1.6.3. Tiềm năng SK của Việt Nam
Việt Nam có điều kiện tự nhiên thuận lợi với khí hậu nhiệt đới gió mùa, đây là điều kiện tốt cho sự phát triển của các loài thực vật. Việt Nam cũng là một nƣớc nông nghiệp nên nguồn SK từ phụ phẩm nông nghiệp phong phú, dồi dào (Bảng 1.4 và Bảng 1.5).
Bảng 1.4. Tiềm năng năng lượng từ gỗ
Nguồn cung cấp Tiềm năng
(triệu tấn)
Dầu tƣơng đƣơng (triệu toe)
Tỷ lệ (%) Rừng tự nhiên 6,842 2,390 27,2 Rừng trồng 3,718 1,300 14,8 Đất không rừng 3,850 1,350 15,4 Cây trồng phân tán 6,050 2,120 24,1
Cây công nghiệp & ăn quả 2,400 0,840 9,6
Phế liệu gỗ 1,649 0,580 6,6
TỔNG 25,090 8,780 100,0
( Nguồn: Viện năng lượng Việt Nam, 2005)
Bảng 1.5. Tiềm năng năng lượng từ một số các phụ phẩm nông nghiệp
Nguồn cung cấp Tiềm năng
(triệu tấn)
Dầu tƣơng đƣơng (triệu toe)
Tỷ lệ (%) Rơm rạ 32,52 7,30 60,4 Trấu 6,50 2,16 17,9 Bã mía 4,45 0,82 6,8 Các loại khác 9,00 1,80 14,9 TỔNG 53,43 12,08 100,0
(Nguồn: Viện năng lượng Việt Nam, 2005)
Hiện trạng sử dụng sinh khối ở Việt Nam
Hiện nay khoảng 3/4 SK đƣợc sử dụng phục vụ đun nấu gia đình với các bếp đun cổ truyền hiệu suất thấp. Bếp cải tiến tuy đã đƣợc nghiên cứu thành công nhƣng chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi mà chỉ có một vài dự án nhỏ, lẻ tẻ ở một số địa phƣơng. Trong tổng tiêu thụ năng lƣợng, NLSK chiếm vai trò rất lớn (Bảng 1.6). Việc sử dụng NLSK theo lĩnh vực và theo năng lƣợng cuối cùng đƣợc đƣa ra trong Bảng 1.7 và Bảng 1.8.
Bảng 1.6. Vai trò của năng lượng sinh khối trong tổng tiêu thụ năng lượng [3]
Bảng 1.7. Sử dụng sinh khối theo lĩnh vực [3]
Lĩnh vực Tổng tiêu thụ (koe) Tỷ lệ (%)
Gia đình 10667 76,2
Cơng nghiệp - tiểu thủ công nghiệp 3333 23,8
Tổng 14000 100,0
Bảng 1.8. Sử dụng sinh khối theo năng lượng cuối cùng [3]
Năng lƣợng cuối cùng Tổng tiêu thụ (koe) Tỷ lệ (%)
Nhiệt Bếp đun 10667 76,2 Lò nung 903 6,5 Lò đốt 2053 14,7 Điện Đồng phát 377 2,7 Tổng 14000 100,0 Năm Tổng tiêu thụ năng lƣợng trong năm (koe)
Tiêu thụ năng lƣợng (koe) Tỷ lệ trong tổng năng lƣợng (%) Gỗ củi Tổng SK Gỗ củi Tổng SK 1985 14.286 4.748 10.766 33 75 1986 14.976 5.086 11.069 34 74 1987 15.929 5.280 11.492 33 72 1988 15.683 5.355 11.655 34 74 1989 15.904 5.532 12.039 35 75 1990 16.879 5.693 12.390 34 73 1991 17.108 5.830 12.678 34 74 1992 18.026 6.339 12.938 35 71 1993 19.312 7.030 13.564 36 70 1994 19.088 7.700 13.600 40 71 1995 20.735 8.430 13.630 40 65
Việc sử dụng SK ở Việt Nam đang ngày càng đƣợc quan tâm và phát triển trong một số lĩnh vực nhƣ:
- Sản xuất vật liệu xây dựng, gốm sứ: hầu hết dùng các lò tự thiết kế theo kinh nghiệm, đốt bằng củi hoặc trấu, chủ yếu ở phía Nam;
- Sản xuất đƣờng: tận dụng bã mía để đồng phát nhiệt và điện ở tất cả 43 nhà máy đƣờng trong cả nƣớc với trang thiết bị nhập từ nƣớc ngoài. Mới đây Viện Cơ điện nông nghiệp đã nghiên cứu thành công dây chuyền sử dụng phụ phẩm SK đồng phát điện và nhiệt để sấy. Viện đã lắp đặt đƣợc 7 hệ thống và hiện đang triển khai ứng dụng ở các tỉnh;
- Sấy lúa và các nông sản: hiện ở Đồng bằng sơng Cửu long có hàng vạn máy sấy đang hoạt động. Những máy sấy này do nhiều cơ sở trong nƣớc sản xuất và có thể dùng trấu làm nhiên liệu. Riêng dự án Sau thu hoạch do Đan Mạch tài trợ triển khai từ 2001 đã có mục tiêu lắp đặt 7000 máy sấy;
- Cơng nghệ cacbon hố SK sản xuất than củi đƣợc ứng dụng ở một số địa phƣơng phía Nam nhƣng theo cơng nghệ truyền thống, hiệu suất thấp;
- Một số cơng nghệ khác nhƣ đóng bánh SK, khí hố trấu hiện ở giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm;
- Các nhà nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu cơng nghệ lọc hố dầu (Trƣờng Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh) với đề tài: “Công nghệ Biomass - hƣớng đến một nền nông nghiệp không chất thải và phát triển bền vững” đã tinh chế phụ phẩm nông nghiệp thành nguồn năng lƣợng sinh học;
- Viện Thổ nhƣỡng và Nơng hóa: đã nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp trong cơ cấu cây trồng có lúa nhằm nâng cao độ phì nhiêu đất, giảm sử dụng phân khống khi mà giá phân bón ngày càng tăng. Các nghiên cứu đƣợc tiến hành trên các loại đất: bạc màu, cát biển, đất phù sa [Sơng Hồng, sơng Dinh (Khánh Hồ), sơng Cửu Long (trên nền phèn-tại
Cần Thơ)] đối với 2 cơ cấu trong hệ thống cây trồng có lúa: (1) Lúa xn- Lúa mùa-Ngơ đơng (Bắc Giang, Hà Tây, Nghệ An) và (2) Lúa đông xuân- Lúa xuân hè-Lúa hè thu (Khánh Hoà, Cần Thơ). Vùi phụ phẩm nông nghiệp đã cải thiện độ phì nhiêu đất (hàm lƣợng chất hữu cơ, đạm, lân và kali dễ tiêu, dung tích hấp thu, thành phần cơ giới, độ xốp, độ ẩm, vi sinh vật tổng số, vi sinh vật phân giải xenlulô, vi sinh vật phân giải lân và vi sinh vật cố định đạm), đã tăng năng suất 6-12% so với không vùi. Vùi phụ phẩm nơng nghiệp có thể thay thế lƣợng phân chuồng cần bón cho cây trồng trong cơ cấu có lúa; giảm đƣợc 20% lƣợng phân đạm, lân và 30% lƣợng phân kali mà năng suất vẫn không giảm so với không vùi phụ phẩm. Hiệu quả kinh tế tƣơng đƣơng với bón đầy đủ phân chuồng và phân khống NPK và cao hơn 5% so với chỉ bón phân khống NPK, lợi nhuận tăng 5- 12% so với không vùi phụ phẩm. Trƣớc khi vùi cho lúa xuân, thân lá ngô phải cho vào máy cắt dài 5 cm và truớc khi ủ cần bổ sung thêm 20 kg vôi và 1 kg urê/tấn thân lá ngô tƣơi. Thân lá ngô tƣơi đƣợc ủ với chế phẩm vi sinh trong thời gian 25 ngày sau đó mới đem vùi. Vùi kỹ sau 20-25 ngày thì có thể cấy lúa. Cũng nhƣ phụ phẩm của cây ngơ nếu vùi rơm rạ cho lúa thì cũng cần bón thêm 20 kg vơi + 1 kg urê/1 tấn rơm rạ tƣơi khi gặt. Vùi kỹ sau 20-25 ngày có thể cấy. Vùi rơm rạ cho ngô đông cần thêm chế phẩm vi sinh vật +20 kg vôi + 1 kg urê/1 tấn rơm rạ tƣơi khi gặt.
Dự kiến, Việt Nam sẽ phấn đấu để tỷ lệ NLTT chiếm khoảng 3% tổng công suất điện năng tới năm 2010 và 6% vào năm 2030. Hiện cả nƣớc có trên 250.000 cơ sở chế biến nông, lâm, thủy sản. Tuy nhiên, kinh phí cho đầu tƣ phát triển năng lƣợng dùng trong khâu làm khơ, chế biến nơng – lâm - thuỷ sản cịn rất khan hiếm. Hàng năm ngành lâm nghiệp nƣớc ta khai thác, chế biến 1,4 triệu m3 gỗ, 250.000 tấn tre, trúc, song, mây với khối lƣợng mùn cƣa, vỏ dăm bào... khoảng 150.000 tấn. Khối lƣợng phụ phẩm trong ngành chế biến giấy cũng lên đến hàng triệu tấn. Khối lƣợng phụ phẩm nông nghiệp nhiều nhất nhƣng đƣợc sử
dụng lãng phí nhất là 3,5 triệu tấn trấu thu gom từ các cơ sở xay xát lúa trong cả nƣớc cùng 1,7 triệu tấn rơm rạ... Ngồi ra, các nguồn phụ phẩm nơng nghiệp khác nhƣ cây cao su, vỏ điều, xơ dừa, chất thải sinh khối từ cây mía... cũng có khả năng cung cấp khoảng 3,5 triệu tấn. Tổng hợp các nguồn phế thải SK, mỗi năm có thể thu đƣợc từ 8 11 triệu tấn, nếu dùng để sản xuất điện bằng công nghệ nhiệt điện, sẽ tạo ra 3 4 triệu kWh điện với chi phí chỉ bằng 10 30% so với nhiên liệu hoá thạch [25].
Tháng 2/2004, tại Trƣờng Đại học Cần Thơ, đã khởi động đề tài “Năng lƣợng tái tạo từ sinh khối và chất thải”, tên gọi tắt là BiWaRE (Biomass and Waste for Renewable Energy). Đề tài do Trƣờng ĐH Khoa học ứng dụng Bremen, Cộng hồ Liên bang Đức chủ trì. Trƣờng ĐH Cần Thơ là một trong bốn thành viên tham gia đề tài: Trƣờng ĐH Kỹ thuật Đresđen (Đức), Trƣờng ĐH Wales Cardiff (Anh), Trƣờng ĐH Chiang Mai (Thái Lan). Mục tiêu của đề tài BiWaRE là xây dựng một mô-đun đào tạo cho các trƣờng đại học và lập một hệ thống thông tin nhằm hỗ trợ các quyết định để sử dụng NLTT từ các chất hữu cơ với những điển hình đƣợc áp dụng ở Việt Nam và Thái Lan. Ngoài ra, các kết quả sẽ đƣợc phổ biến rộng rãi làm tài liệu học tập, nghiên cứu....
Dự định năm 2008, Cần Thơ sẽ xây dựng nhà máy Nhiệt điện chạy Trấu tại Khu công nghiệp Trà Nóc trên diện tích 24.000 m2 đất, với tổng số vốn đầu từ là 70 tỷ đồng. Đây là nhà máy sử dụng nguyên liệu trấu để tạo hơi nƣớc và điện thƣơng phẩm đầu tiên ở ĐBSCL. Nhà máy đƣợc xây dựng theo 3 giai đoạn: Giai đoạn 1 hoàn thành cuối tháng 1/2008 phát 20 tấn hơi/giờ để bán cho khách hàng trong khu công nghiệp theo hệ thống đƣờng ống phi 300 dài 3.000m. Giai đoạn 2 hoàn thành cuối năm 2009, phát thêm 2 MW điện. Giai đoạn 3 hoàn thành năm 2010, nâng sản lƣợng điện lên 70 MW [24].
Năm 2008, Cơng ty Topec BV thuộc Tập đồn Pon của Hà Lan và Trung tâm Nghiên cứu – Phát triển về tiết kiệm năng lƣợng Thành phố Hồ
Chí Minh vừa báo cáo về Dự án nghiên cứu khả thi xây dựng nhà máy đốt bằng trấu tại huyện Thốt Nơt. Theo đó, các đơn vị đề nghị Thành phố Cần Thơ chọn địa bàn huyện Thốt Nốt để xây dựng nhà máy điện từ trấu với cơng suất 10 MW, sau đó mới tiến hành xây dựng thêm một nhà máy khác ở Thái Lai, vì những khu vực này có nhiều trấu và cần nhiều điện năng để phát triển sản xuất. Dự kiến, việc đầu tƣ xây dựng nhà mày này cần từ 11 triệu đến 14 triệu euro và mặt bằng rộng khoảng 5 ha và sẽ hoàn vốn sau 6,5 năm đi vào hoạt động nhờ việc bán điện, bán tro trấu và bán chứng chỉ giảm phát thải khí nhà kính theo Nghị định thƣ Kyoto. Tuy nhiên, do bối cảnh nền kinh tế bị lạm phát nên dự định năm 2008 chƣa đƣợc thực hiện.
1.7. Tình hình nghiên cứu và sử dụng sinh khối trên thế giới
Những nƣớc phát triển trong nhiều năm qua đã và đang thực hiện những chƣơng trình rộng lớn về lĩnh vực phát triển các nguồn NLTT. Theo dự báo của cơ quan năng lƣợng thế giới đến năm 2020 tỷ lệ các nguồn NLTT trong cân bằng năng lƣợng thế giới sẽ đạt khoảng 20%, trong đó tỷ lệ SK là trên một phần ba.
Ngƣời ta thƣờng áp dụng những phƣơng pháp sau đây để biến đổi SK một cách kinh tế và hợp lý thành nhiên liệu và năng lƣợng thuận tiện.
o Biến đổi nhiệt hố (đốt trực tiếp, nhiệt phân, khí hố);
o Biến đổi theo công nghệ sinh học (thu đƣợc các loại cồn nguyên tử thấp);
o Chế biến nhiệt hoá và cơ học thành nhiên liệu đóng bánh.
Phương pháp biến đổi nhiệt hố đối với sinh khối là đốt trực tiếp
Trong nông nghiệp để sấy khô và tăng cƣờng quạt gió cho nơng phẩm ngƣời ta sử dụng rộng rãi các máy cấp nhiệt công suất từ 0,25 2,5MW. Chúng đƣợc sản xuất ra để chạy bằng dầu hoặc khí hợp bộ với các thiết bị sấy trong đó có các thiết bị sấy lúa năng suất từ 2,5 50T/h, chúng còn đƣợc sử dụng để sƣởi cho gia cầm, ấp trứng, cho nhà kính... Song song
với các cơng nghệ đốt trực tiếp ngƣời ta nghiên cứu triển khai các công nghệ đốt 2 giai đoạn, nhiên liệu rắn sơ bộ đƣợc khí hố, cịn khí thu đƣợc đốt trong lò. Việc đốt 2 giai đoạn càng ngày càng phổ biến rộng rãi bởi vì nó cho phép nghiên cứu triển khai các thiết bị hoạt động với hiệu suất cao, có tính linh hoạt hơn khi thay đổi các chế độ hoạt động của các thiết bị sử dụng nhiệt, ơ nhiễm mơi trƣờng ít hơn và ít địi hỏi về chất lƣợng nhiên liệu.
Ở Liên Bang Nga: những công tác thử nghiệm chủ yếu về đốt các phế liệu thảo mộc đã đƣợc tiến hành trên thiết bị thí nghiệm cơng suất 0,3 0,5MW với thiết bị buồng đốt thử nghiệm công nghiệp công suất gần 1,5MW tại công ty nông nghiệp “Kavkaz” thuộc vùng Krasnodar và tại trạm thử nghiệm thuộc Viện Cơ giới hố nơng nghiệp L.B.Nga ở thành phố Armavir. Thiết bị buồng đốt công suất 1,5MW đã đƣợc nghiên cứu triển khai làm mẫu thử đầu tiên cho các thiết bị công suất lớn hơn (tới 5MW) và đã cho phép thực hiện các chế độ đốt cháy khác nhau đối với hàng loạt nhiên liệu với các đặc tính cơ lý khác biệt nhau và nhiệt trị khác nhau.
Tình hình sản xuất điện sinh học trên thế giới
Do sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ điện năng đồng thời dần cạn kiệt các nguồn năng lƣợng nhƣ than, dầu mỏ ..., các nƣớc trên thế giới đều hết sức quan tâm đến các nguồn NLTT. Tại Hội nghị quốc tế về các nguồn năng lƣợng mới tổ chức tại Bon (Đức), tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp của LHQ (FAO) cho rằng nên sử dụng các nguồn năng lƣợng sinh học (than củi, bã mía, rơm rạ, vỏ trấu, các chất dƣ thừa không dùng đến của nông nghiệp và lâm nghiệp..) nhằm tạo ra nhiệt lƣợng, khí gas, dầu sinh học, điện sinh học và gas sinh học. Ƣớc tính tới năm 2020, sản lƣợng điện sinh học của thế giới là hơn 30.000 MW [14].
Hiện nay, trên thế giới có 3 phương pháp biến đổi thành điện sinh khối:
1. Sản xuất điện SK là việc sử dụng SK (biomass) để tạo ra điện năng. Phần lớn các nhà máy điện sinh học trên thế giới sử dụng hệ thống đốt SK trực tiếp để tạo hơi nƣớc làm quay tuốc bin và sản sinh thành điện nhờ máy phát điện;
2. Loại sản xuất điện SK thứ hai cũng đƣợc quan tâm nhiều do có thể sử dụng các hệ thống đồng đốt cháy liên quan tới việc sử dụng SK nhƣ một nguồn năng lƣợng bổ sung trong các nồi hơi hiệu quả cao cho các nhà máy điện đốt than;
3. Loại thứ ba đƣợc quan tâm là hệ thống khí hố sử dụng nhiệt độ cao và mơi trƣờng hiếm oxy để biến SK thành khí sinh học (hỗn hợp gồm hydro, CO và metan) để cung cấp nhiên liệu cho tuốc bin khí để sản xuất điện năng. Cũng có một số nhà máy điện sử dụng chu trình khác. Chẳng hạn, nhƣ nhiên liệu SK đƣợc biến thành các loại khí đốt điều áp, nóng với khơng khí trong buồng khí hố và sau đó đƣợc đƣa vào tuốc bin để sản xuất điện.
Mỹ hiện đang là nƣớc sản xuất điện từ SK lớn nhất thế giới. Hơn 350 nhà máy điện sinh học sử dụng chất thải từ nhà máy giấy, nhà máy cƣa, sản phẩm phụ nông nghiệp, cành lá từ các vƣờn cây ăn quả, sản xuất trên 7.500MW điện mỗi năm, đủ để cung cấp cho hàng triệu hộ gia đình, đồng thời tạo ra 66.000 việc làm. Với các công nghệ tiên tiến hiện đang đƣợc phát triển hiện nay sẽ giúp ngành điện SK tại Mỹ sản xuất trên 13.000MW vào năm 2010 và tạo thêm 100.000 việc làm. Năng lƣợng SK chiếm 4% tổng năng lƣợng đƣợc tiêu thụ ở Mỹ và 45% năng lƣợng tái sinh.
Nƣớc Nhật đã dự định tăng sản lƣợng điện năng SK từ 218.000 kW trong năm 2002 lên 330.000 kW tới năm 2010. Ngƣời ta đã ƣớc tính rằng tác động kinh tế tổng thể nhƣ tạo ra công ăn việc làm và các phƣơng tiện khác liên quan đến cơng nghiệp sinh khối có thể đạt đến 300 tỷ yên ở Nhật [16].
Trung Quốc: hàng năm, ngành công nghiệp luyện kim Trung Quốc sử dụng 10.000 tấn rơm làm vật liệu cách nhiệt. Có tới 50% sản lƣợng rơm của Trung Quốc đƣợc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy. Có những thời kỳ, trấu cung cấp tới 80% năng lƣợng cho các hệ thống sấy nông sản của Trung Quốc (1 kg trấu tƣơng đƣơng với 0,23 lít dầu diesel), 50% sản lƣợng trấu đƣợc nghiền nhỏ dùng làm phối liệu sản xuất thức ăn chăn nuôi ở Trung Quốc.
CHƢƠNG 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Khu vực và đối tƣợng nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu: tỉnh Nam Định.
Đối tƣợng nghiên cứu: Các phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch (rơm, rạ, trấu từ canh tác lúa; thân lá và lõi ngô; thân và vỏ lạc).
2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu thứ cấp
Tài liệu thứ cấp là những tài liệu có sẵn hoặc các số liệu thống kê của