Nghiên cứu và đánh giá hệ thống máy phát điện sử dụng biogas từ chất thải trang trại heo

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

TRẦN MINH TIẾN

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN
SỬ DỤNG BIOGAS TỪ CHẤT THẢI
TRANG TRẠI HEO
Chuyên ngành : Kỹ thuật ô tô – máy kéo

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2010


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS HUỲNH THANH CÔNG

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS. TS. PHẠM XUÂN MAI

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp.HCM
ngày 23 tháng 7 năm 2010.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. PHẠM XUÂN MAI
2. PGS. TS. NGUYỄN VĂN PHỤNG
3. TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG

4. TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI
5. TS. HUỲNH THANH CƠNG
6. TS. TRỊNH VĂN CHÍNH
Xác nhận của chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ môn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT GIAO THƠNG
----------------

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày

tháng 7 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN MINH TIẾN

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 03/07/1985

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo

MSHV: 01308289

1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu và đánh giá hệ thống máy phát điện sử dụng biogas từ chất
thải trang trại heo”.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Nghiên cứu tổng quan về tình hình sử dụng khí gas sinh học (biogas) tại Việt Nam và Thế Giới. Cơ sở
lý thuyết và khả năng ứng dụng bigogas làm nhiên liệu. Nghiên cứu đề xuất phương án hợp lý sử dụng
biogas làm nhiên liệu động cơ đốt trong. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống lọc biogas. Nghiên
cứu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm hệ thống điện tử linh hoạt điều tốc động cơ. Nghiên cứu thiết kế,
chế tạo và lắp đặt hệ thống máy phát điện dùng biogas. Thực nghiệm đánh giá đặc tính của hệ thống
phát điện và thông số vận hành và đặc tính phát thải (cơng suất, ơ nhiễm…) của động cơ sử dụng sử
dụng biogas.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 22/6/2009
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02/7/2010
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. HUỲNH THANH CÔNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. HUỲNH THANH CÔNG

PGS. TS. PHẠM XUÂN MAI

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày…… tháng…… năm………
TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO – SĐH

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG


LỜI CÁM ƠN
Để luận văn hoàn thành đúng tiến độ và đạt kết quả tốt, ngoài sự cố gắng của bản
thân, em xin chân thành cám ơn tất cả các thầy, cơ, các bạn sinh viên trong Bộ mơn,
Phịng thí nghiệm động cơ đốt trong đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em thực hiện
luận văn này. Đặc biệt em xin cảm ơn thầy Huỳnh Thanh Công đã cung cấp những tài
liệu quan trọng và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Em đã cố gắng hết sức để hoàn tất luận văn một cách tốt nhất có thể nhưng do
kiến thức và kinh nghiệm của em cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những sai sót. Em
rất mong sẽ nhận được sự đóng góp, chia sẻ ý kiến của q thầy cơ cùng các bạn để đề
tài có thể phát triển ở mức cao hơn.
Em xin chân thành cám ơn !
Học viên thực hiện

Trần Minh Tiến


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Hiện nay, trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng, ba vấn đề lớn đã và
đang đặt ra cho các nhà khoa học như: (1) sự cạn kiệt về các nguồn cung cấp tạo ra năng
lượng truyền thống, (2) sự phát thải ô nhiễm ra môi trường từ các phương tiện giao thông,
và (3) chi phí sử dụng cho năng lượng gia tăng. Trong đó, tốc độ sử dụng năng lượng có
nguồn gốc từ dầu mỏ ngày càng lớn trong khi trữ lượng ngày càng khan hiếm. Các nguồn
cung cấp dầu thô chỉ thu gọn trong các khu vực có tranh chấp hoặc các quốc gia có nền
chính trị khơng ổn định. Kết quả là chi phí cho sử dụng nhiên liệu gia tăng nhanh chóng.
Ngồi ra, tại Việt Nam, các chất thải độc hại phát ra từ động cơ của các phương tiện
tham gia lưu thơng và các động cơ tĩnh tại có chiều hướng gia tăng trong khi các giải

pháp bền vững nhằm giải quyết các vấn đề trên là chưa có hoặc chưa triệt để. Đây chính
là thách thức lớn cho ngành năng lượng nói chung và cho các nhà khoa học nghiên cứu
về động cơ đốt trong nói riêng; làm sao tìm kiếm các nguồn năng lượng mới, sạch, và ổn
định nhằm thay thế nguồn năng lượng truyền thống.
Trong các dạng năng lượng mới có khả năng thay thế, năng lượng sinh học (hay tái
tạo) như: biogas, biodiesel, bioethanol,...Trong đó, khí sinh học (biogas) là có nhiều khả
năng ứng dụng thực tế làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong nhất vì nguồn ngun liệu
(thơ) cung cấp là dồi dào và ổn định; nhất là ở Việt Nam.
Đề tài này nhằm nghiên cứu về hệ thống máy phát điện sử dụng biogas tái tạo từ
chất thải của trang trại heo. Biogas được sinh ra từ quá trình phân hủy yếm khí của chất
thải các trại heo, sau đó được xử lý và được đưa vào sử dụng cho động cơ đốt trong.
Nếu đề tài thành cơng thì sẽ góp phần vào việc tiết kiệm chi phí so với việc sử dụng
năng lượng truyền thống như xăng; dầu, đồng thởi giải quyết việc ơ nhiễm đất; nước;
khơng khí xung quanh các khu vực chăn nuôi.
Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là nghiên cứu về động cơ biogas lắp trên các
phương tiện giao thông vận tải.


MỤC LỤC
Chƣơng 1 : TỔNG QUAN………………………………………………….…..….1
1.1 Giới thiệu chung……...………………………………………….….….1
1.1.1 Khí biogas
1.1.2 Động cơ
1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng biogas hiện nay ………………….2
1.2.1 Thế giới……………………………………………….……....2
1.2.2 Việt Nam…………………………………………….………..8
1.3 Giới thiệu về đề tài nghiên cứu……………………………..…….….18
1.4 Lý do thực hiện đề tài………………………………………..……….19
1.5 Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu………………………….….….....19
1.6 Nội dung nghiên cứu ………………………………….…….………...20

1.7 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài……………………………….….…...….23
Chƣơng 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT……………………………………………….25
2.1 Lý thuyết về biogas……………………………………...…………….25
2.1.1 Định nghĩa biogas……………………………………………25
2.1.2 Thành phần của biogas……………………………….……...25
2.1.3 Tính chất của biogas…………………………..……………..25
2.1.4 Biogas dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong…………30
2.2 Lý thuyết về động cơ sử dụng biogas……………………………...…31
2.2.1 Động cơ biogas…………………………………………..…..31
2.2.2 Các bộ phận chính………………………………………..…..38
2.2.3 Nghiên cứu chuyển đổi động cơ sang sử dụng biogas……....41
2.3 Lý thuyết hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu……………………………….43
2.3.1 Phương pháp hòa trộn trước……………………………..…..43
2.3.2 Phương pháp hoàn trộn sau…………………………….……50


Chƣơng 3 : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN………………………...52
3.1 Các phƣơng án sử dụng biogas làm nhiên liệu cho
động cơ đốt trong……………………………………………………...51
3.2 Chọn công suất máy phát điện phù hợp với trang trại… ….………54
3.3 Thơng số đặc tính của động cơ thực hiện đề tài...………………..….59
3.4 Thông số kỹ thuật của máy phát điện…………………….……….....61
3.5 Thực hiện chuyển đổi……………………………………………..…..61
3.6 Phƣơng án điều khiển hệ thống nhiên liệu ………………………….62
Chƣơng 4 : NGHIÊN ỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MÁY
PHÁT ĐIỆN CHẠY BIOGAS………………………………………………...…64
4.1 Chọn bộ trộn biogas……………………………………………..…….64
4.2 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ điều tốc điện tử..…………..……65
4.2.1 Bộ điều tốc cơ khí……………………………………………65
4.2.2 Bộ điều tốc điện tử………………………….………………..66

4.2.3 Chọn phương pháp điều khiển………………………………68
4.2.4 Sơ đồ q trình xử lý………………………………………...74
4.2.5 Thuật tốn PID……………………………………………….75
4.2.6 Chọn cơ cấu chấp hành……………………………………....76
4.3 Nghiên cứu thiết kế hệ thống lọc ………………………………..……79
4.3.1 Những vấn đề trong quá trình hoạt động của động cơ
biogas………………………………………………………...79
4.3.2 Sự cần thiết của hệ thống lọc……………………...…………81
4.3.3 Quá trình xử lý biogas……………………………………….81
4.3.4 Hệ thống lọc sau khi thiết kế…………………………...……91
4.3.5 Phương pháp cải tiến lưu trữ biogas…………………………92


Chƣơng 5 : THỬ NGHIỆM VÀ ĐƢA VÀO VẬN HÀNH HỆ THỐNG……...94
5.1 Thiết bị thử nghiệm................................................................................94
5.2 Sơ đồ, điều kiện và trình tự thử nghiệm……………………………..99
5.3 Kết quả thí nghiệm và bàn luận kết quả………………….………..101
5.3.1 Thí nghiệm 1: xác định sự thay đổi của các thơng số làm việc
và đặc tính khi tải thay đổi ………………………….….…101
5.3.1.1 Ảnh hưởng của sự thay đổi tải đến thơng số làm việc và
đặc tính của động cơ sử dụng biogas………………..101
5.3.1.2 Xác định đặc tính làm việc của máy phát điện …….110
5.3.1.3 Khả năng đáp ứng của bộ điều tốc điện tử……….....111
5.3.2 Thí nghiệm 2: xác định ảnh hưởng của sự thay đổi thời điểm
đánh lửa đến sự phát thải ô nhiễm và các thông số vận hành
động cơ………………………………………………..…….113
5.3.2.1 Ảnh hưởng của thời điểm đánh lửa tới nồng độ NOx
trong khí xả theo từng chế độ tải…………………....113
5.3.2.2 Ảnh hưởng của góc đánh lửa tới nồng độ HC.......…114
5.3.2.3 Ảnh hưởng của góc đánh lửa tới thơng số vận hành

động cơ………………..............……………………..115
5.3.2.4 Ảnh hưởng của thời điểm đánh lửa tới lưu lượng
biogas………………………….…………………….116
Chƣơng 6 : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

…..…117

6.1 Kết luận…………………………………………………………….….117
6.2 Hướng phát triển của đề tài…………………………………...……….118
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………..………119
PHỤ LỤC


CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1

Giới thiệu chung
Nhiên liệu biogas được sử dụng rộng rải trên thế giới như Trung Quốc, Nhật

Bản, Đức, Mỹ v.v… Năng lượng này được các nhà nghiên cứu lấy từ các chất thải của
con người, động vật và rác thải; tạo ra trong môi trường hiếm khí sẽ cho ta lượng khí
biogas. Trong hỗn hợp khí này, thành phần của CH4 chiếm khối lượng lớn khoảng 60%
thể tích. Đây là nguồn năng lượng dùng làm chất đốt thay thế cho nhiên liệu truyền
thống; phục vụ cho sinh hoạt của con người trong công nghiệp, nông nghiệp, giao
thông vận tải v.v… rất hiệu quả giảm được chi phí và chủ động được nguồn nhiên liệu.
Khí phát thải không ô nhiễm môi trường và là nguồn năng lượng tiềm năng trong
tương lai.
Ở Việt Nam, đất đai rộng lớn, khí hậu ơn hồ, lượng lao động đơng đảo và
nhiều nông trang trại chăn nuôi. Biogas đang được các nước khác đầu tư khai thác và
phát triển ở Việt Nam và đang trên đường thử nghiệm cho động cơ đốt trong.

Hiện nay, động cơ cỡ nhỏ được sử dụng rất rộng rãi phục vụ đời sống xã hội của
các nước trên thế giới. Đặc biệt là đời sống các vùng nông thôn, động cơ cỡ nhỏ với giá
thành thấp, phù hợp với thu nhập của nông dân, phù hợp cho các nơng trang trại vừa và
nhỏ. Chính do những yếu tố này nên động cơ ngày càng tiếp cận gần hơn với đời sống
nông thôn và được chọn làm nguồn động lực chính phục vụ cho việc sản suất nơng
nghiệp.
Tại Việt Nam, do đặc thù về nền kinh tế nông nghiệp là chủ yếu nên động cơ có
cơng suất nhỏ được sử dụng rất rộng rãi tại các vùng nông thơn. Đây chính là nguồn
động lực chính trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa nơng thơn.

1


1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng biogas hiện nay
1.2.1 Thế giới
Cộng đồng châu Âu kêu gọi các nước trong khối thực hiện mục tiêu sử dụng 5,75%
nhiên liệu sinh học (bao gồm biogas, ethanol, biodiesel) vào năm 2010. Thụy Điển là
quốc gia đầu tiên ở châu âu triển khai dự án thí điểm “thành phố biogas”. Hiện, nước
này có khoảng 4.000 phương tiện cơng cộng chạy bằng biogas. Tại đây, cứ 10 trạm
bơm nhiên liệu thông thường sẽ có một trạm biogas. Chính phủ Thuỵ Điển đã đề ra các
chính sách thuế để đảm bảo giá biogas rẻ hơn 30% so với xăng.
Tại châu Á, Philippines có hơn 653 hệ thống biogas và 9 công ty chuyên xây dựng,
cung cấp thiết bị biogas. Từ biogas, Chính phủ Thái Lan đã sản xuất được 3.000MW
điện, đến năm 2011 sẽ sản xuất 8% năng lượng điện quốc gia bằng năng lượng tái
sinh... Nepal, Ấn Độ, Trung Quốc cũng là những quốc gia phát triển hệ thống biogas
khá mạnh. [1]

2

Hình 1.1: Một Trạm cung cấp Biogas ở Thụy Điển

3
4

2


Hình 1.2 :Xe bus chạy bằng nhiên liệu Biogas

Hình 1.3 :Tàu tốc hành chạy bằng Biogas
Các nhà khoa học Trung Quốc đã tiến hành thử nghiệm một phương pháp mới
trong xử lý rơm rạ từ lúa gạo. Đây sẽ là điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất biogas ở
đất nước này.
Lúa là một trong số những cây nông nghiệp cơ bản nuôi sống các vùng Nam và
Trung Á. Hàng năm, sau khi thu hoạch lúa về, trên các cánh đồng Trung Quốc còn tồn
đọng 230 triệu tấn rơm rạ. Rơm được sử dụng làm nguồn thức ăn cho gia súc, sưởi ấm
3


nhà ở, sản xuất giấy. Tuy nhiên, phần lớn trong số rơm rạ lại bị tiêu hủy, gây ô nhiễm
nghiêm trọng đến mơi trường sinh thái.
Những phần cịn lại của loài thực vật này là nguồn sản sinh ra nhiên liệu có triển
vọng, nhất là khí sinh học Biogas. Trước khi rơm rạ từ cây lúa chưa được sử dụng vào
nguồn lợi sản xuất ra nguồn nhiên liệu sinh học, các nhà khoa học cho rằng trong rơm
có khối lượng lớn polisacrarit và gỗ là những nguồn nguyên liệu khó phân hủy đối với
vi khuẩn.
Các chuyên gia nghiên cứu thuộc trường đại học Cơng nghệ Hóa học Bắc Kinh
đang thử nghiệm phương pháp xử lý rơm bằng natri hidrocid, mội loại dung dịch phổ
biến giống như môt loại kiềm ăn da. Tác động của natri hidrocid sẽ phá hủy một số mắt
xích tổ hợp sinh học khó phá vỡ, cho phép hợp chất trên dễ dàng bị tiêu hủy bởi vi
khuẩn. Tồn bộ q trình sản xuất gas sinh học sau xử lý natri hidrocid tăng từ 2764,5%. Trung Quốc vừa xây dựng 3 trạm xử lý rơm thì nghiệm. Hiện các nhà khoa

học đang tiến hành ứng dụng công nghệ ban đầu trong xử lý rơm và biogas sau này.[2]
Tại Châu Âu, Châu Úc và Châu Á quá trình phân hủy kị khí được lựa chọn để
xử lý chất thải có thành phần hữu cơ từ rác thải cơng nghiệp chẳng hạn như nhà máy
sản xuất bia, bột giấy hay thực phẩm được thể hiện ở hình bên dưới. Các mơ hình được
xây dựng có thời gian lưu thấp, thể tích bể ủ nhỏ hơn và tỷ lệ chịu tải cao hơn.

4


Visy Paper AD Plant, Brisbane,

Anheuser Busch Plant, St. Louis.

Kohn Kaen Brewery AD Plant, Thái Lan

Kirchstockach, Đức (BTA).

Trước khi biogas được sử dung làm nguyên liệu cho phát điện hoặc nhiệt, nó sẽ
được thu gom, bơm và lưu trữ trong thiết bị chứa gas. Số lượng gas được lưu giữ phụ
thuộc vào sự dao động của q trình sinh khí trong hầm ủ. Thiết bị chứa gas thích ứng
được với sự dao động đó và khơng cho phép khơng khí xâm nhập vào bên trong. Túi
chứa gas với lớp màng kép đáp ứng được những yêu cầu trên, thêm vào đó là những
tiện ích khác như hiệu quả hoạt động được đảm bảo, thời gian sử dụng lâu, dễ dàng lắp
đặt và mức độ an toàn cao. Chi tiết của túi chứa gas được thể hiện trong hình sau đây.

5


Hình 1.4: Cấu tạo của túi chứa khí với lớp màng kép.
Túi chứa gas với lớp màng kép bao gồm có 3 lớp màng có độ bền cao tạo thành

hình dáng của túi chứa. Một chiếc đai bằng thép mạ kẽm gắn chặt các lớp màng vào
nền móng bê tơng cốt thép. Lớp màng đáy sẽ bịt kín những lỗ trống ở phần đáy. Lớp
màng ở bên trong có nhiệm vụ lưu giữ gas, phụ thuộc vào công suất chứa, độ căng của
nó sẽ tăng lên hoặc giảm đi. Lớp màng ở bên ngoài giữ cho độ căng của túi ở dưới một
mức độ cho phép bằng một bơm cấp khí có van chống nổ. Như vậy lớp màng ở bên
ngồi có khả năng chịu đựng chống lại những thay đổi do thời tiết cũng như các yếu tố
xấu khác, cấu trúc ổn định và bảo vệ lớp màng bên trong túi chứa gas. Thêm vào đó
van an tồn bảo vệ hệ thống khi áp suất lên quá cao.
Hàng trăm túi chứa khí với lớp màng kép đang được sử dụng và hoạt động một
cách an toàn trên thế giới, thậm chí ở những nơi có điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Hai

6


lớp màng được thiết kế đặc biệt chống lại tia UV, sự thay đổi của thời tiết khắc khiệt.
Kết cấu nằng Polyester làm cho túi chứa khí biogas có độ bền cao.
Các túi khí có thể liên kết với nhau để tạo khả năng lưu trữ lớn.

Hình 1.5: Mơ hình nhiều túi chứa
biogas
Biogas được lọc sạch và nén vào bình ở áp suất cao, hóa lỏng. Lượng gas này có thể
trữ lâu, thể tích chiếm chỗ nhỏ và dễ dàng di chuyển và sử dụng. Phương pháp này sử
dụng những thiết bị kỹ thuật cao; do đó giá thành cũng tăng theo. Phương pháp này
được sử dụng rất phổ biến ở các nước trên thế giới.

7


Hình 1.6: Hệ thống nén biogas cỡ nhỏ dùng cho các
trang trại

Hình 1.7: Hệ thống nén, trữ biogas theo cơng nghiệp ở Westfaalse Ahlen

1.2.2 Việt Nam
Đặc thù vẫn còn là nền kinh tế nông nghiệp, biogas đã trở nên quen thuộc với
người dân nông thôn nước ta hơn 10 năm nay. Theo GS.TSKH Bùi Văn Ga, Giám đốc
8


Trường Đại học Đà Nẵng: “Hiện, biogas ở nước ta chủ yếu sử dụng để đun nấu. Thế
nhưng, với khoảng 75 % dân số sống ở nông thôn, chúng ta cần nguồn năng lượng lớn
để tạo ra cơ năng phục vụ sản xuất và đời sống. Việc sử dụng biogas để chạy động cơ
đốt trong sẽ góp phần đáng kể trong việc giải bài tốn năng lượng và mơi trường ở
nông thôn”.
Biogas được sinh ra từ chất thải hữu cơ và nó hồn tồn khơng ảnh hưởng gì
đến vấn đề an ninh lương thực. Sử dụng biogas không chỉ giải quyết vấn đề năng
lượng, mà cịn giảm thiểu ơ nhiễm môi trường. Đây là nguồn năng lượng tái sinh làm
giảm hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển.Đây là nguồn năng lượng rất dồi dào. Cần
tập trung nghiên cứu sử dụng các loại năng lượng tái sinh, năng lượng thay thế, trong
đó đặc biệt quan tâm đến năng lượng biogas ở khu vực nông thôn. Cần nghiên cứu
nhiều tác dụng của biogas như đun nấu, chạy các động cơ để phát điện sử dụng cho các
máy móc trong nơng nghiệp như xay xát, bơm nước và nhiên liệu cho các loại xe tải
nhỏ, xe máy. Tuy nhiên, để ứng dụng các nguồn nhiên liệu mới, Nhà nước phải hỗ trợ
giá cho người dân trong thời gian đầu để họ quen dần loại nhiên liệu này.

Hình 1.8: Ứng dụng khí biogas cho mục đích nấu nướng và thắp sáng tại Việt Nam

9

Thông qua sự hợp tác giữa Việt Nam và Hà Lan, đã có khoảng 27.000 cơng
trình biogas được xây dựng ở 24 tỉnh, thành. Dự kiến, năm 2010 sẽ tăng lên 167.000
cơng trình tại 50 tỉnh, thành, thay thế khoảng 200.000 tấn củi hoặc phế thải nơng
nghiệp/năm. Ơng Ga tính toán: “Một hầm biogas tiết kiệm được khoảng 2,3 tấn củi
đun, tương đương 0,03ha rừng/năm. Các cơng trình biogas đã góp phần giảm thiểu
107.000 tấn CO2, tiết kiệm 13.000 tấn than, gần 3.300 tấn dầu, 208.022 bình gas,...”.
Kỹ sư Tơ Bảo Thạch, Phó giám đốc Trung tâm Tư vấn Năng lượng Việt Nam
nhận định: “Định hướng của ngành năng lượng Việt Nam là ứng dụng nguồn năng
lượng tái tạo và sạch, giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong đời sống xã hội và quá
trình sản xuất điện năng”. [3]

Hình 1.9 : Mơ hình biogas và túi PE chứa Biogas
Các nghiên cứu gần đây thực hiện tại Việt Nam [4] [5]
Ngày 29/12/2009, ThS Lê Thị Kim Oanh, ĐH Văn Lang, TP HCM vừa thử
nghiệm thành công việc chuyển đổi động cơ máy phát điện chạy diesel sang chạy hỗn
10


hợp biogas-diesel. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã thực hiện việc chuyển đổi và thử
nghiệm trên trên hai loại động cơ: động cơ cỡ nhỏ một xilanh và động cơ cỡ trung bình
nhiều xilanh. Qua thử nghiệm lần một và hai, cho thấy khả năng tiếp nhận tối đa biogas
của máy phát điện chạy kết hợp biogas-diesel thử nghiệm là 90% biogas, 10% diesel.
Theo ThS Kim Oanh, máy phát điện chạy bằng hỗn hợp biogas-diesel hồn tồn
có thể ứng dụng được cho hầm ủ biogas từ phân heo hoặc tinh bột khoai mì hiện có
nhiều ở Việt Nam. Chi phí phát điện cao hơn loại máy phát vận hành bằng 100%
biogas nhưng máy chạy kết hợp biogas và diesel có những ưu điểm như: giá thành đầu
tư thấp hơn, khả năng vận hành được ở nồng độ khí metan (thành phần chính trong
biogas) thấp hơn 50% và có khả năng vận hành với 100% diesel.
Quy mơ thử nghiệm của nhóm nghiên cứu được áp dụng với hệ thống xử lý rác
theo mẻ, gồm 25 mô đun vận hành liên tục, trong 5 năm có thể hồn vốn. Với chuyển

đổi động cơ máy phát điện chạy diesel sang chạy hỗn hợp biogas và diesel, khí metan
sẽ được thu hồi và giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Trung bình lượng điện có
thể thu hồi là 336 kwh một tấn chất thải hữu cơ và nhờ đó giảm phát thải khoảng 100
m3 khí metan vào mơi trường.
Từ năm 2008 đến năm 2010, Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo, Viện Khoa
học Năng lượng đã tiến hành thực hiện dự án “ Hồn thiện cơng nghệ và xây dựng hầm
Biogas quy mơ hộ gia đình cho khu vực nơng thơn chăn nuôi tập trung ở tỉnh Hà Nam
” với mục tiêu nắm bắt, hồn thiện và cải tiến cơng nghệ phù hợp với điều kiện nơng
thơn Việt Nam, từ đó nâng cao hiệu qủa sản xuất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong
chăn nuôi và cải thiện đời sống của bà con nông dân. Đây là dự án sản xuất thử nghiệm
do Viện Khoa học Năng lượng, Viện KHCNVN chủ trì và ơng Trần Khắc Tuyến,
Giám đốc Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo làm chủ nhiệm. [6]

11


Về ngun lý, mơ hình hệ thống hầm Biogas do Trung tâm Năng lượng mới và
tái tạo sản xuất và triển khai có một số thay đổi so với các loại hầm truyền thống khi bể
điều áp được phân thành hai phần riêng biệt là ngăn điều áp và ngăn thải cặn.
So với những mơ hình Biogas đang được lưu hành hiện nay, hệ thống hầm
Biogas quy mơ gia đình này có một số điểm ưu việt:
- Thi cơng đơn giản;
- Có kết cấu bền vững, bảo đảm chống dị rỉ nước và khí do được tăng cường
bằng keo chống thấm, vì thế tăng khả năng sinh khí;
- Có khả năng tự tống cặn bã nên không bị ùn tắc cặn, có khả năng tự phá váng
bề mặt;
- Mức độ sinh khí nhanh, sản lượng khí cao, ổn định trong mọi điều kiện thời
tiết;
- Thiết bị khử H2S tiên tiến đã nâng cao chất lượng Biogas, làm tăng tuổi thọ
của thiết bị sử dụng như bếp, nồi cơm, đèn...

- Diện tích chiếm đất nhỏ, tiết kiệm nhân cơng;
- Giúp bảo vệ sức khoẻ con người, tiêu diệt vi trùng gây bệnh.
- Các thiết bị sử dụng khí đồng bộ và chuyên dụng nên bảo đảm độ tin cậy;
- Dịch vụ hậu mãi hồn thiện. Bảo hành Hầm sinh khí, bể điều áp trong 10 năm.
Bảo trì, bảo dưỡng hệ thống trong 15 năm.

12


- Thiết bị đo áp lực, bếp đun, đèn, ấm đun siêu tốc, bình tắm nóng lạnh, máy
phát điện được chế tạo chuyên dụng cho Biogas.
Ngay sau khi nghiệm thu kỹ thuật, Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo đã
chính thức bàn giao hầm Biogas cho hộ gia đình sử dụng và bảo quản. Kết quả theo dõi
vận hành bước đầu cho thấy khả năng sinh khí rất tốt, đồng hồ áp lực luôn ở mức 12-13
kPa (1Pa ~N /m2), ứng với nhiệt độ ngoài trời dao động từ 25-34C. Ngồi cung cấp
chất đốt cho đun nấu, cịn phải kể đến hiệu quả về mặt xã hội và bảo vệ mơi trường.
Đến nay, mơ hình hầm Biogas quy mơ hộ gia đình do Trung tâm Năng lượng
mới và tái tạo, Viện Khoa học Năng lượng hoàn thiện đã được xây dựng và chuyển
giao công nghệ trên các huyện như Bình Lục, Thanh Liêm, Kim Bảng, Lý Nhân, Duy
Tiên với tổng số 100 hầm.

Hình 1.10: Mơ hình hầm biogas
Theo điều tra, đánh giá của các huyện, đến nay những hầm xây dựng đã đưa vào
sử dụng, hoạt động cho kết qủa cao. Tất cả các hộ gia đình được xây lắp và chuyển
13


giao công nghệ hầm biogas cải tiến đều nắm bắt dược công nghệ và vận hành, sử dụng
một cách thuần thục.
Ngồi ra, trong q trình triển khai, với sự hướng dẫn nhiệt tình của cán bộ triển

khai, nhiều đội thợ đã được tập huấn, học hỏi và có thể tự xây dựng lắp đặt được mơ
hình biogas cải tiến của dự án.

Hình 1.11: Quá trình làm hầm biogas cải tiến
Một nghiên cứu thành công của GS-TSKH Bùi Văn Ga [7] và các cộng sự ở
khoa cơ khí giao thơng (Trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng) và Trung tâm Nghiên cứu
bảo vệ môi trường (ĐH Đà Nẵng) đã giúp các chủ trang trại chăn nuôi ở Đà Nẵng, Gia
Lai, Thái Nguyên… tận dụng biogas làm nhiên liệu thay thế xăng dầu chạy động cơ để
biến thành điện năng phục vụ chăn ni và góp phần bảo vệ mơi trường.
Đó là bộ phụ kiện vạn năng lắp vào các động cơ để nguồn biogas luôn ổn định,
làm tốc độ động cơ không thay đổi nên tạo ra nguồn điện ít biến đổi. Đặc biệt, với bộ
phụ kiện này thì động cơ linh hoạt chuyển đổi nhiên liệu sử dụng từ dầu mỏ sang
biogas và ngược lại.

14


Việc chuyển đổi động cơ đốt trong chạy bằng xăng dầu sang chạy bằng biogas
có thể thực hiện được theo các phương án : Chỉ chạy bằng biogas hay có thể chạy bằng
hai nhiên liệu biogas/xăng dầu.
Theo nghiên cứu của nhóm tác giả GS.TSKH Bùi Văn Ga, Lê Minh Tiến (Đại
học Đà Nẵng) và Lê Xuân Thạch (Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Tuy Hịa, Phú n)
thì để cải tạo động cơ chạy bằng xăng dầu sang chạy bằng biogas có thể sử dụng bộ
phụ kiện (tránh dùng các từ như thế này nhé) GATEC – 20 và GATEC – 21.

Hình 1.12: Gatec 20 và Gatec 21
Các bộ phận phụ kiện này có thể giúp chuyển đổi động cơ tĩnh cỡ nhỏ từ chạy
bằng xăng sang chạy bằng khí biogas một cách dễ dàng. Điều này sẽ hỗ trợ đắc lực
cho các hộ chăn nuôi, các nông trại, trang trại nhỏ trong việc thay thế nhiên liệu xăng
bằng cách tận dụng khí nguồn biogas dồi dào từ các loại chất thải nông nghiệp, gia

súc… cho các động cơ như máy bơm nước, máy phát điện, máy xay xát, máy lạnh để
bảo quản sản phẩm nông nghiệp…và kể cả vận hành xe nơng dụng, chở hàng…
Theo GS-TSKH Bùi Văn Ga, ngồi việc dùng thay thế chất đốt thì việc tận dụng
15


khí biogas để vận hành các loại máy bơm, máy phát điện loại nhỏ cũng từng được
nhiều người tiến hành, nhưng do khơng thể điều tiết hợp lý lượng khí nên thường dẫn
tới hỏng máy hoặc hụt tải. Nhóm nghiên cứu do ơng chủ trì đã đưa thêm bộ điều tốc tự
động điều khiển van khí biogas cho các loại máy động cơ cỡ nhỏ. Nhờ vậy, các hộ gia
đình, trang trại… có hầm khí biogas sẽ dễ dàng chuyển đổi loại khí này thành nhiên
liệu chạy động cơ thay thế xăng và diesel. Qua thử nghiệm cho thấy, 1 hầm khí biogas
trung bình có thể đủchạy máy phát điện từ 2,5 – 5kVA.

Hình 1.13: Thử nghiệm chuyển đổi động cơ diezel sang động cơ chạy bằng biogas
Theo GS Bùi Văn Ga, hiện mỗi năm VN sản sinh ra khoảng 4 tỷ m3 biogas, chủ
yếu sử dụng để đun nấu nên biogas thừa và thải ra môi trường. Với mức độ gây hiệu
ứng nhà kính của khí CH4 (thành phần chủ yếu của biogas) cao gấp 23 lần so với khí
CO2, việc tận dụng biogas làm nhiên liệu phát điện là rất cần thiết nhằm giảm phát thải
chất khí gây hiệu ứng nhà kính và tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch cho quốc gia.
Với các bộ phụ kiện này, động cơ có thể biến 1m3 biogas thành 1kWh điện, tiết
kiệm được 0,4 lít dầu diesel và góp phần giảm phát thải 1kg CO2 vào khí quyển. “Nếu
áp dụng cơng nghệ này mỗi năm nước ta có được 4 tỷ kWh điện từ biogas, bằng 10%
16


năng lượng điện bằng nhiên liệu thay thế, tiết kiệm 1,6 tỷ lít dầu; giảm 4 triệu tấn CO2
(1,5 triệu tấn khí carbon) thải vào mơi trường, tương đương giảm 6,5% so với mức thải
hiện nay là 24 triệu tấn carbon trong một năm” - GS-TSKH Bùi Văn Ga kết luận.
Đây là kết quả nghiên cứu của đề tài “Bộ phụ kiện cung cấp biogas cho động cơ

tĩnh tại chạy bằng hai nhiên liệu biogas - dầu mỏ” triển khai từ năm 2006 – 2008, đã
được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bản quyền sáng chế vào tháng 9-2008.
Ông Huỳnh Phước, Giám đốc Sở KHCN TP Đà Nẵng nhận xét: với hệ thống
này thì trang trại ni 20 con heo trở lên có thể ứng dụng được, rất hiệu quả cho những
vùng nông thôn, miền núi để tạo ra nguồn điện thay thế cho điện lưới quốc gia chưa thể
tới được. Qua đó góp phần bảo vệ mơi trường và thay thế nguồn nhiên liệu dầu mỏ.
Hiện Trung tâm Nghiên cứu bảo vệ môi trường (Đại học Đà Nẵng) đang hợp tác
với Đại học Osaka Prefecturre (Nhật) nghiên cứu khả năng hấp thụ khí metal trong khí
biogas. Nhờ đó có thể nạp khí biogas vào các bình chứa gas thơng thường với dung
tích tăng gấp khoảng 5 lần so với hiện tại, cho phép sử dụng làm bình cấp gas nhiên
liệu để chạy các loại động cơ ô tô cỡ nhỏ. Đây sẽ là giải pháp giúp các hộ nông dân,
trang trại chuyển các loại xe nông cụ, xe chở hàng từ sử dụng xăng dầu sang dùng khí
biogas, giảm áp lực nhiên liệu và giúp cải thiện môi trường.
Hãng Toyota đã hỗ trợ để có thể triển khai ứng dụng đề tài này trên diện rộng,
áp dụng cho tất cả các trang trại và hộ gia đình có nhu cầu tại VN. Bộ GD-ĐT cũng đã
đề nghị đưa kết quả nghiên cứu của đề tài này vào chương trình khoa học công nghệ
ASEAN để triển khai áp dụng ở các nước trong khu vực.

17