Đánh giá tiềm năng xây dựng mô hình đô thị sinh khối Thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM



TRẦN THỊ THÙY



ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG XÂY DỰNG MÔ
HÌNH ĐÔ THỊ SINH KHỐI THÀNH PHỐ
THÁI NGUYÊN, TỈNH THÁI NGUYÊN





LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG










THÁI NGUYÊN, 2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM



TRẦN THỊ THÙY



ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG XÂY DỰNG MÔ
HÌNH ĐÔ THỊ SINH KHỐI THÀNH PHỐ
THÁI NGUYÊN, TỈNH THÁI NGUYÊN


Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 44 03 01


LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG


Người hướng dẫn khoa học: TS. HÀ XUÂN LINH

THÁI NGUYÊN, 2014

i
LỜI CAM ĐOAN

- Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
- Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ
nguồn gốc.
Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2014
Tác giả luận văn


TRẦN THỊ THÙY

ii
LỜI CẢM ƠN

Được sự đồng ý của Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên, khoa Sau đại học và thầy giáo hướng dẫn khoa học.TS. Hà Xuân
Linh, tôi tiến hành thực hiện đề tài:“Đánh giá tiềm năng xây dựng mô hình
đô thị sinh khối thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên” Để hoàn thành
được luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy
giáo.TS. Hà Xuân Linh, sự giúp đỡ của lãnh đạo các xã, phường trên địa bàn
thành phố Thái Nguyên nơi tôi thực hiện đề tài.
Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến.TS. Hà Xuân
Linh- thầy giáo hướng dẫn khoa học cùng toàn thể các thầy cô, cán bộ khoa
Tài Nguyên và Môi trường, khoa Sau đại học, Trường Đại học Nông lâm - Đại
học Thái Nguyên.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại học Nông lâm
Thái Nguyên đã tận tình dạy bảo cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp và những người
thân trong gia đình đã động viên khuyến khích và giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình học tập cũng như hoàn thành luận văn.
Do thời gian có hạn, năng lực còn hạn chế nên bản luận văn không thể
tránh khỏi những thiết sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của
quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.
Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2014
Tác giả luận văn


Trần Thị Thùy

iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

NN&PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn
TS : Tiến sĩ
QĐ : Quyết định
NQ : Nghị quyết
UBND : Ủy ban nhân dân
HĐND : Hội đòng nhân dân
CT : Chỉ thị
TW : Trung ương
NLSK : Năng lượng sinh khối
CDM : Cơ chế phát triển sạch
TOE : Tấn dầu tương đương
CN : Công nghiệp
TTCN : Tiểu thủ công nghiệp
PP : Phụ phẩm
CT : Chất thải
PTNT : Phát triển nông thôn
KSH : Khí sinh học
IEA : Cơ quan năng lượng quốc tế
LPG : Khí hóa lỏng dầu mỏ
VLXD : Vật liệu xây dựng
NLTT : Năng lượng tái tạo
SIDA : Tổ chức hợp tác phát triển quốc tế Thụy Điển
TPTN : Thành phố Thái Nguyên
TCMT : Tổng cục môi trường

iv
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC CÁC BẢNG viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích của đề tài 3
3. Những yêu cầu của đề tài 3
4. Ý nghĩa của đề tài 3
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài 5
1.1.1. Cơ sở pháp lý 5
1.1.2. Cơ sở lý luận 6
1.1.2.1. Sinh khối 6
1.1.2.2. Năng lượng sinh khối 8
1.1.2.3. Tiềm năng sinh khối 9
1.1.2.4. Nguồn sinh khối 9
1.1.2.5. Những thách thức về việc sử dụng năng lượng sinh khối 15
1.2. Cơ sở thực tiễn 17
1.2.1. Hiện trạng sử dụng năng lượng sinh khối trên thế giới 17
1.2.2. Hiện trạng sử dụng năng lượng sinh khối ở Việt Nam 20
1.2.2.1. Tiềm năng 20
1.2.2.2. Hiện trạng 22

v
1.2.2.3. Ứng dụng của sinh khối 26
1.2.3. Các Dự án sinh khối tại Việt Nam 27
1.3. Các nghiên cứu tương tự 28

Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 29
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 29
2.3. Nội dung nghiên cứu 29
2.3.1. Một số đặc điểm chính về tình hình tự nhiên và kinh tế, xã hội của địa
bàn nghiên cứu 29
2.3.2. Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tác động đến đề tài
nghiên cứu 29
2.3.3. Đánh giá tiềm năng phát sinh sinh khối của thành phố Thái Nguyên 29
2.3.4. Các vấn đề phát sinh liên quan đến hiện trạng sử dụng nguồn sinh khối
thành phố Thái Nguyên 29
2.3.5. Đánh giá các lợi ích của mô hình sinh khối và Đề xuất mô hình đô thị
sinh khối của thành phố Thái Nguyên 29
2.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 30
2.4.1. Cách tiếp cận 30
2.4.2. Phương pháp nghiên cứu 30
2.4.2.1. Thu thập số liệu sơ cấp 30
2.4.2.2. Thu thập số liệu thứ cấp 32
2.4.2.3. Phương pháp tính toán và ước lượng sinh khối 32
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 35
3.1. Một số đặc điểm chính về tình hình tự nhiên và kinh tế, xã hội của tỉnh
Thái Nguyên 35
3.1.1. Điều kiện tự nhiên của thành phố Thái Nguyên 35
3.1.1.1. Vị trí địa lý 35

vi
3.1.1.2. Địa hình, thổ nhưỡng 36
3.1.1.3. Đặc điểm thời tiết và khí hậu 37
3.1.2. Tình hình nhân khẩu và lao động của thành phố Thái Nguyên 38
3.1.3. Hệ thống cơ sở hạ tầng 39

3.2. Đánh giá thuận lợi, khó khăn về kinh tế - xã hội của Thành phố Thái
Nguyên tác động đến đề tài nghiên cứu 41
3.2.1. Cơ cấu kinh tế 41
3.2.2. Những lợi thế về kinh tế - xã hội 42
3.2.3. Những thuận lợi trong việc sử dụng nguồn sinh khối 44
3.2.4. Những khó khăn đối với việc sử dụng nguồn sinh khối 44
3.3. Đánh giá tiềm năng sinh khối tại Thái Nguyên 45
3.3.1. Sinh khối chất thải 45
3.3.1.1. Chất thải sinh hoạt 45
3.3.1.2. Chất thải chăn nuôi 47
3.3.2. Sinh khối nông nghiệp 50
3.3.3. Sinh khối cây trồng lâm nghiệp 56
3.4. Các vấn đề phát sinh liên quan đến hiện trạng sử dụng nguồn sinh khối
thành phố Thái Nguyên 58
3.4.1. Hiện trạng sử dụng sinh khối 58
3.4.2. Đánh giá tính hiệu quả của các mô hình sinh học đang sử dụng 59
3.4.2.1. Mô hình biogas 59
3.4.2.2. Phương pháp đốt 59
3.4.2.3. Phương pháp ủ phân compos 60
3.4.2.4. Phương pháp chôn lấp 60
3.5. Lợi ích của mô hình đô thị sinh khối và đề xuất mô hình đô thị sinh khối
cho thành phố Thái Nguyên 61
3.5.1. Lợi ích của mô hình đô thị sinh khối 61

vii

3.5.1.1. Lợi ích môi trường 61
3.5.1.2. Lợi ích kinh tế 61
3.5.1.3. Lợi ích xã hội 63
3.5.2. Đề xuất mô hình đô thị sinh khối cho thành phố Thái nguyên 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67
1. Kết luận 67
2. Kiến nghị 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO
I. Tiếng Việt
II. Tiếng Anh và tài liệu dịch
III. Tài liệu Internet
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Một số hình ảnh về sinh khối
Phụ lục 2: Một số hình ảnh về các hình thức sử dụng sinh khối
Phụ lục 3: PHIẾU ĐIỀU TRA


viii
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng 20
Bảng 1.2: Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp 21
Bảng 1.3: Tiềm năng lý thuyết KSH từ phụ phẩm nông nghiệp 21
Bảng 1.4: Tiềm năng etanol 22
Bảng 1.5: Vai trò của năng lượng sinh khối trong tổng tiêu thụ năng lượng 23
Bảng 1.6: Sử dụng sinh khối theo lĩnh vực 23
Bảng 1.7: Sử dụng sinh khối theo năng lượng cuối cùng 24
Bảng 1.8: Các dạng sinh khối khả dụng dùng cho phát điện năm 2005 26
Bảng 2.1: Hệ số phân tiêu chuẩn khối lượng 34
Bảng 3.1: Tình hình dân số và lao động của thành phố Thái Nguyên trong 3
năm (2010 - 2012) 38
Bảng 3.2: Ước tính dân số và lượng chất thải phát sinh của thành phố Thái
Nguyên đến năm 2020 46
Bảng 3.3: Số lượng vật nuôi hàng năm của thành phố Thái Nguyên 47

Bảng 3.4: Số lượng vật nuôi trên địa bàn thành phố Thái Nguyên năm 2013 48
Bảng 3.5: Tiềm năng sinh khối phụ phẩm chăn nuôi thành phố Thái Nguyên
năm 2013 49
Bảng 3.6: Diện tích gieo trồng hàng năm của một số loại cây trồng nông
nghiệp thành phố Thái Nguyên 51
Bảng 3.7: Hệ thống cây trồng nông nghiệp thành phố Thái Nguyên
năm 2013 53
Bảng 3.8: Sinh khối cho sản phẩm phụ từ sản xuất trồng trọt 55
Bảng 3.9: Quy hoạch sử dụng đất lâm nghiệp theo 3 loại rừng năm 2013 57
Bảng 3.10: Dự kiến sinh khối từ lâm nghiệp đến năm 2020 57
Bảng 3.11: các hình thức sử dụng sinh khối hiện tại 58
Bảng 3.12: Năng suất phát thải CH
4
đối với các loại phụ phẩm khác nhau 62

ix
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1: Bản đồ hành chính thành phố Thái Nguyên 35

Hình 3.2: Biểu đồ cơ cấu kinh tế thành phố Thái Nguyên năm 2013 41

Hình 3.3: Biểu đồ thể hiện sự gia tăng lượng rác thải 46

Hình 3.4: Tỉ lệ nguồn phát sinh chất thải chăn nuôi 50

Hình 3.5: Biểu đồ thể hiện diện tích cây trồng hàng năm thành phố
Thái Nguyên 52

Hình 3.6: Tỉ lệ nguồn phát sinh sinh khối 63

Hình 3.7: Mô hình sử dụng sinh khối thành phố Thái Nguyên 65



1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Tài nguyên sinh khối được xem là nguồn năng lượng mới, có khả năng
tái sinh và thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch. Đây là nguồn tài nguyên
được đánh giá là phát sinh lượng khí thải nhà kính ở mức độ thấp, đồng thời,
là nguồn tài nguyên có trữ lượng sinh khối dồi dào. 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…) [6], 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 [14] .
Việt Nam với thế mạnh là một đất nước nông nghiệp, đa dạng các loại
sinh khối, điều kiện khí hậu thuận lợi để phát triển nhiều loại cây làm nguyên
liệu cho nhiên liệu sinh học. Tuy nhiên, hiện nay nguồn tài nguyên quan trọng
này vẫn chưa được quan tâm, sử dụng, phân phối hiệu quả. Phần lớn được

đem đi thải bỏ dẫn đến các tác động tiêu cực đến môi trường và gây lãng phí
tài nguyên.
Theo “Chiến lược sinh khôi Nippon” tại Nhật Bản tài nguyên sinh khối
có thể chia làm 3 loại: Sinh khối chất thải rắn (bao gồm phân động vật từ hoạt

2
động chăn nuôi, chất thải thức ăn, chất thải hữu cơ phân hủy từ các nhà công
trình xử lý chất thải, bùn thải, nước đen ); Sinh khối chưa sử dụng hiệu quả từ
các hoạt động trồng trọt, lâm nghiệp còn lại sau khi đã thu hoạch các sản phẩm
chính như gạo, bắp, đậu, gỗ như tro trấu, rơm rạ, cành cây khô, lá cây cắt tỉa,
mùn cưa…; và Thực vật sản xuất năng lượng (như mía đường, ngô, gạo, lúa
mạch ) [24]. Nhật Bản từ năm 2003 đã đưa ra khái niệm và tích cực thực hiện
Dự án phát triển các thị trấn sinh khối (biomass town), đồng thời hướng tới
nhân rộng mô hình này tại các nước Tây Á, trong đó có Việt Nam. Mục tiêu
vào năm 2010, Nhật Bản sẽ có 300 mô hình đô thị sinh thái [25]. Khái niệm
"đô thị sinh khối" được hiểu là cộng đồng, thành phố hay các loại đô thị tự trị
trong đó có hệ thống sử dụng tài nguyên sinh khối tích hợp được xây dựng
bằng mạng lưới các quy trình, công nghệ tái sử dụng hiệu quả sinh khối từ khi
phát sinh cho đến khi sử dụng cuối cùng, dưới sự liên kết chặt chẽ giữa tất cả
bên có liên quan trong cộng đồng và được khuyến khích phát triển trong tương
lai với một hệ thống sử dụng sinh khối bền vững, phù hợp với địa phương.
Chương trình khí biogas do Bộ NN&PTNT thực hiện đã đạt được
những kết quả khả quan trong việc sử dụng sinh khối, mang về giải thưởng về
năng lượng ở Bỉ năm 2006, đã và đang cải thiện chất lượng môi trường nông
thôn và cung cấp năng lượng cho hộ gia đình. Hướng tới mục tiêu xây dựng
một hệ thống sử dụng tài nguyên sinh khối một cách hiệu quả, bền vững, cải
thiện chất lượng cuộc sống, tạo các điều kiện phát triển ở vùng nông thôn,
vùng ven đô thành phố cũng như cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường do
chất thải hữu cơ gây ra là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ
thực tiễn trên, được sự nhất trí của Ban giám hiệu Nhà trường và Ban chủ

nhiệm khoa Sau Đại học - Trường Đại học Nông Lâm thái Nguyên, dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo TS Hà Xuân Linh, tôi tiến hành luận văn “Đánh giá
tiềm năng xây dựng mô hình đô thị sinh khối thành phố Thái Nguyên, tỉnh

3
Thái Nguyên” nhằm tạo cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu đánh giá tiềm
năng và đề xuất mô hình sử dụng sinh khối bền vững tại địa phương.
2. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu, đánh giá tiềm năng sinh khối (biomass town) tại Thành
phố Thái Nguyên.
- Nghiên cứu và tìm hiểu lựa chọn các mô hình phù hợp đem lại hiệu
quả sử dụng cao.
- Đề xuất xây dựng mô hình sử dụng sinh khối bền vững tại địa phương.
3. Những yêu cầu của đề tài
- Đưa ra tổng quan chung về năng lượng sinh khối.
- Xác định tính hiệu quả và phù hợp của việc xây dựng mô hình đô thị
sinh khối.
- Đề xuất giải pháp có tính khả thi và các mô hình ứng dụng sử dụng
sinh khối.
- Đánh giá các lợi ích của mô hình sinh khối được đề xuất
4. Ý nghĩa của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
- Là nguồn cơ sở dữ liệu cho các nghiên cứu về sau;
- Cung cấp thêm tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu về việc sử
dụng sinh khối và xây dựng thị trấn sinh khối.
Ý nghĩa thực tiễn:
- Vận dụng được kiến thức đã học và kinh nghiệm của các nước để tạo
ra nguồn năng lượng sinh khối đồng thời giảm thiểu lượng rác thải sinh học
gây ô nhiễm môi trường.
- Giúp các cơ quản lý có kiến thức sâu hơn về năng lượng sinh khối từ

đó đưa ra chính sách, biện pháp quản lý phù hợp nhất với địa phương.

4
- Nâng cao năng lực cho cán bộ chính quyền các cấp trực tiếp làm công
tác quản lý và sử dụng sinh khối.
- Xây dựng các mô hình sử dụng sinh khối hợp lý và có hiệu quả.
- Nâng cao năng lực thể chế để xây dựng chính sách, luật, kế hoạch
hành động, kế hoạch đầu tư cấp Trung ương, thành phố về quản lý sinh khối
tại địa phương.

5
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
1.1.1. Cơ sở pháp lý
- Quyết định số 177/2007-QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về việc
phê duyệt Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 tầm nhìn 2020
- Ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định số
177/2007/QĐ-TTg về việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học
đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” tại Việt Nam với mục tiêu tổng quát
là Phát triển NLSH.
- Quyết định số 153/2004/QĐ-TTg, ngày 17 tháng 8 năm 2004 của Thủ
tướng Chính phủ về việc ban hành Định hướng chiến lược phát triển bền vững
ở Việt Nam (Chương trình Nghị sự 21 của Việt Nam);
- Tháng 12 năm 1998, Việt Nam tham gia ký Nghị định thư Kyoto và
chính thức phê chuẩn Nghị định thư này vào tháng 9/2002.
- Quyết định số 35/2005/QĐ-TTg ngày 17/12/2005, Thủ tướng Chính
phủ ban hành về việc hướng dẫn thực hiện Nghị định thư Kyoto ở Việt Nam;
- Quyết định số 47/2007/TTg ngày 6/4/2007, Thủ tướng Chính phủ ra phê
duyệt Kế hoạch thực hiện Nghị định thư Kyoto trong giai đoạn 2007-2010.
- Quyết định của Thủ tướng Chính phủ số 272/2003/QĐ-TTg ngày 31-
12-2003 phê duyệt Chiến lược phát triển khoa học và công nghệ Việt Nam
đến năm 2010.
- Ngày 04/5/2007,Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số
58/2007/QĐ-TTg, phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội
tỉnh Thái Nguyên đến năm 2020.

6

- Quyết định số 188/2005/QĐ-TTg ngày 22 tháng 07 năm 2005 của
Thủ tướng Chính phủ về việc ban hành Chương trình hành động của Chính
phủ thực hiện Chỉ thị số 50/CT-TW ngày 04 tháng 03 năm 2005 của Ban Bí
thư Trung ương Đảng về việc đẩy mạnh phát triển và ứng dụng công nghệ
sinh học phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.
- Quyết định Số: 14/2007/QĐ-TTg Về việc phê duyệt "Đề án phát triển và
ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực công nghiệp chế biến đến năm 2020"
- Quyết định số 3281/QĐ-UBND ngày 08/12/2009 và số 2563/QĐ-UBND
ngày 11/12/2011 của UBND tỉnh Thái Nguyên về việc phê duyệt kế hoạch tổng
thể và điều chỉnh kế hoạch tổng thể dự án Nâng cao chất lượng, an toàn sản phẩm
nông nghiệp và phát triển chương trình khí sinh học tỉnh Thái Nguyên.
- Nghị quyết số 32/2011/NQ-HĐND ngày 12/12/2011 của HĐND tỉnh
Thái Nguyên Khoá XII về việc thông qua “Đề án bảo vệ môi trường tỉnh Thái
Nguyên giai đoạn 2011 - 2015”.
- Quyết định số 301/QĐ_UBND ngày 29/12/2012 về việc ban hành
“Đề án bảo vệ môi trường tỉnh Thái Nguyên, giai đoạn 2011 - 2015”.
1.1.2. Cơ sở lý luận
1.1.2.1. Sinh khối
Sinh khối là một thuật ngữ có ý nghĩa bao hàm rất rộng dùng để mô tả
các vật chất có nguồn gốc sinh học vốn có thể được sử dụng như một nguồn
năng lượng hoặc do các thành phần hóa học của nó [25].
Với định nghĩa như vậy, sinh khối bao gồm cây cối tự nhiên, cây trồng
công nghiệp, tảo và các loài thực vật khác, hoặc là những bã nông nghiệp và
lâm nghiệp. Sinh khối cũng bao gồm cả những vật chất được xem nhưng chất
thải từ các xã hội con người như chất thải từ quá trình sản xuất thức ăn nước
uống, bùn,nước cống, phân bón, sản phẩm phụ gia (hữu cơ) công nghiệp
(industrial by-product) và các thành phần hữu cơ của chất thải sinh hoạt.

7
Sinh khối còn có thể được phân chia nhỏ ra thành các thuật ngữ cụ thể

hơn, tùy thuộc vào mục đích sử dụng: tạo nhiệt, sản xuất điện năng hoặc làm
nhiên liệu cho giao thông vận tải [27].
Các nguồn sinh khối được chuyển thành các dạng năng lượng khác như
điện năng, nhiệt năng, hơi nước và nhiên liệu qua các phương pháp chuyển hóa
như đốt trực tiếp và turbin hơi, phân hủy yếm khí (anaerobic digestion), đốt kết
hợp (co-firing), khí hóa (gasification) và nhiệt phân (pyrolysis).
Sinh khối còn có thể được xem như một dạng tích trữ năng lượng Mặt
Trời. Năng lượng từ Mặt Trời được "giữ" lại bởi cây cối qua quá trình quang
hợp trong giai đoạn phát triển của chúng. Năng lượng sinh khối được xem là
tái tạo vì nó được bổ sung nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ bổ sung của năng
lượng hóa thạch vốn đòi hỏi hàng triệu năm [27].
Sinh khối là vật liệu hữu cơ dự trữ ánh sáng mặt trời dưới dạng năng
lượng hoá học, năng lượng từ mặt trời được "giữ" lại bởi cây cối qua quá trình
quang hợp trong giai đoạn phát triển của chúng. Khi được đốt cháy, năng
lượng hoá học này được giải phóng dưới dạng nhiệt dùng để nấu nướng, sưởi
ấm và làm nhiên liệu.
Khi thực vật sinh trưởng, chúng hấp thụ khí các-bon-níc (CO
2
) trong
môi trường và dự trữ nó thông qua quá trình quang hợp. Một lượng
CO
2
tương đương được giải phóng khi thực vật bị phân huỷ tự nhiên hoặc đốt
cháy. Điều đó có nghĩa là năng lượng sinh khối không đóng góp vào quá trình
phát thải khí nhà kính.
Trong tự nhiên, nguồn sinh khối bao gồm cây cối, cây trồng công
nghiệp, tảo và các loài thực vật khác, hoặc là những bã nông nghiệp và lâm
nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp, 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

8
1.1.2.2. Năng lượng sinh khối
Năng lượng sinh khối (Biomass) là vật liệu sinh học được lấy từ cơ thể
sinh vật, hay vừa mới tồn tại trong cơ thể sinh vật (chất thải). Trong ngữ cảnh
của ngành năng lượng, sinh chất thường được dùng để nói về các vật liệu từ
cây cỏ, nhưng sinh chất có thể được áp dụng cho cả vật liệu từ động vật và
thực vật. Năng lượng sinh khối có nguồn gốc từ carbon và được tạo thành từ
các phân tử hợp chất có chứa hidro, thường có cả nguyên tử oxi, nitơ và cả
một lượng nhỏ kiềm, đất kiềm và kim loại nặng. Những kim loại này thường
được tìm thấy trong phân tử hoạt động như những porphyrin có bao gồm chất
diệp lục chứa magiê.Carbon được dùng để tạo thành sinh chất được hấp thụ từ
không khí như khí cacbônic (CO
2
) từ các họat động của thực vật, sử dụng
năng lượng từ mặt trời [23].
Thực vật sau đó có thể bị dùng làm thức ăn cho các loài động vật và do
đó được biến đổi thành sinh khối động vật. Tuy nhiên sự hấp thụ cơ bản được
tạo thành từ thực vật.
Nếu thực vật không bị dùng làm thức ăn thì thường sẽ bị phân hủy
thành vi sinh vật hoặc bị đốt cháy.
* Nếu bị phân hủy, nó sẽ thải carbon lại trong không khí, chủ yếu là
dưới dạng khí cacbonic (CO
2
) hoặc metan (CH
4
) tùy thuộc vào các điều kiện
và quá trình phân hủy.
* Nếu bị đốt cháy carbon được thải ra môi trường dưới dạng khí
cacbonic CO

2
.
Những quá trình này xảy ra cho đến khi nào còn có thực vậy trên trái
đất và nó là 1 phần của chu trình tuần hoàn của carbon.
việc sử dụng sinh khối để tạo năng lượng có tác động tích cực đến môi
trường. Hẳn nhiên việc đốt sinh khối không thể giải quyết ngay vấn đề mất cân
bằng về tỷ lệ CO
2
hiện nay. Tuy nhiên, vai trò đóng góp của sinh khối trong việc

9
sản xuất năng lượng vẫn rất đáng kể trong việc bảo vệ cân bằng môi trường, vì
nó tạo ra ít CO
2
hơn năng lượng hóa thạch. Một cách khái quát, CO
2
tạo ra bởi
việc đốt sinh khối sẽ được "cô lập" tạm thời (sequestered) trong cây cối được
trồng mới để thay thế nhiên liệu. Nói một cách khác, đó là một chu kỳ tuần hoàn
kín với tác động hết sức nhỏ lên môi trường.
Trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư. Vì
vậy năng lượng sinh khối giữ vai trò quan trọng và có khả năng sẽ giữ vai trò
sống còn trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai.
1.1.2.3. Tiềm năng sinh khối
Khác với các công nghệ năng lượng tái tạo khác, công nghệ NLSK
không chỉ thay thế năng lượng hoá thạch mà nhiều khi đã góp phần xử lý chất
thải vì chúng tận dụng các nguồn chất thải để sản xuất năng lượng.
Hiện nay trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ
tư, chiếm tới 14-15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới. Ở các nước đang
phát triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn nhất, trung bình đóng

góp khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lượng. Vì vậy NLSK giữ một vai
trò quan trọng trong các kịch bản năng lượng soạn thảo của nhiều tổ chức
quốc tế và có khả năng sẽ giữ vai trò sống còn trong việc đáp ứng nhu cầu
năng lượng của thế giới trong tương lai [19].
Trong cách dùng phổ biến hiện nay, hiểu theo nghĩa nhiên liệu thì sinh
khối (biomas) là nhiên liệu rắn trên cơ sở sinh khối, còn nhiên liệu sinh học
(biofuel) là những nhiên liệu lỏng được lấy từ sinh khối và khí sinh học (biogas)
là sản phẩm của quá trình phân giải yếm khí của các chất hữu cơ. Nguồn sinh
khối rất phong phú và đa dạng. Do vậy, công nghệ NLSK cũng rất đa dạng.
1.1.2.4. Nguồn sinh khối
1.1.2.4.1. Chất bã của sinh khối đã qua xử lý
Các quá trình xử lý sinh khối đều sinh ra các sản phẩm phụ và các dòng

10
chất thải gọi là chất bã. Các chất bã này có một lượng thế năng nhất định.
Không phải tất cả các chất bã đều có thể được sử dụng cho sản xuất điện
năng, một số cần phải được bổ sung với các chất dinh dưỡng hay các nguyên
tố hóa học. Tuy nhiên, việc sử dụng các chất bã là rất đơn giản vì chúng đã
được thu thập, phân loại qua quá trình xử lý [4].
1.1.2.4.2. Bột giấy và các chất bã trong quá trình sản xuất giấy
Cây cối có các thành phần như lignin, hemicellulose, và sợi cellulose.
Do các tính chất hóa học và vật lý, lignin dễ dàng chia nhỏ hơn cellulose. Quá
trình nghiền nhão làm tách rời và chia nhỏ các sợi lignin trong cây nhằm
suspend các sợi cellulose để tạo ra giấy. Các bột giấy dư thừa tạo nên chất bã.
Các chất bã này là các sản phẩm phụ của các quá trình đốn và xử lý gỗ. Các
quá trình xử lý gỗ để tạo ra sản phẩm, đồng thời thải ra mùn cưa, vỏ cây,
nhánh cây, lá cây và bột giấy. Thông thường, các nhà máy giấy hay dùng các
chất thải này để tạo ra điện cho vận hành nhà máy [4].
1.1.2.4.3. Bã cây rừng (Forestry residues)
Các chất thải từ rừng bao gồm củi gỗ từ các quá trình làm thưa rừng

nhằm giảm nguy cơ cháy rừng, sinh khối không được thu hoạch hoặc di dời ở
nơi đốn gỗ cứng và mềm thương mại và các vật liệu dư thừa trong quá trình
quản lý rừng như phát rừng và di dời các cây đã chết. Một trong những thuận
lợi của việc tận dụng bã cây rừng là một phần lớn các bã dạng này được tạo ra
từ các nhà máy giấy hoặc các nhà máy xử lý gỗ, do đó phần lớn nguồn
nguyên liệu có thể sử dụng ngay được. Cũng vì lý do này, việc tái sử dụng
mùn cưa, bã gỗ để tạo năng lượng tập trung ở các nhà máy công nghiệp giấy
và gỗ, nhưng tiềm năng nguyên liệu thật sự là lớn hơn nhiều. Theo WEC,
tổng công suất dự đoán trên toàn cầu của bã thải từ rừng là 10.000 Mwe [4].
1.1.2.4.4. Bã nông nghiệp (Agricultural residues)
Chất thải nông nghiệp là các chất dư thừa sau các vụ thu hoạch. Chúng

11
có thể được thu gom với các thiết bị thu hoạch thông thường cùng lúc hoặc
sau khi gặt hái. Các chất thải nông nghiệp bao gồm thân và lá bắp, rơm rạ, vỏ
trấu Hằng năm, có khoảng 80 triệu cây bắp được trồng, cho nên vỏ bắp
đươc dự đoán sẽ là dạng sinh khối chính cho các ứng dụng năng lượng sinh
học. Ở một số nơi, đặc biệt những vùng khô, các chất bã cần phải được giữ lại
nhằm bổ sung các chất dinh dưỡng cho đất cho vụ mùa kế tiếp. Tuy nhiên, đất
không thể hấp thu hết tất cả các chất dinh dưỡng từ cặn bã, các chất bã này
không được tận dụng tối đa và bị mục rữa làm thất thoát năng lượng [4].
Có nhiều thống kê khác nhau về tiềm năng công suất của năng lượng
sinh khối dạng này. Ví dụ như Smil (1999) ước lượng rằng cho đến giữa thập
kỷ 90 thế kỷ 20, tổng lượng bã nông nghiệp là khoảng 3,5-4 tỷ tấn mỗi năm,
tương đương với một 65 EJ năng lượng (1,5 tỷ toe). Hal và cộng sự (1993)
tính toán rằng chỉ với lượng thu hoạch nông nghiệp cơ bản của thế giới (ví dụ
như lúa mạch, lúa mì, gạo, bắp, mía đường ) và tỷ lệ thu hồi là 25% thì năng
lượng tạo ra được là 38 EJ và giúp giảm được 350-460 triệu tấn khí thải CO2-
mỗi năm. Hiện trạng thực tế là một tỷ lệ khá lớn các bã nông nghiệp này vẫn
còn bị bỏ phí hoặc sử dụng không đúng cách, gây các ảnh hưởng tiêu cực đến

môi trường, sinh thái và lương thực. Theo ước tính của WEC, tổng công suất
toàn cầu từ nhiên liệu bã thải nông nghiệp là vào khoảng 4.500 MWt [26].
Một trong các giải pháp được ứng dụng rộng rãi hiện nay và có tiềm
năng đầy hứa hẹn là tận dụng các bã thải từ công nghiệp mía đường, xử lý gỗ
và làm giấy.
Các thống kê cho thấy hơn 300 triệu tấn bã mía và củ cải đường được
thải ra mỗi năm, tập trung hầu hết ở các nhà máy đường. Các số liệu của FAO
cho thấy khoảng 1.248 tấn mía được thu hoạch vào năm 1997, trong đó là
25% bã mía ép (312 triệu tấn). Năng lượng của 1 tấn bã mía ép (độ ẩm 50%)
là 2,85 GJ/tấn. Đó là chưa kể các phần thừa (barbojo, phần ngọn và lá) và

12
phần thải trong quá trình thu hoạch mía. Các phần này lại chiếm một tiềm
năng năng lượng cao hơn cả (55%), thế nhưng hiện nay phần lớn vẫn chỉ bị
đốt bỏ hoặc để phân rã ngoài đồng. Nói cách khác, tiềm năng lớn này hầu hết
vẫn đang bị bỏ phí. Cho đến năm 1999, Châu Á vẫn dẫn đầu về sản lượng bã
mía (131 triệu tấn), sau đó là đến Nam Mỹ (89 triệu tấn). Các nhà máy sản
xuất đường đã có truyền thống tái sử dụng bã mía để đốt tạo hơi nước từ
nhiều thế kỷ qua, nhưng hiệu suất vẫn còn rất thấp. Cho đến gần đây, do sức
ép kinh tế, các nhà máy đường đã phải tìm các giải pháp khác hoặc cải thiện
hiệu suất tái tạo năng lượng, một số nhà máy thậm chí còn bán điện thừa, đặc
biệt là tại Brazil, Ấn Độ, Thái Lan [26] .
1.1.2.4.5. Chất thải từ gia súc (Livestock residues)
Chất thải gia súc, như phân trâu, bò, heo và gà, có thể được chuyển
thành gas hoặc đốt trực tiếp nhằm cung cấp nhiệt và sản xuất năng lượng. Ở
những nước đang phát triển, các bánh phân được dùng như nhiên liệu cho
việc nấu nướng. Hơn nữa, phần lớn phân gia súc có hàm lượng methane khá
cao. Do vậy, phương pháp này khá nguy hiểm vì các chất độc hại sinh ra từ
việc đốt phân là nguy hại đối với sức khỏe người tiêu dùng, là nguyên nhân
gây ra 1,6 triệu người chết mỗi năm ở các nước đang phát triển tạo ra một

số lượng lớn phân gia súc tạo nên nguồn hữu cơ phức tạp cùng với các vấn đề
môi trường. Các trang trại này dùng phân đế sản xuất năng lượng với các cách
thức thích hợp nhằm giảm thiểu các mối nguy hại đối với môi trường và sức
khỏe cộng đồng. Các chất thải này có thể được sử dụng để sản xuất ra nhiều
loại sản phẩm và tạo ra điện năng thông qua các phương pháp tách methane
và phân hủy yếm khí [4].
1.1.2.4.6. Các loại bã thải khác
a) Chất thải củi gỗ đô thị
Chất thải củi gỗ là nguồn chất thải lớn nhất ở các công trường. Chất
thải củi gỗ đô thị bao gồm các thân cây, phần thừa cây đã qua cắt tỉa. Những

13
vật liệu này có thể được thu gom dễ dàng sau các dự án công trường và cắt tỉa
cây, sau đó có thể được chuyển thành phân trộn hay được dùng để cung cấp
nhiên liệu cho các nhà máy năng lượng sinh học [31].
b) Chất thải rắn đô thị
Chất thải ở các trung tâm thương mại, cơ quan, trường học, nhà dân có
một hàm lượng nhất định của các vật chất hữu cơ có xuất xứ từ cây, là một
nguồn năng lượng tái tạo không nhỏ. Giấy thải, bìa cứng, các tông, chất thải
gỗ là những ví dụ của nguồn sinh khối trong chất thải đô thị.
Khí ở các bãi chôn lấp phần lớn trong quá trình phân hủy yếm khí, sản
phẩm phụ tự nhiên của quá trình phân hủy chất thải hữu cơ của vi sinh vật có
một lượng lớn khí methane, có thể được thu thập, chuyển dạng và dùng để tạo
ra năng lượng. Các chất thải này được thu gom, tái tạo thông qua quá trình
tiêu hóa và phân hủy yếm khí. Sự thu gom các chất thải trong các bãi chôn lấp
và dùng chúng như một nguồn năng lượng sinh học tái tạo có rất nhiều lợi ích
như: tăng cường bảo vệ sức khỏe cộng đồng thông qua việc xử lý chất thải,
giảm diện tích đất sử dụng cho các bãi chôn lấp, giảm ô nhiễm môi trường,
mùi hôi thối và giúp cho việc quản lý chất thải một cách hiệu quả [31].
1.1.2.4.7. Cây trồng năng lượng (Energy forestry/crops)

Các giống cây năng lượng là các giống cây, cây cỏ được xử lý bằng
công nghệ sinh học để trở thành các giống cây tăng trưởng nhanh, được thu
hoạch cho mục đích sản xuất năng lượng. Các giống cây này có thể được
trồng, thu hoạch và thay thế nhanh chóng .
Cây trồng năng lượng có thể được sản xuất bằng 2 cách: Các giống cây
năng lượng chuyên biệt trồng ở những vùng đất dành đặc biệt cho mục đích
này và trồng xen kẽ và các cây trồng bình thường khác. Cả 2 phương pháp
này đều đòi hỏi có sự quản lý tốt và phải được chứng minh là đem lại lợi ích
rõ ràng cho người nông dân về mặt hiệu quả sử dụng đất [17].

14
a) Các giống cây cỏ (thảo mộc) năng lượng
Đây là các giống cây lâu năm được thu hoạch hằng năm sau 2-3 năm
gieo trồng để đạt tới hiệu suất tối đa. Các giống cây này bao gồm các loại cỏ
như cỏ mềm (switchgrass) xuất xứ từ Bắc Mỹ, cỏ voi miscanthus, cây tre, cây
lúa miến ngọt, cỏ đuôi trâu cao, lúa mì, kochia Các giống cây này thường
được trồng cho việc sản xuất năng lượng [17].
b) Các giống cây gỗ năng lượng
Các giống cây gỗ có vòng đời ngắn là các giống cây phát triển nhanh
và có thể thu hoạch sau 5-8 năm gieo trồng. Các giống cây này bao gồm cây
dương ghép lai, cây liễu ghép lai, cây thích bạc, cây bông gòn đông phương,
cây tần bì xanh, cây óc chó đen, sweetgum và cây sung [17].
c) Các giống cây công nghiệp
Các giống cây này đang được phát triển và gieo trồng nhằm sản xuất
các hóa chất và vật liệu đặc trưng nhất định. Ví dụ như cây dâm bụt và rơm
dùng trong sản xuất sợi, castor cho acid ricinoleic. Các giống cây chuyển gen
đang được phát triển nhằm sản xuất các hóa chất mong muốn giống như một
thành phần của cây, chỉ đòi hỏi sự chiết xuất và tinh lọc sản phẩm [17].
d) Các giống cây nông nghiệp (Agricultural Crops)
Các giống cây nông nghiệp bao gồm các sản phẩm sẵn có hiện tại như bột

bắp và dầu bắp, dầu đậu nành, bột xay thô, bột mì, các loại dầu thực vật khác và
các thành phần đang được phát triển cho các giống cây tương lai. Mặc dù các
giống này thường được dùng để sản xuất nhựa, các chất hóa học và các loại sản
phẩm, chúng thường cung cấp đường, dầu và các chất chiết xuất khác [17].
e) Các giống cây dưới nước (Aquatic crops, thủy sinh)
Nguồn sinh khối đa dạng dưới nước bao gồm tảo, tảo bẹ, rong biển, và
các loại vi thực vật biển. Các giống dùng trong thương mại bao gồm chiết
xuất của tảo bẹ dùng cho các chất làm đặc và các chất phụ gia thực phẩm,