Tiềm năng phát điện từ khí sinh học

Trong bối cảnh ngành chăn nuôi đang phát triển mạnh mẽ, việc xử lý chất thải và ô nhiễm môi trường trở thành thách thức lớn. Từ thực tiễn đó, một hướng đi mới đang mở ra: chuyển đổi khí sinh học (biogas, vốn là phụ phẩm chăn nuôi) thành nguồn năng lượng phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Giải pháp này không chỉ giảm thiểu ô nhiễm mà còn góp phần tiết kiệm năng lượng, giảm áp lực cho ngành điện, thúc đẩy phát triển kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp.

Nguồn năng lượng bị lãng quên

Theo Bộ Nông nghiệp và Môi trường, lĩnh vực chăn nuôi hiện đóng góp gần 27% GDP của toàn ngành nông nghiệp. Sản phẩm chăn nuôi không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn hướng đến xuất khẩu. Tuy nhiên, mặt trái của sự phát triển này là lượng chất thải khổng lồ từ chăn nuôi thải ra mỗi ngày.

Ước tính mỗi năm, các khu vực chăn nuôi ở Việt Nam thải ra hàng trăm triệu tấn phân và một lượng lớn nước thải chưa qua xử lý. Điều này không chỉ gây ô nhiễm đất, nước, không khí mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái xung quanh.

Tại Thanh Hóa, một trong những địa phương có tổng đàn heo lớn nhất nước với hơn 910.000 con, vấn đề này càng trở nên cấp bách. Trong đó, nhóm chăn nuôi quy mô từ 300 con trở lên và doanh nghiệp đang có xu hướng tăng nhanh, chiếm hơn 21% tổng đàn. Các trang trại quy mô lớn thường xây dựng bể biogas để xử lý chất thải và tạo khí sinh học. Tuy nhiên, lượng khí thu được thường vượt quá nhu cầu đun nấu, dẫn đến tình trạng xả bỏ hoặc đốt khí thừa, gây lãng phí và phát thải khí nhà kính.

Biogas là hỗn hợp khí sinh học được tạo ra từ quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ như phân gia súc, rác thải, phụ phẩm nông nghiệp. Thành phần chính của biogas là methane (CH₄), có thể sử dụng thay thế gas, xăng, dầu trong đun nấu, phát điện hoặc chạy động cơ.

Tại Việt Nam, việc sử dụng biogas vẫn chủ yếu dừng ở quy mô hộ gia đình, phục vụ nấu ăn. Trong khi đó, tiềm năng phát điện từ biogas ở các trang trại quy mô lớn vẫn chưa được khai thác hiệu quả. Nguyên nhân chủ yếu, theo các nhà chuyên môn, là do thiếu công nghệ chuyển đổi phù hợp.

Các máy phát điện biogas công suất lớn hiện nay chủ yếu nhập khẩu từ châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc với giá thành cao (khoảng 2.000 USD/kW), yêu cầu khí đầu vào có hàm lượng CH₄ cao (50%-75%) và tỉ lệ H₂S thấp (<200 ppm), đòi hỏi hệ thống lọc khí hiện đại. Điều này khiến nhiều trang trại không đủ điều kiện đầu tư.

Chuyển đổi sang máy phát điện dùng biogas

Từ năm 1998, Viện Năng lượng Việt Nam đã bắt đầu nghiên cứu chuyển đổi máy phát điện xăng công suất nhỏ sang sử dụng biogas. Các mô hình đầu tiên đã được thử nghiệm tại Phú Xuyên (Hà Nội), Nghĩa Đàn (Nghệ An), Thái Bình… Tuy nhiên, các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào động cơ công suất nhỏ (650 W), hiệu quả chưa cao và khó nhân rộng.

Gần đây, một nhóm nghiên cứu đã tiến hành chuyển đổi thành công máy phát điện diesel công suất lớn sang sử dụng khí sinh học tại một trang trại chăn nuôi heo ở Thanh Hóa. Máy phát điện được cải tiến từ động cơ diesel một xi lanh tĩnh (mẫu VIKYNO EV2600-NB), dùng nhiên liệu lưỡng tính biogas - diesel. Kết quả cho thấy hiệu suất nhiệt được cải thiện đáng kể, suất tiêu hao nhiên liệu giảm, đồng thời giảm phát thải khí nhà kính.

Công nghệ này kế thừa và phát triển từ các nghiên cứu quốc tế. Chẳng hạn, nghiên cứu của Debabrata Barik và S. Murugan (Ấn Độ) cho thấy động cơ sử dụng nhiên liệu lưỡng tính biogas - diesel đạt hiệu suất cao hơn động cơ chạy diesel thuần túy. Nghiên cứu của Sittiboon Siripornakarachai (Thái Lan) cũng chỉ ra rằng khi chuyển đổi động cơ diesel 6 xi lanh sang chạy biogas, hiệu suất nhiệt đạt 28,6% với điều kiện tối ưu.

Mô hình tại Thanh Hóa cho thấy với trang trại chăn nuôi quy mô lớn, việc tận dụng khí biogas để phát điện có thể giảm chi phí điện năng 20%-40% so với mua từ điện lưới. Ngoài ra, nhiệt lượng sinh ra từ động cơ cũng có thể sử dụng để sấy khô thức ăn chăn nuôi hoặc sưởi ấm chuồng trại vào mùa đông.

Quan trọng hơn, lượng khí biogas được tận dụng thay vì xả bỏ giúp giảm phát thải khí nhà kính. Việc này góp phần thực hiện cam kết giảm phát thải ròng về 0 vào năm 2050 mà Việt Nam đã đưa ra tại COP26.

Việc phát điện từ biogas còn mở ra cơ hội phát triển mô hình nông nghiệp tuần hoàn, trong đó chất thải chăn nuôi không còn là gánh nặng mà trở thành tài nguyên. Phần bã sau khi xử lý có thể dùng làm phân bón hữu cơ, góp phần giảm phụ thuộc vào phân bón hóa học và cải tạo đất.

Dù tiềm năng lớn, việc nhân rộng mô hình phát điện biogas tại Việt Nam vẫn gặp không ít rào cản. Bên cạnh chi phí đầu tư ban đầu, khó khăn lớn nhất là thiếu tiêu chuẩn kỹ thuật, thiếu chính sách hỗ trợ cụ thể và thiếu đội ngũ kỹ thuật viên có tay nghề để vận hành, bảo trì hệ thống.

Theo các chuyên gia, để thúc đẩy ứng dụng công nghệ này, cần xây dựng chính sách ưu đãi đầu tư cho các trang trại chuyển đổi sang sử dụng năng lượng tái tạo, trong đó có biogas; hỗ trợ tín dụng xanh cho nông dân và doanh nghiệp đầu tư hệ thống phát điện biogas. Bên cạnh đó, đào tạo kỹ thuật viên về lắp đặt, vận hành, bảo trì hệ thống phát điện sinh học; ban hành tiêu chuẩn quốc gia về chất lượng khí sinh học, an toàn vận hành, hiệu suất thiết bị; khuyến khích xã hội hóa và hợp tác công - tư trong nghiên cứu, sản xuất và chuyển giao công nghệ phát điện biogas.