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 phí-lợi ích về kinh tế-môi trường trong việc sản xuất điện từ rơm rạ trên đồng ruộng tại Việt Nam” nhằm mục đích

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:

PGS.TS Hoàng Anh Lê

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập, theo đuổi chương trình đào tạo thạc sĩ chuyênngành Khoa học Môi trường, tôi đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của cácthầy, 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 lànguồn động lực to lớn để tôi kiên trì theo đuổi hết chương trình học và giữ vững tìnhyêu với môi trường Với tình cảm chân thành, tôi bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban giámhiệu, phòng Sau Đại học, Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên- Đạihọc Quốc gia Hà Nội, các thầy giáo, cô giáo đã tham gia quản lý, giảng dạy và giúp đỡtôi 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 tàinghiên cứu vô cùng mới mẻ tại Việt Nam này Tôi cũng xin chân thành cảm ơn giađình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, cổ vũ, khích lệ và giúp đỡ tôi trong suốt thờigian 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 địnhmức 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, thuthập tài liệu, sử dụng một phần số liệu và các thông tin hữu ích để hoàn thành bảnLuận văn tốt nghiệp này

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

Hà Nội, ngày 22 tháng 1 năm 2021

Tác giả luận văn

Đỗ Hà Thu

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

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

1.2Tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam 8

1.3Tình 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

1.4Tổng 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 1.6Tổng 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

2.1Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 31

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu: 31

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu: 31

2.2Nội dung nghiên cứu 31

2.3.Phương pháp nghiên cứu 31

4

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

3.1Tiềm 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

3.2Đánh 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

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

3.4Đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao khả năng thực thi trong việc sản xuất điện rơmtừ 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

5

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 metanNPV (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-bonSGR (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 xem là nguồn phụ phẩm dư thừa và thường bị đốt bỏ Năm 2014, 13 triệu tấn rơm tương đương với 60% tổng lượng rơm rạ tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long đã bị đốttại đồng Tại Cần Thơ và Tiền Giang, tỷ lệ này đạt 87% Nếu nguồn tài nguyên nàyđược 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 ViệtNam 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 điệnvào năm 2030 Để đạt được mục tiêu này, việc đa dạng hóa các nguồn điện và đẩymạnh đóng góp từ nguồn điện sinh khối và năng lượng tái tạo là một việc vô cùng cầnthiết Chính phủ đã đề ra mục tiêu tăng tỷ lệ điện sản xuất từ nguồn sinh khối trongtổng sản lượng điện sản xuất từ khoảng 1% (2015) lên 3% (2020), 6,3% (2030) và đạt8,1% 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 xuấtđiện 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 cứuđến 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

phí-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

rơm để sản xuất điện sinh khối tại Việt Nam, đặc biệt dựa trên góc độ môi trường Kếtquả nghiên cứu sẽ chỉ ra tiềm năng sử dụng rơm tại Việt Nam, chi phí và lợi ích ướctính 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 sảnxuất điện từ rơm, phục vụ cho quá trình ra quyết định và là nguồn tài liệu tham khảocho các nghiên cứu chuyên sâu sau này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU1.1 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 thâncây khô của các loại cây lương thực (ví dụ như lúa nước, lúa mạch, lúa mì) sau khi đãthu hoạch hoặc từ các loại cỏ, cây họ đậu, cây thân thảo khác đã được cắt Rơm rạ từcây lúa bao gồm vỏ trấu, phiến lá, thân lúa, mắt và rễ rơm [25] Sau khi cây trồng đượcthu hoạch, phần rơm rạ c n lại trên cánh đồng có thể được xử lý bằng các hình thứckhác 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 đờisống 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 vàogiống lúa, độ cao thân cây khi gặt lúa và độ ẩm trong khi thu hoạch [24] Năng suấttổng sinh khối rơm dao động từ 7,5 đến 8,0 tấn/ha, trong đó lượng rơm rạ bị loại bỏdao động từ 2,7 đến 8 tấn/ha, tương ứng với phần cắt nằm trong khoảng từ 50% đến100% tổng sinh khối rơm [15] Ước tính, tổng sinh khối rơm rạ hàng năm trên toàn thếgiới 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 chínhlà: lignin (12%), cellulose (38%) và hemi-cellulose (25%) [50], được thể hiện cụ thể ởhình 1.1 Cellulose và hemi-cellulose là nguồn chất xơ hữu cơ, lignin là thành tế bàothực vật Các thành phần hóa học này giúp xác định giá trị dinh dưỡng của rơm rạ vàkhiến chúng có khả năng trở thành nhiên liệu sinh nhiệt năng Do được cấu tạo từ cácnguồn xơ hữu cơ, rơm rạ rất giàu chất hữu cơ (80%) và Carbon hữu cơ có khả năng

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 thểthay 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 nănglượng sinh học, đặc điểm về mật độ khối lượng rơm có thể ảnh hưởng đến quá trìnhđốt vì nó tác động đến thời gian cần thiết trong l phản ứng [51] Những tính chất nàygiúp 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 quátrình ủ phân [25] Các đặc điểm cụ thể vể vật lý, sinh lý và hóa lý của rơm rạ đượctrình 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 sảnchiếm tỷ trọng trung bình 17,35% [2] tổng sản phẩm trong nước, phần lớn dân số vàlực 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 tạikhu 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 laođộng từ 15 tuổi trở lên là 54,7 triệu người, trong đó 18,8 triệu người đang làm việc

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 lúađạt 7.470,1 nghìn ha, tiếp tục có xu hướng giảm so với năm 2018 do thay đổi cơ cấucây trồng và ảnh hưởng của thời tiết Sản lượng lúa đạt 43,4 triệu tấn, giảm 597,8nghìn tấn so với năm 2018 [2]

Việt Nam có hai khu vực tập trung canh tác lúa lớn là khu vực đồng bằng sôngHồng (ĐBSH) và khu vực đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) Đồng bằng sôngHồng 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, thíchhợp cho việc nuôi trồng và canh tác nông nghiệp Diện tích canh tác lúa và sản lượnglúa cả năm tại khu vực đồng bằng sông Hồng thường đạt khoảng 1.000 ha và 6,4 triệutấn, chiếm lần lượt 13% và 15% cả nước, chỉ đứng sau đồng bằng sông Cửu Long vớidiện 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 tíchlúa cả năm lớn nhất khu vực đồng bằng sông Hồng Mặc dù là thành phố có diện tíchcanh 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, theosau là Nam Định (146,9 ha), Thái Bình (155,2 ha) và Hải Dương (114,9 ha) [2] Về sảnlượng, 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 TháiBình trở thành khu vực có sản lượng lúa cả năm cao nhất ĐBSH năm 2019, đạt 1,02triệu tấn Nam Định đứng thứ 3 về sản lượng lúa cả năm với 0,88 triệu tấn, theo sau làHải Dương với 0,68 triệu tấn Các tỉnh thành c n lại có năng suất chỉ đạt từ 0,3- 0,45triệu tấn [2]

Đồng bằng sông Cửu Long bao gồm 1 thành phố trực thuộc trung ương và 12tỉnh, được gọi là “vựa lúa” của cả nước vì tập trung trên 50% diện tích canh tác và sảnlượng 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 toànvùng chiếm tới 90% sản lượng Kiên Giang và An Giang là hai thành phố có sản lượnglúa 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 khuvực có sản lượng lúa thấp nhất trong khu vực, đạt thấp hơn 0,6 triệu tấn/ năm Các tỉnhthành 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 vớigiai 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 xuấtkhẩu gạo lớn thứ 3 trên thế giới, năm 2019, Việt Nam đã xuất khẩu sơ bộ 5.868.409tấn [2].

Theo cập nhật đến quý I năm 2020 [10], Việt Nam ghi nhận giá gạo tăng ở mứccao nhất trong gần 16 tháng qua Gạo tấm 5% của Việt Nam có giá 410 USD/tấn, thấphơn 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 xuhướng tăng trong tháng 3 và tháng 4 năm 2020, bất chấp đại dịch COVID-19 đangdiễn biến phức tạp và nguy hiểm không chỉ tại Việt Nam mà trên toàn thế giới Giá gạoxuất khẩu cũng tăng 6,3% so với cùng kỳ năm 2019, đạt 461,9 USD/tấn Thị trườngnhập 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 vàMalaysia 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 nănglượng được thải ra môi trường là rơm, rạ và trấu Trong khi trấu đã được ứng dụng đểsản xuất năng lượng ở nhiều quốc gia, rơm - rạ vẫn ít được xem là một nguồn nhiênliệu tiềm năng và thường được đốt bỏ, một tỷ lệ nhỏ được sử dụng với nhiều mục đíchkhác nhau Nguyên nhiên chính của thực trạng này là do trấu dễ thu gom (từ các nhàmáy xay xát) và dễ thu mua, trong khi rơm rạ cần nhiều công sức thu gom và chỉ cósẵn vào mùa thu hoạch Ở các quốc gia phát triển như châu Âu và một số quốc giachâu Á như Thái Lan, Trung Quốc, rơm rạ được cuộn thành từng bó lớn, tạo điều kiệnthuận lợi cho việc thu gom, vận chuyển và lưu giữ Tại Việt Nam, điều này là khôngkhả thi vì chi phí đắt đỏ của máy móc, chỉ một số hộ gia đình- cơ sở thu mua rơm rạđầu tư trang thiết bị để phục vụ cho việc bán rơm rạ cho các hộ sản xuất, kinh doanhkhác 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 ấmchuồng và làm thức ăn cho gia súc như trâu, b Tuy nhiên, rơm rạ thô được xem làloại thức ăn chăn nuôi không hiệu quả do có giá trị dinh dưỡng không cao và yêucầu nhiều năng lượng cần thiết để tiêu hóa chúng [15, 25, 37, 49] Ngoài ra, quátrình phơi khô cũng làm giảm giá trị dinh dưỡng của rơm rạ nên trâu b khôngthích ăn Do đó, một số biện pháp kỹ thuật cần được thực hiện để làm tăng khảnăng tiêu hóa được của rơm

rạ và bổ sung nguồn dinh dưỡng có trong rơm Có nhiều phương pháp để chế biếnrơm thành thức ăn chăn nuôi gia súc bao gồm: phương pháp ủ rơm tươi, ủ rơm chovào 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 giátrị đạm và cải thiện khả năng tiêu hóa của các loại động vật nhai lại Một sốnghiên cứu cũng cho thấy khi bổ sung Ure với liều lượng 8,8 kg Ure/tấn rơm cóthể làm tăng lượng tiêu thụ rơm lên 30% và giá trị năng lượng tăng lên 20% so vớiban đầu [37] Với tính chất sẵn có và dư thừa sau mỗi vụ mùa, bất kể việc nghèonàn chất dinh dưỡng, rơm rạ vẫn là một thành phần có vai tr quan trọng trong hệthống 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 súccũng 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 dưỡngdịch 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 cácnhà sản xuất b thịt và sữa đang tìm kiếm nguồn thức ăn thô có chất lượng khôngđổi 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 dụngnguồn rơm rạ hiệu quả nhất vì phần rơm rạ có thể tận dụng sử dụng lại nhiều lần vàđem lại giá trị kinh tế cao cho người nuôi trồng Nấm là một loại thực phẩm giàu đạmthực vật, nhu cầu và sản lượng trồng nấm liên tục tăng trong những năm gần đây Môhình trồng nấm trong nhà bằng rơm, rạ đã được áp dụng phổ biến trên thế giới và tạiViệt Nam Rơm rạ được chất thành cụm, bổ sung dinh dưỡng (nước, ure, vôi), xếpthành 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 rơmmục có thể được tái sử dụng hoặc chế biến thành phân bón, nuôi gia cầm, gia súc vàtôm, cá

Việc sử dụng rơm, rạ để trồng nấm có kỹ thuật đơn giản, giá thành rẻ, giúp tăngthu 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 ônhiễm môi trường liên quan đến việc đốt rơm rạ, xem rơm rạ như một nguồn nguyênliệu 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 địaphương trên cả nước, có những nơi thành lập hợp tác xã/ câu lạc bộ trồng nấm, đem lạithu 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 dụngkhoảng 95 nghìn tấn phụ phẩm nông nghiệp để làm nguyên liệu trồng nấm, trong đóphụ phẩm từ lúa đạt 81,5 nghìn tấn, chiếm 86% Thạch Thất (30%) và Ba Vì (20%) làcác 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 vàođất bằng cách chôn vùi xuống đất để xảy ra quá trình tự phân hủy, nhằm mục đích trảlại các chất dinh dưỡng có trong rơm rạ cho đất Một số nghiên cứu cho thấy rằng, việckết hợp phân bón và rơm rạ chôn vùi trong đất có thể giúp lưu giữ một số chất dinhdưỡng như N, P, K và S cho cây lúa và tăng dự trữ dinh dưỡng cho đất [25] Rơm rạđược vùi trong đất ướt sẽ cố định tạm thời N và tăng lượng metan (CH4) được giữtrong đất [25] Ngược lại, nếu rơm rạ bị loại bỏ khỏi đồng ruộng sẽ dẫn đến hiện tượngsuy giảm và cạn kiệt K và Si trong đất, còn việc đốt rơm rạ sẽ dẫn đến việc mất hầuhết 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 mộtvấn đề cần được tính toán cẩn thận Một nghiên cứu được thực hiện năm 2017 [41] tạiPhilippine cùng hợp tác với Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) đã chỉ ra rằng, việc giữlại rơm rạ trên ruộng có thể phát thải ra từ 3.500 - 8.000 kg CO2 tương đương/ ha (tổnglượng CO2 tương đương từ CH4 và N2O) tùy thuộc vào tỷ lệ giữ lại của rơm rạ, tươngđương 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 tạiJiangsu (Trung Quốc) [29] cũng cho thấy việc giữ lại rơm rạ trong đất có thể làm tănglượng 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 bónchứa N (0,55 - 1,38 triệu tấn CO2 tương đương), giữ nhiều C trong đất hơn (0,98- 2,44triệu tấn CO2 tương đương), giảm thải ít N2O hơn (0,1 - 0,24 triệu tấn CO2 tươngđương) 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 lúangày càng được rút ngắn để tăng số vụ mùa trong một năm Do đó chôn vùi rơm trongđất ngày càng được ít thực hiện và thay bằng hoạt động đốt trực tiếp trên đồng

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 cấutrúc 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 vậttrong 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 chúngthường chứa các vi chất dinh dưỡng, enzyme và vi sinh vật không được tìm thấy trongcác 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: Thugom rơm rạ, thêm vào các loại chế phẩm sinh học (enzyme), phân tổng hợp NPK (bổsung chất dinh dưỡng), nước (tạo độ ẩm tối ưu); đồng nhất hóa hỗn hợp trên và ủ, thờigian ủ tùy thuộc vào các loại chất thêm vào và công nghệ ủ được áp dụng Sau khiđược 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 giúpcải 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 nhiênliệu đốt trong quá trình nấu ăn tại khu vực nông thôn Tuy nhiên, cùng với sự phát triểnkinh tế, chất lượng đời sống được tăng lên, người dân dần chuyển sang sử dụng cácloại nhiên liệu thương mại như gas, bếp điện, bếp từ thay vì sử dụng rơm rạ như trướckia Song song với đó, cùng với sự phát triển về khoa học - kỹ thuật, các giống lúangày càng được cải tiến, cho năng suất cao hơn trong khi thời gian sinh trưởng ngắnhơn Những điều này đã khiến cho khối lượng rơm rạ dư thừa trên các cánh đồng ngàycàng gia tăng, kéo theo việc đốt rơm rạ trực tiếp ngày càng phổ biến, bất chấp các tácđộng 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 thừanày, giúp kiểm soát cỏ dại và nhiều loại sâu bệnh khác nhau [39], những lợi ích nàykhông 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 sinhtrưởng, một lượng lớn chất dinh dưỡng của cây lúa nằm trong thân và lá lúa- phần sẽtrở thành rơm rạ sau khi gặt, điển hình là K và Si, đây cũng là hai chất dinh dưỡng cóhàm lượng cao nhất trong rơm rạ [47] Bảng 1.2 so sánh hàm lượng một số chất dinhdưỡng 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 môitrường 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 vàcác 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, 0,96triệu tấn NOx, 379 triệu tấn CO2, 23 triệu tấn CO và 0,68 triệu tấn CH4 [46] Chỉ tínhriêng tại Việt Nam, ước tính trong năm 2018, 0,58 triệu tấn SO2, 7,4 Gg NOx, 3,82triệu tấn CO2, 301 Gg CO, 31 Gg CH4 đã bị phát thải ra bầu khí quyển từ hoạt độngđốt 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 đốtrơm rạ được giới thiệu ở bảng 1.3:

Bảng 1.3: Hệ số phát thải của một số khí nhà kính từ đốt rơm

Chất ô nhiễm

Hệ số phát thải (g/kg)Phạm vi phát thải

(từ các nguồn tham khảo)

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] Nguyênnhân xuất phát từ cấu tạo hóa học của rơm rạ, chúng được cấu tạo chủ yếu từcellulose, hemi- cellulose, vật chất hữu cơ bám dính và các loại khoáng chất Khiđốt rơm rạ, các phản ứng xảy ra một cách phức tạp do quá trình nhiệt phân khônghoàn toàn, tạo thành các sản phẩm phụ độc hại [25] Ngoài ra, CO2, hơi nước, khóicũng chứa nhựa và hàng trăm chất khác như NH4, NO, hợp chất clo, hợp chất lưuhuỳnh, bao gồm cả kim loại nặng do tích lũy sinh học Thành phần của khói thậmchí c n phức tạp hơn nếu rơm rạ không bị phân hủy hoàn toàn Do đó, khói phátsinh từ hoạt động đốt rơm rạ không chỉ gây khó chịu mà c n ảnh hưởng xấu tới sứckhỏe người hít phải Khói có mùi cay, khét, khi hít phải sẽ gây ra cảm giác khóchịu trong cổ họng, gây buồn nôn, ngột ngạt, hắt hơi và ho CO là một loại khíđộc, 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, thanhquản, phế quản [5]

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

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 nguồnnhiên liệu chiếm tỷ trọng lớn nhất trong việc sản xuất lượng tại Việt Nam, chiếm lầnlượt 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 đónggóp theo nguồn của việc sản xuất năng lượng tại Việt Nam năm 2018:

0

Than Dầu thô Xăng, dầu vàcác chế

phẩm từ dầu

Khí thiên nhiên

Nhiên liệu sinh học Điện

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 nguồncung cấp năng lượng Vận tải chiếm 20% việc sử dụng năng lượng, đạt 12.445,3KTOE Dân dụng tiêu thụ 9650,4 KTOE, chiếm 16% tổng nguồn năng lượng Thươngmại-dịch vụ, Tiêu dùng phi năng lượng và Nông, lâm nghiệp và thủy sản chiếm tỷtrọng 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

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

Tổng năng lƣợng

Xăng, dầu và các sản phầm

từ dầu

Khí thiên

Công nghiệp và xây

Mặc dù có nguồn cung cấp năng lượng dồi dào (được thể hiện ở hình 1.3), sựtăng trưởng kinh tế mạnh mẽ có thể sẽ khiến Việt Nam trở thành một quốc gia nhậpkhẩu năng lượng trong thập kỷ tới do nhu cầu về năng lượng tăng cao Việt Nam làquốc gia đang phát triển có tốc độ phát triển kinh tế nhanh trong khu vực, tỷ lệ tăngtrưởng tổng sản phẩm quốc nội (GDP) đạt 6,3% trong giai đoạn 2011-2019 [2] Sựphát triển kinh tế nhanh chóng cùng với quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa- hiệnđại 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 Nhucầu về năng lượng đã tăng gấp 3 lần trong thế kỷ trước, và được dự đoán sẽ tiếp tụctăng thêm 3 lần trong thế kỷ tiếp theo nếu sự tăng trưởng về kinh tế vẫn duy trì ở mứchiện tại [31] Việt Nam được dự báo sẽ nhập khẩu 49% tổng nhu cầu năng lượng sơcấp thương mại vào năm 2025, trong đó than, dầu và khí gas chiếm tỷ lệ lần lượt là19%, 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 nóichung và năng lượng sinh khối nói riêng là một nguồn năng lượng tiềm năng cần đượctập trung đầu tư, phát triển nhiều hơn trong tương lai để đảm bảo đáp ứng nhu cầu vềnăng 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 chủyếu 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 canhtác, 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

22

NLSK sơ cấp Cháy Lò hơi / Tua bin

NLSK thứ cấp Động cơ đốt trong Điện năng hoặc Cơ năng

- 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 màkhông 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 gốctạo 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 lượngsạch, 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 nhiềucách 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 (dạngkhí, viên nén) rồi đốt trực tiếp trực tiếp

Đối với năng lượng điện hoặc cơ năng, các dạng năng lượng này có thể đượctạo thành từ nhiên liệu sinh khối bằng cách đốt nhiên liệu sơ cấp trong các lòhơi/tuabin hoặc đốt nhiên liệu thứ cấp [11] trong các động cơ đốt trong để cấp hơi chotuabin 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

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

Năm 2016, tổng sản lượng điện sinh khối đạt 504 TWh trên toàn cầu Mặc dùcác quốc gia đang phát triển tập trung phần lớn nguồn sinh khối tiềm năng, các quốcgia 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 tạođược đưa vào thực tiễn năm 2016, việc sản xuất và tiêu thụ điện từ sinh khối được tiếptục đẩy mạnh Đức là quốc gia sản xuất điện sinh khối lớn nhất tại châu Âu với côngsuất 7,6 GW và phát điện đạt 52 TWh [11] Tại châu Mỹ Latinh, Brazil là quốc gia tiêuthụ 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), phếphẩm 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 pháttriển, nhiên liệu sinh khối đóng một vai tr quan trọng trong việc sản xuất và tiêu thụnăng lượng tại các khu vực nông thôn Tuy nhiên, cùng với việc phát triển kinh tế-xãhội, các loại nhiên liệu khác rẻ và tiện lợi hơn nhanh chóng được sử dụng thay thếnhiên liệu sinh khối, có thể kể đến như than tổ ong, khí gas, điện Việc sử dụng nhiênliệu sinh khối ở Việt Nam cũng chỉ mới dừng lại ở quy mô nhỏ cá nhân, hộ gia đìnhhoặc được khai thác sử dụng cho các dự án nhà máy đồng phát nhiệt - điện và điện tạinhà 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 máyđường, 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 côngsuất lắp đặt nguồn điện từ bã mía tại các nhà máy này đạt 398,09 MW, tính đến tháng6/2017, 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

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 ánđiện sinh khối được ban hành, một số nhà máy đường đã xem xét mở rộng quy mô sảnxuất 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 điệnsinh khối An Khê với tổng công suất 110 MW Nhà máy đã chính thức đi vào hoạtđộng từ cuối năm 2017

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

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 sauquá 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 sửdụng 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 cấpnăng 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 gỗsau khi nấu Dịch đen được đốt để thu hồi hóa chất cho công đoạn nấu mảnh gỗ, trongquá trình đốt, nhiệt lượng được thu hồi để phục vụ cho sản xuất hơi Hai nhà máy giấyđang áp dụng các công đoạn này có thể kể đến như nhà máy giấy Bãi Bằng (tỉnh PhúThọ) 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 yếucủa 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 tạinông thôn giảm mạnh so với những năm trước đây Dạng sinh khối được sử dụngnhiều nhất là gỗ củi, vỏ lạc, thân/lõi ngô, v.v Lượng rơm rạ và trấu được sử dụng íthơn 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 côngnghiệp 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 côngnghiệp

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 loạicông 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 nguyênliệu sinh khối khác để đốt trực tiếp Đối với công nghệ này, nồi hơi đốt được sử dụngkết 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 đượcphun 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 nhiênliệu rắn được đốt cháy ở thể vẩn bằng nguồn cung cấp không khí bơm vào trong buồngđốt 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 Côngnghệ 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, xâydựng 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 nhiênliệu có chứa Cacbon được đốt nóng dưới điều kiện luồng không khí hạn chế để tạothành sản phẩm đầu ra là than củi Nhưng quy trình này giải phóng khí phát xạ có hạiđối với môi trường Khi rơm rạ trải qua quá trình cacbon hóa, sản phẩm tạo thành làthan và thường được gọi là than sinh khối Loại sản phẩm này có thể có tỷ lệ cacbonthấp hơn khi rơm rạ có hàm lượng tro cao (10-17%) Khi đó than sinh khối có thể sửdụng bằng cách trộn lẫn vào trong đất và đóng vai tr như một chất điều hòa của đấtbằng 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 môitrường không có không khí ở nhiệt độ khoảng 500 oC Quy trình nhiệt phân chậm cóthể nâng cao sản lượng than, khi hàm lượng lignin cao, tỷ lệ thu hồi cacbon sẽ đượcnâng cao Về khía cạnh này, rơm rạ là một nguồn nhiên liệu tiềm năng do có hàmlượng lignin cao (22,3%) Quá trình nhiệt phân nhanh được tiến hành để nâng cao sảnxuất nhiên liệu lỏng (ví dụ như dầu sinh học) Các sản phẩm phụ của quá trình nhiệtphân (chất lỏng và khí) được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu về năng lượng của quy

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

d) Công nghệ khí hóa

Khí hóa là một phương pháp trong đó sinh khối rắn được chuyển hóa trực tiếpthành khí Quy trình này yêu cầu nhiệt độ cao (khoảng 700oC) với một lượng khôngkhí hoặc oxy có thể điều chỉnh được trong sản phẩm đầu ra hỗn hợp khí, được gọi làkhí tổng hợp Rơm rạ có thể được sử dụng trực tiếp cùng với các loại nguyên liệu sinhkhối khác trong trong một buồng khí hóa để sản xuất khí sinh học Khí sinh học này cóthể được sử dụng cho các động cơ đốt trong để sản xuất điện hoặc sử dụng cho các nhàmáy tổ hợp nhiệt điện để sản xuất điện cũng như nhiệt Tuy vậy, hiện nay công nghệnày mới chỉ được thử nghiệm đối với rơm từ cây lúa mì (có hàm lượng tro thấp), đốivới 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 sửdụng 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 thànhethanol Rơm rạ được thủy phân trước tiên bằng enzyme (đôi khi có thể áp dụng axithoặc bazơ); sau đó cho lên men để sản xuất ethanol Trong quá trình này, có thể đạtđến sản lượng ethanol từ 303 - 379 L/t rơm rạ Tro và silica là các sản phẩm phụ có giátrị 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 tếchỉ đạt 74%, nó có thể sản sinh ra 208 mL ethanol từ hàm lượng celluloze có chứatrong 1 kg rơm rạ Hiện nay, ứng dụng sản xuất ethanol từ rơm rạ đã được nhiều tổchức, 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 lẫnvới chất thải rắn đô thị, công nghiệp hay chất thải lỏng rồi được đưa vào các lphản ứng sinh học Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ dưới điều kiện kị khíđược tiến hành theo 3 giai đoạn: Quá trình thủy phân các các hợp chất có phân tửlượng lớn thành những hợp chất thích hợp làm nguồn năng lượng; quá trìnhchuyển 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 hợpchất đơn giản hơn, bao gồm CH4 và CO2 [4]. Khi được trộn với một loại nguyênliệu 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 trìnhsản xuất khí sinh học (biogas) Biogas có thể sử dụng trực tiếp cho các động cơ đốttrong để sản xuất điện và nhiệt Rơm rạ không nên được sử dụng một mình, do đây lànguồn 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 xuấtnăng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng trở thành một xu hướng toàncầu, kéo theo sự ra đời của nhiều công trình nghiên cứu, hướng nghiên về tiềm năngsản 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 TrungQuốc, Ấn Độ, nguồn năng lượng sinh khối từ rơm rạ bắt đầu được quan tâm và dần trởthành một nguồn nhiên liệu tiềm năng trong việc sản xuất điện Thái Lan là một quốcgia phụ thuộc mạnh vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, chiếm tới 80% tổng nguồn nănglượng cấp [18], vì thế sinh khối được kỳ vọng là một trong những nguồn nhiên liệuchính để có thể thay thế khí gas tự nhiên trong việc sản xuất năng lượng Do đó, chínhphủ 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 gópcủa nguồn năng lượng thay thế từ 6,4% lên 20,3% trước năm 2022 [18] Kế hoạchPhát triển Năng lượng Tái tạo và Năng lượng thay thế của nước này cũng đã đặt mụctiêu sản xuất thêm 4.800 MWe từ các nhà máy điện sinh khối trước năm 2021 [44] Làmột quốc gia xuất khẩu lúa gạo lớn trong khu vực, Thái Lan đang đẩy mạnh cácnghiên cứu về tiềm năng và tính khả thi của việc sản xuất năng lượng điện từ nguồnrơm rạ dư thừa dồi dào nhưng chưa được quản lý hiệu quả tại quốc gia này Mộtnghiên cứu của Cục Phát triển Năng lượng Thái Lan cho thấy 2,4 triệu tấn sinh khối từrơm 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 giátiềm năng và lợi ích kinh tế của các nhà máy điện siêu nhỏ từ rơm rạ Kết quả chothấy, nhà máy sản xuất điện từ rơm có công suất 9,5 MWe sẽ có tính khả thi về mặtkinh 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 mộtnguồn 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 nănglượng từ rơm rạ, trả rơm rạ lại đồng ruộng (straw-return-to-field) hoặc các ứng dụngtrong công nghiệp khác [29] Điện sinh học được xem như là một sự lựa chọn tốt tại

Trung Quốc khi xét đến khía cạnh bảo vệ môi trường tại nông thôn và tạo việc làm chongười dân tại các khu vực canh tác nông - lâm nghiệp Trong năm 2017, năng suấtđiện sinh khối tại Trung Quốc đã đạt 79,4 tỷ kWh, tương đương với 1,24% tổng sinhkhối điện tại quốc gia này [29] Hiện nay, Trung Quốc là một trong những quốc giatiên phong áp dụng công nghệ sản xuất điện năng từ rơm rạ Một số khu vực sản xuấttiêu biểu có thể kể đến như tỉnh Giang Tây với 11 nhà máy điện từ rơm rạ, tổng côngsuất lắp đặt đạt 300MW (tính đến 2011) [29] và tỉnh An Huy với 23 nhà máy điện sinhkhối 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 nhằmđẩy mạnh khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng thay thế, cũng như tạo điềukiện cho các thành phần kinh tế khác nhau phát triển, sử dụng các dạng nănglượng tái tạo trong hoạt động sản xuất điện Các chiến lược phát triển năng lượngquốc gia có tầm nhìn đến năm 2050 [11] đều nhấn mạnh việc ưu tiên phát triểnnăng lượng mới, năng lượng tái tạo, tăng công suất cấp điện từ năng lượng sinhkhối nhằm giảm phụ thuộc vào nguồn điện từ nhiên liệu hóa thạch, giảm lượngphát thải Cacbon và tạo thêm việc làm mới cho người nông dân khi họ tham giavào chuỗi cung cấp nhiên liệu sinh khối Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam, sinhkhối chủ yếu mới được sử dụng cho công nghệ đồng phát nhiệt - điện tại các nhàmáy 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 cácnhà máy giấy và bột giấy) Rơm rạ từng được sử dụng làm chất đốt ở các hộ giađình tại nông thôn Tuy nhiên, cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, mức sốngcủa người dân ngày càng được cải thiện nên tỷ lệ sử dụng rơm rạ làm nhiên liệucũng 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 n764,9 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 mụcđích phi năng lượng khác như: trồng nấm, làm thức ăn gia súc, lót trái cây trongquá 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 liệurơm rạ dư thừa sẵn có Việt Nam chưa có các nghiên cứu cụ thể về tiềm năng sản xuấtđiện từ rơm rạ và đánh giá chi phí, lợi ích của nó trong bối cảnh, điều kiện thực tế tạiViệt 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 tạiViệt Nam dựa trên phân tích chi phí-lợi ích về kinh tế và môi trường, làm cơ sở thamkhảo 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 tínhtoán lợi ích-chi phí trước khi đưa ra các quyết định có liên quan đến hoạt động phátthải CO2 SC-CO2 là một thước đo được tính bằng đồng Đô la Mỹ cho các tác động lâudài gây ra cho xã hội bởi 1 tấn CO2 phát thải trong vòng một năm SC-CO2 có nghĩa làmột ước tính toàn diện về thiệt hại do biến đổi khí hậu và bao gồm những thay đổi vềnăng suất nông nghiệp thuần, sức khỏe con người, thiệt hại về tài sản do nguy cơ lũ lụtgia tăng và những thay đổi trong chi phí hệ thống năng lượng, chẳng hạn như giảm chiphí 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 giálần thứ 5 của IPCC nhận thấy rằng ước tính SC-CO2 bỏ qua các tác động khác nhau cóthể 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 vềbiến đổi khí hậu vì thiếu thông tin chính xác về bản chất về thiệt hại và bởi vì khoa họcđược kết hợp vào các mô hình này đương nhiên đi sau nghiên cứu gần đây nhất Tuynhiên, các ước tính hiện tại về SC-CO2 là một thước đo hữu ích để đánh giá tác độngkhí hậu của sự thay đổi phát thải CO2

Kế thừa các nghiên cứu về SCC, năm 2011, Marten và Newbold cũng đã pháttriển và giới thiệu 2 thước đo tương đương tính cho khí CH4 và N2O [16] Các giá trịnày 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 cũngnhư việc áp dụng các ước tính SC-CH4 và SC-N2O để phân tích chi phí-lợi ích theoquy định đều phải qua đánh giá đồng nghiệp độc lập nghiêm ngặt và lấy ý kiến cộngđồng Ngoài ra, các ước tính về chi phí xã hội của những khí nhà kính này tăng lêntheo thời gian vì lượng khí thải trong tương lai dự kiến sẽ gây ra thiệt hại gia tăng lớnhơn khi các hệ thống vật lý và kinh tế trở nên căng thẳng hơn để đáp ứng với sự thayđổi khí hậu lớn hơn và do GDP đang tăng lên theo thời gian và nhiều hạng mục thiệthại được mô hình hóa theo tỷ lệ thuận với tổng GDP

Trong luận văn, học viên sử dụng giá trị SC-CO2, SC-CH4 và SC-N2O được tínhtoán 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 vàkết thúc dự án vào năm 2042 Trong v ng 20 năm v ng đời dự án, giá trị SCC thay đổitịnh tiến vào các năm cụ thể là 2025, 2030, 2035 và 2040 (do khả năng của khí hậuphản ứng lại các tác động do khí nhà kính gây ra đối với thay đổi theo thời gian), tỷ lệchiết 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 bộgiữa rủi ro tử vong và tiền tệ Khi các giá trị đánh đổi bắt nguồn từ các lựa chọn trongbối cảnh thị trường, VSL đóng vai tr như một thước đo mức độ sẵn sàng chi trả củangười dân để giảm thiểu rủi ro và chi phí cận biên của việc tăng cường an toàn Vớivai trò kinh tế cơ bản của nó, các nhà phân tích chính sách đã sử dụng VSL như mộtthước đo kinh tế đúng đắn về lợi ích mà các cá nhân nhận được từ những cải tiến đốivới 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 trọngcủa các phân tích lợi ích-chi phí, một phần của quy trình quản lý ở Hoa Kỳ và cácquốc gia khác VSL về cơ bản cũng liên quan đến các khái niệm về giá trị của nămtuổi 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 đượctính riêng cho khí CH4 Một nghiên cứu năm 2012 [21] đã thực hiện các mô hình tínhtoán và sử dụng giá trị thống kê v ng đời để cho ra kết quả rằng, nếu thực hiện liên tụccác biện pháp cắt giảm khí CH4, đến năm 2030 và các năm trở về sau, lượng CH4 phátthải mỗi năm giảm 1 tấn metric3 sẽ tương đương với việc giảm thiểu được thiệt hại 29USD đối với mùa màng và 1.080 USD đối với sức khỏe (chưa tính chiết khấu) trênquy mô toàn cầu Khi áp dụng chiết khấu 5%, các giá trị này đạt lần lượt 18 USD và

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

PHÁP NGHIÊN CỨU2.1 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 tiềmnăng 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 ướclượng 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 máyđiện 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 trườngcủa hoạt động này Vì vậy học viên đã thu thập, tổng hợp các công trình nghiên cứunước ngoài được đăng trên các tạp chí khoa học uy tín làm cơ sở tổng quan về tiềmnăng 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 trongviệc xây dựng phương pháp, công thức tính toán nhằm lượng hóa giá trị về kinh tế vàmôi 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 vàcác 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, họcviên 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 lượngnguyên liệu rơm rạ đầu vào, giả định rằng: Tại khu vực nông thôn, 50% lượng rơm rạđược 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 quátrình 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 tưxây dựng, các công trình điện sinh khối cấp được chia thành 3 cấp dựa trên tổng côngsuất: 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, tácgiả 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

điện phù hợp để các đơn vị đầu tư có thể xây dựng, vận hành và quản lý Nhà máy sửdụng công nghệ đốt bằng l hơi để sản xuất điện Đây là công nghệ tiên tiến và đãđược chứng minh phù hợp với nhiều loại nguyên liệu sản xuất khác nhau, cũng nhưphù hợp với chi phí đầu tư thấp [35] Từ đó, các chi phí đầu tư của nhà máy sẽ đượclượng 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 rạbao 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 ứngvới từng công suất nhà máy khác nhau Các chi phí mua trang thiết bị và chi phí đầu tưkhác của một nhà máy có công suất MWe được tính theo bảng 2.1, tham khảo kết quảnghiên cứu của Mitra Kami Delivand [35] và được áp dụng cho công suất 10 MWe củanhà máy giả định:

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

Trang thiết bị (A)

Tua-bin hơi với thiết bị ngưng tụ và máy

Hệ thống truyền tải điện 0,3894 x (MWe)0,6717

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 chuẩn bị 0,0700 x (MWe)0,6231

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

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 vànghiền nhỏ để giảm chi phí vận chuyển Giá nhiên liệu tại nhà máy là tổng chi phí thugom, xử lý và vận chuyển Nhìn chung, chi phí rơm rạ phụ thuộc vào các điều kiện tạiđịa 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 quãngđường vận chuyển [35, 40, 44]

Một nghiên cứu khác chỉ ra chi phí rơm rạ (đã bao gồm phí vận chuyển) daođộng từ 26 - 44 USD/tấn rơm khô [19, 36] đối với quy mô nhà máy sản xuất dầuethanol 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 nhiênliệu của một nhà máy điện sẽ cao gấp 2,5 lần nhu cầu của một nhà máy sản xuấtethanol có công suất tương đương Vì thế, chi phí rơm rạ được sử dụng trong nghiêncứu này (đã bao gồm phí vận chuyển) được xác định là chi phí nhiên liệu của một nhàmáy ethanol 25 ML, tương đương với mức giá 27 USD/tấn rơm khô

+ Chi phí nhân công:

Dựa trên các nghiên cứu trước đây [17, 23, 35] cho thấy, tổng số lao động trungbình của một nhà máy tương quan với công suất sản xuất, số ca luân chuyển và thườngdao động từ 12 - 36 nhân công Các nghiên cứu này chỉ ra rằng, một nhà máy điệnthường có 3 ca làm việc chính cùng với 1-2 ca dự phòng, số lao động đứng máy cầnthiết cho mỗi ca là 3 người Tổng số lao động (bao gồm cả lao động trong dây chuyềnsản xuất, quản lý, giám đốc, cố vấn, kỹ sư, v.v.) và chi phí nhân công được xác địnhthông 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 là20.000 EU/ người*năm5 Khi so sánh với các dữ liệu tham khảo, lần lượt là 27.000 và26.000 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 vốnban 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 rađược sử dụng để vận hành các thiết bị phụ trợ của nhà máy Đây được xem là thấtthoát của nhà máy do sản lượng điện tạo ra thấp hơn so với sản lượng ước tính từ côngsuất sản xuất Chi phí thất thoát được xác định bằng giá bán điện của 10% tổng lượngđiện sản xuất được

+ Chi phí dự phòng:

Trong các hệ thống điện sinh khối, chi phí vận hành thường bao gồm cả các chiphí ngoài dự tính, đặc biệt là các chi phí liên quan đến giá nhiên liệu và các chi phíkhông lường trước được Vì thế, 10% tổng chi phí vận hành [35] (không bao gồm phínhiên liệu và phí lãi suất hàng năm) được giả định là chi phí dự phòng hàng năm củanhà 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 máyđược vay từ ngân hàng, thời hạn 9 năm (thời gian trả gốc 7 năm, thời gian ân hạn 2năm) 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 bổnguồn vay và chi tiết mức lãi hàng năm mà nhà máy phải trả được thể hiện ở phần Phụlục 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 2014của Thủ tướng Chính phủ về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện sinh khối tại ViệtNam 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 quyđổi 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 tếcủa 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 khảthi về mặt kinh tế và ngược lại, nếu NPV < 0, dự án không đem lại lợi nhuận Lợinhuận ròng và dòng tiền hàng năm của dự án được tính thông qua các phươngtrình [35] sau:

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

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);

- 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% giátrị nhà máy và được khấu hao đều qua từng năm, phần giá trị còn lại sẽ được thuhồi 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]:

vì nó giúp xác định xem liệu dự án có vượt quá mức lợi nhuận tối thiểu có thể chấpnhận được hay không Trong luận văn này, tỷ lệ IRR = 11% [35, 44] được lựa chọnlàm 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 nàythường 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 phầnmềm 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 đượctính toán trên lượng phát thải của các khí nhà kính là CO2, CH4 và N2O đối với cáckhía 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 chiphí xã hội của Cacbon (SCC) và chi phí thông kê v ng đời đã được trình bày ở phần1.6 Do dự án kéo dài 20 năm, giá trị của tiền tệ và khả năng phản ứng lại của khí hậu