Nguyên liệu sản xuất năng lượng sinh khối

Nguyên liệu sản xuất năng lượng sinh khối hiện đang là nguồn nguyên liệu sạch được quan tâm hàng đầu trên thế giới. Để tìm hiểu rõ hơn về loại nguyên liệu này cũng như tầm quan trọng về lợi ích mà nó mang lại, hãy cùng Lò hơi Bách Khoa tìm hiểu qua bài sau nhé.

‍

Năng lượng sinh khối là gì?

Năng lượng sinh khối là năng lượng được tạo ra từ các vật chất có nguồn gốc sinh học như cây cối tự nhiên, cây trồng công nghiệp, tảo và các loài thực vật khác, hoặc từ bã nông nghiệp, lâm nghiệp. Ngoài ra, chất thải từ các hoạt động của con người như từ quá trình sản xuất thức ăn nước uống, bùn/nước cống, phân bón, sản phẩm phụ gia (hữu cơ) công nghiệp và các thành phần hữu cơ của chất thải sinh hoạt cũng là nguyên liệu sản xuất cho ngành này.

Năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng tái tạo thay thế tương lai vì chúng không thải ra khí nhà kính trong cả quá trình đốt cháy và làm giảm lượng rác thải một cách đáng kể.

Các nguồn nguyên liệu để sản xuất năng lượng sinh khối

Theo thống kê, nguồn nguyên liệu sinh khối có khả năng khai thác bền vững để sản xuất năng lượng sinh khối ở nước ta là khoảng 150 triệu tấn/năm. Công suất tạo ra từ nguồn sinh khối phế thải nông nghiệp, chất thải chăn nuôi, rác hữu cơ đạt khoảng 400 MW. Trong đó, một số dạng sinh khối có thể khai thác được ngay để sản xuất điện hoặc áp dụng công nghệ đồng phát năng lượng (sản xuất cả điện và nhiệt) là:

Chất thải, bã nông nghiệp

Các chất dư thừa sau mỗi mùa vụ thu hoạch sẽ được gom lại hoặc ở những vùng khô, các chất bã nông nghiệp được giữ lại để bổ sung chất dinh dưỡng cho đất để chuẩn bị đất trồng cho mùa vụ tiếp theo. Chẳng hạn đối với cây lúa các bộ phận như thân, lá, bắp, rơm, vỏ trấu, ở những vùng nông nghiệp ở nước ta thường được giữ lại để bổ sung thêm chất dinh dưỡng cho đất, cây trồng. Tuy nhiên, việc này chưa tận dụng được hết những lợi ích mà bã nông nghiệp mang lại.

Mỗi năm có khoảng 80 triệu cây bắp được trồng ở các cánh đồng và lượng vỏ bắp sau thu hoạch sẽ là nguồn sinh khối lớn cho các ứng dụng cần có năng lượng sinh học.

Chất thải gỗ

Ở các công trường, chất thải gỗ bao gồm thân cây, các nhánh, cành lá dư thừa đã được cắt tỉa. Những bộ phận này sẽ được thu gom  và chuyển hóa thành phân trộn hoặc làm nhiên liệu cung cấp cho các nhà máy. Theo thông tin từ Hiệp hội năng lượng Việt Nam, tiềm năng sinh khối từ củi gỗ ở nước ta tương đương khoảng 14,6 triệu tấn dầu quy đổi vào năm 2030.

Không riêng chất thải gỗ, tiềm năng sinh khối của các loại phế thải khác cũng rất lớn. Điều này cho thấy tiềm năng năng lượng sinh khối ở nước ta vô cùng phong phú.

Chất thải từ gia súc

Các loại phân gia súc như phân trâu, bò, heo, gà là những chất thải được sử dụng để chuyển thành gas hoặc được đốt trực tiếp tạo ra nhiệt và sản xuất năng lượng, cụ thể là dùng trong việc nấu nướng. Ngoài ra, những chất này còn có thể đốt trực tiếp tạo ra nhiệt và sản xuất năng lượng.

Thành phần của giấy, bột giấy, các chất bã khi sản xuất giấy

Trong cây cối chứa nhiều thành phần như sợi cellulose, lignin, hemicellulose, vv. Ở các nhà máy sản xuất giấy, quá trình nghiền gỗ đã làm tách rời và chia nhỏ lignin và cellulose để tạo ra giấy. Phần bột giấy dư thừa tạo ra bã. Các bã giấy này là sản phẩm phụ và nhà máy giấy thường tận dụng chúng để tạo ra nguồn điện cho nhà máy vận hành.

Chất bã của sinh khối đã qua xử lý

Trong quá trình xử lý sinh khối sẽ sản sinh ra các sản phẩm phụ và chất bã. Những chất bã này có thể có có năng lượng thế năng nhất định có thể được sử dụng để sản xuất điện năng.

Chất thải rắn đô thị

Lượng chất thải ở các đô thị, trung tâm thương mại, khu dân cư, cơ quan Nhà nước, trường học chứa một lượng vật chất hữu cơ. Đây là nguồn năng lượng tái tạo đáng kể.

Tại các bãi chôn lấp rác, sẽ xảy ra quá trình phân hủy yếm khí, quá trình phân hủy chất hữu cơ đã sinh ra các sản phẩm phụ tự nhiên trong đó có khí methane. Lượng khí này có thể được thu thập và chuyển hóa để tạo ra nguồn năng lượng.

Bùn thải: bùn thải tử các hệ thống xử lý nước thải có thể được dùng để sản xuất năng lượng sinh khối thông qua quá trình khử phân huỷ.

Công nghệ chuyển hoá nguyên liệu sinh khối thành năng lượng sinh khối

Nguyên liệu sinh khối được chuyển đổi thành những loại năng lượng hữu ích bằng những quy trình khác nhau. Những yếu tố này ảnh hưởng đến lựa chọn công nghệ chuyển đổi sinh khối như chủng loại, nguyên liệu sinh khối. Sinh khối có thể được chuyển đổi thành 3 loại năng lượng chính, đó là năng lượng điện/nhiệt, nhiên liệu vận tải và nguyên liệu hóa học. 

Quá trình chuyển đổi nguyên liệu sinh khối thành năng lượng được thực hiện bởi công nghệ hóa sinh học và hóa nhiệt, một loại khác là sản xuất xăng sinh học. Xăng sinh học là một sản phẩm của những nhà công nghệ sinh học dù chưa phổ biến nhưng để giảm áp lực về giảm khí phát thải, ô nhiễm môi trường sẽ thúc đẩy nhu cầu về xăng sinh học trong tương lai.

Hiện nay, có 4 hình thức chuyển đổi hóa nhiệt đó là: đốt cháy, nhiệt phân, khí hoá và hóa lỏng. Chuyển đổi hóa sinh học bao gồm hai hình thức chính là: tiêu hóa và lên men.

Lợi ích khi sử dụng nguyên liệu sinh khối sản xuất năng lượng

• Việc dùng nguyên liệu sinh khối làm giảm sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ và đang dần cạn kiệt, và giải quyết được vấn đề xử lý rác thải do con người tạo ra.
• Giúp tăng cường an ninh năng lượng quốc gia. Giảm thiểu sự phụ thuộc nhập khẩu nguyên liệu từ các nước khác.
• Làm giảm tình trạng thải khí nhà kính, vấn đề ô nhiễm môi trường và xử lý chất thải được giải quyết hiệu quả hơn.
• Tận dụng hết được những nguồn nguyên liệu có sẵn của nông nghiệp, giúp tăng thu nhập cho người nông dân.
• Năng lượng sinh khối tạo ra các nhiên liệu sạch, thay thế cho các nhiên liệu hóa thạch.
• Chi phí cho nguồn nhiên liệu sinh khối rẻ hơn rất nhiều so với nhiên liệu hoá thạch, việc thu mua nhiên liệu cũng dễ dàng.

Theo số liệu thống kê từ Hiệp hội Năng lượng Việt Nam, tiềm năng sản xuất năng lượng sinh khối từ gỗ củi ở nước ta có thể đạt 14,6 triệu tấn dầu quy đổi vào năm 2030; phế thải từ nông nghiệp có thể đạt 20,6 triệu tấn dầu quy đổi vào năm 2030; từ rác thải đô thị đạt khoảng 1,5 triệu tấn dầu quy đổi vào năm 2030. Trong cả nước, Đồng bằng sông Cửu Long là vùng có tiềm năng phát triển ngành năng lượng này lớn nhất, chiếm 33.4%; kế đến là Bắc trung bộ và duyên hải miền Trung với 21.8%.

Với tiềm năng to lớn từ nguồn năng lượng sinh khối cũng như những lợi ích mà nó mang lại, thì đây sẽ là một nguồn năng lượng tái tạo của tương lai.