Công nghệ phát điện từ rác thải
Thứ sáu, 24/04/2015
Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2011, đến năm 2015, khối lượng chất thải rắn trong cả nước phát sinh ước đạt 44 triệu tấn/năm, trong đó nhiều nhất là chất thải rắn đô thị và công nghiệp. Tiềm năng thu hồi năng lượng từ nguồn rác thải đô thị là rất lớn nhưng đến nay tiềm năng này vẫn đang bị lãng phí do vẫn còn 76-82% lượng chất thải rắn được xử lý theo kiểu chôn lấp. Một hướng đi đang được Chính phủ khuyến khích đó là phát điện từ nguồn rác thải sinh hoạt hữu cơ đô thị.
Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2011, đến năm 2015, khối lượng chất thải rắn trong cả nước phát sinh ước đạt 44 triệu tấn/năm, trong đó nhiều nhất là chất thải rắn đô thị và công nghiệp. Tiềm năng thu hồi năng lượng từ nguồn rác thải đô thị là rất lớn nhưng đến nay tiềm năng này vẫn đang bị lãng phí do vẫn còn 76-82% lượng chất thải rắn được xử lý theo kiểu chôn lấp. Một hướng đi đang được Chính phủ khuyến khích đó là phát điện từ nguồn rác thải sinh hoạt hữu cơ đô thị.
Những khó khăn khi áp dụng công nghệ phát điện từ rác thải tại Việt Nam
Một thách thức trong việc phát điện từ rác thải đó là vấn đề phân loại rác tại nguồn. Nếu thực hiện thành công việc này, chúng ta có thể giảm thiểu lượng rác thải chôn lấp bằng cách tái chế rác thải hữu cơ thành sản phẩm có ích, các chất thải như nhựa, giấy, kim loại được tái chế thành nguyên liệu đầu vào hoặc sản phẩm tái chế. Hiện nay, chương trình phân loại rác thải tại nguồn vẫn chưa được áp dụng, triển khai rộng rãi vì nhiều lý do như chưa đủ nguồn lực tài chính để mua sắm trang thiết bị, đầu tư cơ sở hạ tầng cũng như nguồn nhân lực thực hiện, đặc biệt là thói quen của người dân.
Khó khăn thứ hai trong việc đầu tư nhà máy điện rác đó là giá điện từ rác thải còn rẻ trong khi chi phí đầu tư lớn, thời gian hoàn vốn lên đến 10-20 năm. Năm 2014, Thủ tướng Chính Phủ đã ban hành Quyết định 31/2014/QĐ-TTg về cơ chế hỗ trợ phát triển dự án phát điện sử dụng chất thải rắn tại Việt Nam. Điều 14 – Hỗ trợ giá điện đối với dự án phát điện sử dụng chất thải rắn quy định:
“ 1. Bên mua điện có trách nhiệm mua toàn bộ sản lượng điện từ các dự án phát điện sử dụng chất thải rắn với giá mua điện tại điểm giao nhận điện (chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng) như sau:
- Đối với các dự án phát điện đốt chất thải rắn trực tiếp là 2.114 đồng/kWh (tương đương 10,05 UScents/kWh).
- Đối với các dự án phát điện đốt khí thu hồi từ bãi chôn lấp chất thải rắn là 1.532 đồng/kWh (tương đương 7,28 UScents/kWh)”
Dự án nhà máy điện chạy bằng khí thải đầu tiên tại Việt Nam đã được thực hiện tại Khu Liên hợp xử lý chất thải rắn Ða Phước (huyện Bình Chánh, Tp. Hồ Chí Minh). Theo dự kiến, một tháp đốt khí thu hồi từ bãi chôn lấp sẽ được vận hành trong tháng 2/2014 và hai động cơ phát điện đầu tiên sẽ đưa vào vận hành giữa năm 2014. Tuy nhiên, cho đến nay, cơ sở vật chất của nhà máy mới chỉ bao gồm hệ thống thu hồi và đốt khí. Lượng khí bãi chôn lấp đang được thu gom và đốt bỏ do chất thải rắn chưa đủ để phát sinh lượng khí cần thiết để phát điện.
Như vậy, tại Việt Nam, các dự án điện rác có rất nhiều tiềm năng nhưng việc thực hiện chưa thật sự tương xứng. Vì vậy, cần phải có một công nghệ với giá thành hợp lý, vận hành dễ dàng và đem lại hiệu quả cao. Công nghệ lên men khô của Bekon có thể xem là một tiếp cận khả thi.
Công nghệ lên men khô của Bekon
Cho đến nay, công nghệ khí sinh học chủ yếu tập trung vào hình thức lên men ướt với phân lỏng động vật hay chất thải hữu cơ từ khu vực đô thị. Công nghệ này có nhược điểm là phải bổ sung thêm nước do độ ẩm của nguyên liệu hạn chế. Trong khi đó, Công nghệ lên men khô cho phép việc tạo ra khí metan nhanh chóng và dễ dàng với các lớp chất thải hữu cơ mà không cần phải xử lý phức tạp, chất thải lên men không cần phải chuyển đổi thành chất lỏng.
Một thách thức trong việc phát điện từ rác thải đó là vấn đề phân loại rác tại nguồn. Nếu thực hiện thành công việc này, chúng ta có thể giảm thiểu lượng rác thải chôn lấp bằng cách tái chế rác thải hữu cơ thành sản phẩm có ích, các chất thải như nhựa, giấy, kim loại được tái chế thành nguyên liệu đầu vào hoặc sản phẩm tái chế. Hiện nay, chương trình phân loại rác thải tại nguồn vẫn chưa được áp dụng, triển khai rộng rãi vì nhiều lý do như chưa đủ nguồn lực tài chính để mua sắm trang thiết bị, đầu tư cơ sở hạ tầng cũng như nguồn nhân lực thực hiện, đặc biệt là thói quen của người dân.
Khó khăn thứ hai trong việc đầu tư nhà máy điện rác đó là giá điện từ rác thải còn rẻ trong khi chi phí đầu tư lớn, thời gian hoàn vốn lên đến 10-20 năm. Năm 2014, Thủ tướng Chính Phủ đã ban hành Quyết định 31/2014/QĐ-TTg về cơ chế hỗ trợ phát triển dự án phát điện sử dụng chất thải rắn tại Việt Nam. Điều 14 – Hỗ trợ giá điện đối với dự án phát điện sử dụng chất thải rắn quy định:
“ 1. Bên mua điện có trách nhiệm mua toàn bộ sản lượng điện từ các dự án phát điện sử dụng chất thải rắn với giá mua điện tại điểm giao nhận điện (chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng) như sau:
- Đối với các dự án phát điện đốt chất thải rắn trực tiếp là 2.114 đồng/kWh (tương đương 10,05 UScents/kWh).
- Đối với các dự án phát điện đốt khí thu hồi từ bãi chôn lấp chất thải rắn là 1.532 đồng/kWh (tương đương 7,28 UScents/kWh)”
Dự án nhà máy điện chạy bằng khí thải đầu tiên tại Việt Nam đã được thực hiện tại Khu Liên hợp xử lý chất thải rắn Ða Phước (huyện Bình Chánh, Tp. Hồ Chí Minh). Theo dự kiến, một tháp đốt khí thu hồi từ bãi chôn lấp sẽ được vận hành trong tháng 2/2014 và hai động cơ phát điện đầu tiên sẽ đưa vào vận hành giữa năm 2014. Tuy nhiên, cho đến nay, cơ sở vật chất của nhà máy mới chỉ bao gồm hệ thống thu hồi và đốt khí. Lượng khí bãi chôn lấp đang được thu gom và đốt bỏ do chất thải rắn chưa đủ để phát sinh lượng khí cần thiết để phát điện.
Như vậy, tại Việt Nam, các dự án điện rác có rất nhiều tiềm năng nhưng việc thực hiện chưa thật sự tương xứng. Vì vậy, cần phải có một công nghệ với giá thành hợp lý, vận hành dễ dàng và đem lại hiệu quả cao. Công nghệ lên men khô của Bekon có thể xem là một tiếp cận khả thi.
Công nghệ lên men khô của Bekon
Cho đến nay, công nghệ khí sinh học chủ yếu tập trung vào hình thức lên men ướt với phân lỏng động vật hay chất thải hữu cơ từ khu vực đô thị. Công nghệ này có nhược điểm là phải bổ sung thêm nước do độ ẩm của nguyên liệu hạn chế. Trong khi đó, Công nghệ lên men khô cho phép việc tạo ra khí metan nhanh chóng và dễ dàng với các lớp chất thải hữu cơ mà không cần phải xử lý phức tạp, chất thải lên men không cần phải chuyển đổi thành chất lỏng.
 Quá trình lên men chất thải và thu khí biogas phát điện |
Quá trình thu khí metan để phát điện dựa trên hệ thống tuần hoàn chất lỏng thẩm thấu khi phun chất nền lỏng lên chất thải hữu cơ và sau khi thấm xuống hệ thống thoát nước thì lại tiếp tục được tuần hoàn trở lại để phun.
Đầu tiên, các chất thải hữu cơ được đưa vào container lên men bằng một máy nạp liệu có bánh xe, sau đó phun chất nền đã lên men lên nguyên liệu rác thải hữu cơ. Sinh khối được lên men kỵ khí trong container kín. Nhiệt độ của quá trình và các chất lỏng thấm xuống được kiểm soát bởi một hệ thống sưởi ấm ngay trên sàn của container lên men và một bộ trao đổi nhiệt trong bể hoạt động như một hồ chứa chất lỏng thấm xuống. Các giai đoạn khác nhau của quá trình mùn hóa chất hữu cơ (thủy phân, hình thành axít và khí metan) đều diễn ta trong bể lên men. Sinh khối được cho đầy vào container lên men và vẫn ở đó cho đến khi kết thúc thời gian phân giải khoảng 4-5 tuần. Vật chất còn lại sau khi lên men có thể dùng để ủ phân, tạo ra phân compost chất lượng cao có thể được bán như một loại phân bón hữu cơ có giá trị. Khí sinh học thu được trong quá trình lên men được sấy khô trong một buồng xử lý khí, nơi chất lượng và khối lượng khí được tính toán. Sau đó được bơm qua một thiết bị điều tiết khí, được lắp đặt an toàn, sau đó đi vào thiết bị kết hợp điện nhiệt để phát điện.
Một số lợi ích của công nghệ phát điện BEKON
Trong quá trình lên men, không cần phải đảo trộn, bơm hay khuấy, vì vậy, công nghệ lên men khô BEKON đòi hỏi năng lượng đầu vào thấp. Sản lượng khí sinh ra từ quá trình lên men khô phụ phẩm nông nghiệp tương ứng với các thông số kỹ thuật được đưa ra bởi Viện Công nghệ nông nghiệp Bavarian ở Munich/Weihenstephan. Các thông số có giá trị khác nhau, tùy thuộc vào chất nền, từ 100 m³/t cho cỏ (lần cắt đầu tiên) lên tới 180 m³/t cho ủ chua cây ngô. Đối với chất thải hữu cơ, sản lượng khí tương tự như khí sinh ra từ hệ thống lên men lỏng thông thường. Hàm lượng lưu huỳnh thấp và hàm lượng cao khí metan (80%) từ quá trình lên men khô là các tính năng đặc biệt thú vị của hệ thống này. Bể ủ được làm bằng bê tông kín khí và có cửa lớn để dễ dàng vận chuyển rác vào bên trong. Hệ thống có một thiết bị an toàn, ngăn chặn không cho không khí dễ gây nổ khi mở bể để tiếp tục cho rác vào. Thông qua một hệ thống kiểm soát bằng máy tính của các chất lỏng thấm đã xử lý được phun ra liên tục trên các chất hữu cơ. Khi cần thiết (theo tính toán của một thiết bị giám sát) hệ thống sẽ tự động thêm vôi để giữ pH ổn định hoặc các chất khác nhằm tối ưu hóa quá trình. Ngoài ra, công nghệ BEKON còn cho phép một lượng lớn các chất vô cơ (cát, gỗ nhựa, vv) trong các chất nền trong suốt quá trình phân giải và các chất này có thể được sàng lọc ra sau khi phân giải.
Tài liệu tham khảo
1/ http://www.masscomposting.com/BEKON-Processdescription.pdf
2/ http://www.bekon.eu/dry-fermentation.html
Đầu tiên, các chất thải hữu cơ được đưa vào container lên men bằng một máy nạp liệu có bánh xe, sau đó phun chất nền đã lên men lên nguyên liệu rác thải hữu cơ. Sinh khối được lên men kỵ khí trong container kín. Nhiệt độ của quá trình và các chất lỏng thấm xuống được kiểm soát bởi một hệ thống sưởi ấm ngay trên sàn của container lên men và một bộ trao đổi nhiệt trong bể hoạt động như một hồ chứa chất lỏng thấm xuống. Các giai đoạn khác nhau của quá trình mùn hóa chất hữu cơ (thủy phân, hình thành axít và khí metan) đều diễn ta trong bể lên men. Sinh khối được cho đầy vào container lên men và vẫn ở đó cho đến khi kết thúc thời gian phân giải khoảng 4-5 tuần. Vật chất còn lại sau khi lên men có thể dùng để ủ phân, tạo ra phân compost chất lượng cao có thể được bán như một loại phân bón hữu cơ có giá trị. Khí sinh học thu được trong quá trình lên men được sấy khô trong một buồng xử lý khí, nơi chất lượng và khối lượng khí được tính toán. Sau đó được bơm qua một thiết bị điều tiết khí, được lắp đặt an toàn, sau đó đi vào thiết bị kết hợp điện nhiệt để phát điện.
Một số lợi ích của công nghệ phát điện BEKON
Trong quá trình lên men, không cần phải đảo trộn, bơm hay khuấy, vì vậy, công nghệ lên men khô BEKON đòi hỏi năng lượng đầu vào thấp. Sản lượng khí sinh ra từ quá trình lên men khô phụ phẩm nông nghiệp tương ứng với các thông số kỹ thuật được đưa ra bởi Viện Công nghệ nông nghiệp Bavarian ở Munich/Weihenstephan. Các thông số có giá trị khác nhau, tùy thuộc vào chất nền, từ 100 m³/t cho cỏ (lần cắt đầu tiên) lên tới 180 m³/t cho ủ chua cây ngô. Đối với chất thải hữu cơ, sản lượng khí tương tự như khí sinh ra từ hệ thống lên men lỏng thông thường. Hàm lượng lưu huỳnh thấp và hàm lượng cao khí metan (80%) từ quá trình lên men khô là các tính năng đặc biệt thú vị của hệ thống này. Bể ủ được làm bằng bê tông kín khí và có cửa lớn để dễ dàng vận chuyển rác vào bên trong. Hệ thống có một thiết bị an toàn, ngăn chặn không cho không khí dễ gây nổ khi mở bể để tiếp tục cho rác vào. Thông qua một hệ thống kiểm soát bằng máy tính của các chất lỏng thấm đã xử lý được phun ra liên tục trên các chất hữu cơ. Khi cần thiết (theo tính toán của một thiết bị giám sát) hệ thống sẽ tự động thêm vôi để giữ pH ổn định hoặc các chất khác nhằm tối ưu hóa quá trình. Ngoài ra, công nghệ BEKON còn cho phép một lượng lớn các chất vô cơ (cát, gỗ nhựa, vv) trong các chất nền trong suốt quá trình phân giải và các chất này có thể được sàng lọc ra sau khi phân giải.
Tài liệu tham khảo
1/ http://www.masscomposting.com/BEKON-Processdescription.pdf
2/ http://www.bekon.eu/dry-fermentation.html
Trần Trang