Công nghệ định hình sinh khối để sản xuất thanh nhiên liệu có chất lượng cao từ trấu là một giải pháp khả thi, mở ra triển vọng giải quyết tình trạng khan hiếm chất đốt ở các vùng nông thôn, đồng thời góp phần tích cực vào việc bảo vệ môi trường.
Mới có khoảng 1/3 phụ phẩm nông nghiệp được sử dụng.
Ước tính hàng năm có khoảng gần 2 triệu tấn trấu được thải ra từ các cơ sở xay xát. Nhiều nhà máy, xí nghiệp mà chủ yếu ở phía Nam đang phải đối mặt với việc xử lý lượng phế thải khổng lồ trên [không đủ mặt bằng kho chứa và thiếu đầu ra...]. Chẳng hạn, một nhà máy xay xát có công suất trung bình 100 tấn/ca, 1 giờ sẽ thải ra 2,5 tấn trấu, 1 ngày là 60 tấn và 1 tháng là 1.800 tấn. Với khối lượng riêng của trấu là 130 kg/m3 thì phải cần một thể tích kho chứa trên 13.000 m3. Mặt khác, do khối lượng riêng nhỏ nên chi phí vận chuyển đến các vùng nông thôn, nơi đang thiếu chất đốt và vẫn phải chặt phá rừng để lấy củi, là rất tốn kém.
Trước tình hình trên, từ năm 1997, Viện Năng lượng [Tổng công ty Điện lực Việt Nam] đã thực hiện dự án “Công nghệ định hình sinh khối các phế thải - phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất thanh nhiên liệu có chất lượng cao”. Mới đây, Viện đã chế tạo thành công máy ép trục vít dùng để ép các phế thải - phụ phẩm nông nghiệp thành thanh nhiên liệu với nhiệt năng cao, tiện lợi trong vận chuyển. Máy có các chỉ tiêu kỹ thuật tương đương với máy của Thái Lan và Bangladesh nhưng giá thành chỉ bằng 1/2 đến 1/3.
Nguyên lý làm việc của máy như sau: trấu sau khi xay xát thường có độ ẩm đến 11% được rót thẳng vào hệ thống cấp liệu. Máy ép hoạt động nhờ một động cơ điện công suất 11 kW, trục vít quay trong khuôn ép với tốc độ 200 đến 400 vòng/phút nhờ bộ truyền đai. Xung quanh khuôn ép được gia nhiệt bằng 3 vòng điện trở có công suất 6 đến 8 kW. Mục đích của việc gia nhiệt nhằm làm mềm nguyên liệu - giảm ma sát và lực ép, đồng thời làm chảy lignin có sẵn trong nguyên liệu thô tạo độ kết dính. Sản phẩm sau khi ép chắc - bóng, bề mặt được carbon hóa cao. Chiều dài của thanh nhiên liệu có thể thay đổi theo yêu cầu.
Ưu điểm vượt trội
Kết quả phân tích cho thấy thanh nhiên liệu có ưu điểm hơn hẳn nhiên liệu thô ban đầu do một số đặc tính cơ - lý - hóa được cải thiện như: tăng được khối lượng riêng lên 5 đến 10 lần, rất dễ dàng cho vận chuyển đi xa với chi phí thấp; nhiệt lượng tăng theo đơn vị khối; dễ dàng cải tiến công nghệ đốt để có hiệu suất sử dụng cao, giảm ô nhiễm môi trường. Hiện nay máy do Viện Năng lượng chế tạo đang được ứng dụng thử nghiệm ở thị trấn Trôi [Hà Tây] cho kết quả khả quan, mở ra triển vọng cho phát triển công nghệ này ở Việt Nam. Sau khi công nghệ được hoàn thiện, ước tính có thể phát triển được gần 10.000 máy ở khắp các vùng trong cả nước. Nó sẽ giúp giải quyết tình trạng khan hiếm chất đốt ở các vùng nông thôn và thay thế cho gỗ củi, giảm chặt phá rừng. Hiện nay, giá 1 kg sản phẩm tương đương với giá củi trên thị trường [từ 400 đến 450 đ/kg].
Viên nén trấu là một trong những giải pháp năng lượng nhiên liệu sinh khối BIOMASS, đây là những loại vật liệu sinh học có nguồn gốc từ sinh vật, thực vật như phế phẩm từ nông nghiệp, lâm nghiệp [Rơm, bã cây, vỏ điều…].
Trấu ép viên được làm từ 100% trấu tự nhiên có độ ẩm nhỏ hơn 15%. Viên nén trấu có khả năng cháy kiệt do viên ép có kích cỡ đồng đều nên trong quá trình đốt sấy việc bắt lửa và cháy của nhiên liệu đều nhau và sinh nhiệt tốt hơn.
Nguyên lý sản xuất:
Viên nén được làm từ trấu vỏ tự nhiên và ép khuôn vận hành bằng điện ba pha. Vỏ trấu được cho vào phễu hứng phía trên, máy sẽ ép chà xát qua khuôn sản phẩm ra phía dưới những viên nén hình tròn dài 10mm – 50mm. Viên nén có đường kính từ 08mm-12mm, đặc ruột. Công suất của máy 1,5-2,5 tấn/giờ, sau khi ép, viên nén được giải nhiệt bằng gió hoặc hơi lạnh để định hình sản phẩm.
Tổng quan về tro trấu và khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong nước của vật liệu chế tạo từ tro trấu
Nghiên cứu do các tác giả Phan Phước Toàn, Nguyễn Trung Thành -Trường Đại học An Giang, ĐHQG-HCM và Nguyễn Nhật Huy - Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM thực hiện.
Ảnh minh họa: Internet
Trấu là phần vỏ ngoài bao quanh hạt lúa và được tách ra dưới dạng phụ phẩm khi xay xát thành gạo. Vỏ trấu có kích thước trung bình dài 8-10 mm, rộng 2-3 mm và dày 0,2 mm với khối lượng riêng khi nén khoảng 122 kg/m3 [Fang và cs., 2004]. Vì vậy, cần phải tốn khá nhiều diện tích để chứa chúng. Đối với các cơ sở xay xát gạo tập trung, có công suất lớn thì việc quản lý và xử lý lượng trấu thải ra hàng ngày là một vấn đề khó khăn thường xuyên phải đối mặt. Theo nghiên cứu tổng quan của Chandrasekhar, Satyanarayana, Pramada, Raghavan và Gupta [2003], hầu hết các loại vỏ trấu có thành phần hữu cơ chiếm trên 90% khối lượng. Các hợp chất chính ở dạng cellulose và lignin có cấu trúc xốp. Những hợp chất này khi cháy chứa chủ yếu là SiO2 và các khí CO2, CO thải vào môi trường. Ngoài ra, trấu có giá trị dinh dưỡng rất thấp và mất rất nhiều thời gian để phân hủy nên cũng không thích hợp để sản xuất phân compost.
Một trong các phương pháp xử lý phổ biến nhất hiện nay là đốt trấu để giảm khối lượng và thể tích của nó, đồng thời có thể tận dụng được lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình đốt trấu để phục vụ cho các ngành công nghiệp như nung gạch, sấy nông sản,... Theo Mehta và Monteiro [2013], hàm lượng trấu chiếm khoảng 20% hạt lúa và khi đốt trấu tạo thành một lượng tro khoảng 20% khối lượng trấu ban đầu. Như vậy, ước tính khi xay xát mỗi tấn lúa sẽ thải ra 200 kg trấu và khi đốt sẽ còn lại khoảng 40 kg tro [hay than trấu]. Tuy nhiên, đây chỉ là số liệu trung bình vì hàm lượng trấu trong lúa và hàm lượng tro trong trấu dao động trong một phạm vi khá lớn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống lúa, chất lượng đất, phân bón, thời vụ, khí hậu,...[Mehta & Monteiro, 2013].
Những năm gần đây, ngành nông nghiệp trồng lúa trên thế giới đã có những phát triển vượt bậc. Việt Nam là một nước có thế mạnh về chuyên canh, chế biến và xuất khẩu lúa gạo với tổng sản lượng bình quân là 44 triệu tấn lúa trong giai đoạn 2013 - 2017 và đạt mức 42,7 triệu tấn lúa trong năm 2017 [Tổng cục thống kê, 2018]. Nếu sử dụng các số liệu trung bình về hàm lượng trấu và tro trấu theo Mehta và Monteiro [2013] để tính toán thì lượng vỏ trấu và tro trấu ước tính phát sinh trong cả nước năm 2017 sẽ tương ứng là 8,54 và 1,708 triệu tấn. Cụ thể hơn, An Giang là một trong những tỉnh đứng đầu cả nước về sản xuất lúa gạo với sản lượng lúa hàng năm khoảng 3,8 triệu tấn, chiếm 9% tổng sản lượng lúa cả nước và đã góp phần đáng kể cùng các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long [ĐBSCL] đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu. Năm 2017, sản lượng lúa của tỉnh An Giang là 3,879 triệu tấn. Cùng với đó, ngành công nghiệp chế biến lúa gạo trên địa bàn tỉnh cũng phát triển mạnh mẽ với hàng trăm doanh nghiệp chế biến và cơ sở xay xát, thải ra lượng trấu khoảng 775,8 nghìn tấn/năm [Tổng cục thống kê, 2018]. Theo kết quả nghiên cứu gần đây về hiện trạng phát sinh, quản lý, xử lý và nhận thức của các cơ sở sản xuất và cộng đồng đối với vấn đề phát thải tro trấu tại tỉnh An Giang [Nguyen Trung Thanh, Nguyen Hong Nhat, Nguyen Thi Quynh Anh, Phan Phuoc Toan & Nguyen Nhat Huy, 2019a] đã cho thấy trung bình mỗi cơ sở phát sinh 862,4 tấn tro trấu/năm với khoảng phân nửa trong số đó được tái sử dụng, 56,3% xử lý bằng cách chôn lấp; 1,6% đến 6,3% xử lý bằng cách đổ bỏ. Hầu hết những người được phỏng vấn biết việc phát thải tro trấu có ảnh hưởng đến chất lượng môi trường, tuy nhiên chỉ có 2% hộ nhận thức được tro trấu có thể tái sử dụng cho các mục đích khác.
Như vậy, có thể thấy việc nghiên cứu tận dụng hiệu quả tro trấu vẫn đang là vấn đề rất cần thiết hiện nay. Báo cáo tổng quan này trình bày tóm lược các ứng dụng của tro trấu từ trước đến nay, các thành phần, đặc tính của tro trấu và khả năng hấp phụ của tro trấu cũng như các vật liệu chế tạo từ tro trấu đối với các thành phần ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong xử lý nước và nước thải.
Việc tận dụng tro trấu làm nguyên liệu để chế tạo các vật liệu có khả năng hấp phụ đa dạng các thành phần ô nhiễm trong môi trường nước đã được nghiên cứu khá nhiều và đạt được các kết quả rất đáng mong đợi. Tro trấu sau khi xử lý bề mặt có những đặc trưng rất phù hợp để làm chất hấp phụ hữu cơ như các loại thuốc nhuộm, phenol, axit humic,… đồng thời có thể làm chất mang cho các kim loại/oxit kim loại để tăng cường khả năng hấp phụ các thành phần vô cơ trong nước như ion phosphate, fluoride, chloride và nhiều ion kim loại nặng khác nhau,… Tóm lại, các vật liệu chế tạo từ tro trấu có thể được đánh giá là một dạng vật liệu mới, rất có tiềm năng để cạnh tranh với các vật liệu thương mại như than hoạt tính trong lĩnh vực xử lý nước. Do đó, việc tiếp tục nghiên cứu mở rộng, triển khai sản xuất và ứng dụng thực tế các vật liệu chế tạo từ tro trấu là điều cần thiết.