Tận dụng khí sinh học từ chất thải chăn nuôi để phát điện là giải pháp năng lượng xanh không chỉ giúp giảm phát thải khí nhà kính, mà còn giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên trong nông nghiệp.

Trong nhiều năm, khí sinh học (biogas) từ hầm ủ chất thải chăn nuôi chủ yếu được sử dụng cho mục đích đun nấu tại các hộ gia đình và trang trại. Tuy nhiên, tại các trang trại chăn nuôi quy mô nhỏ và vừa, lượng chất thải gia súc mỗi ngày có thể tạo ra hàng trăm mét khối khí sinh học. Khi nhu cầu đun nấu không tiêu thụ hết lượng khí này, phần dư thừa thường bị đốt bỏ hoặc xả trực tiếp ra môi trường, gây mùi khó chịu và làm gia tăng phát thải khí nhà kính. 

Nhận thấy tiềm năng này, kỹ sư Phạm Đức Thọ cùng các cộng sự đến từ Đại học Bách khoa Hà Nội và Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã đề xuất nghiên cứu giải pháp máy phát điện chạy bằng khí biogas. Ý tưởng này được triển khai trong khuôn khổ Dự án Hỗ trợ nông nghiệp carbon thấp (LCASP), do Ngân hàng Phát triển châu Á tài trợ và Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (nay là Bộ Nông nghiệp và Môi trường) quản lý từ năm 2013. 

Hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng sinh học biogas (Ảnh: EGreen)

Quá trình chuyển đổi từ ý tưởng nghiên cứu sang ứng dụng thực tế đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật bởi khí sinh học có đặc tính không ổn định, thường chứa nhiều hơi nước và các tạp chất như khí H₂S, là những yếu tố có thể gây ăn mòn thiết bị và ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ.

Để khắc phục vấn đề này, nhóm kỹ sư đã thiết kế hệ thống lọc khí nhằm loại bỏ khoảng 80% hơi nước và kiểm soát hàm lượng H₂S đầu ra dưới ngưỡng 100 ppm. Cùng với đó, các bộ phận của động cơ như buồng đốt và tỷ số nén cũng được cải tiến để phù hợp với đặc tính của nhiên liệu khí sinh học.

Thách thức khác mà nhóm kỹ sư gặp phải là áp lực và chất lượng khí biogas có thể thay đổi theo điều kiện vận hành của hầm ủ. Vì vậy, hệ thống máy phát điện cần đảm bảo vận hành ổn định về tốc độ quay, điện áp và tần số. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế hệ thống điều chỉnh tự động kết hợp các cảm biến giám sát nhằm duy trì sự ổn định của động cơ ngay cả khi nguồn nhiên liệu biến động.

Bên cạnh các cải tiến kỹ thuật, cấu trúc vỏ thiết bị cũng được chế tạo bằng sợi nhựa tổng hợp để giảm ăn mòn và giảm trọng lượng, giúp thuận tiện cho việc lắp đặt tại các trang trại. Giải pháp này đồng thời giúp giảm khoảng 30% chi phí so với một số hệ thống tương tự nhập khẩu từ nước ngoài.

Đáng chú ý, công nghệ Internet vạn vật (IoT) cũng được ứng dụng trong quản lý và giám sát hệ thống. Nhờ đó, các thiết bị có thể được theo dõi từ xa, hỗ trợ việc vận hành, bảo trì và bảo dưỡng, đặc biệt phù hợp với các trang trại ở khu vực xa trung tâm.

Sau khi dự án LCASP gần kết thúc, một số thành viên chủ chốt trong nhóm nghiên cứu đã quyết định thành lập Công ty cổ phần công nghệ EGreen vào tháng 2/2017 nhằm tiếp tục hoàn thiện công nghệ và từng bước đưa giải pháp phát điện từ khí sinh học vào ứng dụng thực tế. 

EGreen có dịch vụ cho thuê máy phát điện mô hình ESCO (Ảnh: EGreen)

Bên cạnh việc phát triển công nghệ, mô hình triển khai cũng được thiết kế theo hướng giảm rủi ro đầu tư cho các trang trại. Một số hệ thống phát điện khí sinh học được triển khai theo mô hình ESCO, trong đó đơn vị cung cấp dịch vụ đầu tư toàn bộ hệ thống và chịu trách nhiệm vận hành, bảo trì. Các trang trại sử dụng điện do hệ thống sản xuất và thanh toán theo mức giá cạnh tranh, qua đó có thể giảm chi phí điện năng mà không phải đầu tư vốn ban đầu.

Theo số liệu thống kê trong giai đoạn từ tháng 5/2022 đến tháng 6/2023, các hệ thống phát điện và thiết bị lọc khí biogas được triển khai đã tạo ra hơn 18 triệu kWh điện năng. Lượng điện này tương đương với việc giảm phát thải khoảng 157.000 tấn CO₂ ra môi trường.

Bên cạnh lợi ích môi trường, việc tận dụng khí sinh học cũng mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt. Tổng chi phí điện năng và nhiên liệu đun nấu được tiết kiệm ước tính hơn 600.000 USD mỗi năm. Đồng thời, hàng nghìn trang trại và hộ gia đình đã tiếp cận với các thiết bị xử lý khí sinh học, góp phần nâng cao nhận thức về quản lý chất thải và sử dụng năng lượng hiệu quả trong chăn nuôi.

Trong bối cảnh ngành nông nghiệp đang hướng tới mục tiêu phát triển xanh và giảm phát thải, việc khai thác hiệu quả nguồn năng lượng sinh học từ chất thải chăn nuôi được xem là một hướng đi nhiều tiềm năng. Không chỉ giúp xử lý chất thải, các giải pháp phát điện từ biogas còn góp phần tạo ra nguồn năng lượng tái tạo tại chỗ, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và thúc đẩy phát triển nông nghiệp theo hướng tuần hoàn, bền vững.