Công nghệ khí hóa sinh khối (biomass gasification) là một phương pháp chuyển đổi năng lượng từ nguồn sinh khối thành khí tổng hợp, đồng thời tạo ra các sản phẩm phụ như tro và dầu sinh học. Đây là một công nghệ tiềm năng có thể giúp chúng ta chuyển đổi các nguồn tài nguyên tái tạo như gỗ, cây trồng, cỏ hoặc chất thải hữu cơ thành nguồn năng lượng sạch và bền vững.
Quá trình khí hóa sinh khối bắt đầu bằng việc tiến hành nhiệt phân sinh khối trong môi trường thiếu oxi. Quá trình này tạo ra khí tổng hợp (syngas) chứa các thành phần chính là hydro (H2), cacbon monoxit (CO) và methane (CH4). Syngas có thể được sử dụng để sản xuất điện, nhiệt hoặc nhiên liệu cho các quá trình công nghiệp khác nhau.
Giới thiệu mô hình
Theo Bộ NN&PTNT, mỗi năm Việt Nam thải ra khoảng 50 – 60 triệu tấn phế phẩm nông nghiệp, lâm nghiệp gồm gỗ cành, lá, gỗ phụ phẩm sau thu hoạch,… Theo báo cáo kiểm kê quốc gia khí nhà kính Việt Nam năm 2013, riêng ngành nông nghiệp đã phát thải 89,4 triệu tấn khí CO2 chiếm 34.5% tổng lượng phát thải khí nhà kính của cả nước. Việc một lượng lớn phế phẩm nông, lâm nghiệp bị đốt bỏ vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa tăng phát thải CO2 vừa lãng phí một nguồn tài nguyên quý.
Xuất phát từ ý tưởng nếu tận dụng được những phế phẩm đó vào sản xuất năng lượng mà không gây ô nhiễm môi trường lại giảm lượng phát thải khí nhà kính sẽ mở ra một hướng phát triển rất tiềm năng, HTX Thái Nguyên TOTA (gọi tắt là TOTA) đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí hóa sinh khối chuyển hóa phế phẩm đó thành khí sinh học để đốt lò, vì thế không tạo khói, không gây phát thải CO2, không gây ô nhiễm môi trường mà còn thúc đẩy quá trình tuần hoàn hóa (tái sử dụng phế phẩm). Những lò đốt sinh khối này được bà con vùng chè Thái Nguyên tín nhiệm sử dụng để sao chè. Sử dụng loại lò đốt này giúp tiết kiệm 2 – 3 lần chi phí so với lò truyền thống dùng củi hay than đá mà lại không khói, không bụi, nhiệt độ ổn định. Vì thế được người sử dụng rất tin dùng.
Lò đốt sinh khối là một sản phẩm công nghệ cao. Nó hoạt động theo nguyên lý khí hóa sinh khối nguyên liệu là phế phẩm hữu cơ đã được sấy còn độ ẩm khoảng 20% thông qua quá trình nhiệt phân sinh khối trong môi trường thiếu oxi bên trong lò đốt. Quá trình này tạo ra khí tổng hợp (syngas) và được quạt về phía cửa lò để đốt, tạo nhiệt sấy nông sản. Vì đốt khí nên không có khói, không gây ô nhiễm môi trường.
 |
| Cấu tạo của lò khí hóa sinh khối (trái) và lò thực tế (phải) |
Toàn bộ hệ thống được điều khiển bằng công nghệ IoT để kiểm soát nhiều thông số kỹ thuật khác nhau: Nhiệt lượng, khối lượng nguyên liệu được đốt, thông số của buồng đốt yếm khí,… từ đó cập nhật theo thời gian thực lượng phát thải khí CO2 đã giảm được so với lò truyền thống. Lò này chỉ hoạt động khi các thông số được kiểm soát phù hợp với quy trình thiết kế và lò đã được kích hoạt hợp lệ. Mỗi lò có ID riêng và được giám sát vị trí của lò theo thời gian thực bằng GPS, dù đặt ở đâu trong cả nước. Điều này giúp tránh được nạn sao chép, làm giả hay mất mát. Vì công nghệ tiến bộ không ngừng nên công ty TOTA quyết định chỉ cho thuê lò đốt chứ không bán, giá thuê được thỏa thuận với người dùng trên nguyên tắc cùng có lợi và hợp tác lâu dài.
Mục tiêu của việc sản xuất và cung cấp lò đốt khí hóa sinh khối này không chỉ là tạo ra doanh thu và lợi nhuận mà còn đóng góp tích cực giảm phát thải khí nhà kính, tiết kiệm tài nguyên, bảo vệ môi trường và nâng cao thu nhập cho người lao động, gồm cả từ việc bán chứng chỉ carbon. Vì thế, sẽ hiệu quả hơn nếu xây dựng và phát triển được một chuỗi liên kết theo gia trị gồm:
- TOTA: Là nhà cung cấp lò đốt khí hóa sinh khối, giải pháp xử lý nguyên liệu đầu vào và hệ thống quản trị số.
- Các cơ sở cung cấp nguyên liệu đầu vào: Là các cơ sở thu gom nguyên liệu hữu cơ phế thải và xử lý chúng thành nguyên liệu đầu vào cho lò đốt (ưu tiên phát triển các cơ sở ở gần vùng nguyên liệu).
- Các cơ sở sản xuất, sấy nông sản: Là khách hàng thuê dịch vụ cung cấp lò đốt và mua nguyên liệu đốt.
Trong chuỗi liên kết này, dựa vào lượng khách hàng thuê lò đốt, TOTA cân đối phát triển các cơ sở cung cấp nguyên liệu đầu vào để không bị dư thừa. Mỗi lô sản phẩm của từng cơ sở có mã QR riêng phục vụ cho việc giám sát tự động nguồn gốc hàng hóa, lượng sản phẩm được cung cấp,… và chuyển tới khách hàng qua hệ thống kho thông minh. Cách làm này giúp đảm bảo chất lượng nguyên liệu đầu vào, tính tường minh về nguồn gốc sản phẩm, đo lường được quota đóng góp giảm phát thải carbon của từng cơ sở sản xuất và thanh toán tự động ngay khi lô nguyên liệu đốt được chuyển tới nơi sử dụng, tạo ra môi trường kinh doanh minh bạch, công bằng cho các bên tham gia.
 |
| Chuỗi liên kết theo giá trị TOTA |
Các công nghệ số được áp dụng để vận hành toàn bộ hệ thống sản xuất – khai thác của TOTA được áp dụng trong những quy trình/công đoạn sau:
· Điều khiển tự động quy trình vận hành lò đốt.
· Giám sát tự động việc ký quỹ thuê lò đốt (giao dịch không dùng tiền mặt).
· Giám sát tự động tọa độ của từng lò đốt theo thời gian thực bằng GPS.
· Tự động hóa quy trình thuê lò đốt thông qua mã QR chuyển khoản ngân hàng để gia hạn sử dụng.
· Kiểm soát tự động các lô nguyên liệu được đưa vào lò đốt. Hệ thống chỉ hoạt động khi đưa vào lò đốt lô nguyên liệu hợp lệ có thể truy vết nguồn gốc rõ ràng.
· Kiểm soát tự động toàn bộ chuỗi cung ứng nguyên liệu đốt thông qua các kho thông minh vì thế tạo nên thị trường minh bạch cho nguyên liệu đốt.
· Giám sát tự động theo thời gian thực các chỉ số phát thải của từng lò đốt và tự động tổng hợp báo cáo trực quan (đây là yếu tố được thị trường carbon quốc tế quan tâm nhất).
 |
| Các thông số kỹ thuật được cập nhật tự động |
Sau gần 2 năm hoạt động, TOTA đã sản xuất và cung cấp 60 lò sinh khối, cho 40 hộ sản xuất chè xanh tại huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. Tiêu thụ khoảng 600 tấn nguyên liệu hữu cơ, sấy được khoảng 200 tấn chè xanh khô. So sánh tương quan về lợi ích môi trường, TOTA đã tiết kiệm được 400 tấn than đá và giảm được 1.108 tấn CO2. Những dữ liệu này được thu thập và tổng hợp tự động từ nguồn gốc phát sinh nên đảm bảo tính khách quan và minh bạch.
Những lợi ích mang lại
- Tăng trưởng xanh
Mô hình sử dụng lò đốt khí hóa sinh khối là một ví dụ cụ thể hưởng ứng cam kết giảm phát thải khí nhà kính của Việt Nam với quốc tế về zero vào năm 2050. Nguyên liệu đốt là phế phẩm nông lâm nghiệp và rác hữu cơ – một nguồn tài nguyên tái tạo phổ biến ở Việt Nam nên góp phần tích cực và chủ động cho việc bảo vệ môi trường xanh cho phát triển bền vững.
- Tăng việc làm
Thu gom phế phẩm nông lâm nghiệp và rác hữu cơ là việc làm đơn giản mà người dân nào cũng làm được, nhất là người dân sống cạnh các vùng nguyên liệu. Người dân có thể bán lại rác đã thu gom cho TOTA hoặc thuê thiết bị xử lý của TOTA (băm, làm khô) để tự xử lý thành nguyên liệu đốt lò và tham gia vào chuỗi liên kết theo giá trị để có thêm nguồn thu nhập. Trong tương lai gần, khi mô hình được lan rộng, lò đốt khí hóa sinh khối không chỉ phục vụ sấy nông sản mà còn dùng cho các mục đích khác như sản xuất điện, xăng dầu sinh học, lò đốt phục vụ các nhà hàng, bếp ăn công nghiệp,… và nguyên liệu đầu vào có thể bao gồm cả rác sinh hoạt hữu cơ, lau sậy, cỏ dại, vỏ trái cây,… (bất cứ thứ gì có selulo) thì ai cũng có thể tham gia sản xuất nguyên liệu sinh khối và bài toán xóa đói giảm nghèo trở nên dễ giải ở tất cả các địa phương.
Ý nghĩa của mô hình
Mô hình này đồng thời phát triển cả 3 loại hình kinh tế cùng một lúc (kinh tế 3 trong 1: kinh tế tuần hoàn, kinh tế chia sẻ, kinh tế số) một cách chủ động, hiệu quả. Đây là hướng đi tất yếu của tất cả các đơn vị kinh tế không chỉ ở Việt Nam mà là cả trên thế giới. Vì thế, khi thành công, nó có thể là một ứng viên trong bảng thành tích mà Việt Nam đóng góp với quốc tế, đặc biệt là trên bản đồ NetZero toàn cầu.
Trong mô hình này, nhiều công nghệ tiên tiến của thời đại được ứng dụng phục vụ nâng cao chất lượng đời sống của nhân dân như công nghệ khí hóa sinh khối chất hữu cơ, công nghệ vật liệu mới, công nghệ IoT, công nghệ cloud, công nghệ AI, công nghệ thông minh hóa quy trình sản xuất (CPS),… Việc này gợi mở một cách tiếp cận mới đưa khoa học công nghệ vào ứng dụng thực tế theo hướng xã hội hóa với vai trò chủ động của doanh nghiệp.
Mô hình có đóng góp thiết thực và trực quan cho mục tiêu Netzero 50 vì thế được một số tổ chức cấp chứng chỉ carbon quốc tế đánh giá cao và nhận xét rằng đây rất có thể là mô hình tham khảo cho các quốc gia chậm và đang phát triển./,
TS Nguyễn Tuấn Hoa, Chủ tịch Hội đồng chuyên gia, Viện phát triển kinh tế số Việt Nam