Tài liệu Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống (hóa học 10) tái chế rác thải từ thực phẩm hữu cơ để tạo ra các loại nhiên liệu

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT LÊ QUÝ ĐÔN - ĐỐNG ĐA Địa chỉ: 195 Xã Đàn II - Nam Đồng - Đống Đa Điện thoại: 04.35725412; email: [email protected] -----o0o----- TÁI CHẾ RÁC THẢI TỪ THỰC PHẨM HỮU CƠ ĐỂ TẠO RA CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU (Bài dự thi Cuộc thi Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho học sinh trung học) Môn học chính được HS vận dụng trong giải quyết tình huống: Hóa học Môn học tích hợp: Sinh học Thông tin về học sinh: Họ và tên: Đinh Tiến Phú Ngày sinh: 18/05/1999 Lớp: 10A1 HÀ NỘI, THÁNG 01-2015 1. Tên tình huống: TÁI CHẾ RÁC THẢI TỪ THỰC PHẨM HỮU CƠ ĐỂ TẠO RA CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU Hiện nay, vấn đề lãng phí thực phẩm là một vấn đề vô cùng lớn trên khắp thế giới. Theo những thống kê thì mỗi năm các nước lãng phí tới 1,3 tỉ tấn thực phẩm tức là bằng 1/3 tổng sản lượng thực phẩm của toàn cầu. Cụ thể hơn các nước phát triển lãng phí lượng thực phẩm tương đương với hơn 600 tỉ đô la và ở các nước đang phát triển là hơn 300 tỉ đô la.Trong khi đó thì mỗi ngày trên giới có khoảng 25 nghìn trẻ em chết vì thiếu ăn. Nguyên nhân chính dẫn đến sự lãng phí này là vì thực phẩm bị ôi thiu, nấm mốc hay kém chất lượng… Tuy những loại thực phẩm trên không thể ăn được nhưng nó cũng là nguồn nguyên liệu dồi dào để tạo ra những sản phẩm có ích khác. Với nhiều hộ gia đình thì lượng chất thải hữu cơ như rau, vỏ hoa quả,… rất lớn và việc vứt chúng đi là rất lãng phí. Chính vì vậy, việc tái chế thực phẩm là một phương pháp vừa có thể giúp bảo vệ môi trường và vừa giúp chúng ta tiết kiệm được một nguồn tài nguyên lớn. 1. Mục tiêu giải quyết tình huống Giải quyết tình huống trên là để sử dụng có hiệu quả lượng thức ăn bị bỏ thừa, đồng thời làm giảm sự ô nhiễm môi trường mà việc bỏ thừa đồ ăn gây ra, đặc biệt ở một nước đang phát triển như Việt Nam; làm giảm các bãi rác gây ảnh hưởng đến môi trường, tránh để lãng phí một nguồn nguyên liệu vô cùng lớn để sản xuất các sản phẩm có ích mà xã hội có nhu cầu lớn.Việc tái chế tạo ra các nguồn nguyên liệu ở quy mô nhỏ từ các chất thải gia dụng hàng ngày ở tại gia đình là phương pháp có thể sử dụng các nguồn nhiên liệu tái chế, không phụ thuộc vào các những chất đốt phải mua, giúp những gia đình đặc biệt ở nông thôn có thể tiết kiệm chi phí trong bối cảnh giá cả của các nguồn năng lượng đang tăng nhanh và tài nguyên đang dần cạn kiệt. 2. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến việc giải quyết tình huống Trên thế giới đã có nhiều giải pháp dẫn để giải quyết việc bỏ thừa đồ ăn mà nổi bật nhất là lợi dụng vi sinh vật để tiến hành ủ thực phẩm hỏng rồi sử dụng chính sản phẩm để ủ cho đất. Ngoài ra, có thể dụng để chế biến trở thành thức ăn gia súc. Các sản phẩm của quá trình ủ thực phẩm thường chỉ là mùn hoặc phân bón khá quen thuộc. Vài năm trước, thì dự án khí lò khí biogas tại gia đã được triển khai nhưng sau một thời gian đưa vào áp dụng thì cho thấy rằng lượng khí đốt sinh ra là khá lớn và thường trực nguy cơ mất an toàn, đồng thời sau một thời gian đun nấu thì các loại nồi nhôm, gang và nhôm sẽ bị thủng ở đáy do lượng khí đốt quá lớn và sức nóng quá cao. 4. Giải pháp giải quyết tình huống Rác thải từ thực phẩm hữu cơ là nguồn nguyên liệu lớn để tạo ra các loại nhiên liệu. Giải pháp có thể đưa ra là sử dụng lượng thực phẩm hữu cơ bị bỏ thừa để tái chế tạo nên các loại nhiên liệu như khí metan,biodiesel hay ethanol. Đây là các nhiên liệu được sử dụng nhiều trong cuộc sống nên sử dụng nguồn thực phẩm bị bỏ thừa là một giải pháp hợp lí. Trong quy mô hộ gia đình, tái chế thực phẩm sẽ giúp cho ta thu được một nguồn năng lượng đảm bảo và ngoài ra sau khi tạo khí thì chất mùn sau tái chế của thực phẩm hữu cơ sẽ là một nguồn phân bón tốt để sử dụng cho cây trồng. Chính vì vậy, giải pháp được đưa ra ở đây là dùng các thiết bị tự chế để tái chế thực phẩm. 5. Tiến trình giải quyết tình huống * Tạo khí metan - Nguyên liệu: + Thùng phi nhựa ( có thể là loại 20l trở lên ) +Ống nhựa + Van + Máy xay + Bùn + Bình gas - Tiến trình thực hiện + Bước 1: Tạo ra hệ thống thu khí như sau:  Sử dụng một chiếc thùng phi có kích thước lớn và một cái nắp (nắp có độ dày vừa phải) sao cho khi úp nắp vào thùng phi thì vừa khít.  Sử dụng keo để gắn chặt nắp vào chiếc thùng phi để không khí không thể lọt được vào trong.  Đục ba lỗ lên nắp và một lỗ lên cạnh chiếc thùng phi.  Lỗ thứ nhất ta gắn vào một ống ngắn có nắp là vị trí để đổ hỗn hợp vào  Lỗ thứ hai dung để gắn một ống dài có nắp để cân bằng áp suất trong thùng phi.  Lỗ thứ ba gắn với van nối tới một ống dẫn khí  Lỗ ở bên cạnh thùng phi gắn với một ống nhựa dùng để thoát bùn ra ngoài.  Van an toàn sẽ nối với ống dẫn khí. Khi có bất kì trường hợp rò rỉ khí ra thì có thể khoá van lại.Đồng thời sẽ có một máy đo lượng metan trong thùng phi để người sử dụng có thể biết được lượng metan trong bình. + Bước 2: Tạo hỗn hợp tái chế:  Thu gom các chất thải thực phẩm hữu cơ.  Sử dụng máy xay để xay các chất thải ( thêm một lượng nước vừa đủ để tạo thành hỗn hợp đồng đều )  Đổ 40ml hỗn hợp vào một chai nhựa rồi bơm thêm 10ml bùn chứa vi khuẩn vào để tạo môi trường cho quá trình lên men.  Kiểm tra độ pH của hỗn hợp. Độ pH của hỗn hợp cần phải đạt chuẩn bằng 7.  Nén hỗn hợp lại và đổ vào bình.  Ủ hỗn hợp ở nhiệt độ 37 độ C + Sau một thời gian thì hỗn hợp sẽ tạo ra khí. Khí được tạo ra là metan sẽ đi từ ống dẫn khí đến bình gas. Bình gas phải có một chốt an toàn đề phòng trường hợp bị rò rỉ. + Ta sẽ đặt bình vào một chiếc bể để có thể tạo sự an toàn tối đa cho người sử dụng. + Bình gas sẽ được nối với bếp như trong bếp gas thông thường. 6. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống Giải quyết được việc bỏ thừa các thực phẩm hữu cơ để tạo thành phân bón hay nhiên liệu là một cách thiết thực để bảo vệ môi trường. Giúp ta tránh lãng phí một nguồn nhiên liệu lớn.Đối với học sinh, đó là sự mở ra một hướng nghiên cứu mới vô cùng thú vị là ngành hoá học xanh. Khi nào các giải pháp lớn hơn và hiệu quả hơn được triển khai thì sẽ giúp các hộ gia đình tái chế các thực phẩm tại gia dễ dàng và hiệu quả hơn.