Công nghệ khi hóa sinh khối công nghiệp
Với sự cạnh tranh ngày càng gia tăng, chi phí nhiên liệu hóa thạch đang trở thành một gánh nặng cho các doanh nghiệp và cộng đồng. Trong khi đó ở Việt Nam mỗi năm có tới 120 triệu tấn sinh khối được sản sinh ra từ các hoạt động nông, lâm nghiệp. Sinh khối có ở khắp nơi, với mật độ từ 50 đến 500 tấn/km2-năm. Tiếc rằng tuy có chi phí thấp và sẵn có, nhưng sinh khối vẫn mới chỉ được đem đốt trực tiếp, và do đó có rất nhiều nhược điểm: ô nhiễm, làm giảm tuổi thọ thiết bị nhiệt, và hiệu suất rất thấp. Những nhược điểm này đã hạn chế sự phổ biến của sinh khối như là một nguồn năng lượng thay thế rẻ, sạch và tái tạo. Theo số liệu của Bộ Công Thương và Cơ quan phát triển quốc tế Đan Mạch (DANIDA) vào năm 2016, mới có 11 triệu tấn sinh khối được sử dụng, còn lại bị đốt bỏ hoặc lãng phí. Thậm chí tình trạng đốt rơm rạ và tàn dư thực vật sau thu hoạch còn gây ra ô nhiễm không khí trầm trọng ở nhiều nơi.
Thực tế này đặt ra nhu cầu cấp thiết về giải pháp công nghệ cho việc sử dụng hiệu quả nhiên liệu sinh khối. Trong số các ứng viên tiềm năng như là nhiên liệu sinh học, biogas…thì khí hóa sinh khối được coi là một giải pháp đơn giản và có hiệu quả thực tiễn cao.
Từ năm 2010 đội ngũ của CCS đã nghiên cứu công nghệ khí hóa sinh khối. Trong 9 năm nỗ lực, hàng chục thế hệ thiết bị khí hóa đã được phát triển, hướng đến nhiều ứng dụng, từ các lò hơi, lò cấp nhiệt công nghiệp, các thiết bị sản xuất than sinh học cho đến các bếp đun nấu dân sinh cho người dân thành thị và nông thôn, miền núi.
Thiết bị khí hoá sinh khối theo mẻ ứng dụng cho sao sấy theo quy mô trung bình - 2016
Thiết bị khí hóa sinh khối sử dụng cho lò hơi - 2016
Các thế hệ này đều có đặc điểm chung là khí hóa hoàn toàn và trộn kỹ khí gas tổng hợp với khí thứ cấp trước khi đốt để đảm bảo cháy triệt để và giảm thiểu phát thải. Một số mẫu điển hình đã được gửi đến các phòng thí nghiệm của Đại học kỹ thuật Delft, Hà Lan; phòng thí nghiệm khu vực Đông Nam Á của Tổ chức phát triển Hà Lan (SNV); và Trường Đại học Bách khoa Hà Nội để kiểm tra hiệu suất và phát thải. Kết quả cho thấy hiệu suất thiết bị rất cao: với bếp dân sinh 45%-67%, với lò hơi công nghiệp chưa lắp bộ hâm và bộ sấy hiệu suất đã là 76%. Trong khi đó phát thải CO và PM2.5 thấp hơn ngưỡng quy định TCVN đến 10 lần.
Đặc biệt, từ 2017, CCS đã phát triển thành công thiết bị khí hóa sinh khối liên tục với chi phí sản xuất còn rẻ hơn thiết bị khí hóa gián đoạn (đốt theo mẻ). Đây là giải pháp triệt để cho những điểm cố hữu của công nghệ khí hóa sinh khối: thiết bị liên tục có hiệu suất cao, dễ vận hành nhưng quá đắt và cồng kềnh; trong khi thiết bị gián đoạn gọn nhẹ, chi phí thấp nhưng khó vận hành, hiệu suất thấp và không thể chạy liên tục. Bên cạnh đó, thiết bị khí hóa liên tục còn có thêm những ưu điểm khác: chất lượng syngas tốt hơn nhờ tăng được hàm lượng H2 và CH4, yêu cầu thấp hơn về độ đồng nhất và độ ẩm của nhiên liệu, than sinh học được hoạt hóa bằng hơi nước nên có chất lượng cao hơn, thiết bị bền hơn.
Thiết bị khí hóa sinh khối liên tục đã được thử nghiệm cho các lò hơi cỡ nhỏ, hộ sản xuất chè quy mô nhỏ, và cả các hộ kinh doanh ăn uống.
Thiết bị khí hóa sinh khối liên tục ứng dụng cho ngành chè cho quy mô siêu nhỏ - 2019, thử nghiệm và ứng dụng tại Thái Nguyên
Hiệu quả kinh tế của nhiên liệu sinh khối khi ứng dụng công nghệ khí hóa sinh khối so với các nhiên liệu hóa thạch ngoài thị trường được thể hiện trong bảng sau:
Bảng: Chi phí nhiên liệu của công nghệ KHSK liên tục so với than, dầu diesel và LPG
|
|
Nhiệt trị (kCal/kg) |
Hiệu suất, % |
Nhiên liệu đầu vào với cùng nhiệt trị (kg) |
Gía (EUR/kg) |
Chi phí nhiên liệu (EUR)**** |
|
Sinh khối |
4,200* |
80 |
1** |
0.057*** |
0.057 |
|
Than |
7,000 |
65 |
0.74 |
0.17 |
0.12 |
|
Dầu diesel |
10,700 |
75 |
0.42 |
0.77 |
0.32 |
|
LPG |
12,500 |
80 |
0.336 |
0.92 |
0.30 |
*4200 kCal/kg là con số cẩn trọng; **1 kg sinh khối được đặt làm điểm so sánh (tương đương 80% x 4,200=3,360 kCal); *** Chi phí xử lý nhiên liệu sinh khối là EUR 0.04/kg và giả định giá bán thương mại là EURO 0.18/kg; **** Chi phí nhiên liệu của 1kg sinh khối so với than, dầu diesel và LPG để đạt nhiệt trị tương đương.
Ngoài ra, lượng tro sinh khối (than sinh học) là sản phẩm phụ của quá trình khí hóa cũng là một nguồn tài nguyên quý giá. Quá trình khí hóa vẫn giữ nguyên được cấu trúc hình học của vật liệu như trước khi đốt (trấu, vỏ hạt cà phê, v.v...). Than sinh học giúp bảo tồn dinh dưỡng để cải thiện chất lượng đất, làm cho đất tơi xốp hơn và nhờ đó giảm lượng phân bón hóa học cần sử dụng. Bên cạnh đó, do than sinh học có chứa 20% carbon, việc bón than sinh học vào đất còn góp phần vào quá trình chôn lấp carbon, đây là một giải pháp hiệu quả vì carbon được chôn lấp dưới đất thay vì thải vào bầu khí quyển.
Thiết bị tạo than sinh học quy mô công nghiệp lắp đặt tại công ty Cầu Tre tỉnh Lâm Đồng
