TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TIỂU LUẬN MÔN CHUYÊN ĐỀ HÓA HỮU CƠ ĐỀ TÀI BIOMASS NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 MỤC LỤC 2 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 3 1 1 Định nghĩa bio mass (năng lượng sinh khối) 3 1 2 Tình hình sử dụng hiện tại trên thế giới và Việt Nam 3 1 3 Tầm quan trọng và khả năng phát triển trong tương lai 4 2 NỘI DUNG 4 2 1 Lợi ích của năng lượng sinh khối 4 2 2 Nguồn nguyên liệu dồi dào từ tự nhiên 6 2 3 Tình hình phát triển năng lượ.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
- -TIỂU LUẬN MÔN CHUYÊN ĐỀ HÓA HỮU CƠ
ĐỀ TÀI: BIOMASS - NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014
Trang 2MỤC LỤC 2
1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 3
1.1 Định nghĩa bio- mass (năng lượng sinh khối) 3
1.2 Tình hình sử dụng hiện tại trên thế giới và Việt Nam 3
1.3 Tầm quan trọng và khả năng phát triển trong tương lai 4
2 NỘI DUNG 4
2.1 Lợi ích của năng lượng sinh khối 4
2.2 Nguồn nguyên liệu dồi dào từ tự nhiên 6
2.3 Tình hình phát triển năng lượng sinh khối tại Việt Nam 8
2.4 Hiệu quả khi sử dụng 9
2.5 Khả năng tái tạo và thân thiện với môi trường 10
2.6 Cơ hội và thách thức đối với việc phát triển năng lượng sinh khối tại Việt Nam 11
2.7 Các nguồn năng lượng khác 13
3 TÀI LIỆU THAM KHẢO 14
Trang 31 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Định nghĩa bio- mass (năng lượng sinh khối)
Năng lượng sinh khối (NLSK) là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con
người sử dụng khi bắt đầu biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm Củi là nguồn năng lượng chính cho tới đầu thế kỷ 20 khi nhiên liệu hoá thạch thay thế nó
Trong những năm gần đây sự chú ý tới các công nghệ NLSK hiện đại nói
riêng và năng lượng tái tạo nói chung đã tăng mạnh trên toàn cầu để thay thế các nguồn năng lượng hoá thạch vì hai lý do Một là do các nguồn năng lượng hoá thạch đang ngày càng cạn kiệt dần (dự trữ dầu như được đánh giá cuối năm 2002 vào khoảng 40 năm tiêu thụ với mức độ tiêu thụ như hiện nay) và hai là các nguồn này gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng
Khác với các công nghệ năng lượng tái tạo khác, công nghệ năng lượng sinh khối không chỉ thay thế năng lượng hoá thạch mà nhiều khi còn góp phần xử lý chất thải vì chúng tận dụng các nguồn chất thải để sản xuất năng lượng Hiện nay trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư, chiếm tới 14-15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới Ở các nước đang phát triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn nhất, trung bình đóng góp khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lượng
Vì vậy NLSK giữ một vai trò quan trọng trong các kịch bản năng lượng soạn
thảo bởi nhiều tổ chức quốc tế và có khả năng sẽ giữ vai trò sống còn trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai Nguồn sinh khối rất phong
phú và đa dạng Do vậy công nghệ NLSK cũng rất đa dạng Trong báo cáo này
chúng tôi chỉ đề cập tới một số nguồn và công nghệ quan trọng đối với Việt Nam trong tương lai không xa
1.2 Tình hình về năng lượng tại Việt Nam
Là một nước nông nghiệp, Việt Nam có tiềm năng rất lớn về nguồn năng lượng sinh khối Các loại sinh khối chính là: gỗ, phế thải - phụ phẩm từ cây trồng, chất thải chăn nuôi, rác thải ở đô thị và các chất thải hữu cơ khác Khả năng khai thác bền vững nguồn sinh khối cho sản xuất năng lượng ở Việt Nam đạt khoảng 150 triệu tấn/ năm
Trong bối cảnh đó, Quyết định số 1208 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tổng sơ đồ phát triển điện giai đoạn 2011-2020, tầm nhìn đến 2030 (Tổng sơ đồ
Trang 4phát triển điện VII) được xem là cơ sở pháp lý cho phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam Kế hoạch và mục tiêu cho điện gió và sinh khối trong quyết định này đã nêu rõ: Đến năm 2020, phát triển điện gió đạt 1.000 MW, sinh khối đạt 500 MW Đến năm 2030, phát triển và đưa vào sử dụng lượng công suất từ gió đạt 6.200 MW, sinh khối là 2.000 MW
1.3 Tầm quan trọng và khả năng phát triển trong tương lai
Trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư, chiếm khoảng 14-15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới Vì vậy năng lượng sinh khối giữ vai trò quan trọng và có khả năng sẽ giữ vai trò sống còn trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai
Ở các nước đang phát triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn, trung bình đóng góp khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lượng
Nước Mỹ là nước sản xuất điện biomass lớn nhất thế giới, với hơn 350 nhà máy điện sinh học, sản xuất trên 7.500MW điện mỗi năm Những nhà máy này sử dụng chất thải từ nhà máy giấy, nhà máy cưa, sản phẩm phụ nông nghiệp, cành lá từ
các vườn cây ăn quả Năng lượng biomass chiếm 4% tổng năng lượng được tiêu
thụ ở Mỹ và 45% năng lượng tái sinh
Ở Nhật Bản, chính phủ đã ban hành Chiến lược năng lượng sinh khối từ năm
2003 và hiện nay đang tích cực thực hiện Dự án phát triển các đô thị sinh khối (biomass town) Đến đầu năm 2011, Nhật Bản đã có 286 thị trấn sinh khối trải dài khắp đất nước
Tại Hàn Quốc, năng lượng sinh học đang được tích cực nghiên cứu, phát triển ở đất nước này với mục tiêu đến năm 2030 năng lượng tái tạo sẽ đạt 11%, trong đó năng lượng từ sinh khối sẽ đạt 7,12%
Còn ở Trung Quốc, hiện quốc gia này đã có Luật năng lượng tái tạo cùng hơn
80 nhà máy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy Tiềm năng là có thể đạt được 30GW điện từ loại hình năng lượng này
2 NỘI DUNG
2.1 Lợi ích của năng lượng sinh khối:
Sinh khối chứa năng lượng hóa học, nguồn năng lượng tử mặt trời tích lũy trong thực vật qua quá trình quang hợp Sinh khối là các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp v v ), phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ v.v…),
Trang 5giấy vụn, mêtan từ các bãi chôn lấp, trạm xử lý nước thải, phân từ các trại chăn nuôi gia súc và gia cầm Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí… được đốt để phóng thích năng lượng Sinh khối, đặc biệt là gỗ, than gỗ (charcoal) cung cấp phần năng lượng đáng kể trên thế giới Ít nhất một nửa dân số thế giới dựa trên nguồn năng lượng chính từ sinh khối
Con người đã sử dụng chúng để sưởi ấm và nấu ăn cách đây hàng ngàn năm Hiện nay, gỗ vẫn được sử dụng làm nhiên liệu phổ biến ở các nước đang phát triển Sinh khối cũng có thể chuyển thành dạng nhiên liệu lỏng như mêtanol, êtanol dùng trong các động cơ đốt trong; hay thành dạng khí sinh học (biogas) ứng dụng cho nhu cầu năng lượng ở quy mô gia đình
Ích lợi của năng lượng sinh khối:
(1) Lợi ích kinh tế:
- Phát triển nông thôn là một trong những lợi ích chính của việc phát triển
NLSK, tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động (sản xuất, thu hoạch…)
- Thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các thiết bị chuyển hóa năng lượng.v.v
- Giảm sự phụ thuộc vào dầu, than, đa dạng hóa nguồn cung cấp nhiên liệu
(2) Lợi ích môi trường :
Đây là một nguồn năng lượng khá hấp dẫn với nhiều ích lợi to lớn cho môi trường
- NLSK có thể tái sinh được.
- NLSK tận dụng chất thải làm nhiên liệu Do đó nó vừa làm giảm lượng rác
vừa biến chất thải thành sản phẩm hữu ích
Đốt sinh khối cũng thải ra CO2 nhưng mức S và tro thấp hơn đáng kể so với việc đốt than bitum Ta cũng có thể cân bằng lượng CO2 thải vào khí quyển nhờ trồng cây xanh hấp thụ chúng Vì vậy, sinh khối lại được tái tạo thay thế cho sinh khối đã
sử dụng nên cuối cùng không làm tăng CO2 trong khí quyển
Như vậy, phát triển NLSK làm giảm sự thay đổi khí hậu bất lợi, giảm hiện tượng
mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp v v…
Tuy nhiên, ta cần lưu ý rằng, nếu tăng cường sử dụng gỗ như một nguồn nhiên liệu sinh khối thì sẽ gây những tác động tiêu cực đến môi trường Khai thác gỗ dẫn đến
phá rừng, xói mòn đất, sa mạc hóa và những hậu quả nghiêm trọng khác NLSK có
nhiều dạng, và những ích lợi kể trên chủ yếu tập trung vào những dạng sinh khối mang tính tái sinh, tận dụng từ phế thải nông lâm nghiệp
2.2 Nguồn nguyên liệu dồi dào từ tự nhiên
Trang 6Trong tự nhiên, sinh khối bao gồm cây cối, cây trồng công nghiệp, tảo và các loài thực vật khác, hoặc là những bã nông nghiệp và lâm nghiệp (rơm rạ, bã mía,
vỏ, xơ bắp, lá khô, vụn gỗ v.v ), giấy vụn, mêtan từ các bãi chôn lấp, trạm xử lý nước thải, phân từ các trại chăn nuôi gia súc và gia cầm
Bên cạnh tiềm năng về phong điện, thủy điện, điện mặt trời, có thể nói, Việt Nam là nước có tiềm năng rất lớn về nguồn năng lượng sinh khối từ chất thải từ nông nghiệp, rác, nước thải đô thị phân bổ rộng khắp trên toàn quốc, trong đó, một số dạng sinh khối có thể sản xuất điện hoặc áp dụng công nghệ đồng phát năng lượng (sản xuất cả điện và nhiệt) Lượng sinh khối khổng lồ này, nếu không được
xử lý sẽ là nguồn ô nhiễm lớn và phát sinh liên tục, gây nên những ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hệ sinh thái (đất, nước và không khí) cũng như sức khỏe con người
Trang 7Thêm vào đó, với sự phát triển sản xuất và đô thị hóa, sức chịu tải của các hệ sinh thái giảm đi, chắc chắn các xung đột môi trường liên quan sẽ gia tăng Với lợi thế một quốc gia nông nghiệp, Việt Nam có nguồn sinh khối lớn và đa dạng từ gỗ củi, trấu, bã cà phê, rơm rạ và bã mía Phế phẩm nông nghiệp rất phong phú dồi dào
ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long, chiếm khoảng 50% tổng sản lượng phế phẩm nông nghiệp toàn quốc và vùng Đồng bằng sông Hồng với 15% tổng sản lượng toàn quốc Hằng năm tại Việt Nam có gần 60 triệu tấn sinh khối từ phế phẩm nông
nghiệp trong đó 40% được sử dụng đáp ứng nhu cầu năng lượng cho hộ gia đình và sản xuất điện, và theo số liệu tính toán, cứ 5 kg trấu tạo ra 1kWh điện, như vậy với lượng trấu hàng triệu tấn trấu mỗi năm thu lại được hàng trăm MW điện
Việt Nam có tiềm năng nhiên liệu sinh khối rất lớn đó là phụ phẩm chế biến nông lâm sản như rơm rạ, trấu, mùn cưa, bã mía …Ước tính trữ lượng của nhiên liệu sinh khối là 12GW/th Hiện nay các nhà máy đường đã sử dụng bã mía để đốt sinh hơi, tuy nhiên hết nguồn nhiên liệu sinh khối chưa được sử dụng hiệu quả Trên thế giới nhiên liệu sinh khối được khai thác và sử dụng rất hiệu quả nhằm giảm một phần sức ép về sử dụng nhiên liệu hóa thạch, giảm khí thải CO2…
Bảng: Tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng
Nguồn cung cấp
Tiềm năng (triệu tấn)
Quy dầu tương đương (triệu tấn)
Tỷ lệ (%)
Trang 8Cây trồng phân tán 6050 2120 24,1
Bảng: Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp
Nguồn cung cấp Tiềm năng (triệu tấn) đương (triệu tấn) Quy dầu tương Tỉ lệ (%)
2.3 Tình hình phát triển năng lượng sinh khối tại Việt Nam
Việt Nam đã có một số dự án xây dựng nhà máy điện sinh học được triển khai; dự kiến sẽ hoàn thành và phát điện trong thời gian sớm nhất ở cả miền Bắc và miền Nam Tại miền Bắc, Dự án xây dựng nhà máy điện sinh học Biomass tại khu Rừng Xanh, thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ đã được cấp giấy chứng nhận đầu tư với tổng mức đầu tư 1.160 tỉ đồng, công suất 40MW, dự kiến đến sẽ hoàn thành và đi vào hoạt động vào năm 2013 với sản lượng điện là 331,5 triệu kWh/năm
Tại miền Nam, Tập đoàn Doosan (Hàn Quốc) đã chuẩn bị thủ tục để đầu tư xây dựng nhà máy nhiệt điện sinh khối (biomass) tại khu công nghiệp Minh Hưng – Hàn Quốc (huyện Chơn Thành) có công suất thiết kế 19MW, cung cấp hơi nước 70m3/giờ Nguyên liệu thô cung cấp cho nhà máy hoạt động chủ yếu từ thực vật ngành nông - lâm nghiệp Tập đoàn sẽ hoàn tất thủ tục pháp lý và dự án có thể hoàn thành vào năm 2015
Ngoài ra, nhà máy nhiệt điện đốt trấu tại KCN Trà Nóc 2 TP Cần Thơ do Công ty Cổ phần Nhiệt điện Đình Hải đầu tư, đã hoàn thành và đưa vào hoạt động giai đoạn 1 với công suất 20 tấn hơi/giờ Nhà máy có công suất phát điện 2MW khi
Trang 9nhà máy vận hành ở chế độ không sản xuất hơi nước Giai đoạn 2 của sẽ đầu tư turbine 3,7MW cấp điện lên lưới quốc gia
Trong khi nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao thì giải pháp sử dụng nguồn điện sinh khối để thay thế mang ý nghĩa to lớn trên các khía cạnh kinh tế, xã hội và môi trường
Hơn nữa, Việt Nam lại có tiềm năng to lớn để phát triển điện sinh khối cả trong hiện tại và tương lai Tuy nhiên, số các dự án năng lượng tái tạo đi vào hoạt động tính đến thời điểm này vẫn còn quá ít và chỉ có vài dự án là điện sinh khối nối lưới, việc đầu tư mang nặng tính tự phát, thiếu quy hoạch tổng thể và chưa tương xứng với tiềm năng hiện có của quốc gia
2.4 Hiệu quả khi sử dụng
Năng lượng sinh học là năng lượng được chiết xuất từ các sinh thể vừa mới
chết Năng lượng sinh học không góp phần vào sự biến đổi khí hậu vì khí cacbonic (CO2) mà nó thải ra được chiết xuất từ cácbon tồn tại trong bầu khí quyển dưới dạng một thực thể sống khác vừa mới chết
Trong khi đó, nhiên liệu hóa thạch lại thải vào bầu khí quyển các loại khí nhà kính mà trước đó được giữ trong lòng đất Sinh khối là toàn bộ các thực thể hữu cơ trong một môi trường sống nào đó, bao gồm cả các nhiên liệu được sử dụng rộng rãi như gỗ củi, nhưng cũng bao gồm cả những thực thể vẫn thường được coi là rác: chất thải nông nghiệp, phân động vật, chất thải rắn, rác công nghiệp và một số loại cây có thể được trồng chỉ với mục đích để làm củi đun
Một đặc điểm hấp dẫn khác của sinh khối là nó có mặt ở khắp mọi nơi chứ không chỉ tập trung ở một vài quốc gia nhất định Sinh khối có thể dễ dàng được nuôi trồng, được thu thập, được sử dụng và thay thế mà không làm cạn kiệt các
Trang 10nguồn tài nguyên, vì vậy, năng lượng sinh học không chỉ có thể tái tạo mà còn rất bền vững
2.5 Phát triển vững mạnh và tận dụng nguồn nguyên liệu
Theo số liệu của Bộ Công Thương, tỷ lệ tăng trưởng nhu cầu năng lượng ở Việt Nam hiện tăng ở mức gấp đôi so với tỷ lệ tăng trưởng GDP Trong khi đó, ở các nước phát triển, tỷ lệ này chỉ ở mức xấp xỉ 1 Tiêu thụ năng lượng của Việt Nam ngày càng gia tăng và đã tăng hơn 4 lần từ 2005-2030, tiêu thụ năng lượng điện tăng gần 400% trong vòng 10 năm từ 1998-2008 Với đà này, Việt Nam sẽ trở thành nước nhập khẩu năng lượng vào năm 2015
Trong bối cảnh ngày càng cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch nội địa, giá dầu thế giới tăng cao và sự phụ thuộc ngày càng nhiều hơn vào giá năng lượng thế giới, khả năng đáp ứng năng lượng đủ cho nhu cầu trong nước ngày càng khó khăn và trở thành một thách thức lớn Như vậy, việc xem xét khai thác nguồn năng lượng tái tạo sạch có ý nghĩa hết sức quan trọng cả về kinh tế, xã hội, an ninh lương thực và phát triển bền vững Năng lượng sinh học: dồi dào, có thể tái tạo và bền vững
Một số dạng sinh khối có thể khai thác được ngay về mặt kỹ thuật cho sản xuất điện, hoặc áp dụng công nghệ đồng phát năng lượng (sản xuất cả điện và nhiệt)
đó là: trấu ở Đồng bằng Sông Cửu Long, bã mía ở các nhà máy đường, rác thải sinh hoạt ở các đô thị lớn, chất thải chăn nuôi từ các trang trại gia súc, hộ gia đình và chất thải hữu cơ khác từ chế biến nông - lâm - hải sản Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng của Việt Nam ngày một gia tăng, khả năng cung cấp các nguồn năng lượng nội địa hạn chế (dự kiến phải nhập than cho điện từ sau năm 2015)
Trong khi tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo của Việt Nam rất lớn, kèm theo nhu cầu sử dụng điện và nhiệt cho sản xuất rất cao thì việc xem xét khai thác nguồn năng lượng tái tạo sẵn có cho sản xuất điện, đồng phát năng lượng (cả điện
và nhiệt) là rất khả thi cả về công nghệ lẫn hiệu quả kinh tế và môi trường Điện sinh khối (biomass power) là việc sử dụng sinh khối (biomass) để sản xuất điện năng Đây là dạng năng lượng tái tạo và có trữ lượng không nhỏ nên được nhiều nước quan tâm đầu tư và phát triển
Theo các nhà khoa học, khí thải trong chăn nuôi nếu biết sử dụng đúng cách
sẽ trở thành nguồn năng lượng hữu ích Như máy phát điện chạy khí sinh học
(biogas) để thắp sáng, bơm nước vừa giúp giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường vừa hướng tới giảm "cơn khát" điện trong mùa hè
2.6 Những cơ hội và thách thức đối với việc phát triển năng lượng sinh