Thứ Bảy, Tháng Mười Hai 10, 2022
* Email: [email protected] *Tòa soạn: 0989011688 - 0768908888
spot_img

Điện–rác cục bộ, giải pháp xử lý triệt để rác sinh hoạt và sản xuất ở nông thôn

ĐNA – Việt Nam đang nỗ lực phát triển kinh tế theo hướng bền vững, giảm thiểu những tác động xấu đến môi trường. Hướng đến một nền kinh tế tuần hoàn (Circular Economy) đã và đang là mô hình được quan tâm, thậm chí trở thành một xu thế phát triển được lựa chọn duy nhất.

Khi tài nguyên – nhất là nhiên liệu hóa thạch – ngày càng suy thoái, cạn kiệt; vấn nạn ô nhiễm môi trường – đặc biệt là tác động của hiệu ứng khí nhà kính – tác nhân chính gây nên biến đổi khí hậu, ngày càng khốc liệt, bẻ gãy mọi quy luật tự nhiên; kinh tế tuần hoàn càng được khẳng dứt khoát là xu thế tất yếu.

Sơ đồ hệ thống điện-rác nông thôn kết hợp năng lượng mặt trời (Nghiên cứu và đề xuất của GS.TSKH Bùi Văn Ga, GS.TS Trần Văn Nam).

Đáp ứng mục tiêu cố gắng kéo dài tuổi thọ của vật chất, loại bỏ tác động tiêu cực đến môi trường, kinh tế tuần hoàn góp phần giải quyết bài toán giữa lợi ích kinh tế và môi trường. Rác, dưới góc nhìn của kinh tế tuần hoàn, trở thành đầu ra (thải) của ngành này nhưng lại là nguồn tài nguyên (đầu vào) của ngành khác, hoặc tuần hoàn trong quy trình nội tại của một xưởng sản xuất, nhà máy, hay một doanh nghiệp.

Môt nghiên cứu đã chỉ ra, ở nước ta có 28,9% chất thải rắn được xử lý đốt hoặc sản xuất phân hữu cơ; 71,1% chôn lấp trực tiếp và 6% chôn sau khi đốt. Cả hai phương pháp chôn lấp và đốt đều (đã và) đang bộc lộ nhiều hạn chế, và chưa giải quyết được triệt để vấn đề xử lý chất thải rắn. Công nghệ chôn lấp rác thải còn gây tốn nhiều quỹ đất, tác động xấu đến môi trường chung quanh, nghiêm trọng là ảnh hưởng lâu dài đến nguồn nước ngầm… Và hiện ở cả khu vực đô thị và nông thôn nước ta, đều chưa có địa phương nào có mô hình xử lý chất thải rắn sinh hoạt đạt được cả các tiêu chí về kỹ thuật, kinh tế, xã hội và môi trường.

Chuyển hóa rác (tài nguyên) thành điện (WtE)

“Điện – rác cục bộ, giải pháp xử lý triệt để rác sinh hoạt và sản xuất ở nông thôn” là đề tài nghiên cứu tâm huyết của hai tác giả: GS.TSKH Bùi Văn Ga, nguyên Thứ trưởng Bộ Giáo dục – Đào tạo, hiện là Tổng biên tập Tạp chí Khoa học – Công nghệ (Đại học Đà Nẵng), Nhà Nghiên cứu hàng đầu về Cơ khí động lực (chuyên ngành Động cơ đốt trong); GS.TS Trần Văn Nam, Nguyên Giám đốc Đại học Đà Nẵng, Nguyên là thành viên Hội đồng quốc gia Giáo dục và Phát triển nhân lực (2016-2021), hiện là Phó Tổng Biên tập Tạp chí Khoa học Công nghệ (Đại học Đà Nẵng).

Tại hội thảo “Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn đề xuất cơ chế, chính sách thúc đẩy doanh nghiệp và hộ gia đình thu gom, vận chuyển, xử lý chất thải rắn sinh hoạt”, diễn ra ngày 23/7 mới đây tại Đà Nẵng, đề tài đã chính thức được công bố. Theo GS.TS. NGND Trần Hiếu Nhuệ – Phó Chủ tịch Hội Bảo vệ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam, đó là những tham vấn, đề xuất giải pháp rất thiết thực thúc đẩy sự tham gia của doanh nghiệp xử lý chất thải rắn sinh hoạt cho khu vực miền Trung nói riêng và cả nước nói chung.

Việc chuyển hóa rác thành điện (WtE) đã được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam. Đây là xu thế xử lý rác thải của các nước phát triển, và cũng phù hợp với định hướng mà Quyết định 491/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ đã đề cập.

GS.TSKH Bùi Văn Ga (đang báo cáo đề tài), GS.TS Trần Văn Nam (thứ hai, từ phải sang).Ảnh: Trung Đức

Các công nghệ chuyển hóa rác thành điện trên thế giới có thể tóm tắt gồm: (1) Đốt rác trực tiếp để lấy nhiệt tạo hơi nước quá nhiệt cung cấp cho cụm turbine-máy phát điện; (2) Ủ rác để lấy khí biogas chạy máy phát điện; (3) Đùn rác thành viên nén nhiên liệu RDF (Refuse Derived Fuel) rồi khí hóa các viên RDF thành syngas để chạy máy phát điện.

Hiện tại ở nước ta một số địa phương áp dụng công nghệ đốt rác trực tiếp để phát điện như Cần Thơ, Bắc Ninh. Công nghệ này phải đi kèm với việc xử lý các chất khí gây ô nhiễm và khống chế phát sinh dioxin và furan. Thu hồi khí biogas từ bãi ủ rác thải sinh hoạt đã được triển khai áp dụng tại một số địa phương như Bình Dương…

Ứng dụng biogas để chạy máy phát điện đã được nhiều tác giả thực hiện trong thực tế.Tuy nhiên các ứng dụng này chỉ dừng lại ở mức áp dụng những kinh nghiệm thực tiễn cá nhân, chưa phải là những nghiên cứu khoa học bài bản để ngày càng nâng cao chất lượng và hoàn thiện sản phẩm.

Quay ngược lại thời gian, từ những năm đầu thập niên 1980 của thế kỷ trước, do thiếu nhiên liệu xăng dầu truyền thống, chúng ta đã sử dụng syngas để chạy ô tô và kéo máy công tác. Nhiên liệu rắn chủ yếu là than, gỗ. Ứng dụng nhiên liệu khí nói chung và biogas, syngas để chạy động cơ đốt trong đã được phát triển ở nước ta từ rất sớm.

Cũng từ những năm 1990, Nhóm nghiên cứu của GS.TSKH Bùi Văn Ga (Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng) đã bắt đầu nghiên cứu động cơ sử dụng nhiên liệu khí. Những kết quả nghiên cứu về nhiên liệu LPG đã được ứng dụng trên xe gắn, ô tô . Qua nhiều năm nghiên cứu chuyên sâu, nhóm đã hoàn thiện dần sản phẩm và làm chủ công nghệ cải tạo động cơ truyền thống sang chạy bằng biogas. Và đến nay, động cơ chạy bằng biogas đã được ứng dụng rộng rãi để phát điện riêng rẽ (off-grid) trong thực tế.
Trên cơ sở những kinh nghiệm đã có, Nhóm nghiên cứu (của GS.TSKH Bùi Văn Ga) đang tiếp tục phát triển công nghệ ứng dụng syngas trên động cơ kéo máy phát điện.
Và động cơ chạy bằng syngas (từ rác thải) thì chưa có công trình nào được nghiên cứu bài bản (trong nước) để đưa ra một mô hình ứng dụng.

Sơ đồ hệ thống sản xuất điện từ khí hóa rác thải (Nghiên cứu và đề xuất của GS.TSKH Bùi Văn Ga, GS.TS Trần Văn Nam).

Công nghệ kết hợp giữa xử lý rác và điện mặt trời

GS.TSKH Bùi Văn Ga và GS.TS Trần Văn Nam đã triển khai nghiên cứu theo hướng động cơ sử dụng cả biogas và syngas (được sản xuất từ chất thải sinh hoạt và sản xuất ở nông thôn) để kéo máy phát điện có thể hòa lưới (on-grid).

Công trình đòi hỏi những nghiên cứu chuyên sâu về thành phần nhiên liệu và kỹ thuật điều khiển tự động động cơ để đảm bảo tính ổn định của hệ thống khi thay đổi chế độ tải và điều kiện cung cấp nhiên liệu.

Có thể khẳng định đây là nghiên cứu mới, bởi đến nay hầu như chưa có nghiên cứu nào mang tính tổng hợp như vậy để phát triển công nghệ phát điện từ rác thải sinh hoạt và sản xuất ở nông thôn kết hợp với năng lượng mặt trời được công bố ở nước ta.

“Chúng tôi thực hiện một nghiên cứu có tính tổng hợp (ứng dụng hỗn hợp syngas, biogas và hydrogen hay HHO) để đảm bảo hiệu quả chuyển đổi năng lượng của toàn hệ thống, giúp khắc phục khó khăn của hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời. Đó là hệ thống năng lượng tái tạo hybrid, đảm bảo cung cấp nguồn điện liên tục.

Còn nếu nói mô hình sản xuất viên nén nhiên liệu (RDF) để khí hóa thành syngas chạy máy phát điện, thì mới đây, ở một số nhà máy xử lý rác của Công ty TNHH Thủy lực-Máy (HMC), đã ứng dụng syngas.

Theo công nghệ này, rác tách biệt riêng ra thành 2 dòng vật chất, dòng vật chất thứ nhất là hữu cơ mô mềm và nước được trộn lẫn với than các-bon trong quá trình xử lý rác, tạo ra các-bon organic. Dòng vật chất thứ hai là xơ bã rác, được sấy giảm ẩm 20%-25%, sau đó, ép thành viên hoặc kiện đưa vào lò khí hóa đa nhiên liệu để sinh ra khí tổng hợp” – GS.TSKH Bùi Văn Ga phân tích.

Nguyên lý làm việc của hệ thống năng lượng tái tạo hybrid – được các tác giả đề xuất như sau: Các chất thải rắn khó phân hủy trong sinh hoạt và sản xuất ở nông thôn được chế biến thành viên nén nhiên liệu RDF. Từ đó, RDF được chuyển thành khí tổng hợp syngas qua lò khí hóa. Các chất thải hữu cơ dễ phân hủy được sử dụng để sản xuất biogas.

Thử nghiệm khí hóa RDF từ chất thải rắn sinh hoạt và sản xuất ở nông thôn

Khi công suất của điện mặt trời cao hơn công suất phụ tải thì phần công suất dư được sử dụng để sản xuất hydrogen qua hệ thống điện phân. Oxygen nhận được từ điện phân nước được sử dụng để làm giàu oxygen cho không khí cấp vào lò khí hóa để tăng nhiệt trị syngas. Syngas, biogas và hydrogen được lưu trữ chung trong túi chứa nhiên liệu khí.

Khi công suất tải yêu cầu lớn hơn công suất của hệ thống điện mặt trời thì cụm máy phát điện do động cơ chạy bằng nhiên liệu khí hoạt động để cung cấp năng lượng. Do tính ngẫu nhiên của nguyên liệu sản xuất nhiên liệu khí nên thành phần của hỗn hợp khí biogas-syngas-hydrogen thay đổi. Vì vậy hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ sử dụng nhiên liệu khí (qua nghiên cứu) đã được điều chỉnh linh hoạt để nâng cao hiệu quả quá trình cháy và giảm phát thải ô nhiễm.

Các tác giả nhấn mạnh thêm rằng, qua đề tài nghiên cứu tổng hợp, càng thấy rõ việc chuyển chất thải rắn thành viên nén RDF để sản xuất syngas cung cấp cho động cơ phát điện, nhất định sẽ là xu thế của thế giới. Chất thải ở nông thôn nước ta, ngoài thành phần chất rắn còn có các chất hữu cơ dễ phân hủy nên sự kết hợp sử dụng syngas với biogas để phát điện là phù hợp.

Một đề xuất qua nghiên cứu của GS Ga và GS Nam đó là phải linh hoạt về kích cỡ (thiết bị, hệ thống xử lý), để sử dụng được nhiều loại nhiên liệu (cả nhiên liệu tái tạo và nhiên liệu hóa thạch khi cần thiết), mà vẫn thuận tiện trong lắp đặt, di chuyển. Bởi thành phần chất thải nông thôn rất đa dạng, qui mô phát sinh chất thải không đồng đều.

“Chúng tôi đề xuất module (mô-đun) xử lý rác phân tán gồm công đoạn sản xuất RDF, lò khí hóa, hầm biogas, động cơ chạy bằng syngas-biogas-hydrogen, dễ dàng cải tạo từ động cơ truyền thống, nhưng vẫn giúp xử lý rác nông thôn linh hoạt và triệt để.

Công nghệ kết hợp giữa xử lý rác và điện mặt trời giúp cải thiện chất lượng nhiên liệu thu hồi từ rác, đảm bảo hiệu quả tổng thể của hệ thống thu hồi năng lượng. Phương án xử lý phân tán chất thải rắn sinh hoạt và sản xuất ở nông thôn, mà đề tài đưa ra rất phù hợp với điều kiện thực tiễn cơ sở hạ tầng ở nước ta. Nếu có chính sách hỗ trợ phù hợp, thì người dân, doanh nghiệp có thể đầu tư mô hình xử lý rác cục bộ như thế này.

Và đó là mô hình xử lý rác nông thôn triệt để theo công nghệ. Và nghiên cứu, đề xuất này của chúng tôi hoàn toàn phù hợp với chủ trương của Chính phủ về thu hồi năng lượng từ rác, giảm lượng chất thải còn phải chôn lấp sau xử lý” – GS.TS Trần Văn Nam khẳng định.

GS.TSKH Bùi Văn Ga: Do đặc thù về kết nối cơ sở hạ tầng và dân cư phân tán, việc xử lý rác thải tập trung theo các công nghệ truyền thống không phù hợp với nông thôn Việt Nam.

Mô hình module điện rác cục bộ trên đây tạo thuận lợi cho việc xử lý rác thải ở nông thôn, khắc phục khó khăn của công đoạn vận chuyển đến nơi xử lý rác tập trung. Mặt khác, mô hình này còn tạo điều kiện kết nối với hệ thống điện mặt trời thành hệ thống năng lượng tái tạo hybrid giúp cho hệ thống cung cấp điện năng liên tục, khắc phục tính gián đoạn khi sử dụng một mình năng lượng mặt trời.

GS.TSKH Bùi Văn ga chia sẻ thêm: “Để xử lý căn bản vấn đề này chúng ta cần nghiên cứu làm chủ công nghệ phù hợp để áp dụng trong những điều kiện khác nhau về qui mô phát sinh và thành phần chất thải.

Module sản xuất điện năng hòa lưới công suất nhỏ, linh hoạt, chạy bằng biogas và syngas sản xuất từ chất thải rắn sinh hoạt và sản xuất ở nông thôn, như chúng tôi đã nghiên cứu và đề xuất là giải pháp phù hợp.

Đã đến lúc chúng ta phải có một giải pháp về công nghệ mà Việt Nam có thể hoàn toàn làm chủ, phù hợp với điều kiện, với môi trường của Việt Nam.

Với đề xuất của chúng tôi, Biogas được sản xuất từ thành phần hữu cơ dễ phân hủy. Syngas sinh ra từ quá trình khí hóa các chất thải rắn khó phân hủy. Để tăng hiệu quả tổng thể, hệ thống xử lý rác có thể kết nối với hệ thống sản xuất điện bằng năng lượng mặt trời. Điện phân nước lúc công suất pin mặt trời cao hơn công suất phụ tải sản sinh hydrogen để làm giàu nhiên liệu biogas-syngas và oxygen cung cấp cho lò khí hóa để làm tăng nhiệt trị syngas. Nhiên liệu syngas, biogas, hydrogen cung cấp cho động cơ đốt trong kéo máy phát điện thì đơn giản là cải tạo từ động cơ truyền thống”.

Hệ thống lọc khí syngas trước khi đưa vào sử dụng … (Nghiên cứu và đề xuất của GS.TSKH Bùi Văn Ga, GS.TS Trần Văn Nam).

Được biết, mục tiêu nghiên cứu của hai tác giả xuất phát từ thực trạng Việt Nam hiện có trên 60 triệu dân sống ở vùng nông thôn (chiếm hơn 73% dân số trong cả nước). Mỗi năm khu vực nông thôn phát sinh trên 13 triệu tấn rác thải sinh hoạt, khoảng 1.300 triệu m3 nước thải và khoảng 7.500 tấn vỏ bao bì thuốc bảo vệ thực vật. Khối lượng phế phụ phẩm sau thu hoạch như rơm, rạ, trấu, cám, lõi ngô ngày càng tăng nhanh.
Theo ước tính hiện nay có khoảng trên 80% khối lượng rác thải, nước thải sinh hoạt ở nông thôn và hầu hết lượng vỏ bao bì thuốc bảo vệ thực vật chưa được thu gom để xử lý hợp vệ sinh và xả trực tiếp vào môi trường. Thực hiện Chương trình Nông thôn mới, một số địa phương đã cấp kinh phí để các xã xây dựng điểm tập kết rác, trang bị lò đốt rác quy mô nhỏ. Tuy nhiên, khi các lò này thiếu hệ thống xử lý khí thải, việc bảo trì, bảo dưỡng không được thực hiện chu đáo nên không phát huy hiệu quả.

Mặt khác do tính chất phức tạp của rác thải Việt Nam không được phân loại từ nguồn, lẫn nhiều tạp chất nên chất lượng sản phẩm làm ra từ phương thức sản xuất phân vi sinh không tốt, không tiêu thụ được, nhiều dự án phải dừng hoạt động. Nhiều quốc gia cũng khuyến cáo nhà nông, nhà vườn không nên dùng phân compost làm từ rác, vì chúng chứa nhiều tạp chất làm giảm khả năng hô hấp của đất, đặc biệt là nhựa, ni lông….
Xử lý chất thải rắn khu vực nông thôn ngày càng trở nên đặc biệt bức bách. Hai vấn đề lớn đặt ra là phát triển công nghệ xử lý rác phù hợp và xây dựng cơ chế chính sách để khuyến khích người dân và doanh nghiệp đầu tư ứng dụng công nghệ để xử lý rác.
Lâu nay Nhà nước đã đưa ra nhiều chính sách để khuyến khích đầu tư trong lĩnh vực xử lý chất thải rắn nhưng đến nay vẫn chưa có địa phương nào có mô hình xử lý rác ở nông thôn tốt để nhân rộng. Trên thực tế chúng ta chưa có công nghệ phù hợp để xử lý rác nông thôn hiệu quả. Khi chúng ta chưa có công nghệ thì khó mà kêu gọi, khuyến khích người dân đầu tư. Vì vậy vấn đề mấu chốt trước tiên là nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý rác ở nông thôn./.

*Xử lý chất thải rắn sinh hoạt: Cần sự đồng bộ về cơ chế và mô hình giải pháp khả thi

Trung Đức