Luận văn 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

đất trồng lúa 68.393 66.695 65.055 - Đất trồng cây lâu năm 18.190 18.024 17.847 b, Đất lâm nghiệp 8.856 8.884 8.921 - Đất rừng sản xuất 30 70 - Đất rừng phòng hộ 7.502 7.500 7.497 - Đất rừng đặc dụng 1.354 1.354 1.354 c, Đất nuôi trồng thuỷ sản 9.108 9.363 9.746 d, Đất nông nghiệp khác 71 279 451 (Nguồn:Nghị quyết về việc điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010 và kế hoạch sử dụng đất 5 năm (2006-2010) Số 15/2007/NQ-CP) Như vậy, do chuyển đổi mục đích đất sử dụng. Nên từ năm 2006 đến nay, diện tích đất nông nghiệp trên toàn tỉnh nhìn chung có giảm. Để thực hiện tốt công tác chuyển dịch cơ cấu cây trồng và đề cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp cần có biện pháp tăng năng suất cây trồng để đảm bảo an ninh lương thực. 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. Bảng 3.3. Diện tích, cơ cấu đất đai năm 2010 Loại đất Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) Tổng diện tích tự nhiên 165.185 100,00 - Đất sản xuất nông nghiệp 81.039 49,06 - Đất lâm nghiệp 9.089 5,50 - Đất nuôi trồng thuỷ sản 10.829 6,56 - Đất nông nghiệp khác 710 0,42 - Đất ở 14.568 8,82 - Đất chuyên dùng 34.384 20,82 - Đất tôn giáo, tín ngưỡng 232 0,14 - Đất nghĩa trang, nghĩa địa 1.573 0,95 - Đất sông suỗi và mặt nước chuyên dùng 12.617 7,64 - Đất phi nông nghiệp khác 97 0,06 - Đất chưa sử dụng 47 0,03 (Nguồn: Nghị quyết về việc điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010 và kế hoạch sử dụng đất 5 năm (2006-2010) Số 15/2007/NQ-CP) 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%. Trong đó, đất cho sản xuất nông nghiệp chiếm 49,06% (81.039 ha) giảm trên 4.000 ha so với năm 2008. 3.1.2. Hiện trạng canh tác một số cây nông nghiệp tại tỉnh Hải Dương Hiện trạng canh tác cây lúa Lúa là cây lương thực chiếm tỷ lệ lớn (76%) trong cơ cấu cây trồng nông nghiệp của toàn tỉnh. Diện tích trồng lúa tập trung chủ yếu ở các huyện khu vực đồng bằng như Tứ Kỳ, Ninh Giang, Thanh Miện, Bình Giang, Nam Sách, Kinh Môn,.... Số liệu thống kê về hiện trạng sản xuất lúa trên toàn tỉnh được thể hiện trong các Bảng 3.4 – 3.7. Bảng 3.4. Diện tích lúa qua các năm 1995 ¸ 2008 [23] Đơn vị tính: nghìn ha Diện tích Năm Lúa cả năm Lúa Đông Xuân Lúa Mùa 1995 148,5 74,2 74,3 1996 148,3 73,9 74,4 1997 148,5 74,8 73,7 1998 147,5 74,4 73,1 1999 146,9 74,0 72,9 2000 147,5 74,2 73,3 2001 145 73 72,0 2002 142,4 71,8 70,6 2003 139,9 70,8 69,1 2004 135,9 69,1 66,8 2005 133,3 67, 66,0 2006 130.9 66,4 64,5 2007 128,6 64,9 63,7 2008 126,9 63,7 63,2 Bảng 3.5. Năng suất, sản lượng lúa qua các năm 1995 ¸ 2008 [23] Năm Năng suất (tạ/ ha) Sản lượng (nghìn tấn) Cả năm Đông xuân Lùa mùa Cả năm Đông xuân Lúa mùa 1995 44,65 45,1 44,2 663,3 334,8 328,5 1996 48,7 56,5 40,9 721,9 417,8 304,1 1997 51,3 58,1 44,5 762,3 434,6 327,7 1998 52,75 56,5 49,0 778,5 420,5 358,0 1999 55,15 57,7 53,6 810,6 420,0 390,6 2000 55,85 59,1 52,6 823,5 438,3 385,2 2001 54,9 58,5 51,3 796,5 427,1 36,4 2002 57,9 60,8 55,0 825,1 436,5 388,6 2003 58,5 62,8 54,2 818,6 444,3 374,3 2004 58,65 63,7 53,6 798,5 440,2 358,3 2005 58,05 63,8 52,3 774,1 429,2 344,9 2006 58,8 64,4 53,2 770,5 427,5 343,0 2007 57,65 58,4 56,9 741,6 379,1 362,5 2008 59,0 64,9 53,1 748,8 413,3 335,5 Do chuyển dịch cơ cấu kinh tế nông nghiệp, diện tích lúa trong toàn tỉnh liên tục giảm qua các năm, một phần chủ yếu do các địa phương chủ động chuyển diện tích cấy lúa kém hiệu quả sang nuôi trồng cây, con khác có giá trị kinh tế cao hơn, một phần do xây dựng các khu công nghiệp, cụm công nghiệp và các công trình công cộng khác. Tuy nhiên, do coi trọng việc áp dụng tiến bộ kỹ thuật về giống và thâm canh mới vào sản xuất nên năng suất lúa tăng dần. Bảng 3.6. Diện tích, năng suất, sản lượng lúa vụ Đông Xuân ở một số địa phương trong tỉnh năm 2008 [12] Huyện,thành phố Tổng diên tích nông nghiệp (ha) Canh tác lúa Diện tích (ha) Năng suất (ha) Sản lượng (ha) Toàn tỉnh 71.779 63.659 64,93 413.326 TP Hải Dương 347 237 60,14 1.425 Chí Linh 6.083 4.576 54,1 24.756 Nam Sách 6.228 5.388 66,7 35.938 Kinh Môn 6.521 6.054 59,42 35.955 Kim Thành 5.438 4.865 65,18 31.710 Thanh Hà 4.953 3.836 65,54 25.141 Cẩm Giàng 5.289 4.719 67,81 32.000 Bình Giang 6.517 6.403 67,3 43.092 Gia Lộc 7.216 5.636 67,92 38.280 Tứ Kỳ 8.522 7.883 65,57 1.689 Ninh Giang 7.243 6.971 65,37 45.569 Thanh Miện 7.422 7.094 67,34 47.771 Bảng 3.7. Diện tích, năng suất, sản lượng lúa vụ Mùa ở một số địa phương trong tỉnh năm 2008 [13] Huyện,thành phố Tổng diên tích nông nghiệp (ha) Canh tác lúa Diện tích (ha) Năng suất (ha) Sản lượng (ha) Toàn tỉnh 70.714 63.198 53,09 353.496 TP Hải Dương 1.569 1.305 56,16 7.328 Chí Linh 5.458 4.736 46,8 22.165 Nam Sách 4.926 4.599 54,9 25.249 Kinh Môn 7.100 6.175 49,3 30.440 Kim Thành 5.981 4.267 45,1 1.223 Thanh Hà 4.581 3.830 52 19.916 Cẩm Giàng 4.946 4.615 57,06 26.333 Bình Giang 6.527 6.447 57,25 36.908 Gia Lộc 6.526 5.122 57,2 29.298 Tứ Kỳ 8.499 7.989 51,12 40.840 Ninh Giang 7.145 7.003 52,64 36.864 Thanh Miện 7.456 7.115 57,53 40.933 Mặc dù diện tích sản xuất nông nghiệp giảm (từ năm 2006, năm 2007, năm 2008 so với những năm trước) nhưng áp dụng khoa học kỹ thuật vào canh tác lúa nên năng suất lúa vẫn tăng, đảm bảo được nhu cầu lương thực. * Cơ cấu giống Tập trung mở rộng diện tích trồng các giống lúa thuần có năng suất và chất lượng cao, khả năng chống chịu với điều kiện thời tiết và sâu bệnh như: Q5, Khang Dân (KD18), NX30, X21, lúa chất lượng cao, ... Đất trũng khó tiêu nước bố trí giống Nếp Hoa Vàng, Nếp Xoắn, ... (Bảng 3.8 và 3.9). Bảng 3.8. Cơ cấu giống, lúa giống vụ Đông Xuân 2008 [12] Tổng diện tích gieo trồng: 69.659 ha a, Trà sớm Diện tích gieo trồng các giống (ha) (%) 13/2 X21 Xi23 NX30 Giống khác 8.239 12,9 1.277 1.832 3.824 632,5 673,5 b, Trà trung Diện tích gieo trồng các giống (ha) (%) Nếp (DN20, DT22) P6 1.250,5 2,0 266 984,5 c, Trà muộn Diện tích gieo trồng các giống (ha) (%) Q5 KD18 Lúa chất lượng Lúa lai Lúa khác 54.169,5 85,1 25.319,7 13.508 8.987,6 5.435,9 918,3 Bảng 3.9. Cơ cấu giống, lúa giống vụ Mùa 2008 [13] Tổng diện tích gieo trồng: 69.198 ha a, Trà sớm Diện tích gieo trồng các giống (ha) (%) Q5 KD18 BT7 RT1 Nếp 352, N415 Thực hương Giống khác 19.783,8 31,3 8.709,5 7.033,5 1.151,1 1.022 967,8 3.9 896 b, Trà trung Diện tích gieo trồng các giống (ha) % X21,Xi23, NX30, 13/2 Q5 KD18 Lúa thuần BT7 HT1 P6 PC6 40.109,8 63,5 4.224,3 18.764,1 6.554,4 1.151,0 2.449,9 1.998 506,3 b (tiếp), Diện tích gieo trồng các giống Tẻ chất lượng khác Lai khác Nếp97 N352, N415 Nếp khác Thục Hưng Bưu 253 903KBL BTE1 242 617,9 147 2.176,0 161,4 131 61,5 108,5 816,5 c, Trà muộn Diện tích gieo trồng các giống (ha) % Nếp xoắn Nếp hòa vàng Mộc Tuyền C15 Mộc Hương U20,21 Giống khác 30304,4 5,2 804,5 871,9 376,9 375,4 40,5 303,9 531,3 * Thời vụ Thời vụ gieo cấy lúa vụ Đông Xuân + Trà sớm: là các giống lúa có thời gian sinh trưởng dài, cần gieo mạ dược. Gieo mạ: từ 25/11 ÷ 05/12; cấy từ 20/1 ÷ 5/2; + Trà trung: là các giống lúa có thời gian sinh trưởng trung bình. Gieo mạ: từ 28/11 ÷ 04/12; cấy từ 23/1 ÷ 3/2; + Trà muộn: thực hiện một trong hai phương thức: Gieo mạ sân, mạ dược có che phủ ni lông từ 25/1 ÷ 10/2; cấy từ 10/2 ÷ 20/2; Gieo thẳng xung quanh lập xuân từ 5/2 ÷ 20/2; Thời vụ gieo cấy lúa vụ Mùa + Trà sớm: Gieo mạ dược: từ 5/6 ÷ 10/6, cấy 23/6 ÷ 28/6; Gieo mạ sân: từ 10/6 ÷ 15/6, cấy 18/6 ÷ 25/6; Gieo thẳng: từ 15/6 ÷ 20/6. + Trà trung: Các giống có thời gian sinh trưởng từ 95 ÷ 115 ngày: Q5, KD18, Nếp 352, Nếp 415... gieo mạ từ 10/6 ÷ 25/6; cấy 25/6 ÷ 10/7; Các giống có thời gian sinh trưởng từ 120 ÷ 125 ngày: lúa lai 3 dòng Bắc Ưu 903, Bắc Ưu 253,... gieo mạ dược từ 10/6 ÷ 20/6, cấy 30/6 ÷ 5/7; Các giống có thời gian sinh trưởng từ 125 ÷ 130 ngày gồm X21, Xi23, ... gieo mạ dược từ 5/6 ÷ 30/6; + Trà muộn: Mộc Tuyền, Nếp hoa vàng, Nếp xoắn... gieo mạ từ 25/5 ÷ 15/6, cấy kết thúc 20/7, thu hoạch khoảng 10/11. * Giống và chất lượng giống Các công ty giống cây trồng tỉnh như công ty giống cây trồng Kiên Giang, công ty Phương Lam,... đã ký kết hợp đồng bảo hành chất lượng giống với hộ nông dân đến khi thu hoạch. Vì vậy, nông dân chủ động đăng ký mua giống với các đơn vị có chức năng cung ứng giống, tránh tình trạng bị động, mua phải giống kém chất lượng, giá thành cao. * Các biện pháp kỹ thuật thâm canh - Thâm canh mạ: Sau khi thu hoạch xong tranh thủ dọn gốc rạ, cày bừa sớm cho đất ngấu. Bón lót từ 300 ÷ 400 kg phân chuồng ủ mục kết hợp 15 ÷ 20 kg lân và 1 ÷ 2kg urê cho một sào. - Làm đất, cấy lúa và điều tiết nước: Sau khi gặt tiến hành cày, cuốc ngay sau đó, và đưa phân chuồng ra bón lót. - Bón phân và phòng trừ sâu bệnh: Việc bón phân cho cây lúa đóng vai trò rất quan trọng, để cây lúa có năng suất cao phải chú ý bón phân cân đối, bón lót là chính, bón thúc sớm tập trung, không bón quá lượng đạm quy định cho từng giống. - Mở rộng áp dụng biện pháp 3 giảm, 3 tăng “giảm lượng giống, lượng phân bón, lượng thuốc bảo vệ thực vật, tăng năng suất, chất lượng và giá trị sản phẩm” bón phân cân đối, bón thúc sớm để lúa đẻ tập trung, tăng cường sử dụng phân bón kết hợp NPK, tăng lượng phân kali đối với lúa lai. Theo định hướng phát triển trồng trọt thì diện tích, năng suất, sản lượng lúa toàn tỉnh đến năm 2010 như sau (Bảng 3.10): Bảng 3.10. Định hướng phát triển cây lúa đến năm 2010 [13] Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (nghìn tấn) 120,5 67,2 810,0 Hiện trạng canh tác cây ngô Ngô là cây màu lương thực chủ yếu trong địa phương. Theo các số liệu thống kê thì diện tích, năng suất, và sản lượng ngô trong những năm qua không ngừng được mở rộng, nâng cao. Tỉnh đã đem vào sản xuất nhiều loại giống ngô cho năng suất cao. Ngô được trồng chủ yếu tại các khu vực Chí Linh, Nam Sách, Cẩm Giàng, Gia Lộc.... Vụ Xuân Hè ngô thường được gieo vào đầu tháng 2 và thu hoạch vào tháng 5, thời gian đến khi thu hoạch khoảng 110 ngày; vụ Hè Thu thường gieo vào tháng 6 và thu hoạch vào tháng 9; vụ Đông Xuân thường gieo vào tháng 10 và thu hoạch vào tháng 1 năm sau. Hiện trạng canh tác ngô được thể hiện qua các Bảng 3.11 – 3.13. Bảng 3.11. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô qua các năm 1995 ÷ 2008 [23] Năm Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (nghìn tấn) 1995 10,7 30,0 32,1 1996 12,8 32,6 41,7 1997 10,9 32,9 35,9 1998 8,8 33,2 29,2 1999 9,0 37,0 33,3 2000 5,2 37,3 19,4 2001 1,9 36,8 7,0 2002 4,0 39,8 15,9 2003 6,5 43,5 28,3 2004 5,6 44,1 24,7 2005 5,1 44,9 22,9 2006 4,3 44,2 19,0 2007 4,5 45,6 20,5 2008 1,2 53,3 6,4 Hiện nay, do hiệu quả kinh tế nên giống ngô nếp được trồng thay thế phần lớn các giống ngô lai trước kia. Các giống chủ yếu được trồng hiện nay là ngô nếp địa phương, LVN4,... Đồng thời để tăng năng suất, người nông dân đã áp dụng những biện pháp kỹ thuật mới như ủ nilông; làm bầu trước khi đưa xuống ruộng để tận dụng quỹ đất trồng lúa vụ sau. Bảng 3.12. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô vụ Đông Xuân phân bố theo huyện và thành phố Hải Dương năm 2008 [12] Huyện,thành phố Tổng diên tích nông nghiệp (ha) Canh tác ngô Diện tích (ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (tấn) Toàn tỉnh 71.779 1.087 55,30 6.012 Chí Linh 6.083 146 39,93 583 Nam Sách 6.228 294 47,00 1382 Kinh Môn 6.521 26 45,77 119 Kim Thành 5.438 11 46,00 506 Thanh Hà 4.953 4 42,50 17 Cẩm Giàng 5.289 240 43,30 1.039 Gia Lộc 7.216 215 78,00 1.677 Tứ Kỳ 8.522 3 50,00 15 Ninh Giang 7.243 112 46,51 521 Thanh Miện 7.422 36 45,50 153 Bảng 3.13. Diện tích, năng suất, sản lượng canh tác ngô vụ Mùa phân bố theo huyện và thành phố Hải Dương năm 2008 [13] Huyện,thành phố Tổng diên tích nông nghiệp (ha) Canh tác ngô Diện tích (ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (tấn) Toàn tỉnh 70.714 79 47,59 376 TP Hải Dương 1.569 39 47,69 186 Chí Linh 5.458 6 55,00 33 Nam Sách 4.926 17 48,53 82 Kinh Môn 7.100 9 45,55 41 Gia Lộc 6.526 2 40,00 8 Tứ Kỳ 8.499 2 45,00 9 Thanh Miện 7.456 4 42,50 17 Theo số liệu thống kê thì diện tích, năng suất và sản lượng ngô tăng dần, chỉ có năm 2008 diện tích sản lượng có giảm do ảnh hưởng của thời tiết. Kế hoạch phát triển sản xuất cây ngô trong toàn tỉnh đến năm 2010 được đưa ra trong Bảng 3.14. Bảng 3.14. Định hướng phát triển sản xuất ngô đến năm 2010 Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (nghìn tấn) 1,5 60,1 9,0 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. Cây lạc được gieo trồng chủ yếu là lạc xuân và lạc đông. Diện tích gieo trồng chủ yếu tập trung ở các huyện có điều kiên đất tự nhiên thích hợp cho phát triển cây lạc như huyện Chí Linh, Kinh Môn… Hiện trạng về canh tác lạc trong tỉnh thời gian qua được thể hiện trong Bảng 3.15. Bảng 3.15. Diện tích, sản lượng lạc qua các năm 1995 ¸ 2008 [23] Năm Diện tích (nghìn ha) Sản lượng (nghìn tấn) 1995 1,0 0,9 1996 1,1 1,0 1997 1,2 1,3 1998 1,3 1,7 1999 1,4 1,1 2000 1,6 2,2 2001 1,5 1,2 2002 1,3 1,7 2003 1,3 1,8 2004 1,4 2,2 2005 1,5 2,2 2006 1,3 1,9 2007 1,3 2,0 2008 1,3 2,9 Cây lạc được trồng theo hướng thâm canh. Các giống lạc được trồng chủ yếu là các giống mới có nguồn gốc từ Trung Quốc như L116, L9. Đây là các giống mới nên cũng áp dụng những biện pháp kỹ thuật mới như che phủ nilong để hạn chế cỏ dại, giữ ẩm cho đất, giảm chi phí cho tưới bổ sung. Và với 1 Sào Bắc Bộ thường bón 4 ÷ 6 kg đạm; 5 ÷ 7 kg K; 20 kg supe lân; 200 ÷ 300 kg phân chuồng. Cây lạc thường được trồng từ 120 ÷ 130 ngày bắt đầu gieo trồng từ đầu tháng 2 và thu hoạch thường từ ngày 10 tháng 06 đến ngày 25 tháng 06. Bảng 3.16 và Bảng 3.17 dưới đây thể hiện diện tích canh tác lạc phân bố theo các địa phương, và sản lượng thu hoạch trong năm 2008. Bảng 3.16. Diện tích canh tác lạc vụ Đông Xuân phân bố theo huyện, thành phố Hải Dương năm 2008 [12] Huyệnthành phố Tổng diên tích gieo trồng (ha) Canh tác lạc Diện tích (ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (tấn) Toàn tỉnh 71.779 1.065 24 2.568 Chí Linh 6.083 885 24 2.134 Nam Sách 6.228 43 25 108 Kinh Môn 6.521 52 22 114 Thanh Hà 4.953 33 25 82 Cẩm Giàng 5.289 20 24 48 Gia Lộc 7.216 10 27 27 Tứ Kỳ 8.522 22 25 55 Bảng 3.17. Diện tích, năng suất, sản lượng canh tác lạc vụ Mùa phân bố theo huyện và thành phố Hải Dương năm 2008 [13] Huyệnthành phố Tổng diên tích gieo trồng (ha) Canh tác lạc Diện tích (ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (tấn) Toàn tỉnh 70.714 221 15 288 TP Hải Dương 1.569 3 13 4 Chí Linh 5.458 115 13 196 Nam Sách 4.926 3 17 5 Kinh Môn 7.100 52 13 65 Thanh Hà 4.581 2 15 3 Cẩm Giàng 4.946 4 15 6 Gia Lộc 6.526 1 10 1 Ninh Giang 7.145 3 17 5 Thanh Miện 7.456 2 15 3 Lựa chọn giống lạc chất lượng cao đồng thời áp dụng biện pháp kỹ thuật nên các địa phương đều tăng năng suất thu hoạc lạc so với các năm trước, tuy nhiên mức tăng chưa được cao do điều kiện khí hậu ảnh hưởng đến sản lượng lạc thu hoạch được. Kế hoạch phát triển sản xuất lạc trong toàn tỉnh đến năm 2010 được đưa ra trong Bảng 3.18: Bảng 3.18. Định hướng phát triển sản xuất lạc đến năm 2010 Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (nghìn tấn) 1,3 24,7 3,2 3.2. Hiện trạng thu gom và sử dụng phụ phẩm sau thu hoạch từ canh tác (lúa, ngô, lạc) trên địa bàn tỉnh Hải Dương 3.2.1. 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). Khi thu hoạch lúa người ta gặt lấy bông lúa. Bông lúa sau khi được tuốt bằng máy thu được sản phẩm lúa hạt (thóc) và rơm phụ phẩm. Thóc sau khi phơi khô đem cất hoặc xay xát sẽ tạo ra gạo thành phẩm và trấu phụ phẩm. Rạ là phần thân cây lúa còn lại (sau khi đã gặt lấy bông lúa) tới sát gốc lúa (phía trên mặt đất). Như vậy, nếu cắt rạ tận gốc thì chỉ còn phần gốc và rễ (dưới mặt đất) nằm lại trên ruộng sau thu hoạch. Các kết quả từ phiếu điều tra thực tế bà con nông dân tại xã Hồng Phong - huyện Nam Sách cho thấy trung bình cứ 1 tấn thóc sản phẩm thu hoạch được sẽ có khoảng 1 tấn phụ phẩm rơm, rạ tương ứng. Tuỳ loại lúa, tỷ lệ trấu trong thóc chiếm từ 15 ÷ 26% (trung bình tương ứng khoảng 20% tổng trọng lượng). Như vậy, trung bình 1 tấn thóc sau khi xay xát, thu được khoảng 200 kg trấu phụ phẩm. Các số liệu này không sai khác gì với các kết quả ở trong tài liệu tham khảo [2]. Như vậy, trên cơ sở các sô liệu về năng suất lúa các năm 1995 – 2008 và 2010 (Bảng 3.5 và 3.10) có thể tính toán lượng các phụ phẩm (trấu, rơm, rạ) từ canh tác lúa cho các năm và dự báo đến năm 2010. Các kết quả tính toán được đưa ra trong Bảng 3.19. Bảng 3.19. Khối lượng các phụ phẩm cây lúa ở tỉnh Hải Dương diễn biến qua các năm và dự báo đến năm 2010 Năm Khối lượng phụ phẩm cây lúa (nghìn tấn) Rơm, rạ Trấu Tổng phụ phẩm 1995 663,3 132,7 796,0 1996 721,9 144,4 866,3 1997 762,3 152,5 914,8 1998 778,5 155,7 934,2 1999 810,6 162,1 972,7 2000 823,5 164,7 988,2 2001 796,5 159,3 955,8 2002 825,1 165,0 990,1 2003 818,6 163,7 982,3 2004 798,5 159,7 958,2 2005 774,1 154,8 928,9 2006 770,5 154,1 924,6 2007 741,6 148,3 889,9 2008 748,8 149,8 898,6 2010 810,0 162,0 972,0 Từ đó, có thể ước tính được tổng khối lượng các phụ phẩm cây lúa trung bình hàng năm khoảng 933.000 tấn. Như vây, đến năm 2010 lượng các phụ phẩm (trấu, rơm, rạ) từ canh tác lúa không giảm so với giá trị trung bình trên. Hiện trạng sử dụng các phụ phẩm cây lúa Sử dụng rơm, rạ Sử dụng để đốt và làm thức ăn cho gia súc: Trước đây rơm rạ thường làm nguyên liệu để đun nấu. Nhưng hiện nay, do người dân sử dụng nhiều chất đốt khác như gas, than nên rơm rạ sau khi thu hoạch phần lớn được đem đốt lấy tro làm phân bón hay vứt bỏ. Đặc biệt là sau khi thu hoạch vụ Chiêm, do cần thời gian chuẩn bị gấp cho vụ Mùa cho nên phần lớn rạ được thu hoạch để lên bờ ruộng để khi khô sẽ đốt. Rơm được thu gom đánh đống và sử dụng vào mục đích chính là đun nấu, ủ cùng với phân chuồng để làm phân bón, tro dùng để bón ruộng, rơm của lúa nếp dùng làm chổi, một số nơi làm thức ăn cho trâu bò... Như vậy, cách sử dụng rơm rạ như trên có những bất cập lớn ảnh hưởng tới môi trường, an toàn và sức khoẻ của người dân: khi đốt tạo ra lượng lớn khói và bụi, từ đó gây ra nhiều tác hại khác cho sức khoẻ con người và tác động đến an toàn cho người tham gia giao thông trên đường; ảnh hưởng đến các loại thực vật khác. Làm nấm: Theo kế hoạch của tỉnh, hiện nay và các năm tới cần triển khai dự án sản xuất giống và xây dựng mô hình trồng nấm thí điếm ở các địa phương, và tiến tới sẽ phát triển đưa sản xuất nấm thành chương trình kinh tế của tỉnh. Nấm đang được trồng chủ yếu ở tại xã Cẩm Đoài, huyện Cẩm Giàng; tại xã Hồng Quang, huyện Thanh Miện; Bình Giang; Gia Lộc; Nam Sách; Kinh Môn. Các loại nấm đang được sản xuất chủ yếu là: nấm mỡ, nấm rơm, nấm sò, mộc nhĩ. Tuy nhiên, mô hình trồng nấm cũng có những thuận lợi và khó khăn riêng. Thuận lợi: Nguồn nguyên liệu rơm rạ dồi dào; Tận dụng được nguồn lao động địa phương nhàn rỗi; Thị trường tiêu thụ lớn; Tăng thêm thu nhập cho người nông dân: giá bán nấm tươi là 10.000 đồng/ 1kg; nấm muối là 15.000 đồng/ 1kg. Giá trị một ngày công trung bình là 20.000 đồng/ 1 ngày. Khó khăn: Thiếu vốn, thiếu kỹ thuật, thiếu mặt bằng sản xuất,... 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; - Một số địa phương dùng rơm rạ để phủ lên đất khi trồng các loại rau, nhằm mục đích tránh nhiệt độ quá cao hay mưa lớn, giữ ẩm cho đất, chống xói mòn rửa trôi đất,... Sử dụng trấu Trấu thu được từ các cơ sở xay xát thóc, lượng này rất lớn. Một phần không nhiều trong số đó được bán cho người dân để đun nấu, bón ruộng...; còn phần lớn được chất ra bãi chứa. Hiện chưa có biện pháp tận dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu này, gây ra ô nhiễm môi trường. 3.2.2. Hiện trạng thu gom và sử dụng phụ phẩm từ canh tác ngô Cây ngô Thân, lá Bắp ngô Lõi và bẹ ngô Hạt ngô Phụ phẩm sau thu hoạch từ canh tác ngô bao gồm: thân, lá, bẹ và lõi ngô (Hình 3.2). Hình 3.2. Các phụ phẩm cây ngô sau thu hoạch Thân và lá ngô Vào mùa thu hoạch người dân thường bẻ bắp ngô riêng, còn thân và lá hầu hết được chặt và phơi ngay tại ruộng (khoảng 90%), cho đến khi khô mới đem về nhà, sau đó được chất đống ở những nơi khô ráo. Thân và lá ngô khô được dùng cho mục đích đun nấu. Thân, lá ngô được dùng làm thức ăn xanh cho gia súc là rất tốt vì thân cây ngô hàm lượng chất xơ chiếm 31,5%, protein thô chiếm 7,6%, hàm lượng đường tinh bột cao hơn so với rơm . Lõi và bẹ ngô Bắp ngô sau khi thu hoạch về, lá bẹ được bóc ra. Khi còn tươi bẹ dùng một phần làm thức ăn cho gia súc còn phần lớn được phơi khô để đun nấu. Bắp ngô sau khi tách hạt còn lại lõi ngô. Lõi ngô được phơi khô và dùng cho đun nấu hoặc vứt bỏ. Các kết quả từ phiếu điều tra thực tế bà con nông dân tại xã Hồng Phong - huyện Nam Sách cho thấy, trung bình cứ 1 tấn ngô sản phẩm thu hoạch được sẽ có khoảng 5,7 tấn phụ phẩm thân và lá ngô và khoảng 0,4 tấn phụ phẩm lõi ngô và bẹ ngô. Các số liệu này không sai khác gì với các kết quả ở trong tài liệu tham khảo [2]. Như vậy, trên cơ sở các sô liệu về năng suất ngô các năm 1995 – 2008 và 2010 (Bảng 3.11 và 3.14) có thể tính toán lượng các phụ phẩm (thân, lá, lõi và bẹ) từ canh tác ngô cho các năm và dự báo đến năm 2010. Các kết quả tính toán được đưa ra trong Bảng 3.20. Bảng 3.20. Khối lượng các phụ phẩm cây ngô ở tỉnh Hải Dương diễn biến qua các năm và dự báo đến năm 2010 Năm Khối lượng phụ phẩm cây ngô (nghìn tấn) Thân, lá Lõi, bẹ Tổng phụ phẩm 1995 25,7 1,9 27,6 1996 33,4 2,5 35,9 1997 28,7 2,2 30,9 1998 23,4 1,8 25,2 1999 26,6 2,0 28,6 2000 15,5 1,2 16,7 2001 5,6 0,4 6,0 2002 12,7 1,0 13,7 2003 22,6 1,7 24,3 2004 19,8 1,5 21,3 2005 18,3 1,4 19,7 2006 15,2 1,1 16,3 2007 16,4 1,2 17,6 2008 5,1 0,4 5,5 2010 7,2 0.5 7,7 Từ các kết quả trong Bảng 3.20, có thể ước tính được tổng khối lượng các phụ phẩm cây ngô trung bình hàng năm khoảng 19.800 tấn. Như vậy, so với giá trị trung bình này, tổng khối lượng các phụ phẩm từ canh tác ngô bị giảm nhiều. 3.2.3. 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). Khi thu hoạch, lạc được nhổ một cách nhẹ nhàng, sau đó tách củ. Sản phẩm (củ lạc) được phơi khô cất giữ. Khi sử dụng sẽ được bóc bằng máy hay thủ công để tách nhân lạc riêng và vỏ lạc riêng. Thân, lá lạc Cây lạc Vỏ lạc Củ lạc Nhân 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. Một phần thân lạc được phơi khô để làm chất đốt cho sinh hoạt hàng ngày. Ngoài ra, do thân lá lạc tươi có hàm lượng đạm cao nên được đem ủ chua làm thức ăn dự trữ cho gia súc. Vỏ củ lạc: Sau khi tách hạt (nhân), vỏ lạc thường được dùng để đun nấu. Các kết quả điều tra thực tế bà con nông dân tại xã Hồng Phong - huyện Nam Sách cho thấy, trung bình cứ 1 tấn lạc sản phẩm thu hoạch được sẽ có khoảng 2 tấn phụ phẩm thân và lá lạc và khoảng 0,3 tấn phụ phẩm vỏ lạc. Các số liệu này không sai khác gì với các kết quả ở trong tài liệu tham khảo [2]. Trên cơ sở các sô liệu về năng suất lạc các năm 1995 – 2008 và 2010 (Bảng 3.15 và 3.18) có thể tính toán lượng các phụ phẩm từ canh tác lạc cho các năm và dự báo đến năm 2010. Các kết quả tính toán được đưa ra trong Bảng 3.21. Bảng 3.21. Khối lượng các phụ phẩm từ canh tác lạc ở tỉnh Hải Dương diễn biến qua các năm và dự báo đến năm 2010 Năm Khối lượng phụ phẩm (nghìn tấn) Thân và lá lạc Vỏ lạc Tổng phụ phẩm 1995 0,5 0,1 0,6 1996 0,6 0,1 0,7 1997 0,8 0,1 0,9 1998 1,0 0,2 1,2 1999 0,7 0,1 0,8 2000 1,3 0,2 1,5 2001 0,7 0,1 0,8 2002 1,0 0,2 1,2 2003 1,1 0,2 1,3 2004 1,3 0,2 1,5 2005 1,3 0,2 1,5 2006 1,1 0,2 1,3 2007 1,2 0,2 1,4 2008 1,7 0,3 2,0 2010 1,9 0,3 2,2 Từ các kết quả trong Bảng trên, có thể ước tính được tổng khối lượng các phụ phẩm sau thu hoạch lạc trung bình hàng năm khoảng 1.300 tấn. 3.3. Quan trắc chất lượng môi trường canh tác lúa Để đánh giá ảnh hưởng của nền canh tác lúa nước đến chất lượng môi trường không khí chúng tôi đã tiến hành lấy mẫu và đo kiểm tra một số các thông số: CH4, CO và CO2 tại cùng một vị trí lấy mẫu trên cánh đồng trồng lúa trong các giai đoạn khác nhau như: giai đoạn đẻ nhánh làm đòng; giai đoạn lúa đang chín (hạt đang chuyển sang màu vàng); giai đoạn lúa vừa được thu hoạch xong. Đồng thời so sánh hàm lượng các khí này trong cùng một giai đoạn nhưng ở các thời vụ khác nhau trong năm. Kết quả phân tích hàm lượng các khí này được thể hiện ở Bảng 3.22 và Bảng 3.23. Bảng 3.22. Kết quả phân tích hàm lượng khí CH4, CO, CO2 theo các giai đoạn canh tác lúa tại cánh đồng lúa vụ Đông Xuân năm 2009 TT Thời điểm lấy mẫu Hàm lượng (mg/m3 không khí) CH4 CO CO2 1 Giai đoạn đẻ nhánh làm đòng 4,354 2,098 313 2 Giai đoạn lúa đang chin 4,107 2,102 319 3 Giai đoạn lúa vừa thu hoạch 3,881 2,317 357 Bảng 3.23. Kết quả phân tích hàm lượng khí CH4, CO, CO2 theo các giai đoạn tại cánh đồng lúa vụ Mùa năm 2009 TT Thời điểm lấy mẫu Hàm lượng (mg/m3 không khí) CH4 CO CO2 1 Giai đoạn đẻ nhánh làm đòng 4,341 2,104 320 2 Giai đoạn lúa đang chin 3,120 2,110 328 3 Giai đoạn lúa vừa thu hoạch 2,287 2,321 382 * Khí mê tan (CH4) Từ các số liệu thu được trong các Bảng 3.22 và Bảng 3.23 có thể mô tả kết quả trên Biểu đồ 3.1. Từ các số liệu trong các Bảng 3.20 và Bảng 3.21 và trên các Biểu đồ 3.1 và Biểu đồ 3.2 khi so sánh theo thời vụ, thấy rằng hàm lượng khí mêtan đạt giá trị cao nhất tại giai đoạn đẻ nhánh, làm đòng đối với cả hai vụ Đông Xuân và Mùa. Nguyên nhân có thể do trong giai đoạn này nhu cầu nước của lúa cao nên đất trồng luôn luôn được ngâm nước tạo điều kiện môi trường kỵ khí, làm cho cường độ phát thải khí mêtan trong các giai đoạn này là lớn nhất. Tuy nhiên, ở giai đoạn lúa đang chín và sau thu hoạch thì nồng độ khí CH4 ở vụ Đông Xuân lớn hơn nhiều so với vụ Mùa do sau khi thu hoạch vụ Mùa, bà con nông dân thường tháo nước hết khỏi ruộng để phơi ải trong các tháng 11 và 12. Ngược lại, sau khi thu hoạch vụ Đông Xuân, bà con nông dân thường tiến hành làm đất ngay đề tiếp tục cấy vụ Mùa nên lượng nước trong ruộng vẫn còn do đó tạo điều kiện cho sự phát thải CH4 cao hơn. Biểu đồ 3.1. So sánh hàm lượng khí CH4 trong không khí ở các giai đoạn phát triển của cây lúa Biểu đồ 3.2. So sánh nồng độ khí CH4 trong không khí theo vụ canh tác So sánh theo giai đoạn phát triển của cây lúa, thấy rằng ở giai đoạn lúa vừa thu hoạch xong, nồng độ khí mê tan đạt giá trị nhỏ nhất. Lý do có thể là trong giai đoạn lúa chín gần thu hoạch nông dân thường tháo nước để ruộng khô tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu hoạch sau này. Hơn nữa trong giai đoạn lúa chín nhu cầu nước của lúa cũng nhỏ. Kết quả đo được cũng phù hợp với nghiên cứu của PGS.TS. Nguyễn Văn Tỉnh – Phó giám đốc Sở nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Ninh Thuận và các cộng sự về ảnh hưởng của chế độ nước mặt ruộng đến phát thải khí mêtan trên ruộng lúa vùng Đồng bằng sông Hồng. Theo nghiên cứu này [4], chế độ nước mặt ruộng là một trong các nhân tố chính tác động đến quá trình phát thải khí mêtan ruộng lúa. Các tác giả đã nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của chế độ nước mặt ruộng đến phát thải khí mêtan trên ruộng lúa từ năm 2004 ÷ 2006 tại Trạm Khí tượng Nông nghiệp Hoài Đức. Số liệu đo đạc cho thấy, cường độ phát thải khí Mê tan trong các giai đoạn phơi ruộng đa số đều nhỏ hơn so với trường hợp tưới ngập thường xuyên, nhưng giảm rõ rệt nhất ở thời kỳ có lượng phát thải lớn nhất (giai đoạn đẻ nhánh và làm đòng). Tổng lượng phát thải khí Mê tan trong trường hợp tưới ngập nông thường xuyên từ 369,1 ÷ 457,2 kg CH4/ha/vụ, còn trường hợp tưới nông lộ phơi từ 340,3 ÷ 401,5 kg CH4/ha/vụ, tỷ lệ giảm phát thải trung bình từ 7,8 ÷ 14,9 %. Ngoài ra, trong một số kết quả nghiên cứu liên quan của tác giả đã chỉ rõ, áp dụng tưới nông lộ phơi có thể tiết kiệm nước tưới và tăng năng suất lúa so với phương pháp tưới ngập truyền thống. *Khí CO Từ các số liệu thu được trong các Bảng 3.20 và Bảng 3.21 có thể mô tả kết quả trên Biểu đồ 3.3 và Biểu đồ 3.4. Biểu đồ 3.3. So sánh hàm lượng khí CO trong không khí ở các giai đoạn khác nhau Biểu đồ 3.4. So sánh hàm lượng khí CO trong không khí theo vụ canh tác Từ các kết quả đưa ra trong Bảng 3.22 và Bảng 3.23 và trên các Biểu đồ 3.3 và Biểu đồ 3.4 cho thấy hàm lượng khí CO đạt giá trị cao nhất tại giai đoạn thu hoạch đối với cả hai vụ Đông Xuân và Mùa do trong giai đoạn này phụ phẩm (rơm, rạ) thường được phơi khô ngay ở đồng ruộng sau đó được chất thành các đống và đem đốt. Việc đốt rơm rạ tại đồng ruộng đã làm cho nồng độ khí CO trong giai đoạn này cao hơn giai đoạn lúa đẻ nhánh, làm đòng và giai đoạn lúa chín. Hàm lượng khí CO ở giai đoạn lúa đẻ nhánh, làm đòng và giai đoạn lúa chín là rất nhỏ do địa điểm lấy mẫu hoàn toàn là những cánh đồng, xa khu dân cư cũng như các khu công nghiệp nên ít có những nguồn tác động làm phát thải khí CO. Hàm lượng khí CO ở cùng một giai đoạn ít bị biến đổi trong cả hai vụ Đông Xuân và Mùa. Khí CO2: Từ các số liệu thu được trong các Bảng 3.22 và Bảng 3.23 có thể mô tả kết quả trên Biểu đồ 3.5 và Biểu đồ 3.6. Biểu đồ 3.5. So sánh hàm lượng khí CO2 trong không khí ở các giai đoạn khác nhau Biểu đồ 3.6. So sánh hàm lượng khí CO2 trong không khí theo vụ canh tác Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng khí CO2 đạt giá trị cao nhất tại giai đoạn sau thu hoạch đối với cả hai vụ Đông Xuân và Mùa. Tuy nhiên, lượng CO2 ở giai đoạn sau thu hoạch trong vụ Mùa cao hơn vụ Đông Xuân do khi thu hoạch vụ Mùa thời tiết thường hanh khô và ruộng thường được phơi ải, bà con nông dân hầu như không lấy rơm rạ mà thường phơi khô ngay tại đồng ruộng sau đó chất thành các đống khác nhau và đem đốt. Việc đốt rơm rạ thành đống, ngoài phát thải khí CO đã làm phát thải đáng kể khí CO2 trong giai đoạn này và góp phần vào việc làm tăng hàm lượng khí CO2 trong khí quyển. Hàm lượng khí CO2 ở giai đoạn lúa đẻ nhánh, làm đòng và giai đoạn lúa chín là rất nhỏ do địa điểm lấy mẫu hoàn toàn là những cánh đồng, xa khu dân cư cũng như các khu công nghiệp nên ít có những nguồn tác động làm phát thải khí CO2. Hàm lượng khí CO2 ở cùng một giai đoạn ít bị biến đổi trong cả 2 vụ Đông Xuân và Mùa. Trong khuôn khổ luận văn, tuy chưa khảo sát được các chỉ tiêu phát thải các khí CH4, CO, CO2 trong giai đoạn từ sau thu hoạch đến khi làm đất để trồng vụ mới, nhưng trong phạm vi nghiên cứu của đề tài tại tỉnh Hải Dương, trên điều tra, khảo sát thực tế thì hầu như toàn bộ rơm rạ được gom đống và đốt, không có hiện tượng cày dập rạ (rạ được cắt sát gốc) nên có thể kết luận rằng, trong giai đoạn này, đóng góp lượng khí phát thải vào môi trường từ đồng ruộng chủ yếu do sự phân hủy yếm khí các phế phẩm gốc rạ nằm dưới ruộng từ canh tác lúa. Theo kết quả nghiên cứu đưa ra trong Bảng 3.24 dưới đây về năng suất sinh khí mêtan của một số phụ phẩm nông nghiệp thì rơm rạ là nguồn phát thải ra khí mêtan khá lớn. Bảng 3.24. Năng suất phát thải CH4 đối với các loại phụ phẩm khác nhau Loại phụ phẩm Năng suất phát thải (Cm3 CH4/kg phụ phẩm) Tỷ lệ CH4 (%) Phân bò 180 -250 60 - 70 Phân heo 210 – 300 58 - 60 Phân gia cầm 350 – 400 58 - 65 Cây, cỏ xanh 250 – 450 55 - 62 Rơm 150 – 180 60 - 62 Xác trái cây ép 300 – 450 60 - 65 (Nguồn: Renjie Dong, Energy supply and environment protection in countryside development, 2007) Như vậy, rơm rạ là nguồn phát sinh khí mêtan khá lớn. Nếu vùng hay địa phương nào không thu gom rơm rạ để sử dụng mà cày dập và ủ tại ruộng thì vấn đề phát thải các khí trên vào môi trường trong giai đoạn làm đất để trồng vụ mới cần phải được quan tâm. Đây là đối tượng có thể sẽ được quan tâm khảo sát ở nội dung của đề tài nghiên cứu khác. 3.4. Đề xuất phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối 3.4.1. Giá trị sinh nhiệt của các phụ phẩm cây lúa, ngô, lạc Khi chọn dạng sinh khối cho quá trình đốt, nhiệt trị là một trong những thông số quan trọng cho việc thiết kế công nghệ để tính toán kích thước lò cũng như lựa chọn dây chuyền đốt tạo năng lượng. Nhiệt trị được phân tích bằng bom nhiệt lượng với 4 mẫu như sau : - Ngô: 25% lõi bắp và vỏ bắp + 75% thân cây và lá. - Lạc: 15% vỏ củ + 85% thân cây. - Trấu: 100% trấu . - Rơm và rạ: 35% Rơm + 65% Rạ Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 3.25. Bảng 3.25. Gía trị sinh nhiệt của các phụ phẩm từ canh tác lúa, ngô, lạc Tên mẫu Ngô Lạc Trấu Rơm và Rạ Khối lượng mẫu trước khi đốt (g) Lần 1 1,0224 1,0034 1,0211 1,0233 Lần 2 1,0213 1,0042 1,0223 1,0211 Lần 3 1,0226 1,0038 1,0216 1,0228 Áp suất đốt (kPa) Lần 1 3000 3000 3000 3000 Lần 2 3000 3000 3000 3000 Lần 3 3000 3000 3000 3000 Nhiệt lượng (Cal/g) Lần 1 4023,4135 3775,2456 3679,7622 3703,7254 Lần 2 4001,5624 3698,9783 3723,2765 3692,7852 Lần 3 3998,7928 3782,5425 3755,1651 3721,6531 Trung bình 4007,9229 3752,2555 3719,4013 3706,0546 So sánh kết quả phân tích thực tế giá trị nhiệt trên bảng 3.25 với số liệu theo tài liệu tham khảo (bảng 1.3) thì giá trị nhiệt trị có cao hơn như trấu: 3719,4013 cal/g (3719,4013 kcal/ kg) và trên tài liệu tham khảo là 3440 kcal/kg; rơm rạ là 3706,0546 kcal/kg và theo tài liêu là 3488 ÷ 3583 kcal/kg; lạc là 3752,2555 kcal/kg và theo tài liệu là 3415 kcal/kg; với ngô là 4007,9229 kcal/kg và theo tài liệu là 3595 kcal/kg. Nói chung, sai số không đáng kể và có thể chấp nhận được các số liệu này cho các tính toán cần thiết. 3.4.2. Đề xuất phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối 3.4.2.1. Sơ đồ công nghệ đồng phát nhiệt - điện 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. Tuốcbin Nhiên liệu Lò đốt Máy phát điện Nồi hơi Thiết bị trao đổi nhiệt Sấy các sản phẩm NN cần sạch Không khí Nước ngưng tụ Hình 3.4. Sơ đồ hệ thống lò đốt tấng sôi đồng phát nhiệt - điện Nguyên lý làm việc Hệ thống bơm sẽ cấp nước cho nồi hơi, nhiên liệu (trấu, rơm rạ) được cung cấp cho lò đốt. Lượng nhiệt phát sinh từ quá trình cháy tại lò đốt đựợc cung cấp cho nồi hơi để hóa hơi nước. Hơi quá nhiệt tạo thành kéo tuốcbin làm quay máy phát điện, phát ra điện. Nguồn điện này có thể cung cấp tại chỗ cho nhà máy sấy (hoặc xay xát). Nguồn nhiệt từ hơi ra khỏi tuốcbin (hơi thứ) và được dùng để sấy nông sản. 3.4.2.2. Ước tính khả năng cung cấp điện từ tiềm năng sinh khối các phụ phẩm cây lúa, ngô, lạc tỉnh Hải Dương Hiệu suất của dây chuyền và các thiết bị đốt trấu, rơm rạ đồng phát nhiệt - điện như đã mô tả trên Hình 3.4 thực tế là: Hiệu suất của dây chuyền đốt trấu: η1 = 0,8 Hiệu suất lò đốt: η2 = 0,8 Hiệu suất nồi hơi: η3 = 0,8 Hiệu suất của động cơ hoặc tuốcbin: η4 = 0,75 ÷ 0,85 Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt: η5 = 0,3 Hiệu suất máy phát điện: η6 = 0,9 ÷ 0,95 Hiệu suất toàn phần từ đầu dây chuyền đốt trấu đến công đoạn cuối của đồng phát nhiệt - điện là: η = 0,8 × 0,8× 0,8× 0,8× 0,3× 0,92 = 0,11 Trên cơ sở các số liệu từ bảng 3.25 nếu tính mỗi kg trấu khô tạo ra lượng nhiệt 3719,4013 kcal. Mặt khác, nếu quy đổi 1kWh tương ứng 860 kcal, ta có: 3719,4013 kcal/kg trấu = 4,32 kWh/kg trấu 860 kcal/kWh 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: 1000 × 4,32 x 0,11 = 475,2 (kWh) 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. Theo tính toán mỗi năm ở Hải Dương có thể thu gom khoảng 155.300 tấn trầu và 776.300 tấn rơm rạ. Nếu được sử dụng làm nhiên liệu cho mục đích cung cấp năng lượng sẽ thu được khoảng: 475,2 × 155.300 + 474,1 × 776.300 = 441.842.390 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: 1000×(4007,9229:860)×19.800×0,11 = 10.150.297 kWh/năm ≈ 10×106 kWh/năm Tính toán tương tự với phụ phẩm cây lạc. Nếu được sử dụng làm năng lượng cho mục đích cung cấp năng lượng sẽ thu được: [1000×(3752,2555:860)×1.300] ×0,11 ≈ 0,6×106 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. 3.4.2.3. Lựa chọn lò đốt Trên thực tế, trong dây chuyền sản xuất điện năng vấn đề lựa chọn lò đốt là khâu rất quan trọng, hiện nay có 4 loại lò đốt cơ bản: lò cố định, lò chuyển động, lò tầng sôi và lò quay. Đốt tầng sôi nền cát (gọi tắt là FBC: Fludized bed combustion) là tên của một quá trình mà tại đó lớp cát nền được tạo thành dạng lơ lửng phía trên luồng khí và sự cháy của các nhiên liệu rắn được diễn ra tại khu vực bên trong của lớp cát. Mục đích chính của lớp nền là làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, tăng thời gian cháy của nhiên liệu. Cát ở trạng thái sôi làm cho nhiệt độ trong không gian lò đồng đều, nhiên liệu bắt cháy ngay khi mới rơi vào lò. Nhờ quá trình cháy được duy trì trong lớp cát sôi có nhiệt độ ổn định, nên FBC có ưu điểm hơn hẳn so với các lò đốt khác là: - Tăng cường sự trộn lẫn giữa nhiên liệu và chất nền làm cho cường độ cháy cao, ổn định, lượng Cacbon còn lại trong tro thấp; - Đốt được các loại nhiên liệu có độ ẩm và độ tro cao, nhiệt trị thấp; - 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 … - Nhiệt độ cháy thấp (7500C ÷ 8500C) nên lượng NOx trong khí thải nhỏ; - Khả năng cơ giới hoá, tự động hoá cao và có thể chế tạo được lò đốt có năng suất cao và rất cao. Tuỳ theo quy mô sử dụng mà có thể sử dụng lò đốt tầng sôi kết hợp nhiệt - điện hoặc sử dụng lò đốt tầng sôi nền cát để sấy các nông sản. Sơ đồ nguyên lý của dây chuyền thiết bị có sử dụng lò đốt FBC được đưa ra trên Hình 3.5. 1. Sicl« chøa liÖu 2. VÝt t¶i cÊp liÖu 3. Qu¹t lß 4. Van ®iÒu chØnh 5. Buång ®èt 6. Buång l¾ng bôi 7. Bé phËn trao ®æi nhiÖt 8. Cyclon l¾ng bôi 9. Qu¹t hót Hinh 3.5. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị sử dụng lò đốt FBC Nguyên lý hoạt động của lò FBC Nhiên liệu được đốt trong buồng đốt 5. Sử dụng quạt cao áp 3 và quạt hút 9 tạo nên sự thay đổi áp suất trong lò và đảm bảo cát sôi đúng yêu cầu. Việc cung cấp không khí để thực hiện quá trình cháy do quạt cao áp 3 được chia thành hai dòng, dòng sơ cấp và dòng thứ cấp. Dòng sơ cấp được cung cấp qua các vòi phun. Dòng thứ cấp được cấp phía trên lớp cát nhằm cung cấp thêm oxy giúp cho việc cháy nhiên liệu được tốt hơn. Tại buồng lắng 6, tro sẽ lắng lại đó còn khí lò sẽ được đi vào thiết bị trao đổi nhiệt, truyền nhiệt cho không khí tạo thành tác nhân sấy hoặc cung cấp nhiệt cho nồi hơi. 3.4.2.4. Lợi ích kinh tế Hiệu quả thu được từ điện - nhiệt Từ số liệu trong Bảng 1.3, có thể tính được tỷ lệ giá trị nhiệt tương đương giữa 1 tấn than đá với khối lượng các phụ phẩm như sau: Giá trị nhiệt 1 tấn than đá tương đương giá trị nhiệt của 1,74 tấn trấu; Giá trị nhiệt 1 tấn than đá tương đương giá trị nhiệt của 1,55 tấn rơm rạ; Giá trị nhiệt 1 tấn than đá tương đương giá trị nhiệt của 1,66 tấn thân và lõi ngô; Giá trị nhiệt 1 tấn than đá tương đương giá trị nhiệt của 1,75 tấn thân và vỏ lạc. Theo kết quả điều tra phỏng vấn bà con nông dân và thực tế giá cả thu mua của các cơ sở sản xuất nấm, thì giá bán trung bình các phụ phẩm này như sau: Rơm rạ : 180.000 đồng /tấn; Trấu : 120.000 đồng/tấn; Thân và lõi ngô : 80.000 đồng/ tấn; Thân và vỏ lạc : 75.000 đồng/ tấn. Còn giá mua than trên thị trường thời điểm nghiên cứu là: 700.000 đồng/tấn. 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. Hiệu quả thu được từ tro trấu Bảng 3.26 đưa ra số liệu so sánh một vài thành phần của trấu trong quá trình đốt theo công nghệ truyền thống và công nghệ FBC. 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 240.000 ÷ 250.000 đồng/tấn. Cứ 1 tấn trấu sau khi đốt bằng FBC tạo ra 36 kg tro trấu với giá bán tro 8.500 ÷ 9.000 đồng/1 tấn trấu. Bảng 3.26. Thành phần tro trấu trong quá trình đốt theo công nghệ truyền thống và công nghệ FBC [5 ] Thành phần Công nghệ truyền thống (%) Công nghệ FBC (%) SiO2 51,55 96 C 30,82 - Fe2O3 1,95 - K2O 1,34 0,90 MgO 0,20 0,22 CaO 0,14 0,14 MnO 0,1 - Cu 2,61 ppm - Na2O - 0,26 MaO2 - 0,19 TiO2 - 0,04 Al2O3 - 0,04 P2O3 - 0,02 Hao hụt trong quá trình cháy - 0,95 Hiệu quả thu được từ giảm khí thải Phụ phẩm được đốt hoàn toàn trong lò FBC, khí ra ngoài chủ yếu là CO2, chỉ có một hàm lượng rất nhỏ khí SO2 (Bảng 3.27). Bảng 3.27. Lượng khí thải khi đốt phụ phẩm cây lúa và than đá [5] Khí thải (kg/tấn) Trấu Rơm rạ Than đá CO2 40 ÷ 82 30 ÷ 77 200 ÷ 220 SO2 0,5 ÷ 1,5 0,3 ÷ 1,8 28 ÷ 30 NOx - - 9 ÷ 11 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. 3.4.2.5. Lợi ích môi trường – xã hội - Góp phần giải quyết lãng phí nguồn nhiên liệu sinh khối gây ô nhiễm môi trường hiện nay ở Hải Dương; - Tạo thêm một dạng năng lượng mới ở nông thôn bổ sung vào nguồn năng lượng truyền thống đã có nhưng chưa đủ; - Tăng thu nhập cho nông dân và các cơ sở xay xát từ việc bán phụ phẩm. 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; thân, lá, bẹ lõi ngô; thân cây và vỏ lạc), đồng thời phân tích đánh giá tiềm năng NLSK và đánh giá hiệu quả môi trường ở tỉnh Hải Dương đã rút ra một số kết luận như sau: Hải Dương là một tỉnh có vị trí địa lý và điều kiện khí hậu rất thuận lợi cho phát triển nông nghiệp. Trên toàn tỉnh diện tích đất canh tác đang ngày càng bị thu hẹp do quá trình công nghiệp hóa, tuy vậy nông nghiệp vẫn có vai trò quan trọng đối với nền kinh tế của tỉnh, và nông nghiệp thu hút nhiều lao động hơn so với các ngành khác. Đã tính được tổng SK trung bình các phụ phẩm sau thu hoạch một số cây trồng những năm gần đây là: 933.000 tấn từ canh tác lúa; 19.800 tấn từ canh tác ngô; 1.300 tấn từ canh tác lạc; 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; 474,1 kWh/1 tấn rơm rạ; 512,6 kWh/1 tấn phụ phẩm từ cây ngô; 479,6 kWh/1 tấn thân vỏ lạc. 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; Đã đề xuất sơ đồ công nghệ đồng phát nhiệt - điện với lò đốt tầng sôi nền cát dùng nhiên liệu SK từ các phụ phẩm cây lúa, cây ngô và cây lạc; 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; Việc sử dụng các phụ phẩm SK này làm nhiên liệu đồng phát nhiệt - điện có ý nghĩa rất tích cực và hiệu quả không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng mà còn làm giảm sức ép đến nguồn nhiên liệu hóa thạch, đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường (giá nhiên liệu SK chỉ bằng 10 – 30% so với than, lượng phát thải khí CO2 sinh ra ít hơn 3 ÷ 6 lần và SO2 ít hơn 18 ÷ 20 lần so với sử dụng nhiên liệu than; Các số liệu quan trắc môi trường không khí theo thời vụ và theo giai đoạn phát triển của cây lúa nước cho thấy việc thu gom triệt để các phụ phẩm sau thu hoạch là rất cần thiêt để hạn chế tối đa phát thải CO, CO2 hay CH4 vào môi trường. KHUYẾN NGHỊ Cần có chính sách khuyến khích và trợ giúp vốn cho một vài cơ sở chế biến lương thực của tỉnh xây dựng dây chuyền đồng phát nhiệt - điện với quy mô vừa và nhỏ để tận thu tại chỗ nguồn nhiên liệu SK từ các phụ phẩm cây lúa; Cần nghiên cứu phương án quy hoạch, thu gom, vận chuyển… các phụ phẩm cây lúa cũng như các phụ phẩm nông nghiệp khác đế sớm triển khai xây dựng nhà máy đồng phát nhiệt - điện trên địa bàn tỉnh Hải Dương; 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; Để quản lý tốt phụ phẩm nông nghiệp trên địa bàn tỉnh Hải Dương, các cấp chính quyền cần quan tâm hơn nữa, cần xây dựng và thực thi hiệu quả chính sách khuyến khích nông dân phát triển sản xuất đạt hiệu quả về kinh tế, đảm bảo an toàn về môi trường. 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. Tăng cường hợp tác giữa các doanh nghiệp đầu tư, chính quyền địa phương và người dân tiến tới xây dựng hiệu quả các nhà máy đồng phát nhiệt - điện quy mô vừa và nhỏ. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn (2007), Một số chính sách về phát triển ngành nghề nông thôn, NXB Nông nghiệp. Hoàng Thị Huê (2008), Đánh giá tiềm năng năng lượng sinh khối các phụ phẩm nông nghiệp (lúa, ngô, lạc) ở tỉnh Nam Định, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội. Nguyễn Quang Khải, Những vấn đề phát triển năng lượng sinh khối của Việtnam, Nguyễn Văn Tỉnh và các cộng sự, Ảnh hưởng của chế độ nước mặt ruộng đến phát thải khí mêtan trên ruộng lúa vùng Đồng bằng sông Hồng, Phạm Văn Lang (12/2006), Sử dụng chất thải sinh khối trong sản xuất nông – lâm nghiệp bằng công nghệ đốt tầng sôi để phát nhiệt - điện, Hà Nội. Phạm Văn Lang (2003), Báo cáo kết quả nghiên cứu đánh giá thực trạng, xác định công nghệ đốt tầng sôi bằng các chất thải sinh khối dùng trong phát nhiệt điện, Hà Nội. Phạm Văn Lang (10/2000), Báo cáo kết quả thực hiện dây chuyền công nghệ phát điện và nhiệt kết hợp theo phương pháp đốt tầng sôi dùng trấu và phế thải sinh khối trong nông nghiệp ở Đồng Bằng sông Cửu Long, Long An. Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, Báo cáo kết quả sản xuất vụ mùa năm 2008, kế hoạch sản xuất vụ chiêm xuân 2008 – 2009, Hải Dương. Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn tỉnh Hải Dương, Báo cáo kết quả sản xuất vụ chiêm xuân năm 2008, kế hoạch chủ trương và biện pháp sản xuất vụ mùa 2008 , Hải Dương. Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn tỉnh Hải Dương (2006), Quy hoạch đất đai đến năm 2010 tỉnh Hải Dương, Hải Dương. 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 2006 – 2010 tỉnh Hải Dương, Hải Dương. Sở khoa học công nghệ tỉnh Hải Dương (3/2003), Báo cáo điều tra nguồn phát thải furan và dioxin trên địa bàn tỉnh Hải Dương năm 2002, Hải Dương. Sở khoa học công nghệ tỉnh Hải Dương (5/2005), Báo cáo tổng hợp quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Hải Dương giai đoạn 2006 – 2020, Hải Dương. Woranuch Jangsawang, Ashwani K.Gupta, Kuniyuki Kitagawa, Sang C.Lee, High Temperature Steam and Air Gasification of non-woody biomass Wastes, Suatainable Energy and Environment, Volum 1 of proceedings 2006, Thailand, 8/2006. 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), 151 – 155,2008. _dowdoads/training-manual/BiomassBoiler-Manual-Viet.pdf.