Bài giảng sử dụng năng lượng tái tạo - chương 2

CHƯƠNG 2

NĂNG LƯỢNG TỪ BIOMASS

2.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ BIOMASS

2.1.1. Khái niệm về biomass

Biomass là các chất hữu cơ có thể sinh nhiệt năng (trừ nhiên liệu hóa thạch), bao

gồm gỗ, củi, rơm rạ, thân cây cỏ, phân động vật khô, ….

Năng lượng từ biomass đã được con người biết đến và sử dụng từ lâu. Tuy nhiên

biomass bị quên lãng do sự lấn át của các loại thiết bị chuyển đổi năng lượng cả trên

phương diện kỹ thuật, công nghệ và kinh tế. Gần đây, nhu cầu về năng lượng cung

cấp cho các phương tiện chuyển động ngày càng tăng đồng thời ý thức về môi trường

cũng tăng lên trong khuôn khổ toàn cầu đã buộc chúng ta phải suy nghĩ lại về việc sử

dụng biomass.

Hàng năm khối lượng biomass được sản xuất ra trên toàn cầu là rất lớn. Biomass

có thể được đốt cháy trực tiếp để sinh nhiệt hoặc được chế biến thành các dạng nhiên

liệu rắn, lỏng hoặc khí. Hình 2.1. trình bày tổng quát các phương pháp sử dụng

biomass.

Hình 2.1. Các phương pháp sử dụng biomass.

Theo lý thuyết, năng lượng hữu ích lấy ra từ biomass gấp khoảng 6 lần nhu cầu

năng lượng hiện nay trên toàn thế giới. Tuy nhiên, để có thể thay thế nhiên liệu hoá

thạch bằng năng lượng từ biomass là cả một vấn đề lớn, lâu dài, bởi vì bên cạnh

63

Nguồn Biomass: gỗ,

thân cây, cành cây,

rơm rạ, phân gia súc,

Các quá

trình chế

biến: nhiệt

phân, lên

men, yếm

khí, …

Nhiên liệu trung

gian: than củi, khí

tổng hợp, khí metan,

nhiên liệu lỏng,

etanol, …

Nhiên liệu

Biomass

Nhiệt

năng

Điện

năng

Cơ

năng

Động cơ

nhiệt

Máy phát

điện

những ưu điểm, việc sử dụng năng lượng từ biomass hiện tại còn gặp một số khó

khăn như sau:

- Ưu điểm:

1. Rất sẵn có và phân bố rộng khắp trên toàn thế giới.

2. Có thể dự trữ được

3. Có khả năng tái tạo

4. Chuyển đổi dễ dàng

5. Mức đầu tư đa dạng tuỳ thuộc vào công nghệ, có thể giảm đến mức tối thiểu

nên phù hợp với mọi đối tượng có mức độ thu nhập khác nhau.

6. Có thể có tính kinh tế trong những điều kiện đặc thù của địa phương, nhất là

những đơn vị kinh tế nhỏ có điều kiện vận chuyển phù hợp.

7. Có thể phát triển ở trình độ thủ công.

8. Tạo việc làm và tăng thu nhập.

9. Không gây hại cho hệ sinh thái và an toàn đối với môi trường.

10.Không làm tăng lượng khí nhà kính CO2 trong khí quyển.

- Hạn chế:

1. Đòi hỏi diện tích đất sử dụng lớn, cạnh tranh với đất canh tác

2. Nguồn cung cấp không chắc chắn trong thời gian đầu.

3. Yêu cầu chi phí về phân bón, đất và nước.

4. Cồng kềnh, khó khăn trong khâu vận chuyển và dự trữ.

5. Thay đổi thất thường theo điều kiện khí hậu.

2.1.2. Các nguồn nguyên liệu biomass

Các nguồn nguyên liệu để sản xuất năng lượng sinh học bao gồm phế thải nông

nghiệp, các loại thực vật cho năng lượng, thực vật biển và tảo. Các nguồn biomass

này trải rộng trên toàn cầu và được coi là nguồn nhiên liệu bổ sung quan trọng cho

dầu mỏ.

a) Nguồn phế thải nông nghiệp

- Phế thải thực vật

Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để xác định số lượng phế thải thực vật

được sản xuất trên nhiều vùng khác nhau. Thông tin thu thập được từ các chương

trình nghiên cứu này bao gồm: sản lượng hàng năm, cách sử dụng hiện tại, phương

pháp sử dụng đề nghị và những cản trở việc sử dụng phế thải đúng cách.

Các phế thải dễ tiếp cận như vỏ trấu, thân, cành cây, lá, cuống hoa, dây leo và rễ

luôn là những nguồn năng lượng quan trọng ở vùng nông thôn tại các nước đang phát

triển. Số lượng phế thải của mỗi loại cây trồng được ước tính dựa vào hệ số phế thải

như trình bày trong bảng 2.1. Khoảng giá trị của mỗi hệ số tương đối rộng do

phương pháp thu hoạch khác nhau, đồng thời có thể do số liệu thu thập không chính

xác, nhưng một điều hiển nhiên là số lượng phế thải thu được hàng năm là rất lớn.

64

Khi nhân hệ số phế thải này với diện tích canh tác các loại cây trồng có thể ước tính

lượng phế thải sản xuất ở các nước khác nhau và trên toàn thế giới (bảng 2.2).

Bảng 2.1. Hệ số phế thải đối với một số cây trồng chính

STT Cây trồng Hệ số phế thải

1 Lúa 0,75 – 2,51

2 Lúa mì 1,10 – 2,57

3 Ngô 0,55 – 1,30

4 Lúa mạch 0,82 – 1,50

5 Yến mạch 1,20 – 1,75

6 Luá miến 0,85 – 1,90

7 Khoai tây 0,20 – 0,30

8 Đậu tương 1,10 – 2,60

9 Mía 0,20 – 0,25

10 Bông 1,40 – 3,00

11 Cải dầu 1,85 – 2,0

Bảng 2.2. Sản lượng phế thải của một số loại cây trồng chính trên thế giới

STT Khu vực Ngũ

cốc

(Mt)

Cây

có củ

(Mt)

Cây

họ đậu

(Mt)

Mía

đường

(Mt)

Tổng sản

lượng

(Mt)

%

1 Nam Mỹ 430 3 2 5 440 19

2 Châu Âu 330 22 4 - 356 15

3 Liên Xô (cũ) 203 18 8 - 229 10

4 Mỹ Latin 118 9 7 58 192 8

5 Châu Phi 99 15 8 10 132 6

6 Châu Á 836 44 38 54 972 41

7 Châu Đại Dương 29 - - 5 34 1

8 Các nước phát

triển

1035 46 14 13 1108 47

9 Các nước đang

phát triển

1009 66 53 119 1247 53

10 Toàn thế giới 2044 112 67 132 2355 100

Không phải tất cả các loại phế thải đều có thể sử dụng làm nhiên liệu. Phế thải

nói chung có rất nhiều công dụng, như làm thức ăn cho gia súc, làm phân bón, làm

nguyên liệu công nghiệp và nguyên liệu chế biến. Cần phân biệt lượng phế thải tổng

cộng và lượng phế thải có thể sử dụng được trong thực tế. Một loại phế thải có thể có

nhiều công dụng khác nhau. Ví dụ: thân cây lúa (rơm rạ) có thể sử dụng để che phủ

bảo vệ đất, giữ ẩm cho đất, cung cấp năng lượng cho vi sinh vật hoạt động, tăng khả

65