Ảnh hưởng của xả thải khí CH4 ra ngoài khí quyển gây ra tác động xấu đến môi trường và biến đổi khí hậu. Vì vậy, cần phải có giải pháp hữu ích vừa đảm bảo được lợi ích về môi trường và biến đổi khí hậu. Đồng thời, tạo ra lợi ích kinh tế trong sử dụng năng lượng cho người 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 hòa trộn không khí – khí sinh học vào trước bộ chế hòa khí.
+ Cải tạo động cơ điêzen 4 kỳ cũng lắp thêm bộ trộn hòa khí nhƣ động cơ xăng. Tuy nhiên, vẫn phải dùng dầu diezen để làm mồi cho hỗn hợp không khí – khí sinh học cháy.
b, Sử dụng chạy bình đun nước nóng
Hiện nay, trên thị trường có 2 loại thiết bị đun nước nóng:
+ Loại không có bình tích nước: nước lạnh sẽ đi quan dàn ống đ t trong buồng đốt (nơi cấp nhiệt để đun nóng .
+ Loại có bình tích nước: nước chứa trong bình tích sẽ được 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 nông sản khi sấy có chất lượng tương đương với sấy sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
3.3.2. Giải pháp công nghệ lọc và tận thu cho mục đích công nghiệp
Sản xuất khí sinh học là một quá trình liên tục, việc không sử dụng hết lượng khí sinh học mà phát thải vào không khí, gây nên ô nhiễm môi trường 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 không những giúp bảo vệ bầu Khí quyển mà còn gia tăng lợi ích về m t kinh tế.
Nồng độ khí CH4 trong ảnh hưởng 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 còn giảm được sự ăn mòn của H2S. Trước 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 được lấy từ bể phân hủy đi qua bộ lọc khí trước khi được 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 tượng các lưới thép này sẽ phản ứng với khí H2S và khí H2S sẽ được giữ lại ở đây. Một số phản ứng trong quá trình lọc H2S:
+ Oxi hóa của lõi thép
Fe + 1/2 O2 FeO
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 được đưa tiếp đến bình nước sạch để làm giảm lượng 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 được tinh khiết hơn người ta cho khí sinh học qua các keo silica (đây là vật liệu hấp thụ độ ẩm) để giảm lƣợng H2O.
Kết thúc quá trình lọc, khí sinh học được đưa qua bình lưu 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 lưu trữ người ta có sử dụng một đồng hồ đo áp suất để biết được khi nào đầy bình lưu trữ. Bình lưu trữ ở đây thường được 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 vô 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 công 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 mòn 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 đường ống quá 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 ngoài môi trường.
- Ƣu và nhƣợc điểm giải pháp lọc và tận thu khí cho mục đích công nghiệp
+ Ƣu điểm: Ở các quốc gia trên thế giới, công nghệ thu hồi khí Methane ở tất cả các ngành, trong đó có chăn nuôi là phương pháp hiệu quả nhất.
Không những giảm đƣợc lƣợng phát thải khí nhà kính, mà còn 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 nilông để chứa khí có thể coi là một dạng của thu hồi, lưu trữ khí Methane nhưng hiệu quả của công nghệ này của Việt Nam chƣa mang lại hiệu quả cao vì tuổi thọ của bình chứa khí còn thấp, thời gian lưu trữ ngắn, dễ bị thủng túi khí và nguy hiểm
hơn là gây cháy nổ. Vì vậy, việc sử dụng công nghệ tận thu, dự trữ khí biogas trong bình chứa khí gas hóa lỏng để sử dụng dần ho c bán khí biogas cho người có nhu cầu sử dụng cũng là một giải pháp hữu hiệu nhằm giảm lượng khí CH4 phát thải. Đồng thời, cũng tạo thêm một khoản thu nhập khác cho trang trại.
Theo [1], 1 m3 khí sinh học tương đương 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 công 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 lưu trữ lượng phát thải khí CH4 của ba trang trại trên, thì theo [1] và công thức (2) ta đã tiết kiệm đƣợc một lƣợng khá lớn năng lƣợng hóa thạch (bảng 3.6).
Bảng 3.6: Quy đổi khí sinh học sang các dạng năng lƣợng khác
Trang Trại
Lƣợng khí CH4 dƣ thừa của các trang
trại (m3/tháng
Lƣợng thay thế
Ghi Củi chú
(kg)
Than củi (kg)
Dầu hỏa (Lít
Khí hóa lỏng (kg)
Điện (KWh)
1 4,83 1,62 0,76 0,48 5,18 [1]
1 42,46 205,08 68,79 32,27 20,38 219,94 2 13,60 65,69 22,03 10,34 6,53 70,45
3 12,40 59,89 20,09 9,42 5,95 64,23
Xét thấy, nếu quy đổi sang giá thị trường là 3.500 đ/kg than củi, 15.810 đ/lít dầu hỏa, 25.000đ/1kg khí gas và 1.600 đ/KWh điện thì giá trị của việc tận thu lƣợng khí CH4 phát thải của từng trang trại sẽ tiết kiệm đƣợc một khoản chi phí hàng tháng không nhỏ cho việc sử dụng năng lƣợng (bảng 3.7)
Bảng 3.7: Số tiền tiết kiệm đƣợc sau khi quy đổi
Trang trại
Số tiền tiết kiệm đƣợc (Việt Nam đồng)
Than củi Dầu Hỏa Khí hóa lỏng Điện
1 240.765 510.189 509.500 351.904
2 77.105 163.475 163.250 112.720
3 70.315 148.930 148.750 102.768
Nếu như việc áp dụng phương pháp giảm thiểu tận thu này thành công nghĩa là các trang trại đã tiết kiệm cho mình một khoản lớn chi phí cho sử dụng năng lƣợng và cả ba trang trại sẽ giảm đƣợc 0,96 (tCO2e/tháng khí nhà kính vào bầu Khí quyển.
+ Nhược điểm: Phương pháp lọc và tận thu khí biogas ở dạng khí hóa lỏng (LPG) cần phải có chi phí đầu tƣ cơ sở vật chất và trang thiết bị lớn, lƣợng khí sinh học phải đủ lớn và đều đ n để duy trì cho việc lọc và nén khí. Chính vì vậy mà các trang trại nhƣ ba trang trại nghiên cứu có thể không đầu tƣ đƣợc vì giá thành sản phẩm gas hóa lỏng sẽ rất cao so với thị trường.