Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.3. Tình hình nghiên cứu và sửdụng cơng nghệ khí hóa sinh khối trong việc tá
chế chất thải rắn:
1.3.1. Năng lượng và các dạng năng lượng:
Năng lượng là một trong những phần cơ bản của địa cầu giúp cho nhân loại sống và tồn tại, ngay từ thời kim cổ, con người đã biết tận dụng những điều diệu kỳ từ năng lượng để duy trì cuộc sống thường nhật, họ sử dụng nhiệt năng (lửa) từ củi để nấu ăn, sưởi ấm, và xua đuổi thú dữ trong rừng,năng lượng mặt trời tạo ánh sáng, làm khô quần áo, giúp cây cối phát triển... Thực vật lại là thức ăn hàng ngày của một số loài thú và năng lượng trong cây trở thành năng lượng của động vật. Cứ như thế, năng lượng được truyền từ mắt xích này sang mắt xích khác thơng qua chuỗi thức ăn. Cơ thể con người chuyển dạng năng lượng từ thức ăn thành năng lượng của cơ thể để thực hiện những hoạt động hàng ngày. Tóm lại, mọi hoạt động diễn ra chung quanh chúng ta chính là sự nối kết năng lượng từ dạng này sang dạng khác.
Vậy năng lượng là gì? Câu trả lời đơn giản nhất cho định nghĩa chính là “năng lượng tạo ra những biến đổi”, hãy thử để ý cuộc sống xung quanh bạn xem, nhờ đâu mà xe có thể chạy được, tại sao con thuyền có thể lướt được ngồi khơi và vì đâu mà chúng ta lớn lên? Theo các nhà khoa học, năng lượng là khả năng sinh ra cơng của một dạng vật chất trong tự nhiên.
Có nhiều nguồn năng lượng mà nhân loại có thể sử dụng bao gồm: Năng lượng điện, năng lượng sinh khối, năng lượng địa nhiệt, năng lượng nhiên liệu hóa thạch(dầu, than đá, khí thiên nhiên), năng lượng thủy và đại dương, năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng lượng gió.
Chế tạo và thực nghiệm lị khí hóa viên nén RDF tạo syngas sử dụng cho động cơ đốt trong
Với các nguồn năng lượng chúng ta quan tâm khơng phải đó là nguồn năng lượng đến từ đâu mà chính là chúng ta có được bao nhiêu năng lượng khi khai thác nguồn đó, hay chính xác được trữ lượng của nó, như:
Dầu thơ trong những thập kỷ gần đây càng ngày càng tăng giá do trữ lượng giảm, trong khi đó than đá và uranium thì phải đợi hàng trăm năm mới hình thành. Đó là những nguồn năng lượng có giới hạn.
Năng lượng sinh khối, bao gồm các vật chất chứa năng lượng hóa học dự trữ trong chất hữu cơ. Sinh khối là các phế phẩm từ nơng nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp ...), phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ...). Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí... được đốt để phóng thích năng lượng như ethanol hay thành dạng khí sinh học (biogas). Nhưng khơng giống như một số nguồn năng lượng tái tạo khác, năng lượng sinh khối khơng thực sự sạch vì khi chất đốt hữu cơ sẽ tạo ra một lượng lớn carbon dioxide. Hiện nay và trong tương lai sẽ có rất nhiều nguồn năng lượng thay thế để phục vụ cho sự phát triển của nhân loại, tuy nhiên trong phạm vi đồ án này chúng em chỉ đi sâu vào giới thiệu phân tích nguồn năng lượng từ khí hóa Biomass.
1.3.2. Lịch sử phát triển Biomass:
Biomass là gì? Biomass (Sinh khối) là một thuật ngữ có ý nghĩa bao hàm rất rộng dùng để mô tả các vật chất có nguồn gốc sinh học vốn có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng hoặc do các thành phần hóa học của nó.
Với định nghĩa như vậy, sinh khối bao gồm cây cối tự nhiên, cây trồng công nghiệp, tảo và các lồi thực vật khác, hoặc là những bã nơng nghiệp và lâm nghiệp. Sinh khối cũng bao gồm cả những vật chất được xem nhưng chất thải từ các xã hội con người như chất thải từ quá trình sản xuất thức ăn nước uống, bùn/nước cống, phân bón, sản phẩm phụ gia (hữu cơ) sản phẩm cơng nghiệp và các thành phần hữu cơ của chất thải sinh hoạt.
Sinh khối cịn có thể được phân chia nhỏ ra thành các thuật ngữ cụ thể hơn, tùy thuộc vào mục đích sử dụng: tạo nhiệt, sản xuất điện năng hoặc làm nhiên liệu cho giao thông vận tải.
Các nguồn sinh khối được chuyển thành các dạng năng lượng khác như điện năng, nhiệt năng, hơi nước và nhiên liệu qua các phương pháp chuyển hóa như đốt trực tiếp và turbin hơi, phân hủy yếm khí, đốt kết hợp, khí hóa và nhiệt phân.
Sinh khối cịn có thể được xem như một dạng tích trữ năng lượng Mặt Trời. Năng lượng từ Mặt Trời được "giữ" lại bởi cây cối qua quá trình quang hợp trong giai
đoạn phát triển của chúng. Năng lượng sinh khối được xem là tái tạo vì nó được bổ sung nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ bổ sung của năng lượng hóa thạch vốn địi hỏi hàng triệu năm.
Ngoài ra, việc sử dụng sinh khối để tạo năng lượng có tác động tích cực đến mơi trường. Hẳn nhiên việc đốt sinh khối không thể giải quyết ngay vấn đề mất cân bằng vể tỷ lệ CO2 hiện nay. Tuy nhiên, vai trị đóng góp của sinh khối trong việc sản xuất năng lượng vẫn rất đáng kể trong việc bảo vệ cân bằng mơi trường, vì nó tạo ra ít CO2hơn năng lượng hóa thạch. Một cách khái qt, CO2 tạo ra bởi việc đốt sinh khối sẽ được "cô lập" tạm thời trong cây cối được trồng mới để thay thế nhiên liệu. Nói một cách khác, đó là một chu kỳ tuần hồn kín với tác động hết sức nhỏ lên mơi trường.
Tóm lại, sinh khối là một nguồn năng lượng hấp dẫn bởi các lý do sau đây: Trước nhất, đây là một nguồn năng lượng tái tạo, nếu chúng ta có thể bảo đảm được tốc độ trồng cây thay thế.
Sinh khối được phân bố đồng đều hơn trên bề mặt Trái Đất hơn các nguồn năng lượng nhất định khác (nhiên liệu hóa thạch...), và có thể được khai thác mà khơng cần địi hỏi đến các kỹ thuật hiện đại phức tạp và tốn kém.
Nó tạo ra cơ hội cho các địa phương, các khu vực và các quốc gia trên toàn thế giới tự bảo đảm cho mình nguồn cung cấp năng lượng một cách độc lập.
Đây là một giải pháp thay thế cho năng lượng hóa thạch, giúp cải thiện tình hình thay đổi khí hậu đang đe dọa Trái Đất.
Nó có thể giúp nơng dân địa phương trong lúc gặp khó khăn về vụ mùa thu hoạch và tạo việc làm tại các vùng nông thôn.
Năng lượng sinh học hiện đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới, chiếm gần 11% tổng sản lượng tiêu thụ của toàn thế giới (IEA).
Tuy nhiên, các nước đang phát triển hiện nay vẫn có tỷ lệ sử dụng năng lượng sinh khối "cơ bản" đến 35% trong cơ cấu năng lượng nội địa. Tỷ lệ này vẫn luôn khá cao đối với những quốc gia nghèo nhất thế giới vốn phụ thuộc và việc đốt sinh khối để nấu nướng, sưởi ấm và làm nhiên liệu. Mặc dù sinh khối sử dụng trong cơng nghiệp thì có tác động tích cực đối với mơi trường, tình trạng thốt khí kém và việc sử dụng các lị đốt có hiệu suất kém làm tăng độ ơ nhiễm khơng khí trong nhà ở và gây ra hiểm họa về sức khỏe rất lớn đối với người dân sống trong các khu vực nông thôn, kém phát triển. Như vậy, sử dụng sinh khối một cách hiệu quả hơn cũng là một vấn đề lớn hiện nay trong quá trình cải thiện chất lượng cuộc sống và sức khỏe của con người.
Chế tạo và thực nghiệm lị khí hóa viên nén RDF tạo syngas sử dụng cho động cơ đốt trong
1.3.3. Sử dụng Biomass:
Sinh khối có thể được xử lý ở nhiều dạng chuyển đổi khác nhau để tạo ra năng lượng, nhiệt lượng, hơi và nhiên liệu. Hầu hết các quá trình chuyển đổi sinh khối có thể được chia ra làm hai loại như sau:
Chuyển đổi nhiệt hóa: bao gồm đốt nhiệt, khí hóa và nhiệt phân Chuyển đổi sinh hóa: bao gồm phân hủy yếm khí và lên men
Một q trình khác là chiết xuất, chủ yếu là quá trình cơ học, được sử dụng để sản xuất chất tải năng lượng – tương tự như khái niệm của hydrogen từ sinh khối. Cũng có các phân biệt những cách chiết suất khác nhau, phụ thuộc vào sản phẩm của quá trình này là nhiệt, điện năng hoặc nhiên liệu.
1.3.3.1.Sản xuất nhiệt truyền thống:
Quá trình khai thác sinh khối để tạo nhiệt có một lịch sử rất lâu dài, và vẫn tiếp tục đóng một vai trị quan trọng trong xã hội loài người trong thời kỳ hiện đại. Nhiệt lượng từ việc đốt sinh khối được sử dụng để đốt sưởi ấm, để nấu chín thức ăn, để đun nước tạo hơi ....
1.3.3.2.Nhiên liệu sinh khối:
Sinh khối dạng rắn có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng để cung cấp trong các xe hơi, máy cơ khí, và thậm chí trong các bộ phận sản xuất công nghiệp. Ba dạng nhiên liệu phổ biến sản xuất từ sinh khối là methanol, ethanol, và biodiesel. Khơng giống như xăng và dầu diesel, biofuels có chứa oxy. Pha nhiên liệu sinh học vào các sản phẩm dầu khí sẽ gia tăng hiệu suất đốt của nhiên liệu và từ đó giảm ơ nhiễm khơng khí.
1.3.3.3.Sản xuất điện từ năng lượng sinh khối:
Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển sinh khối thành điện năng. Các công nghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông thường, nhiệt phân, đốt kết hợp, khí hóa, tiêu yếm khí, sản xuất điện từ khí thải bãi chơn lấp rác.
1.3.3.4.Khí hóa sinh khối:
Sinh khối dạng rắn có thể được chuyển thành dạng khí, được gọi là khí tổng hợp (syngas). Khí này có thể cung cấp cho các turbine chu kỳ liên hợp hoặc các kỹ thuật chuyển đổi khác nhưng các nhà máy nhiệt chạy than.
Nhiều chuyên gia hy vọng rằng khí hóa sinh khối sẽ có hiệu suất cao hơn nhà máy điện sinh khối thơng thường. Tuy nhiên, cho đến nay, q trình khí hóa vẫn chưa được ứng dụng rộng trong thực tế mà chỉ vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm kỹ thuật. Các lị chuyển đổi sinh khối rắn thành khí đốt nóng sinh khối ở một mơi trường mà tại đó sinh khối rắn phân hủy chuyển thành khí dễ cháy. Q trình này có thuận lợi hơn so với việc đốt trực tiếp. Khí Biomass có thể được làm sạch và lọc để phân loại và tách các hợp chất hóa học có thể có hại. Sản phẩm khí có thể được dùng ở các máy phát điện hiệu suất cao – như liên hợp turbine khí và hơi – để sản xuất điện năng. Hiệu suất của những hệ thống dạng này có thể lên đến 60%.
1.3.4. Sử dụng khí hóa sinh khối cho động cơ đốt trong:
Lị khí hóa loại nhỏ cũng đã được sử dụng cho các phương tiện động cơ đốt trong khi khan hiếm nhiên liệu trong Chiến tranh thế giới lần hai.
Trong những năm 1920, Imbert đã phát triển lị khí đốt gỗ cho các loại xe thịnh hành nhất vào cuối chiến tranh thế giới thứ hai khi nhiên liệu hóa thạch rất hiếm. (500.000 lị khí đốt được sản xuất mỗi năm).
Trong những năm 2000, tình hình nhiên liệu dùng cho phương tiện lưu thơng và sản xuất các dạng năng lượng thứ cấp khác nên chuyển sinh khối từ nguồn tái tạo thành điện năng thay thế cho nhiên liệu hóa thạch để cung cấp cho các động cơ đốt trong ngày càng được quan tâm nghiên cứu ứng dụng.