Năng lượng sinh học đang trở thành một nguồn năng lượng quan trọng trên toàn thế giới, chiếm gần 11% tổng sản lượng tiêu thụ (IEA). Đặc biệt, các nước đang phát triển vẫn sử dụng năng lượng sinh khối “cơ bản” chiếm đến 35% trong cơ cấu năng lượng nội địa. Đây là tỷ lệ cao đối với những quốc gia nghèo nhất của thế giới, nơi mà người dân phụ thuộc vào việc đốt sinh khối để nấu nướng, sưởi ấm và sử dụng làm nhiên liệu. Tuy nhiên, việc sử dụng sinh khối này không hoàn toàn hiệu quả, gây ô nhiễm không khí và có hại đối với sức khỏe của người dân sống trong các khu vực nông thôn và kém phát triển. Hiện nay, việc sử dụng sinh khối một cách hiệu quả đã trở thành một vấn đề quan trọng trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống và sức khỏe con người.
Nguồn gốc của năng lượng sinh khối
Sinh khối là các vật chất hữu cơ, đặc biệt là cellulose và ligno-cellulose. Sinh khối là các vật chất tái tạo, bao gồm cây cối, chất xơ gỗ, chất thải gia súc, chất thải nông nghiệp và thành phần giấy của chất thải rắn đô thị.
Cây cối tích tụ năng lượng mặt trời trong các tế bào cellulose và lignin thông qua quá trình quang hợp. Cellulose là một polymer được tạo bởi các phân tử đường 6-carbon. Lignin là chất kết dính các chuỗi cellulose với nhau. Khi đốt, các liên kết giữa các phân tử đường này bị phá vỡ và năng lượng được phát ra dưới dạng nhiệt, cùng với khí CO2 và hơi nước. Các sản phẩm phụ của quá trình này có thể được thu thập và sử dụng để sản xuất điện. Các chất này thường được gọi là năng lượng sinh học hoặc nhiên liệu sinh học.
Nguồn sinh khối trong nước bao gồm các chất thải từ xử lý sinh khối. Các chất này bao gồm bột giấy, chất thải nông nghiệp, chất thải gỗ, chất thải đô thị, khí từ hố chôn lấp, chất thải gia súc và các loại cây được trồng nhằm khai thác năng lượng. Các loại cây này được gọi là cây năng lượng. Khi có số lượng lớn, nguồn sinh khối được gọi là nguyên liệu sinh khối. Sử dụng chất thải là một cách hiệu quả hơn để giảm tiềm ẩn mối nguy hại cho môi trường. Dưới đây là mô tả chi tiết của từng loại sinh khối:
10.2.1. Chất thải sau xử lý sinh khối
Các quá trình xử lý sinh khối tạo ra các sản phẩm phụ và chất thải được gọi là chất thải sau xử lý. Các chất thải này có lượng năng lượng nhất định. Không phải tất cả chất thải đều có thể được sử dụng để sản xuất điện, một số cần được bổ sung các chất dinh dưỡng hoặc các nguyên tố hóa học. Tuy nhiên, việc sử dụng chất thải là đơn giản vì chúng đã được thu thập và phân loại qua quá trình xử lý.
10.2.2. Bột giấy và chất thải sản xuất giấy
Cây cối có chứa lignin, hemicellulose và cellulose. Lignin dễ thải ra khỏi cellulose do tính chất hóa học và vật lý. Quá trình nghiền nhỏ được sử dụng để tách rời và chia nhỏ các sợi lignin trong cây cối để tạo ra giấy. Các bột giấy dư thừa tạo thành chất thải. Chất thải này là sản phẩm phụ của quá trình đốn và xử lý gỗ. Các nhà máy giấy thường sử dụng chất thải này để tạo ra điện cho hoạt động của nhà máy.
10.2.3. Chất thải từ rừng
Các chất thải từ rừng bao gồm củi gỗ từ quá trình làm thưa rừng, sinh khối không được sử dụng hoặc di dời từ các công trình đốn gỗ và các vật liệu dư thừa từ quản lý rừng như gieo rừng và di chuyển cây đã chết. Việc tận dụng chất thải từ rừng có lợi vì hầu hết chúng được tạo ra từ nhà máy giấy hoặc nhà máy xử lý gỗ, do đó khả năng sử dụng nguồn nguyên liệu là rất cao. Tổng công suất toàn cầu từ chất thải từ rừng được ước tính là 10.000 MWe.
10.2.4. Chất thải nông nghiệp
Chất thải nông nghiệp là các chất dư thừa sau thu hoạch mùa vụ. Chúng có thể được thu gom cùng lúc hoặc sau khi gặt hái. Chất thải nông nghiệp bao gồm thân và lá bắp, rơm rạ, vỏ trấu… Hằng năm, có khoảng 80 triệu cây bắp được trồng, vỏ bắp là nguồn nguyên liệu chính cho các ứng dụng năng lượng sinh học. Tuy nhiên, ở một số nơi, các chất thải cần được giữ lại để bổ sung chất dinh dưỡng cho đất cho vụ mùa kế tiếp. Tuy nhiên, không thể hấp thu hết chất dinh dưỡng từ chất thải, dẫn đến lãng phí năng lượng. Tổng công suất toàn cầu từ chất thải nông nghiệp được ước tính là 4.500 MWt.
10.2.5. Chất thải gia súc
Chất thải từ gia súc, như phân trâu, phân bò, phân heo và phân gà, có thể được chuyển thành gas hoặc đốt trực tiếp để cung cấp nhiệt và tạo ra năng lượng. Ở những nước đang phát triển, phân gia súc thường được sử dụng như nhiên liệu nấu nướng. Tuy nhiên, chất thải gia súc sản sinh metan, gây hại cho sức khỏe con người và gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng chất thải gia súc để sản xuất năng lượng có thể giảm thiểu các tác động tiêu cực này.
Tổng công suất toàn cầu từ chất thải gia súc được ước tính là khoảng 20 EJ (Woods & Hall, 1994). Tuy nhiên, con số này không thể áp dụng chung do sự đa dạng của nguồn nguyên liệu (loại gia súc, địa điểm, điều kiện nuôi dưỡng, chuồng trại). Việc sử dụng chất thải gia súc để tạo năng lượng vẫn còn là một vấn đề lớn, nhưng có tiềm năng phát triển lớn.
Trên đây là những thông tin chi tiết về nguồn năng lượng sinh khối. Trường Trung Cấp Việt Hàn (VKI) là một trong những tổ chức hàng đầu chuyên đào tạo về năng lượng và môi trường. Để biết thêm thông tin, vui lòng truy cập Trường Trung Cấp Việt Hàn (VKI).
