Nghiên cứu sử dụng biomass cho động cơ đánh lửa cưỡng bức tĩnh tại cỡ nhỏ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


TRƯƠNG QUANG TRUNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BIOMASS
CHO ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC
TĨNH TẠI CỠ NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Đà Nẵng, năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


TRƯƠNG QUANG TRUNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BIOMASS
CHO ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC
TĨNH TẠI CỠ NHỎ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 60.52.01.16

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG

Đà Nẵng, năm 2017


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Đà Nẵng, ngày 27 tháng 8 năm 2017
Tác giả

Trương Quang Trung


ii

TÓM TẮT
Tên đề tài: “Nghiên cứu sử dụng Biomass cho động cơ đánh lửa cưỡng bức tĩnh
tại cỡ nhỏ”
Thời gian thực hiện: 01/05/2016 đến 20/07/2017
Địa điểm nghiên cứu: Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
Mục tiêu của đề tài là nhằm hướng tới việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí
Biomass thay thế nhiên liệu hóa thạch cho động cơ đánh lửa cưỡng bức tĩnh tại cỡ nhỏ.
Thiết kế chế tạo hệ thống khí hóa Biomass, lắp đặt thử nghiệm cho động cơ xăng tĩnh
tại kéo máy phát điện từ 2kW đến 5kW.
Sử dụng nguồn phế phẩm nông lâm nghiệp để phát triển nguồn nhiên liệu

Biomass thay thế một phần nhỏ cho nhiên liệu hóa thạch là phù hợp với điều kiện Việt
Nam hiện nay. Đồng thời góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi
trường, ngăn ngừa biến đổi khí hậu và tăng thu nhập cho người nông dân khi bán các
loại phế phẩm này, vì vậy đề tài sẽ tỏ rõ tính thực tiễn và ý nghĩa khoa học.
Như mục đích nghiên cứu đã chỉ rõ, với đề tài “Nghiên cứu sử dụng Biomass
cho động cơ đánh lửa cưỡng bức tĩnh tại cỡ nhỏ” thì đối tượng nghiên cứu của luận
văn là máy phát điện sử dụng xăng cỡ nhỏ và hệ thống tạo khí Biomass từ nhiên liệu
gỗ vụn/viên nén mùn cưa.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi: Thiết kế chế tạo hệ
thống cấp khí Biomass sử dụng nguồn nhiên liệu để sản xuất khí hóa là gỗ vụn khô
hoặc viên nén năng lượng gỗ; Động cơ được sử dụng nghiên cứu là máy phát điện
CELEMAX có công suất: 2 kW.
Để đạt được mục đích nêu trên, luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng
hợp; Tìm kiếm tài liệu, thu thập thông tin, dựa trên các công trình đã công bố về hệ
thống tạo khí Biomass và sử dụng khí Biomass cho động cơ đốt trong. Thiết kế, chế
tạo hệ thống tạo khí Biomass, lắp đặt thử nghiệm trên động cơ sử dụng xăng.


iii

SUMMARY
Project title: "Research on application of Biomass for small size static ignition
engines"
Time: 01/05/2016 to 20/07/2017
Study location: Da Nang University of Technology
The objective of the research is to study the use of Biomass substituting for fossil
fuels for small municipal ignition engines, design the manufacture of Biomass
gasification system, install test for static gasoline engines at pulling generators from
2kW to 5kW.
Using agro-forestry by-products to develop alternative Biomass fuels for a small

amount of fossil fuels is appropriate for current conditions in Vietnam. At the same
time, it contributes to reduce greenhouse gas emissions, protect the environment,
prevent climate change and increase income for farmers when selling these kinds of
waste. Therefore, the topic shows the practical and scientific significance.
As pointed out in the reasearch, with the topic "Research on application of
Biomass for small size static ignition engines", the subject of the thesis is the generator
using small petrol and Biomass gasification system from sawdust / sawdust pellets.
The research scope of the topic is limited to the following areas: Designing the
manufacture of Biomass gasification system using fuels to produce gasification is dry
shavings or wood pellets; The engine used for research is the CELEMAX generator
with a capacity of 2 kW.
To achieve the purpose mentioned above, the thesis uses the method of
integrated research; Document searching, information gathering, based on published
work on Biomass gas generation systems and Biomass applications for internal
combustion engines. Designing, manufacturing Biomass gas generation system,
installating a test on gasoline engine.


iv

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .....................................3
1.1.

Tình hình nghiên cứu và sử dụng khí hóa Biomass .......................................3

1.1.1. Năng lượng và các dạng năng lượng ............................................................. 3
1.1.2. Lịch sử phát triển Biomass .............................................................................4

1.1.3. Sử dụng Biomass ............................................................................................ 6
a) Sản xuất nhiệt truyền thống ....................................................................................6
c) Sản xuất điện từ năng lượng Biomass.....................................................................7
d) Khí hóa Biomass .....................................................................................................7
1.1.4. Sử dụng khí Biomass cho động cơ đốt trong ..................................................7
1.2.

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ khí hóa Biomass trong sản

xuất năng lượng quy mô nhỏ .......................................................................................8
1.2.1. Các công trình công bố có liên quan trực tiếp đến đề tài trong nước ..............8
1.2.2. Các nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam .............................................................. 9
1.2.3. Các công trình công bố có liên quan trực tiếp đến đề tài trên thế giới .........11
1.2.4. Nghiên cứu ứng dụng tại một số quốc gia trên thế giới ..................................14
a) Tại Trung Quốc .....................................................................................................14
b) Tại Ấn Độ ..............................................................................................................16
c) Tại Thái Lan ..........................................................................................................17
2.2.5. Một số sơ đồ hệ thống khí hóa Biomass sản xuất năng lượng quy mô nhỏ điển
hình hiện nay .............................................................................................................19
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...............................................................................23
2.1. Công nghệ hóa khí Biomass ...............................................................................23
2.1.1. Nguyên liệu sản xuất khí Biomass .................................................................23
2.1.2. Nguyên lý cơ bản lò hóa khí Biomass ............................................................. 31


v

a) Giới thiệu công nghệ khí hóa tầng cố định: .........................................................31
b) Giới thiệu công nghệ khí hóa tầng sôi: .................................................................33
2.1.3. Lựa chọn phương án sản xuất khí Biomass từ Cenlulo ..................................34

2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khí hóa Biomass ....................................35
a) Kích thước nhiên liệu ............................................................................................ 35
b) Độ ẩm nhiên liệu ...................................................................................................35
c) Chủng loại và đặc tính nhiên liệu .........................................................................35
d) Ảnh hưởng của hệ số tỷ lệ không khí (ER)............................................................ 35
e) Ảnh hưởng của giản đồ nhiệt độ trong lò ............................................................. 36
2.2. Thiết kế hệ thống tạo khí Biomass .....................................................................36
2.2.1. Yêu cầu của hệ thống tạo khí ........................................................................36
2.2.2. Tính toán, thiết kế lò đốt khí hóa Biomass ....................................................40
a) Số liệu ban đầu......................................................................................................40
b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo lò khí hóa .......................................................................42
c) Tính toán cân bằng khối lượng .............................................................................42
d) Tính toán cân bằng nhiệt lượng từng vùng trong lò khí hóa Biomass .................44
e) Tính toán đường kính lò, đường kính ống cấp không khí và thoát khí sản phẩm .46
f) Tính toán chiều cao thiết bị và vị trí đặt miệng thổi gió .......................................48
2.2.3. Thiết kế hệ thống lọc khí ...............................................................................51
2.2.4. Các thiết bị phụ trợ khác ...............................................................................55
2.3. Thiết kế bộ hòa trộn cung cấp Biomass cho động cơ chuyển đổi ......................55
Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................................... 57
3.1. Mô tả hệ thống khí hóa kết hợp máy phát .......................................................... 57
3.1.2. Chế tạo lắp đặt lò khí hóa ...............................................................................58
3.1.3. Chế tạo lắp đặt Cyclone ..................................................................................59
3.1.4. Chế tạo lắp đặt dàn tản nhiệt ..........................................................................60
3.1.5. Chế tạo lắp đặt lọc khí ....................................................................................60


vi

3.2. Đặc điểm động cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng thử nghiệm ............................ 60
3.2.1. Yêu cầu của động cơ khi sử dụng nhiên liệu khí .............................................60

3.2.2. Lựa chọn phương án cung cấp Biomass cho động cơ ....................................60
3.2.3. Chọn động cơ thực nghiệm .............................................................................60
3.3. Lắp đặt hệ thống chạy thử nghiệm động cơ dùng Biomass ............................... 61
3.4. Vận hành hệ thống ............................................................................................. 62
3.4.1. Nhóm lửa .........................................................................................................62
3.4.2. Hiệu chỉnh hệ số dư lượng không khí ............................................................. 62
3.4.3. Hiệu chỉnh lưu lượng cung cấp khí Biomass ..................................................63
3.4.5. Phương pháp xử lý tro, hắc ín.........................................................................63
3.4.4. Vận hành máy phát.......................................................................................... 63
3.5. Kết quả đo đạc một số thông số cơ bản mô hình thí nghiệm ............................. 63
3.5.1. Công suất khí hóa............................................................................................ 64
3.5.2. Công suất máy phát .........................................................................................65
Chương 4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..............................................66
4.1. Đánh giá tính năng kỹ thuật của hệ thống tạo khí Biomass ............................... 66
4.2. Đánh giá tính năng của động cơ thử nghiệm Biomass.......................................66
4.3. Đánh giá tính năng kinh tế và ô nhiễm môi trường ...........................................66
KẾT LUẬN-KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 68
1. Kết luận ................................................................................................................68
2. Hạn chế .................................................................................................................68
3. Hướng phát triển ...................................................................................................68
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................70


vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tên đại lượng

Thứ nguyên

Aad

Phần trăm lượng tro trong nhiên liệu khô

%

Ash

Phần trăm khối lượng tro trong nhiên liệu

%

Cad

Lượng cacbon trong nhiên liệu khô

%

CPnl

Nhiệt dung riêng của nhiên liệu Biomass

kJ/kgK

CPkhi

Nhiệt dung riêng của nhiên liệu khí sản phẩm

kJ/kgK

D

Đường kính phần thân chính của lò (nhiệt phân)

m

Dra

Đường kính ống thoát khí trong thân lò

m

Do

Đường kính thót lò khí hóa

m

ĐHBK

Đại học Bách khoa

ER

Tỷ lệ không khí tương đương

Gg

Lưu lượng khí sản phẩm

LHVf

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Biomass

Q

Công suất nhiệt của lò

kW

Vg

Vận tốc khí sản phẩm trong ống thoát

m/s

m3/h
MJ/kg


viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số hiệu

Tên hình ảnh

Trang

Hình 1.1 Phân phối năng lượng từ khí hóa Biomass tại Trung Quốc

15

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống khí hóa Biomass sản xuất điện tại Bengal, Ấn Độ

19

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống khí hóa Biomass sản xuất điện của TERI, Ấn Độ

20

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống khí hóa Biomass kiểu thuận chiều 2 cấp

21

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống khí hóa Biomass kiểu thuận chiều nhiều cấp

21

Hình 2.1 Mô tả hệ thống khí hóa ngược chiều – tầng cố định

32

Hình 2.2 Mô tả hệ thống khí hóa thuận chiều – tầng cố định

33

Hình 2.3 Mô tả hệ thống khí hóa hỗn hợp – tầng cố định

33

Hình 2.4 Mô tả hệ thống khí hóa tầng sôi

33

Hình 2.5 Mô tả kết cấu và quá trình khí hóa lò Biomass thuận chiều

37

Hình 2.6 Quá trình khí hóa

37

Hình 2.7 Hình ảnh về nhiên liệu gỗ vụn và viên nén gỗ

40

Hình 2.8 Sơ đồ lò khí hóa

42

Hình 2.9 Thông số chọn lựa chế tạo Cyclone

54

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống khí hóa Biomass kiểu thuận chiều kết hợp máy
phát

57

Hình 3.2 Thân chính lò khí hóa

58

Hình 3.3 Cyclone

59

Hình 3.4 Mô hình thử nghiệm khí hóa Biomass thuận chiều kết hợp máy
phát

62

Hình 3.5 Đồ thị thể hiện vận tốc và lưu lượng hỗ hợp khí của lò khí hóa

64

Hình 3.5 Kết quả đo công suất, điện áp, cosphi, tần số

65


ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu
Bảng 1.1

Bảng 1.2

Tên hình bảng
Ứng dụng khí hóa Biomass ở quy mô vừa và nhỏ tại Trung
Quốc
Một số công nghệ khí hóa Biomass chính sử dụng ở Trung
Quốc

Trang

14

15

Bảng 1.3 Danh sách nhà máy khí hóa Biomass sản xuất điện ở Thái Lan

17

Bảng 2.1 Trữ lượng nguyên liệu Biomass

26

Bảng 2.2 Công nghệ chuyển đổi cho các loại nguyên liệu

30

Bảng 2.3 Tổng hợp các phản ứng hóa học trong các giai đoạn hóa khí

39

Bảng 2.4

Bảng 2.5

Thành phần công nghệ và nhiệt trị thấp của một số nhiên liệu
Biomass ở Việt Nam
Thành phần hóa học của một số nhiên liệu Biomass ở Việt
Nam

41

41

Bảng 2.6 Thành phần khí sản phẩm ra với nhiên liệu là mẩu gỗ keo

42

Bảng 2.7 Thông số thiết kế lò đốt

50

Bảng 3.1 Các thông số chính của lò khí hóa Biomass

58

Bảng 3.2 Thông số chế tạo Cyclone

59

Bảng 3.3 Danh mục thiết bị đo

63

Bảng 3.4 Vận tốc trung bình hỗn hợp khí tại 03 vị trí dimmer

64

Bảng 3.5 Kết quả đo thông số điện năng máy phát

65


1

MỞ ĐẦU
Năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế, đời sống
dân sinh, khi nền kinh tế càng phát triển, đời sống dân sinh càng nâng cao thì nhu cầu
sử dụng năng lượng càng lớn, tuy nhiên nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn
kiệt, dự báo sẽ hết trong thời gian ngắn, đồng thời phát thải khí nhà kính từ các dạng
nhiên liệu này tác động rất lớn đến môi trường là một trong những nguyên nhân chính
gây biến đổi khí hậu. Nhằm giảm thiểu tác động đến biến đổi khí hậu ngoài ứng dụng
các biện pháp sử dụng năng lượng từ nguồn nhiên liệu hóa thạch một cách phù hợp
nhất còn đẩy mạnh công tác nghiên cứu ứng dụng công nghệ sử dụng nguồn năng
lượng từ các nhiên liệu thay thế, nhiên liệu tái tạo là cần thiết.
Việt Nam là nước nằm trong khu vực nhiệt đới nên hệ thực vật phong phú và đa
dạng, ba phần tư lãnh thổ là đất rừng, sản xuất nông – lâm nghiệp chiếm tỷ trọng rất
cao nên có nguồn năng lượng Biomass từ nguồn phụ phẩm nông lâm nghiệp (gỗ phế
liệu, dăm bào, lõi ngô, trấu, viên nén phụ phẩm nông lâm nghiệp,…) dồi dào, nên rất
thuận lợi cho công tác nghiên cứu ứng dụng loại nhiên liệu này thay thế cho nguồn
nhiên liệu hóa thạch được sử dụng phổ biến hiện nay.

Việc sử dụng nguồn năng lượng này vào nhiều mục đích khác nhau trong đó có
động cơ đốt trong là cần thiết, đề tài thành công sẽ góp phần nhỏ về sử dụng nguồn
năng lượng thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch.
Với tất cả sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tác giả xin chân thành cảm ơn
thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng đã tận tình chỉ bảo và động viên
trong suốt quá trình nghiên cứu, xây dựng và hoàn thành viết luận án này.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn tập thể Quý thầy giáo, cô giáo của Khoa Cơ khí
giao thông - Trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện
cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận án.
Cuối cùng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc các chuyên gia trong lĩnh vực khí hóa
đã hỗ trợ công sức, góp ý chia sẻ để tác giả hoàn thiện mô hình và xin chân thành cảm
ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt thời
gian nghiên cứu và thực hiện luận án.


2

1. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu sử dụng nhiên liệu Biomass thay thế nhiên
liệu hóa thạch cho động cơ đánh lửa cưỡng bức tĩnh tại cỡ nhỏ. Thiết kế chế tạo hệ
thống khí hóa Biomass, lắp đặt thử nghiệm cho động cơ xăng tĩnh tại kéo máy phát
điện từ 2kW đến 5kW.
2. Đối tượng nghiên cứu
Như mục đích nghiên cứu đã chỉ rõ, với đề tài “Nghiên cứu sử dụng Biomass
cho động cơ đánh lửa cưỡng bức tĩnh tại cỡ nhỏ” thì đối tượng nghiên cứu của luận
văn là công nghệ khí hóa kết hợp máy phát điện sử dụng xăng cỡ nhỏ và nhiên liệu sử
dụng sản xuất khí Biomass là gỗ vụn/viên nén mùn cưa.
3. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi:
- Thiết kế chế tạo hệ thống cấp khí Biomass sử dụng nguồn nhiên liệu để sản

xuất khí hóa là gỗ vụn khô hoặc viên nén mùn cưa.
- Động cơ đánh lửa cưỡng bức tĩnh tại cỡ nhỏ được sử dụng nghiên cứu là máy
phát điện CELEMAX được trang bị đầu phát SAWAFUJI sản xuất theo công nghệ
Nhật Bản đảm bảo cho ra dòng điện luôn ổn định và chất lượng có công suất: 2 kW
4. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục đích nêu trên, luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng
hợp; Tìm kiếm tài liệu, thu thập thông tin, dựa trên các công trình đã công bố về hệ
thống tạo khí Biomass và sử dụng khí Biomass cho động cơ đốt trong. Thiết kế, chế
tạo hệ thống tạo khí Biomass, lắp đặt thử nghiệm trên động cơ sử dụng xăng.
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Sử dụng nguồn phế phẩm nông, lâm nghiệp để phát triển nguồn nhiên liệu
Biomass thay thế một phần nhỏ cho nhiên liệu hóa thạch là phù hợp với điều kiện Việt
Nam hiện nay. Đồng thời góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi
trường, ngăn ngừa biến đổi khí hậu và tăng thu nhập cho người nông dân khi bán các
loại phế phẩm này.


3

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Tóm tắt chương 1:
Chương này đề cập đến khái quát năng lượng, các nguồn năng lượng hiện nay
tại Việt Nam và thế giới sử dụng, nhắc đến dạng năng lượng tái tạo và dạng năng
lương không tái tạo. Giới thiệu lịch sử phát triển khí hóa Biomass và các ứng dụng về
khí hóa Biomass trong đời sống thực tế hiện nay và một số đề tài nghiên cứu về sử
dụng khí hóa Biomass cung cấp nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Biomass sử dụng
cho động cơ đốt trong làm cơ sở phân tích tiềm năng và chọn phương án hóa khí cho
đề tài này.
1.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng khí hóa Biomass
1.1.1. Năng lượng và các dạng năng lượng

Năng lượng là một trong những phần cơ bản của địa cầu giúp cho nhân loại
sống và tồn tại, ngay từ thưở xa xưa, con người đã biết tận dụng những điều diệu kỳ từ
năng lượng để duy trì cuộc sống hằng ngày. Họ sử dụng nhiệt năng (lửa) từ củi để nấu
ăn, sưởi ấm, và xua đuổi thú dữ trong rừng, năng lượng mặt trời tạo ánh sáng, làm khô
quần áo, giúp cây cối phát triển… Thực vật lại là thức ăn hàng ngày của một số loài
thú và năng lượng trong cây trở thành năng lượng của động vật. Cứ như thế, năng
lượng được truyền từ mắt xích này sang mắt xích khác thông qua chuỗi thức ăn. Cơ
thể con người chuyển dạng năng lượng từ thức ăn thành năng lượng của cơ thể để thực
hiện những họat động hàng ngày. Tóm lại, mọi hoạt động diễn ra chung quanh chúng
ta chính là sự nối kết năng lượng từ dạng này sang dạng khác.
Vậy năng lượng là gì? Câu trả lời đơn giản nhất cho định nghĩa chính là “năng
lượng tạo ra những biến đổi”, hãy thử để ý cuộc sống xung quanh bạn xem, nhờ đâu
mà xe có thể chạy được, tại sao con thuyền có thể lướt được ngòai khơi và vì đâu mà
chúng ta lớn lên? Theo các nhà khoa học, năng lượng là khả năng sinh ra công của một
dạng vật chất trong tự nhiên.
Có nhiều nguồn năng lượng mà nhân loại có thể sử dụng bao gồm: Năng lượng
điện, năng lượng Biomass, năng lượng địa nhiệt, năng lượng nhiên liệu hóa thạch (dầu,


4

than đá, khí thiên nhiên), năng lượng thủy và đại dương, năng lượng hạt nhân, năng
lượng mặt trời, năng lượng gió.
Với các nguồn năng lượng, chúng ta quan tâm không phải đó là nguồn năng
lượng đến từ đâu mà chính là chúng ta có được bao nhiêu năng lượng khi khai thác
nguồn đó, hay chính xác được trữ lượng của nó, như:
Dầu thô trong những thập kỷ gần đây càng ngày càng tăng giá do trữ lượng
giảm, trong khi đó than đá và uranium thì phải đợi hàng trăm năm mới hình thành. Đó
là những nguồn năng lượng có giới hạn.
Năng lượng Biomass, bao gồm các vật chất chứa năng lượng hóa học dự trữ

trong chất hữu cơ. Biomass là các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ
bắp ...), phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ...). Nhiên liệu Biomass có thể ở dạng
rắn, lỏng, khí... được đốt để phóng thích năng lượng như ethanol hay thành dạng khí
sinh học (biogas). Nhưng không giống như một số nguồn năng lượng tái tạo khác,
năng lượng Biomass không thực sự sạch vì khi chất đốt hữu cơ sẽ tạo ra một lượng lớn
carbon dioxide. Hiện nay và trong tương lai sẽ có rất nhiều nguồn năng lượng thay thế
để phục vụ cho sự phát triển của nhân loại, tuy nhiên trong phạm vi đề tài này tác giả
chỉ đi sâu vào giới thiệu phân tích nguồn năng lượng từ khí hóa Biomass.
1.1.2. Lịch sử phát triển Biomass
Biomass là gì? Biomass (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.
Với định nghĩa như vậy, Biomass 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.
Biomass 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) sản phẩm công nghiệp và các thành phần hữu cơ của
chất thải sinh hoạt.
Biomass 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


5

giao thông vận tải.
Các nguồn Biomass 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, đốt kết hợp, khí hóa và nhiệt phân.
Biomass 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 Biomass 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.
Ngoài ra, việc sử dụng Biomass để tạo năng lượng có tác động tích cực đến môi
trường. Hẳn nhiên việc đốt Biomass không thể giải quyết ngay vấn đề mất cân bằng vể
tỷ lệ CO2 hiện nay. Tuy nhiên, vai trò đóng góp của Biomass trong việc sản xuất năng
lượng vẫn rất đáng kể trong việc bảo vệ cân bằng môi trường, vì nó tạo ra ít CO2 hơn
năng lượng hóa thạch. Một cách khái quát, CO2 tạo ra bởi việc đốt Biomass sẽ được
"cô lập" tạm thời 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.
Tóm lại, Biomass là một nguồn năng lượng hấp dẫn bởi các lý do sau đây:


Trước nhất, đây là một nguồn năng lượng tái tạo, nếu chúng ta có thể

bảo đảm được tốc độ trồng cây thay thế.


Biomass được phân bố đồng đều hơn trên bề mặt Trái Đất hơn các nguồn

năng lượng nhất định khác (nhiên liệu hóa thạch...), và có thể được khai
thác mà không cần đòi hỏi đến các kỹ thuật hiện đại phức tạp và tốn kém.


Nó tạo ra cơ hội cho các địa phương, các khu vực và các quốc gia trên

toàn thế giới tự bảo đảm cho mình nguồn cung cấp năng lượng một cách
độc lập.


Đây là một giải pháp thay thế cho năng lượng hóa thạch, giúp cải thiện

tình hình thay đổi khí hậu đang đe dọa Trái Đất.


Nó có thể giúp nông dân địa phương trong lúc gặp khó khăn về vụ mùa

thu hoạch và tạo việc làm tại các vùng nông thôn.


6

Năng lượng sinh học hiện đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới,
chiếm gần 11% tổng sản lượng tiêu thụ của toàn thế giới (IEA).
Tuy nhiên, các nước đang phát triển hiện nay vẫn có tỷ lệ sử dụng năng lượng
Biomass "cơ bản" đến 35% trong cơ cấu năng lượng nội địa [3]. Tỷ lệ này vẫn luôn
khá cao đối với những quốc gia nghèo nhất thế giới vốn phụ thuộc và việc đốt
Biomass để nấu nướng, sưởi ấm và làm nhiên liệu. Mặc dù Biomass sử dụng trong
công nghiệp thì có tác động tích cực đối với môi trường, tình trạng thoát khí kém và
việc sử dụng các lò đốt có hiệu suất kém làm tăng độ ô nhiễm không khí trong nhà ở
và gây ra hiểm họa về sức khỏe rất lớn đối với người dân sống trong các khu vực nông
thôn, kém phát triển. Như vậy, sử dụng Biomass một cách hiệu quả hơn cũng là một
vấn đề lớn hiện nay trong quá trình cải thiện chất lượng cuộc sống và sức khỏe của con
người.
1.1.3. Sử dụng Biomass
Biomass có thể được xử lý ở nhiều dạng chuyển đổi khác nhau để tạo ra năng
lượng, nhiệt lượng, hơi và nhiên liệu. Hầu hết các quá trình chuyển đổi Biomass có thể
được chia ra làm hai loại như sau:


Chuyển đổi nhiệt hóa: bao gồm đốt nhiệt, khí hóa và nhiệt phân



Chuyển đổi sinh hóa: bao gồm phân hủy yếm khí và lên men

Một quá trình khác là chiết xuất, chủ yếu là quá trình cơ học, được sử dụng để
sản xuất chất tải năng lượng - tương tự như khái niệm của hydrogen từ Biomass. Cũng
có các phân biệt những cách chiết suất khác nhau, phụ thuộc vào sản phẩm của quá
trình này là nhiệt, điện năng hoặc nhiên liệu.
a) Sản xuất nhiệt truyền thống
Quá trình khai thác Biomass để tạo nhiệt có một lịch sử rất lâu dài, và vẫn tiếp
tục đóng một vai trò quan trọng trong xã hội loài người trong thời kỳ hiện đại. Nhiệt
lượng từ việc đốt Biomass được sử dụng để đốt sửa ấm, để nấu chín thức ăn, để đun
nước tạo hơi ....
b) Nhiên liệu Biomass


7

Biomass dạng rắn có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng để cung cấp
trong các xe hơi, máy cơ khí, và thậm chí trong các bộ phận sản xuất công nghiệp. Ba
dạng nhiên liệu phổ biến sản xuất từ Biomass là methanol, ethanol, và biodiesel.
Không giống như xăng và dầu diesel, biofuels có chứa oxy. Pha nhiên liệu sinh học
vào các sản phẩm dầu khí sẽ gia tăng hiệu suất đốt của nhiên liệu và từ đó giảm ô
nhiễm không khí.
c) Sản xuất điện từ năng lượng Biomass
Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển Biomass thành điện năng. Các
công nghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông thường, nhiệt
phân, đốt kết hợp, khí hóa, tiêu yếm khí, sản xuất điện từ khí thải bãi chôn lấp rác.

d) Khí hóa Biomass
Biomass dạng rắn có thể được chuyển thành dạng khí, được gọi là khí tổng hợp
(khí Biomass). Khí này có thể cung cấp cho các turbine chu kỳ liên hợp hoặc các kỹ
thuật chuyển đổi khác nhưng các nhà máy nhiệt chạy than.
Nhiều chuyên gia hy vọng rằng khí hóa Biomass sẽ có hiệu suất cao hơn nhà
máy điện Biomass thông thường. Tuy nhiên, cho đến nay, quá trình khí hóa vẫn chưa
được ứng dụng rộng trong thực tế mà chỉ vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm kỹ thuật.
Các lò chuyển đổi Biomass rắn thành khí đốt nóng Biomass ở một môi trường mà tại
đó Biomass rắn phân hủy chuyển thành khí dễ cháy. Quá trình này có thuận lợi hơn so
với việc đốt trực tiếp. Khí Biomass có thể được làm sạch và lọc để phân loại và tách
các hợp chất hóa học có thể có hại. Sản phẩm khí có thể được dùng ở các máy phát
điện hiệu suất cao – như liên hợp turbine khí và hơi – để sản xuất điện năng. Hiệu suất
của những hệ thống dạng này có thể lên đến 60%.
1.1.4. Sử dụng khí Biomass cho động cơ đốt trong
Lò khí đốt loại nhỏ cũng đã được sử dụng cho các phương tiện động cơ
đốt trong khi khan hiếm nhiên liệu trong Chiến tranh thế giới lần hai.
Trong những năm 1920, Imbert đã phát triển lò khí đốt gỗ cho các loại xe thịnh
hành nhất vào cuối chiến tranh thế giới thứ hai khi nhiên liệu hóa thạch rất hiếm.
(500.000 lò khí đốt được sản xuất mỗi năm).


8

Trong những năm 2000, tình hình nhiên liệu dùng cho phương tiện lưu thông và
sản xuất các dạng năng lượng thứ cấp khác nên chuyển Biomass từ nguồn tái tạo thành
điện năng thay thế cho nhiên liệu hóa thạch để cung cấp cho các động cơ đốt trong
ngày càng được quan tâm nghiên cứu ứng dụng.
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ khí hóa Biomass trong
sản xuất năng lượng quy mô nhỏ
Những năm gần đây công nghệ khí hóa Biomass được các quốc gia quan tâm và

phát triển mạnh do 3 yếu tố: i) Nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt và trở lên
đắt đỏ. ii) Ô nhiễm môi trường ngày càng trở lên nghiêm trọng tác động xấu đến đời
sống cũng như gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, ví dụ: Tình hình ô nhiễm khói bụi ở thủ
đô Bắc Kinh (Trung Quốc) năm 2013; hay tình hình thiên tai lụt lội tại nhiều quốc gia
gây hậu quả nghiêm trọng gần đây [73]; iii) công nghệ khí hóa chưa hoàn thiện và đắt
đỏ.
Các nghiên cứu gần đây thường tập trung vào những vấn đề sau: i) nâng cao
công suất khí hóa, ii) nâng cao chất lượng khí sản phẩm (giảm hàm lượng hắc ín, bụi
và tăng nhiệt trị khi sản phẩm) để sử dụng cho mục đích sản xuất năng lượng chất
lương cao, iii) vận hành ổn định và sử dụng đa dạng các nguồn Biomass. Để đáp ứng
nhu cầu điện năng quy mô nhỏ cho những khu vực không nối lưới thì công nghệ được
quan tâm nghiên cứu nhiều nhất là khí hóa lớp cố định. Mục tiêu nghiên cứu hướng
đến đó là nâng cao hiệu suất và chất lượng khí sản phẩm, giảm thiểu hắc ín để đáp ứng
yêu cầu của động cơ đốt trong hoặc tua bin khí, có đặc tính vận hành ổn định.
1.2.1. Các công trình công bố có liên quan trực tiếp đến đề tài trong nước
Hiện nay, các công trình công bố trong nước chủ yếu dừng lại ở nghiên cứu lý
thuyết và đánh giá tiềm năng [9, 10, 12, 63]. Các nghiên cứu thực nghiệm và phát triển
công nghệ này để sản xuất năng lượng một cách chi tiết và tin cậy hầu như chưa có,
hoặc dừng lại ở dạng các bếp đun khí hóa Biomass hộ gia đình. Gần đây đã có một vài
đề tài nghiên cứu được phê duyệt theo đơn đặt hàng của Bộ Công thương, Bộ Khoa
học và Công nghệ, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn về sản xuất năng lượng từ
khí hóa Biomass, tuy nhiên hiện nay vẫn đang trong giai đoạn triển khai thực hiện, vì
vậy cũng chưa có công bố nào liên quan trực tiếp đến đề tài.


9

1.2.2. Các nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam
Ở Việt Nam, khí hóa Biomass đã được chú ý từ những năm đầu thập niên 1980
do thiếu hụt cung cấp sản phẩm dầu mỏ và điện. Khí sản phẩm được sản xuất từ khí

hóa củi gỗ đã được sử dụng cho xe buýt [8]. Cụ thể khí hóa trấu kết hợp sản xuất điện
đã được phát triển ở miền Nam của Việt Nam thời gian này, có khoảng 15 hệ thống
với công suất điện 75 kW đã được lắp đặt tại các tĩnh đồng bằng sông Cửu Long và ở
thành phố Hồ Chí Minh (chủ yếu nhập khẩu và sao chép công nghệ). Tuy nhiên, công
nghệ này đã bị bỏ qua do tình hình cung cấp dầu mỏ và điện được cải thiện sau đó, và
do việc sử dụng trấu cho các mục đích khác (sản xuất gạch, lò gốm, v.v...) đem lại hiệu
quả kinh tế và lợi ích thực tế cao hơn. Nhìn chung, công nghệ khí hóa Biomass vẫn
còn rất mới mẻ ở Việt Nam, kinh nghiệm về công nghệ này vẫn còn rất ít ngay cả
trong số những chuyên gia về Biomass. Gần đây, khí hóa Biomass đã được một số tổ
chức, nhóm nghiên cứu quan tâm nghiên cứu và ứng dụng, cụ thể như sau:
- Viện Công nghệ sau thu hoạch (hiện nay là Viện Cơ khí nông nghiệp và công
nghệ sau thu hoạch, Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn) đã nhập 1 thiết bị khí
hóa trấu vào năm 1989 - 1990. Khí sản phẩm dùng để đốt cấp nhiệt quy mô nhỏ [64].
- Trong những năm 1993 - 1996, Trung tâm Nghiên cứu Cơ điện thuộc Bộ
Nông nghiệp đã nghiên cứu và công bố kết quả chuyển giao 10 buồng đốt trấu hoá khí
với năng suất nhiệt là 160.000 - 200.000 kcal/giờ, cung cấp nhiệt trực tiếp cho các máy
sấy nông sản dạng máy sấy tháp, năng suất sấy 5 tấn/mẻ cho trung tâm Nghiên cứu
Nông nghiệp Đồng Tháp Mười, nông trường Cờ Đỏ, nông trường Sông Hậu tỉnh Cần
Thơ. Do lò khí hoá được thiết kế theo nguyên lý hóa khí dạng mẻ nên gặp hạn chế
trong khâu nạp trấu vào lò và thải tro.
- Trên cơ sở các kết quả thuộc Dự án cấp vùng về nghiên cứu, phát triển và phổ
biến các công nghệ năng lượng tái tạo từ 1997 - 2001, một nhóm nghiên cứu công
nghệ Biomass của trường Đại học Bách khoa Hà Nội (ĐHBKHN) đã kết hợp với Viện
Năng lượng (Bộ Công Thương) nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm 3 loại bếp
đun Biomass có hiệu suất nhiệt khá cao so với bếp thông thường (17 - 25% so với
10%) và chỉ số phát thải CO thấp (6,7 – 12,7 gCO/MJ) [11, 50].


10

- Cũng từ năm 2005, nhóm nghiên cứu ĐHBK Hà Nội đã có hợp tác với Trung
tâm nghiên cứu quốc tế về nông học phục vụ phát triển (CIRAD, Cộng hòa Pháp)
trong việc vận hành thử nghiệm một hệ thống khí hóa Biomass 2 giai đoạn trong đó
quá trình nhiệt phân Biomass và khí hóa Biomass diễn ra ở các buồng phản ứng khác
nhau. Nguyên liệu sử dụng cho hệ thống khí hóa 2 giai đoạn này là gỗ vụn. Khí sản
phẩm có thể được sử dụng cho mục đích 15 sản xuất điện năng (thông qua 1 hệ động
cơ đốt trong và máy phát điện) hoặc tạo khí H2 phục vụ cho công nghiệp hóa chất [66].
- Trung tâm nghiên cứu và phát triển về tiết kiệm năng lượng Tp Hồ Chí Minh
đã nghiên cứu áp dụng thành công công nghệ khí hóa trấu cho lò nung gạch, gốm liên
tục tại công ty gốm Tân Mai, tĩnh Đồng Tháp. Với lò đốt áp dụng công nghệ khí hóa
này, lượng khí thải ra môi trường giảm và đạt tiêu chuẩn Việt Nam về chất thải. Ngoài
ra, lò đốt này cũng giúp giảm 35% lượng trấu sử dụng so với lò gạch thủ công [72].
- Tháng 5/2010 một đề tài nghiên cứu thiết kế bếp khí hóa trấu sử dụng cho hộ
gia đình nông thôn khu vực ngoại thành Tp. Cần Thơ của Trung tâm R&Dtech trường Đại học Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh được Sở Khoa học & Công nghệ Tp.
Cần Thơ xét duyệt cấp kinh phí thực hiện, hiện đề tài đang chuyển giao các bếp đốt
xuống các hộ dân sử dụng (chưa công bố kết quả chính thức), tuy nhiên đề tài này chỉ
nẳm ở mức độ hoá khí dạng thô, không cần lọc sạch và làm nguội, quy mô nhỏ,
chuyên sử dụng trong các hộ gia đình của đồng bằng sông Cửu Long.
- Cũng trong năm 2010, Công ty cổ phần Vinasilic (Tp Vũng Tàu) đã nghiên
cứu và sản xuất ra một loại bếp khí hóa Biomass mới, với nhiên liệu là các phụ phẩm
trong nông nghiệp bao gồm vỏ trấu, rơm rạ hay phế liệu từ gỗ như mùn cưa, củi vụn.
Nguyên liệu ban đầu khá đa dạng, có thể được băm nhỏ hoặc viên để khí hóa. Nhiệt độ
của ngọn lửa đốt có thể lên tới 700oC, đảm bảo cấp nhiệt cho quá trình đun nấu thông
thường [71].
- Công ty cổ phần chế tạo máy Dzĩ An, Bình Dương là nơi đã sớm nhận ra vai
trò và tiềm năng ứng dụng công nghệ khí hóa Biomass để sản xuất điện năng tại Việt
Nam cũng như 1 số nước lân cận như Căm-pu-chia, Lào. Mới đây, Công ty này đã
nhập khẩu công nghệ khí hóa trấu từ Trung Quốc để lắp đặt 1 nhà máy sản xuất điện
tại Căm-pu-chia với công suất điện khoảng 3 - 4 MW. Tuy nhiên, cho đến nay, Công

11

ty vẫn đang gặp nhiều khó khăn về vận hành và khai thác thiết bị (vấn đề về hắc ín,
đồng bộ việc kết nối với động cơ – máy phát).
Nhận xét: Từ tình hình nghiên cứu và ứng dụng về khí hóa Biomass để sản
xuất năng lượng trong nước hiện nay cho thấy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ
khí hóa Biomass ở Việt Nam để phát điện còn rất hạn chế. Hiện nay, việc ứng dụng
công nghệ này chỉ chủ yếu tập trung vào lĩnh vực cung cấp nhiệt và đun nấu hộ gia
đình, trong sản xuất điện năng thì còn rất mới và hầu như chưa có nghiên cứu ứng
dụng nào đáng kể, một vài hệ thống đang nghiên cứu thử nghiệm hiện nay đều là nhập
khẩu. Tình hình nghiên cứu ứng dụng và các công trình công bố trong và ngoài nước
cho thấy việc nghiên cứu phát triển hệ thống khí hóa Biomass để sản xuất năng lượng
ở Việt Nam là rất cần thiết và ở quy mô nhỏ là hoàn toàn phù hợp. Tuy nhiên hướng
nghiên cứu cần tập trung là tiếp thu công nghệ đồng thời cải tiến và phát triển để khắc
phục những tồn tại của công nghệ này hiện nay đó là: i) giảm thiểu hắc ín và có đặc
tính vận hành ổn định đáp ứng yêu cầu để có thể vận hành trực tiếp cho các hộ tiêu thụ
như động cơ đốt trong, tua bin khí, pin nhiên liệu…; ii) có thể sử dụng đa dạng các
loại Biomass, để tận dụng tối đa nguồn Biomass sẵn có tại địa phương; iii) vận hành
đơn giản và chi phí đầu tư thấp.
1.2.3. Các công trình công bố có liên quan trực tiếp đến đề tài trên thế giới
Mặc dù công nghệ khí hóa Biomass đã phát triển từ khá lâu, tuy nhiên để sản
xuất khí sản phẩm sử dụng cho mục đích năng lượng chất lương cao thì hắc ín sinh ra
trong quá trình khí hóa vẫn là một trong những tồn tại lớn nhất để thương mại hóa
công nghệ này và việc nó vẫn đang được rất nhiều nước quan tâm và nhiều tác giả
nghiên cứu. Tuy nhiên, với sản xuất năng lượng quy mô nhỏ, việc xử lý hắc ín chủ yếu
tập trung vào phương pháp đốt và phân hủy nhiệt, đã có một số công trình công bố
đáng chú ý như:
- Jindrich Sulc và công sự năm 2012 [37] đã nghiên cứu phát triển lò khí hóa
Biomass thành hai buồng riêng biệt dựa trên ý tưởng của Nikolaisen trường đại học kỹ

thuật Đan Mạch và đã nghiên cứu thực nghiệm với nhiên liệu là gỗ, kết quả cho thấy
hàm lượng hắc ín chỉ còn khoảng 135 mg/kg gỗ. Tuy nhiên tỷ số ER là 0,71 và nhiệt
trị của khí sản phẩm chỉ còn khoảng 3,15 MJ/m3. - Luisa Burhenne và cộng sự năm


12

2013 [43] cũng đã xây dựng một hệ thống khí hóa gỗ nhiều cửa cấp gió, không có thót,
quy mô phòng thí nghiệm với công suất 50 kW, đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ
vùng phân hủy hắc ín, thí nghiệm cho thấy hàm lượng 10 hắc ín bị ảnh hưởng bởi
nhiệt độ vùng phân hủy và chiều cao của vùng này, kết quả cho thấy hàm lượng hắc ín
có thể đạt dưới 50 mg/m3 và nhiệt trị dao động từ 4,5 - 5,5 MJ/m3.
- Bui Tuyen và cộng sự [62] một trong những người đầu tiên phát triển công
nghệ khí hóa Biomass nhiều cấp gió dựa trên ý tưởng của Nikolaisen nhưng đã cải
tiến, thiết bị khí hóa chỉ còn một buồng duy nhất, năm 1994 đã công bố kết cấu buồng
khí hóa hai cửa cấp gió, kết quả cho thấy lượng hắc ín giảm 40 lần so với khí hóa một
cửa cấp gió và chỉ còn khoảng 50 mg/m3.
- P. Raman và cộng sự năm 2013 [53, 54] cũng đã công bố các kết quả về phát
triển công nghệ khí hóa Biomass với hai cửa cấp gió, không có thót đồng thời tận dụng
nhiệt thải để gia nhiệt không khí cấp vào lò để cải thiện hiệu suất lò và kết quả là hàm
lượng hắc ín đạt dưới 100 mg/m3, hiệu suất đạt tới 89%.
- Bhattacharya và công sự [20, 21] cũng đã công bố những kết quả nghiên cứu
phát triển hệ thống khí hóa Biomass với ba cửa cấp gió và hai vùng cháy chính đồng
thời kết nối trực tiếp với động cơ – máy phát, kết quả là hàm lượng hắc ín giảm chỉ
còn 19 - 34 mg/m3 và khí sản phẩm thay thế diesel tỷ lệ cao nhất lên đến 81%.
- Zhongqing Ma và công sự [70] năm 2012 đã công bố kết quả nghiên cứu thực
nghiệm trên hệ thống khí hóa hai cửa cấp gió vận hành liên tục kết hợp với động cơ –
máy phát với những cải tiến ở vùng nhiệt phân (thiết bị phá tảng) và vùng ghi lò kết
hợp với hệ thống phụ trợ làm sạch khí, công suất lên đến 190 kW điện. Đây được xem
là một hệ thống khá hoàn thiện có triển vọng thương mại hóa trong tương lai, tuy

nhiên trường nhiệt độ và quá trình vận hành ổn định là khá khó khăn vì vùng cháy
thường bị dịch chuyển lên hoặc xuống rất nhạy cảm với quá trình cấp liệu và thải xỉ.
- Kittipong Jaojaruek và cộng sự [41] năm 2011 cũng đã công bố kết quả
nghiên cứu khí hóa gỗ thông trên hệ thống khí hóa Biomass hai cấp cải tiến, có sự kết
hợp giữa lò khí hóa hai cửa cấp gió vận hành kiểu lai ghép ngược chiều và thuận
chiều, đồng thời tuần hoàn khí khí sản phẩm. Kết quả cho thấy với lò khí hóa hai cấp


13

cải tiến thì hàm lượng hắc ín giảm còn dưới 45 mg/m3, và khí sản phẩm có thể cấp trực
tiếp cho động cơ đốt trong và hiệu suất tổng của chu trình đạt 14%.
- Juan Daniel Martinez và công sự [38] năm 2011 cũng đã công bố một số kết
quả nghiên cứu thực nghiệm về đánh giá ảnh hưởng của chế độ vận hành đến chất
lượng khí sản phẩm trên hệ thống khí hóa Biomass hai cửa cấp gió, các kết quả thực
nghiệm cho thấy lò khí hóa nhiều cấp giúp cải thiện hắc ín và tỷ lệ cấp không khí hợp
lý giúp cải thiện hiệu suất lò.
- Daya Ram Nhuchhen và P. Abdul Salam [29] năm 2012 cũng đã nghiên cứu
thực nghiệm trên hệ thống khí hóa Biomass hai cấp kết hợp với động cơ dựa trên một
số cải tiến và phát triển từ hệ thống khí hóa của Bhattacharya, kết quả cho thấy có thể
sử dụng trực tiếp khí sản phẩm từ thiết bị khí hóa Biomass để thay thế diesel và hiệu
suất tổng có thể đạt tới 13,86%.
- Ana Lisbeth Galindo và công sự năm 2014 cũng đã công bố những nghiên cứu
về ảnh hưởng của điều kiện vận hành đến chất lượng khí sản phẩm trên hệ thống khí
hóa Biomass hai cửa cấp gió và kết quả cho thấy khí hóa hai cửa cấp gió cho phép
giảm hàm lượng hắc ín trong khí sản phẩm lên đến 87%.
- Stafan Hamel và cộng sự năm 2007 [59] và Hofbauer cũng dựa trên ý tưởng
khí hóa nhiều cấp để phát triển lò khí hóa lớp sôi tuần hoàn để khử hắc ín.
- Ngoài ra còn có một số công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố
vận hành, kích thước nhiên liệu, thời gian lưu liệu đến quá trình khí hóa Biomass trên

hệ thống khí hóa thuận chiều thuần túy như Z.A Zainal [68], Van De Steen và Juan
J.Hernandez [40]. Hay một số nghiên cứu về đặc tính vận hành của động cơ và phát
thải khi vận hành ở 11 chế độ lai ghép diesel và khí sản phẩm (dual fuel) như M.
Barrio và cộng sự [19], Vinay Shrivastava và cộng sự [64,65], Somrat Kerdsuwan và
cộng sự [58].
Nhận xét: Từ các kết quả nghiên cứu trên cho thấy, các nghiên cứu hướng tới
sản xuất điện năng công suất nhỏ gần đây vẫn chủ yếu tập trung vào việc xử lý và
giảm thiểu hắc ín bằng phân hủy nhiệt, đã có những công nghệ được minh chứng là có
thể giảm thiểu được hắc ín xuống mức cho phép để vận hành trực tiếp cho động cơ đốt


14

trong ở quy mô phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, tính ứng dụng chưa cao như: Hàm lượng
hắc ín thấp nhưng chỉ trong điều kiện thí nghiệm, vận hành rất phức tạp, và tính ổn
định trong vận hành chưa cao, nên khi đưa vào ứng dụng thực tế còn nhiều tồn tại,
chưa sử dụng được đa dạng các loại Biomass trong thực tế đặt ra.
1.2.4. Nghiên cứu ứng dụng tại một số quốc gia trên thế giới
Với giá dầu hiện nay và xu hướng trong tương lai, cộng với nhu cầu năng lượng
gia tăng đột biến nên rất nhiều nước đã đẩy mạnh nghiên cứu và phát triển công nghệ
này ở dải công suất vừa và nhỏ, điển hình là Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ, Thái Lan
vì nếu so sánh giá thành 1 kW điện sản xuất từ khí hóa Biomass vẫn rẻ hơn sản xuất từ
diesel. Do đó, công nghệ khí hóa Biomass sản xuất năng lượng quy mô nhỏ được xem
là rất tiềm năng cho các nước đạng phát triển ở châu Á. Theo báo cáo của IEA năm
2002 lần lượt khoảng 59,2% và 37,8% tổng dân số ở Nam Á và Đông Nam Á không
được sử dụng điện, báo cáo cũng cho thấy ở một số nước kém phát triển như tại
Myanmar và Nepal tỷ lệ điện khí hóa đạt rất thấp lần lượt chỉ khoảng 5% và 15%.
Việc cải thiện tình trạng thiếu điện là vấn đề sống còn trong phát triển kinh tế - xã hội
đặc biệt đối với những vùng xa xôi hẻo lánh. Những nghiên cứu phát triển gần đây của
Ấn Độ cho thấy ứng dụng công nghệ khí hóa Biomass kết hợp động cơ để sản xuất

điện quy mô nhỏ đang một trong những là giải pháp hữu hiệu cho những vùng nông
thôn, vùng chưa có điện lưới [57].
a) Tại Trung Quốc
Sau chiến tranh thế giới thứ 2 Trung Quốc là một trong số ít quốc gia tiếp tục
phát triển công nghệ khí hóa Biomass để sản xuất điện năng, có rất nhiều nhà máy sản
xuất năng lượng từ khí hóa Biomass với công suất điện 15 - 200 kW chủ yếu sử dụng
nhiên liệu trấu và phụ phẩm. [33, 69] Khí hóa Biomass hiện nay được sử dụng vào
nhiều mục đích khác nhau như: cấp nhiệt, sấy, đốt lò hơi và sản xuất điện [38].
Bảng 1.1 Ứng dụng khí hóa Biomass ở quy mô vừa và nhỏ tại Trung Quốc [38]
Ứng dụng
Đun nấu
Sấy gỗ

Công suất

Số lượng lò

100 – 1.000 kW

164

100 - 500 kW

370