|
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.
Sinh khối 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 giao thông vận tải[i]. Các nguồn sinh khối 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 (anaerobic digestion), đốt kết hợp (co-firing)[ii], khí hóa (gasification) và nhiệt phân (pyrolysis). Sinh khối 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 sinh khối 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[iii]. Ngoài ra, việc sử dụng sinh khối để tạo năng lượng có tác động tích cực đến môi trường. Hẳn nhiên việc đốt sinh khối không thể giải quyết ngay vấn đề mất cân bằng vể tỷ lệ CO2 hiện nay. Tuy nhiên, vai trò đóng góp của sinh khối 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 sinh khối sẽ được “cô lập” tạm thời (sequestered) 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[iv]. Tóm lại, sinh khối là một nguồn năng lượng hấp dẫn bởi các lý do sau đây:
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 sinh khối “cơ bản” đến 35% trong cơ cấu năng lượng nội địa. Tỷ lệ này vẫn luôn khá cao đối với những quốc gia nghèo nhất thế giới vốn phụ thuộc và việc đốt sinh khối để nấu nướng, sưởi ấm và làm nhiên liệu. Mặc dù sinh khối 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 (lò nấu) có hiệu suất kém làm tăng độ ô nhiễm không khí trong nhà ở (indoor air pollution – IAP) và gây ra hiểm họa về sức khỏe rất lớn đối với người dân sống trong các khu vực nông thôn, kém phát triển[v]. Như vậy, sử dụng sinh khối 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. 10.2. Nguồn gốc Sinh khối là vật chất hữu cơ, đặc biệt là các chất cellulose hay ligno-cellulosic. Sinh khối là các vật chất tái tạo, bao gồm cây cối, chất xơ gỗ, chất thải gia súc, chất thải nông nghiệp, và thành phần giấy của các chất thải rắn đô thị.
Cây dự trữ năng lượng mặt trời trong các tế bào cellulose và lignin (chất gỗ) thông qua quá trình quang hợp. Cellulose là một chuỗi polymer của các phân tử đường 6-carbon. Lignin là chất hồ kết dính các chuỗi cellulose với nhau. Khi đốt, các liên kết giữa các phân tử đường này vỡ ra và phóng thích năng lượng dưới dạng nhiệt, đồng thời thải ra khí CO2và hơi nước. Các sản phẩm phụ của phản ứng này có thể được thu thập và sử dụng để sản xuất điện năng. Các chất này thường đươc gọi là năng lượng sinh học hoặc nhiên liệu sinh học. Các nguồn sinh khối trong nước bao gồm các chất dư thừa, chất bã của sinh khối đã được xử lý. Các chất này gồm có bột giấy, chất thải nông lâm nghiệp, chất thải gỗ thành thị, chất thải rắn đô thị, khí ở các hố chôn lấp, chất thải của gia súc, các giống cây trên cạn và dưới nước được trồng chủ yếu để khai thác năng lượng. Các giống cây này dược gọi là các giống cây năng lượng. Ở số lượng lớn, nguồn sinh khối được gọi là nguyên liệu sinh khối. Sử dụng các chất thải thì hiệu quả hơn để chúng tự phân rã, giảm mối nguy hại đối với môi trường xung quanh. Dưới đây là các mô tả chi tiết của từng loại sinh khối: 10.2.1. Chất bã của sinh khối đã qua xử lý Các quá trình xử lý sinh khối đều sinh ra các sản phẩm phụ và các dòng chất thải gọi là chất bã. Cac chất bã này có một lượng thế năng nhất định. Không phải tất cả các chất bã đều có thể được sử dụng cho sản xuất điện năng, một số cần phải được bổ sung với các chất dinh dưỡng hay các nguyên tố hóa học. Tuy nhiên, việc sử dụng các chất bã là rất đơn giản vì chúng đã được thu thập/phân loại qua quá trình xử lý. 10.2.2. Bột giấy và các chất bã trong quá trình sản xuất giấy Cây cối có các thành phần như lignin, hemicellulose, và sợi cellulose. Do các tính chất hóa học và vật lý, lignin dễ dàng chia nhỏ hơn cellulose. Quá trình nghiền nhão làm tách rời và chia nhỏ các sợi lignin trong cây nhằm suspend các sợi cellulose để tạo ra giấy. Các bột giấy dư thừa tạo nên chất bã. Các chất bã này là các sản phẩm phụ của các quá trình đốn và xử lý gỗ. Các quá trình xử lý gỗ để tạo ra sản phẩm, đồng thời thải ra mùn cưa, vỏ cây, nhánh cây, lá cây và bột giấy. Thông thường, các nhà máy giấy hay dùng các chất thải này để tạo ra điện cho vận hành nhà máy. 10.2.3. Bã cây rừng (Forestry residues) Các chất thải từ rừng bao gồm củi gỗ từ các quá trình làm thưa rừng nhằm giảm nguy cơ cháy rừng, sinh khối không được thu hoạch hoặc di dời ở nơi đốn gỗ cứng và mềm thương mại và các vật liệu dư thừa trong quá trình quản lý rừng như phát rừng và di dời các cây đã chết. Một trong những thuận lợi của việc tận dụng bã cây rừng là một phần lớn các bã dạng này được tạo ra từ các nhà máy giấy hoặc các nhà máy xử lý gỗ, do đó phần lớn nguồn nguyên liệu có thể sử dụng ngay được. Cũng vì lý do này, việc tái sử dụng mùn cưa, bã gỗ để tạo năng lượng tập trung ở các nhà máy công nghiệp giấy và gỗ, nhưng tiềm năng nguyên liệu thật sự là lớn hơn nhiều[vi]. Theo WEC, tổng công suất dự đoán trên toàn cầu của bã thải từ rừng là 10.000 MWe. 10.2.4. Bã nông nghiệp (Agricultural residues) Chất thải nông nghiệp là các chất dư thừa sau các vụ thu hoạch. Chúng có thể được thu gom với các thiết bị thu hoạch thông thường cùng lúc hoặc sau khi gặt hái. Các chất thải nông nghiệp bao gồm thân và lá bắp, rơm rạ, vỏ trấu … Hằng năm, có khoảng 80 triệu cây bắp được trồng, cho nên vỏ bắp đươc dự đoán sẽ là dạng sinh khối chính cho các ứng dụng năng lượng sinh học. Ở một số nơi, đặc biệt những vùng khô, các chất bã cần phải được giữ lại nhằm bổ sung các chất dinh dưỡng cho đất cho vụ mùa kế tiếp. Tuy nhiên, đất không thể hấp thu hết tất cả các chất dinh dưỡng từ cặn bã, các chất bã này không được tận dụng tối đa và bị mục rữa làm thất thoát năng lượng. Có nhiều thống kê khác nhau về tiềm năng công suất của năng lượng sinh khối dạng này. Ví dụ như Smil (1999) ước lượng rằng cho đến giữa thập kỷ 90 thế kỷ 20, tổng lượng bã nông nghiệp là khoảng 3,5-4 tỷ tấn mỗi năm, tương đương với một 65 EJ năng lượng (1,5 tỷ toe). Hal và cộng sự (1993) tính toán rằng chỉ với lượng thu hoạch nông nghiệp cơ bản của thế giới (ví dụ như lúa mạch, lúa mì, gạo, bắp, mía đường …) và tỷ lệ thu hồi là 25% thì năng lượng tạo ra được là 38 EJ và giúp giảm được 350-460 triệu tấn khí thải CO2 mỗi năm. Hiện trạng thực tế là một tỷ lệ khá lớn các bã nông nghiệp này vẫn còn bị bỏ phí hoặc sử dụng không đúng cách, gây các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, sinh thái và lương thực. Theo ước tính của WEC, tổng công suất toàn cầu từ nhiên liệu bã thải nông nghiệp là vào khoảng 4.500 MWt. Một trong các giải pháp được ứng dụng rộng rãi hiện nay và có tiềm năng đầy hứa hẹn là tận dụng các bã thải từ công nghiệp mía đường, xử lý gỗ và làm giấy. Các thống kê cho thấy hơn 300 triệu tấn bã mía và củ cải đường được thải ra mỗi năm, tập trung hầu hết ở các nhà máy đường. Các số liệu của FAO cho thấy khoảng 1.248 tấn mía được thu hoạch vào năm 1997, trong đó là 25% bã mía ép (312 triệu tấn). Năng lượng của 1 tấn bã mía ép (độ ẩm 50%) là 2,85 GJ/tấn. Đó là chưa kể các phần thừa (barbojo, phần ngọn và lá) và phần thải trong quá trình thu hoạch mía. Các phần này lại chiếm một tiềm năng năng lượng cao hơn cả (55%), thế nhưng hiện nay phần lớn vẫn chỉ bị đốt bỏ hoặc để phân rã ngoài đồng. Nói cách khác, tiềm năng lớn này hầu hết vẫn đang bị bỏ phí. Cho đến năm 1999, Châu Á vẫn dẫn đầu về sản lượng bã mía (131 triệu tấn), sau đó là đến Nam Mỹ (89 triệu tấn). Các nhà máy sản xuất đường đã có truyền thống tái sử dụng bã mía để đốt tạo hơi nước từ nhiều thế kỷ qua, nhưng hiệu suất vẫn còn rất thấp. Cho đến gần đây, do sức ép kinh tế, các nhà máy đường đã phải tìm các giải pháp khác hoặc cải thiện hiệu suất tái tạo năng lượng, một số nhà máy thậm chí còn bán điện thừa, đặc biệt là tại Brazil, Ấn Độ, Thái Lan… 10.2.5. Chất thải từ gia súc (Livestock residues) Chất thải gia súc, như phân trâu, bò, heo và gà, có thể được chuyển thành gas hoặc đốt trực tiếp nhằm cung cấp nhiệt và sản xuất năng lượng. Ở những nước đang phát triển, các bánh phân được dùng như nhiên liệu cho việc nấu nướng. Hơn nữa, phần lớn phân gia súc có hàm lượng methane khá cao. Do vậy, phương pháp này khá nguy hiểm vì các chất đôc hại sinh ra từ việc đốt phân là nguy hại đối với sức khỏe người tiêu dùng, là nguyên nhân gây ra 1,6 triệu người chết mỗi năm ở các nước đang phát triển…. tạo ra một số lượng lớn phân gia súc tạo nên nguồn hữu cơ phức tạp cùng với các vấn đề môi trường. Các trang trại này dùng phân đế sản xuất năng lượng với các cách thức thích hợp nhằm giảm thiểu các mối nguy hại đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng. Các chất thải này có thể được sử dụng để sản xuất ra nhiều loại sản phẩm và tạo ra điện năng thông qua các phương pháp tách methane và phân hủy yếm khí.
Tiềm năng năng lượng toàn cầu từ phân thải được ước lượng vào khoảng 20 EJ(Woods & Hall, 1994). Tuy nhiên, con số này không nói lên được điều gì cụ thể do bản chất rất đa dạng của nguồn nguyên liệu (các loại gia súc khác nhau, địa điểm, điều kiện nuôi dưỡng, chuồng trại). Ngoài ra, việc sử dụng phân súc vật để tại năng lượng ở qui mô lớn vẫn còn là một câu hỏi lớn vì những yếu tố sau:
a) Chất thải củi gỗ đô thị Chất thải củi gỗ là nguồn chất thải lớn nhất ở các công trường. Chất thải củi gỗ đô thị bao gồm các thân cây, phần thừa cây đã qua cắt tỉa. Những vật liệu này có thể được thu gom dễ dàng sau các dự án công trường và cắt tỉa cây, sau đó có thể được chuyển thành phân trộn hay được dùng để cung cấp nhiên liệu cho các nhà máy năng lượng sinh học. b) Chất thải rắn đô thị Chất thải ở các trung tâm thương mại, cơ quan, trường hoc, nhà dân có một hàm lượng nhất định của các vật chất hữu cơ có xuất xứ từ cây, là một nguồn năng lượng tái tạo không nhỏ. Giấy thải, bìa cứng, các tông, chất thải gỗ là những ví dụ của nguồn sinh khối trong chất thải đô thị. Khí ở các bãi chôn lấp. phần lớn trong quá trình phân hủy yếm khí, sản phẩm phụ tự nhiên của quá trình phânn hủy chất thải hữu cơ của vi sinh vật có một lượng lớn khí methane, có thể được thu thập, chuyển dạng và dùng để tạo ra năng lượng. Các chất thải này được thu gom, tái tạo thông qua quá trình tiêu hóa và phân hủy yếm khí. Sự thu gom các chất thải trong các bãi chôn lấp và dùng chúng như một nguồn nănh lượng sinh học tái tạo có rất nhiều lợi ích như: tăng cường bảo vệ sức khỏe cộng đồng thông qua việc xử lý chất thải, giảm diện tích đất sử dụng cho các bãi chôn lấp, giảm ô nhiễm môi trường, mùi hôi thối và giúp cho việc quản lý chất thải một cách hiệu quả. 10.2.7. Cây trồng năng lượng (Energy forestry/crops) Các giống cây năng lượng là các giống cây, cây cỏ được xử lý bằng công nghệ sinh học để trở thành các giống cây tăng trưởng nhanh, được thu hoạch cho mục đích sản xuất năng lượng. Các giống cây này có thể được trồng, thu hoạch và thay thế nhanh chóng. Cây trồng năng lượng có thể được sản xuất bằng 2 cách: i) Các giống cây năng lượng chuyên biệt trồng ở những vùng đất dành đặc biệt cho mục đích này và ii) trồng xen kẽ và các cây trồng bình thường khác. Cả 2 phương pháp này đều đòi hỏi có sự quản lý tốt và phải được chứng minh là đem lại lợi ích rõ ràng cho người nông dân về mặt hiệu quả sử dụng đất. a) Các giống cây cỏ (thảo mộc) năng lượng Đây là các giống cây lâu năm được thu hoạch hằng năm sau 2-3 năm gieo trồng để đạt tới hiệu suất tối đa. Các giống cây này bao gồm các loại cỏ như cỏ mềm (switchgrass) xuất xứ từ Bắc Mỹ, cỏ voi miscanthus, cây tre, cây lúa miến ngọt, cỏ đuôi trâu cao, lúa mì, kochia… Các giống cây này thường được trồng cho việc sản xuất năng lượng. b) Các giống cây gỗ năng lượng Các giống cây gỗ có vòng đời ngắn là các giống cây phát triển nhanh và có thể thu hoạch sau 5-8 năm gieo trồng. Các giống cây này bao gồm cây dương ghép lai, cây liễu ghép lai, cây thích bạc, cây bông gòn đông phương, cây tần bì xanh, cây óc chó đen, sweetgum và cây sung. c) Các giống cây công nghiệp Các giống cây này đang được phát triển và gieo trồng nhằm sản xuất các hóa chất và vật liệu đặc trưng nhất định. Ví dụ như cây dâm bụt và rơm dùng trong sản xuất sợi, castor cho acid ricinoleic. Các giống cây chuyển gen đang được phát triển nhằm sản xuất các hóa chất mong muốn giống như một thành phần của cây, chỉ đòi hỏi sự chiết xuất và tinh lọc sản phẩm. d) Các giống cây nông nghiệp (Agricultural Crops) Các giống cây nông nghiệp bao gồm các sản phẩm sẵn có hiện tại như bột bắp và dầu bắp, dầu đậu nành, bột xay thô, bột mì, các loại dầu thực vật khác và các thành phần đang được phát triển cho các giống cây tương lai. Mặc dù các giống này thường được dùng để sản xuất nhựa, các chất hóa học và các loại sản phẩm, chúng thường cung cấp đường, dầu và các chất chiết xuất khác. e) Các giống cây dưới nước (Aquatic crops, thủy sinh) Nguồn sinh khối đa dạng dưới nước bao gồm tảo, tảo bẹ, rong biển, và các loại vi thực vật biển. Các giống dùng trong thương mại bao gồm chiết xuất của tảo bẹ dùng cho các chất làm đặc và các chất phụ gia thực phẩm, chất nhuộm từ tảo, chất xúc tác sinh học được dùng trong các quá trình xử lý sinh học ở các môi trường khắc nghiệt. Cho đến nay, đã có một số các đồn điền trồng cây năng lượng.Ví dụ tại Brazil, có khoảng 3 triệu hécta đồn điền eucalyptus sử dụng làm than gỗ. Tại Trung Quốc đã có chương trình phát triển đồn điều 13,5 triệu hécta cho nhiên liệu gỗ cho đến 2010. Tại Thụy Điển, 16.000 hecta dương liễu được trồng để làm nguồn nguyên cho năng lượng … Tóm lại, nguyên liệu sinh khối hiện vẫn là nguồn nl tái tạo bền vững và dồi dào nhất hiện nay trên thế giới. Tiềm năng của nl sinh học mỗi năm là 2.900 EJ, tuy nhiên chỉ có 270 EJ là được xem như có thể khai thác được trên tiêu chuẩn bền vững và giá cả cạnh tranh. Một điều cần nhấn mạnh ở đây là vấn đề còn lại không phải là nguồn nguyên liệu, mà là khả năng quản lý và luân chuyển tốt năng lượng tạo ra đến người sử dụng. Bã thải hiện nay vẫn là nguồn cung cấp chính năng lượng sinh khối và vẫn sẽ đóng vai trò chủ đạo trong tương lai gần, và các loại cây trồng năng lượng sẽ ngày càng trở nên quan trọng trong tương lai xa. Sự phát triển của năng lượng sinh khối, đặc biệt là dưới các dạng hiện đại, sẽ có một ảnh hưởng quan trọng không chỉ đến lĩnh vực năng lượng, mà còn thúc đẩy quá trình hiện đại hóa nông nghiệp, và phát triển nông thôn.
Sinh khối 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 sinh khối có thể được chia ra làm hai loại như sau:
Một quá trình khác là chiết xuất, chủ yếu là quá trình cơ học, được sử dụng để sản xuất energy carriers (chất tải năng lượng – tương tự như khái niệm của hydrogen – xem phần Hydrogen trong tài liệu này) từ sinh khối. 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.
10.3.1. Sản xuất nhiệt truyền thống Quá trình khai thác sinh khối để tạo nhiệt có một lịch sử rất lâu dài[vii], 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 sinh khối được sử dụng để đốt sửa ấm, để nấu chín thức ăn, để đun nước tạo hơi … Thành phần năng lượng trong sinh khối khô (dry biomass) dao động tự 7.000 Btu/lb [viii](rơm) cho đến 8.500 Btu/lb (gỗ). Xin đưa ra đây một ví dụ so sánh: để nấu một bữa ăn thì cần khoảng 10.000 Btu, trong khi đó một gallon xăng thì tương đương 124.884 Btu. Sinh khối dạng rắn có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng để cung cấp trong các xe hơi, máy cơ khí (trong đó có các máy phát điện diesel), và thậm chí trong các bộ phận sản xuất công nghiệp. Ba dạng nhiên liệu phổ biến sản xuất từ sinh khối (biofuel) 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[ix]. a) Methanol Methanol là cồn từ gỗ (wood alcohol). Methanol không có hiệu suất nhiên liệu cao như xăng nên chỉ được dùng chủ yếu như tác chất chống đông (antifreeze), hoặc được sử dụng trong quá trình sản xuất một số hóa chất khác, như formaldehyde. Ethanol và bioesel có thể được trộn lẫn với hoặc được dùng thay thế trực tiếp cho các dạng nhiên liệu từ nhiên liệu hóa thạch như xăng và dầu diesel. Sử dụng nhiên liệu sinh học giúp giảm các chất khí thải độc hại, từ đó hạn chế hiệu ứng nhà kính, tăng khả năng độc lập năng lượng của quốc gia và đồng thời hỗ trợ phát triển nông nghiệp và kinh tế nông thôn. b) Ethanol (hoặc là cồn ethyl) Ethanol là nhiên liệu dạng lỏng, không màu, trong suốt, dễ cháy. Ethanol được dùng như phụ gia cho xăng, với mục đích tăng chỉ số octane và giảm khí thải hiệu ứng nhà kính. Ethanol tan trong nước và phân hủy sinh học được. Ethanol được sản xuất từ sinh khối có thành phần cellulose cao (như bắp), qua quá trình lên men tại lò khô hoặc lò ướt[x]. Tại cả hai lò này, bã men (hèm) được sản xuất và cung cấp cho gia súc tại các nông trại. Hầu hết các loại động cơ thông thường có thể dùng xăng pha cồn với nồng độ cồn tối đa là 24%. Đối với các loại động cơ hiện đại nhất hiện nay, ví dụ như dạng động cơ FFV (flexible fuel vehicle), hỗn hợp “cồn pha xăng” với tỷ lệ cồn lên đến 85% (hay còn gọi là nhiên liệu E85) có thể được sử dụng. Trên thế giới hiện nay đã có các loại xe sử dụng E85 được sản xuất. Brazil hiện nay là quốc gia có nhiều tham vọng nhất về việc sử dụng nhiên liệu động cơ từ nguồn gốc sinh học này.
Ethanol hẳn nhiên có tác động môi trường tích cực hơn rất nhiều so với xăng thông thường, trong cả phương diện cơ sở sản xuất và tiêu thụ (đốt trong động cơ). Các nhà máy sản xuất Ethanol thải ra ít hơn các chất khí hiệu ứng nhà kính như CO2, CH4. Hỗn hợp xăng pha cồn 10%, hay còn gọi là E10, thải ra ít khí hiệu ứng nhà kính hơn xăng thông thường đến 26%. Theo tính toán của ORNEL, sử dụng 1 tấn nhiên liệu Ethanol sẽ giảm được 2,3 tấn CO2 và các khí thải độc hại khác. Brazil và Mỹ hiện là 2 hai quốc gia tiên phong về sản suất Ethanol ở qui mô lớn, bỏ xa các nước còn lại như Cộng Đồng Châu Âu, Argentina, Kenya, Malawi … Sản lượng Ethanol trên thế giới hiệu nay là 20-21 tỷ lít/năm. Mỹ vẫn dẫn đầu về thị trường tiêu thụ, sau đó đến EU và Brazil. Một số quốc gia khác cũng đang lên kế hoặch sản xuất nhiên liệu Ethanol ở qui mô nhỏ như Mexico, Ấn Độ, Colombia… c) Dầu diesel sinh học (biodiesel) Biodiesel là sản phẩm của quá trình kết hợp cồn (trong đó có ethanol) với dầu chiết ra từ đậu nành, hạt nho, mỡ động vật, hoặc từ các nguồn sinh khối khác. 10.3.3. Sản xuất điện từ năng lượng sinh khối Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển sinh khối thành điện năng. Các công nghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông thường (direct-fired or conventional steam approach), nhiệt phân (pyrolysis), đốt kết hợp co-firing, khí hóa (biomass gasification), tiêu yếm khí (anaerobic digestion), sản xuất điện từ khí thải bãi chôn lấp rác. a) Công nghệ đốt trực tiếp và lò hơi (Direct-fired, Conventional Steam Boiler) Đây là 2 phương pháp tạo điện từ sinh khối rất phổ biến và được vận dụng ở hầu hết các nhà máy điện năng lượng sinh khối. Cả 2 dạng hệ thống này đều đốt trực tiếp các nguồn nguyên liệu sinh học (bioenergy-feedstock) để tạo hơi nước dùng quay turbin máy phát điện. Hai phương pháp này được phân biệt ở cấu trúc bên trong buồng đốt hoặc lò nung. Tại hệ thống đốt trực tiếp, sinh khối được chuyển vào từ đáy buồng đốt và không khí được cung cấp tại đáy bệ lò. Trong khi đó, ở phương pháp lò hơi thông thường, draft được chuyển vào lò từ phía bên trên nhưng sinh khối vẫn được tải xuống phía dưới đáy lò. Các hệ thống đốt trực tiếp truyền thống là hệ thống pile (sử dụng lò đốt song hành – two-chamber combustion chamber) hoặc lò hơi stoker. Khí nóng sau đó được chuyển qua turbine và quay cánh turbine, vận hành rotor máy phát điện. Khi được sử dụng để đốt trực tiếp, sinh khối phải được hun khô[xi], cắt thành mảnh vụn, và ép thành bánh than (hay còn gọi là briquetting[xii]). Một khi quá trình chuẩn bị được hoàn tất, sinh khối được đưa vào lò nung/lò hơi để tạo nhiệt/hơi nước. Nhiệt tạo ra từ quá trình đun, ngoài việc cung cấp cho turbin máy phát điện, còn có thể được sử dụng để điều nhiệt nhà máy và các công trình xây dựng khác, tức là để khai thác tối đa hiệu suất. Nhà máy dạng này còn được gọi là nhà máy liên hợp nhiệt-năng lượng (Combined Heat Power – CHP), tức là tận dụng lẫn nhiệt và hơi nước để khai thác tối đa tiềm năng năng lượng được tạo ra, tránh lãng phí năng lượng. b) Phương pháp đốt liên kết (Hình 10.5) Đốt liên kết, kết hợp sinh khối với than để tạo năng lượng, có lẽ là phương pháp sử dụng tích hợp tốt nhất sinh khối vào hệ thống năng lượng dựa trên nhiên liệu hóa thạch.
Trong quá trình đốt liên kết, sinh khối bắt nguồn từ gỗ và cây cỏ (thảo mộc) như gỗ dương (poplar), liễu (willow), cỏ mềm (switchgrass), có thể được trộn một phần vào nguyên liệu cho nhà máy than thông thường. Trong quá trình này, sinh khối có thể chiếm tỷ lệ 1%-15% tổng năng lượng của nhà máy than[xiii]. Trong các nhà máy dạng này, sinh khối cũng được đốt trực tiếp trong lò nung, tương tự như than. Phương pháp đốt liên kết có một lợi thế kinh tế tương đối rõ ràng, do kinh phí đầu tư chủ yếu chỉ là để trang bị một lò đốt liên kết mới hoặc nâng cấp lò đốt hiện tại trong nhà máy nhiệt điện chạy bằng than, tức là có chi phí thấp hơn nhiều so với xây dựng một nhà máy điện sinh khối. Công nghệ đốt liên kết đem lại nhiều tác động tích cực đến môi trường, bao gồm việc giảm tỷ lệ khí NOx và SOx, khói công nghiệp, mưa axít, và ô nhiễm tầng ozone. Ngoài ra, việc đốt liên kết sinh khối-than cũng giúp giảm đáng kể lượng khí thải CO2. Tuy rằng pp đốt liên kết không có lợi thế gì hơn về mặt môi trường so với các phương pháp “thuần túy sinh học” khác (vốn giảm tỷ lệ khí thải độc hại xuống đến gần … zero), nhưng nó lại có mặt khả thi rất lớn vì kỹ thuật hỗ trợ cho phương pháp này là tương đối đơn giản và hầu như có sẵn, do đó việc áp dụng có thể được thực hiện tức thời. Nói cách khác, phương pháp đốt liên kết có thể được xem là một lựa chọn tuyệt vời cho việc thúc đẩy tiến tới sử dụng rộng rãi năng lượng hoàn nguyên. Phương pháp đốt liên kết hiện đang được chú ý quan tâm đặc biệt tại các quốc gia như Đan Mạch, Hà Lan và Hoa Kỳ. c) Nhiệt phân Nhiệt phân là quá trình đốt sinh khối ở nhiệt độ rất cao và sinh khối phân rã trong môi trường thiếu khí oxy. Vấn đề trở ngại ở đây là rất khó tạo ra một môi trường hoàn toàn không có oxy. Thông thường, một lượng nhỏ oxy hóa vẫn diễn ra và có thể tạo ra một số sản phẩm phụ không mong muốn. Ngoài ra, công nghệ này đòi hỏi một nguồn thu nhiệt lượng cao và do đó vẫn còn rất tốn kém. Quá trình đốt sinh khối tạo ra dầu nhiệt ph&acir |
Thành Dũng – Sưu tầm
