Năng lượng sinh khối là gì? Giải pháp xanh của tương lai

Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường đang báo động, vì vậy những loại năng lượng xanh đang được phát triển, trong đó có năng lượng sinh khối. Khái niệm năng lượng sinh khối chưa được phân định rõ ràng nên chưa được hiểu đúng trên phạm vi lớn.

Tình hình ô nhiễm môi trường là một trong những vấn nạn được xem là nguy cấp tại Việt Nam và nhiều quốc gia khác trên thế giới. Hiện hữu xung quanh chúng ta có nhiều tác nhân gây ra ô nhiễm môi trường, tuy nhiên những tác nhân này cũng liên quan mật thiết đến những hoạt động thiết yếu của con người. Vì vậy, có nhiều loại năng lượng mới được phát triển để thay thế cho năng lượng nhân tạo nhằm cải thiện tình hình ô nhiễm, trong số phát triển đó có năng lượng sinh khối.       

I. Tổng quan năng lượng sinh khối là gì?

1. Sinh khối là gì?

Sinh khối là một loại vật liệu sinh học được tìm ra từ sự sống và sinh vật sống trên trái đất. đặc biệt xuất hiện ở những giống cây trồng và nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật. Năng lượng sinh khối là một loại nguồn năng lượng tái tạo được sử dụng một cách trực tiếp hay gián tiếp có thể chuyển hóa thành dạng năng lượng khác. 

Năng lượng sinh khối là gì?

Những giống cây trồng như thực vật xanh trong quá trình tiếp xúc với bức xạ từ năng lượng mặt trời và chuyển hóa thành năng lượng hóa học - quá trình quang hợp. Năng lượng sinh khối là kết quả của quá trình đảo ngược quá trình quang hợp này. năng lượng của quá trình này được tích trữ trong những vật chất sống được giải hóng khi có các hợp chất hóa học làm vật liệu hữu cơ bị phá vỡ do phân hủy. Lượng dư hữu còn lại gọi là quá trình sinh khối. 

Sinh khối là một dạng chất hữu cơ tương tự như nhiên liệu hóa thạch như dầu, than đá, khí đốt tự nhiên. Sự khác biệt giữa hai loại nhiên liệu này là nhiên liệu hóa thạch thì được hình thành từ thực vật, động vật. Ở khía cạnh khác, năng lượng sinh khối có thể được tái tạo ở quy mô và thời gian nhỏ hơn khi hệ thống nhà máy phát triển liên tục và động vật liên tục thải ra phân, con người vứt bỏ chất thải mỗi ngày. 

2. Khái niệm về năng lượng sinh khối 

Năng lượng sinh khối là những loại nhiên liệu tự nhiên phi hóa thạch và được hình thành dưới dạng hữu cơ được làm bằng những nguyên liệu có nguồn gốc thực vật. Loại nhiên liệu này được chuyển đổi thành những nguồn năng lượng có thể tận dụng cho đời sống con người. 

Năng lượng sinh khối là một nguồn tài nguyên quan trọng và được gọi với cái tên “tài nguyên có thể phục hồi” vì năng lượng mặt trời là nguồn gốc chính của năng lượng sinh khối. 

Con người tìm và khai thác ra những sản phẩm có nguồn gốc từ năng lượng sinh khối bắt đầu với việc sử dụng củi khổ và cỏ khô để sưởi ấm. Thuật ngữ năng lượng sinh khối được hiểu theo hai nghĩa, một là vật liệu cây trồng để tạo ra điện năng bằng cách dùng tua bin hơi hay là loại sinh khối tạo ra nhiệt nhờ đốt nhiên liệu trực tiếp. 

3. Các nguồn năng lượng sinh khối là gì

Định nghĩa năng lượng sinh khối là gì được xuất phát từ đâu? Sinh khối được tạo ra nguồn năng lượng được sử dụng hàng ngày trong sinh hoạt đời sống hàng ngày như điện năng, nhiệt năng, hơi nước. Vậy nguồn năng lượng sinh khối là một dạng năng lượng tái tạo để phục vụ cho đời sống của con người. 

Sinh khối là gì?

Năng lượng sinh khối được hình thành dưới 3 dạng vật chất: chất lỏng, chất rắn, chất khí - những dạng năng lượng này được chia thành 2 cấp bậc:

• Sơ cấp: Năng lượng sinh khối được sản xuất qua ánh sáng mặt trời tạo ra qua trình quang hợp tự nhiên ở cây xanh
• Thứ cấp: Năng lượng sinh khối được tạo ra nhờ quá trình phân hủy, chuyên hóa chất hữu cơ được thải ra từ hoạt động hàng ngày của con người và hoạt động tự nhiên của động vật.

3.1. Sinh khối rắn

Năng lượng sinh khối còn được gọi là một dạng nguyên liệu, trong số đó sinh khối rắn là chất hữu cơ ở dạng rắn nhờ được nén ở dạng bột viên giúp giải phóng năng lượng do quá trình đốt cháy lưu trữ. Một số nguyên liệu được xem là sinh khối rắn:

• Gỗ, cặn gỗ do quá trình nghiền nhỏ cây, gỗ, mùn cưa
• Dư lượng nông nghiệp như rơm, rạ, hạt, rễ, vỏ trấu
• Năng lượng từ than củi, rêu, than bùn
• Rác thải quá quá trình xử lý như chất thải của bả mía
• Chất thải động vật
• Chất thải rắn từ khu đô thị

3.2. Sinh khối lỏng

Sinh khối lỏng được gọi là một loại vật liệu sinh học là những loại chất lỏng được tạo ra từ chất rắn đang phát triển và sống ở một số điểm có xử lý sản xuất nhiên liệu. Sinh khối lỏng gồm:

• Dầu thực vật được chiết khấu từ hạt hướng dương, hạt cải, hạt cải
• Nhiên liệu Methanol, cồn được lên men từ ngũ cốc, gỗ, hạt thực vật
• Dầu diesel sinh học được chưng cất từ dầu thực vật hay mỡ động vật 
• Nhiên liệu P - Series là sự pha trộn giữa chất rắn và chất lỏng

3.3. Sinh khối không khí 

Sinh khối không khí là một dạng khí sinh học là những loại khí được hình thành một cách tự nhiên bởi máy phân hủy rác, chất thải sinh học, bùn và phân có thể tái chế được. Sinh khối dạng lỏng hoặc khí gồm:

• Metan chiết xuất từ phân hủy thực vật, động vật, phân chuồng
• Bio Gases từ rác thối rữa tại bãi rác
• Hydrogen từ năng lượng pin 
• Khí pha trộn từ Carbon Monoxide hay Hydrogen
• Khí tự nhiên từ nhiên liệu hóa thạch

II. Ưu và nhược điểm của năng lượng sinh khối là gì?

1. Ưu điểm

Năng lượng sinh khối xuất hiện tự nhiên với những ưu điểm nhất định mang lại ý nghĩa cho đời sống hàng ngày của chúng ta. Năng lượng sinh khối là thành phần giúp giảm đi sự phụ thuộc của con người vào nhiên liệu hóa thạch - nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. Bên cạnh đó, năng lượng sinh khối còn làm giảm phát sinh từ thải khí nhà kính, nhờ vậy giảm thiếu đáng kể những vấn đề liên quan đến ô nhiễm và quản lý chất thải. Năng lượng sinh khối còn sử dụng những loại cây trồng khác nhau giúp hỗ trợ người nông dân nông nghiệp. Hoạt động sản xuất các chất hay năng lượng xanh sách hơn nhiên liệu hóa thạch thông thường. 

Ưu điểm của năng lượng sinh khối là gì?

2. Nhược điểm 

Bên cạnh những ưu điểm lớn của năng lượng sinh khối thì nó cũng có một vài khuyết điểm cần chú ý để nắm bắt biện pháp khắc phục trong trường hợp cần thiết. Những dạng năng lượng sinh khối rắn với hàm lượng năng lượng thấp hơn so với nhiên liệu hóa thạch. Bên cạnh đó, nhiên liệu hóa thạch còn được dùng trong quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học chiếm phần lớn đất đai, điều này làm giảm diện tích đất có sẵn cho hoạt động sản xuất nông nghiệp.

III. Cách lấy năng lượng sinh khối

Có tổng cộng 4 cách để tạo ra năng lượng sinh khối tùy vào tình hình và điều kiện để áp dụng cho những trường hợp khác nhau. 

Cách thứ nhất là đốt nhiệt sinh khối được sử dụng khi bạn đốt những sinh khối dạng rắn và nguồn năng lượng được sinh ra từ quá trình này được sử dụng trực tiếp cho quá trình sinh hoạt của con người. 

Cách thứ hai là phát điện bằng biopower - biomass là phương pháp dùng hơi nước hoặc nhiệt bằng cách đốt những nhiên liệu tự nhiên để tạo ra năng lượng điện cho quá trình sử dụng điện của con người. 

Cách thứ ba là khí hóa sinh khối là một phần của sinh khối được sinh ra một cách tự nhiên từ phân động vật, chất thải rác và tảo biển. Khí sinh khối quá quá trình khí hóa được chuyển hóa để có thể sử dụng một cách trực tiếp cho vận chuyển bằng đường ống đến người tiêu dùng. Khí sinh khối được dùng cho hoạt động sưởi ấm, bàn ủi là một dạng năng lượng hay vật liệu sinh học.

Cách lấy năng lượng sinh khối

Cách thứ tư là chuyển hóa chất lỏng sinh khối là một loại sản xuất nhiên liệu sinh học dạng lỏng được làm từ sinh khối, hay chất thực vật. Nhiều loại nhiên liệu sinh học như methanol. ethanol, xăng dầu tổng hợp, nhiên liệu hàng không.

IV. Cách chuyển hóa năng lượng từ sinh khối thành nhiệt trong đời sống như thế nào?   

1. Ý nghĩa việc chuyển hóa năng lượng từ sinh khối thành nhiệt

Chuyển hóa sinh khối thành năng lượng đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người. Quá trình chuyển đổi này gồm nhiều phương pháp khác nhau và phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu với công nghệ chuyển đổi năng lượng và hình thức ứng dụng theo điều kiện của mỗi quốc gia. Nguồn vật liệu sinh học này được sản xuất từ nhiều nguồn đa dạng khác nhau như cây trồng năng lượng chuyên dụng được dùng làm năng lượng sinh khối, những sản phẩm từ rừng hay dư thừa từ quá trình sản xuất nông nghiệp. Nguyên liệu sinh học như một dạng vật liệu sinh học cần được thu thập, lưu trữ trước khi tiến hành xử lý. 

Năng lượng sinh khối như một loại năng lượng xanh giúp giảm thiểu tác động đến hoạt động khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Bất kỳ nguồn năng lượng tái tạo nào trong đó có năng lượng sinh khối vẫn có những mặt hạn chế nhất định. Loại năng lượng xanh này phải cạnh tranh với những nguồn nhiên liệu hóa thạch và cả những nguồn năng lượng tái tạo khác từ gió, năng lượng thủy triều. 

Ý nghĩa của năng lượng sinh khối và năng lượng tái tạo

Ở những quốc gia phát triển, khí thải từ quá trình phân hủy chất thải hữu cơ được dùng rộng rãi và được dùng làm nhiên liệu cho máy phát điện. Điện được sản xuất với hình thức như một nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường và giá thành cạnh tranh. Quá trình sử dụng những loại khí từ quá trình phân rải chất hữu có tạo cơ hội cho hoạt động sản xuất nguồn năng lượng sinh khối, thúc đẩy quá trình xử lý chất thải.

2. Các công nghệ chuyển hóa năng lượng sinh khối cụ thể 

Sinh khối được chuyển đổi thành những loại năng lượng hữu ích bằng những quy trình khác nhau. Những yếu tố này ảnh hưởng đến lựa chọn công nghệ chuyển đổi sinh khối như chủng loại, nguyên liệu sinh khối. Sinh khối còn được chuyển đổi thành 3 loại chính, trong đó có hai loại là năng lượng điện, nhiệt và nhiên liệu vận tải, loại còn lại là nguyên liệu hóa học. 

Quá trình chuyển đổi sinh khối thành năng lượng được thực hiện nhờ hóa sinh học và hóa nhiệt, một loại khác là sản xuất xăng sinh học. Xăng sinh học là một sản phẩm của những nhà công nghệ sinh học dù chưa phổ biến nhưng để giảm áp lực về giảm khí phát thải, ô nhiễm môi trường sẽ thúc đẩy nhu cầu về xăng sinh học.

Với 4 phương thức chuyển đổi hóa nhiệt sinh khối là đốt cháy, khí hóa, nhiệt phân và hóa lỏng kết hợp với hai hình thức là tiêu hóa và lên men giúp con người dễ dàng đạt được mục đích chuyển hóa năng lượng sinh khối.

V. NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI Ở VIỆT NAM: VẪN CHỈ LÀ TIỀM NĂNG

1. Nguồn năng lượng dồi dào

Trên thế giới, theo thống kê thì năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng đứng thứ 4 chiếm 15% tổng năng lượng tiêu thụ trên toàn thế giới. Với những quốc gia đang phát triển, năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng lớn nhất chiếm 35% tổng năng lượng được cung cấp, từ đó có thể thấy năng lượng xanh này đáp ứng nhu cầu năng lượng tiêu cùng của thế giới cùng như Việt Nam.

Ở những quốc gia có điều kiện tự nhiên nóng ẩm, mưa nhiều và đất đai phì nhiêu thì năng lượng sinh khối có cơ hội phát triển nhanh hơn những nguồn năng lượng khác. Những nguồn phụ phẩm từ hoạt động nông lâm ngư nghiệp gia tăng được xem là rác thải tự nhiên đang bị lãng phí và không được tận dụng đúng mục đích. Khi tận dụng được nguồn nhiên liệu này thì có thể cung cấp năng lượng cho những hoạt động phát triển kinh tế lại bảo vệ môi trường.

Nguồn năng lượng xanh dồi dào

Chính vì vậy, ta có thể thấy năng lượng sinh khối có cơ hội được phát triển tại Việt Nam vì lượng trữ lớn. Nguồn sinh khối của năng lượng tái tạo này chủ yếu từ gỗ, phụ phẩm cây trồng và rừng tự nhiên, vỏ đậu,...được thống kê với số lượng lên đến 25 triệu tấn gỗ và 8.8 triệu tấn dầu thô.  

2. Tồn tại nhiều hạn chế 

Khi vấn nạn ô nhiễm môi trường đang trở nên đáng báo động thì những nguồn năng lượng xanh như năng lượng sinh khối càng đối với những nhà kỹ thuật môi trường là có tiềm năng phát triển trên toàn cầu. Khi nguồn năng lượng hóa thạch cạn kiệt cũng là lúc năng lượng sinh khối có thể phát huy hết tiềm năng của nó. 

Năng lượng sinh khối khác với năng lượng tái tạo vì nó không chỉ thay thế được năng lượng hóa thạch mà còn giải quyết vấn đề xử lý chất thải do hoạt động sinh hoạt của con người thải ra. Tuy nhiên, vấn đề chi phí thiết bị sản xuất nguồn năng lượng xanh này đắt hơn so với thiết bị sử dụng năng lượng nhiên liệu hóa thạch. 

Năng lượng sinh khối đang chiếm hơn 50% nhưng so với những loại năng lượng thương mại thì không đáng kể. Năng lượng sinh khối chủ yếu được dùng để sản sinh nhiệt lượng cho kinh tế hộ gia đình với tỷ lệ gấp 3 lần năng lượng tiêu thụ so với công nghiệp. Một vài mặt hạn chế khi sản xuất năng lượng sinh khối là một trong những rào cản khiến cho nguồn năng lượng xanh này chưa có cơ hội phát triển.

VI. Kết luận 

Năng lượng sinh khối cũng là một loại năng lượng tái tạo nhưng giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến môi trường và xử lý rác thải. Từ những thông tin trên, ta thấy được tiềm năng của năng lượng sinh khối nhưng vì những lý do liên quan đến chi phí hay cơ hội phát triển tại Việt Nam thì năng lượng sinh khối vẫn có những hạn chế. Dù gì đi nữa thì năng lượng sinh khối vẫn là một phương pháp hiệu quả để giải quyết tình hình hiển tại.