Thành phần SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 MKN Hàm lượng, % 90,21 0,68 0,74 1,41 0,59 2,38 0,25 0,62 3,12
Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các lồi sinh vật khơng thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% là silic oxyt, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực.
1.5.2. Hiện trạng vỏ trấu tại Việt Nam
Vỏ trấu có rất nhiều tại Đồng bằng sơng Cửu Long và Đồng bằng sông Hồng, 2 vùng trồng lúa lớn nhất cả nước. Chúng thường không được sử dụng hết nên phải đem đốt hoặc đổ xuống sông suối để tiêu hủy. Theo khảo sát, lượng vỏ trấu thải ra tại Đồng bằng sông Cửu Long khoảng hơn 3 triệu tấn/năm, nhưng chỉ khoảng 10% trong số đó được sử dụng. Về sau, trấu cịn được dùng để làm củi trấu (trấu ép lại thành dạng thanh), nhưng cũng chỉ sử dụng được khoảng 12.000 tấn vỏ trấu/năm.
Tại đồng bằng sông Cửu Long, các nhà máy xay xát đổ trấu xuống sông, rạch. Trấu trơi lềnh bềnh đi khắp nơi, chìm xuống đáy gây ơ nhiễm nguồn nước. Tại đây, trấu chỉ có cơng dụng duy nhất là làm chất đốt. Nhưng để sử dụng loại chất đốt cồng kềnh này, một số hộ gia đình phải vận chuyển nhiều lần và phải có nhà rộng để chứa.
Năm 2009, ở một số huyện vùng sâu thuộc TP Cần Thơ và tỉnh An Giang bức xúc trước tình trạng một lượng lớn vỏ trấu trôi khắp mặt sông, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt. Dọc một số bờ sơng ở quận Ơ Môn, huyện Thới Lai, huyện Cờ Đỏ của TP Cần Thơ như sông Thị Đội, sông Ngang... sẽ thấy rất nhiều vỏ trấu trôi trên mặt sông. Bờ sông ngập một màu vàng của vỏ trấu. Nước sông ở những đoạn này vốn đã ô nhiễm, giờ quyện với mùi vỏ trấu phân hủy tạo nên một mùi rất khó chịu. Con sông này bị ô nhiễm nặng nề nên không thể dùng nước để sinh hoat được. Chính vì bị một lượng vỏ trấu thải ra sông như thế mà người dân ở đây khơng có nước sinh hoạt, ảnh hưởng đến giao thông qua lại của ghe tàu cũng như việc ni cá ở đây bị cản trở vì dịng nước bị ơ nhiễm quá nặng.
Hình 1.2. Vỏ trấu được thải bỏ bừa bãi
Vì thế chúng ta đã biết những công dụng của vỏ trấu nhưng nếu không được ứng dụng và sử dụng đúng cách thì nó sẽ trở thành tác hại gây nên ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến người dân sống xung quanh khu vực đó.
1.5.3. Các ứng dụng của vỏ trấu hiện nay 1.5.3.1. Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt 1.5.3.1. Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt
Từ lâu, vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân, đặc biệt là bà con nông dân ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Chất đốt từ vỏ trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và sản xuất (làm gạch, sấy lúa).
Trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ: theo bảng chi phí thì 1 kg trấu khi đốt sinh ra 3400 Kcal bằng 1/3 năng lượng được tạo ra từ dầu nhưng giá lại thấp hơn đến 25 lần (năm 2006)
Trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và lại rẻ tiền: sản lượng lúa năm 2007 cả nước đạt 37 triệu tấn, trong đó lúa đơng xn 17,7 triệu tấn, lúa hè thu 10,6 triệu tấn, lúa mùa 8,7 triệu tấn (Nguồn Bộ Nông Nghiệp và phát triển Nông Thôn). Như vậy lượng vỏ trấu thu được sau xay xát tương đương 7,4 triệu tấn. Sản lượng trấu có thể thu gom được ở đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4 - 1,6 triệu tấn (Lang,
2006).
Nguyên liệu trấu có các ưu điểm nổi bật khi sử dụng làm chất đốt: vỏ trấu sau khi xay xát ở luôn ở rất dạng khơ, có hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận chuyển dễ
dàng. Thành phần là chất xơ cao phân tử rất khó cho vi sinh vật sử dụng nên việc bảo quản, tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu tư ít.
Đối với sản xuất tiểu thủ công nghiệp và chăn nuôi, trấu cũng được sử dụng rất thường xuyên. Thông thường trấu là chất đốt dùng cho việc nấu thức ăn nuôi cá hoặc lợn, nấu rượu và một lượng lớn trấu được dùng nung gạch trong nghề sản xuất gạch tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.
Hình 1.3. Dùng vỏ trấu trong việc nung gạch
1.5.3.2. Dùng vỏ trấu làm vật liệu xây dựng
Vỏ trấu nghiền mịn có thể được trộn với các thành phần khác như mụn dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thủy tinh.
Trọng lượng của vật liệu xây dựng nhẹ hơn gạch thông thường khoảng 50% và có tính âm, cách nhiệt và khơng thấm nước cao.
Đây là vật liệu thích hợp với các vùng như miền Tây, miền Trung bị ngập úng, lũ lụt và nền đất yếu. Sau khi sử dụng có thể nghiền nát để tái chế lại.
Hình 1.4. Sử dụng trấu làm vật liệu xây dựng
1.5.3.3. Sử dụng vỏ trấu tạo thành củi trấu
Máy ép củi trấu được sản xuất tại Gị Cơng (Tiền Giang) có cơng suất 70 - 80 kg củi/giờ, tiêu thụ điện 6 - 7 KW/h. Cứ 1,05 kg trấu thì cho ra 1 kg củi trấu. Chỉ cần cho trấu vào họng máy, qua bộ phận ép thì máy cho ra những thanh củi trấu. Củi trấu có đường kính 73 mm, dài từ 0,5 - 1 m. Cứ 1 kg củi trấu thì nấu được bữa ăn cho 4 người.
Hình 1.5. Củi trấu thành phẩm
Củi trấu duy trì sự cháy lâu hơn nấu trực tiếp bằng trấu hoặc than đá. Cũng như các loại chất đốt khác, củi trấu có thể sử dụng cho lò truyền thống, cà ràng, bếp than, bếp than đá... rất dễ dàng vì bắt lửa nhanh, khơng có khói và khi cháy thì có mùi rất dễ chịu.
Bên cạnh giá thành hạ so với gas, củi trấu cũng có hạn chế là dùng củi trấu nếu phát triển sẽ phổ biến ở nơng thơn, vì nó cần phải có chỗ để củi, cần có bếp lị, cần nơi thải tro, vì thế nó khó tiến vào đơ thị được mà có thể chỉ phổ biến ở nông thôn, vùng ven các khu dân cư gần đô thị.
1.5.3.4. Aerogel vỏ trấu - Mặt hàng công nghệ cao làm từ vỏ trấu
Aerogel là thứ bột cách nhiệt tốt nhất hiện nay, gấp 37 lần loại sợi thủy tinh. Với kỹ thuật mới này Đại học Kỹ thuật Malaysia đã sản xuất thành công và hạ giá bán aerogel thương phẩm từ 2.600USD xuống còn 250USD/kg, tạo điều kiện ứng dụng rộng rãi aerogel cách nhiệt, cách âm cho các trang bị điện tử, các loại tủ lạnh và kho lạnh, làm lớp kẹp ngăn nhiệt cho các loại cửa kính và cả trong kết cấu cơng trình xây dựng cao cấp.
Hình 1.6. Vật liệu aerogel cách âm và nhiệt Hình 1.7. Tro trắng thành aerogel dạng bột
18% trọng lượng hạt lúa nằm trong vỏ trấu. Vì vậy nhu cầu nghiên cứu khai thác vỏ trấu phế phẩm hiện nay thành nguyên liệu công nghiệp sản xuất các mặt hàng giá trị cao đang được coi trọng nhằm tạo giá trị tăng thêm cho nông dân. Aerogel vỏ trấu là một trong các mặt hàng đó, sản xuất từ loại tro trắng tinh sạch. Căn bản của kỹ thuật khai thác vỏ trấu ở chỗ cách đốt, để trước hết thu được nguồn năng lượng lớn và ổn định phục vụ nhu cầu chạy máy hay phát điện, sau là để có các loại tro trắng, tro đen hay tro xốp (biochar) thuần chất tiện cho việc sản xuất mặt hàng công nghiệp.
1.5.3.5. Nhiên liệu mới từ chất thải plastic và vỏ trấu
Mặc dù vỏ trấu là phế phẩm nông nghiệp nhưng về mức độ nguy hiểm đến với mơi trường thì vỏ trấu khơng gây ảnh hưởng bằng nhựa. Nhựa là một sản phẩm phổ biến đối với đời sống hiện nay và còn là một loại phế thải nguy hiểm, thường ở dạng bao xốp, hộp đựng thức ăn, ống hút, bao bì bánh kẹo… Trung bình 1 ngày, lượng nhựa phế thải được thải ra là khoảng 200 tấn, nhưng chỉ khoảng 30 - 40 tấn được tái sử dụng.
Plastic có nhiệt trị cao, cháy nhanh nhưng khơng cháy hết cịn vỏ trấu thì có nhiệt trị thấp, khó bắt cháy nhưng cháy hết. Từ đó, phối kết trộn chất thải plastic và vỏ trấu theo tỷ lệ thích hợp để gia tăng độ kết dính và nhiệt trị cho sản phẩm. Nhiên liệu rắn mới có pha thêm nhựa, là chất xúc tác bơi trơn và kết dính, khơng làm bào mịn thiết bị của máy, cũng như cho ra năng suất cao hơn rất nhiều so với củi trấu.
Hình 1.8. Sơ đồ quy trình sản xuất nhiên liệu rắn từ phế thải
Nhiên liệu mới này vừa được nhóm các nhà khoa học thuộc Khoa Kỹ thuật hóa học, Trường ĐH Bách khoa (ĐH Quốc gia TPHCM) chế tạo thành công và đã được Sở Khoa học - Công nghệ TPHCM nghiệm thu vào ngày 2 – 6 – 2009.
Hình 1.9. Sản xuất thử nghiệm nhiên liệu đốt từ chất thải plastic và vỏ trấu
Khi đưa vào thử nghiệm sản phẩm nhiên liệu rắn từ chất thải plastic và vỏ trấu, trong lần đầu tiên, khoảng 20 kg nhiên liệu rắn được đưa vào lò đốt, lửa trong lò đã bùng lên rất mạnh và duy trì nhiệt độ yêu cầu trong khoảng 15 - 20 phút. So sánh về mặt kinh tế, tiết kiệm được 40% so với củi trấu. Nhiên liệu mới này đã được Trung tâm Kỹ thuật Đo lường 3 kiểm định và xác định nhiệt trị là 25,25 MJ/kg (6.040 kcal/kg), cao gấp 1,5 lần so với củi trấu.
Ngoài ra, nhiên liệu hứa hẹn sẽ thay thế cho than đá dùng trong cơng nghiệp vì giá trị kinh tế cạnh tranh và cả ích lợi về mơi trường vì khơng sinh ra khí độc hại (SO2). Nhiên liệu rắn từ vỏ trấu và nhựa phế thải có thể làm theo nhiều hình dạng hoặc kích thước khác nhau. Nó sạch hơn rất nhiều so với than đá vì khơng thải ra khí SO2 (ngun nhân gây ra mưa acid và gây nguy hiểm cho đường hô hấp của con người), có thể tiết kiệm lượng lớn nhiên liệu củi hằng năm và không làm hư hại máy móc.
1.5.3.6. Dùng trấu làm thiết bị khí hố trấu
Theo tính tốn, một nhà máy xay xát có hóa đơn tiền điện khoảng 50 triệu đồng/tháng cần một máy phát điện khoảng 200 kW, với tỷ suất đầu tư khoảng 750 USD/kW (bao gồm cả trạm khí hóa và máy phát điện loại tốt) thì thời gian hịa vốn chưa đến 3 năm. Bên cạnh đó cịn có các lợi ích như tận dụng nhiệt từ lị đốt để sấy lúa, chủ động nguồn điện để sản xuất, tăng khả năng cạnh tranh nhờ giảm chi phí điện xay xát, sử dụng gas để đun nấu hoặc bán cho các hộ gia đình khác. Với các ngành sản xuất khác như gốm sứ, thủy tinh... lị khí hóa khơng chỉ sử dụng trấu làm
nghiệp như rơm rạ, bã mía, vỏ cà phê, mùn cưa, dăm bào, cành cây... thậm chí những loại phế phẩm này cịn cho năng lượng lớn hơn cả trấu.
1.5.3.7. Sử dụng nhiệt lượng của trấu sản xuất điện năng
Với khả năng đốt cháy mạnh và rẻ, có thể ứng dụng hơi nóng sinh ra khi đốt nóng khơng khí bằng trấu để làm quay tua bin phát điện. Theo tính tốn mỗi kg trấu có thể tạo được 0,125 kW giờ điện và 4 kW giờ nhiệt tùy theo công nghệ. Ứng dụng này được áp dụng chế tạo máy phát điện loại nhỏ cho các khu vực vùng sâu vùng xa.
1.5.3.8. Sử dụng tro trấu sản xuất silic oxyt
Tro của trấu sau khi đốt cháy có hơn 80% là silic oxyt. Silic oxyt là chất được sử dụng khá nhiều trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, thời trang, luyện thủy tinh….Vấn đề tận dụng silic oxyt trong vỏ trấu hiện đang được rất quan tâm, mục đích là thu được tối đa lượng silic với thời gian ngắn. Hiện nay đã có cơng trình nghiên cứu về trích ly silic oxyt bằng NaOH thành công mang lại hiệu quả kinh tế cao.
1.5.3.9. Các ứng dụng khác của vỏ trấu
Một số ứng dụng khác của vỏ trấu: không dừng ở các ứng dụng trên, vỏ trấu cịn có thể dùng làm thiết bị lọc nước, thiết bị cách nhiệt, làm chất độn, giá thể trong công sản xuất meo giống để trồng nấm, dùng đánh bóng các vật thể bằng kim loại, tro trấu có thể dùng làm phân bón ..
Trấu có thể được ứng dụng rất đa dạng trong đời sống của con người Việt Nam. Trấu có ưu thế rất lớn về nguồn nguyên liệu và giá thành nên việc nghiên cứu sử dụng trấu vào sản xuất luôn mang lại hiệu quả kinh tế cao và tiết kiệm chi phí. Thực tế hiện nay một số tỉnh nhất là ở đồng bằng sơng Cửu Long lượng trấu vẫn cịn rất dồi dào nên cần lưu ý tăng cường việc nghiên cứu ứng dụng nguồn nguyên liệu này nhằm mở rộng khả năng sử dụng trấu vừa tiết kiệm chi phí sản xuất, vừa có lợi cho mơi trường.
1.6. Tổng quan về xơ dừa
1.6.1. Nguồn gốc của xơ dừa
Dừa (danh pháp khoa học: Cocos nucifera), là một loài cây trong họ Cau (Arecaceae). Nó cũng là thành viên duy nhất trong chi Cocos và là một loại cây lớn, thân đơn trục (nhiều khi gọi là nhóm thân cau dừa) có thể cao tới 30 m, với các lá đơn xẻ thùy lông chim 1 lần, cuống và gân chính dài 4 – 6 m các thùy với gân cấp 2 có thể dài 60 – 90 cm, lá kèm thường biến thành bẹ dạng lưới ôm lấy thân, các lá già khi rụng để lại vết sẹo trên than.
Hình 1.10. Hình ảnh cây dừa
Dừa phát triển tốt trên đất pha cát và có khả năng chống chịu mặn tốt cũng như nó ưa thích các nơi sinh sống có nhiều nắng và lượng mưa bình thường (750 – 2.000 mm hàng năm), điều này giúp nó trở thành loại cây định cư bên các bờ biển nhiệt đới một cách tương đối dễ dàng. Dừa cần độ ẩm cao (70 – 80%) để có thể phát triển một cách tối ưu nhất, điều này lý giải tại sao nó rất ít khi được tìm thấy trong các khu vực có độ ẩm thấp (ví dụ khu vực Địa Trung Hải), thậm chí cả khi các khu vực này có nhiệt độ đủ cao. Nó rất khó trồng và phát triển trong các khu vực khô cằn.
Thành phần hóa học của xơ dừa: - Nước chiếm 5.25%
- Cellulose chiếm 43.44% - Lignin chiếm 45.84% - Tro chiếm 2.22%
1.6.2. Hiện trạng của xơ dừa ở nước ta
Mụn dừa gây ô nhiễm nước sông, không chỉ ảnh hưởng ăn uống, sinh hoạt của con người mà việc nuôi trồng thủy sản cũng bị thiệt hại, vì mụn dừa cịn theo dịng nước chảy vào các kênh rạch, mương vườn, ao cá, nước chát của vụn rỉ ra làm nước ao đen ngịm, nhiều loại cá chịu khơng nổi đã chết.
Hầu hết đều cho việc xử lý mụn dừa là bế tắc vì mặt bằng khơng đủ chứa, còn chuyển cơ sở sang nơi khác thì chi phí vận chuyển ngun liệu và thành phẩm rất cao.
Hoạt động của các cơ sở sản xuất xơ dừa cũng đóng góp rất lớn vào nguồn thu ngân sách nhà nước, góp phần tăng giá trị trái dừa cho nhà vườn, mang lại ngoại tệ từ xuất khẩu chỉ xơ dừa khơng phải nhỏ.
Hình 1.11. Các bãi chứa xơ dừa
1.6.3. Công dụng của xơ dừa
1.6.3.1. Xơ dừa làm đất sạch
Đất sạch được sản xuất từ xơ dừa qua quá trình xử lý, kết hợp vi sinh thành một loại đất trồng hữu cơ có các đặc tính ưu việt: tơi xốp, thống khí, dễ thấm nước, giữ ẩm cao, khơng mang mầm bệnh, chứa nhiều vi sinh vật có lợi cho đất. Sau 6 tháng sử dụng, đất sạch trở nên “mùn hoá” (tạo thành humus kết giữ được các khoáng vi và đa lượng trong đất để cung cấp cho cây trồng) có ích cho cây trồng. Đất sạch
được sản xuất dạng viên nén tròn, viên nén vuông, thành phần đất sạch, gồm: nitơ, mùn hữu cơ, vi lượng đủ dùng, vi sinh vật hữu ích, vi sinh vật cố định đạm, vi sinh vật phân giải lân…
Đất sinh học được sản xuất từ mụn dừa bằng phương pháp vi sinh để loại bỏ