Đánh giá phát thải khí CH4 phát sinh trong hoạt động sản xuất và tiêu thụ biogas tại ba trang trại chăn nuôi ở huyện lươ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC HOÀNG TRUNG HIẾU HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI BA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Ở HUYỆN LƯƠNG SƠN, TỈNH HÒA BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA SAU ĐẠI HỌC

HOÀNG TRUNG HIẾU

HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI

BA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Ở HUYỆN LƯƠNG SƠN,

TỈNH HÒA BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

HÀ NỘI – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA SAU ĐẠI HỌC

HOÀNG TRUNG HIẾU

HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI

BA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Ở HUYỆN LƯƠNG SƠN,

TỈNH HÒA BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Mã số: Chương trình đào tạo thí điểm

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Lưu Đức Hải

HÀ NỘI – 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Lưu Đức Hải, không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác Số liệu và kết quả của luận văn chưa từng được công bố ở bất kì một công trình khoa học nào khác

Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách

Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn

Tác giả

Hoàng Trung Hiếu

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được nhiều sự giúp

đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của Thầy cô, Gia đình và Bạn bè

Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lưu Đức Hải người đã hướng

dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Quý Thầy, Cô đã dạy tôi trong suốt thời gian học cao học chuyên ngành Biến đổi khí hậu, cảm ơn Qúy Thầy, Cô trong khoa Sau Đại Học, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành khóa học này

Tôi xin cảm ơn đến các anh chị, các bạn trong lớp Biến đổi khí hậu K3, những người luôn động viên và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn các anh Phạm Hùng Triệu, Lê Đức Minh, Nguyễn Minh Huấn ba chủ trang trại đã tạo điều kiện, giúp đỡ để tôi có thể

hoàn thành luận văn đúng thời gian quy định

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU 1

1.Tính cấp thiết của đề tài 1

2.Mục tiêu nghiên cứu 2

3.Dự kiến đóng góp của đề tài 2

4.Bố cục đề tài 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH CỦA HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI VÀ HỆ THỐNG BIOGAS 4

1.1 Biến đổi khí hậu và phát thải khí nhà kính 4

1.2 Phát thải KNK (CH4) trong hoạt động Chăn nuôi 12

1.3 Ảnh hưởng của hoạt động hệ thống Biogas đến phát thải KNK (CH4) 19

1.4 Giới thiệu về huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình 27

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 29

2.2 Các phương pháp nghiên cứu 30

CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ SỰ PHÁT THẢI KHÍ CH4 VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHO CÁC TRANG TRẠI NGHIÊN CỨU 36

3.1 Hiện trạng sản xuất và sử dụng Biogas các trang trại nghiên cứu 36

3.2 Phân tích và đánh giá sự phát thải khí CH4 trong hệ thống Biogas của ba Trang trại nghiên cứu 38

3.3 Các giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4 trong hệ thống biogas của các trang trại nghiên cứu 50

KẾT LUẬN 56

KIẾN NGHỊ 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 61

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

quan chăn nuôi và thú y của FAO

đồng nông nghiệp và phát triển trồng trọt

DNTN SX-DT-TM : Doanh nghiệp tư nhân sản xuất, dịch vụ, thương mại

Nations: Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp

Quốc

quyển toàn cầu

chính phú về Biến đổi khí hậu

Mt : Million tones: Triệu tấn

Môi trường Liên hợp quốc

Công ước khung của Liên hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu

giới

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU

1 Danh mục bảng biểu

Bảng 1.1: Mức tăng nhiệt độ và mức thay đổi lượng mưa theo xu thế trong 50

năm qua ở các vùng khí hậu và trung bình cho cả nước 7

Bảng 1.2: Một số đ c trưng về biến đổi của tần số FRL 8

Bảng 1.3: Hàm lượng trung bình của không khí 10

Bảng 1.4: Mức độ gây hại của một số khí nhà kính 12

Bảng 1.5: Số lượng gia súc, gia cầm từ năm 2010 đến năm 2014 16

Bảng 1.6: Lượng KNK trong chăn nuôi ở Việt Nam năm 2010 ( nghìn tấn CO2e) 16

Bảng 1.7 Tổng lượng khí Methane từ chất thải gia súc (năm 2010 17

Bảng 1.8: Thành phần của khí sinh học 19

Bảng 3.1: Thông tin các nhóm lợn của Trang trại 1 39

Bảng 3.2: Thông tin các nhóm lợn của Trang trại 2 41

Bảng 3.3: Thông tin các nhóm lợn của Trang trại 3 43

Bảng 3.4: Dữ liệu về việc sử dụng KSH trong một tháng của các trang trại 45

Bảng 3.5: Sản xuất và tiêu thụ biogas của ba trang trại chăn nuôi 48

Bảng 3.6: Quy đổi Khí sinh học sang các dạng năng lượng khác 54

Bảng 3.7: Số tiền tiết kiệm được sau khi quy đổi 55

Bảng P1.1: Hiệu suất sinh khí Methane (MCFs và tỷ lệ % chất thải theo kiểu thu gom 61

2 Danh mục hình Hình 1.1: Ước tính lượng phát thải KNK theo các loài 14

Hình 1.2: Lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu từ chăn nuôi lợn 15

Hình 1.3: Sơ đồ các cách Quản lý phân ở miền Bắc Việt Nam 18

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống Biogas thông dụng 19

Hình 1.5: Hầm biogas nắp trôi nổi 20

Hình 1.6: Hầm biogas nắp cố định 21

Hình 1.7: Hầm biogas dạng túi ủ 21

Hình 1.8: Hầm biogas VACVINA cải tiến 22

Hình 1.9: Sơ đồ quá trình vi sinh hóa lên men Methane 23

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng hầm biogas của Trang trại 1 36

Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng hầm biogas của Trang trại 2 37

Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng hầm biogas của Trang trại 3 38

Hình 3.4: Sơ đồ lọc khí và nén khí sinh học sạch……….51

Hình P2.1: Bốn dãy chuồng chăn nuôi của Trang trại 2 62

Hình P2.2: Hệ thống quạt thông gió và rãnh thu gom chất thải chăn nuôi 62

Hình P2.3: Kiểm tra trọng lượng của lợn 62

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Biến đổi khí hậu đang là vấn đề nóng bỏng được cộng đồng Thế giới quan tâm Theo [12] thì nhiệt độ bề m t vào cuối thế kỷ 21 có thể vượt quá 1,50

C so với thời kỳ 1850 – 1900 đối với hầu hết các kịch bản và có thể vượt quá 20C trong nhiều kịch bản M t khác, từ giữa thế kỷ 19, tỷ lệ mực nước biển đã tăng lên đáng kể so với tỷ lệ trung bình trong hai thiên niên kỷ trước đó, giai đoạn từ

1901 – 2010, mực nước biển trung bình toàn cầu đã tăng 0,19 m Nhiệt độ Trái đất tăng lên vì sự gia tăng của nồng độ khí nhà kính trong Khí quyển do các hoạt động của con người Đó chính là sự phát thải CO2 do đốt các nhiên liệu hóa thạch, phá rừng nhiệt đới và sự phát thải CH4, CO2, N2O,… từ nông nghiệp và chăn nuôi [20] Cũng theo [12], thì nồng độ của các khí CO2, CH4, N2O trong không khí đã tăng lên mức chưa từng thấy trong ít nhất 800.000 năm qua Nồng

độ CO2 đã tăng lên 40% kể từ thời tiền công nghiệp

Theo [11], chăn nuôi là ngành kinh tế phát thải khí nhà kính đạt 7,1 Gigatonnes (Gt) CO2e mỗi năm, chiếm 14,5% lượng phát thải khí nhà kính do con người gây ra Vì vậy, Chăn nuôi là tác nhân đóng góp vào nguyên nhân gây biến đổi khí hậu Trái đất Trong đó, chăn nuôi lợn lượng phát thải ước tính đạt

688 MtCO2e (chiếm 9% của lượng khí thải ngành Chăn nuôi) Nguồn phát thải chính do sản xuất thức ăn và lưu trữ, xử lý phân

Sản xuất thức ăn: đóng góp khoảng 48% lượng khí thải Trong đó, 12,7%

lượng khí thải liên quan đến mở rộng đất trồng thức ăn chăn nuôi, 27% lượng khí thải liên quan đến phân bón, máy móc và vận tải thức ăn

Lưu trữ và xử lý phân là nguồn phát thải lớn thứ hai chiếm 27,4 % của

lượng khí thải trong chăn nuôi lợn Hầu hết lượng khí thải ở dạng CH4 chiếm 19,2% (chủ yếu từ hệ thống lưu trữ yếm khí , còn lại là N2O chiếm 8,2 %

Ở Việt Nam, theo [19], thì ngành nông nghiệp phát thải lượng khí nhà kính là 83,3 triệu tấn CO2e Trong đó, chăn nuôi phát thải 8,84 MtCO2e (Lên men tiêu hóa: 9.467,51 nghìn tấn CO2e, quản lý phân bón: 8.560 nghìn tấn

CO2e)

Để giảm phát thải khí nhà kính cũng như quản lý được các khí phát thải từ chăn nuôi, thì việc sử dụng các bể biogas là lựa chọn tốt nhất hiện nay Theo[17], các bể biogas có lợi ích về kinh tế, môi trường và xã hội: giảm công việc và thời gian cho nông dân đi thu thập và mua nhiên liệu cho nấu ăn, tạo môi trường trong sạch Nghiên cứu [18] cho thấy: Khí sinh học là nguồn nhiên liệu tái sinh rẻ nhất

ở vùng nông thôn Khí sinh học giúp bảo vệ môi trường, vì thay được củi, giảm phá rừng, giảm phát thải khí nhà kính vào bầu Khí quyển

Cũng như các nước khác, ở Việt Nam chương trình khí sinh học của chăn nuôi đã được nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 1960, với mục đích xây dựng ngành khí sinh học phát triển theo hướng bền vững, góp phần xử lý chất thải vật nuôi, bảo vệ môi trường và giảm thiểu sử dụng nhiên liệu hóa thạch Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng, người dân chưa sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng mới này, gây thất thoát khí sinh học ra ngoài môi trường, càng làm gia tăng lượng khí CH4 vào bầu Khí quyển Do đó, đề tài: Đánh giá phát thải khí

nuôi ở Huyện Lương Sơn, Tỉnh Hòa Bình Nhằm đánh giá lại hiệu quả sử dụng

Biogas của người dân, đồng thời tìm ra giải pháp hữu hiệu nhất làm giảm phát thải khí nhà kính và tăng được lợi ích kinh tế cho các chủ hộ Đề tài nghiên cứu trên ba trang trại chăn nuôi lợn có sử dụng bể biogas Trong đó, có hai trang trại chăn nuôi của DNTN SX-DV-TM Minh Đức, một trang trại chăn nuôi của công

ty TNHH Thành Long Và ba trang trại này đều đóng trên địa bàn huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá được sự phát thải khí CH4 vào bầu Khí quyển trong quá trình sản xuất và tiêu thụ Biogas tại các trang trại Từ đó, đề xuất được các giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4 và làm tăng lợi ích kinh tế cho người dân

3 Dự kiến đóng góp của đề tài

Đánh giá được tình hình sử dụng Biogas của các trang trại nghiên cứu nói riêng và định hướng cho các đánh giá khác sau này về sự phát thải khí CH4 trong

các trang trại chăn nuôi

Giúp cho việc nâng cao hiệu quả trong quản lý, sử dụng biogas một cách hợp lý hơn Đề xuất các giải pháp hữu ích nhằm tăng lợi ích kinh tế cho người dân

4 Bố cục đề tài

Bên cạnh các phần bắt buộc (mở đầu, bảng, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo), nội dung đề tài được chia làm 3 chương chính như sau:

Chương I: Tổng quan về biến đổi khí hậu và phát thải khí nhà kính của

hoạt động chăn nuôi và hệ thống Biogas

Tổng hợp kiến thức liên quan đến biến đổi khí hậu và phát thải khí nhà kính trong hoạt động chăn nuôi của Thế giới và Việt Nam Giới thiệu hệ thống Biogas, các ảnh hưởng của hệ thống Biogas đến phát thải khí nhà kính (CH4)

Chương II: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Nêu các thông tin về ba trang trại nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu, tính toán lượng khí CH4 phát thải vào bầu Khí quyển

trang trại nghiên cứu

Giới thiệu về hệ thống Biogas của ba trang trại nghiên cứu, ước tính lượng khí CH4 phát thải, phân tích và đánh giá sự phát thải khí CH4 trong hoạt động của

hệ thống Biogas của ba trang trại Từ đó, đề các giải pháp giảm thiểu và đánh giá lợi ích kinh tế của các giải pháp này

Một phần kết quả của luận văn đã được đăng trên Tạp chí Kinh tế Môi trường số tháng 7/2015 [2]

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH CỦA HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI VÀ HỆ THỐNG BIOGAS 1.1 Biến đổi khí hậu và phát thải khí nhà kính

1.1.1 Biến đổi khí hậu

Thời tiết [8]là trạng thái của Khí quyển tại một địa điểm vào một thời gian nhất định, được xác định bằng các yếu tố nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, tốc độ gió,… Chúng được thể hiện qua các hiện tượng nắng, mưa, mây, gió, lạnh, thường thay đổi nhanh chóng qua từng ngày, từng tháng, từng năm

Khí hậu [8] là trạng thái trung bình của thời tiết tại một khu vực nào đó, như

một tỉnh, một nước, một châu lục ho c toàn cầu, trên cơ sở chuỗi số liệu dài (trước đây thời gian dùng để đánh giá là 30 năm - Theo tổ chức Khí tượng Thế giới - WMO)

Các hiện tượng thời tiết cực đoan [3] là hiện tượng hiếm ở một nơi cụ thể

khi xem xét phân bố thống kê của nó Hiếm ở đây có thể hiểu là tần suất xuất hiện của nó nhỏ hơn 10% Biểu hiện thời tiết cực đoan có thể phân chia thành 3 loại:

+ Cực trị của các yếu tố thời tiết quan trọng (nhiệt độ, lượng mưa,… + Giá trị của các yếu tố thời tiết quan trọng đạt tới ngưỡng gây ra tác động tiêu cực đến sinh hoạt và sản xuất của con người

+ Bản thân các hiện tượng thời tiết mang tính cực đoan (bão, lũ, hạn hán,…

Hiện tượng Khí hậu cực đoan là trung bình của số các hiện tượng thời tiết

cực đoan trong một khoảng thời gian nhất định

Theo [12] thì nhiệt độ bề m t vào cuối thế kỷ 21 có thể vượt quá 1,50C so với thời kỳ 1850 – 1900 đối với hầu hết các kịch bản và có thể vượt quá 20C trong nhiều kịch bản Theo [3] chỉ tính trên chuỗi số liệu từ 1906 – 2005, thì nhiệt độ không khí toàn cầu đã tăng 0,74 0,180C Từ năm 1998 – 2005, là những năm nóng nhất kể từ năm 1850 đến nay Nhiệt độ năm 1998, tăng lên được là do hiện tượng El Nino (El Nino được coi là pha nóng lên của dao động khí hậu và kéo dài trong khoảng 1 năm 1997 – 1998, nhưng nhiệt độ tăng cao nhất vào năm 2005 Biến đổi của các cực trị nhiệt độ nhìn chung phù hợp với sự nóng lên toàn cầu Hơn nữa, trên quy mô toàn cầu, số ngày đông giá lạnh giảm đi

ở hầu khắp các vùng vĩ độ trung bình, số ngày cực nóng (10% số ngày ho c đêm nóng nhất tăng lên và số ngày cực lạnh (10% số ngày ho c đêm lạnh nhất) giảm

đi Hiện tượng ENSO (ENSO dùng để chỉ một hiện tượng El Nino/La Nina) và tính dao động thập kỷ của khí hậu được cho là nguyên nhân gây nên sự biến động trong số lượng xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ dẫn đến sự phân bố lại số lượng và quỹ đạo của chúng

Biến đổi khí hậu: Theo [16], biến đổi khí hậu là sự thay đổi trạng thái của Khí hậu có thể được xác định bởi những thay đổi trong giá trị trung bình hoặc sự biến động thuộc tính của nó và duy trì trong một thời gian dài, thường là vài thập kỷ hoặc lâu hơn

- Biểu hiện chính của biến đổi khí hậu toàn cầu

+ Gia tăng nhiệt độ Khí quyển

Theo [3], nhiệt độ không khí trung bình toàn cầu đã tăng lên 0,74 0,180C Trên đất liền, nhiệt độ cao hơn trên biển và thập kỷ 1990 là thập kỷ nắng nóng nhất trong thiên niên kỷ vừa qua Giai đoạn từ 1995 – 2006, có 11 năm (trừ năm 1996 được xếp vào những năm có nhiệt độ cao nhất kể từ năm 1850, trong

đó nóng nhất là năm 1998 và năm 2005 Riêng các năm 2001 – 2005, nhiệt độ trung bình cao hơn 0,440C so với trung bình thời kì 1961 – 1990

Theo [12] thì nhiệt độ bề m t vào cuối thế kỷ 21 có thể vượt quá 1,50C so với thời kỳ 1850 – 1900 Đối với hầu hết các kịch bản và có thể vượt quá 20C trong nhiều kịch bản M t khác, từ giữa thế kỷ 19, tỷ lệ mực nước biển đã tăng lên đáng kể so với tỷ lệ trung bình trong hai thiên niên kỷ trước đó, giai đoạn từ 1901 – 2010, mực nước biển trung bình toàn cầu đã tăng 0,19 m

+ Tan băng ở hai cực và trên đỉnh núi cao

Từ cuối năm 1960, phạm vi lớp phủ băng tuyết giảm khoảng 10% Các sông băng trên núi tan chảy nhanh nhất trong vòng 5.000 năm qua Với tốc độ ấm

như hiện nay xuống còn 100.000 km2 vào những năm 2030 Độ dày của lớp băng ở Bắc Cực từ cuối mùa hạ đến đầu mùa thu giảm tới 40% trong vài thập kỷ gần đây Ở Alaska (Bắc Mỹ), nhiệt độ không khí đã tăng 1,50C so với trung bình nhiều năm đã làm

tan băng và lớp băng vĩnh cửu đã giảm 40%, những lớp băng hằng năm dày khoảng 1,2 m đã giảm 4 lần, chỉ còn 0,3 m Hơn thế nữa, số lượng băng tan ở Tây Nam Cực và băng tan ở đảo Greenland đã ngang bằng nhau

+ Mực nước biển dâng cao

Trong những năm gần đây, bằng việc sử dụng vệ tinh đo độ cao để xác định mực nước biển Các nhà khoa học đã biết được rằng, từ năm 1993 đến 2003 mực nước biển tăng lên 3,1 ± 0,7 mm/năm, trong đó 2,8 ± 0,7 mm/năm do sự đóng góp liên quan đến khí hậu, 1,6 ± 0,5 mm/năm do giãn nở nhiệt và 1,2 ± 0,4 mm/năm do băng tan Chính sự tan băng ở Greenland, Bắc cực và Nam cực đã làm cho mực nước biển tăng nhanh hơn (trong thời kỳ 1993 – 2003 Ngoài ra, nhiệt độ trung bình của đại dương toàn cầu tăng lên cũng là nguyên nhân dẫn đến

sự giãn nở của nước biển làm mực nước biển tăng nhanh chóng

- Biểu hiện biến đổi khí hậu ở Việt Nam

Theo [7],trong vòng 50 năm trở lại đây (1951 – 2000), nhiệt độ trung bình năm của Việt Nam đã tăng 0,70C Nhiệt độ trung bình năm nửa thập kỷ thấp nhất đều xảy ra vào 1 trong 3 nửa thập kỷ trước 1975: 1961 – 1965, 1966 – 1970, 1971 – 1975 Đa số vào 1961 – 1965 và cao nhất đều rơi 3 nửa thập kỷ từ 1991 – 1995,

1996 – 2000 và 2001 – 2005, đa số vào 2001 – 2005

M t khác xu thế biến đổi nhiệt độ theo mùa và năm, trong 50 năm qua cho thấy:

+ Mùa đông: nhiệt độ tăng lên với tốc độ phổ biến là 0,1 – 0,40C mỗi thập

kỷ Biến đổi nhiệt độ cao nhất ở Tây Bắc và thấp nhất ở Nam Bộ

+ Mùa xuân: Nhiệt độ tăng lên với tốc độ phổ biến là 0,04 – 0,170C mỗi thập kỷ và tương đối đồng đều ở các vùng Khí hậu

+ Mùa hè: Nhiệt độ tăng với tốc độ phổ biến 0,10 – 0,180

C mỗi thập kỷ, thấp hơn tốc độ tăng của mùa đông và tương đối đồng đều ở các vùng Khí hậu

+ Mùa thu: Nhiệt độ tăng phổ biến 0,10 – 0,150C mỗi thập kỷ, biến đổi nhiệt độ cao nhất ở Đồng bằng Bắc Bộ và thấp nhất ở Nam bộ

Cùng với sự gia tăng về nhiệt độ, lượng mưa trung bình trong 9 thập kỷ gần đây (1991 – 2000), có sự thay đổi không đồng nhất Lượng mưa tăng vào

mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 11 và giảm vào mùa khô Tính riêng trong khoảng thời gian từ 1960 – 2007, lượng mưa cả nước đã giảm 2%, do ảnh hưởng của xu thế lượng mưa mùa hè và mùa thu nên lượng mưa năm phổ biến giảm ở các vùng khí hậu phía Bắc và tăng ở các vùng khí hậu phía Nam Tốc

độ phổ biến 2 – 10 (mm/năm)

Bảng 1.1: Mức tăng nhiệt độ và mức thay đổi lượng mưa theo xu thế trong

50 năm qua ở các vùng khí hậu và trung bình cho cả nước

Vùng khí hậu

Số lượng trạm

+ Mực nước biển trung bình trong thời gần đây cao hơn với 7,2 cm ở trạm Hòn Dấu và 3,5 cm ở trạm Sơn Trà và Vũng Tàu

+ Mực nước biển cao nhất trong thời kì gần đây cao hơn 7,8 cm ở trạm Hòn Dấu, 0,5 cm ở trạm Vũng tàu nhưng thấp hơn 0,5 cm ở trạm Vũng Tàu

+ Mực nước biển thấp nhất trong thời kì gần đây cao hơn 2,7 cm ở trạm Hòn Dấu, 5 cm ở trạm Sơn Trà và 11 cm ở trạm Vũng Tàu

Đối với hiện tượng Frơn rông lạnh (FRL)

Frơn là một đới hẹp chuyển tiếp giữa các khối không khí, đ c trưng bởi những biến đổi rõ rệt của các yếu tố khí tượng theo phương nằm ngang (nhiều mây, mưa lớn, gió mạnh, nhiệt độ biến đổi nhiều,

Trong thời kỳ 1960 – 2009, có 1.375 đợt FRL qua Hà Nội, trung bình mỗi năm có 27,5 đợt Nhiều FRL nhất là năm 1970 với 40 đợt và ít nhất là năm 1994 chỉ có 16 đợt

Trong 5 thập kỷ theo dõi, FRL nhiều nhất vào thập kỷ 1971– 1980 và tương đối ít trong thập kỷ 1991– 2000 Như vậy, thập kỷ 1991 – 2000 của thời kỳ gần đây có tần số FRL rất thấp so với thời kỳ trước, nhất là thập kỷ 1971 – 1980 Hơn nữa kỷ lục thấp của FRL cũng là thập kỷ 1991 – 2000 trong thời gian gần đây, kỷ lục cao là của thập kỷ 1971 –1980 thuộc thời kỳ trước

Bảng 1.2: Một số đ c trưng về biến đổi của tần số RL

XTNĐ là những hệ thống áp thấp được hình thành trên các vùng đại dương nhiệt đới có hoàn lưu xoáy thuận (ngược chiều kim đồng hồ ở Bắc Bán Cầu Các XTNĐ có tốc độ gió duy trì cực đại nhỏ hơn 17 m/s gọi là áp thấp nhiệt đới, từ 17 – 33 m/s gọi là bão nhiệt đới

Trong thời kỳ 1960 – 2009, có 381 cơn bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng đến Việt Nam, trung bình mỗi năm có 7,62 cơn Năm có nhiều XTNĐ nhất là các năm 1989, 1995 với 14 cơn mỗi năm, ít nhất là các năm 1969, 1976 chỉ có 2 cơn mỗi năm XTNĐ phân phối không đồng đều cho các tháng Từ tháng 6 đến tháng 11, trung bình mỗi tháng có trên 0,5 cơn, nhiều nhất vào các tháng 9 có 1,58 cơn Trong 5 thập kỷ gần đây, XTNĐ nhiều nhất vào thập kỷ

1981 - 1990 và ít nhất vào thập kỷ 2001 – 2009

- Nguyên nhân của biến đổi khí hậu

+ Nguyên nhân tự nhiên:

Theo [3], Trái đất là hành tinh thứ 3 trong hệ M t trời, có độ lệch tâm biến thiên từ 0 đến 0,07 Giá trị hiện nay là 0,0174 tương ứng với Nam bán cầu nhận được nhiều bức xạ m t trời hơn Bắc bán cầu khoảng 6,7 % Tham số này có chu

kỳ dao động khoảng 96.000 năm Hơn nữa, độ nghiêng của trục Trái đất biến thiên

từ 21,50 – 24,50 có chu kì dao động khoảng 41.000 năm, cũng là nguyên nhân làm cho lượng bức xạ m t trời đến Trái đất không giống nhau giữa các vùng

M t khác, chuyển động tiến động là sự quay của bán trục lớn của ellip quỹ đạo Trái đất Tiến động có thể làm cho các mùa trở nên cực đoan hơn Chu kỳ tiến động nằm trong khoảng 19.000 năm đến 21.000 năm Ngoài ra, sự biến đổi trong phân bố lục địa và đại dương của bề m t Trái đất cũng là nguyên nhân gây biến đổi khí hậu

Sự biến đổi cường độ bức xạ M t Trời sẽ tác động trực tiếp đến biến đổi khí hậu Hầu hết năng lượng nhận được từ M t Trời bắt nguồn trong quyển sáng

M t Trời, có nhiệt độ phát xạ khoảng 6.000 Ko Trên nền M t trời có thể nhận thấy những vết đen M t Trời, tâm của vết đen M t Trời có nhiệt độ phát xạ khoảng 1.700 Ko, thấp hơn nhiệt độ trung bình của quyển sáng Vì vậy, năng lượng phát xạ chỉ bằng khoảng 25% giá trị trung bình, thời gian xuất hiện các vệt đen này theo chu kì 11 năm M t khác, ánh sáng M t Trời thay đổi 1Wm–2 tác động tới khí hậu với lượng 0,175 (Wm–2), với độ thích ứng của khí hậu R = 0,5 (K/Wm–2) mang lại thích ứng của cân bằng khí hậu < 0,10C Vì vậy, sự thay đổi của phát xạ M t trời ảnh hưởng không đáng kể đến biến đổi khí hậu

Tác động của núi lửa phun trào thường đưa vào tầng cao Khí quyển một lượng bụi, SO2 và các khí ô nhiễm khác, có thể tạo nên hiệu ứng biến đổi khí hậu

cục bộ theo hướng giảm nhiệt độ Khí quyển trong một thời gian ngắn Thông thường, có rất ít núi lửa hoạt động, nếu có thì thời gian phun trào dung nham cũng rất ngắn ngủi

+ Nguyên nhân nhân tạo

Theo [25] cho thấy lượng khí nhà kính trong bầu Khí quyển năm 2013 như sau: CO2 là 396,0 ± 0,1 ppm, CH4 là 1824 ± 2 ppb và N2O là 325,9 ± 0,1 ppb So với thời kì tiền Công nghiệp (trước năm 1750 thì lượng khí CO2 đã tăng 142%, lượng khí CH4 tăng 253% và lượng khí N2O đã tăng 121% Lượng phát thải khí CO2 từ sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã tăng trung bình từ 6,4 tỷ tấn cacbon (23,5 tỷ tấn CO2) mỗi năm (trong những năm 1990) đến 7,2 tỷ tấn cacbon (45,9 tỷ tấn CO2) mỗi năm (trong thời kỳ 2000 – 2005) Lượng phát thải khí CO2

từ việc thay đổi sử dụng đất ước tính bằng 1,6 tỷ tấn cacbon (5,9 tỷ tấn CO2) io

Khí quyển được cấu tạo bởi hỗn hợp nhiều chất khí nên được gọi là không khí Trải qua hàng triệu năm (từ lúc Trái đất hình thành đến nay), thành phần của không khí đã có sự thay đổi theo thời gian, cho đến nay chúng vẫn khá ổn định, bao gồm chủ yếu là khí nitơ, oxi và các khí trơ (bảng 1.5)

Bảng 1.3: Hàm lượng trung bình của không khí

75,51 23,15 1,28 0,005 0,00012 0,000007 0,000009 0,000029 0,000008 0,0000035 0,000008 0,00000036

386.480 118.410 6.550

233 6,36 0,37 0,43 1,46 0,4 0,02 0,35 0,18 Nguồn: [3]

Ở tầng Đối lưu sát m t đất của Trái đất, không khí có hàm lượng 78% Nitơ, 21% Oxy và 1% còn lại là các khí khác như Ar, CO2, CH4, He,…Tuy nhiên, dù chiếm lượng rất nhỏ nhưng các chất khí như CO2, CH4, hơi nước,… mà

ta thường gọi là các chất hấp thụ năng lượng làm cho bề m t Trái đất có vai trò cực kì quan trọng, chúng giúp cho Khí quyển ấm hơn khoảng 330C nhờ đó sinh vật và con người trên Trái đất mới có thể tồn tại và phát triển

Như vậy, Khí nhà kính là thành phần của Khí quyển, chúng hấp thụ và

phát ra các bức xạ ở bước sóng cụ thể trong quang phổ của bức xạ hồng ngoại phát ra từ bề mặt đất, Khí quyển và từ những đám mây Đặc tính này gây ra hiệu ứng nhà kính Các chất khí H 2 O, CO 2 , N 2 O, CH 4 , O 3 là những loại khí nhà kính chủ yếu trong bầu Khí quyển của Trái đất

Hiện tượng hiệu ứng nhà kính: Là hiện tượng xảy ra trong Khí quyển ở tầng

Đối lưu, nơi tập trung các khí nhà kính như H2O, CO2, CH4, N2O, CFC , cho bức

xạ sóng ngắn xuyên qua và giữ lại nhiệt bức xạ của m t đất dưới dạng các bước sóng dài, nhờ đó duy trì được nhiệt độ trung bình của trên m t đất khoảng 150C

Cơ chế hoạt động: Bức xạ M t trời đi đến Trái đất có bước sóng ngắn (0,2

- 4µm nên chúng dễ dàng đi qua Khí quyển đến bề m t Trái đất M t đất hấp thụ 50% năng lượng ánh sáng đó và chuyển hóa thành nhiệt năng, đốt nóng lớp không khí phía dưới đồng thời bức xạ trở lại Khí quyển dưới dạng bức sóng dài, gọi là bức xạ phản hồi bề m t Trái Đất Tại Khí quyển, một phần bức xạ sóng dài được trả lại không gian, một phần bị các khí nhà kính ở Khí quyển hấp thụ và bức xạ ngược trở lại Trái đất, gọi là bức xạ nghịch

Nguyên nhân dẫn đến gia tăng Hiệu ứng nhà kính

Sự gia tăng các khí nhà kính chính là nguyên nhân chính dẫn đến gia tăng hiệu ứng nhà kính của Trái đất

Theo WMO [25] lượng phát thải khí nhà kính so với thời kì tiền công

nghiệp (trước năm 1750 đã tăng lên nhanh chóng Tính đến năm 2013, lượng khí

CO2 đã tăng lên 142% so với thời kì tiền công nghiệp, lượng khí CH4 tăng 253%,

người, đ c biệt là hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch (than, dầu mỏ và khí thiên nhiên , hoạt động nông nghiệp, chăn nuôi, thay đổi sự dụng đất, phá rừng, khí

thải trong giao thông, làm phát sinh ra nhiều khí nhà kính hơn Các loại khí nhà kính [28] chính gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính bao gồm: CO2, CH4, N2O, các hợp chất, HFCs, PFCs, SF6, mỗi loại khí trên đều có mức độ gây hại đối với Khí quyển khác nhau (bảng 1.6)

Bảng 1.4: Mức độ gây hại của một số khí nhà kính

1.2.1 Phát thải KNK trong hoạt động Chăn nuôi trên Thế giới

Theo [26], năm 2009, số lượng đầu gia súc và gia cầm của Thế giới như sau: + Tổng đàn Trâu 182 triệu con và chủ yếu phân bố ở Châu Á

+ Tổng số đàn Bò 1.165 triệu con

+ Tổng số đàn Dê 592 triệu con và Cừu là 848 triệu con

+ Tổng số đàn Lợn là 888 triệu con

+ Tổng số đàn Gà là 141.919 triệu con và Vịt là 1.008 triệu con, …

Riêng với chăn nuôi lợn, nhìn chung ở các nước tiên tiến chăn nuôi lợn phát triển theo hình thức công nghiệp và đạt trình độ chuyên môn hóa cao Nhưng đàn lợn trên Thế giới phân bố không đồng đều ở các Châu lục Có 70% số lợn được nuôi ở châu Á và châu Âu, 30% còn lại nuôi ở các Châu lục khác Tính đến nay, chăn nuôi lợn ở châu Âu chiếm 52%; châu Á 30,4%; châu Úc 5,8%; châu Phi 3,2%; châu Mỹ 8,6% Tốc độ tăng trưởng vật nuôi chỉ ở mức 1%/năm

Với số lượng vật nuôi như trên thì tổng sản lượng thịt sản xuất năm 2009

là trên 281 triệu tấn Trong đó: thịt Trâu chiếm 3,3 triệu tấn, thịt Bò chiếu 61,8

triệu tấn, thịt Dê chiếm 4,9 triệu tấn, thịt Cừu chiếm 8,1 triệu tấn, thịt lợn chiếm

106 triệu tấn, thịt Gà chiếm 79,5 triệu tấn, thịt Vịt chiếm 3,8 triệu tấn….Về cơ cấu thịt thì thịt lợn chiếm nhiều nhất với 37,7% tiếp sau là thịt Gà chiếm 28,5%, thịt Bò 22,6% và còn lại là 12,7% cho thịt Dê, Cừu, Vịt,…

Phương thức chăn nuôi hiện nay trên Thế giới có 3 dạng cơ bản:

+ Chăn nuôi gia súc, gia cầm quy mô lớn, thâm canh sản xuất hàng hóa chất lượng cao Tập trung chủ yếu ở các nước châu Âu, châu Mỹ, châu Úc và một số nước châu Á, Mỹ La Tinh và châu Phi Phương thức này áp dụng công nghệ cao về cơ giới hóa, công nghệ sinh học, công nghệ sinh sản và tin học

+ Chăn nuôi bán thâm canh, quảnh canh gia súc, gia cầm tại phần lớn các nước đang phát triển ở châu Á, Phi, Mỹ La Tinh và một số nước Trung Đông Phương pháp này dựa vào tự nhiên là chính nên năng suất thấp

+ Chăn nuôi hữu cơ, chăn nuôi sạch đang được thực hiện ở một số nước phát triển, sản phẩm chăn nuôi được người tiêu dùng ưa chuộng Tuy nhiên, năng suất thấp, giá thành sản phẩm cao nên khó áp dụng được cho chăn nuôi quy mô lớn

Tóm lại, Dân số đông như hiện nay thì bình quân mỗi người cần 41,9 (kg thịt/người/năm), trong đó: các nước phát triển có thể đạt 80 (kg thịt/người/năm)

và các nước đang phát triển đạt khoảng 30 (kg thịt/người/năm) Nhu cầu của con người ngày càng tăng lên nên chăn nuôi cần phải có các bước phát triển mới để đáp ứng được nhu cầu của thị trường Tuy nhiên, dù chăn nuôi theo phương pháp nào thì ngành chăn nuôi cũng đóng góp một lượng đáng kể khí nhà kính vào bầu Khí quyển

Theo [11], Lượng khí nhà kính phát thải trong chăn nuôi là 7,1 GtCO2e mỗi năm, chiếm 14,5% khí nhà kính trong tổng số khí nhà kính do con người thải

ra Trong đó, bò (bò thịt và bò sữa phát thải lượng khí nhà kính lớn nhất khoảng 4,6 GtCO2 (chiếm tỉ lệ cao nhất 65% tổng lượng khí của toàn ngành chăn nuôi Các loài còn lại như lợn, trâu, dê, cừu, gia cầm khác chiếm tỉ lệ từ 7 đến 10% lượng phát thải của toàn ngành (hình 1.1

Hình 1.1: Ước tính lượng phát thải KNK theo các loài

Nguồn: [11] Lượng khí nhà kính phát thải trong chăn nuôi có từ nhiều nguồn phát thải khác nhau Theo [23], phát thải khí nhà kính trong chăn nuôi có các nguồn sau: lượng khí nhà kính do hoạt động tiêu hóa thức ăn chiếm 39% lượng phát thải khí nhà kính do hoạt động chăn nuôi, quản lý phân chuồng chiếm 26%, sản xuất thức

ăn chăn nuôi chiếm 21%, thay đổi sử dụng đất rừng thành đồng cỏ chiếm 9% và đốt phụ phẩm nông nghiệp 5%

Theo [10], lượng phát thải khí nhà kính trong chăn nuôi chiếm 80% lượng khí thải của ngành nông nghiệp Cụ thể với 3 khí nhà kính CO2, CH4, N2O như sau:

+ CO2: Trong chăn nuôi lượng phát thải khí CO2 khoảng 9% lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu Chủ yếu là phá rừng để làm đồng cỏ và trồng thức ăn cho vật nuôi

+ CH4: Trong chăn nuôi lượng phát thải CH4 chủ yếu từ hoạt động lên men của động vật nhai lại và phân do gia súc thải ra Khí CH4 trong chăn nuôi chiếm 80% lượng khí CH4 thải ra trong ngành Nông nghiệp và chiếm khoảng 35– 40% tổng lượng khí CH4 do con người phát thải vào bầu Khí quyển

+ N2O: Hoạt động chăn nuôi phát thải lượng lớn khí N2O vào bầu Khí quyển Đây là khí nhà kính có khả năng hấp thụ nhiệt lớn nhất trong 3 loại khí

CO2 < CH4 < N2O Khí N2O trong chăn nuôi chiếm 2/3 lượng khí N2O do con người thải ra và chiếm 75 – 80% lượng khí N2O phát thải trong ngành nông nghiệp Xu hướng hiện tại cho thấy khí này sẽ tăng đáng kể trong thập kỷ sắp tới

Đối với chăn nuôi và sản xuất thịt lợn thì theo ước tính của AHDB [9]lượng phát thải khí nhà kính khoảng 793 MtCO2e mà đại diện cho khoảng 1,6% lượng khí nhà kính toàn cầu M t khác, theo [11], nguồn phát thải khí nhà kính trong chăn nuôi lợn của Thế giới từ sản xuất thức ăn chăn nuôi và quản lý phân chuồng Trong đó:

+ Sản xuất thức ăn chăn nuôi đóng góp 48% lượng khí thải, thêm 12,7% lượng khí thải từ thay đổi sử dụng đất để trồng đậu tương sản xuất thức ăn chăn nuôi Khoảng 27% lượng khí thải liên quan đến sản xuất phân bón, sử dụng máy móc và vận chuyển sản phẩm thức ăn chăn nuôi

+ Lưu trữ và xử lý phân chuồng chiếm 27,4% lượng khí thải Chủ yếu khí thải ở dạng CH4 (19,2% là từ hệ thống lưu trữ yếm khí ở vùng khí hậu ấm áp , phần còn lại là N2O chiếm 8,2%

Khí thải từ các trang trại chế biến và vận chuyển thức ăn chăn nuôi phát thải 5,7% lượng khí CO2 Hơn nữa, việc sử dụng năng lượng của các trang trại chiếm 3,5% lượng phát thải khí nhà kính (hình 1.2

Hình 1.2: Lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu từ chăn nuôi lợn

Nguồn: [11] 1.2.2 Phát thải KNK trong hoạt động chăn nuôi ở Việt Nam

Chăn nuôi đóng vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển nông thôn của Việt Nam Theo [6], lượng chăn nuôi gia súc và gia cầm tiếp tục tăng mạnh trong những năm qua (bảng 1.5)

gian lưu dài, N2O Phân bón và phụ phẩm cây trồng, N2O

Thức ăn: lúa gạo, CH4 Thức ăn, CO2

Thay đổi sử dụng đất trồng đậu tương, CO2

Phát thải CH4 từ lên men trong ruột

Quản lý phân chuồng, CH4 Quản lý phân chuồng, N2O Năng lượng gián tiếp, CO2 Năng lượng trực tiếp, CO2 Trang trại, CO2

Bảng 1.5: Số lƣợng gia súc, gia cầm từ năm 2010 đến năm 2014

Việc phát triển số lƣợng vật nuôi kèm theo đó thay đổi sử dụng đất để có đất làm trang trại, xây chuồng nuôi, làm gia tăng lƣợng thức ăn cung cấp cho vật nuôi và cũng đồng nghĩa với việc gia tăng khí nhà kính vào bầu Khí quyển, theo [19], tổng lƣợng phát thải khí nhà kính trong Nông nghiệp năm 2010 là 88.354,77 nghìn tấn CO2e, trong đó chăn nuôi chiếm 20,41 % (11% là phát thải lên men khí

CH4 trong ruột, 10% là từ quản lý phân chuồng) (bảng 1.6)

CH4 trong chăn nuôi là rất lớn Tính đến nay, Việt Nam đã có khoảng 1 triệu hầm khí sinh học, trong đó có vài chục nghìn hầm túi khí chất dẻo và còn lại là hầm xây dựng kiên cố Mỗi năm, lượng khí sinh học sinh ra xấp xỉ 10 tỷ (m3/năm) từ các nguồn rác thải, chất thải gia súc và phế phụ phẩm nông nghiệp,… trong đó, lượng khí sinh học từ chất thải gia súc chiếm xấp xỉ 4,8 tỷ (m3/năm) (bảng 1.7)

Bảng 1.7 Tổng lượng khí Methane từ chất thải gia súc (năm 2010)

vào bầu Khí quyển thông qua việc sử dụng Khí sinh học, mà còn tiết kiệm được chi phí năng lượng khác cho người dân

Vừa tái cơ cấu ngành nông nghiệp để phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường Trên thực tế, theo [24], thì quản lý phân lợn ở các tỉnh phía Bắc còn chưa cao Việc xả thải trực tiếp ra ngoài môi trường vẫn chiếm tỷ trọng cao 19% Việc chọn cách quản lý phân chủ yếu của người dân vẫn là xả thải trực tiếp ra môi trường ho c làm phân bón hữu cơ chiếm 57% Đây không phải là cách quản lý phân chuồng triệt để, gây ô nhiễm môi trường nước và không khí nghiêm trọng Trong khi đó, việc sử dụng Biogas chiếm 43% (hình 1.3

Xét trên các khía cạnh về môi trường, kinh tế thì Biogas là cách quản lý hiệu quả, không những giảm ô nhiễm nguồn nước, môi trường không khí, mà còn tăng lợi ích kinh tế của các hộ gia đình bằng việc sử dụng khí sinh học Tuy nhiên, Biogas là quá trình sinh khí sinh học, chủ yếu là khí CH4 Chính vì vậy, nếu việc sử dụng khí sinh học và quản lý hầm Biogas không tốt thì rất dễ gây phát thải khí CH4 vào bầu Khí quyển Phần lớn hiện nay, dư thừa khí sinh học của các trang trại là rất lớn Đây cũng là nguyên nhân chính dẫn đến gia tăng lượng khí nhà kính vào bầu Khí quyển

Hình 1.3: Sơ đồ các cách Quản lý phân ở miền Bắc Việt Nam

Trồng trọt

Ao cá

Buôn bán phân hữu cơ

1.3 Ảnh hưởng của hoạt động hệ thống Biogas đến phát thải KNK (CH 4 )

1.3.1 Hệ thống Biogas

a, Đặc điểm của Khí sinh học

Theo [1] và [21], Khí sinh học là một hỗn hợp của các chất khí dễ cháy Nó bao gồm chủ yếu là khí CH4 (chiếm 50 – 70%), CO2 (chiếm 30 – 45%) được hình thành

từ sự phân hủy kị khí Do CH4 cháy được, nên khí sinh học cháy được (bảng 1.8)

Ở nhiệt độ và áp suất bình thường không có tác động của khí CO2 thì khối lượng riêng của CH4 khoảng 0,75 kg/m3 Nhưng theo [1] và [21], thì khí sinh học có 60% CH4 và 40% CO2 thì khối lượng riêng khoảng 1,2 (kg/m3)

Methane có nhiệt trị (nhiệt lượng tỏa ra khi cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu) 35.906 KJ/m3= 8576 kcal/m3

b, Hệ thống biogas thông dụng

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống Biogas thông dụng

Hệ thống Biogas thông dụng hiện nay chủ yếu được xây bằng gạch, bể composit, túi khí,… và đều có quy trình sản xuất Khí sinh học như nhau Chất thải chăn nuôi được thu vào bể nạp sau đó mới đưa vào hầm Biogas Tại đây, xảy

ra quá trình yếm khí, sinh khí sinh học (CH4 là chủ yếu chiếm 50-70% Sau đó, các chất khí được thu lại để sử dụng, còn bã và nước thải được đưa sang bể lắng

và thải ra ngoài môi trường

Theo [4], hiện nay, hầm Biogas có thể được chia ra làm 5 loại như sau:

- Hầm nắp trôi nổi có xuất xứ từ Ấn Độ (hình 1.5)

+ Ưu điểm: Áp suất ổn định, dễ sử dụng, phù hợp với hầm lớn

+ Nhược điểm: Chi phí cao, bảo dưỡng thường xuyên, nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ, nắp làm bằng kim loại nên không thích hợp vận chuyển đi xa

Hình 1.5: Hầm biogas nắp trôi nổi

- Hầm nắp cố định có xuất xứ từ Trung Quốc (chủ yếu là Hầm vòm nắp cố

Hình 1.6: Hầm biogas nắp cố định

- Hầm dạng túi ủ có xuất xứ từ Colombia Hiện nay, cải tiến mới nhất của

hầm dạng này là hầm túi nhựa HDPE (hình 1.7

+ Ưu điểm: Chi phí đầu tư thấp, đào vị trí nông, thích hợp cho vùng có vị trí nước ngầm cao

+ Nhược điểm: Dễ hỏng, cần bảo dưỡng thường xuyên, áp suất khí thấp, tuổi thọ hầm thấp, nhạy cảm với thời tiết và đòi hỏi diện tích xây dựng lớn

Hình 1.7: Hầm biogas dạng túi ủ

- Hầm dạng kết hợp (nắp cố định và túi khí _ mô hình VACVINA cải tiến) có

xuất xứ tại Việt Nam (hình 1.8

+ Ưu điểm: nằm chìm dưới đất, ít chịu tác động của môi trường, tốn ít đất, giá thành rẻ, dễ xây dựng

+ Nhược điểm: áp suất khí thấp, phải dùng túi chứa khí và máy hút khí khi

sử dụng, năng suất sinh khí thấp và hiệu suất đầu tư thấp

Hình 1.8: Hầm biogas VACVINA cải tiến

Ngoài ra, còn có hầm dạng đặc biệt: Hầm chảy dài và hầm ủ khô

Nhìn chung, hầm biogas ra đời từ rất lâu và khá phổ biến trên toàn Thế giới, các dạng hầm khác nhau có ưu và nhược điểm khác nhau Nhưng hầu hết các hầm đều có công năng thấp, không lấy được hết bã thải ra ngoài và khó vận hành trong quá trình sử dụng

c, Yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống Biogas

Quan trọng nhất và cũng là điểm mấu chốt của hệ thống biogas hoạt động tốt hay kém là do quá trình yếm khí, sinh khí CH4 trong hầm biogas

- Qúa trình yếm khí

Các chất thải dưới tác dụng của Vi sinh vật yếm khí sẽ bị phân hủy thành các chất hòa tan và chất khí Phần lớn các chất sẽ bị chuyển hóa thành khí CH4 và khí CO2

Các phản ứng sinh hóa của quá trình lên men yếm khí rất phức tạp và có rất nhiều phản ứng sinh hóa diễn ra (hình 1.9

Chất hữu cơ ⇒ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S +…

Hình 1.9: Sơ đồ quá trình vi sinh hóa lên men Methane

Nguồn: [17]

Theo [17], quá trình tạo thành khí sinh học diễn ra 4 giai đoạn như sau:

Giai đoạn thủy phân: Đây là giai đoạn đầu tiên, khi phân được nạp vào bể

sẽ được chuyển hóa thông qua quá trình thủy phân Các chất hữu cơ phức tạp như protein, lipid, hydratcacbon sẽ bị thủy phân thành các chất hữu cơ đơn giản như acid propionic, acid lactic, axetic,… và các chất khí CO2, H2, NH3

Giai đoạn lên men là giai đoạn lên men Khí sinh học Các chất được tạo

ra từ giai đoạn trước sẽ tiếp tục chuyển hóa thành các phân tử nhỏ hơn như H2, acid axetic, ethanol, butyric,… Hơn nữa, quá trình này tạo ra các sản phẩm lên men gây mùi khó chịu như H2S,…

Giai đoạn oxy hóa kị khí: đây là giai đoạn tiếp tục phân giải các chất để

tạo thành phân tử đơn nhỏ hơn để có khả năng tạo thành khí Methane Sản phẩm của quá trình này là acid axetic, H2, CO2 Ví dụ:

(Ethanol) CH3CH2OH + H2O → CH3COO - + H+ + 2H2

Giai đoạn Methane hóa: Qúa trình này diễn ra đồng thời 3 con đường

+ Vi khuẩn Hydrogenotrophic Methanogen sử dụng cơ chất là H2 và CO2

H 2 , CO 2

Giai đoạn thủy phân (Phân giải CHC phức tạp thành CHC đơn giản

Giai đoạn Lên Men

Giai đoạn Oxy hóa yếm khí

Giai đoạn Methane hóa

+ Vi khuẩn Acetotrophic Methanogen chuyển hóa Axetat thành CH4 và

CO2 và khoảng 70% khí Methane sinh ra bằng con đường này

CH3COOH → CO2 + CH4 4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2 + Vi khuẩn methylotrophic methanogen phân giải cơ chất chứa nhóm metyl

CH3OH + H2 → CH4 + 2H2O

4(CH3)3-N (trymethyllamin) + 6H2O → 9CH4 + 3CO2 + 4NH3 Ngoài ra, còn một số yếu tố khác ảnh hưởng đến năng suất sinh khí của hầm Biogas như:

Nhiệt độ: có 2 vùng nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của vi khuẩn sinh

pH: do vi khuẩn sinh khí Methane có độ pH từ 6,5 – 7 là thích hợp nhất để

vi khuẩn sinh hoạt động hiệu quả Khi pH lớn hơn 8 ho c nhỏ hơn 6 thi hoạt động của nhóm Vi khuẩn này sẽ giảm nhanh chóng

Độ ẩm: từ 91,5 – 96% là độ ẩm thích hợp để vi khuẩn phát triển mạnh Hàm lượng chất khô: Để đảm bảo cho hầm Biogas hoạt động ổn định và

liên tục cần phải cung cấp nguyên liệu hàng ngày đủ cho vi khuẩn hoạt động Thành phần chủ yếu của nguyên liệu là: Carbon (ở dạng Carbonhydrate và Nitơ (ở dạnh nitrate, ammoniac, protein Ngoài ra, còn phải đảm bảo tỷ lệ C/N = 25/1 đến 30/1 đây là tỷ lệ mà sự phân hủy xảy ra tốt nhất

Tỉ lệ phân/nước: Với tỷ lệ 1/3, 1/4 ho c 1/7 là trạng thái tốt nhất để phân

hủy và sinh khí biogas Nếu không đúng tỷ lệ này, quá loãng vi khuẩn không thể phân hủy, quá đ c thì gây cản trở việc thoát khí

Thời gian lưu phân trong hầm từ 30-50 ngày là tốt nhất để vi khuẩn phân

hủy hết lượng chất hữu cơ Khi đó, khí Biogas sinh ra tận dụng tối đa nhất và bã thải ra đã bị tiêu diệt hết mầm bệnh, ký sinh trùng và bệnh lây lan khác

1.3.2 Ảnh hưởng của hoạt động hệ thống Biogas đến phát thải khí CH4

a, Mặt tích cực của việc sử dụng biogas trong chăn nuôi

+ Cung cấp năng lượng sạch

Khí sinh học có thành phần chủ yếu là khí CH4 nên cháy có khả năng cháy và có nhiệt trị từ 3.430 – 5.146 (Kcal/m3) Theo [1], 1 m3 khí sinh học tương đương với 4,83 kg củi, 1,62 kg than củi, 0,76 lít dầu hỏa, 0,48 kg khí hóa lỏng và 5,18 KWh điện Vì vậy, đây là năng lượng sạch có thể sử dụng để thắp sáng, đun nấu, chạy máy phát điện ho c dùng sấy nông sản, ấp trứng, sưởi ấm cho vật nuôi,…

+ Giảm ô nhiễm môi trường và giảm phát thải KNK

được phân hủy trở thành khí CO2 và H2O Nếu sử dụng khí sinh học đúng cách thì sẽ ít gây ô nhiễm cho môi trường và giảm phát thải khí CH4 vào bầu Khí quyển M t khác, việc sử dụng khí sinh học còn làm giảm tiêu thụ năng lượng hóa thạch, xử lý được phân chuồng, giảm bệnh giun sán và bệnh truyền nhiễm khác

+ Lợi ích cho Nông nghiệp

Phân bón được ủ bằng hầm biogas có hàm lượng ammoniac cao nên khi bón loại phân này, cây phát triển nhanh chóng, khỏe mạnh và ít bị sâu bệnh Loại phân này còn giúp cải tạo đất, cung cấp thức ăn bổ sung cho chăn nuôi

Trong nuôi trồng thủy sản, bã thải của hầm biogas giúp kích thích sự phát triển của sinh vật phù du Đây chính là nguồn thức ăn của cá Ngoài ra, bã của nó còn là thức ăn tốt cho nuôi giun

+ Lợi ích khác

Phát triển hầm Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi giúp hiện đại hóa nông thôn theo hướng tích cực hơn, giải quyết được nhiều công ăn việc làm cho người dân, hạn chế được việc sử dụng năng lượng hóa thạch, thuốc trừ sâu, phân bón hóa học Hơn thế nữa, nó còn giúp cải tạo đất, chống xói mòn và suy thoái đất

b, Mặt tiêu cực của sử dụng hầm biogas đến phát thải khí CH 4

Để có được hệ thống Biogas, người nông dân phải bỏ ra một khoản chi phí đầu tư cao, đòi hỏi phải có kĩ thuật vận hành và bảo dưỡng tốt Các dạng bể biogas hiện nay đều có năng suất cho khí thấp nên chưa đạt được hiệu quả cao trong sử dụng M t khác, sử dụng khí sinh học cho nhu cầu sinh hoạt của con người đều phải sử dụng các thiết bị riêng cho khí sinh học và nếu chạy động cơ đốt trong thì phải sử dụng lọc H2S và CO2 để máy có thể bền hơn

Hoạt động sản xuất khí sinh học từ hệ thống biogas giúp làm giảm phát thải khí nhà kính CH4, N2O Tuy nhiên, các khí sinh ra trong quá trình sản xuất

và tiêu thụ biogas đều có tiềm năng hấp thụ nhiệt lớn, cụ thể khí CH4 và khí N2O cao hơn CO2 lần lượt là 21 và 270 lần Trên Thế giới, có 30 triệu tấn CH4 được tạo ra mỗi năm từ các hệ thống quản lý phân khác nhau và một nửa trong số đó được tạo ra từ sản xuất khí sinh học Các nước ở Đông Âu, Châu Á mỗi năm phát thải 6,2 triệu tấn khí CH4

Việc sử dụng khí sinh học sẽ là rất tốt nếu quá trình hoạt động và sử dụng biogas không g p bất kì vấn đề trục trắc nào Nhưng nếu xảy ra sự cố rò rỉ khí Methane từ bể phân hủy, bể lưu trữ khí sinh học cũng như rò rỉ từ các đường ống vận chuyển ho c việc xả thải khí sinh học vào bầu khí quyển sẽ gây ô nhiễm môi trường không khí Khí sinh học xả thải không chỉ phát thải CH4 mà còn phát thải ra ngoài môi trường thêm một số chất khí khác có trong khí sinh học như H2S, N2O, CO, NH3,… gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người

và sinh vật Bên cạnh đó, chúng còn làm gia tăng hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu

+ H2S là khí độc gây mùi hôi thối và ảnh hướng đến sức khỏe của con người nếu hoạt động của bể Biogas không đúng cách làm phát thải khí sinh học

ra ngoài rất dễ có thể bị đau đầu, căng cơ, khó thở,… là do khí này gây ra

+ NH3: Ước tính hàng năm phát thải NH3 từ phân lợn khoảng 5,1 kg/năm Trong quá trình lên men kị khí kết hợp với pH tăng sẽ làm tăng khả năng phát thải NH3 vào bầu Khí quyển và sau đó NH3 rơi xuống đất gây axit hóa đất

M t khác, việc cân bằng giữa nguyên liệu đầu vào cho hầm biogas và thể tích sinh khí của hầm là rất quan trọng Nếu nguyên liệu đầu vào ít và thể tích

sinh khí nằm trong giới hạn cho phép thì việc sử dụng hầm biogas là rất hiệu quả Nhưng nếu quá nhiều nguyên liệu đầu vào làm cho sản lượng khí sinh ra lớn hơn thể tích chứa của hầm biogas, thêm vào đó là nhu cầu tiêu thụ khí sinh học không thể tiêu thụ hết được lượng khí sinh ra rất dễ dẫn đến cháy, nổ hầm biogas

1.4 Giới thiệu về huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình

1.4.1 Điều kiện tự nhiên

Huyện Lương Sơn [30] nằm ở phía đông của tỉnh Hòa Bình, đây là nơi chuyển tiếp giữa Đồng bằng Châu thổ sông Hồng với vùng miền núi Hòa Bình và khu vực Tây Bắc Tọa độ địa lý từ 105025’14’’ - 105041’25’’ kinh độ Đông,

20036’30’’- 20057’22’’ vĩ độ Bắc

- Phía tây giáp huyện Kỳ Sơn, tỉnh Hòa Bình

- Phía Nam giáp huyện Kim Bôi và Lạc Thủy, tỉnh Hòa Bình

- Phía Đông giáp huyện Mỹ Đức, Chương Mỹ, Hà Nội

- Phía Bắc giáp huyện Quốc Oai, Hà Nội

Tổng diện tích tự nhiên [29] là 375 km2 với mật độ dân số là 214 (người/km2), địa hình chủ yếu là núi và đồng bằng, có độ cao trung bình 251 m

so với mực nước biển

Đ c điểm khí hậu mang tính chất của khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng, ẩm, mưa nhiều, bức xạ nhiệt cao Mùa đông bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, mùa hè bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10 Nhiệt độ trung bình năm 230C, lượng mưa trung bình năm là 1.769 mm với 153 ngày có mưa, tập trung chủ yếu vào mùa hè Với đ c điểm khí hậu như vậy, rất phù hợp để phát triển sản xuất Nông –Lâm nghiệp, do có các tiểu vùng khí hậu khác nhau nên có thể phát triển các giống cây trồng và vật nuôi phong phú theo quy mô lớn như trang trại,

Hệ thống sông, suối ngắn và dốc Vì vậy, mùa khô vùng có rất ít nước và thường xảy ra các hiện tượng rửa trôi, xói mòn đất Huyện có 3 con sông chảy qua (sông Bùi, Cò, Bôi , 18 con suối, 20 hồ nước Đây là nguồn cung cấp nước sinh hoạt, sản xuất cho vùng Tính đến năm 2002, diện tích rừng của Huyện là 65.228.510 m2, trong đó diện tích rừng tự nhiên 30.012.706 m2, rừng trồng là 35.128.404 m2