PHẦN I : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Lên men kỵ khí sinh biogas
Việc sử dụng phương pháp kỵ khí để chuyển hóa các chất hữu cơ tạo ra khí sinh học đã được nghiên cứu từ những năm cuối của thế kỷ 17. Kể từ khi đó, kỹ thuật tạo biogas từ phương pháp vi sinh kỵ khí ngày càng phát triển và được áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ như: xử lý chất thải rắn hữu cơ, xử lý nước thải, tạo năng lượng từ các vật chất hữu cơ dễ phân hủy từ nông nghiệp... Tại các nước như Thái Lan, Tanzania, Mỹ, Úc và các nước châu Âu, việc xử lý chất thải lò giết mổ và các chất thải hữu cơ khác bằng phương pháp kỵ khí thu biogas đã rất phổ biến. Thành phần các khí chính trong chuyển hóa các chất hữu cơ bằng q trình kỵ khí là CH4, CO2, H2, N2 và H2S. Trong đó thành phần chủ đạo là khí mê tan CH4 và CO2, tùy vào bản chất và thành phần vật liệu và điều kiện của quá trình kỵ khí mà tỷ lệ thành phần giữa các khí trong hỗn hợp khí sinh học trên có thay đổi. Thường thì CH4 chiếm 40-75%, CO2 chiếm 20- 60% thành phần khí biogas. Trên thế giới, kỹ thuật lên men thu biogas khá phổ biến và việc khai thác ứng dụng lên men kỵ khí các nguồn thải hữu cơ thu biogas làm nguồn năng lượng tái tạo đang ngày càng phát triển. Các nước công nghiệp phát triển trên thế giới, đặc biệt là Mỹ đang đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng năng lượng tái tạo từ biogas, thí dụ chương trình W2E (biến nước thải thành năng lượng); Tại Đức, các nhà nghiên cứu đã tính ra được tiềm năng cho việc sử dụng khí biogas từ các lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp, bãi rác, nước thải, chất thải công nghiệp, phân gia súc... cho năng lượng là 1,15 x108 MWh (tương đương với 417J/a).
Khí biogas thu được ở Việt nam chủ yếu thu được từ các hầm phân hủy kỵ khí các chất thải chăn nuôi và hầu hết được sử dụng vào mục tiêu gia nhiệt, một phần rất nhỏ dùng để đốt thắp sáng cho nhu cầu sinh hoạt gia đình. Mục tiêu đầu tư hệ thống xử lý kỵ khí chất thải thu biogas để phát điện được ghi nhận lần đầu tiên tại nhà máy cồn thuộc Tổng Công ty đường- rượu Lam Sơn.
Tuy nhiên, hệ thống này chỉ hoạt động được trong thời gian ngắn, còn lại trong suốt nhiều năm gần đây đến nay khơng thể phát điện được, do khơng đủ lượng khí sinh học để có thể phát điện hiệu quả.
Khí biogas có thể được sử dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau: sản xuất điện, đốt thu nhiệt, phục vụ mục tiêu sinh hoạt... Với lĩnh vực ứng dụng chủ đạo là làm nhiên liệu phát điện và đốt thu nhiệt, thì nhiệt trị của biogas hay thành phần các cấu tử mang nhiệt trị cao trong hỗn hợp khí trong khí sinh học thu được là rất quan trọng. Để nâng cao hiệu suất tạo năng lượng cho khí biogas, hướng nâng cao nồng độ của khí mê tan bằng loại bỏ CO2, H2S hay N2 đang được triển khai, tuy nhiên, đây vẫn đang là thách thức công nghệ không hề nhỏ. Trong khi đó, con đường lên men sinh học kỵ khí cũng có thể thu được sản phẩm khí trực tiếp là H2, một khí có enthalpy cao hơn so với CH4, đã được khẳng định và có triển vọng phát triển rất khả quan, để nâng cao hiệu suất đốt của khí biogas. Nhiều chủng vi sinh vật có năng lực lên men tạo hydro thuộc các chi: Enterobacter, Bacillus và Clostridium; hoặc các loài vi khuẩn ưa nhiệt như Anaerocellum, Caldicellulosiruptor, Clostridium, Dictyoglomus, Fervidobacterium, Spirocheta, siêu ưa nhiệt Thermotoga và Thermoanaerobacter. Hướng nghiên cứu này sẽ góp phần nâng cao chất
lượng khí biogas thu được từ xử lý chất thải rắn từ lị giết mổ nói riêng, và các xử lý kỵ khí chất hữu cơ nói chung.