Biến chất thải nông nghiệp thành năng lượng sạch

GD&TĐ - Các nhà khoa học đưa ra bảy kịch bản khác nhau về tỷ lệ dùng biogas để thay thế than, củi và LPG để phát điện và đun nấu nhằm đánh giá lợi ích môi trường của việc thay thế này.



Năng lượng dồi dào

TS Nguyễn Thành Hưng - Viện Khoa học Biển Nhiệt đới (ĐH Quốc gia Singapore) và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu đánh giá đầu tiên về tiềm năng năng lượng sinh khối (biomass) thu được qua việc xử lý chất thải nông nghiệp trong cả điều kiện khí hậu hiện tại và tương lai trên cả nước ta.

Việt Nam có nền nông nghiệp phát triển mạnh, đồng nghĩa với khối lượng lớn chất thải từ chăn nuôi và phế phụ phẩm từ trồng trọt. Nếu được xử lý và tận dụng hiệu quả, đây là nguồn tài nguyên quý giá để sản xuất năng lượng sinh học, điển hình là biogas - một dạng khí sinh học chủ yếu gồm methane (CH₄) và carbon dioxide (CO₂), sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí của chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy.

Tuy nhiên, hiện nay phần lớn chất thải nông nghiệp vẫn bị đốt bỏ hoặc xử lý sơ sài, gây ô nhiễm không khí, đất và nguồn nước. Một nghiên cứu mới đây đã chỉ ra rằng phát thải khí nhà kính từ chất thải chăn nuôi và việc đốt rơm rạ ở Việt Nam sẽ tăng từ 38,5 triệu tấn CO₂ tương đương năm 2000 lên 95,2 triệu tấn vào năm 2050 nếu không có giải pháp can thiệp.

Biogas không chỉ giúp xử lý chất thải hiệu quả, mà còn mang lại nhiều lợi ích môi trường và kinh tế. Nghiên cứu cho thấy nếu sử dụng toàn bộ lượng biogas tiềm năng để thay thế cho các nhiên liệu truyền thống như than đá, củi, khí hóa lỏng (LPG) trong sản xuất điện và nhiệt, Việt Nam có thể cắt giảm lần lượt 148,4 và 147,9 triệu tấn CO₂ tương đương vào năm 2050 (tùy theo kịch bản thay thế than hoặc củi). Con số này vượt xa mức giảm được khi thay thế LPG (chỉ khoảng 65 triệu tấn CO₂ tương đương).

Không dừng lại ở khía cạnh môi trường, đầu tư vào hệ thống hầm ủ biogas quy mô hộ gia đình còn mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt. Với chi phí hợp lý và thời gian hoàn vốn ngắn (chỉ khoảng 1,7 năm), các hộ dân có thể tiết kiệm đáng kể chi phí nhiên liệu, nhất là trong bối cảnh giá nhiên liệu hóa thạch dự báo sẽ tiếp tục tăng mạnh trong giai đoạn

2020 - 2050. Ước tính, nếu dùng biogas để thay thế LPG, mỗi hệ thống biogas có thể mang lại giá trị hiện tại ròng (NPV) lên tới 4.878 USD, tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR) đạt 57,2% - một mức sinh lời rất hấp dẫn.

Việt Nam đang đầu tư mạnh vào điện mặt trời và điện gió. Tuy nhiên, hai nguồn năng lượng này lại phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết và địa lý. Những khu vực miền núi, nông thôn xa lưới điện quốc gia rất khó tiếp cận các công nghệ hiện đại này. Trong khi đó, chất thải nông nghiệp lại có sẵn ngay tại chỗ, có thể tận dụng dễ dàng để sản xuất biogas phục vụ nấu nướng, sưởi ấm hoặc phát điện cục bộ.

Sử dụng hiệu quả tiềm năng

Thực tế cho thấy Việt Nam vẫn đang phụ thuộc rất lớn vào nhiên liệu hóa thạch. Tỷ lệ tiêu dùng các loại nhiên liệu hóa thạch trong các hộ gia đình cũng tăng đáng kể. Theo Tổng cục Thống kê, chi tiêu hàng tháng cho nhiên liệu đốt của người dân đã tăng 30% trong vòng 10 năm qua. Trong khi đó, nhu cầu điện dự báo sẽ tiếp tục tăng nhanh trong ba thập kỷ tới.

Chính vì vậy, việc phát triển biogas từ chất thải nông nghiệp vừa giúp xử lý rác thải, vừa giảm phát thải khí nhà kính, lại vừa tiết kiệm chi phí nhiên liệu cho người dân, là một hướng đi đúng đắn và cần được ưu tiên trong chiến lược năng lượng quốc gia.

Nhóm nghiên cứu tính toán, tổng lượng biogas có thể sản xuất từ chất thải nông nghiệp năm 2020 là 11,320 triệu m³ và sẽ tăng lên 48,428 triệu m³ vào 2050.

Từ lượng khí biogas này, có thể được sản xuất 20.952,1 triệu kWh và 52.302,5 triệu kWh vào năm 2030 và 2050, tương đương 20% và 15,3% tổng nhu cầu điện của Việt Nam. Sử dụng khí biogas được tạo ra từ chất thải nông nghiệp để sản xuất nhiệt có tiềm năng tạo ra 121.451, 211.298 và 531.014 triệu mega joule nhiệt vào năm 2020, 2030 và 2050. Con số này tương đương nhiệt lượng của khoảng từ 4,8 đến 21,1 nghìn tấn than đá.

Từ những phát hiện trên, nhóm nghiên cứu đề xuất Việt Nam thu gom và sử dụng hiệu quả chất thải nông nghiệp hơn để sản xuất năng lượng, đặc biệt tại các vùng có tiềm năng cao như Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long.

Có thể xây dựng một khung thu gom chất thải hiệu quả và tham khảo các mô hình thành công ở các quốc gia khác. Ngoài ra, cần triển khai các ưu đãi tài chính để khuyến khích ưu tiên sử dụng chất thải nông nghiệp để tạo ra năng lượng.

Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp để khai thác hiệu quả tiềm năng từ chất thải nông nghiệp gồm xây dựng cơ sở dữ liệu chính xác về nguồn phát thải từ chăn nuôi và đốt phụ phẩm để có chiến lược thu gom, xử lý tập trung. Khuyến khích và hỗ trợ người dân đầu tư hầm biogas quy mô hộ gia đình hoặc cụm hộ, nhất là ở các vùng chăn nuôi tập trung hoặc vùng sâu, vùng xa chưa có điện lưới.



Năng lượng dồi dào

TS Nguyễn Thành Hưng - Viện Khoa học Biển Nhiệt đới (ĐH Quốc gia Singapore) và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu đánh giá đầu tiên về tiềm năng năng lượng sinh khối (biomass) thu được qua việc xử lý chất thải nông nghiệp trong cả điều kiện khí hậu hiện tại và tương lai trên cả nước ta.

Việt Nam có nền nông nghiệp phát triển mạnh, đồng nghĩa với khối lượng lớn chất thải từ chăn nuôi và phế phụ phẩm từ trồng trọt. Nếu được xử lý và tận dụng hiệu quả, đây là nguồn tài nguyên quý giá để sản xuất năng lượng sinh học, điển hình là biogas - một dạng khí sinh học chủ yếu gồm methane (CH₄) và carbon dioxide (CO₂), sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí của chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy.

Tuy nhiên, hiện nay phần lớn chất thải nông nghiệp vẫn bị đốt bỏ hoặc xử lý sơ sài, gây ô nhiễm không khí, đất và nguồn nước. Một nghiên cứu mới đây đã chỉ ra rằng phát thải khí nhà kính từ chất thải chăn nuôi và việc đốt rơm rạ ở Việt Nam sẽ tăng từ 38,5 triệu tấn CO₂ tương đương năm 2000 lên 95,2 triệu tấn vào năm 2050 nếu không có giải pháp can thiệp.

Biogas không chỉ giúp xử lý chất thải hiệu quả, mà còn mang lại nhiều lợi ích môi trường và kinh tế. Nghiên cứu cho thấy nếu sử dụng toàn bộ lượng biogas tiềm năng để thay thế cho các nhiên liệu truyền thống như than đá, củi, khí hóa lỏng (LPG) trong sản xuất điện và nhiệt, Việt Nam có thể cắt giảm lần lượt 148,4 và 147,9 triệu tấn CO₂ tương đương vào năm 2050 (tùy theo kịch bản thay thế than hoặc củi). Con số này vượt xa mức giảm được khi thay thế LPG (chỉ khoảng 65 triệu tấn CO₂ tương đương).

Không dừng lại ở khía cạnh môi trường, đầu tư vào hệ thống hầm ủ biogas quy mô hộ gia đình còn mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt. Với chi phí hợp lý và thời gian hoàn vốn ngắn (chỉ khoảng 1,7 năm), các hộ dân có thể tiết kiệm đáng kể chi phí nhiên liệu, nhất là trong bối cảnh giá nhiên liệu hóa thạch dự báo sẽ tiếp tục tăng mạnh trong giai đoạn

2020 - 2050. Ước tính, nếu dùng biogas để thay thế LPG, mỗi hệ thống biogas có thể mang lại giá trị hiện tại ròng (NPV) lên tới 4.878 USD, tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR) đạt 57,2% - một mức sinh lời rất hấp dẫn.

Việt Nam đang đầu tư mạnh vào điện mặt trời và điện gió. Tuy nhiên, hai nguồn năng lượng này lại phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết và địa lý. Những khu vực miền núi, nông thôn xa lưới điện quốc gia rất khó tiếp cận các công nghệ hiện đại này. Trong khi đó, chất thải nông nghiệp lại có sẵn ngay tại chỗ, có thể tận dụng dễ dàng để sản xuất biogas phục vụ nấu nướng, sưởi ấm hoặc phát điện cục bộ.

Sử dụng hiệu quả tiềm năng

Thực tế cho thấy Việt Nam vẫn đang phụ thuộc rất lớn vào nhiên liệu hóa thạch. Tỷ lệ tiêu dùng các loại nhiên liệu hóa thạch trong các hộ gia đình cũng tăng đáng kể. Theo Tổng cục Thống kê, chi tiêu hàng tháng cho nhiên liệu đốt của người dân đã tăng 30% trong vòng 10 năm qua. Trong khi đó, nhu cầu điện dự báo sẽ tiếp tục tăng nhanh trong ba thập kỷ tới.

Chính vì vậy, việc phát triển biogas từ chất thải nông nghiệp vừa giúp xử lý rác thải, vừa giảm phát thải khí nhà kính, lại vừa tiết kiệm chi phí nhiên liệu cho người dân, là một hướng đi đúng đắn và cần được ưu tiên trong chiến lược năng lượng quốc gia.

Nhóm nghiên cứu tính toán, tổng lượng biogas có thể sản xuất từ chất thải nông nghiệp năm 2020 là 11,320 triệu m³ và sẽ tăng lên 48,428 triệu m³ vào 2050.

Từ lượng khí biogas này, có thể được sản xuất 20.952,1 triệu kWh và 52.302,5 triệu kWh vào năm 2030 và 2050, tương đương 20% và 15,3% tổng nhu cầu điện của Việt Nam. Sử dụng khí biogas được tạo ra từ chất thải nông nghiệp để sản xuất nhiệt có tiềm năng tạo ra 121.451, 211.298 và 531.014 triệu mega joule nhiệt vào năm 2020, 2030 và 2050. Con số này tương đương nhiệt lượng của khoảng từ 4,8 đến 21,1 nghìn tấn than đá.

Từ những phát hiện trên, nhóm nghiên cứu đề xuất Việt Nam thu gom và sử dụng hiệu quả chất thải nông nghiệp hơn để sản xuất năng lượng, đặc biệt tại các vùng có tiềm năng cao như Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long.

Có thể xây dựng một khung thu gom chất thải hiệu quả và tham khảo các mô hình thành công ở các quốc gia khác. Ngoài ra, cần triển khai các ưu đãi tài chính để khuyến khích ưu tiên sử dụng chất thải nông nghiệp để tạo ra năng lượng.

Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp để khai thác hiệu quả tiềm năng từ chất thải nông nghiệp gồm xây dựng cơ sở dữ liệu chính xác về nguồn phát thải từ chăn nuôi và đốt phụ phẩm để có chiến lược thu gom, xử lý tập trung. Khuyến khích và hỗ trợ người dân đầu tư hầm biogas quy mô hộ gia đình hoặc cụm hộ, nhất là ở các vùng chăn nuôi tập trung hoặc vùng sâu, vùng xa chưa có điện lưới.