Nghiên cứu tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn ở huyện Chương Mỹ, Hà Nội

  • Số trang: 87 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 761 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27435 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------------------- HOÀNG THỊ PHƯỢNG NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG TỪ CHẤT THẢI RẮN Ở HUYỆN CHƯƠNG MỸ, HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------------------- HOÀNG THỊ PHƯỢNG NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG TỪ CHẤT THẢI RẮN Ở HUYỆN CHƯƠNG MỸ, HÀ NỘI Khoa học Môi trường 60 44 03 01 Chuyên ngành: Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải Xác nhận học viên đã chỉnh sửa theo góp ý của hội đồng Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải Hà Nội - 2015 PGS.TS. Trần Văn Quy LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã luôn quan tâm và tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thời gian học tập và rèn luyện tại trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải đã dành sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Để hoàn thành luận văn này, tôi cũng xin chân thành cảm ơn phòng Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Thống kê huyện Chương Mỹ, tập thể cán bộ Công ty Môi trường đô thị Xuân Mai và cán bộ các xã, thị trấn trên địa bàn huyện Chương Mỹ đã tạo điều kiện, giúp đỡ về thời gian cũng như tài liệu, công tác khảo sát thực địa phục vụ cho quá trình nghiên cứu của tôi. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn giúp đỡ, ủng hộ và chia sẻ những khó khăn, thuận lợi cùng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 3/2015 HVCH. Hoàng Thị Phượng i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN..................................................................................................... i MỤC LỤC ......................................................................................................... ii DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ iv DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... vi LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..........................................................................3 1.1. Quản lý tổng hợp chất thải rắn............................................................3 1.2. Công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải rắn .................................5 1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng EFW trên thế giới .......................11 1.4. Tình hình nghiên cứu và sử dụng EFW tại Việt Nam ......................16 1.5. Cơ hội và thách thức đối với EFW tại Việt Nam .............................20 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........24 2.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................24 2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................26 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................30 3.1. Thực trạng phát sinh chất thải rắn tại huyện Chương Mỹ ................30 3.2. Hiện trạng quản lý chất thải rắn tại địa bàn huyện Chương Mỹ.......43 3.3. Đánh giá tiềm năng năng lượng từ CTR huyện Chương Mỹ ...........47 3.4. Các phương án sử dụng năng lượng từ chất thải rắn tại huyện Chương Mỹ .............................................................................................56 ii KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................................68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................70 PHỤ LỤC 1 PHỤ LỤC 2 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Các công nghệ biến đổi chất thải rắn thành năng lượng ....................6 Bảng 1.2. Năng suất ethanol lý thuyết từ một số nguyên liệu............................8 Bảng 1.3. Dự án điện từ bã mía đã nối lưới tại Việt Nam................................18 Bảng 3.1. Biến động dân số và tình hình phát sinh, thu gom CTRSH .............30 Bảng 3.2. Thành phần chất thải rắn phát sinh từ hộ gia đình ...........................32 Bảng 3.3. Thành phần chất thải rắn phát sinh từ chợ .......................................34 Bảng 3.4. Thành phần CTRSH tại các cơ quan, trường học ............................35 Bảng 3.5. Tổng hợp thành phần CTRSH huyện Chương Mỹ ..........................36 Bảng 3.6. Thành phần CTRSH huyện Thanh Oai ............................................38 Bảng 3.7. Thành phần chất thải rắn công nghiệp huyện Chương Mỹ..............39 Bảng 3.8. Tình hình sản xuất lúa, ngô tại huyện Chương Mỹ .........................40 Bảng 3.9. Số lượng gia súc, gia cầm qua các năm ...........................................41 Bảng 3.10.Khối lượng phụ phẩm nông nghiệp từ canh tác lúa, ngô ...............42 Bảng 3.11. Số lượng phân phát sinh của đàn gia súc, gia cầm ........................43 Bảng 3.12. Nhiệt trị của CTRSH và CTRCN tại huyện Chương Mỹ ..............48 Bảng 3.13. Nhiệt trị của CTR tại một số khu vực ............................................49 Bảng 3.14. Tiềm năng sinh khí biogas của CTR nông nghiệp .........................51 Bảng 3.15. Tiềm năng sản xuất ethanol ...........................................................52 Bảng 3.16. Tổng hợp tiềm năng năng lượng từ CTR tại Chương Mỹ .............53 Bảng 3.17. Dự báo khối lượng CTRSH đến năm 2020....................................54 Bảng 3.18. Dự báo CTRCN huyện Chương Mỹ đến năm 2020 ......................54 Bảng 3.19. Dự báo CTRNN trên địa bàn huyện Chương Mỹ ..........................55 Bảng 3.20. Các số liệu chính của nhà máy đốt rác phát điện ...........................58 Bảng 3.21. Nguồn doanh thu và chi phí của dự án ..........................................60 Bảng 3.22. Dòng tài chính của dự án ...............................................................61 Bảng 3.23. Cho điểm các biện pháp tuyên truyền phân loại CTRSH ..............67 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hệ thống phân cấp quản lý CTR .......................................................4 Hình 1.2. Hiệu suất phát điện của công nghệ lên men metan ...........................7 Hình 1.3. Hệ thống đốt rác thu hồi năng lượng ..................................................9 Hình 1.4. Tình hình sản xuất WTE của các nước châu Âu năm 2012 ............12 Hình 2.1. Vị trí địa lý huyện Chương Mỹ ........................................................24 Hình 3.1. Nguồn phát sinh CTRSH trên địa bàn huyện Chương Mỹ ..............36 Hình 3.2. Sơ đồ lò đốt CTRSH và CTRCN .....................................................56 Hình 3.3. Công nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi ....................................63 Hình 3.4. Sơ đồ công nghệ bếp khí hóa ...........................................................65 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT B/C: Benefit per cost – Tỷ số lợi ích/chi phí CTR: Chất thải rắn CTRCN: Chất thải rắn công nghiệp CTRNN: Chất thải rắn nông nghiệp CTRSH: Chất thải rắn sinh hoạt DO: Diesel oil – Dầu Diesel EFW: Energy from waste - Năng lượng từ chất thải rắn FO: Fuel oil – Dầu nhiên liệu IRR: Internal rate of return – suất thu lợi nội tại ISWM: Integrated Solid Waste Management - Quản lý tổng hợp chất thải rắn LFG: Landfill gas - Khí bãi rác NPV: Net present value – Giá trị hiện tại ròng WTE: Waste to energy –Chất thải thành năng lượng vi LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Khi bắt đầu lịch sử loài người, con người đã tạo ra chất thải và xử lý chúng bằng các bãi rác tạm thời và phương pháp đốt thông thường. Số lượng hàng hóa được sử dụng và rác thải tăng lên rất nhiều sau cuộc cách mạng công nghiệp gần cuối thế kỷ XVIII do đó yêu cầu về bãi chôn lấp tăng cao. Đặc biệt kể từ giữa thế kỷ XX lượng rác thải tăng lên nhanh chóng. Đây không chỉ là vấn đề nóng ở Việt Nam mà còn là vấn nạn của toàn cầu. Điều này buộc các nước trên toàn thế giới phải sử dụng các công nghệ xử lý rác khác ngoài chôn lấp. Trên thực tế, đây là một nguồn năng lượng hữu ích, có giá thành rẻ nhưng dễ bị lãng quên. Năng lượng là một dạng tài nguyên quan trọng, cần thiết trong đời sống con người và sự phát triển của xã hội. Từ đầu thế kỷ XIX, con người đã khai thác than để sản xuất năng lượng, tiếp đến là dầu mỏ ở thế kỷ XX. Tuy nhiên trữ lượng các nguồn năng lượng hóa thạch có hạn, có khả năng cạn kiệt trong tương lai và vấn đề phát thải khí nhà kính đang trở thành mối lo ngại toàn cầu. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng do sự tăng trưởng dân số, sự phát triển kinh tếnên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng tái tạo và thay thế vô cùng quan trọng. Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nước phát triển các công nghệ biến rác thải thành năng lượng. Tuy nhiên, ở nước ta hiện nay, công nghệ này còn khá mới mẻ, chủ yếu sử dụng công nghệ sản xuất biogas từ chất thải nông nghiệp, các nguồn chất thải rắn khác còn chưa được xử lý một cách hợp lý, gây ô nhiễm môi trường. Chương Mỹ là huyện ngoại thành Hà Nội. Cùng với xu thế phát triển chung của đất nước và thủ đô, Chương Mỹ có những chuyển biến đáng kể về mặt kinh tế xã hội,bên cạnh đó dân số trên địa bàn ngày càng tăng nên lượng rác thải sinh hoạt tương đối lớn. Tuy nhiên, hoạt động quản lý rác thải còn nhiều bất cập. Nhiều điểm thu gom rác thải tập trung chưa được xử lý tốt, các bãi rác quá đầy gây ảnh hưởng đến môi trường và mỹ quan khu vực. Do đó, cần tìm một giải pháp khác thay thế cho các biện pháp quản lý chất thải rắn hiện tại. Chính vì vậy, tôi lựa chọn đề tài: 1 “Nghiên cứu tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn ở huyện Chương Mỹ, Hà Nội” nhằm góp phần cải thiện chất lượng môi trường nói chung và quản lý chất thải rắn trên địa bàn huyện nói riêng. 2. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá được tiềm năng năng lượng và phương án khả thi tận dụng nguồn năng lượng tái tạo từ chất thải rắntrên địa bàn huyện Chương Mỹ, TP. Hà Nội. 3. Nội dung nghiên cứu - Nguồn gốc, số lượng, thành phần, đặc điểm chất thải rắn; - Hiện trạng thu gom và xử lý; - Tính toán tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn; - Dự báo tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn đến năm 2020; - Lựa chọn phương án công nghệ phù hợp với địa phương. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Quản lý tổng hợp chất thải rắn Quản lý tổng hợp chất thải rắn (intergrated solid waste management – ISWM) là một phần của phát triển bền vững. Cách tiếp cận này đang được nhiều nước trên thế giới áp dụng. Tại Việt Nam, quản lý tổng hợp CTR theo hướng bền vững là một trong 7 chương trình ưu tiên cao nhất được xác định trong “Chiến lược Bảo vệ môi trường Quốc gia 2001 -2010 và định hướng đến năm 2020”. Đây là một cách tiếp cận xem xét nhiều khía cạnh từ hoạch định chính sách, xây dựng thể chế, giáo dục, áp dụng các biện pháp kinh tế đến thiết kế công nghệ với sự tham gia của các bên liên quan để quản lý CTR một cách hệ thống [15]. Các bên liên quan bao gồm cơ quan nhà nước, các tổ chức cộng đồng, tổ chức phi chính phủ, doanh nghiệp, cộng đồng địa phương... Kết hợp các bên liên quan là phối hợp, hợp tác cùng xây dựng chiến lược, thực hiện, cung cấp các dịch vụ quản lý chất thải. Chương trình ISWM được thực hiện liên tục, thống nhất và thông suốt giữa các bên liên quan. Trong đó, các cơ quan quản lý có trách nhiệm xây dựng chiến lược, kế hoạch, phân công, phân cấp hành động dựa trên các điều kiện về thể chế, kinh tế - xã hội, kỹ thuật và điều kiện tự nhiên của khu vực. Còn các chủ thể phát thải cần phải đóng góp ý kiến và tham gia vào chương trình ISWM. Đánh giá hiệu quả của chương trình được tiến hành trong suốt quá trình thực hiện, từ đó xem xét, điều chỉnh linh hoạt kế hoạch đảm bảo phát triển kế hoạch và thực hiện mục tiêu của kế hoạch. Bởi vì chất thải rắn phát sinh từ các nguồn đa dạng và không có phương pháp quản lý CTR riêng lẻ nào có thể phù hợp để quản lý tất cả các dòng thải trong mọi trường hợp. Vì vậy, ngoài việc phối hợp giữa các bên liên quan, còn cần một hệ thống phân cấp quản lý chất thải với mục tiêu là giảm thiểu đáng kể lượng chất thải rắn, sử dụng triệt để các loại chất thải như một nguồn tài nguyên giá trị thông qua phòng ngừa, tái sử dụng, tái chế và tận thu các loại năng lượng từ CTR trước khi thải bỏ chúng ra ngoài môi trường [27]. 3 Mức độ ưu tiên giảm dần Phòng ngừa Tái sử dụng Tái chế Tiêu hủy, thu hồi năng lượng Thải bỏ Hình1.1. 1.1.Hệ Hệthống thốngphân phâncấp cấpquản quảnlýlýchất CTR [30] Hình thải Theo mức độ ưu tiên, phòng ngừa hay giảm thiểu chất thải là giải pháp được ưu tiên cao nhất, là chiến lược đầu tiên nhằm hạn chế tối đa sự phát sinh chất thải. Phòng ngừa chất thải bao gồm tăng hiệu suất sử dụng nguyên liệu, sử dụng các quy trình sản xuất tiêu tốn ít nguyên liệu, sản xuất các sản phẩm ít phát thải, sử dụng các sản phẩm bền hơn, có khả năng tái sử dụng, tái chế cao hơn. Ngăn ngừa CTR có thể thực hiện ở nhiều quy mô khác nhau, từ hộ gia đình đến các khu công nghiệp, khu thương mại. Với quy mô công nghiệp, việc áp dụng chương trình sản xuất sạch hơn không chỉ giúp giảm thải tại nguồn mà còn hiệu quả về mặt kinh tế do giảm chi phí sử dụng nguyên nhiên liệu, giảm chi phí xử lý chất thải. Tại các hộ gia đình, giảm phát thải được thực hiện thông qua lựa chọn hàng hóa, thay đổi thói quen tiêu dùng, hướng tới các sản phẩm thân thiện với môi trường. Sau phòng ngừa CTR là tái sử dụng và tái chế CTR. Biện pháp này nhằm tận dụng các tính năng hữu dụng của chất thải. Tái sử dụng là dùng lại sản phẩm hay nguyên liệu mà không có sự thay đổi đáng kể. Các loại CTR có khả năng tái sử dụng như quần áo cũ, đồ gia dụng cũ… Chúng được làm sạch hoặc sửa chữa trước khi được sử dụng lại. Tái chế là biến chất thải thành một chất mới hay sản phẩm mới. Các thành phần tái sinh, tái chế trong CTR như giấy, thủy tinh, nhựa, lon nhôm, sắt và thép, cao su… Tái chế rác thải giúp tạo nguồn nguyên vật liệu giá rẻ, 4 giải quyết vấn đề khan hiếm nguyên liệu, do đó giúp hạ giá thành sản phẩm. Tái chế bao gồm cả sản xuất phân compost, là quá trình biến đổi sinh học chất thải dinh dưỡng thành phân hữu cơ dùng cho sản xuất nông nghiệp. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đang khuyến khích mối liên kết của các doanh nghiệp trong tái chế và tái sử dụng chất thải, tức là, chất thải của ngành nghề sản xuất này là đầu vào, nguyên liệu cho ngành sản xuất khác. Tại Việt Nam, hoạt động tái sử dụng, tái chế được thực hiện chủ yếu qua những người thu gom phế liệu. Hoạt động này giúp giảm 20-25% lượng CTR cho các bãi rác, giảm bớt chi phí cho công tác thu gom chất thải, tạo việc làm, thu nhập cho nhiều người. Tuy nhiên, hoạt động tái chế thường được diễn ra tại các làng nghề với công nghệ, phương tiện cũ và lạc hậu dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường ở một số nơi như làng nghề sản xuất giấy Dương Ô (Bắc Ninh), làng nghề tái chế nhựa Minh Khai (Hưng Yên), làng nghề tái chế nhôm Bình Yên (Nam Định) Cấp ưu tiên tiếp theo là tiêu hủy có thu hồi năng lượng. Thu hồi năng lượng từ CTR bao gồm các quá trình, biện pháp nhằm chuyển đổi các vật liệu thải không thể tái sử dụng, tái chế thành nhiệt, điện hoặc nhiên liệu. Các biện pháp thu hồi năng lượng bao gồm đốt, khí hóa, nhiệt phân, hay thu khí bãi rác. Đối với những CTR không thể tái sử dụng, tái chế và biến đổi thành năng lượng thì biện pháp ở mức ưu tiên cuối cùng là thải bỏ. Hình 1.1 chỉ ra rằng, thu hồi năng lượng có mức độ ưu tiên thấp hơn tái sử dụng và tái chế nhưng không phải CTR nào cũng có thể tái sử dụng và tái chế nên thu hồi năng lượng vẫn đóng một vai trò quan trọng trong việc quản lý CTR một cách hiệu quả. 1.2. Công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải rắn (EFW – energy from waste) Công nghệ biến chất thải rắn thành năng lượng biến đổi chất thải rắn thành năng lượng dưới các hình thức khác nhau như nhiệt, điện, nhiên liệu khí hoặc lỏng. Điện có thể được sản xuất và nối vào lưới điện địa phương hay của quốc gia. Nhiệt có thể được sử dụng cho các mục đích sưởi ấm hoặc các quá trình nhiệt động lực học khác. Một số loại nhiên liệu sinh học có thể được chiết xuất từ các thành phần hữu cơ trong chất thải. 5 Bảng 1.1. Các công nghệ biến đổi chất thải rắn thành năng lượng[20][28] Công nghệ tổng quát Công nghệ nhiệt hóa Chất rắn thải Công nghệ riêng Sản phẩm chính Đốt Nhiệt Khí hóa Khí tổng hợp Nhiệt phân Dầu, than và khí tổng hợp Plasma Khí tổng hợp Công nghệ sinh Phân hủy kỵ khí Khí metan hóa Ethanol Lên men Phương pháp cơ Khí biogas và sinh học viên sinh khối 1.2.1. Công nghệ sinh hóa Công nghệ sinh hóa phù hợp với chất thải chứa các vật chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học chiếm tỷ lệ phần trăm cao. 1.2.1.1. Công nghệ phân hủy kỵ khí Phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chất thải hữu cơ trong điều kiện không có oxy. Quá trình phân hủy diễn ra qua ba giai đoạn: - Giai đoạn phân hủy: giai đoạn này diễn ra sự phân hủy các chất hữu cơ phức tạp như protein, axit amin, lipid thành các chất hữu cơ đơn giản như axit béo, glyxerin dưới tác dụng của vi khuẩn closdium bipiclobacterium, bacillus gram âm không sinh bào tử, staphy loccus. - Giai đoạn axit: nhờ vào vi khuẩn tổng hợp axetat để biến đổi các hydrocacbon thành axit có phân tử lượng thấp. - Giai đoạn tạo khí metan: khí metan được tạo ra nhờ quá trình phân hủy các axit. Thành phần khí tạo ra phụ thuộc vào thành phần của chất phân hủy, kỹ thuật áp dụng, nhiệt độ và thời gian ủ. Thông thường, sản phẩm của quá trình bao gồm 6 CH4 (55 - 65%), CO2( 35 - 45%) và các khí khác H2, N2, H2S… Nhiệt trị của sản phẩm khí 4.500 – 6.300 kcal/m3, trong đó methane có nhiệt trị cao nhất 9000 kcal/m3. Thể tích của CTR sau khi phân hủy có thể giảm từ 20-60% tùy thuộc vào thành phần hữu cơ trong chất thải[19]. Công nghệ lên men metan cho phép giảm lượng CO2 tương đương gấp 1,6 lần so với ủ phân compost[9]. Khí có thể chuyển hóa trực tiếp thành điện năng thông qua các pin nhiên liệu. Tuy nhiên, quá trình này yêu cầu độ tinh khiết của khí cao, giá thành đắt. 100m3 khí/tấn rác 60%CH4- 560kWh 56kWh tổn thất 336kWh nhiệt/tấn rác 224 kWh điện/tấn rác 234 kWh xử 93 kWh nhiệt cho nhà lý chất thải máy 165 kWh/tấnrác để bán 59 kWh điện cho nhà Hình 1.2. Hiệu suất phát điện của công nghệ lên men metan [9] máy Khí bãi rác (LFG – Landfill gas) là một hỗn hợp phức tạp của các loại khí khác nhau, được tạo ra bởi tác động của các vi sinh vật trong một bãi rác. Về bản chất, khí bãi rác là khí sinh học. Thành phần khí bãi rác điển hình là CH4 (khoảng 50 - 60%), CO2 (khoảng 40 -50%), các khí khác ( <1%). Khí metan thu hồi từ bãi chôn lấp có thể được sử dụng để đốt tạo hơi nước làm chạy tuabin phát điện. Tại Mỹ, với mỗi 1 triệu tấn rác thải đô thị có thể tạo ra khoảng 12.233 m3 LFG, đủ để cung cấp khoảng 0,78 MW điện hoặc 227.892 MJ nhiệt [33]. Khí metan được thu bằng các ống dẫn dưới lòng đất hoặc các giếng trong khu rác thải. Thu hồi khí metan từ bãi rác vừa tạo nguồn năng lượng vừa giảm nguy cơ cháy nổ từ các bãi chôn lấp chất thải. Để kiểm soát bãi chôn lấp cần các phương tiện 7 gồm lớp lót đáy, hệ thống thu gom và thoát nước rò rỉ, hệ thống thu gom và thoát khí bãi rác, các lớp che phủ. 1.2.1.2. Công nghệ lên men sinh ethanol Công nghệ lên men để tạo ethanol từ CTR thường được áp dụng với CTR nông nghiệp (rơm rạ, lõi ngô, trấu…) và chất thải ngành chế biến lâm sản (gỗ thừa, mùn cưa…) là những vật liệu chứa nhiều cellulose. Bảng 1.2. Năng suất ethanol lý thuyết từ một số nguyên liệu[30] Nguyên liệu Năng suất chuyển đổi ethanol nồng độ 99,5% (lít/tấn nguyên liệu khô) Thân ngô 427,14 Rơm rạ 415,42 Phế thải bông 214,70 Phế thải lâm nghiệp 308,07 Bã mía 421,47 Giấy loại 439,24 Nguyên liệu sẽ được tiền xử lý bằng cách thái nhỏ hay nghiền thành bột rồi khử bằng NaOH ở nhiệt độ 45oC trong 24 giờ, tiếp theo rửa trong nước ấm để loại lignin. Sau đó, thực hiện quá trình đường phân nhờ enzym cellulaza ở điều kiện pH từ 3-5 và nhiệt độ 34-35oC để chuyển hóa celluloze thành đường glucose. Đường tạo ra được lên men trong điều kiện yếm khí để chuyển hóa thành ethanol. Ethanol được tạo ra còn chứa nhiều nước nên cần thực hiện chưng cất để tạo ethanol tinh khiết hơn. Ethanol tạo ra là ethanol sinh học, được sử dụng thay thế xăng trong giao thông. 1.2.2. Công nghệ nhiệt hóa Chuyển đổi nhiệt hóa đặc trưng bởi nhiệt độ và thích hợp cho các vật liệu có độ ẩm thấp. 1.2.2.1. Công nghệ đốt Quá trình đốt có thu hồi năng lượng là quá trình oxy hóa khử CTR bằng oxy ở 8 nhiệt độ cao (trên 800oC). Oxy cung cấp cần đủ hoặc dư để quá trình cháy diễn ra hoàn toàn. Đây là phương pháp phổ biến để sinh nhiệt, điện hay đồng phát nhiệt điện. Trong hệ thống lò đốt, CTR được đốt để tạo nhiệt, nhiệt tạo ra được sử dụng để sưởi ấm, sử dụng cho các quá trình tiêu thụ nhiệt như lò nung, luyện kim hoặc tạo hơi nước dùng quay turbin máy phát điện [20]. Với công nghệ này ở nhiệt độ 800oC, có thể giảm thể tích CTR 80 - 90%. C, H là những thành phần cháy chính tạo nên nhiệt trị của chất thải. S cũng là thành phần cháy nhưng tỏa nhiệt ít.Quá trình đốt thường tạo ra khí CO2, hơi nước, tro và các sản phẩm không cháy. Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các khí SO2, NOx, NH3…tùy theo thành phần của chất thải. Do đó cần lắp đặt hệ thống kiểm soát khí thải nhằm tránh gây ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, để giảm thành phần không cháy sau khi đốt và không tạo ra dioxin thì CTR cần được đốt ở nhiệt độ trên 1.100oC bằng cách trộn nhiên liệu bổ sung và tăng cường xáo trộn để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa CTR và không khí. Các thành phần rắn sau cháy chủ yếu dưới dạng xỉ, tro bay có thể được sử dụng để san lấp trong xây dựng. Hình 1.3. Hệ thống đốt rác thu hồi năng lượng[8] 9 Khi sử dụng công nghệ đốt cần quan tâm đến nhiệt trị và độ ẩm của CTR. Thông thường, CTR có nhiệt trị thấp hơn 556 kcal/kg thì không có khả năng đốt. Để tăng hiệu quả của quá trình đốt có thể phơi khô, nén ép CTR để giảm độ ẩm, làm tăng hiệu quả cháy. 1.2.2.2. Nhiệt phân Nhiệt phân là quá trình biến đổi CTR ở nhiệt độ từ 450 – 750oC trong điều kiện không có oxy hoặc trong chân không [22]. Phản ứng quan trọng nhất trong quá trình nhiệt phân là phản ứng bẻ gẫy mạch liên kết C-C để tạo ra các sản phẩm đơn giản hơn. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân là dầu nhiệt phân (axit acetic, axeton,metanol), than và khí tổng hợp (H2, CH4, CO và các khí khác). Dầu nhiệt phân có dạng lỏng, nhiệt trị khoảng 20.934 kJ/kg và được sử dụng để tổng hợp thành nhiên liệu đốt. Khí tổng hợp có nhiệt trị thấp từ 10-20 MJ/m3. Quá trình nhiệt phân là quá trình thu nhiệt. Với công nghệ này, nhiệt trị của CTR không phải là yếu tố quan trọng mà nhiệt hóa học có vai trò quan trọng hơn. 1.2.2.3. Khí hóa Khí hóa là quá trình oxy hóa một phần ở nhiệt độ trong khoảng 700-1.600oC để sản xuất khí tổng hợp, chủ yếu là CO, CH4 và H2 [25]. Chất oxy hóa có thể là không khí, oxy hoặc hơi nước. Hơi nước được thêm vào lò phản ứng để tăng lượng khí CO và H2 được tạo ra. Giá trị nhiệt của khí tổng hợp khoảng 4-10MJ/m3. Các phản ứng xảy ra trong quá trình khí hóa là: C + O2 → CO2 + Q C + H2O → CO + H2 – Q CO + H2O → CO2 + H2 +Q C + CO2 → 2CO C + 2H2 → CH4 +Q Khí tổng hợp có thể sử dụng trong động cơ đốt trong, sản xuất methanol, hydro, hoặc chuyển đổi thông qua quy trình Fischer-Tropsch thành nhiên liệu lỏng. Quá trình khí hóa loại bỏ được các yếu tố ăn mòn như clorua và kali trong tro, nên tạo ra khí nhiên liệu sạch. 10 1.2.3. Phương pháp cơ sinh học (MBT – mechanical-biological treatment) Phương pháp cơ sinh học là quá trình xử lý CTR bao gồm cơ học kết hợp sinh học. Với phương pháp này, CTR sẽ được tiền xử lý cơ học bao gồm các quá trình phân loại theo tính chất, khối lượng và kích cỡ và có thể nghiền, băm nhỏ theo yêu cầu xử lý. Sau đó phần hữu cơ sẽ được xử lý yếm khí, phần nhiều năng lượng được sấy khô, nén, ép tạo ra các viên, bánh nhiên liệu. Viên nhiên liệu giúp giảm thể tích xuống 5-8 lần, có hiệu suất nhiệt cao hơn so với nguyên liệu dạng thô nên có thể được lưu trữ và vận chuyển, sử dụng một cách dễ dàng. Có thể tạo được các sản phẩm có hình dáng, kích thước, khối lượng phù hợp với yêu cầu sử dụng và nhiều loại thiết bị khác nhau. 1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng từ chất thải rắn trên thế giới Trên thế giới, các công nghệ tái tạo năng lượng từ CTR đã được nhiều nước nghiên cứu và đưa vào sản xuất trên quy mô thương mại. Tại nhiều nước trên thế giới như Đan Mạch, Thụy Điển, Nhật Bản…CTR không còn là vấn nạn môi trường mà được xem là nguồn tài nguyên. Trên toàn thế giới có 2.200 nhà máy thu hồi năng lượng từ CTR bằng phương pháp nhiệt với khả năng xử lý 225 triệu tấn CTR mỗi năm và chủ yếu để xử lý CTR đô thị [26]. Hitachi Zosen (Nhật Bản) là một trong những công ty đi đầu trong công nghệ nhiệt biến CTR thành năng lượng. Công ty này đã và đang xây dựng và cung cấp công nghệ cho 458 nhà máy trên toàn thế giới, trong đó có 197 nhà máy ở châu Âu, 23 nhà máy ở Bắc Mỹ, 235 nhà máy ở châu Á, 3 nhà máy ở châu Úc. Công nghệ đốt chất thải thành năng lượng đang được nhiều nước trên thế giới đánh giá cao và đưa vào sử dụng, đặc biệt tại những nước có quỹ đất và nguồn tài nguyên năng lượng hạn chế như các nước Tây Âu và Nhật Bản .Mặc dù khủng hoảng kinh tế trong những năm gần đây, thị trường biến năng lượng thành chất thải vẫn tăng đáng kể. Từ năm 2008 đến 2012, tăng trung bình hàng năm là 5%. 11 Hình 1.4. Tình hình sản xuất WTE của các nước châu Âu năm 2012 [31] Một xu hướng khác cũng được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng là tạo ethanol, diesel từ chất thải lò mổ, chất thải nông nghiệp. Tại hội nghị quốc tế diễn ra tại Montreal Canada năm 2010, các nhà khoa học đã kêu gọi phát triển các nguồn nhiên liệu sinh học từ rác thải thay vì sử dụng ngũ cốc nhằm đảm bảo an ninh năng lượng, lương thực và giảm các phế liệu chưa tái chế. Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học từ CTR nông nghiệp, CTR sinh hoạt thuộc thế hệ thứ hai đã được nhiều nước ủng hộ. Năm 2008, các nhà khoa học Đài Loan đã thành công trong phòng thí nghiệm biến ethanol từ rơm rạ, cứ mỗi 10kg rơm sẽ sản xuất được 2 lít alcohol 99,5%. Thế giới cũng đang phát triển nghiên cứu và xây dựng các nhà máy để sản xuất nhiên liệu từ CTR trên quy mô công nghiệp. Hiện trên thế giới có khoảng 60 doanh nghiệp đang tập trung phát triển các giải pháp biến rác thải và phụ phẩm nông lâm nghiệp thành nhiên liệu này Công nghệ nhiệt phân phát triển khá mạnh trên thế giới. Nhiệt phân được đưa vào ứng dụng đầu thế kỷ 21. Đến năm 2001, có khoảng 100 nhà máy nhiệt phân 12
- Xem thêm -