Trang trại Các nhóm Lợn Số lƣợng (con) Trọng lƣợng (Kg) Lƣợng thức ăn (kg /con /ngày VS (Kg / con/ ngày ∑CH4 phát sinh (kg/ tháng ∑CH4 tiêu thụ (kg/ tháng ∑CH4 phát thải (kg/ tháng 1
Lợn nái mang thai, chờ phối 230 220 2,8 0,5376
79,75 51,3 28,45
Lợn nái đã đẻ đang nuôi con 70 200 3,8 0,7296
Lợn con 680 8,5 1,6 0,1536
2
Lợn nái mang thai, chờ phối 160 210 2,8 0,5376
46,07 36,96 9,11
Lợn nái đã đẻ đang nuôi con 40 200 3,8 0,7296
Lợn con 360 7 1,6 0,1536
Việc xả khí biogas vào mơi trƣờng gây ơ nhiễm mơi trƣờng khơng khí. Đây là mơi trƣờng trung gian tác động trực tiếp và gián tiếp đến các môi trƣờng khác.
+ Tác động đến sức khỏe con ngƣời: Khí sinh học là hỗn hợp gồm nhiều chất khí, trong đó Methane chiếm tỷ lệ lớn nhất. Khí Methane hồn tồn không độc, nhƣng khi tiếp xúc với mơi trƣờng khơng khí (trong điều kiện thuận lợi) dễ
gây ra cháy nổ. Nếu nồng độ khí CH4 trong khơng khí q 45% sẽ gây ngạt, nồng
độ khí này khoảng 40.000mg/m3 khơng khí sẽ gây rối loạn hơ hấp, nhức đầu, rối
loạn tiêu hóa và giác quan. Trƣờng hợp, nồng độ khí CH4 là 60.000mg/m3 khơng
khí sẽ rối loạn nhịp tim và hơ hấp gây tử vong.
Hơn nữa, khí sinh học có một phần nhỏ của khí H2S. Đây là một khí độc,
rất nguy hiểm và chỉ xâm nhập và hấp thụ qua đƣờng hơ hấp. Ở nồng độ thấp nó có mùi trứng ung. Nếu nồng độ của khí này từ 10 – 300 ppm sẽ gây viêm kết mạc và viêm phế quản. Trƣờng hợp nguy hiểm hơn khi nồng độ khí đạt 400 – 700 ppm thì khí H2S gây viêm phế quản mãn tính, rối loạn tiêu hóa, ảnh hƣởng đến thần kinh, làm tê liệt khứu giác.
Tƣơng tự, khí H2S thì khí NH3 cũng chiếm một phần nhỏ trong KSH. Khí
NH3 là khí gây độc và ảnh hƣởng trực tiếp đến hệ hô hấp và mắt. Nếu tiếp xúc
khí này ở nồng độ lớn từ 1500 – 2000 mg/m3 sẽ gây nguy hiểm đến tính mạng
+ M t khác, khí biogas (CH4) xả thải vào bầu khí quyển cũng gây các tác
động tiêu cực đến động, thực vật. Đ c biệt, thực vật rất nhạy cảm với ơ nhiễm khơng khí, làm giảm q trình quang hợp, tăng trƣởng của cây, gây ra các bệnh lý cho thực vật và động vật. Bên cạnh đó, khí NH3 trong KSH cũng là nhân tố gây nên mƣa axit tác động xấu đến con ngƣời và sinh vật, làm suy thoái tài ngun đất, phá hủy cơng trình kiến trúc và vật dụng của con ngƣời. Ngoài ra, việc xả thải này gây gia tăng lƣợng KNK trong bầu khí quyển. Do khí CH4 có
tiềm năng hấp thụ nhiệt gấp 21 lần so với CO2. Vì vậy, nếu lƣợng khí này trong
bầu khí quyển lớn sẽ gây suy giảm tầng Ơzơn, gia tăng hiệu ứng nhà kính và gián tiếp ảnh hƣởng đến hoạt động sống của con ngƣời, sinh vật. Cũng nhƣ làm cho biến đổi khí hậu ngày một xấu hơn.
3.3. Các giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4 trong hệ thống biogas của các trang trại nghiên cứu các trang trại nghiên cứu
Ảnh hƣởng của xả thải khí CH4 ra ngồi khí quyển gây ra tác động xấu đến mơi trƣờng và biến đổi khí hậu. Vì vậy, cần phải có giải pháp hữu ích vừa đảm bảo đƣợc lợi ích về mơi trƣờng và biến đổi khí hậu. Đồng thời, tạo ra lợi ích kinh tế trong sử dụng năng lƣợng cho ngƣời dân.
3.3.1. Tiêu thụ khí CH4 cho mục đích cải thiện điều kiện sống
a, Sử dụng chạy máy phát điện, máy bơm
Bằng việc cải tạo các động cơ diezen và xăng 4 kỳ để sử dụng khí sinh học đã làm tăng lợi ích về m t kinh tế và giảm đƣợc lƣợng khí CH4 dƣ thừa. Lƣợng khí tiêu thụ 1,3 - 1,7 (m3
/h) cho 1 KW điện. Các cách cải tảo động cơ: + Cải tạo động cơ xăng 4 kỳ bằng việc lắp thêm bộ hịa trộn khơng khí – khí sinh học vào trƣớc bộ chế hịa khí.
+ Cải tạo động cơ điêzen 4 kỳ cũng lắp thêm bộ trộn hịa khí nhƣ động cơ xăng. Tuy nhiên, vẫn phải dùng dầu diezen để làm mồi cho hỗn hợp khơng khí – khí sinh học cháy.
b, Sử dụng chạy bình đun nước nóng
Hiện nay, trên thị trƣờng có 2 loại thiết bị đun nƣớc nóng:
+ Loại khơng có bình tích nƣớc: nƣớc lạnh sẽ đi quan dàn ống đ t trong buồng đốt (nơi cấp nhiệt để đun nóng .
+ Loại có bình tích nƣớc: nƣớc chứa trong bình tích sẽ đƣợc bộ phận đốt khí sinh học làm nóng.
c, Sử dụng trong chế biến nông sản
Sấy khô nông sản cũng là một ƣu điểm của biogas. Bởi vì, Biogas có nhiệt
lƣợng lớn khoảng từ 3.430 – 5.146 Kcal/m3
và 1m3 khí sinh học có thể thay thế cho 4,83 kg củi, 1,62 kg than củi và 5,18 KWh điện. Chính vì vậy, sử dụng biogas trong chế biến nông sản giúp cho việc giảm tiêu thụ năng lƣợng hóa thạch, giảm phát thải khí nhà kính và nơng sản khi sấy có chất lƣợng tƣơng đƣơng với sấy sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
3.3.2. Giải pháp công nghệ lọc và tận thu cho mục đích cơng nghiệp
Sản xuất khí sinh học là một quá trình liên tục, việc khơng sử dụng hết lƣợng khí sinh học mà phát thải vào khơng khí, gây nên ơ nhiễm mơi trƣờng và gia tăng lƣợng khí CH4 vào bầu Khí quyển. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn nhiên liệu này thì nén khí sinh học sạch để dự trữ và sử dụng vào mục đích khác khơng những giúp bảo vệ bầu Khí quyển mà cịn gia tăng lợi ích về m t kinh tế.
Nồng độ khí CH4 trong ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu quả cháy của khí
sinh học. Vì vậy, việc lọc các tạp chất sẽ giúp gia tăng lƣợng khí CH4 nén trong
bình khí mà cịn giảm đƣợc sự ăn mòn của H2S. Trƣớc khi, nén khí sinh học đƣợc thực hiện thì việc đầu tiên là phải lọc khí để loại bỏ CO2, H2O và H2S.
Hình 3.4: Sơ đồ lọc khí và nén khí sinh học sạch
Nguồn: [22]
Theo[22], quá trình lọc và nén khí đƣợc miêu tả nhƣ sau: Khí sinh học đƣợc lấy từ bể phân hủy đi qua bộ lọc khí trƣớc khi đƣợc nén lại. Khí sinh học vào bộ phận lọc phải qua một van điều áp để điều chỉnh lƣợng khí, áp suất khí khi lọc để quá trình lọc đƣợc triệt để.
Đầu tiên, khí sinh học sẽ đƣợc lọc H2S bằng cách đi qua lõi thép, ở đây sẽ
xảy ra hiện tƣợng các lƣới thép này sẽ phản ứng với khí H2S và khí H2S sẽ đƣợc
giữ lại ở đây. Một số phản ứng trong quá trình lọc H2S: + Oxi hóa của lõi thép
2 Fe + 3/2 O2 Fe2O3 3 Fe + 2 O2 Fe3O4 + H2S trong khí sinh học phản ứng với FexOy
Fe2O3 + 3 H2S Fe2S3 + 3 H2O Fe3O4 + 4 H2S FeS+Fe2S3 + 4 H2O
FeO + H2S FeS + H2O
Sau đó, khí sinh học đƣợc đƣa tiếp đến bình nƣớc sạch để làm giảm lƣợng khí CO2: CO2 + H2O => H2CO3 đây là liên kết yếu và chúng nhanh chóng bị bẻ gãy để tạo thành CO2 và H2O. Sau khi đã loại bỏ đƣợc H2S và CO2 để lƣợng khí sinh học đƣợc tinh khiết hơn ngƣời ta cho khí sinh học qua các keo silica (đây là vật liệu hấp thụ độ ẩm) để giảm lƣợng H2O.
Kết thúc q trình lọc, khí sinh học đƣợc đƣa qua bình lƣu trữ biogas tạm thời. Tại đây, khí sinh học sẽ đƣợc nén lại và đƣa vào bình chứa. Máy nén khí đƣợc sử dụng là máy nén khí sử dụng trong sản xuất tủ lạnh và để ghi lại áp suất trong bình lƣu trữ ngƣời ta có sử dụng một đồng hồ đo áp suất để biết đƣợc khi nào đầy bình lƣu trữ. Bình lƣu trữ ở đây thƣờng đƣợc sử dụng là các bình khí gas tự nhiên hóa lỏng.
3.3.3. Ƣu và nhƣợc điểm của các giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4
- Ƣu và nhƣợc điểm của tăng tiêu thụ CH4 cho mục đích sinh hoạt.
+ Ƣu điểm: Hiệu quả từ việc sử dụng biogas để cải thiện điều kiện sống là vơ cùng ý nghĩa. Vì vậy, sử dụng biogas cho bình nóng lạnh, chạy động cơ điện, máy bơm, chia sẻ cho hộ dân xung quanh,… sẽ tiết kiệm đƣợc nhiều chi phí cho sử dụng năng lƣợng hàng ngày, tiết kiệm đƣợc thời gian lao động. Đồng thời,
làm giảm việc sử dụng năng lƣợng hóa thạch và giảm bớt đƣợc lƣợng khí CH4
phát thải vào bầu Khí quyển.
Ví dụ lƣợng phát thải khí CH4 của các trang trại nếu đƣợc dùng cho chạy
máy phát điện với công suất 1,7 (m3/KWh) nghĩa là máy phát điện tạo ra 1 KWh
điện sẽ tiêu thụ 1,7 m3
KSH. Vậy nên, số KWh điện tiết kiệm đƣợc trong một tháng từ lƣợng khí CH4 phát thải sẽ đƣợc tính theo cơng thức (1):
∑KWh điện (KWh tháng) = ∑CH4 phát thải (kg tháng) ÷ 0,67 ÷ Pi (1)
Trong đó:
+ 0,67: Hệ số chuyển khối lƣợng khí CH4. Đơn vị: kg/m3
+ Pi: Công suất tiêu thụ của máy phát điện. Đơn vị: m3/KWh
Nhƣ vậy, áp dụng công thức (1) thì lƣợng điện tiết kiệm đƣợc của các trang trại là:
Trang trại 1: 28,45 ÷ 0,67 ÷ 1,7 = 24,98 (KWh/tháng) Trang trại 2: 9,11 ÷ 0,67 ÷ 1,7 = 8,00 (KWh/tháng) Trang trại 3: 8,31 ÷ 0,67 ÷ 1,7 = 7,30 (KWh/tháng)
+ Nhƣợc điểm: Khí biogas có lẫn nhiều tạp chất H2S, có khả năng ăn
mịn kim loại. Vì vây, nếu sử dụng cho chạy máy phát điện thì tuổi thọ của thiết bị giảm xuống rõ rệt và dễ bị hỏng. Hơn nữa, chi phí lắp đ t và giá tiền điện thành phẩm cao hơn giá điện hiện tại của EVN nên chạy máy phát điện không đƣợc khả thi.
M t khác, ba trang trại nghiên cứu nằm xa khu dân cƣ và cơ sở sản xuất nên không thể chia sẻ hay bán khí biogas với các hộ và các cơ sở xuất xung quanh do phải bắc đƣờng ống q xa, khó quản lý và tính giá tiền. Vì vậy, giải pháp sử dụng biogas cho mục đích sinh hoạt có hiệu quả thấp, nên các trang
trại vẫn phải xả thải khí CH4 ra ngồi mơi trƣờng.
- Ƣu và nhƣợc điểm giải pháp lọc và tận thu khí cho mục đích cơng nghiệp
+ Ƣu điểm: Ở các quốc gia trên thế giới, cơng nghệ thu hồi khí Methane ở tất cả các ngành, trong đó có chăn ni là phƣơng pháp hiệu quả nhất. Khơng những giảm đƣợc lƣợng phát thải khí nhà kính, mà cịn có thể bán khí thu hồi tạo thêm thu nhập cho mình. Nhƣng tại Việt Nam, chƣa sử dụng công nghệ này, hầm biogas VACVINA cải tiến có sử dụng túi nilơng để chứa khí có thể coi là một dạng của thu hồi, lƣu trữ khí Methane nhƣng hiệu quả của công nghệ này của Việt Nam chƣa mang lại hiệu quả cao vì tuổi thọ của bình chứa khí cịn thấp, thời gian lƣu trữ ngắn, dễ bị thủng túi khí và nguy hiểm
hơn là gây cháy nổ. Vì vậy, việc sử dụng cơng nghệ tận thu, dự trữ khí biogas trong bình chứa khí gas hóa lỏng để sử dụng dần ho c bán khí biogas cho ngƣời có nhu cầu sử dụng cũng là một giải pháp hữu hiệu nhằm giảm lƣợng khí CH4 phát thải. Đồng thời, cũng tạo thêm một khoản thu nhập khác cho trang trại.
Theo [1], 1 m3 khí sinh học tƣơng đƣơng với 4,83 kg củi, 1,62 kg than
củi, 0,76 lít dầu hỏa, 0,48 kg khí hóa lỏng và 5,18 KWh điện. M t khác, thể tích khí CH4 phát thải sẽ đƣợc tính theo cơng thức (2):
∑CH4 phát thải (m3 tháng) = ∑CH4 phát thải (kg tháng) ÷ 0,67 (kg m3) (2)
Trong đó: 0,67 là hệ số chuyển khối lƣợng khí CH4. Đơn vị: kg/m3
Nếu tận thu và lƣu trữ lƣợng phát thải khí CH4 của ba trang trại trên, thì theo [1] và cơng thức (2) ta đã tiết kiệm đƣợc một lƣợng khá lớn năng lƣợng hóa thạch (bảng 3.6).