Năng lượng sinh khối


Sinh khối chứa năng lượng hóa học, nguồn năng lượng tử mặt trời tích lũy trong thực vật qua quá trình quang hợp. Sinh khối là các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp v..v..), phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ v.v…), giấy vụn, mêtan từ các bãi chôn lấp, trạm xử lý nước thải, phân từ các trại chăn nuôi gia súc và gia cầm.
Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí… được đốt để phóng thích năng lượng. Sinh khối, đặc biệt là gỗ, than gỗ (charcoal) cung cấp phần năng lượng đáng kể trên thế giới. Ít nhất một nửa dân số thế giới dựa trên nguồn năng lượng chính từ sinh khối. Con người đã sử dụng chúng để sưởi ấm và nấu ăn cách đây hàng ngàn năm. Hiện nay, gỗ vẫn được sử dụng làm nhiên liệu phổ biến ở các nước đang phát triển.
Sinh khối cũng có thể chuyển thành dạng nhiên liệu lỏng như mêtanol, êtanol dùng trong các động cơ đốt trong; hay thành dạng khí sinh học (biogas) ứng dụng cho nhu cầu năng lượng ở quy mô gia đình.


Ich lợi của năng lượng sinh khối
(1) Lợi ích kinh tế
-Phát triển nông thôn là một trong những lợi ích chính của việc phát triển NLSK, tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động (sản xuất, thu hoạch…)
-Thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các thiết bị chuyển hóa năng lượng.v.v..
-Giảm sự phụ thuộc vào dầu, than, đa dạng hóa nguồn cung cấp nhiên liệu.
(2) Lợi ích môi trường :
Đây là một nguồn năng lượng khá hấp dẫn với nhiều ích lợi to lớn cho môi trường .
-NLSK có thể tái sinh được.
-NLSK tận dụng chất thải làm nhiên liệu. Do đó nó vừa làm giảm lượng rác vừa biến chất thải thành sản phẩm hữu ích.
Đốt sinh khối cũng thải ra CO2 nhưng mức S và tro thấp hơn đáng kể so với việc đốt than bitum. Ta cũng có thể cân bằng lượng CO2 thải vào khí quyển nhờ trồng cây xanh hấp thụ chúng. Vì vậy, sinh khối lại được tái tạo thay thế cho sinh khối đã sử dụng nên cuối cùng không làm tăng CO2 trong khí quyển.
Như vậy, phát triển NLSK làm giảm sự thay đổi khí hậu bất lợi, giảm hiện tượng mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp v..v…
Tuy nhiên, ta cần lưu ý rằng, nếu tăng cường sử dụng gỗ như một nguồn nhiên liệu sinh khối thì sẽ gây những tác động tiêu cực đến môi trường. Khai thác gỗ dẫn đến phá rừng, xói mòn đất, sa mạc hóa và những hậu quả nghiêm trọng khác. NLSK có nhiều dạng, và những ích lợi kể trên chủ yếu tập trung vào những dạng sinh khối mang tính tái sinh, tận dụng từ phế thải nông lâm nghiệp.

Ethanol từ sinh khối

Ethanol được sản xuất từ sự chuyển hóa tinh bột trong các nguyên liệu sinh khối (bắp, khoai tây, mía..) thành rượu. Quá trình lên men tương tự như quá trình sản xuất nước giải khát chứa cồn. Chú ý, bât lợi chính của các nhiên liệu alcohol (metanol, etanol…) là dù chúng được sản xuất từ sinh khối, khí than…thì 30-40% năng lượng trong nhiên liệu ban đầu đã bị mất đi cho quá trình chuyển hóa alcohol.Các tính toán cho thấy, việc sản xuất alcohol từ hoa màu tiêu tốn nhiều năng lượng cho quá trình trồng trọt, thu hoạch…Vì vậy, nhiên liệu alcohol sản xuất từ hoa màu không kinh tế.
Hiện nay có một quá trình sản xuất etanol sử dụng phần cellulose trong các sinh khối như cây, cỏ và phế thải nông nghiệp. Cellulose là một dạng hydrocacbon khác cũng có thể phân hủy thành các đường đơn. Quá trình này còn tương đối mới và chưa phổ biến rộng rãi trên thị trường nhưng cho thấy tiềm năng khá lớn nếu tận dụng được nguồn nguyên liệu rẻ tiền và dồi dào trên.
Sử dụng etanol, thậm chí với mức hòa trộn thấp (ví dụ E10 : 10% etanol, 90% xăng), cũng có thể đem lại những ích lợi cho môi trường (Etanol dễ phân hủy sinh học hơn xăng).E10sinh ra ít CO, SO2, CO2 hơn xăng. Tuy nhiên E10 sinh ra nhiều chất hữu cơ bay hơi và NOx hơn. Ở mức hòa trộn cao hơn (E85, 15% xăng), hay thậm chí E100 (100% etanol) nhiên liệu cháy với sự giảm gần như tất cả các chất ô nhiễm kể trên. Điều cần lưu ý duy nhất khi sử dụng mức etanol hòa trộn cao (ETBE :ethanol-based oxygenate) là nồng độ các acetaldehydes. Tuy nhiên, điều này có thể khống chế được nhờ bộ lọc khói thải trong xe hơi (catalytic converter).
Ethanol bay hơi kém hơn xăng nên, giống như metanol, nó khó khởi động khi trời lạnh, và vấn đề hiệu suất năng lượng thấp có thể khắc phục nhờ những thiết kế động cơ thích hợp và sự hòa trộn với xăng như trên.

Biogas

Được mệnh danh là “cuộc cách mạng nâu” trong lĩnh vực năng lượng mới (The Brown Revolution), Biogas hiện nay được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt ở các nước đang phát triển có khí hậu nhiệt đới (Trung Quốc, Ấn Độ, Brazil, Nepal, Kenia, Thái Lan, Việt Nam…) thích hợp cho quá trình lên men kỵ khí các chất thải hữu cơ để tạo khí sinh học.
Biogas cháy với ngọn lửa xanh, không sinh khói, nhiệt độ và nhiệt lượng cao (1 mét khối khí cháy phát ra nhiệt 4700-5900 kcal tùy theo hàm lượng CH4 (mêtan); mà hàm lượng CH4 lại ohụ thuộc vào nguyên liệu ủ).
Biogas sử dụng nguyên liệu đa dạng, thường là tận dụng các chất thải, phế thải, phế phẩm trong nông lâm ngư nghiệp . Quy mô gia đình thường sử dụng phân gia súc, quy mô lớn hơn có thể phát triển sử dụng các loại rác đô thị và rác công nghiệp làm nguyên liệu. (VD : Nhà máy Biogas ở Tilburg (Ấn Độ) khai thác nguyên liệu từ rác thải của các thành phố lớn). Ở Việt Nam ta cũng có những đề tài nghiên cứu sản xuất Biogas từ việc ứng dụng mô hình bể lọc kỵ khí UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) để xử lý nước thải của những ngành công nghiệp giàu chất hữu cơ (nước thải nhà máy chế biến thực phẩm, đường, rượu…) trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Sản xuất mêtan sinh học từ chất thải lưu giữ cơ chất trong thời gian dài (ủ nhiều tuần lễ) ở điều kiện kỵ khí nên làm giảm đến 90% ký sinh trùng gây bệnh, khử được mùi khó chịu. Do đó, vấn đề vệ sinh môi trường được cải thiện.
Không chỉ xử lý chất thải hữu cơ, làm sạch môi trường, phát triển Biogas còn cung cấp bã thải là phân bón có giá trị cao cho nông nghiệp, tăng độ phì cho đất.
Trở lại với vai trò năng lượng, việc sản xuất khí mêtan sinh học có thể tự đáp ứng đủ nhu cầu chất đốt, kể cả điện khí hóa ở các vùng nông thôn. Bigas cũng góp phần làm giảm nạn phá rừng ở các nước đang phát triển, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Các hầm ủ Biogas có thể xây dựng với công suất bất kỳ, vốn đầu tư nhỏ, nguyên liệu sẵn có nên nó khá phù hợp với nền kinh tế các nước đang phát triển. Người ta sử dụng năng lượng Biogas để đun nấu, thắp sáng, chạy máy…Biogas thực sự đem lại cuộc sống văn minh, tiện nghi hơn cho nông thôn.
Với hàng loạt những lợi ích về kinh tế – xã hội và môi trường trên, Biogas hứa hẹn tiềm năng to lớn trong việc góp phần giải quyết vấn đề chất đốt sinh hoạt hiện nay.

Nhà máy điện từ rác-Một chiến lược năng lượng mới

(bài đăng trên báo Người Lao Động-Ghi chép của Thái Nguyễn Bạch Liên)
Kỹ thuật đốt rác phát điện từng có lịch sử nghiên cứu phát triển hơn 30 năm trở lại đây, nhiều nhà máy ở Đức (32% lượng rác được xủ lý bằng đrpđ), Đan Mạch (70%), Bỉ (29%), Pháp (38%).. đã trở thành hình mẫu cho ngành công nghệ “năng lượng và bảo vệ môi trường” này. Ở châu Á, Singapore (100% lượng rác được xử lý bằng đốt rác phát điện) và Nhật Bản (72,8%) là hai nước đi đầu trong kỹ thuật đốt rác phát điện.
Quy trình công nghệ của nhà máy điện rác tương tự như nhà máy nhiệt điện, chỉ khác ở chỗ nhiên liệu không giống nhau và phải trang bị thêm hệ thống xử lý làm sạch khói, khí khá phức tạp.
Tính ưu việt của nhà máy điện rác so với các lò đốt rác thông thường chính là ở chỗ trong khi giảm trọng lượng và thể tích rác nhờ quá trình đốt, nó còn có tác dụng “tài nguyên hóa”, biến rác trở thành nhiên liệu sản xuất năng lượng, “vô hại hóa” rác. Tro bụi từ lò thiêu được phân tuyển bằng từ tính, sau đó trở thành vật liệu phủ mặt đường hoặc lấp lấn biển.