Từ năm 2013 đến nay, Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Lọc, Hóa dầu (PTNTĐ) đã bắt đầu nghiên cứu công nghệ liên quan đến chuyển hóa trấu, tro trấu cũng như một số loại sinh khối khác, thành các sản phẩm có giá trị gia tăng cao, sử dụng nhiều quá trình khác nhau, trong đó có quá trình nhiệt phân. 

Xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, PTNTĐ đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất giá thể hữu cơ đa dinh dưỡng, vật liệu hấp phụ và vật liệu cách nhiệt từ một số phế phụ phẩm nông nghiệp và công nghiệp chế biến thực phẩm”. Đề tài do ThS Nguyễn Tiến Hoàng làm chủ nhiệm, với mục tiêu xây dựng được công nghệ sản xuất giá thể hữu cơ đa dinh dưỡng, vật liệu hấp phụ và vật liệu cách nhiệt từ một số phế phụ phẩm nông nghiệp và công nghiệp chế biến thực phẩm.

Để đáp ứng các mục tiêu đã đặt ra, PTNTĐ tiến hành thực hiện đồng bộ giữa phương pháp phân tích các tính chất cơ bản của than hoạt tính, giá thể, vật liệu hấp phụ và vật liệu cách nhiệt. Cũng như phương pháp nhiệt phân chế tạo than sinh học, phương pháp nhiệt phân kết hợp hoạt hóa bằng hơi nước chế tạo than hoạt tính và phương pháp tiền xử lý nguyên liệu và nhiệt phân tạo thành vật liệu silica vô định hình. Và phương pháp chế tạo giá thể.

Thực hiện đề tài, nhóm tiến hành nghiên cứu về tính tương thích, khả năng đáp ứng nhu cầu nguyên liệu sản xuất giá thể hữu cơ đối với một số phế phụ phẩm nông nghiệp và công nghiệp chế biến thực phẩm. Theo đó, nhóm nghiên cứu nhận thấy, hàng năm, ngành chế biến gỗ cho ra khoảng hàng triệu tấn mùn cưa, đây là nguồn nguyên liệu quan trọng cho các ngành chế biến sâu, đặc biệt là sản xuất viên nén gỗ xuất khẩu, khoảng 3 triệu tấn/năm. Đây cũng là nguồn nguyên liệu dồi dào, giá rẻ, nếu tận dụng được để sản xuất các sản phẩm có giá trị tăng cao là việc làm có ý nghĩa khoa học và kinh tế. 

Đối với nguyên liệu bã mía, hiện nay, phần lớn được sử dụng để làm chất đốt trong sản xuất điện, dự báo đến năm 2030, điện năng sản xuất từ bã mía có thể đạt 4,7 triệu MWh. Phần còn lại được sử dụng để ủ làm phân bón ruộng, trồng nấm, làm chất đốt đun nấu. 

Đối với nguyên liệu vỏ trấu, hàng năm nước ta thải loại khoảng 7.9 đến 8.4 triệu tấn trấu. Trong đó, có một phần lớn được sử dụng trực tiếp làm phân bón trong sản xuất cây trồng, giá thể. Một phần nhỏ được sử dụng làm chất đốt, ép thành bánh trấu, củi trấu thay thế một phần cho than và dầu.

Kết hợp với các kết quả phân tích tính chất nhiệt của nguyên liệu, cho thấy việc sử dụng các phế phụ phẩm trong chế biến cây lương thực, đặc biệt là vỏ trấu làm giá thể hữu cơ có tính khả thi cao nhất trong số các loại nguyên liệu được khảo sát.

Trong đó, giá thể hữu cơ mà nhóm đề tài nghiên cứu là loại giá thể hữu cơ trên cơ sở của than sinh học nhằm tận dụng được các ưu điểm như khả năng giữ nước, hàm lượng dinh dưỡng cao, cấu trúc xốp, thoáng khí cho rễ cây phát triển… Các nguyên liệu để sản xuất giá thể được lựa chọn bao gồm: đất phù sa (đã qua xử lý bằng cách ngâm nước 7 – 10 ngày), mụn xơ dừa, than sinh học và mùn hữu cơ và vôi. Ngoài ra, dinh dưỡng bổ sung trong nghiên cứu là phân bón NPK 13:13:13-TE 0,5%. Các kết quả thử nghiệm cho thấy khi thay thế đến 20% giá thể cũ, chất lượng giá thể hữu cơ khảo sát vẫn đáp ứng được yêu cầu.
 
Để sản xuất vật liệu hấp phụ chứa carbon hoạt tính, nhóm thực hiện đề tài tiến hành sản xuất than hoạt tính với 2 nguồn đối tượng giàu xenlulose (trấu, mùn cưa) và nghèo xenlulose (hạt bơ). Than sinh học phục vụ chế tạo than hoạt tính từ các nguồn nguyên liệu trấu, mùn cưa và hạt bơ được sản xuất với các điều kiện tối ưu. Theo đó, tốc độ nạp liệu phù hợp để sản xuất than hoạt tính đối với nguyên liệu tro trấu và hạt bơ là 30kg/h, đối với nguyên liệu mùn cưa là 34kg/h. Tốc độ dòng hơi nước hoạt hóa tối ưu được xác định là 300 lít/phút. Tốc độ quạt hút tối ưu được xác định là 800 m³/h.

Đối với sản phẩm cách nhiệt silica vô định hình sử dụng vật liệu từ vỏ trấu, nhóm nghiên cứu đã đưa ra được thông số phù hợp để sản xuất vật liệu cách nhiệt từ trấu. Sản phẩm thu được từ quá trình nhiệt phân vỏ trấu trong đề tài đã đáp ứng được yêu cầu làm chất cách nhiệt trong xây dựng với các thông số cụ thể như sau: hàm lượng silica vô định hình đạt trên 98%, hàm lượng cacbon nhỏ hơn 1%, diện tích bề mặt riêng theo BET đạt 180m2/g, khối lượng riêng đổ đống đạt 2,31 g/cm³ và độ dẫn nhiệt đạt 0,016 W/m.K. 

Đánh giá về hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của công nghệ, ThS Nguyễn Tiến Hoàng cho biết, công nghệ triển khai trong đề tài có thể xử lý các phế phụ phẩm mà không phát sinh ô nhiễm thứ cấp, khắc phục được các nhược điểm của các quá trình truyền thống. Tạo ra quy trình công nghệ và sản phẩm mẫu có tính mới, hướng tới việc ươm tạo công nghệ để triển khai ứng dụng trong thực tiễn, tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng, thay thế hàng nhập khẩu, đồng thời giải quyết một cách căn cơ một số nguồn phế thải nông nghiệp và công nghiệp chế biến thực phẩm ở Việt Nam, giảm ô nhiễm môi trường. 

“Do tận dụng được nguồn phụ phẩm của ngành chế biến nông sản rất sẵn có ở Việt Nam. Các phụ phẩm này đang là nguồn thải cần xử lý của các doanh nghiệp chế biến nông sản, đồng thời, nhờ áp dụng công nghệ sản xuất hiệu quả, đồng bộ từ khâu thu gom, sơ chế, bảo quản đến khâu sản xuất ra thành phẩm, tận thu sản phẩm phụ, các sản phẩm của đề tài có chất lượng tốt, giá thành rất cạnh tranh so các sản phẩm trên thị trường”, ThS Nguyễn Tiến Hoàng nhấn mạnh.