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

- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 thiết, không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng mà còn làm giảm sức ép đến môi trường.
- 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..
- Nghiên cứu hiện trạng thu gom và sử dụng các phụ phẩm sau thu hoạch từ các cây nông nghiệp này.
- Đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn sinh khối này.
- Khi sử dụng các SK này xảy ra quá trình giải phóng năng lượng tích trữ trong các hiđratcacbon và phát thải CO2 vào khí quyển..
- Thức ăn nuôi đông vật và cây tinh bột Sinh khối chưa sử dụng.
- Những con đường biến đổi sinh khối · Các nhiên liệu SK được sử dụng theo 2 con đường (Hình 1.1) đó là:.
- Mặt khác nhiệt và hơi nước sản xuất ra có thể biến đổi sang điện hoặc được trực tiếp sử dụng như nguồn năng lượng.
- Trong nhiều nước công nghiệp phát triển, chất thải rắn cũng được đốt để giảm lượng chất thải và sử dụng năng lượng được tạo ra.
- Khí tạo ra với nhiệt trị thấp, được sử dụng trong làm khô, kéo tuốcbin khí hoặc làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong;.
- Quá trình yếm khí được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải công nghiệp và các chất thải dạng bùn sệt, phân dùng trong nông nghiệp.
- Việc sử dụng NLSK giúp tận dụng được các chất thải SK góp phần làm sạch môi trường.
- Chịu sức ép từ các nhu cầu sử dụng SK khác..
- Do vậy, sử dụng nguyên liệu SK có lợi cho môi trường hơn..
- Hình dạng và kích cỡ một vài vật liệu sinh khối 1.2.Tình hình nghiên cứu và sử dụng sinh khối trên thế giới Những nước phát triển trong nhiều năm qua đã và đang thực hiện những chương trình rộng lớn về lĩnh vực phát triển các nguồn NLTT.
- Trong nông nghiệp để sấy khô và tăng cường quạt gió cho nông phẩm người ta sử dụng rộng rãi các máy cấp nhiệt công suất từ 0,25 ( 2,5MW.
- Tại Hội nghị quốc tế về các nguồn năng lượng mới tổ chức tại Bon (Đức), tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của LHQ (FAO) cho rằng nên sử dụng các nguồn năng lượng sinh học (than củi, bã mía, rơm rạ, vỏ trấu, các chất dư thừa không dùng đến của nông nghiệp và lâm nghiệp.
- Sản xuất điện SK là việc sử dụng SK (biomass) để tạo ra điện năng.
- Loại sản xuất điện SK thứ hai cũng được quan tâm nhiều do có thể sử dụng các hệ thống đồng đốt cháy liên quan tới việc sử dụng SK như một nguồn năng lượng bổ sung trong các nồi hơi hiệu quả cao cho các nhà máy điện đốt than;.
- Loại thứ ba được quan tâm là hệ thống khí hoá sử dụng nhiệt độ cao và môi trường hiếm oxy để biến SK thành khí sinh học (hỗn hợp gồm hydro, CO và metan) để cung cấp nhiên liệu cho tuốc bin khí để sản xuất điện năng.
- Cũng có một số nhà máy điện sử dụng chu trình khác.
- Các nhà máy điện sử dụng ô-liu tại Andalucia hiện sản xuất đủ điện cho khoảng 130.000 hộ gia đình.
- Tuy nhiên, Ấn Độ có một số biện pháp tái sử dụng phụ phẩm nông nghiệp như: Rơm làm ván xây dựng, làm đệm lót bao bì đóng gói.
- Rơm, trấu cũng được sử dụng làm chất đốt sinh hoạt, làm thức ăn cho gia súc, sản xuất phân bón.
- Trung Quốc: hàng năm, ngành công nghiệp luyện kim Trung Quốc sử dụng 10.000 tấn rơm làm vật liệu cách nhiệt.
- Có tới 50% sản lượng rơm của Trung Quốc được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy.
- 1.3.Tình hình nghiên cứu sử dụng sinh khối trong nước 1.3.1.
- Hiện trạng sử dụng sinh khối ở Việt Nam Hiện nay khoảng 3/4 SK được sử dụng phục vụ đun nấu gia đình với các bếp đun cổ truyền hiệu suất thấp.
- Việc sử dụng NLSK theo lĩnh vực và theo năng lượng cuối cùng được đưa ra trong Bảng 1.7 và Bảng 1.8..
- Sử dụng sinh khối theo lĩnh vực [3].
- Sử dụng sinh khối theo năng lượng cuối cùng [3].
- Việc sử dụng SK ở Việt Nam đang ngày càng được quan tâm và phát triển trong một số lĩnh vực như:.
- Mới đây Viện Cơ điện nông nghiệp đã nghiên cứu thành công dây chuyền sử dụng phụ phẩm SK đồng phát điện và nhiệt để sấy.
- Viện Thổ nhưỡng và Nông hóa: đã nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp trong cơ cấu cây trồng có lúa nhằm nâng cao độ phì nhiêu đất, giảm sử dụng phân khoáng khi mà giá phân bón ngày càng tăng.
- Khối lượng phụ phẩm nông nghiệp nhiều nhất nhưng được sử dụng lãng phí nhất là 3,5 triệu tấn trấu thu gom từ các cơ sở xay xát lúa trong cả nước cùng 1,7 triệu tấn rơm rạ.
- Đây là nhà máy sử dụng nguyên liệu trấu để tạo hơi nước và điện thương phẩm đầu tiên ở ĐBSCL.
- Việc phát triển trồng lúa làm nảy sinh nhu cầu xử lý trấu ở các nhà máy xay xát, nhu cầu sấy thóc sau thu hoạch, làm kích thích việc phát triển các máy sấy và công nghệ đồng phát sử dụng SK.
- Hiện nay nhiều công nghệ SK còn đắt hơn công nghệ truyền thống sử dụng nhiên liệu hoá thạch cả về trang thiết bị lẫn nguyên liệu;.
- Việc phát triển quy mô lớn các cây năng lượng để sản xuất nhiên liệu sinh học (biofue) có thể dẫn tới gia tăng sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón, gây tác hại đối với động vật hoang dã và môi trường sống;.
- Phỏng vấn người dân về tình hình canh tác, thu gom và sử dụng các phụ phẩm cây lúa tại địa phương từ đó giúp cho việc đánh giá sơ bộ về hiện trạng canh tác, thu gom và sử dụng các phụ phẩm này.
- Đồng thời đã tìm hiểu thực tế các cơ sở xay xát tại địa phương về việc thu gom và sử dụng trấu..
- Điều tra phỏng vấn qua phiếu câu hỏi Đây là phương pháp cung cấp những thông tin cập nhật, sát thực với địa bàn nghiên cứu và phản ánh được nhiều vấn đề liên quan như hiện trang canh tác cây lúa, ngô, lạc cũng như hiện trạng thu gom và sử dụng các phụ phẩm từ các loại cây nông nghiệp này.
- Phần 3: Hiện trạng thu gom và sử dụng phụ phẩm từ các loại cây nông nghiệp này.
- Phân tích CO2: Sử dụng Na2CO3 để hấp thụ khí CO2, xác định CO2 bằng phương pháp chuẩn độ..
- từ kết quả điều tra bằng phiếu điều tra và từ các nguồn thông tin số liệu thu thập được, đã tính được tổng khối lượng của từng loại phụ phẩm ứng với một số cây nông nghiệp trong toàn tỉnh, nhằm đánh giá tiềm năng NLSK của tỉnh Hải Dương và đưa ra các kết luận, khuyến nghị về sử dụng hiệu quả các nguồn SK này..
- Hiện trạng sử dụng đất tại tỉnh Hải Dương Hải Dương có diện tích hành chính 165.185 ha, trong đó đất canh tác hàng năm trên 100.000 ha.
- Số liệu về diện tích đất và hiện trạng sử dụng đất trong nông nghiệp trên địa bàn tỉnh được đưa ra trong Bảng 3.1 và Bảng 3.2.
- 60.417 Đất chưa sử dụng.
- Diện tích đất sử dụng trong nông nghiệp của tỉnh Hải Dương Đơn vị tính: ha Năm Đất nông nghiệp.
- (Nguồn:Nghị quyết về việc điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010 và kế hoạch sử dụng đất 5 năm Số 15/2007/NQ-CP) Như vậy, do chuyển đổi mục đích đất sử dụng.
- Phương án quy hoạch sử dụng đất tỉnh Hải Dương đến năm 2010 Căn cứ vào phương hướng, mục tiêu phát triển kinh tế xã hội đến năm 2010 đã nêu ở phần trên, căn cứ vào hiện trạng quỹ đất, tiềm năng đất và diện tích các loại đất theo phân loại của luật đất đai.
- Sự phân bố diện tích và cơ cấu mục đích sử dụng đất trên địa bàn tỉnh Hải Dương được đưa ra trong Bảng 3.3.
- 0,06 - Đất chưa sử dụng.
- Như vậy, đến năm 2010, diện tích đất đai đã đưa vào sử dụng cho các mục đích là 99,97% còn đất chưa sử dụng chỉ còn 0,03%.
- nông nghiệp.
- Hiện trạng canh tác lạc Cây lạc là cây công nghiệp ngắn ngày có giá trị kinh tế cao và ổn định trên các ruộng chân cao, nhu cầu sử dụng lạc ngày càng lớn.
- Hiện trạng thu gom và sử dụng phụ phẩm sau thu hoạch từ canh tác (lúa, ngô, lạc) trên địa bàn tỉnh Hải Dương.
- Hiện trạng thu gom và sử dụng phụ phẩm từ cây lúa Các phụ phẩm cây lúa sau khi thu hoạch là: rơm, rạ, trấu (Hình 3.1).
- Hiện trạng sử dụng các phụ phẩm cây lúa Sử dụng rơm, rạ · Sử dụng để đốt và làm thức ăn cho gia súc:.
- Sử dụng vào một số mục đích khác.
- Rơm còn được sử dụng để trộn với phân gia súc làm phân hữu cơ bón cho ruộng.
- Sử dụng trấu Trấu thu được từ các cơ sở xay xát thóc, lượng này rất lớn.
- Hiện trạng thu gom và sử dụng phụ phẩm từ canh tác ngô Phụ phẩm sau thu hoạch từ canh tác ngô bao gồm: thân, lá, bẹ và lõi ngô (Hình 3.2)..
- Hiện trạng thu gom và sử dụng phụ phẩm từ cây lạc Các phụ phẩm sau thu hoạch từ canh tác lạc gồm thân, lá và vỏ củ lạc (Hình 3.3).
- Các phụ phẩm cây lạc sau thu hoạch Thân, lá: một phần được sử dụng làm phân xanh bón ruộng bằng cách cắt ngắn khoảng 10 ÷ 15 cm, sau đó cày vùi xuống ruộng.
- Đề xuất phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối 3.4.1.
- Đề xuất phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối 3.4.2.1.
- Các phụ phẩm trấu, rơm, rạ có thể được sử dụng làm nhiên liệu đốt đồng phát nhiệt – điện theo sơ đồ nguyên lý được đề xuất như trên hình 3.3 gồm các thiết bị chính sau: lò đốt, nồi hơi, tuốcbin, máy phát điện, bộ phận trao đổi nhiệt, máy sấy và các bộ phận phụ trợ khác..
- Với kết quả tính hiệu suất toàn phần 11% từ đầu dây chuyền đốt trấu đến công đoạn cuối của đồng phát nhiệt - điện (theo sơ đồ nguyên lý công nghệ đã đề xuất ở Hình 3.3), nếu sử dụng 1 tấn trấu làm nhiên liệu để sản xuất điện có thể tạo ra lượng điện với công suất tương ứng:.
- Tương tự cách tính trên, cứ 1 tấn rơm rạ nếu sử dụng làm nhiên liệu cho sản xuất điện - nhiệt có thể tạo ra lượng điện tương ứng với công suất 474,1 kWh.
- Nếu được sử dụng làm nhiên liệu cho mục đích cung cấp năng lượng sẽ thu được khoảng kWh/năm.
- 442×106 kWh/năm Tính tương tự với phụ phẩm cây ngô, nếu được sử dụng làm năng lượng cho mục đích cung cấp năng lượng sẽ thu được kWh/năm.
- Nếu được sử dụng làm năng lượng cho mục đích cung cấp năng lượng sẽ thu được kWh/năm Như vậy, nếu toàn bộ lượng phụ phẩm lúa, ngô, lạc được thu gom và sử dụng để phát điện thì tổng năng lượng điện từ phụ phẩm có trên địa bàn toàn tỉnh Hải Dương trung bình khoảng 452,6×106 kWh/năm.
- Tro ở dạng vô định hình nên sử dụng làm chất phụ gia trong công nghiệp sản xuất xi măng, composit, gạch chịu lửa, gạch xây nhà cao tầng.
- Sơ đồ nguyên lý của dây chuyền thiết bị có sử dụng lò đốt FBC được đưa ra trên Hình 3.5.
- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị sử dụng lò đốt FBC.
- Như vậy để cùng đạt một nhiệt lượng như nhau, nếu so sánh giá của 1 tấn than đá với giá của 1,55 tấn rơm rạ, giá của 1,74 tấn trấu, giá của 1,66 tấn thân và lõi ngô, giá của 1,75 tấn thân và vỏ lạc, có thể thấy rằng việc sử dụng phụ phẩm nông nghiệp có hiệu quả kinh tế cao hơn so với sử dụng than đá..
- Sau khi đốt bằng lò FBC, SiO2 trong tro chiếm hơn 90% đây là thành phần rất quan trọng có thể sử dụng làm chất phụ gia cho công nghiệp sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng, với giá bán hiện nay khoảng đồng/tấn.
- So với sử dụng lò than, sử dụng phụ phẩm trấu, rơm rạ làm nhiên liệu cho lò đốt FBC có thể giảm lượng CO2 xuống 3 ÷ 6 lần và SO2 xuống 18 ÷ 20 lần.
- Đây là khả năng lớn để sử dụng hệ thống Cơ chế phát triển sạch (CDM) theo Nghị định thư Kyôtô.
- KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua kết quả tìm hiểu hiện trạng canh tác lúa, ngô, lạc và hiện trang thu gom và sử dụng các phụ phẩm sau thu hoạch (rơm, rạ, trấu.
- Nguồn nhiên liệu SK từ phụ phẩm các cây lúa, ngô, lạc chủ yếu được thu gom tự phát và được sử dụng cho mục đích khác nhau ở quy mô hộ gia đình như: đun nấu, làm thức ăn chăn nuôi gia súc, làm phân bón.
- Cho đến nay chưa có phương án thu gom tập trung nguồn SK này và chưa có các dự án nghiên cứu để có thể sử dụng hợp lý và hiệu quả chúng cả về phương diện kinh tế và môi trường;.
- Về lý thuyết, đã tính được cứ 1 tấn phụ phẩm từ canh tác lúa, ngô, lạc sử dụng làm nhiên liệu để sản xuất điện có thể tạo ra lượng điện với công suất tương ứng khoảng: 475,2 kWh/1 tấn trấu.
- Vì vậy, nếu nguồn nhiên liệu này được tận thu sử dụng sẽ là tiềm năng cung cấp năng lượng đáng kể cho toàn tỉnh.
- Nếu toàn bộ lượng phụ phẩm từ canh tác lúa, ngô, lạc được thu gom và sử dụng để phát điện thì tổng năng lượng điện từ phụ phẩm có trên địa bàn toàn tỉnh Hải Dương trung bình khoảng 452,6×106 kWh/năm.
- Nguồn nguyên liệu SK nếu được sử dụng cho mục đích phát điện sẽ có tiềm năng đáng kể bổ sung vào nguồn năng lượng truyền thống chưa đủ, góp phần giải quyết lãng phí, giảm ô nhiễm môi trường, và tạo thu nhập cho người nông dân.
- Để cùng đạt được một năng lượng nhiệt đầu ra như nhau, có thể thấy rằng việc sử dụng vỏ trấu, rơm rạ sẽ thu được hiệu quả kinh tế cao hơn so với sử dụng than đá làm nhiên liệu cho lò đốt;.
- Sau khi đốt trấu bằng lò FBC thu được SiO2 trong tro chiếm hơn 90% là thành phần rất quan trọng có thể sử dụng làm chất phụ gia cho công nghiệp sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng;.
- Cần đầu tư nghiên cứu sâu về khả năng chế tạo nhiên liệu rắn từ các nguồn SK này để có thể sử dụng hiệu quả chúng về cả giá trị kinh tế và môi trường.
- Cần sớm có cơ chế nhằm thúc đẩy sử dụng năng lượng sinh khối phục vụ tốt hơn cho phát triển nông nghiệp và nâng cao đời sống cho bà con nông dân.
- Áp dụng các công cụ kinh tế khuyến khích nông dân tái chế tái sử dụng phụ phẩm nông nghiệp, đảm bảo thị trường tiêu thụ sản phẩm đầu ra.
- Phạm Văn Lang Sử dụng chất thải sinh khối trong sản xuất nông – lâm nghiệp bằng công nghệ đốt tầng sôi để phát nhiệt - điện, Hà Nội.
- Sở khoa học công nghệ tỉnh Hải Dương (2006), Báo cáo tóm tắt điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020 và kế hoạch sử dụng đất 5 năm tỉnh Hải Dương, Hải Dương.
- Trần Văn Quy, Hồ Thị Phương, “Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ phẩm cây lúa tỉnh Thái Bình”, Tạp chí khoa học, tập 24 (số 1S