Sinh khối công nghiệp - Nguồn năng lượng mới giúp trung hòa carbon

Con đường tiến tới trung hòa carbon - Thách thức với ngành Năng lượng Việt Nam Nhân dịp chào đón năm mới 2022, với cam kết mạnh mẽ của Thủ tướng Việt Nam tại Hội nghị quốc tế về Biến đổi khí hậu tháng 11/2021 (COP26), khi phấn đấu đưa nước ta tiến tới “phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050”, chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam có vài nét bình luận về những thách thức, cơ hội và những điều cần làm sắp tới của ngành Năng lượng Việt Nam. Xin chia sẻ cùng quý bạn đọc.

Năng lượng sinh khối ở đâu?

Theo Trung tâm Năng lượng Sinh khối Anh (BEC), và Bách khoa thư mở thì sinh khối (biomass) là dạng vật liệu sinh học với gốc từ sự sống, sinh vật sống, như cây trồng hay vật liệu có nguồn gốc từ thực vật. Về mặt lịch sử, con người đã khai thác các sản phẩm có nguồn gốc từ năng lượng sinh khối bằng việc dùng củi và cỏ khô để nhóm lửa sưởi ấm. Ngày nay, thuật ngữ biomass có thể hiểu theo hai nghĩa. Một, sinh khối là vật liệu cây trồng dùng để tạo ra điện năng (dùng tua bin hơi hoặc khí), hoặc Hai, tạo ra nhiệt (thông qua đốt trực tiếp). Vì vậy, nó được xem là nguồn năng lượng tái tạo, và có thể dùng trực tiếp, gián tiếp một lần hay chuyển thành dạng năng lượng khác như nhiên liệu sinh học. Sinh khối có thể chuyển thành năng lượng theo ba cách: Chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi hóa học, và chuyển đổi sinh hóa.

Đốt sinh khối có nguồn gốc từ thực vật thải ra CO₂, nhưng nó vẫn được phân loại là nguồn năng lượng tái tạo trong khuôn khổ pháp lý của Liên minh châu Âu và Liên Hợp Quốc vì quá trình quang hợp chu kỳ CO₂ trở lại từ cây trồng mới. Trong một số trường hợp, việc tái chế CO₂ này từ thực vật vào khí quyển và trở lại thực vật thậm chí là CO₂ âm, vì một phần tương đối lớn CO₂ được chuyển đến đất trong mỗi chu kỳ.

Xử lý sinh khối đã tăng lên trong các nhà máy điện than, vì nó có thể thải ra ít CO₂ hơn mà không tốn kém chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng mới. Tuy nhiên, đồng đốt không phải là không có vấn đề, thường thì việc nâng cấp sinh khối là có lợi nhất. Việc nâng cấp lên nhiên liệu cấp cao hơn có thể được thực hiện bằng các phương pháp khác nhau, được phân loại rộng rãi là nhiệt, hóa học hoặc sinh hóa.

Tổng quan nghiên cứu và ứng dụng sinh khối:

Cuối tháng 1/2022, Tập đoàn Koehler của Đức (KG) thông báo họ đã phát triển một công nghệ sinh khối mới, cho phép sản xuất năng lượng để cung cấp ngay cho các dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp. Đây là ứng dụng trong nhà máy sản xuất giấy, với ứng dụng này của Koehler mở ra hướng đi mới, có thể chuyển đổi một nhà máy đốt than cũ tại địa điểm thị trấn Greiz của Đức - nơi công ty đang hoạt động thành một cơ sở năng lượng sinh học.

Một kỳ tích tương tự, quy mô lớn hơn đã đạt được kết quả khả quan đó là Nhà máy điện Drax (DPS) của Anh ở North Yorkshire. Năm 2012, DPS đã thực hiện thành công dự án khử cacbon lớn nhất của châu Âu trong những năm đầu thập niên thứ 2 ở thế kỷ này, chuyển đổi một phần từ than đá sang sinh khối, tạo ra khoảng 3,9 MW, hoặc chiếm tới 6% nguồn cung cấp năng lượng của Vương quốc Anh.

Những đơn vị tiên phong như Koehler và Drax không hề đơn độc và giờ đây ý tưởng này đang trở nên phổ biến và thành hiện thực. Trên thực tế, các nhà cung cấp năng lượng trên toàn thế giới đang chuyển đổi nhà máy, hoặc ít nhất có kế hoạch đa dạng hóa theo hướng đó như một phần của mục tiêu năng lượng bền vững quy mô rộng. Tập đoàn năng lượng đa quốc gia Ørsted của Đan Mạch có những mục tiêu đầy tham vọng. Ørsted cho biết, vào năm 2023, họ sẽ thay thế hoàn toàn “than làm nhiên liệu, bằng sinh khối bền vững”. Đó là một tuyên bố táo bạo nhưng Ørsted tin rằng điều này hoàn toàn khả thi và thực hiện được.

Rào cản đối với năng lượng sinh khối?

Tuy khả thi và có lợi nhưng Ørsted cũng thừa nhận, một số kế hoạch của họ bị chỉ trích từ phía dư luận. “Ngay từ đầu, chúng tôi đã nhận thấy tác động của sinh khối trong việc giúp tạo ra một tương lai xanh hơn. Sinh khối có nguồn gốc bền vững, nó được coi là nhiên liệu trung hòa CO₂ vì thải ra cùng một lượng CO₂ từ quá trình đốt cháy mà nó sẽ hấp thụ trong quá trình tăng trưởng” - Người phát ngôn của Ørsted cho hay.

Nguồn cung ứng bền vững là vấn đề. Vào cuối năm 2019, tổ chức tư vấn về khí hậu Sandbag đã cảnh báo, các kế hoạch chuyển đổi của châu Âu thực sự có thể dẫn đến thiệt hại về khí hậu, thậm chí nhiều hơn những gì chúng giúp ngăn ngừa do làm tăng nạn phá rừng.

Trở lại với Đức và vấn đề rừng, Sandbag cảnh báo, số lượng viên nén cần cho các nhà máy sinh khối của châu Âu có thể tương đương với một nửa diện tích của Rừng Đen mỗi năm. “Quy mô rừng bị chặt để vận hành các nhà máy điện này thật đáng kinh ngạc - không thể tin được các công ty dùng than khi họ cho rằng việc chuyển sang đốt rừng lại tốt cho khí hậu” - Charles Moore, nhà phân tích chính sách và năng lượng cấp cao của Sandbag cho hay.

Chatham House tiếp tục trích dẫn: Anh là một ví dụ về việc ban hành một chính sách sai lầm cho sử dụng sinh khối. Sandbag cũng chỉ trích vai trò của ngành công nghiệp gỗ của Mỹ trong việc cung cấp cho cả EU và Anh. Việc khai thác cây sống, rễ cây mục nát và sản phẩm phụ từ gỗ đặt ra một thách thức. Chỉ riêng ở Anh, các viên gỗ nén có nguồn gốc từ Mỹ đã “tạo ra 13 đến 16 triệu tấn khí thải CO₂ năm 2019”. Phản ứng về vấn đề này, Hiệp hội Viên nén Công nghiệp Mỹ (USIPA) đã thẳng thừng bác bỏ, thậm chí còn phản bác, và coi quan điểm của Sandbag mâu thuẫn với IPCC.

Triển vọng của năng lượng sinh khối:

Báo cáo đánh giá thứ 6 của Ủy ban Biến đổi khí hậu (IPCC) thuộc Liên Hợp Quốc đã xem xét tình trạng biến đổi khí hậu, tác động của nó và các bước có thể thực hiện để ngăn chặn. IPCC kết luận, sinh khối có vai trò quan trọng, nhưng nó phải có nguồn gốc bền vững và được hỗ trợ bởi các công nghệ sinh học thu giữ carbon thích hợp. “Kết luận này của IPCC được dư luận hoan nghênh, và có lý do để lạc quan rằng sinh khối có thể là giải pháp để ngăn chặn biến đổi khí hậu. Các lộ trình mà IPCC đưa ra sẽ mang lại cho nhân loại cơ hội tốt nhất để đạt được các mục tiêu của Thỏa thuận Paris và COP26 dựa vào năng lượng sinh học với thu giữ và lưu trữ carbon của nguyên liệu sinh khối” - Hiệp hội Pallet công nghiệp Mỹ (UIPA) cho hay.

Trong kịch bản lạc quan nhất, theo IPCC, hiện tượng nóng lên toàn cầu sẽ được giới hạn ở mức 1,5°C. Để làm được điều này, hàng năm chúng ta sẽ phải loại bỏ khoảng 5 tỷ tấn CO₂ trên toàn cầu vào giữa thế kỷ và tăng lên 17 tỷ tấn vào cuối thế kỷ này. Công bằng mà nói, vẫn còn những thách thức cần vượt qua nếu thế giới khai thác hết tiềm năng của năng lượng sinh học.

Với những quan điểm trái ngược về khả năng tồn tại của sinh khối, thách thức lớn nhất được cho là nhận thức và giáo dục ở tất cả các bên. Nhưng năng lượng sinh học trong sinh khối có một vai trò nhất định trong việc tạo ra nguồn điện bền vững trong tương lai. Theo dữ liệu của Ủy ban châu Âu (EC), lĩnh vực này đã cung cấp 60% hệ thống sưởi và điện cho EU.

EC chấp nhận cần tiến hành nhiều nghiên cứu hơn để giải quyết những thách thức bao gồm cải thiện công nghệ để đảm bảo hiệu quả và giảm chi phí; phát triển chuỗi cung ứng năng lượng sinh học tích hợp, đáng tin cậy từ nguyên liệu đầu vào để chuyển đổi thành nhiệt, điện và nhiên liệu vận tải; và tích hợp năng lượng sinh học trong hệ thống năng lượng chúng. Theo số liệu từ Cơ quan năng lượng sinh học châu Âu (Bioenergy Europe-BU), về nguyên liệu, EU dựa vào sinh khối gỗ tới 70%, chủ yếu từ việc trồng các loại cây cho sinh khối lớn.

Theo trung tâm Tư vấn Năng lượng ShareActio, mặc dù khó có thể tìm được số liệu thống kê chính xác, nhưng trong năm 2019, ước tính có 74 nhà máy sản xuất năng lượng sinh khối, trên 15 nhà sản xuất năng lượng sinh học hàng đầu ở châu Âu, đốt khoảng 32 triệu tấn sinh khối, trong đó Anh đứng đầu với 15 địa điểm, và Đức thứ hai với 13 địa điểm.

Đánh giá về vai trò năng lượng sinh khối, Tổng thư ký Cơ quan Năng lượng Sinh học châu Âu Jean-Marc Jossart cho biết, năng lượng sinh học là lĩnh vực duy nhất cần có các tiêu chí bền vững nghiêm ngặt. Vì vậy chúng cần phải dựa trên một khuôn khổ chính sách nhất quán và vững chắc để đảm bảo một thị trường hiệu quả và ổn định, thông qua chiến lược và chính sách dài kỳ phi carbon. Đây cũng là cách giúp EU đảm tốt tốt an ninh năng lượng trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng và lệ thuộc và nhiên liệu hóa thạch của Nga như hiện nay.

Năng lượng sinh khối - nhìn về Việt Nam:

Tại Việt Nam, năng lượng sinh học nói chung và sinh khối nói riêng trong thị trường năng lượng tái tạo vẫn còn khá mới mẻ. Rào cản chủ yếu nằm ở việc thiếu thông tin về các công nghệ hiện đại, năng lực và kiến thức cho đội ngũ vận hành, khó tiếp cận được cơ chế tài chính phù hợp, đặc biệt là vấn đề nguồn nguyên liệu phân tán, thiếu bền vững, có tính mùa vụ, và giá cả chưa được kiểm soát.

Với ngành nông nghiệp chiếm tỷ trọng 14,68% GDP và 39,35% tổng dân số tham gia vào lực lượng lao động trong năm 2018, Việt Nam có tiềm năng lớn về sản xuất năng lượng sinh học. Trong các văn bản chỉ đạo của Bộ Chính trị và Chính phủ, năng lượng sinh học được kỳ vọng sẽ góp phần đa dạng hóa nguồn cung năng lượng và góp phần phát triển năng lượng tái tạo.

Theo báo cáo chuyên sâu có tên GGGI của Viện Tăng trưởng Xanh toàn cầu Hàn Quốc công bố tháng 11 năm 2018, tiềm năng của năng lượng sinh khối để phát triển ngành điện ở Việt Nam rất lớn, ví dụ bã mía, trấu, mùn cưa... chẳng hạn. Dự án sản xuất điện từ bã mía ở Việt Nam thông qua các nghiên cứu tiền khả thi (NCTKT) do GGGI và GIZ đồng thực hiện đối với năm nhà máy đường ở Việt Nam đã được thực hiện.

Chính phủ Đức, thông qua Quỹ Sáng kiến Khí hậu Quốc tế (IKI) của Bộ Môi trường, Bảo tồn Thiên nhiên và An toàn hạt nhân Liên bang Đức, đã tài trợ Dự án “Bảo vệ khí hậu thông qua phát triển thị trường năng lượng bền vững ở Việt Nam” (Dự án BEM). Dự án được Tổ chức Hợp tác Phát triển Đức GIZ phối hợp cùng Cục Điện lực và Năng lượng Tái tạo thuộc Bộ Công Thương thực hiện từ năm 2019 và sẽ kết thúc vào năm 2023. Cam kết của hai bên là cải thiện các điều kiện tiên quyết cho việc sử dụng bền vững các nguồn tài nguyên sinh khối để sản xuất điện và nhiệt tại Việt Nam.

Dự án BEM nằm trong khuôn khổ của Chương trình Hỗ trợ Năng lượng GIZ (ESP). Mục tiêu của Chương trình ESP là đóng góp vào chiến lược giảm phát thải khí nhà kính và chiến lược tăng trưởng xanh của Việt Nam, thông qua tăng cường khung pháp lý cho năng lượng tái tạo và hiệu quả năng lượng nhằm thúc đẩy đầu tư từ khu vực tư nhân thông qua nâng cao năng lực chuyên môn và quản lý của các bên liên quan.

Theo GIZ, sản phẩm phụ phẩm nông nghiệp rất dồi dào như trấu, rơm rạ, bã mía, hay phụ phẩm gỗ. Với hàm lượng silica cao, tiềm năng lý thuyết khoảng 9 triệu tấn, trấu được dự án BEM của GIZ lựa chọn để hợp tác với Sanofi Việt Nam trong việc triển khai dự án “Trấu - Nhiên liệu xanh mới” (RING). Thông qua dự án, nhà máy Sanofi Việt Nam, kỳ vọng sẽ giảm 2.000 - 3.000 tấn CO₂ mỗi năm, giảm 40% chi phí hơi nước, và đặc biệt sẽ sử dụng 100% nguồn năng lượng sinh khối trấu trong sản xuất./.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM (THEO: PNC/SAIGONIMES/GGGI - 3/2022)

Link tham khảo:

1/ https://power.nridigital.com/future_power_technology_mar22/industrial_biomass_europe

2/ https://thesaigontimes.vn/loi-giai-cho-nang-luong-sinh-khoi-tai-viet-nam/

3/ https://gggi.org/site/assets/uploads/2018/12/Biomass-report-vn-10.12.pdf