Năng lượng sinh khối [kỳ 3]: Giá trị năng lượng và môi trường của sinh khối

Năng lượng sinh khối [kỳ 2]: Mức độ sử dụng, vấn đề lương thực và năng lượng Tổng hợp dưới đây cho thấy, chỉ riêng tiềm năng lượng sinh khối trên thế giới được tái tạo hàng năm đã gấp hàng chục lần tổng sản lượng khai thác của nhiên liệu hóa thạch (không tái tạo). Còn về mức độ sử dụng, hiện công nghệ mới chỉ cho phép sử dụng hơn 1,8% sinh khối được tái tạo và tập trung chủ yếu ở các quốc gia đang phát triển.

Năng lượng sinh khối [kỳ 1]: Bản chất khoa học, chu kỳ, sản lượng sinh khối Khai bút đầu xuân Quý Mão, Tạp chí Năng lượng Việt Nam xin giới thiệu chuyên đề về năng lượng sinh khối của các tác giả: Phan Ngô Tống Hưng - Phó Chủ tịch Hiệp hội Năng lượng Việt Nam (VEA), Nguyễn Thành Sơn - Chuyên gia tư vấn năng lượng. Nội dung các bài báo bao gồm: Bản chất khoa học, thành phần hóa học; sản lượng, năng suất; vòng đời/chu kỳ; mức độ sử dụng sinh khối; vấn đề lương thực và năng lượng; sử dụng đất cho sinh khối; sinh khối và môi trường, biến đổi khí hậu v.v... Rất mong được bạn đọc cùng chia sẻ và đóng góp ý kiến.

KỲ 3: GIÁ TRỊ NĂNG LƯỢNG VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA SINH KHỐI

Khi xem xét tiềm năng về năng lượng, sinh khối bao gồm tất cả các dạng nguyên liệu thực vật có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng: Gỗ, cỏ và ngũ cốc, chất thải lâm nghiệp và chăn nuôi... Bởi vì sinh khối là nhiên liệu rắn, nó có thể được so sánh với than đá. Nhiệt trị của sinh khối khô là khoảng 14 MJ/kg. Giá trị tương tự đối với than cứng và than non là 30 MJ/kg và 10 ÷ 20 MJ/kg (xem bảng bên dưới).

Tại thời điểm hình thành (thu hoạch), sinh khối chứa một lượng nước lớn, từ 8 ÷ 20% trong rơm rạ, 30 ÷ 60% trong gỗ, tới 75 ÷ 90% trong phân chuồng trại và 95% trong lục bình.

Ngược lại, độ ẩm của than nằm trong khoảng từ 2 ÷ 12%. Do đó, mật độ năng lượng trong sinh khối ở giai đoạn sinh trưởng thấp hơn so với than đá. Mặt khác, sinh khối có lợi thế về thành phần hóa học. Hàm lượng tro của sinh khối thấp hơn nhiều so với than đá. Ngoài ra, tro sinh khối thường không chứa kim loại nặng và các chất ô nhiễm khác nên có thể bón vào đất làm phân bón.

So sánh về bản chất khoa học của nhiên liệu có nguồn gốc sinh khối với nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch được tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 1: So sánh nhiên liệu sinh khối & nhiên liệu hóa thạch:

Sinh khối thường được xác định nhầm là nhiên liệu cấp thấp, vì vậy ở nhiều quốc gia, việc sử dụng nó thậm chí không được báo cáo trong số liệu thống kê. Tuy nhiên, nó mang lại sự linh hoạt hơn trong việc cung cấp các chất mang năng lượng do số lượng lớn nhiên liệu có thể thu được từ nó.

Năng lượng sinh khối có thể được sử dụng để sản xuất nhiệt và điện thông qua quá trình đốt cháy trong các ứng dụng lò đốt hiện đại, từ nồi hơi thu nhỏ trong gia đình đến nhà máy điện nhiều megawatt sử dụng tua bin khí.

Các hệ thống sử dụng sinh khối làm năng lượng mang lại sự phát triển kinh tế mà không làm tăng hiệu ứng nhà kính, vì sinh khối trung tính với lượng khí thải CO2 vào bầu khí quyển nếu nó được sản xuất và sử dụng một cách hợp lý.

Sinh khối có các đặc tính thân thiện với môi trường khác (phát thải ít lưu huỳnh và oxit nitơ) và có thể góp phần phục hồi các vùng đất bị suy thoái. Ngày càng có nhiều ghi nhận rằng việc sử dụng sinh khối trong các hệ thống thương mại lớn dựa trên các nguồn tài nguyên và chất thải tích lũy, là bền vững và có thể cải thiện việc quản lý tài nguyên thiên nhiên tổng thể.

Bảng 2: So sánh đặc tính NL của nhiên liệu sinh khối & nhiên liệu hóa thạch:

Ưu điểm của sinh khối như một nguồn năng lượng:

Tăng trưởng kinh tế: Sự phát triển kinh tế của các khu vực nông nghiệp ở cả các nước phát triển và đang phát triển là một trong những lợi ích của việc sử dụng sinh khối. Tăng thu nhập của nông dân và đa dạng hóa thị trường, giảm sản xuất thừa trong nông nghiệp, tăng dòng tiền bổ sung, tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế, phục hồi kinh tế chung ở khu vực nông thôn, giảm tác động tiêu cực đến môi trường - tất cả những điều này là những yếu tố quan trọng trong việc sử dụng sinh khối như một nguồn năng lượng.

Dòng tài chính mới từ nông dân và dân cư nông thôn cải thiện tình hình tài chính của cộng đồng nông thôn và có thể dẫn đến kích hoạt hơn nữa nền kinh tế địa phương. Cuối cùng, nó có nghĩa là sự chậm lại trong di cư đô thị, điều rất quan trọng đối với nhiều khu vực trên thế giới.

Tăng trưởng việc làm (đối với sản xuất, canh tác và sử dụng sinh khối) và tăng trưởng công nghiệp (phát triển doanh nghiệp sản xuất nhiên liệu lỏng, các ngành công nghiệp năng lượng khác) có thể rất lớn.

Ví dụ: USDA - Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (United States Department of Agriculture) đã ước tính rằng 17.000 việc làm được tạo ra cho mỗi triệu gallon ethanol được sản xuất. Đổi lại, Viện Nghiên cứu Năng lượng Điện ước tính rằng việc sản xuất 5 triệu tỷ Btu (đơn vị nhiệt điện của Anh) trên diện tích 50 triệu mẫu Anh sẽ làm tăng thu nhập của nông dân thêm 12 tỷ đô la hàng năm (Mỹ tiêu thụ 90 triệu Btu hàng năm). Sinh khối có khả năng đảm bảo cho nông dân thu nhập ổn định nhờ tạo ra một thị trường mới và củng cố nền kinh tế địa phương bằng cách tạo ra sự luân chuyển vốn trong các cộng đồng địa phương.

Cải thiện việc sử dụng các nguồn tài nguyên nông nghiệp thường được đề xuất ở EU. Sự phát triển của một thị trường thay thế cho các sản phẩm nông nghiệp dẫn đến việc sử dụng hiệu quả hơn các diện tích canh tác, vốn không được sử dụng đúng mức ở nhiều nước EU.

Ví dụ: Năm 1991, ở EU có 128 triệu ha được sử dụng để trồng ngũ cốc. Khoảng 0,8 triệu ha đã được đưa ra khỏi sử dụng như một phần của chương trình giảm sản lượng. Nhiều đất hơn dự kiến ​​sẽ được đưa ra khỏi sản xuất trong tương lai. Rõ ràng là việc tái định hướng một số vùng đất này để sử dụng phi lương thực (ví dụ, sinh khối để sản xuất năng lượng) sẽ giúp tránh việc sử dụng tài nguyên nông nghiệp không bền vững.

Nông nghiệp châu Âu dựa trên việc sản xuất một số lượng hạn chế các loại cây trồng, chủ yếu được sử dụng làm thức ăn cho người và động vật, và nhiều loại cây trồng này được sản xuất dư thừa.

Giá giảm đã dẫn đến sự sụt giảm và bất ổn trong thu nhập của nông dân châu Âu. Trồng cây năng lượng có thể làm giảm sản xuất dư thừa. Và những cây trồng năng lượng có thể cạnh tranh với việc trồng các giống cây lương thực dư thừa.

Sinh khối và môi trường:

Việc sử dụng năng lượng sinh khối có nhiều phẩm chất độc đáo mang lại lợi ích cho môi trường. Nó có thể giúp giảm thiểu biến đổi khí hậu, giảm mưa axit, xói mòn đất, ô nhiễm nước và áp lực chôn lấp, cung cấp môi trường sống cho động vật hoang dã và giúp duy trì điều kiện rừng lành mạnh thông qua quản lý tốt hơn.

Hình 9: Vòng quay của sinh khối trong hệ sinh thái của con người.

Sinh khối và biến đổi khí hậu:

Biến đổi khí hậu là một mối quan tâm toàn cầu ngày càng tăng. Các hoạt động của con người, đặc biệt là đốt nhiên liệu hóa thạch, giải phóng hàng trăm triệu tấn cái gọi là khí nhà kính (GHG) vào bầu khí quyển.

Ví dụ: Khí nhà kính bao gồm các loại khí như carbon dioxide (CO2) và methan (CH4). Điều đáng lo ngại là các khí nhà kính trong khí quyển có thể làm thay đổi khí hậu Trái đất, dẫn đến những thay đổi trong sinh quyển duy trì sự sống trên Trái đất. Công nghệ năng lượng sinh khối có thể giảm thiểu tác động này. Cả CO2 và CH4 đều là mối đe dọa lớn, nhưng CH4 gây hiệu ứng nhà kính gấp 20 lần so với CO2 (mặc dù nó có thời gian tồn tại ngắn hơn trong khí quyển).

Việc thu gom khí CH4 thải ra từ các bãi chôn lấp chất thải rắn, nhà máy xử lý nước thải và cơ sở lưu trữ phân làm giảm lượng khí CH4 thải vào khí quyển và cho phép sử dụng năng lượng của khí CH4 để tạo ra điện hoặc làm nhiên liệu cho động cơ xe cộ.

Tất cả các loại thực vật, bao gồm cả những loại được trồng đặc biệt trong các đồn điền năng lượng, đều lưu trữ carbon trong quá trình sinh trưởng của chúng, làm giảm lượng carbon trong khí quyển.

Nói cách khác, CO2 giải phóng trong quá trình đốt cháy sinh khối được hấp thụ trong quá trình phát triển tiếp theo của thực vật, thực hiện cái gọi là chu trình carbon khép kín. Trên thực tế, lượng carbon hấp thụ có thể lớn hơn lượng carbon thải ra khi đốt cháy vì hầu hết các loại cây đều là cây lâu năm. Trong quá trình thu hoạch, chúng được cắt chứ không nhổ. Đồng thời, rễ vẫn nằm trong lòng đất, ổn định đất và tái sinh trong các mùa tiếp theo.

Sinh khối và mưa a xít:

Mưa axit được gây ra chủ yếu do sự giải phóng phốt pho và nitơ oxit vào khí quyển trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. Mưa axit ảnh hưởng xấu đến con người và động vật hoang dã, đặc biệt là các hồ rất nhạy cảm với chúng.

Vì sinh khối không chứa phốt pho nên quá trình đốt cháy của nó không dẫn đến sự hình thành mưa axit. Hơn nữa, sinh khối có thể dễ dàng trộn với than nên có thể sử dụng "đồng đốt". Đồng đốt ở đây đề cập đến việc sử dụng sinh khối cùng với than trong các lò hơi đốt than truyền thống trong các nhà máy nhiệt điện hoặc lò hơi cung cấp nhiệt. Đây là một cách rất đơn giản để giảm phát thải phốt pho và hậu quả là mưa axit.

Sinh khối và xói mòn đất, ô nhiễm nước ngầm:

Thực vật có thể làm giảm ô nhiễm nước ngầm theo nhiều cách khác nhau. Các đồn điền năng lượng có thể được đặt trên những vùng đất không phù hợp, vùng ngập nước, cũng như những vùng đồi núi. Trong mọi trường hợp, cây năng lượng ổn định đất bằng cách giảm xói mòn. Chúng cũng làm giảm mất chất dinh dưỡng, bảo vệ hệ thống thủy sinh. Sự hiện diện của thực vật có thể tạo điều kiện cho sự sống của các loài thủy sinh, chẳng hạn như các loài cá khác nhau. Bởi vì cây năng lượng thường là cây lâu năm và không được trồng hàng năm, máy móc ít được sử dụng trên đồng ruộng hơn, làm giảm độ nén của đất và thoái hóa đất.

Một lựa chọn khác để giảm ô nhiễm nước khi sử dụng sinh khối là thu khí CH4 từ quá trình phân hủy kỵ khí trong đầm phá cùng với phân từ các trang trại gia súc, gia cầm. Những đầm phá khổng lồ này chịu trách nhiệm về sự ô nhiễm của nhiều con sông. Việc sử dụng quá trình phân hủy kỵ khí cho phép nông dân giảm mùi hôi, sử dụng khí CH4 thu được để sản xuất năng lượng và thu được phân bón dạng lỏng hoặc bán khô có thể sử dụng tại địa phương hoặc bán./.

PHAN NGÔ TỐNG HƯNG - PHÓ CHỦ TỊCH VEA

NGUYÊN THÀNH SƠN - CHUYÊN GIA TƯ VẤN NĂNG LƯỢNG