Báo cáo môn Cơ sở kinh tế năng lượng - Biogas và các ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KINH TẾ VÀ QUẢN LÝ --------------- aìb BỘ MÔN: CƠ SỞ KINH TẾ NĂNG LƯỢNG ĐỀ TÀI: BIOGAS VÀ CÁC ỨNG DỤNG Giáo Viên Hướng Dẫn : Cô Phạm Thu Hà Nhóm SV Thực Hiện : Lớp KTCN – Viện Kinh tế và quản lý Hà nội 10/2012 Nhóm sinh viên thực hiện Lớp KTCN – K55 1. Phạm Huy Hợp 2. Phạm Hồng Quân 3. Nguyễn Tuấn Anh 4. Lưu Thị Hiền 5. Quách Trung Nghĩa 6. Nguyễn Trong Nghĩa MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BIOGAS5 1.1 Định nghĩa hầm Biogas và khí sinh học( Biogas)... 5 1.2 Sơ lược về cấu tạo và hoạt động của Biogas . 6 1.2.1 Cấu tạo 6 1.2.2 Các loại hình biogas.... 7 CHƯƠNG II THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP 17 2.1 Lịch sử sử dụng Biogas ở Việt Nam..... 17 2.2 Phân tích thực trạng Biogas ở Việt Nam.... 20 2.3 Biogas – Cơ hội và thách thức. 22 CHƯƠNG III QUAN ĐIỂM – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ..24 3.1 Quan điểm cá nhân và nhận xét đánh giá24 3.2 Tổng kết báo cáo.24 Lời mở đầu Hiện nay, chăn nuôi gia súc và gia cầm ở các vùng nông thôn đang chiếm một vị trí quan trọng trong phát triển kinh tế hộ gia đình. Song, bên cạnh đó, các biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi chưa được coi trọng, nên vấn đề môi trường ở các khu vực nông thôn đang phải đứng trước những thách thức lớn bởi tình trạng ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng hơn. Cùng với việc phát triển chăn nuôi, Biogas sẽ là một trong những nguồn năng lượng chính trong tương lai, mang lại hiệu quả lớn cho việc chăn nuôi trồng trọt của nông dân. Sử dụng công nghệ biogas quy mô gia đình là giải pháp hữu hiệu cho phép kết hợp hài hòa giữa cung cấp năng lượng với giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở nông thôn miền núi nước ta. Ở Việt Nam khí sinh học đã được nghiên cứu ứng dụng từ những năm 1960 trên cả nước và thực sự phát triển thành phong trào từ đầu thập kỷ 80 của thế kỷ trước. Tính tới nay, số lượng công trình khí sinh học được xây dựng và đang hoạt động khoảng 120.000 hầm, trong đó khoảng 20.000 hầm dạng túi nilông, còn lại là loại hầm kiên cố có nắp Nhắc tới lợi ích của Biogas ta không thể không kể đến lợi ích như tạo nguồn năng lượng để thắp sáng, sưởi ấm, chạy máy phát điện, chất cặn thải sau quá trình lên men dùng để bón cho cây trồng sẽ hạn chế được việc sử dụng phân hoá học; ngoài ra, trong quá trình lên men trong điều kiện kỵ khí các vi khuẩn gây bệnh cho con người đã được loại trừ. Như vậy, phát triển biogas không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng mà còn là giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, góp phần bảo vệ và nâng cao sức khoẻ cộng đồng dân cư, đồng thời tạo điều kiện nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp. Chính vì những lợi ích của Biogas mang lại. Nhóm chúng tôi, xin đưa ra nghiên cứu sâu hơn về đề tài thú vị này. Chương I Giới thiệu về Biogas Định nghĩa hầm Biogas và khí sinh học( Biogas) Việc sử dụng rộng rãi các loại năng lượng hoá thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt,...) trong nông nghiệp, công nghiệp dân dụng đã làm chóng cạn và dẫn đến tình trạng khủng hoảng nghiêm trọng các dạng năng lượng này. Để khắc phục người ta đã đề xuất nhiều phương án khai thác và sử dụng năng lượng rất có triển vọng như năng lượng nguyên tử, năng lượng thủy triều, năng lượng gió, năng lượng mặt trời và đặc biệt là năng lượng khí sinh học. Hầm biogas là bể kín chứa phân và chất thải hữu cơ từ quá trình chăn nuôi, sản xuất... được ủ lên men yếm khí để tạo ra khí biogas - được sử dụng như một nguồn nhiên liệu cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt cũng như sản xuất. Biogas là một dạng năng lượng khi mà các chất hữu cơ (phân động vật hoặc các sản phẩm của nông nghiệp) lên men trong điều kiện không có không khí (quá trình yếm khí), vi sinh vật phân huỷ các chất tổng hợp và sinh ra khí. Biogas là một hỗn hợp khí bao gồm Metan (CH4), Cacbon Dioxit (CO2), Nito (N2) và Hydro sunphat (H2S). Thành phần chủ yếu của biogas là Metan (chiếm 60 – 70%) và Cacbon dioxit (chiếm 30 – 40%). Nhìn về góc độ năng lượng tính toán được rằng: 1m3 biogas (với mức 6000 calo) tương đương với 3,47 Kg gỗ, 0,45 Kg khí ga hoá lỏng, 1,25 Kw điện năng, 1,4 Kg than đá, 13 kg nhiên liệu phân gia súc và còn nhiều ước tính khác nữa, khí biogas hoàn toàn có thể sử dụng như một nguồn năng lượng phổ biến hiện nay. Hình 1.1: Vị trí hầm biogas quy mô hộ gia đình Theo công nghệ càng ngày càng phát triển, khí Biogas có thể được sản xuất từ nguồn nguyên liệu khác nhau, xử lý được chất thải phát sinh mà vẫn phù hợp tính năng của người sử dụng. 1.2 Sơ lược về cấu tạo và hoạt động của Biogas 1.2.1 Cấu tạo Biogas là một hỗn hợp khí cháy được sinh ra từ qua trình lên men yếm khí các chất thải hữu cơ như phân, rác, bùn cống, phế thải công nghiệp chế biến thức ăn... Thành phần chủ yếu của biogas gồm khí methane và khi carbonic - CH4: 50 – 75% - CO2: 25 – 50% - N2: 0 – 10% - H2: 0 – 1% - H2S: 0 – 3% - O2: 0 – 2% Quá trình phân hủy chất thải hửu cơ thành biogas có thể tóm tắt như sau: C6H12O6 => 3CO2 + 3CH4 Biogas có nhiệt trị cao. 1m3 biogas có nhiệt lượng 4.700 – 6.500kcal, tương đương với 0,5 – 0,7 lít dầu diesel. Ở qui mô nhỏ, biogas có thể được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu đốt nóng, đun nấu. Ở qui mô lớn hơn, biogas có thể được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu để chạy động cơ, phát điện, hoặc thậm chí nén lại để vận chuyển. Tuy nhiên để sử dụng được với qui mô công nghiệp, biogas cần phải được lọc sạch các tạp chất, đặc biệt là hydro sulfide và siloxane. H2S và SiO2 có thể ăn mòn kim loại, phá hủy máy móc... 1.2.2 Các loại hình biogas Công nghệ Biogas xuất hiện trên thế giới từ rất sớm và qua thời gian đã có rất nhiều cải tiến và ứng dụng. Chia loại hình Biogas thành hai loại: trong khu vực nông thôn và khu vực công nghiệp. Trong khu vực nông thôn, hầu hết các hầm Biogas được áp dụng ở các nước đang phát triển là những thiết bị đơn giản, hoạt động theo chế độ nạp nguyên liệu bổ sung thường xuyên. Hầm Biogas được xây dựng cho các hộ gia đình riêng biệt. Loại 1: Hầm Biogas có nắp hình vòm cuốn Hình mô tả sau đây là sơ đồ thiết kế của một hầm Biogas, trong quá trình xây dựng cần đảm bảo những kỹ thuật cần thiết: hầm phải kín, xây bằng gạch để không rò rỉ, phần bể thải phải cao hơn hầm phân huỷ nhưng chiều ngang của lối vào và lối ra là bằng nhau. Cấu tạo của Hầm Biogas bao gồm các bộ phận sau: Ngăn trộn: là nơi mà nước và phân động vật được trộn lẫn với nhau trước khi vào ngăn phân huỷ. Ngăn phân huỷ: là nơi mà phân và nước từ ngăn trộn được lên men và sinh ra khí ga. Ngăn này phảo chắc chắn và hoàn toàn kín. Một vòm cố định thu thập lượng khí ga được sinh ra trước khi sử dụng. Khí ga này sẽ đẩy lớp cặn sang ngăn áp lực. Ngăn áp lực: thu các lớp cặn lắng từ ngăn phân huỷ, khi sử dụng khí ga, các chất cặn lắng ở dạng lỏng trong ngăn áp lực sẽ chảy ngược lại vào ngăn phân huỷ để đẩy khí ga ra. Ngăn áp lực cũng thu các loại phân thừa. Ngăn này có đường ống thoát ở đáy hầm, khi cổng của hầm lưu trữ mở ra thì phân và nước sẽ đẩy phần cặn ở đáy hầm qua đường ống này. Ngăn chứa và lọc cát: thu phần cặn lắng có thể sử dụng được như là phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông nghiệp hoặc bán ra thị trường. Ga tích luỹ được sẽ đẩy phần cặn và nước trong đáy ngăn phân huỷ để chảy vào ngăn áp lực. Khi sử dụng khí ga thì nước trong ngăn áp lực sẽ chảy ngược lại vào ngăn phân huỷ và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng. Hệ thống này được gọi là hệ thống động lực. Nó sẽ hoạt động thường xuyên nếu không có rò rỉ hoặc quá trình lên men được kiểm soát. Hầm Biogas đảm bảo tiêu chuẩn có thể hoạt động hơn 10 năm. Hình 1.2 a & b: Mô hình hệ thống thu khí biogas áp dụng đối với hộ gia đình riêng biệt (loại hình tròn và hình trụ) Cấu tạo của các hầm Biogas ở nông thôn khá đơn giản, có thể được xây dựng theo hình trụ tròn hoặc hình trụ đứng. Trên đây là mô hình những hầm Biogas theo lý thuyết, nhưng trong thực tế thường xây dựng theo dạng hình tròn, kiểu dáng này được áp dụng ngay khi đưa vào nông thôn Việt Nam. Mô hình hầm Biogas phổ biến trong thực tế: Hình 1.3: Mô hình hầm Biogas trong thực tế (Ví dụ mô hình bể Đức – Thái Lan) Đối với các hầm xây dựng giành riêng cho các hộ gia đình, Các hầm này có 5 bộ phận như sau: Bộ phận phân huỷ: là nơi chứa nguyên liệu và đảm bảo những điều kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ kỵ khí xảy ra. Đây là bộ phận chủ yếu của hầm, hay còn gọi là thể tích phân huỷ. Bộ phận chứa khí: Khí sinh ra từ bộ phận phân huỷ được thu và chứa ở đây. Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa khí là phải kín. Lối vào: Là nơi để nạp nguyên liệu bổ sung vào bể phân huỷ. Lối ra: Nguyên liệu sau khi đã phân huỷ được lấy ra (gọi là bã thải) qua đây để nhường chỗ cho nguyên liệu mới bổ sung vào. Lối lấy khí: Khí được đưa từ bộ phận tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khí này. Về cơ bản thì cấu tạo của Biogas luôn có 5 bộ phận cơ bản trên. Khi xây dựng thì nhà vệ sinh được liên kết với các hầm Biogas và cũng được phổ cập hoá cho việc xử lý chất thải của con người. Vì vậy, nhiều mô hình Biogas được xây dựng liên kết với nhiều hộ gia đình riêng biệt như một khu chung cư nhưng điều này cần sự quản lý chặt chẽ. Hạn chế của mô hình này khi ứng dụng vào Việt Nam là: Bản vẽ thiết kế phức tạp, thi công xây dựng khó khăn vì đòi hỏi sự chính xác cao, trong khi trình độ thợ xây ở các vùng nông thôn hiện nay còn rất hạn chế. Do vậy việc phổ cập và nhân rộng để phát triển mô hình có khó khăn. Khi diễn ra quá trình phân huỷ, áp lực ga trong hầm lớn (áp lực này tương đương với áp lực 80 cm cột nước) nên chỉ cần một vết nứt nhỏ của hầm có thể làm cho ga bị thất thoát hoàn toàn. Đồng thời lớp váng xuất hiện và phát triển gây trở ngại, khó khăn lớn cho sự phân huỷ trong hầm. Hầm phân huỷ thường xảy ra hiện tượng thiếu nước, hiệu quả sản xuất ga thấp. Và giá thành xây dựng hầm so với mức thu nhập vùng nông thôn hiện nay là khá cao từ 4 – 5 triệu đồng/1 hầm 7 M3. Loại 2: Biogas bằng túi chất dẻo Mô hình này được du nhập từ Cô-lôm-bia. Về cấu tạo, túi ủ biogas được cấu tạo bởi 2 – 3 lớp túi ni-lông lồng vào nhau làm một, dài 7 – 10 m, đường kính 1.4m được đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất. Túi này được gắn với hệ thống ống sành tạo đầu vào và đầu ra. Túi dự trữ có nhiệm vụ thu và giữ khí sinh học từ túi ủ để dẫn tới bếp sử dụng. Mô hình này có những thuận lợi là rẻ tiền, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, nhưng cũng có những bất lợi sau: Túi ủ Biogas bằng ni-lông dễ bị thủng do các tác động cơ học, vật liệu chất dẻo dễ bị lão hoá dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời và mô hình chiếm diện tích đất gần 10 m2 vì túi Biogas này đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất, làm cho nhiều gia đình ở Đồng Bằng Sông Hồng do chật chội nên không có điều kiện về đất đai để áp dụng. Hai loại hình cơ bản trên được giới thiệu dùng để sử dụng cho qui mô hộ gia đình ở nông thôn. Khi Biogas đã rất phát triển có thể hướng tới xây dựng Biogas thành các nhà máy ở nông thôn tại các khu vực có tiềm năng, có 7 loại hình nhà máy Biogas khác nhau chính thức được ghi nhận bởi MNES (Bộ Năng Lượng và Các Nguồn Năng Lượng Mới, trước đây là DNES). Đó là: - Nhà máy hình trống nổi với một xilanh phân huỷ - Nhà máy hình vòm cố định với bể xây bằng gạch - Nhà máy hình trống nổi với bể phân huỷ bán cầu - Nhà máy hình vòm cố định với một bể phân huỷ bán cầu - Nhà máy hình trống nổi làm bằng sắt góc cạnh và phôi nhựa - Nhà máy hình trống nổi làm bằng bê tông gia cố phức hợp tiền chế - Nhà máy hình trống nổi làm bằng sợi thuỷ tinh gia cố. Những loại hình này muốn đưa vào hoạt động cấn có sự bảo trợ của các cấp chính quyền, cần áp dụng trợ cấp của chính phủ thì mới có khả năng được công nhận chính thức. Đối với lĩnh vực công nghiệp có thể sử dụng biogas để xử lý chất thải, Biogas được thu từ các nhà máy chưng cất. Ví dụ: ngành công nghiệp Ấn Độ sản xuất 7 triệu tấn mật đường được sử dụng như nguyên liệu cho sản xuất cồn và những ngành công nghiệp hoá chất khác nữa. Trong khi sản xuất cồn từ mật đường khoảng từ 12 – 15 lít chất thải được tạo ra cho mỗi lít cồn. Chất thải này là một trong những chất thải màu nâu nặng nề phức tạp nhất chưa hàm lượng BOD (lượng oxi cần thiết để oxi hoá các hợp chất hữu cơ trong nước) và COD (lượng oxi cần thiết để oxi hoá các hợp chất vô cơ trong nước) rất cao, ngoài ra hàm lượng PH thấp và rất đậm màu. Chất thải ngoan cố này rất khó xử lý bằng những công nghệ xử lý đã được biết đến. Hệ thống xử lý được các công ty chưng cất áp dụng cho khâu tiền xử lý là phân huỷ kỵ khí với việc thu nhận biogas được tiếp nối bởi khâu xử lý thứ cấp là hiếm khí. Việc tiền xử lý sẽ dẫn đến kết quả tạo ra biogas. Quy trình công nghệ có thể được thiết kế cho những chất thải có nồng độ cao hơn như chất thải từ những nhà máy chế biến dược phẩm, nhà máy bia, nhà máy giấy... Công nghệ thu khí Biogas sẽ còn được phát triển hơn nữa thành công nghệ khí vi sinh. Hơn 1000 triệu dân cư với tốc độ tăng trưởng cao là nguồn thích hợp để sản xuất khí vi sinh, nguyên liệu của nó có thể được lấy từ nhiều chất thải như bùn nước cống. Trên thực tế là hầu như 70% dân cư không sử dụng nhà vệ sinh công cộng. Nếu tất cả các chất thải phát sinh trong đêm được xử lý, một lượng khí vi sinh đáng kể có thể được sản xuất bên cạnh việc duy trì môi trường sạch đẹp. Phân động vật Quá trình lên men Khí Biogas Quá trình thuỷ phân Quá trình axit hoá Quá trình axetic hoá Quá trình Mêtan hoá MO MO MO Cơ chế hoạt động và hiệu suất xử lý chất thải Hình 1.4: Sơ đồ mô tả quá trình phân huỷ thành khí Biogas Ban đầu nước và phân động vật được trộn lẫn với nhau trong ngăn trộn, sau đó được chuyển sang ngăn phân huỷ. Tại đây, phân và nước được lên men và sinh ra khí ga, ngăn này phải chắc chắn và hoàn toàn kín. Một vòm cố định thu thập lượng khí ga được sinh ra trước khi sử dụng, khí ga này sẽ đẩy lớp cặn sang ngăn áp lực. Tại ngăn áp lực, các lớp cặn lắng từ ngăn phân huỷ được thu lại, khí ga tích luỹ được sẽ đẩy phần cặn và nuớc trong đáy ngăn phân huỷ chảy vào ngăn áp lực. Khi mở van lấy khí ga thì nước trong ngăn áp lực sẽ chảy ngược lại vào ngăn phân huỷ và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng. Hệ thống này gọi là hệ thống động lực. Ngăn áp lực cũng thu các loại phân thừa. Ngăn này có đường ống thoát ra ở đáy hầm, khi mở nắp ống thì phân và nước sẽ đẩy phần cặn ở đáy hầm ra qua ngăn chứa và lọc cát. Phần cặn lắng thu được có thể được sử dụng như là phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông nghiệp hoặc bán ra thị trường Nếu bảo quản và vận hành tốt, hệ thống hầm biogas không bị rò rỉ thì có thể hoạt động được trong khoảng 10 đến 20 năm. Giai đoạn quan trọng nhất để sinh ra khí ga được xảy ra trong bộ phận phân huỷ. Nguyên liệu được nạp vào trộn lấn với nước sẽ biến đổi thành các chất hoá học khác nhau nhờ vào các nhóm sinh vật khác nhau. Giai đoạn 1: phân động vật nhờ vào nhóm sinh vật Prychrophillic biến đổi thành Acid hữu cơ. Giai đoạn 2: nhờ nhóm sinh vật Mesophillic biến đổi thành Acid Acetic. Giai đoạn cuối cùng sinh ra khí ga nhờ quá trình phân huỷ của nhóm sinh vật Themophilic. Sự chuyển đổi hiếm khí của chất thải nói chung có thể diễn tả như sau: Chất hữu cơ + H2O + dinh dưỡng Tế bào mới + Chất hữu phân huỷ + CO2 +CH4 + NH3 + H2S + Nhiệt Các yếu tố liên quan đến sản xuất Biogas cần được chú ý và thực hiện đúng: Phân động vật tức là nguyên liệu cần phải được bổ sung hàng ngày với khối lượng phân đầy đủ tương ứng thể tích của hầm. Thời gian gây men và thời gian phân huỷ phân vào khoảng 40 – 60 ngày. Trong khoảng thời gian này cần chú ý các điều sau: thỉnh thoảng phải khuấy trộn để hỗ trợ cho quá trình phân huỷ, đặc biệt tránh các loại hoá chất như thuốc kháng sinh, kiểm soát sâu bệnh, phân hoá học hoặc các sản phẩm hoá học bị trôi vào hầm biogas. Quá trình duy trì ở nhiệt độ lý tưởng cho sinh vật hoạt động là 370C, tuy nhiên quá trình phân huỷ và tạo nhiệt vẫn tốt ở nhiệt độ trên 15 – 200C. Độ PH cân bằng tốt nhất là vào khoảng 7 – 8.5, nếu độ PH thấp hơn thì khí ga sẽ không sản sinh. Đối với hiệu suất xử lý của hầm biogas: mỗi hầm biogas tương ứng với mỗi thể tích khác nhau, tuỳ thuộc vào loại và số lượng gia súc mà hộ gia đình đó có, cần tính toán cụ thể để tránh lãng phí trong xây dựng và tính tới chất lượng của hầm. Bảng 1.1: Cách tính thể tích của hầm biogas tương ứng với số lượng gia súc (Thể tích của bộ phận phân huỷ, bộ phận chứa khí và bể thải) Thể tích Gia súc 8m3 12m3 16m3 Bò sữa 3 5 7 Bò thịt 6 12 18 Trâu 3 8 13 Lợn 15 25 38 Nguồn: Tài liệu về cung cấp nước và vệ sinh nông thôn Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn. Tuỳ thuộc vào quy mô chăn nuôi của gia đình để xây dựng phù hợp, tiết kiệm chi phí và đảm bảo hoạt động tốt nhất cho hầm Biogas. Lượng ga thu được bình quân trên một đầu lợn (trọng lượng trung bình 50kg) là 0.27M3/ngày. Với nhu cầu sử dụng ga để nấu ăn bình quân 1 người/ 1 ngày cần 0.3M3 thì một gia đình 6 nhân khẩu cần một lượng ga 1.8 M3. Do vậy để đảm bảo đủ ga để nấu ăn hàng ngày thì gia đình cần nuôi 6 – 7 con lợn. Hiệu suất xử lý của hầm đối với chất thải rất hiệu quả từ 62 – 95%. Hiệu quả về môi trường được đánh giá cao, lượng ga thu được trong các tháng 1, 2, 12 thấp hơn so với lượng ga trong các tháng còn lại do nhiệt độ môi trường giảm, song hầm vẫn đảm bảo duy trì hoạt động bình thường, lượng ga có thể chỉ đủ cho nấu ăn 2 bữa. Chất thải sau khi xử lý qua bể biogas đạt được một số kết quả sau: - Giảm mùi đáng kể: quá trình phân huỷ yếm khí trong bể kín làm cho các hợp chất gây mùi bị biến đổi hoá học thành các chất không mùi. Bùn thải của bể biogas làm phân bón ruộng cũng ít mùi so với sản phẩm của quá trình làm phân compost (phân huỷ hiếm khí). - Giảm mầm bệnh một cách đáng kể trong sản phẩm thải cuối cùng từ bể biogas. - Bảo toàn chất dinh dưỡng: hơn 90% chất dinh dưỡng được bảo toàn khi đi qua quá trình phân huỷ của bể biogas. Phân bón thu được sau quá trình ủ biogas có tỷ lệ N:P thích hợp cho cây trồng. CHƯƠNG II THỰC TRẠNG- ỨNG DỤNG BIOGAS Ở VIỆT NAM Lịch sử phát triển của Biogas tại Việt Nam Ngay từ những năm 1960, chiến dịch phổ biến hầm ủ biogas đã rầm rộ và đạt được một số kết quả đáng kể ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, đặc biệt là ở Trung Quốc và Ấn Độ. Biogas được xem như là một giải pháp quan trọng cho vấn đề cung cấp năng lượng và bảo vệ môi trường vùng nông thôn. Quá trình trộn và ủ hỗn hợp chất thải hữu cơ, bùn và phế thải nông nghiệp trong hầm ủ Biogas không những cho người nông dân khí đốt mà còn cả phân bón ruộng. Công nghệ biogas đã được nghiên cứu và triển khai ở Việt Nam từ những năm 1960. Tuy nhiên thời điểm trước năm 1980, chỉ có một vài nghiên cứu nhỏ lẻ diễn ra tại một số Viện nghiên cứu và Trường đại học. Các nghiên cứu thử nghiệm với hầm ủ biogas có thể tích khoảng 15 – 20 m3 đã được tiến hành nhưng gặp phải một số hạn chế như không đủ nguyên liệu đầu vào và cấu trúc hầm không hợp lý... Tóm lại, do những hạn chế về kỹ thuật cũng như quản lý nên những nghiên cứu này đã không đạt kết quả và nhanh chóng chấm dứt. Chỉ thực sự đến những năm 1990. Cuộc vận động phát triển công nghệ hầm ủ biogas mới trỗi dậy ở Việt Nam với sự trợ giúp kỹ thuật của các Viện nghiên cứu và các trường đại học chuyên ngành, thu được một số thành công: Hầm biogas xây bằng gạch, nắp kim loại nổi (Viện Năng Lượng) Hầm biogas xây bằng gạch nắp dạng vòm (Viện Năng Lượng) Hầm biogas xi măng cốt tre, nắp hình trụ. Loại này sau đó không được áp dụng do bị nứt, rò rỉ. Hầm biogas xi măng cốt thép nắp hình trụ (Đại học Cần Thơ) Quá trình nghiên cứu đã được chuẩn bị rất chi tiết và được triển khai rất nhiều dự án Biogas trong những năm gần đây: Trung tâm Năng Lượng mới, Đại học Cần Thơ tiếp tục phát triển các kiểu bể biogas ở miền Nam với sự hợp tác của Đức và Thái Lan. Dự án SAREC S2 VIE 22 bao gồm Viện chăn nuôi, Đại học Cần Thơ, Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh, Đại học Nông nghiệp Huế phát triển thiết bị ủ Biogas bằng túi nhựa, sau đó phổ biến rỗng rãi trên cả nước. Từ những năm 1994, Hội VAC Việt Nam dưới sự giúp đỡ của Oxfam – Quebec (Canada) đã khởi động dự án thử nghiệm lắp đặt 10 thiết bị biogas túi nhựa. Sau đó, với sự giúp đỡ của tổ chức FAO, UNICEF, JIVC, TOYOTA (Nhật Bản), hội VAC Việt Nam tiếp tục mở rộng hoạt động này trên phạm vi cả nước. Tổng cộng hội VAC đã lắp đặt 5000 thiết bị ủ Biogas trên phạm vi 40 tỉnh thành. Bảng 1.2: Hiện trạng sử dụng Biogas tại 16 tỉnh miền Bắc và miền Trung do VACVINA tiến hành Mô hình Số lượng đã xây dựng và lắp đặt Hiện trạng bị hỏng, không hoạt động Tỷ lệ hỏng không còn hoạt động Hầm có vòm cuốn 16 15 93.7% Túi Biogas bằng chất dẻo 3224 2385 74% Nguồn: Trung tâm nghiên cứu, phát triển cộng đồng nông thôn Thời kỳ 1995 – 1998, trên địa bàn 16 tỉnh miền Bắc và miền Trung, VACVINA đã tiến hành triển khai chương trình phát triển Biogas, thông qua các hoạt động: Xây dựng mô hình trình diễn, tập huấn đào tạo cán bộ kỹ thuật cho địa phương, hỗ trợ kỹ thuật cho các gia đình nông dân xây dựng hầm Biogas. Đây là số liệu thử nghiệm, tỷ lệ thất bại còn rất lớn, những hạn chế của mô hình còn rất nhiều nên cần được nghiên cứu, cải tiến. Năm 1996, chương trình vệ sinh môi trường và nước sạch quốc gia đã phát động phong trào biogas, hàng trăn bể biogas bằng các loại vật liệu khác nhau như gạch, xi măng, composit đã được lắp đặt ở một số tỉnh như Hà Tây, Nam Định. Loại bể composit có nhiều ưu điểm, tuy nhiên giá thành đắt nên không khả thi với đại đa số nông dân. Cho đến nay loại bể Biogas phổ biến nhất là loại hình vòm xây bằng gạch. Từ những năm 1998, phong trào chăn nuôi phát triển mạnh trên cả nước cùng với nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống và nhận thức về cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường ở nông thôn, công nghệ biogas trở nên nổi tiếng và được đón nhận ở mọi nơi. Cho đến thời điểm này đã có khoảng 20000 bể Biogas trên phạm vi cả nước, trong đó 12000 bể nhựa. Tuy nhiên, so với tỷ lệ nông thôn chiếm tới 75% dân số Việt Nam (80 triệu người) thì số lượng bể Biogas này vẫn còn khiêm tốn. Từ những năm 2003, dự án hợp tác Hà Lan - Việt Nam với số vốn hơn 1 triệu USD tài trợ cho xây dựng bể sản xuất Biogas qui mô hộ gia đình và khu dân cư ở một số tỉnh Việt Nam. Văn phòng dự án khí sinh học Trung ương cho biết Chính phủ Hà Lan sẽ viện trợ không hoàn lại cho Việt Nam 3.1 triệu euro để xây dựng thêm 140000 công trình biogas ở 50 tỉnh, thành phố trên cả nước trong giai đoạn 2007 – 2010. Đây là cam kết của đại sứ Hà Lan tại Việt Nam Andre Haspels sau khi chương trình này đoạt giải thưởng năng lượng toàn cầu năm 2006. Trong giai đoạn này, dự án sẽ dần mở rộng triển khai trên khoảng 50 tỉnh, thành như Hải Dương, Lạng Sơn, Hải Phòng, Yên Bái, Bắc Ninh, Hoà Bình, Ninh Bình, Thanh Hoá, Nghệ An, Đắc Lắc, Hà Nam, Vĩnh Phúc, Thừa Thiên Huế, Bình Định, Hà Tây, Nam Định, Đồng Nai, Hà Nội, Sơn La, Trà Vinh, Tiền Giang, Thái Nguyên, Phú Thọ, Bắc Giang,... Mục tiêu là xây dựng thêm 140000 công trình Biogas. Tổng kinh phí cho giai đoạn này là 44.8 triệu euro bao gồm gần 3.5 triệu euro vốn đối ứng của các tỉnh tham gia dự án, 3.1 triệu euro viện trợ không hoàn lại của phía Hà Lan và hỗ trợ kỹ thuật của Tổ chức phát triển Hà Lan tương đương 0.6 triệu euro. Số còn lại, 28 triệu euro do người dân tự đầu tư. Chương trình cũng có kế hoạch đề nghị Chính phủ Việt Nam chấp nhận khoản vay phát triển 9.6 triệu euro từ quỹ đặc biệt của Chính phủ Đức và sẽ tài trợ lại cho chương trình thông qua Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Số còn lại là 28 triệu USD do người dân tự đầu tư. Theo Văn phòng Dự án Khí sinh học Trung ương, chi phí trung bình xây dựng một công trình 8 m3 khí ga hoàn chỉnh là từ 3 – 5 triệu đồng. Dự án cung cấp một khoản trợ giá là 1 triệu đồng/công trình, tương đương 25% tổng đầu tư một công trình khí sinh học cho các hộ dân tham gia dự án. Tại Việt Nam: công tác thí nghiệm, triển khai áp dụng công nghệ Biogas đã được chú ý và phổ biến ở hầu hết các tỉnh thành trên cả nước. Ngày nay khi công nghệ càng phát triển thì các nhà khoa học đã tạo nên công trình có tuổi thọ cao, phù hợp với mức sống và thu nhập của người dân. Các ứng dụng khí sinh học ngày càng đa dạng hơn cùng với thiết bị sử dụng như bếp đun, lò sưởi, lò nấu nước nóng... Việt Nam sẽ tiến xa hơn nữa trong công nghệ này như chạy nhà máy phát điện. 2.2 Phân tích thực trạng Biogas ở Việt Nam Thị trường tiềm năng cho sản xuất biogas (khí sinh học) tại Việt Nam là rất lớn, nhưng cho đến nay chưa được khai thác triệt để. Trong lĩnh vực chăn nuôi, trang trại hộ gia đình đã trở nên quen thuộc hơn với khí sinh học. Trang trại quy mô vừa và lớn đã bắt đầu sử dụng khí sinh học do nhu cầu bức thiết và mong muốn sử dụng. Tuy nhiên, khi áp dụng vào Việt Nam còn có những nhược điểm sau: Những hạn chế khi áp dụng vào Việt Nam: 1. Bản vẽ thiết kế phức tạp, Thi công xây dựng khó khăn vỡ đòi hỏi sự chính xác cao. Do vậy việc phổ cập, nhân rộng mô hình rất khó khăn. 2. Áp lực ga trong hầm lớn, nếu cú một vết nứt nhỏ của hầm xuất hiện trong quỏ trình sử dụng có thể làm cho ga bị thất thoát hoàn toàn theo vết nứt . 3. Trong quy trình sử dụng lớp vỏ sinh học có thể xuất hiện và phátt triển gẫy khó khăn và trở ngại cho sự phân huỷ và tạo khí sinh học trong hầm. 4. Trong hầm phân huỷ thường xảy ra hiện tượng thiếu nước nếu bể điều áp xây dựng không đúng quy cách. 5. Giá thành xây dựng cao. 6. Công trình còn chiếm nhiều diện tích đất đai trong khu vực chăn nuôi của hộ gia đình. 7. Khó khăn trong việc xây dựng hầm Biogas cho trang trại kín (trên 50 lần) Những biện pháp khuyến khích phát triển Biogas tại Việt Nam Cho đến nay, hầu hết các hầm biogas nhỏ, quy mô hộ gia đình được tài trợ bởi các tổ chức phi chính phủ; đối với các quy mô sản xuất Biogas lớn hơn, các nhà tài trợ như: Ngân hàng Phát Triển châu Á (ADB), Ngân hàng Thế giới (WB), Danida đang bắt đầu cấp vốn. Chính phủ Việt Nam đang khuyến khích các công ty tư nhân Việt Nam và các công ty nước ngoài đầu tư vào năng lượng tái tạo, bao gồm: khí sinh học và năng lượng sinh khối. - Trong năm 2011, Chính phủ thiết lập các mục tiêu như sau: (i) 85% rác thải sinh hoạt đô thị phải được thu gom, trong đó 60% sẽ được tái chế (ii) 40% rác thải sinh hoạt nông thôn phải được thu gom với 50% được tái chế trong giai đoạn 2011 - 2015 (iii) 95% rác thải đô thị phải được thu gom, trong đó 85% sẽ được tái chế và (iv) 70% rác thải sinh hoạt nông thôn phải được thu gom với 60% được tái chế trong giai đoạn 2016 - 2020. - Hơn nữa, nhiều công ty tại Việt Nam đang muốn trở thành người tiên phong trong việc sử dụng năng lượng xanh (một phong trào xây dựng thương hiệu sản phẩm thân thiện với môi trường, nhãn sinh thái) cho sản xuất cũng như tìm kiếm các nguồn năng lượng khác nhau nhằm làm giảm chi phí của điện năng truyền thống trong quá trình sản xuất. - Những thách thức trong đầu tư vào biogas là theo quy định của pháp luật Việt Nam, với các dự án có 30% vốn đầu tư bởi ngân sách nhà nước thì đấu thầu là bắt buộc. - Đối với các dự án thương mại, hoặc dự án được cấp toàn bộ kinh phí bởi các nhà đầu tư, quá trình từ liên hệ đầu tiên tới ký kết hợp đồng có thể ngắn gọn và đơn giản. 2.3 Biogas – Cơ hội và thách thức Hiện nay chỉ có 0,3% trong số17.000 các trang trại lớn đã sử dụng khí sinh học. Chiến lược quốc gia của Chính phủ về Cung cấp nước sạch và vệ sinh môi trường đặt mục tiêu là đến năm 2020 sẽ có khoảng 45% trang trại sử dụng hệ thống quản lý chất thải, đặc biệt là bể biogas để xử lý và quản lý chất thải. Tương tự như vậy, một lượng lớn rác thải đô thị và rác thải chế biến nông sản, chẳng hạn như đường và sắn, cũng chưa được sử dụng đúng mức và cả hai loại chất thải này đều gây ra ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường và lãng phí tài nguyên. Có hai xu hướng chính sản xuất ứng dụng biogas tại Việt Nam: (i) sử dụng biogas phục vụ đun nấu và phát điện cho chiếu sáng ở quy mô hộ gia đình và (ii) sử dụng biogas cho phát điện và làm nhiên liệu/sưởi ở một quy mô lớn hơn (quy mô công nghiệp). Quy mô hộ gia đình, hiện nay có khoảng 500.000 hầm phân hủy biogas. Tuy nhiên, hầu hết các hầm này đều có quy mô nhỏ (dưới 10m3) được xây dựng bởi các hộ gia đình. Riêng chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam, do chính phủ Hà Lan tài trợ, tính đến năm 2011 đã xây được 15.678 hầm quy mô nhỏ [1]. Mặc dù không có con số chính thức, nhưng người ta ước tính rằng, có chưa đến 100 hầm biogas thương mại, với dung tích khoàng 100 - 200m3, trong số đó hầu hết đều được khai thác bởi các trang trại nuôi lợn. Hiện nay có khoảng 17.000 trang trại lợn (với hơn 500 con lợn mỗi trang trại), và dưới 0,3% trong số đó có hầm biogas. Do việc thi hành luật vệ sinh môi trường nghiêm ngặt hơn, nhiều trang trại trong số này sẽ cần đến các hầm phân hủy biogas tại chỗ trong tương lai [2]. Xét về mặt công nghệ, hầu hết các hầm ủ nhỏ là loại hầm vòm cố định. Đối với các hầm ủ trung bình và lớn hơn, phổ biến nhất là các hồ kỵ khí phủ bạt có thể tích nằm trong khoảng 300 - 190.000 m3. Các hồ phủ bạt kỵ khí này thường được sử dụng bởi các trang trại lớn, các nhà máy công nghiệp, hoặc các khu chứa rác thải đô thị. Xây dựng hầm biogas quy mô nhỏ (vòm cố định) ở VN - Ảnh: biogas.org.vn Quy mô lớn hơn (quy mô công nghiệp), người ta ước tính rằng có hàng chục nhà máy sản xuất biogas trên khắp Việt Nam. Mục đích chính của sản xuất biogas là phát điện phục vụ cho tự dùng của nhà máy, hoặc để sấy sản phẩm (mục đích sử dụng nhiệt). Cho đến nay, vẫn chưa có nhà máy sản xuất biogas nào được nối lưới vào lưới điện quốc gia. Bên cạnh đó là sức ép về thiết bị giá rẻ từ Trung Quốc. Do đó giá thiết bị từ các công ty châu Âu thường được bị xem là rất cao. CHƯƠNG III QUAN ĐIỂM CÁ NHÂN – ĐÁNH GIÁ – TỔNG KẾT 3.1 Quan điểm cá nhân và nhận xét đánh giá Năng lượng Biogas là nguồn năng lượng tái tạo có những ưu điểm nổi bật như nguồn nguyên liệu có tại chỗ, xử lý rác sinh học, không phụ thuộc vào thời tiết, lượng rác đã được phân hủy có thể dùng làm phân bón thay thế phân hóa học trong công nghiệp. Đây là một cách giải quyết rác hữu cơ thải ra trong sinh hoạt rất hiệu quả. Rác thải hữu cơ từ thức ăn thừa, rau, trái cây hư thối có thể làm nhiên liệu cho sản xuất điện ở quy mô lớn. Nhà máy nhiệt điện từ rác sinh học đầu tiên trên thế giới Lunen – CHLB Đức có công suất 6,8 MW hoạt động từ tháng 12 năm 2009 cung cấp điện cho 26.000 hộ gia đình. Đây là một hướng sản xuất điện năng sạch và góp phần giải quyết vấn đề rác thải sinh hoạt đặc biệt ở các vùng đô thị. Khi mà vấn đề tiêu hủy rác thải ở các thành phố lớn đang trở nên rất bức thiết thì sản xuất điện và phân bón từ khí sinh học phát sinh từ rác hữu cơ là một hướng xử lý rất có hiệu quả. Các đô thị lớn ở Việt Nam cũng gặp phải những vấn đề nan giải về việc xử lý rác thải đặc biệt là rác thải sinh hoạt. Với lượng rác quá lớn nhưng hầu hết được tiêu huỷ bằng phương pháp chôn lấp tập trung gây ô nhiễm môi trường, mất diện tích đất dành cho chon lấp rác. Để hạn chế lượng rác thải phải chôn lấp có thể phân loại rác thải từ nguồn thành rác vô cơ và rác hữu cơ. Rác vô cơ được xử lý và tái chế còn rác hữu cơ là nguồn nguyên liệu tạo ra khí sinh học được dung làm nhiên liệu sản xuất điện. Vấn đề lớn đối với việc sản xuất điện bằng khí sinh học là nguồn nguyên liệu từ rác hữu cơ. Việc này đòi hỏi sự phân loại rác ngay từ nguồn một công đoạn gặp không ít khó khăn. Để giải quyết vấn đề này ngoài nâng cao ý thức của người dân cần có cơ chế thu gom rác làm sao đem lại lợi ích cho họ. 3.2 Tổng kết