản xuất khí sinh học cũng có thể thay thế điện năng. Các trại chăn nuôi quy mô vừa và lớn dùng điện cho các hoạt động chăn nuôi ví dụ như bơm nước, thông gió cho chuồng nuôi, thắp sáng và sưởi ấm. Trại bò sữa cần tiêu thụ một lượng điện lớn hàng này để chạy máy vắt sữa và làm mát. Hầu hết các trại đều lấy điện từ điện lưới Quốc gia.
2.1.4. Ảnh hƣởng việc sử dụng công trình khí sinh học
Năng lượng là yếu tố quan trọng, không thể thiếu cho sự phát triển kinh tế xã hội của bất kỳ một quốc gia nào trên thế giới. Nhu cầu sử dụng năng lượng phục vụ cho sản xuất và đời sống có xu hướng ngày càng tăng cao. Tuy nhiên, nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá, khí đốt... đều có hạn, khai thác không hợp lý sẽ dẫn đến cạn kiệt và ảnh hưởng xấu đến môi trường. Hiện nay, việc cung cấp năng lượng của nhân loại vẫn chưa đáp ứng yêu cầu. Tình trạng thiếu hụt năng lượng còn diễn ra ở nhiều nơi, trong nhiều lĩnh vực. Do vậy, song song với việc thực hiện các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả thì việc nghiên cứu, phát triển các loại năng lượng tái tạo đang là yêu cầu cấp thiết, có ý nghĩa hết sức quan trọng.
Bên cạnh đó, sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt, than đá... đã làm gia tăng nồng độ các chất ô nhiễm trong bầu khí quyển, đặc biệt là khí CO2 chất khí gây hiệu ứng nhà kính, làm quả đất ấm dần lên. Mặt khác, trữ lượng của các nguồn nhiên liệu này trong lòng đất có giới hạn và sự cạn kiệt dần của chúng sẽ dẫn đến những bất ổn trong nền kinh tế toàn cầu.
Xu hướng hiện nay là nghiên cứu thay thế sử dụng nhiên liệu truyền thống: Diesel, dầu, bằng các loại nhiên liệu mới, nhiên liệu tái sinh cho các loại động cơ như năng lượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí sinh học. Tìm kiếm và sử dụng các nguồn năng lượng tái sinh sẽ góp phần giải quyết hai vấn đề lớn của nhân loại, đó là môi trường và năng lượng. Sử dụng khí sinh học và các nguồn năng lượng tái sinh còn không làm ngày càng tăng nhiệt độ bầu khí quyển.
Khí sinh học là một trong những nguồn năng lượng tái tạo có thể thu hồi được từ việc xử lý chất thải. Vì vậy, phát triển sử dụng công nghệ khí sinh học không những giúp xử lý chất thải mà còn cung cấp năng lượng mới thay thế các nguồn năng lượng truyền thống. Sử dụng chất thải chăn nuôi gia súc sản xuất khí sinh học để chạy máy phát điện nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường là giải pháp rất có hiệu quả ở những trang trại. Bên cạnh việc tiết kiệm năng lượng, giải pháp công nghệ KSH còn có một ưu điểm cải thiện môi trường chăn nuôi, giảm thiểu sự phát thải khí CO2, khói, bụi bẩn ra môi trường xung quanh. Như vậy, ứng dụng công trình khí sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi và xử lý môi trường đã và đang đưa lại nhiều lợi ích như ảnh hưởng về kinh tế, xã hội và môi trường.
2.1.4.1. Ảnh hưởng về kinh tế
Khí sinh học có thể được sử dụng để đun nấu, thắp sáng, chạy các loại động cơ đốt trong (máy bơm, máy xay sát, máy phát điện...), thậm chí người ta còn dùng KSH để sấy chè, ấp trứng, úm gà, chạy tủ lạnh, quạt. Ở một số quốc gia phát triển như Thụy Điển, Đức còn sử dụng KSH để chạy ô tô và coi đó là một nguồn nhiên liệu tái tạo an toàn cho môi trường. Cũng tại quốc gia này, cứ 10 trạm bơm nhiên liệu thông thường sẽ có một trạm bơm KSH. Chính phủ Thụy Điển đã đề ra các chính sách thuế để đảm bảo giá KSH rẻ hơn 30% so với giá xăng. KSH cũng được sử dụng để diệt sâu bọ trong việc bảo quản ngũ cốc hoặc