Khí đốt từ nhiên liệu sinh khối
1. Hình thành một cách tự nhiên và có lợi cho thiên nhiên
Vấn đề nhiện liêu trong tương lai sẽ ra sao hiện nay chúng ta
chưa dự đoán được. Thế nhưng, trễ lắm là trong vòng 50 năm
nữa số nhiên liệu hiện nay chúng ta đang xài (dầu hỏa, than đá)
sẽ trở nên thiếu hụt. Ðể giải quyết vấn đề này, cần phải tìm được
những phương pháp phát triển năng lượng khác. Một trong
những phương pháp đó là sản xuất khí đốt từ nhiên liệu sinh
khối, một nguồn năng lượng tái tạo. Nguyên lý để xây dựng một
hệ thống sản xuất khí đốt tương đốt đơn giản. Từ hệ thống này
chúng ta thâu hoạch được khoảng 50 -70% khí đốt methane và
nó có thể áp dụng trong nông nghiệp, hoặc chung với hệ thống
xử lý rác rưởi. Trong hỗn hợp phân, sình lỏng, các chất hữu cơ
thừa cặn rất dễ lên men. Theo tiêu chuẩn trên, các xã, huyện nên
áp dụng hệ thống sản xuất khí đốt chung với nhà máy xử lý
nước. Ngoài ra hệ thống sản xuất khí đốt vẫn thường được áp
dụng nhiều nhất trong nông nghiệp.
[http://agriviet.com]>
Khí đốt sinh khối thành hình trong thiên nhiên khi các chất hữu cơ
mục rữa trong tình trạng thiếu không khí qua tác dụng của các vi
sinh vật kỵ khí, những loại vi sinh sống không cần khí oxy. Quá
trình có nhiều công đoạn này cũng thường xảy ra ở các nơi như bùn
lầy, đồng ruộng lúa, trong đường ruột của con người cũng như thú
vật - đặc biệt trong bao tử các loại thú nhai lại, trong các đống phân
ủ hoặc những bãi rác. Quá trình hình thành khí đốt sinh khối có thể
diễn tả qua phương trình sau (đơn giản hoá)
Phân tươi, sình lỏng + vi sinh vật kỵ khí (anaerobe 40°C ) -->
Methane + CO2 + Phân ngấu
Bên cạnh CO2, methane là một chất trong các chất tạo ra hiệu ứng
nhà kính (greenhouse effect). Khi áp dụng khí đốt methane số lượng
khí CO2 tổng cộng không thay đổi và các nhiên liệu như dầu, than
đá qua đó có thể tiết kiệm được. Ngoài ra, lên men trong thùng kín
còn có thể tránh được mùi hôi bốc ra qua phương pháp ủ phân. Ðối
với người nông dân, năng lượng từ nhiên liệu sinh khối là là một sự
lựa chọn có ý nghĩa vì họ có thể xử dụng số lương phân xanh có sẵn
một cách hữu hiệu. Năng lượng không lệ thuộc vào hệ thống cung
cấp công cộng và có thể dự trữ.
2. Hợp chất và tính chất của khí đốt sinh khối
Khí đốt sinh khối là một khí hỗn hợp được thành hình qua quá trình
phân hủy các chất hữu cơ bởi vi sinh kỵ khí trong tình trạng không
oxy. Thành phần của khí sinh khối gồm có 50-70% khí đốt methane,
30-40% khí CO2 cũng như một thành phần nhỏ H2S, N2 , H2, cũng
như CO
Hợp chất khí sinh khối:
Methane: 40-75 %
CO2 : 25.55%
Hơi nước: 0-10%
N2 : 0-5%
O2 : 0-2%
H2 : 0-1%
NH3 : 0-1%
H2S : 0-1%
Vì khí đốt sinh khối có năng lượng tương đối cao nên có thể áp dụng
cho công nghệ cùng phát nhiệt điện. Nhiệt lượng trung bìng của khí
đốt sinh khối ở vào khoảng 6000 Kcal/m3 ( khoảng 25.000 KJ/m3 ) .
Như vậy nhiệt lượng của một m3 khí đốt tương đương với khoảng
0,6 lít dầu hôi.
Tính chất của khí đốt:
Trọng lượng riêng: 1,2 kg/m3
Nhiệt lượng: 4- 7,5 kWh /m3
Nhiệt độ bốc cháy: 700 °C
Nồng độ khí để đốt cháy: 6 - 12%
Mùi : vì H2S nên có mùi trứng thúi
Các số liệu quan trọng
Khí đốt sinh khối từ một tấn chất thải hữu cơ có thể thế bằng 60 lít
dầu hôi hoặc là 120 kWh điện và giảm thải được 200 kg CO2 . Một
con bò thải ra trong một ngày khoảng 10-20 kg phân. Từ số lượng đó
có thể thâu được 1-2 m3 khí đốt. Số lương sinh khối của một con bò
thải ra trong vòng một năm tương đương với năng lượng của 300 lít
dầu.
3. Kỹ thuật để tạo khí đốt
Khí đốt methane được tạo ra trong thùng phân hủy và được đốt để
tạo hơi nước hoặc trong máy nổ để phát điện. Nhiên liêu để tạo khí
đốt gồm tất cả các nhiên liệu sinh khối có chứa các thành phần như
chất đường, proteine, mỡ dầu, chất sơ cũng như các chất hữu cơ thải
ra từ các ngành nghề công nghệ:
- Nông nghiệp: chất phân lỏng, đặc, chất thải của sản phẩm nông
nghiệp
- Kỹ nghệ bào chế thực phẩm: Rau xanh, đồ hộp trái cây, háng bia,
bùn hữu cơ, nước thải
- Các lò giết heo bò
- Thành phố: rác hữu cơ, đồ ăn hư từ các nhà hàng tiệm ăn, bùn hữu
cơ của nhà máy lọc nước thải ..
- Công viên : qua các khâu cắt tỉa ..
Tiêu chuẩn, thùng phân hủy nên chứa khoảng 2- 12% trọng lượng
chất hữu cơ khô để dễ đảo đều và dễ vận chuyển cũng như để sự
phân hủy được hoàn toàn hơn.
Lượng khí đốt tối đa tính theo loại nhiên liệu
Phân bò hỗn hợp lỏng: 25 m3/t
Phân heo hỗn hợp lỏng 36 m3/t
Bã bia 75 m3/t
Cây xanh 110 m3/t
Ðồ ăn thừa 220 m3/t
Mỡ thải từ lò giết súc vật 400 m3/t
Dầu chiên mỡ chiên cũ 600 m3/t
Trong chăn nuôi, nước tắm rửa súc vật, chuồng trại và phân thả ra
được dùng làm nhiên liêu sản xuất khí đốt. Ðể lượng khí thâu hoạch
được cao hơn, người ta trộn thêm các chất hữu cơ khác vào. Cách
hoạt động của hệ thống sản xuất khí tương đối đơn giản: Phân lỏng
đươc chuyển vào thùng phân hủy (thung lên men) . Các thùng phân
hủy của hệ thống ản xuấr khí trong nông nghiệp thường có dung tích
ở vào khoảng 150 – 500 m 3. Nhiên liêu được chứa trong thùng phân
hủy nhiều ngày và được phân hủy bởi vi sinh vật kỵ khí. Trong quá
trình phân hủy khí đốt sinh khối được tạo ra. Ðể tránh các chất hữu
cơ lặng đọng xuống đáy hồ, thùng phân hủy phải được khuấy đều;
qua đó chất hữu cơ dễ bị phân hủy hơn và đồng thời khí đốt dễ dàng
thoát ra và tụ lại trên đỉnh thùng. Số lương khí lệ thuộc vào thời gian
nhiên liệu được ngâm trong thùng phân hủy và nhiệt độ trong đó.
Thông thường nhiệt độ của thùng phân hủy ở vào khoảng 35- 40°C.
Sau khi nhiên liệu đã được phân hủy hết, chất mùn này ( phân ngấu)
được thải qua thùng chứa kín (đóng kín).
Khí đốt sinh khối cần phải được lọc sạch trước khi xài. Người ta
bơm oxy vào để tách chất sulfur ra khỏi khí đốt. Sau đó khí đốt được
dẫn qua hệ thống làm khô.
Chất mùn từ thùng phân hủy (phân ngấu) được xử dụng làm phân
hữu cơ rất hữu hiệu. Bên cạnh số năng lượng đạt được, hệ thống này
còn có những lợi điểm kinh tế sau:
- Nâng cao giá trị phân bón: Trong thùng phân hủy, chất C được tách
ra và tỷ lệ giữa C/N cao lên . Lượng phân nitơ cũnh như tác dụng sẽ
dễ tính toán hơn.
- Phân được hoà lỏng và từ đó dễ bơm ra đồng cũng như dễ thấm
vào đất hơn, qua đó tránh đưọc sự thất thoát của nitơ
- Bớt mùi hôi trong môi trường
- Vệ sinh hơn, vì trong thùng phân hủy với nhiệt độ cao một số vi