Bước đầu ước tính chi phí lợi ích về kinh tế môi trường trong việc sản xuất điện từ rơm rạ trên đồng ruộng tại việt nam

Từ thực trạng nêu trên, học viên thực hiện đề tài “Bước đầu ước tính chi lợi ích về kinh tế-môi trường trong việc sản xuất điện từ rơm rạ trên đồng ruộng tại Việt Nam” nhằm mục đích tính

ĐẠI QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-*** -

Đỗ Hà Thu

BƯỚC ĐẦU ƯỚC TÍNH CHI PHÍ - LỢI ÍCH VỀ KINH TẾ - MÔI TRƯỜNG TRONG VIỆC SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ RƠM

RẠ TRÊN ĐỒNG RUỘNG TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-*** -

Đỗ Hà Thu

BƯỚC ĐẦU ƯỚC TÍNH CHI PHÍ - LỢI ÍCH VỀ KINH TẾ - MÔI TRƯỜNG TRONG VIỆC SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ RƠM

RẠ TRÊN ĐỒNG RUỘNG TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Hà Nội – 2020

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập, theo đuổi chương trình đào tạo thạc sĩ chuyên ngành Khoa học Môi trường, tôi đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô giáo trường Đại học Khoa học Tự Nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội Các thầy

cô không chỉ chia sẻ những kinh nghiệm, kiến thức quý báu về chuyên môn mà còn là nguồn động lực to lớn để tôi kiên trì theo đuổi hết chương trình học và giữ vững tình yêu với môi trường Với tình cảm chân thành, tôi bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban giám hiệu, phòng Sau Đại học, Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội, các thầy giáo, cô giáo đã tham gia quản lý, giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu

Tôi xin bày tỏ sự biết ơn đặc biệt đến PGS.TS Hoàng Anh Lê - người đã trực

tiếp hướng dẫn, giúp đỡ về khoa học để tôi hoàn thành tốt đề tài luận văn “Bước đầu

ước tính chi phí-lợi ích về kinh tế-môi trường trong việc sản xuất điện từ rơm rạ trên đồng ruộng tại Việt Nam” này Không có sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình thầy, chắc

chắn đề tài đã không thể thực hiện và đạt được những kết nghiên cứu vô cùng quý báu Thầy cũng là người đã giúp tôi khai phóng tiềm năng của mình để thử sức với đề tài nghiên cứu vô cùng mới mẻ tại Việt Nam này Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, cổ vũ, khích lệ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua

Qua đây tôi xin được trân trọng cảm ơn đề tài Nafosted (mã số 105.08-2018.04)

“Tích hợp công cụ kiểm kê khí thải và mô hình hóa (TAPOM) trong việc xác định mức độ ô nhiễm không khí từ nguồn đốt rơm rạ trên đồng ruộng tại địa bàn thành phố

Hà Nội và đề xuất các giải pháp giảm thiểu” đã cho phép tôi tham gia, khảo sát, thu thập tài liệu, sử dụng một phần số liệu và các thông tin hữu ích để hoàn thành bản Luận văn tốt nghiệp này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong suốt quá trình thực hiện đề tài, song có thể còn có những mặt hạn chế, thiếu sót Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và bạn bè

Hà Nội, ngày 22 tháng 1 năm 2021 Tác giả luận văn

Đỗ Hà Thu

1

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

1.1 Tổng quan về đặc điểm cấu tạo của rơm rạ 6

1.2 Tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam 8

1.3 Tình hình sử dụng rơm, rạ sau thu hoạch trên thế giới và tại Việt Nam 10

1.3.1 Làm thức ăn chăn nuôi gia súc 10

1.3.2 Làm nguyên liệu trồng nấm 11

1.3.3 Tích hợp trong đất 12

1.3.4 Làm phân hữu cơ 13

1.3.5 Đốt trực tiếp tại đồng 13

1.4 Tổng quan về năng lượng và năng lượng sinh khối tại Việt Nam 17

1.4.1 Tổng quan về năng lượng và nhu cầu sử dụng năng lượng 17

1.4.2 Tổng quan về năng lượng sinh khối và sử dụng năng lượng sinh khối ở Việt Nam và trên thế giới 19

1.4.3 Công nghệ sản xuất năng lượng từ nguồn rơm rạ 24

1.5 Tình hình sử dụng rơm rạ để sản xuất điện năng trên thế giới và tại Việt Nam 26

1.6 Tổng quan về phương pháp lượng hóa giá trị môi trường 28

1.6.1 Giá trị Chi phí xã hội của Cacbon (SCC) 28

1.6.2 Giá trị thống kê vòng đời (VSL) 29

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 31

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu: 31

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu: 31

2.2 Nội dung nghiên cứu 31

2.3 Phương pháp nghiên cứu 31

2.3.1 Phương pháp thu thập, xử lý và tổng hợp tài liệu 31

2.3.2 Phương pháp phân tích chi phí- lợi ích mở rộng 32

2.3.4 Phương pháp phân tích SWOT 40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 41

3.1 Tiềm năng sản xuất điện từ nguồn rơm rạ tại Việt Nam 41

3.1.1 Ước tính sản lượng sinh khối rơm rạ có sẵn hàng năm 41

3.1.2 Tiềm năng sản xuất điện từ nguồn rơm rạ tại Việt Nam theo tỉnh thành 43

3.2 Đánh giá chi phí- lợi ích kinh tế và môi trường từ việc sản xuất điện từ rơm rạ 46

3.2.1 Đánh giá chi phí - lợi ích kinh tế từ việc sản xuất điện từ rơm rạ 46

3.2.2 Đánh giá chi phí-lợi ích môi trường từ việc sản xuất điện từ rơm rạ 50

3.3 Thuận lợi, khó khăn của việc sản xuất điện từ rơm rạ tại Việt Nam 53

3.4 Đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao khả năng thực thi trong việc sản xuất điện từ rơm rạ 58

3.4.1 Giải pháp cơ chế- chính sách 58

3.4.2 Giải pháp kỹ thuật- công nghệ 60

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 64

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC

3

DANH MỤC VIẾT TẮT

IRR (Internal Rate of Return): Tỷ suất thu hồi nội bộ

IRRI (International Rice Research Institue): Viện nghiên cứu lúa gạo quốc tế

NMVCO (Non-methane volatile organic compound) Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

không chứa metan NPV (Net Present Value): Giá trị hiện tại ròng

PPC (Plant Power Capacity): Công suất nhà máy điện

SCC (Social Cost of Carbon): Chi phí xã hội của Cac-bon

SGR (Straw to Grain Ratio): Tỷ lệ rơm trên gạo

TCC (Total Capital Cost): Tổng chi phí đầu tư

TOC (Total Operation Cost): Tổng chi phí vận hành

VSL (Value of a statistical life): Giá trị thống kê v ng đời

BẢNG GIẢI TH CH VÀ QUY ĐỔI ĐƠN VỊ

1 Gg (Giga-gram) = 103 tấn = 109 g

1 GW (Giga watt) = 103 MW (Mega watt) = 109 W (Watt)

1 KTOE = 103 TOE (1 TOE tương đương với nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hết 1 tấn dầu, 1 TOE = 107 kcal)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Đặc điểm vật lý, sinh lý và hóa lý của rơm rạ 7

Bảng 1.2: Hàm lượng một số chất dinh dưỡng trong hạt lúa, rơm rạ và rơm rạ bị đốt 14 Bảng 1.3: Hệ số phát thải của một số khí nhà kính từ đốt rơm 15

Bảng 1.4: Sự tiêu thụ năng lượng theo ngành năm 2018 18

Bảng 1.5: Danh sách các nhà máy đường bán điện lên lưới tính đến năm 2017 22

Bảng 2.1: Chi phí đầu tư của nhà máy điện sinh khối sử dụng công nghệ l đốt hơi 33

Bảng 2.2: Giá trị chi phí xã hội của sự phát thải CO2, CH4 và N2O 29

Bảng 2.3: Mức độ phát thải khí nhà kính trong quá trình sản xuất điện năng từ rơm rạ 38

Bảng 3.1: Các biến số giả định và xác định nhu cầu về nhiên liệu cho một nhà máy năng lượng công suất 10MW 46

Bảng 3.2: Các chi phí đầu tư, vận hành và lợi nhuận của nhà máy điện sinh khối 47

Bảng 3.3: Phân tích chi phí-lợi ích của dự án 50

Bảng 3.4: So sánh lượng khí nhà kính phát thải từ hoạt đông sản xuất điện 51

Bảng 3.5: Lượng hóa lợi ích về môi trường từ việc sử dụng rơm để phục vụ một nhà máy điện 10 MWe thay cho hoạt động đốt rơm rạ trực tiếp 52

Bảng 3.6: Phân tích SWOT của việc sản xuất điện từ rơm rạ tại Việt Nam 57

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu tạo thành phần của rơm rạ 6

Hình 1.2: Khói từ đốt rơm rạ gây cản trở tầm nhìn người tham gia giao thông 16

Hình 1.3: Tổng nguồn cung năng lượng tại Việt Nam năm 2018 17

Hình 1.4 : Sơ đồ chuyển hóa năng lượng sinh khối thành các dạng năng lượng khác 20 Hình 3.1: Phân bố các vụ lúa chính trên phạm vi toàn quốc 42

bị đốt tại đồng Tại Cần Thơ và Tiền Giang, tỷ lệ này đạt 87% Nếu nguồn tài nguyên này được sử dụng đúng cách và hợp lý sẽ đem lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường, đặc biệt là tiềm năng sản xuất điện năng

Theo quy hoạch phát triển điện VII điều chỉnh, nhu cầu sử dụng điện của Việt Nam sẽ tiếp tục tăng 8,32%/ năm trong giai đoạn 2021 - 2025 và duy trì ở mức 7,26%/ năm cho giai đoạn 2026 - 2030, mục tiêu đạt 129.500 MW tổng công suất nguồn điện vào năm 2030 Để đạt được mục tiêu này, việc đa dạng hóa các nguồn điện và đẩy mạnh đóng góp từ nguồn điện sinh khối và năng lượng tái tạo là một việc vô cùng cần thiết Chính phủ đã đề ra mục tiêu tăng tỷ lệ điện sản xuất từ nguồn sinh khối trong tổng sản lượng điện sản xuất từ khoảng 1% (2015) lên 3% (2020), 6,3% (2030) và đạt 8,1% vào năm 2050 Hiện nay, nhiều quốc gia phát triển nông nghiệp như Việt Nam, Thái Lan, Trung Quốc, v.v đang tập trung đẩy mạnh nghiên cứu về tiềm năng sản xuất điện năng từ phụ phẩm nông nghiệp (rơm, rạ, trấu) và bước đầu đã có nhiều kết quả Tuy vậy, chủ yếu các đề tài này mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá tiềm năng sử dụng, phân tích chi phí- lợi ích về mặt kinh tế của việc sản xuất điện từ rơm, rạ, ít nghiên cứu đến các lợi ích và vấn đề về môi trường do hoạt động này gây ra

Từ thực trạng nêu trên, học viên thực hiện đề tài “Bước đầu ước tính chi lợi ích về kinh tế-môi trường trong việc sản xuất điện từ rơm rạ trên đồng ruộng tại Việt Nam” nhằm mục đích tính toán cụ thể hơn về chi phí/ lợi ích của việc sử dụng

phí-rơm để sản xuất điện sinh khối tại Việt Nam, đặc biệt dựa trên góc độ môi trường Kết quả nghiên cứu sẽ chỉ ra tiềm năng sử dụng rơm tại Việt Nam, chi phí và lợi ích ước tính ở góc độ kinh tế và môi trường của việc sản xuất điện năng từ sinh khối rơm Từ

đó, nghiên cứu này sẽ giúp ích cho việc đánh giá tiềm năng và hiệu quả của việc sản xuất điện từ rơm, phục vụ cho quá trình ra quyết định và là nguồn tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu chuyên sâu sau này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về đặc điểm cấu tạo của rơm rạ

Rơm, rạ là sản phẩm phụ của hoạt động nông nghiệp sau canh tác, là phần thân cây khô của các loại cây lương thực (ví dụ như lúa nước, lúa mạch, lúa mì) sau khi đã thu hoạch hoặc từ các loại cỏ, cây họ đậu, cây thân thảo khác đã được cắt Rơm rạ từ cây lúa bao gồm vỏ trấu, phiến lá, thân lúa, mắt và rễ rơm [25] Sau khi cây trồng được thu hoạch, phần rơm rạ c n lại trên cánh đồng có thể được xử lý bằng các hình thức khác nhau như: đốt tại ruộng, làm tro bón cho đất để cải thiện năng suất cây trồng, được thu gom làm thức ăn cho gia súc hoặc phục vụ cho các hoạt động khác trong đời sống thường ngày tại nông thôn như làm chất đốt, lợp mái, trồng nấm

Mỗi kilogam (kg) lúa thành phẩm tạo ra khoảng 0,7 - 1,4 kg rơm tùy thuộc vào giống lúa, độ cao thân cây khi gặt lúa và độ ẩm trong khi thu hoạch [24] Năng suất tổng sinh khối rơm dao động từ 7,5 đến 8,0 tấn/ha, trong đó lượng rơm rạ bị loại bỏ dao động từ 2,7 đến 8 tấn/ha, tương ứng với phần cắt nằm trong khoảng từ 50% đến 100% tổng sinh khối rơm [15] Ước tính, tổng sinh khối rơm rạ hàng năm trên toàn thế giới đạt 370 - 520 triệu tấn/năm, trong đó châu Á nói chung đạt 330 - 470 triệu tấn/ năm và khu vực Nam Á nói riêng đạt 100 - 140 triệu tấn/năm [15]

Hình 1.1: Cấu tạo thành phần của rơm rạ

Nguồn: Viện Nghiên cứu Lúa thế giới- IRRI (2003) [24] Rơm rạ thuộc nhóm sinh khối lignocelluloza, có cấu tạo từ ba thành phần chính là: lignin (12%), cellulose (38%) và hemi-cellulose (25%) [50], được thể hiện cụ thể ở hình 1.1 Cellulose và hemi-cellulose là nguồn chất xơ hữu cơ, lignin là thành tế bào thực vật Các thành phần hóa học này giúp xác định giá trị dinh dưỡng của rơm rạ và khiến chúng có khả năng trở thành nhiên liệu sinh nhiệt năng Do được cấu tạo từ các nguồn xơ hữu cơ, rơm rạ rất giàu chất hữu cơ (80%) và Carbon hữu cơ có khả năng

7

oxi hóa (34%) [25], tỷ lệ C/N cao (xấp xỉ 50%), là điều kiện khả thi để các vi sinh vật

có thể tồn tại trong điều kiện ủ phân Về tính chất vật lý, mật độ khối lượng rơm có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào cấu trúc riêng của nó, từ 13 - 18 kg/m3 (đối với rơm rạ) [15] đến 50 - 120 kg/m3 (đối với rơm nghiền nhỏ) [30] Khi được sử dụng làm năng lượng sinh học, đặc điểm về mật độ khối lượng rơm có thể ảnh hưởng đến quá trình đốt vì nó tác động đến thời gian cần thiết trong l phản ứng [51] Những tính chất này giúp cho rơm rạ có cấu trúc phù hợp để trộn với bùn thải, khiến các vật liệu này có độ

pH, tỷ lệ C/N và độ ẩm phù hợp cho sự phát triển của vi sinh vật có liên quan đến quá trình ủ phân [25] Các đặc điểm cụ thể vể vật lý, sinh lý và hóa lý của rơm rạ được trình bày cụ thể ở bảng 1.1:

Bảng 1.1: Đặc điểm vật lý, sinh lý và hóa lý của rơm rạ

1.2 Tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam

Việt Nam là một quốc gia đang phát triển và có nền văn minh lúa nước lâu đời Trong các năm gần đây từ 2010-2019, ngành nông nghiệp - lâm nghiệp - thủy sản chiếm tỷ trọng trung bình 17,35% [2] tổng sản phẩm trong nước, phần lớn dân số và lực lượng lao động vẫn đang tập trung chủ yếu tại khu vực nông thôn Tính đến năm

2019, dân số Việt Nam đạt 96,48 triệu người, trong đó 62,67 triệu người tập trung tại khu vực nông thôn, chiếm 65%, 33,81 triệu người tập trung tại khu vực thành thị, chiếm 35% Lực lượng lao động cũng chủ yếu tập trung ở khu vực nông thôn, số lao động từ 15 tuổi trở lên là 54,7 triệu người, trong đó 18,8 triệu người đang làm việc

9

trong ngành Nông nghiệp - lâm nghiệp - thủy sản, giảm 1,7 triệu người so với năm

2018, chiếm 34,5% tổng số lao động [2] Sơ bộ năm 2019, tổng diện tích canh tác lúa đạt 7.470,1 nghìn ha, tiếp tục có xu hướng giảm so với năm 2018 do thay đổi cơ cấu cây trồng và ảnh hưởng của thời tiết Sản lượng lúa đạt 43,4 triệu tấn, giảm 597,8 nghìn tấn so với năm 2018 [2]

Việt Nam có hai khu vực tập trung canh tác lúa lớn là khu vực đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và khu vực đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) Đồng bằng sông Hồng thuộc hạ lưu sông Hồng và sông Thái Bình, bao gồm 10 tỉnh thành Nhờ có hai

d ng sông lớn bồi đắp phù sa nên khu vực này có đất đai trù phú, giàu phù sa, thích hợp cho việc nuôi trồng và canh tác nông nghiệp Diện tích canh tác lúa và sản lượng lúa cả năm tại khu vực đồng bằng sông Hồng thường đạt khoảng 1.000 ha và 6,4 triệu tấn, chiếm lần lượt 13% và 15% cả nước, chỉ đứng sau đồng bằng sông Cửu Long với diện tích và sản lượng trung bình đạt khoảng 4.100 hecta (55%) và 24 triệu tấn (54%) [2] Trong đó, Hà Nội, Hải Dương, Thái Bình và Nam Định là 4 tỉnh thành có diện tích lúa cả năm lớn nhất khu vực đồng bằng sông Hồng Mặc dù là thành phố có diện tích canh tác giảm mạnh nhất từ giai đoạn 2015-2019 (29 nghìn ha), Hà Nội vẫn là khu vực

có diện tích lúa lớn nhất đồng bằng sông Hồng, đạt 171,6 nghìn ha vào năm 2019, theo sau là Nam Định (146,9 ha), Thái Bình (155,2 ha) và Hải Dương (114,9 ha) [2] Về sản lượng, năm 2019, toàn thành phố Hà Nội đạt 0,96 triệu tấn, thấp hơn giai đoạn 2015-2018 với sản lượng trung bình giai đoạn này là 1,09 triệu tấn Điều này khiến Thái Bình trở thành khu vực có sản lượng lúa cả năm cao nhất ĐBSH năm 2019, đạt 1,02 triệu tấn Nam Định đứng thứ 3 về sản lượng lúa cả năm với 0,88 triệu tấn, theo sau là Hải Dương với 0,68 triệu tấn Các tỉnh thành c n lại có năng suất chỉ đạt từ 0,3-0,45 triệu tấn [2]

Đồng bằng sông Cửu Long bao gồm 1 thành phố trực thuộc trung ương và 12 tỉnh, được gọi là “vựa lúa” của cả nước vì tập trung trên 50% diện tích canh tác và sản lượng lúa hàng năm ĐBSCL chỉ chiếm 13% diện tích cả nước, nhưng chiếm tới 54% diện tích canh tác và 56% sản lượng lúa năm 2019 của cả nước, xuất khẩu gạo từ toàn vùng chiếm tới 90% sản lượng Kiên Giang và An Giang là hai thành phố có sản lượng lúa cao nhất ĐBSCL, xấp xỉ 4 triệu tấn/năm, theo sau là Đồng Tháp (3,3 triệu tấn), Long An (2,7 triệu tấn) và Sóc Trăng (2,2 triệu tấn) Bến Tre và Cà Mau là hai khu vực có sản lượng lúa thấp nhất trong khu vực, đạt thấp hơn 0,6 triệu tấn/ năm Các tỉnh thành c n lại dao động từ 1,1 - 1,4 triệu tấn/năm [2]

Sơ bộ năm 2019, tổng diện tích canh tác lúa đạt 7.470,1 nghìn ha, giảm so với giai đoạn 2015-2018, sản lượng lúa đạt 43,4 triệu tấn, giảm 597,8 nghìn tấn so với năm

2018, năng suất đạt 58,2 tạ/ha, tương đương với năng suất năm 2018 Là quốc gia xuất khẩu gạo lớn thứ 3 trên thế giới, năm 2019, Việt Nam đã xuất khẩu sơ bộ 5.868.409 tấn [2]

Theo cập nhật đến quý I năm 2020 [10], Việt Nam ghi nhận giá gạo tăng ở mức cao nhất trong gần 16 tháng qua Gạo tấm 5% của Việt Nam có giá 410 USD/tấn, thấp hơn gạo tiêu chuẩn 5% của Thái Lan (480 - 505 USD/tấn) và cao hơn giá gạo đồ 5% tấm của Ấn Độ (363 - 367 USD/tấn) Tại thị trường nội địa, giá lúa tại ĐBSCL có xu hướng tăng trong tháng 3 và tháng 4 năm 2020, bất chấp đại dịch COVID-19 đang diễn biến phức tạp và nguy hiểm không chỉ tại Việt Nam mà trên toàn thế giới Giá gạo xuất khẩu cũng tăng 6,3% so với cùng kỳ năm 2019, đạt 461,9 USD/tấn Thị trường nhập khẩu gạo chính của Việt Nam quý I năm 2020 là Philippines với 36,7% thị phần, sản lượng đạt 594,2 nghìn tấn, giá trị đạt 257,2 triệu USD Theo sau là Trung Quốc và Malaysia với sản lượng nhập khẩu đạt lần lượt là 273,5 và 220,7 nghìn tấn [10]

1.3 Tình hình sử dụng rơm, rạ sau thu hoạch trên thế giới và tại Việt Nam

Sau khi thu hoạch lúa, các loại phụ phẩm chính có tiềm năng sản xuất năng lượng được thải ra môi trường là rơm, rạ và trấu Trong khi trấu đã được ứng dụng để sản xuất năng lượng ở nhiều quốc gia, rơm - rạ vẫn ít được xem là một nguồn nhiên liệu tiềm năng và thường được đốt bỏ, một tỷ lệ nhỏ được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau Nguyên nhiên chính của thực trạng này là do trấu dễ thu gom (từ các nhà máy xay xát) và dễ thu mua, trong khi rơm rạ cần nhiều công sức thu gom và chỉ có sẵn vào mùa thu hoạch Ở các quốc gia phát triển như châu Âu và một số quốc gia châu Á như Thái Lan, Trung Quốc, rơm rạ được cuộn thành từng bó lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu gom, vận chuyển và lưu giữ Tại Việt Nam, điều này là không khả thi vì chi phí đắt đỏ của máy móc, chỉ một số hộ gia đình- cơ sở thu mua rơm rạ đầu tư trang thiết bị để phục vụ cho việc bán rơm rạ cho các hộ sản xuất, kinh doanh khác Một số hình thức xử lý rơm rạ chủ yếu được trình bày sau đây:

1.3.1 Làm thức ăn chăn nuôi gia súc

Tại vùng nông thôn Việt Nam, rơm rạ có thể được thu gom để giữ ấm chuồng

và làm thức ăn cho gia súc như trâu, b Tuy nhiên, rơm rạ thô được xem là loại thức

ăn chăn nuôi không hiệu quả do có giá trị dinh dưỡng không cao và yêu cầu nhiều năng lượng cần thiết để tiêu hóa chúng [15, 25, 37, 49] Ngoài ra, quá trình phơi khô cũng làm giảm giá trị dinh dưỡng của rơm rạ nên trâu b không thích ăn Do đó, một

số biện pháp kỹ thuật cần được thực hiện để làm tăng khả năng tiêu hóa được của rơm

11

rạ và bổ sung nguồn dinh dưỡng có trong rơm Có nhiều phương pháp để chế biến rơm thành thức ăn chăn nuôi gia súc bao gồm: phương pháp ủ rơm tươi, ủ rơm cho vào túi nilong và phương pháp kiềm hóa Rơm có thể được xử lý với Ure 2-4% hoặc Natri hydroxide (NAOH)/ Amoniac hydroxide (NH4OH) để tăng cường giá trị đạm và cải thiện khả năng tiêu hóa của các loại động vật nhai lại Một số nghiên cứu cũng cho thấy khi bổ sung Ure với liều lượng 8,8 kg Ure/tấn rơm có thể làm tăng lượng tiêu thụ rơm lên 30% và giá trị năng lượng tăng lên 20% so với ban đầu [37] Với tính chất sẵn

có và dư thừa sau mỗi vụ mùa, bất kể việc nghèo nàn chất dinh dưỡng, rơm rạ vẫn là một thành phần có vai tr quan trọng trong hệ thống chăn nuôi gia súc tại các quốc gia nông nghiệp châu Á [38] Không chỉ vậy, tại Úc và California, việc sử dụng rơm rạ làm nguồn thức ăn chăn nuôi gia súc cũng được xem là một giải pháp thay thế hữu hiệu cho cỏ khô vào thời kỳ khô hạn, khi giá cỏ khô tăng cao Các nghiên cứu của Larry Roth, chuyên gia dinh dưỡng dịch vụ kỹ thuật tại Bắc Mỹ, thực hiện tại Nhật Bản cũng chỉ ra rằng sử dụng rơm rạ có thể là một giải pháp lâu dài cho không chỉ nông dân trồng lúa mà c n cả các nhà sản xuất b thịt và sữa đang tìm kiếm nguồn thức ăn thô có chất lượng không đổi cho hệ thống chăn nuôi của họ [49]

1.3.2 Làm nguyên liệu trồng nấm

Trồng nấm được xem là một trong những phương pháp sinh học giúp tận dụng nguồn rơm rạ hiệu quả nhất vì phần rơm rạ có thể tận dụng sử dụng lại nhiều lần và đem lại giá trị kinh tế cao cho người nuôi trồng Nấm là một loại thực phẩm giàu đạm thực vật, nhu cầu và sản lượng trồng nấm liên tục tăng trong những năm gần đây Mô hình trồng nấm trong nhà bằng rơm, rạ đã được áp dụng phổ biến trên thế giới và tại Việt Nam Rơm rạ được chất thành cụm, bổ sung dinh dưỡng (nước, ure, vôi), xếp thành từng lớp rồi đem ủ để loại bỏ nấm dại và phân hủy một phần rơm thành chất hữu

cơ, giúp tơ nấm dễ hấp thụ chất dinh dưỡng Sau khi nấm được thu hoạch, phần rơm mục có thể được tái sử dụng hoặc chế biến thành phân bón, nuôi gia cầm, gia súc và tôm, cá

Việc sử dụng rơm, rạ để trồng nấm có kỹ thuật đơn giản, giá thành rẻ, giúp tăng thu nhập cho người nông dân, đồng thời giúp giải quyết nguồn phụ phẩm nông nghiệp

dư thừa Trồng nấm là một giải pháp thay thế hữu hiệu để giảm nhẹ các vấn đề ô nhiễm môi trường liên quan đến việc đốt rơm rạ, xem rơm rạ như một nguồn nguyên liệu có giá trị và có thể phát triển thành các cơ sở kinh doanh để sản xuất nấm ở quy

mô lớn Mô hình trồng nấm rơm từ rơm, rạ đang được áp dụng rộng rãi tại nhiều địa phương trên cả nước, có những nơi thành lập hợp tác xã/ câu lạc bộ trồng nấm, đem lại thu nhập từ 1.500.000 – 2.000.000 VNĐ cho mỗi thành viên trồng nấm [12]

Theo điều tra [5] trên địa bàn thành phố Hà Nội, hàng năm Hà Nội sử dụng khoảng 95 nghìn tấn phụ phẩm nông nghiệp để làm nguyên liệu trồng nấm, trong đó phụ phẩm từ lúa đạt 81,5 nghìn tấn, chiếm 86% Thạch Thất (30%) và Ba Vì (20%) là các huyện có tỷ lệ sử dụng rơm rạ để trồng nấm cao nhất

1.3.3 Tích hợp trong đất

Sau khi thu hoạch, trữ lượng rơm rạ còn lại trên đồng có thể được tích hợp vào đất bằng cách chôn vùi xuống đất để xảy ra quá trình tự phân hủy, nhằm mục đích trả lại các chất dinh dưỡng có trong rơm rạ cho đất Một số nghiên cứu cho thấy rằng, việc kết hợp phân bón và rơm rạ chôn vùi trong đất có thể giúp lưu giữ một số chất dinh dưỡng như N, P, K và S cho cây lúa và tăng dự trữ dinh dưỡng cho đất [25] Rơm rạ được vùi trong đất ướt sẽ cố định tạm thời N và tăng lượng metan (CH4) được giữ trong đất [25] Ngược lại, nếu rơm rạ bị loại bỏ khỏi đồng ruộng sẽ dẫn đến hiện tượng suy giảm và cạn kiệt K và Si trong đất, còn việc đốt rơm rạ sẽ dẫn đến việc mất hầu hết hàm lượng N, 25% hàm lượng P, 20% lượng K và 5 - 60% lượng S có trong rơm rạ [20]

Tuy nhiên, việc tích hợp bao nhiêu rơm rạ cho đồng ruộng là tối ưu lại là một vấn đề cần được tính toán cẩn thận Một nghiên cứu được thực hiện năm 2017 [41] tại Philippine cùng hợp tác với Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) đã chỉ ra rằng, việc giữ lại rơm rạ trên ruộng có thể phát thải ra từ 3.500 - 8.000 kg CO2 tương đương/ ha (tổng lượng CO2 tương đương từ CH4 và N2O) tùy thuộc vào tỷ lệ giữ lại của rơm rạ, tương đương hoặc cao hơn gấp 1,5 lần khi so sánh với việc loại bỏ rơm rạ khỏi đồng ruộng (phát thải gần 5.000 kg CO2 tương đương/ha) Một nghiên cứu được thực hiện tại Jiangsu (Trung Quốc) [29] cũng cho thấy việc giữ lại rơm rạ trong đất có thể làm tăng lượng phát thải các khí nhà kính, tỷ lệ giữ lại từ 40 - 100% sẽ phát thải nhiều khí

CH4 hơn (11,63 - 23,79 triệu tấn), nhưng cũng đồng thời làm giảm việc sử dụng phân bón chứa N (0,55 - 1,38 triệu tấn CO2 tương đương), giữ nhiều C trong đất hơn (0,98-2,44 triệu tấn CO2 tương đương), giảm thải ít N2O hơn (0,1 - 0,24 triệu tấn CO2 tương đương) Nhóm tác giả đã đề xuất tỷ lệ rơm rạ tích hợp trong đất tối ưu là khoảng 60%

để phù hợp với các đặc điểm về kinh tế - xã hội - môi trường tại địa phương Mặt khác, rơm rạ lại có đặc tính phân hủy chậm [15, 49], trong khi thời gian sinh trưởng của lúa ngày càng được rút ngắn để tăng số vụ mùa trong một năm Do đó chôn vùi rơm trong đất ngày càng được ít thực hiện và thay bằng hoạt động đốt trực tiếp trên đồng

13

1.3.4 Làm phân hữu cơ

Như đã nhắc đến ở mục 1.1, các tính chất vật lý của rơm rạ giúp chúng có cấu trúc phù hợp để trộn với bùn thải, trong khi các tính chất hóa học về độ pH, tỷ lệ C/N

và độ ẩm của rơm rạ tạo điều kiện tối ưu cho sự phát triển của các loài vi sinh vật trong quá trình ủ phân Số lượng vi khuẩn và nấm có trong nguyên liệu rơm rạ lần lượt

là 3,23 x 106 và 3,75 x 106 CFU/g Do đó, phân bón ủ từ rơm rạ rất có lợi vì chúng thường chứa các vi chất dinh dưỡng, enzyme và vi sinh vật không được tìm thấy trong các loại phân bón vô cơ thông thường [22]

Quy trình làm phân bón hữu cơ từ rơm rạ về cơ bản bao gồm các bước: Thu gom rơm rạ, thêm vào các loại chế phẩm sinh học (enzyme), phân tổng hợp NPK (bổ sung chất dinh dưỡng), nước (tạo độ ẩm tối ưu); đồng nhất hóa hỗn hợp trên và ủ, thời gian ủ tùy thuộc vào các loại chất thêm vào và công nghệ ủ được áp dụng Sau khi được ủ xong, thành phẩm là phân hữu cơ được hình thành, chúng có thể được sử dụng

để bón cho cây trồng hoặc để tăng dinh dưỡng cho đất Loại phân hữu cơ này sẽ giúp cải thiện chất dinh dưỡng và thành phần hữu cơ trong đất [15]

1.3.5 Đốt trực tiếp tại đồng

Rơm rạ là nguồn phụ phẩm phổ biến sau quá trình thu hoạch cây lương thực Trước kia rơm rạ thường được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi gia súc hoặc làm nhiên liệu đốt trong quá trình nấu ăn tại khu vực nông thôn Tuy nhiên, cùng với sự phát triển kinh tế, chất lượng đời sống được tăng lên, người dân dần chuyển sang sử dụng các loại nhiên liệu thương mại như gas, bếp điện, bếp từ thay vì sử dụng rơm rạ như trước kia Song song với đó, cùng với sự phát triển về khoa học - kỹ thuật, các giống lúa ngày càng được cải tiến, cho năng suất cao hơn trong khi thời gian sinh trưởng ngắn hơn Những điều này đã khiến cho khối lượng rơm rạ dư thừa trên các cánh đồng ngày càng gia tăng, kéo theo việc đốt rơm rạ trực tiếp ngày càng phổ biến, bất chấp các tác động tiêu cực tới môi trường và sức khỏe của nó

Mặc dù việc đốt rơm rạ ngoài đồng có thể giải quyết nguồn sinh khối dư thừa này, giúp kiểm soát cỏ dại và nhiều loại sâu bệnh khác nhau [39], những lợi ích này không thể so sánh được với việc mất chất dinh dưỡng, cạn kiệt chất hữu cơ trong đất

và làm giảm sự có mặt của các khu sinh vật có lợi cho đất [32] Trong quá trình sinh trưởng, một lượng lớn chất dinh dưỡng của cây lúa nằm trong thân và lá lúa- phần sẽ trở thành rơm rạ sau khi gặt, điển hình là K và Si, đây cũng là hai chất dinh dưỡng có hàm lượng cao nhất trong rơm rạ [47] Bảng 1.2 so sánh hàm lượng một số chất dinh dưỡng có trong hạt lúa, rơm rạ và lượng dinh dưỡng bị mất đi trong quá trình đốt:

Bảng 1.2: Hàm lượng một số chất dinh dưỡng trong hạt lúa, rơm rạ và rơm rạ bị đốt

Không chỉ vậy, vấn đề nghiêm trọng nhất khi đốt rơm rạ là việc thải ra môi trường một lượng đáng kể khí nhà kính, trong đó có CO2 Do có hàm lượng C cao, rơm rạ khi bị đốt sẽ kéo theo việc phát thải ra môi trường một lượng lớn CO2, CO và các loại khí thải khác như CH4, NOx, SO2 và một số loại bụi PM10 và PM2.5 Tại châu

Á, lượng phát thải hàng năm từ việc đốt rơm rạ ước tính đạt 0,1 triệu tấn SO2, 0,96 triệu tấn NOx, 379 triệu tấn CO2, 23 triệu tấn CO và 0,68 triệu tấn CH4 [46] Chỉ tính riêng tại Việt Nam, ước tính trong năm 2018, 0,58 triệu tấn SO2, 7,4 Gg NOx, 3,82 triệu tấn CO2, 301 Gg CO, 31 Gg CH4 đã bị phát thải ra bầu khí quyển từ hoạt động đốt 3,24 triệu tấn rơm rạ (số liệu tại khu vực Đồng bằng sông Hồng), trong đó CO2

chiếm 90% tổng lượng phát thải [26] Hệ số phát thải một số khí nhà kính từ việc đốt rơm rạ được giới thiệu ở bảng 1.3:

Giá trị khuyến cáo sử dụng

Hình 1.2: Khói từ đốt rơm rạ gây cản trở tầm nhìn người tham gia giao thông

Nguồn: Hữu Nghị (Báo Dân trí) Không chỉ là nguồn phát thải khí nhà kính đáng kể, hoạt động đốt rơm rạ c n có thể sản sinh ra khói độc Từ những năm 1980, các nhà khoa học đã phát hiện ra trong bụi phát sinh từ việc đốt rơm rạ có chứa các loại khí độc [25] Nguyên nhân xuất phát

từ cấu tạo hóa học của rơm rạ, chúng được cấu tạo chủ yếu từ cellulose, cellulose, vật chất hữu cơ bám dính và các loại khoáng chất Khi đốt rơm rạ, các phản ứng xảy ra một cách phức tạp do quá trình nhiệt phân không hoàn toàn, tạo thành các sản phẩm phụ độc hại [25] Ngoài ra, CO2, hơi nước, khói cũng chứa nhựa và hàng trăm chất khác như NH4, NO, hợp chất clo, hợp chất lưu huỳnh, bao gồm cả kim loại nặng do tích lũy sinh học Thành phần của khói thậm chí c n phức tạp hơn nếu rơm rạ không bị phân hủy hoàn toàn Do đó, khói phát sinh từ hoạt động đốt rơm rạ không chỉ gây khó chịu mà c n ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người hít phải Khói có mùi cay, khét, khi hít phải sẽ gây ra cảm giác khó chịu trong cổ họng, gây buồn nôn, ngột ngạt, hắt hơi và ho CO là một loại khí độc, khi thời gian hít phải kéo dài và lượng khói hít vào nhiều, có thể làm biến đổi bộ máy cấu trúc hô hấp, dễ mắc các bệnh về hô hấp như viêm mũi, họng, thanh quản, phế quản [5]

hemi-Như vậy, không chỉ gây ra các vấn đề về ô nhiễm môi trường không khí, mất chất dinh dưỡng trong đất và đẩy nhanh hiện tượng biến đổi khí hậu (từ việc phát thải khí nhà kính), đốt rơm rạ c n tác động đến sức khỏe con người và nền kinh tế (từ việc sức khỏe giảm sút và chi phí khám chữa bệnh)

17

1.4 Tổng quan về năng lƣợng và năng lƣợng sinh khối tại Việt Nam

1.4.1 Tổng quan về năng lượng và nhu cầu sử dụng năng lượng

Việt Nam có nhiều nguồn năng lượng sơ cấp đa dạng và dồi dào bao gồm: Than

đá, dầu mỏ, khí đốt, và năng lượng tái tạo Trong đó, dầu thô và than đá là hai nguồn nhiên liệu chiếm tỷ trọng lớn nhất trong việc sản xuất lượng tại Việt Nam, chiếm lần lượt 20,38% và 39,56% tổng lượng năng lượng khai thác, sản xuất trong nước năm

2018 [2] Trong cùng năm, sản lượng điện sản xuất trong nước đạt 7.279,6 KTOE1, nhập khẩu đạt 148,1 KTOE và xuất khẩu đạt 63 KTOE [2] Hình 1.3 mô tả sự đóng góp theo nguồn của việc sản xuất năng lượng tại Việt Nam năm 2018:

Hình 1.3: Tổng nguồn cung năng lượng tại Việt Nam năm 2018

Nguồn: Tổng hợp số liệu từ Niên giám Thống kê 2019 [2] Năng lượng được sử dụng chủ yếu phục vụ công nghiệp - xây dựng và vận tải Công nghiệp-xây dựng sử dụng 33.579,8 KTOE năng lượng, chiếm 54% tổng nguồn cung cấp năng lượng Vận tải chiếm 20% việc sử dụng năng lượng, đạt 12.445,3 KTOE Dân dụng tiêu thụ 9650,4 KTOE, chiếm 16% tổng nguồn năng lượng Thương mại-dịch vụ, Tiêu dùng phi năng lượng và Nông, lâm nghiệp và thủy sản chiếm tỷ trọng thấp, chỉ đạt lần lượt là 5%, 4% và 2% tổng năng lượng cung cấp trong năm

2018 Bảng 1.4 mô tả cụ thể sự tiêu thụ năng lượng năm 2018:

1

- TOE là đơn vị năng lượng chung, được sử dụng để quy đổi các dạng năng lượng khác nhau về chung một đơn

vị tính 1 TOE tương đương với nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hết 1 tấn dầu

Than Dầu thô

Xăng, dầu và các chế phẩm từ dầu

Khí thiên nhiên

Nhiên liệu sinh học Điện

từ dầu

Khí thiên nhiên Biomass Điện

Công nghiệp và xây

19

Mặc dù có nguồn cung cấp năng lượng dồi dào (được thể hiện ở hình 1.3), sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ có thể sẽ khiến Việt Nam trở thành một quốc gia nhập khẩu năng lượng trong thập kỷ tới do nhu cầu về năng lượng tăng cao Việt Nam là quốc gia đang phát triển có tốc độ phát triển kinh tế nhanh trong khu vực, tỷ lệ tăng trưởng tổng sản phẩm quốc nội (GDP) đạt 6,3% trong giai đoạn 2011-2019 [2] Sự phát triển kinh tế nhanh chóng cùng với quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa- hiện đại hóa và gia tăng dân số đã tạo điều kiện dẫn đến sự gia tăng nhu cầu về năng lượng

để phục vụ cho công nghiệp, giao thông vận tải và các hoạt động phát triển khác Nhu cầu về năng lượng đã tăng gấp 3 lần trong thế kỷ trước, và được dự đoán sẽ tiếp tục tăng thêm 3 lần trong thế kỷ tiếp theo nếu sự tăng trưởng về kinh tế vẫn duy trì ở mức hiện tại [31] Việt Nam được dự báo sẽ nhập khẩu 49% tổng nhu cầu năng lượng sơ cấp thương mại vào năm 2025, trong đó than, dầu và khí gas chiếm tỷ lệ lần lượt là 19%, 23% và 5% [31] Chính phủ đã đặt ra mục tiêu nâng tổng công suất nguồn điện

từ 38.537 MW năm 2015 lên 60.000 MW năm 2020 và đạt 129.500 MW vào năm

2030 [11] Tổng điện năng sản xuất và nhập khẩu ước tính đạt 265 tỷ kWh vào năm

2020 và 572 tỷ kWh vào năm 2030 [11] Trước tình hình đó, năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng sinh khối nói riêng là một nguồn năng lượng tiềm năng cần được tập trung đầu tư, phát triển nhiều hơn trong tương lai để đảm bảo đáp ứng nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng của Việt Nam

1.4.2 Tổng quan về năng lượng sinh khối và sử dụng năng lượng sinh khối ở Việt Nam và trên thế giới

1.4.2.1 Tổng quan về năng lượng sinh khối

a) Định nghĩa và phân loại

Năng lượng sinh khối (NLSK) là năng lượng được sản xuất từ nhiên liệu chủ yếu có nguồn gốc từ thực vật như gỗ, củi và phụ phẩm nông nghiệp như bã mía, trấu, rơm rạ [11] Nguồn nhiên liệu từ thực vật tồn tại ở hai dạng, bao gồm:

- Nguồn sơ cấp: Các loại thân cây, cành cây, nguồn gốc từ rừng, cây trồng, khu vực canh tác, đất bỏ hoang

- Nguồn thứ cấp: Những phế phẩm thu được từ quá trình chế biến gỗ (mùn cưa, mẩu gỗ, vỏ bào) và gỗ đã qua sử dụng (gỗ xây dựng, sản phẩm bàn ghế)

Phụ phẩm nông nghiệp bao gồm các dạng như:

- Nguồn gốc từ cây trồng nông nghiệp: Rơm, rạ, trấu, bã mía, lõi ngô, thân cây,

lá cây

- Nguồn gốc từ chăn nuôi: Phân từ các trại chăn nuôi gia súc, gia cầm

Năng lượng sinh khối được xem là năng lượng tái tạo vì có chu kỳ trồng, thu hoạch, chế biến và sử dụng thường xuyên, có khả năng khai thác sử dụng mà không làm mất trữ lượng như nhiên liệu hóa thạch Ngoài ra, năng lượng sinh khối c n được xem là nguồn nhiên liệu trung hòa về phát thải khí nhà kính Lượng CO2 phát sinh trong quá trình đốt nhiên liệu sinh khối sẽ được thực vật (là nguồn gốc tạo thành nhiên liệu sinh khối) hấp thụ, do đó không đóng góp thêm lượng CO2 vào khí quyển Từ những đặc điểm này, NLSK được xem là nguồn năng lượng sạch, an toàn và thân thiện với môi trường

b) Khả năng chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu sinh khối

Sinh khối có thể được chuyển hóa thành điện năng và nhiệt năng bằng nhiều cách như được minh họa ở hình 1.4 dưới đây

Nhiên liệu sinh khối có thể được chuyển thành nhiệt năng bằng các hình thức: Đốt trực tiếp, sử dụng cho l hơi/tuabin; chuyển hóa thành nhiên liệu thứ cấp (dạng khí, viên nén) rồi đốt trực tiếp trực tiếp

Đối với năng lượng điện hoặc cơ năng, các dạng năng lượng này có thể được tạo thành từ nhiên liệu sinh khối bằng cách đốt nhiên liệu sơ cấp trong các lò hơi/tuabin hoặc đốt nhiên liệu thứ cấp [11] trong các động cơ đốt trong để cấp hơi cho tuabin chạy máy sản xuất điện

Hình 1.4 : Sơ đồ chuyển hóa năng lượng sinh khối thành các dạng năng lượng khác

Nguồn: Viện Năng Lượng (2017) [11] c) Tổng quan về sử dụng điện sinh khối trên thế giới

Tính đến năm 2011, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ 4 trên toàn thế giới, cung cấp khoảng 14% tổng năng lượng sơ cấp, trong đó, 35% nguồn năng lượng tại

NL nhiệt

Điện năng hoặc

Cơ năng

Chuyển hoá Hoá - Nhiệt

Động cơ đốt trong NLSK thứ cấp

21

các quốc gia đang phát triển có nguồn gốc từ sinh khối [18] Năng lượng sinh khối thường bao gồm: Sinh khối rắn (như gỗ, củi, chất thải chăn nuôi, phụ phẩm nông nghiệp), khí sinh học (biogas), nhiên liệu sinh học, chất thải rắn đô thị Trong đó, sinh khối rắn là dạng sinh khối được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực sản xuất điện và nhiệt, lần lượt chiếm 71% và 77% [11]

Năm 2016, tổng sản lượng điện sinh khối đạt 504 TWh trên toàn cầu Mặc dù các quốc gia đang phát triển tập trung phần lớn nguồn sinh khối tiềm năng, các quốc gia phát triển lại là nơi chiếm phần lớn công suất lắp đặt điện sinh khối Năm 2017,

Mỹ dẫn đầu với 68 TWh, theo sau là Trung Quốc (54 TWh) và Đức (52 TWh), chủ yếu là từ sinh khối rắn và khí sinh học [11] Ở châu Âu, sau khi Chỉ thị Năng lượng tái tạo được đưa vào thực tiễn năm 2016, việc sản xuất và tiêu thụ điện từ sinh khối được tiếp tục đẩy mạnh Đức là quốc gia sản xuất điện sinh khối lớn nhất tại châu Âu với công suất 7,6 GW và phát điện đạt 52 TWh [11] Tại châu Mỹ Latinh, Brazil là quốc gia tiêu thụ điện sinh khối lớn nhất Trên 80% lượng điện sinh khối tại Brazil được sản xuất từ bã mía- nguồn nhiên liệu có sẵn tại các nhà máy đường của quốc gia này

1.4.2.2 Hiện trạng sử dụng năng lượng sinh khối tại Việt Nam

Việt Nam là một quốc gia có nguồn tài nguyên nhiên liệu sinh khối dồi dào và

đa dạng, từ phế phẩm nông nghiệp (rơm rạ, trấu, bã mía, thân ngô, lõi ngô, v.v), phế phẩm lâm nghiệp (gỗ vụn, bào, rừng trồng, gỗ mục, giấy vụn ), phế phẩm chăn nuôi (phân các loại gia súc, gia cầm) Những năm trước đây, khi điều kiện kinh tế chưa phát triển, nhiên liệu sinh khối đóng một vai tr quan trọng trong việc sản xuất và tiêu thụ năng lượng tại các khu vực nông thôn Tuy nhiên, cùng với việc phát triển kinh tế-xã hội, các loại nhiên liệu khác rẻ và tiện lợi hơn nhanh chóng được sử dụng thay thế nhiên liệu sinh khối, có thể kể đến như than tổ ong, khí gas, điện Việc sử dụng nhiên liệu sinh khối ở Việt Nam cũng chỉ mới dừng lại ở quy mô nhỏ cá nhân, hộ gia đình hoặc được khai thác sử dụng cho các dự án nhà máy đồng phát nhiệt - điện và điện tại nhà máy giấy và nhà máy đường

* Hiện trạng sản xuất điện từ NLSK:

- Tại các nhà máy đường: Tính đến năm 2017, toàn quốc có 41 [11] nhà máy đường, trong đó 40 nhà máy sử dụng bã mía làm nhiên liệu cung cấp năng lượng Khoảng 80% lượng bã mía phát sinh được sử dụng để sản xuất điện năng, tổng công suất lắp đặt nguồn điện từ bã mía tại các nhà máy này đạt 398,09 MW, tính đến tháng 6/2017, trong đó có 8/40 nhà máy bán điện thừa lên lưới quốc gia, công suất phát 98,9

MW, sản lượng điện tương đương đạt 186,3 GWh/năm [11] Danh sách các nhà máy đường bán điện sinh khối từ bã mía được liệt kê ở bảng 1.5:

Bảng 1.5: Danh sách các nhà máy đường bán điện lên lưới tính đến năm 2017

STT Tên công ty

Công suất lắp đặt (MW)

Công suất nối lưới (MW)

Điện năng phát lên lưới (MWh)

6 CT CP Mía đường – Nhiệt điện Gia Lai 34,6 22,6 36.851

Nguồn: Hiệp hội mía đường Việt Nam (2017), trích dẫn từ [11] Sau khi Quyết định số 24/2014/QĐ-TTg về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện sinh khối được ban hành, một số nhà máy đường đã xem xét mở rộng quy mô sản xuất điện với mục đích bán điện lên lới điện quốc gia, bao gồm:

+ Nhà máy đường An Khê (Quảng Ngãi) khởi công xây dựng nhà máy điện sinh khối An Khê với tổng công suất 110 MW Nhà máy đã chính thức đi vào hoạt động từ cuối năm 2017

+ Nhà máy đường Tuyên Quang đã khởi công xây dựng nhà máy đồng phát nhiệt điện vào năm 2015, quy mô 25 MW Đây là nhà máy điện sinh khối đầu tiên của Việt Nam được triển khai theo Quyết định số 24/2014/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ, được chính thức h a lưới điện quốc gia vào năm 2019 Sản lượng điện sản xuất

23

đạt 2 triệu kWh, trong đó 1,2 triệu kWh được nối lưới điện quốc gia và 0,8 triệu kWh

để phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ điện của nhà máy [6]

Việc khai thác hiệu quả nguồn năng lượng sản xuất từ bã mía được đánh giá là một mô hình kinh doanh hiệu quả giúp tận dụng nguồn phế phẩm dư thừa sau quá trình sản xuất mía đường và đem lại hiệu quả cao không chỉ về mặt kinh tế mà c n môi trường - xã hội Đây được dự báo sẽ trở thành xu thế chung của các công ty mía đường tại Việt Nam, trong tương lai, sẽ có thêm nhiều nhà máy điện sử dụng bã mía phát sinh

từ nhà máy đường được xây dựng, đặc biệt khi Chính phủ có thêm các cơ chế hỗ trợ và phát triển điện sinh khối

- Tại các nhà máy giấy và bột giấy: Dạng sinh khối chính được sử dụng để cung cấp năng lượng là phế thải gỗ và dịch đen Phế thải gỗ bao gồm các dạng như: mùn cưa, mẩu gỗ, trong khi đó, dịch đen là sản phẩm được tạo ra trong quá trình rửa mảnh

gỗ sau khi nấu Dịch đen được đốt để thu hồi hóa chất cho công đoạn nấu mảnh gỗ, trong quá trình đốt, nhiệt lượng được thu hồi để phục vụ cho sản xuất hơi Hai nhà máy giấy đang áp dụng các công đoạn này có thể kể đến như nhà máy giấy Bãi Bằng (tỉnh Phú Thọ) và nhà máy giấy An H a (tỉnh Tuyên Quang)

* Hiện trạng sản xuất nhiệt từ NLSK:

- Trong lĩnh vực đun nấu hộ gia đình: Trước kia, sinh khối là nguồn năng lượng chủ yếu của các gia đình ở khu vực nông thôn Ở quy mô hộ gia đình, sinh khối được

sử dụng để đun nấu và sưởi ấm Do đời sống kinh tế được cải thiện, tỷ lệ sử dụng sinh khối tại nông thôn giảm mạnh so với những năm trước đây Dạng sinh khối được sử dụng nhiều nhất là gỗ củi, vỏ lạc, thân/lõi ngô, v.v Lượng rơm rạ và trấu được sử dụng ít hơn so với trước đây

- Trong lĩnh vực công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp địa phương: Ngoài phục vụ đun nấu hộ gia đình, sinh khối c n được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp địa phương với nhiều mục đích khác nhau, cụ thể:

+ Sản xuất vật liệu xây dựng

+ Sấy lúa: Tập trung tại các tỉnh khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

+ L đốt: Sử dụng cho các l sấy nông sản, thực phẩm; l sấy gỗ, l hơi công nghiệp

1.4.3 Công nghệ sản xuất năng lượng từ nguồn rơm rạ

Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ quốc gia [1] đã giới thiệu một số loại công nghệ có khả năng sản xuất năng lượng từ sinh khối rơm rạ, bao gồm:

a) Công nghệ đốt nhiệt

Rơm rạ có thể được sử dụng hoàn toàn hoặc trộn lẫn cùng với các loại nguyên liệu sinh khối khác để đốt trực tiếp Đối với công nghệ này, nồi hơi đốt được sử dụng kết hợp với các tuabin hơi để sản xuất điện và nhiệt Hàm lượng năng lượng của rơm

rạ vào khoảng 14 MJ/kg ở độ ẩm là 10% Trong quy trình đốt nhiệt, không khí được phun vào trong buồng đốt để đảm bảo sinh khối cháy hoàn toàn trong buồng đốt

Một dạng công nghệ đốt nhiệt cụ thể là công nghệ tầng hóa lỏng, trong đó nhiên liệu rắn được đốt cháy ở thể vẩn bằng nguồn cung cấp không khí bơm vào trong buồng đốt để đạt được sự cháy hoàn toàn Công nghệ này đ i hỏi duy trì một tỷ lệ không khí - nhiên liệu thích hợp, nếu không hoạt động của nồi hơi sẽ gặp phải nhiều vấn đề Công nghệ này phát sinh ra một số phụ phẩm bao gồm tro bay và tro cặn đáy, là những chất

có giá trị kinh tế và có thể sử dụng trong ngành sản xuất xi măng và/hoặc gạch, xây dựng đường xá và đê kè

b) Công nghệ than hóa

Than hóa là một phương pháp chuyển đổi nhiệt để sản xuất than củi, các nhiên liệu có chứa Cacbon được đốt nóng dưới điều kiện luồng không khí hạn chế để tạo thành sản phẩm đầu ra là than củi Nhưng quy trình này giải phóng khí phát xạ có hại đối với môi trường Khi rơm rạ trải qua quá trình cacbon hóa, sản phẩm tạo thành là than và thường được gọi là than sinh khối Loại sản phẩm này có thể có tỷ lệ cacbon thấp hơn khi rơm rạ có hàm lượng tro cao (10-17%) Khi đó than sinh khối có thể sử dụng bằng cách trộn lẫn vào trong đất và đóng vai tr như một chất điều hòa của đất bằng cách cải thiện cấu trúc và tình trạng màu mỡ của đất

c) Công nghệ nhiệt phân

Nhiệt phân là một quy trình trong đó sinh khối được nung nóng trong môi trường không có không khí ở nhiệt độ khoảng 500 o

C Quy trình nhiệt phân chậm có thể nâng cao sản lượng than, khi hàm lượng lignin cao, tỷ lệ thu hồi cacbon sẽ được nâng cao Về khía cạnh này, rơm rạ là một nguồn nhiên liệu tiềm năng do có hàm lượng lignin cao (22,3%) Quá trình nhiệt phân nhanh được tiến hành để nâng cao sản xuất nhiên liệu lỏng (ví dụ như dầu sinh học) Các sản phẩm phụ của quá trình nhiệt phân (chất lỏng và khí) được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu về năng lượng của quy

25

trinh đó hoặc có thể dùng để tạo ra thêm năng lượng Quá trình nhiệt phân cần một nguồn nhiệt bên ngoài, đó cũng có thể là các chất khí được giải phóng ra ngay trong quá trình

d) Công nghệ khí hóa

Khí hóa là một phương pháp trong đó sinh khối rắn được chuyển hóa trực tiếp thành khí Quy trình này yêu cầu nhiệt độ cao (khoảng 700oC) với một lượng không khí hoặc oxy có thể điều chỉnh được trong sản phẩm đầu ra hỗn hợp khí, được gọi là khí tổng hợp Rơm rạ có thể được sử dụng trực tiếp cùng với các loại nguyên liệu sinh khối khác trong trong một buồng khí hóa để sản xuất khí sinh học Khí sinh học này có thể được sử dụng cho các động cơ đốt trong để sản xuất điện hoặc sử dụng cho các nhà máy tổ hợp nhiệt điện để sản xuất điện cũng như nhiệt Tuy vậy, hiện nay công nghệ này mới chỉ được thử nghiệm đối với rơm từ cây lúa mì (có hàm lượng tro thấp), đối với cây lúa gạo, quy trình được dự kiến tương tự Ở Thái Lan, công nghệ này đã được

áp thành công cho vỏ trấu, sau khi đã được làm sạch, sản phẩm khí có thể được sử dụng cho các động cơ đốt trong

e) Công nghệ thủy phân kế tiếp quá trình lên men

Công nghệ này nhằm mục đích chuyển đổi từ nguồn rơm rạ sinh học thành ethanol Rơm rạ được thủy phân trước tiên bằng enzyme (đôi khi có thể áp dụng axit hoặc bazơ); sau đó cho lên men để sản xuất ethanol Trong quá trình này, có thể đạt đến sản lượng ethanol từ 303 - 379 L/t rơm rạ Tro và silica là các sản phẩm phụ có giá trị thương mại 1 kg rơm rạ có chứa 390g celluloze Khối lượng celluloze này về mặt

lý thuyết đủ để sản xuất được từ 220 đến 283 mL ethanol Tuy nhiên, sản lượng thực tế chỉ đạt 74%, nó có thể sản sinh ra 208 mL ethanol từ hàm lượng celluloze có chứa trong 1 kg rơm rạ Hiện nay, ứng dụng sản xuất ethanol từ rơm rạ đã được nhiều tổ chức, cá nhân nghiên cứu và triển khai áp dụng trong thực tế

f) Công nghệ metan hóa sinh học

Trong công nghệ này, rơm rạ có thể được sử dụng riêng hoặc được trộn lẫn với chất thải rắn đô thị, công nghiệp hay chất thải lỏng rồi được đưa vào các l phản ứng sinh học Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ dưới điều kiện kị khí được tiến hành theo 3 giai đoạn: Quá trình thủy phân các các hợp chất có phân tử lượng lớn thành những hợp chất thích hợp làm nguồn năng lượng; quá trình chuyển hóa các hợp chất sinh ra từ quá trình thủy phân thành các hợp chất có phân tử lượng thấp hơn; quá trình chuyển hóa các hợp chất trung gian thành các hợp chất đơn giản hơn, bao gồm CH4 và

CO2 [4] Khi được trộn với một loại nguyên liệu khác, rơm rạ đóng vai tr như một

chất đệm để kiểm soát pH cũng như sự phân rã của vật liệu cenlluloze trong quá trình sản xuất khí sinh học (biogas) Biogas có thể sử dụng trực tiếp cho các động cơ đốt trong để sản xuất điện và nhiệt Rơm rạ không nên được sử dụng một mình, do đây là nguồn nguyên liệu thô và chứa các hợp chất có khả năng phân hủy thấp (tỷ lệ C/N cao) nên sẽ tạo thành chất nền không tốt

1.5 Tình hình sử dụng rơm rạ để sản xuất điện năng trên thế giới và tại Việt Nam

Trước các vấn đề về môi trường, phát triển bền vững và giá thành, sản xuất năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng trở thành một xu hướng toàn cầu, kéo theo sự ra đời của nhiều công trình nghiên cứu, hướng nghiên về tiềm năng sản xuất năng lượng của các nguồn nhiên liệu mới

Tại khu vực Đông Nam Á và các quốc gia sản xuất lúa gạo lớn như Trung Quốc, Ấn Độ, nguồn năng lượng sinh khối từ rơm rạ bắt đầu được quan tâm và dần trở thành một nguồn nhiên liệu tiềm năng trong việc sản xuất điện Thái Lan là một quốc gia phụ thuộc mạnh vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, chiếm tới 80% tổng nguồn năng lượng cấp [18], vì thế sinh khối được kỳ vọng là một trong những nguồn nhiên liệu chính để có thể thay thế khí gas tự nhiên trong việc sản xuất năng lượng Do đó, chính phủ nước này đã có rất nhiều kế hoạch và hành động để khuyến khích, hỗ trợ các dự

án điện sinh khối Bộ Năng lượng Thái Lan đã đề ra chiến lược tăng tỷ lệ đóng góp của nguồn năng lượng thay thế từ 6,4% lên 20,3% trước năm 2022 [18] Kế hoạch Phát triển Năng lượng Tái tạo và Năng lượng thay thế của nước này cũng đã đặt mục tiêu sản xuất thêm 4.800 MWe từ các nhà máy điện sinh khối trước năm 2021 [44] Là một quốc gia xuất khẩu lúa gạo lớn trong khu vực, Thái Lan đang đẩy mạnh các nghiên cứu về tiềm năng và tính khả thi của việc sản xuất năng lượng điện từ nguồn rơm rạ dư thừa dồi dào nhưng chưa được quản lý hiệu quả tại quốc gia này Một nghiên cứu của Cục Phát triển Năng lượng Thái Lan cho thấy 2,4 triệu tấn sinh khối từ rơm rạ trong một năm- tương đương với 34,4 x 109 MJ năng lượng- đã bị lãng phí [43] Sansanee Sansiribhan và các cộng sự [44] đã thực hiện một nghiên cứu đánh giá tiềm năng và lợi ích kinh tế của các nhà máy điện siêu nhỏ từ rơm rạ Kết quả cho thấy, nhà máy sản xuất điện từ rơm có công suất 9,5 MWe sẽ có tính khả thi về mặt kinh tế khi chi phí nhiên liệu nằm trong khoảng 30,6 - 47,4 USD/ tấn rơm khô

Là quốc gia sản xuất nông nghiệp lớn nhất trên thế giới, Trung Quốc có một nguồn rơm rạ dư thừa khổng lồ [30] Để hạn chế việc đốt rơm rạ trực tiếp ngoài đồng, chính phủ Trung Quốc đã thực hiện nhiều biện pháp đối phó, ví dụ như sản xuất năng lượng từ rơm rạ, trả rơm rạ lại đồng ruộng (straw-return-to-field) hoặc các ứng dụng trong công nghiệp khác [29] Điện sinh học được xem như là một sự lựa chọn tốt tại

27

Trung Quốc khi xét đến khía cạnh bảo vệ môi trường tại nông thôn và tạo việc làm cho người dân tại các khu vực canh tác nông - lâm nghiệp Trong năm 2017, năng suất điện sinh khối tại Trung Quốc đã đạt 79,4 tỷ kWh, tương đương với 1,24% tổng sinh khối điện tại quốc gia này [29] Hiện nay, Trung Quốc là một trong những quốc gia tiên phong áp dụng công nghệ sản xuất điện năng từ rơm rạ Một số khu vực sản xuất tiêu biểu có thể kể đến như tỉnh Giang Tây với 11 nhà máy điện từ rơm rạ, tổng công suất lắp đặt đạt 300MW (tính đến 2011) [29] và tỉnh An Huy với 23 nhà máy điện sinh khối từ rơm rạ - công suất lắp đặt 660 MW (tính đến 2016) [28]

Tại Việt Nam, phát triển điện sinh khối đã nhận được nhiều sự quan tâm, đầu tư của các cơ quan nhà nước và các tổ chức tư nhân trong những năm gần đây Luật Điện lực năm 2004, sửa đổi bổ sung năm 2012 đã có những quy định nhằm đẩy mạnh khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng thay thế, cũng như tạo điều kiện cho các thành phần kinh tế khác nhau phát triển, sử dụng các dạng năng lượng tái tạo trong hoạt động sản xuất điện Các chiến lược phát triển năng lượng quốc gia có tầm nhìn đến năm

2050 [11] đều nhấn mạnh việc ưu tiên phát triển năng lượng mới, năng lượng tái tạo, tăng công suất cấp điện từ năng lượng sinh khối nhằm giảm phụ thuộc vào nguồn điện

từ nhiên liệu hóa thạch, giảm lượng phát thải Cacbon và tạo thêm việc làm mới cho người nông dân khi họ tham gia vào chuỗi cung cấp nhiên liệu sinh khối Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam, sinh khối chủ yếu mới được sử dụng cho công nghệ đồng phát nhiệt - điện tại các nhà máy đường, nhà máy giấy và bột giấy, với nguồn nguyên liệu chính được sử dụng là bã mía sau quá trình ép mía (tại các nhà máy mía đường) và phế thải gỗ (tại các nhà máy giấy và bột giấy) Rơm rạ từng được sử dụng làm chất đốt ở các hộ gia đình tại nông thôn Tuy nhiên, cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, mức sống của người dân ngày càng được cải thiện nên tỷ lệ sử dụng rơm rạ làm nhiên liệu cũng giảm mạnh Lượng rơm rạ được sử dụng làm nhiên liệu đã giảm gần một nửa từ năm 2005 - 2010, từ 7,8 triệu tấn (2005) xuống c n 4 triệu tấn (2010), và chỉ c n 764,9 nghìn tấn vào năm 2016, chiếm 3% tổng lượng rơm rạ [11] Thay vào đó, rơm rạ thường được đốt trực tiếp tại cánh đồng hoặc được sử dụng vào các mục đích phi năng lượng khác như: trồng nấm, làm thức ăn gia súc, lót trái cây trong quá trình vận chuyển

Như vậy có thể thấy, tiềm năng sản xuất điện sinh khối từ rơm rạ tại Việt Nam

là rất lớn nhưng chưa được khai thác đúng mức, chưa tận dụng được nguồn nhiên liệu rơm rạ dư thừa sẵn có Việt Nam chưa có các nghiên cứu cụ thể về tiềm năng sản xuất điện từ rơm rạ và đánh giá chi phí, lợi ích của nó trong bối cảnh, điều kiện thực tế tại Việt Nam Đề tài này được thực hiện nhằm nghiên cứu các vấn đề trên, từ đó đưa ra

những nhận xét về tính khả thi trong việc sử dụng rơm rạ để sản xuất điện năng tại Việt Nam dựa trên phân tích chi phí-lợi ích về kinh tế và môi trường, làm cơ sở tham khảo cho các quyết định và phục vụ cho các nghiên cứu khác trong tương lai

1.6 Tổng quan về phương pháp lượng hóa giá trị môi trường

1.6.1 Giá trị Chi phí xã hội của Cacbon (SCC)

Giá trị Chi phí xã hội của Cacbon (Social Cost of Carbon, SC-CO2 hay SCC) được đề xuất và sử dụng rộng rãi bởi chính phủ các liên bang Hoa Kỳ trong việc tính toán lợi ích-chi phí trước khi đưa ra các quyết định có liên quan đến hoạt động phát thải CO2 SC-CO2 là một thước đo được tính bằng đồng Đô la Mỹ cho các tác động lâu dài gây ra cho xã hội bởi 1 tấn CO2 phát thải trong vòng một năm SC-CO2 có nghĩa là một ước tính toàn diện về thiệt hại do biến đổi khí hậu và bao gồm những thay đổi về năng suất nông nghiệp thuần, sức khỏe con người, thiệt hại về tài sản do nguy cơ lũ lụt gia tăng và những thay đổi trong chi phí hệ thống năng lượng, chẳng hạn như giảm chi phí sưởi ấm và tăng chi phí cho máy lạnh Tuy nhiên, với những hạn chế về mô hình

và dữ liệu hiện tại, nó không bao gồm tất cả các thiệt hại quan trọng Báo cáo Đánh giá lần thứ 5 của IPCC nhận thấy rằng ước tính SC-CO2 bỏ qua các tác động khác nhau có thể làm tăng thiệt hại Các mô hình được sử dụng để phát triển các ước tính SC-CO2, được gọi là mô hình đánh giá tích hợp, hiện không bao gồm tất cả các tác động vật lý, sinh thái và kinh tế quan trọng của biến đổi khí hậu được ghi nhận trong tài liệu về biến đổi khí hậu vì thiếu thông tin chính xác về bản chất về thiệt hại và bởi vì khoa học được kết hợp vào các mô hình này đương nhiên đi sau nghiên cứu gần đây nhất Tuy nhiên, các ước tính hiện tại về SC-CO2 là một thước đo hữu ích để đánh giá tác động khí hậu của sự thay đổi phát thải CO2

Kế thừa các nghiên cứu về SCC, năm 2011, Marten và Newbold cũng đã phát triển và giới thiệu 2 thước đo tương đương tính cho khí CH4 và N2O [16] Các giá trị này được phát triển và thay thế vào năm 2016 bởi Tổ chức Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) [14] Cả phương pháp luận để đánh giá thiệt hại do phát thải CH4 và N2O cũng như việc áp dụng các ước tính SC-CH4 và SC-N2O để phân tích chi phí-lợi ích theo quy định đều phải qua đánh giá đồng nghiệp độc lập nghiêm ngặt và lấy ý kiến cộng đồng Ngoài ra, các ước tính về chi phí xã hội của những khí nhà kính này tăng lên theo thời gian vì lượng khí thải trong tương lai dự kiến sẽ gây ra thiệt hại gia tăng lớn hơn khi các hệ thống vật lý và kinh tế trở nên căng thẳng hơn để đáp ứng với sự thay đổi khí hậu lớn hơn và do GDP đang tăng lên theo thời gian và nhiều hạng mục thiệt hại được mô hình hóa theo tỷ lệ thuận với tổng GDP

29

Trong luận văn, học viên sử dụng giá trị SC-CO2, SC-CH4 và SC-N2O được tính toán năm 2016 để lượng hóa giá trị kinh tế của việc giảm thiểu phát thải CO2, CH4

và N2O Giả định rằng nhà máy bắt đầu xây dựng từ năm 2020, vận hành từ năm 2022

và kết thúc dự án vào năm 2042 Trong v ng 20 năm v ng đời dự án, giá trị SCC thay đổi tịnh tiến vào các năm cụ thể là 2025, 2030, 2035 và 2040 (do khả năng của khí hậu phản ứng lại các tác động do khí nhà kính gây ra đối với thay đổi theo thời gian), tỷ lệ chiết khấu 3% về thời điểm hiện đại Giá trị SCC cụ thể được trình bày ở bảng 2.2 sau:

Bảng 2.6: Giá trị chi phí xã hội của sự phát thải CO2, CH4 và N2O

Nguồn: Tổ chức Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (2017) [14]

1.6.2 Giá trị thống kê vòng đời (VSL)

Giá trị thống kê v ng đời (Value of a Stastictical Life) là tỷ lệ cân bằng cục bộ giữa rủi ro tử vong và tiền tệ Khi các giá trị đánh đổi bắt nguồn từ các lựa chọn trong bối cảnh thị trường, VSL đóng vai tr như một thước đo mức độ sẵn sàng chi trả của người dân để giảm thiểu rủi ro và chi phí cận biên của việc tăng cường an toàn Với vai trò kinh tế cơ bản của nó, các nhà phân tích chính sách đã sử dụng VSL như một thước đo kinh tế đúng đắn về lợi ích mà các cá nhân nhận được từ những cải tiến đối với sức khỏe và sự an toàn của họ Do sự nổi bật của việc giảm thiểu rủi ro tử vong là

lý do biện minh cho các chính sách của chính phủ, VSL là một thành phần quan trọng của các phân tích lợi ích-chi phí, một phần của quy trình quản lý ở Hoa Kỳ và các quốc gia khác VSL về cơ bản cũng liên quan đến các khái niệm về giá trị của năm tuổi thọ thống kê và giá trị của thương tật thống kê, cũng được sử dụng trong các tài

2

Giá trị quy đổi về thời điểm hiện tại là 1 $ 2007 = 1,25 $ 2020 Nguồn quy đổi:

https://www.in2013dollars.com/us/inflation/2007?amount=1 Thời gian truy cập: 08/10/2020

liệu kinh tế học về sức khỏe và lao động Do đó, các loại phương pháp định giá tương

tự có thể được sử dụng để kiếm tiền từ các thương tật không gây tử vong và các rủi ro

tử vong gây ra những ảnh hưởng rất nhỏ đến tuổi thọ

Lợi ích về sức khỏe và nông nghiệp từ việc giảm phát thải khí nhà kính được tính riêng cho khí CH4 Một nghiên cứu năm 2012 [21] đã thực hiện các mô hình tính toán và sử dụng giá trị thống kê v ng đời để cho ra kết quả rằng, nếu thực hiện liên tục các biện pháp cắt giảm khí CH4, đến năm 2030 và các năm trở về sau, lượng CH4 phát thải mỗi năm giảm 1 tấn metric3 sẽ tương đương với việc giảm thiểu được thiệt hại 29 USD đối với mùa màng và 1.080 USD đối với sức khỏe (chưa tính chiết khấu) trên quy mô toàn cầu Khi áp dụng chiết khấu 5%, các giá trị này đạt lần lượt 18 USD và

31

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Nguồn rơm rạ: Khả năng sản xuất điện từ rơm rạ, mục đích sử dụng rơm rạ và tiềm năng sản xuất điện từ rơm rạ tại Việt Nam

- Mô hình (mẫu) vận hành của một nhà máy điện sinh khối có công suất 10MW

để ước lượng các chi phí bắt buộc và các lợi ích có thể thu được Nhà máy sử dụng

công nghệ l đốt hơi kèm tuabin hơi nước

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu:

- Phạm vi không gian: Toàn bộ lãnh thổ Việt Nam

- Phạm vi thời gian:

+ Sản lượng lúa gạo và tổng lượng rơm rạ thải bỏ trong năm 2019;

+ Thời gian tính toán giá trị kinh tế và môi trường mở rộng của nhà máy điện giả định: giai đoạn 2020-2042

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Nội dung 1: Đánh giá tiềm năng sản xuất điện từ nguồn rơm rạ trên lãnh thổ Việt Nam

- Nội dung 2: Phân tích chi phí - lợi ích mở rộng về kinh tế - môi trường của việc sản xuất điện năng từ nguồn rơm rạ

- Nội dung 3: Xác định những yếu tố thuận lợi, khó khăn, các rào cản đối với việc phát triển điện sinh khối từ nguồn rơm rạ và đề xuất ra các giải pháp khắc phục

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thu thập, xử lý và tổng hợp tài liệu

Tại Việt Nam, việc sản xuất điện từ nguồn rơm rạ dư thừa chưa được quan tâm, nghiên cứu, đặc biệt là các nghiên cứu chuyên sâu về hiệu quả kinh tế và môi trường của hoạt động này Vì vậy học viên đã thu thập, tổng hợp các công trình nghiên cứu nước ngoài được đăng trên các tạp chí khoa học uy tín làm cơ sở tổng quan về tiềm năng sản xuất điện năng từ rơm rạ và tình hình ứng dụng thực tế tại các quốc gia khác

trên thế giới Ngoài ra, các tài liệu này cũng được sử dụng làm nguồn tham khảo trong việc xây dựng phương pháp, công thức tính toán nhằm lượng hóa giá trị về kinh tế và môi trường của quá trình sản xuất điện từ nguồn rơm rạ

Đối với các số liệu thực tế liên quan đến sản lượng lúa giai đoạn 2015-2019 và các nội dung khác liên quan đến sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam, học viên thu thập

và tổng hợp chủ yếu từ Niêm giám Thống kê 2019

2.3.2 Phương pháp phân tích chi phí- lợi ích mở rộng

2.3.2.1 Phương pháp ước tính lượng rơm rạ tiềm năng để sản xuất điện

Để xác định lượng rơm rạ được thải ra hàng năm sau khi thu hoạch lúa, học viên sử dụng tỷ lệ rơm trên hạt SGR (Straw to Grain Ratio) Tỷ lệ SGR=1,19 [25] được áp dụng và tính trên sản lượng lúa Việt Nam năm 2019 Để tính toán khối lượng nguyên liệu rơm rạ đầu vào, giả định rằng: Tại khu vực nông thôn, 50% lượng rơm rạ được thải ra là nguồn rơm rạ dư thừa, được xác định là lượng sinh khối có sẵn có thể

sử dụng để sản xuất điện, độ ẩm của rơm rạ là 12%, 10% rơm rạ bị thất thoát trong quá trình thu gom và lưu trữ Công sinh điện tiềm năng từ rơm rạ được tính theo công thức (1) sau:

P =

(1) Trong đó:

P: Công suất sinh điện (kW);

LHV: Giá trị nhiệt lượng thấp, giá trị 14 MJ/ kg [25];

Hiệu suất chuyển đổi từ rơm rạ sang năng lượng: 25% [25];

Khối lượng nguyên liệu: khối lượng rơm khô (kg);

Thời gian vận hành: 8000 giờ/năm

2.3.2.2 Phương pháp lượng hóa các chi phí- lợi nhuận về kinh tế:

Theo Quy định tại Thông tư 03/2016/BXD ngày 10 tháng 3 năm 2016 quy định

về phân cấp công trình xây dựng và hướng dẫn áp dụng trong quản lý hoạt động đầu tư xây dựng, các công trình điện sinh khối cấp được chia thành 3 cấp dựa trên tổng công suất: Các công trình cấp III, II, I có công suất tương ứng <10MW, 10-30 MW, >30

MW [Thêm TLTK Thông tư 03/2016/BXD] Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu, tác giả lựa chọn nhà máy có tổng công suất 10MW để ước tính các chi phí-lợi ích về kinh

tế và môi trường phát sinh từ hoạt động của nhà máy Đây là mức công suất sản xuất

33

điện phù hợp để các đơn vị đầu tư có thể xây dựng, vận hành và quản lý Nhà máy sử dụng công nghệ đốt bằng l hơi để sản xuất điện Đây là công nghệ tiên tiến và đã được chứng minh phù hợp với nhiều loại nguyên liệu sản xuất khác nhau, cũng như phù hợp với chi phí đầu tư thấp [35] Từ đó, các chi phí đầu tư của nhà máy sẽ được lượng hóa dựa trên thông tin về công nghệ này

a) Phương pháp lượng hóa chi phí và lợi ích về kinh tế

*Chi phí

Các chi phí để xây dựng và vận hành một nhà máy sản xuất điện năng từ rơm rạ bao gồm: chi phí vốn, chi phí vận hành và chi phí trả lãi suất hàng năm Cụ thể:

- Chi phí vốn đầu tư (TCC):

Vốn đầu tư ban đầu được xác định dựa trên kích thước và loại công nghệ ứng với từng công suất nhà máy khác nhau Các chi phí mua trang thiết bị và chi phí đầu tư khác của một nhà máy có công suất MWe được tính theo bảng 2.1, tham khảo kết quả nghiên cứu của Mitra Kami Delivand [35] và được áp dụng cho công suất 10 MWe của nhà máy giả định:

Bảng 2.1: Chi phí đầu tư của nhà máy điện sinh khối sử dụng công nghệ l đốt hơi

Danh mục chi phí Giá thành (10 6 USD)

Trang thiết bị (A)

Tua-bin hơi với thiết bị ngưng tụ và máy

Thiết bị dân dụng 0,3455 x (MWe)0,7456

Chi phí khác (B)

Chi phí hướng dẫn và giám sát 0,3054 x (MWe)0,5199

Chi phí kỹ thuật (chi phí gián tiếp) 0,1489 x (MWe)0,4616

Tổng chi phí đầu tƣ A+ B

Nguồn: Mitra Kami Delivand (2011) [35]

- Chi phí vận hành (TOC):

+ Chi phí nguyên liệu:

Chi phí rơm rạ đóng vai tr quan trọng trong việc xác định chi phí điện năng Trước khi được sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất điện, rơm rạ cần được xử lý và nghiền nhỏ để giảm chi phí vận chuyển Giá nhiên liệu tại nhà máy là tổng chi phí thu gom, xử lý và vận chuyển Nhìn chung, chi phí rơm rạ phụ thuộc vào các điều kiện tại địa phương như số mùa vụ, thời gian thu hoạch, điều kiện địa lý, hình thức vận chuyển

và có giá thành dao động từ 20 - 50 USD/tấn rơm khô tùy thuộc vào quy mô và quãng đường vận chuyển [35, 40, 44]

Một nghiên cứu khác chỉ ra chi phí rơm rạ (đã bao gồm phí vận chuyển) dao động từ 26 - 44 USD/tấn rơm khô [19, 36] đối với quy mô nhà máy sản xuất dầu ethanol có công suất từ 15 - 250 ML/năm 1 tấn rơm khô có khả năng sản xuất ra 241,7

L ethanol [36] hoặc 96,25 W điện (theo công thức 1) Do đó, nhu cầu sử dụng nhiên liệu của một nhà máy điện sẽ cao gấp 2,5 lần nhu cầu của một nhà máy sản xuất ethanol có công suất tương đương Vì thế, chi phí rơm rạ được sử dụng trong nghiên cứu này (đã bao gồm phí vận chuyển) được xác định là chi phí nhiên liệu của một nhà máy ethanol 25 ML, tương đương với mức giá 27 USD/tấn rơm khô

35

+ Chi phí nhân công:

Dựa trên các nghiên cứu trước đây [17, 23, 35] cho thấy, tổng số lao động trung bình của một nhà máy tương quan với công suất sản xuất, số ca luân chuyển và thường dao động từ 12 - 36 nhân công Các nghiên cứu này chỉ ra rằng, một nhà máy điện thường có 3 ca làm việc chính cùng với 1-2 ca dự phòng, số lao động đứng máy cần thiết cho mỗi ca là 3 người Tổng số lao động (bao gồm cả lao động trong dây chuyền sản xuất, quản lý, giám đốc, cố vấn, kỹ sư, v.v.) và chi phí nhân công được xác định thông qua công thức (2) và (3) sau:

Số nhân công = 13,761 x (MWe)0,4328 (2)

Chi phí nhân công = Số nhân công x mức lương trung bình (3)

Trong đó MWe = 10 MW, mức lương trung bình cho một lao động được giả định là 20.000 EU/ người*năm5 Khi so sánh với các dữ liệu tham khảo, lần lượt là 27.000 và 26.000 EU/người/năm [23],[17], giá trị này tuy thấp hơn nhưng không quá chênh lệch

so với các nghiên cứu trước đó

+ Chi phí duy trì và sửa chữa:

Một cách tổng quát, chi phí bảo dưỡng của một nhà máy đốt thường chiếm 2 - 3% [23] tổng chi phí vốn đầu tư Trong khuôn khổ luận văn, giá trị 2,5% chi phí vốn ban đầu được sử dụng để ước tính chi phí bảo trì hàng năm của nhà máy, tương tự [34,

40, 44]

+ Chi phí thất thoát:

Các nghiên cứu trước đó giả định rằng 8 - 10% [17, 23, 35] lượng điện tạo ra được sử dụng để vận hành các thiết bị phụ trợ của nhà máy Đây được xem là thất thoát của nhà máy do sản lượng điện tạo ra thấp hơn so với sản lượng ước tính từ công suất sản xuất Chi phí thất thoát được xác định bằng giá bán điện của 10% tổng lượng điện sản xuất được

+ Chi phí dự phòng:

Trong các hệ thống điện sinh khối, chi phí vận hành thường bao gồm cả các chi phí ngoài dự tính, đặc biệt là các chi phí liên quan đến giá nhiên liệu và các chi phí không lường trước được Vì thế, 10% tổng chi phí vận hành [35] (không bao gồm phí nhiên liệu và phí lãi suất hàng năm) được giả định là chi phí dự phòng hàng năm của nhà máy

5

1 Euro = 1,08 USD Nguồn tham khảo:

https://portal.vietcombank.com.vn/Personal/TG/Pages/ty-gia.aspx?devicechannel=default Thời gian cập nhật: tháng 5/2020

+ Chi phí trả lãi suất hàng năm:

Do chi phí đầu tư ban đầu lớn, giả thiết rằng 70% tổng vốn đầu tư của nhà máy được vay từ ngân hàng, thời hạn 9 năm (thời gian trả gốc 7 năm, thời gian ân hạn 2 năm) với mức lãi suất 9,6% Lãi ngân hàng mà nhà máy phải trả hàng năm được tính

cụ thể từng năm trong thời hạn 9 năm dựa theo phân bổ nguồn vay Giả định phân bổ nguồn vay và chi tiết mức lãi hàng năm mà nhà máy phải trả được thể hiện ở phần Phụ lục 3

* Lợi ích - giá bán điện:

Khoản 2, điều 14, Quyết định số 08/2020/QĐ-TTg ngày 5/3/2020 v/v sửa đổi,

bổ sung một số điều của Quyết định số 24/2014/QĐ-TTg ngày 24 tháng 3 năm 2014 của Thủ tướng Chính phủ về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện sinh khối tại Việt Nam quy định: Biểu giá mua điện tại điểm giao nhận là 0,0847 USD/kWh đối với các

dự án không phải dự án đồng phát nhiệt-điện, giá trên chưa bao gồm thuế, tỷ giá quy đổi sang Việt Nam đồng được điều chỉnh theo biến động đồng đô la Mỹ

b) Phương pháp đánh giá chi phí – lợi ích về kinh tế

Để đánh giá mức độ khả thi về kinh tế của việc sản xuất điện từ rơm rạ, các chỉ

số đánh giá được áp dụng bao gồm: Giá trị hiện tại ròng (Net Present Value - NPV), tỷ

lệ hoàn vốn nội bộ (Internal Rate Return - IRR) và thời gian hoàn vốn (Payback Period

- PB)

- Giá trị hiện tại ròng: NPV được sử dụng để đánh giá tính khả thi về kinh tế của nhà máy sản điện từ rơm rạ trong suốt v ng đời dự án NPV là tổng giá trị vốn và tất cả các dòng tiền trong tương lai được chiết khấu về thời điểm hiện tại với tỷ lệ chiết khấu được xác định là 10% tại Việt Nam Nếu NPV> 0, dự án có tính khả thi về mặt kinh tế và ngược lại, nếu NPV < 0, dự án không đem lại lợi nhuận Lợi nhuận ròng và dòng tiền hàng năm của dự án được tính thông qua các phương trình [35] sau:

G = S - TOC - Chi phí lãi suất hàng năm (4)

N = G*(1-T) (5)

Ct = N + D (6) Trong đó:

- Ct là dòng tiền của dự án tại năm thứ t (USD);

- G là tổng lợi nhuận trước thuế (USD);

- N là lợi nhuận sau thuế (USD);

37

- S là nguồn thu từ việc bán điện (USD);

- T là các chi phí liên quan đến thuế (USD);

- D là chi phí khấu hao vốn (USD);

Giả định rằng thời gian khấu hao là 15 năm, tài sản cố định chiếm 95% giá trị nhà máy và được khấu hao đều qua từng năm, phần giá trị còn lại sẽ được thu hồi vào năm cuối cùng của dự án Theo quy định của Bộ Tài chính Việt Nam [3], thuế thu nhập doanh nghiệp trong 4 năm đầu là 0%, 5% cho 9 năm tiếp theo, 10% cho 2 năm tiếp theo đó và 20% cho các năm c n lại

Sau đó, NPV được xác định bằng công thức [35]:

NPV= ∑

- TCC (7) Trong đó: r là tỷ lệ chiết khấu 10%, n là tuổi thọ của nhà máy (20 năm) cộng với 2 năm xây dựng, TCC là tổng giá trị của vốn đầu tư ban đầu

- Tỷ lệ hoàn vốn nội bộ (IRR): Là tỷ suất chiết khấu khiến dòng tiền NPV = 0, tức là tại giá trị IRR, dự án sẽ hòa vốn Nếu chi phí vốn ban đầu bé hơn IRR tức là dự

án sinh lời, nếu chi phí vốn ban đầu lớn hơn IRR, dự án không đem lại hiệu quả về kinh tế IRR là một tham số quan trọng trong việc đánh giá tính khả thi về tài chính của dự án, vì nó giúp xác định xem liệu dự án có vượt quá mức lợi nhuận tối thiểu có thể chấp nhận được hay không Trong luận văn này, tỷ lệ IRR = 11% [35, 44] được lựa chọn làm mức lợi nhuận tối thiểu cần đạt được để dự án khả thi về mặt kinh tế

- Thời gian hoàn vốn (PB): Là thời gian cần thiết để hoàn lại chi phí đầu tư Giá trị này thường được sử dụng để đánh giá mức độ hấp dẫn của một dự án kinh tế

Các giá trị NPV và IRR của dự án sẽ được tính toán và xử lý số liệu trong phần mềm Microsoft Excel 2013

2.3.2.3 Lượng hóa các chi phí- lợi nhuận về môi trường

Các chi phí và lợi ích môi trường của việc sản xuất điện năng từ rơm rạ được tính toán trên lượng phát thải của các khí nhà kính là CO2, CH4 và N2O đối với các khía cạnh bao gồm: khí hậu, sức khỏe và nông nghiệp

a) Lợi ích môi trường của việc sản xuất điện từ rơm rạ

Lợi ích về khí hậu của việc giảm thiểu phát thải khí nhà kính được tính bằng chi phí xã hội của Cacbon (SCC) và chi phí thông kê v ng đời đã được trình bày ở phần 1.6 Do dự án kéo dài 20 năm, giá trị của tiền tệ và khả năng phản ứng lại của khí hậu