Trước thực trạng năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt và đắt đỏ, Sở KH-CN TPHCM và Khoa Công nghệ và Quản lý môi trường Trường ĐH Văn Lang đã phối hợp nghiên cứu khả năng sinh khí sinh học từ hỗn hợp chất thải rắn (CTR) hữu cơ, đồng thời ứng dụng sử dụng làm nhiên liệu phát điện.
Nguồn năng lượng bị bỏ phí
Từ sau khủng hoảng năng lượng 1973, công nghệ sản xuất khí sinh học làm nhiên liệu trên thế giới phát triển rất nhanh, đặc biệt là khí sinh học từ CTR hữu cơ. Hiện nay, CTR ở nước ta chủ yếu được xử lý bằng công nghệ chôn lấp, song tốc độ phát sinh CTR tăng trên dưới 20%/năm, gây nhiều lo lắng vì thiếu quỹ đất, ô nhiễm môi trường phát sinh tại khu vực chôn lấp (sinh mùi hôi, nước thải rò rỉ, khí thải, muỗi, nước ngầm…).
Máy phát điện chạy khí hỗn hợp biogas-diesel thử nghiệm tại trang trại Darby, tỉnh Bình Dương. Ảnh: Linh Thùy
Theo số liệu mới nhất của Sở TN-MT TPHCM, lượng CTR hữu cơ tại TPHCM lên tới 3.600 – 4.300 tấn/ngày, trong tổng số 6.000 tấn CTR. Thêm nữa, trong ngành chăn nuôi, lượng phân thải ra ước tính gần 700 tấn mỗi ngày… Trong khi đó, thực tế công nghệ kỵ khí phân hủy chất thải chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi heo, ở nước ta đã thành công và ngày càng phát triển. Tuy nhiên, với CTR hữu cơ, nhất là chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ, các nghiên cứu ứng dụng hiện còn nhiều hạn chế về công nghệ, thiết bị và vận hành… Đặc biệt với công nghệ phân hủy kỵ khí thường gặp các trở ngại liên quan tới nạp liệu và xả liệu, khả năng khuấy trộn rác hữu cơ. Chính vì thế nhiều nhà máy vận hành một thời gian ngắn phải ngừng hoạt động do tắc nghẽn đường ống nạp, xả liệu…
Sở KH-CN TPHCM đã phối hợp cùng Khoa Công nghệ và Quản lý môi Trường ĐH Văn Lang nghiên cứu khả năng sinh khí sinh học từ hỗn hợp CTR hữu cơ, các bước chuyển đổi động cơ máy phát điện chạy diesel sang chạy hỗn hợp biogas – diesel. Theo thạc sĩ Lê Thị Kim Oanh, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu, CTR hữu cơ sinh ra một lượng khí methane (CH4) lớn, là loại khí có nhiệt trị rất cao (9.000 kcal/m3). Trong hỗn hợp khí sinh học, năng lượng của CH4 cũng lên tới gần 6.000 kcal/m3. Như vậy, nguồn năng lượng từ khí sinh vật có giá trị năng lượng rất cao, chỉ kém dầu mỏ (18.000 kcal/m3), cần được sử dụng triệt để nhằm tiết kiệm năng lượng hóa thạch, đồng thời cũng giảm diện tích đất chôn lấp, bảo vệ môi trường…
Đã có công nghệ
Theo thạc sĩ Kim Oanh, mô hình kết hợp hệ thống bể ủ sản xuất biogas và máy phát điện đang được ứng dụng ở một số trang trại ở Bình Dương, hoàn toàn có thể được ứng dụng hiệu quả tại các trang trại, các khu dân cư, các thôn, xã… CTR trong các bể ủ, sau 30 ngày vừa sinh khí phát điện, vừa tạo ra phân bón hữu cơ, không gây ô nhiễm môi trường. Còn theo tiến sĩ Lê Văn Khoa, Giám đốc Quỹ tái chế TPHCM, nhà máy thu hồi khí phát điện tại bãi chôn lấp Gò Cát trung bình 1m3 biogas có thể sản xuất được 1,67 kWh điện. Như vậy 1 tấn CTR hữu cơ có thể tạo ra trên 300 kWh điện, tiết kiệm được 0,239m3 đất chôn lấp, giảm 240.000 đồng chi phí chuyên chở, chôn lấp... Nghiên cứu mang lại lợi ích rất lớn, cần được nhà nước hỗ trợ đầu tư phát triển, người dân hưởng ứng mạnh mẽ… nhằm tiết kiệm tài nguyên, bảo vệ môi trường. |
Sau khi tìm hiểu công nghệ ở các nước châu Âu, nhóm nghiên cứu đã chọn công nghệ ủ kỵ khí dạng mẻ, với rác nguyên liệu không cần hoặc cần ít nước để tăng độ ẩm và tuần hoàn nước rỉ rác, nhằm hạn chế các khó khăn khi khuấy trộn rác mà vẫn đảm bảo phân bố độ ẩm đều cho toàn bộ bể ủ. Nhóm đã xây dựng 2 mô hình: mô hình buồng ủ 45 lít và mô hình pilot 5m3.
Mô hình buồng ủ làm bằng nhựa cứng, được bao bọc bằng lớp cách nhiệt bên ngoài. Mô hình pilot có dạng trụ tròn bằng thép không rỉ, đường kính 1,6m, cao 2,5m, bên trong chứa hỗn hợp rác hữu cơ, phân gia súc và bùn bể tự hoại trộn lẫn. Sau khi thử nghiệm cả hai mô hình cùng nhiều phương án phối trộn nguyên liệu ủ kỵ khí, nhóm nghiên cứu đã chọn tỷ lệ phối trộn: 10-1-1 (rác hữu cơ sinh hoạt - phân gia súc - bùn thải hầm cầu) sẽ cho tổng lượng khí sinh ra cao nhất: 28,8 lít khí/1kg hỗn hợp CTR ủ trong 30 ngày, tỷ lệ methane cao nhất.
Sau khi tìm công thức và phương pháp lọc khí biogas từ hỗn hợp CTR hữu cơ, vấn đề tiếp tục phát sinh là máy chạy bằng khí nói trên. Do các loại máy phát chạy biogas trên thị trường giá quá cao (nhập ngoại, công suất lớn), chỉ có thể vận hành khi tỷ lệ methane cao (trên 50%) nên nhóm đã chọn thiết kế máy phát chạy hỗn hợp biogas-diesel, để máy vẫn vận hành dù nồng độ methane thấp và khi cần có thể chạy diesel độc lập…
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trên 1 động cơ 1 xi lanh (sử dụng rộng rãi trong việc phát điện, chạy máy bơm nước, máy xay xát…) nhằm xác định lượng diesel nhiều nhất có thể thay thế bởi biogas, công suất phát điện lớn nhất, đánh giá khả năng ổn định tần số… Động cơ diesel được trang bị hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas dùng để trộn biogas và không khí, điều khiển lưu lượng khí hỗn hợp cung cấp cho động cơ… Theo các thí nghiệm của nhóm nghiên cứu, tỷ lệ cao nhất của biogas có thể lên tới 90% trong hỗ hợp nhiên liệu, hiệu suất động cơ vẫn cơ bản ổn định.
KIÊN GIANG
