Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương

Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh
LỜI MỞ ĐẦU
Là một quốc gia đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất
nước, nhu cầu về năng lượng sử dụng cho các ngành công nghiệp và cho sinh
hoạt ở Việt Nam ngày càng tăng. Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống
(thủy điện, than đá, dầu mỏ...) đang ngày càng khan hiếm. Theo dự báo, trữ
lượng dầu thô của thế giới sẽ cạn kiệt vào khoảng năm 2050 – 2060. Sự phụ
thuộc quá nhiều vào năng lượng hoá thạch gây ra những vấn đề: an toàn nguồn
năng lượng, hiệu ứng nhà kính do khí thải và sự bất ổn về chính trị và chủ nghĩa
khủng bố thế giới.
Những tiến bộ về khoa học và công nghệ của nhân loại đang đặt ra cho các
nước trên thế giới phải quan tâm đến việc sản xuất và sử dụng các nguồn năng
lượng tái tạo (NLTT) và quan tâm đến bảo vệ môi trường. Một trong số các
nguồn NLTT đó là năng lượng sinh khối. Năng lượng sinh khối (NLSK) là
nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con người sử dụng khi bắt đầu biết nấu
chín thức ăn và sưởi ấm.
Ngành nông nghiệp của Việt Nam có vị trí vô cùng quan trọng với tỷ trọng
chiếm 20,3% trong toàn bộ nền kinh tế, 70% dân số làm nông nghiệp. Hiện nay,
Việt Nam luôn nằm trong tốp các nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Trong
quá trình canh tác nông nghiệp, bên cạnh các sản phẩm chính luôn tạo ra một
lượng lớn phụ phẩm. Nếu không được quản lý tốt nguồn phụ phẩm này chúng
sẽ biến thành lượng rác thải rất lớn và gây ô nhiễm môi trường.
Việc áp dụng đưa nguồn NLSK vào sử dụng không chỉ thay thế nguồn
năng lượng hoá thạch mà còn góp phần xử lý chất thải rắn trong môi trường
hiện nay.
Mặc dù ngành điện lực đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện nhu cầu năng
lượng phục vụ sinh hoạt và sản xuất, nhưng tình trạng thiếu điện trên toàn quốc,
ở Việt Nam vẫn còn rất lớn.
Do đó, việc nghiên cứu và đưa ra phương án hợp lý để sử dụng hiệu quả
các phụ phẩm sinh khối trong nông nghiệp làm nguồn năng lượng là rất cần
Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

1
Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh
thiết, không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng mà còn làm giảm sức ép
đến môi trường.
Hải Dương là tỉnh có điều kiện tự nhiên rất thuận lợi cho việc phát triển
nông nghiệp do đó lượng phụ phẩm nông nghiệp cũng rất lớn. Tuy nhiên, cho
tới nay chưa có một nghiên cứu nào thống kê cụ thể về số lượng, thành phần, và
đặc biệt là nghiên cứu đề xuất phương án sử dụng nguồn sinh khối này một
cách hiệu quả.
Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá
tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ
phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương” với mục tiêu: Đánh giá tiềm năng NLSK
các phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch từ canh tác lúa (trấu, rơm, rạ), từ sản
xuất ngô (thân, lá, lõi bắp) và từ sản xuất lạc (thân, lá, vỏ củ) trên địa bàn tỉnh
Hải Dương; trên cơ sở đó đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn
năng lượng sinh khối này.
Nội dung chính của luận văn bao gồm:
1. Tìm hiểu hiện trạng sản xuất một số cây nông nghiệp (lúa, ngô, lạc)
trên địa bàn tỉnh Hải Dương;
2. Nghiên cứu hiện trạng thu gom và sử dụng các phụ phẩm sau thu
hoạch từ các cây nông nghiệp này;
3. Đánh giá tiềm năng NLSK các phụ phẩm này trên địa bàn tỉnh;
4. Đo đạc, phân tích một số chỉ tiêu môi trường không khí (CH
4
, CO
2
,
CO) theo thời vụ và theo các giai đoạn phát triển của cây lúa;
5. Đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn sinh khối này.
Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

2
Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Khái quát sinh khối và năng lượng sinh khối
Sinh khối (SK) là các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng
tái tạo như cây cối, phân gia súc, … khi được đốt cháy năng lượng sinh học này
được giải phóng dưới dạng nhiệt. SK được xem là một phần của chu trình
cacbon. Cacbon từ khí quyển được biến đổi thành vật chất sinh học qua quá
trình quang hợp của thực vật. Khi phân giải hoặc đốt cháy, cacbon quay trở lại
khí quyển hoặc đất. Vì vậy cacbon khí quyển được giữ ở mức tương đối ổn
định.
Năng lượng sinh khối (NLSK) là năng lượng được sản sinh từ nguồn SK.
Bản chất của NLSK là năng lượng Mặt trời được lưu giữ trong SK thông qua
quá trình quang hợp của cây cối để biến đổi CO
2
thành hiđratcacbon (đường,
tinh bột, xenlulô) là những hợp chất cấu tạo nên SK. Khi sử dụng các SK này
xảy ra quá trình giải phóng năng lượng tích trữ trong các hiđratcacbon và phát
thải CO
2
vào khí quyển.
SK bao gồm nhiều dạng như thức ăn động vật, rơm rạ, vỏ trấu, gỗ vụn,
chất thải từ thực phẩm ... và được phân thành 3 loại như trong Bảng 1.1
Bảng 1.1. Phân loại và các dạng sinh khối [3]
Phân loại Dạng
Nguồn từ mùa màng Thức ăn nuôi đông vật và cây tinh bột
Sinh khối chưa sử dụng Rơm, vỏ trấu, gỗ vụn và chất thải từ gỗ
Chất thải sinh khối
Chất thải từ giấy, phân động vật, chất thải từ

thực phẩm, chất thải từ xây dựng, chất thải
lỏng và bùn cống
Trong cách dùng phổ biến hiện nay, hiểu theo nghĩa nhiên liệu thì sinh
khối (biomas) là nhiên liệu rắn trên cơ sở SK, còn nhiên liệu sinh học (biofuel) là
những nhiên liệu lỏng được lấy từ SK và khí sinh học (biogas) là sản phẩm của
Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
3
Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh
quá trình phân giải yếm khí của các chất hữu cơ. Trong luận văn này chỉ đề cập
đến nhiên liệu rắn từ các phụ phẩm của một số cây trồng.
1.1.2. Những con đường biến đổi sinh khối
 Các nhiên liệu SK được sử dụng theo 2 con đường (Hình 1.1) đó là:
oĐốt cháy trực tiếp để sinh nhiệt và điện;
oBiến đổi thành những loại nhiên liệu khác tiện dụng hơn.
• Nguồn SK rất đa dạng và phong phú vì vậy công nghệ NLSK cũng rất đa
dạng. Các công nghệ NLSK có thể được chia làm 2 loại:
- Công nghệ biến đổi trực tiếp SK thành năng lượng hữu ích như việc đốt
trực tiếp SK để phục vụ sinh hoạt và phục vụ sản xuất;
- Công nghệ trong đó SK được biến đổi thành các nhiên liệu thứ cấp khác
như: đóng bánh SK, sản xuất than gỗ, khí hoá...
• Các công nghệ được thực hiện thông qua 3 quá trình là vật lý, nhiệt hoá
và sinh học (Hình 1.2).
Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
4
ĐIỆN
SINH
KHỐI
NHIỆT
CÔNG
CƠ

HỌC
NHIÊN
LIỆU
§èt ch¸y trùc tiÕp
Động cơ nhiệt
Biến đổi Đốt cháy
Động điện, máy phát điện
Pin nhiªn liÖu
Hình 1.1. Sơ đồ biến đổi nhiên liệu sinh khối [3]