Tập thể giảng viên, nhân viên,
Khoa Công Nghệ Nông Nghiệp và Viện Ứng Dụng Công Nghệ Sinh Học Hoàn Hảo, Đại Học Văn Hiến
Nhiên liệu sinh học ngày nay trở thành một đề tài nghiên cứu được quan tâm chú ý trên khắp thế giới do tính thân thiên với môi trường, không phá vỡ cân bằng bầu khí quyển trên khía cạnh hiệu ứng nhà kính. Nhiên liệu sinh học giúp nhân loại giảm lệ thuộc vào các nguồn nguyên nhiên liệu truyền thống không thể tái sinh. Nhiên liệu sinh học được sản xuất từ các nguồn sinh khối đa dạng khác nhau. Vậy sinh khối (biomass) là gì?
Hình 1. Các dạng sinh khối phổ biến.
Sinh khối được định nghĩa là tài nguyên hữu cơ có nguồn gốc sinh vật có thể tái sinh không bao gồm tài nguyên hóa thạch. Tài nguyên sinh khối được tạo ra bởi các sinh vật thông qua quá trình quang hợp sử dụng năng lượng mặt trời. Điều này có nghĩa là nó sẽ vẫn là một nguồn tài nguyên có thể tái tạo một cách bền vững trong suốt vòng đời của loài người chúng ta, miễn là cả sự sống và năng lượng mặt trời tiếp tục tồn tại. Sinh khối là dạng vật chất carbon trung tính ở chỗ nó không làm tăng lượng carbon dioxide (CO2) khí quyển trong vòng đời của con người.
Dưới đây là ba cách sử dụng sinh khối điển hình nhất:
1. Được sử dụng làm sản phẩm như phân trộn, thức ăn, chất khử mùi than, nhựa, nhiên liệu sinh học, …
2. Được sử dụng làm năng lượng như tạo ra điện, sử dụng nhiệt, …
3. Sinh khối dự kiến sẽ được sử dụng làm vật liệu, có những cách như sau:
⦁ Sản xuất nhựa sinh học như khay hoặc túi đựng rác từ gỗ mỏng, gạo không ăn được và trấu, nhựa thay thế từ nhiên liệu hóa thạch. Công ty TNHH Agri Tương lai Joetsu, Thành phố Joetsu, quận Niigata, đã sản xuất các hợp chất nhựa mới từ gỗ mỏng, gạo không ăn được và nhựa dẻo (poly (axit lactic), polyolefin) dưới sự hợp tác giữa các ngành công nghiệp, học viện và quan chức hoặc sử dụng làm rác túi, khay hoặc quạt sau khi đúc.
⦁ Sản xuất thức ăn lỏng từ dư lượng sản xuất thực phẩm và cung cấp cho động vật để đo lường giá thức ăn cao và sử dụng để lưu thông tài nguyên thực phẩm. Công ty TNHH Bright Pig Chiba, thành phố Asahi, tỉnh Chiba sản xuất thức ăn cho lợn từ dư lượng sản xuất thực phẩm và thực phẩm thải sau thời hạn tại các siêu thị (lượng sản phẩm 300 tấn/ngày, cho phép xử lý nguyên liệu rắn 120 tấn và nguyên liệu lỏng 180 tấn)
⦁ Thay thế nano-carbon từ nhiên liệu hóa thạch bởi sinh khối gỗ. Dự án của Toshiba Co. Ltd, thành phố Hita, quận Oita, một dự án trình diễn kỹ thuật xử lý khí hóa sinh khối gỗ thông qua cracking nhiệt có xúc tác, tạo ra nanocarbon từ hydrocarbon, với mong muốn sử dụng nhựa chức năng cao sau khi được trộn với nhựa nanocarbon.
Hình 2. Hiệu quả của sử dụng sinh khối thay nhiên liệu hóa thạch.
Hình 3. Các dạng sản phẩm từ chuyển hóa sinh khối.
Sức ép từ khủng hoảng dầu mỏ khiến cho nhu cầu về năng lượng tái tạo, đặc biệt nhiên liệu sinh học tăng cao trong 20 năm trở lại đây. Mỹ và Brazil là hai quốc gia đi đầu về sản xuất ethanol từ nguồn sinh học là bắp và mía. Số liệu năm 2009 cho biết Brazil sản xuất 12.5 tỷ lít cồn sản xuất từ mía mỗi năm để dùng làm nhiên liệu. Nước Mỹ cũng sản xuất 5 tỷ lít cồn từ ngô và đã có 111 trạm bán xăng sinh học E85 (xăng có 85 % thể tích là cồn). Tuy nhiên, việc sản xuất cồn từ tinh bột và mía đường mâu thuẫn với vấn đề đảm bảo an ninh lương thực và nhân đạo trên thế giới. Bên cạnh sản xuất ethanol từ nguồn tinh bột (bắp) và đường (mía), ethanol có thể được sản xuất từ sinh khối dạng lignocellulose như rơm rạ, bã mía, dăm gỗ. Vậy sản xuất ethanol từ biomass không sử dụng là một giải pháp thích hợp đặc biệt là với các quốc gia nông nghiệp như Việt Nam. Việt Nam hằng năm tạo ra một lượng lớn phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu là sinh khối dư thừa từ các vụ mùa. Tận dụng nguồn nguyên liệu sinh khối này để chế tạo nhiên liệu sinh học là chiến lược năng lượng quan trọng của quốc gia cũng như của thế giới hiện nay. Tuy nhiên việc sản xuất nhiên liệu sinh học kết hợp với phát triển nông nghiệp cần một chiến lược phát triển bền vững. Do đó mô hình Thi trấn sinh khối có thể là một sự lựa chọn phù hợp.
Thị trấn sinh khối (Biomass Town) là gì?
Chúng ta đã bắt đầu sống phụ thuộc rất nhiều vào sinh khối được tạo ra bởi năng lượng mặt trời (quang hợp) để sản xuất thực phẩm, năng lượng và hầu hết các hàng hóa hàng ngày trước khi được lịch sử ghi lại. Tuy nhiên vào thời điểm hiện tại, chúng ta đang tiêu thụ quá nhiều xăng dầu từ nhiên liệu hóa thạch, dẫn đến việc hoang phí quá nhiều tài nguyên và năng lượng. Chúng ta không thể tiếp tục lối sống với lối tư duy như kiểu tiêu thụ năng lượng vĩnh viễn như vậy, vì sẽ dẫn đến sự thiếu hụt tài nguyên và ảnh hưởng môi trường, gây hệ quả xấu nghiêm trọng đến cuộc sống tương lai của loài người.
Thị trấn sinh khối là một khu vực nơi một hệ thống sử dụng sinh khối toàn diện được thiết lập và vận hành thông qua sự hợp tác của các bên liên quan khác nhau trong khu vực. Mỗi bước từ tạo sinh khối, chuyển đổi, phân phối và sử dụng sản phẩm đầu ra đều được liên kết với nhau bởi các bên liên quan tham gia, đảm bảo sử dụng sinh khối ổn định và phù hợp với môi trường sống và cộng đồng trong khu vực.
Hình 4. Mô hình chung của Thị Trấn Sinh Khối [2]
Kế hoạch Thị trấn sinh khối được thiết lập nhằm tạo ra một xã hội dựa trên cơ chế tái sinh mới, nơi sinh khối được sử dụng một cách hiệu quả.
Thực tế sự thiếu hụt tài nguyên và các vấn đề môi trường ảnh hưởng đến cuộc sống con người, không chỉ giới hạn ở Việt Nam mà còn là vấn đề nghiêm trọng toàn cầu. Do đó các dự án về sinh khối ở Đông Nam Á đã bắt đầu giới thiệu mô hình Thị trấn Sinh Khối ra cộng đồng (vốn được khởi đầu ở Nhật Bản) để cao tạo ra một xã hội dựa trên cơ chế tái sinh mới, khá phù hợp cho các nước Đong Nam Á có nguồn tài nguyên sinh khối phong phú. Đến thời diểm hiện tại đã có bốn quốc gia Đông Nam Á đang cố gắng hiện thực hóa mô hình Thị Trấn Sinh Khối này.
Tuy nhiên, có những thách thức lớn đối với mô hình này. Mỗi khu vực có các điều kiện rất khác nhau từ sản xuất sinh khối đến việc sử dụng nó. Nếu các thành phố ở Đông Nam Á cố gắng xây dựng Kế hoạch thị trấn sinh khối, họ có nhiều khu vực với các điều kiện khác nhau bao gồm các công nghệ khác nhau được áp dụng. Do đó, các quốc gia hoặc cộng đồng cần xây dựng và triển khai Kế hoạch thị trấn sinh khối phù hợp với điều kiện thực tế của nước mình.
Mô hình Thị trấn sinh khối ở Xã Thái Mỹ, Huyện Củ Chi, TP. Hồ Chí Minh, Việt Nam [1].
Dưới đây là một vài thông tin cơ bản về Thị trấn Sinh Khối ở huyện Củ Chi:
|
Diện tích mục tiêu
|
Huyện Củ Chi, TP. Hồ Chí Minh
|
|
Dân số
|
350,000
|
|
Diện tích
|
434.96 km2
|
|
Đặc điểm địa phương
|
- Khu nông nghiệp nằm trong vùng lân cận trung tâm thành phố Hồ Chí Minh.
- Đất nông nghiệp chiếm khoảng 77% tổng diện tích đất.
|
|
Ngành công nghiệp chính
|
|
|
Dạng Biomass chính
|
- Chất thải chăn nuôi
- Rơm rạ
- Chất thải thực phẩm hộ gia đình
|
Chính quyền thành phố Hồ Chí Minh, Ủy ban nhân dân huyện Củ Chi, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh là thành viên cốt lõi xây dựng Kế hoạch thị trấn sinh khối. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn của chính phủ trung ương cũng đã tham gia để chia sẻ thông tin.
Mục tiêu chính của Kế hoạch Thị Trấn Sinh Khối ở huyện Củ Chi là giảm gánh nặng ô nhiễm môi trường, thiết lập một cộng đồng dựa trên sự tái sinh và khôi phục nền kinh tế địa phương. Các mục tiêu cụ thể của kế hoạch này là: Phát triển nông nghiệp và chăn nuôi bền vững; thành lập cộng đồng bằng cách thúc đẩy sự tái sử dụng; Thúc đẩy sản xuất năng lượng tái tạo có nguồn gốc sinh khối và giảm ô nhiễm môi trường do chăn nuôi.
Thị trấn sinh khối hướng tới phục hồi kinh tế địa phương ở việc cải thiện thu nhập trong cộng đồng địa phương, thông qua sản xuất năng lượng tái tạo để tạo công ăn việc làm mới, đồng thời cung cấp các sản phẩm sinh khối có giá trị gia tăng cao bằng cách tái sử dụng và tái chế chất thải, cũng như cung cấp các sản phẩm nông nghiệp và chăn nuôi hợp vệ sinh và lành mạnh cho thị trường. Một mục tiêu mà Thị trấn sinh khối hướng đến nữa là xây dựng chương trình hoàn thiện để chia sẻ hỗ trợ trong khu vực và quốc tế, đồng thời mời gọi các nhà đầu tư tham gia thực hiện Thị trấn sinh khối.[1]
Các cơ sở sinh khối hiện có ở Củ Chi
Các phương pháp sử dụng sinh khối chính ở huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh là phân hữu cơ, sản xuất khí sinh học và sản xuất thức ăn chăn nuôi. Hai loại cơ sở sử dụng sinh khối đang hoạt động: ủ phân và phân hủy sinh học. Ngoài ra, các cơ sở nghiên cứu sản xuất nhiên liệu diesel sinh học (BDF) từ chất thải dầu ăn và sản xuất ethanol từ rơm rạ tồn tại.[1]
1. Cơ sở trồng trọt và ủ phân
⦁ Chất thải gia súc của một số trang trại được sử dụng để nuôi giun đất.
⦁ Huyện Củ Chi có khoảng 9 ha trang trại giun tiêu thụ 30.000 tấn chất thải gia súc để nuôi 985 tấn giun đất mỗi năm.
⦁ Chất thải giun đất là phân bón chất lượng cao và giun được sử dụng làm thức ăn cho nuôi tôm.
Hình 5. Cơ sở trồng trọt và ủ phân
2. Hầm tiêu hủy sinh học
Lắp dặt hầm tiêu hủy sinh học được cài đặt để xử lý phân gia súc trong các trang trại nhỏ.
Khí biogas được tạo ra được sử dụng để phát điện và làm nhiên liệu nấu ăn.
Bể biogas điển hình ở huyện Củ Chi có dung tích từ 5 m3 đến 8 m3.
Hình 6. Hầm Biogas ở Xã Thái Mỹ Củ Chi.
3. Xưởng nhiên liệu diesel sinh học
Xưởng sản xuất diesel sinh học sử dụng chất thải dầu ăn; Công suất: 2 tấn/ngày
Hình 7. Xưởng sản xuất diesel sinh học ở Củ Chi [1].
4. Xưởng sản xuất Bioethanol và xưởng khí hóa
Cơ sở được lắp đặt bởi Đối tác nghiên cứu khoa học và công nghệ vì sự phát triển bền vững, đây là công việc hợp tác giữa Cơ quan khoa học và công nghệ Nhật Bản (JST) và Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA). Một xưởng sản xuất ethanol sinh học sử dụng rơm rạ và một xưởng thực nghiệm khí hóa dăm gỗ tràm trà và tre thu khí tổng hợp làm nhiên liệu chạy máy phát điện được cài đặt và vận hành quy mô thí điểm từ năm 2012. [3]
Hình 8. Xưởng sản xuất syngas làm nhiên liệu chạy máy phát điện ở Củ Chi.
Hình 9. Thiết bị chính của xưởng sản xuất bioethanol.[3]
Tài liệu tham khảo
1. The Guidebook for Promoting Biomass Town Concept, xuất bản bởi Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Thủy sản, Nhật Bản 03/2013.
2. Introduction to basic biomass town concepts in Japan, đăng trên Website Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Thủy sản, Nhật Bản.
Introduction_to_basic_biomass_town_Concept_JPN_1.pdf
3. Uyen Phuoc Nhat Tran, Khanh Le Van Vu, Quan Dinh Nguyen, Phung Thi Kim Le, Tuan Dinh Phan, Kazuhiro Mochidzuki, Shin-ichi Kobayashi, Dong-June Seo, Akiyoshi Sakoda, Environmental Science 2013, 26(6), 489. DOI: https://doi.org/10.11353/sesj.26.489