LỜI MỞ ĐẦU

Là một quốc gia đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, nhu cầu về năng lượng sử dụng cho các ngành công nghiệp và cho sinh hoạt ở Việt Nam ngày càng tăng. Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống (thủy điện, than đá, dầu mỏ .) đang ngày càng khan hiếm. Theo dự báo, trữ lượng dầu thô của thế giới sẽ cạn kiệt vào khoảng năm 2050 – 2060. Sự phụ thuộc quá nhiều vào năng lượng hoá thạch gây ra những vấn đề: an toàn nguồn năng lượng, hiệu ứng nhà kính do khí thải và sự bất ổn về chính trị và chủ nghĩa khủng bố thế giới.

Những tiến bộ về khoa học và công nghệ của nhân loại đang đặt ra cho các nước trên thế giới phải quan tâm đến việc sản xuất và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) và quan tâm đến bảo vệ môi trường. Một trong số các nguồn NLTT đó là năng lượng sinh khối. Năng lượng sinh khối (NLSK) là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con người sử dụng khi bắt đầu biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm.

Ngành nông nghiệp của Việt Nam có vị trí vô cùng quan trọng với tỷ trọng chiếm 20,3% trong toàn bộ nền kinh tế, 70% dân số làm nông nghiệp. Hiện nay, Việt Nam luôn nằm trong tốp các nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Trong quá trình canh tác nông nghiệp, bên cạnh các sản phẩm chính luôn tạo ra một lượng lớn phụ phẩm. Nếu không được quản lý tốt nguồn phụ phẩm này chúng sẽ biến thành lượng rác thải rất lớn và gây ô nhiễm môi trường.

Việc áp dụng đưa nguồn NLSK vào sử dụng không chỉ thay thế nguồn năng lượng hoá thạch mà còn góp phần xử lý chất thải rắn trong môi trường hiện nay.

Mặc dù ngành điện lực đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện nhu cầu năng lượng phục vụ sinh hoạt và sản xuất, nhưng tình trạng thiếu điện trên toàn quốc, ở Việt Nam vẫn còn rất lớn.

Do đó, việc nghiên cứu và đưa ra phương án hợp lý để sử dụng hiệu quả các phụ phẩm sinh khối trong nông nghiệp làm nguồn năng lượng là rất cần thiết, không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng mà còn làm giảm sức ép đến môi trường.

Hải Dương là tỉnh có điều kiện tự nhiên rất thuận lợi cho việc phát triển nông nghiệp do đó lượng phụ phẩm nông nghiệp cũng rất lớn. Tuy nhiên, cho tới nay chưa có một nghiên cứu nào thống kê cụ thể về số lượng, thành phần, và đặc biệt là nghiên cứu đề xuất phương án sử dụng nguồn sinh khối này một cách hiệu quả.

Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương” với mục tiêu: Đánh giá tiềm năng NLSK các phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch từ canh tác lúa (trấu, rơm, rạ), từ sản xuất ngô (thân, lá, lõi bắp) và từ sản xuất lạc (thân, lá, vỏ củ) trên địa bàn tỉnh Hải Dương; trên cơ sở đó đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sinh khối này.

Nội dung chính của luận văn bao gồm:

1. Tìm hiểu hiện trạng sản xuất một số cây nông nghiệp (lúa, ngô, lạc) trên địa bàn tỉnh Hải Dương;

2. Nghiên cứu hiện trạng thu gom và sử dụng các phụ phẩm sau thu hoạch từ các cây nông nghiệp này;

3. Đánh giá tiềm năng NLSK các phụ phẩm này trên địa bàn tỉnh;

4. Đo đạc, phân tích một số chỉ tiêu môi trường không khí (CH4, CO2, CO) theo thời vụ và theo các giai đoạn phát triển của cây lúa;

5. Đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn sinh khối này.

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Phân loại và các dạng sinh khối 3

Bảng 1.2. Năng lượng sinh khối so với các nguồn năng lượng tái tạo khác 7

Bảng 1.3. Năng suất sinh nhiệt của nhiên liệu SK và nhiên liệu hoá thạch 10

Bảng 1.4. Tiềm năng gỗ năng lượng 15

Bảng 1.5. Tiềm năng phụ phẩm nông nghiệp 15

Bảng 1.6. Vai trò của năng lượng sinh khối trong tổng tiêu thụ năng lượng 16 Bảng 1.7. Sử dụng sinh khối theo lĩnh vực 16

Bảng 1.8. Sử dụng sinh khối theo năng lượng cuối cùng 16

Bảng 1.9. Dân số trung bình tỉnh Hải Dương qua các năm từ 1995  2007 24

Bảng 1.10. Tăng trưởng GDP giai đoạn 1996  2005 24

Bảng 3.1. Diện tích đất của tỉnh Hải Dương 32

Bảng 3.2. Diện tích đất sử dụng trong nông nghiệp của tỉnh Hải Dương 32

Bảng 3.3. Diện tích, cơ cấu đất đai năm 2010 33

Bảng 3.4. Diện tích lúa qua các năm 1995  2008 34

Bảng 3.5. Năng suất, sản lượng lúa qua các năm 1995  2008 35

Bảng 3.6. Năng suất, sản lượng lúa dự đoán năm 2010 36

Bảng 3.7. Diện tích, năng suất, sản lượng lúa vụ đông xuân ở một số địa phương trong tỉnh năm 2008. 36

Bảng 3.8. Diện tích, năng suất, sản lượng lúa vụ mùa ở một số địa phương trong tỉnh năm 2008 37

Bảng 3.9. Cơ cấu giống, lúa giống vụ Đông Xuân 2008 38

Bảng 3.10. Cơ cấu giống, lúa giống vụ Mùa 2008 40

Bảng 3.11. Diện tích, năng suất, sản lượng canh tác ngô qua các năm 1995 ÷ 2008 và dự đoán năm 2010 41

Bảng 3.12. Diện tích, năng suất, sản lượng canh tác ngô vụ Đông Xuân phân bố theo huyện và thành phố Hải Dương 42

Bảng 3.13. Diện tích, năng suất, sản lượng canh tác ngô vụ Mùa phân bố theo huyện và thành phố Hải Dương 42

Bảng 3.14. Diện tích, sản lượng lạc qua các năm 1995  2008 và dự đoán năm 2010 43

Bảng 3.15. Diện tích canh tác lạc vụ Đông Xuân phân bố theo huyện, thành phố Hải Dương năm 2008 43

Bảng 3.16. Diện tích, năng suất, sản lượng canh tác lạc vụ Mùa phân bố theo huyện và thành phố Hải Dương 44

Bảng 3.17. Khối lượng các phụ phẩm cây lúa ở tỉnh Hải Dương diễn biến qua các năm 45

Bảng 3.18. Khối lượng các phụ phẩm cây ngô ở tỉnh Hải Dương diễn biến qua các năm 45

Bảng 3.19. Khối lượng các phụ phẩm cây lạc ở tỉnh Hải Dương diễn biến qua các năm 47

Bảng 3.20. Kết quả phân tích hàm lượng khí CH4, CO, CO2 theo các giai đoạn canh tác lúa tại cánh đồng lúa vụ Đông Xuân năm 2009 50

Bảng 3.21. Kết quả phân tích hàm lượng khí CH4, CO, CO2 theo các giai đoạn tại cánh đồng lúa vụ Mùa năm 2009 .52

Bảng 3.22. Năng suất phát thải CH4 đối với các loại phụ phẩm khác nhau 53

Bảng 3.23. Nhiệt trị của các phụ phẩm cây lúa, ngô, lạc 54

Bảng 3.24. Thành phần tro trấu trong quá trình đốt theo công nghệ truyền thống và công nghệ FBC 59

Bảng 3.25. Lượng khí thải khi đốt phụ phẩm cây lúa và than đá 60

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1. So sánh hàm lượng khí CH4 trong không khí ở các giai đoạn phát triển của cây lúa .55

Biểu đồ 3.2. So sánh nồng độ khí CH4 trong không khí theo vụ canh tác .55

Biểu đồ 3.3. So sánh hàm lượng khí CO trong không khí ở các giai đoạn khác nhau .56

Biểu đồ 3.4. So sánh hàm lượng khí CO trong không khí theo vụ canh tác .57

Biểu đồ 3.5. So sánh hàm lượng khí CO2 trong không khí ở các giai đoạn khác nhau .58

Biểu đồ 3.6. So sánh hàm lượng khí CO2 trong không khí theo vụ canh tác 58

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Sơ đồ biến đổi nhiên liệu sinh khối .4

Hình 1.2. Các con đường biến đổi sinh khối thành nhiên liệu .5

Hình 1.3. Hàm lượng nước và năng suất nhiệt của sinh khối .8

Hình 1.4. Lựa chọn quá trình chuyển đổi sinh khối bằng hàm lượng nước . 9

Hình 1.5. So sánh thành phần cấu tạo nguyên tử nhiên liệu hoá thạch và sinh khối .9

Hình 1.6. Hình dạng và kích cỡ một vài vật liệu sinh khối .11

Hình 1.7. Bản đồ hành chính tỉnh Hải Dương .23

Hình 2.1.Quy trình phân tích nhiệt trị các phụ phẩm nông nghiệp

Hình 3.1. Phụ phẩm cây lúa sau thu hoạch lúa . .46

Hình 3.2. Các phụ phẩm cây ngô sau thu hoạch .49

Hình 3.3. Các phụ phẩm cây lạc sau thu hoạch 51

Hình 3.4. Sơ đồ hệ thống lò đốt tấng sôi đồng phát nhiệt - điện .61

Hinh 3.5. Sơ đồ nguyên lý của FBC 6