bài-báo-cáo-nlmtr-LÀM-XONG (2)

Các vật liệu thải này thường không được sử dụng, chúng thường bị mục nát và thối rửa tại nơi khai thác, nhưng chúng có thể thu gôm và sử dụng như một nguồn nguyên liệu sản xuất năng lượn

THÀNH VIÊN NHÓM

I.Đặt vấn đề

Ô nhiễm Cạn kiệt

I.Đặt vấn đề

Bạn có biết gì về “Sinh khối” không?

II.Tổng quan về sinh khối

“Sinh khối” ở xung quanh chúng ta, phân bố đều trên Trái Đất ngày nào chúng ta

cũng sử dụng.

“Sinh khối” ở xung quanh chúng ta, phân bố đều trên Trái Đất ngày nào chúng ta

cũng sử dụng.

Là vật liệu sinh học, bắt nguồn từ sự sống (thực vật, động vật) Là vật liệu sinh học, bắt nguồn từ sự sống (thực vật, động vật).

Cả những vật chất được xem là chất thải như: thành phần hữu cơ chất thải sinh hoạt,

 Sinh khối tạo thành năng lượng chủ yếu là:

• Chuyển đổi nhiệt: đốt củi nấu ăn, sưởi ấm,

• Chuyển đổi sinh học: phân hủy yếm khí,

II.Tổng quan về sinh khối

1.Nguồn gốc

 Nhiên liệu lỏng

• xăng sinh học (Gaschol)

-Bio-metanol là thông dụng nhất hiện nay trên thế giới vì có khả năng sản xuất ở qui mô công nghiệp từ nguyên liệu chứa đường như: Mía,củ cải đường… và chứa tinh bột như ngũ cốc, sắn

- Bio-ethanol vì có chứa octane cao làm động cơ mau nóng , mau hao mòn hơn, xăng có chứa nhiều nước do ethanol có tính hút ẩm nên khó “đề” máy, rỉ sét kim loại nên không được sử dụng nhiều

2.Phân loại năng lượng sinh khối

• Diesel sinh học (BioDiesel)

Được sản xuất từ dầu thực vật, mỡ động vật bằng phản ứng chuyển hóa este

• Ethanol (cồn ethyl)

Là loại nhiên liệu được sản xuất từ sinh khối có cellulose cao qua quá trình lên men , bã men được dùng làm thức ăn gia súc, ethanol tạo ra dùng làm chất phụ gia cho xăng giảm hiệu ứng nhà kính

2.Phân loại năng lượng sinh khối

 Khí sinh học( Biogas)

• Là hỗn hợp khí CH4 và một số khí khác phát sinh từ sự phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường yếm khí.

• Thành phần chính: CH4 (50-60%), CO2 (>30%) ,còn lại là N2,O2,H2, S,CO…

2.Phân loại năng lượng sinh khối

• Tài nguyên sinh khối có thể sản xuất năng lượng bao gồm nhiều vật liệu Năng lượng sinh khối được chia làm 2 loại là sinh khối hiện đại và sinh khối truyền thống.

thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống.

ở các nước đang phát triển.

III.TÀI NGUYÊN SINH KHỐI

• Có rất nhiều mùa vụ nông nghiệp có thể trở thành nguồn năng lượng (mía, ngũ cốc, lúa mì); nhiều loại thực vật chứa dầu (cây hướng dương, hạt cải dầu, đậu nành) Phần lớn các loại này là nguồn nhiên liệu lỏng chúng được thu hoạch và chế biến ở dạng nhiên liệu như

ethanol (thay thế xăng dầu) hoặc dầu sinh học

1 Cây công nghiệp

• Hạt giống cây trồng là loại chứa một tỷ lệ dầu cao, có thể được trích ly và sử dụng trực tiếp hoặc sau khi quá trình este hóa, thay thế dầu disel hoặc dùng như dầu đốt.

• Phế phẩm thường nhất của nông nghiệp là rơm rạ, chiếm 25% trong lượng lúa Các loại phế phẩm cây trồng khác bao gồm bã mía, vỏ dừa và rơm rạ ngũ cốc.

• Ở Ausrtalia sản phẩm phế thải chính có thể tái sử dụng năng lượng là ngũ cốc,mía Các loại phế phẩm này có thể chế biến thành nhiên liệu lỏng hoặc khí đốt để sản xuất điện và nhiệt

2 Phế phẩm nông nghiệp

• Nguồn năng lượng thường nhất là phân heo, gà được nuôi trong một khu chăn nuôi hẹp nên

dễ tập trung chất thải Các loại chất thải này được dùng làm phân bón hoặc làm giàu đất nông nghiệp, phân hủy yếm khí làm khí đốt được gọi là khí sinh học (biogas)

3 Chất thải động vật

• Dịch đen là sản phẩm của công nghiệp giấy và bột giấy Dịch đen có thể được nhiệt phân và khí hóa Đại học Melbourne (Australia) đã phát triển quá trình thủy phân nhanh bằng tầng hóa lỏng hoặc chuyển các dịch đen này thành dầu sinh học.

4 Dịch đen

• Bã mía là nguồn năng lương sinh khối chính có thể dùng làm nhiên liệu trong các lò sinh hơi cho quá trình sản xuất năng lượng và nhiệt Ở Australia, nhiều nhà máy đường đã xuất khẩu một lượng điện năng tái tạo có tiềm năng lớn.

5 Chất thải công nghiệp đường

• Gỗ là nguồn năng lượng chính được sử dụng được nhiều nơi trên thế giới chủ yếu ở Châu Á, Châu Phi

6 Cây lâm nghiệp

Rừng nhiệt đới ở Australia

• Các phế phẩm lâm nghiệp được sinh ra trong quá trình cưa xẻ, dọn dẹp đường, trích lấy lõi cây cho xây dựng và ngành mộc Qúa trình chế biến gỗ sẽ phát sinh một lượng lớn dăm bào, mùn cưa, vỏ cây và gỗ vụn Các vật liệu thải này thường không được sử dụng, chúng thường

bị mục nát và thối rửa tại nơi khai thác, nhưng chúng có thể thu gôm và sử dụng như một nguồn nguyên liệu sản xuất năng lượng

7 Phế phẩm lâm nghiệp

• Công nghiệp thực phẩm sản sinh ra một lượng lớn phế phẩm và sản phẩm thừa có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng sinh học Các vật liệu này được sinh ra từ tất cả các khu vực, tất cả chất thải

từ sản xuất thịt đến sản xuất bánh kẹo, chúng có thể được thu gom và tái sử dụng lại năng lượng Tiềm năng xử lý hiện tại cho loại chất thải này phân hủy yếm khí thành khí sinh học, hoặc lên men thành ethanol, và nhiều hoạt động thương mại khác để chuyển chất thải thành năng lượng

8 Chất thải công nghiệp

• Nguồn tài nguyên sinh học trong chất thải đô thị trung bình chiếm khoảng 80% tổng lượng chất thải rắn đô thị bao gồm các chất thối rửa, giấy và nhựa.

• Chất thải đô thị có thể chuyển trực tiếp thành năng lượng qua quá trình đốt hoặc quá trình phân hủy yếm khí tại bãi chôn lấp, ở đó gá được sinh ra ở quá trình phân hủy tự nhiên (khoảng 50% CH4 và 50% CO2) được thu gom, trữ, lọc và làm sạch dùng làm nhiên liệu cho các động cơ đốt trong hoặc turbin khí phát nhiệt và điện

9 Chất thải rắn đô thị

• Rác cống rãnh là một nguồn năng lượng biomass rất giống với chất thải động vật, được xử

lý ở các nước phát triển qua nhiều năm Năng lượng có thể tái tạo lại từ rác bằng cách sử dụng quá trình phân hủy yếm khí tạo khí sinh học Bùn thừa lại sau quá trình xử lý có thể được đem đốt hoặc nhiệt phân sản xuất nhiều biogas và dầu sinh học

10 Rác cống rãnh

III.CÁC CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BIOMASS

Quá trình phân hủy yếm khí:

• Phân hủy yếm khí là quá trình phân hủy các sản phẩm còn tươi và ướt bằng hoạt động của

vi khuẩn trong điều kiện thiếu oxy để sản xuất ra hỗn hợp khí gồm CH4 và CO2 gọi là khí sinh học

• Quy trình yếm khí sử dụng các chất thải sinh học như: Phân hữu cơ và các chất rắn đô thị, sau đó chúng được phân hủy bởi vi sinh vật và nước

• Quá trình này thải ra khí methane, cung cấp năng lượng cho turbine và tạo ra điện

1 Quá trình phân hủy yếm khí

Tạo thỏi và đóng viên bao gồm nén sinh khối ở nhiệt độ cao hay rất cao Các hạt sinh khối được nén trong một cái khuôn để tạo thỏi và đóng viên.

Sản phẩm này có thể được sử dụng trên quy mô lớn do nguyên liệu được đốt trực tiếp hay ở quy mô nhỏ hơn để đun nấu trong các bếp lò hoặc dùng để sản xuất than chì

2.Kỹ thuật tạo thỏi và đóng viên

Phương pháp đốt trực tiếp - Direct Combustion:

• Là công nghệ đốt các nguyên liệu để trực tiếp tạo ra nhiệt năng

• Nguyên liệu đốt rất đa dạng như: Gỗ, rác thải, rơm rạ, và khí sinh học

• Nhiệt tạo ra có thể được sử dụng để sưởi ấm không gian (ví dụ, hệ thống sưởi của các tòa nhà), để nấu ăn và cũng có thể được sử dụng để đun sôi nước, tạo ra hơi nước sử dụng cho chạy tuabin phát điện

Quy trình cơ bản hệ thống đốt cháy trực tiếp sinh điện từ năng lượng biomass

3.Đốt và phát năng lượng trực tiếp

Đồng đốt – Cofiring và phát năng lượng trực tiếp :

• Cofiring là quá trình đốt cháy của hai hay nhiều nhiên liệu khác nhau trong cùng một hệ thống đốt

• Nhiên liệu sử dụng có thể là nhiên liệu rắn, nhiên liệu lỏng hoặc khí Đối với

hệ thống năng lượng biomass, thường sử dụng nguyên liệu hỗn hợp biomass và than đá:

• Lợi ích của công nghệ đồng đốt cofiring than đá + Biomass:

• Giảm ô nhiễm môi trường do giảm lượng khí thải CO2, SOx và NOx

• Đem lại hiệu quả kinh tế do giá thành nguyên liệu biomass rẻ hơn than đá.

• Công nghệ này cho phép sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau nên một thiết bị có sẵn, cũng có thể sử dụng nguồn nguyên liệu biomass mới mà không cần phải thay đổi dây chuyền thiết bị, do vậy tiết kiệm chi phí thiết kế chế tạo thiết bị phát điện.

Công nghệ đồng đốt – Cofiring than đá và biomass

3.Đốt và phát năng lượng trực tiếp

Nhiệt phân là việc chuyển đổi sinh khối thành chất lỏng, chất rắn hoặc khí bằng cách nung nóng sinh khối thiếu khí ở nhiệt độ 500oC.

Các sản phẩm có thể của quá trình nhiệt phân Các sản phẩm có thể của quá trình nhiệt phân

4.Nhiệt phân

Nhiệt phân được sử dụng chủ yếu để sản xuất dầu sinh học, dầu sinh học có thể được sử dụng trong động cơ và tua-bin Hiện nay, có thể cải thiện dầu sinh học bằng cách giảm lượng oxy và loại bỏ chất kiềm bằng hydro và cracking xúc tác của dầu để sử dụng cho các phản ứng nhất định

Các lựa chọn nâng cấp và xử lý cho dầu sinh học

4.Nhiệt phân

Tinh bột có trong ngô, khoai tây, củ cải đường, mía, lúa mì, lúa mạch,… có thể được chuyển thành rượu (ethanol) qua quá trình lên men

Nguyên liệu sản xuất ethanol còn có thể lấy từ nguồn xenlulozo có trong gỗ và cây trồng tổng hợp lên Ethanol thường được sử dụng cho công nghiệp hóa chất, song nó cũng có thể sử dụng làm nguyên liệu đốt trong các động cơ đốt trong và tuabin máy phát điện

Tuy nhiên ứng dụng phát điện của nó lại nằm trong quy trình sản suất ethanol: Song song với quá trình sản xuất ethanol, quá trình còn tạo ra nguyên liệu đốt chất gỗ có trong ngô, khoai tây, củ cải đường, mía, lúa mì, lúa mạch… dùng để sản xuất điện

Sơ đồ quy trình sản xuất rượu ethanol và tận dụng phụ phẩm chất gỗ để phát điện.

Sơ đồ quy trình sản xuất rượu ethanol và tận dụng phụ phẩm chất gỗ để phát điện.

5.Sản xuất ethanol

Khí hóa – Gasification:

Là quá trình đốt cháy nguồn nguyên liệu biomass trong môi trường thiếu ôxi để sản sinh ra các

Hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp khí cháy (tài liệu nước ngoài thường viết là producer gas - sinh khí) Hỗn hợp khí cháy có thể được sử dụng để chạy động cơ đốt trong (cả loại động cơ nén cao áp

cho động cơ nhiệt cũng như là nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa chất và quan trọng là

nguyên liệu cho hệ thống máy phát điện thông qua động cơ đốt trong để tạo công cơ học làm quay máy phát tạo ra nguồn điện.

6.Quá trình khí hóa

Chu trình hệ thống khí hóa gasification Chu trình hệ thống khí hóa gasification

Sơ đồ nguyên lý công nghệ một hệ thống khí hóa phát điện cỡ nhỏ

Sơ đồ nguyên lý công nghệ một hệ thống khí hóa phát điện cỡ nhỏ

6.Quá trình khí hóa

Sản xuất khí sinh học Biogas:

Biogas còn gọi là khí sinh học là một hỗn hợp khí được sản sinh từ sự phân hủy những hợp chất

hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn trong môi trường yếm khí

Hỗn hợp khí này chiếm tỉ lệ gồm : CH4: 60 - 70%; CO2: 30 - 40%, phần còn lại là một lượng nhỏ khí: N2, H2,CO,CO2…CH4 chiếm lượng lớn và là khí chủ yếu tạo ra năng lượng khí đốt Lượng CH4 chịu ảnh hưởng bởi quá trình phân hủy sinh học và phụ thuộc loại phân, tỉ lệ phân nước, nhiệt độ

môi trường, tốc độ dòng chảy… trong hệ thống phân hủy khí sinh học kỵ khí

Quy trình sản xuất khí sinh học đơn giản

7.Sản xuất khí sinh học Biogas

Khí sinh học sản xuất từ hầm biogas bao gồm 2/3 khí mêtan (CH4), 1/3 khí cacbonic (CO2)

và năng lượng khoảng 4.500-6.000 calo/m3 Một mét khối (1m3) hỗn hợp khí với mức 6.000 calo có thể tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hay 1,2 kWh điện năng, có thể sử dụng để chạy động cơ 2KVA trong 2 giờ, sử dụng cho bóng đèn thắp sáng trong

6 giờ, sử dụng cho tủ lạnh 1m3 khí biogas trong 1 giờ hoặc sử dụng nấu ăn cho gia đình 5 người trong 1 ngày

7.Sản xuất khí sinh học Biogas

Hiện nay, có rất nhiều loại hầm khí sinh học (biogas) được sử dụng phổ biến rộng rãi trên thị trường, từ hầm sinh khí dạng vòm nắp cố định KT bằng bêtông, đến túi sinh khí bằng nilon, hầm Composite, hầm Biogas VACVINA cải tiến, hầm ủ biogas sử dụng vật liệu HDPE

7.Sản xuất khí sinh học Biogas

• Mỗi loại hầm ủ đều có những ưu và nhược điểm riêng, đối với các loại hầm ủ bê tông tuy tuổi thọ trung bình cao nhưng chi phí đầu tư ban đầu lớn, khó thi công và chỉ xây dựng với thể tích nhỏ; các hầm biogas bằng nilon tuy có chi phí đầu tư ban đầu thấp nhưng tuổi thọ trung bình ngắn.

7.Sản xuất khí sinh học Biogas

Túi ủ PE

Hầm ủ composite

Hầm ủ composite là hầm đúc sẵn, sử dụng ở quy mô gia đình nhỏ với dung tích từ 3 khối, cho hộ chăn nuôi với dung tích từ 7 khối đến

9 khối

Hầm ủ TG-BP

(Thailand German- Biogas Program)

năm 1992.

khoảng 3000 cái ở Miền Nam

 Các nguồn sinh khối được chuyển thành các dạng năng lượng khác như điện năng, nhiệt năng, hơi nước và nhiêu liệu Hầu hết các quá trình chuyển đổi sinh khối chia ra 2 loại như sau:

• Chuyển đổi nhiệt hóa: bao gồm đốt nhiệt, khí hóa và nhiệt phân

• Chuyển đổi sinh hóa: bao gồm phân hủy yếm khí ( sản phẩm sinh khối và hỗn hợp methane và CO2) và lên men ( sản phẩm ethanol)

IV.Chuyển hóa năng lượng trong sinh khối

• Chuyển hóa năng lượng sinh khối trong chất bã nông nghiệp:

Chất thải nông nghiệp là các chất dư thừa sau các vụ thu hoạch Chúng có thể được thu gom với các thiết bị thu hoạch thông thường cùng lúc hoặc sau khi gặt hái Các chất thải nông nghiệp bao gồm thân

và lá bắp, rơm rạ, vỏ trấu

Hiện nay và có tiềm năng là tận dụng bã thải từ công nghiệp mía đường, xử lý gỗ và làm giấy

IV.Chuyển hóa năng lượng trong sinh khối

• Chuyển hóa năng lượng sinh khối trong khí ở bãi chôn lắp:

Khí ở các bãi chôn lắp, phần lớn trong quá trình phân hủy yếm khí, sản phẩm phụ tự nhiên của quá trình phân hủy chất thải hữu cơ của vi sinh vật có lượng lớn methane, có thể được thu thập, chuyển dạng và dùng để tạo năng lượng

IV.Chuyển hóa năng lượng trong sinh khối

• Chuyển hóa năng lượng sinh khối trong sinh học

Biogas sử dụng nguyên liệu đa dạng, thường là tận dụng các chất thải, phế thải, phế phẩm trong nông nghiệp Quy mô gia đình thường được sử dụng phân gia súc, quy mô lớn hơn có thể phát triển sự dụng các loại rác đô thị và rác công nghiệp làm nguyên liệu

IVChuyển hóa năng lượng trong sinh khối

• Nhiên liệu sinh học: Các sản phẩm nhiên liệu sinh học như ethanol và dầu sinh học

V.Ứng dụng của sinh khối

• Phát điện:

V.Ứng dụng của sinh khối

• Hơi và nhiệt:

V.Ứng dụng của sinh khối

• Khí đốt:

V.Ứng dụng của sinh khối

 Ưu điểm:

VI.Ưu điểm và nhược điểm của năng lượng sinh khối

Năng lượng sinh khối có

Năng lượng sinh khối có khả năng tăng cường an ninh năng lượng quốc gia

Kỹ thuật và kinh tế năng lượng

Kỹ thuật và kinh tế năng lượng

Năng lượng sinh khối có

và các ngành kinh tế đang phát triển

Đóng góp vào phát triển kinh tế - xã hội của các cộng đồng địa phương

và các ngành kinh tế đang phát triển

VI.Ưu điểm và nhược điểm của năng lượng sinh khối

Phân hủy về mặt sinh học nhanh ít gây ô nhiễm nguồn nước & đất

Giảm thiểu khí nhà kín giúp ngăn chặn vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu

Giảm thiểu khí nhà kín giúp ngăn chặn vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu

Các tác động áp dụng các chiến lượt phát triển bền vững

Phát triển nhiên liệu sinh học hiệu quả bền vững

Phát triển nhiên liệu sinh học hiệu quả bền vững

VI.Ưu điểm và nhược điểm của năng lượng sinh khối

VI.Ưu điểm và nhược điểm của năng lượng sinh khối

Gây khó khăn cho các nước có nhiệt độ vào mùa trong năm

Chi phia sản xuất cao

VII.Những hạn chế trong việc sử dụng sinh khối

 Sinh khối có trọng lượng lớn và cồng kềnh (so với nguyên liệu hóa thạch) làm cho việc vận chuyển khó khăn và chi phí cao

 Nguy cơ sử dụng rừng tự nhiên là nguyên nhân gây phá rừng và tạo nên các khu vực khan hiếm củi

 Ở quy mô nhỏ trong quá trình đốt không hoàn toàn sẽ sinh ra khí CO và khí hữu cơ khác làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người và ảnh hưởng đến môi trường không khí trong gia đình